具有自校准区域的生物传感器芯片及其测试方法技术

本发明专利技术涉及一种生物传感器芯片和生物传感器芯片的测试方法。本发明专利技术的生物传感器芯片包括测试区域和至少一个校准区域，所述测试区域的测试表面修饰有用于捕捉待测分子的捕捉分子，每一个校准区域的测试表面修饰有预定数量的校准分子并具有对应的参考值，所述测试区域具有输出测试区域的测量信号的测试输出，每一个校准区域具有输出该校准区域的测量信号的校准输出。根据本发明专利技术的生物传感器芯片通过包括同时包括测试区域和校准区域可以实现传感器芯片的自校准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于化学和生物多样品检测的生物传感器芯片。更具体地，本专利技术涉及一种具有自校准功能的生物传感器芯片及其校准方法。
技术介绍
由于使用微量溶液的微流体技术的发展，使得实验室芯片(LOC)或微流体芯片的用途得以脱离传统研究实验的束缚，更进一步迈向较具实用性价值的商业应用。在化学、生物等领域，包括微流体芯片的微流体系统得到越来越多的应用，如微量流体的传输、微量化合物合成、样品分离、成分分析及化学反应。通过将生物传感器芯片装载到微流体样品舟中，使生物传感器芯片的测试表面作为样品舟反应室的一个表面，可以实现对待测试剂的测量。在利用利用电磁生物传感器芯·片进行测量的测量系统中，即使待测试剂中靶标分子浓度不变，电磁生物传感器的测试结果也会有很大可能随着传感器芯片的不同以及测试环境的不同而变化。引起测试结果变化的因素包括由芯片制造工艺的漂移引起的芯片各层膜厚的变化、芯片横向尺寸的变化和磁特性的变化；测试时反应温度的变化，试剂在样品舟微通道中流速的变化，试剂体积的变化，试剂质量如磁颗粒质量的变化，微流体器件关键尺寸例如微通道的尺寸和反应室的尺寸的变化所引起的流速变化、试剂体积变化等。这些因素会导致测试结果的不一致性。在例如磁敏生物传感器芯片的芯片制造过程中，制造工艺参数的漂移会引起的芯片各层膜厚的变化、横向尺寸的变化及磁特性的变化。当磁敏生物传感器芯片的各层材料厚度发生变化时，磁颗粒和磁敏传感器之间的距离就会随之改变。磁颗粒离传感器的距离越远，被检测到的几率越小。反之，磁颗粒离传感器的距离越近，被检测到的磁颗粒数量越多。传感器横向尺寸的变化也会引起磁敏传感器检测能力的变化，这是由于磁敏器件的灵敏度和尺寸有关，表现为一种非常复杂的关系。一般来讲，当其他参数不变时，亚微米磁敏传感器芯片的检测能力随着尺寸的减小而减小。制造工艺参数的漂移更会使磁敏传感器芯片的磁特性例如矫顽力、饱和磁场强度和磁滞回线等发生变化。当矫顽力变大时，检测灵敏度降低。同样，当饱和磁场强度增大时，检测灵敏度也会降低。另一个参数是器件磁滞回线中点的漂移。作为磁敏生物传感器，磁滞回线中点值离零点的距离越小越好，最好为零高斯。如果偏离零点太远，传感器灵敏度会降低、甚至会失去检测能力。待测样品和反应试剂的反应温度同样会对测试结果产生影响。在适合生化反应的温度范围之内，一般来讲反应效率随着温度的升高而相应升高。如果磁敏生物传感器是在室温下使用，不同国家、不同地区、不同环境、不同的季节会有不同的室温。例如，当反应温度从30摄氏度降到20摄氏度，待测样品与各种反应试剂同时进入反应空间进行反应的单步反应效率会降低50%左右，待测样品与各种反应试剂分别进入反应空间的三步连续反应的情况下反应效率会降低到12. 5%。在例如微流体样品舟的微流体反应系统中，试剂流速的变化、试剂体积的变化也会影响反应结果。一般来讲，试剂流速增大时反应效率会降低。反应试剂体积增加时参与反应的反应分子总量增加，表现为反应效率的增加。如果是冲洗试剂，冲洗流速和冲洗体积的增加会增进冲洗效果，影响反应结果。现有技术中已经公开了多种基于生物检测技术的生物芯片校准办法,但这些方法均不能用于磁敏生物传感器芯片的校准。Grenville Arthur Robinson 等人的专利技术名称为 “Capiliary-Fill BiosensorDevice Compresing a Calibration Zone”，2000年 2 月 22 日公告的美国专利US6, 027，944公开了一种包括校准区的生物传感器装置，如图I所示。图I中，T区中的区域12及区域9是为测试功能设计的，其中区域12用于承载测试试剂用的试剂垫，区域9用于承载反应基垫。待测样品进入到空腔6后，区域12上的试剂被溶解并沉降到区域9上，和待测样品中的靶标分子以及区域9上的捕获分子反应，在区域9处产生具有表征待测样品中靶标分子浓度的信号强度的信号。R区中的区域10和区域14组成校准区域。进入空腔6的待测试剂同时把区域14上承载的用于校准的试剂溶解到区域10上。区域10处产生的信号和靶 标分子浓度无关，只是被设计成产生校准信号。同样，S区中区域11和区域16是另一组校准区域。在该专利中，虽然T区、R区、S区之间没有物理隔离墙，但是因为空腔6的高度很小、并且在区域12、14和16上的试剂开始溶解时已没有横向的液体流动，各区之间没有试剂混合的过程，空腔6可以被分割成独立的测试区、校准区、附加校准区。但是，在采用多步化学反应的流体结构中，各种反应试剂通常被有意或无意的混合在一起，很难满足不同种类的试剂存在于不同区域的要求。所以在采用多步化学反应的微流体测量结构中，这种采用分区校准的技术方案不能提供对微流体样品舟和测试芯片的精确校准。Mark Thompson 等人的名称为 “Calibration methods for multiplexed sensorarrays”、2010年8月12日公开的美国专利申请US20100204062，公开了一种用于校准纳米传感器反应物响应的方法，如图2所示。图中示出了纳米线状传感器，纳米线传感器上面的是NW固定分子，NW固定分子上修饰有捕获待测分子的物质，同时纳米固定分子上还有用来捕获校准分子的物质。如果已知校准分子的浓度，校准分子产生的信号可以被用来校准纳米线传感器及可能对传感器的准确度产生影响的各种因素。但对磁敏传感器来说，磁敏器件不能区分校准分子上的磁颗粒标记物产生的信号和待测分子上的磁颗粒产生的信号，所以该技术方案不适用于以磁颗粒为标记物的磁敏传感器。Cary James Miller 等人的专利技术名称为 “Immunoassay Device withImmuno-reference Electrode”, 2010 年 5 月 25 日公告的美国专利 US7723099,公开了一种使用电化学现象进行分子检测的免疫传感器系统。该免疫传感器系统具有两个传感器芯片，一个是用于提供样品测试信号的测试芯片，另一个是用于提供由非特异吸附引起的背景噪音信号的校准芯片。用测试芯片上产生的测试信号减去校准芯片上的背景信号得到仅和待测分子浓度有关的信息，减小了免疫测定中的干扰效应和其他一些效应对测试结果的影响，见图3。但是，这种测试系统需要有分别用于测试和校准的两个芯片。相对于单芯片结构来说,成本增加,生产困难度加大,并需要两个芯片本身具有较高的一致性。因此，需要一种具有自校准功能的结构简单的生物传感器芯片，特别是磁敏生物传感器芯片
技术实现思路
为了解决上述技术问题，实现传感器芯片的自校准，根据本专利技术的生物传感器芯片的测试表面被分为测试区域和至少一个校准区域。校准区域的测试表面被修饰有预定数量的校准分子。根据待测分子的属性，以及待测分子与捕捉分子的、待测分子与检测分子的结合能力，可以选择修饰在校准区域的测试表面上的校准分子的类型，以对可能影响测试结果的因素进行校准。修饰在校准区域上的校准分子可以是待测分子、检测分子、模拟捕捉分子或模拟待测分子。因为修饰在校准区域上的校准分子的数量已知，该预定数量的校准分子经过测试反应所产生的正常输出值可根据理论数据或经验数据计算得到，作为该校准区域的参考值。测试时，分别测量测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物传感器芯片，其特征在于，该生物传感器芯片包括测试区域和至少一个校准区域，所述测试区域的测试表面修饰有用于捕捉待测分子的捕捉分子，每一个校准区域的测试表面修饰有预定数量的校准分子并具有对应的参考值，所述测试区域具有输出测试区域的测量信号的测试输出，每一个校准区域具有输出该校准区域的测量信号的校准输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石西增，
申请(专利权)人：石西增，
类型：发明
国别省市：