本发明专利技术涉及一种微电子装置的不同设计，该微电子装置包括具有局部驱动单元（ＣＵ２）并且可选地具有与样品室（ＳＣ）相邻的传感器元件（ＳＥ）阵列的加热元件（ＨＥ）阵列。通过向所述加热元件（ＨＥ）施加适当的电流，可以根据期望的温度分布来加热所述样品室。所述局部驱动单元包括用于补偿其个体特性变化的装置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有加热元件阵列的微电子装置，该加热元件阵列用于在 样品室中操作样品。而且，本专利技术还涉及这样一种微电子装置的应用，例 如用作生物传感器。
技术介绍
生物传感器通常需要控制良好的温度以进行操作，例如由于许多生物分子只有在很小的温度窗(通常在37r左右)内才保持稳定，或者当温度 超出这个温度窗时生物分子就会变得不活动。温度调整对于杂交分析尤其重要。在这些分析中，通常使用温度来调整DNA链到其补充链的结合紧密 程度。例如，当对单点突变感兴趣时就要求高的紧密程度。用于单点突变 杂交的解链温度范围(即，DNA链的变性)与野生类型相比可以仅相差不 到5°C。对杂交期间紧密程度的控制可以为特别是DNA杂交的多参数测试 提供优化的灵活性，例如对于DNA微阵列。在这些分析中还希望以一种良 好控制的方式增加温度从而以多元方式区分不同的突变。在US 6 864 140 B2中，通过薄膜晶体管形式的局部加热元件来解决一 些上述问题，其中薄膜晶体管形成在与发生(生物)化学反应的样品室相 邻的衬底上的多晶硅上。然而，使用该已知的装置不可能对样品室中的样 品进行进一步的研究。而且，US6 876 048B2公开一种微电子生物传感器， 其中将具有传感器元件阵列的微芯片设置于具有加热元件的膜上。这种膜 允许以对于所有传感器元件相同的方式控制相邻的样品室中的温度。具有加热元件阵列和相关联的局部驱动单元(例如，电流源)的微电 子装置的问题在于，由于制造公差等导致的电子元件特性的变化严重地限 制了温度控制的可能精确性。
技术实现思路
基于这种情况，本专利技术的目的在于提供用于在微电子装置中对样品进 行更加通用的温度控制操作的装置。该目的通过根据权利要求1的微电子装置以及根据权利要求35的应用 来实现。从属权利要求中公开了优选的实施例。根据本专利技术的微电子装置意欲操作样品，尤其是类似包含粒子的生物 体液的流体或者气态化学物质。术语"操作"应该指与所述样品的任意交 互，例如测量样品的特性数量、研究其属性、对其进行机械或化学处理等等。该微电子装置包括以下组件a) 样品室，其中提供被操作的样品。该样品室通常为空腔或者里面填 充有类似可以吸收样品物质的凝胶体的一些物质的腔；该样品室可以是开 放的腔、关闭的腔或者通过流体连接通道连接到其它腔的腔。b) "加热阵列"，其包括多个局部驱动单元和(空间上和功能上)相关 联的加热元件，其中当通过所述相关联的局部驱动单元使用电能驱动所述 加热元件时，所述加热元件能够与所述样品室的至少一个子区域交换热量。 所述加热元件优选地将电能转换成传输进入所述样品室的热能。然而，所 述加热元件也有可能从所述样品室吸收热量并且将其传输到消耗电能的其 它地方。所述局部驱动单元或多或少地位于所述加热元件附近并且与所述 加热元件耦接。在最通常的情况下，术语"阵列"在本专利技术的上下文中应该指多个元 件(例如，加热元件和局部驱动单元)的任意三维排列。通常，这样一个 阵列是二维的并且优选地也是平面的，而且所述元件以规则的模式排列， 例如网格模式或矩阵模式。另外，应当注意，如果这样一个交换在子区域中足够强从而可以引起 样品的期望的/可观察的反应，则假定"与样品室的子区域的热量交换"。这 种定义应该排除小的"寄生"热效应，这些热效应不可避免地与任意有源 处理相关联，例如与电流相关联。通常，本专利技术意义上的热流动大于 0.01W/cn^并且具有超过1毫秒的持续时间。c) 控制单元，用于选择性地控制局部驱动单元，即，用于确定将电能 提供给加热元件。d) 用于补偿局部驱动单元(CU2)的个体特性变化的装置，其中所述装置尤其可以在局部驱动单元和/或控制单元内实现。前述微电子装置具有样品室中的温度分布可以通过加热阵列被很精确 地调整的优点，其中经由局部驱动单元实现对单个加热元件的控制。这些 局部驱动单元可以接管一定的控制任务并且因而减轻控制单元的负担，另 外通过避免例如在外部电流源和加热元件阵列之间驱动电流的漏电，还可 以增加阵列的效率。而且，该装置还解决了一个问题，即即使驱动单元具有相同的设计， 用于构造该驱动单元的组件和电路在其特性方面具有统计变化，这导致了 驱动单元行为的变化。例如，使用相同的电压选址不同的驱动单元会导致 不同的结果，例如向加热元件输出不同的电流。如果可能，这就导致了在 样品室中很难进行精确的温度控制。因此，该微电子装置引入了用于补偿 驱动单元个体特性值变化的装置。这允许具有更高精度的控制并且允许没 有反馈控制程序。用于补偿局部驱动单元个体特性变化的装置尤其包括用于调整其个体 特性的硬件组件(电容器、晶体管等)。在另一实施例中，控制单元适于在操作范围内驱动局部驱动单元，在 该操作范围内其个体特性的变化对产生的热量交换具有可忽略的影响。附 图中公开了这些和前述实施例的特定实例。在本专利技术进一步扩展中，将局部驱动单元耦接到公共电源线，并且将 加热元件耦接到另一公共电源线(例如，接地)。在这种情况下，每一个局 部驱动单元确定取自公共电源线的电能或电力的量。这简化了设计，只要 正确分配的电能量不必通过整个阵列被传送到某一加热元件。在微电子装置的另一实施例中，控制单元的至少一部分位于加热元件 阵列和局部驱动单元的外部，并且经由用于承载控制信号的控制线连接到 局部驱动单元。在这种情况下，控制单元的外部部分可以确定某一加热元 件应该接收多少电能或电力；然而，该电能/电力不需要直接从外部控制单 元传输到加热元件。代替的是，只有相关的信息必须经由控制信号传输到 局部驱动单元，然后其例如从公共电源线中提取需要的电能/电力。在前述实施例的优选实现中，控制信号为脉冲宽度调制信号(PWM)。 使用这种PWM信号，局部驱动单元可以以可选择的速率和占空比被打开和关闭，其中这些参数确定从公共电源线中的平均电力提取。由于只要求开 关行为，该局部驱动单元的个体特性变得不太重要。还有可能使用脉冲幅度调制(PAM)、脉冲频率调制(PFM)或调制技术的结合来驱动加热器或 场电极。在前述实施例的另一扩展中，局部驱动单元包括用于存储通过控制单 元的外部部分传送的控制信号的信息的存储器。这样的存储器可以例如通 过存储控制信号电压的电容器实现。该存储器允许在相关联的控制线再次 与驱动单元断开并且用于控制其它驱动单元的同时，继续进行加热元件的 指令操作。在微电子装置的典型设计中，至少一个局部驱动单元包括晶体管，其 根据公式I = m (V-Vthres) 2在其栅极对于给定的输入电压V产生输出电流 I (其将被馈入到加热元件)，其中m和VtH^为晶体管的个体特性值。该公式示出了当使用相同的电 压控制具有不同m和V^es值的局部驱动单元时，该局部驱动单元将产生不 同的行为。在前述的情况中，至少一个局部驱动单元优选地包括用于补偿Vthres变化的电路和/或用于补偿m变化的电路。优选地，驱动单元的每一个包括存储器元件，例如电容器，其耦接至 所述晶体管的控制栅极以及一电路，该电路用于将该存储器元件充电至一电压，该电压补偿Vth^或者驱动该晶体管以产生预定的电流I。这样，例 如简单电容器的应用可以基于上面描述的晶体管类型而满足补偿驱动单元 在非常重要的情况中的个体变化。在V^^和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于操作样品的微电子装置，包括： ａ）样品室（ＳＣ）； ｂ）加热阵列，具有多个局部驱动单元（ＣＵ２）和相关联的加热元件（ＨＥ），其中当通过所述相关联的局部驱动单元（ＣＵ２）使用电能驱动所述加热元件时，所述加热元件与所述样品室 的至少一个子区域交换热量； ｃ）控制单元（ＣＵ，ＣＵ１，ＣＵ２），用于选择性地控制所述局部驱动单元（ＣＵ２）； ｄ）用于补偿所述局部驱动单元（ＣＵ２）的个体特性变化的装置。
【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：MT约翰逊，DA菲什，MWG蓬吉，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]
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