單芯片化學(xué)測(cè)定裝置和單芯片核酸測(cè)定裝置制造方法【專利摘要】本發(fā)明涉及一種單芯片化學(xué)測(cè)定裝置和一種單芯片核酸測(cè)定裝置。所述單芯片化學(xué)測(cè)定裝置包含：在電路支持基底中形成的傳感器陣列，所述陣列中的每個(gè)傳感器包含化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，且設(shè)置成提供與其附近的化學(xué)或生物樣品的濃度或存在有關(guān)的至少一個(gè)輸出信號(hào)，對(duì)于所述陣列中的每個(gè)傳感器而言，響應(yīng)于相同化學(xué)或生物樣品的相同濃度或存在，這種輸出信號(hào)是基本上相同的；在所述電路支持基底中的多個(gè)樣品保留區(qū)，每個(gè)樣品保留區(qū)設(shè)置在至少一個(gè)傳感器上；和在所述電路支持基底中的控制電路，所述控制電路與所述傳感器陣列耦聯(lián)，從而以至少1幀/秒的速率接收來(lái)自所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出信號(hào)的樣值?！緦＠f(shuō)明】單芯片化學(xué)測(cè)定裝置和單芯片核酸測(cè)定裝置[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2009年10月22、申請(qǐng)?zhí)枮?00980151407.1、發(fā)明名稱為“用于生物和化學(xué)分析的集成式傳感器陣列”的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。[0002]相關(guān)申請(qǐng)[0003]本申請(qǐng)?jiān)?5U.S.C.§119(e)下要求分別在2008年10月22日、2008年11月4日和2009年I月22日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/196953、61/198222、61/205626的優(yōu)先權(quán)，并在35U.S.C.§120下要求2009年5月29日提交的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)12/474897和12/475311的優(yōu)先權(quán)，它們的所有內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0004]本公開內(nèi)容一般地涉及用于進(jìn)行化學(xué)測(cè)量的半導(dǎo)體芯片，更具體地，涉及用于監(jiān)測(cè)一種或多種分析物的單芯片ISFET陣列(和單芯片ISFET陣列的陣列)?！?br>背景技術(shù)：
】[0005]生物和化學(xué)分析物的快速且準(zhǔn)確的測(cè)量在許多領(lǐng)域中是重要的，所述領(lǐng)域從診斷到工業(yè)過(guò)程控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、科學(xué)研究?；瘜W(xué)敏感的(特別是離子敏感的)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(分別是“chemically-sensitivefieldeffecttransistor,chemFET，，和“ion-sensitivefieldeffecttransistor,ISFET”)已經(jīng)被用于這樣的測(cè)量許多年，例如Bergveld,SensorsandActuators,88:1-20(2003);Yuqing等人，BiotechnologyAdvances,21:527-534(2003);等。最近，已經(jīng)嘗試使用集成電路技術(shù)來(lái)制造這種傳感器的陣列，以得到使用單個(gè)裝置進(jìn)行的空間上分散的且多分析物的測(cè)量，例如，Yeow等人，SensorsandActuatorsB44:434-440(1997);Martinoia等人，Biοsensors&BiοeIectronics，I6:1043-1O50(200I);MiIgrew等人，SensorsandActuatorsB103:37-42(2004);Milgrew等人，SensorsandActuatorsB,111-112:347-353(2005);Hizawa等人，SensorsandActuatorsB,117:509-515(2006);Heer等人，BiosensorsandBioelectronics,22:2546-2553(2007)；等。這樣的努力面臨幾個(gè)困難的技術(shù)挑戰(zhàn)，特別當(dāng)ISFET傳感器陣列具有超過(guò)數(shù)千個(gè)傳感器元件的規(guī)模和超過(guò)數(shù)百個(gè)傳感器元件/mm2的密度時(shí)。這樣的挑戰(zhàn)包括使用在該陣列內(nèi)的傳感器之間具有均一性能特征的傳感器元件制備大規(guī)模陣列，和用能產(chǎn)生信號(hào)的微米級(jí)足跡(footprint)制備傳感器元件，所述信號(hào)可在來(lái)自傳感器陣列自身和流控系統(tǒng)(其將反應(yīng)物或含有分析物的樣品運(yùn)輸至陣列)的許多噪聲源的背景之上被檢測(cè)到。對(duì)于包含具有電荷敏感組件(諸如浮動(dòng)?xùn)?floatinggate))之傳感器元件的ISFET陣列，前一個(gè)挑戰(zhàn)由于俘獲在這些組件中或其附近的電荷的積累而惡化，所述積累是半導(dǎo)體制造技術(shù)的常見副產(chǎn)物。后一個(gè)挑戰(zhàn)由于下述要求惡化:即目標(biāo)分析物直接地或間接地產(chǎn)生帶電荷物質(zhì)，所述物質(zhì)積累在ISFET傳感器的電荷敏感組件處或之上。在非常密集的陣列中，擴(kuò)散、分析物或其代用物反應(yīng)性、來(lái)自鄰近傳感器的交叉污染，以及樣品流體中的電噪聲，都可以不利地影響測(cè)量?？朔诉@些挑戰(zhàn)的大規(guī)模ISFET陣列的可用性在上述領(lǐng)域?qū)⑹欠浅Ｓ杏玫模貏e是在需要非常高度平行的多路化學(xué)測(cè)量的情況下，諸如在基因組的大規(guī)模遺傳分析中?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0006]本發(fā)明的一些方面部分地涉及chemFET(或更具體地ISFET)的大陣列，其用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)(包括例如核酸(例如，DNA)測(cè)序反應(yīng))，所述監(jiān)測(cè)基于監(jiān)測(cè)在反應(yīng)過(guò)程中存在、產(chǎn)生或使用的分析物。更一般地，包括chemFET的大陣列在內(nèi)的陣列可以用于檢測(cè)和測(cè)量在眾多化學(xué)和/或生物學(xué)過(guò)程(例如，生物學(xué)或化學(xué)反應(yīng)、細(xì)胞或組織培養(yǎng)或監(jiān)測(cè)、神經(jīng)活性、核酸測(cè)序等)中多種分析物(例如，氫離子、其它離子、非離子分子或化合物等)的靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)的量或濃度，其中基于這樣的分析物測(cè)量可以得到有價(jià)值的信息。這樣的陣列可以用于檢測(cè)分析物的方法中和/或用于通過(guò)陣列中傳感器表面處的電荷變化(通過(guò)帶電荷的產(chǎn)物的直接積累，或通過(guò)與目標(biāo)分析物的濃度或存在有關(guān)的帶電荷物質(zhì)的間接產(chǎn)生或捕獲)來(lái)監(jiān)測(cè)生物或化學(xué)過(guò)程的方法中。在許多實(shí)現(xiàn)方式和應(yīng)用中例證了本發(fā)明，它們中的一些總結(jié)在下面。[0007]在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種裝置，其包含在電路支持基底中的化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管陣列，這樣的晶體管陣列已經(jīng)在其表面上設(shè)置了樣品保留區(qū)的陣列，所述樣品保留區(qū)能保留來(lái)自樣品流體的化學(xué)或生物樣品，其中這樣的晶體管陣列具有10μm或更小的間距，且每個(gè)樣品保留區(qū)放置在至少一個(gè)化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管上，所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管設(shè)置成產(chǎn)生至少一個(gè)輸出信號(hào)，所述信號(hào)與這樣的樣品保留區(qū)中的化學(xué)或生物樣品的特征有關(guān)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述化學(xué)或生物樣品的特征是帶電荷物質(zhì)的濃度或量，且其中每個(gè)所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管是離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其具有在其表面上含有電介質(zhì)層的浮動(dòng)?xùn)牛鲭娊橘|(zhì)層接觸所述樣品流體，且能與所述樣品流體中的帶電荷物質(zhì)的濃度成比例地積累電荷。在一個(gè)實(shí)施方案中，這樣的帶電荷物質(zhì)是氫離子，因而傳感器測(cè)量其樣品保留區(qū)中或附近的樣品流體的PH變化。在這樣的實(shí)施方案的一個(gè)方面，所述電介質(zhì)層具有這樣的厚度，其選擇成使跨它的電容盡可能大，并符合其它要求?？梢栽贗至1000納米(nm)的范圍，或在10至500nm的范圍，或在20至IOOnm的范圍，選擇這樣的厚度。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述電介質(zhì)層包含金屬氧化物。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述金屬氧化物選自:氧化鋁、氧化鉭、氮化硅、氮氧化硅、五氧化二鉭、氧化錫和二氧化錫。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述電介質(zhì)層包含雙層，所述雙層由與所述樣品流體流體接觸的電荷敏感層和設(shè)置在所述浮動(dòng)?xùn)派系恼掣綄咏M成，所述粘附層用于使所述電荷敏感層結(jié)合至所述浮動(dòng)?xùn)?。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述電荷敏感層是氧化鉭，且所述粘附層是二氧化招(aluminumdioxide)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述樣品保留區(qū)的所述陣列是在所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管陣列上形成的且與其集成在一起的微孔陣列，所述陣列中的每個(gè)微孔具有包圍微孔體積的壁，且每個(gè)微孔體積能容納所述化學(xué)或生物樣品。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述微孔陣列被密封地與所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管陣列連接的流動(dòng)池包圍，所述流動(dòng)池設(shè)置成向所述微孔遞送試劑，且所述流動(dòng)池具有入口、出口，并與所述陣列形成室，所述室限定所述試劑的流動(dòng)通道，使得每個(gè)微孔與所述室流體連通。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述室設(shè)置成提供在每個(gè)所述微孔處基本上相等的所述試劑的流速。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述電路支持基底另外包括控制電路，其與所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管陣列耦聯(lián)，從而以至少I幀/秒的速率接收來(lái)自所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述輸出信號(hào)的樣值。[0008]在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種集成傳感器陣列，其包含多個(gè)形成在電路支持基底中的傳感器，每個(gè)傳感器包含化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述傳感器以大于100個(gè)傳感器/mm2的密度存在于大于256個(gè)傳感器的平面陣列中，所述陣列的每個(gè)傳感器設(shè)置成提供與其鄰近的化學(xué)或生物樣品的濃度或存在有關(guān)的至少一個(gè)輸出信號(hào)，對(duì)于陣列中的每個(gè)傳感器而言，響應(yīng)于相同化學(xué)或生物樣品的相同濃度或存在的這種輸出信號(hào)是基本上相同的。在該方面的一個(gè)實(shí)施方案中，所述集成傳感器陣列另外包括在所述電路支持基底中的多個(gè)樣品保留區(qū)，每個(gè)樣品保留區(qū)位于所述傳感器中的至少一個(gè)的上面(或在下面或在側(cè)面)，且與所述傳感器中的至少一個(gè)可操作地相關(guān)聯(lián)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，這樣的樣品保留區(qū)各自是微孔，所述微孔設(shè)置成容納在樣品流體體積內(nèi)的樣品。在另一個(gè)實(shí)施方案中，集成傳感器陣列的傳感器檢測(cè)或測(cè)量帶電荷物質(zhì)的濃度，且每個(gè)傳感器是離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其具有在其表面上含有電介質(zhì)層的浮動(dòng)?xùn)牛鲭娊橘|(zhì)層接觸含有所述化學(xué)或生物樣品的樣品流體，且能與其鄰近的樣品流體中的帶電荷物質(zhì)的濃度成比例地積累電荷。所述電介質(zhì)層具有這樣的厚度，其選擇成使跨它的電容盡可能大，并符合其它要求。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述電介質(zhì)層的所述厚度是I至1000納米。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述電介質(zhì)層包含金屬氧化物。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述金屬氧化物選自:氧化鋁、氧化鉭、氮化硅、氮氧化硅、五氧化二鉭、氧化錫和二氧化錫。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述電介質(zhì)層包含雙層，所述雙層由與所述樣品流體流體接觸的電荷敏感層和設(shè)置在所述浮動(dòng)?xùn)派系恼掣綄咏M成，所述粘附層用于使所述電荷敏感層結(jié)合至所述浮動(dòng)?xùn)拧Ｔ谝粋€(gè)實(shí)施方案中，所述電荷敏感層是氧化鉭，且所述粘附層是二氧化鋁。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述樣品保留區(qū)的所述陣列是在所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管陣列上形成的且與其集成在一起的微孔陣列，所述陣列中的每個(gè)微孔具有包圍微孔體積的壁，且每個(gè)微孔體積能容納所述化學(xué)或生物樣品。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述微孔陣列被密封地與所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管陣列連接的流動(dòng)池包圍，所述流動(dòng)池設(shè)置成向所述微孔遞送試劑，且所述流動(dòng)池具有入口、出口和限定所述試劑的流動(dòng)通道的內(nèi)部，使得每個(gè)微孔與所述流動(dòng)池的內(nèi)部流體連通。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述流動(dòng)池的所述內(nèi)部設(shè)置成提供在每個(gè)所述微孔處基本上相等的所述試劑的流速。[0009]在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種單芯片化學(xué)測(cè)定裝置，其包含:(a)在電路支持基底中形成的傳感器陣列，陣列中的每個(gè)傳感器包含化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，且設(shè)置成提供與其鄰近的化學(xué)或生物樣品的濃度或存在有關(guān)的至少一個(gè)輸出信號(hào)，對(duì)于陣列中的每個(gè)傳感器而言，響應(yīng)于相同化學(xué)或生物樣品的相同濃度或存在，這種輸出信號(hào)是基本上相同的；(b)在電路支持基底中的多個(gè)樣品保留區(qū)，每個(gè)樣品保留區(qū)設(shè)置在至少一個(gè)傳感器上；和(C)在電路支持基底中的控制電路，其與傳感器陣列耦聯(lián)，以至少I幀(frame)/秒的速率接收來(lái)自所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出信號(hào)的樣值(sample)。[0010]在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種單芯片核酸測(cè)定裝置，其包含:(a)在電路支持基底中形成的傳感器陣列，陣列中的每個(gè)傳感器包含化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，且設(shè)置成提供與其鄰近的化學(xué)或生物樣品的濃度或存在有關(guān)的至少一個(gè)輸出信號(hào)，對(duì)于陣列中的每個(gè)傳感器而言，響應(yīng)于相同化學(xué)或生物樣品的相同濃度或存在，這種輸出信號(hào)是基本上相同的；(b)在電路支持基底中的多個(gè)樣品保留區(qū)，每個(gè)樣品保留區(qū)設(shè)置在至少一個(gè)傳感器上；(C)設(shè)置在樣品保留區(qū)上的支持物，包括諸如顆粒固體支持物等固體支持物，每個(gè)支持物具有與其連接的串聯(lián)化的模板；和(d)在電路支持基底中的控制電路，其與傳感器陣列耦聯(lián)，以至少I幀/秒的速率接收來(lái)自所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出信號(hào)的樣值。支持物可以包括珠子，包括具有實(shí)心或多孔心和/或?qū)嶓w表面或多孔表面的珠子、微球、微粒、凝膠微滴和用于連接DNA模板(特別是作為克隆群體)的其它可分離的顆粒支持物。這樣的支持物可以是微米或納米級(jí)，取決于用途。例如，珠子可以是微米珠，或它們可以是納米珠。[0011]在許多例證的實(shí)施方案和應(yīng)用中解釋了本發(fā)明的這些上面表征的方面以及其它方面，它們中的一些顯示在附圖中，并在隨后的權(quán)利要求書部分中表征。但是，上面的概述無(wú)意描述每個(gè)例證的實(shí)施方案或本發(fā)明的每個(gè)實(shí)現(xiàn)方式?！緦＠綀D】【附圖說(shuō)明】[0012]在附圖中，相似的附圖標(biāo)記通常表示在不同視圖中的相同部分。另外，附圖不一定按照比例尺繪制，相反，重點(diǎn)在于一般地闡述本文討論的不同概念。[0013]圖1一般地解釋了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)發(fā)明實(shí)施方案，包含大規(guī)模chemFET陣列的核酸處理系統(tǒng)。[0014]圖2解釋了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)發(fā)明實(shí)施方案，與圖1所示的陣列類似的chemFET陣列的一列。[0015]圖3顯示了根據(jù)本公開內(nèi)容的另一個(gè)發(fā)明實(shí)施方案，多個(gè)鄰近像素的復(fù)合橫截面視圖，它解釋了像素制造的疊層(layer-by-layer)視圖。[0016]圖4A-4L是在圖3所示的傳感器的制造中指定的對(duì)應(yīng)材料層的模式的頂視圖。[0017]圖5A-5B解釋了用于生產(chǎn)具有在傳感器浮動(dòng)?xùn)派系谋‰娊橘|(zhì)層的陣列的工藝步驟，且電介質(zhì)層包含電荷敏感層和粘附層。[0018]圖6是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的電子組件的一個(gè)實(shí)施方案的框圖。[0019]圖7是圖6所示組件的一個(gè)示例性的時(shí)序圖。[0020]圖8A是高水平的部分框圖部分電路圖，它顯示了基礎(chǔ)的無(wú)源傳感器像素，其中ISFET源和排出裝置(drain)上的電壓變化將噪聲引入分析物，造成感測(cè)值的誤差。[0021]圖SB是高水平的部分框圖部分電路圖，它顯示了基礎(chǔ)的無(wú)源傳感器像素，其中ISFET排出裝置上的電壓變化通過(guò)將它接地而消除，通過(guò)列緩沖器得到像素輸出，且將⑶S用于列緩沖器的輸出，以減少相關(guān)噪聲。[0022]圖SC是高水平的部分框圖部分電路圖，它顯示了二晶體管無(wú)源傳感器像素，ISFET排出裝置和源上的電壓變化基本上被消除，通過(guò)緩沖器得到像素輸出，且將⑶S用于列緩沖器的輸出，以減少相關(guān)噪聲。[0023]圖9是流動(dòng)池的橫截面視圖。[0024]圖1OA和B的圖顯示了來(lái)自ISFET裝置的跡線(A)和來(lái)自23_mer合成寡核苷酸的測(cè)序反應(yīng)的核苷酸讀出(B)。[0025]圖1lA和B的圖顯示了來(lái)自ISFET裝置的跡線(A)和來(lái)自25_merPCR產(chǎn)物的測(cè)序反應(yīng)的核苷酸讀出(B)?！揪唧w實(shí)施方式】[0026]盡管本發(fā)明適合于不同的修改和替代形式，借助于實(shí)施例已經(jīng)在附圖中顯示了其細(xì)節(jié)，并予以詳細(xì)描述。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不將發(fā)明限于所述的具體實(shí)施方案。相反，本發(fā)明意在覆蓋落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改方案、等同方案和替代方案。例如，為了解釋的目的，裝置和陣列的微電子學(xué)部分以CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)。但是，應(yīng)當(dāng)理解，公開內(nèi)容無(wú)意在這方面受到限制，因?yàn)槠渌诎雽?dǎo)體的技術(shù)可以用于實(shí)現(xiàn)本文討論的系統(tǒng)的微電子學(xué)部分的不同方面。關(guān)于制備本發(fā)明的陣列的指導(dǎo)，參見許多可得到的關(guān)于集成電路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)和微型機(jī)械加工(micromachining)的參考文獻(xiàn)和論文,包括、但不限于，Alien等人，CMOSAnalogCircuitDesign(OxfordUniversityPress,第2版,2002);Levinson,PrinciplesofLithography,第2版(SPIEPress,2005);Doering和Nishi編,HandbookofSemiconductorManufacturingTechnology,第2版(CRCPress,2007);Baker,CMOSCircuitDesign,Layout,andSimulation(IEEEPress,Wiley-1nterscience,2008);Veendrick,Deep-SubmicronCMOSICs(Kluwer-Deventer,1998);Cao,Nanostructures&Nanomaterials(ImperialCollegePress,2004);等，它們的相關(guān)部分通過(guò)引用并入本文。[0027]在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及化學(xué)敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管(chemFET)的集成傳感器陣列(例如，二維陣列)，其中所述陣列的單個(gè)chemFET傳感器元件或“像素”設(shè)置成檢測(cè)樣品流體中的分析物存在(或缺失)、分析物水平(或量)和/或分析物濃度?！皹悠妨黧w”是指這樣的流體，其用于遞送樣品或試劑到樣品保留區(qū)，或從樣品保留區(qū)去除產(chǎn)物或反應(yīng)物，諸如多步反應(yīng)中的洗滌流體。在陣列上發(fā)生的分析過(guò)程中，樣品流體可以保持相同，或可以變化。由本發(fā)明的陣列檢測(cè)或監(jiān)測(cè)的分析過(guò)程包括在陣列附近發(fā)生的化學(xué)和/或生物過(guò)程(例如，化學(xué)反應(yīng)、細(xì)胞培養(yǎng)、神經(jīng)活性、核酸測(cè)序反應(yīng)等)。下面更詳細(xì)地討論的不同實(shí)施方案所預(yù)見到的chemFET的實(shí)施例包括但不限于:離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管(ion-sensitivefieldeffecttransistor,ISFET)和酶敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管(enzyme-sensitivefieldeffecttransistor,EnFET)。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方式中，將一個(gè)或多個(gè)微流體結(jié)構(gòu)制造在chemFET傳感器陣列的上面，以提供生物或化學(xué)反應(yīng)的保留、控制和/或限制，其中可以捕獲、產(chǎn)生或消耗(視情況而定)目標(biāo)分析物。這樣的結(jié)構(gòu)在陣列上界定了在本文中稱作“樣品保留區(qū)”的區(qū)域。例如，在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，所述微流體結(jié)構(gòu)可以設(shè)置成一個(gè)或多個(gè)“孔”(或微孔、或反應(yīng)室、或反應(yīng)孔，這些術(shù)語(yǔ)在本文中互換使用)，所述孔設(shè)置在陣列的一個(gè)或多個(gè)傳感器上面，使其上面設(shè)置有給定孔的一個(gè)或多個(gè)傳感器檢測(cè)和測(cè)量給定孔中的分析物存在、水平和/或濃度。優(yōu)選地，孔和傳感器的比例是1:1。[0028]可以針對(duì)對(duì)多種分析物中的任意一種或多種的靈敏度，設(shè)置根據(jù)本公開內(nèi)容的不同發(fā)明實(shí)施方案的chemFET陣列。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以針對(duì)對(duì)一種或多種分析物的靈敏度，特別地設(shè)置陣列的一個(gè)或多個(gè)chemFET，且在另一些實(shí)施方案中，可以針對(duì)對(duì)不同分析物的靈敏度，設(shè)置給定陣列的不同的chemFET。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，陣列的一個(gè)或多個(gè)傳感器(像素)可以包括設(shè)置成對(duì)第一分析物敏感的第一類chemFET，且陣列的一個(gè)或多個(gè)其它傳感器可以包括設(shè)置成對(duì)不同于第一分析物的第二分析物敏感的第二類chemFET。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一和第二分析物可以彼此相關(guān)。作為一個(gè)實(shí)例，第一和第二分析物可以是相同生物或化學(xué)反應(yīng)/過(guò)程的副產(chǎn)物，因此可以同時(shí)檢測(cè)它們，以證實(shí)反應(yīng)的發(fā)生(或不發(fā)生)。這種冗余在某些分析物檢測(cè)方法中是優(yōu)選的。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，超過(guò)2種不同類型的chemFET可以用于任意給定的陣列中，以檢測(cè)和/或測(cè)量不同類型的分析物，和任選地監(jiān)測(cè)生物或化學(xué)過(guò)程，諸如結(jié)合事件。一般而言，應(yīng)當(dāng)理解，在本文討論的傳感器陣列的任意實(shí)施方案中，給出的傳感器陣列可以是“均質(zhì)的”，因此由基本上類似或相同類型的檢測(cè)和/或測(cè)量相同分析物(例如，PH或其它離子濃度)的chemFET組成，或者傳感器陣列可以是“異質(zhì)的”，包括用于檢測(cè)和/或測(cè)量不同分析物的不同類型的chemFET。在另一個(gè)實(shí)施方案中，陣列中的傳感器可以設(shè)置成檢測(cè)和/或測(cè)量單一類型(或種類)的分析物，盡管檢測(cè)和/或測(cè)量的物質(zhì)的類型(或種類)在傳感器之間可能不同。作為一個(gè)實(shí)例，陣列中的所有傳感器可以設(shè)置成檢測(cè)和/或測(cè)量核酸，但是每個(gè)傳感器檢測(cè)和/或測(cè)量不同的核酸。[0029]如本文使用的，陣列是元件(諸如傳感器或孔)的平面排列。陣列可以是一維或二維的。一維陣列是這樣的陣列，其具有在第一維的一列(或行)元件和在第二維的多個(gè)列(或行)。一維陣列的實(shí)例是1x5陣列。二維陣列是這樣的陣列，其具有在第一維和第二維的多個(gè)列(或行)。在第一維和第二維的列(或行)的數(shù)目可以相同或不同。二維陣列的實(shí)例是5x10陣列。[0030]因此，一個(gè)實(shí)施方案涉及這樣的裝置，其包含CMOS制造的傳感器的陣列，每個(gè)傳感器包含一個(gè)化學(xué)敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管(chemFET)，并占據(jù)陣列表面上10μm2或更小、9μm2或更小、8μHl2或更小、7μHl2或更小、6μHl2或更小、5μHl2或更小、4μHl2或更小、3μHl2或更小、或2μHl2或更小的面積。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案涉及這樣的裝置，其包含CMOS-制造的傳感器的平面陣列，密度為至少100個(gè)傳感器/mm2、或至少250個(gè)傳感器/mm2、或至少1000個(gè)傳感器/mm2、或至少5000個(gè)傳感器/mm2、或至少10000個(gè)傳感器/mm2。[0031]另一個(gè)實(shí)施方案涉及這樣的裝置，其包含CMOS制造的傳感器的陣列，每個(gè)傳感器包含一個(gè)化學(xué)敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管(chemFET)。CMOS制造的傳感器的陣列包括超過(guò)256個(gè)傳感器，且來(lái)自該陣列所有chemFET的chemFET輸出信號(hào)的集合構(gòu)成一幀數(shù)據(jù)。該裝置另外包含控制電路，該電路與陣列耦聯(lián)，并設(shè)置成產(chǎn)生至少一個(gè)陣列輸出信號(hào)，以提供來(lái)自該陣列的多幀數(shù)據(jù)，幀率為至少I幀/秒。在一個(gè)方面，幀率可以是至少10幀/秒。在另一個(gè)方面，幀率可以是至少20幀/秒。在另一些方面，幀率可以是至少30、40、50、70或多達(dá)100幀/秒。由傳感器測(cè)得的化學(xué)或生物現(xiàn)象可以產(chǎn)生電信號(hào)，通常是電流或電壓水平變化，其具有多樣的持續(xù)時(shí)間和幅度。在有些實(shí)施方案中，這樣的信號(hào)可以具有在幾毫秒(例如10毫秒)至幾秒(例如10-20秒)范圍的持續(xù)時(shí)間。對(duì)于陣列所監(jiān)測(cè)的周期或順序進(jìn)程，這樣的信號(hào)可以幾分鐘、幾小時(shí)或幾天的間隔基本重復(fù)。此外，所述信號(hào)可以具有重疊的不同類型的噪聲，包括來(lái)自陣列自身的閃爍噪聲和熱噪聲(特別是來(lái)自樣品流體)。裝置的控制電路設(shè)置成從陣列的每個(gè)傳感器取樣每個(gè)信號(hào)，用于一幀完整的數(shù)據(jù)。這樣的取樣可以持續(xù)短時(shí)間，例如1-100微秒等，使得可以以上面列出的幀/秒值讀出完整數(shù)據(jù)幀。[0032]如下面更充分解釋的，已經(jīng)以減少所捕獲電荷的影響的方式制造本發(fā)明的陣列，所述影響包括相同陣列中的傳感器對(duì)相同或類似感知條件的響應(yīng)在傳感器之間缺乏穩(wěn)定性和一致性。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)將陣列的傳感器暴露于預(yù)定的PH變化，可以測(cè)量這樣的響應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，陣列中至少95%的傳感器的響應(yīng)在pH7-9的范圍是基本上線性的，且具有靈敏度為至少40mV/pH單位的電壓輸出信號(hào)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，陣列中至少98%的傳感器具有這樣的性能。“基本上線性的”是指，在這樣的pH范圍測(cè)得的pH值偏離線性的變異系數(shù)為至少10%或至少5%或至少2%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，這樣的陣列中至少95%的傳感器各自具有小于200毫秒的對(duì)pH變化的響應(yīng)時(shí)間。[0033]另一個(gè)實(shí)施方案涉及這樣的傳感器陣列，其包含多個(gè)電子傳感器，它們排列成多行和多列。每個(gè)傳感器包含一個(gè)化學(xué)敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管(chemFET)，所述chemFET設(shè)置成提供至少一個(gè)、且在某些情況下提供至少2個(gè)輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)代表陣列表面附近的分析物的存在和/或濃度。對(duì)于多個(gè)列中的每個(gè)列，所述陣列另外包含列電路，所述列電路設(shè)置成為該列中的各個(gè)chemFET提供恒定的排出裝置電流(draincurrent)和恒定排出裝置-源電壓(drain-to-sourcevoltage),所述列電路包括2個(gè)運(yùn)算放大器和與二極管連接的FET，其與各個(gè)chemFET排列成開爾文電橋結(jié)構(gòu)，以提供恒定的排出裝置-源電壓。[0034]另一個(gè)實(shí)施方案涉及這樣的傳感器陣列，其包含多個(gè)電子傳感器，它們排列成多行和多列。每個(gè)傳感器包含一個(gè)化學(xué)敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管(chemFET)，所述chemFET設(shè)置成提供至少一個(gè)輸出信號(hào)、并在某些情況下提供至少2個(gè)輸出信號(hào)，所述信號(hào)代表在陣列表面附近的溶液中的離子濃度。所述陣列另外包含至少一個(gè)行選擇移位寄存器(以實(shí)現(xiàn)多個(gè)行中的各個(gè)行)和至少一個(gè)列選擇移位寄存器(以從多個(gè)列中的各個(gè)列獲得chemFET輸出信號(hào))。[0035]本發(fā)明的裝置和設(shè)備可以用于檢測(cè)和/或監(jiān)測(cè)不同實(shí)體之間的相互作用。這些相互作用包括生物和化學(xué)反應(yīng)，且可以包含酶反應(yīng)和/或非酶相互作用，諸如但不限于結(jié)合事件。作為一個(gè)實(shí)例，本發(fā)明預(yù)見到監(jiān)測(cè)這樣的酶反應(yīng)，其中底物和/或試劑被消耗，且/或產(chǎn)生反應(yīng)中間體、副產(chǎn)物和/或產(chǎn)物。根據(jù)本發(fā)明可以監(jiān)測(cè)的反應(yīng)的一個(gè)實(shí)例是核酸合成方法，諸如會(huì)提供關(guān)于核酸序列的信息的方法。將在本文中更詳細(xì)地討論該反應(yīng)。[0036]裝置[0037]本發(fā)明的裝置可以廣泛變化，取決于待測(cè)分析物、是否需要含有輔助試劑的測(cè)定反應(yīng)、和是否需要順序的或循環(huán)的反應(yīng)。在一個(gè)方面，本發(fā)明的裝置包含傳感器陣列以及在其表面上的樣品保留區(qū)陣列(用于保留由樣品流體遞送給表面的生物或化學(xué)分析物)。在一個(gè)實(shí)施方案中，樣品保留區(qū)與傳感器陣列集成在一起，且可以具有多種形式。這樣的區(qū)域可以由傳感器陣列表面上的化學(xué)反應(yīng)基團(tuán)、連接到傳感器陣列表面上的對(duì)預(yù)定的分析物具有特異性的結(jié)合化合物、疏水性或親水性區(qū)域、或空間構(gòu)造(諸如微孔、腔、堰、壩、槽等)來(lái)界定。在另一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的裝置可以包含樣品載體(諸如珠子、顆粒、凝膠微滴)或其它支持物、結(jié)構(gòu)或物質(zhì)，它們?nèi)菁{目標(biāo)分析物，且可以通過(guò)樣品流體遞送至樣品保留區(qū)。這樣的樣品載體可以包括結(jié)合部分或反應(yīng)基團(tuán)，以允許連接至樣品保留區(qū)。這樣的連接可以是特異性的，其中這樣的結(jié)合部分或反應(yīng)基團(tuán)僅與互補(bǔ)性結(jié)合化合物或官能團(tuán)形成連接，或所述連接可以是隨機(jī)的，其中樣品載體保留在陣列中任意樣品保留區(qū)中的可能性基本相等。如下面更充分描述的，在一個(gè)實(shí)施方案中，樣品保留區(qū)是微孔陣列，所述微孔各自具有壁和用于物理地保留樣品、分析物和/或一種或多種樣品載體的內(nèi)部。[0038]如下面例證的，樣品流體和樣品或分析物可以以幾種方式遞送至傳感器陣列的保留區(qū)。在傳感器陣列被用作一次使用性(one-use)樣品表征裝置的情況下，諸如用于過(guò)程、環(huán)境或細(xì)胞監(jiān)測(cè)，可通過(guò)再現(xiàn)、吸量、傾瀉或通過(guò)其它直接方法來(lái)遞送樣品。在傳感器陣列用于順序的或循環(huán)的反應(yīng)中的情況下，諸如在DNA測(cè)序中，樣品流體(包括核酸模板、試劑、洗滌溶液等)可以在計(jì)算機(jī)控制下由流體系統(tǒng)遞送。對(duì)于這后一種用途，本發(fā)明的實(shí)施方案可以另外包括與樣品保留區(qū)和傳感器陣列集成在一起的流動(dòng)池。如下面更充分描述的，在一個(gè)實(shí)施方案中，這樣的流動(dòng)池將樣品流體(包括測(cè)定反應(yīng)物、緩沖液等)在受控條件下遞送至樣品保留區(qū)，所述條件可以包括層流、在每個(gè)樣品保留區(qū)的恒定流速、受控的溫度、氣泡或其它流動(dòng)破壞的最小化等。在一個(gè)方面，本發(fā)明裝置的流動(dòng)池包含入口、出口和內(nèi)部空間，當(dāng)所述流動(dòng)池與樣品保留區(qū)和傳感器的陣列連通(例如密封地結(jié)合)時(shí)，所述內(nèi)部空間形成除了入口和出口以外均密閉的室。在有些實(shí)施方案中，將所述裝置生產(chǎn)成使得流動(dòng)池和所述陣列之一或之二彼此集成在一起。在另一些實(shí)施方案中，流動(dòng)池密封地結(jié)合至陣列。任一種實(shí)施方案都會(huì)防止流體泄漏，所述泄漏除了其它可能的危害以外，會(huì)將電噪聲引入樣品流體。在一個(gè)方面，本發(fā)明的裝置包括與樣品流體進(jìn)行流體接觸的參比電極，從而在操作期間，在參比電極和陣列傳感器之間建立電勢(shì)差。[0039]在圖1中顯示了一個(gè)示例性的裝置，其適合核酸測(cè)序。在下面的討論中，為了說(shuō)明作為針對(duì)對(duì)靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)離子濃度的靈敏度而構(gòu)建的ISFET，描述了陣列的chemFET傳感器，所述離子濃度包括但不限于氫離子濃度。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本公開內(nèi)容在這方面不受限制，且在本文討論的其中采用ISFET作為例證實(shí)施例的任意實(shí)施方案中，其它類型的chemFET可以同樣地用于替代性實(shí)施方案中，如下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的。同樣地，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的不同方面和實(shí)施方案可以采用ISFET作為傳感器，而檢測(cè)除了氫離子以外的一個(gè)或多個(gè)離子物質(zhì)。[0040]系統(tǒng)1000包括半導(dǎo)體/微流體雜合結(jié)構(gòu)300，其包含ISFET傳感器陣列100和微流體流動(dòng)池200。在一個(gè)方面,流動(dòng)池200可以包含許多孔(在圖1中未顯示)，所述孔設(shè)置在ISFET陣列100中對(duì)應(yīng)的傳感器的上面。在另一個(gè)方面，將流動(dòng)池200構(gòu)建成利于對(duì)置于流動(dòng)池中的一個(gè)或多個(gè)相同模板核酸進(jìn)行測(cè)序，所述測(cè)序通過(guò)向流動(dòng)池受控地且有序地引入許多測(cè)序試劑272(例如，dATP、dCTP、dGTP、dTTP(在本文中通稱為dNTP)、二價(jià)陽(yáng)離子諸如但不限于Mg2+、洗滌溶液等)來(lái)實(shí)現(xiàn)。[0041]如圖1所示，測(cè)序試劑向流動(dòng)池200的引入可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)閥270和一個(gè)或多個(gè)泵274來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述閥門和泵由計(jì)算機(jī)260控制。許多技術(shù)可以用于使不同的加工材料(即，溶液、樣品、反應(yīng)試劑、洗滌溶液等)進(jìn)入(即，引入)這種流動(dòng)池的孔中。如圖1所示，可以使包括dNTP的試劑進(jìn)入流動(dòng)池(例如，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的閥270和泵274)，它們從流動(dòng)池?cái)U(kuò)散進(jìn)孔中，或可以通過(guò)其它方式(諸如噴墨)將試劑加入流動(dòng)池。在另一個(gè)實(shí)施例中，流動(dòng)池200可以不含有任何孔，可以利用試劑的擴(kuò)散特性來(lái)限制ISFET陣列100的各個(gè)傳感器之間的串?dāng)_(cross-talk)，或可以將核酸固定化在ISFET陣列100的傳感器的表面上。[0042]可以以多種方式構(gòu)建圖1系統(tǒng)中的流動(dòng)池200，以在ISFET陣列100附近提供一種或多種分析物(或一種或多種反應(yīng)溶液)。例如，模板核酸可以直接連接或施加于傳感器陣列100的一個(gè)或多個(gè)像素的適當(dāng)附近，或在位于傳感器陣列上面但在反應(yīng)室內(nèi)的支持材料(例如，一個(gè)或多個(gè)“珠子”)中或上，或在傳感器表面自身上。加工試劑(例如，諸如聚合酶等酶)也可以直接放置在傳感器上，或在傳感器附近的一種或多種固體支持物上(例如，它們可以結(jié)合到捕獲珠子或其它珠子上)，或它們可以是在溶液中，并自由流動(dòng)。應(yīng)當(dāng)理解，所述裝置可以沒有孔或珠子地使用。[0043]在圖1的系統(tǒng)1000中，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，ISFET傳感器陣列100監(jiān)測(cè)離子物質(zhì)，具體地，監(jiān)測(cè)包括氫離子在內(nèi)的離子物質(zhì)的水平/量和/或濃度的變化。在一些重要的實(shí)施方案中，所述物質(zhì)是源自核酸合成或測(cè)序反應(yīng)的那些。[0044]通過(guò)陣列控制器250(也在計(jì)算機(jī)260的操作下)，可以控制ISFET陣列，從而獲取與分析物檢測(cè)和/或測(cè)量有關(guān)的數(shù)據(jù)(例如，陣列的各個(gè)ISFET的輸出信號(hào))，且收集的數(shù)據(jù)可以由計(jì)算機(jī)260處理，以產(chǎn)生與模板核酸的加工(包括測(cè)序)有關(guān)的有意義信息。[0045]關(guān)于圖1所示的系統(tǒng)1000的ISFET陣列100，在一個(gè)實(shí)施方案中，陣列100實(shí)現(xiàn)為使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝(例如，0.35微米工藝、0.18微米工藝)設(shè)計(jì)和制造的集成電路，其包含監(jiān)測(cè)/測(cè)量一種或多種分析物和/或反應(yīng)所需的所有傳感器和電子器件。再次參考圖1，要與ISFET陣列100—起使用的一個(gè)或多個(gè)參比電極76可以放置在流動(dòng)池200中(例如，置于流動(dòng)池的“未使用的”孔中)，或以其它方式暴露于參照物(例如，一種或多種測(cè)序試劑172)，以建立基線，將陣列100的各個(gè)ISFET附近的分析物濃度的變化與該基線相比較。參比電極76可以電耦聯(lián)至陣列100、陣列控制器250或直接電耦聯(lián)至計(jì)算機(jī)260，以利于基于從陣列100得到的電壓信號(hào)進(jìn)行的分析物測(cè)量；在某些實(shí)現(xiàn)方式中，參比電極可以耦聯(lián)至電地線或其它預(yù)定電勢(shì)，或可以相對(duì)于地來(lái)測(cè)量參比電極電壓，以建立ISFET輸出信號(hào)測(cè)量的電參照，如下面進(jìn)一步討論的。[0046]更一般地，可以針對(duì)對(duì)多種分析物中的任意一種或多種的敏感性，構(gòu)建根據(jù)本公開內(nèi)容的不同實(shí)施方案的chemFET陣列。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以針對(duì)對(duì)一種或多種分析物和/或一個(gè)或多個(gè)結(jié)合事件的敏感性，特別地構(gòu)建陣列的一個(gè)或多個(gè)chemFET，且在其它實(shí)施方案中，可以針對(duì)對(duì)不同分析物的敏感性度，構(gòu)建給定陣列的不同chemFET。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，陣列的一個(gè)或多個(gè)傳感器(像素)可以包括構(gòu)建成對(duì)第一分析物敏感的第一類chemFET，且陣列的一個(gè)或多個(gè)其它傳感器可以包括構(gòu)建成對(duì)不同于第一分析物的第二分析物敏感的第二類chemFET。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方式中，第一和第二分析物都可以指示特定反應(yīng)，例如在通過(guò)合成測(cè)序的方法中的核苷酸摻入。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，超過(guò)2種不同類型的chemFET可以用于任意給定的陣列中，以檢測(cè)和/或測(cè)量不同類型的分析物和/或其它反應(yīng)。一般而言，應(yīng)當(dāng)理解，在本文討論的傳感器陣列的任意實(shí)施方案中，給出的傳感器陣列可以是“均質(zhì)的”，且包括基本上類似或相同類型的chemFET，以檢測(cè)和/或測(cè)量相同類型的分析物(例如，氫離子)，或傳感器陣列可以是“異質(zhì)的”，且包括不同類型的chemFET，以檢測(cè)和/或測(cè)量不同的分析物。[0047]在圖1所示系統(tǒng)的其它方面，一個(gè)或多個(gè)陣列控制器250可以用于操作ISFET陣列100(例如，選擇/實(shí)現(xiàn)陣列的各個(gè)像素，以獲得代表分析物測(cè)量的輸出信號(hào))。在不同的實(shí)現(xiàn)方式中，構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)陣列控制器的一個(gè)或多個(gè)組件可以與陣列本身的像素元件一起實(shí)現(xiàn)，在相同的集成電路(IC)芯片上作為陣列，但是在IC芯片的不同部分中或在芯片外(Off-Chip)。關(guān)于陣列控制，ISFET輸出信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換可以通過(guò)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述電路在與ISFET陣列相同的集成電路芯片上實(shí)現(xiàn)，但是位于傳感器陣列區(qū)域之外(使模數(shù)轉(zhuǎn)換電路位于傳感器陣列區(qū)域之外，會(huì)允許更小的間距并因此允許更大數(shù)目的傳感器以及減少的噪聲)。在下面進(jìn)一步討論的不同示例性實(shí)現(xiàn)方式中，模數(shù)轉(zhuǎn)換可以是4比特、8比特、12比特、16比特或其它比特分辨率，這取決于需要的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍。[0048]一般而言，可以連續(xù)地或平行地或其某種組合，從陣列取出數(shù)據(jù)。在芯片上的(On-chip)控制器(或讀出放大器)可以控制整個(gè)芯片或芯片的某一部分。因而，根據(jù)用途的需要，可以在必要時(shí)復(fù)制芯片控制器或信號(hào)放大器。所述陣列可以、但不一定是均勻的。例如，如果信號(hào)處理或某些其它限制需要多個(gè)更小的陣列(而不是一個(gè)大陣列)，則各個(gè)陣列具有它自己的讀出放大器或控制器邏輯，這是非?？尚械?。[0049]已經(jīng)提供了一種示例性系統(tǒng)1000的chemFET(例如，ISFET)陣列100在測(cè)量一種或多種分析物中的作用的一般概述，下面是根據(jù)本公開內(nèi)容的不同發(fā)明實(shí)施方案的示例性chemFET陣列的更詳細(xì)描述，所述陣列可以用于多種用途。同樣，為了解釋目的，下面討論了根據(jù)本公開內(nèi)容的chemFET陣列，其中使用ISFET陣列的具體實(shí)施例，但是其它類型的chemFET可以用于替代實(shí)施方案中。同樣，還是為了解釋目的，在核酸測(cè)序應(yīng)用的背景下討論了chemFET陣列，但是，本發(fā)明不限于此，而是預(yù)見到本文所述的chemFET陣列的多種用途。[0050]傳感器布局和陣列制誥[0051]在Rothberg等人，美國(guó)專利公開2009/0026082和2009/0127589中，描述了傳感器布局設(shè)計(jì)和陣列制造的方法。具體地，公開了用于減少或消除過(guò)程中捕獲的電荷的技術(shù)；因此，這些參考文獻(xiàn)通過(guò)引用并入本文。在一個(gè)方面，所述傳感器設(shè)計(jì)和信號(hào)讀出電路可以用于本發(fā)明中。例如，在圖2所示的一個(gè)實(shí)施方案中，陣列的每個(gè)chemFET包含浮動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，和具有第一半導(dǎo)體類型的源和排出裝置，并制造在具有第二半導(dǎo)體類型的區(qū)域中，其中沒有將具有第二半導(dǎo)體類型的區(qū)域與源或排出裝置電連接的電導(dǎo)體。每個(gè)傳感器由3個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)(包括chemFET)組成，且每個(gè)傳感器包括電連接該3個(gè)FET的多個(gè)電導(dǎo)體。3個(gè)FET排列成使得多個(gè)電導(dǎo)體包括不超過(guò)4個(gè)穿越每個(gè)傳感器占據(jù)的區(qū)域并將陣列中多個(gè)傳感器互連的導(dǎo)體。每個(gè)傳感器中的所有FET都屬于相同通道類型，并在陣列基底的單個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域中執(zhí)行。來(lái)自陣列中所有chemFET的chemFET輸出信號(hào)的集合構(gòu)成一幀數(shù)據(jù)。所述裝置另外包含控制電路，該電路與陣列耦聯(lián)，并設(shè)置成產(chǎn)生至少一個(gè)陣列輸出信號(hào)，以提供多個(gè)來(lái)自該陣列的數(shù)據(jù)幀，幀率為至少20幀/秒。[0052]作為微孔和傳感器陣列的集成的一個(gè)實(shí)例，圖3顯示了鄰近像素的復(fù)合橫截面視圖，其解釋了像素制造的疊層視圖以及浮動(dòng)?xùn)藕臀⒖椎南鄬?duì)位置。在橫截面中顯示了3個(gè)鄰近的像素。像素IOS1的所有FET組件都制造成單個(gè)η-型孔154中的ρ-通道FET。另外，在圖3的復(fù)合橫截面視圖中，也可以看見高度摻雜的P-型區(qū)域159，其對(duì)應(yīng)著MOSFETQ2和Q3的共有的排出裝置(D)。為了說(shuō)明目的，在圖3中也可以看見MOSFETQ3的多晶硅柵166。但是，為了簡(jiǎn)潔，圖2所示的MOSFETQ2和Q3的各個(gè)源以及Q2的柵在圖3中未顯示，因?yàn)樗鼈兾挥谂c共有的排出裝置沿相同的軸(即，垂直于該圖的平面)排列。最頂部金屬層304對(duì)應(yīng)于ISFET敏感區(qū)域178，在其上面設(shè)置著分析物敏感性的鈍化層172。最頂部金屬層304以及ISFET多晶硅柵164和介入導(dǎo)體306、308、312、316、320、326和338，形成ISFET浮動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)170。但是，與ISFET排出裝置的電連接由導(dǎo)體340、328和318提供，其偶聯(lián)至線Iie1上，所述線Iie1形成在金屬2層中，而不是在金屬3層中。另外，在圖3中也將線IU1和IH1顯示為形成在金屬2層中，而不是在金屬3層中。從圖4Α至4L的各個(gè)圖像，可以進(jìn)一步理解這些線以及線IlS1的結(jié)構(gòu)；具體地，在圖4F中可以看出，線IlS1以及金屬導(dǎo)體322形成在金屬I層中，且可以看出，線IU1UH1和IW1形成在金屬2層中，僅將浮動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)170的跨接線308保留在圖4J所示的金屬3層中。[0053]因此，通過(guò)將信號(hào)線112^114、1161和IlS1連接至金屬I和金屬2層，并從而增加這些信號(hào)線與金屬4層中浮動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)170的最頂層304之間的距離，可以至少部分地減少ISFET的寄生電容。應(yīng)當(dāng)理解，該一般概念(例如，在信號(hào)線和浮動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的最頂層之間包括一個(gè)或多個(gè)介入金屬層)可以在包含更大數(shù)目的金屬層的其它制造工藝中實(shí)現(xiàn)。例如，通過(guò)增加額外金屬層(超過(guò)4個(gè)總金屬層)，可以增加像素信號(hào)線和最頂部金屬層之間的距離，其中在額外金屬層中僅形成與最頂部金屬層的跨接線。具體地，可以采用6金屬層制造工藝，其中使用金屬I和金屬2層制造信號(hào)線，浮動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的最頂部金屬層形成在金屬6層中，且與最頂部金屬層的跨接線分別形成在金屬3、金屬4和金屬5層中(在金屬層之間具有有關(guān)的通道(via))。[0054]在關(guān)于降低的電容的另一個(gè)方面，可以減少最頂部金屬層304(并因而減少ISFET敏感區(qū)域178)的尺寸“f”，從而減少鄰近像素之間的交叉電容。從圖4可以看出(且如下面關(guān)于涉及在ISFET陣列上面制造孔的其它實(shí)施方案進(jìn)一步討論的)，可以制造孔725，以使其具有錐形形狀，使得在孔頂部的尺寸“g”小于像素間距“e”，但是仍然大于孔底部的尺寸“f”?；谶@種錐形，也可以將最頂部金屬層304設(shè)計(jì)成具有尺寸“f”，而不是尺寸“g”，從而提供鄰近像素的頂部金屬層之間的額外空間。在一些例證性的非限制性實(shí)現(xiàn)方式中，對(duì)于具有9微米左右的尺寸“e”的像素，尺寸“f”可以是6微米左右(相對(duì)于上面討論的7微米)，且對(duì)于具有5微米左右的尺寸“e”的像素，尺寸“f”可以是3.5微米左右。[0055]使用由氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(Si2N2O)、氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、五氧化鉭(Ta2O5)、氧化錫或二氧化錫(SnO2)等制成的鈍化層，可以進(jìn)行通過(guò)本發(fā)明測(cè)定的氫離子和其它分析物的檢測(cè)。[0056]當(dāng)將電介質(zhì)層加到ISFET傳感器排列的浮動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)上面時(shí)，從分析物到ISFET柵的通道可以建模為3個(gè)電容的串聯(lián):(I)可歸因于上述在分析物-電介質(zhì)層界面處的電荷雙層的電容(標(biāo)記的C1J、⑵由浮動(dòng)?xùn)烹娊橘|(zhì)層產(chǎn)生的電容(CFeD)、和(3)柵氧化物電容(Cox)0(應(yīng)當(dāng)指出，在上面的文本中，浮動(dòng)?xùn)烹娊橘|(zhì)層有時(shí)稱作“鈍化”層。在這里，我們更具體地將該層稱作浮動(dòng)?xùn)烹娊橘|(zhì)層，以便避免下述任何暗示:該層的材料組成必然地與經(jīng)常用于CMOS加工(例如，PECVD氮化硅)中，用于包被和保護(hù)電路元件)的所謂鈍化材料有關(guān)。串聯(lián)電容串在孔的液體分析物和ISFET柵之間延伸。[0057]眾所周知，串聯(lián)的電容形成電容性分壓器。結(jié)果，僅一部分由分析物產(chǎn)生或在分析物中產(chǎn)生的信號(hào)電壓\被施加于柵氧化物，作為驅(qū)動(dòng)ISFET的電壓Ve。如果將柵增益定義為/Vs，可能理想地具有單位增益-即，跨3個(gè)電容中的任一個(gè)沒有信號(hào)損失。C11值是材料特性的函數(shù)，且通常是在約10-40μF/cm2的量級(jí)。通過(guò)對(duì)比，柵氧化物電容通常是非常小的值。因而，通過(guò)使(^遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Cw^PCm的串聯(lián)組合(簡(jiǎn)寫為CFeD》Cra)，可以使柵增益在實(shí)踐中盡可能地接近均一。[0058]為了達(dá)到關(guān)系CFeD》CQX，可以使CqxS可能小，使一盡可能大，或二者兼有。通過(guò)使用高介電常數(shù)材料的薄層，或通過(guò)增加浮動(dòng)?xùn)沤饘倩拿娣e，可以實(shí)現(xiàn)C.的最大化。電容CFeD主要由平行的板電容器形成，所述板電容器具有浮動(dòng)?xùn)烹娊橘|(zhì)層作為它的電介質(zhì)。結(jié)果，對(duì)于給定的板(即，浮動(dòng)?xùn)沤饘倩?面積，原則上可用于增加Crai值的參數(shù)是:(I)電介質(zhì)層的厚度，和(2)電介質(zhì)材料的選擇，以及它的介電常數(shù)。浮動(dòng)?xùn)烹娊橘|(zhì)層的電容隨著它的介電常數(shù)而直接地變化，且隨著它的厚度相反地變化。因而，薄的高介電常數(shù)層是優(yōu)選的，以滿足獲得最大柵增益的目的。[0059]浮動(dòng)?xùn)烹娊橘|(zhì)層材料的一種候選物是標(biāo)準(zhǔn)的CMOS鑄造工藝所使用的鈍化材料。標(biāo)準(zhǔn)的(通常，PECVD氮化物，或更精確地，在氮氧化硅上面的氮化硅)鈍化層在形成時(shí)相對(duì)較厚(例如，約1.3μπι)，且典型的鈍化材料具有有限的介電常數(shù)。通過(guò)在形成后減薄鈍化層，可以實(shí)現(xiàn)第一種改善。這可以如下實(shí)現(xiàn):蝕刻回CMOS鈍化層，諸如通過(guò)在微孔形成過(guò)程中使用過(guò)度蝕刻步驟，以蝕刻進(jìn)和消耗大量氮化物鈍化層，留下更薄的層，諸如僅約200-600埃厚度的層。[0060]2個(gè)方案已經(jīng)用于蝕刻在氮氧化硅上面沉積的氮化硅的標(biāo)準(zhǔn)CMOS鈍化層。第一個(gè)方案稱作“部分蝕刻(partialetch)”技術(shù)；它包括蝕刻掉氮化娃層和大約一半氮氧化硅層，然后沉積薄膜金屬氧化物感測(cè)層。第二個(gè)方案稱作“蝕刻至金屬(etch-to-metal)”技術(shù)，其包括蝕刻掉所有氮化硅和氮氧化硅層，然后沉積薄膜金屬氧化物感測(cè)層。由于ALDTa2O5薄膜感測(cè)層沉積在“部分蝕刻”上面，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)獲得約0.37至約0.43的ISFET增益，傳感器靈敏度為約15.02-17.08mV/pH。[0061]一個(gè)替代方案是，在第一個(gè)位置簡(jiǎn)單地沉積更薄的電介質(zhì)(鈍化)材料層，諸如標(biāo)出的200-600埃，而不是常規(guī)CMOS鈍化工藝的1.3μm?？捎糜诟?dòng)?xùn)烹娊橘|(zhì)層的材料是金屬氧化物，諸如氧化鉭、氧化鎢、氧化鋁和氧化鉿，但也可替換為介電常數(shù)大于常見的氮化硅鈍化材料的其它材料，條件是這樣的材料是對(duì)目標(biāo)離子敏感的，或可以被賦予該敏感性。蝕刻至金屬方案是優(yōu)選的，其中在沉積浮動(dòng)?xùn)烹娊橘|(zhì)材料層之前，CMOS工藝的在浮動(dòng)?xùn)派系拟g化氧化物被完全蝕刻掉。該電介質(zhì)層可以直接地施加于金屬擴(kuò)展的ISFET浮動(dòng)?xùn)烹姌O上。這將有助于使電容CFeD的值最大化。圖5A和5B顯示了使用可容易地得到的制造技術(shù)來(lái)生產(chǎn)電介質(zhì)層的步驟，所述電介質(zhì)層高電容耦合至陣列傳感器平板。工藝步驟另外提供了對(duì)結(jié)合墊(bondpad)結(jié)構(gòu)的電接近(electricalaccess),用于芯片外(off-chip)通信。首先，處理來(lái)自半導(dǎo)體生產(chǎn)商的晶片(500)，以施加用于形成微孔的材料層(502)(在本實(shí)施例中，TE0S)，然后通過(guò)蝕刻至傳感器板(504)的金屬來(lái)形成微孔。添加電介質(zhì)層(506),例如,通過(guò)原子層沉積。在一個(gè)實(shí)施方案中，如圖5B所不，電介質(zhì)層(506)包含電荷敏感層(512)和粘附層(514)。使用替代技術(shù)和單組分或多組分的材料，可以形成電介質(zhì)層。氧化鉭和鋁是電介質(zhì)層(506)的示例性的電荷敏感的和粘附層。如上所述，可以形成電介質(zhì)層(506)的其它材料包括Ta205、A1203、！1?)3或冊(cè)3。具體地，這些材料響應(yīng)于樣品流體中的PH變化而產(chǎn)生更大的信號(hào)。還可以使用氧化銥，例如如在下述文獻(xiàn)中所述:D.0.Wipf等人，“MicroscopicMeasurementofpHwithIridiumOxideMicroelectrodes,”Anal.Chem.2000,72,4921-4927,和Y.J.Kim等人,“ConfigurationforMicropHSensor,”ElectronicsLetters,Vol.39,N0.21(2003年10月16日)。[0062]芯片控制和讀出電路[0063]多種在芯片上的結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)可以用于獲取和處理由本發(fā)明的陣列中的傳感器產(chǎn)生的輸出信號(hào)。在Rothberg等人，美國(guó)專利公開2009/0026082和2009/0127589中，公開了幾個(gè)方案，它們可以與本發(fā)明的陣列一起使用。例如，圖6說(shuō)明了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)發(fā)明實(shí)施方案，與陣列控制器250耦聯(lián)的傳感器陣列100的方框圖。在不同示例性實(shí)現(xiàn)方式中，陣列控制器250可以制造成“獨(dú)立式(standalone)”控制器,或制造成構(gòu)成計(jì)算機(jī)260的一部分的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)兼容“卡”。在一個(gè)方面，陣列控制器250的功能可以由計(jì)算機(jī)260通過(guò)界面塊252(例如，串行接口、通過(guò)USB口或PCI總線、以太網(wǎng)連接等)來(lái)控制。在一個(gè)實(shí)施方案中，將陣列控制器250的全部或部分制造成一個(gè)或多個(gè)印刷電路板，且將陣列100構(gòu)建成插入印刷電路板之一中，類似于常規(guī)IC芯片(例如，將陣列100構(gòu)建為ASIC，其插入印制電路板的芯片插槽，諸如零插入力的或“ZIF”插槽)。在這種實(shí)施方案的一個(gè)方面，構(gòu)建為ASIC的陣列100可以包括一個(gè)或多個(gè)針/末端連接，其專門提供識(shí)別碼，其可以被陣列控制器250訪問(wèn)/讀取，和/或傳遞至計(jì)算機(jī)260。這樣的識(shí)別碼可以代表陣列100的不同屬性(例如，尺寸，像素的數(shù)目，輸出信號(hào)的數(shù)目，不同運(yùn)行參數(shù)諸如供應(yīng)和/或偏壓電壓等)，且可以被處理，以確定由陣列控制器250提供的相應(yīng)運(yùn)行模式、參數(shù)和/或信號(hào)，以確保許多不同類型的陣列100中的任一個(gè)的適當(dāng)運(yùn)行。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)中，可以給構(gòu)建成ASIC的陣列100提供3個(gè)針(專用于識(shí)別碼)，且在制造過(guò)程中，可以編碼ASIC，以提供在這3個(gè)針的每一個(gè)處的3種可能的電壓狀態(tài)之一(即，三態(tài)的針編碼方案)，從而由陣列控制器250讀取，由此提供27個(gè)獨(dú)特的陣列識(shí)別碼。在該實(shí)施方案的另一個(gè)方面，可以實(shí)現(xiàn)陣列控制器250的全部或部分，作為場(chǎng)可編程的門陣列(FPGA)，其構(gòu)建成執(zhí)行不同的陣列控制器功能，如下面更詳細(xì)地描述的。[0064]通常，陣列控制器250會(huì)為陣列100提供不同的供給電壓和偏壓電壓、以及與行和列選擇有關(guān)的不同信號(hào)、像素輸出的取樣和數(shù)據(jù)獲取。具體地，陣列控制器250讀出一個(gè)或多個(gè)模擬輸出信號(hào)(例如，Voutl和Vout2)，包括來(lái)自陣列100的多路的各個(gè)像素電壓信號(hào)，然后數(shù)字化這些各個(gè)像素信號(hào)，以將測(cè)量數(shù)據(jù)提供給計(jì)算機(jī)260，后者又可以儲(chǔ)存和/或處理數(shù)據(jù)。在某些實(shí)現(xiàn)方式中，陣列控制器250也可以設(shè)置成執(zhí)行或促進(jìn)不同的陣列校準(zhǔn)和診斷功能。陣列控制器250通常會(huì)給陣列100提供模擬供給電壓和地線(VDDA、VSSA)、數(shù)字供給電壓和地線(VDDD、VSSD)和緩沖器輸出供給電壓和地線(VDD0、VSS0)。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)中方式，供給電壓VDDA、VDDD和VDDO中的每一個(gè)是大約3.3伏特。在另一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，供給電壓VDDA、VDDD和VDDO可以低至大約1.8伏特。如上面所討論的，在一個(gè)方面，這些電源供給電壓中的每一個(gè)通過(guò)單獨(dú)的傳導(dǎo)途徑提供給陣列100，以促進(jìn)噪聲分離。在另一個(gè)方面，這些供給電壓可以源自各個(gè)電源供給/調(diào)節(jié)器，或這些供給電壓中的一個(gè)或多個(gè)可以源自陣列控制器250的電源供給258中的共同來(lái)源。電源供給258也可以提供陣列運(yùn)行所需的不同偏壓電壓(例如，VB1、VB2、VB3、VB4、VBOO、V主體)和用于陣列診斷和校準(zhǔn)的參照電壓VREF。[0065]在另一個(gè)方面，電源供給258包括一個(gè)或多個(gè)可以由計(jì)算機(jī)260控制的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，以允許偏壓電壓、參照電壓和供給電壓中的任一個(gè)或全部在軟件控制下變化(即，可編程的偏壓設(shè)置)。例如，響應(yīng)于計(jì)算機(jī)控制(例如，通過(guò)軟件執(zhí)行)的電源供給258可以促進(jìn)供給電壓中的一個(gè)或多個(gè)的調(diào)節(jié)(例如，在3.3伏特和1.8伏特之間切換，取決于由識(shí)別碼表示的芯片類型)和/或偏壓電壓VBl和VB2(對(duì)于像素排出電流)、VB3(對(duì)于列總線驅(qū)動(dòng))、VB4(對(duì)于列放大器帶寬)和VBOO(對(duì)于列輸出緩沖器電流驅(qū)動(dòng))中的一個(gè)或多個(gè)的調(diào)節(jié)。在某些方面，可以調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)偏壓電壓，以優(yōu)化來(lái)自所實(shí)現(xiàn)像素的信號(hào)的穩(wěn)定時(shí)間。另外，在任選的制造后紫外線照射處理期間，可以使陣列的所有ISFET的共同主體電壓接地，以減少捕獲的電荷，然后在陣列的診斷分析、校準(zhǔn)和正常運(yùn)行(用于測(cè)量/數(shù)據(jù)獲取)期間耦聯(lián)至更高的電壓(例如，VDDA)。同樣地，可以改變參照電壓VREF，以促進(jìn)多種診斷和校準(zhǔn)功能。[0066]如圖6所示，通常與要通過(guò)陣列100測(cè)量的分析物溶液一起使用的參比電極76可以耦聯(lián)至電源供給258，以提供像素輸出電壓的參考電勢(shì)。例如，在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，可以將參比電極76耦聯(lián)至供應(yīng)地線(例如，模擬地線VSSA)，以提供像素輸出電壓的參照。在其它示例性實(shí)現(xiàn)方式中，可以如下設(shè)定參比電極電壓:通過(guò)將具有已知PH水平的目標(biāo)溶液/樣品放置在傳感器陣列100附近，并調(diào)節(jié)參比電極電壓，直到陣列輸出信號(hào)Voutl和Vout2提供希望的參照水平的像素電壓，以后的像素電壓從該水平的變化會(huì)反映相對(duì)于已知參照PH水平的局部pH變化。一般而言，應(yīng)當(dāng)理解，與參比電極76有關(guān)的電壓不一定必須與上面討論的參照電壓VREF(其可以用于多種陣列診斷和校準(zhǔn)功能)相同，盡管在某些實(shí)現(xiàn)中，由電源供給258提供的參照電壓VREF可以用于設(shè)定參比電極76的電壓。[0067]關(guān)于來(lái)自陣列100的數(shù)據(jù)獲取，在一個(gè)實(shí)施方案中，圖6的陣列控制器250可以包括一個(gè)或多個(gè)前置放大器253，以進(jìn)一步緩沖一個(gè)或多個(gè)來(lái)自傳感器陣列的輸出信號(hào)(例如，VoutI和Vout2)，并提供可選擇的增益。在一個(gè)方面，陣列控制器250可以包括用于每個(gè)輸出信號(hào)的一個(gè)前置放大器(例如，針對(duì)2個(gè)模擬輸出信號(hào)的2個(gè)前置放大器)。在另一些方面，前置放大器可以設(shè)置成接收0.0-1.8伏特或0.0-3.3伏特的輸入電壓，可以具有可編程的/計(jì)算機(jī)可選擇的增益(例如，1、2、5、10和20)和低噪聲輸出(例如，〈lOnV/sqrtHz)，且可以提供低通濾波(例如，5MHz和25MHz的帶寬)。關(guān)于噪聲減少和增加信噪比，在將陣列100構(gòu)建成放入印制電路板(其含有陣列控制器250的全部或部分)的芯片插槽中的ASIC的實(shí)現(xiàn)方式中，濾波電容器可以設(shè)置在芯片插槽附近(例如，ZIF插槽的下側(cè))，以促進(jìn)噪聲減少。在另一個(gè)方面，前置放大器可以具有輸入和/或輸出電壓信號(hào)的可編程的/計(jì)算機(jī)可選擇的偏移距(offset)，以設(shè)定至希望的范圍的標(biāo)稱水平。[0068]圖6的陣列控制器250也包含一個(gè)或多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器254(ADC)，以將傳感器陣列輸出信號(hào)Voutl和Vout2轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出(例如，10比特或12比特)，從而將數(shù)據(jù)提供給計(jì)算機(jī)260。在一個(gè)方面，可以為傳感器陣列的每個(gè)模擬輸出采用一個(gè)ADC，且每個(gè)ADC可以耦聯(lián)至對(duì)應(yīng)的前置放大器的輸出(如果在給定實(shí)現(xiàn)中采用前置放大器)。在另一個(gè)方面，ADC可以具有計(jì)算機(jī)可選擇的輸入范圍(例如，50mV、200mV、500mV、lV)，以促進(jìn)與不同范圍的陣列輸出信號(hào)和/或前置放大器參數(shù)的兼容性。在另一些方面，ADC的帶寬可以大于60MHz，且數(shù)據(jù)獲取/轉(zhuǎn)換速率大于25MHz(例如，高達(dá)IOOMHz或更大)。[0069]在圖6的實(shí)施方案中，ADC米集時(shí)機(jī)以及陣列行和列選擇可以由定時(shí)發(fā)生器256控制。具體地，定時(shí)發(fā)生器會(huì)提供數(shù)字垂直數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)(DV、CV)(以控制行選擇)、數(shù)字水平數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)(DH、CH)(以控制列選擇)和列取樣和保持信號(hào)COLSH(以取樣實(shí)現(xiàn)的行的各個(gè)像素電壓)。定時(shí)發(fā)生器256也為ADC254提供取樣時(shí)鐘信號(hào)CS，從而適當(dāng)?shù)貙?duì)給定陣列模擬輸出信號(hào)(例如，Voutl和Vout2)的數(shù)據(jù)流中的連續(xù)像素值進(jìn)行采樣和數(shù)字化，如下面關(guān)于圖7進(jìn)一步討論的。在某些實(shí)現(xiàn)方式中，定時(shí)發(fā)生器256可以通過(guò)微處理器執(zhí)行代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，并構(gòu)建為多通道數(shù)字模式發(fā)生器，以提供適當(dāng)定時(shí)的控制信號(hào)。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方式中，定時(shí)發(fā)生器256可以作為場(chǎng)可編程的門陣列(FPGA)來(lái)實(shí)現(xiàn)。[0070]圖7說(shuō)明了不同陣列控制信號(hào)的一種示例性的定時(shí)簡(jiǎn)圖，所述信號(hào)由定時(shí)發(fā)生器256提供，以獲取來(lái)自傳感器陣列100的像素?cái)?shù)據(jù)。為了下面討論的目的，將“幀”定義為包括陣列中每個(gè)像素的值(例如，像素輸出信號(hào)或電壓Vs)的數(shù)據(jù)集，并將“幀率”定義為可以從陣列獲取連續(xù)幀的速率。因而，幀率基本上對(duì)應(yīng)著陣列中每個(gè)像素的“像素取樣速率”，因?yàn)橐栽搸实玫饺我饨o定像素的數(shù)據(jù)。[0071]在圖7的實(shí)例中，選擇20幀/秒的示例性幀率來(lái)說(shuō)明陣列的運(yùn)行(即，行和列選擇和信號(hào)獲取)；但是，應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本公開內(nèi)容的陣列和陣列控制器在這方面不受限制，因?yàn)椴煌膸?包括更低的幀率(例如，1-10幀/秒)或更高的幀率(例如，25、30、40、50,60,70-100幀/秒等))以及具有相同或更高像素?cái)?shù)的陣列是可能的。在某些示例性應(yīng)用中，可以在幾秒中獲取數(shù)據(jù)集，其包括許多幀，以進(jìn)行給定一種或多種分析物的實(shí)驗(yàn)。幾個(gè)這樣的實(shí)驗(yàn)可以連續(xù)進(jìn)行，在某些情況下，其間有暫停，以允許數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移/處理和/或洗滌傳感器陣列ASIC和準(zhǔn)備后續(xù)實(shí)驗(yàn)的試劑。[0072]例如，關(guān)于檢測(cè)核苷酸摻入的方法，可以選擇適當(dāng)?shù)膸剩猿浞謱?duì)ISFET的輸出信號(hào)采樣。在一些示例性實(shí)現(xiàn)方式中，氫離子信號(hào)可以具有大約I秒至大約2.5秒量級(jí)的半數(shù)最大值全寬度(full-widthathalf-maximum,FWHM),這取決于核苷酸摻入事件的數(shù)目。給出這些示例值后，20Hz的幀率(或像素取樣速率)足以可靠地分辨給定像素的輸出信號(hào)形式的信號(hào)。另外，在該實(shí)例中給出的幀率主要為了說(shuō)明目的而提供，且在其它實(shí)現(xiàn)中可能涉及不同的幀率。[0073]在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，陣列控制器250控制陣列100來(lái)連續(xù)實(shí)現(xiàn)行，每次一個(gè)。例如，通過(guò)行選擇信號(hào)RowSel1實(shí)現(xiàn)第一行像素。使實(shí)現(xiàn)的像素穩(wěn)定一段時(shí)間，然后，簡(jiǎn)短地發(fā)出(assert)COLSH信號(hào)，以關(guān)閉每列中的樣品/保持開關(guān)，并通過(guò)該列的第一個(gè)像素將電壓值輸出存儲(chǔ)在該列的樣品/保持電容器Csh上。該電壓然后可用作列輸出電壓Vcmj,其施加于2個(gè)(奇數(shù)和偶數(shù)列)陣列輸出驅(qū)動(dòng)器198i和1982之一(例如，參見圖16)。然后撤銷(de-assert)COLSH信號(hào)，由此打開每列中的樣品/保持開關(guān)，并從列放大器107A和107B中將列輸出緩沖器Illj去耦聯(lián)。此后不久，通過(guò)行選擇信號(hào)RowSel2實(shí)現(xiàn)第二行像素。在使第二行像素穩(wěn)定的時(shí)間段期間，產(chǎn)生列選擇信號(hào)，每次2個(gè)(一個(gè)奇數(shù)和一個(gè)偶數(shù)；奇數(shù)列選擇信號(hào)連續(xù)施加于奇數(shù)輸出驅(qū)動(dòng)器，偶數(shù)列選擇信號(hào)連續(xù)施加于偶數(shù)輸出驅(qū)動(dòng)器)，以讀出與第一行有關(guān)的列輸出電壓。這樣，在實(shí)現(xiàn)并穩(wěn)定陣列中的給定行的同時(shí)，讀出前一行，每次2列。通過(guò)交錯(cuò)進(jìn)行行選擇和取樣/讀出(例如，通過(guò)不同的垂直和水平時(shí)鐘信號(hào)和列取樣/保持)，和通過(guò)一次讀出給定行的多個(gè)列，可以以基本流線化的方式從陣列獲取數(shù)據(jù)幀。[0074]圖7說(shuō)明了20幀/秒的示例性幀率的前述過(guò)程的定時(shí)細(xì)節(jié)。在512x512陣列中，每行必須在大約98微秒內(nèi)讀出，如圖7中的垂直描繪所指示的。因此，垂直時(shí)鐘信號(hào)CV具有98微秒的時(shí)間段(B卩，超過(guò)IOkHz的時(shí)鐘頻率)，在CV信號(hào)的后緣(負(fù)躍遷)上實(shí)現(xiàn)新行。圖7的左側(cè)反映了新幀周期的開始，在該時(shí)間點(diǎn)，在CV信號(hào)的第一個(gè)后緣之前發(fā)出垂直數(shù)據(jù)信號(hào)DV，并在CV信號(hào)的下一個(gè)后緣之前撤銷。另外，在緊鄰CV信號(hào)的每個(gè)后緣(即，實(shí)現(xiàn)的新行)之前，發(fā)出COLSH信號(hào)2微秒，在CV信號(hào)的后緣之前剩下大約50納秒。[0075]在圖7中，COLSH信號(hào)的第一次出現(xiàn)實(shí)際上是取樣512x512陣列的行512的像素值。因而，在CV信號(hào)的第一個(gè)后緣上，實(shí)現(xiàn)第一行，并允許穩(wěn)定(大約96微秒)直到COLSH信號(hào)第二次出現(xiàn)。在第一行的該穩(wěn)定時(shí)間期間，通過(guò)列選擇信號(hào)讀出行512的像素值。因?yàn)橥瑫r(shí)產(chǎn)生2個(gè)列選擇信號(hào)來(lái)讀出512列，水平時(shí)鐘信號(hào)CH必須在該時(shí)期內(nèi)產(chǎn)生256個(gè)周期，CH信號(hào)的每個(gè)后緣產(chǎn)生一個(gè)奇數(shù)和一個(gè)偶數(shù)列選擇信號(hào)。如圖7所示，給定行的CH信號(hào)的第一個(gè)后緣在選擇行后2微秒定時(shí)發(fā)生(在COLSH信號(hào)關(guān)閉后)，以允許存儲(chǔ)在取樣/保留電容器Csh上并由列輸出緩沖器提供的電壓值穩(wěn)定。但是，應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)現(xiàn)方式中，在CH信號(hào)的第一個(gè)后緣和COLSH信號(hào)的后緣(S卩，失活)之間的時(shí)間段可以顯著小于2微秒，且在某些情況下，小至剛超過(guò)50納秒。也對(duì)于每行，在CH信號(hào)的第一個(gè)后緣之前發(fā)出水平數(shù)據(jù)信號(hào)DH，并在CH信號(hào)的下一個(gè)后緣之前撤銷。在COLSH信號(hào)出現(xiàn)之前，選擇最后2列，如上面所討論的，所述出現(xiàn)發(fā)生在實(shí)現(xiàn)下一行之前大約2微秒。因而，在上面的實(shí)施例中，在大約94微秒的時(shí)間段內(nèi)，讀出列，每次2個(gè)(即，每行98微秒，減去在每行開始和結(jié)尾處的2微秒)。這導(dǎo)致每個(gè)陣列輸出信號(hào)Voutl和Vout2的大約2.7MHz的數(shù)據(jù)速率。[0076]被陣列的每個(gè)列中的傳感器引入樣品流體中的噪聲可能存在于傳感器的輸出信號(hào)中。當(dāng)選擇陣列中的一行時(shí)，列中的所有ISFET之間共有的排出裝置端電壓向上或向下移動(dòng)(作為源和排出裝置輸出器的必要要求)。這改變列中所有未選擇的ISFET的柵-排出裝置電容。電容的該變化又將每個(gè)未選擇的ISFET的柵偶聯(lián)進(jìn)流體中，最終將它自身表現(xiàn)為流體中的噪聲(即，錯(cuò)誤電荷，它不是由于監(jiān)測(cè)的化學(xué)反應(yīng))。也就是說(shuō)，共有的排出裝置端電壓的任意變化可以視作列中每一個(gè)未選擇的ISFET向流體中注入的噪聲。因此，如果在選擇陣列的行時(shí)，未選擇的ISFET的共有的排出裝置端電壓可以保持恒定，則可以減少或甚至有效地消除這種將噪聲偶聯(lián)進(jìn)流體中的機(jī)制。當(dāng)選擇陣列的行時(shí)，列中所有未選擇的ISFET的源端電壓也變化。這又改變列中所有這些ISFET的柵-源電容。這種電容變化將每個(gè)未選擇的ISFET的柵偶聯(lián)進(jìn)流體，再次最終將它自身顯示為流體的噪聲。也就是說(shuō)，列中未選擇的ISFET的源端電壓的任意變化可以視作向流體中的噪聲注入。因此，如果在選擇陣列的行時(shí)，未選擇的ISFET的源端電壓可以保持，則可以減少或甚至有效地消除這種將噪聲偶聯(lián)進(jìn)流體中的機(jī)制。[0077]可以與一些無(wú)源像素設(shè)計(jì)一起使用列緩沖器，以減輕ISFET排出裝置問(wèn)題，但不減輕ISFET源問(wèn)題。因而，列緩沖器最可能對(duì)上述的源-排出裝置輸出器是優(yōu)選的。使用所示的采用源和排出裝置輸出器排列的3晶體管無(wú)源像素，存在基本上2個(gè)感測(cè)節(jié)點(diǎn)，ISFET源和排出裝置末端。通過(guò)把像素連接至列緩沖器和將ISFET的排出裝置末端接地，將存在僅一個(gè)感測(cè)節(jié)點(diǎn)=ISFET源末端。所以消除了排出裝置問(wèn)題。[0078]上述讀出電路(其包含取樣和保持模塊和多路器模塊)也具有小于單位理想值的增益。此外，取樣和保持模塊構(gòu)成總芯片噪聲的重要百分比，可能超過(guò)25%。從開關(guān)電容器理論，取樣和保持“kT/C”噪聲與電容成反比。因此，通過(guò)選擇更大的電容器，可以減小取樣和保持噪聲。減小噪聲的另一個(gè)方案是采用關(guān)聯(lián)的雙重抽樣(CDS)，其中使用第二個(gè)取樣和保持和差分電路來(lái)抵償相關(guān)噪聲。在下面更詳細(xì)地討論該方案。[0079]關(guān)聯(lián)的雙重抽樣(CorrelatedDoubleSampling,⑶S)是用于測(cè)量諸如電壓或電流等電值的已知技術(shù)，其允許去除不希望的偏離。測(cè)量傳感器的輸出2次:一次是在已知的條件下，一次是在未知的條件下。然后從未知條件減去從已知條件測(cè)得的值，以產(chǎn)生與待測(cè)物理量具有已知關(guān)系的值。這里的挑戰(zhàn)是，如何有效地實(shí)現(xiàn)⑶S以及如何解決相關(guān)噪聲和使向分析物流體中的噪聲注入最小化。[0080]起點(diǎn)是傳感器像素和它的讀出配置，如在本申請(qǐng)的前面部分中所表達(dá)的。參考圖8A，基礎(chǔ)的無(wú)源傳感器像素77A1是ISFET77A2和一對(duì)連接ISFET源的行選擇晶體管77A3和77A4的3晶體管排列。晶體管77A3又連接電流源或匯點(diǎn)(sink)77A5。通過(guò)晶體管77A4得到讀出，所述晶體管77A4連接讀出放大器77A6的輸入。與另一個(gè)放大器77A8串聯(lián)的與二極管連接的晶體管77A7在來(lái)自讀出放大器輸出的反饋回路中連接至ISFET的排出裝置。由取樣和保持電路77A9(其連接至輸出放大器77A10)捕獲讀出放大器輸出。[0081]如上面討論的，在ISFET源和排出裝置上的電壓變化將噪聲注入分析物中，造成感測(cè)值的誤差。2個(gè)結(jié)構(gòu)性修改可以可感知地減少噪聲水平，如圖SB所示。[0082]第一個(gè)變化是，改變ISFET上的信號(hào)。消除與ISFET的排出裝置的反饋回路，并將排出裝置連接至穩(wěn)定電壓，諸如地。將列緩沖器77B連接至晶體管的發(fā)射極。[0083]第二個(gè)變化是，在列緩沖器的輸出上包括執(zhí)行⑶S的電路。如上所述，⑶S需要第一個(gè)參照值。這如下得到:在時(shí)鐘的第一個(gè)或基準(zhǔn)相位(標(biāo)為“SH”相位)，通過(guò)開關(guān)77B2，將列緩沖器77B1的輸入連接至參照電壓。組合的CDS和取樣和保持電路然后對(duì)列緩沖器的輸出進(jìn)行雙重采樣，得到參照樣品和感測(cè)值，執(zhí)行減法，并提供得到的減小了噪聲的輸出值，因?yàn)橄嗤南嚓P(guān)噪聲出現(xiàn)在參照樣品中和傳感器輸出中。[0084]CDS和取樣和保持電路的操作是筆直的。電路按照二相時(shí)鐘操作，第一個(gè)相位是SH相位,第二個(gè)相位是SHb相位。通常，所述相位是對(duì)稱的，因而彼此成倒值(invertedvalue)。在SH相位得到參照樣品，并將電荷(并由此將電壓)放在電容器Cin上，當(dāng)時(shí)鐘相位變化時(shí)，其從列緩沖器的輸出中減去。[0085]一個(gè)替代實(shí)施方案(仍然具有無(wú)源傳感器像素)如圖SC所示。該實(shí)施方案中的傳感器像素是包含ISFET的二晶體管電路，所述ISFET的排出裝置連接至固定的供給電壓VSSA。沒有與77A4相當(dāng)?shù)木w管，相反，像素輸出取自晶體管77A3的發(fā)射極。CDS以及取樣和保持電路已經(jīng)通過(guò)消除反饋回路而被稍微簡(jiǎn)化，但是它提供相同的功能:與在電容器Cbl上儲(chǔ)存電荷(電壓)相關(guān)地，從傳感器像素供給的信號(hào)減去電容器Cin上的參照值。[0086]微孔陣列[0087]如別處所討論的，對(duì)于許多應(yīng)用，諸如在DNA測(cè)序中，希望在半導(dǎo)體傳感器陣列上面提供對(duì)應(yīng)的微孔陣列，每個(gè)微孔足夠小，優(yōu)選地僅容納一個(gè)載有DNA的珠子，與之相關(guān)聯(lián)的陣列中下面的像素將提供對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。[0088]這樣的微孔陣列的使用包含3個(gè)制造和準(zhǔn)備階段，各自分別予以討論:(1)建立微孔陣列以產(chǎn)生芯片，所述芯片具有包含微孔陣列層的涂層；(2)將有涂層的芯片固定在流體界面上；且在DNA測(cè)序的情況下，(3)將載有DNA的珠子裝載進(jìn)孔中。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，在其它用途中，珠子可能是不必要的，或可以采用具有不同特征的珠子。[0089]本文所述的系統(tǒng)可以包括微流體反應(yīng)室的陣列，所述反應(yīng)室集成了包含chemFET陣列的半導(dǎo)體。在有些實(shí)施方案中，本發(fā)明包括這種陣列。所述反應(yīng)室例如可以形成在玻璃、電介質(zhì)、可用可光界定或蝕刻的材料中。玻璃材料可以是二氧化硅。[0090]本發(fā)明的不同方面或?qū)嵤┓桨干婕斑@樣的裝置，其包含chemFET傳感器陣列，該陣列上面覆蓋了反應(yīng)室陣列，其中反應(yīng)室的底部接觸(或電容地偶聯(lián)至)chemFET傳感器。在有些實(shí)施方案中，每個(gè)反應(yīng)室底部接觸chemFET傳感器，優(yōu)選地接觸單獨(dú)的chemFET傳感器。在有些實(shí)施方案中，不是所有的反應(yīng)室底部都接觸chemFET傳感器。在有些實(shí)施方案中，陣列中的每個(gè)傳感器接觸反應(yīng)室。在另一些實(shí)施方案中，不是所有的傳感器都接觸反應(yīng)室。傳感器(和/或反應(yīng)室)陣列可以包含2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、30、40、50、60、60、80、90、100、200、300、400、500、1000、IO4、105、IO6、107、IO8或更多個(gè)chemFET傳感器(和/或反應(yīng)室)。作為一個(gè)實(shí)例，本文使用的包含256個(gè)傳感器或反應(yīng)室的陣列意圖將含有256個(gè)或更多個(gè)(即，至少256)傳感器或反應(yīng)室。本文所述的“包含”元件和/或步驟的方面和實(shí)施方案也旨在充分支持和包括由這樣的元件和/或步驟組成、或基本上由這樣的元件和/或步驟組成的方面和實(shí)施方案。[0091]本發(fā)明的不同方面和實(shí)施方案涉及在陣列內(nèi)的傳感器(和/或反應(yīng)室)，它們彼此間隔下述的中心至中心距離或間隔(或“間距”，作為在本文中互換使用的術(shù)語(yǔ)):1-50微米、1-40微米、1-30微米、1-20微米、1-10微米、或5_10微米(包括等于或小于約9微米、或等于或小于約5.1微米)、或1-5微米(包括等于或小于約2.8微米)。反應(yīng)室陣列中的鄰近反應(yīng)室之間的中心至中心距離可以是約1-9微米、或約2-9微米、或約I微米、約2微米、約3微米、約4微米、約5微米、約6微米、約7微米、約8微米、或約9微米。[0092]在有些實(shí)施方案中，所述反應(yīng)室具有等于或小于約I皮升(pL)的體積，包括小于0.5pL、小于0.lpL、小于0.05pL、小于0.01pL、小于0.005pL。[0093]所述反應(yīng)室可以具有方形橫截面，例如在它們的底部或底面。實(shí)例包括8μπι乂84111橫截面、44111χ4μπι橫截面或1.5μL?xl.5μm橫截面。或者，它們可以具有矩形橫截面，例如在它們的底部或底面。實(shí)例包括8μm11211111橫截面、411111χ6μm橫截面或1.5μmχ2.25μm橫截面。[0094]在另一個(gè)示例性實(shí)施方案中，本發(fā)明包括這樣的系統(tǒng)，其包含反應(yīng)室的至少一個(gè)二維陣列，其中每個(gè)反應(yīng)室偶聯(lián)至化學(xué)敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管(“chemFET”)，且每個(gè)反應(yīng)室的體積不大于10ym3(即，IpL)。優(yōu)選地，每個(gè)反應(yīng)室的體積不大于0.34pL，更優(yōu)選不大于0.096pL，或甚至0.012pL。反應(yīng)室在頂部的橫截面面積可以任選地是22、32、42、52、62、72、82、92或IO2平方微米。優(yōu)選地，所述陣列具有至少IO2UO3,IO4、105、106、107、108、IO9或更多個(gè)反應(yīng)室。反應(yīng)室可以電容地偶聯(lián)至chemFET，且優(yōu)選地，電容地偶聯(lián)至chemFET。這樣的系統(tǒng)可以用于高通量核酸測(cè)序。[0095]在有些實(shí)施方案中，反應(yīng)室陣列(或等效地，微孔陣列)包含102、103、104、105、106或IO7個(gè)微孔或反應(yīng)室。在有些實(shí)施方案中，反應(yīng)室陣列中的單個(gè)反應(yīng)室接觸或電容地偶聯(lián)至至少一個(gè)chemFET。在一個(gè)實(shí)施方案中，陣列的反應(yīng)室接觸或電容地偶聯(lián)至一個(gè)chemFET或一個(gè)ISFET。在有些實(shí)施方案中，chemFET陣列可以任選地包含102、103、104、IO5UO6或IO7Achemi7ET15[0096]在這些和在其它的方面和實(shí)施方案中，chemFET或ISFET陣列可以包含256或更多個(gè)chemFET或ISFET。這些陣列的chemFET或ISFET可以具有1_10微米的中心至中心間隔(在鄰近的chemFET或ISFET之間)。在有些實(shí)施方案中，所述中心至中心間隔是約9微米、約8微米、約7微米、約6微米、約5微米、約4微米、約3微米、約2微米或約I微米。在具體實(shí)施方案中，所述中心至中心間隔是約5.1微米或約2.8微米。[0097]在有些實(shí)施方案中，珠子是在反應(yīng)室中，且任選地，僅珠子在反應(yīng)室中。在有些實(shí)施方案中，反應(yīng)室接觸或電容地偶聯(lián)至ISFET。在有些實(shí)施方案中，ISFET是在ISFET陣列中。在有些實(shí)施方案中，珠子具有小于6微米、小于3微米或約I微米的直徑。珠子可以具有約I微米至約7微米、或約I微米至約3微米的直徑。[0098]在有些實(shí)施方案中，反應(yīng)室具有約I微米至約10微米的中心至中心距離。在有些實(shí)施方案中，反應(yīng)室陣列包含102、103、104、105、106或IO7個(gè)反應(yīng)室。[0099]根據(jù)本發(fā)明，ISFET的柵的電介質(zhì)層是ISFET的一部分。認(rèn)識(shí)到，反應(yīng)室中的電荷積累在電介質(zhì)的一側(cè)，并形成電容器的一個(gè)極板(Plate)，且其具有浮動(dòng)?xùn)沤饘賹幼鳛樗牡诙€(gè)極板；因而，反應(yīng)室被稱作“電容地偶聯(lián)至ISFET”。[0100]在有些實(shí)施方案中，ISFET是在ISFET陣列中。ISFET陣列可以包含ΙΟ2、ΙΟ3、104、IO5UO6或IO7個(gè)ISFET。[0101]在有些實(shí)施方案中，模板核酸是在接觸或電容地偶聯(lián)至ISFET的反應(yīng)室中。在有些實(shí)施方案中，反應(yīng)室是在反應(yīng)室陣列中。在有些實(shí)施方案中，反應(yīng)室陣列包含102、103、104、IO5UO6或IO7個(gè)反應(yīng)室。[0102]微孔的尺寸在陣列之間可以不同?？梢杂脤挾?或直徑)與高度之比的方式描述這些微孔的尺寸。在有些實(shí)施方案中，該比值是1:1至1:1.5。珠子與孔尺寸(例如，珠子直徑與孔寬度、直徑或高度)之比優(yōu)選在0.6-0.8的范圍。[0103]可以用橫截面的方式描述微孔尺寸。橫截面可以稱作與孔深度(或高度)平行的“切面”，或它可以是與孔深度(或高度)垂直的切面。微孔的橫截面可以是正方形，但是它們不限于此。微孔底部的尺寸(即，在垂直于孔深度的橫截面)可以是1.5μπιxl.5μπι，或它可以是1.5μmχ2μm。合適的直徑包括、但不限于,在或約100μm、95μm、90μm、85μm、80um、75um、70um、65um、60um、55um、50um、45um、40um、35um、30um、25um、20μm、15μm、10μm、9μm、8μm、7μm、6μm、5μm、4μm、3μm、2μm、Iμm或更小。在某些具體實(shí)施方案中，直徑可以是在或約44μπι、32μπι、8μπι、4μπι或1.5μπι。合適的高度包括、但不限于，在或約100μm、95μm、90μm、85μm、80μm、75μm、70μm、65μm、60μm、55μm、50um、45um、40um、35um、30um、25um、20um、15um、10um、9um、8um、7um、6um、5μm、4μm、3μm、2μm、Iμm或更小。在某些具體實(shí)施方案中，高度可以是在或約55μm、48μm、32μm、12μm、8μm、6μm、4μm、2.25μm、1.5μm或更小。本發(fā)明的不同實(shí)施方案預(yù)見到這些直徑中的任一個(gè)與這些高度中任一個(gè)的組合。在其它實(shí)施方案中，反應(yīng)孔尺寸可以是(直徑μmX高度μm)44x55>32x32>32x48>8x8>8x12>4x4>4x6>1.5x1.5或1.5x2.25。[0104]反應(yīng)孔體積可以隨孔尺寸而變化(在陣列之間，且優(yōu)選不是在單個(gè)陣列內(nèi))。該體積可以是在或約100皮升(pL)、90、80、70、60、50、40、30、20、10或更小的pL。在一些重要的實(shí)施方案中，孔體積小于lpL，包括等于或小于0.5pL、等于或小于0.lpL、等于或小于0.05pL、等于或小于0.0lpL、等于或小于0.005pL或者等于或小于0.0OlpLo體積可以是0.001-0.9pL、0.001-0.5pL、0.001-0.lpL、0.001-0.05pL或0.005-0.05pL。在具體實(shí)施方案中，孔體積是75pL、34pL、23pL、0.54pL、0.36pL、0.07pL、0.045pL、0.0024pL或0.004pL。在有些實(shí)施方案中，每個(gè)反應(yīng)室具有不大于約0.39pL的體積和約49μm2表面孔，且更優(yōu)選地具有不大于約16μm2的孔和不大于約0.064pL的體積。[0105]因而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的不同方面和實(shí)施方案一般地涉及大規(guī)模FET陣列，其用于測(cè)量一種或多種分析物，或用于測(cè)量結(jié)合到chemFET表面上的電荷。應(yīng)當(dāng)理解，chemFET和更具體地ISFET可以用于檢測(cè)分析物和/或電荷。上面討論的ISFET是為離子檢測(cè)(諸如氫離子(或質(zhì)子)檢測(cè))設(shè)置的一種具體的chemFET類型。本公開內(nèi)容預(yù)見到的其它c(diǎn)hemFET類型包括酶FET(EnFET)，其采用酶來(lái)檢測(cè)分析物。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本公開內(nèi)容不限于ISFET和EnFET，而是更一般地涉及為某類化學(xué)敏感性設(shè)置的任意FET。本文使用的化學(xué)敏感性廣義地包括對(duì)任意目標(biāo)分子的敏感性，該目標(biāo)分子包括但不限于:有機(jī)的、無(wú)機(jī)的、天然存在的、非天然存在的、化學(xué)和生物化合物，諸如離子、小分子、聚合物諸如核酸、蛋白、妝、多糖等。[0106]在有些實(shí)施方案中，本發(fā)明包括這樣的測(cè)序裝置，其包含疊加在chemFET上面的電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層具有在chemFET上面的偏心凹陷。優(yōu)選地，所述電介質(zhì)層由二氧化娃制成。[0107]在形成顯示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以后，將微孔結(jié)構(gòu)施加于裸片(die)上。也就是說(shuō)，可以在裸片上形成微孔結(jié)構(gòu)，或可以單獨(dú)形成，然后固定到裸片上，任一個(gè)方案都是可接受的。為了在裸片上形成微孔結(jié)構(gòu)，可以使用多種方法。例如，整個(gè)裸片可以旋轉(zhuǎn)涂覆例如負(fù)性光刻膠，諸如Microchem的SU-82015或正性阻蝕膠(resist)/聚酰亞胺諸如HDMicrosystemsHD8820，以達(dá)到希望的微孔高度。通過(guò)在一個(gè)或多個(gè)層中以預(yù)定速率(這可以通過(guò)參考文獻(xiàn)和生產(chǎn)商手冊(cè)來(lái)找到，或根據(jù)經(jīng)驗(yàn))旋涂適當(dāng)?shù)淖栉g膠，可以達(dá)到在光刻膠層中的希望的孔高度(例如，在每孔一個(gè)像素的實(shí)例中，約4-12μπι，盡管通常不限于此)。(通常可以根據(jù)傳感器像素的側(cè)面尺寸來(lái)選擇孔高度，優(yōu)選標(biāo)稱的1:1-1.5:1長(zhǎng)寬比、高度:寬度或直徑?；谛旁氡瓤紤]，在尺寸和達(dá)到希望的性能水平所需的數(shù)據(jù)取樣速率之間存在相關(guān)性。因而，在選擇給定用途的最佳參數(shù)時(shí)，存在許多因素)?；蛘?，可以施加多層不同的光刻膠，或可以沉積另一種形式的電介質(zhì)材料。不同類型的化學(xué)氣相沉積也可以用于構(gòu)筑適合在其中形成微孔的材料層。[0108]一旦光刻膠層(單數(shù)形式“層”也用于包括聚集體中的多層)就位，通過(guò)將掩蔽物(例如，鉻的)放置在涂有阻蝕膠的裸片上，并將所述阻蝕膠暴露于交聯(lián)(通常是紫外線)輻射，可以產(chǎn)生單個(gè)孔(通常排布成每孔具有一個(gè)或4個(gè)ISFET傳感器)。暴露于輻射(即，當(dāng)掩蔽物不阻斷輻射時(shí))的所有阻蝕膠變得交聯(lián)，且作為結(jié)果，將形成結(jié)合在芯片(裸片)的表面上的永久塑料層。通過(guò)在諸如丙二醇甲基乙基醋酸酯(PGMEA)等合適溶劑(即，顯影齊U)或其它適當(dāng)溶劑中洗滌芯片，去除未反應(yīng)的阻蝕膠(即，在未暴露的區(qū)域中的阻蝕膠，由于掩蔽物阻斷光到達(dá)阻蝕膠并阻止交聯(lián))。得到的結(jié)構(gòu)界定了微孔陣列的壁。[0109]例如，可以采用不同分辨率的接觸刻制和不同的蝕刻劑和顯影劑。有機(jī)和無(wú)機(jī)材料都可以用作在其中形成微孔的層。所述層可以在芯片上蝕刻，所述芯片在傳感器陣列中的像素結(jié)構(gòu)上面具有電介質(zhì)層，諸如鈍化層，或者所述層可以單獨(dú)形成，然后施加于傳感器陣列上面。具體選擇或方法將取決于諸如陣列尺寸、孔尺寸、可利用的制造設(shè)備、可接受的成本等因素。[0110]可以在某些實(shí)施方案中用于形成微孔層的不同有機(jī)材料中有上述的SU-8型負(fù)作用光刻膠、常規(guī)的正作用光刻膠和正作用可光界定的聚酰亞胺等。它們各自具有熟悉光刻領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。[0111]自然，在生產(chǎn)環(huán)境中，改進(jìn)是適當(dāng)?shù)摹0112]接觸刻制具有它的局限性，且它可能不是制備最高密度孔的首選制備方法，也就是說(shuō)，它可能在側(cè)面方向產(chǎn)生比希望的更高的最小間距限度。其它技術(shù)，諸如深層紫外線分步重復(fù)(deep-UVstep-and_repeat)方法,能提供更高分辨率刻制,且可以用于產(chǎn)生小間距和可能更小的孔直徑。當(dāng)然，對(duì)于不同的希望的規(guī)格(例如，每個(gè)芯片中傳感器和孔的數(shù)目)，不同技術(shù)可能證實(shí)是最佳的。且實(shí)際因素，諸如生產(chǎn)商可利用的制造工藝，可能促進(jìn)特定制造方法的使用。盡管討論了新穎的方法，但本發(fā)明的不同方面不限于這些新穎方法的使用。[0113]優(yōu)選地，在最終的金屬化過(guò)程之后，使含有ISFET陣列的CMOS晶片平面化。在氮化硅鈍化之前的化學(xué)機(jī)械電介質(zhì)平面化是合適的。這將允許在非常平的表面上進(jìn)行以后的刻制步驟，所述表面不含有后段CMOS形貌。[0114]通過(guò)利用深層紫外線分步重復(fù)刻制系統(tǒng)，可產(chǎn)生具有優(yōu)良分辨率、重合度(registration)和重復(fù)性的小構(gòu)造。但是，這些系統(tǒng)的高分辨率和大數(shù)值孔徑(NA)使它們不具有大的焦點(diǎn)深度。這樣，當(dāng)使用這樣的制造系統(tǒng)時(shí)，可能必須使用更薄的可光界定的旋涂(spin-on)層(即，1-2μm量級(jí)的阻蝕膠，而不是在接觸刻制中使用的更厚的層)以進(jìn)行圖案轉(zhuǎn)移，然后在底層蝕刻微孔構(gòu)造。高分辨率刻制然后可以用于制作微孔構(gòu)造，且可以使用常規(guī)的SiO2蝕刻化學(xué)法——結(jié)合墊區(qū)域各一個(gè)，然后是微孔區(qū)域——具有選擇性蝕刻停止；然后可以分別在鋁結(jié)合墊和氮化硅鈍化(等)上進(jìn)行蝕刻停止?；蛘?，可以采用其它合適的替代圖案轉(zhuǎn)移和蝕刻工藝，以提供無(wú)機(jī)材料的微孔。[0115]另一個(gè)方案是在有機(jī)材料中形成微孔結(jié)構(gòu)。例如，可以采用雙阻蝕膠(dual-resist)“軟膜”工藝，由此在更厚的有機(jī)材料(例如，固化的聚酰亞胺或相反作用阻蝕膠)上面使用薄的高分辨率深層紫外線阻蝕膠。頂部阻蝕膠層被圖案化。使用氧等離子體活性離子蝕刻工藝，可以轉(zhuǎn)移圖案。該工藝次序有時(shí)稱作“便攜型掩蔽”(portablecomformablemask,PCM)技術(shù)。參見B.J.Lin等人，“PracticingtheNovolacdeep-UVportableconformablemaskingtechnique”，JournalofVacuumScienceandTechnologyl9，N0.4，1313-1319(1981);和A.Cooper等人，“Optimizationofaphotosensitivespin-ondielectricprocessforcopperinductorcoilandinterconnectprotectioninRFSoCdevices.，，。[0116]或者，可以采用“鉆探-聚焦(drill-focusing)”技術(shù)，由此在不同的焦點(diǎn)深度處進(jìn)行幾個(gè)連續(xù)的分步重復(fù)暴露，以補(bǔ)償高分辨率行進(jìn)機(jī)器(stepper)的有限焦點(diǎn)深度(DOF)(在圖案化厚阻蝕膠層時(shí))。該技術(shù)依賴于行進(jìn)機(jī)器NA和DOF以及阻蝕膠材料的反差性質(zhì)。[0117]因而，可以通過(guò)能提供必要的厚度(例如，約4-1Oum)的任意高長(zhǎng)寬比(highaspectratio)光可界定的或可蝕刻的薄膜工藝制造微孔。被認(rèn)為合適的材料有光敏感的聚合物、沉積的二氧化硅、非光敏感的聚合物，它們可以使用例如等離子體蝕刻工藝等來(lái)蝕亥IJ。在二氧化硅家族中，TEOS和硅烷氧化亞氮(SILOX)看來(lái)是合適的。最終結(jié)構(gòu)是相似的，但是不同材料存在不同的表面組成，其可能造成目標(biāo)生物學(xué)或化學(xué)發(fā)生不同的反應(yīng)。[0118]當(dāng)形成微孔層時(shí)，可能必須提供蝕刻停止層，使得蝕刻工藝不會(huì)進(jìn)行到超過(guò)希望的深度。例如，可以存在要保留的底層，諸如低-K電介質(zhì)。蝕刻停止材料應(yīng)當(dāng)根據(jù)用途來(lái)選擇。SiC和SiN材料可能是合適的，但是這不意味著表示不可以采用其它材料。這些蝕刻停止材料也可以用于增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)ISFET傳感器靈敏度的表面化學(xué)，通過(guò)選擇蝕刻停止材料來(lái)具有適當(dāng)?shù)牧汶姾牲c(diǎn)(PZC)。除了二氧化硅和氮化硅以外，多種金屬氧化物可能是合適的。[0119]不同金屬氧化物的PZC可以在不同的教科書中找到，諸如J.Fierro的“MetalOxides-ChemistryandApplications”。我們已經(jīng)獲知，Ta2O5可以比Al2O3更優(yōu)選地用于蝕亥Ij停止，因?yàn)锳l2O3的PZC剛好在使用的pH(S卩，約8.8)處，且因此，剛好在零電荷點(diǎn)。另夕卜，Ta2O5具有更高的pH敏感性(S卩，mV/pH)，這是傳感器性能的另一種重要因素。優(yōu)化這些參數(shù)可能需要恰當(dāng)?shù)剡x擇鈍化表面材料。[0120]使用薄金屬氧化物材料用于該目的(S卩，作為蝕刻停止層)是困難的，因?yàn)樗鼈儗?shí)際上如此薄地沉積(通常200-500A)。微孔制造后金屬氧化物沉積技術(shù)可能允許在高長(zhǎng)寬比微孔底部設(shè)置適當(dāng)?shù)腜ZC金屬氧化物膜。[0121](a)反應(yīng)性地濺射的氧化鉭、(b)非反應(yīng)性的化學(xué)計(jì)算的氧化鉭、(C)氧化鎢或(d)氧化釩的電子束沉積可以證實(shí)具有優(yōu)良的“向下入孔(down-1n-well)”覆蓋，這是由于沉積過(guò)程的優(yōu)良方向性。[0122]陣列通常包含至少100個(gè)微流體孔，每個(gè)孔偶聯(lián)至一個(gè)或多個(gè)chemFET傳感器。優(yōu)選地，所述孔形成在玻璃(例如，SiO2)、聚合材料、可光界定(photodefinable)的材料或反應(yīng)性離子可蝕刻的薄膜材料中的至少一種中。優(yōu)選地，所述孔具有小于約1:1的寬高比。優(yōu)選地，所述傳感器是場(chǎng)效應(yīng)晶體管，且更優(yōu)選chemFET。chemFET可以任選地偶聯(lián)至PPi受體。優(yōu)選地，每個(gè)chemFET占據(jù)IO2微米或更小的陣列面積。[0123]在有些實(shí)施方案中，本發(fā)明包括這樣的測(cè)序裝置，其包含半導(dǎo)體晶片裝置，后者偶聯(lián)至電介質(zhì)層諸如玻璃(例如，SiO2)、聚合的、可光界定的或反應(yīng)性的可離子蝕刻的材料，在其中形成反應(yīng)室。典型地，玻璃、電介質(zhì)、聚合的、可光界定的或反應(yīng)性離子可蝕刻的材料與半導(dǎo)體晶片層集成在一起。在某些情況下，玻璃、聚合的、可光界定的或反應(yīng)性離子可蝕刻的層是非結(jié)晶的。在某些情況下，玻璃可以是Si02。所述裝置可以任選地另外包含合適材料的流體遞送模塊，該合適材料諸如聚合材料，優(yōu)選可注塑的材料。更優(yōu)選地，聚合層是聚碳酸酯。[0124]在有些實(shí)施方案中，本發(fā)明包括制備測(cè)序裝置的方法，所述方法包括:使用光刻，在位于晶體管陣列上面的玻璃、電介質(zhì)、可光界定的或反應(yīng)性離子可蝕刻的材料中產(chǎn)生孔。[0125]當(dāng)使用CMOS或類似的制造工藝用于陣列制造時(shí)，另一個(gè)替代方案是，使用CMOS材料直接地形成微孔。也就是說(shuō)，形成ISFET陣列的浮動(dòng)?xùn)诺腃MOS頂部金屬化層通常用約1.3μm厚的鈍化層進(jìn)行包被。通過(guò)蝕刻掉鈍化材料，可以形成1.3μm深的微孔。例如，可以形成具有1:1長(zhǎng)寬比的微孔，深度為1.3μm，在它們頂部的寬度是1.3μπι。建模表明，隨著孔尺寸減小，實(shí)際上DNA濃度增加，因此SNR增加。所以，在其它因素相同的情況下，這樣小的孔可以證實(shí)是理想的。[0126]流動(dòng)池和流控系統(tǒng)[0127]根據(jù)用途，使用傳感器陣列的完整系統(tǒng)包括合適的流體源、閥門和控制器(用于操作閥門使試劑和洗滌液流過(guò)微陣列或傳感器陣列上)。這些元件可從現(xiàn)成的(off-the-shelf)組件容易地裝配，且可以容易地對(duì)控制器進(jìn)行編程使其執(zhí)行希望的實(shí)驗(yàn)。[0128]應(yīng)當(dāng)理解，在chemFET處的讀出可以是電流或電壓(及其變化)，且對(duì)任一種讀出的任何具體提及只是為了簡(jiǎn)單起見，而無(wú)意排除其它讀出。因此，在下文中對(duì)在chemFET處電流或電壓檢測(cè)的任何提及，應(yīng)當(dāng)理解為預(yù)見到且也同樣適用于其它讀出。在一些重要的實(shí)施方案中，讀出反映了分析物濃度的快速、瞬時(shí)的變化?？梢栽诓煌瑫r(shí)間檢測(cè)超過(guò)一種分析物的濃度。在某些情況下，這樣的測(cè)量與著眼于穩(wěn)態(tài)濃度測(cè)量的方法不同。[0129]使用與微孔陣列相組合的芯片上的傳感器陣列的組件來(lái)測(cè)序樣品中的DNA，這一過(guò)程被稱作“實(shí)驗(yàn)”。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)需要向孔中裝入結(jié)合有DNA的珠子，并使幾種不同的流體溶液(即，試劑和洗液)從孔中流過(guò)。需要與流體界面偶聯(lián)的流體遞送系統(tǒng)(例如，閥門、導(dǎo)管、壓力源等)，其以受控的均勻流動(dòng)使不同溶液流過(guò)孔，具有可接受的小死體積和前后溶液之間的小交叉污染。理想情況下，與芯片(有時(shí)稱作“流動(dòng)池”)的流體界面會(huì)造成流體同時(shí)到達(dá)所有微孔。為了使陣列速度最大化，必須使陣列輸出盡可能同時(shí)得到。這種理想情況顯然是不可能的，但是希望使引入不同孔中的流體的到達(dá)時(shí)間的差別或偏差盡可能小，從而使來(lái)自陣列的所有信號(hào)的總體采集速度最大化。[0130]許多結(jié)構(gòu)的流動(dòng)池設(shè)計(jì)是可能的；因而，本文提供的系統(tǒng)和方法不依賴于特定流動(dòng)池結(jié)構(gòu)的使用。盡管希望合適的流動(dòng)池基本上符合下述目標(biāo)集合:[0131].具有適于與流體遞送系統(tǒng)互連的連接，例如，通過(guò)適當(dāng)尺寸的管道；[0132].在孔上面具有適當(dāng)?shù)捻敳靠臻g；[0133].使流體遇到的死體積最小化；[0134]?使死體積(deadvolume)最小化(以使交叉污染最小化)，所述死體積接觸流體，但是不被會(huì)流過(guò)流動(dòng)池的洗液快速地清洗干凈；[0135].設(shè)置成在陣列上實(shí)現(xiàn)一致的流體運(yùn)輸時(shí)間；[0136].在孔上面的流動(dòng)中產(chǎn)生或擴(kuò)散的氣泡盡可能少；[0137].適于將可取出的參比電極置于流動(dòng)室中或離流動(dòng)室盡可能近；[0138].易于裝入珠子；[0139].能夠以可接受的成本制備；和[0140].容于裝配和連接到芯片包。[0141]盡可能地滿足這些標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)積極地促進(jìn)系統(tǒng)性能。例如，使氣泡盡可能小少重要的，以使來(lái)自陣列的信號(hào)真實(shí)地指示孔中的反應(yīng)，而不是假噪聲。[0142]將討論幾個(gè)實(shí)例設(shè)計(jì)中的每一個(gè)，它們以不同方式和程度滿足這些標(biāo)準(zhǔn)。在每個(gè)實(shí)例中，通?？梢赃x擇以兩種方式之一實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì):通過(guò)把流動(dòng)池連接至框架，并將框架粘合(或以其它方式連接)到芯片上，或通過(guò)將框架集成在流動(dòng)池結(jié)構(gòu)中，并將該一體式組件連接到芯片上。此外，通過(guò)將參比電極集成進(jìn)排列中的方式，可以將設(shè)計(jì)分類。根據(jù)設(shè)計(jì)，可以將參比電極集成進(jìn)流動(dòng)池中(例如，形成流動(dòng)室的頂板的一部分)或在流動(dòng)通道中(通常在傳感器陣列之后，在流動(dòng)通道的出口或下游側(cè))。[0143]在圖9中，顯示了整合有這樣的流體界面的合適的實(shí)驗(yàn)裝置3410的一個(gè)實(shí)例，下面更詳細(xì)地討論了其制造和設(shè)置。所述裝置包含半導(dǎo)體芯片3412(通常標(biāo)出，盡管被隱藏)(在其上面或在其中形成孔和傳感器的陣列)和流體組件3414(其在芯片上面，并將樣品遞送給芯片用于讀取)。流體組件包括部件3416(用于引入含有樣品的流體)、部件3418(用于允許流體被導(dǎo)出)和流動(dòng)室部件3420(用于允許流體從入口流到出口，并沿著通道與孔中的材料相互作用)。這3個(gè)部件被包含玻璃載玻片3422(例如,ErieMicroarray目錄號(hào)C22-5128-M20,來(lái)自ErieScientificCompany,Portsmouth,NH,其被切成3部分，每部分的尺寸是約25mmx25mm)的界面一體化。[0144]在玻璃載玻片的上表面固定著2個(gè)配件3424和3426，諸如納米口配件(nanoportfitting)Part#N_333,其來(lái)自UpchurchScientificofOakHarbor,WA0一個(gè)口(例如，3424)用作遞送來(lái)自泵/閥系統(tǒng)(在下面描述，但是在這里未顯示)的液體的入口。第二個(gè)口(例如，3426)是將液體導(dǎo)向廢物的出口。每個(gè)口連接導(dǎo)管3428、3432，諸如適當(dāng)內(nèi)徑的柔性管道。將納米口安裝成使得管道可以穿透對(duì)應(yīng)的孔進(jìn)入玻璃載玻片。管孔應(yīng)當(dāng)與載玻片下表面齊平。[0145]在玻璃載玻片底面，流動(dòng)室3420可以包含不同的結(jié)構(gòu)，用于促進(jìn)穿過(guò)微孔陣列的顯著層流。例如，使用正性光刻膠(諸如SU-8光刻膠，其來(lái)自Newton，MA的MicroChemCorp.)，通過(guò)接觸刻制，可以制作一系列微流體通道，它們從入口管向流動(dòng)室邊緣散開。在下面將討論其它結(jié)構(gòu)。[0146]芯片3412又安裝在載體3430上，用于包裝和與連接插針(connectorpins)3432連接。[0147]為了許多原因，希望實(shí)現(xiàn)均勻的流前線并消除有問(wèn)題的流動(dòng)通道區(qū)域。一個(gè)原因是，對(duì)于許多用途、尤其基因測(cè)序而言，希望流體界面在系統(tǒng)的流動(dòng)池內(nèi)非?？焖俚耐ㄐ?。換言之，進(jìn)入流體必須在短時(shí)間段內(nèi)徹底替換以前的流體。在流動(dòng)池內(nèi)不均勻的流體速率和擴(kuò)散、以及有問(wèn)題的流動(dòng)通道可以與該需要相競(jìng)爭(zhēng)。穿過(guò)矩形橫截面導(dǎo)管的簡(jiǎn)單流可以在流動(dòng)體積中心附近的區(qū)域至鄰近側(cè)壁的區(qū)域中表現(xiàn)出顯著不一致的流體速率，一個(gè)側(cè)壁是微孔層的頂部表面和孔中的流體。這種不一致導(dǎo)致在2種行進(jìn)流體之間的在空間上和時(shí)間上的大濃度梯度。此外，氣泡可能在停滯區(qū)域(如流動(dòng)池內(nèi)部尖銳的角)停留或產(chǎn)生。(表面能(親水或疏水)可以顯著影響氣泡保留。如果模塑的表面太疏水，則應(yīng)當(dāng)考慮在加工過(guò)程中避免表面污染，并使用表面處理來(lái)建立更親水的表面)。當(dāng)然，流動(dòng)室的物理排列可能是最影響流動(dòng)前線可達(dá)到的均勻程度的因素。[0148]在所有情況下，在試劑周期之間，應(yīng)注意確保整個(gè)流動(dòng)室以及微孔的徹底洗滌。流動(dòng)擾動(dòng)可能加重充分清潔流動(dòng)室的挑戰(zhàn)。[0149]流動(dòng)擾動(dòng)也可能誘發(fā)或增加流體中的氣泡。氣泡可能阻止流體到達(dá)微孔，或延遲它引入微孔，在微孔讀出中引入誤差，或使來(lái)自該微孔的輸出在處理來(lái)自陣列的輸出時(shí)無(wú)用。因而，應(yīng)當(dāng)小心地選擇流動(dòng)擾動(dòng)元件的結(jié)構(gòu)和尺寸，以控制這些潛在的不利因素。例如，可能在擾動(dòng)元件的高度和希望的速度譜變化之間做出折衷。[0150]如別處所述的流動(dòng)池可以由許多不同的材料制成。注塑的聚碳酸酯看來(lái)非常合適。使用粘合層(例如，鉻)，可以將傳導(dǎo)性的金屬(例如，金)沉積在流動(dòng)池頂部的下側(cè)(流動(dòng)室頂板)。優(yōu)選地，將適當(dāng)?shù)牡蜏乇∧こ练e技術(shù)用于金屬參比電極的沉積，這是由于在流體池底側(cè)處(即，ISFET陣列的框架周圍)的材料(例如，聚碳酸酯)和大分步覆蓋形貌。一種可能的方案是，使用行星系統(tǒng)中的電子束蒸發(fā)。[0151]在完成裝配后——傳導(dǎo)性的環(huán)氧樹脂(例如，Epo-TekH20E或類似的)可以對(duì)準(zhǔn)流動(dòng)池分配在密封環(huán)上，放置，壓緊，并固化——ISFET流動(dòng)池準(zhǔn)備好運(yùn)行，將參考電勢(shì)施加于該包的指定針。[0152]在有些實(shí)施方案中，本發(fā)明包括用于檢測(cè)pH的裝置，其包含層流體流動(dòng)系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述裝置用于對(duì)陣列中存在的多個(gè)核酸模板進(jìn)行測(cè)序。[0153]所述裝置通常包括這樣的流體組件，其包含含有一個(gè)或多個(gè)孔的部件，所述孔用于非機(jī)械地引導(dǎo)流體流過(guò)至少IOOK(10萬(wàn))、500K(50萬(wàn))或IM(100萬(wàn))個(gè)微流體反應(yīng)室的陣列，使得流體同時(shí)或基本上同時(shí)到達(dá)所有微流體反應(yīng)室。典型地，流體流平行于傳感器表面。典型地，組件具有小于1000、500、200、100、50、20或10的雷諾數(shù)。優(yōu)選地，所述部件另外包含第一孔(用于將流體導(dǎo)向傳感器陣列)和第二孔(用于將流體導(dǎo)離傳感器陣列)。[0154]在有些實(shí)施方案中，本發(fā)明包括將流體導(dǎo)向傳感器陣列的方法，所述方法包括:提供流體組件，其包含孔，所述孔將流體源流體偶聯(lián)至傳感器陣列，并非機(jī)械地將流體導(dǎo)向傳感器陣列?！胺菣C(jī)械地”是指，流體在來(lái)自氣體壓力源(而不是機(jī)械泵)的壓力下移動(dòng)。[0155]在有些實(shí)施方案中，本發(fā)明包括孔陣列，每個(gè)孔偶聯(lián)至具有入口和出口的蓋子，和流體遞送系統(tǒng)(用于非機(jī)械地從所述入口和出口遞送和去除流體)。[0156]在有些實(shí)施方案中，本發(fā)明包括使用上述裝置測(cè)序生物聚合物(諸如核酸)的方法，所述方法包括:將包含單體的流體導(dǎo)向反應(yīng)室陣列，其中所述流體具有最大2000、1000、200、100、50或20的流體流動(dòng)雷諾數(shù)。所述方法可以任選地另外包含，檢測(cè)來(lái)自每個(gè)所述反應(yīng)室的PH或pH變化。這通常通過(guò)向傳感器表面的離子擴(kuò)散來(lái)檢測(cè)。存在提供流體組件的多種其它方式，所述流體組件用于遞送經(jīng)過(guò)微孔和傳感器陣列組件的適當(dāng)?shù)牧黧w流，且前述實(shí)例因而無(wú)意是窮盡性的。[0157]基于pH的核酸測(cè)序[0158]本發(fā)明的裝置可適于檢測(cè)由于核苷酸摻入而釋放出的氫離子，該檢測(cè)方法在Rothberg等人，美國(guó)專利公開2009/0026082和2009/0127589中公開為DNA測(cè)序方法。在這些和不同的其它方面，重要的是，盡可能多的檢測(cè)釋放出的氫離子，以便達(dá)到盡可能高的信號(hào)(和/或信噪比)。用于增加最終被chemFET表面檢測(cè)到的釋放出的質(zhì)子數(shù)的策略包括但不限于，用孔中的反應(yīng)基團(tuán)限制所釋放質(zhì)子的相互作用，選擇對(duì)質(zhì)子相對(duì)惰性的材料用于生產(chǎn)孔(在第一種情況下)，防止釋放的質(zhì)子在chemFET處檢測(cè)之前脫離孔，和增加每個(gè)孔中的模板拷貝數(shù)(以便放大來(lái)自每個(gè)核苷酸摻入的信號(hào))，以及其它。[0159]在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了具有減小的緩沖容量的陣列和設(shè)備，其用于更準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)和/或測(cè)量氫離子變化(或PH變化)。作為一個(gè)實(shí)例，本發(fā)明提供了這樣的儀器和設(shè)備，其用于在沒有緩沖容量或緩沖容量有限的環(huán)境下監(jiān)測(cè)聚合酶延伸反應(yīng)中的PH變化。緩沖減小的環(huán)境的實(shí)例包括:在樣品流體和/或反應(yīng)混合物中缺少pH緩沖組分的環(huán)境；與樣品流體和/或反應(yīng)混合物接觸的陣列組件的表面沒有或幾乎沒有緩沖容量的環(huán)境；和例如通過(guò)chemFET(更具體地，本文所述的ISFET)可檢測(cè)0.01,0.05,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5、0.6.0.7,0.8,0.9或1.0pH單位量級(jí)的pH變化的環(huán)境。[0160]緩沖抑制劑也可以是磷脂。磷脂可以是天然存在的或非天然存在的磷脂。要用作緩沖抑制劑的磷脂的實(shí)例包括但不限于磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰甘油和磷脂酰絲氨酸。在有些實(shí)施方案中，磷脂可以包被在chemFET表面(或反應(yīng)室表面)上。這樣的包被可以是共價(jià)的或非共價(jià)的。在其它實(shí)施方案中，所述磷脂存在于溶液中。[0161]本發(fā)明的一些實(shí)例采用這樣的環(huán)境，其包括緩沖極低(如果有緩沖的話)的反應(yīng)溶液。緩沖可以通過(guò)溶液組分或接觸該溶液的固體支持物來(lái)實(shí)現(xiàn)。不具有緩沖容量或具有低緩沖容量(或活性)的溶液是這樣的溶液，其中可檢測(cè)(例如，使用本文所述的chemFET傳感器)至少約+/-0.005pH單位、至少約+/-0.01、至少約+/-0.015、至少約+/-0.02、至少約+/-0.03、至少約+/-0.04、至少約+/-0.05、至少約+/-0.10、至少約+/-0.15、至少約+/-0.20、至少約+/-0.25、至少約+/-0.30、至少約+/-0.35、至少約+/-0.45、至少約+/-0.50或更高的量級(jí)的氫離子濃度變化。在有些實(shí)施方案中，每個(gè)核苷酸摻入的pH變化是在約0.005的量級(jí)。在有些實(shí)施方案中，每個(gè)核苷酸摻入的pH變化是pH降低。不具有緩沖容量或具有低緩沖容量的反應(yīng)溶液可以不含有緩沖劑或含有非常低濃度的緩沖劑，或可以使用弱緩沖劑。[0162]串聯(lián)化的模板[0163]增加模板或引物的數(shù)目(即，拷貝數(shù))會(huì)導(dǎo)致每個(gè)傳感器和/或每個(gè)反應(yīng)室中更大數(shù)目的核苷酸摻入，由此導(dǎo)致更高的信號(hào)和信噪比。可以如下增加拷貝數(shù):例如通過(guò)使用串聯(lián)體模板(即，包含待測(cè)序核酸的多個(gè)串聯(lián)排列的拷貝的核酸)，通過(guò)增加在珠子上或在珠子中的核酸的數(shù)目(直至并包括使這樣的珠子飽和)，和通過(guò)以減小位阻和/或確保模板連接(例如，通過(guò)共價(jià)連接模板)的方式將模板或引物連接到珠子上或傳感器表面上，以及其它。串聯(lián)體模板可以固定化在珠子上或在珠子中或在其它固體支持物(諸如傳感器表面)上，但在某些實(shí)施方案中，串聯(lián)體模板可以不經(jīng)固定化地存在于反應(yīng)室中。例如，模板(或包含模板和引物的復(fù)合物)可以共價(jià)地或非共價(jià)地連接到chemFET表面上，且它們的測(cè)序可以包括，在核苷酸摻入事件后，檢測(cè)釋放的氫離子和/或向chemFET表面添加的負(fù)電荷。后一種檢測(cè)方案可以在緩沖環(huán)境或溶液中進(jìn)行(即，chemFET不會(huì)檢測(cè)任何pH變化，因而這樣的變化不會(huì)干擾對(duì)添加到chemFET表面上的負(fù)電荷的檢測(cè))。[0164]RCA或CCR擴(kuò)增方法會(huì)產(chǎn)生模板核酸的串聯(lián)體，其包含數(shù)十、數(shù)百、數(shù)千或更多個(gè)串聯(lián)排列的模板拷貝。這樣的串聯(lián)體在本文中仍然可以稱作模板核酸，盡管它們可能含有起始模板核酸的多個(gè)拷貝。在有些實(shí)施方案中，它們也可以稱作擴(kuò)增的模板核酸?；蛘?，它們?cè)诒疚闹锌梢苑Q作包含靶核酸片段的多個(gè)拷貝。串聯(lián)體可以含有起始核酸的2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、500、1000或更多個(gè)拷貝。它們可以含有起始核酸的10-102、102-103、IO3-1O4UO3-1O5或更多個(gè)拷貝。使用這些或其它方法(諸如例如DNA納米球)產(chǎn)生的串聯(lián)體可以用于本文所述的合成測(cè)序(sequencing-by-synthesis)方法中。串聯(lián)體可以在陣列外體外產(chǎn)生，然后放入陣列的反應(yīng)室中，或它們可以在反應(yīng)室中產(chǎn)生?？梢蕴幚矸磻?yīng)室的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)壁，以增強(qiáng)串聯(lián)體的連接和保留，但這不是必須的。在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，如果串聯(lián)體連接到反應(yīng)室內(nèi)壁(諸如chemFET表面)上，則至少在合成測(cè)序反應(yīng)的背景下，可通過(guò)在chemFET表面處的電荷變化(作為本文討論的檢測(cè)釋放的氫離子的替代或補(bǔ)充)來(lái)檢測(cè)核苷酸摻入。如果串聯(lián)體被沉積在chemFET表面上和/或在反應(yīng)室中，則通過(guò)本文討論的檢測(cè)釋放的氫離子，可以進(jìn)行合成測(cè)序。本發(fā)明包括其它方法用于產(chǎn)生串聯(lián)化模板的用途。一種這樣的方法是Stemmer等人在美國(guó)專利號(hào)5834252中所述的PCR，該方案的描述通過(guò)引用并入本文。[0165]本發(fā)明的重要方面包括同時(shí)測(cè)序多個(gè)不同的模板核酸。這可以使用本文所述的傳感器陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述傳感器陣列上面覆蓋(和/或集成)微孔陣列(或反應(yīng)室或孔，因?yàn)檫@些術(shù)語(yǔ)在本文中互換使用)，條件是，每個(gè)微孔中存在至少一個(gè)傳感器。在多個(gè)微孔中存在的是模板核酸的相同拷貝群體。不要求任意2個(gè)微孔攜帶相同的模板核酸，盡管在某些情況下，這樣的模板可以共有重疊序列。因而，每個(gè)微孔包含模板核酸的多個(gè)相同拷貝，且微孔之間的模板可以是不同的。[0166]因此應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明包括用于測(cè)序未標(biāo)記核酸的測(cè)序裝置，其任選地使用未標(biāo)記的核苷酸，不進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)，且包含至少100個(gè)反應(yīng)室的陣列。在有些實(shí)施方案中，所述陣列包含103、104、105、106、107或更多個(gè)反應(yīng)室。間距(或鄰近反應(yīng)室之間的中心至中心距離)是在約1-10微米的量級(jí)，包括1-9微米、1-8微米、1-7微米、1-6微米、1_5微米、1_4微米、1-3微米或1-2微米。[0167]在本發(fā)明的不同方面和實(shí)施方案中，載有核酸的珠子(它們可能是數(shù)十個(gè)、數(shù)百個(gè)、數(shù)千個(gè)或更多)首先進(jìn)入流動(dòng)池，然后個(gè)體珠子進(jìn)入個(gè)體孔中。珠子可以被動(dòng)地或以其它方式進(jìn)入孔。例如，珠子可以通過(guò)重力進(jìn)入孔，不需要施加任何外力。珠子可以通過(guò)施加的外力進(jìn)入孔，所述外力包括但不限于磁力或離心力。在有些實(shí)施方案中，如果施加外力，在與孔高度/深度平行(而不是與孔高度/深度橫向)的方向施加外力，其目的是“捕獲”盡可能多的珠子。優(yōu)選地，不攪動(dòng)所述孔(或孔陣列)，因?yàn)槔缈梢酝ㄟ^(guò)施加與孔高度/深度垂直的外力來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，在這樣裝載孔以后，它們不受到會(huì)使珠子脫離孔的任何其它力。[0168]本實(shí)施例提供了在磁珠背景下的一種示例性珠子裝載方法的簡(jiǎn)單描述。應(yīng)當(dāng)理解，類似的方案可以用于裝載其它珠子類型。已經(jīng)證實(shí)所述方法會(huì)減少在流動(dòng)室的孔中捕獲空氣的可能性和發(fā)生率，在流動(dòng)室的所有孔中均勻分布載有核酸的珠子，并避免多余的珠子在流動(dòng)室中的存在和/或積累。[0169]在多種情況下，本發(fā)明包括流動(dòng)室中的每個(gè)孔僅含有一個(gè)載有核酸的珠子。這是因?yàn)?，每個(gè)孔存在2個(gè)珠子會(huì)產(chǎn)生源自2個(gè)不同模板核酸的不可用的測(cè)序信息。[0170]作為測(cè)序反應(yīng)的一部分，如果它的互補(bǔ)核苷酸存在于模板核酸的相同位置處，dNTP將被連接至(或“摻入”，如本文使用的)新合成的鏈的3’(或測(cè)序引物的3’末端，對(duì)于第一個(gè)摻入的dNTP的情況)。引入的dNTP的摻入(和伴隨的PPi釋放)因此指示模板核酸中對(duì)應(yīng)的核苷酸的種類。如果還沒有摻入dNTP，則不會(huì)釋放氫，在chemFET表面處不會(huì)檢測(cè)到信號(hào)。因此可以得出結(jié)論，在該位置處的模板中不存在互補(bǔ)的核苷酸。如果引入的dNTP已經(jīng)摻入新合成的鏈，則chemFET將會(huì)檢測(cè)到信號(hào)。信號(hào)強(qiáng)度和/或曲線下面積是所摻入核苷酸數(shù)的函數(shù)(例如，這可能發(fā)生于模板中的均聚物段中)。結(jié)果是，在模板的均聚物段(例如，聚腺苷酸、聚胸苷酸、聚胞苷酸或聚鳥苷酸)的測(cè)序中，沒有丟失序列信息。[0171]實(shí)施例1[0172]通過(guò)ISFET陣列上的pH遷移來(lái)檢測(cè)芯片上的聚合酶延伸[0173]將用鏈霉抗生物素蛋白包被的攜帶生物素化合成模板(測(cè)序引物和T4DNA聚合酶與其結(jié)合)的2.8微米珠子經(jīng)歷4種核苷酸中的每一種的3個(gè)連續(xù)流。每個(gè)核苷酸循環(huán)由dATP、dCTP、dGTP和dTTP的流組成，它們各自僅夾雜緩沖液洗滌流。來(lái)自第一個(gè)循環(huán)的流顯示為藍(lán)色，來(lái)自第二個(gè)循環(huán)的流顯示為紅色，第三個(gè)循環(huán)是黃色。如圖1OA所示，兩個(gè)dATP流二者產(chǎn)生的信號(hào)非常相似。圖1OB表明，dCTP的第一個(gè)(藍(lán)色)跡線高于來(lái)自后續(xù)循環(huán)的dCTP流，對(duì)應(yīng)于其中聚合酶應(yīng)該向每個(gè)模板分子中摻入單個(gè)核苷酸的流。圖1OC表明，dGTP的第一個(gè)(藍(lán)色)跡線比來(lái)自后續(xù)循環(huán)的dGTP流的計(jì)數(shù)高約6(峰值比峰值)，對(duì)應(yīng)于其中聚合酶應(yīng)該向每個(gè)模板分子中摻入10個(gè)核苷酸串的流。圖1OD表明，dTTP的第一個(gè)(藍(lán)色)跡線也比來(lái)自后續(xù)循環(huán)的dTTP流的計(jì)數(shù)高約6(峰值比峰值)，對(duì)應(yīng)于其中聚合酶應(yīng)該向每個(gè)模板分子中摻入10個(gè)核苷酸的流。[0174]實(shí)施例2[0175]在封閉系統(tǒng)中的測(cè)序和數(shù)據(jù)操作[0176]已經(jīng)從23-mer合成寡核苷酸和25-merPCR產(chǎn)物寡核苷酸得到序列。將寡核苷酸連接到珠子上，然后將珠子裝載進(jìn)芯片上的單個(gè)孔中，所述芯片具有在1348x1152陣列中的155萬(wàn)個(gè)傳感器，所述陣列具有5.1微米間距(38400個(gè)傳感器/mm2)。每個(gè)珠子負(fù)載合成寡核苷酸的約100萬(wàn)個(gè)拷貝，且每個(gè)珠子負(fù)載PCR產(chǎn)物的約300000至600000個(gè)拷貝。在陣列中和在陣列上的4種核苷酸的循環(huán)是2分鐘長(zhǎng)。使用各自50微摩爾/升濃度的核苷酸。聚合酶是在該過(guò)程中使用的唯一酶。以32幀/秒收集數(shù)據(jù)。[0177]圖1lA描述了從ISFET直接測(cè)得的合成寡核苷酸的原始數(shù)據(jù)。I毫伏相當(dāng)于68個(gè)計(jì)數(shù)。在芯片上的每個(gè)傳感器(在314芯片上的1550200個(gè)傳感器)處，每秒取樣數(shù)據(jù)多次。該圖對(duì)每個(gè)核苷酸流用顏色進(jìn)行代碼。使用每個(gè)核苷酸流，進(jìn)行幾秒的成像。該圖描述了在每個(gè)流過(guò)程中發(fā)生的那些單個(gè)測(cè)量的拼接。Y軸是原始計(jì)數(shù)，X軸按秒計(jì)算。剛好重疊在X軸上面的是預(yù)期的每個(gè)流的摻入。[0178]圖1lB描述了每個(gè)核苷酸流的積分值，其根據(jù)成待測(cè)序模板歸一化。積分的值取自圖1lA所示的原始跡線測(cè)量結(jié)果，且已經(jīng)選擇積分邊界以使信噪比最大化。已經(jīng)將結(jié)果根據(jù)每個(gè)堿基摻入的信號(hào)進(jìn)行歸一化，并按照核苷酸流繪圖。Y軸是摻入計(jì)數(shù)，X軸是核苷酸流編號(hào)，按TACG交替。【權(quán)利要求】1.一種單芯片化學(xué)測(cè)定裝置，其包含:在電路支持基底中形成的傳感器陣列，所述陣列中的每個(gè)傳感器包含化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，且設(shè)置成提供與其附近的化學(xué)或生物樣品的濃度或存在有關(guān)的至少一個(gè)輸出信號(hào)，對(duì)于所述陣列中的每個(gè)傳感器而言，響應(yīng)于相同化學(xué)或生物樣品的相同濃度或存在，這種輸出信號(hào)是基本上相同的；在所述電路支持基底中的多個(gè)樣品保留區(qū)，每個(gè)樣品保留區(qū)設(shè)置在至少一個(gè)傳感器上；和在所述電路支持基底中的控制電路，所述控制電路與所述傳感器陣列耦聯(lián)，從而以至少I幀/秒的速率接收來(lái)自所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出信號(hào)的樣值。2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)定裝置，其中所述濃度包括帶電荷物質(zhì)的濃度，且其中每個(gè)所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管是離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有浮動(dòng)?xùn)牛龈?dòng)?xùn)旁谄浔砻嫔暇哂须娊橘|(zhì)層，所述電介質(zhì)層接觸含有所述化學(xué)或生物樣品的樣品流體，且能與其附近的樣品流體中帶電荷物質(zhì)的濃度成比例地積累電荷。3.如權(quán)利要求2所述的測(cè)定裝置，其中所述電介質(zhì)層的厚度選擇成使跨過(guò)它的電容盡可能大。4.如權(quán)利要求3所述的測(cè)定裝置，其中所述電介質(zhì)層的所述厚度包含金屬氧化物，且為I至1000納米。5.如權(quán)利要求4所述的測(cè)定裝置，其中所述電介質(zhì)層包含雙層，所述雙層由與所述樣品流體流體接觸的電荷敏感層和設(shè)置在所述浮動(dòng)?xùn)派系恼掣綄咏M成，所述粘附層用于使所述電荷敏感層結(jié)合至所述浮動(dòng)?xùn)拧?.如權(quán)利要求5所述的測(cè)定裝置，其中所述電荷敏感層是氧化鉭，且所述粘附層是二氧化鋁。7.如權(quán)利要求6所述的測(cè)定裝置，其中所述樣品保留區(qū)的所述陣列是在所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管陣列上形成的且與其集成在一起的微孔陣列，所述陣列中的每個(gè)微孔具有包圍微孔體積的壁，且每個(gè)微孔體積能容納所述化學(xué)或生物樣品。8.—種單芯片核酸測(cè)定裝置，其包含:在電路支持基底中形成的傳感器陣列，所述陣列中的每個(gè)傳感器包含化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，且設(shè)置成提供與其附近的化學(xué)或生物樣品的濃度或存在相關(guān)的至少一個(gè)輸出信號(hào)，對(duì)于所述陣列中的每個(gè)傳感器而言，響應(yīng)于相同化學(xué)或生物樣品的相同濃度或存在，這種輸出信號(hào)是基本上相同的；在所述電路支持基底中的多個(gè)樣品保留區(qū)，每個(gè)樣品保留區(qū)設(shè)置在至少一個(gè)傳感器上；置于所述樣品保留區(qū)上的顆粒固體支持物，每個(gè)顆粒固體支持物具有與其連接的串聯(lián)的模板；和在所述電路支持基底中的控制電路，所述控制電路與所述傳感器陣列耦聯(lián)，從而以至少I幀/秒的速率接收來(lái)自所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出信號(hào)的樣值。9.如權(quán)利要求8所述的測(cè)定裝置，其中所述濃度包括與所述串聯(lián)的模板的特征相關(guān)的帶電荷物質(zhì)的濃度，且其中每個(gè)所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管是離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有浮動(dòng)?xùn)?，所述浮?dòng)?xùn)旁谄浔砻嫔暇哂须娊橘|(zhì)層，所述電介質(zhì)層接觸含有所述化學(xué)或生物樣品的樣品流體，且能與其附近的樣品流體中帶電荷物質(zhì)的濃度成比例地積累電荷。10.如權(quán)利要求9所述的測(cè)定裝置，其中所述電介質(zhì)層的厚度選擇成使跨過(guò)它的電容盡可能大。11.如權(quán)利要求10所述的測(cè)定裝置，其中所述電介質(zhì)層的所述厚度包含金屬氧化物，且是I至1000納米。12.如權(quán)利要求11所述的測(cè)定裝置，其中所述樣品保留區(qū)的陣列是在所述化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管陣列上形成的且與其集成在一起的微孔陣列，所述陣列中的每個(gè)微孔具有包圍微孔體積的壁，且每個(gè)微孔體積能容納所述顆粒固體支持物。【文檔編號(hào)】G01N27/414GK103884760SQ201410060447【公開日】2014年6月25日申請(qǐng)日期:2009年10月22日優(yōu)先權(quán)日:2008年10月22日【發(fā)明者】喬納森·M·羅思伯格,喬納森·C·舒爾茨,金·L·約翰遜,托德·M·雷亞里克,馬克·詹姆斯·米爾格魯,大衛(wèi)·馬蘭,詹姆斯·M·布斯蒂略申請(qǐng)人:生命技術(shù)公司