[发明专利]具有励磁导线的微电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于操控样本的微电子设备，尤其涉及一种包括用于激励磁场的导线的微电子生物传感器。此外，本发明还涉及这种微电子设备的使用和一种用于在样本室中操控样本的方法。

背景技术

从WO 2005/010543 A1和WO 2005/010542 A2获知了一种微电子设备，其可用作对由磁珠标记的生物分子进行检测的微流体生物传感器。该设备具有传感器单元阵列，其包括用于产生磁场的导线和用于检测由磁珠产生的杂散场的巨磁电阻器件(GMR)。这样GMR的电阻表示传感器单元附近的磁珠数量。

前述种类的微传感器设备通常需要用于启动、辅助和控制被研究流体的运动的装置，以便交换样本和/或加速扩散过程。可以利用为了使磁珠运动而额外产生的磁场来实现对流体流动的这种操控。然而，这种方法意味着由于操控时间长而造成能量消耗较大。此外，难以利用磁场实现排斥力。用于移动样本流体或移动流体中的颗粒的可替换方法基于耦合到流体内的离子或颗粒的电场。然而，这种方法的缺点在于它需要额外的电极，这使得微电子设备的设计更加复杂。

从US 2004/0219695 A1还获知，使用磁场或电场来将用磁交互颗粒或电交互颗粒标记的分子吸引到结合位置，和/或使用磁场或电场来将未结合的已标记分子从传感器区域去除。然而，该文档未描述如何生成这些场。

发明内容

基于这种情况，本发明的目的是提供一种高效操控应当受到微电子设备中磁场作用的样本的装置。

该目的是由根据权利要求1所述的微电子设备、根据权利要求19所述的方法以及根据权利要求22所述的用法实现的。在从属权利要求中披露了优选实施例。

根据本发明的微电子设备用于操控样本，尤其是用于操控流体或气态化学物质，例如含有颗粒的生物体液。术语“操控”表示与所述样本的任何交互，例如测量样本的特征量、研究其性质、对其进行机械或化学处理等。该微电子设备包括以下部件：

a)样本室，其中可以设置要操控的样本。样本室通常为空腔或填充了某种物质的腔，该物质例如是可吸收样本物质的凝胶。

b)至少一个(第一)电极。因为该电极将被用于产生磁场B和电场E，因此在下文中将其称为“B/E电极”。

c)控制电路，其耦合到B/E电极并适于有选择地以两种模式对它进行控制，所述两种模式即

(i)“磁化模式”，在该磁化模式下，该B/E电极在样本室中产生磁场，以及

(ii)“电模式”，在该电模式下，该B/E电极在样本室中产生电场。在本文中，(i)如果这种场至少存在于样本室的子区域中且(ii)如果在那里其足够强，以至于能够激发被操控样本的期望/可观察到的反应，那么假设存在“样本室中的磁场或电场”。这种定义应排除不可避免地与电极中任何(运动)电荷相关的小的“寄生”磁场或电场。通常，在本发明的意义上，磁场强度在1-10kA/m的量级上(取决于到电极的距离；可以简单地通过H＝I/2πr来计算，H是电极周围的磁场，r是到电极的距离，I是通过电极的电流)。在本发明的意义上，电场强度在1.000-1000.000V/m的量级上(对于后一种情况，假设用3V电压驱动距离为3μm的导线)。磁场和电场都可以是静态或动态的。此外，任选地，可以同时、依次地和/或与其它模式(例如切断B/E电极的状态)相关地激活“磁化模式”和“电模式”。

所述微电子设备还可以任选地包括：

d)至少一个第二电极。因为该电极将被用于产生电场，因此在下文中将其称为“E电极”。在“电模式”下，该E电极充当着B/E电极的对电极，即，B/E电极与E电极协作在样本室中产生电场。

所述微电子设备具有下列优点：B/E电极不仅用来在样本室中产生磁场，而且还用来产生电场。这允许以最少量的硬件来发挥磁效应和电效应。

尽管B/E电极和E电极通常可以是任何材料和形状的电导体，但它们优选由基板上的导线形成。在本文中，术语“导线”依惯例表示例如具有椭圆或矩形截面的细长物体。通常，导线由诸如铝或铜之类的金属构成。基板通常是诸如玻璃或塑料基板之类的绝缘基板，或者任选是具有一个或多个绝缘层的诸如硅之类的半导体材料。