[发明专利]半导体芯片、半导体酶芯片及筛选目标酶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物电子领域，尤其涉及一种半导体芯片、一种半导体酶芯片及利用该半导体酶芯片筛选目标酶的方法。

背景技术

酶制剂行业是生物产业的一个分支，目前全球生产酶制剂有60余种产品，达到工业化规模的有20余个系列, 2011年全球酶制剂产值39亿美元, 产品广泛应用到食品、饲料、医药、环保、能源等各个重大工业领域. 酶制剂产业的核心技术就是新酶菌种的发现和筛选。目前酶制剂厂商大多数采用传统的筛选新酶的方法：先隔离选定的微生物，然后用生物培养的方法繁殖，再加入底物，观察反应效果。但是用此方法筛选新酶的基片一般每片几百个井（每个井可用来观察一个反应）；因为要找到一个有效的新酶通常需要筛选上亿的反应，所以用这种方法发现和筛选新酶速度很慢,周期长。

生物芯片是90年代中期以来影响最深远的重大科技进展之一, 可以用于检测和研究小量的生物材料的装置，主要是利用生物分子间的特异性，将生物分子（核酸、蛋白质、糖类、细胞或者组织等）固定在特定基板上形成生物探针，然后将欲检测的生物样本溶液（如血液、尿液、体液或者唾液）在芯片上进行混合，由于其内部可能含有相对应生物探针且能与其进行分子间相互作用的目标分子，因此，通过具有特异性且互为配位体的生物探针与目标分子进行结合反应或酵素催化反应，通过特定的仪器比如激光共聚焦扫描或电荷偶联摄影像机（CCD）对杂交信号的强度进行快速、并行、高效地检测分析，以取得检测生物样本的分析信息。根据芯片上的固定的探针不同，生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片，另外根据原理还有元件型微阵列芯片、通道型微阵列芯片、生物传感芯片等新型生物芯片。由于用该技术可以将极其大量的探针同时固定于支持物上，所以一次可以对大量的生物分子进行检测分析，从而解决了传统核酸印迹杂交（Southern Blotting 和Northern Blotting等）技术复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、低通量(low through-put)等不足. 值得指出的是, 生物芯片技术尽管常用玻片/硅片作为固相支持物，且在制备过程有少数模拟计算机芯片的制备技术，但是目前的生物芯片技术基本不含电路, 不涉及电信号, 与半导体芯片技术基本上是两个不同的领域。

二十一世纪初，美国Verenium公司开始带头将生物芯片的方法应用到酶领域来大幅提高筛选速度。由于生物芯片在传统的基片基础上把井做得更小，从而提高了井密度，使每个基片可包含约几万到几十万个井；同时，在井中不再采用生物培养的方法繁殖选定的微生物，而是取选定的微生物的关键DNA序列，再打乱DNA序列重新排列组合，然后将新的DAN序列植入每个井中，用荧光显微镜等方法观察此上万个反应, 所以跟传统的筛选新酶的方法比大幅地提高了筛选速度, 在酶行业带来了很大的进步和变革。

但是生物芯片从样品的准备到加样、反应、清洗，仍需要大量的时间, 而DNA序列的可能排列组合有多种，即使采用包含约几万到几十万个井的生物芯片给新酶的发现带来了很大的进步, 新酶的筛选仍然是一个重要瓶颈. 例如，一个很短的13个碱基的DAN序列，可能的排列组合为13！，即62亿；如果用60万个井的生物芯片筛选，假设每个芯片需6小时，则筛选13个碱基的DAN序列的可能排列组合共需7年。

发明内容

    针对现有技术的不足，本发明提供了一种半导体芯片以及利用半导体芯片制成的筛选速度快、井密度高的半导体酶芯片。

    半导体芯片，包括至少一个传感器矩阵，每个传感器上方对应设有一个空洞；传感器由电路连接，感应空洞中离子浓度变化。传感器矩阵由多行传感器和多列传感器排列组合而成。

    作为优选，一层或多层氧化膜层位于传感器矩阵上方，空洞设在氧化膜层。

    作为优选，传感器为离子晶体管传感器。离子晶体管传感器设在半导体芯片中，利用半导体芯片可以大大提高井的密度。

    作为优选，每个空洞最多容纳一个细胞。

    作为优选，空洞为边长大于0.1微米且小于20微米的正方形或者为直径大于0.1微米且小于20微米的圆形。

半导体酶芯片, 包括至少一个传感器矩阵, 传感器由电路连接，感应酶化学反应。传感器矩阵由多行传感器和多列传感器排列组合而成，传感器可以感应酶化学反应从而推断酶的性质。

半导体酶芯片,是所述的半导体芯片的一种。

    作为优选，半导体酶芯片在,每个传感器上方对应设有一个空洞。