[发明专利]用于生物化学分析的芯片卡型扁平体和其使用方法

说明书

本发明包括用于对物质进行生物化学分析的芯片卡型扁平体及其使用方法。该扁平体具有至少两个微流体装置和至少一个传感器芯片。该至少一个传感器芯片整合在扁平体中并且直接接触至少一个第一微流体装置。

在生物传感领域中使用芯片上实验室(Chip-on a Chip)系统，从而可以简单和成本低廉的方式进行生物化学分析。因此，例如，DE 10 2005 049 976 A1公开了一种用于对物质进行生物化学分析的扁平体，所述物质例如DNA和蛋白质。该扁平体呈芯片卡的形状，其具有类似信用卡的设计。扁平体包括半导体芯片，其包含传感器阵列和集成电路，其中半导体芯片浇铸在由扁平的塑料材料中以及电连接至电接触件用于通过外部读出单元而读取芯片。在扁平体的正面上，微流体装置例如反应腔室和通道作为凹槽形成在塑料材料中。膜粘结至正面，微流体装置从而以相对环境而言不漏流体的方式进行密封，即对液体和/或气体是密封的密封。

在生物化学分析液体(以例如血液或尿提供)期间，芯片卡的膜通过类似注射器尖端的尖锐针状物刺穿，液体注入芯片卡的微流体装置中。液体经由通道和反应腔室接触芯片上的传感器阵列的传感器，并且可以直接地或间接地检测液体。检测可以通过光学或电化学手段进行。对于检测液体成分用的化学反应而言所必需的物质，可以预先就位于芯片卡上或中，或者也可以通过尖锐针状物注入芯片卡中。

芯片卡上的微流体装置用于容纳液体的容纳量通常仅是非常小的，并且经常限制为仅几毫升或微升或在极少数情况中仅纳米升。在待分析的液体中生物化学物质的浓度仅非常低，这将导致填充芯片卡的液体总量不足以达到或超过生物化学物质的检测极限。生物化学物质的检测只有在化学复制生物化学物质的情况中才可行，例如在DNA的情况中借由PCR才能被检测。在检测整个细胞时，需要例如在培养器中耗时和高成本地进行繁殖。在例如尿或水中的化学痕量元素的情况中，由于不能进行化学复制，仅能非常困难地进行检测或根本不可能进行检测。

通过尖锐针状物将液体提供至芯片卡或进入芯片卡中的另一问题是带入了污染物。特别是在检测衡量元素、DNA或肽时，非常小量的化学或生物化学污染物将导致定量和/或定性检测中出现失误。随着接触待分析的液体的每个额外装置、例如针状物的增加，污染的可能性加大。为了确保检测质量，不得不产生耗时和高成本的消耗，例如彻底清洗所有的装置。

因此，本发明的目的是提供一种用于生物化学分析的芯片卡型扁平体，以及特别是该扁平体的使用方法，通过该方法使得可以简单和低成本的方式引入流体(如液体)直接从容器引入扁平体的微流体装置中。具体地，一个目的是将流体引入扁平体的微流体装置中，其中流体接触或流动通过尽可能少的自给自足(autark)的单独成分。另外，一个目的是给出扁平体，大量流体可以直接地从容器流入扁平体中和/或从扁平体流入容器中，其中所述容器例如为E-杯(E-Cup)。

所提供的用于对物质进行生物化学分析的芯片卡型扁平体的目的通过权利要求1的特征实现，扁平体的使用方法通过权利要求13的特征实现。

根据本发明的用于对物质进行生物化学分析的芯片卡型扁平体的有利实施方案以及其使用方法在各相关的从属权利要求中给出。在此，独立权利要求的特征可以组合从属权利要求的特征，从属权利要求的特征可以相互组合。

根据本发明的用于对物质进行生物化学分析的芯片卡型扁平体包括至少两个微流体装置和至少一个传感器芯片。至少一个传感器芯片整合在扁平体中并且直接接触至少一个第一微流体装置。扁平体整体地包括移液器(Pipette)型第二微流体装置。这里“整体”意为第二微流体装置和扁平体的剩余部分由至少一种材料共同制成并且形成连接体，而不是第二微流体装置以插入、夹固或任何其他可重复地分离及连接的方式安装在扁平体上。

具有整合的移液器的扁平体的优势在于：在容器例如E-杯和扁平体之间可以方便且快速地交换大量的液体。由于扁平体和整合在其中的移液器可以由一种材料一起制造，所以这两者具有相同的化学纯度和生物化学纯度。这阻止了因额外部件而导致污染物进入扁平体中。通过可能的一步法制造降低了成本和消耗，并且产生了比插装溶液例如由金属制成的注射器/管/针状物的情况下更高的稳定性。