CN103562728B - 用于疾病检测的微器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测或治疗疾病的微器件，包括用于检测微观水平上生物样本特性性质的第一微传感器，以及确定通道的内壁，其中微传感器位于微器件的内壁上，并检测所述生物样本在微观水平上的特性性质，且生物样本在所述通道内进行生物样本的输运。

Description

用于疾病检测的微器件

本申请的权利主张优先于以下专利：2011年3月24日递交的申请号为61/467,097的美国专利；2011年6月20日递交的申请号为61/498,954的美国专利；2011年6月30日递交的申请号为PCT/US2011/042637的国际专利；以及2011年10月5日递交的申请号为PCT/US2011/054979的国际专利；其全部内容在此以引用的方式视为本文件的一部分。

发明背景

一些高发病率高死亡率的严重疾病，包括癌症和心脏病，早期精确地诊断是非常困难的。当前的疾病诊断技术通常是依赖宏观的数据和信息，例如体温，血压，以及身体的扫描影像。为了检测如癌症的严重疾病，现在许多基于成像技术的常用诊断仪器被采用，包括X射线，CT扫描，核磁共振（NMR）。虽然这些技术可以不同程度的对疾病检测提供价值，但是它们中的大多数无法在早期对诸如癌症的严重疾病提供准确，完全安全和低成本的诊断。此外，许多现有的诊断技术和相关的仪器是侵入性的，而且有时不易获得，尤其是在偏远地区和农村地区。

即使新出现的技术，如那些利用DNA技术的测试也还未证实对广泛范围的疾病能有效地以经济，快速，可靠，准确的方式进行诊断。近年来，也出现了一些将纳米技术引入到各种生物应用上的努力，其中大部分的工作集中于基因的定位和温和疾病检测领域的发展。例如，Pantel等人讨论了利用微型电子机械系统（MEMS）传感器对血液和骨髓中的癌细胞进行体外检测（见Klaus Pantel et al.,Nature Reviews,2008,8,329）；Kubena等人在美国专利6922118中披露了使用MEMS检测生物媒介的方法；Weissman等人在美国专利6330885中披露了利用MEMS传感器检测生物物质增生的方法。

然而，迄今为止，上述大部分技术仅限于对个例敏感，使用相对结构简单、大尺寸但通常功能有限、缺乏灵敏度与特异性的系统。此外，一些使用纳米颗粒和生物方法的现有技术有以下缺陷：要求复杂的样品准备程序（如使用化学或生物标志物），编译数据困难，过分依赖于诊断方法的视觉和色彩的变化（主观且分辨率有限）。这使它们不适合疾病的早期诊断，如癌症等严重疾病，尤其不适合在医院的常规筛查和定期的身体检查中使用。一些技术无法同时实现高敏感性与高特异性。

这些缺点需要全新的解决方法来克服它们，并带来更高的精度、灵敏度、特异性、效率、非侵入性、实用性、简单性，加速早期疾病检测，降低成本。

发明内容

当前的发明涉及一类创新的疾病检测仪，这类集成了新型微器件(或功能)的仪器能够在单个细胞、单个生物分子（如DNA,RNA或蛋白质）、单个生物体（如单个病毒）或其他足够小的单元及基本生物成分上进行微观水平的体内或体外的疾病检测。这类仪器可以通过使用先进的微型器件制造技术和新的工艺如集成电路制造技术来制造。本文所用的术语“疾病检测仪”可以与集成了微器件的疾病检测器件或仪器，或者其他含义相同或相近的术语互换。本发明中的仪器包含了多个微器件，可以检测待测生物样品的多个参数。这些疾病检测仪能够进行早期的疾病检测，具有高度的灵敏度，特异性，速度，简易性、实用性、便捷性(例如更小的仪器)，和可购性(例如低成本)，并可显著降低到没有侵入性和副作用。

本检测仪的一个关键成分是一类新型的微器件以及制造这些微器件的创造性的工艺。由于显著提高了检测灵敏度、特异性、速度、简易性、实用性、便捷性或可购性（如更低的成本），并可显著降低至或完全没有侵入性和副作用，相比于传统的疾病检测仪，由这些创造性工艺制造出的新型微器件表现出更高的水平。在此描述的可用于制造微器件的技术的例子包括但不限于机械学，化学，物理化学，机械化学，电学，物理学，生物化学，生物物理学，生物物理机械学，机电学，生物电化学，生物机电学，电化学机械学，电生物化学机械学，纳米制造技术，集成电路和半导体制造技术及工艺。关于可应用的制造技术的大概的描述可见如R.Zaouk等撰写的“制造技术介绍”，收录在Humana出版社2006年出版的S.Minteer所著的《微流体技术》一书中。以及John Wiley&Sons出版社2004年出版Geschke，Klank&Telleman所著的《芯片实验室的微系统工程》第一版一书。微器件的功能至少包括感知，检测，测量，诊断，监控，和疾病诊断分析。多个微器件被集成到一个检测仪中使得仪器更加的先进和精密，以进一步提高测量的灵敏度，特异性，速度，和功能，并可测量同一个参数或者一系列不同的参数。

本仪器的可选元件包括旨在执行至少以下功能：寻址，控制，驱动，接收，放大，操控，处理，分析，判定（例如逻辑判定），或者存储来自探针的信息。可以是如下方式:例如一个包含了控制电路的中央控制单元，一个寻址单元，一个放大器电路，一个逻辑处理电路，一个模拟器件，一个存储单元，一个专用芯片，一个信号发射器，一个信号接收器，或者一个传感器。

特别地，本发明的一个方面提供了检测疾病的仪器，每一个仪器包含了一个第一微器件和一个支撑第一微器件的第一衬底，其中第一微器件接触待测生物样品，并可在宏观水平测量电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物学，化学，机电学，电化学，电化学机械学，生物化学，生物物理学，生物机械学，生物热学，生物光学，生物机电学，生物-电-化学，生物-电-化学-机械学，电光学，物理学，力学性质，或者以上的组合。仪器进一步可选择的包括一个读取来自测量数据的器件。

在一些实施例中，被测生物材料与来自无病对象的生物样品测量性质的不同象征早期疾病发生的可能性。

在另外一些实施例中，电学性质为表面电荷，表面电位，电信号振荡（例如例子振荡，脉冲电场，脉冲表面电荷，脉冲电压），电容，电磁参数，电场，电场分布，电荷分布，或者阻抗；热学性质包括温度；化学性质为PH值，离子强度，键合强度；物理性质包括浓度，流速，体积，和表面积；力学性质为硬度，剪切力，延展力，断裂应力，粘附性，弹性或者浓度。这些性质可以是静态的或者动态的。例如，电流可以是直流或者交流的。他们也可以在由静态到动态的过渡时期内被测量和记录数值。

在一些实施例中，探测和检测器件施加到生物样品上的电压范围为约1mv到约10v，或者约1mv到1v。

在一些实施例中，第一微器件包含一种导电材料，一种电绝缘材料，一种生物材料，或者一种半导体材料。

在另外一些实施例中，每一个仪器还进一步包含至少一个或更多附加的微器件，在这些实施例中，构成仪器的每一个微器件包含一种导电材料，一种电绝缘材料，一种生物材料，或者一种半导体材料；每一个微器件可以包含相同或不同的材料并且可以在相同或不同的时间测量相同或不同的性质。

在一些实施例中，探测器件和检测器件彼此之间是以一个特定的距离放置的。这些多个微器件在衬底上是以至少10埃或者从约5微米到约100微米的距离间隔开。

集成到疾病检测仪中的多个微器件可以顺序地和/或同时测量待测生物样本宏观和/或微观水平的不同参数。有时候，在带有多个微器件的仪器中，一些微器件可以作为探测器件去干扰生物样本并且触发来自生物样本的响应，同时仪器中的另外一些器件可以作为检测器件测量生物样本的触发响应。本申请的另外一个创造性的方面是在测量过程中，有时，施加到被测生物样品的至少一个参数或者周围媒介（生物样品所在地）的至少一个性质是特意从静态（恒定值）变到动态值（例如，一个脉冲值或者一个交替值），或者从一个值到一个新的值。例如，在一次测量中，施加到生物样品的直流电流特意变成交流电流。再例如，施加给生物样品的恒定温度变成一个更高的温度，或者脉冲热波（例如，从30℃到50℃，然后从50℃变回30℃）。

在其他的一些实施例中，每一个微器件的尺寸范围是从1埃到约5毫米（例如从5埃到1毫米）。

在另外一些实施例中，检测仪包含一个或多个放置微器件的衬底。每一个衬底可以包含相同或不同的材料（例如，一种传导材料或一种绝缘材料），并且可以是相同或不同形状（例如，平板或者管状），每一个衬底可以是二维或三维的物体。可采取的形状为矩形、圆柱体、立方体、平板、腔、长通道、长而窄的通道、空腔、连着通道的空腔，或任何其它所需的形状和结构，其目的是为了进一步提高测量的灵敏度、特异性、速度、样本大小和降低成本和尺寸。

关于集成微型器件的检测仪，有一种全新的检测仪的设计可用来提高测量的灵敏度，其中微型器件安装在两个被小间距相互分离的平板上，待测生物样品在两平板中间，这种设计可用于微型器件高速、并行地检测样本中的细胞、DNA和其他所需项目。平板的表面积可以最大化以放置最大数量的微型器件，提高测量的速度和效率。可选择地，多个微型器件可以集成到平板的表面，相互间的间距与细胞、DNA或其他测试项目的大小匹配。

在另一种新的结构中，集成了微型器件的检测仪的形状为圆柱的形式，多个还有微型探针的微型器件集成于圆柱的内表面，待测的样本（如血液、尿液，汗水，眼泪或唾液）从圆柱中流过。

在另一种全新的配置中，整合了微型器件的检测仪的形状为矩形管状的形式。多个微型探针的微型器件集成于管的内表面，待测的样本（如血液，尿液，汗水、眼泪或唾液）从矩形管中流过。

另一方面，本发明提供另一套检测仪，用于生物样本的疾病检测，其包括一个输送生物样本的输送系统，和一个用于探测和检测生物样本的探测和检测器件。

测试的生物样本与标准生物样本性质的差异标志了疾病发生的可能性。

在一些实施例中，探测和检测器件包括第一微型器件和支撑第一微型器件的第一层衬底，第一微型器件与生物样本接触，能够在微观尺度上测量电学、磁学、电磁学、热学、光学、声学、生物学、化学、机电学、电化学、电光学、电热学、电化学机械学、生物化学、生物物理学、生物光学、生物热学、生物物理化学、生物机械学、生物机电学、生物电化学、生物电化学机械学、物理学、力学或上述多种性质的结合。其中电学性能为、表面电荷、表面电位、静息电位、电流、电场分布、电偶极子、双电偶极子、三维电子或电荷云分布、端粒DNA和染色体的电容、或阻抗的;热性能是温度或振动频率;光学性质为光吸收、光传输、光反射、光电性质、亮度、或荧光发射；化学性质为pH值、化学反应、生物化学反应、生物电化学反应、反应速度、反应能、氧气浓度、耗氧率、离子强度、催化行为、或键合强度;物理性质为密度、或几何尺寸;生物学性质为表面的形状、表面积、表面电荷、表面的生物学性质、表面化学性质、pH值、电解质、离子强度、电阻率、细胞浓度、或者是某溶液的物理、化学或电气性质。声学性质为频率，声波的速度、声波的频率和强度的光谱分布、声强、声学吸收、或声学共振；机械性能是内部压力、硬度、流速、粘度、、剪切强度、延展强度、断裂强度、附着力、机械共振频率、弹性、可塑性、或压缩性。

在一些检测仪的实施例中，探测和检测器件施加于生物样本上的电压范围为1mV到大约10V，或从1mV到大约1.0V。

在一些检测仪的实施例中，第一微型器件包括导电材料、电绝缘材料、生物材料或半导体材料。

在一些检测仪的实施例中，第一微型器件的尺寸范围从大约1埃到大约5毫米。

在一些实施例中，探测和检测器件进一步包括一个或多个附加的微器件，每一个微器件也可以测量微观水平的电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物学，化学，机电学，电化学，电化学机械学，生物化学，生物物理学，生物机械学，生物机电学，生物电化学，生物电化学机械学，电光学，物理学，或力学性质，或者及其组合。电学性质为表面电荷，表面电位，静息电位，动态电位，电压，电流，电场分布，电荷分布，电偶极子，电四极，三维电子或电荷云分布，染色体及DNA端粒电性能，电容，阻抗；热学性质为温度，生物项目或者分子的振动频率；光学性质为光吸收，光传输，光的反射，光电性能，亮度，荧光发射，光电参数；化学性质为pH值，化学反应，生物化学反应，生物电化学反应，生物热学参数，生物光学参数，反应速度，反应能，氧浓度，耗氧率，离子强度，催化行为，或键合强度；物理性质为密度，几何尺寸（例如体积，表面积）；声学性质为频率，声波速度，声波频率和强度谱分布，声强，声吸收，声学共振；力学性质为内压，硬度，体积，表面积，剪切强度，拉伸强度，断裂应力，附着力，机械共振频率，弹性，塑性或可压缩性。

在一些检测仪的实施例中，每个附加的微型器件包括导电材料、电绝缘材料、生物材料或半导体材料。而且，每个附加的微型器件包括的材料与第一微型器件的材料相同或不同，能够测量与第一微型器件相同或不同的生物样本的性质。

在一些检测仪的实施例中，第一微器件和每一个附加的微器件可以测量表面电荷，表面电位，静息电位，动态电位，电压，电流，电场分布，电荷分布，电偶极子，电四极，三维电子或电荷云分布，染色体及DNA端粒电性能，电容，阻抗，体积，表面积，光电参数，温度，振动频率，光吸收，光传输，光的反射，光电性能，亮度，荧光发射，pH值，化学反应，生物化学反应，生物电化学反应，生物热学参数，生物光学参数，反应速度，反应能，氧浓度，耗氧率，离子强度，催化行为，键合强度，密度，几何尺寸，频率，声波速度，声波频率和强度谱分布，声强，声吸收，声学共振，内压，硬度，体积，表面积，剪切强度，拉伸强度，断裂应力，附着力，机械共振频率，弹性，塑性或可压缩性。它们可以在相同或不同时间测量相同或不同的性质。

在一些检测仪的实施例中，探测器件和微型器件彼此相距一定的距离放置。

在一些检测仪的实施例中，每个附加的微型器件的尺寸范围为1埃到大约5毫米。

在一些检测仪的实施例中，微型器件在衬底上间隔的距离至少为10埃（如从大约5微米到大约100微米）。

在一些检测仪的实施例中，衬底的形状是的平板、矩形、立方体、管、管阵列、空腔、长通道、长而窄的通道、腔室、连接有通道的腔室；或衬底是一个三维的物体。

在一些检测仪的实施例中，探测和检测器件进一步包括第二衬底，与第一衬底的材料相同或不同。

在一些实施例中，检测仪进一步包括从探测和检测器件上读取测量性质数据的器件。

在一些实施例中，检测仪进一步包括流体输送系统，它包括压力发生器、压力调节器、节流阀、压力表、配套件。压力发生器可包括电机活塞系统和一个装有压缩气体容器；压力调节器可以下调或上调至所需的压力值；压力表反馈测量值与节流阀，然后调节接近目标值的压力。

检测仪中输送的流体可以使气体或液体，例如液体包括血液，尿液、唾液、泪液、盐水和汗水；而气体的例子包括氮、氩、氦、氖、氪、氙或氡。

在一些检测仪的实施例中，探测和检测器件进一步包括一个系统控制器，其包括有预放大器、锁相放大器、电表、热表、开关阵列、系统总线、非挥发性存储器、随机存取存储器、处理器或者用户接口。该接口可以包括传感器，可以是，例如，热学传感器、流量计、光学传感器或包括一种或多种压电材料的传感器。

在一些实施例中，检测仪可进一步包括生物接口、样品注射器和样品处理单元间的接口、系统控制器，或至少一个系统用于回收或处理医疗废物。回收和处理医疗废弃物是由一个相同系统或不同的两个系统进行操作。

在一些实施例中，检测仪进一步包括测试样品的输送系统，测试样品的分配系统、分配通道、预处理单元、探测器件、定位系统、运动系统、信号发生器、信号接收器、传感器、存储单元、逻辑处理单元、专用芯片，测试样品的循环和回收单元、微机械器件、多功能器件或用于手术、清洗或医疗功能的微型仪器。这些附加器件每个都可以通过以下专利中描述的技术制造：PCT/US2010/041001,PCT/US2011/024672,美国申请号12/416,280,和PCT/US2011/042637，所有这些专利其全部内容在此作为参考纳入本申请。

在一些实施例中，生物样本的传送系统包括至少一个通道，待测生物样本在其中朝一定方向运动；探测和检测器件包括至少一个探测微型器件和一个检测微型器件，至少一个探测微型器件在生物样本流动方向上位于至少一个检测微型器件之前。探测微型器件和检测微型器件附着在通道的内壁或外壁上。

在一些实施例中，探测和检测器件包括至少两个检测微型器件，能够在微米尺度上测量生物样本相同或不同的性质。

在一些进一步的实施例中，探测微型器件能够在微观尺度上测量表面电荷，表面电位，静息电位，动态电位，电压，电流，电场分布，电荷分布，电偶极子，电四极，三维电子或电荷云分布，在染色体及DNA端粒电性能，电学性质的动态变化，电位动态变化，表面电荷的动态变化，电流动态变化，电场的动态变化，电压的动态变化，电气分布的动态变化，电子云分布的动态变化，电容，阻抗，温度，振动频率，光吸收，光传输，光的反射，光电性能，亮度，荧光发射，光电参数，pH值，化学反应，生物化学反应，生物电化学反应，反应速度，反应能，反应速度，氧浓度，耗氧率，离子强度，催化行为，粘结强度，密度，几何尺寸，频率，声波速度，声波频率和强度谱分布，声强，声吸收，声学共振，内压，硬度，体积，表面积，剪切强度，拉伸强度，断裂应力，附着力，机械共振频率，弹性，塑性或可压缩性。

在一些检测仪的实施例中，通道不同部分的形状和尺寸可以相同或不同；通道的宽度范围从1纳米到大约1毫米，通道可以是直的，弯曲的或倾斜；通道的内壁有一圆形，椭圆形或多边形空间；通道的内壁定义了一个圆形或矩形空间；通道是一个圆形的纳米碳管。

在一些检测仪的实施例中，纳米碳管的直径范围从大约0.5纳米到大约100纳米，长度范围从5.0纳米到大约10毫米。

在一些检测仪的实施例中，通道的内壁上具有至少一个凹槽，凹槽可与探测或检测器件在同一部分。凹槽可以是一个立方空间或倾斜的空间；凹槽的深度范围可以从约10纳米到约1毫米。

在一些检测仪的实施例中，在生物样本通过探测微型器件之前或之后，分配的流体注入到通道中，以帮助流体的运动或生物样本在通道内的分离。分配的流体经由与通道内壁开口连接的流体通道注入到通道中。

在另外一些全新的实施例中，清洗液可用于清洗检测仪，特别是在检测仪中的狭小空间中，生物残留和沉淀（如作为样品使用过的干了的血夜和蛋白）可能积累和阻碍这些空间。这种清洗液所需的性质包括，例如，低粘度、溶解生物残留和沉淀的能力。

检测仪可用来检测多于一种的生物样本的疾病，通道中包括一个器件，可以根据生物样本同一性质的不同水平而将多个生物样本分离。用于分离或者分配的器件可以是，例如狭缝，并根据如表面电荷等性质将生物样本分离或者分配。

检测仪可以进一步包括一个过滤器件，用于去除待测生物样本中不相关的物体。

生物样本可以是端粒DNA、DNA、RNA、染色体、细胞亚结构、细胞、组织、蛋白、病毒、血液、尿液、汗水、眼泪或唾液。

在一些实施例中，检测仪可进一步包括生物样本输送单元、通道、数据存储单元、中央控制单元、生物样本循环单元、废弃物处理单元、预处理单元、信号处理单元、或处理工作单元。所有附加的部分可以集成于单个器件上，或沿着输送系统、探测和检测探针方向的板上。预处理单元可包括样品过滤单元、输送单元用于输送所需离子、生物组分或生物化学组分；充电单元、常压输送单元和样品预探测干扰单元。样品过滤单元可包括入口通道、扰流通道、加速腔与狭缝。信号处理单元可包括放大器、锁相放大器、模数（模拟到数字、或交流到直流）转换器、微型计算机、机械手、显示屏和网络连接。信号处理单元可以收集多于一种的信号，同时收集多路信号，同时收集不同位置的信号。信号可以通过相互整合消除噪声，或通过增加信号强度以提高性噪比。收集到的信号也可通过锁相放大器处理货提高信噪比，以此提高检测的灵敏度和重复性。

在该检测仪的一些实施例中，生物相容的流体注入扰流通道以分离生物样本，或生物相容性流体注入到流体通道的入口，扰动并送至在入口通道侧壁的开口处。生物相容性流体包括盐水，水，富氧液体或血浆。

在检测仪的一些实施例中，入口通道与扰流通道之间的夹角范围从约0至约180度，约30至约150度，约60至约120度，或约75至约105度，或约90度；每个通道的范围从1纳米到约1毫米；并且至少一个通道包括一个探测器件，探测器件连接到通道的侧壁，其中该探测器件能够测量生物样本在微观尺度上的电学、磁学、电磁学、热学、光学、声学、生物学、化学、机电学、电化学、电化学机械学、生物化学、生物机械学、、生物机电学、生物电化学、生物电化学机械学、物理学、力学或它们的组合。样本过滤单元可以包含一个入口通道，生物相容的微型过滤器，或出口通道。

在检测仪的一些实施例中，生物相容的微型过滤器可以过滤至少一个基于以下的属性：物理尺寸、硬度、弹性、剪切强度、重量、表面形貌、光学、电光学、声学、热学、化学、物理学、力学、电学、生物学、生物化学、生物物理学、生物机械学、生物电学、生物热学、生物化学机械学、生物机电学、生物光学、生物电光学、生物化学光学、电化学、电学、磁学、电磁学、机电学、电化学机械学和电化学生物学性质。

在一些实施例中，至少一个通道包括至少两个探测器件连接到该通道的侧壁，探测器件可以测量生物样本在微观水平的电学、磁学、电磁学、热学、光学、声学、生物学、化学、机电学、电化学、电光学、电热学、电化学机械学、生物化学、生物机械学、生物光学、生物热学、生物物理学、物理化学、生物物理机械学、生物机械学、生物机电学、生物电化学、生物电化学机械学、物理学、力学或它们的组合。

在该检测仪的一些实施例中，充能单元向生物样本补充养分和呼吸气体。养分可以包括生物相容性强或弱的电解质、氨基酸、矿物质、离子、氧、富氧液、静脉滴注、葡萄糖或蛋白质；呼吸气体包括氧气。

在一些实施例中，被测试的生物样本包括血液、尿液、唾液、泪液、生理盐水或汗液。

在一些实施例中，该信号处理单元包括放大器、锁相放大器、一个模数转换器、微型计算机、机械手、显示屏、或者网络连接。它可以收集一种以上的信号，而信号可以被集成以减少（如，取消）噪声，提高信噪比。

另一方面，本发明提供另一种检测仪，进行生物样本的疾病检测。每个该检测仪包括发射腔，发射腔以所需的速度和方向发射检测对象，检测单元，检测部件，以及输送待测生物样本和探测物的通道。

在检测仪的一些实施例中，发射腔包括一个活塞，用于释放探测对象，和将探测对象定向的通道。

在一些实施例中，检测单元和检测部件能够在微观尺度上测量电学、磁学、电磁学、热学、光学、声学、生物学、化学、物理化学、机电学、电化学、电光学、电热学、电化学机械学、生物化学、生物机械学、生物物理机械学、生物光学、生物热学、生物物理学、生物机电学、生物电化学、生物电光学、生物电热学、生物机械光学、生物热机械学、生物热光学、生物电化学光学、生物光机电学、生物电热光学、生物电化学机械学、物理学、力学性质，或其组合。

另一套用于检测生物样本疾病的检测仪如同本发明提供的一样，其制备方法如下，包括：提供一衬底；依次淀积第一材料和第二材料至衬底上形成两层的材料堆栈；图形化第二材料形成的第一所需特征；淀积第三材料在材料堆栈上，以覆盖第二材料；可选择地，图形化第一材料和第三材料形成第二所需特征；可选择地，淀积第四材料至材料堆栈上；其中检测器件可与生物样本互动，产生响应信号。若需要的话，为了加强检测仪的功能、部件的密度如检测仪中的探测器密度和仪器的测量速度，以上一个或多个步骤可以重复。在一个实施例中，上述流程可以重复以形成垂直堆叠，多种类似特征的多个层（组件），能够以可观的速度和效率同时测量许多生物样本。这将是有用的，例如，对于检测循环肿瘤细胞（CTCs），其通常存在在于非常低的浓度（例如，十亿分之一）。

在一些实施例中，这些用于制造检测仪的方法中，第二材料可采用微电子工艺图形化。

在一些实施例中，这些用于制造检测仪的方法中，第一材料和第三材料可以是相同的或不同的。

在一些实施例中，这些用于制造检测仪的方法中，第一材料和第三材料通过对第二材料具有选择性的光刻和蚀刻工艺实现图形化，以在第三和第一材料层形成至少一种沟槽性质的类型。

在一些实施例中，这些用于制造检测仪的方法中，制造方法可以进一步包括封盖材料堆栈的顶部以形成一个封闭的沟槽。封闭的沟槽可以，例如，用于观察和记录生物样本的行为和特征。覆盖可以包括，如，将第二器件放置于材料堆栈的顶部，其中第二器件可以是一个与被覆盖的检测器件相同的器件、一块玻璃或水晶、或一个选自下列的功能器件：图像器件，传感器（如，光学传感器），存储部件，信号传输部件，逻辑处理部件，数据存储电路，信号传输，接收和处理电路。

在一些实施例中，这些用于制造检测仪的方法中，第一特征和第二特征是选自下列：分隔腔、连接通道的腔、通道、探针发生器（探针）、检测探针、互连线电连接、光传输线、压电光子线、压电光电池线、和压电线。例如，分隔腔可以用于预处理生物样本，为进一步测试提高患病的生物样本浓度做初步筛选，连接通道的空腔用于预处理和检测，通道可以通过生物样本，探头发生器（探针）可用于生成探测和干扰信号，出发生物样本的响应信号，检测探针可用于测量生物样本的性质和响应信号，电互连线可以传输信号，光传输线可以传输信号，压电线可以利用压电效应来探测生物样本。

在一些实施例中，这些用于制造检测仪的方法中，第二材料使用光刻和对第一材料具有选择性的蚀刻工艺实现图形化，形成所需的部件如检测探头。

在一些实施例中，这些用于制造检测仪的方法中，第一和第三材料使用光刻和对第二材料具有选择性的蚀刻工艺图形化，在第三和第一材料层中形成沟槽性质的至少一种类型，第二材料合理的与沟槽侧壁对齐。

在一些实施例中，这些用于制造检测仪的方法中，第四材料比第三材料薄。

在一些实施例中，第二和第四材料形成检测探针。

在一些实施例中，第二和第四材料分别形成一个探头和一个探测器。

在一些实施例中，检测仪可以进一步包括用于观察和记录生物样本的行为性质的成像装置。

在一些实施例中，该装置还包括一个带空腔的预处理单元，可以预筛选和提高待测生物样本，还包括携带流体样品流动的通道，探测和扰乱生物样本生成响应信号的探测探针，检测生物样本的响应信号的性质的检测探针，和成像设备、相机、观测台、一个声学探测器、热探测器、离子发射探测器或温度记录仪观察和记录生物样本的行为性质。

在一些实施例中，该装置还包括一个存储单元、信号传输组件、一个逻辑处理组件或数据储存电路，用于信号传输、信号接收或信号处理。这些额外的设备可以采用微电子工艺在淀积第一材料的衬底上制备。

在一些实施例中，检测仪典型的通道尺寸范围可以从约2微米×2微米至约100微米×100微米的横截面为方形通道、矩形通道，半径范围从约1微米至约20微米的横截面为圆形的通道。典型的探针为尺寸范围从约0.5微米×0.5微米至20微米×20微米，其横截面为方形的探针。

在一些实施例中，检测仪可能具有的典型的通道为尺寸范围从约6微米×6微米至约14微米×14微米，横截面为方形的通道，半径范围从约3微米至8微米，横截面为圆形的通道，和典型的探针为尺寸范围从约0.5微米×0.5微米至10微米×10微米的横截面为方形的探针。

在一些实施例中，第一材料和第四个材料各自包括未掺杂氧化物（SiO2），氮化硅，掺杂的氧化物，高分子材料，玻璃或绝缘材料。可选择性地，上述材料可涂覆有至少一种涂层材料以改善兼容性（生物样品与检测仪和生物样品接触的表面之间）、易清洗性，设备的可靠性和寿命。

在一些实施例中，第二材料和第三个材料包括导电材料如铝、铝合金、铜、铜合金、钨、钨合金、金、金合金、银、银合金、导电聚合物、纳米碳管或压电材料。压电材料的例子包括但不限于石英、块磷酸矿、镓、正磷酸盐、磷酸镓、电气石、陶瓷、钡、钛酸钡、钛酸盐、锆酸铅、钛酸盐陶瓷、氧化锌、氮化铝、和聚偏二氟乙烯。

而在另一些实施例中，第二材料和第四个材料包括导电材料或压电材料。导电材料的例子包括，但不限于，铝、铝合金、铜、铜合金、钨、钨合金、金、金合金、银、银合金；而压电材料的例子包括但不限于、石英、磷酸铝、镓、正磷酸盐、磷酸镓、电气石、陶瓷、钡，钛酸钡、钛酸盐、锆酸铅、钛酸盐陶瓷、氧化锌、氮化铝、和聚偏二氟乙烯。

在检测仪的一些实施例中，该检测器件包括至少一个探针，至少一个检测器，或至少一对探针和检测探针，其发送一个探测或干扰信号到生物样本，使生物样本产生一个响应信号，检测器测量由此产生的响应信号。

在检测仪的一些实施例中，第二材料通过微电子制程图形化，形成第一所需特征；第一材料和第三材料可选地由微电子工艺图形化，形成第二所需特征；第一材料和第三个材料可以是相同的或不同的。

在一些实施例中，用于制造检测仪的方法还包括覆盖材料堆栈的顶部形成一个封闭的沟槽，沟槽用于待测样品的运输或用作检测端。

本发明应用的关键新颖点是微器件的设计与制造流程以及在微观尺度和三维空间内用微器件接触和测量生物样本（例如，一个单细胞或单个生物分子如DNA或RNA）的性质的用法。微器件的微探针以三维的方式排布，特征尺寸小至细胞、DNA、RNA，并能够捕获、排序、探测、测量、通信、移动、接触、切割、操纵或修饰生物样本。

本发明的另一方面涉及用于制造微器件的方法。该方法包括在衬底上淀积各种材料，在每两个材料淀积的间隔中，用微电子技术和相关的制程图形化材料。其中微器件能够在微观水平上测量所接触的生物样本的电学、磁学、电磁学、热学、光学、压电学、电光学、压力光电池学、压电光电池学、声学、生物学、力学、化学、物理学、物理化学、生物化学、生物物理学、生物力学、生物电学、生物光学、生物热学、生物机电学、电化学、电光学、电热学、电化学机械学、生物化学、生物机械学、生物光学、生物热学、生物物理学、生物机电学、生物电化学机械学、微机电学性能，或它们的组合。

另一方面，本发明涉及一种微器件的制造方法，包括在衬底上淀积第一材料，通过微电子工艺图形化第一材料，形成至少一个部分图形化的剩余物，并使部分衬底表面不被第一材料覆盖。将第二非导电材料淀积至第一材料和衬底上，在第二材料制造一个开口，露出图形化后剩余的部分第一材料，将第三材料填入第二材料开口。在实施例中，微电子工艺包括薄膜淀积、光刻、蚀刻、清洗或化学机械抛光。

但另一方面，本发明提供了用于制造微器件的方法，包括在衬底上淀积第一材料；在第一材料上淀积第二材料，然后用微电子技术图形化第二材料或；重复第二步至少一次，使用一种可与第一或第二材料相同的或不同的材料。在一些实施例中，至少一个用于制造微器件的材料是压电材料或导电材料。

在一些实施例中，多个微型器件可以配对、连结、连接，并通过物理或电结合方法构成了更先进的器件。

在一些实施例中，本发明的仪器可以集成到一个单一装置中（例如利用半导体工艺技术）或封装到一块板上（例如利用计算机封装技术）。

在一些实施例中，制造由微电子工艺制作完成（例如，用化学气相淀积，物理气相淀积或原子层淀积，淀积各种材料到衬底上作为绝缘体或导体或半导体；用光刻和蚀刻或化学机械抛光，将图形从设计转移到结构；化学机械抛光以平坦化，化学清洗以去除颗粒；热脉冲退火以减少晶体缺陷；扩散或离子注入以将特定元素掺杂至特定层）。在一些实施例中，平面化通过化学抛光、机械抛光或化学机械抛光实现。

在另一些实施例中，该方法进一步包括湿法蚀刻、离子体蚀刻或通过气相蚀刻去除一个堆栈的多层材料。

在一些实施例中，该微型装置可以向任何方向移动。例如，两个微型器件可以在相反的方向移动。

在一些实施例中，该微器件的制备是如此图形化的，它是能够捕获、排序、探测、测量、通信、控制、接触、移动、限制、切割或修饰一个生物样本；或者它可以透过细胞膜。

本发明的另一方面涉及制备检测生物样本疾病的器件或仪器的方法，其中包括提供衬底，依次淀积第一材料和作为两个不同的层在衬底上形成一个材料堆栈的第二材料，用微电子工艺图形化第二材料，形成一个第一特征，在材料堆淀积第三材料，可选的图形的第一和第三材料的微电子工艺形成第二所需特征，和可选的将第四材料淀积到材料堆栈。上述一种、一些或所有的制程和流程可以重复以产生额外的相同的、变化的或不同的结构，其包括但不限于运输生物样品的通道，加工、处理或测量生物样品的腔，探测器，检测器和其他部件。

在一些实施例中，该方法进一步包括的制造（利用的工艺，包括但不限于淀积，图形化，抛光，清洗）附加元件到衬底上的步骤。依次淀积第一材料和第二材料层在衬底上，所述附加组件包括数据存储组件，一个信号处理部件，存储器存储组件，信号传输部件（接收和发送信号），逻辑处理部件或RF（射频）组件。

在另一些实施例中，该方法进一步包括在衬底上制作至少一个电路。依次在衬底上淀积第一材料和第二材料层，该电路包括数据存储电路，信号处理电路，存储电路，信号发射电路或逻辑处理电路。

在另一些实施例中，本发明的方法进一步包括使用化学机械抛光工艺或回蚀刻工艺平坦化第三材料的一个步骤，该步骤在第三材料到材料堆栈之后，图形化第一和第三材料之前。

适合的微电子制程的例子包括，但不限于通常用于在微电子工艺中的薄膜淀积、光刻、蚀刻、抛光、清洗、离子注入、扩散、退火、和封装。

第一和第三材料可以是相同的或不同的。他们可以是，例如，电绝缘材料、如氧化物、掺杂的氧化物、氮化硅、碳化硅、氧化铝或聚合物。

第二材料可以是导电材料、压电材料、压电材料的压电光电池、光电材料、半导体材料、热敏感材料、光学材料、压力敏感材料、离子辐射敏感材料，或任何组合。例如，第二材料可以是铜、铝、钨、金、银、玻璃、铝合金、铜合金、钨合金、金合金、银合金、石英、磷酸铝、镓、正磷酸盐、磷酸镓、电气石、陶瓷、钡，钛酸钡、钛酸盐、锆酸铅、钛酸盐陶瓷、氧化锌、氮化铝、和聚偏二氟乙烯。

在一些实施例中，第一所需特征可以是探针，而第二所需的特征可以是一个凹形，或在第一和第三材料层形成的沟槽。

其他一些实施例中，本发明的方法进一步包括淀积第四材料到材料堆栈，然后图形化第四材料以形成一个凹陷区域，如在选定的位置的通孔。此外，可选的，额外的材料层可以增加和加工形成额外的功能和组件。

在另一个实施例中，本发明的方法进一步包括使用湿法或气相蚀刻的步骤去除材料堆栈上的第三材料，形成第四材料和衬底之间的检测腔。此外，还包括以下步骤：用湿法或气相蚀刻从材料堆栈去除第一材料，形成沟道蚀刻。通道可以连接形成检测腔和附加腔，用于输送生物样品。

在另一个实施例中，本发明的方法进一步包括密封或覆盖材料的堆栈的顶部形成一个封闭的沟槽的步骤。在这一步的一个例子，通过加在材料堆栈上的附加装置去密封或覆盖该材料堆栈顶部。这样一个附加装置的例子包括，但不限于，成像设备，通信设备，和检测探头。上面说的加在堆栈材料顶部的装置包括光学装置，成像设备，照相机，观测台，声波探测器，压电检波器，压电式光电探测器，压电光电池探测器，电学传感器，热探测器，离子发射探测器和温度记录仪。

在另一方面，本发明提供了用于检测或治疗疾病的微器件，包括第一微传感器用于在微观水平检测生物样品的性质，和一个内壁，其定义了一个通道，所述微传感器位于微器件的内壁并在微观水平检测生物样品的性能，生物样品在通道内被运输。该通道包括半径尺寸范围从0.5微米到80微米的圆形通道，边长从1微米到50000微米的矩形通道。要测量的属性，例如，可以是一个电学、磁学、电磁学、热学、光学、声学、生物学、化学、生物物理力学、物理化学、机电学、电子学、电光学、电热学、电化学机械学、生物化学、生物机械学、生物光学、生物热学、生物物理学、生物机电学、生物电化学、生物电光学、生物电热学、生物机械光学、生物机械热学、生物热光学、生物电化学光学、生物机电光学、生物电热光学、生物电化学机械学、物理学、力学性能，或它们的组合

在一些实施例中，第一微传感器、微器件由微电子技术制造的。例如，第一微型传感器可制造成微型装置内壁的一部分，或第一微传感器独立制作，结合在微器件的内壁。

在一些实施例中，每个微器件还包括一个读取电路，其与微传感器相连并将数据从第一微型传感器传输至一个记录装置。读取电路和第一微传感器之间的连接媒介是数字（例如编码或解码技术）、模拟（例如，通过电子或质子的运动或无线电）、光学的、电学的或力学的（例如一个纳米线）。

在一些实施例中，每个微器件可以进一步包括至少一个额外的微传感器其与第一微传感器邻近并位于相同的内壁，其中至少有一个额外的微传感器由微技术工艺制造。例如，每个微型器件可进一步包括至少三个（例如5、8或15）额外的微传感器，其与第一微传感器邻近并位于相同的内壁，其中有至少三个额外的微传感器由微技术工艺制造。这些微型传感器可以安排成一组或至少两组（以一定的几何顺序）。

在一些实施例中，每两个传感器可以检测到生物样品的相同或不同的属性，或者他们可以执行相同的或不同的功能。例如，至少一个微传感器可以是一个探测传感器并对生物样品施加干扰信号，而至少另一个微型传感器仅在微观层面检测生物样品的信号或性质（无论该生物信号是否已被探测传感器探测或干扰）。

在一些实施例中，微传感器被制备在一个平板上并暴露于由微器件内壁定义的通道。

在一些实施例中，本发明的每个微器件具有对称的内部或外部结构。例如，微型装置可以有一个椭圆形、圆形、六角形、三角形、方形或矩形的内部结构或通道。

在一些实施例中，本发明的微型装置有一个方形、椭圆形、圆形、六角形、三角形或矩形的内部通道和内壁四侧。在一些实施例中，所有的微传感器可位于内壁的一侧或相对的两侧。

一些实施例中，本发明的微型装置包括两个平板，至少一个平板是由微电子技术制作，并包括微传感器和读取电路，其中微传感器位于平板的内壁，平板和微器件的其他内壁共同定义了微器件内部通道。

在另一些实施例中，本发明的微型装置还包括两个微型柱，放置在两个板之间并与它们接合，其中每个微柱可以是实心的、中空或多孔的，并且，可选择地，由微电子技术制造。例如，微型柱可以是实心的，其中至少有一个微型柱包含一个由微电子技术制作的微型传感器。在微柱中的微传感器可以检测到与在平板上的微传感器检测到的相同或不同的性质。例如，在微柱中的微传感器可以作为探测传感器，对待侧生物样品施加探测或干扰信号，而在一个面板的微传感器不提供一个干扰信号，仅检测生物样品在微观水平的性质。

在一些实施例中，至少一个微柱包括至少两个由微电子技术制造的微传感器，并且至少两个微传感器的每两个位于柱中，使得在每两个柱中传感器之间的位置的平板上放置有一个微传感器阵列。例如，至少一个平板包括至少两个微型传感器，设置在至少两个阵列，每个阵列被至少一个柱中的微传感器隔开。或者，至少一个平板上的微传感器阵列可以包括两个或多个（例如，4、9或16）微传感器。

两个传感器在微型柱中间隔的距离范围从0.1微米到500微米、从0.1微米到50微米、从1微米到100微米、2.5微米到100微米、5微米至250微米。

在一些实施例中，本发明的微型装置包括两个平板，每个平板都包括至少一个微传感器和读取电路，其中微传感器位于每个平板的内壁，平板的内壁与微型装置的其他内壁一起定义了微器件中的内部通道。例如，每个平板可以包括至少两个微传感器，排列成一个阵列。

微型装置可进一步包括两个微型柱，放置在两个平板之间并与它们接合，其中每个微柱可以是实心的、中空的或多孔的，并可选择地，由微电子技术制造。例如，微型柱可以是实心的，其中至少有一个由微电子技术制作的微型传感器。

与一个平板上的微传感器相比，在微柱的微传感器可以检测一个与之相同或不同的性质。例如，在微柱的微传感器可以对待侧生物样本施加一个探测信号，引发生物样品反应并产生一个信号。

在另一些实施例中，至少一个微柱包括至少由微电子技术制造的两个微传感器，每两个传感器在微柱中放置为，使平板上一个微传感器阵列位于每两个柱中的传感器之间。

在另一些实施例中，至少一个平板包括至少两个微型传感器，它们排成至少两个阵列，每个阵列被至少一个柱中的微传感器隔开。在一些实施例中，至少在平板上的一个的微传感器阵列包括两个或多个微传感器。

在一些进一步的实施例中，本发明的微型器件包括：

两个面板，至少其中之一是由微电子技术制作，包括微传感器和读取电路，微传感器位于面板的内壁，板的内壁和微器件的其它内壁一起定义了微器件内部通道；

两个微型柱，放置在两板之间并与它们粘合，其中每个微型柱是实心的，中空，或多孔的，并且可选地，用微电子技术制作；以及

一个专用集成电路芯片，其与一个面板或微柱内部粘结或整合，并且其连同微器件的其他组件一起定义了微器件内部的通道。

在这些实施例中，一个微型装置可进一步包括光学装置、压电探测器、压光电池探测器、压电光电池探测器、电探测器、成像设备、照相机、观测台、声波探测器、感温探测器、离子发射探测器或温度记录仪，其中每个整合于一个板或微柱。

每一个微传感器可以是一个热传感器、电传感器、电磁传感器、压电传感器、压光电池传感器、压电光电池传感器、图像传感器、光学传感器、辐射传感器、机械传感器、磁传感器、生物传感器、化学传感器、生物化学传感器或声学传感器。

微型传感器的例子包括热传感器、压电传感器、压光电池传感器、压电光学电子传感器、电传感器、电磁传感器、图像传感器、光学传感器、辐射传感器、机械传感器、磁传感器、生物传感器、化学传感器、生物化学传感器和声学传感器。热传感器的例子包括电阻式温度微传感器、微型热电偶、热二极管和热晶体管和一个表面声波（SAW）温度传感器。图像传感器的例子包括一个电荷耦合器件（CCD）和CMOS图像传感器（CIS）。一个辐射传感器的例子包括一个光电导装置、光伏装置、Pyro电气装置或一个微型天线。一个机械传感器的例子包括压力微传感器、微加速度计、微陀螺和微流量传感器。一个磁传感器的例子包括磁电流的微传感器、磁阻传感器、磁敏二极管和磁敏晶体管。一个生物化学传感器的例子包括一个导电度量装置和电位计量装置。

一些其他的实施例中，本发明的微型器件可进一步包括读取装置，用于接收或传送微型传感器收集的有关生物样品测量性质的数据。

与上述的微器件相关的是用于检测或治疗疾病的微器件的制造方法。每一种方法可以包括以下步骤：通过微电子技术制造第一个板，通过微电子技术制造至少一个微传感器并集成到第一个板，可选择地，提供或制造至少一个微型柱和第二板，粘合第一板，可选的第二板和可选的微柱，其中板的内壁和可选的微型柱的内壁一起定义了微器件的内部通道并且微传感器暴露在内部通道。在这些方法的一些例子中，至少一个微传感器在制作第一板的同时被制作为第一板的一个内部部分。在其他一些实施例中，制造第一板也产生了读取电路，它通过数字，模拟或机械方式连接板中的微型传感器。

同样与上述的微器件相关的是所需目标体的检测方法，每一种方法包含如下步骤：分别从患病主体和无病主体取生物样品，分析两种生物样品，利用本发明的微型装置比较两个生物样品测量其在微观尺度上的性质。要测量的性质可以是，例如，电学、磁学、电磁学、压电学、压力光电池学、压电光电池学、热学、光学、声学、生物学、化学、机电学、电化学、电化学机械学、生物化学、生物机械学、生物物理学、生物热学、生物光学、生物机电学、生物电化学、生物电物理学、生物电热学、生物电光学、生物电化学机械学、物理学或者力学性质，或者它们的组合。

另一方面，本发明提供了用于制造检测生物样本疾病设备的方法，包括：提供衬底，依次淀积第一和第二材料层在衬底上形成材料堆栈，图形化第二材料，可选择地通过光刻和蚀刻工艺或直接刻写的过程，形成第二材料层的凹陷区域，在材料堆栈上淀积第三材料，通过蚀刻后和/或抛光制程去除第二材料上的部分第三材料（回蚀刻，蚀刻后的抛光，或抛光工艺），图形化第三材料，可选择性地通过光刻和蚀刻工艺或直接的刻写过程，在这第三个材料层形成至少部分凹陷区域。将第四材料淀积至堆栈，并通过回蚀或抛光工艺去除第三材料上的第四材料，保持一部分第二和第四材料至少在同一层。

如果需要的话，更多的不同的材料层可以淀积，图形化，清洗，或平坦化以形成额外的结构部件、层、功能和复合物。

第一和第三材料在本发明的方法中可以是相同的或不同的。在一些实施例中，它们是相同的。他们可以是，例如，一个电绝缘材料。第一和第三材料的例子包括，但不限于氧化物、掺杂的氧化、氮化硅或聚合物

在一些实施例中，在第三或第四的材料淀积和处理后，至少有一个以上额外的材料淀积和加工以形成带有检测腔和底部通道的顶层。

第二材料的例子包括，但不限于，导电材料、压电材料、压电光电材料、半导体材料、热敏感材料、压力敏感材料、离子辐射敏感材料、光学材料或其任意组合。

在一些实施例中，一种新的检测器件包括一个用于传输测试样品的检测腔和/或通道，其制作方法包括步骤：淀积第一材料，图形化第一材料（“材料A”）形成至少一个凹陷区，淀积第二材料（“材料B”），通过使用抛光和/或回蚀刻工艺去除第一材料上部的第二材料（“材料B”）使第二材料（“材料B”）在第一材料层的凹区，淀积第三材料（“材料C”）使其覆盖第一材料（“材料A”）和第二材料（“材料B”），图形化第三材料（“材料C”）形成至少一个小于凹陷区域的孔，可选地通过气相蚀刻或湿法蚀刻或加热去除第二材料（“材料B”），形成第一材料层中的封闭的空腔。

除了新颖的微器件和制造它们的制造工艺，这些器件的封装在如下方面也很重要（a）在确保其正确的功能和（b）如何将生物样品并入到（运输到微器件）微器件以作加工、分选、检测、探测、通信，并对这种生物样本进行可能的操纵，修改和治疗。具体来说，制造完成后，微器件通常需要封装以在外界环境中被保护，并且组合使之与外部世界连接（例如，通过电气连接）。

在这个应用中，披露了一组新的设计、结构、工艺、材料，以保护微器件为目标，连接到外部世界，并合理、有效输送生物样品到微器件中。在这方面的一些实施例中，制造后的微型装置可以用封装材料形成一个保护或封装周围的微器件层。封装过程也可以允许在封装材料上形成引脚从而与外部设备连接（例如磁或电连接），例如，数据传输和指令通信。封装材料可以是有机高分子材料、无机高分子材料或模制化合物。

在其他一些实施例中，一种新的腔可以形成在封装层或保护层，其具有至少一个开口连接到微型装置的入口和至少一个其它的开口连接到外部设备如喷射装置。在这种方式中，一个生物样品可以通过开口注入到腔体（例如，通过连接到一个注射器）并通过与微装置入口相连的开口输送到微型装置中。

在其他的一些应用中，一个外部设备如喷射装置，可直接连接到一个入口，或安装在微器件内部，以输送生物样品。在这种情况下，在连接到微器件和外部装置两端，入口是无泄漏的是非常重要的（如注射器）。要做到这一点，一个大高粘度的第一材料可用来密封入口和微型装置之间或外部设备和微型装置之间的接缝和裂缝。它可能是一个坚实的材料或具有很高的粘度的材料。为了确保其稳定性和解决与第一材料和设备可能有的粘连问题，第二材料（例如，一种材料，具有较低的粘度并且当熔体或溶液时具有粘性）可以被应用。这样的材料的例子包括：环氧树脂、粘合剂和胶水。当第二材料是溶液，为了加快其干燥过程，可以进行加热（例如，空气流量在40℃或更高温度下）。

而在另一些实施例中，一种新的检测器件可与至少一个微喷射器和至少一个检测器集成，其中的微喷射器可以将所需物注入到待测生物样本从而使生物样本产生效应，并且检测器检测生物样本的响应。

本发明还提供了检测一个生物样本对信号的动态响应的方法。这些方法包括提供一种包括两个微器件的装置，两个微器件其中之一是探测微器件和另一种是检测微装置，检测微装置与探测微器件具有一定距离；用探测微器件接触生物样本，探测微器件在微观水平上测量生物样本一个性质或给生物样本发送一个激励（干扰）信号；并且，检测微器件通过在微观水平上测量生物样品的性质来测量生物样品的响应。可选择性地，在测量时检测微器件接触生物样本。如何施加上述激励（干扰）信号（例如，加怎样的速度）。信号的幅度大小对于从待侧生物样品获得最佳的和/或最大响应也很重要。例如，当一个热波作为激励（干扰）信号，它从初始值到最终值（例如，从30℃到40℃）的上升速度对最大化生物样品的响应信号有重要影响。

在一些实施例中，激励（干扰）或响应信号是电学、磁学、电磁学、压力光电池学、压电光电池学、热学、光学、声学、生物学、化学、机电学、电化学、电化学机械学、生物化学、生物机械学、生物光学、生物热学、生物物理学、生物机电学、生物电化学、生物电化学机械学、物理学、力学信号，或它们的组合。

在另一些实施例中，在微观层面的性质是电学、磁学、电磁学、压力光电池学，压电光电池学，热学、光学、声学、生物学、化学、机电学、电化学、电化学机械学、生物化学、生物机械学、生物光学、生物热学、生物物理学、生物机电学、生物电化学、生物电化学机械学、物理学、力学性质，或它们的组合。

对于刺激（干扰）信号和响应信号，电学性质包括但不限于表面电荷、表面电位、静息电位、电流、电场分布、电偶极子、双电偶极子、三维电气和/或电子云分布、在染色体及DNA端粒电性能（也被称为粘性末端或DNA末端）电容、阻抗。热学性质为温度、生物制品和分子的振动频率。光学性质的例子包括光吸收、光传输、光的反射、光电性能、亮度、和荧光发射；化学性质为pH值、化学反应、生物化学、生物化学反应、反应速度快、反应能、反应速度、氧浓度、耗氧率、离子强度、催化性能、附加的化学成分、和键合强度。物理性质包括密度、几何形状和尺寸（体积和表面积）。声学性质为频率、声波速度、声波频率和强度谱分布、声强、声吸收、和声学共振。力学性质为内部压力、流速、粘度、硬度、抗剪强度、拉伸强度、断裂应力、附着力、机械共振频率、弹性、可塑性、和可压缩性。生物性质为生物样本的表面性质（如表面形状、表面积、表面电荷和表面化学和生物学性质），在生物样本所处溶液的性质（如pH、电解质、离子强度、电阻率、细胞浓度、和生物的、电学的、物理的性质和化学性质）。测量一个或多个微观层面性质的数据可用于检测疾病例如早期癌症，或用于估计生物样本载体的预期寿命。

在另一些实施例中，该装置进一步包括第三微型器件，其不同于探测微型器件和检测微型器件；第三微器件测量生物样本的一个与探测微器件和微器件测量的相同或不同的性质。

在一些其他的实施例中，该装置还包括一个时钟微装置，其不同于探测微型器件和检测微器件；这种时钟微装置以一个固定的距离被放置在探测微器件与检测微器件之前，并且，作为一个时钟装置，当生物样本经过时具有一个特殊的信号。

在一些实施例中，通过检测微装置记录的数据通过相位锁定技术进行滤波以去除与时钟信号不同步的噪声，从而提高信号的信噪比和提高测量灵敏度。例如，为了提高从生物样品测量的响应信号和降低噪声（干扰），一个模拟信号可以以脉冲的形式（例如，脉冲激光束在所需频率）或交替方式（例如，交流），并且一个锁定放大器可以用于只放大与刺激（干扰）信号频率同步的部分测量信号

本发明的另一方面涉及生物样本的疾病的检测方法，包括提供一种装置，其包括：通道，检测探头，成像设备，存储元件，信号传输部件，信号接收元件，或一个逻辑处理组件，它对生物样本进行预处理以提高其浓度，测量生物样本的性质，可选地，通过通道将生物样本与探测部件接触（探测微器件或探针）触发或引发响应信号，使用检测探针（例如，检测微器件或检测组件）检测从生物样本产生的响应信号，可选地基于响应信号将患病的生物体从健康的生物样本中分离，可选地输送分离后的疑似病生物样本作进一步检查，并分析响应信号、得出诊断结论。生物样本可以是DNA、细胞中的子结构、细胞或蛋白质。

在一些实施例中，本发明的方法进一步包括测量响应信号以及两个生物样本或至少一个生物样本和至少一个非生物样本之间的互动或发生事件。至少两个生物样本在成分类型方面可以不同或相同的。发生在至少两个生物样本之间的互动或事件的例子包括，但不限于，DNA碰撞另一个DNA，一个细胞撞碎另一个细胞，一个DNA碰撞一个细胞，蛋白质与其他蛋白质或DNA撞击蛋白质。发生在至少一个生物样本和至少一个非生物样本之间的互动或事件的例子包括，但不限于，无机粒子碰撞生物样本，有机颗粒碰撞生物样本，或复合粒子与生物样本的碰撞。

响应信号的例子包括，但不限于，电学、磁学、电磁学、热学、光学、压电学，压电光电池学，压力光电池学，声学、生物学、化学、机电学、电化学、电物理学，电光学、电热学、电化学机械学、生物化学、生物物理、生物光学、生物热学、生物电磁学，生物化学物理学，生物机械学，生物机电学，生物电化学，生物电化学机械学、物理学、力学信号，或它们的组合。

本发明的另一方面涉及到生物样本的疾病检测方法。这些方法包括提供一种仪器，这种仪器包括一个预处理单元，至少一个检测装置，一个带有通道连接的分段腔体，一个注射装置（例如把一种探测材料注入到待测生物样本中），以及来自生物样本的测量响应信号，其中探测材料包括有机颗粒，无机颗粒，或者混合物。

本发明的另一方面也涉及到通过探测物和生物样本的的相互作用来进行生物样本疾病检测的方法，包括提供一种仪器，这种仪器包括一个发射腔，一个检测单元，和通道，发射探测物体到生物样本上从而导致探测物和生物样本的碰撞以产生一个响应信号，在碰撞之中和之后记录响应信号。探测物可能包括有机颗粒，无极颗粒，生物样本，或者混合物

本发明的另一方面任然涉及到生物样本的早期疾病检测，这些方法包括以下步骤：收集携带潜在疾病的生物样本的组织或者器官的第一样品，收集不带疾病的第二样本的相同组织或器官的第二样品，利用本发明的仪器单独接触第一和第二样品，并比较第一和第二样品的测量数据。如上所述，本发明的疾病检测仪包含微器件及支撑微器件的衬底，其中微器件可以测量微观水平的电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物学，化学，物理学，或力学性质，或者它们的组合。

本发明还进一步涉及到细胞通信的方法。微器件可以产生人工细微的钙（或者其他成分）振荡，以此来激发细胞内的生物通信。人工信号可以被编码从而和细胞内的蛋白质，细胞核相互作用，最终控制细胞的决定和命运，并相应地在细胞水平对生物样本进行通信，探测，修饰，操控，或者控制，从而可以在细胞水平或早期进行疾病诊断或治疗。

本发明还进一步涉及到决定细胞或者分子的响应信号的方法。该方法包括细胞或者生物分子和本发明的疾病检测仪接触的步骤，检测仪包括第一微器件，第二微器件，及支撑第一微器件和第二微器件的衬底。第一微器件可以测量细胞微观水平的电学，磁学，电磁学，热学，光学，压电学，压力光电池学，压电光电池学，声学，生物学，化学，机电学，电化学，电热学，电光学，电化学机械学，生物化学，生物机械学，生物物理学，生物光学，生物热学，生物机电学，生物电化学，生物电化学机械学，物理学，或力学性质，或它们的组合；第二微器件接触细胞或者生物分子并信号刺激它。

在一些实施例中，该装置进一步包括第三微器件，其能够在微观水平测量与第一微器件所测性质相同的细胞性质，包括电学，磁学，电磁学，热学，光学，压电学，压力光电池学，压电光电池学，声学，生物学，化学，机电学，电化学，电热学，电光学，电化学机械学，生物化学，生物机械学，生物物理学，生物光学，生物热学，生物机电学，生物电化学，生物电化学机械学，物理学，或力学性质，或它们的组合。

在另一些实施例中，细胞依次接触第一微器件，第二微器件，和第三微器件。

在一些进一步的实施例中，该信号是电学，磁学，电磁学，热学，光学，压电学，压力光电池学，压电光电池学，声学，生物学，化学，机电学，电化学，电热学，电光学，电化学机械学，生物化学，生物机械学，生物物理学，生物光学，生物热学，生物机电学，生物电化学，生物电化学机械学，物理学，或力学信号，或它们的组合。

在本发明的仪器的一些实施例中，用于生物样本输运的系统包括至少一个通道，通道内受测生物样本按特定的方向移动；探测和检测装置包括至少一个探测微器件和至少一个检测微器件，至少一个探测微器件位于至少一个检测微器件之前，检测微器件与生物样本的移动方向有关，并且探测微器件和检测微器件被附着在通道的内壁或者外壁上。在另一些实施例中，利用了不同几何形状的多个通道。

在一些实施例的例子中，探测和检测器件包括至少两个可在微观水平测量生物样本相同或不同性质的微器件。电学性质包括但不限于表面电荷、表面电位、静息电位、电流、电场分布、电偶极子、双电偶极子、三维电气和/或电子云分布、染色体及DNA端粒电性能（也被称为粘性末端或DNA末端）电容、阻抗。热学性质包括温度、生物制品和分子的振动频率。光学性质为光吸收、光传输、光的反射、光电性能、亮度、和荧光发射；化学性质为pH值、化学反应、生物化学、生物化学反应、反应速度快、反应能、反应速度、氧浓度、耗氧率、离子强度、催化性能、附加的化学成分、和键合强度。物理性质为密度、几何形状和尺寸（体积和表面积）。生物性质为生物样本的表面性质（如表面形状、表面积、表面电荷和表面化学和生物学性质），在生物样本所处溶液的性质（如pH、电解质、离子强度、电阻率、细胞浓度、和生物的、电学的、物理的性质和化学性质）。声学性质为频率、声波速度、声波频率和强度谱分布、声强、声吸收、和声学共振。力学性质为内部压力、流速、粘度、硬度、抗剪强度、拉伸强度、断裂应力、附着力、机械共振频率、弹性、可塑性、和可压缩性。例如，检测微器件可以测量生物样本微观水平的表面电荷，电势，亮度、荧光发射、尺寸、形状、频率、内压、温度。

在另一些实施例中，通道不同部分的形状和大小可以是相同或不同的；通道的宽度可以是约1纳米～1毫米（例如，1～750纳米、1～600纳米、100～800纳米、200～750纳米或400～650nm）；通道可以是直的、弯曲的或倾斜的；通道的内壁定义了一圆形、椭圆形或多边形（例如，矩形）的空间。

一个合适的通道的一个例子是一个圆形的纳米碳管，它可以有一个直径，例如约0.5～100纳米，和长度，例如5纳米～10毫米。

在一些实施例中，该通道的内壁上具有至少一个凹形，可与探测或检测微器件在同一部分。凹槽可以是，例如，一个立方体空间或倾斜的空间。它可以有一个深度，例如10nm～1毫米。

在另一些实施例中，分配流体可在生物样本通过探测微装置之前或之后注入通道，辅助通道内的生物样本的进行移动或分离。一个合适的分配流体是一种生物相容的液体或溶液，例如，水或生理盐水。流体的分布可以通过一个与通道壁中开口相连接的分配流体通道注入通道。利用这种分配流体可以允许，包括，通道的表面处理（生物样本在此通过）、通道清洗、仪器的消毒以及提高仪器的测量灵敏度。

在其他一些实施例中，清洗液可以用来清洁本发明的装置，特别是生物残留物和沉积物（例如，干了的血或蛋白质，当它们作为或被包括在待测样品中时）容易在装置的狭小空间中积累阻塞。这种清洗液所需的性质包括低粘度和溶解生物残留物及沉积物的能力。例如，当本发明的一个装置用于检测疾病时，某些生物样品，如血液，当被允许干燥时，可能导致狭窄通道的阻塞。清洗溶液有望可以通过溶解生物样品解决这一问题。

在其他一些实施例中，本发明的检测仪可用于检测多个生物样本的疾病，且通道中包括基于生物样本不同水平的相同性质分离或划分这些生物样本的装置。这种分离或划分装置的一个例子是一个狭缝，可以，例如，通过以下性质分离或划分生物样本：其表面电荷，表面化学，表面生物特征和属性，它们的密度，尺寸，或其他性能如电学、热学、光学、化学、物理学、生物学、声学、磁学、电磁学和力学性质。电学性质包括但不限于表面电荷、表面电位、静息电位、电流、电场分布、电偶极子、双电偶极子、三维电气和/或电子云分布、染色体及DNA端粒电性能（也被称为粘性末端或DNA末端）电容、阻抗。热学性质为温度、生物制品和分子的振动频率。光学性质为光吸收、光传输、光的反射、光电性能、亮度、和荧光发射；化学性质包括pH值、化学反应、生物化学、生物化学反应、反应速度快、反应能、反应速度、氧浓度、耗氧率、离子强度、催化性能、附加的化学成分、和键合强度。物理性质包括密度、几何形状和尺寸（体积和表面积）。生物学性质为生物样本的表面性质（如表面形状、表面积、表面电荷和表面化学和生物学性质），在生物样本所处溶液的性质（如pH、电解质、离子强度、电阻率、细胞浓度、和生物的、电学的、物理的性质和化学性质）。声学性质的例子包括频率、声波速度、声波频率和强度谱分布、声强、声吸收、和声学共振。力学性质的例子包括内部压力、流速、粘度、硬度、抗剪强度、拉伸强度、断裂应力、附着力、机械共振频率、弹性、可塑性、和可压缩性。

在其他一些实施例中，本发明的检测仪可以进一步包括一个过滤装置，用于为检测从待测生物样本中去除不相关的对象。

在另一方面，本发明提供了一种获取生物材料的动态信息的方法，每一个方法包括将生物样本（例如，包括但不限于一个细胞，一个细胞的子结构如细胞膜、DNA、RNA、蛋白质或病毒）接触一个装置，其包括第一微器件，第二微器件，以及支撑第一和第二微器件微器件的第一衬底，其中第一微器件能够测量生物样本在微观水平的电学、磁学、电学、热学、光学、声学、生物学、化学、物理学或力学性能，或它们的组合，第二微器件接触生物样本并刺激用一个信号刺激它。

在另一个实施例中，在检测仪器中的微型装置可与诸如细胞、DNA、RNA、病毒生物样本、组织或蛋白质进行通信。此外，微型装置可捕获、整理，、分析、处理和修改诸如细胞、DNA、RNA、病毒、组织或蛋白质的生物样本。具体来说，一个按特定方式排列的微装置阵列可以捕获、整理、探测、检测、通信、操作、移动、接触和修饰DNA结构。

在一些实施例中，该仪器进一步包括第三微器件，其能够在微观水平测量与第一微器件所测性质相同的细胞性质，包括电学、磁学、电磁学、热学、光学、声学、生物学、化学、生物化学，生物物理学、生物电学，生物机械学，生物光学，生物热学，生物磁学，生物电磁学，生物机电学，生物电化学，生物电物理学，生物电光学，生物电热学，生物电化学机械学，物理学、机械学性能，或它们的组合。在另一些实施例中，细胞依次接触第一微器件，第二微器件，和第三微器件。在另一些实施例中，该信号是一个电信号，磁信号，电磁信号，热信号，光信号，声音信号，生物信号，化学信号，物理信号，光电信号，电化学信号，机电信号，生物化学信号，或生物化学机械信号。

在另一方面，本发明提供了一种可选择的用于检测生物样本的动态信息的方法。该方法包括提供一种仪器，该仪器包括一个时钟微型装置，探测微装置，和第一检测微装置，其中探测微装置被放置在时钟微装置和检测微装置之间；将生物样本接触时钟微装置，从而时钟微装置记录生物样本的出现，并可选择地测量生物样本在微观水平上的一个性质；通过被传送到生物样本的周期性探测信号，使生物样本与微探测装置接触；利用检测微装置检测生物样本的响应信号；和处理被检测微装置检测到的信号，检测微装置通过锁相技术滤除信号中与探测信号的频率非同步的信号部分，并放大与探测信号同步的信号。

在这些方法的一些实施例中，时钟微装置和第一检测微装置之间的距离至少为10埃。

在另一些实施例中，该响应信号是一个电学、磁学、电磁学、热学、光学、声学、生物学、化学、机电学、电光学，电热学，电化学、电化学机械学、生物化学、生物机械学、生物电学，生物光学、生物热学、生物物理学、生物机电学、生物电化学、生物电光学、生物电热学、生物电化学机械学、物理学、力学信号，或它们的组合。

在另一些实施例中，第一探测微器件可选地在微观水平上测量一个与第一检测微器件所测性质相同的生物样本的性质。

在一些其他的实施例中，该方法中使用的仪器还包括第二探测微器件，其能够向生物样本发送一个与第一探测微器件发送的信号不同的激励信号。

一些其他的实施例中，该方法中使用的仪器还包括第二检测微器件，可在微观层面上测量生与第一检测微器件所测性质相同的生物样本的性质。

在其他的一些实施例中，电学性质为表面电荷、表面电位、静息电位、电流、电场分布、电偶极子、双电偶极子、三维电气和/或电子云分布、染色体及DNA端粒电性能（也被称为粘性末端或DNA末端）电容、阻抗。热学性质为温度、生物制品和分子的振动频率。光学性质为光吸收、光传输、光的反射、光电性能、亮度、和荧光发射；化学性质为pH值、化学反应、生物化学、生物化学反应、反应速度快、反应能、反应速度、氧浓度、耗氧率、离子强度、催化性能、附加的化学成分、和键合强度。物理性质为密度、几何形状和尺寸（体积和表面积）。生物学性质为生物样本的表面性质（如表面形状、表面积、表面电荷和表面化学和生物学性质），在生物样本所处溶液的性质（如pH、电解质、离子强度、电阻率、细胞浓度、和生物的、电学的、物理的性质和化学性质）。声学性质的例子包括频率、声波速度、声波频率和强度谱分布、声强、声吸收、和声学共振。力学性质的例子包括内部压力、流速、粘度、硬度、抗剪强度、拉伸强度、断裂应力、附着力、机械共振频率、弹性、可塑性、和可压缩性。

在一些实施例中，第一检测微器件记录的数据通过相位锁定技术进行滤波，去除与第一探测微器件或时钟微装置记录的数据非同步的噪声。过滤后的数据可具有更高的信号噪声比。

本发明的另一个创新方面是为在细胞结构水平获得实时的数据和信息而采用的微器件，例如使用微电压比较器，四探针和测量细胞表面或体内电学性质的电路设计，电学性质包括静息电位，局部和全局电场分布，局部和全局电子云分布，电容，以及区分正常细胞和癌细胞的表面电荷，细胞表面电荷的差异是判别细胞是健康或者不健康状态以及据此采取合理处理方式的一个重要因素

例如，可以利用迁徙时间的方法获得生物样品（如细胞,细胞的部分结构，DNA，RNA或病毒）的动态信息，第一个微器件用于向被诊断生物体施加激励信号，然后第二个微器件精确测量生物体的反馈信号。另一种情况，第一个微器件和第二个微器件保持特定距离，然后被测样品从第一个微器件流向第二个微器件。当生物样品从第一个微器件流过时，第一微器件向生物体施加信号，然后第二微器件检测生物体的反馈信号。根据两个微器件间的距离，时间间隔，第一微器件的扰动性质，测量生物体飞行时间的变化，可以得到生物体的微观动态性质。另一种情况，第一微器件用于向生物体施加信号（如电荷），而第二器件探测到的反馈信号作为时间的函数。

本申请另一个新颖的领域是通过微缺口探针和微型探针测量生物体的物理性能（机械性能等），如机械性质包括硬度，抗剪强度，拉伸强度，断裂应力，和其他细胞膜的相关性质，这被认为是疾病诊断的一个关键组成部分。

本发明的另一方面是设计，制造，和整合疾病检测器件中的各种组件。这些组件包括，例如，一个样品容器和输送单元；样品运送通道阵列；中央疾病检测单元包括多个检测探针，中央控制单元包括一个逻辑处理单元，一个存储单元、一个传感器、一个信号发射器、信号接收器和一个专用芯片；以及一个废弃样品的处理单元，在处理单元中使用过的样品可以被处理，回收，再利用处理，或丢弃。

本申请的另一个关键的新颖点是设计、制造、集成微器件的流程，该装置能够在微弱信号的复杂环境和相对高的噪声背景下，对生物系统中很微弱的信号进行高灵敏度的和先进的测量以进行疾病检测。、在本发明中揭示的这些微型器件具有的测量疾病的新能力包括，例如，动态测量，实时测量（如飞行时间测量，并结合使用探针信号和检测响应信号），降低背景噪声的锁相技术，测量非常微弱的信号的四点探针技术，新颖独特的测量生物样本中细胞、生物体（例如，病毒）或分子（例如，DNA或RNA）水平的各种电、电磁或磁性质的探针。例如，为进一步提高测量灵敏度的动态测量，在测量过程中，至少一个应用于待测生物样品的参数或至少一个在周围介质（生物样品驻留其中）的性质是从静态（定值）故意改变到一个动态（例如，一个脉冲值或交替值），或从一个值到一个新的值。作为一种新型的测量例子，施加于生物样品的直流故意改变为交流。在另一个新的实例中，应用于生物样品的恒温转变到一个更高的温度，或脉冲热波（例如，从30℃到50℃，然后从50℃到30℃）。

最后，本发明的另一方面涉及检测生物样本疾病的器件。该装置包括由一个由以下方法制造的检测设备，包括：提供一个衬底；依次在衬底上淀积第一和第二材料作为两层以形成材料堆栈；用微电子制程图形化第二材料的形成第一所需特征；淀积第三材料在材料堆栈上，以叠盖第二材料；可选地，用微电子制程图形话第一和第三材料形成第二所需特征；和可选地，淀积第四材料到材料堆栈。第一材料和第三材料可以是相同的或不同的。该检测器件能够探测待测生物样本和引发响应信号。

在一些实施例中，该制造方法还包括覆盖材料堆栈的顶部形成一个封闭的沟槽。

在另一些实施例中，覆盖包括密封或用加到材料堆栈上的成像装置覆盖材料堆栈栈顶。

一些其他的实施例中，该装置还包括一个预筛选和提高待测生物样本以进行进一步测试的预处理单元（腔），携带流体样品流动的通道，探测和干扰测试生物样本以生成响应信号的探测探针，测量性质和生物样本响应信号的检测探针，或观察和记录生物样本性质和行为的成像装置。

而在另一些实施例中，该检测器件具有典型的通道尺寸范围：方形通道的横截面为约2微米×2微米至约100微米×100微米，圆形通道的横截面半径范围为约0.5微米至约80微米，和方形探针一个典型的探头尺寸范围为约0.5微米×0.5微米至约20微米×20微米。另外，本装置具有典型的通道的尺寸范围：方形通道的横截面为约6微米×6微米至约80微米×80微米，圆形通道的横截面半径范围为约3微米到约60微米，和方形探针一个典型的探头尺寸范围为约0.5微米×0.5微米至约10微米×10微米。

在仍然一些实施例中，第一和第四材料每一个包括非掺杂氧化物（SiO2），掺杂氧化物，氮化硅，聚合物材料，玻璃，或电绝缘材料；第二和第三材料每个包括导电材料，铝，铝合金，铜，铜合金，钨，钨合金，金合金，金，银，银合金，光学材料，热敏感材料，磁性材料，电磁材料，光电材料，压力敏感材料，机械应力敏感材料，离子辐射敏感材料，压电材料，压光电池材料，或压电光电池材料。

其他的实施例中，第二和第四的材料可以与探测器在同一水平，或作为探针和探测器制备，第一和第三材料的每一个包括掺杂氧化物（SiO2），掺杂氧化物，氮化硅、碳化硅、高分子材料、玻璃或电绝缘材料；第二和第四材料包括导电材料（例如，铝、铝合金、铜、铜合金、钨、钨合金、金合金、金、银、或银合金、难熔金属、碳纳米管），光学材料（例如，各向异性光学材料、玻璃、陶瓷、激光增益介质、非线性光学材料、荧光材料、荧光体和闪烁物、透明材料），热敏感材料，磁性材料，电磁材料，压力敏感材料，机械应力敏感材料，离子辐射敏感材料，和压电材料（例如，石英、块磷酸矿、镓、正磷酸盐、磷酸镓、电气石、陶瓷、钡、钛酸钡、钛酸盐、锆酸铅、钛酸盐陶瓷、氧化锌、氮化铝、和聚偏二氟乙烯），压光电池材料，压电光电池材料，光电材料，电热材料。

在另一个实施例中，该检测器件包括至少一个探针，至少一个检测器，至少一对探针和探测器其中探针产生一个探测或干扰（刺激）信号至生物样本引发响应信号且探测器检测由此产生的响应信号。

在其它方面，本发明提供了用微电子工艺制作微型器件或微探测器的方法，可包括淀积，光刻，蚀刻，清洗，直写，分子自组装，激光烧蚀，电子束写入，X射线的刻写，扩散，退火，离子注入，清洗，抛光，平坦化，或封装。

在一些实施例中，该制造微型器件或微检测器的方法包括在衬底上淀积多种材料，在淀积每两种材料的间歇，用微电子工艺图形化部分或全部的淀积材料。制造的微器件或者微探测器可以测量与之接触的生物样本的微观水平的电学、磁学、电磁学、热学、光学、声学、生物学、化学、机电学、电光学，电热学，电化学、电化学机械学、生物化学、生物机械学、生物电学，生物光学、生物热学、生物物理学、生物机电学、生物电化学、生物电光学、生物电热学、生物电化学机械学、物理学、力学性质，或它们的组合。

电学性质为表面电荷，表面电位，静息电位，动态电位，电压，电流，电场分布，电荷分布，电偶极子，电四极，三维电子或电荷云分布，在DNA和染色体端粒的电学性能，电学性质的动态变化，电位动态变化，表面电荷的动态变化，电流动态变化，电场的动态变化，电压的动态变化，电气分布的动态变化，电子云分布的动态变化，电容，阻抗；热学性质包括温度，生物项目或分子的振动频率；光学性质包括光吸收，光传输，光的反射，光电性能，亮度，荧光发射，光电参数；化学性质为pH值，化学反应，生物化学反应，生物电化学反应，反应速度，反应能，反应速度，氧浓度，耗氧率，离子强度，催化行为，粘结强度；物理性质为密度，形状，或者几何尺寸（体积或表面积）；生物学性质为生物样本的表面性质（例如表面形状，表面积，表面电荷，及表面生物化学性质）和所在生物体溶液的性质（例如PH值，电解液，离子强度，电阻率，细胞浓度，生物，电学，物理学，化学性质）；声学性质为频率，声波速度，声波频率和强度谱分布，声强，声吸收，声学共振；力学性质为内压，硬度，体积，表面积，剪切强度，拉伸强度，断裂应力，附着力，机械共振频率，弹性，塑性或可压缩性。

在另一些实施例中，该制造方法包括步骤：

提供衬底；

在衬底上淀积第一材料；

淀积第二材料到第一材料上并用微电子工艺图形化第二材料；

重复第二步至少一次，其材料可以与任何先前淀积的材料是相同的或不同的。

该方法进一步包括通过以下方法去除一个多层材料的堆栈：湿法蚀刻，干法刻蚀，气相蚀刻，直写，烧蚀如激光，或选择性去除（例如，使用局部加热，通过局部离子轰击，或局部声波能量）。

在这些方法中，用于重复步骤的材料可以与第一或第二材料是相同的或不同的。至少一个用于制造微器件的材料是生物材料、生物化学材料、生物无机复合材料、聚合物、压电材料、压光电池材料、压电光电池材料、热学材料、光学材料、光电材料、半导体材料、一个电绝缘材料或导电材料。

制备的微器件有下列一个或多个性质或功能：任何方向移动；可整理、探测、测量、检测、控制、运动、切割、开凿、通信或修改一个生物样本。

该方法还可以进一步包括以下一个或多个步骤：

将第三材料淀积至第二材料上，通过平坦化制程完成对第三材料的图形化；

在第三材料上淀积第四材料，通过微电子制程图形化第四材料；

利用微电子制程、以第四材料作为硬掩模，图形化第三材料；

连接两个制造好的对称设备，从而组成一个带有通道的检测装置或形成一个能够发送一个信号引发生物样响应的探测装置;

将三个或更多的微器件集成以得到增强的带有通道阵列的器件。

该方法进一步可包括以下步骤：

淀积第二材料之前，用微电子制程图形化第一材料产生至少一个图形了的残余并使得衬底表面的至少一部分没有被第一材料覆盖；

在第二材料形成一个开口以暴露部分图形化的残留的第一材料；

在第二材料开口填充第三材料；其中该第二材料是一种非导电材料；

可选地，平坦化第三材料，第三材料留在第二材料中的凹陷区域；

可选地，淀积第四材料；

可选地，创建第四材料的开口；

可选地，选择性充分地去除第三材料，以及充分地保留的第一材料，第二材料和第四材料；以及

可选地，淀积第五材料以密封第四材料的开口。

在上述工艺流程中，第三个材料的平坦化可以利用回蚀刻完成，后面紧跟着抛光或抛光制程。此外，紧随第四材料淀积第三材料的去除可以使用湿法蚀刻，气相蚀刻，或加热完成（如果第三材料的蒸发温度高于其他材料）。

这样得到的微装置可以包括一个微沟槽（或通道），其具有侧壁和嵌入到微沟槽或通道的侧壁上的探针。可选地，每个通道的入口可以为钟形口；每个通道的横截面形状为矩形，椭圆，圆，椭圆或多边形。微沟槽的尺寸范围从约0.1微米至约500微米。

微器件的微沟槽可被一个平板覆盖或耦合两个微沟槽以形成一个或多个通道。平板可以包括硅、锗、二氧化硅、氧化铝、丙烯酸酯聚合物、合金、合成变石、硒化砷、三氧化二砷、氟化钡、铯CR-39、硒化镉、氯化镉、碳酸钙、氟化钙、硫系玻璃、磷化镓、硫、锗、二氧化锗、玻璃代码、氢倍半硅氧烷、冰岛晶石、液晶、氟化锂、透明陶瓷镜片、超导材料、氟化镁、氧化镁、负折射率材料、中子超反射镜、荧光粉、picarin透镜、聚（甲基丙烯酸甲酯）、聚碳酸酯、溴化钾、蓝宝石、暗光适应的Spectralon、反射镜、金属、开口环谐振器、氟化锶、钇铝石榴石、氟化钇锂、钒酸钇、氟锆酸盐玻璃、硫化锌、硫化锌、荧光材料，磷光材料或光电材料。

在另一些实施例中，发明的用于制造微器件或微探测器的方法包括以下步骤：

提供一个衬底；

在衬底上依次淀积第一和第二材料作为两层形成材料堆；

用微电子工艺图形化第二材料形成第一所需特征；在材料堆栈淀积第三材料；

可选地，用微电子工艺图形化第一和第三材料形成第二所需特征；和

可选地，淀积第四材料到材料堆。

这些方法可以进一步包括：

在依次淀积第一材料和第二材料层之前，在衬底上制造至少一个附加组件，所述附加组件包括数据存储组件、信号处理部件、存储器存储组件、信号接收器、信号传输部件、一个逻辑处理组件、数据解码器、一个专用芯片组件或RF组件；或

在依次淀积第一材料和第二材料层之前，在衬底上制造至少一个集成电路，该集成电路包括数据存储电路，信号处理电路，存储电路，信号发射电路，传感器，或逻辑处理电路。另外，上述部件（附加组件包括数据存储组件，信号处理部件，存储器存储组件，信号接收器，信号传输部件，一个逻辑处理组件，数据解码器，应用程序特定的芯片组件，或RF组件）可以在一个单独的衬底作为一个芯片制作，然后与含有材料堆栈的衬底结合或整合（包括腔，通道，和检测元件）。这可以通过使用例如倒装芯片，晶片键合，硅通孔（TSV）技术。

在某些情况下，第一材料和第三材料都是相同的；第一材料和第三材料是电绝缘的（例如，氧化物，掺杂的氧化物、氮化硅、碳化硅或聚合物）；第一材料和第四材料都是相同的；第一材料和第四材料电子绝缘；第二材料或第三材料是一种导电材料、磁性材料、电磁材料、光学材料、热敏感材料、压力敏感材料、离子辐射敏感材料、压电材料、压电光电池材料，压电池材料，、光电材料、电热材料、生物化学材料、生物机械材料或生物无机材料。

在其他一些情况下，第二材料是导电材料、压电材料、压电材料、压电光电池材料、压力光电池材料、光电材料、电热材料、生物化学材料、生物机械材料、生物无机材料、半导体材料、热敏感材料、磁性材料、压力敏感材料、机械应力敏感材料、离子辐射敏感材料、光学材料、或它们的组合。例如，它可能包括铜、铝、钨、金、银、折射率的金属材料、荧光材料、磷光材料、它们的合金或玻璃。

因此制作的探测器能够探测或干扰（模拟）来衡量生物样本；它可能有一个凹形，或一个位于第三和第四材料层中的沟槽。在检测器中，第二种材料可以与在第三和第一材料层形成的沟槽壁对齐。

在某些情况下，该方法可以进一步包括覆盖材料堆栈的顶部以覆盖第三材料并形成一个封闭的沟槽的步骤。作为一个例子，覆盖可以包括密封或用材料的一层去覆盖材料堆栈顶层、成像设备、照相机、一个观测台、一个声音探测器、热探测器、离子发射探测器、压电探测器、压光电池探测器，压电光电池探测器、光电探测器或材料堆栈上的热记录仪。

在其他一些情况下，该方法还可以进一步包括以下一个或多个步骤：

淀积第一材料和第二材料层之前，在衬底上制造至少一个集成电路，该电路包括数据存储电路、信号处理电路、存储电路、传感器、信号发射电路、传感器、或逻辑处理电路；

在淀积第三材料到材料堆栈之后和图形化第一和第三材料之前，使用化学机械抛光制程或回蚀刻过程平坦化第三材料；

采用化学机械抛光制程或回蚀刻制程坦化第三材料形成一个能够检测生物样本检测响应信号的检测器；

淀积第四材料在材料堆上之后，图形化第四材料以在选定的地点形成一个洞；

通过湿法或气相蚀刻去除材料堆栈上的第三材料，形成第四材料和衬底之间的检测腔；

通过湿蚀刻或气相蚀刻或加热从材料堆栈去除第一材料，以形成一个通道；

覆盖材料堆栈的顶部形成一个封闭的沟槽或通道；

利用第五材料密封或覆盖材料堆栈的顶部形成一个封闭的可观察和记录生物样本的通道；或

利用如下装置密封或覆盖材料堆栈顶部，包括成像设备、探测器、光学传感器、一个相机、一个观测台、一个声音探测器、热探测器、电探测器、离子发射探测器、压电探测器、压光电池探测器、压电光电池探测器、光电探测器或材料堆栈上的热记录仪。

在一些实施例中，用于制造本发明微器件的方法包括以下步骤：

提供一个衬底；

在衬底依次淀积第一材料和第二材料层上以形成一个材料堆栈；

用微电子工艺图形化第二材料，以在第二材料中至少形成部分的凹形区域（例如，形成一个探针，检测器或检带有检测子组件的集成单元）；

淀积第三材料到材料堆栈以覆盖第二材料，并通过反蚀刻或抛光制程除去部分在第二材料上方的第三材料；

用光刻和蚀刻工艺图形化第三材料以除去至少一部分第三材料；

淀积第四材料到材料堆栈，以覆盖第二和第三材料，并通过蚀刻或抛光工艺去除部分在第二和第三材料上方的第四材料；

可选地，淀积第五材料，利用第三材料重复上述制程顺序。

在某些情况下，他们还可以包括下列一个或多个步骤：

淀积第一材料和第二材料层之前，在衬底上制造至少一个附加组件，所述附加组件包括数据存储组件、信号处理部件、存储器存储组件、信号传输部件、一个逻辑处理组件、数据解码器、专用芯片组或RF组件；和

淀积第一材料和第二材料层之前，在衬底上制造至少一个集成电路，该集成电路包括数据存储电路、信号处理电路、存储电路、信号发射电路、传感器、数据解码器、专用芯片组件或逻辑处理电路。

衬底可以是硅、多晶硅、氮化硅或高分子材料；第一材料是氧化物，掺杂的氧化物、氮化硅、碳化硅或高分子材料。第二和第四材料可以是相同的（例如，可以都是导电材料、半导体材料、压电材料、压电光电池材料，压光电池材料，、光电材料、电热材料、生物化学材料、生物机械材料、生物无机材料、热敏感材料、离子辐射敏感材料、磁性材料、压力敏感材料、机械应力敏感材料或光学材料）。合适材料的具体例子包括铝、铜、钨、金、银、难熔金属、上述材料的合金、石英、块磷铝矿，磷酸铝、镓、正磷酸盐、磷酸镓、电气石、陶瓷、钡，钛酸盐、钛酸钡、锆酸盐，钛酸铅PZT、、氧化锌、氮化铝、聚偏氟乙烯、荧光材料、磷光材料、光电材料、生物光学材料、生物光电材料。

在更进一步的方面，本发明提供了压电，压力光电池和压电光电池微探测器。每一个微探测器包含衬底，压电材料，压力光电池材料，压电光电池材料，电导材料，既非压电也非导电的材料，其中压电材料，压力光电池材料，压电光电池材料被放置在导体材料和非压电材料，非压力光电池材料，非压电光电池材料，非电导材料之间。非压电材料，非压力光电池材料，非压电光电池材料，非电导材料被放置在衬底和压电材料，压力光电池材料，压电光电池材料之间，其中为探测器可以探测待测物微观水平的性质。

在某些实施例中，部分压电材料,压光电材料或压电光电材料高出微型探测器的其余部分，周围没有其他材料支持或包围。突出的压电材料，压光电材料或压电光电材料可以是，例如层状或棒状，最小长度为一埃。

在某些实施例中，突出的压电材料,压光电材料或压电光电材料的一个轴大致和衬底表面平行。

突出的压电材料,压光电材料或压电光电材料能够在微观水平检测被测样品的某种微观性质。该性质包括被测样品的电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物学，化学，机电学，电化学，电光学，电热学，电化学机械学，光机电学，机电热学，电热光学，生物化学，生物机械学，生物光学，生物热学，生物物理学，生物机电学，生物电化学，生物电光学，生物电热学，生物电化学机械学，生物机械光学，生物机械热学，生物化学机械学，物理或力学性质或它们的组合。例如，电学性质为表面电荷，表面电位，静息电位，电流强度，电场分布，电偶极子，电四极子，三维电荷云分布，DNA和染色体端粒的电性能，电容或阻抗；热学性质为温度，生物样品或分子的振动频率，光学性质为光吸收，光传输，光反射，光电属性，亮度，荧光发射；化学性质为pH值，化学反应，生化反应，生物电化学反应，反应速度，反应的能量，氧浓度，耗氧率，离子强度，催化行为，增强检测灵敏度的化学物质，生化物质或生物添加剂或键合强度；物理性质为密度，形状或几何尺寸（体积和表面积）；生物学性质为生物体的表面性质，包括表面形状，表面积，表面电荷，和表面的生物和化学属性，生物物质溶液的性质（pH值，电解质，离子强度，电阻率，细胞浓度，和生物，电气，物理，化学性质）;声学性质为频率，波速，声波的频率和强度频谱分布，声强，吸音，或声学共振；力学性质为内部压力，硬度，流速，粘度，剪切强度，伸长率，断裂应力，粘合性，机械共振频率，弹性，塑性，或可压缩性。

在某些实施例中，连接压电材料,压光电材料或压电光电材料的导电材料能够将压电材料,压光电材料或压电光电材料的信号传输至检测或记录器件。

在某些实施例中，压电材料,压光电材料或压电光电材料会随着来自被测样品的电性能产生伸缩变化，或者当检测到机械应力时，压电材料,压光电材料或压电光电材料会产生一种电流。

压电材料包括，晶体，陶瓷，氧化锌，氮化铝，聚偏二氟乙烯，钽酸锂，硅酸镓镧，或酒石酸钠钾。合适的晶体的例子包括电气石，黄玉，石英，Rochelle盐，磷铝矿和磷酸镓；而合适的陶瓷的例子包括钛酸钡，KNbO3，Ba2NaNb5O5，LiNbO3,SrTiO3,Pb(ZrTi)O3,Pb2KNb5O15,LiTaO3,BiFeO3,和NaxWO3。

在某些实施例中，导电材料包括导体和半导体。导体包括金属和石墨，半导体材料包括晶体和陶瓷。

在某些实施例中，非压电材料,非压光电材料亦非压电光电材料的材料是湿法刻蚀终止材料。

上文所述的压电，压光电，压电光电微检测器可以利用包括微电子工艺技术制造。因此，本发明提供了压电，压光电，压电光电微检测器的制造方法。每种方法包括如下步骤：

衬底制备；

向衬底淀积第一材料；

可选的平坦化第一材料；

向可选的平坦化的第一材料淀积第二材料；其中第二材料既非压电材料亦非压光电材料，既非压电光电材料亦非导电材料；

图形化第二材料至少在第二材料上形成一个凹陷区域；

淀积第三材料，压电材料，压光电材料或压电光电材料填充第二材料的凹陷区并将第二材料覆盖；

图形化第三材料，在该压电材料，压光电材料或压电光电材料上至少形成一个凹陷区；

向第三压电材料，压光电材料或压电光电材料上淀积第四材料，填充第三材料的凹陷区并选择性的将其覆盖；其中第四材料可以和第二材料是相同或不同的，第四材料既非压电材料亦非压光电材料，既非压电光电材料亦非导电材料；

可选的图形化第四材料形成特定形貌；

可选的向第四可选材料淀积第五材料，其中第五材料和第二材料是相同或不同的，第五材料不同于第四材料，第五材料既非压电材料亦非压光电材料，既非压电光电材料亦非导电材料；

图形化第四材料和可选的第五材料形成一个开口以露出第三材料，压电材料，压光电材料，压电光电材料；

淀积第六材料，利用导电材料填充第四材料和第五材料的开口，选择性的覆盖第五材料。图形化衬底上的所有材料暴露出所有材料，图形化第二材料、压电材料，压光电材料或压电光电材料和第四材料的三明治结构，至少暴露出压电材料的一部分。

如果需要，可以额外增加多层材料（如第七层材料，或第七、第八层材料）重复淀积，图形化，清洗，平坦化过程以形成附加的功能强大的复杂的结构。

在某些实施例中，第二材料和第五材料是湿法刻蚀终止材料。

在某些实施例中，图形化工艺包括光刻和刻蚀。

在某些实施例中，一部分图形化的压电材料,压光电材料或压电光电材料突出于和它连接的其它材料，突出的压电材料,压光电材料或压电光电材料可以是层状或棒状。例如，突出的压电材料,压光电材料或压电光电材料的一个轴大致和衬底表面平行。

另一方面，本发明提供了在微观水平检测被测样品机械或电学性质的方法。每种方法包括如下步骤：提供一种压电，压光电或压电光电微检测器，它包括衬底，压电材料，压光电材料，压电光电材料，导电材料，既非压电材料亦非压光电材料，既非压电光电材料亦非导电材料，其中压电材料，压光电材料，压电光电材料位于导电材料和既非压电材料亦非压光电材料，既非压电光电材料亦非导电材料之间，既非压电材料亦非压光电材料，既非压电光电材料亦非导电材料位于衬底和压电材料，压光电材料，压电光电材料之间；用被测样品接触压电，压光电，压电光电微检测器，其中压电，压光电，压电光电微检测器能够检测与之接触的生物样品的机械，光学或电学性质并将机械，光学或电学性质转换成电学，光学或机械性质，并通过导电材料将电学，光学或机械性质传输至记录器件。

本文使用的词汇“或”包括“和”的意思，同时“和”也有“或”的意思。

本文使用的单数名词包括其得数含义。例如，一个微器件意味着是单个微器件或多个微器件。

本文中的“图形化”是指使材料呈某种特定的物理形貌，包括平板状（因此“图形化”也作“平坦化”）。

本文使用的用于分析，检测，测试和诊断的“生物体”，“生物实体”和“生物样品”都是本专利涉及的检测仪的被测物质。可以是单个细胞、单个生物分子（例如DNA、RNA或蛋白质）、单个生物体(例如单个细胞或病毒)、任何生物体的足够小的基本单元或组分或是带有疾病或不正常生物体器官或组织的样品。

如本文所用，术语“疾病”与“紊乱”是可以互换的，一般是指生物体（例如，一个哺乳动物或生物物种）的任何异常微观性质或条件（例如，一个物理条件）。

这里的“生物体”一般指哺乳动物，例如人。

本文涉及的“微观层面”是指用于检测分析的生物体是微观的，可以是一个单细胞或单个生物分子（例如DNA、RNA或蛋白质）、单个生物体（例如单个细胞或病毒）或其他足够小的生物单元或组分。

本文涉及的“微器件”，“微型器件”乏指各种材料，性能，形状，复杂性和集成度。这个词汇通常指单一的材料或是具有多个子单元和多种功能的复杂器件。本发明的复杂性体现在一个很小的具有特定属性的颗粒却拥有多个相当复杂的具有多种功能的子单元。例如一个简单的微器件可以是一个直径100埃（A）大小的球形颗粒，具有特定强度，特定的表面荷和吸附在表面的特定有机物。一个较复杂的微器件大约1毫米大小，带有传感器，计算器，记忆单元，逻辑单元和切割工具。前面讲的颗粒可以通气相或胶体沉积形成，而集成多个组件的器件可以通过集成电路制造工艺完成。

本发明中所使用的微器件的尺寸（例如，直径）范围可以从约1埃到约5毫米。例如，可以是从10埃到100微米用于生物分子、生物体或任何小的组分例如细胞结构、DNA或细菌。或者，尺寸范围在1微米到5毫米之间用于相对大些的生物体例如人体器官的一部分。本发明中的微器件可以是直径小于100埃的单个颗粒，具有一特定的表面性质（例如表面电荷或化学涂料），能够优先于吸收或吸附到特定类型的细胞上。

本发明提供了一个生物体疾病检测仪器，其中包括前处理单元，探测和检测单元，信号处理单元和废弃物处理单元。

在某些实施例中，检测仪中的预处理单元包括样品过滤装置，充能装置，恒压输运装置和样品预探测干扰装置。这一过程增加了特定物质的浓度，因此能够使检测仪更有效，更高效地检测目标样品（如癌细胞）。

在某些实例中，过滤装置可以通过物理方法过滤滤除不需要的物质，（例如，基于电荷或物质的大小）或利用化学反应（从而完全消除有害物质）、生物化学反应、电机械作用、电化学反应或生物反应等手段将不需要的物质分离出去。

在一些实例中，样品过滤单元可以包括一个入口通道，一个流体分布通道，加速腔，一条狭缝。缝隙和通道入口的内墙定义两个通道（例如，一个顶部通道和底部通道），其中生物样品由于属性（例如，电学或物理学性质）的差异而分开。

在某些实例中，可以将一种具有生物兼容性的液体注入到有干扰液的通道内，用于生物样品的分离。例如，生物兼容性液体可以从带有干扰液的通道入口注入，然后输运到通道入口侧壁的开口处。生物兼容性流体可以是液体或半液体，包括盐水、水、等离子体、富氧液体或这些液体的混合。

在一些实例中，入口通道和干扰液通道之间的夹角为0°到180°。（例如30度到150度、60度到120度、75度到105度、或90度）。

每个通道的宽度为约1纳米到1毫米左右（例如，从2纳米到约0.6毫米或10nm左右到约0.2毫米）。

在另外一些实施例中，至少有一个通道包括连接通道的侧壁探测器件，能够在微观水平检测生物材料的电学、磁学、电磁学、热学、光学、声学、生物学、化学、机电学、电化学、电光学、电热学、电化学机械、生物化学、生物机械学、生物光学、生物热学、生物物理学、生物机电学、生物电化学、生物电光学、生物电热学、生物机械光学、生物热力学、生物热光学、生物电化学光学、生物机电光学、生物电热光学、生物电化学机械学，物理学、力学或上述多种学科的结合性质。其中电学性能包括、表面电荷、表面电位、静息电位、电流、电场分布、表面电荷分布、电偶极子、双电偶极子、三维电子或电荷云分布、DNA和染色体端粒的电性质，电容或阻抗;热性能是温度或振动频率;光学性质包括光吸收、光传输、光反射、光电性质、亮度或荧光发射；化学性质包括pH值、化学反应、生物化学反应、生物电化学反应、反应速度、反应能、氧气浓度、耗氧率、离子强度、催化性能、增强信号响应的化学添加剂、生物添加剂、生物化学添加剂，提高检测的灵敏度化学品或生物化学品；以提高检测灵敏度或粘接强度生物添加剂;物理性质包括密度、形状和尺寸（体积、表面积）；生物学性质包括表面的形状、表面积、表面电荷、表面的生物学性质、表面化学性质、生物物质溶液的性质（pH值、电解质、离子强度、电阻率、细胞浓度、或者是某溶液的物理、化学或电气性质）。声学性质包括声波的速度、声波的频率和强度的光谱分布、声强、吸声或声学共振；机械性能是内部压力、硬度、流速、粘度、流体机械性能、剪切强度、延展强度、断裂强度、附着力、机械共振频率、弹性、可塑性或压缩性。

在一些实例中，至少有一个通道侧壁包括至少两个探测器件，并能够在微观层面检测生物样品的电学、磁学、电磁学、热学、光学、声学、生物、化学、机电学、电化学、电光学、电化学机械学、生物化学、生物机械学、生物光学、生物热学、生物物理学、生物电子机械学、生物电化学、生物电光学、生物电热学、生物机械光学、生物机械热学、生物热光学、生物机电光学、物理学或力学性质或它们的组合性质。探测器件可以同时或不同时的对相同或不同性质进行检测。

两个或多个探测器件可以特定的间隔（至少10埃）放置。例如这个特定的距离可以是5纳米到100毫米，10纳米到10毫米，10纳米到5毫米，10纳米到1毫米，15纳米到500纳米。

在一些实施例中，本发明涉及的微型器件包括至少一个探针和至少一个探测器。探针可用于产生探测信号以探测生物样品，探测器可用于探测生物样品对探测信号的响应（信号）。例如，带有至少一个声学探针（如声能转换器或麦克风）和至少一个探测器（如声学信号接收器）的微型器件可用于生物样品的检测。其中，声学探针和探测器可用一种或多种压电材料制造。在该实施例中，首先产生一个声学信号，并通过探针扫描其频率（如，从亚赫级到超过兆赫级）。对产生的声学信号的响应信号由探测器收集，并随后记录、放大（如，通过锁相放大器）、分析。响应信号包括受测生物样品的特征信息。例如，基于被测生物样品的某种性质，检测到的声共振频率，强度，频率和强度谱，或由检测器的强度分布可能表明被测试的生物样品的信息。这些信息包括密度，密度分布，吸收性质，形状，表面性质和生物样品的其他静态和动态的性质。

在一些实施例中，过滤单元包括入口通道、生物兼容性过滤器、出口通道、或以上几种的组合。当生物样品由入口通道通向出口通道时，生物样品大于过滤器孔洞的将被阻拦在出口通道的外面，小于过滤器孔洞的便可以进入到出口通道。生物兼容性液体从出口端注入将堆积在过滤器附近的生物样品冲走。较大的生物样品可以用检测仪的检测器件进行分析。

在一些实施例中，样品预探测干扰单元包括一种微器件，这种微器件内部有一个通道，通道内有一个狭逢，并且可以选择性的在通道的外部放置两个极板。在两个极板上加一个信号，例如电压信号，这个信号也加在流过通道的生物样品上，并且基于生物样品所携带的电荷将样品分离。通道的狭缝和内部通道定义了两个通道，已经分离好的生物样品由此进入并且其性质在此得到微观层面的检测。

在一些实施例中，样品预探测干扰单元对生物实体施加电学、磁学、电磁学、热学、光学、声学、生物学、化学、机电学、电化学、电光学、电热学、电化学机械学、生物化学、生物机械学、生物光学、生物热学、生物物理学、生物机电学、生物电化学、生物电光学、生物电热学、生物机械光学、生物机械热学、生物热光学、生物电化学光学、生物电学机械光学、生物电热光学、生物电化学机械学、物理学或力学或它们的组合信号。这种信号可以施加在上文提到的两个极板上或者采用其他的方法（根据信号的性质选择）。应用的信号可以是脉冲或常量。

在某些实施例中，充能单元向生物体补充养分、呼吸的气体（如氧气）、或是流体。另外，它可以清除生物体的代谢产物。有了这样的装置，生物样品的生命将得到维持和延续，从而得到更加准确，稳定，一致和可靠的检测结果。养分包括生物兼容的强或弱电解质、氨基酸、矿物质、离子、催化剂、氧、富含氧气的液体、静脉滴注、葡萄糖、蛋白质。养分的另一个形式是能够被生物体（例如细胞或病毒）选择性吸收的纳米粒子。

充能系统可以是独立的或在检测仪其他组件的外部。另外，它也可以安装其他组件的内部，例如，探测和检测单位或处置处理单元内。

在某些实例中，信号处理单元由放大器（例如，一个锁相放大器），A/D（或/直流电）转换器，微型计算机，机械手，显示器和网络组成。

在某些实施例中，信号处理单元能够接收一种或多种信号，多种信号的集合以消除噪声或提高信噪比。多信号可以来自不同的位置或是多次信号。

本发明还提供了一种需要在生物体内以高灵敏度检测疾病的方法，包括：从生物体取下部分样品和从一个无病生物体取下部分样品；可选的将生物样品置于生物具有生物兼容性的载体；利用微器件检测样品的微观性质用于分析两种生物样品，该微器件包括在微观水平检测生物样本属性的第一微传感器，和一个由内壁定义的通道，所述的微传感器位于微器件的内壁检测生物样品的微观性质，生物样品在通道内传输；比较两种生物样品的检测量性质。

在一些实施例中，该微器件还包括一个第二微传感器，用于向生物样品或可选的生物样品的载体施加探测信号，从而改变和优化（提升）被测的微观性质。这个过程能够放大或增强检测性质值，从而易于检测和测量，近而提高检测灵敏度。探测信号与被检测的性质可以是同类型或不同类型的。例如，探测信号和被检性质都是电学性质或光学性质和机械性质和热性质。或者，探测信号与被检测的性质可以是，例如，分别是光学性质和电学性质，光学性质和磁性质，电学性质和机械性质，机械性质和电学性质，化学性质和生物性质，物理性质和电性质，电气性质和热性质，生物化学性质和物理性质，生物电机械学性质和热性质，生物化学性质和电学性质，生物化学性质和光学性质，生物化学性质和热性质，生物化学性质和化学性质，生物学性质和电气性质，生物性质和光学性质，和生物性质和热性质。

每个探测信号和被检性质可以是生物样本的电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物学，化学，机械学，化学，光学，电热学，电机械学化学，生物化学，生物机械学，生物光学，生物热学，生物物理学，生物机电学，生物电化学，生物电光学，生物电热学，生物机械光学，生物机械热学，生物热光学，生物电化学光学，生物机电光学，生物电热光学，生物电化学机械学，物理学或力学的属性，或它们的组合。其中电学性能包括、表面电荷、表面电位、静息电位、电流、电场分布、表面电荷分布、电偶极子、双电偶极子、三维电子或电荷云分布、DNA和染色体端粒的电性质，电容或阻抗;热性能是温度或振动频率;光学性质包括光吸收、光传输、光反射、光电性质、亮度或荧光发射；化学性质包括pH值、化学反应、生物化学反应、生物电化学反应、反应速度、反应能、氧气浓度、耗氧率、离子强度、催化性能、增强信号响应的化学添加剂、生物添加剂、生物化学添加剂，提高检测的灵敏度化学品或生物化学品；以提高检测灵敏度或粘接强度生物添加剂;物理性质包括密度、形状和尺寸（体积、表面积）；生物学性质包括表面的形状、表面积、表面电荷、表面的生物学性质、表面化学性质、生物物质溶液的性质（pH值、电解质、离子强度、电阻率、细胞浓度、或者是某溶液的物理、化学或电气性质）。声学性质包括声波的速度、声波的频率和强度的光谱分布、声强、吸声或声学共振；机械性能是内部压力、硬度、流速、粘度、流体机械性能、剪切强度、延展强度、断裂强度、附着力、机械共振频率、弹性、可塑性或压缩性。

在一些实施例中，该属性的变化是从静态到动态的或脉冲的状态，或从一个较低的值到一个更高的值的变化。

在另一些实施例中，为进一步增强检测性能提高微器件的检测灵敏度，探测信号或至少一个被测生物样品的环境设置参数从一个值改变到一个新的值，或从静态到动态。这样的参数或探测信号包括，但不限于，电学，电磁学，光学，热学，机械学，化学，生物化学，物理学，生物电学，生物声学，光学，电光学信号或参数，或它们的组合。具体来说，探测信号的例子和载体的属性包括但不限于，激光强度，温度，催化剂浓度，声能，生物标记物浓度，电压，电流，荧光染料的浓度，在生物样品搅拌量，和流体流速。

具体地说，为了提高检测灵敏度和最大化正常的生物样品和患病的生物样品的信号差异，需要施加使探测信号或生物样品周围的环境参数从一个值变到另一个新的值，或从静态（直流）值变为动态值（交流）。新的值可以被优化以触发生物样品的最大响应。新的值也可以获得增强的正常样品与患病样品之间的信号差异，从而提高检测灵敏度。例如，为进一步提高测量灵敏度进行动态检测，在检测过程中，被测生物样品至少有一个参数或生物样品载体周围的环境至少有一个参数从从静态（常量）值变为动态值（例如，脉冲值或交变值）或从一个值变到另一个新的值。作为一种新型的例子，在测量中，有意的将施加于生物样品的直流电流转变为交流电流。在另一个新的实例中，将加热样品的恒定温度升高到较高水平或利用脉冲热波加热（例如，从30℃到50℃，然后从50℃到30℃）。上述公开的发明方法（动态探测（干扰或激励）信号，优化探测（干扰或激励）值和探测信号的上升速度）也可结合各种锁定技术，包括连接但不限于锁相技术和/或使用与探测信号的频率同步放大的脉冲或交流信号。

可以通过检测仪器检测到的生物样品包括例如血液、尿液、唾液、眼泪、汗水和淋巴液。检测结果表明生物体发生或存在（早期）疾病的可能。

此处所用的“吸收”一词通常是指连接到表面的材料和表面之间的物理结合。而“吸附”是指两者之间更加强劲的化学结合。

此处使用的术语“接触”（如“第一微器件接触生物实体”）包括“直接”（或物理）接触和“非直接（或间接或非物理）接触。当两个主题是“直接”接触，通常是没有衡量的空间或这两个学科之间的接触点的距离，而当他们是在“间接”接触，这些接触点之间的距离有一个可衡量的空间或两个科目。当两个物体直接接触时，在它们的接触面/点没间隙和距离；而非直接接触是指在接触面之间有一个可测量的空隙或距离。

此处提到的“探针”或“探测”除了字面意思外，还意味着向生物体施加一个信号（例如、电、声、磁或热信号），从而刺激生物体，使之产生某种内在的反应。

此处提到的“电学性质”是指被测样品的表面电荷、表面电势、电场、电荷分布、电场分布、静息电位、动态电位和阻抗。

此处提到的“磁性质”是指抗磁性，顺磁性或铁磁性。

此处提到的“电磁性质”是指电场和磁场分布。

此处提到的“热性能”是指温度、凝固点、熔点、蒸发温度、玻璃态转变温度以及热导率。

此处提到的“光学性质”，是指光反射、光吸收、光散射、波长依赖性质、颜色、光泽、光彩、闪烁、散射。

此处提到的“声学性质”是指一个结构内的声音的特点，这个结构决定其回音的质量。通常可以测量声音的吸收系数。详见美国专利No.3,915,016，确定材料声学属性的手段和方法;T.J.Cox等人的《声音的吸收与传播》Spon出版社，2004。

此处提到的“生物学性质”一般包括生物体的化学和物理性质。

此处提到的“化学性质”是指活泼程度、pH值、离子强度、生物样品内部的粘滞强度。

此处提到的“物理性质”是指任何可测量的用于描述给定时刻物理系统状态的性质。生物样品的物理性质包括但不仅限于吸收率、反射率、面积、脆度、沸点、电容、颜色、浓度、密度、绝缘性、电荷、电导率、电容、电阻抗、电场、电势、辐射、流速、流动性、频率、电感、电介质、内阻、强度、照度、亮度、光泽度、延展性、磁场、磁通、质量、熔点、动量、磁导率、介电常数、压力、辐射、溶解度、比热、强度、温度、张力、导热性、流速、速度、粘度、体积、表面积、形状和波阻抗。

此处提到的“机械性质”是指生物体的强度、硬度、流速、粘度、刚性、弹性、塑性、脆性、延展性、剪切强度、拉伸强度、断裂应力、粘性。

此处提到的“导电材料”（或相当于“导体”）是包含可移动的电荷的物质。导电材料可以是金属（如铝、铜、银、钨或黄金）或非金属（例如、石墨、盐溶液、等离子体或导电聚合物）。对于金属导体，如铜或铝，可动电荷是电子（导电）。正电荷也可以以空穴（失去电子的晶格原子）或阳离子的形式移动,例如电池中的电解质。

此处提到的“电绝缘材料”（又称“绝缘体”或“介质”）是指不能流通电流的材料。绝缘材料的原子紧密束缚的价电子。电气绝缘材料的例子，包括玻璃、二氧化硅或有机聚合物（例如、橡胶、塑料或聚四氟乙烯）。

此处提到的“半导体”（也称作“半导体材料”）是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料。例如无机半导体材料包括硅基材料。有机半导体材料包括多环芳烃化合物五苯，蒽，红荧烯等芳香烃;如聚合物有机半导体如聚（3-己基噻吩），聚（对苯乙炔），乙炔及其衍生物。半导体材料是结晶固体（如硅），无定形体（如氢化无定形硅或砷、硒、碲以各种不同的比例混合），甚至液体。

这里提到的“生物学材料”和业内人士说的“生物材料”具有相同意义。在不限制它的意思的前提下，“生物学材料”或“生物材料”一般是天然生成的或是通过多种不同的化学手段利用有机（例如有机小分子或聚合物）或无机化合物（例如金属化合物或陶瓷）在实验室里合成的物质。它们常常可以被用于或是被适用于医疗应用，因此用于组成整个或部分生物体结构或制成能够执行、增强或替代某些自然功能的医疗器件。这些功能可以是良性的，例如用作心脏瓣膜，或者是更具生物活性的带有羟基磷灰石涂层的植入髋关节。生物材料也可以每日用于牙齿方面的应用、手术和药物输送。例如，一个含有药物产品的组件可以被植入体内并在一个较长的时间内延长释放药物。一个生物材料也可以是可被用于移植材料的自体移植物、同种异体移植物或异种移植物。其它在医学或生物医学领域被应用的所有的材料也可以被本发明所利用。

本文中所使用的“微电子技术或工艺”一般包括用于制造微电子器件和光电器件的技术或工艺。包括光刻，蚀刻（例如，湿法蚀刻、干法蚀刻或气相蚀刻）、氧化、扩散、离子注入、退火、薄膜淀积、清洗、直写、抛光、平坦化（例如，通过化学机械抛光）、外延、金属化、工艺集成、仿真或上述工艺的任何组合。关于微电子技术更多的描述详见以下参考资料，Jaeger的《微电子制造简介》Prentice Hall出版社2002第二版；Ralph E.Williams的《现代砷化镓工艺技术》Artech House出版社1990年第二版；Robert F.Pierret的《高级半导体器件原理》Prentice Hall出版社2002第二版；S.Campbell，的《微电子制造科学与工程》牛津大学出版社2001年第二版；上述这些内容都作为本文的引用。

本文中所用的“选择性”，如在“用一种对材料A具有选择性的微电子工艺过程来处理材料B”中，是指该工艺过程对材料B的处理操作是有效的而对材料A是无效的，或者对材料B的作用比对材料A的作用更有效得多（例如，去除材料B的速率比去除材料A的速率大得多，导致了在相同时间去除材料B的量要比材料A多得多）。

本文使用的“碳纳米管”一般指圆柱形纳米结构的碳的同素异形体。更多描述详见by P.J.F.Harris的《碳纳米管科学》，2009年剑桥大学出版。

疾病检测仪通过使用单个或多个整合的微器件提高了检测的灵敏度，特异性和速度，扩展了功能，缩小了尺寸，同时执行多个任务，便于使用并且侵入性低副作用小。可以通过微细加工技术和本专利提出的新技术将能够对生物样品的疾病情况进行全方位性质检测的多个类型的微器件集成为一种疾病检测仪。为了更好的解释和说明用于制造多功能，高灵敏度微型检测器件的微电子技术和纳米技术，下面列举了一些新颖的详细的例子，用于设计和制造高性能微型检测器件的规则和方法是经过严格考究的，涉及到以下工艺的组合，包括但不仅限于薄膜淀积，图形化（光刻和蚀刻），研磨（包括化学机械抛光），离子注入，扩散，清洗，以及各种材料，各种工艺流程和及其组合。

附图说明

图1（a）旨在说明本发明涉及的疾病检测仪中样品的放置，流通和测试。图1（b）和图1（c）说明了疾病检测仪包括多个独立的微型检测器件。

图2（a）是本发明涉及的带有多个微器件的疾病检测仪的剖面透视图。生物样品放置在检测仪内或者从检测仪内流过，样品的一个或多个微观性质可以通过微器件来检测。图2（b）-图2（l）说明了微器件制造的新工艺流程。图2（m）-图2（n）是包括多个独立微器件的检测仪的剖面图。

图3是疾病检测仪的剖面图，该检测仪内多个微器件带有不同的检测探针。生物样品放置在检测仪内或从检测仪流过，微器件检测样品的一个或多个微观性质。

图4是本发明涉及的疾病检测仪的透视图。该检测仪带有两个间距很小的极板，两个极板之间充满被测生物样品，极板内表面的微器件能够在微观层面对样品的一个或多个特定参数进行检测。

图5说明了利用了微电子技术的疾病检测仪的新颖的制造工艺。

图6是利用本专利提出的方法制造的疾病检测仪的透视图。该检测仪能够检测单个细胞的微观性质。

图7是本专利涉及的疾病检测仪的剖面透视图，该检测仪中多个微器件按特定距离放置以高灵敏度，高特异性和高速度进行飞行时间测量，包括不依赖时间的或动态信息。

图8是本发明涉及的包括一系列新颖微观探针的疾病检测仪的透视图，微探针用于检测生物样品（例如一个细胞、DNA、RNA分子、DNA或染色体的端粒、病毒或组织）的多种电磁状态、配置或其他性质。

图9是本发明涉及的疾病检测仪内部新型四探针的透视图，用于检测生物样品（例如一个细胞、DNA、RNA分子、DNA或染色体的端粒、病毒或组织）的微弱电信号。

图10展示了制造用于能在微观水平三维空间捕获，分类，探针，测量和修改生物样品（例如一个细胞、DNA、RNA分子、DNA或染色体的端粒、病毒或组织）的微器件的新工艺。

图11显示了能够检测生物体（例如一个细胞、DNA、RNA分子、DNA或染色体的端粒、病毒或组织）物理性能的一系列微器件的制造工艺，例如与细胞膜相关的机械性质（如，硬度、剪切强度、延展强度、断裂应力）及其他性质。

图12展示了带有两个微探针的微器件是如何工作的，两个微探针施加动力后可以向相反方向移动以探测生物的性质（如细胞膜的机械性质）。

图13说明了疾病检测仪新颖的飞行时间的检测方法，利用了时钟信号发生器和信号检测探头，利用已记录的特定时钟信号，检测到的信号（被检测器件检测到的信号），经过锁相放大器处理的增强的信号增强被测信号。

图14展示了用疾病检测仪检测飞行时间的另一种设置，使用了时钟信号发生器、探测信号发生器、信号探测器和特定的时钟信号、微器件可探测的信号、经过锁相处理技术将信号增强、探测到的反馈信号是时间的函数（反馈信号有时会有延迟）。

图15展示了疾病检测仪另一种新颖的飞行时间检测法，根据生物体各种性质的（如尺寸、重量、形状、电气性能、表面性质）不同，利用微过滤器将生物体分离以供检测。

图16展示了流体输送系统，这是疾病检测仪器的预处理部分，它以一定的压力和速度向器件内部推送样品或辅助材料。

图17（b）-17（c）展示了一种新颖器件，它能够在单细胞水平进行蜂窝通信，发出激励信号并接收细胞的反馈信号，这种信号可以是与电学、磁学、电磁学、热学、光学、声学、生物学、化学、机电学、电化学、电化学机械学、生物化学、生物机械学、生物机电学、生物电化学、生物电化学机械学、物理或力学性质及它们的组合性质有关的信号。图17（a）展示了信号在单细胞水平的反应和处理。

图18是疾病检测仪的系统框图，包括各种功能模块。

图19展示了一个能够沟通、捕捉、整理、分析、处理、或修饰和测量DNA各种属性的仪器（例如电学、磁学、电磁学、热学、光学、声学、生物学、化学、机电学、电化学、电化学机械学、生物化学、生物机械学、生物机电学、生物电化学、生物电化学机械学、物理学或力学性质，或它们的组合）。

图20展示了本发明涉及的检测仪，它能够检测生物样品的表面电荷并根据电荷的不同通过一个狭缝将生物样品分离。

图21展示了本发明涉及的另一种带有多个光学传感器并能够检测光学性质的检测仪。

图22展示了本发明涉及的另一种检测仪，它能够根据生物样品的几何尺寸进行区分，并分别检测其性质。

图23展示了能够检测生物样品声学性质的检测仪。

图24展示了能够检测生物体内部压力的检测仪。

图25展示了在探针之间，通道的底部和顶部带有凹坑（底纹）的检测仪。

图26展示了带有和图25形状不同的凹坑的检测仪。

图27展示了具有阶梯通道结构的检测仪。

图28展示了本发明涉及的检测仪带有一套热学仪表。

图29展示了本专利涉及的检测仪包括管道内含有DNA的碳纳米管。

图30展示了集成电了检测器件和光学传感器检测仪。

图31展示了集成了检测器件和逻辑电路的检测仪。

图32展示了集成了检测器件和过滤器的检测仪。

图33展示了本发明涉及的微器件是如何用于检测DNA几何参数的。

图34展示了微器件的制造工艺，通过覆盖沟槽的顶部来实现通道。

图35展示了使用本发明的检测仪对生物样品进行疾病检测的示意图。

图36展示了样品过滤单元。

图37展示了另一种样品过滤单元。

图38是本发明的检测仪的预处理单元示意图。

图39是本发明涉及的检测仪信息处理单元示意图。

图40展示了多个信号的叠加消除了噪声增大了信噪比。

图41展示了至少带有一个检测腔和检测器件的检测仪的部分制备工艺。

图42展示了带有封闭检测腔，检测器和用于传输生物样品（如液体样品）的多通道的检测仪的部分制造工艺。

图43展示一种新的疾病检测方法，用该方法至少要求一个探针以特定的速度和方向碰撞生物样品。

图44展示了在同一器件水平用不同材料组成多个元件的新的工艺方法。

图45展示了用本发明涉及的疾病检测仪检测生物样品的流程。

图46展示了另一种检测流程，将带病样品和健康样品分离并将带病样品输运用于进一步测试。

图47展示了生物检测器件阵列，所述的一系列检测器件组成一台检测仪。

图48展示了本发明的涉及的疾病检测器件的另一实施例，它包括用于生物样品流过的器件的入口和出口，以及供样品流过的通道和排列在通道内部侧墙上的检测器件。

图49展示了本发明中制造压电微型探测器的流程。

图50展示了本发明涉及的完成封装、可使用的微型器件的一个例子。

图51展示了本发明涉及的完成封装、可使用的微型器件的另一个例子。

图52展示了本发明涉及的完成封装、可使用的微型器件的另一个例子。

图53展示了本发明涉及的带有通道和微传感器阵列的微器件。

图54展示了本发明涉及的另一种微器件，它包含两个平板，其中一个平板上设有微传感器阵列和两个微型圆筒。

图55展示了本发明涉及的一种微器件，它包含两个平板，其中一个平板上设有微传感器阵列和两个微型圆筒,两个圆筒都设有探测器件

图56展示了本发明涉及的另一种微器件，它包含多个“子器件”

图57展示了本发明涉及的微器件的例子，它包括带有I/O引脚的专用集成电路（ASIC）芯片。

具体实施方式

下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。

本发明的一个方面，涉及到在生物体内或体外的（例如，在一定程度上指人类器官，组织或培养的细胞）进行疾病检测。每个检测仪包括生物流体传送系统，探测和检测器件。该检测仪能够检测生物样品的微观性质。样品传输系统通过持续加压，将微观尺度的生物样品输运到检测仪的诊断器件。与传统的检测仪或技术相比，本发明所提供的检测仪检测灵敏度高，特异性好，功能多，速度快，成本低，体积小。该仪器可以进一步包括生物接口，探测控制和数据分析电路，废弃物回收或处理系统。可以向检测仪增加或集成微器件（例如第二检测器件）以增强检测能力。

作为检测仪的关键组件，微器件至少包括对来自探头的信息进行处理，控制，加压，接收，放大，分析，或存储的功能，这就需要一个中央处理器，它包括控制电路，寻址单元，放大电路（如锁相放大器），逻辑处理电路，记忆单元，应用程序特定的芯片，信号发射器，信号接收器或传感器。

在某些情况下，流体推送系统包括压力发生器，压力调节阀，节流阀，压力表以及其他配套部件。其中压力发生器包括活塞系统和压缩气体储存容器；压力调节阀（可以包括多个阀）可以上调或下调至所需压力值；根据压力表反馈的节流阀的压力值调整压力至目标值。

用于传输的生物流体可以是用于疾病检测的生物样品也可以是其他物质。在某些情况下用于传输的可以是液体样品（如血液，尿液或盐水）。压力调解器可以用一个或多个串联，用于上调或下调压力至特定值，特别当实例压力太大或大小时，压力调解器会将压力调整到末端器件或目标位置可接受的水平。

在某些情况下，系统控制器，包括一个前置放大器，锁相放大器，电表，热表，开关矩阵，系统总线，非易失性存储器，随机存取器，处理器，和用户界面。用户界面可以包括传感器，它可以是一个热学传感器，流量计，压电表，或其他类型传感器。

在某些情况下，本发明的装置还包括生物界面，系统控制器，废弃物回收或处理系统。废弃物回收或处理，可以在同一系统或两个不同系统中进行。

本发明涉及一种能够和细胞相互作用的仪器，包括向细胞发送信号并接收细胞反馈信号的微器件。

在某些情况下和细胞的相互作用包括按照特定的信号进行探测，检测，分拣，通信，处理，或修改，这些特定信号可以是电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物学，化学，机电学，电化学，电化学机械学，生物化学，生物机械学，生物机电学，生物电化学，生物电化学机械学，物理学或力学信号，或多者兼而有之。

在某些情况下，检测仪内的器件可以有多种表面涂层，这个涂层由一种或多种元素或化合物组成，并且有一个控制系统来控制元素的释放。在某些情况下，控制系统可以借助某种可控的能量通过器件的表面释放元素，这种能量包括但不仅限于热能，光能，声能，电能，电磁能，磁场能，辐射能，化学能或机械能。

在某些情况下，检测仪内的器件包括一种向细胞表面或内部释放元素或化合物的部件，还包括另一种控制元素或化合物释放的部件（例如，控制元素释放的一块电路）。这些元素可以是生物成分，化学化合物，离子，催化剂，钙,碳,氯,钴,铜,氢,碘,铁,镁,锰,氮,氧,磷,氟,钾,钠,硫,锌及它们的化学物。信号可以是脉冲式的也可以是恒定的，可以通过释放元素或化合物携带，也可以通过液体溶液，气体或两者结合携带。信号的频率范围是1x10-4Hz到100MHz或1x10-4Hz到10Hz，或在浓度约1.0nmol/L到10.0mmol/L的范围内振荡。此外，在特定的振荡频率下该信号包括生物成分的振荡，化学成分的振荡，如钙，碳，氯，钴，铜，氢，碘，铁，镁，锰，氮，氧，磷，铁，钾，钠，硫，锌，或它们的有机物。

在某些实施例中，发送给细胞的信号可以是振荡元素，化合物或生物成分的振荡强度，细胞对该信号的反馈可以是振荡元素，化合物，或生物成分的振荡强度。

有些实施例中，需要用生物膜包裹器件以获得和细胞更好的兼容性。

在某些实施例中，器件包括多个部件用于产生发送给细胞的信号，接收细胞反馈信号，分析反馈信号，处理反馈信号，以及器件和细胞的接口（包括器件和细胞的通信），修改或纠正细胞的某种形态。

本发明的另一方面是所提出的器件均包括微过滤器，遮光器，细胞计数器，选择器，微型手术工具，定时器，数据处理电路。微过滤器可以根据物理属性分离异常细胞（如尺寸，形状，或速度），机械性质，电学性质，磁学性质，电磁性质，热性质（例如，温度），光学性质，声学性质，生物学性质，化学性质，生物化学性质。每个器件包括一个或多个微过滤器。每个微过滤器可以集成两个细胞计数器，一个安装在微过过滤器的入口，一个安装在过滤器的出口。微过滤器的形状可以是长方形，椭圆形，圆形或多边形;微过滤器的尺寸范围从约0.1微米到500微米左右，或约5微米到200微米左右。这里所说的“尺寸”是指过滤器开口的，例如，直径，长度，宽度或高度等物理或特征尺寸。微过滤器被生物涂层或生物兼容性涂层所包裹以增强细胞和器件之间的生物兼容性。

在某些情况下，器件的遮光罩夹在两层过滤膜中间并受定时器控制。细胞计数器可以触发定时器。例如，当一个细胞通过过滤器入口的计数器时，时钟触发重置遮光罩，使遮光罩以预定的速度向细胞路径移动，定时器会记录细胞通过出口计数器的时间。

本发明的另一方面是提供了制造带有微型沟槽,沟槽侧墙内带有微探头的微器件。微器件上的微沟槽是开口的（见图2（i）2030），需要和另一与之对称的结构（见图2(k),2031）键合在一起形成一个封闭的通道(见图2(l),2020)。制造方法包括利用学气相淀积，物理气相淀积，原子层淀积等方法向衬底淀积各种材料；利用光刻，刻蚀，将设计转化成具体结构，化学机械抛光技术用于表面平坦化，化学清洗用于去除颗粒；扩散或离子注入用于特定层元素掺杂;热退火用于减少晶格缺陷，并激活离子。举例说明这种方法，向衬底淀积第一层材料；在第一层材料上淀积第二层材料，并利用微电子技术（光刻，刻蚀）图形化第二层材料，形成用于检测的尖端结构；淀积第三层材料并利用化学机械抛光将进行平坦化；淀积第四层材料并利用微电子技术将其图形化，利用微电子技术去除部分第三层材料，也可以去除部分第一层材料，刻蚀对第二层材料是有选择性的，这里第四层材料作为硬掩膜。硬掩膜一般指半导体工艺中用来替代聚合物或有机软材料掩膜的材料。

在某些情况下可以将对称器件键合形成带有沟道的检测器件。沟道的入口一般呈喇叭形，入口端较内部通道尺寸较大，这样细胞更容易进入。每个通道的截面形状可以是矩形，椭圆形，圆形或多边形。微器件上的沟槽可以通过每个器件版图上的对准标记来对准。微沟道的尺寸范围可从0.1um到500微米左右。

另外，该方法还包括用于覆盖微器件通道的平板的制造。这种平板可以用包括或锗，硅，二氧化硅，氧化铝，石英，光损耗低的玻璃或其他光学材料制成。其他可选的光学材料包括丙烯酸酯聚合物，银铟锑碲合金，人造翡翠，三硒化二砷，三硫化二砷，氟化钡，CR-39，硒化镉，氯化镉铯，方解石，氟化钙，硫系玻璃，磷化镓，锑碲锗合金，锗，二氧化锗，氢硅氧烷，冰洲石，液晶，氟化锂，陶瓷材料，光超导材料，氟化镁，氧化镁，负折射率材料，中子超镜，磷，光学塑料，聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯，溴化钾，蓝宝石，暗光磷光体，标准白板，制镜合金，开环谐振器，氟化锶，钇铝石榴子石，钒酸钇，氟锆酸盐玻璃，硒化锌和硫化锌。

在某些情况下，该方法还包括将三个或更多个微器件整合成具有通道阵列的器件。

本专利的另一方面涉及多个微器件，其中每个微器件包括一个微型槽，安装在微型槽侧壁或底部的探针，用于移动探针的支撑结构以及控制电路，微器件能够捕获，分类和修改DNA并测量其性质（例如，电学，热学或光学性质）。微型槽可以用来包住DNA双螺旋。

微通道宽度的范围从约1纳米到10微米，深度范围约从1纳米到10微米，长度范围从1纳米左右到10毫米。探针可以导电材料组成或包含导电材料，另外，灵活的支撑结构，以延长或缩短探针。探针的尖端可以伸入沟槽一部分。尖端部分和DNA螺旋结构的大沟和小沟都是要匹配。尖端要和DNA变化交错的沟槽相匹配。探针的尖端也要和DNA螺旋链的末端相匹配。尖端的直径范围从约1埃到约10微米不等。

在某些实施例中，微器件可以包括微型槽阵列以提高效率。

本专利的另一方面涉及制造微器件（包括微探针和微压痕探针）的一套新颖的工艺流程，这些器件应用于生物样品的疾病检测。将微器件整合入疾病检测仪以在微观层面上测量一种或几种性质。

本专利的另一方面涉及细胞间的通信以及在微器件发出的信号作用下细胞的反应（如分化，去分化，细胞分裂和凋亡）。这可以用于进一步的检测和治疗疾病。

为了进一步提高检测能力，可以在一个检测仪内集成多个微器件，采用时间飞行技术，其中至少有一个微器件和一个传感器件放在预设位置。检测器件对被测样品施加一个信号，(如电压，电荷，电场，激光或声波)传感器件感知生物样品经过一段特定距离或特定时间后的反应。例如，检测器件可以先向一个细胞释放一个电荷，然后样品经过一段时间（T）或特定距离（L）后传感器件马上检测其表面电荷。

本发明涉及的检测仪中的微器件有很多种设计、结构和功能，并且灵活性好，应用范围广，因为它们性能多样，高度灵活，便于集成化、小型化、量产化。微器件包括它们包括，电压比较器，四探针，计算器，逻辑电路，存储器单元，微型铣刀，微锤，微型盾，微型染料，微刀，微针，微持线钳，微型镊子，微型激光器，微型光学吸收器，微型镜子，微型车，微型过滤器，微型斩波器，微粉碎机，微泵，微减震器，微型信号探测器，微钻，微吸盘，微测试仪，微容器，信号发射器，信号发生器，摩擦传感器，电荷传感器，温度传感器，硬度检测仪，声波发生器，光学波发生器，加热器，微型制冷机和微型发电机。

此外，应当指出，在制造技术进步的今天，将大量多功能的微器件集成在一起是灵活的、经济的。人体细胞典型尺寸是10微米。利用最先进的集成电路制造技术，最小特征尺寸可以达到0.1微米或更小。因此将这种微器件应用于医疗领域是理想的。

对于制造微器件的材料，主要考虑和生物体的兼容性。由于微器件接触生物样品（如细胞,生物分子如DNA或RNA，蛋白质，或生物组织和器官）的时间可能会有所不同，这取决于其预期的应用，不同材料或不同的材料组合，可能会被用来制造微型器件。在某些特殊情况下，需要将材料以可控的方式溶于特定pH值的溶液中，从而变成一种合适的材料。其他考虑因素包括成本，使用的便捷性和实用性。随着微加工技术，如集成电路制造技术的重大进步，最小特征尺寸小至0.1微米的高度集成的器件制造已经走向商业化。一个很好的例子是微机电器件（MEMS）的设计和制造，这类器件正广泛应用于电子工业和其他行业的各个领域。

下面四个部分是对集成了诸多新颖微器件的疾病检测仪的举例，说明以工艺流程介绍。

图1是对本发明涉及的病症检测仪（111）的示意图，其中生物样品(211)可以是血液样品，放置在检测仪内部测试或流过时测试。图中疾病检测仪（111）是筒形的，样品（211）在筒中流过（在图中从左向右流过），同时检测仪（111）对其进行微观层面的一种或多种性质的检测。

为了提高检测速度和灵敏度，大量的微型器件可以集成到一个疾病检测仪中，如图1（b）和图1（c）所示检测仪内集成有多个微器件，能够对生物样本中大量的生物体进行检测。为了达到上述要求，应优化检测仪使其表面积最大化能够放置更多的微器件以更好地接触生物样品。

图2（a）是集成了多个相同的微器件(311)的疾病检测仪（122）的剖面透视图。其中血液样品(211)可以放置在检测仪内部测试或在流过时测试一种或几种微观性质，如电气性能（包括表面电荷，表面电位，电流，阻抗等电学性能），磁学性质，电磁性能，力学性能（如密度，硬度，剪切强度，延展强度，断裂应力，附着力），生物学性质，化学性质（如pH值或离子强度），生化性质，热性能（例如，温度），光学性质和辐射性质。

集成了多个微器件的检测仪能够检测生物体的多种性质，而不仅仅是用于疾病诊断的某个单一的性质。图3是集成了微器件311,312,313,314和315的检测仪133的剖面图。其中血液样品(211)可以放置在检测仪内部测试或在流过时测试一种或几种微观性质，如电气性能（包括表面电荷，表面电位，电流，阻抗等电学性能），磁学性质，电磁性能，力学性能（如密度，硬度，剪切强度，延展强度，断裂应力，附着力），生物学性质，化学性质（如pH值或离子强度），生化性质，热性能（例如，温度），光学性质。

图2(b)-2(n)展示了微器件捕获，分类，探测，测量，改变生物实体（例如一个单细胞）的过程。首先，按顺序将材料2002（例如是一种非导电材料）和材料2003（例如是一种导电材料）淀积到衬底2001上（见图2(b)和图2(c)）。材料2003通过光刻和刻蚀工艺进行图形化（见图2（d））。接下来淀积材料2004并平坦化如图2（e）和图2（f）。然后淀积材料2005（如图2（g）所示）并作为硬掩膜进行图形化（如图2（h）所示），接下来进行刻蚀（如图2（j）），刻蚀终止于衬底2001。图2（i）器件的透视图，图2（j）是器件的纵向视图。

如图2（k）所示，器件2080和器件2081具有对称性可以键合在一起（如图2（l）所示）。因此，检测仪拥有带有探针的通道。

如图2（m）和图2（n）所示，大量微器件集成在一起以提高检测效率。

对检测仪表面的优化设计是十分必要的，因为表面积越大，能够放置测试样品的器件就越多，这样可以提高检测速度并减少测试样品使用量。图4是疾病检测仪144的透视图。它包括两个间隔很小的极板，两极板中间有血液样品流过，极板内表面的微器件可以在微观层面上对样品的一种或多种性质进行检测。

本专利的另一方面涉及制造疾病检测器件的制造工艺。图5展示了利用微电子技术制造疾病检测器件的新工艺。首先，材料412淀积到衬底411上（如图5（a）所示），接下来利用光刻和刻蚀技术将其图形化（如图5（b）所示）。之后淀积材料413并利用化学机械抛光平坦化（如图5（d）所示）。利用光刻和刻蚀技术在材料413上形成凹坑（如图5（e）所示），然后淀积材料414（如图5（f））。利用化学机械抛光技术将413上面的414去掉（如图5（g）所示），然后淀积材料415.接下来利用光刻和刻蚀技术将415图形化（如图5（i）所示）。接下来再次淀积414，并利用化学机械抛光把415上面的414去掉（如图5（j）所示）。最后对415进行轻刻蚀和抛光，对414是有选择性的（如图5（l）所示），造成414的轻微凸起。412可以是压电材料，对其正确位置加电压时，它会有扩展，导致材料414内的尖端部分向上运动。因些，利用上述工艺就制成了带有两个探针的能够测量生物样品多种性质的微器件。

本专利涉及的集成了多个微器件的检测仪能够检测单个细胞,单个DNA或RNA分子，一个独立的个体或小尺寸的生物物质的预选性质。图6是利用本专利提出的方法制造的555器件的透视图（见图5对工艺流程的描述），展示了这种器件是如何检测细胞666，并搜集特定参数信息的。图6（a）是带有一对微探针531和520的器件555的剖面图，531是尖形的而520是环形的。531和520都是导电的，可以做为检测生物样品电学性质的探针。531和压电材料518接触。当给518加一电压时，518会膨胀并推动531向上移动，这样有助于检测单个细胞的多个性质。图6（b）展示了器件555对单细胞666的检测，其中531划破细胞膜611进入细胞内部空间622，520和细胞膜611外表面接触。这样，器件555可以对细胞做多项测试包括电性能测试（例如，电势，流过细胞膜的电流，膜的阻抗和表面电荷），力学性能（如硬度），热性能（例如，温度），物理性质和化学性质（如pH值）。

另一方面，本发明提出的微器件的设计和制造工艺使其灵敏高，能够在复杂环境下和强背景噪声下对疾病的微弱信号进行检测。本专利涉及的疾病检测仪的功能包括但不仅限于动态测量，实时测量（如飞行测量时间，探针信号和响应信号检测），以减少背景噪音锁相技术，测量非常微弱的信号四点探针技术，独特，新颖的在单细胞（如DNA或染色体端粒），单个分子（例如DNA，RNA，或蛋白质），单个生物体（如病毒）测量生物样品的各种电学，电磁学，磁学性质。

例如，可以利用飞行时间的方法获得生物样品（如细胞,细胞的部分结构，DNA，RNA或病毒）的动态信息，第一个微器件用于向被诊断生物体施加激励信号，然后第二个微器件精确测量生物实体的反馈信号。另一种情况，第一个微器件和第二个微器件保持特定距离，然后被测样品从第一个微器件流向第二个微器件。当生物样品从第一个微器件流过时，第一微器件向生物体施加信号，然后第二微器件检测生物体的反馈信号。从两个微器件间的距离，时间间隔，第一微器件的扰动性质，测量生物体飞行时间的变化，可以得到生物体的微观动态性质。另一种情况，第一微器件用于向生物体施加信号，而第二器件探测到的反馈信号作为时间的函数。

为进一步提高检测灵敏度，全新的疾病检测方法会被使用，其中包括飞行时间技术。图7是检测仪器155的界面透视图，其中器件321和331放置在理想的间距为700的位置，从而以更高的灵敏度，特异性，和速度测量生物样本211（例如细胞）的动态信息。在这样一次飞行时间测量中，生物样本211一个或多个性质在通过第一微型器件321时首先被测到。当样本211行进700距离，通过第二个器件331后，这些性质再次被测试。样本211在微型器件321和331直接性质的变化表征了运动期间样本与周围环境（例如，特定的生物环境）的相互作用。在这期间将揭示与提供样本211性质随时间的变化的深入信息。另外，如图7所示，微型器件321可以作为探针，当样本211通过微型器件321时，在样本211上施加探测信号（如电荷）。随后，当样本通过器件331时，该样本对探测信号的响应可通过331检测到（如飞行中样本上电荷的变化）。对生物样本211的测试可以通过接触式或非接触式的。该方法的一个体现是，通过一个以理想的间距排布的微型器件阵列测量生物样品的性质随时间的变化。

如上所述，利用微型器件（如通过使用本发明的工艺流程所制备），可测试生物样本（如细胞，细胞部分结构，生物分子如DNA，RNA和蛋白质）的一组微观性质，这些微观性质通过现有的技术无法测试。这些微观性质可以是生物样本（单一生物实体，如细胞，生物分子如DNA，RNA和蛋白质或组织、器官样品）的电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物学，化学，电化学，电化学机械学，机电学，生物化学，生物机械学，生物机电械学，生物电化学，生物电化学机械学，物理学，或力学性质。众所周知，生物物质包含从基本的化学键诸如OH,CO和CH键到复杂DNA，RNA的三维结构，其中一些具有独特的电子组态的特征信号，其中的另一些可能具有独特的电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物学，化学，电化学，电化学机械学，机电学，生物化学，生物机械学，生物机电械学，生物电化学，生物电化学机械学，物理学，或力学性质和及其组合。正常的生物实体和病变的生物实体可携带基于上述性质的不同的特征信号。然而常规的疾病的检测中没有关于上述参数或性质的测量。通过使用本发明中包含一个或者多个微型器件的疾病测试仪器，可对上述性质进行探测、测量，并作为疾病检测中的有用信号，特别适合于癌症的早期诊断。

图8是一套全新的微型探针341，342，343，344，345，346，和347的透视图。这些探针设计并设置为检测各种电子，磁性，电磁状态或生物样本212，213，214，和215在微观层面上的其他性质。生物样本212，213，214，和215均为单个细胞，组织或样品的DNA、RNA。例如，在电子学性质测试方面，生物样本212，213，214，和215在图8中分别代表了单极子（样本212），偶极子（样本213和214）以及四极子。微型器件341，342，343，344，345，346，和347优化后将参数测试的灵敏度最大化。这些参数包括但不限于电子态，电子电荷，电子云分布，电场和磁场，和电磁性质。微器件可以设计并呈在三维结构分布。就癌症而言，正常细胞和癌细胞，DNA和RNA和组织的电子态及相应的电学性质有差异，所以通过测量微观层次包括在细胞，DNA和RNA水平电学、磁学和电磁性性质，可提疾病检测的灵敏度和特异性。

除了上述例子中测量的电学性质（如电荷，电子态，电子电荷，电子云分布，电场，电流，和电力的潜力，和阻抗），单个细胞的机械性质（如硬度，密度，强度，断裂强度）和化学性质（如酸碱度），及在图8中测量的电学，磁学或电磁态或者生物样本分子水平（DNA，RNA或蛋白质）的组态外，本专利应用中披露的其余微型器件用以灵敏的电学测试。

图9展示了采用四探针法测试生物样本（如细胞）中微弱电信号的方法。其中四探针348设计为测试生物样本216的电学性质（阻抗，电容，和弱电流）。

本发明的一个重要方面是微型器件的设计与制造流程，以及利用微型器件在微观水平或三维空间上捕捉或测量生物实体（如细胞，细胞结构，DNA，RNA）。微型器件在三维方向上有微型探针阵列，其特征尺寸与细胞大小相当，能够捕获，分类，探测，测量，检测，计数，通信，或修饰的生物实体。这些微型装置可以采用目前先进的微电子加工技术制造，如制造继承电路的技术工艺。通过薄膜淀积技术如分子束外延（MBE）和原子层淀积（ALD）技术，薄膜的厚度可减至几个单层原子的水平，进一步通过电子束或X射线光刻，器件的特征尺寸可达到纳米量级，似的微型器件捕获，探测，测量，和修饰的生物体（如单个细胞，单个DNA，RNA分子）成为可能。

图10是制造本发明中仪器或微型器件的工艺流程图，微型器件能够诱捕，分类，探测，测量，和修饰生物体（如单个细胞或核酸分子）。在该工艺流程中，利用微电子工艺制造设计的微型器件，实现上述的独特功能。具体来说，第一材料712（通常为导电材料）首先淀积到沉底711上（图10(a)和图10(b)）。第一材料712随后通过光刻和刻蚀工艺完成图形化（图10(c)）。之后淀积第二材料713并通过化学机械抛光工艺实现平坦化并去除第一材料712之上的多余的材料713（如图10(e)所示）。之后淀积另一层材料714并图形化，接着淀积材料712并通过化学机械抛光工艺完成平坦化（图10（f））。接着，第三材料715完成淀积并通过光刻和刻蚀工艺完成图形化(图10(g)和图10(h))，然后是第四材料716（图10(i)和图10(j)）的淀积和平坦化，该材料通常为牺牲层材料。交替重复材料712或者715的淀积与图形化，并淀积材料716并通过化学机械抛光实现平坦化(图10(k)-(m))，形成微型器件中具有多层交替结构（导电材料712和绝缘材料715）的薄膜堆栈部分。最后，薄膜堆栈771和772之间的材料716通过干法刻蚀，湿法刻蚀（需要用到光刻工艺），或气相刻蚀去除，刻蚀对其他材料具有选择性（如图10(n)）。如图10(o)所示，当材料712为导电材料并连接至外电路或电源（如电荷源），通过堆栈（如781和782）尖端的712形成的每个探针可以选择性的带有正电荷或负电荷，也可以是正电场或者负电场。另一方面，这样的探针也可以检测生物的各种性能（如电子云，电场，或当探针是一个热探测器时测量温度，当探针是一个光学传感器时测量发光量）。使用电路或电源，微型器件上可以形成电荷分布或电场的多种组合，如图10(o)和图10(p)，用以分类、捕获各种生物体如细胞或脱氧核糖核酸分子。例如，当一个生物体带有与图10(p)中电荷分布相反的电荷时，该生物体可被图10(p)中的微型器件捕获。具有不同电荷分布或电场分布的微型器件阵列可以快速的捕获各自对应的生物体，用作分类器件。图10(q)展示了微型器件能够捕获脱氧核糖核酸或当每个探针顶部尖端在空间上与脱氧核糖核酸的大沟或者小沟匹配时，可测量双螺旋结构的脱氧核糖核酸的多种性质（如电学，热学或光学性质）图10(r)说明探头尖端是如何与电路连接，途中至画出了电线。值得注意的是，本例中的微型器件可以整合至独立的芯片中，芯片中包含十亿多个微型器件，可以高速捕获、分类细胞、DNA、RNA和其他生物体。

本发明的另一方面涉及通过微压痕探针和微型探针测量生物体的物理性能（机械性能等），如力学性质包括硬度，抗剪强度，拉伸强度，断裂应力，和其他细胞膜的相关性质，这被认为是疾病的诊断一个关键组成部分。

图11是制造微型器件的全新制造流程，该微型器件可以测量生物体的多种性质如细胞膜的力学性质（例如细胞膜的机械强度）。该流程中，材料812首先淀积至沉底811的表面，接着淀积材料813，如图11（a），随后通过光刻与刻蚀工艺对材料813图形化，材料814完成淀积（图11（b））和平坦化（图11（c））。另一层材料813接着完成淀积并通过光刻与刻蚀工艺实现图形化，接着是材料815的淀积与平坦化（材料815可以是压电材料并用作驱动器）(图11（d）)。材料层813随即完成淀积，接着是另外一层813的淀积与平坦化以及材料816的淀积与平坦化(图11（e）)。接着对材料816进行图形化并通过刻蚀减少厚度，然后是三层材料813的图形化(图11（f）)。另一层材料814完成淀积(图11（g）)，通过化学机械抛光完成平坦化(图11（h）)，以及图形化(图11（i）)。最终，多层813通过湿法刻蚀或气相刻蚀(图11（j）)去除。图11（k）是微型器件的界面透视图，微型器件在一个与图11（j）垂直的平面上（由图11(j)旋转90度得到）。图11(l)展示了带有两个微型尖端871和872的微型器件，当在压电驱动器881和882上加电压时，它能够朝着相反方向运动，可用于探测生物体，如细胞。

图12展示了通过图11中的全新制造方法制备的微型器件是如何工作的。图12中，微型器件850带有双微探针866和855，可朝着受力相反的方向运动(图12（a）)。双探针的尖端穿入细胞870后，随着受力的变大，探针间的间距变大，细胞就被伸展。最后，当施加的力达到一个临界值，细胞破碎成两半（图12（b））。细胞对力的动态响应，提供了细胞的信息，特别是细胞膜的力学性质（如弹性）。细胞破裂时的受力的临界值，反映了细胞的强度，可称为破裂点：细胞膜的力学强度越大，破裂点的力越大。

本发明提供的另一新方法，是将锁相技术应用于疾病的检测，从而降低背景噪声，有效地提高了信号的信噪比。一般来说，在这种测量方法中，用一个周期信号来探测生物样品，与周期频率相干的探测信号被检测、放大并响应，而其他不相干的频率信号被过滤掉，从而有效地降低背景噪声。本发明的一个体现是，用微型探测设备可以向生物体发送一个周期性探测信号（如一个激光脉冲，热波脉冲，或交变电场），生物体对探测信号的响应可以被微型探测器件探测到。锁相技术可以用来过滤掉不需要的噪音并提高与探测信号频率同步的响应信号。以下的两个例子说明了结合锁相检测技术的飞行时间检测装置的新功能，以增强微弱信号，提高疾病检测的检测灵敏度。

图13的例子是全新的飞行时间检测在疾病检测中的应用。具体来说，图13(a)是生物体911，检测用的探头933和时钟频率发生器922，图13(b)包括根据结构922测试记录的信号921，探针933记录的信号931,以及通过锁相技术处理并滤除信号931噪声后的信号941，其中只有与时钟频率同步的响应信号保留下来。图13(a)中，当生物体如细胞911通过结构922时，触发一个清晰的信号(若922是光源，则触发光散射信号；若922是电阻的孔状结构，则引起电阻的急剧增加)。因此，922可用以记录生物体的到达，并作为一个时钟，在有多个922结构以一定距离周期排列时记录追踪信号921，如图13(b)。此外当922放置在探针933前的已知距离处，它标记了生物体向933方向过来，探针933记录的信号比922处触发的信号有一个固定的延迟t,t等于922与933之间的距离除以生物体的运动速度。如图13(b)，基于结构922的信号921是清晰的，且有周期性，与多个结构922间的周期距离成比例。而探针933测得的信号具有很高的噪声水平，且基于生物体的信号较弱。利用锁相技术，记录探针933上的信号931时过滤与时钟信号921异步的噪声，大大提高信噪比，图13(b)中处理信号941的处理也是如此。

图14展示了另一种飞行时间疾病检测方法，其中使用了时钟信号发生器922，探测信号发生器944，以及信号探测器955并记录时钟信号921，总响应信号951（时钟信号除外）和用锁相放大技术处理的信号952。在这种方法中，探测信号发生器944用以扰乱生物体911（如使用光束加热911，或为911添加一个电荷）并通过探针阵列955对探测信号的响应的进行测量。过滤后的信号在952显示对探测信号的动态响应，因为它随时间衰减。因为正常细胞与异常细胞对探测信号的响应可能是不同的，该方法中适合的探针可用来检测癌症。利用此方法的另一体现为（如图14）探测信号发生器944可以向生物体911发送一个周期信号，通过探针955检测来自生物体的响应信号。响应信号可使用锁相技术处理，过滤与频率探测信号异步的噪声，放大与探测信号同步的信号。

图15是全新的多属性过滤器的透视图。时间控制的快门1502夹在两片带孔的滤膜中。当生物体1511穿过孔，首先被计数器1512探测到，触发屏1502的时钟，大细胞将被滤膜的孔（图中未显示）过滤或阻断，只有特定的具有足够速度的生物体能在快门1502关闭前（图15（b））通过孔1503，否则生物体会被快门1502阻断，如图15(c)。

图16是一个流体输送系统，包括压力发生器，压力调节阀，节流阀，压力表，和配件。压力发生器1605维持流体压力发生器所需的压力，进一步通过压力调节阀1601和节流阀1602准确地控制。同时，对压力实时监控并通过压力表1603反馈到节流阀1602。调整后的流体平行输送至多个器件，器件处需要恒压以驱动流体样品。

图17展示了本发明中疾病检测仪中的微型器件如何在微观尺度上通信、探测、选择性的处理和修饰生物体。图17（a）展示了从信号识别到细胞命运决定的细胞事件的次序。首先，信号1701被细胞表面的接收器1702接收到，细胞将信号进行编码与整合，转化为生物信息，如钙振荡1703。结果，细胞中对应的蛋白质1704接收该生物信息，然后将会修饰和转化为相应的蛋白质1705。通过如此的转化，修饰过的蛋白质1705将携带的信息传递给核蛋白，核蛋白上受控的修饰将调节基因表达1707，包括转录，翻译，后生过程，以及染色质的修改。通过信使RNA1709，生物信息依次传递给特定的蛋白质1710，从而改变其浓度，这将决定或调整细胞的决定或行为，如分化，分裂甚至死亡。

图17（b）说明了本发明中的检测仪能够通过接触或非接触的方法，检测，治疗，修饰或探测单个细胞或与其通信。检测仪配有微型探针和微型注射器，并通过控制电路1720对其寻址和调制。每个微型注射器都配有一个独立的微型盒，里面携带了特定的化学品或化合物。

以下将以钙振荡为例，说明本发明中的检测仪如何模拟细胞内的信号。首先，钙离子释放激活通道（CRAC）将打开至最大程度，这可以通过多种方法实现。可应用的实例之一是，存放在微型盒1724中的生物化学材料（如毒胡萝卜素）通过注射器1725释放至细胞，钙离子释放激活通道在生物样本的刺激下打开。在可应用的另一实例中，注射器1725在细胞膜上施加特定的电压，使钙离子释放激活通道打开。

注射器1728所含溶液中的钙离子浓度是可调的，该溶液是含钙离子溶液1726与不含钙离子的溶液1727的所需组合。注射器1730装有不含钙离子的溶液，随后注射器1728和1730以所需频率依次打开与关闭，由此形成钙离子的振荡。细胞膜内的物质暴露于钙离子振荡。因此，细胞的行为或命运可通过调节检测仪产生的信号来操控。

同时，细胞的响应（例如，以电学、磁学、电磁学、热学、光学、声学、力学性质的形式，或以上的组合）可以通过检测仪集成的探针监控与记录。

图17（c）说明了另一种能够与单个细胞建立通信的检测仪的设计。该检测仪配备了微型探针，探针表面涂覆了生物兼容性的化合物或元素，如钙，碳，氯，钴，铜，氢，碘，铁，镁，锰，氮，氧，磷，氟，钾，纳，硫或锌。探针能够产生周期性振荡的化学信号，如一种元素或化合物，与细胞作用，产生影响细胞行为或最终命运的响应，如前所述。类似的，该检测仪同样能够探测和记录细胞的响应（例如，以电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物学，化学，机电学，电化学，电化学机械学，生物化学，生物机械学，生物机电学，生物电化学，生物电化机械学，物理学，力学性质，或以上的组合）。

图（18）是本发明中的疾病检测仪的系统结构框图。该实例中包括流体传送系统1801，生物接口1802，探测与检测器件1803，系统控制器1805，医疗废弃物回收与处理系统1804。生物样本或材料通过流体传送系统1801送至生物接口1802，同时，流体参数（或性质）送至系统控制器1805。系统控制器包含逻辑处理单元，存储单元，特定的应用芯片，传感器，信号传送器以及信号接收器。随后系统控制器1805可以向系统给出进一步的指令。生物接口1802是一个桥接流体样品与检测器件的装置，进一步监控生物样本的参数或性质（如压力、温度、粘度、或流量）然后将数据送至系统控制器1805，同时将生物样本以特定的速度或压力（可由系统控制器1805发出指令）分配至探测与检测器件1803。

系统控制器1805总体监控并指令整个系统（或检测仪），来自多个模块所有参数与信息在系统控制器进行处理和交换，并由系统控制器给出指令，分配命令。系统控制器1805可包括，例如，前置放大器，电表，温度计，开关矩阵，系统总线，非挥发存储器，随机存取存储器，处理器以及用户接口。检测仪的用户可通过该接口操纵、设置检测仪，读取运行参数和最终结果。前置放大器处理并识别来自仪表的原始信号，仪表可以施加并测量响应的信号，包括如电学，磁学，电测学，热学，光学，声学，生物学，化学，机电学，电化学，电化学机械学，生物化学，生物机械学，生物机电学，生物电化学，生物电化机械学，物理学，或力学信号，或是以上的组合。开关矩阵可控制测试终端的不同的子检测仪的阵列。用户接口包括输入和输出部件，这些部件密封地将样品传送系统和探测与检测器件连接在一起。

探测和检测的器件1803的疾病是本发明的检测装置的功能模块的核心，它是探测生物样品，并收集相关的细胞信号（或响应）的单元。废物回收和处理系统1804回收的废物生物样品中的废弃物，保护生物主题的隐私，并避免污染环境。

图19(b)-(n)展示了制造用于不过，分类，探测，测量，处理和修饰生物样品（如单个细胞，DNA或RNA分子）的微型器件的工艺流程。第一材料1902（如压电材料）和第二材料1903（如导电材料）被依次淀积至衬底1901上（见图19（b）和图19（c））。第二材料1903随后通过光刻和蚀刻工艺图案化（见图19（d））的。第三材料1904随后完成淀积（图19（e）图中所示）和平坦化（参见图19（f）条）。随后沉积的第四材料1905层（见图19（g））并图形化，作为硬掩模（见图19（h）），然后通过蚀刻图案化，以除去从所需区域的第三和第一材料，并截止于衬底1901。图19(i)是该装置的透视图，而图19（j）是在同一器件的垂直展示。

图19（K）展示了使用微型器件能够捕获DNA1920，测量DNA的各种属性（如电学，磁学，物理，热学，化学，生物，生化，或光学性质）。每个探头端部1912与空间上的一个双螺旋DNA的大沟或小沟匹配。同时，两个探针（1911和1910），其被配置在所述沟槽的末尾可以施加或测量每一条链的DNA的双螺旋结构的末端的信号。该探针可由导电材料制成，并选陪压电支撑结构，可以向前和向后运动所需距离，可以拉伸的导电材料制成的。所有的探针通过控制电路编号，寻址，和控制。

图19（I）示出了在图19（K）中所示的装置的简化形式。在该装置中，探针针尖匹配空间交错的双螺旋DNA的沟槽。相邻的探针的槽之间的间隔的数量是可变的。如果需要，任意的DNA（如由探针1910和1911牵拉）可运动，或探针可沿沟槽方向移动，反映出DNA中的部分或全部的属性。

图20展示了本发明的检测仪能够探测或测量生物样品2010的表面电荷。他包括通道，一对平板2022，以及狭缝2030，狭缝将通道分隔为顶部通道2041和底部通道2051。当生物样品2010携带表面电荷（如图20（a）中携带证电荷）通过通道，在平板2022的电压作用下（上极板带正电，下极板带负电）将向底板运动，如图20（b）所示。因此生物样品2010道道狭缝2030时会通过底部通道2051（若生物样品2010带负电，它将通过顶部通道2041）。通过这种方法，带不明电性的生物样品可以通过检测仪判定。

该器件包括至少2个部分的通道，其中一个是通道2060，生物样品在其充电或修改，另一通道包括至少一个平板或狭缝以分离的生物样品（如生物样品在此处分开）。

由于表面电荷会影响生物样品的形状，通过全新的多个平板，生物样品的形状和电荷分布信息即可获得。微型器件的一般原理和设计可以扩展至更广阔的范围，如通过分离其他形式的参数如离子梯度，温度梯度，光束，或其他形式的能量，有可能获得生物体的其他信息。

图21展示了本发明的另一检测仪，用于检测或测定的生物样品2110的微观性质，他包括一个通道，一组探针2120，和一组的光学传感器2132（图21（a））。由探头2120检测到的信号可以和光传感器2132收集到的图像相关联，以提高检测灵敏度和特异性。光学传感器可以是CCD相机，光检测器，CMOS图像传感器，或任何组合。

另外，探针2120可以设计为触发如光发射如光发射器2143中的目标生物样品如病变细胞，然后通过光学探测器2132检出，如图21（c）。具体而言，生物样品可以首先用一个标记溶液可以选择性地反应病变细胞。随后，根据与探测器2120的反应（接触或非接触），从病变细胞的产生光发射，通过光学传感器2132检测到。这种使用本发明的微型器件的全新方法比常规方法更灵敏，如传统光谱发射，因为触发点光学探测器旁边，触发信号2143可实时在位记录，使信号损失最小化。

图22展示了本发明中的检测仪的另一个实例，可通过几何尺寸分离生物样品并分别探测其性质。它包括至少一个入口通道2210，一个阻流通道2220，一个加速腔体2230和两个选择通道2240和2250。2220约2210的夹角范围为0到180度。生物样品2201沿X方向从2210流向2230,生物相容性流体2202从2220流向2230.然后流体2202会在Y方向上加速2201。而加速与生物样品的半径有关，半径大的加速慢。因此，较大和较小的生物样品分离至不同的通道，同时，探测器可以选择性的装配于2210,2220,2230，2240和2250的侧壁。探测器可以探测微观尺度上的电学，磁学，热血，光学，声学，生物学，化学，物理或力学性质。同时，如果需要的话，清洗流体也可以被注入到系统中用于溶解或清洁仪器狭小的空间内的生物残留物（例如，干的血细胞和蛋白），确保被测试生物样品顺利通过。

本发明的检测仪中的通道的宽度范围为1纳米至1毫米，具有至少一个进口通道和至少两个出口通道。

图23展示了本发明的另一个装置的声学检测器2320，用于测量的生物样品2301的声学属性。此装置包括：通道2310，至少一个超声波发射器和超声波接收器沿着通道的侧壁安装。当生物样品2301通过通道2310，2320发射的超声波信号，将接收到的后携带信息2301由接收器2330。超声波信号的频率可以从2MHz至10GHz，且沟槽的通道宽度可以从1纳米至1毫米。声能变频器（如超声波发射器）可由压电材料制成（例如的石英，berlinite，镓，正磷酸盐，磷酸镓，电气石，陶瓷，钡，钛酸钡，钛酸钡，锆酸铅，钛酸的PZT，氧化锌，铝氮化物，和聚偏二氟乙烯）。

图24展示了本发明的另一个装置，包括压力检测器，用于生物样品2401。它包括至少一个通道2410和其上的至少一个压电检测器2420。当的生物样品2401通过通道，压电检测器2420将检测到的压力，2401将压力转换成电信号，并将其发送至信号读取器。同样地，在该装置中的沟槽的宽度可以从1纳米至1毫米，压电材料可以是石英，berlinite，镓，正磷酸盐，磷酸镓，电气石，陶瓷，钡，钛酸钡，钛酸钡，铅锆酸盐，钛酸盐，氧化锌，氮化铝，或聚偏二氟乙烯的PZT。

图25展示了本发明中的另一个的装置，包括一个凹槽2530之间的探头对，可以在通道底部或顶上。当生物样品2510通过，凹槽2530可以选择性地捕获具有性质几何性质的生物样品，使得探测更有效。凹部的突起的形状可以是矩形，多边形，椭圆形，或圆形。探针可以检测出电场，磁场，电磁学，热学，光学，声学，生物，化学，物理性质或它们的组合。沟槽的宽度可以从1纳米至1毫米。图25（a）是该装置的一个倒置的视图，图25（b）是侧视图，而图25（c）是透视图。

图26是本发明的另一个装置，包括通道底部或顶上的凹槽2630（在图25中所示的不同形状）。当生物样品2610通过时，凹槽2630将产生湍流的流体，从而可以选择性地捕获具有特定几何特征的微生物样品。探针可以检测出电场，磁场，电磁学，热学，光学，声学，生物，化学，物理或力学性质。凹槽的深度可以从10nm至1mm，沟道宽度可以从1纳米至1毫米。

图27展示了本发明的装置具有的与阶梯状的通道2710。当的生物样品2701通过通道2710，不同间距的探头对可以测量不同的微观性质，甚至在不同的灵敏度（2720，2730，2740）相同的显微镜用探针预留每个步骤。这种机制可以用于在相位锁定的应用程序相同的微观属性，使信号可以累积。探针可以检测或测量微观性质如电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物，化学，物理,力学性质或它们的组合。

图28展示了本发明的另一个带温度计2830的检测仪。它包括通道，一套探针2820，以及一套温度计2830。温度计2830可以使红外传感器，晶体管的亚阈值泄漏电流测试仪，或热敏电阻。

图29展示了本发明的一个特定的检测仪，包括碳纳米管2920，其内部有通道2910，探针2940，能够探测微观尺度上的电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物学，化学，物理或力学性质。所示的碳纳米管2920包括双螺旋DNA分子2930。碳纳米管可以通过两旁的探针施加或传感电信号。碳纳米管的直径范围从0.5纳米至50纳米，其长度范围为5纳米至10毫米。

图30展示了本发明中整合的探测器件（图30（a）所示），包括光传感器（图30（b）所示），它可以是CMOS图像传感器（CIS），电荷耦合器件（CCD），光检测器，或其他图像传感器。所述检测装置包括至少一个探头和一个通道，图像器件包括至少1个像素。图30（c-1）和图30（C-2）所示的检测器整合了探测器件和光学传感器，如图30（d）中，示出生物样品3001，3002，3003通过时，探针3010在通道3020中，其电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物学，化学，物理学或力学性质可由检测探针3010检出（见图30（e）），同时其图像可由光学传感器（图30（f））同步记录。探测信号与图像组合起来，提供诊断信息，增强了检测灵敏度和特异性。这样的检测器件和光学传感器件，可以在一个片上系统中，或封装至一个芯片上。

图31展示了具有微型检测器件（图31(a)）和逻辑电路（图31(b)）的检测仪。检测器件包括至少一个探针和通道，逻辑电路包括寻址器，放大器，和随机动态存储器。当生物样品3101通过的通道，其属性可以由探针3130检测到，并且该信号可以被处理，分析，存储，处理，并实时绘图。图31（c-1的）和图31（C-2）展示了集成了检测器件和电路的装置。同样，检测器件和集成电路可设计在一个片上系统中，或者封装至一个芯片上。

图32展示了本发明的装置包括一个检测器件（图32（a））和过滤器（图32（b））。当的生物样品3201通过装置时，过滤器进行过滤，可以除去不相干的样品。然后其余样品的属性可以由检测的探针器件（图31（a））探测到。探测前的过滤，将提高该装置的精度。通道的宽度也可以从1纳米至1毫米。

图33展示了DNA3330的几何因子的，如在DNA的小沟槽（3310）的空间排布影响该区域电场分布性质，这反过来又可能影响本地生物化学或化学反应在这段的空间分布DNA。通过探测，测量，和修改DNA的空间分布（如小沟的间距）使用所公开的检测器和探头3320，人们可以检测到如下属性：DNA的缺陷，预测的DNA段的反应/过程，并修饰或操纵的几何性质，静电场/电荷的空间分布，影响的DNA段的生物化学或化学反应。如尖端3320可以用来实际增加小沟3310的间距。

图34展示了本发明的制造具有平坦的盖盖与沟槽的顶部，形成沟道的微型装置的制造流程。这将消除需要两个耦合槽，形成通道的要求，不要求完美的对齐方式。盖子可以是透明的，可以通过显微镜观察，可包含硅，锗化硅，二氧化硅，各种玻璃或氧化铝或由这些材料制造。

图35是本发明中检测疾病的检测仪的结构图。检测仪包括预处理单元，探测和检测单元，信号处理和分配单元。

图36展示了样品预处理单元中的过滤子单元的实例。它能够将细胞以不同大小或尺寸分开，包括至少一个入口通道3610，一个扰流通道3620，加速腔3630和两个选择通道（3640和3650）。3620和3610间的夹角3660范围为0到180度。

生物样品3601在x方向上从入口流道3610向加速腔3630流动。生物相容流体3602流从扰流通道3620向加速室3630流动，然后加速了在y方向上的生物样品3601。加速度与生物对象的半径较大的加速比的小的。然后，较大和较小的物体被分离至不同国的通道。同时，探针可任意的组装在通道3610，3620，3630，3640，和3650的侧壁上的。探针可以检测微观尺度上的电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物学，化学，生物化学，机电学，电化学，电化学机械学，物理学或力学性质及它们的组合。

图37是本发明中另一样品过滤单元的示意图。3701代表小细胞，而3702代表大细胞。当一个阀3704打开时，另一个阀3703关闭，、待测生物样品（3701和3702）流向出口A。大细胞的直径比过滤孔大，从而在出口A处阻塞，而小细胞通过A出口被冲出。入口阀3704和出口阀3707随后关闭和生物相容性的流体通过流体入口阀3706注入进来。流体细带大细胞从出口B冲出。大细胞由此通过本发明的检测部分分析和检测出来。

图38是本发明装置中预处理单元的示意图。其中包括样品过滤单元，补给单元或生物体内养分与气体的补充系统，恒压输送单元，以及测试前的样品干扰装置。

图39是本发明装置中信息或信号处理单元的示意图。该单元包括：放大器（如锁定放大器），用于放大信号，模数转换器和微型计算机（如含有计算机芯片的器件或信息处理子器件），操纵器，显示屏和网络连接部分。

图40是多路信号的积分，从而能够消除噪声，提高信噪比。此图中，生物样本4001在时间节点t1和t2间的时间间隔Δt由探针1测试，在时间节点t3和t4间的时间间隔Δt由探针2测试，4002是生物样本4001来自于探针1的信号，4003是生物样本4001来自于探针2的信号。信号4004是4002与4003的积分信号，噪声在一定程度上相消，从而增加信号强度，提高信噪比。同样的原理可适用于源自多于两路的微型器件或测试单元的数据。

图41是应用本发明制造具有至少一个探测腔和至少一个探测器的检测器件的制造流程的实例。在该实例中，遵循制造数据存储，数据处理和分析部件（包括晶体管，存储类器件，逻辑电路和射频器件）的可选工艺流程，材料4122首先淀积至沉底4111上，接着是另一种材料4133（后续探测器所需材料）的淀积。4133可以是导电材料，压电材料，半导体材料，机械应力敏感材料或光学材料。4133也可选择性地由复合材料或所需的材料堆叠组成。如有需要，带有一套子部件的集成探测器也可以放置在此处。材料4133接着通过光刻和刻蚀工艺实现图形化，形成图41（c）中所示特征结构。另一种材料4144随后完成淀积，该材料可以与4122相同，也可以是不同材料。4122可以是电绝缘材料，如氧化物（氧化硅），掺杂氧化物，氮化硅或多晶硅材料。接着，材料4144通过抛光工艺（如使用化学机械抛光）或回蚀工艺选择性的实现平坦化。材料堆叠层随后通过光刻和刻蚀工艺实现图形化，刻蚀截止于衬底4111上。最终，如图41（g）所示，一个覆盖层或另一部件4155的表面将置于材料堆叠层的顶端（从而密封或覆盖），形成用于生物样品检测的封闭检测腔4166及探测器4177。

图42是本发明方法中用于制造包括封闭探测腔，探测器及生物样品（如流体样品）输运通道的探测器件的另一实例。在该实例中，遵循制造数据存储，数据处理和分析部件（包括晶体管，存储类器件，逻辑电路和射频器件）的可选工艺流程，材料4222首先淀积至衬底4211上，随后是另一种材料4233（后续探测器所需材料）的淀积。4233可以是导电材料，压电材料，半导体材料，热敏材料，离子辐射敏感材料，压敏材料，机械应力敏感材料或光学材料。4233也可选择性地由复合材料或所需的材料堆叠组成。如有需要，带有一套子部件的集成探测器也可以放置在此处。

材料4222和4233随后通过光刻和刻蚀工艺实现图形化。这两层材料（4222和4233）可通过独立的图形化工艺完成，也可通过相同的图形化工艺完成，取决于器件设计，材料与刻蚀剂的种类。衬底4211随后进行刻蚀工艺，如图42（d）所示，在4211上形成凹陷区域（腔），该工艺中，材料堆叠层4222和4233可用作刻蚀工艺中的硬掩膜。

材料4244淀积至凹陷区域，4244在材料4233以上的部分通过抛光（化学或者机械抛光）或回蚀工艺去除。材料4244可以是氧化物，掺杂氧化物，多晶硅材料。材料4255层随后淀积至4244的表面，并图形化以形成选定区域中的小孔。通过湿法或气相刻蚀工艺随后可以去除材料4244，形成封闭的探测腔4266。

如图42（i）所示，材料4222也可选择性的通过湿法或气相刻蚀工艺去除，形成连接多个探测腔的通道4288，继而形成了如下结构：检测腔内壁附有探测器4277，检测腔中可流过气体或液体生物样品。最终，检测腔上表面由另一层材料密封（如4255）。

图43展示了本发明中的一种全新的基本检测方法。该方法中，至少有一种探测物会以所需的速度与方向朝生物体发射，并导致碰撞。碰撞中与碰撞后生物体的反应被检测和记录，并提供生物体的详细的微观信息，如重量、密度、弹性、硬度、结构、连结情况（生物体不同部分间）以及电学性质，如电荷，磁学性质，结构信息和表面性质。例如，对于同种的细胞，可预期的是，癌症细胞因为更致密，更重及体积更大，碰撞后会比正常细胞经历更短的运动距离。如图43（a）所示，探测物体4311朝生物体4322发射。经过与探测物4311碰撞后，生物体4322根据其自身性质会被推出（或散射出）一段距离，如图43（b）所示。

图43（c）是全新疾病监测器件的示意图。疾病监测器件包括发射腔4344，探测器阵列4333，探测物4322和待测生物体4311。通常探测物可以是无机颗粒，有机颗粒，复合颗粒或生物体本身。发射腔包括发射用的活塞，电路与指令计算机间的控制系统，以及为检测物定向的通道。

图44展示了一种全新的制造方法，在同一器件水平上用不同的材料形成多个部件。首先，第一种材料4422淀积到衬底4411（见图44（a）），接着淀积第二种材料4433通。第二种材料4433随后通过光刻和刻蚀工艺完成图形化，在4433层上形成凹陷区域。（见图44（c））。随后淀积第三种材料4444。第三种材料可以与第二种材料4422相同或不同。

第三种材料在第二种材料上方，可以通过回蚀和/或抛光（如化学机械抛光）工艺去除。随后第三种材料可以选择性的进行图形化，以形成在4444层（图44（f））上的部分凹陷区域。第四种材料4455随后完成淀积。第四种材料4455在第三种材料4444以上的部分或在第二和第三种材料上的部分可以通过回蚀和/或抛光（如化学机械抛光）工艺去除。以上的工艺步骤可以通过重复，以形成同种或不同材料在同一器件尺度上的多种性质。因此，该工艺流程在同一器件尺度上至少形成4466和4477两个由相同或不同材料组成的部分。例如，在一个实例中，其中一个部分可用作探针而另一个可以用作探测器。

图45展示了一种检测生物体疾病的方法。生物体4501以速度v通过通道4531，探针4511可以快速的粗检生物体的性质。

探针4512是一个精密的探测器件，表面涂覆了压电材料。探针4511和探针4512之间的距离为ΔL。

当待测生物体经过4511时，若被鉴别为可疑的异常生物体，系统将触发压电探针4512伸入通道，并在Δt的时间延迟后探测特定的性质。探针4512在可疑生物体通过后收回。

探测器件能够测量生物样品在微观水平上的电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物学，化学，机电学，点化学，电化学机械学，生物化学，生物机械学，生物机电学，生物电化学，生物电化机械学，物理学或力学性质，或以上的组合

微型通道宽度的范围约为1纳米至1毫米。

图46展示了生物体疾病检测的过程。生物体4601以速度v通过通道4631，探针4611可以快速的粗检生物体的性质。4621和4622是控制微通道4631和4632的压电阀。4612是精密探测期间，可以更精确的探测生物体的性质。4631是冲洗通道，将正常生物体排出。4632是检测通道，可疑生物体在其中进行精确检测。

当生物体完成测试并通过4611时，若其为正常生物体，冲洗通道的控制阀4621将打开而检测通道的控制阀4622关闭，生物体将被排除而不进行耗时的精密检测。

当生物体完成测试并通过4611时，若其为异常生物体或已病变，冲洗通道的控制阀4621将关闭而检测通道的控制阀4622将打开，生物体被导入检测通道进行更精确的检测。

微型通道宽度的范围约为1纳米至1毫米。

探测器件能够测量生物体在微观尺度的电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物学，化学，机电学，电化学，电化学机械学，生物化学，生物机械学，生物机电学，生物电化学，生物电化机械学，物理学或力学性质。

图47展示了阵列排布的生物检测器件。4701为阵列的微型通道，可以流过流体与生物体。4702是通道旁嵌入式的测试器件。传感器连接到位线4721和字线4722。信号被解码器R收集。4742执行行选择，4741执行列选择。如图47（b）所示，微型阵列生物检测器件4700可嵌入宏观通道4701。微型通道的尺寸范围约为1微米至1毫米。微型通道的形状可以是矩形，椭圆形，圆形，或多边形。

探测器件能够测量生物体在微观尺度的电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物学，化学，机电学，电化学，电化学机械学，生物化学，生物机械学，生物机电学，生物电化学，生物电化学机械学，物理学或力学性质或这些性质的组合。

图48展示了当前发明中用于疾病检测的器件。4801是检测器件的入口，4802为其出口。4820是生物体通过的通道。4811是检测器件的光学部件。

如图48（b）所示，光学部件4811包括光发射器4812和光接收器4813。光发射器发出光学脉冲（如激光束脉冲），当生物体4801通过光学部件，光传感器探测到衍射的光脉冲，并鉴别出生物体的形貌。

图49展示了本发明涉及的微压电探测器的制备流程。特别的，图49（a）中，依次向衬底4901淀积材料A和B作为湿法刻蚀终止层4902和牺牲层4903。接下来利用光刻和刻蚀工艺图形化牺牲层4903。如图49（b）所示，向牺牲层表面淀积压电材料C作为4904层，然后平坦化。4904层利用光刻和刻蚀工艺图形化，如图49（c）。接下来再淀积牺牲层4905（可以是材料B或其他）和湿法刻蚀终止层4906（可以是材料A或其他材料），如图49（d）、（e）。光刻，刻蚀4905层和4906层，刻蚀终止于压电材料4904层。接下来淀积材料D作为导电层4907，然后图形化。如图49（g）利用光刻刻蚀工艺形成沟槽，刻蚀终止于衬底。如图49（h）所示，利用各向同性湿法刻蚀对材料B选择性刻蚀，形成压电探针4908（悬臂）。如图49（i）。

图50是本发明涉及的微器件的封装以及和样品传输系统、数据存储器件整合的例子。如图50（a）所示，利用本文涉及的微电子加工工艺制备的器件5001至少包括微通道5011，探针5022和键合焊盘5021。器件顶层表面材料包括SixOyNz,Si,SixOy,SixNy或包含Si,O,N元素的复合材料。5002是玻璃平板。图50（b）中，玻璃平板5002和微器件5001带有沟槽一侧键合在一起。键合可以通过化学、热学、物理学、光学、声学或电学方法及几种方法的组合实现。如图50（c）所示，将导线键合于焊盘侧面。如图50（d），器件5001被封装于方形塑料腔内只将导线露出。如图50（e）通过封装材料刻出锥形通道连接至器件内部通道。如图50（f），锥形通道的大出口可以使样品注射器与器件连接更加方便，能够更好地使样品从相对较大的注射器件针头注射进相对较小的通道内。

图51是本发明涉及的微器件的封装以及和样品传输系统、数据存储器件整合的另一个例子。如图51（a）所示，微器件5100利用专利“疾病检测仪器”（专利号：PCT/US2011/042637）涉及的一种或多种微电子加工工艺制备。微器件5100至少包括微通道5104，探针5103，连接端口5102和键合焊盘5105。微器件5100顶部表层材料包括SixOyNz,Si,SixOy,SixNy或含有Si,O,and N元素的复合物。表层可以被遮盖，因此微器件5100和一块玻璃平板5101组装起来。如图51(b)所示，组装方法可以是化学的，热学，物理，光学，声学或电学方法。如图51（c）所示，微器件5100可以封装在一个方形结构内只将导线露出。这个方形结构包括塑料、陶瓷、金属、玻璃或石英材料。如图51（e），在方形结构上开一通道连接到端口5102。如图51（f）,通道5141和向器件内输运样品的其他通道连接，在测试完成后将样品冲洗掉。

图53是本发明涉及的微器件的封装以及和样品传输系统、数据存储器件整合的另一个例子。如图52（a）所示，器件5200是至少包括一个微通道5201的微流体器件。5203是一个用于传输流体样品的导管。微通道5201和导管5203对齐，并浸没在某液体中，如，水。如图52（b）所示，当微通道5201和导管5203浸没的液体的温度低至凝点或更低时，该液体会凝结成固体5204。如图52（c）所示，当液体温度保持在凝点以下时，将组合体（包括5204，5203和5200）被封装在材料5205内（5205的熔点高于5204），只将导管露在外面。图52（d）所示，当温度高于5204的熔点时，固体材料5204开始熔化成液体并通过导管5203排出。这时原来被固体材料5204填充的空间变成了空腔5206，通道5201和导管5203连通并密封于5206中。

图53示出本发明涉及的微器件，带有一个微通道（沟槽）和微传感器阵列。图53（a）在图中，5310是由微电子技术制造的器件；5310包括微传感器阵列5301，寻址和读出电路5302。微传感器阵列可以包括热传感器，压电传感器，压电光电传感器，压电光学电子传感器，图像传感器，光传感器，辐射传感器，机械传感器，磁传感器，生物传感器，化学传感器，生物化学传感器，声学传感器，或它们的组合。热传感器的例子包括电阻温度微传感器，微热电偶，热敏二极管和热敏晶体管，和SAW（表面声波）温度传感器。图像传感器的实施例包括：CCD（电荷耦合器件）和CIS（CMOS图像传感器）。辐射传感器的例子包括：光导器件，光电器件，热电气器件，和微天线。机械传感器的实施例包括压力微传感器，微加速度计，微陀螺仪，和微流量传感器。磁传感器的例子包括磁-电偶微传感器，磁阻传感器，磁二极管，磁晶体管。生化传感器的例子包括电导器件和电位器件。图53（b）示出了一个微型器件5320，包括一个微通道5321。在图53（c）中，5310和5320被键合在一起，以形成新的微型器件5330，其中包括一个沟槽或通道5331。微传感器阵列5301被暴露在通道5331中。

图54示出了本发明涉及的另一种微器件，包括两个面板，其中之一有一个阵列的微传感器和两个微缸。特别地，图54（a）示出了通过微电子技术制造的微器件5430，它包括一个微传感器阵列5431及一个读出电路5432，5410是另一个微传感器阵列芯片，和5420是一个微缸。所示，在图54（b）中，微型传感器阵列芯片5430和两个微缸5420结合以形成微沟槽，微传感器阵列暴露在外。在图54（c）所示的微器件中，5410翻转键合于微通道器件5431，形成器件5450。器件5450的通道顶侧和底侧上带有嵌入式微传感器阵列。图54（d）示出了器件在X方向上的剖面图，而图54（e）示出了器件在y方向上的剖面图。

图55示出本发明涉及的微器件包括两个面板，其中之一有一个阵列微传感器和两个微缸，两者都带有探测传感器。特别地，在图55（a）中通过微电子技术制造的器件5510，它包括一个通道5511，通道旁的探针5513，和一个读出电路5512。图55（b）示出了器件在X方向上的剖面图，而图55（c）示出了器件在y方向上的剖面图。探针5513可以向通过通道5511的物体施加一个干扰信号。

图56示出了另一个本发明涉及的微器件，包括几个“子器件”。特别地，如图56（a）中所示，器件5610由“子器件”5611，5612，5613，和5614构成，其中5611和5613用于产生干扰信号，5612和5614是微传感器阵列。图56（b）示出器件5610的功能框图，当被测生物样品5621通过通道5610时，通过5611施加干扰信号A，，通过5612检测传感器阵列1测试并记录。阵列2的探针5613对样品施加干扰信号，通过阵列2检测传感器5614进行测试。阵列1的干扰探针5611和阵列2的干扰探针5613可以施加相同或不同的信号。同样，阵列1检测传感器5612和阵列2中的检测传感器5614可以检测到相同或不同的性质。

图57展示了本发明涉及的微器件的实例，它包括带有I/O焊盘的ASIC芯片。特别的，如图57所示，5710是带有微流体通道5712和I/O焊盘5711的微器件，5720是一个带有I/O焊盘5721的ASIC芯片。5720和5710可以通过I/O焊盘键合在一起。因此，ASIC芯片5720和微流体检测器件5710可以表现出更复杂的分析计算功能。

为了演示和说明，上面列举了新颖的详细的实施例展示了如何利用微电子或纳米制造技术和相关的工艺制备高灵敏度，多功能，强大的，和小型化的检测器件，最基本的常用的微电子技术和纳米制造技术用于这类高性能检测仪的设计和制造，而且可以扩展到各种制造工艺的组合，包括但不限于薄膜沉积，图形话（光刻和蚀刻），平坦化（包括化学机械抛光），离子注入，扩散，清洗，各种材料，过程和步骤的组合，以及各种工序和流程的组合。例如，任意一种检测器件的设计和制造流程中，所涉及的材料的数量可以少于或超过4种（已被用在上面的例子中），处理步骤的数量可以少于或多于示例，这都取决于特定需求和性能目标。例如，在某些疾病检测的应用中，诸如生物材料薄膜可作为第五材料用于涂覆的金属尖端，以提高检测头例如，在某些疾病检测的应用中，诸如生物材料系薄膜的第五材料可以用于涂覆的金属检测尖端，以改善检测头与被测量的生物样品的接触，从而提高测量灵敏度。

本发明公开的检测仪和检测方法的应用包括检测疾病（例如，在疾病的早期），尤其是严重的疾病，如癌症。由于肿瘤细胞和正常细胞有多种差异，包括微观性质的差异如电势，表面电荷密度，附着力，和pH值，本专利所公开的新颖的微器件能够检测到这些差异，因此增强了疾病（如癌症）检测能力，特别是在早期阶段。除了用于检测电势和电荷参数的微器件外，还可以用本专利所公开的方法制备用于检测机械性能（如密度）的微器件。在疾病早期检测中机械性能测试的重点是能区分疾病或癌变的细胞与正常细胞。例如，人们可以通过使用本发明中集成了微压痕检测器的检测器件，区分癌细胞与正常细胞。

尽管对本发明的特定实施例已经做出说明，但是在本技术领域的熟练技术人员可以在不脱离本发明精神的情况下，做出修改和变化。上述实例和插图并不限制本发明的范围。本发明的检测器件，微型器件，制造过程，和应用以及与之相关的任何明显的分支或类似物的任何组合，都在本发明之内。另外，本发明包括任何达到同样目的组合，对应的修改和变化都在本发明的权利要求内。

上面提到所有出版物或专利，其全部内容通过引用并入本文。除非另有明确说明，本说明（包括任何所附的权利要求书，摘要和附图）内所有结构可以被具有相同，等效，相似的任何结构取代。因此，除非另有说明，公开的每个特征都是具有等效或类似的一类功能的一个例子。

其他实施例

可以理解的是，尽管本发明已被进行了描述，接下来的描述旨在进一步说明而非限制本发明的范围，本发明的范围由附加权利要求说明。其他的方面、优点和修改均在以下权利要求的范围内。本文中所有的出版物引用均被整体参考。

Claims (49)

1.一种用于检测与治疗疾病的微器件，包括用于检测微观水平上生物样本特性性质的第一微传感器，以及确定通道的内壁，其中所述微传感器位于所述微器件的内壁，并检测所述生物样本在微观水平上的性质，且所述生物样本在所述通道内进行生物样本的输运，所述微器件进一步包括至少一个附加的微传感器，其与所述第一微传感器接近，位于相同的内壁上，所述至少一个附加微传感器通过微加工技术制造，其中所述微器件至少一个是探测传感器，能够向所述生物样本施加一个干扰信号。

2.如权利要求1所述的微器件，其特征在于，其中所述的第一微传感器或微器件通过微电子技术制造。

3.如权利要求2所述的微器件，其特征在于，其中所述第一微传感器制造为构成所述微器件内壁整体的一部分，或所述第一微传感器制造为独立于所述微器件内壁并与其连接。

4.如权利要求1所述的微器件，其特征在于，进而包括读取电路，所述读取电路与所述第一微传感器连接，从所述第一微传感器向存储器件传送数据。

5.如权利要求4所述的微器件，其特征在于，读取电路与第一微传感器之间的连接是数字的，模拟的，光学的，热学的，压电的，压光电池的，压电光电池的，光电的，电热的，光热的，电磁的，机电学的或力学的连接。

6.如权利要求1所述的微器件，其特征在于，进而包括至少三个附加的微传感器，其与所述第一微传感器接近，位于与所述第一微传感器相同的内壁上，其中所述至少三个附加微传感器通过微加工技术制造。

7.如权利要求6所述的微器件，其特征在于，微器件中所有微传感器排列成一组。

8.如权利要求6所述的微器件，其特征在于，其中所有微传感器排列成至少两组。

9.如权利要求1所述的微器件，其特征在于，微传感器制造于一块平板上，并暴露于所述微器件的内壁确定的通道中。

10.如权利要求1所述的微器件，其特征在于，其中微器件具有对称的内部通道或外部结构。

11.如权利要求10所述的微器件，其特征在于，微器件具有椭圆形，圆形，三角形，正方形或长方形的内部通道或外部结构。

12.如权利要求11所述的微器件，其特征在于，微器件具有正方形或矩形的内部通道和四侧内壁。

13.如权利要求12所述的微器件，其特征在于，其中所有的微传感器位于所述内壁的一侧或相反的两侧。

14.如权利要求12所述的微器件，其特征在于，其中所述微器件，包括两个平板，其中至少一个所述平板通过微电子技术制造，并包括微传感器和读取电路，所述微传感器位于平板的一侧的内壁，与所述微器件的其他内壁确定了微器件的内部通道。

15.如权利要求14所述的微器件，其特征在于，进而包括两个位于所述两个平板间并与平板相连的微柱，其中每个微柱是实心的，空心的，或多孔的。

16.如权利要求15所述的微器件，其特征在于，所述的微柱是实心的，且其中至少一个包括了由微电子技术制造的微型传感器。

17.如权利要求16所述的微器件，其特征在于，微柱中的微传感器探测与所述微器件的平板中的微传感器相同或不同的性质。

18.如权利要求16所述的微器件，其特征在于，微柱中的微传感器向待测生物样本施加一个探测信号。

19.如权利要求16所述的微器件，其特征在于，至少一个所述微柱包括了至少两个由微电子技术制造的微传感器，所述至少两个微传感器中的每两个位于所述微柱中，从而形成平板内的微传感器阵列，并位于所述微柱中每两个微传感器之间。

20.如权利要求19所述的微器件，其特征在于，其中所述微柱中的两个传感器的间距范围为0.1微米到500微米。

21.如权利要求19所述的微器件，其特征在于，其中所述微柱中的两个传感器的间距范围为0.1微米到50微米。

22.如权利要求19所述的微器件，其特征在于，其中所述微柱中的两个传感器的间距范围为1微米到100微米。

23.如权利要求19所述的微器件，其特征在于，其中所述微柱中的两个传感器的间距范围为2.5微米到100微米。

24.如权利要求19所述的微器件，其特征在于，其中所述微柱中的两个传感器的间距范围为5微米到250微米。

25.如权利要求20-24任一项所述的微器件，其特征在于，至少一个平板包含了至少两个微传感器，其排列成至少两个阵列，每一阵列之间由所述微柱中的至少一个微传感器分隔开。

26.如权利要求20-24任一项所述的微器件，其特征在于，具有至少一个微传感器阵列的平板，包含两个或多个微传感器。

27.如权利要求12所述的微器件，其特征在于，其中所述微器件包括了两个平板，每个平板各自包括至少一个微传感器和一个读取电路，微传感器位于每个平板的内壁，与微器件的其他内壁形成确定了微器件的内部通道。

28.如权利要求27所述的微器件，其特征在于，所述的微器件中，每个所述平板包括至少两个呈阵列状装排布的微传感器。

29.如权利要求28所述的微器件，其特征在于，进而包括两个微柱，其位于两个平板间并与其相连，其中每个所述微柱是实心的，空心的或多孔的。

30.如权利要求29所述的微器件，其特征在于，其中所述微柱是实心的，其中且至少一个微柱包括由微电子技术制造的微传感器。

31.如权利要求29所述的微器件，其特征在于，微柱中的微传感器向待测生物样本施加探测信号，通过产生一个信号引起生物样本的反应。

32.如权利要求31所述的微器件，其特征在于，微柱的其中至少一个包括至少两个由微电子技术制造的微传感器，且所述至少两个传感器中的每两个位于所述微柱中，从而所述平板内的微传感器阵列位于所述微柱中每两个微传感器之间。

33.如权利要求32所述的微器件，其特征在于，至少一个平板包括了至少两个微传感器，其排列成至少两个阵列，由所述微柱中的至少一个微传感器分隔开。

34.如权利要求33所述的微器件，其特征在于，平板中至少一个微传感器阵列包括了两个或多个微传感器。

35.如权利要求1所述的微器件，其特征在于，其中微器件中的所述通道是矩形的，长度从1微米到100微米。

36.如权利要求1所述的微器件，其特征在于，通道的直径、高度或宽度的范围从0.5微米到5微米。

37.如权利要求1所述的微器件，其特征在于，通道的直径、高度或宽度的范围从1微米到2.5微米。

38.如权利要求1所述的微器件，其特征在于，通道的直径、高度或宽度的范围从5微米到25微米。

39.如权利要求1所述的微器件，其特征在于，通道的直径、高度或宽度的范围从5微米到50微米。

40.如权利要求1所述的微器件，其特征在于，通道的直径、高度或宽度的范围从25微米到50微米。

41.如权利要求1所述的微器件，其特征在于，通道的直径、高度或宽度的范围从50微米到80微米。

42.如权利要求1所述的微器件，其特征在于，其中微器件包括：两个平板，其中至少一个由微电子技术制造而成，并包含微传感器和读取电路，微传感器位于平板的内壁，其与微器件的其他内壁形成确定了微器件的内部通道；

两个微柱，位于所述两个平板之间并与其相连，其中每个所述微柱是实心，空心或多孔的；以及特定功能的集成电路板，在器件内部与任一所述平板或微柱相连，或者集成在任一所述平板或微柱中，并与所述微器件中其他部件共同确定所述微器件的内部通道。

43.如权利要求42所述的微器件，其特征在于，热学传感器包括电阻温度微传感器，微型热电偶，热敏二极管和热敏晶体管，以及表面声波(SAW)温度传感器。

44.如权利要求42所述的微器件，其特征在于，图像传感器包括了电荷耦合器件(CCD)或CMOS图像传感器(CIS)。

45.如权利要求42所述的微器件，其特征在于，辐射传感器包括光导器件，光生伏特器件，热电器件或微型天线。

46.如权利要求42所述的微器件，其特征在于，力学传感器包括微型压力传感器，微型加速度计，流量计，粘度测量工具，微陀螺，或微流量传感器。

47.如权利要求42所述的微器件，其特征在于，磁学传感器包括微型磁电传感器，磁阻传感器，磁敏二极管，或磁敏晶体管。

48.如权利要求42所述的微器件，其特征在于，生物化学传感器包括电导器件和电位器件。

49.如权利要求1所述的微器件，其特征在于，进而包括读取电路，用于接收或传送微传感器收集的数据，其有关生物样本的测量的性质。