本发明专利技术是检测设备领域中的一种生物芯片，由生物芯片载体和固定于该载体表面的生命科学有关靶分子／有毒／有害／有益的化学分子组成；生物芯片载体由基片，基片上的反应池，基片内包含的生物传感器及与生物传感器相连的各电极引线组成；其特征在于反应池的形状为通道型或星型。本发明专利技术的生物芯片能够多样本、多靶点、低浓度、快速、实时、准确地对生命科学有关物质分子和有毒／有害／有益的化学分子进行定性和定量分析。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于检测设备领域，具体是一种生物芯片。
技术介绍
尽管基于荧光技术的生物芯片成功地应用于生物医学研究中，但开发新型、有独特益处、低成本的生物芯片种类仍然有着巨大的市场动力。基于荧光技术的DNA生物芯片面临的技术挑战包括缺乏定量分析，不同生物芯片平台之间的实验结果比较存在困难，以及所用仪器昂贵，如芯片扫描仪，带来的普及上的困难。检测平台受到源于底物高荧光背景的干扰，而且要求所用的生物标记的稳定性要好，因为荧光标记对光敏感，当样本暴露在光线下会出现荧光漂白现象。磁场传感器，如超导量子介入装置(superconducting quantuminterference devices，SQUIDS)和诱导线圈(induction coils)，已经用于生物诊断，但它们的应用受限于其体积大、灵敏度低以及耗电量高。应用磁电阻材料就可克服这些缺点。因磁场而引起物质电阻改变的现象叫做磁(电)阻效应。这个现象在1856年首次由Thomson报道。但直到20世纪末期，随着固态技术的进步，如制造极薄的软磁阻铁磁体薄膜(Ni80Fe20)，才使得磁阻效应的原理在技术上得到广泛应用。1980年代抗铁磁间层与铁磁层更迭铺设以及巨磁电阻效应(giant magnetoresistive，GMR，effect)的发现，打开了磁阻效应在高灵敏度磁纳米结构的应用范围，包括磁记录介质，阅读磁头和磁随机存贮器(magnetic random access memory，MRAM’s)。巨磁电阻效应来源于载流电子的不同自旋状态与磁场的作用不同，因而导致的电阻值的变化。这是巨磁电阻传感器和旋转阀传感器的理论基础。大多数计算机都用这两种传感器做磁头来记录磁道上的边缘磁场。各向异性磁(电)阻效应(anisotropic magnetoresistiveeffect，AMR)来源于物质电阻在磁场的方向相对于电流方向由平行改为横断向时的改变。这种效应体现在铁磁合金材料中，如NiFe(镍铁合金)、NiFeCo(镍铁钴合金)，并且还是单层薄膜传感器的基础，如平面Hall传感器(planar Hall sensor)及环状AMR传感器(AMR ringsensor)。生物传感器可定义为是一个“简单的分析设备或装置，是一个整合或连接了物理化学传导器的生物(或生物相关的)敏感器件”。1996年电磁学开始应用于开发生物传感器和生物芯片。这项技术是基于用微技术制造的高灵敏度磁场传感器，检测具有生物功能性的磁微米球或磁纳米球。尽管这项技术还很稚嫩，但它提供了一种高灵敏度的检测(理论上可达到检测单分子相互作用的水平)、稳定的标记系统、低磁场背景以及廉价的仪器配置。除了低成本，磁电阻生物芯片立竿见影的优点在于它是一个结合了磁场发生的芯片结构，因而可以在传感器位置迅速集中有磁标记的生物分子，从而大量降低杂交或其它分子识别过程所需时间。Nanogen公司已经商业化了用电子吸引力的原理达到缩短杂交时间目的的生物芯片，但是他们仍然用昂贵的荧光检测方法。磁电阻传感技术是多种多样的，目前在研的磁电阻传感器包括大型巨磁电阻传感器和旋转阀，AMR传感器以及Hall crosses。有希望的还有平面Hall效应传感器以及隧道结。1998年，美国海军研究实验室的工作报道首次展示了巨磁电阻技术用于生物检测的广阔前景。中国专利02139363.X采用的是由感应铁磁层/隧道势垒层/固定铁磁层组成的隧道结生物芯片载体及采用该芯片载体对生物分子进行检测的方法。但这些芯片用于反应的部分为简单的平面，因此不能进行定量分析。本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，为人们提供一种能够多样本、多靶点、低浓度、快速、实时、准确地对生命科学有关物质分子进行定性和定量分析的生物芯片。本专利技术的目的是通过下述技术方案来实现的。
技术实现思路
本专利技术的生物芯片由生物芯片载体和固定于该载体表面的生命科学有关靶分子/有毒/有害/有益的化学分子组成；生物芯片载体由基片，基片上的反应池，基片内包含的生物传感器及与生物传感器相连的各电极引线组成；其特征在于反应池的形状为通道型或星型。上述方案中，通道型反应池为生物芯片上有多个彼此平行、断面呈无底边倒梯形结构的通道，每一个通道内均匀地分布多个生物传感器；生物传感器的正上方呈凸形结构；每一个传感器都有地址编码，可单独记录其产生的信号；在芯片上设置参比传感器，以惠斯通电桥的方式量化传感器上产生的信号。上述方案中，星型反应池为以生物芯片中心为圆心向四周辐射状排列多个生物传感器，辐射长度不等。上述方案中，生物传感器为巨磁电阻生物传感器。上述方案中，与每个巨磁电阻生物传感器相连的各电极引线为一个惠斯通电桥，包括一个输入、两个输出，每组输出电路中含0.1～100μM2的巨磁电阻材料。上述方案中，反应池表面固定生命科学有关靶分子/有毒/有害/有益的化学分子的方法是铺设薄层金、薄层二氧化硅或铺设粘结剂层来固定生命科学有关靶分子/有毒/有害/有益的化学分子；该分子的位置与生物传感器的位置相对应。上述方案中，生命科学有关靶分子为寡核苷酸、核酸、蛋白质、多糖。本专利技术的生物芯片中，带通道型反应池的生物芯片能够同时对多种待测样本作定性和定量分析。在不同的通道中固定相同或不同的探针(即生命科学有关靶分子/有毒/有害/有益的化学分子)，与荧光检测芯片类似，可以完成定性分析。由于一个通道中只有一种探针，对收集的信号进行数据分析时，变得非常直接，避免了荧光检测等芯片数据分析时的复杂性，具有显著的优点。在相邻的两个通道中固定相同的探针，把稀释前和稀释一百倍后的样品分别在上述的两个通道中分析，记录一个通道中每个传感器上接收的靶分子数，画出分子数-位置曲线，分析曲线的梯度变化，并同稀释样品曲线的初值和梯度相比较，从而达到对样品定量分析的目的。对上述提到的定量分析作两点补充说明。一、由于样品的多样性，不同的样品需要稀释不同的次数，才可以定量分析。因此，上述提到定量分析中相邻两个通道中固定相同的探针，随着样品不同，固定相同探针的通道数将变化，可能只要一个通道，也可能需要二个以上。二、一个传感器上生物分子与探针结合很多的情况下，产生的信号与结合的靶分子数并非线性关系，需要用模板样品事先对仪器刻度，并把刻度所得的曲线存入数据库中，正确地数字化传感器上接收的信号。当使用星型反应池的生物芯片时，在芯片加样点处加入待测样本后，生物芯片则将各个特异性的杂交/结合信号传导给信号采集系统。例如，当采集系统采样率为100KHz时，设置0.01毫秒内产生杂交/结合反应的信号强度为1个单位，这样根据整个反应过程中产生的信号强度，实现对待测样本的定量测定。本专利技术的生物芯片根据芯片上所被覆的生物相关分子的不同而有多种多样的用途，如生命科学研究、医学临床检验、法医学检验、生物武器探测、药物研发中的化合物筛选、残留农药、药物药理学谱、药物毒理学谱、食品中残留生物种类、以及大气层中对人体、植物或微生物有益/有害物质的检测。单核苷酸多样性检测芯片可用于疾病检查。现代生物医学研究进展表明，许多疾病的发生是与疾病相关基因中单核苷酸的多样性有密切关系。虽然用于检测DNA变异位点的芯片只需要定性的信号(是或否)，但它要求在两条DNA链上能分辨出极小的差别。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生物芯片，由生物芯片载体和固定于该载体表面的生命科学有关靶分子／有毒／有害／有益的化学分子组成；生物芯片载体由基片，基片上的反应池，基片内包含的生物传感器及与生物传感器相连的各电极引线组成；其特征在于反应池的形状为通道型或星型。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：薛永新，
申请(专利权)人：薛永新，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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