[发明专利]具有可控参考物质供应的微电子器件

说明书

本发明涉及一种用于操控样品室中的化验物质的微电子器件和方法。

这种微电子器件的一个重要范例是可用于检测血液、唾液和其他人或 动物体液或组织中的目标分子或环境样品或食物样品中的分子的生物传感 器。从WO 2005/010543 A1和WO 2005/010542 A2了解到一种微传感器， 例如可以将其用在用于检测标记了磁珠的生物分子的微流体生物传感器 中。微传感器件配备有传感器阵列和巨磁电阻(GMR)，传感器包括用于产 生磁场的线路，巨磁电阻用于检测磁化珠产生的杂散场。

上述生物传感器的重要问题之一是对化验物质的操纵和控制，该化验 物质例如为用于化验的定量校准的化验试剂。生物传感器的响应可能会因 为化验中的若干过程参数而有所变化，这些过程参数例如为目标分子和俘 获分子之间结合的生化亲和常数k_on和k_off、扩散参数、分子以及珠子及传感 器芯片的涂层的生物活性或珠子的磁性。所述参数可能会随着例如温度、 老化和生产变化而变化。最新的方法是向施加样品的传感器以外的独立传 感器施加已知浓度的目标分子，从而相对于参考曲线校准参考液体的响应。 例如，在孔板中，可以用一些孔进行校准，可以将其他孔用于未知样品。 在集成器件中，这种方法需要复杂而昂贵的有若干传感器的多室系统。

除了上述校准问题之外，在生物感测中，例如在夹心、竞争或抑制免 疫测定技术、抗络合化验、选择性阻断剂化验或核酸化验中，试剂的受控 释放是很重要的。在孔板中，通常利用机器人设备配制试剂。在横流化验 中，常常通过在试验片中溶解糖状基质来向样品中添加试剂。

考虑到这种情况，本发明的目的是提供用于实现对微电子器件中的化 验物质的改善的和更精确的操纵，尤其是测量的装置。

该目的是通过根据权利要求1所述的微电子器件和根据权利要求11所 述的方法实现的。在从属权利要求中公开了优选实施例。

根据本发明的微电子器件用于操纵化验物质。在此处以及下文中，术 语“物质”应当指任何种类的包括若干成分构成的材料的材料。在典型的 情况下，“化验物质”可以包括样品或目标成分(例如液体或气体化学物质， 如生物体液)以及与样品或其部分接触的所有物质(例如缓冲盐、蛋白质、 传感器表面上的生物俘获分子、磁性颗粒标记、参考材料等)。“操纵”一 词应当表示与化验物质的任何交互，例如测量特征量、研究其属性、以机 械或化学方式对其进行处理等。该微电子器件包括如下组件：

a)可以在其中提供化验物质的样品室。样品室通常为空腔或填充有某 种材料的腔，该材料(例如凝胶或多孔材料)可以被化验物质取代或吸收 化验物质。

b)供应单元，用于以受控方式从储藏器向所述样品室中释放参考物 质。

通过结合能够以明确的已知方式向样品室中释放参考物质的供应单 元，可以很大地扩展微电子器件的功能。将在下文中参考本发明的不同实 施例描述附加功能的特别重要的范例。

保存参考物质的储藏器可以优选地位于样品室内部。这样确保了在释 放参考物质之后其能够迅速在样品室中分布开。此外，这样就无需微流体 措施(measure)来将参考物质传输到样品室中。

有不同的可能方式来实现具有从储藏器受控释放物质的所需能力的供 应单元。在一种特定的实施方式中，该供应单元包括用于在储藏器中产生 电场，优选为磁场的场发生器。该场发生器例如可以是集成到微电子器件 的衬底中的电极。通过将所述电极连接到电势或让电流流经电极，能够容 易地以精确可控的方式产生电场或磁场。

根据本发明的另一个实施例，该储藏器被一种材料覆盖，例如膜或薄 片，可以通过在所述储藏器中的参考物质上施加排斥力(expelling force) 以使所述膜或薄片破裂或将其去除。该排斥力例如可以是由电场或磁场或 通过加热储藏器而产生的。

在又一实施例中，该微电子器件包括至少一个引导电极，所述引导电 极用于产生磁场或电场，所述磁场或电场能够将磁交互或电交互颗粒从所 述储藏器引导到所述样品室中的目标位置。通过这种方式，与通常的扩散 控制的散布相比，可以在相当大程度上加速这种颗粒向目标位置的运动。

优选地，前述器件包括若干这种引导电极以及耦合到它们以依次激活 电极的控制器。于是可以从储藏器逐步将颗粒转移到目标位置。