[发明专利]具有检测单元阵列的微电子传感器设备

说明书

本发明涉及具有用于检测接触表面处的靶粒子的检测单元(cell)矩阵阵列的微电子传感器设备。而且，本发明涉及这种设备的用途。

US6,736,978B1公开了一种用于操控和监测包含磁性粒子的样本流体的方法和设备。该设备包括流体通道，在所述流体通道下，GMR(巨磁电阻)元件矩阵阵列被设置用于感测由流动样本流体感应的磁场。所有GMR元件串联地电气耦合并且与也在传感器平面内延伸的磁线圈相结合。

而且，从WO2005/010543A1和WO2005/010542A2(其通过引用合并到本申请中)中可获悉一种磁传感器设备，其可以例如用于微流体生物传感器中以便检测利用磁珠加标签的分子，例如生物分子。该磁传感器设备设有传感器部件(unit)阵列，其包含用于产生磁场的导线以及用于检测磁化小珠产生的杂散场的巨磁电阻(GMR)。于是，GMR的信号指示传感器部件附近的小珠的数量。

基于这种情况，本发明的目的是提供具有多个单元的传感器设备的新设计，其允许灵活的微电子集成以及经济有效的实现。

这个目的是通过依照权利要求1的微电子传感器设备和依照权利要求15的用途来实现的。从属权利要求中公开了优选的实施例。

依照本发明的微电子传感器设备包括检测单元行列矩阵阵列，其用于检测接触表面处的靶粒子。其特征在于，每个检测单元包括

-至少一个“传感器元件”，其用于提供与呈现某种激活状态的靶粒子相应的检测信号，以及

-至少一个“激活元件”，其用于将靶粒子转移到所述激活状态。

而且，所述矩阵阵列每行中的激活元件在关联的行访问电路中与公共的行访问触点连接，并且该矩阵阵列每列中的传感器元件在关联的列访问电路中与公共的列访问触点连接。该微电子传感器设备还包括

-控制部件，其用于经由关联的行访问触点选择性地访问行访问电路，以及

-读出部件，其用于经由关联的列访问触点选择性地访问列访问电路。

在本发明的上下文中，术语“阵列”应当表示被称为“单元”的多个部件的任何任意一维、二维或三维布置。典型地，这种阵列将是二维的并且优选地为平面的，并且它的单元可选地设置成规则图案，例如网格图案。

而且，所述阵列的“矩阵”特征应当指的是将该阵列的单元从逻辑或功能上(不一定是几何上)分配给有限数量的分离的组(被称为“行”)以及另一有限数量的分离的组(被称为“列”)，其中每个单元属于唯一一行以及唯一一列，从而它可以通过分别代表其行索引和列索引的两个数字来表征。至于从数学已知的数字矩阵，典型地所有行具有相同数量的单元，并且同样地所有列具有相同数量的单元。通常，在规则的矩形网格图案中，逻辑矩阵组织将对应于检测单元的几何矩阵布置。应当指出的是，术语“行”和“列”在这里是可互换的，即激活元件也可以分配给“列”并且传感器元件也可以分配给“行”。

所提到的“靶粒子”特别地可以包括具有可以检测的某种属性(例如光学密度、磁化率、电荷、荧光或放射性)的“标签粒子”(例如原子、分子、复合体、纳米粒子、微粒等等)和靶成分(例如生物物质，如生物分子、复合体、细胞部分或细胞)的组合。

“接触表面”通常为传感器设备的衬底与包含待检测的靶粒子的样本之间的界面。

此外，靶粒子的“检测”将对应于任何定量或定性地感测靶粒子的某个特性参数的过程，所述特性参数例如它们的质量、电荷、磁矩、吸收系数等等。在许多情况下，该检测应当仅仅提供靶粒子处于给定敏感容积内的信息以便允许对所述容积内的靶粒子的总数或浓度进行估计。

靶粒子通过激活元件转移到“激活状态”通常是瞬态的，即靶粒子在一定时间之后和/或在激活元件的活动停止之后将返回到非激活状态。

而且，激活元件和/或传感器元件的影响范围(reach)典型地将限于附近的靶粒子，从而每个检测单元在接触表面处具有关联的敏感性容积，其中它的激活元件可以激活靶粒子和/或它的传感器元件可以检测激活的靶粒子。优选地，不同检测单元的敏感性容积不重叠或者仅仅最小程度地重叠。

控制部件和/或读出部件可以由专用(模拟)电子硬件、具有关联的软件的数字数据处理硬件或者两者的混合来实现。