[发明专利]包括用于确定敏感表面的样品覆盖区域的装置的传感器设备

说明书

本发明涉及一种包括具有敏感表面的载体和样品室的微电子设备， 在样品室中能够提供样品流体。此外，本发明还涉及这种设备的使用以 及一种用于确定这种微电子设备中敏感表面的润湿等级(wetting grade)的方法。

根据WO 2005/010543 A1和WO 2005/010542 A2，已知一种磁传感 器设备，其例如可以用于微流体生物传感器中以检测用磁珠标记的目标 分子(例如生物分子)。该设备设有检测单元阵列，包括用于生成磁激 励场的线以及用于检测由磁化的、固定化的珠生成的磁反应场的巨磁阻 (GMR)。然后，GMR的信号(阻变化)指示传感器附近的珠的数量。然 而，由于传感器表面的疏水性，传感器表面的润湿不总是完全的，并且 可能存在气泡。在这些气泡的位置处，目标分子不能结合到传感器表面， 因而传感器读数变得不准确。

基于这种情形，本发明的目的是提供允许把微电子设备中气泡的影 响考虑在内的装置。

这个目的是由根据权利要求1的微电子设备、根据权利要求14的 方法以及根据权利要求16的使用来实现的。从属权利要求公开了优选 的实施例。

根据本发明的微电子设备可以提供许多种功能中的任意一种功能， 这取决于其特定应用。该微电子设备可以具体地被设计为微流体设备， 该设备允许对样品流体进行操纵，例如执行生物化学反应和/或检测这 些流体中的特性物质。该微电子设备包括以下部件：

a)包括敏感表面和至少一个电导体的“载体”。该载体将典型地还 包括衬底，例如如硅一样的常用半导体材料。所述至少一个电导体然后 通过微电子领域的技术人员所熟知的工艺而被嵌入到所述衬底中或者 设置在其表面上，并且其可以具有任何形状、尺寸和结构(线性的、矩 形的、平坦的、庞大的、同质的、图案化的、结构化的、等等)。术语 “敏感表面”不应以任何方式限制载体表面这部分的设计或功能而是仅 仅为其提供唯一名称，其中这个名称是相对于这个表面的典型用途而选 择的，即，感测相邻样品材料的物理特性。

b)“样品室”，其被设置为邻近敏感表面且在其中能够提供样品流 体。于是载体构成样品室的至少一个壁，其中敏感表面是样品流体与载 体接触所处的界面。

c)“检测器模块”，用于感测来自所述至少一个导体的测量信号， 这些测量信号指示相关测量区域中敏感表面的润湿等级。检测器模块可 以是被集成到载体内的电路，或者它可以完全地或部分地在载体之外。 其将典型地通过电线连接到所述至少一个导体，但是检测器模块和导体 之间的无线通信也是可能的。所考虑“测量区域”的“润湿等级”反映 了测量区域中多少敏感表面被特定的样品流体实际接触(“润湿”)以 及多少未被接触(“未润湿”)。接触测量区域的未润湿部分的介质原 则上可以是与样品流体不同的任何固体材料、液体或气体。在下文中， 为简单起见(但是不失一般性)将假设这种介质是气体。于是润湿等级 是气泡附着到敏感表面的程度的指示。在最简单的情况下，它可能仅具 有代表“润湿”和“未润湿”(干燥)的状态的两个值。然而，一般而 言，润湿等级将具有与不同润湿程度对应的多个值或者甚至具有可以例 如代表敏感表面的润湿分数(即，所考虑的区域被样品流体接触的百分 比)的连续值。因为单个导体典型地将不能指示整个敏感表面的润湿等 级，所以其测量信号的解释不得不受限于与该导体相关的测量区域。

所描述的微电子设备提供用于确定敏感表面的润湿等级的装置，润 湿等级是许多微流体操纵和研究中的重要参数。此外，所述装置基于由 一个或多个导体提供的测量信号，所述一个或多个导体易于实现到微电 子设备的衬底内并且出于其他目的一般已经存在于此。因此，给常用的 微电子设备增加用于感测和评价测量信号的检测器模块通常将足够。

能够在导体处被测量的各种电信号对相关表面的润湿等级敏感，因 此适合作为指示润湿等级的测量信号。在本发明的第一优选实施例中， 测量信号包括电路的阻抗(或更精确地为阻抗值的表示)，该电路包括 至少一个导体。在最简单的情况下，所述电路可以只包括导体，或者如 果存在多个导体，则这些导体串联或并联连接。