[发明专利]具有样品室和光敏元件的生物芯片设备，在生物芯片设备的至少一个样品室内检测荧光粒子的方法

说明书

本发明涉及一种包括至少一个样品室和至少一个光敏元件的生物芯片 设备。本发明还涉及一种在生物芯片设备的至少一个样品室内检测荧光粒 子的方法。

微流体设备在大多数生物芯片技术中处于核心地位，既用于流体(如 基于血液)样品的制备也用于它们的后续分析。包括生物传感器和微流体 设备的集成设备已为本领域所熟知。这些设备有不同的名称，例如 DNA/RNA芯片、生物芯片、基因芯片和实验室芯片(lap-on-a-chip)。具体 而言，在(微)阵列上的高通量筛选是一项用于生物化学分析的新工具， 例如用于诊断。这些生物芯片设备包括小体积的微孔(well)或反应器，可 在其中进行化学或生物化学反应检查，并可分别快速而可靠地调节、运输、 混合及存储微量液体，从而执行大量期望的物理、化学和生物化学反应及 分析。通过在微小体积中执行含量测定(assay)，可在时间与靶子、化合物 和试剂的成本方面实现显著的节省。

荧光分析是生物化学和分子生物物理学领域中最广泛使用的一项技 术。由于当前的生物化学协议已引入荧光标记，因此荧光检测方法非常具 有吸引力。因此，基于芯片的含量测定可很容易合并到已有的协议中而不 需要改变其生物化学。例如，蛋白质的荧光标记法在生物科学中最为普遍， 每年全世界要进行数百万个荧光免疫测定。此外，诸如Sanger测序法和聚 合酶链反应(PCR)的反应已用于荧光标记方法中。事实上，实时定量PCR 扩增(RQ-PCR)，作为一项用于医疗诊断快速增长的技术，正通过使用荧 光标记而得到高效地执行。在该项技术中，在使用报道分子(例如分子信 标、蝎型引物等)进行温度处理过程中定量地记录放大产物的存在，这些 报道分子产生在同一设备中被实时测量的光学信号。记录到的信号是对特 定核酸分子，例如(但不局限于)细菌或一组细菌的存在及浓度的测量。 总之，荧光检测可用于分析芯片上的多种应用，例如对DNA扩增期间光学 信标的荧光检测、表面的标记蛋白质和免疫或杂交(标记)核酸。

生物芯片设备通常为该领域所熟知。例如，美国专利申请US 2004/0038390A1公开了一种光学设备，其使用由光源产生的激发光束同时 照射两个或多个间隔的反应区域。准直透镜可沿着光源和反应区域之间的 光束路径布置，以形成多束经准直的激发光束，其中，每束都对应于各自 的反应区域。在根据美国专利申请US 2004/0038390 A1的生物芯片设备中， 生物芯片荧光信号的检测是使用位于台式(bench top)/实验室机器上的光 学检测系统(包括光源、光学滤波器和传感器)来完成的，从而对存在的 荧光团的数量进行量化。这种已知设备的一个缺点在于，在台式/实验室机 器中使用的荧光检测系统通常需要昂贵的光学部件来采集和分析荧光信 号。具体而言，具有尖锐的波长极限(cut off)的昂贵光学滤波器用于获取 这些光学系统所需的灵敏度。这限制了提供这样一种生物芯片设备的可能 性，使得未经培训的人员简单并划算地和/或自动地并且不需高度精密机器 进行处理。

因此，本发明的目的是提供一种可用作一次性生物芯片设备的生物芯 片设备，其中能够以划算但不损失精确度的方式简单、容易地读出生化反 应的结果。

以上的目的通过一种包括至少一个样品室和至少一个光敏元件的生物 芯片设备来实现，至少一个样品室设置在至少一个光敏元件的第一侧，其 中，入射光设置为从与至少一个光敏元件的第一侧相对的第二侧入射。

根据本发明的设备的优点在于，与现有技术的设备和方法相比，能够 以更容易、更划算且更快的方式实现对生物测定结果的检测。例如，可以 不使用昂贵的光学滤波器和/或昂贵的台式/实验室机器而实现对生物测定 结果的检测。

另一优点在于，芯片上荧光信号采集系统改进了分析生物芯片设备的 速度和可靠性，例如，DNA芯片杂交模式分析。

此外，其优点在于，生物芯片设备以及读出生化测定的分析结果所需 的仪器两者成本的降低使得在便携式手持仪器中使用生物芯片设备，用于 例如即时(point-of-care)诊断和路旁测试成为可能，因为不再需要中央台 式机器。

另一优点在于，通过将光敏元件合并到生物芯片设备中，增加了收集 荧光的立体角。此外，减少了介质边界及相应反射的数目。