[发明专利]具有磁操作器的微电子设备

说明书

本发明涉及微电子设备，具体涉及用于检测磁化粒子的微电子磁传感 器设备。此外，本发明涉及用于操作样本中的磁性粒子的方法。

根据WO 2005/010543 A1和WO 2005/010542 A2(通过引用并入本申 请)已知一种微电子传感器设备，其例如可以用在用于检测分子(如带有 磁珠标签的生物分子)的微流体生物传感器中。微传感器设备设有传感器 阵列，该传感器阵列包括用于产生激励磁场的集成导线和用于检测由磁化 珠产生的杂散场的集成巨磁阻(GMR)。然后，GMR的信号指示传感器附 近的磁珠数量。

根据US 2004/0219695 A1还已知使用磁场或电场将带有磁性或电性交 互粒子标签的分子吸引到接合部位和/或将未接合的带标签分子从传感器区 域内移除。然而，该文档未描述如何产生操作场。

鉴于此，本发明的目的是提供具有用于操作磁性粒子的装置的微电子 设备，其中，希望所述装置易于制造并提供非常确定的磁场。

该目的由根据权利要求1的微电子设备和根据权利要求10的方法实 现。从属权利要求描述了优选实施例。

根据本发明的微电子设备用于操作磁性粒子，例如，作为目标分子标 签并且可以由适当的激励磁场磁化的磁珠粒子。“操作”一词将表示和所述 粒子的任何交互，例如，测量粒子的特征量、研究其性质、对其进行力学 或化学处理等。微电子设备包括下述部件：

a)样本室，其中可以提供具有待操作的磁性粒子的样本。样本室通常 是空腔，或者是填充了如可以吸附样本物质的胶体的一些物质的腔；样本 室可以是开放的腔、封闭的腔或者是通过流体连接通道连接到其他腔的腔。

b)具有反应表面的基板，其中所述反应表面形成上述样本室的一个壁 (包括底壁和顶壁)。基板通常是用于集成微电子电路的普通载体材料之 一，例如，如硅的半导体。“反应表面”一词应该指示该区域内通常发生的 力学、化学、生物反应等，尽管实际情况不一定如此。

c)至少一个磁场发生器，其在离所述反应表面一段距离处、在所述样 本室内延伸。

d)电源单元，用于为上述磁场发生器提供电流，其中所述发生器需要 所述电流来产生期望的磁场。

所述微电子设备的益处在于提供来自样本且到达反应表面的操作磁 场，在反应表面，该操作磁场例如可以在磁性粒子上施加力，以移动磁性 粒子或断开它们的接合。可以通过所述电源单元非常灵活且精确地控制这 些操作磁场的动作。

磁场发生器可以以这样一种方式设计，使得其产生具有所想要的、对 设备所进行的应用而言适当的空间分布和/或幅度的操作磁场。一个优选实 施例中，磁场发生器设计为使得其在所述反应表面处产生其梯度基本垂直 于所述反应表面的操作磁场(即，梯度矢量的方向以相对于反应表面成约 90°±20°的角度设置)。此外，优选地，梯度方向远离反应表面，这意味着 操作磁场的强度随着离反应表面的距离增加而增加(或者，等价地，随着 离磁场发生器的距离减小而减小)。这种情况下，操作磁场在磁性粒子上产 生垂直于反应表面的力，并允许将所述粒子移动到离反应表面足够远。

优选地，微电子设备的反应表面包括可以(直接或间接)接合磁性粒 子的接合部位。例如，磁性粒子可以包括特别接合至所述接合部位的生物 目标分子。这种情况下，接合的磁性粒子的量可以指示样本中目标分子的 浓度。微电子设备的一个益处在于，可以通过生成倾向于断开接合的操作 磁场容易地检验接合部位和磁性粒子之间接合的紧密程度，因而，可以将 强接合和不感兴趣的弱接合区分开来。

微电子设备的大小必须适合期望的应用。一个优选实施例中，磁场发 生器和反应表面之间的自由距离(即，反应表面上一点和磁场发生器内一 点之间可被假定的最小距离)比磁场发生器的直径大0.2倍到5倍(后者通 常在和前述自由距离在同一平面内测量和/或在与流过磁场发生器的电流方 向垂直的平面内测量)。

磁场发生器有许多可能的实现，例如通过微线圈实现。优选实施例中， 磁场发生器包括笔直延伸的导体，特别是长的金属条或导线。如果电流平 行于该导体的延伸方向流动，那么电流产生的操作磁场在轴方向上近似均 匀，而在径向方向不均匀(如，随着离导体轴的距离增加而减小)。