发明名称 辨识单一生物分子的装置、其制造方法、包含其光学侦测系统、及生物分子的侦测方法
摘要 本发明揭露一种生物检测系统,包括复数个光学侦测器,该光学侦测器各包括一具有光侦测器的基材,以及于该光侦测器上形成一键结位置,该键结位置经处理后使上述生物分子固定于上述键结位置。上述键结位置位于上述光侦测器附近,与上述光侦测器的间隔为小于或等于100μm。上述光侦测器收集上述生物分子在接收讯号角度为0.8 SI球面度(steridian)或以上发射的光。上述光学侦测器可更包括一激发光源,形成于上述基材上,提供一光源激发附着于上述生物分子的萤光分子。
申请公布号 TWI372785 申请公布日期 2012.09.21
申请号 TW097140610 申请日期 2008.10.23
申请人 财团法人工业技术研究院 发明人 邱创泛;朱正炜;张上嘉;黎育腾;潘诏智;姚斌诚
分类号 C12Q1/68 主分类号 C12Q1/68
代理机构 代理人 洪澄文 台北市南港区三重路19之6号2楼;颜锦顺 台北市南港区三重路19之6号2楼
主权项 一种辨识单一生物分子的装置,包括:一具有光侦测器的基材;及一键结位置,形成于上述光侦测器上,该键结位置经处理后使上述生物分子固定于该键结位置;其中该键结位置位于上述光侦测器附近,且与上述光侦测器隔开,该键结位置与该光侦测器的距离为小于或等于100μm;以及确定上述光侦测器接受来自上述连接位置上的单一生物分子讯号强于来自该单一分子周围的其他生物分子的讯号。如申请专利范围第1项所述之辨识单一生物分子的装置,更包括一遮光片,形成于上述基材上,该遮光片包括一具有直径的小孔,其中上述键结位置形成于该小孔附近。如申请专利范围第2项所述之辨识单一生物分子的装置,其中上述小孔之直径为小于或等于1,000nm。如申请专利范围第2项所述之辨识单一生物分子的装置,其中上述小孔之直径为小于或等于200nm。如申请专利范围第2项所述之辨识单一生物分子的装置,更包括一滤光层,形成于上述基材及上述遮光片之间。如申请专利范围第2项所述之辨识单一生物分子的装置,更包括一微透镜,形成于上述基材及上述遮光片之间。如申请专利范围第1项所述之辨识单一生物分子的装置,其中该距离为小于或等于25μm。如申请专利范围第1项所述之辨识单一生物分子的装置,其中该距离为小于或等于6μm。如申请专利范围第1项所述之辨识单一生物分子的装置,其中该光侦测器收集接收讯号角度(solid angle)内该生物分子发出的光,该接收讯号角度为大于或等于0.8 SI球面度(steridian)。一种辨识单一生物分子的装置,包括:一具有光侦测器的基材;及一键结位置,形成于上述光侦测器上,该键结位置经处理后使上述生物分子固定于该键结位置;以及一激发光源,形成于上述基材上;其中该键结位置位于上述光侦测器附近,且与上述光侦测器隔开,该键结位置与该光侦测器的距离为小于或等于100μm;以及确定上述光侦测器接受来自上述连接位置上的单一生物分子讯号强于来自该单一分子周围的其他生物分子的讯号。如申请专利范围第10项所述之辨识单一生物分子的装置,其中上述激发光源包括一发光层,该发光层沿着平行于上述光侦测器表面的水平方向,向上述键结位置发出激发光。如申请专利范围第11项所述之辨识单一生物分子的装置,更包括一滤光层,形成于上述基材与上述发光层之间。如申请专利范围第10项所述之辨识单一生物分子的装置,其中上述激发光源系选自发光二极体(LED)、有机发光二极体(OLED)、聚合物发光二极体(PLED)、及雷射二极体(LD)。如申请专利范围第10项所述之辨识单一生物分子的装置,其中上述激发光源提供第一波长范围的激发光,上述生物分子发出第二波长范围的光,该第一波长范围与该第二波长范围不重叠。如申请专利范围第10项所述之辨识单一生物分子的装置,其中该距离为小于或等于25μm。如申请专利范围第10项所述之辨识单一生物分子的装置,其中该距离为小于或等于6μm。如申请专利范围第10项所述之辨识单一生物分子的装置,其中该光侦测器收集接受讯号角度(solid angle)内该生物分子发出的光,该接受讯号角度为大于或等于0.8 SI球面度(steridian)。一种辨识单一生物分子的装置,包括:一具有光侦测器的基材;及一键结位置,形成于上述光侦测器上,该键结位置经处理后使上述生物分子固定于该键结位置;其中该光侦测器收集接受讯号角度(solid angle)内该生物分子发出的光,该接受讯号角度为大于或等于0.8 SI球面度(steridian);以及确定上述光侦测器接受来自上述连接位置上的单一生物分子讯号强于来自该单一分子周围的其他生物分子的讯号。如申请专利范围第18项所述之辨识单一生物分子的装置,更包括一遮光片,形成于上述基材上,该遮光片包括一具有直径的小孔,其中上述键结位置形成于该小孔附近。如申请专利范围第18项所述之辨识单一生物分子的装置,其中上述小孔之直径为小于或等于1,000nm。如申请专利范围第18项所述之辨识单一生物分子的装置,其中上述小孔之直径为小于或等于200nm。如申请专利范围第19项所述之辨识单一生物分子的装置,更包括一滤光层,形成于上述基材及上述遮光片之间。如申请专利范围第19项所述之辨识单一生物分子的装置,更包括一微透镜,形成于上述基材及上述遮光片之间。一种辨识单一生物分子的装置,包括:一具有光侦测器的基材;及一键结位置,形成于上述光侦测器上,该键结位置经处理后使上述生物分子固定于该键结位置;以及一激发光源,形成于上述基材上;其中该光侦测器收集接受讯号角度(solid angle)内该生物分子发出的光,该接受讯号角度为大于或等于0.8 SI球面度(steridian);以及确定上述光侦测器接受来自上述连接位置上的单一生物分子讯号强于来自该单一分子周围的其他生物分子的讯号。如申请专利范围第24项所述之辨识单一生物分子的装置,其中上述激发光源包括一发光层,形成于上述基材上,该发光层沿着平行于上述光侦测器表面的水平方向,向上述键结位置发出激发光。如申请专利范围第25项所述之辨识单一生物分子的装置,更包括一滤光层,形成于上述基材与上述发光层之间。如申请专利范围第24项所述之辨识单一生物分子的装置,其中上述激发光源系选自发光二极体(LED)、有机发光二极体(OLED)、聚合物发光二极体(PLED)、及雷射二极体(LD)。一种光学侦测系统,包括:至少10,000个如申请专利范围第1-27项中任一项所述之辨识单一生物分子的装置。一种光学侦测系统,包括:至少250,000个如申请专利范围第1-27项中任一项所述之辨识单一生物分子的装置。一种光学侦测系统,包括:至少2,000,000个如申请专利范围第1-27项中任一项所述之辨识单一生物分子的装置。一种光学侦测系统,包括:至少10,000,000个如申请专利范围第1-27项中任一项所述之辨识单一生物分子的装置。一种核酸的定序方法,包括:将一核酸分子固定于如申请专利范围第1-27项中任一项所述之装置的键结位置上;以及对上述装置上的核酸分子进行核酸定序。如申请专利范围第32项所述之核酸的定序方法,其中上述核酸藉由连接于一固定于上述键结位置的聚合酶,固定于上述键结位置。如申请专利范围第32项所述之核酸的定序方法,其中上述核酸定序包括于上述装置中加入标记的核苷酸。如申请专利范围第34项所述之核酸的定序方法,其中上述核苷酸为萤光标记。如申请专利范围第35项所述之核酸的定序方法,其中上述核苷酸萤光标记在其末端磷酸上。如申请专利范围第32项所述之核酸的定序方法,其中上述核酸定序为硷基延伸定序,包括于上述装置中加入具有保护基及标记的核苷酸之步骤。如申请专利范围第37项所述之核酸的定序方法,其中上述核苷酸为萤光标记。如申请专利范围第38项所述之核酸的定序方法,其中上述核苷酸具有相同的萤光标记,且逐次加入。如申请专利范围第38项所述之核酸的定序方法,其中上述核苷酸具有各自不同萤光标记,且同时加入。如申请专利范围第32项所述之核酸的定序方法,其中上述核酸定序为连接酶为主的定序。如申请专利范围第32项所述之核酸的定序方法,其中上述核酸在核酸定序前于键结位置上被放大。如申请专利范围第32项所述之核酸的定序方法,其中上述核酸序列系未知。一种复数个核酸分子的定序方法,包括:使复数个核酸分子固定于如申请专利范围第28、29、30或31项所述之光学侦测系统的键结位置上;以及在上述光学侦测系统上并行进行上述核酸分子的核酸定序。一种生物分子的侦测方法,包括:使一个或以上的生物分子固定于如申请专利范围第1-27项中任一项所述之光学侦测器的键结位置上;以及在上述装置上侦测该生物分子。如申请专利范围第45项所述之生物分子的侦测方法,其中该生物分子包括一标记。如申请专利范围第46项所述之生物分子的侦测方法,其中该标记为萤光。如申请专利范围第47项所述之生物分子的侦测方法,其中该生物分子包括一部分选自多胜肽、抗体、脂质、维生素、低分子量有机分子、及多醣。如申请专利范围第48项所述之生物分子的侦测方法,其中该生物分子藉由一连接分子固定于上述装置的键结位置。如申请专利范围第49项所述之生物分子的侦测方法,其中该连接分子包括一捕捉分子。如申请专利范围第50项所述之生物分子的侦测方法,其中该捕捉分子为一蛋白质。如申请专利范围第50项所述之生物分子的侦测方法,其中该捕捉分子为一抗体。如申请专利范围第50项所述之生物分子的侦测方法,其中该连接分子包括一核酸标签。如申请专利范围第53项所述之生物分子的侦测方法,更包括一侦测在上述装置上的连接分子之上述核酸标签的步骤。如申请专利范围第54项所述之生物分子的侦测方法,其中上述核酸标签由核酸定序所侦测。如申请专利范围第54项所述之生物分子的侦测方法,其中上述核酸标签由杂交于核酸探针所侦测。如申请专利范围第56项所述之生物分子的侦测方法,其中上述核酸探针为萤光标记。如申请专利范围第45或55项所述之生物分子的侦测方法,其中上述核酸系以福斯特共振能量转移(Fster resonance energy transfer;FRET)激发之标记侦测上述核酸。如申请专利范围第45或55项所述之生物分子的侦测方法,其中上述核酸系以时间分辨萤光技术(time-resolved fluorescence technology)之标记侦测上述核酸。一种复数个生物分子的侦测方法,包括:将复数个生物分子固定于如申请专利范围第28、29、30、或31项所述之光学侦测系统的键结位置;以及并行侦测在上述光学侦测系统上的生物分子。一种辨识单一生物分子的装置之制造方法,包括:于一基材上形成一光侦测器及一控制线路;于上述基材上形成一具有小孔的遮光片;以及于上述光侦测器上形成一键结位置,且该键结位置接近上述小孔,上述键结位置经处理后使上述生物分子固定于上述键结位置,其中上述键结位置接近上述光侦测器,且与上述光侦测器隔开,且上述键结位置与上述光侦测器的间隔距离为小于或等于100μm;以及确定上述光侦测器接受来自上述连接位置上的单一生物分子讯号强于来自该单一分子周围的其他生物分子的讯号。如申请专利范围第61项所述之辨识单一生物分子的装置之制造方法,更包括形成一滤光层于上述基材与上述遮光片之间。如申请专利范围第62项所述之辨识单一生物分子的装置之制造方法,其中形成上述遮光片包括:于上述滤光层上形成一不透明层;于上述不透明层上形成一光阻层;图案化上述光阻层,使部分上述不透明层露出;使用上述图案化光阻层作为罩幕,蚀刻上述不透明层,直到上述滤光层露出;以及移除上述光阻层。如申请专利范围第63项所述之辨识单一生物分子的装置之制造方法,其中上述不透明层包括金属。如申请专利范围第32-43项中任一项所述之核酸的定序方法,其中上述核酸系以福斯特共振能量转移(Fster resonance energy transfer;FRET)激发之标记侦测上述核酸。如申请专利范围第44项所述之复数个核酸分子的定序方法,其中上述核酸系以福斯特共振能量转移(Fster resonance energy transfer;FRET)激发之标记侦测上述核酸。如申请专利范围第32-43项中任一项所述之合酸的定序方法,其中上述核酸系以时间分辨萤光技术(time-resolved fluorescence technology)之标记侦测上述核酸。如申请专利范围第44项所述之复数个核酸分子的定序方法,其中上述核酸系以时间分辨萤光技术(time-resolved fluorescence technology)之标记侦测上述核酸。
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