[发明专利]疾病检测仪

说明书

相关的专利申请

本申请是中国专利201180041957.5(母案)的分案申请，母案专利为国际申请日为2011年6月30日的PCT国际申请(国际申请号：PCT/US2011/042637)的中国国家阶段案件，其发明创造名称为疾病检测仪。本专利申请要求以下美国专利申请的优先权，2010年6月30日提交的第61/360,041号；2010年10月5日提交的61/389,960号；2011年1月7日提交的61/430,641号；2011年3月24日提交的61/467,097；2011年6月20日提交的61/498,954；本专利包含所引用的上述专利的全部内容。

对于许多高发病率，高死亡率的重大疾病，包括癌症和心脏疾病，早期准确诊断是非常困难的。目前的疾病诊断技术通常依赖于宏观数据和信息，如体温、血压、身体扫描图像。现在用于检测癌症等重大疾病的常用仪器大多是基于图像技术的设备，包括X-射线，CT扫描和核磁共振(NMR)成像技术。这些仪器在一定程度上对于疾病诊断是有帮助的，但是他们大多不能在发病早期(如癌症)提供准确的，完全安全的，并符合成本效益的诊断。此外，许多现有的诊断技术及相关设备是侵入性的，有时不容易获得，尤其是在偏远地区或农村地区。

即使最近出现了DNA检测也不能对多种疾病进行快速的、可靠的、准确的、低成本的诊断。今年来，人们在将纳米技术应用于多种生物领域方面做了诸多努力，大量的工作集中在疾病检测领域中基因图谱及其微小变化。例如，Pantel等人讨论了利用微机电系统传感器(MEMS)在体外检测血液和骨髓内的癌细胞的方法(详见《自然评论》2008，8，329Klaus Pantel等人)；Kubena等人在美国专利6,922,118提到利用MEMS检测生物药剂；Weissman等人在美国专利6,330,885中提到的利用MEMS传感器检测生物物质的增生。

然而，迄今为止，上述技术大多仅限于使用功能有限，结构简单的系统进行传感和感应，缺乏敏感性和特异性。此外，一些利用纳米粒子和生物方法诊断疾病的技术功能有限，往往需要复杂的样品制备程序(如使用化学或生物标志物)，数据解释的困难，过多地依赖于视觉和色彩的变化，这些使得它们不适合用于如癌症等重大疾病的早期检测。

需要新的方法克服这些缺点，并且能够进行更高精度，更高特异性，更高效率，非入侵性的，快速的疾病早期检测，同时使成本降低。

本发明涉及一类集成了多种微器件或功能的具有创新性的疾病检测仪器，能够在体内或体外，对单一细胞、单一的生物分子(例如，DNA、RNA或蛋白质)、单一的生物体(例如，一个单一的病毒)或其他的足够小的单元或基本的生物成分。制造该检测仪可使用最先进的微型器件制造技术和新工艺，如集成电路制造技术。本文中“疾病检测仪器”、“疾病检测器件”、“集成了多个微器件的装置”或任何其他类似的术语具有相同的含义。本发明涉及的检测仪含有多个微型器件，可检测的生物样品的多个参数。该疾病检测仪能够进行疾病早期检测，具有高度的敏感性，特异性，便利性(如设备尺寸小)，并且速度快，成本低。

检测仪的一个关键组成部分是一系列微器件，使用新颖工艺加工的微器件在性能上优于传统仪器和技术，检测灵敏度高，特异性好，速度快。可用于制备本文所述微器件的技术包括但并不限于机械，化学，物理-化学，化学机械，生物物理，生物物理机械，机电，生物电-机械，微电机械，电学，化学-机械，生物电化学-机械，纳米制造技术，集成电路和半导体的制造技术和工艺。相关技术的说明详见R.Zaouk等人的《微细加工技术》，微流控技术，2006年Humana出版社；(Geschke，Klank&Telleman，eds.)，JohnWiley&Sons的《片上实验室微系统工程》2004年第一版。微型设备的功能至少包括传感，检测，测量，诊断，监测，疾病的诊断和分析。检测仪集成了多个微器件，能够使检测仪更加先进和复杂，进一步提高检测的灵敏度、特异性、速度和功能、能够检测一种或多种不同参数。

检测仪包括很多可选器件，他们能够对从每个探针获得的信号进行寻址、控制、偏置、接收、放大或存储。这些器件可以是一个中央控制单元，包括一个控制电路、一个寻址单元、一个放大器电路、逻辑处理电路、存储单元、一个特殊应用芯片、信号传输器、信号接收器或传感器。