[发明专利]基于磁性粒子的生物传感器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年10月7日提交的美国临时申请第61/390,809号和2010年11月18日提交的美国临时申请第61/415,183号的优先权，两者通过引用并入本文。

受版权保护的材料的公告

根据美国和其他国家的版权法，本专利文件中的部分材料受版权保护。版权所有人对任何人复制专利文件或专利公开无异议，因为其出现于美国专利商标局公众可获得的文件或记录中，但是无论如何，版权所有人保留所有版权。版权所有人因此不放弃其维持该专利文件保密的权利，包括但不限于根据37C.F.R.§1.14的权利。

发明概述

本发明公开了检测和操作磁性粒子的系统、装置和方法。本文所述变型的各个方面可用于下述任何具体应用和任何其他类型的传感器。所公开的变型可作为单独的系统或方法，或作为集成检测或生物传感器系统的一部分应用。可以单独、共同或彼此组合的方式使用所公开变型的不同方面。

本发明公开了配置为检测磁性粒子的生物传感器。所述系统可具有光源和容纳光学传感器的集成电路。集成电路表面上的粒子能够产生投影，其可以改变光学传感器接收的来自光源的光量。粒子以此方式产生对比率，对比率定义为没有粒子位于所述光学传感器上方时所述光学传感器所检测的光除以有粒子位于光学传感器上方时所述光学传感器所检测的光的比率。通过测量光学传感区上的入射光量，光学传感器可以检测磁性粒子。可以将光学传感区描述为容纳一个或多个能检测粒子的光学传感器的集成电路表面上的区域。一个或多个不同的光学传感区可位于集成电路的表面。

由于涉及含水样品中一个或多个靶标种类的一个或多个化学反应，例如生物传感模式的系统可以检测能够强烈和/或特异性结合集成电路表面的磁性粒子81。

磁性粒子可以与含水样品中的一个或多个靶标种类反应。利用穿过包埋于集成电路中的集中导体的电流所产生的磁集中力，可以将磁性粒子吸引到集成电路的生物涂覆表面上的光学传感区。与靶标种类反应的磁性粒子能够特异性结合至与含水样品接触的的集成电路的表面。不与靶标种类反应的磁性粒子可以非特异性结合至集成电路的表面，并且可以从光学传感区除去。

包埋于集成电路中的一个或多个磁分离场发生器可以产生磁分离力。磁分离力可以从光学传感区除去非特异性结合的磁性粒子，例如，以便仅保留特异性结合的磁性粒子。

保留于光学传感区的磁性粒子可以投下阴影并且降低从光源传播到光学传感器的光量。光学传感器可以通过测量入射光量检测磁性粒子的存在。

光学传感器在大小上可以与磁性粒子相似，从而使得每一传感器仅可以检测一个粒子的存在。

光学传感器可以是单独可寻址的，并且它们的电信号可以利用集成电路内部或外部的电路放大、数字化、存储、加工。

下文的附图和描述详细说明了这些和其他变型。

附图说明

图1是系统10变型的横截面侧视图，系统10的变型包括样品制备和送递模块(module)(SPDM)8、光源2、集成电路12(IC)、印刷电路板(PCB)9、显示器1以及外壳11。

图2是当过滤含水样品5并经由毛细管作用将其通过送递毛细管14芯吸(wick)到集成电路12的表面7上时，系统10变型的横截面侧视图。

图3是系统10变型的横截面侧视图，显示了在由于毛细管作用而芯吸沉降毛细管13的过程中的含水样品5。一旦含水样品5到达沉降毛细管13的顶部，则含水样品5可以使试剂球3再水合，从而释放粒子4以沉降于IC 12的表面7。

图4是横截面侧视图，其显示置于PCB 9上的光源2，置于IC 12上方的外壳11顶板(ceiling)上的反射器20，反射器20可以将源自光源2的光反射到IC 12的表面7。

图5A和5B分别是IC 12变型的横截面侧视图和顶视图，IC 12具有两个光学传感器40和位于其表面7上投下阴影的2个粒子。粒子32可以被光学传感器30检测，而光学传感器31不能检测任何粒子。

图6是蚀刻于IC中的沟槽的横截面侧视图。

图7A和7B分别是IC 12变型的顶视图和横截面侧视图，所述IC 12变型容纳以分离导体执行的磁分离场发生器。

图7C是表示在将非特异性结合的磁性粒子63吸引到分离导体60后图7A和7B情形的横截面视图。

图8A和8B分别是可以在分离区70中具有光学传感器40的IC12变型的顶视图和横截面侧视图。