專利名稱：生物傳感器裝置的制作方法
生物傳感器裝置
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)樣品中的分子的生物傳感器裝置，其包括識(shí) 別元件、轉(zhuǎn)換器元件和至少一個(gè)電子元件，所述識(shí)別元件包括至少一個(gè)自 組裝單層，所述轉(zhuǎn)換器元件包括用于接收由于樣品中的分子與所述至少一 個(gè)自組裝單層的反應(yīng)而產(chǎn)生的電信號(hào)的金屬電極，其中該金屬電極具有表 面，所述至少一個(gè)電子元件用于從轉(zhuǎn)換器元件接收電信號(hào)并處理和/或存儲(chǔ) 電信號(hào)。
本發(fā)明還涉及一種用于制造生物傳感器裝置的方法，包括如下步驟-提供具有至少一個(gè)用于識(shí)別樣品中的分子的自組裝單層的識(shí)別元件，提供 具有金屬電極的轉(zhuǎn)換器元件，所述金屬電極用于接收由于樣品中的分子與 所述至少一個(gè)自組裝單層的反應(yīng)而產(chǎn)生的電信號(hào)，以及提供至少一個(gè)用于 接收、處理和/或存儲(chǔ)電信號(hào)的電子元件。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于檢測(cè)樣品中的分子的方法。
開(kāi)頭所提到的那種生物傳感器裝置是公知的。
在諸如蛋白質(zhì)檢測(cè)和病原體識(shí)別的分子診斷領(lǐng)域中，生物傳感器裝置 是公知的。生物傳感器裝置將高分析性能與使用方便和低成本結(jié)合在一起，
一般基于識(shí)別元件、轉(zhuǎn)換器元件和電子元件在集成電路(ic)上的集成，
所述集成電路(ic)由諸如硅或砷化鎵等半導(dǎo)體制成。具體而言，生物傳 感器裝置的識(shí)別元件是固定的生物、生化或生物醫(yī)學(xué)活性系統(tǒng)(active system),其中所述活性系統(tǒng)中的分子與樣品中的分子相互作用。
在轉(zhuǎn)換器元件中，感測(cè)所述相互作用并根據(jù)樣品分子和識(shí)別元件分子 之間的相互作用產(chǎn)生信號(hào)。所產(chǎn)生的信號(hào)可以是光、電和減磁信號(hào)，所述 信號(hào)被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在一些公知的實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)換器元件包括用于接 收和/或產(chǎn)生電信號(hào)的電極。電子元件提供對(duì)從轉(zhuǎn)換器元件獲得的電信號(hào)的 處理和存儲(chǔ)。
通常，由轉(zhuǎn)換器元件感測(cè)各種變化，例如識(shí)別元件厚度的變化、識(shí)別 元件折射率的變化、光吸收的變化、由于與樣品中的分子相互作用而引入識(shí)別元件中的磁特性和/或電特性的變化。因此，轉(zhuǎn)換器元件包括光電傳感 器、電流傳感器、電勢(shì)傳感器、磁性傳感器和/或電傳感器。相應(yīng)地，取決 于所感測(cè)的物理特性的化學(xué)生物傳感器、光學(xué)生物傳感器、磁性生物傳感 器和電生物傳感器是公知的。
通常，生物傳感器裝置能夠檢測(cè)濃度非常低(d(T"摩爾/升)的特定生
物分子。
生物傳感器裝置常常是靈敏而有選擇性的，其中識(shí)別元件包括充當(dāng)生 物傳感器裝置的靈敏部分的自組裝單層。因此，識(shí)別元件的自組裝單層必 須耦合到轉(zhuǎn)換器元件。
從US 2005/0250097 Al 了解到一種利用自組裝單層的多陣列裝置。其 中，披露了包括含硫化合物尤其是硫醇鹽化合物的自組裝單層，該自組裝 單層被吸附在基板上。硫醇鹽的硫氫基與基板的表面反應(yīng)，并且自組裝單 層通過(guò)耦合到基板而自組裝。
為了將含硫醇成分耦合到基板的表面，優(yōu)選對(duì)表面進(jìn)行清潔，因?yàn)槿?何有機(jī)污染和氧化物都可能會(huì)阻止自組裝單層被吸附和耦合到電極上。為 了對(duì)表面進(jìn)行清潔，已知有幾種清潔技術(shù)，例如等離子體處理和濕法清潔。
在生物傳感器裝置中，識(shí)別元件包括自組裝單層，轉(zhuǎn)換器元件一般包 括電極。電極由導(dǎo)電材料制成，用于接收由于樣品中的分子與識(shí)別元件相 互作用而產(chǎn)生的電信號(hào)。
通常，使用貴金屬，例如金、銀和/或鉑。清潔對(duì)于由金、銀或鉑制成 的電極可以產(chǎn)生令人滿意的效果。如果要使用由諸如銅的非貴金屬材料制 成的電極，公知的清潔技術(shù)將不再適合。這是因?yàn)樵谶M(jìn)行完清潔之后立即 就會(huì)形成金屬電極表面上的氧化物層。因此，由賤金屬制成的電極始終在 金屬電極的頂部具有氧化表面。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種集成在半導(dǎo)體IC上的生物傳感器裝置， 其中在不對(duì)電極應(yīng)用清潔工藝的情況下可以將識(shí)別元件直接耦合到轉(zhuǎn)換器 元件的金屬電極。
此外，本發(fā)明的目的是提供一種制造生物傳感器裝置的方法。
此外，本發(fā)明的目的是提供一種檢測(cè)樣品中的分子的方法。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)關(guān)于開(kāi)頭所提到的生物傳感器裝置的目的所述至少一個(gè)自組裝單層(SAM)包括用于將所述至少一個(gè)自組裝
單層耦合到金屬電極表面的羧基。
羧基具有還原金屬電極表面上的金屬氧化物的效果，由此將金屬氧化 物從電極表面去除。優(yōu)選地，提供清潔的金屬表面，在該表面上基本沒(méi)有 沒(méi)有任何金屬氧化物，更優(yōu)選的是沒(méi)有任何金屬氧化物?？赡軙?huì)形成金屬
-COO-鍵，因?yàn)轸人峄?COOH基)容易分裂成COO—和質(zhì)子(H")。
根據(jù)本發(fā)明的生物傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于不需要額外的清潔工藝來(lái)從金屬 電極表面去除金屬氧化物層。
使用羧基是有利的，因?yàn)樽鳛樽越M裝單層和電極表面之間的界面層而 形成的金屬-羧基-鍵是穩(wěn)定的。具體而言，金屬-羧基-鍵比現(xiàn)有技術(shù)公知的 包括硫醇鹽化合物的金屬-硫醇鹽-鍵更穩(wěn)定。這對(duì)于Cu-羧基鍵尤其適用。 自組裝單層和金屬電極之間的穩(wěn)定鍵導(dǎo)致生物傳感器裝置有更長(zhǎng)的使用壽 命。此外還獲得了改善的抗氧化能力以及更低的噪聲，從而使生物傳感器 的電特性得到改善。
根據(jù)生物傳感器裝置的實(shí)施例，對(duì)轉(zhuǎn)換器元件的電極進(jìn)行圖案化，其 中將自組裝單層(SAM)耦合到圖案化電極的表面。
圖案化的電極是有利的，因?yàn)榭梢垣@得由轉(zhuǎn)換器元件的圖案化電極獲 得/接收的信號(hào)的較高空間分辨率。
根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，羧基為第一羧基，并且自組裝單層還包括第二 羧基，其中所述第二羧基將被引導(dǎo)到待分析的樣品。
要被引導(dǎo)到包括待分析的分析物的樣品的第二羧基有利地與俘獲分子 (例如抗體或其片斷、DNA、適體)反應(yīng)。優(yōu)選從包括蛋白質(zhì)、DNA、 RNA、 荷爾蒙和代謝物的組中選擇分析物。優(yōu)選選自包括抗體、DNA的組的俘獲 分子與樣品中的目標(biāo)分析物，優(yōu)選是被具體稱為目標(biāo)蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)結(jié)合。 目標(biāo)蛋白質(zhì)可以是心臟標(biāo)記物、諸如CRP或細(xì)胞因子的炎癥標(biāo)記物或任何 其他的診斷所關(guān)注的蛋白質(zhì)。
根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，金屬電極由銅或包括銅的合金制成。
銅是最常用作生物傳感器裝置集成于其上的先進(jìn)半導(dǎo)體集成電路的互 連部分的金屬。銅(Cu)即使在室溫下也很容易被氧化，在電極表面上形 成氧化銅(CuxOy)，其中氧氣(Q2)和銅(Cu)反應(yīng)并形成氧化銅(CuxOy)化合物。
實(shí)際上，如果銅表面暴露于空氣或含氧環(huán)境中，則難以獲得電極的清 潔銅表面。將會(huì)立即形成氧化銅層。在保護(hù)氣體氣氛下進(jìn)行操作可以防止 形成氧化銅層。因此，使用自組裝單層的羧基以便進(jìn)行氧化銅層的還原并 由此從金屬電極的表面去除金屬氧化物是有利的。
根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，金屬電極為第一電極，并且轉(zhuǎn)換器元件還包括 第二電極，其中通過(guò)所述第一 電極和第二電極之間的電容變化來(lái)產(chǎn)生電信
號(hào)
在這一構(gòu)造中，轉(zhuǎn)換器元件包括兩個(gè)電極，它們與其間的自組裝單層 形成電容器。在抗體和蛋白質(zhì)與自組裝單層反應(yīng)的情況下，改變了電容器 的電容。這導(dǎo)致了改變的電信號(hào)。因此，通過(guò)測(cè)量電信號(hào)，可以感測(cè)到電 容的變化并可以檢測(cè)到諸如蛋白質(zhì)的分析物被吸附到諸如抗體的俘獲分 子。因此，在將對(duì)所吸附的蛋白質(zhì)有選擇性的特異抗體吸附或結(jié)合到自組 裝單層時(shí)，所述生物傳感器裝置對(duì)目標(biāo)蛋白質(zhì)是有選擇性的。因此，所述 生物傳感器裝置經(jīng)由抗體-蛋白質(zhì)"反應(yīng)"而對(duì)特定蛋白質(zhì)敏感。
在另一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)電極都被自組裝單層和俘獲分子覆蓋。測(cè)量 在將來(lái)自樣品的分析物分子結(jié)合到電極時(shí)電極之間的阻抗變化。
在本發(fā)明的另一方面，分析方法以置換分析(displacement assay)的方 式來(lái)執(zhí)行。在本實(shí)施例中，優(yōu)選的是分析物結(jié)合在基板-SAM-俘獲分子層上。 這些分析物攜帶容易被檢測(cè)到的標(biāo)記。然后將加載有被標(biāo)記的分析物的俘 獲分子暴露于樣品，并且來(lái)自樣品的分析物可以在被標(biāo)記的分析物的位置 處取代它們，于是可以鏈接到俘獲分子。這由于結(jié)合到俘獲分子的被標(biāo)記 的分析物的減少而導(dǎo)致信號(hào)的減小。這種減小與所分析的樣品中的分析物 濃度呈反比相關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)關(guān)于開(kāi)頭所提到的用于制 造生物傳感器的方法的目的利用自組裝單層的羧基將自組裝單層直接耦 合到金屬電極的表面。
同樣，可以以有利的方式跳過(guò)金屬電極的外部清潔過(guò)程。實(shí)現(xiàn)了利用 金屬電極，尤其是銅電極來(lái)制造生物傳感器裝置。使用羧基是有利的，因 為在金屬電極的金屬(M)和羧基之間生成了鍵，即COO-M-鍵，由此從表面去除了金屬氧化物或?qū)⒔饘傺趸锝Y(jié)合在COO-M鍵中。由于COO-M-鍵而實(shí)現(xiàn)了生物傳感器裝置的較高穩(wěn)定性，并由此實(shí)現(xiàn)了生物傳感器裝置 的長(zhǎng)使用壽命。
有利地，金屬電極可以由非常容易形成金屬氧化物層的金屬(例如銅) 制成，因?yàn)轸然コ蚪Y(jié)合銅電極表面上的氧化銅層且在羧基和銅之間形 成鍵。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)關(guān)于用于檢測(cè)樣品中的分 子的方法的目的提供根據(jù)本發(fā)明的生物傳感器裝置，將優(yōu)選為抗體的俘 獲分子結(jié)合到生物傳感器裝置的自組裝單層，由俘獲分子附著樣品中的分 析物，優(yōu)選為蛋白質(zhì)，并且由于俘獲分子和分析物之間的相互作用而產(chǎn)生 電信號(hào)。
典型地，利用三個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行用生物傳感器裝置對(duì)樣品中的分析物的
測(cè)量首先，通過(guò)生物傳感器裝置的識(shí)別元件選擇性地識(shí)別樣品中的分子。
在此，通過(guò)將待分析的樣品中的分子耦合到識(shí)別元件來(lái)進(jìn)行識(shí)別。其次， 樣品中的分析物分子與識(shí)別元件的分子的相互作用導(dǎo)致識(shí)別表面層的電、 磁和/或光特性的變化。由轉(zhuǎn)換器元件感測(cè)特性的變化。轉(zhuǎn)換器元件將感測(cè) 到的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。第三，電信號(hào)隨后被接收、放大、處理和/或存儲(chǔ) 在計(jì)算機(jī)或存儲(chǔ)器芯片中。最后如果需要，將系統(tǒng)復(fù)位，從而能夠進(jìn)行新
自組裝單層包括至少兩個(gè)羧酸基，其中至少一個(gè)羧基可以耦合到電極 的氧化金屬表面，而至少一個(gè)羧基可以耦合到俘獲分子(優(yōu)選為抗體)。當(dāng) 優(yōu)選為抗體的俘獲分子與優(yōu)選為蛋白質(zhì)的分析物相互作用時(shí)，產(chǎn)生電信號(hào)。
因此，所述生物傳感器裝置對(duì)優(yōu)選為抗體的俘獲分子和優(yōu)選為蛋白質(zhì) 的樣品中的分析物的相互作用是敏感的和有選擇性的。如果相應(yīng)的抗體耦 合到自組裝單層，則可以在樣品(即待分析的生物溶液)中檢測(cè)并識(shí)別特 定蛋白質(zhì)。所述生物傳感器裝置因此對(duì)特定蛋白質(zhì)是有選擇性的，所述特
定蛋白質(zhì)例如可以是心臟標(biāo)記物、諸如CRP或細(xì)胞因子的炎癥標(biāo)記物或任 何其他的診斷所關(guān)注的蛋白質(zhì)。
重要的是，例如通過(guò)形成CONH-鍵(肽鍵)，至少第二羧基與優(yōu)選為 抗體的俘獲分子形成穩(wěn)定的鍵。根據(jù)目標(biāo)分析物，例如蛋白質(zhì)，選擇優(yōu)選為抗體的俘獲分子。
根據(jù)自組裝單層的形狀和長(zhǎng)度，可以影響由轉(zhuǎn)換器元件的電信號(hào)所表 示的電特性。
總之，可以使用自組裝單層的至少第一羧基以結(jié)合到金屬電極的金屬 氧化物，由此與金屬電極的表面形成羧基-金屬鍵，并且使用至少第二羧基
以優(yōu)選通過(guò)形成CONH-鍵將抗體耦合到自組裝單層。
通過(guò)以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的 上述及其他和更具體的特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)
的，附圖中


圖1示出生物傳感器裝置的示意圖2示出具有所吸附的自組裝單層(SAM)的轉(zhuǎn)換器元件的電極；以
及
圖3示出利用生物傳感器裝置從樣品選擇蛋白質(zhì)的步驟。 這些附圖是用于例示本發(fā)明的，不應(yīng)被視為是限制性的。
圖1示出了生物傳感器裝置10的示意圖。生物傳感器裝置10包括傳 感元件12、放大元件14和電子元件16。傳感元件12包括識(shí)別元件18和 轉(zhuǎn)換器元件20，其中識(shí)別元件18被示為與樣品23接觸，所述樣品23是包 括諸如蛋白質(zhì)的待分析的分子的生物溶液，所述蛋白質(zhì)例如是心臟標(biāo)記物 以及諸如CRP和細(xì)胞因子的炎癥標(biāo)記物。
生物傳感器裝置10 —般集成在被示意性示為矩形外殼22的集成電路 (IC)上，其中外殼22包括開(kāi)口 24以便允許待分析的樣品23與識(shí)別元件 18的表面25接觸。經(jīng)由第一連接28將在轉(zhuǎn)換器元件20中產(chǎn)生的電信號(hào)傳 輸?shù)椒糯笤?4，以對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大。放大元件14經(jīng)由第二連接30連 接到電子元件16，所述電子元件16對(duì)來(lái)自轉(zhuǎn)換器元件20的電信號(hào)進(jìn)行處 理和/或存儲(chǔ)。
根據(jù)本發(fā)明，生物傳感器裝置10集成在半導(dǎo)體集成電路(IC)上，其 中所述半導(dǎo)體集成電路包括傳感元件12、放大元件14和電子元件16。
利用根據(jù)本發(fā)明的生物傳感器裝置10，可以研究作為生物溶液的樣品23，所述生物溶液可以包括諸如蛋白質(zhì)的分析物，其中具體而言所述研究 包括識(shí)別樣品23中的特定蛋白質(zhì)。生物傳感器裝置10對(duì)特定分析物例如 蛋白質(zhì)靈敏并且可以對(duì)分析物進(jìn)行選擇性的檢測(cè)。在此，蛋白質(zhì)的例子具 體為心臟標(biāo)記物、諸如CRP和細(xì)胞因子的炎癥標(biāo)記物。根據(jù)本發(fā)明，可以 通過(guò)生物傳感器裝置10選擇性地識(shí)別診斷所關(guān)注的在此未具體提及的其他 蛋白質(zhì)。
使用根據(jù)本發(fā)明的生物傳感器裝置10的特殊之處在于可以重復(fù)進(jìn)行樣 品23的分析，即對(duì)諸如蛋白質(zhì)的分析物分子的識(shí)別，其中可以在其間時(shí)間 間隔很短的連續(xù)步驟中進(jìn)行測(cè)量。在計(jì)算機(jī)中處理并存儲(chǔ)所獲得的電信號(hào)。 在連續(xù)的測(cè)量之間對(duì)生物傳感器裝置IO進(jìn)行復(fù)位。
以下對(duì)生物傳感器裝置10的工作原理進(jìn)行說(shuō)明在樣品23中，生物 分子，具體而言是蛋白質(zhì)特定地與識(shí)別元件18相互作用，其中所述識(shí)別元 件18包括旨在被引導(dǎo)到樣品23并由此與待分析的樣品23接觸的自組裝單 層(SAM) 32。由于俘獲分子例如蛋白質(zhì)與耦合到自組裝單層32的抗體之 間的相互作用，蛋白質(zhì)附著到自組裝單層32，并且由轉(zhuǎn)換器元件20的電極 34產(chǎn)生和接收電信號(hào)。通過(guò)放大元件14對(duì)所述電信號(hào)放大，并且在電子元 件16中對(duì)其進(jìn)行處理和/或存儲(chǔ)。
轉(zhuǎn)換器元件20包括至少一個(gè)電極34。在優(yōu)選實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器元件 20包括兩個(gè)電極，即第一電極和第二電極，以便測(cè)量?jī)蓚€(gè)電極之間的電容 變化。在本文中，兩個(gè)電極與其間的自組裝單層形成電容器。
由于生物傳感器裝置是集成在半導(dǎo)體集成電路(IC)上的事實(shí)，因此 也可以將生物傳感器裝置IO稱為生物傳感器芯片。生物傳感器芯片可以包 括一個(gè)生物傳感器裝置10或多個(gè)生物傳感器裝置10。
在圖2中，示出了傳感器元件12的示意圖。傳感器元件12包括至少 一個(gè)由金屬或金屬合金制成的電極34以及自組裝單層(SAM) 26，其中所 述自組裝單層26耦合到金屬電極34的表面32。
傳感器元件12還包括三層36、 38和40，其中層36和40為例如由氮 化鈦(TiN)制成的電介質(zhì)層，而層38具體為導(dǎo)電材料層。電介質(zhì)層36和 40具有絕緣性。層36、 38和40是生物傳感器裝置10集成于其上的半導(dǎo)體 IC的互連部分的一部分，并且可以用于構(gòu)造圖案化的生物傳感器裝置10。根據(jù)本發(fā)明，電極34由銅或包括銅的合金制成，因?yàn)殂~是用于先進(jìn)半 導(dǎo)體IC的互連部分中的電極34的通用材料。銅是這樣一種材料在空氣 中即使在室溫下也容易被氧化并在金屬電極34 (具體為銅電極)的表面32 上形成包括氧化銅的薄金屬氧化物層。
自組裝單層26包括羧酸基(COOH)，其通過(guò)與氧化的銅表面反應(yīng)而耦 合到電極34的表面32。由此，形成銅和羧基之間的鍵。
如果自組裝單層26耦合到氧化的銅表面，則從表面32去除氧化銅或 將氧化銅結(jié)合在電極34的表面32上的COO-M鍵中。
因此，在自組裝單層已經(jīng)耦合到表面32且并未在暴露于氧氣或含氧化 合物時(shí)被進(jìn)一步氧化時(shí)，電極34在表面32上基本沒(méi)有氧化銅。這是有利 的，因?yàn)殡姌O34的沒(méi)有氧化物的金屬表面使所產(chǎn)生的電信號(hào)的噪聲最小化 并改善了生物傳感器裝置10的電特性。具體而言，改善了生物傳感器裝置 10的靈敏度。
可以將自組裝單層26所耦合的金屬電極34制造為平坦電極或者可以 對(duì)其進(jìn)行圖案化以形成圖案化電極34。
在圖3中，示出了傳感器元件12。具體而言，在圖3a中，示出了沒(méi)有 自組裝單層26的傳感器元件12，在圖3b中，示出了自組裝單層26耦合到 電極34的表面32上的傳感器元件12，在圖3c中，抗體42已經(jīng)與傳感器 元件12的自組裝單層26反應(yīng)并且己經(jīng)在自組裝單層26和抗體42之間形 成了鍵。在圖3d中，已經(jīng)將蛋白質(zhì)44吸附到抗體42，并且目標(biāo)蛋白質(zhì)44 附著到抗體42上。
可以將層36和40用于形成圖案，具體而言用于形成電極34的隔離物 (partition)。利用圖案化的電極可以實(shí)現(xiàn)在電極34的整個(gè)表面上以一定的 空間分辨率進(jìn)行測(cè)量。
根據(jù)本發(fā)明，自組裝單層26包括至少兩個(gè)羧基，即至少第一羧基和至 少第二羧基，其中旨在將至少第一羧基引導(dǎo)到包括分析物23的樣品，使至 少第二羧基耦合到金屬電極34的氧化表面。由此，氧化銅與被引導(dǎo)到電極 34的表面32的羧基形成鍵。
至少第二羧基形成COO-金屬-鍵，并且自組裝單層26的至少第一羧基 與具體為抗體42的俘獲分子形成鍵。根據(jù)并取決于作為目標(biāo)的分析物(尤其是蛋白質(zhì))44來(lái)選擇俘獲分子42，因?yàn)橛刑囟ǖ姆@分子-分析物反應(yīng)。 在本文中，目標(biāo)蛋白質(zhì)可以是心臟標(biāo)記物、諸如CRP和細(xì)胞因子的炎癥標(biāo) 記物。蛋白質(zhì)44也可以是任何診斷所關(guān)注的蛋白質(zhì)?？梢钥闯?，如果在實(shí) 施例中抗體42和蛋白質(zhì)44彼此匹配，則抗體與目標(biāo)蛋白質(zhì)44相互作用。 如果抗體42與蛋白質(zhì)44相互作用，則產(chǎn)生電信號(hào)，并且將其引導(dǎo)到 生物傳感器裝置10的電子元件16。例如，可以通過(guò)電極34的電阻變化來(lái) 產(chǎn)生電信號(hào)。
優(yōu)選地，該電信號(hào)為第一和第二電極之間的電容變化，其中在本實(shí)施 例中生物傳感器裝置10包括兩個(gè)電極34。
因?yàn)榻饘?羰酸鹽-鍵，具體而言銅-羧酸鹽鍵是穩(wěn)定的，所以自組裝單 層26和銅電極的表面32之間的耦合非常穩(wěn)定，這導(dǎo)致使用壽命長(zhǎng)并使得 傳感器元件12 (具體為轉(zhuǎn)換器元件20)的抗氧化能力得到提高。
權(quán)利要求
1、一種用于檢測(cè)樣品(23)中的分子的生物傳感器裝置(10)，包括-識(shí)別元件(18)，包括至少一個(gè)自組裝單層(26)，-轉(zhuǎn)換器元件(20)，包括用于接收由于所述樣品(23)中的所述分子與所述至少一個(gè)自組裝單層(26)的反應(yīng)而產(chǎn)生的電信號(hào)的金屬電極(34)，其中所述金屬電極(34)具有表面(32)，-至少一個(gè)電子元件(14，16)，用于從所述轉(zhuǎn)換器元件(20)接收所述電信號(hào)并處理和/或存儲(chǔ)所述電信號(hào)，其特征在于所述至少一個(gè)自組裝單層(26)包括用于將所述至少一個(gè)自組裝單層(26)耦合到所述金屬電極(34)的所述表面(32)的至少一個(gè)羧酸基。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的生物傳感器裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)換器 元件(20)的所述電極(34)被圖案化，其中所述自組裝單層(26)耦合 到所述圖案化電極(34)的所述表面(32)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物傳感器裝置，其特征在于所述羧 基為第一羧基，并且所述自組裝單層(26)還包括至少第二羧基，其中所 述至少第二羧基將被引導(dǎo)到待分析的樣品(23)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的生物傳感器裝置，其特征在于: 所述金屬電極(34)由銅或包括銅的合金制成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的生物傳感器，其特征在于所 述金屬電極(34)為第一電極，并且所述轉(zhuǎn)換器元件(20)還包括第二電 極，其中通過(guò)所述第一和第二電極之間的電容變化來(lái)產(chǎn)生所述電信號(hào)。
6、 一種用于制造生物傳感器裝置的方法，包括如下步驟 -提供具有至少一個(gè)用于識(shí)別樣品(23)中的分子的自組裝單層(26)的識(shí)別元件(18)，-提供具有金屬電極(34)的轉(zhuǎn)換器元件(20)，所述金屬電極用于接收 由于所述樣品(23)中的所述分子與連接到所述至少一個(gè)自組裝單層(26) 的所述識(shí)別元件的吸附而產(chǎn)生的電信號(hào)，以及-提供至少一個(gè)用于接收、處理和/或存儲(chǔ)所述電信號(hào)的電子元件(14，16)，其特征在于以下額外步驟利用所述自組裝單層(26)的羧酸基將所述自組裝單層(26)耦合到 所述金屬電極(34)的表面(32)。
7、 一種用于檢測(cè)樣品(23)中的分子的方法，包括如下步驟 -提供根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的生物傳感器裝置(10)， -將俘獲分子(42)結(jié)合到所述生物傳感器裝置(10)的所述自組裝單層(26)，-利用所述俘獲分子(42)結(jié)合所述樣品(23)中的分析物(44)，以及 -由于所述俘獲分子(42)和所述分析物(44)之間的相互作用而產(chǎn)生 電信號(hào)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述自組裝單層(26) 的羧酸基為第一羧基，并且所述自組裝單層(26)還包括至少第二羧酸基， 其中利用所述至少第一羧酸基將所述自組裝單層(26)耦合到所述金屬電 極(34)，并且利用所述至少第二羧酸基將所述俘獲分子(42)結(jié)合到所述 自組裝單層(26)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述俘獲分子為抗體。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述分析物分子為蛋白質(zhì)。
全文摘要
一種用于檢測(cè)樣品(23)中的分析物的分子的生物傳感器裝置(10)包括包括至少一個(gè)具有第一表面的自組裝單層(26)的識(shí)別元件(18)；包括金屬電極(34)的轉(zhuǎn)換器元件(20)，所述金屬電極用于接收由于樣品中的分子與所述至少一個(gè)自組裝單層(26)的反應(yīng)而產(chǎn)生的電信號(hào)；以及至少一個(gè)電子元件(14，16)，用于從轉(zhuǎn)換器元件(20)接收電信號(hào)并處理和/或存儲(chǔ)所述電信號(hào)。所述至少一個(gè)自組裝單層(26)包括至少一個(gè)羧酸基，其用于將所述至少一個(gè)自組裝單層(26)耦合到金屬電極(34)的表面(32)。
文檔編號(hào)G01N33/50GK101432625SQ200780015732
公開(kāi)日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月3日
發(fā)明者H·R·施塔伯特, J·G·奧塞爾, Y·古川 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司