[发明专利]具有自校准区域的生物传感器芯片及其测试方法

说明书

技术领域

本发明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，本发明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。

背景技术

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。