集成的磁场产生和检测平台制造技术

本发明专利技术提供一种集成的磁场产生和检测平台，其能够操作并检测单独的磁性粒子（诸如球形的超顺磁珠）并且提供生物感测功能。在集成电路中实现该平台，其部分表面用与目标分析物紧密地（即，特定地）结合的一种或多种生化因子功能化。磁珠也类似地用与目标分析物特定地结合的一种或多种生化因子功能化。当引入样品时，能够从非特定结合的磁珠中分离并检测与集成电路特定结合的磁珠。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及检测目标分析物的存在，更具体而言，涉及集成的磁场产生和 检测平台。
技术介绍
由于在发达国家的婴儿潮时期出生的人退休，并且由于在发展中国家新的健康保 健受众的等级增大，需要新的医疗系统来经受增长的健康保健开支的冲击。具体而言，定点 照护(Point-of-Care，P0C)技术通过允许可负担的起的预防性诊断和个人慢性病监视而 具有降低开支的潜力。很多POC技术使用依赖于具有标记物(诸如催化酶、光学标记或磁 珠)的目标分析物的特异性标记的检测方案。其中，磁珠作为标记物对于生物化验应用非 常有用，这是因为(a)有任何磁性就会使细胞有所显出；(b)来自磁珠的信号随时间稳定； (c)磁检测功能与样品的不透明性无关；以及(d)磁性标记提供了更多的功能，诸如磁过滤 和处理。
技术实现思路
根据一个方面，本专利技术包括一种集成的磁场产生和检测平台。该平台能够操作并 检测单独的磁性粒子(诸如球形的超顺磁珠)并且提供生物感测功能。本专利技术的另一方面 是一种集成电路，在一个有益实施例中，该集成电路具有用于产生磁分离场的装置；用于 产生磁集中/磁化场的装置；以及用于检测磁场的装置。在一个使用的示例性模式中，首先 使用分离场产生装置和/或集中/磁化场产生装置对磁珠进行操作，然后使用集中/磁化 场产生装置对磁珠进行磁化，然后使用场检测装置对磁珠检测。在另一实施例中，集成电路设备包括基片，其具有暴露表面；场检测装置，其嵌 入在基片中位于基片表面之下；以及集中/磁化场产生装置，其嵌入在基片中定位在场检 测装置与基片表面之间。在另一实施例中，集成电路设备包括基片，其具有带暴露表面的沟道，该沟道具 有带上脊部分的侧壁；场检测装置，其嵌入在基片中位于基片表面之下；集中/磁化场产生 装置，其嵌入在基片中并定位在场检测装置与基片表面之间；以及分离场产生装置，其在侧 壁的上脊部分中。在另一实施例中，集成电路设备包括基片，其具有多个沟道，每个沟道具有暴露 表面区域和带上脊部分的侧壁；场检测装置，其嵌入在基片中位于基片表面之下；以及集 中/磁化场产生装置，其嵌入在基片中定位在场检测装置与基片表面之间。在另一实施例中，集成电路是生物传感器装置的部件。在一个示例性使用模式中， 集成电路的至少一部分表面通过涂覆与目标分析物紧密地(即，特定地)结合的生化因子6来被功能化。类似地，用与目标分析物特定地结合的一种或多种生化因子涂覆磁珠或与磁 珠配对。引入样品，并且目标分析物结合到集成电路的功能化表面。引入磁珠，并且磁珠经 由包括目标抗原的生化复合体特定地或非特定地结合到沟道的表面。在磁珠安置到基片 的表面之前，其可以首先结合到分析物，此时分析物也结合到基片，从而将磁珠束缚到该表 面。然后，可以通过片上磁清洗力去除非特定结合的磁珠，并且可以通过在基片表面之下集 成的磁场检测装置对保留的特定结合的磁珠进行检测。因此，该生物传感器可以用于确定 在血液或血清中传染性疾病因子的浓度。在各种实施例中，集中/磁化场产生装置可以包括定位在基片表面与场检测装置 之间的多个微线圈、载流线(例如，导线)、或者产生磁场的其他元件。在一个实施例中，集中/磁化场产生装置包括多个单独的磁场产生元件，并且场 检测装置包括多个单独的磁场检测元件，其中每个磁场产生元件与磁场检测元件配对来建 立堆叠的单位元件。在各种实施例中，场检测装置可以包括多个霍尔传感器、可变的电感线、或者可以 感测磁化物体的其他元件。在各种实施例中，可以在与集中/磁化场产生装置相同的平面中或者在集中/磁 化场产生装置之上的平面中侧面离开集中/磁化场产生装置来布置分离场产生装置。在各种实施例中，分离场产生装置可以包括载流线(例如，导线)或者产生磁场的 其他元件。在各种实施例中，基片的至少一部分暴露的表面区域用与目标分析物结合的生化 因子来被功能化。在各种实施例中，至少一部分单位元件是可寻址的。在下列说明书部分将呈现出本专利技术的其他方面，其中详细的说明旨在充分公开本 专利技术的优选实施例，而非对本专利技术进行限制。附图说明通过结合下列仅用于说明目的的附图，将更充分地理解本专利技术，其中图1示意地示出了根据本专利技术实施例的集成微线圈/霍尔传感器对以及为上下文 示出了位于该霍尔传感器/微线圈对之上的磁珠。图2是以松散阵列方式实现的两个图1所示的微线圈/霍尔传感器元件的示意平 面图。图3是来自有源传感器阵列的微线圈/霍尔传感器对和来自参考阵列的“伪”微 线圈/霍尔传感器对的示意图，两者都连接到片上放大器(OCA)和模数转换器(ADC)以及 数字信号处理器(DSP)，用于拒绝来自要被拒绝的线圈的共模外加场，而放大来自磁珠的差 动感应场。图4是直接在自动调零(上部的图像)和磁珠应用(下部的图像)之后以IHz噪 音带宽测量的图3的ADC的输出的谱。图5是沿着蚀刻的沟道底部以行定位的集成的邻近微线圈/霍尔传感器元件阵列 的透视图，沿着蚀刻的沟道的脊有载流线用于磁珠的集成磁分离，图5还为上下文示出了 位于微线圈/霍尔传感器元件之上的多个磁珠。图6A到图6E是示出了在制造图5所示的集成电路中使用的反应离子蚀刻处理的 实施例的截面流程图。图7是图5所示阵列从微线圈/霍尔传感器对的中心截取的局部截面示意图，说 明了由来自沟道上脊上的载流线的磁力给予的磁珠上运动，其中磁珠从微线圈/霍尔传感 器对处离开。图8是图5所示阵列的示意的局部平面图，示出了定位在微线圈/霍尔传感器对 之上的特定结合(例如，生物地结合)的磁珠与非特定结合的磁珠。图9是图5所示阵列的示意的局部平面图，示出了由于通过嵌入在基片中或者沿 着沟道的上脊延伸的载流线在磁珠上给予的磁力去除图8中非特定结合的磁珠，并且示出 了特定结合的磁珠保留在适当的位置。图10是对应于图9所示阵列的力_距离曲线的示例。图11是图5所示阵列的局部截面示意图，说明了由于来自微线圈的磁力给予的磁 珠上运动，其中磁珠移动到霍尔传感器/微线圈对之上的位置。图12是根据本专利技术的传感器阵列的“无沟道”实施例的部分截面示意图，说明了 由于来自嵌入在基片中的分离载流线的磁力给予的磁珠上运动，其中磁珠从集中/磁化载 流线处离开。图13是示出了随着时间将磁珠拉到传感器区域的一系列显微平面图。图14是图12所示阵列的示意的局部平面图，示出了霍尔传感器之上的特定结合 (例如，生物地结合)的磁珠与非特定结合的磁珠。图15是图12所示阵列的示意的局部平面图，示出了由于通过嵌入在基片中的载 流线在磁珠上给予的磁力去除图14中非特定结合的磁珠，并且示出了保留在原位的特定 结合的磁珠。图16A到图16E是示出了在制造图12所示的集成电路中使用的反应离子蚀刻处 理的实施例的截面流程图。图17是配置用于支持根据本专利技术用于生物感测的集成电路的印刷电路板的底部 平面图，以及离开该电路板分解示出的集成电路。图18是图17所示集成电路的实施例的顶部平面图。图19是图17所示集成电路的局部截面示意图，具有图18所示的附加集成电路， 并且示出了密封环以防止生物流体的泄露。图20说明了如图18所示的集成电路带有具有四个变化宽度的沟道的传感器区 域。图21A和图21B是分别示出了提纯的人类IgG化验的负控制和正控制的显微图。图22A和图22B是分别示出了片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成电路设备，包括：具有暴露的表面区域的基片；集中／磁化场产生装置，用于产生磁集中／磁化场；以及场检测装置，用于检测磁场；所述场检测装置嵌入在基片中位于暴露的表面区域之下；所述集中／磁化场产生装置嵌入在基片中位于暴露的表面区域之下并且位于场检测装置与暴露的表面区域之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥克塔维安弗洛雷斯库，伯恩哈德E伯泽尔，莫里茨马特曼，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]