可单点选通式微电磁单元阵列芯片、电磁生物芯片及应用制造技术

本发明专利技术示出了可单点选通式微电磁单元阵列芯片和电磁生物芯片以及利用这些芯片定向操纵生物分子和化学试剂等微粒和微构体的方法。电磁生物芯片包括具有可单点选通式微电磁单元的芯片，表面固定有配基分子。通过控制阵列中每个单元的电磁场并使用经磁性修饰的生物分子，可以定向操纵、合成和释放生物分子，提高生化分析或化学分析的灵敏度并减少分析时间。这类芯片的另一优点是可减少对生物分子的损害并提高分析结果的可重复性。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型可单点选通式微电磁单元阵列芯片和电磁生物芯片。利用本专利技术的装置，通过控制芯片表面各微区电磁场的开通、大小以及关断便可达到操纵经过磁性材料修饰后的生物分子(DNA、蛋白质、细胞等)或连接有顺磁性微粒的微型装置或结构的目的，以实现微型化、高速度、高通量的生化分析检测和临床诊断。此外，本专利技术还涉及利用上述电磁生物芯片对生物分子、化学分子和微粒结构进行定向操纵的方法，以及由此而涉及的生化反应控制过程和检测手段。生物芯片技术是最近几年在生命科学研究领域崭露头角的一项新技术，它拥有广泛的应用价值，如DNA的突变检测、DNA测序、基因表达、药物筛选和疾病诊断等研究。它主要通过利用半导体工业中的微电子和微加工技术或其他具有相似效果的技术，将现有的离散式生物化学分析系统集成(integrate)并缩微(shrink)到以芯片为基础的装置中。最近的科学文献介绍了许多这类装置的应用。通过下列文章，可以看到生物芯片的广泛用途。“Rapid determination ofsingle base mismatch mutation in DNA hybrids by direct electric field control”，Sosnowski，R.G.等(Proceedings of the National Academy of Sciences，USA，941119-1123，1997)，“Large-scale identification，mapping and genotyping of single-nucleotide polymorphisms in the human genome”，Wang，D.G.等(Science，2801077-1082，1998)介绍了生物芯片在点突变检测上的应用；“Accurate sequencingby hybridization for DNA diagnostics and individual genomics”，Dumanac，S.等(Nature Biotechnology，1654-58，1998)，“Quantitative phenotypic analysis ofyeast mutants using a highly parallel molecular bar-coding strategy”，Shoemaker，D.D.等(Nature Genetics，14450-456，1996)，以及“Accessing genetic informationwith high density DNA arrays.”，Chee，M.等(Science，274610-614，1996)介绍了生物芯片技术在DNA测序方面的应用；生物芯片在基因表达监控上的应用可在下列文章中看到“Genome-wide expression monitoring in Saccharomycescerevisiae.”，Wodicka，L.等(Nature Biotechnology，151359-1367，1997)，“Genomics and human disease-variations on variation.”，Brown，P.O.，Hartwell，L.，“Towards Arabidopsis genome analysismonitoring expression profiles of 1400genes using cDNA microarrays.”，Ruan，Y.等(The Plant Journal 15821-833，1998)；“Selecting effective antisense reagents on combinatorial oligonucleotidearrays.”，Milner，N.等(Nature Biotechnology，15537-541，1997)，“Drug targetvalidation and identification of secondary drug target effects using DNAmicroarray.”，Marton，M.J.等(Nature Medicine，41293-1301，1998)介绍了生物芯片在药物筛选方面的应用。“Cystic fibrosis mutation detection byhybridization to light-generated DNA probe arrays.”，Cronin，M.T.等(HumanMutation，7244-255，1996)，“Polypyrrole DNA chip on a silicon deviceExampleof hepatitis C virus genotyping.”，Livache，T.等(Analytical Biochemistry.255188-194，1998)介绍了生物芯片在临床诊断中的应用。由上可以看到生物芯片的广泛应用。许多芯片把生物分子(如寡核苷酸、cDNA及抗体)固定在它的表面。制作这种芯片有许多方法。例如Affymetrix公司开发出的光引导原位合成法，是利用光学光刻法与光化学合成法相结合所派生出来的一种在芯片上定点合成生物分子的方法。Incyte Pharmaceutical公司所采用的化学喷射法，是将预先合成好的寡核苷酸探针定点喷射到基片上的指定地点来制作生物芯片的。Stanford大学所使用的接触式压印法，是利用高速精密机械手让移液头与基片接触而将cDNA探针定点压印到基片上的。位于西雅图的Washington大学则是通过使用四只分别装有A，T，G，C四种核苷的压电喷头在基片上按需喷射、并行合成而得到寡核苷酸探针的。Hyseq公司已经开发出用于基因组测序的被动式薄膜装置。生物芯片大致可以分成两类主动式芯片和被动式芯片。被动式生物芯片是指芯片上所进行的生化反应是依靠样品分子的扩散运动而被动实现的。而在主动式生物芯片中，反应物通过外界作用力主动移动并富集，因此反应不仅与样品的扩散运动有关，而且还与其他人为施加的作用力紧密相关。目前大部分芯片，例如Affymetrix公司开发的基于寡聚核苷酸的DNA芯片以及IncytePharmaceutical公司开发的基于cDNA的生物芯片，都属于被动式芯片。主动式和被动式芯片在结构上有一定的相似之处它们都应用了固定在芯片表面上的不同配基(ligand)或配基分子阵列。这里，配基(ligand)或配基分子指的是能与其他分子反应的生物/化学分子。例如，配基可以是一段单链DNA，它可以和其互补的核酸单链进行杂交；配基也可以是一个抗体分子，它可以和相应的抗原分子发生特异结合；配基还可以是一个微粒，在它的表面有许多分子可以与其他分子进行反应。通过加入标记分子，例如荧光色素分子，可以对配基和其他分子之间的反应进行监控和定量检测。这样，固定在生物芯片表面的不同配基阵列可以进行多种反应物分子的反应并对这些反应进行监测。目前，许多被动式生物芯片没有充分利用微加工和微电子技术中的工艺和方法。因此被动式生物芯片很难实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有可单点选通式微电磁单元（１１）的电磁芯片，包括： 基片（１６）； 位于基片（１６）上的多个微电磁单元（１１），通过施加电流可以使每一个单元产生磁场； 用于选通多个单元中的任一单元以在其中产生磁场的装置。

【技术特征摘要】
CN 1999-3-15 99104113.51.一种具有可单点选通式微电磁单元(11)的电磁芯片，包括基片(16)；位于基片(16)上的多个微电磁单元(11)，通过施加电流可以使每一个单元产生磁场；用于选通多个单元中的任一单元以在其中产生磁场的装置。2.根据权利要求1的电磁芯片，其中每个微电磁单元包括设置在基片(16)上的一个磁芯(26)；用于环绕磁芯(26)传导电流的装置。3.根据权利要求2的电磁芯片，其中用于环绕磁芯传导电流的装置包括环绕磁芯的单圈或多圈电导线；用于向这些导线施加电流的电流源。4.根据权利要求3的电磁芯片，其中环绕磁芯的电导线形状可以是圆形、方形、椭圆形、三角形，螺旋形和直角螺旋形。5.根据权利要求3的电磁芯片，其中从电流源传来的电流的大小和方向是可变的。6.根据权利要求2的电磁芯片，其中磁芯是由铁磁材料或铁氧体材料沉积于基片表面而形成的。7.根据权利要求1的电磁芯片，其中微电磁单元按规则的有序重复图案排列在基片表面，相邻单元间距相等。8.根据权利要求1的电磁芯片，其中微电磁单元的尺寸在0.1微米到1厘米之间。9.根据权利要求1的电磁芯片，其中选通任一个微电磁单元的装置包括连接在电流源和每个微电磁单元之间的开关，该开关可以通过机械的或电的方式来控制开/关状态并由此对微电磁单元的选通情况加以控制。10.一个具有可单点选通式微电磁单元(11)的电磁生物芯片，包括基片(16)；位于基片(16)上的多个微电磁单元(11)，通过施加电流可以使每一个单元产生磁场；用于选通多个单元中的任一单元以在其中产生磁场的装置；涂覆在芯片表面的用于固定配基分子的功能层。11.根据权利要求10的电磁生物芯片，其特征在于，所述的用于固定配基分子的功能层可以是亲水单分子层，具有功能团的亲水单分子层，疏水单分子层，具有功能团的疏水单分子层，亲水薄膜，具有功能团的亲水薄膜，疏水薄膜，具有功能团的疏水薄膜，亲水凝胶层，具有功能团的亲水凝胶层，疏水凝胶层，具有功能团的疏水凝胶层，非致密材料，具有功能团的非致密材料，致密材料以及具有功能团的致密材料。12.根据权利要求11的电磁生物芯片，其特征在于，所述的功能团可以是醛基，碳二亚胺，琥珀酰亚胺酯，抗体，受体或外源凝集素。13.一个具有可单点选通式微电磁单元的电磁生物芯片，包括基片(16)；位于基片(16)上的多个微电磁单元(11)，通过施加电流可以使每一个单元产生磁场；用于选通多个单元中的任一单元以在其中产生磁场的装置；覆盖在芯片表面的功能层；固定于功能层上的配基分子。14.根据权利要求13的电磁生物芯片，其特征在于，所述的配基分子可以是一段寡聚核苷酸，一段DNA，一段RNA，蛋白，抗体，受体或细胞。15.一种含有可单点选通式微电磁单元阵列的电磁芯片，包括基片(16)；设置在基片(16)中的以行和列排列的坑状阵列(22)，每个坑中包含一个铁芯(26)；第一层导线(18)，该第一层导线分别位于各列铁芯之间；与第一层导线(18)绝缘的第二层导线(30)，该第二层导线(30)位于各行铁芯之间与该第一层导线垂直。16.根据权利要求15的电磁芯片，其特征在于，第一层绝缘材料将第一层导线与第二层导线分开。17.根据权利要求16的电磁芯片，其中该第一层绝缘层的材料可以是氧化硅、氮化硅、塑料、玻璃、陶瓷、光刻胶、橡胶等材料中的任意一种。18.根据权利要求15的电磁芯片，其特征在于，第二层绝缘材料沉积在第二层导线的表面和铁芯的表面之上。19.根据权利要求18的电磁芯片，其中该第二层绝缘层的材料可以是氧化硅、氮化硅、塑料、玻璃、陶瓷、光刻胶、橡胶等材料中的任意一种。20.根据权利要求15的电磁芯片，其特征在于，还包括另外一层导线，该层导线位于各列铁芯之间并且与其他导线层绝缘。21.根据权利要求15的电磁芯片，其特征在于，还包括另外一层导线，该层导线位于各行铁芯之间并且与其他导线层绝缘。22.根据权利要求15的电磁芯片，其特征在于，基片的材料可以是硅、玻璃、陶瓷、氧化硅或塑料中的任意一种。23.根据权利要求15的电磁芯片，其特征在于，导线的材料可以是铝、金、银、锡、铜、白金、钯、碳或半导体等材料中的任意一种。24.根据权利要求15的电磁芯片，其特征在于，还包括一层用于固定配基分子的功能层，从而形成一种电磁生物芯片。25.根据权利要求24的电磁生物芯片，其特征在于，所述的用于固定配基分子的功能层可以是亲水单分子层，具有功能团的亲水单分子层，疏水单分子层，具有功能团的疏水单分子层，亲水薄膜，具有功能团的亲水薄膜，疏水薄膜，具有功能团的疏水薄膜，亲水凝胶层，具有功能团的亲水凝胶层，疏水凝胶层，具有功能团的疏水凝胶层，非致密材料，具有功能团的非致密材料，致密材料以及具有功能团的致密材料。26.根据权利要求25的电磁生物芯片，其特征在于，功能团可以是乙醛、碳二亚胺、琥珀酰亚胺酯、抗体、受体或外源凝集素。27.根据权利要求15的电磁芯片，其特征在于，还包括一个使液体与阵列接触的流体池。28.一种含有可单点选通式微电磁单元阵列的电磁芯片，包括基片(16)；设置在基片(16)中的以行和列排列的坑状阵列(22)，每个坑中包含一个铁芯(26)；以及第一层导线(30)，该第一层导线中的每一条导线围绕一个铁芯至少延伸90°。29.根据权利要求28的电磁芯片，其特征在于，还包含另一层导线，该组导线中的每一条导线围绕一个铁芯至少延伸90°，并且通过一层绝缘层与该第一组导线绝缘，再由一个在垂直方向穿透绝缘层的导线连接该第一层导线和该另一层导线。30.根据权利要求29的电磁芯片，其特征在于，第一层绝缘材料将第一层导线与另一层导线绝缘。31.根据权利要求30的电磁芯片，其特征在于，该第一层绝缘层的材料可以是氧化硅、氮化硅、塑料、玻璃、陶瓷、光刻胶、橡胶等材料中的任意一种。32.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玉祥，刘理天，陈恳，陈德朴，王佳，刘泽文，谭智敏，许俊泉，朱小山，贺学忠，谢文章，李志明，刘秀梅，
申请(专利权)人：清华大学，北京博奥生物芯片有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]