CN101281191A - 一种对磁敏传感生物芯片进行自动测量的仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种对磁敏传感生物芯片进行自动测量的仪器包括：施压装置：对位于生物芯片样品舟上的样品储藏室直接或间接地施加物理压力；流体注射器：位于生物芯片样品舟上与反应室相连的一个或数个流体注入口与注射器的注射管相连向反应室中注入液流；集成了磁敏传感器的生物芯片放置在样品舟的微流体通道中；磁场产生装置：将磁场加在生物样品舟上对应的磁敏传感器生物芯片所在位置；芯片操纵及信息选取电子装置为该生物芯片供电源、控制信号和信息连接；微处理器控制和协调上述各部件以及用户界面，对所得信息进行处理。本发明解决了检测灵敏度低、设备复杂的问题，仪器检测灵敏度高、检测设备简单。
Description
技术领域
本发明属于化学、生物靶标分子、细胞、微生物等的测量技术领域，涉及一种磁敏生物芯片测试仪，特别是霍尔器件、巨磁阻和磁隧道阵列生物芯片读出仪即测量仪。
背景技术
磁敏传感器是传感器产品的一个重要组成部分，磁敏传感器已经得到广泛的应用，如电脑硬盘中的磁存储器、汽车中的角度传感器等。直到1998年baselt等人首次报道了利用标记生物分子的磁颗粒和巨磁阻(GMR)传感器探测生物靶标分子的研究并公开了专利(US5981297)，由此开创了磁敏传感器在生物技术领域应用研究的先例。磁敏生物传感器测试生物分子的原理是检测生物功能化的微米或纳米尺度磁颗粒。即在传感器表面修饰上能够识别靶标分子的抗体或抗原，样品中的靶标分子与之特异性结合，然后标记有抗体或抗原的顺磁颗粒识别靶标分子形成夹心结构的复合物，被固定在传感器表面，没有被捕捉住的磁颗粒被移走，施加电磁场，通过对顺磁颗粒数量的检测确定靶标分子的含量。
在过去的10年里的研究显示，磁敏生物传感器具有低成本、快速、高灵敏度、高通量检测的特点，目前磁电子学已经显现出作为开发生物传感器芯片的新平台技术的优势。在2006年5月生物芯片多伦多国际会议上，Philips公司的研究人员报道，世界上已经有30多个研究组从事磁敏生物传感器研究开发。
在国内也有三篇专利与磁敏传感器有关，韩国姜熙福等人“生物传感器及传感单元阵列”(申请号：200310113330)中提出了采用磁性隧道结(magnetic Tunnel Junction，MTJ)或巨磁阻(Giant Magnetoresistance，简称GMR)器件作为生物传感器单元的想法，陈超等人在专利“磁隧道结生物芯片载体和采用该载体的芯片及制作方法和对生物分子进行检测的方法”(申请号02139363)中提出了磁性隧道结作为生物芯片载体的想法，王磊等人在专利“高灵敏度巨磁电阻和隧穿磁电阻(Tunnelingmagnetoresistance，TMR)生物传感器”(申请号：200510005035.5)中提出利用塑料保护层代替氮化硅保护层的想法。
虽然已经有文献报道磁敏传感器生物芯片，但是很少有文献报道磁敏生物传感器生物芯片所使用的测试装置，也没有关于相应的全自动测试仪器的相关报道。
发明内容
为了使磁敏生物传感生物芯片使用更方便，非常有必要开发一套相应的全自动测试仪器，本发明的目的是揭示磁敏传感生物芯片检测系统，提供一种检测灵敏度高、检测设备简单、对磁敏传感生物芯片进行自动化测量的仪器。
所谓的磁敏传感生物芯片是指集成了磁敏传感器阵列的生物芯片。
为了实现所述的目的，本发明一方面，提供的对磁敏传感生物芯片进行自动测量的仪器，包括：
施压装置与样品舟连接，用于对样品舟实施直接或间接的压力，使被测样品或溶剂进入反应室；
流体注射系统与样品舟连接，用于将流体注入微流体通道内；
磁场产生装置根据要求提供一定强度的正电流或负电流，使电磁铁产生一定强度的正磁场或负磁场，用于将正磁场或负磁场施加在样品舟上的被测量磁敏传感生物芯片上；
芯片操纵及信息选取电子装置与样品舟连接，用于给样品舟上的被测量磁敏传感生物芯片提供电源和操控信号，测量每个被测量磁敏传感生物芯片所存储的信息，对所测得的信息进行模拟数码转换；
微处理器控制协调施压装置、流体注射系统、磁场产生装置和芯片操纵及信息选取电子装置的运转，对各种磁场条件下所测得的磁敏传感信息进行数据处理；
用户界面与微处理器连接，用于接收并显示微处理器的数据处理信息。
根据本发明的实施例，施压装置包括：一个电动马达或电动步进式马达、真空装置或气压装置，采用电动马达或电动步进式马达的驱动结构对样品舟上的样品储藏室直接施压或对一个与样品储藏室相连的泵室施压，使微通道内的流体进入样品舟上的反应室；或采用真空装置或气压装置对样品舟上与样品储藏室相连的泵室或废液室施压，使流体进入样品舟上的反应室。
根据本发明的实施例，所述的流体注射系统中有：
具有一个或数个注射器，该一个或数个注射器通过对样品舟上与微流体通道相连的流体注入口使流体进入微流体通道内；具有步进电机，由步进电机控制电路控制步进电机，用于驱动一个或数个注射器；具有步进电机控制电路的运行由微处理器控制；具有注射微管与样品舟上的流体注入口连接。
根据本发明的实施例，流体注射系统的注射器中喷射的液流中含有生物分子或磁颗粒或缓冲液。
根据本发明的实施例，根据微处理器的指令调节磁场产生装置的磁场方向。
根据本发明的实施例，所述被测量磁敏传感生物芯片包括：CMOS电路和磁隧道阵列磁阻器件，或CMOS电路和巨磁阻器件，或CMOS电路和霍尔磁阻器件。
为了实现所述的目的，本发明第二方面，提供的一种对磁敏传感生物芯片进行自动测量的仪器，包括：
施压装置与样品舟连接，用于对样品舟实施直接或间接的压力；
磁场产生装置根据要求提供一定强度的正电流或负电流，使电磁铁产生一定强度的正磁场或负磁场，用于将正磁场或负磁场施加在样品舟上的被测量磁敏传感生物芯片上；
芯片操纵及信息选取电子装置与样品舟连接，用于给样品舟上的被测量磁敏传感生物芯片提供电源和操控信号，测量每个被测量磁敏传感生物芯片所存储的信息，对所测得的信息进行模拟数码转换；
微处理器控制协调施压装置、磁场产生装置和芯片操纵及信息选取电子装置运转，对各种磁场条件下所测得的磁敏传感信息进行数据处理；
用户界面与微处理器连接，用于接收并显示微处理器的数据处理信息。
根据本发明的实施例，施压装置包括：一个电动马达或电动步进式马达、真空装置或气压装置，采用电动马达或电动步进式马达的驱动结构对样品舟上的样品储藏室直接施压或对一个与样品储藏室相连的泵室施压，使微通道内的流体进入样品舟上的反应室；或采用真空装置或气压装置对样品舟上与样品储藏室相连的泵室或废液室施压，使流体进入样品舟上的反应室。
根据本发明的实施例，根据微处理器的指令调节磁场产生装置的磁场方向。
根据本发明的实施例，所述被测量磁敏传感生物芯片包括：CMOS电路和磁隧道阵列磁阻器件，或CMOS电路和巨磁阻器件，或CMOS电路和霍尔磁阻器件。
为了实现所述的目的，本发明第三方面，提供的一种对磁敏传感生物芯片进行自动测量的仪器，包括：
流体注射系统与样品舟连接，用于将流体注入微流体通道内；
磁场产生装置根据要求提供一定强度的正电流或负电流，使电磁铁产生一定强度的正磁场或负磁场，用于将正磁场或负磁场施加在样品舟上的被测量磁敏传感生物芯片上；
芯片操纵及信息选取电子装置与样品舟连接，用于给样品舟上的被测量磁敏传感生物芯片提供电源和操控信号，测量每个被测量磁敏传感生物芯片所存储的信息，对所测得的信息进行模拟数码转换；
微处理器控制协调流体注射系统、磁场产生装置和芯片操纵及信息选取电子装置的运转，对各种磁场条件下所测得的磁敏传感信息进行数据处理；
用户界面与微处理器连接，用于接收并显示微处理器的数据处理信息。
根据本发明的实施例，所述的流体注射系统中：
具有一个或数个注射器，该一个或数个注射器通过对样品舟上与微流体通道相连的流体注入口使流体进入微通道内；具有步进电机，由步进电机控制电路控制步进电机，用于驱动一个或数个注射器的运行；具有步进电机控制电路的运行由微处理器控制；具有注射微管与样品舟上的流体注入口连接。
根据本发明的实施例，流体注射系统的注射器中喷射的液流中含有生物分子或磁颗粒或缓冲液。
根据本发明的实施例，根据微处理器的指令调节磁场产生装置的磁场方向。
根据本发明的实施例，所述被测量磁敏传感生物芯片包括：CMOS电路和磁隧道阵列磁阻器件，或CMOS电路和巨磁阻器件，或CMOS电路和霍尔磁阻器件。
为了实现所述的目的，本发明第四方面，提供的对磁敏传感生物芯片进行自动测量的仪器，包括：
磁场产生装置根据要求提供一定强度的正电流或负电流，使电磁铁产生一定强度的正磁场或负磁场，用于将正磁场或负磁场施加在样品舟上的被测量磁敏传感生物芯片上；
芯片操纵及信息选取电子装置与样品舟连接，用于给样品舟上的被测量磁敏传感生物芯片提供电源和操控信号，测量每个被测量磁敏传感生物芯片所存储的信息，对所测得的信息进行模拟数码转换；
微处理器控制协调磁场产生装置和芯片操纵及信息选取电子装置各功能块的运转，对各种磁场条件下所测得的磁敏传感器信息数据进行处理；
用户界面与微处理器连接，用于接收并显示微处理器的数据处理信息。
根据本发明的实施例，根据微处理器的指令调节磁场产生装置的磁场方向。
根据本发明的实施例，所述被测量磁敏传感生物芯片包括：CMOS电路和磁隧道阵列磁阻器件，或CMOS电路和巨磁阻器件，或CMOS电路和霍尔磁阻器件。
本发明的优点或积极效果：本发明提供了一个测试磁敏传感器生物芯片的全自动测试设备。此设备采用和微流体样品舟相匹配的流体自动注射系统来降低操作复杂程度，提高检测速度，降低溶液用量，改进重复性。高灵敏度磁敏传感器生物芯片和微流体系统的结合可以很大程度地提高检测灵敏度。该测试设备上的施压装置和相匹配的样品舟上的腔体耦合，形成一种高效低成本微流体泵，有效地降低了样品舟的成本。
附图说明
图1a是本发明实施例1磁敏传感生物芯片样品舟的主视图
图1b是图1a的左视图
图2是本发明实施例2磁敏传感生物芯片测量仪器
图3a是本发明实施例3磁敏传感生物芯片样品舟的主视图
图3b是图3a的左视图
图4是本发明实施例4磁敏传感生物芯片的测量仪器
图5a是本发明实施例5的磁敏传感生物芯片样品舟主视图
图5b是图5a的左视图
图6是本发明实施例6磁敏传感生物芯片的测量仪器
图7是本发明实施例7磁敏传感生物芯片的测量仪器
图8是本发明实施例8磁敏传感生物芯片的测量仪器
图9是本发明磁敏传感生物芯片的测量仪器
附图标记
1样品舟有：
111衬底，
121微通道层，122微流体通道，
131反应室，132生物芯片，
141样品储藏室，142液体储藏室，
151泵室，152压力室，153气压或液压进出口，
161废液室，161’废液出口，
171样品室开口，171’可密封样品口塞子，
181流体注入口，
191电导体连接线；
2施压装置有：
21步进电机控制电路，22步进电机，23驱动拉杆，
24连接管道，25液压或气压产生或控制设备，
3流体注射系统有：
31注射器包括：311、312注射器；
32步进电机包括：321、322、323步进电机；
33步进电机控制电路，34注射微管
4磁场产生装置有：
41电磁铁，42电磁铁电源电路，43磁场方向调节装置
5芯片操纵及信息选取电子装置；
6微处理器；
7用户界面
具体实施方式
下面将结合附图对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
在本发明涉及到的样品舟，是用来装载磁敏传感生物芯片，使磁敏传感生物芯片能够方便地与本发明中的测试仪连接，而且样品舟中有微流体通道，能够使生物芯片上的生化反应更容易进行，提高反应灵敏度。样品舟的具体结构与功能已经在2007年10月9日受理的专利申请“200710175624.7”中详细描述，本发明中涉及到的样品舟详细内容请参见上述专利申请。
实施例1磁敏传感生物芯片样品舟：
参见图1a和图1b样品舟1：以玻璃或者陶瓷或表面氧化一层二氧化硅的单晶硅材料或者高聚物材料为衬底111，在衬底111合适位置开一穿透的小孔为样品室开口171，做为样品进样孔，可密封样品口塞子171’用于密封样品口。衬底111上有微通道层121，微通道层121的本体上形成数条微流体通道和各种储液室，该微流体通道122内至少含有一个反应室131、一个样品储藏室141、一个泵室151、一个废液室161和一个以上流体注入口181，用于注入反应试剂或缓冲液或清洗液。泵室151上覆盖的是柔性材料，所以能够通过在泵室151上施加压力产生收缩和扩张推动微流体通道内溶液往复运动，提高溶液之间的混合度或与表面接触的频率，进而提高反应效率。废液室161内设计至少有一个开口圆为废液出口161’，以增加微通道的长度，减小微流体生物芯片样品舟1的尺寸，并且当有少量试剂在微流体通道122内往复运动时，该试剂不会直接进入废液室161中心与原有废液混合，减少试剂污染的可能性。在反应室131内放置有霍尔、巨磁阻或磁隧道阵列传感生物芯片132，生物芯片132上的CMOS电路通过与样品舟1上的多条电导体连接线191的连接与样品舟1外的测量仪器连接。
实施例2：如图2所示一种磁敏传感生物芯片测量仪器，包括：
施压装置2由一个步进电机控制电路21、电动马达或电动步进式马达22和驱动拉杆23组成，步进电机控制电路21的信号由微处理器6控制。用该电动马达或电动步进式马达的驱动结构——驱动拉杆23对样品舟1(详细见图2)上与样品储藏室141相连的泵室151施压使流体进入样品舟1上的反应室131；或者驱动拉杆23对样品舟1上的样品储藏室141直接施压使流体进入样品舟1上的反应室131。
除电动马达或电动步进式马达外，其他线性致动器件如压电器件也可以用做施压装置2。
流体注射系统3：由注射器31即第一注射器311、第二注射器312；步进电机32即第一步进电机321、第二步进电机322、第三步进电机323，第一和第二步进电机控制电路33和注射微管34连接组成。第一注射器311的后端与第一步进电机321的驱动杆连接，第二注射器312的后端与第二步进电机322的驱动杆连接，第一注射器311、第二注射器312的液体出口端分别与第一注射微管34和第二注射微管34连接。第一注射微管34和第二注射微管34在第三步进电机323的驱动下与样品舟1上的流体注入口181连接。第一步进电机控制电路33和第二步进电机控制电路33的运行由微处理器6控制。在第三步进电机323的推动下，第一注射器311和第二注射器312中的流体通过位于样品舟1上与反应室131相连的一个或数个流体注入口181向微流体通道122中依次或同时注入液流。该液流也能驱动微流体通道122内的流体通过样品舟1上的反应室131进入废液室161，由废液室出口161’将废液排除。流体注射器系统3中的液流中含有生物分子或者含有磁颗粒或者含有缓冲液。
磁场产生装置4是由电磁铁41与电磁铁电源电路42串连连接组成，电磁铁电源电路42的开关信息由微处理器6控制。磁场产生装置4根据要求提供一定强度的正电流或负电流，使电磁铁产生一定强度的正磁场或负磁场，用于将正磁场或负磁场施加在被测量的磁敏传感生物芯片132上。
由电磁铁41产生的磁场可以有两个取向，一个是与磁敏传感生物芯片132平行，另一个是与磁敏传感生物芯片132垂直。通过适当的信号处理，两种磁场方向均可以磁化磁颗粒、激发磁敏传感芯片以检测磁颗粒的存在。在本发明中，所用磁场方向和磁敏传感生物芯片132垂直。磁场方向调节器43被用以调节电磁铁41的取向以使磁场和每个被测磁敏传感生物芯片132垂直。
磁场方向调节器43可以被微处理器6控制已达到自动调节磁场方向的功能。微处理器6可以根据磁敏传感生物芯片132对电磁铁41产生的磁场的反应判断磁场的方向，然后进行相应的调节。
芯片操纵及信息选取电子装置5与样品舟1通过电导线191连接，用于给样品舟1上的被测量磁敏传感生物芯片132提供电源和操控信号，测量每个被测量磁敏传感生物芯片132所存储的信息，对所测得的信息进行模拟数码转换；
微处理器6控制协调施压装置2、流体注射系统3、磁场产生装置4和芯片操纵及信息选取电子装置5各功能块的运转，对所测得的数据进行处理，即对各种磁场条件下得到的磁敏传感信息进行数据处理，诸如加、减、平均、去背景噪音等，并提取所需结果。
用户界面7与微处理器6连接，用于接收用户指令并显示测试条件和结果。
该仪器的使用程序如下所示：
步骤1：打开电源，开始工作；
步骤2：把待测样品和被功能化的磁颗粒注入样品储室141，把样品舟放入本发明的测量仪器中；
步骤3：通过用户界面7输入测试条件和要求；
步骤4：微处理器6控制施压装置2，施压装置2对泵室151施压使样品储藏室141中的混合液流入反应室131，和生物芯片132上的生物探针进行反应杂交；
步骤5：微处理器6控制流体注射系统3，流体注射系统3把清洗缓冲液注入反应室131，清洗去除非特异结合到生物芯片132上的分子和磁颗粒；
步骤6：微处理器6控制电磁铁电源电路42按要求对磁敏传感生物芯片施加磁场；
步骤7：微处理器6控制芯片操纵及信息选取电子装置5读出磁敏传感器件信息；
步骤8：微处理器6对各种磁场条件下得到的磁敏传感器信息进行数据处理，诸如加、减、平均、去背景噪音等，并提取所需结果；
步骤9：用户界面7报告此待测样品的检测结果。
实施例3磁敏传感生物芯片样品舟的制备
图3a和图3b为样品舟：以玻璃或者陶瓷或表面氧化一层二氧化硅的单晶硅材料或者高聚物材料为衬底111，在衬底111合适位置开一穿透的样品室开口171，做为样品进样孔，可密封样品口塞子171’用于密封样品室开口171。衬底111上面是微通道层121，微通道层121采用微流体通道柔性层，使用柔性材料如硅橡胶通过模具成型法制作，或者使用塑料材料如有机玻璃(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、尼龙、聚四氟乙烯、聚醚醚酮(PEEK)、硅橡胶等，利用模具成型法制作微流体通道122和液体样品储藏室141，但是泵室151上面是柔性材料如PDMS.该微流体通道122内至少含有一个反应室131、一个样品储藏室141、一个泵室151、一个废液室161、一个以上流体注入口181，用于注入反应试剂或缓冲液或清洗液。泵室151上面有一个压力室152，使用时通过气压或液压进出口153与气体或者液体增压或减压设备密封连接。由于泵室151上面是柔性材料，所以能够通过在泵室151上施加压力产生收缩和扩张推动微流体通道122内溶液往复运动，提高溶液之间的混合度或与表面接触的频率，进而提高反应效率。废液室161内设计至少有一个开口圆，以增加微流体通道122的长度，减小微流体芯片的尺寸，并且当有少量试剂在微流体通道122内往复运动时，该试剂不会直接进入废液室161中心与原有废液混合，减少试剂污染的可能性。在反应室131内放置有霍尔或巨磁阻或磁隧道传感器生物芯片132，生物芯片132内的CMOS电路通过多条电导体连接线191连接样品舟外的测试仪。柔性层121的材料可以是柔性材料如聚二甲基硅氧烷(PDMS)或橡胶，也可以和111相同的材料，但是泵室151上面是柔性材料。
实施例4如图4所示一种磁敏传感生物芯片测量仪器，包括：
施压装置2由可以形成真空和/或气压的装置25和连接管道24组成。连接管道24的一端与形成真空和/或气压的装置连接，另一端与样品舟1(详细见图4)的泵室151上面的压力室152的气压或液压进出口153连接。由于泵室151上面是柔性层，当形成真空和/或气压的装置25施加压力或减压时会驱动泵室151收缩和扩张推动样品储藏室141中的液体流经反应室131。
对流体注射系统3更详细的描述请同时请参考对图2：由两个注射器31、三个步进电机32，两个步进电机控制电路33及注射微管34组成。注射器31的后端与步进电机32连接，注射器31的液体出口端与一注射微管34连接，该注射微管34与样品舟1上的流体注入口181连接。步进电机控制电路33的运动由微处理器6控制。在步进电机的推动下，注射器31中的流体通过位于样品舟1上与反应室131相连的一个或数个流体注入口181向微流体通道122中注入液流，该液流也能驱动微通道内的流体通过样品舟1上的反应室131进入废液室161，由废液室出口161’将废液排除。流体注射器系统3中的液流中含有生物分子或者含有磁颗粒或者含有缓冲液。
磁场产生装置4是由电磁铁41与电磁铁电源电路42串连连接组成，电磁铁电源电路42的开关信息由微处理器6控制。磁场产生装置4根据要求提供一定强度的正电流或负电流，使电磁铁产生一定强度的正磁场或负磁场，用于将正磁场或负磁场施加在被测量的磁敏传感生物芯片132上。
由电磁铁41产生的磁场可以有两个取向，一个是和磁敏传感生物芯片132平行，另一个是和磁敏传感生物芯片132垂直。通过适当的信号处理，两种磁场方向均可以磁化磁颗粒、激发磁敏传感生物芯片132以检测磁颗粒的存在。在此发明中，所用磁场方向和磁敏传感生物芯片132垂直。磁场方向调节器43被用以调节电磁铁41的取向以使磁场和每个被测磁敏传感生物芯片132垂直。
磁场方向调节器43可以被微处理器6控制已达到自动调节磁场方向的功能。微处理器6可以根据磁敏传感生物芯片132对电磁铁41产生的磁场的反应判断磁场的方向，然后进行相应的调节。
芯片操纵及信息选取电子装置5与样品舟1上的电导线191连接，用于给样品舟1上的被测量磁敏传感生物芯片132提供电源和操控信号，测量每个被测量磁敏传感生物芯片132所存储的信息，对所测得的信息进行模拟数码转换；
微处理器6控制协调施压装置2、流体注射系统3、磁场产生装置4和芯片操纵及信息选取电子装置5各功能块的运转，对所测得的数据进行处理，即对各种磁场条件下得到的磁敏传感信息进行数据处理，诸如加、减、平均、去背景噪音等，并提取所需结果；
用户界面7与微处理器6连接，用于接收并显示微处理器6的数据处理信息。
实施例5磁敏传感样品舟1的制备
图5a和图5b所示为样品舟：样品舟1以玻璃或者陶瓷或表面氧化一层二氧化硅的单晶硅材料或者高聚物材料为衬底111，在衬底111合适位置开一穿透的样品储样室开口171，做为样品进样孔，可密封样品口塞子171’用于密封样品口。衬底上面是微流体通道层121，使用玻璃或者陶瓷或表面氧化一层二氧化硅的单晶硅材料利用传统的湿法刻蚀技术或者干法刻蚀技术制作微通道，或者使用塑料材料如有机玻璃(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、尼龙、聚醚醚酮(PEEK)等利用模具成型法制作微流体通道层121上的微结构，衬底材料与微流体通道层材料可以一致也可以不一致。微流体通道122内至少含有一个反应室131，一个样品室141，一个废液池161，一个以上溶液注入口181，用于注入反应试剂、探针试剂、缓冲液或清洗液。在使用前此流体注入口181可以不密封，在需要注入溶液时流体注入口181和注射微管34密封连接。废液室161内设计至少有一个开口圆，以增加微流体通道122的长度，减小样品舟1的尺寸，并且当有少量试剂在微流体通道122内往复运动时，该试剂不会直接进入废液室161中心与原有废液混合，减少试剂污染的可能性。废液从废液室出口161’排除。在反应室131内放置有霍尔或巨磁阻或磁隧道阵列传感生物芯片132，生物芯片132内的CMOS电路通过多条电导体连接线191连接样品舟1外的测试仪。
实施例6，如图6所示一种磁敏传感生物芯片测量仪器：
施压装置2由可以形成真空和/或气压的装置25和连接管道24组成。连接管道24的一端与形成真空和/或气压的装置连接，另一端与样品舟1(详细见图6)的废液室161上的废液出口161’连接。当形成真空和/或气压的装置25施加压力或减压时会驱动微流体通道122内的流体运动流经反应室131。
流体注射系统3：由注射器31即第一注射器311、第二注射器312；步进电机32即第一步进电机321、第二步进电机322、第三步进电机323，第一和第二步进电机控制电路33和注射微管34连接组成。第一注射器311的后端与第一步进电机321的驱动杆连接，第二注射器312的后端与第二步进电机322的驱动杆连接，第一注射器311、第二注射器312的液体出口端分别与第一注射微管34和第二注射微管34连接。第一注射微管34和第二注射微管34在第三步进电机323的驱动下与样品舟1上的流体注入口181连接。第一步进电机控制电路33和第二步进电机控制电路33的运行由微处理器6控制。在第三步进电机323的推动下，第一注射器311和第二注射器312中的流体通过位于样品舟1上与反应室131相连的一个或数个流体注入口181向微流体通道122中依次或同时注入液流。该液流也能驱动微流体通道122内的流体通过样品舟1上的反应室131进入废液室161，由废液室出口161’将废液排除。流体注射器系统3中的液流中含有生物分子或者含有磁颗粒或者含有缓冲液。
磁场产生装置4是由永久性磁体器件或电磁铁41与电磁铁电源电路42串连连接组成，电磁铁电源电路42的开关信息由微处理器6控制。磁场产生装置4根据要求提供一定强度的正电流或负电流，使电磁铁产生一定强度的正磁场或负磁场，用于将正磁场或负磁场施加在被测量的磁敏传感生物芯片132上。
由电磁铁41产生的磁场可以有两个取向，一个是和磁敏传感生物芯片132平行，另一个是和磁敏传感生物芯片132垂直。通过适当的信号处理，两种磁场方向均可以磁化磁颗粒、激发磁敏传感生物芯片132以检测磁颗粒的存在。在本发明中，所用磁场方向和磁敏传感生物芯片132垂直。磁场方向调节器43被用以调节电磁铁41的取向以使磁场和每个被测磁敏传感生物芯片132垂直。
磁场方向调节器43可以被微处理器6控制已达到自动调节磁场方向的功能。微处理器6可以根据磁敏传感生物芯片132对电磁铁41产生的磁场的反应判断磁场的方向，然后进行相应的调节。
芯片操纵及信息选取电子装置5与样品舟1上的电导线191连接，用于给样品舟1上的被测量磁敏传感器生物芯片132提供电源和操控信号，测量每个被测量磁敏传感生物芯片132所存储的信息，对所测得的信息进行模拟数码转换；
微处理器6控制协调施压装置2、流体注射系统3、磁场产生装置4和芯片操纵及信息选取电子装置5各功能块的运转，对所测得的数据进行处理，即对各种磁场条件下得到的磁敏传感信息进行数据处理，诸如加、减、平均、去背景噪音等，并提取所需结果；
用户界面7与微处理器6连接，用于接收并显示微处理器6的数据处理信息。
实施例7：如图7所示一种磁敏传感生物芯片测量仪器包括：
施压装置2由一个电动马达或电动步进式马达22和步进电机控制电路21组成，步进电机控制电路的信号由微处理器6控制。使用时，先将溶液注入口181密封，然后用该电动马达或电动步进式马达的驱动结构——驱动拉杆23对样品舟1上与样品储藏室141相连的泵室151施压使微流体通道内的流体进入或通过样品舟1上的反应室131。
磁场产生装置4是由电磁铁41与电磁铁电源电路42串连连接组成，电磁铁电源电路42的开关信息由微处理器6控制。磁场产生装置4根据要求提供一定强度的正电流或负电流，使电磁铁产生一定强度的正磁场或负磁场，用于将正磁场或负磁场施加在被测量的磁敏传感器生物芯片132上。
由电磁铁41产生的磁场可以有两个取向，一个是和磁敏传感生物芯片132平行，另一个是和磁敏传感生物芯片132垂直。通过适当的信号处理，两种磁场方向均可以磁化磁颗粒、激发磁敏传感生物芯片132以检测磁颗粒的存在。在此发明中，所用磁场方向和磁敏传感器生物芯片132垂直。磁场方向调节器43被用以调节电磁铁41的取向以使磁场和每个被测磁敏传感器生物芯片132垂直。
磁场方向调节器43可以被微处理器6控制已达到自动调节磁场方向的功能。微处理器6可以根据磁敏传感生物芯片132对电磁铁41产生的磁场的反应判断磁场的方向，然后进行相应的调节。
芯片操纵及信息选取电子装置5与样品舟1电导线191连接，用于给样品舟1上的被测量磁敏传感器生物芯片132提供电源和操控信号，测量每个被测量磁敏传感生物芯片132所存储的信息，对所测得的信息进行模拟数码转换；
微处理器6控制协调施压装置2、磁场产生装置4和芯片操纵及信息选取电子装置5各功能块的运转，对所测得的数据进行处理，即对各种磁场条件下得到的磁敏传感信息进行数据处理，诸如加、减、平均、去背景噪音等，并提取所需结果；
用户界面7与微处理器6连接，用于接收并显示微处理器6的数据处理信息。
该仪器的特点是仪器自身不装配有微流体注射系统，可以减小仪器的体积。因此使用该仪器时，所有样品舟上流体的注入可以使用离线加样器如生化上常用的加样器、蠕动泵或注射器等。加样后将流体进入口181密封后在进行施加压力的操作。
实施例8：
如图8所示一种磁敏传感生物芯片测量仪器，包括：
流体注射系统3：由注射器31即第一注射器311、第二注射器312；步进电机32即第一步进电机321、第二步进电机322、第三步进电机323，第一和第二步进电机控制电路33和注射微管34连接组成。第一注射器311的后端与第一步进电机321的驱动杆连接，第二注射器312的后端与第二步进电机322的驱动杆连接，第一注射器311、第二注射器312的液体出口端分别与第一注射微管34和第二注射微管34连接。第一注射微管34和第二注射微管34在第三步进电机323的驱动下与样品舟1上的流体注入口181连接。第一步进电机控制电路33和第二步进电机控制电路33的运行由微处理器6控制。在第三步进电机323的推动下，第一注射器311和第二注射器312中的流体通过位于样品舟1上与反应室131相连的一个或数个流体注入口181向微流体通道122中依次或同时注入液流。该液流也能驱动微流体通道122内的流体通过样品舟1上的反应室131进入废液室161，由废液室出口161’将废液排除。流体注射器系统3中的液流中含有生物分子或者含有磁颗粒或者含有缓冲液。
磁场产生装置4是由电磁铁41与电磁铁电源电路42串连连接组成，电磁铁电源电路42的开关信息由微处理器6控制。磁场产生装置4根据要求提供一定强度的正电流或负电流，使电磁铁产生一定强度的正磁场或负磁场，用于将正磁场或负磁场施加在被测量的磁敏传感生物芯片132上。
由电磁铁41产生的磁场可以有两个取向，一个是和磁敏传感器芯片平行，另一个是和磁敏传感生物芯片132垂直。通过适当的信号处理，两种磁场方向均可以磁化磁颗粒、激发磁敏传感生物芯片132以检测磁颗粒的存在。在本发明中，所用磁场方向和磁敏传感生物芯片132垂直。磁场方向调节器43被用以调节电磁铁41的取向以使磁场和每个被测磁敏传感生物芯片132垂直。
磁场方向调节器43可以被微处理器6控制已达到自动调节磁场方向的功能。微处理器6可以根据磁敏传感生物芯片132对电磁铁41产生的磁场的反应判断磁场的方向，然后进行相应的调节。
芯片操纵及信息选取电子装置5与样品舟1连接，用于给样品舟1上的被测量磁敏传感生物芯片132提供电源和操控信号，测量每个被测量磁敏传感生物芯片132所存储的信息，对所测得的信息进行模拟数码转换；
微处理器6控制协调流体注射系统3、磁场产生装置4和芯片操纵及信息选取电子装置5各功能块的运转，对所测得的数据进行处理，即对各种磁场条件下得到的磁敏传感信息进行数据处理，诸如加、减、平均、去背景噪音等，并提取所需结果；
用户界面7与微处理器6连接，用于接收并显示微处理器6的数据处理信息。
该仪器与实施例2的区别在于，仪器系统中没有施压装置2，在微流体通道内所有的流体驱动是靠流体注射器来驱动。
实施例9一种磁敏传感生物芯片测量仪器
图9全自动生物芯片测量仪器主要包括：磁场产生装置4：由电磁铁41和电磁铁电源电路42组成，能够根据要求提供一定强度的正电流或负电流使电磁铁产生一定强度的正磁场或负磁场，并且将磁场施加在样品舟1上对应的生物芯片132位置，生物芯片132安装在反应室131内；芯片操纵及信息选取电子装置5：给生物芯片132电路提供电源和操控信号，测试每个磁传感生物芯片132所存储的信息，对所测得的信息进行模拟数/码转换；微处理器6：控制和协调磁场产生装置和生物芯片132；用户界面7与微处理器6连接，用于接收并显示微处理器6的数据处理信息。
样品舟1以玻璃或者陶瓷或表面氧化一层二氧化硅的单晶硅材料或者高聚物材料为衬底111，衬底111上有微通道层121，微通道层121上形成数条微流体通道122和各种储液室，该微流体通道122内至少含有一个反应室131、一个样品储藏室141、一个泵室151、一个废液室161和一个以上流体注入口181，用于注入反应试剂或缓冲液或清洗液。其中样品储藏室141上由可以密封的开口，流体注入口181也是可以密封的。泵室151上覆盖的是柔性材料，所以能够通过在泵室151上施加压力产生收缩和扩张推动微流体通道122内溶液往复运动，提高溶液之间的混合度或与表面接触的频率，进而提高反应效率。废液室161内设计至少有一个开口圆，以增加微流体通道122的长度，减小样品舟1尺寸。在反应室131内放置有霍尔、巨磁阻或磁隧道阵列传感生物芯片132，生物芯片132内的CMOS电路通过与样品舟1上多条电导体连接线191的连接与样品舟1外的测试仪连接。
该仪器的特点是不装配有流体注射系统3和施压装置2，可以使用微滴管或加样器或注射器将流体从流体注入口181加入微流体通道122中，加入的流体可以通过毛细作用或者重力作用流入微流体通道122内，也可以在废液出口161’吸气减压使流体从流体注入口181流经样品储藏室141以及反应室131进入废液室161。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (18)
1、一种对磁敏传感生物芯片进行自动测量的仪器，其特征在于：
施压装置与样品舟连接，用于对样品舟实施直接或间接的压力；
流体注射系统与样品舟连接，用于将流体注入微流体通道内；
磁场产生装置根据要求提供一定强度的正电流或负电流，使电磁铁产生一定强度的正磁场或负磁场，用于将正磁场或负磁场施加在样品舟上的被测量磁敏传感生物芯片上；
芯片操纵及信息选取电子装置与样品舟连接，用于给样品舟上的被测量磁敏传感生物芯片提供电源和操控信号，测量每个被测量磁敏传感生物芯片所存储的信息，对所测得的信息进行模拟数码转换；
微处理器控制协调施压装置、流体注射系统、磁场产生装置和芯片操纵及信息选取电子装置的运转，对各种磁场条件下所测得的磁敏传感信息进行数据处理；
用户界面与微处理器连接，用于接收并显示微处理器的数据处理信息。
2、根据权利要求1所述的测量仪器，其特征在于，施压装置包括：一个电动马达或电动步进式马达、真空装置或气压装置，
采用电动马达或电动步进式马达的驱动结构对样品舟上的样品储藏室直接施压或对一个与样品储藏室相连的泵室施压，使样品储藏室内的流体进入样品舟上的反应室；
或采用真空装置或气压装置对样品舟上与样品储藏室相连的泵室或废液室施压，使流体进入样品舟上的反应室。
3、根据权利要求1所述的测量仪器，其特征在于，所述的流体注射系统中有：
具有一个或数个注射器，该一个或数个注射器通过对样品舟上与微流体通道相连的流体注入口使流体进入微流体通道内；
具有注射微管与样品舟上的流体注入口连接。
4、根据权利要求1所述的测量仪器，其特征在于：流体注射系统的注射器中喷射的液流中含有生物分子或磁颗粒或缓冲液。
5、根据权利要求1所述的测量仪器，其特征在于：根据微处理器的指令调节磁场产生装置的磁场方向。
6、根据权利要求1所述的测量仪器，其特征在于，所述被测量磁敏传感生物芯片包括：CMOS电路和磁隧道阵列磁阻器件，或CMOS电路和巨磁阻器件，或CMOS电路和霍尔磁阻器件。
7、一种对磁敏传感生物芯片进行自动测量的仪器，其特征在于：
施压装置与样品舟连接，用于对样品舟实施直接或间接的压力；
磁场产生装置根据要求提供一定强度的正电流或负电流，使电磁铁产生一定强度的正磁场或负磁场，用于将正磁场或负磁场施加在样品舟上的被测量磁敏传感生物芯片上；
芯片操纵及信息选取电子装置与样品舟连接，用于给样品舟上的被测量磁敏传感生物芯片提供电源和操控信号，测量每个被测量磁敏传感生物芯片所存储的信息，对所测得的信息进行模拟数码转换；
微处理器控制协调施压装置、磁场产生装置和芯片操纵及信息选取电子装置运转，对各种磁场条件下所测得的磁敏传感信息进行数据处理；
用户界面与微处理器连接，用于接收并显示微处理器的数据处理信息。
8、根据权利要求7所述的测量仪器，其特征在于，施压装置包括：一个电动马达或电动步进式马达、真空装置或气压装置，
采用电动马达或电动步进式马达的驱动结构对样品舟上的样品储藏室直接施压或对一个与样品储藏室相连的泵室施压，使样品储藏室内的流体进入样品舟上的反应室；
或采用真空装置或气压装置对样品舟上与样品储藏室相连的泵室或废液室施压，使流体进入样品舟上的反应室。
9、根据权利要求7所述的测量仪器，其特征在于：根据微处理器的指令调节磁场产生装置的磁场方向。
10、根据权利要求7所述的测量仪器，其特征在于，所述被测量磁敏传感生物芯片包括：CMOS电路和磁隧道阵列磁阻器件，或CMOS电路和巨磁阻器件，或CMOS电路和霍尔磁阻器件。
11、一种对磁敏传感生物芯片进行自动测量的仪器，其特征在于：
流体注射系统与样品舟连接，用于将流体注入微流体通道内；
磁场产生装置根据要求提供一定强度的正电流或负电流，使电磁铁产生一定强度的正磁场或负磁场，用于将正磁场或负磁场施加在样品舟上的被测量磁敏传感生物芯片上；
芯片操纵及信息选取电子装置与样品舟连接，用于给样品舟上的被测量磁敏传感生物芯片提供电源和操控信号，测量每个被测量磁敏传感生物芯片所存储的信息，对所测得的信息进行模拟数码转换；
微处理器控制协调流体注射系统、磁场产生装置和芯片操纵及信息选取电子装置的运转，对各种磁场条件下所测得的磁敏传感信息进行数据处理；
用户界面与微处理器连接，用于接收并显示微处理器的数据处理信息。
12、根据权利要求11所述的测量仪器，其特征在于，所述的流体注射系统中：
具有一个或数个注射器，该一个或数个注射器通过对样品舟上与微流体通道相连的流体注入口使流体进入微通道内；
具有注射微管与样品舟上的流体注入口连接。
13、根据权利要求11所述的测量仪器，其特征在于，流体注射系统的注射器中喷射的液流中含有生物分子或磁颗粒或缓冲液。
14、根据权利要求11所述的测量仪器，其特征在于：根据微处理器的指令调节磁场产生装置的磁场方向。
15、根据权利要求11所述的测量仪器，其特征在于，所述被测量磁敏传感生物芯片包括：CMOS电路和磁隧道阵列磁阻器件，或CMOS电路和巨磁阻器件，或CMOS电路和霍尔磁阻器件。
16、一种对磁敏传感生物芯片进行自动测量的仪器，其特征在于：
磁场产生装置根据要求提供一定强度的正电流或负电流，使电磁铁产生一定强度的正磁场或负磁场，用于将正磁场或负磁场施加在样品舟上的被测量磁敏传感生物芯片上；
芯片操纵及信息选取电子装置与样品舟连接，用于给样品舟上的被测量磁敏传感生物芯片提供电源和操控信号，测量每个被测量磁敏传感生物芯片所存储的信息，对所测得的信息进行模拟数码转换；
微处理器控制协调磁场产生装置和芯片操纵及信息选取电子装置各功能块的运转，对各种磁场条件下所测得的磁敏传感器信息数据进行处理；
用户界面与微处理器连接，用于接收并显示微处理器的数据处理信息。
17、根据权利要求16所述的测量仪器，其特征在于：根据微处理器的指令调节磁场产生装置的磁场方向。
18、根据权利要求16所述的测量仪器测试仪，其特征在于，所述被测量磁敏传感生物芯片包括：CMOS电路和磁隧道阵列磁阻器件，或CMOS电路和巨磁阻器件，或CMOS电路和霍尔磁阻器件。
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