[发明专利]用于生物反应的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求如下申请的优先权权益：2012年3月16日递交的美国临时专利申请第61/612,005号、2012年3月16日递交的美国临时专利申请第61/612,087号、2012年11月7日递交的美国临时专利申请第61/723,759号、2012年3月16日递交的美国临时专利申请第61/612,008号、2012年11月7日递交的美国临时专利申请第61/723,658号、2012年11月7日递交的美国临时专利申请第61/723,738号、2012年6月13日递交的美国临时专利申请第61/659,029号、2012年11月7日递交的美国临时专利申请第61/723,710号和2013年3月7日递交的美国临时申请第61/774,499号，所有这些均通过引用整体并入本文。

发明背景

用于生物和生化反应的系统被用于实时监测、测量和/或分析此类反应。此类系统通常被用于测序、基因分型、聚合酶链式反应(PCR)和其他生化反应来监测进程和提供定量数据。

聚合酶链式反应(PCR)是一种扩增靶标DNA序列的方法。以前，通常在96孔或384孔微板中进行PCR。如果需要更高的通量，微板中的常规PCR方法则不具成本效益或效用性。另一方面，减少PCR反应体积能降低试剂消耗，并可从热质量减少的反应体积来减少扩增的时间。该策略可以阵列形式(m x n)实施，产生大量较小的反应体积。此外，使用阵列允许可扩展的高通量分析，并具有增加的定量灵敏度、动态范围和特异性。

阵列形式也被用于进行数字聚合酶链式反应(dPCR)。来自dPCR的结果可用于检测和定量稀有等位基因的浓度，以提供核酸样品的绝对定量并测量核酸浓度的低倍数变化。通常，增加复制数目能增加dPCR结果的精确性和可重复性。

大多数定量聚合酶链式反应(qPCR)平台中的阵列形式被设计为用于基于样品的分析(sample-by-assay)实验，其中PCR结果需要为可寻址的以用于运行后分析。然而，对于dPCR，每个PCR结果的具体位置或小井(well)可能是不重要的，并且仅可分析每个样品的阳性和阴性复制数。

在dPCR中，可将包含相对较少数目的靶标多核苷酸或核苷酸序列的溶液再分为大量的小份测试样品，使得每个样品通常包含一个分子的靶标核苷酸序列或没有靶标核苷酸序列。当随后在PCR方案、程序或实验中对样品进行热循环反应时，包含靶标核苷酸序列的样品得到扩增并产生阳性检测信号，而不含靶标核苷酸序列的样品则未被扩增且不产生检测信号。

因此，对提供每个测试或实验的更大数目的反应的需求增加已使得产生了能够同时进行更高数目的反应的仪器。

测试或实验中样品位点数目的增加已使得产生了提供更小样品体积的微量滴定板和其他样品形式。另外，诸如数字PCR(dPCR)的技术增加了对在所有或大多数的大量测试样品中不含有或含有一个靶标核苷酸序列的更小样品体积的需求。存在对能提供高密度样品形式中的可靠数据的系统和样品形式的需求。

发明概述

提供了用于进行生物反应的系统。该系统包括芯片，其包含基底和多个反应位点。所述多个反应位点中的每个反应位点被配置为容纳最多1纳升的液体样品。此外，该系统包含控制系统，其被配置为能在液体样品中启动生物反应。该系统还包含检测系统，其被配置为能监测芯片上的生物反应。根据不同的实施方案，该芯片包含至少20000个反应位点。在其他实施方案中，该芯片包含至少30000个反应位点。

附图说明

图1所示为根据本文描述的各种实施方案，包含多个反应位点的芯片；

图2所示为根据本文描述的各种实施方案，图1的示例性芯片的侧视图；

图3所示为根据本文描述的各种实施方案，进行生物反应的示例性方法；

图4所示为根据本文描述的各种实施方案，进行生物反应的示例性方法；

图5的方块图说明了可基于其实施本教导的实施方案的聚合酶链式反应(PCR)仪；

图6所示为根据本教导的实施方案，可用于成像的芯片的示例性光学系统；

图7所示为根据本文描述的各种实施方案，基底中的阵列的剖视图；

图8所示为根据本文描述的各种实施方案，芯片的横截面视图；

图9所示为根据本文描述的不同实施方案的疏水表面和通孔；

图10所示为根据本文描述的不同实施方案的不同间距(pitch distance)；

图11所示为根据本文描述的实施方案的通孔的示例性阵列；