專利名稱：芯片上的微電子檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微電子檢測器，以及一種用來檢測生物物質(zhì)的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種微電子檢測器，通過它，試樣的介電特性可在芯片上被測量出來，本發(fā)明還涉及一種用來檢測試樣中的生物物質(zhì)的方法。
背景技術(shù)：
近來，人類基因組的完全解碼加速了可用于快速地搜尋遺傳信息并診斷疾病的生物芯片系統(tǒng)領(lǐng)域的發(fā)展。
大部分市場上買得到的生物芯片系統(tǒng)都使用純基因樣本，該基因樣本是用血液或細(xì)胞經(jīng)過一系列的包括分離、提純、放大和電泳的隔離(isolation)和放大過程而制備的。
生物芯片，特別是芯片內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室(lab-on-a-chip)，是一種用于生物和化學(xué)分析的非常有趣的工具，其中PCR(聚合酶鏈反應(yīng))和CE(毛細(xì)管電泳)是兩個重要的技術(shù)。PCR是一種用于核酸分子的離體放大的方法。PCR技術(shù)正在快速地取代許多用于鑒定法庭樣品(forensic sample)、環(huán)境樣品、臨床樣品和工業(yè)樣品中的生物品種和病原體的費(fèi)時的并且靈敏度較差的技術(shù)。CE芯片也具有快速分離和高靈敏度的特點(diǎn)。PCR/CE芯片是指用來在單個裝置上執(zhí)行聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)放大和毛細(xì)管電泳(CE)的集成芯片。
PCR芯片和電泳芯片已有了很大的發(fā)展，這種芯片包括由硅酮、玻璃或聚合體制成的基片，基片上的通道和反應(yīng)室是利用微電子加工系統(tǒng)技術(shù)來形成的。
在微量分析系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的檢測在PCR芯片或電泳芯片上分離出的所需的純基因的方法包括利用熒光或紫外線吸收的光學(xué)測量以及電化學(xué)技術(shù)。然而，這些方法需要昂貴的設(shè)備，并且由于檢測過程的復(fù)雜性在制作這樣的集成芯片上存在很多問題。
例如，光學(xué)技術(shù)除顯微鏡和激光源之外還需要多種光學(xué)元件，如濾光器和微型鏡(micro-mirror)。因此，在這些技術(shù)中，需要相當(dāng)?shù)某杀竞涂臻g，于是將幾個元件集成在一個小的一次性(disposable)芯片上是很難完成的。為了解決這個問題，已開發(fā)出一種裝置，其具有被安裝成芯片中的薄膜的諸如激光二極管和濾光器這樣的元件。然而，這種方法在制造該裝置上也需要較高的成本，因此將其應(yīng)用到一次性的芯片上是不理想的。
此外，電化學(xué)技術(shù)需要一種具有三個或更多個電極并且每個電極都有兩種或多種材料這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，因此使用該電化學(xué)技術(shù)的芯片的制造過程非常復(fù)雜。另外，由于該方法會引起作為檢測條件的PCR產(chǎn)品溶液的兼容性問題，因此必須將這樣的條件調(diào)節(jié)到適合于檢測。
還設(shè)置了在排列成陣列的雜交室內(nèi)的電極，在電極上有不動探針DNA，于是介電常數(shù)或介電損耗的任何變化都能被測量出來，因此可檢測出目標(biāo)DNA是否發(fā)生了反應(yīng)。利用這種方法，盡管已觀察到不動的DNA從單鏈變成了雙鏈，但是檢測不到微通道中的漂浮在液體中的活動DNA。
于是，需要一種可應(yīng)用到各種微量分析系統(tǒng)中的簡單的、便宜的和可顯微機(jī)械加工的檢測裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的是提供一種可用來測量芯片上微通道中的試樣的介電特性或電性能的簡單的、便宜的、并可容易地顯微機(jī)械加工的微電子檢測器。
本發(fā)明的另一目的是提供一種利用上述微電子檢測器來檢測芯片上的試樣中的生物物質(zhì)的方法。
為了達(dá)到上述目的，此處提供一種供微量分析系統(tǒng)中使用的微電子檢測器，包括一具有一第一表面的第一基片，該第一基片包括至少一個微通道和至少一個與微通道流體聯(lián)通的儲蓄器；一具有設(shè)置于第一基片的第一表面之上的第二表面的第二基片；以及一傳感部分，包括至少一對用于檢測的第一電極，并沿所述微通道設(shè)置在所述第二基片的所述第二表面上，從而所述第一電極被設(shè)置成面向所述微通道的底面。
為了達(dá)到上述目的，此處進(jìn)一步提供一種用于制造供微量分析系統(tǒng)中使用的微電子檢測器的方法，包括在一第一基片的第一表面上形成至少一個微通道和至少一個與所述微通道流體聯(lián)通的儲蓄器；在一第二基片的第二表面上形成至少一對用于檢測的第一電極；將所述第二基片的所述第二表面連接到所述第一基片的所述第一表面上，從而所述第一電極被設(shè)置成面向所述微通道的底面。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種在微量分析系統(tǒng)中監(jiān)測試樣的方法，包括a)在一微量分析系統(tǒng)中設(shè)置一微電子檢測器，該微電子檢測器包括一具有一第一表面的第一基片，包括至少一個微通道和至少一個與所述微通道流體聯(lián)通的儲蓄器；一具有設(shè)置于所述第一基片的所述第一表面之上的第二表面的第二基片；以及一傳感部分，包括至少一對用于檢測的第一電極，并沿所述微通道設(shè)置在所述第二基片的所述第二表面上，從而所述第一電極被設(shè)置成面向所述微通道的底面；b)向所述第一電極提供電力；c)將一試樣注入所述微通道中；以及d)當(dāng)所述試樣流過所述微通道時，通過所述傳感部分檢測所述試樣在介電特性上的變化，由此來鑒別試樣中的生物物質(zhì)。


通過參照附圖對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。其中圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的微電子檢測系統(tǒng)的平面示意圖；圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的芯片的微通道和傳感部分的放大視圖；圖3是說明本發(fā)明一實(shí)施例的傳感部分的運(yùn)行狀態(tài)的放大了的微通道截面圖；圖4說明了使用本發(fā)明一實(shí)施例的微電子檢測器來制造芯片的過程；圖5a是使用本發(fā)明的微電子檢測器在各種介質(zhì)中測得的，作為頻率的函數(shù)的介電常數(shù)和介電損耗的曲線圖；圖5b是使用本發(fā)明的微電子檢測器在各種介質(zhì)中測得的，作為頻率的函數(shù)的實(shí)阻抗和虛阻抗的曲線圖；圖5c是使用本發(fā)明的微電子檢測器在各種介質(zhì)中測得的，作為頻率的函數(shù)的實(shí)導(dǎo)納和虛導(dǎo)納的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明針對可用在多種微量分析系統(tǒng)中的微電子檢測器。本發(fā)明是基于這樣的事實(shí)，即在一試樣中，在含有帶電的高分子量化合物的地方，其介電特性，如介電常數(shù)、介電損耗、阻抗和導(dǎo)納，會發(fā)生改變。本發(fā)明的微電子檢測器包括一試樣流過其中的微通道。利用該微電子檢測器，通過測量試樣的介電特性的變化來檢測該試樣中所含的生物物質(zhì)。本發(fā)明的微電子檢測器可被方便地集成在一芯片上，例如，集成在一聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)芯片或一毛細(xì)管電泳(CE)芯片上。在芯片內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)中，一系列的過程，包括注射試樣、預(yù)處理過程、基因增殖、電泳和化驗(yàn)，都在芯片上的微通道內(nèi)完成。為了獲得可靠的芯片內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室，在芯片的運(yùn)行過程中應(yīng)對生物物質(zhì)流例如DNA進(jìn)行監(jiān)測和控制。
當(dāng)在包含芯片內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室的微量分析系統(tǒng)中利用本發(fā)明的微電子檢測器時，該檢測器可被用作監(jiān)測生物物質(zhì)的流動并探測其中的介電變化的裝置。
另外，當(dāng)本發(fā)明的微電子檢測器被應(yīng)用到PCR/CE芯片中時，其可被用作檢測在用于電泳的微通道中根據(jù)大小而被分開的DNA帶(DNA bands)的DNA測器。
本發(fā)明的微電子檢測器包括一具有第一表面的第一基片。該第一基片的第一表面包括至少一個微通道和至少一個與該微通道流體聯(lián)通的儲蓄器。本發(fā)明的微電子檢測器包括一具有置于第一基片的第一表面之上的第二表面的第二基片。另外，本發(fā)明的微電子檢測器包括一傳感部分，其包括至少一對用于檢測的第一電極。該傳感部分沿著微通道布置在第二基片的第二表面上，從而第一電極被布置成面向該微通道的一底面。
本發(fā)明的微電子檢測器可進(jìn)一步包括至少一對布置于第二基片的第二表面上的用于電泳的第二電極。第二電極被設(shè)置成靠近微通道的端部，微通道被用作用于電泳的毛細(xì)管。
根據(jù)本發(fā)明，交變信號電壓被提供給傳感部分的這對第一電極。然后，測量介電特性，如介電常數(shù)、介電損耗、阻抗或?qū)Ъ{，由此監(jiān)測試樣介電特性的任何變化。通過該監(jiān)測可檢測到試樣中的高分子量物質(zhì)，如DNA。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，依據(jù)DNA的存在/不存在，可清楚地識別出介電常數(shù)或介電損耗的變化。實(shí)際上，含有DNA的試樣的該變化是不含DNA的試樣的該變化的十(10)倍或十倍以上，這表明本發(fā)明的微電子檢測器在檢測試樣中的生物物質(zhì)方面是非常靈敏的。
另外，當(dāng)具有如同上述的有利特征的本發(fā)明的微電子檢測器被用于含有PCR/CE芯片的芯片內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室上時，通過一步工序(one-step process)，將第一和第二對電極形成在一表面上，即，形成在第二基片的第二表面上。因此，利用MEMS其制造工藝是非常簡化的工序。
本發(fā)明的微電子檢測器使用生物相容材料(biocompatible material)通過顯微機(jī)械加工工序來制造。正如此處所用的，術(shù)語“顯微機(jī)械加工工序”是指在電子學(xué)和微型傳感器制造工業(yè)中所用的技術(shù)，包括刻蝕、薄膜沉積、光刻圖案形成等等工藝。
參照附圖，在圖中相同的結(jié)構(gòu)具有相同的參考符號或數(shù)字，附圖示意性地說明微電子檢測器的基本結(jié)構(gòu)?？紤]到附圖的清楚性，圖中不包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的輔助元件。
圖1是本發(fā)明的微電子檢測系統(tǒng)100的平面示意圖。圖1的微電子檢測系統(tǒng)100是一種PCR/CE芯片。在圖1中，檢測系統(tǒng)100包括第一和第二基片，它們中的一個布置在另一個上。為了方便地舉例說明該檢測系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)，在圖1中，第一基片的第一表面11和第二基片的第二表面12是重疊的。
第一和第二基片可包含玻璃、硅、石英、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亞胺、聚丙烯、聚碳酸酯、活性丙烯酰胺、或者它們的組合物或復(fù)合物。
用來執(zhí)行電泳的微通道6，以及作為一種儲蓄器的PCR室2形成于第一基片的第一表面11上。同時，一對用于檢測的第一電極5和一對用于電泳的第二電極4形成在這些基片的一個表面上，具體地在第二基片的第二表面12上。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括在兩基片中的一個上的入口和出口(未示出)，以及用于促進(jìn)試樣從PCR室2向微通道6的流動的增壓部分3。
如上所述，由于用于檢測的電極5和用于電泳的電極4形成在一個沒有微通道的表面上，所有電極可以利用一個圖案掩模通過一個光刻步驟同時制成。這簡化了芯片的制造工序。如果使用在微通道的側(cè)壁上形成用于檢測的電極的常規(guī)方法，則達(dá)不到該效果。
圖2是說明在本發(fā)明的微電子檢測系統(tǒng)中，微通道6和傳感部分7之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系的放大視圖。
傳感部分7可包括一對檢測器電極，或者是沿微通道6以預(yù)定間隔布置成陣列的至少兩對檢測器電極。如上所述，微通道形成于第一基片上，而用于檢測的電極5形成于第二基片上，從而電極5被設(shè)置成當(dāng)?shù)谝缓偷诙M裝起來形成微電子檢測器時，與微通道的底面相對。
傳感部分7中的電極可以是簡單類型(a)、或是交叉梳狀類型(b)。正如此處所用的，術(shù)語“交叉梳狀類型”電極說明了一種電極結(jié)構(gòu)，其中每個電極具有幾個臂，一個電極的臂與相對的電極的臂相交替。根據(jù)這種類型的電極，可以獲得更寬的電極工作區(qū)。
圖3是說明本發(fā)明傳感部分7的運(yùn)行情況的放大了的微通道截面圖。該對第一電極5形成于第二基片的第二表面12上。
優(yōu)選地，由于沿微通道方向施加非常高的用于電泳的電壓，傳感部分7中的該對第一電極5如此布置，從而使該對第一電極5電場方向與用于電泳的這對第二電極4的電場方向垂直相交。這種結(jié)構(gòu)可使在檢測DNA帶方時的任何可能的噪音最小化，該噪音可能由電泳電壓產(chǎn)生。
在下文中，將描述一種利用本發(fā)明的檢測系統(tǒng)來監(jiān)測試樣的方法以及該系統(tǒng)的運(yùn)行過程。
一種含有諸如血細(xì)胞、毛根細(xì)胞、或面頰細(xì)胞這樣的生物物質(zhì)的溶液，以及PCR緩沖溶液被加入一混合器，然后被混合均勻。該混合物被送入PCR室2。在PCR室2中，所需的DNA片段通過30次或更多次的酶促反應(yīng)循環(huán)被放大。該P(yáng)CR產(chǎn)物移動到用于電泳的微通道6中，該過程受到增壓部分3的促進(jìn)。在由一對用于電泳的第二電極4所施加的非常高的電場的作用下，該P(yáng)CR產(chǎn)物沿著微通道6遷移。在該遷移過程中，具有相同尺寸的DNA形成DNA濃度較高的DNA帶。因此，由于DNA的可動性取決于其長度，該P(yáng)CR產(chǎn)物中的DNA根據(jù)分子量而形成一個或多個DNA帶?？梢酝ㄟ^用傳感部分7中的該對第一電極5測量介電特性來監(jiān)測DNA帶。
為了測量介電特性，向第一電極5提供電力。優(yōu)選地，將頻率范圍為0.1赫茲～100兆赫茲的交變信號電壓施加到第一電極5。Vrms被保持在5mV～2V，偏壓被調(diào)節(jié)到0V～10V。在檢測DNA運(yùn)動的情況下，通過從低頻到高頻進(jìn)行掃描來進(jìn)行介電測量。然而，如果要檢測在電泳中的DNA帶，介電測量以固定地頻率來進(jìn)行，這樣能夠辨別緩沖劑(對照液)的介電特性與DNA和緩沖劑的混合物(試樣溶液)的介電特性。
當(dāng)如上所述給該對第一電極5供電時，產(chǎn)生如圖3所示的電場。如果任何帶電粒子通過該電場，該粒子響應(yīng)于該電場，并表現(xiàn)出獨(dú)特的行為特性。具體地，在兩相對電極之間流動的電介質(zhì)中，當(dāng)存在任何臨時偶極子或永久性偶板子或帶電粒子時，通過施加交變信號電壓的電場，電容傾向于增加。該介電特性根據(jù)兩相對電極之間的介質(zhì)而變化。
實(shí)際上，決定材料的介電特性的重要因素包括介電常數(shù)和響應(yīng)時間。介電常數(shù)與偶極矩或電荷的量非常相關(guān)。響應(yīng)時間受粒子的質(zhì)量或大小以及大氣條件的影響。
另外，阻抗是指對交流電流流動的阻礙，其依賴于試樣中的離子濃度以及DNA的存在和長度。
根據(jù)用于檢測試樣中的生物物質(zhì)，例如DNA，的方法，測量該試樣的介電常數(shù)、阻抗、導(dǎo)納或其它電特性，并且將試樣的介電特性與參考值比較，由此確定DNA的存在或長度。
在DNA電泳的情況下，用于補(bǔ)償DNA的負(fù)電荷的平衡離子在所形成的DNA帶周圍集中。因此，在含有DNA的試樣與參考物的電信號之間的差別是很明顯的。
如上所述，利用本發(fā)明的檢測器，可通過測量微通道中的介電常數(shù)、介電損耗、阻抗和導(dǎo)納的變化，來監(jiān)測多種試樣，例如含有液體和包括活細(xì)胞和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)在內(nèi)的生物物質(zhì)的顆粒。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種制造供在微量分析系統(tǒng)中使用的微電子檢測器的方法。該制造微電子檢測器的方法包括在第一基片的第一表面上形成至少一個微通道和至少一個與該微通道流體聯(lián)通的儲蓄器。該方法還包括沿著該微通道在第二表面上形成至少一對用于檢測的第一電極。該方法進(jìn)一步包括將該第二基片的第二表面連接到第一基片的第一表面上。
該方法可進(jìn)一步包括在在該第二表面上該微通道的兩端處形成至少一對用于電泳的第二電極。
可以通過高分子膜粘合、陽極粘合或熱粘合來將第二基片的第二表面連接到第一基片的第一表面上。
圖4說明了使用本發(fā)明一實(shí)施例的微電子檢測器的芯片的制造工序；檢測系統(tǒng)100的微通道6和毗連的電極4、5可使用常規(guī)的顯微機(jī)械加工技術(shù)來制造。該微通道可通過各種方法，如蝕刻法、光刻法、曬印方法，來形成。電極可以通過各種方法，如導(dǎo)電材料的物理汽相沉積或電沉積，并繼之以圖案形成，來形成。
如圖4中所說明的，用于檢測的電極5和用于電泳的電極4利用一個圖案掩模通過一個光刻步驟同時形成于一個表面上。因此，需要單步工序來形成電極，而與要形成的電極數(shù)目無關(guān)。因此，芯片的多檢測器結(jié)構(gòu)可通過簡單的工序在短時間內(nèi)以低成本形成。
另外，本發(fā)明所使用的測量機(jī)構(gòu)非常簡單，并且不需要許多用于檢測器的外圍設(shè)備，這降低了使用本發(fā)明檢測器的微量分析系統(tǒng)的構(gòu)造成本。
此外，與傳統(tǒng)的光學(xué)方法不同，本發(fā)明的微電子檢測器可以在不透明芯片上執(zhí)行。并且，不同于其他的傳統(tǒng)測量方法，本發(fā)明的檢測方法提供試樣響應(yīng)時間和存在于試樣中的DNA長度。
使用本發(fā)明的檢測系統(tǒng)的PCR/CE芯片提供一種對DNA帶的最佳檢測，并具有簡單的制造工序和低成本。
另外，本發(fā)明的檢測器中所用的電極結(jié)構(gòu)還可被用來作為開關(guān)和/或閥，以控制DNA的流量。
現(xiàn)在將參照以下的例子對本發(fā)明作更全面的描述。然而，本發(fā)明并不局限于下面的例子。例子1使用微電子檢測器的PCR/CE芯片的制造通過濕式氧化法，在第一硅基片的第一表面上形成第一氧化膜(圖4中的(A))。通過光刻法(圖4中的(B))和活性離子蝕刻(圖4中的(C))在第一表面上形成PCR室和用于電泳的微通道。接著，使用氟酸的稀溶液將剩余的第一氧化膜除去，然后形成第二氧化膜(圖4的(D))。
通過光刻法，將一具有入口和出口圖案的光敏抗蝕膜放置在第二玻璃基片的第二表面上(圖4中的(E))，然后利用噴砂機(jī)形成入口和出口(圖4中的(F))。殘余的光敏抗蝕膜用丙酮來溶解。然后，利用光刻法在第二基片上形成一用于檢測和電泳的電極的圖案掩模。通過濺射法，在第二玻璃基片上順序沉積一鉑/鈦或金/鉻膜。然后，利用丙酮執(zhí)行搬走工序(lift-offprocess)，由此形成了電極圖案(圖4中的(G))。
包括PCR室和微通道的第一基片的第一表面與具有用于檢測和電泳的電極的第二基片的第二表面通過陽極粘合連接在一起(圖4中的(H))，從而用于檢測的電極被設(shè)置成面向該微通道的底面，并且用于電泳的電極被設(shè)置成圍繞該微通道的端部。連在一起的基片被切成小片，以獲得最終的芯片。例子2DNA的檢測一PCR反應(yīng)物通過入口被引入例子1中所制得的芯片的PCR室中。在PCR室中，通過溫度的循環(huán)，進(jìn)行PCR。生成的PCR產(chǎn)物被移動到用于電泳的微通道中，然后通過向布置在該微通道端部的用于電泳的電極供電來進(jìn)行電泳。同時，一交變信號電壓被施加到用于檢測的電極上，在電極接觸端測量該P(yáng)CR產(chǎn)物的介電常數(shù)、介電損耗、阻抗和導(dǎo)納。根據(jù)介電特性的任何變化，來檢測DNA帶。作為頻率函數(shù)的介電特性對于蒸餾水、緩沖劑(NaH2PO4溶液)和DNA緩沖溶液中的每個試樣，使用上述的檢測器測量其介電常數(shù)、介電損耗、阻抗和導(dǎo)納。
圖5a、5b、5c是表示每個試樣的介電常數(shù)隨頻率而變化的曲線圖。
圖5a顯示出在頻率0.1Hz～108Hz范圍內(nèi)測量的介電常數(shù)和介電損耗的數(shù)據(jù)。在該試驗(yàn)中，含有DNA的樣品與不含DNA的對照物(參照物)之間的介電常數(shù)的差別比介電損耗的差別大。
在低頻率或高頻率處，緩沖劑的介電常數(shù)與DNA緩沖溶液的介電常數(shù)有少許差別。然而，在10Hz～100kHz頻率處，DNA緩沖溶液的介電常數(shù)比緩沖劑介電常數(shù)大10倍或10倍以上。盡管DNA濃度較低，1μM(微摩爾)的DNA緩沖溶液和緩沖劑之間的介電常數(shù)的差別在大約10倍?；谠赑CR產(chǎn)物中的DNA濃度通常在100μM或更高這樣一個事實(shí)，在使用該微電子檢測器的PCR/CE芯片中很容易檢測出試樣中的生物物質(zhì)。
關(guān)于介電損耗，由于15個鏈節(jié)(mer)的DNA長度較短，因此與介電常數(shù)的情況相比，緩沖劑的介電損耗與DNA緩沖溶液的介電損耗的差別不是很大。如果DNA長度比15個鏈節(jié)長，顯示出大介電損耗的頻率范圍將偏移，由此給出了緩沖劑的介電損耗與DNA緩沖溶液的介電損耗之間的較大的差別。由于通常的PCR產(chǎn)物中的DNA的平均長度為大約100bp～1kbp，因此人們認(rèn)為可通過測量介電損耗的變化來檢測PCR/CE芯片中的DNA。
圖5b顯示出在0.1Hz～108Hz頻率范圍內(nèi)測得的阻抗數(shù)據(jù)。在該圖中，在大約10Hz～100kHz的頻率范圍內(nèi)，實(shí)阻抗變得較為穩(wěn)定。1μM的DNA緩沖溶液的實(shí)阻抗比緩沖劑的實(shí)阻抗大大約3～4倍。這意味著實(shí)阻抗測量的選擇性不如介電常數(shù)測量的選擇性好。然而，在大約50kHz～1MHz的頻率范圍內(nèi)，虛阻抗可被用作檢測試樣中的生物分子的參數(shù)。可以看到，1μM的DNA緩沖溶液與緩沖劑之間的虛阻抗的差別在大約10倍或10倍以上。
圖5C顯示出在0.1Hz～108Hz頻率范圍內(nèi)測得的導(dǎo)納數(shù)據(jù)。在該圖中，在大約100Hz或100Hz以上的頻率范圍內(nèi)，實(shí)導(dǎo)納變得較為穩(wěn)定。1μM的DNA緩沖溶液的實(shí)導(dǎo)納比緩沖劑的實(shí)導(dǎo)納大大約4倍。關(guān)于虛導(dǎo)納，在大約100Hz～100kHz的頻率范圍內(nèi)，利用虛導(dǎo)納可進(jìn)行靈敏的測量。1μM的DNA緩沖溶液與緩沖劑之間的虛導(dǎo)納的差別高達(dá)大約10倍。
從上面的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，每個介電特性都非常依賴于DNA濃度、DNA長度、緩沖劑濃度等等。另外，它還依賴于電極材料、環(huán)境溫度、以及其他條件。因此，具體的頻率范圍和介電特性需要根據(jù)芯片的結(jié)構(gòu)、PCR產(chǎn)物的基因類型、所選的緩沖劑等等來仔細(xì)地選取。
本發(fā)明可以具體化為其它的具體形式，而不背離其精神或本質(zhì)特征。上面的實(shí)施例無論從哪一方面看都應(yīng)被認(rèn)為是僅僅是說明性的而不是限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由附上的權(quán)利要求而不是由前述的說明來限定。在權(quán)利要求的等價物的含義和范圍之內(nèi)的任何改變都被包括在其范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種供微量分析系統(tǒng)中使用的微電子檢測器，包括一具有一第一表面的第一基片，包括至少一個微通道和至少一個與所述微通道流體聯(lián)通的儲蓄器；一具有設(shè)置于所述第一基片的所述第一表面上的第二表面的第二基片；以及一傳感部分，包括至少一對用于檢測的第一電極，并沿所述微通道設(shè)置在所述第二基片的所述第二表面上，從而所述第一電極被設(shè)置成面向所述微通道的底面。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測器，其進(jìn)一步包括至少一對用于電泳的第二電極，所述第二電極設(shè)置在所述第二基片的所述第二表面上，并鄰近所述微通道的相對端部，其中所述微通道被用作用于電泳的毛細(xì)孔道。
3.如權(quán)利要求1所述的檢測器，其中所述儲蓄器包括至少一個PCR室，在該P(yáng)CR室中進(jìn)行聚合酶鏈反應(yīng)。
4.如權(quán)利要求1所述的檢測器，其中所述第一和第二基片的至少一個包括一個入口和一個出口。
5.如權(quán)利要求1所述的檢測器，其中所述第一電極是一種交叉梳狀類型的電極。
6.如權(quán)利要求1所述的檢測器，其中所述傳感部分包括至少兩對第一電極，該第一電極沿著所述微通道以預(yù)定間隔排列成陣列。
7.如權(quán)利要求1所述的檢測器，其中所述第一和第二基片包括玻璃、硅、石英、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚丙烯、聚碳酸酯、活性丙烯酰胺、或者它們的組合物或復(fù)合物。
8.一種用于制造供微量分析系統(tǒng)中使用的微電子檢測器的方法，包括在一第一基片的第一表面上形成至少一個微通道和至少一個與所述微通道流體聯(lián)通的儲蓄器；在一第二基片的第二表面上形成至少一對用于檢測的第一電極；將所述第二基片的所述第二表面連接到所述第一基片的所述第一表面上，從而所述第一電極被設(shè)置成面向所述微通道的底面。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第二表面上所述微通道的相對端部處形成至少一對用于電泳的第二電極。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中通過高分子膜粘合、陽極粘合或熱粘合來將所述第二基片的所述第二表面連接到所述第一基片的所述第一表面上。
11.一種在微量分析系統(tǒng)中監(jiān)測一試樣的方法，包括a)在一微量分析系統(tǒng)中設(shè)置一微電子檢測器，該微電子檢測器包括一具有一第一表面的第一基片，包括至少一個微通道和至少一個與所述微通道流體聯(lián)通的儲蓄器；一具有設(shè)置于所述第一基片的所述第一表面上的第二表面的第二基片；以及一傳感部分，包括至少一對用于檢測的第一電極，并沿所述微通道設(shè)置在所述第二基片的所述第二表面上，從而所述第一電極被設(shè)置成面向所述微通道的底面；b)向所述第一電極提供電力；c)將一試樣注入所述微通道中；以及d)當(dāng)所述試樣流過所述微通道時，通過所述傳感部分檢測所述試樣在介電特性上的變化，由此來鑒別試樣中的生物物質(zhì)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述介電特性包括介電常數(shù)、介電損耗、阻抗或?qū)Ъ{。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述生物材料包括核苷酸、蛋白、寡肽、和生物細(xì)胞中的至少一種。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述微電子檢測器進(jìn)一步包括設(shè)置在所述第二基片的所述第二表面上并鄰近所述微通道的相對端部的用于電泳的電極，并且步驟c)中注入的試樣通過電泳而彼此不同地移動并通過所述微通道，從而形成一DNA帶。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括在步驟b)之前將一試樣經(jīng)歷聚合酶鏈反應(yīng)，其中所述微電子檢測器的儲蓄器包括至少一個PCR室，并且所述試樣包括在PCR室中通過聚合酶鏈反應(yīng)生成的PCR產(chǎn)物。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在步驟d)中的對介電特性變化的檢測包括通過在5mV～2V的Vrms和0V～10V的偏壓條件下，以在1Hz～100MHz范圍內(nèi)的固定的或變化的頻率掃描來測量介電特性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種供微量分析系統(tǒng)中使用的微電子檢測器。該微電子檢測器包括一具有一第一表面的第一基片，包括至少一個微通道和至少一個與所述微通道流體聯(lián)通的儲蓄器；一具有設(shè)置于所述第一基片的所述第一表面上的第二表面的第二基片；以及一傳感部分，包括至少一對用于檢測的第一電極，并沿所述微通道設(shè)置在所述第二基片的所述第二表面上，從而所述第一電極被設(shè)置成面向所述微通道的底面。
文檔編號G01N27/02GK1417574SQ0214790
公開日2003年5月14日 申請日期2002年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月8日
發(fā)明者尹大成, 趙允卿, 姜成浩, 李英善, 林根培 申請人:三星電子株式會社