CN104004650A - 生物流体高分子探测装置以及探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种生物流体高分子探测装置，包括第一基板和第二基板，所述第一基板包含多个采样通孔，至少部分采样通孔的孔径互不相同，所述多个采样通孔用于筛分一生物流体中的高分子，所述第二基板与第一基板堆叠放置，并包含多个探测管，所述探测管和所述采样通孔的位置垂直对应，所述探测管用于探测其对应的采样通孔内是否具有所述高分子，并发出探测输出信号。本发明还提供一种生物流体高分子筛分探测方法。在本发明的生物流体高分子探测装置中，所述第一基板作为流体高分子筛，所述第二基板作为探测器阵列，所述生物流体高分子探测装置的集成度高，加工简单，所述生物流体高分子筛分探测方法应用方便。
Description
技术领域
本发明提供一种生物流体高分子探测装置以及探测方法，涉及半导体生物芯片系统设计、加工封装和应用技术领域。
背景技术
一些高发病率、高死亡率的严重疾病，包含癌症和心脏病，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，包含X射线，CT扫描，核磁共振(NMR)等。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。
目前，通过各种的生物流体高分子检测尤其是NDA检测，提供重要的生物病理学信息，已经成为常用的病因生理检测、病源分析以及遗传学研究的重要手段。
然而，如何快速、可靠、准确并经济地完成的生物流体高分子检测，从而为病疫诊断和检测提供更及时的生物病理学信息，成为生物流体高分子检测发展的重点。近年来，已经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，有学者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还有学者在美国披露了使用MEMS检测生物媒介的方法。
然而，上述检测技术要求复杂的样品准备程序(如使用化学或生物标志物)，从而使得整个检测过程复杂、耗时，不适合疾病尤其是癌症等严重疾病的实时诊断，尤其不适合在医院的常规筛查和定期的身体检查中使用。
为解决上述问题，本发明提供一种生物流体高分子探测装置以及探测方法，利用硅基微加工技术将硅基生物流体高分子筛与硅半导体探测器甚至探测信号处理器集成为一体，具有集成度高、加工简单、应用方便、以及探测与信号处理准确度高、速度快等优点。
发明内容
本发明所解决的技术问题和要求，是提高生物流体高分子检测系统的微型化、集成度、数字化和检测标准化。
为解决上述技术问题，本发明提出一种新型的生物流体高分子探测装置，包含：
第一基板，包含多个采样通孔，至少部分采样通孔的孔径互不相同，所述多个采样通孔用于筛分一生物流体中的高分子；以及
第二基板，与所述第一基板堆叠放置，并包含多个探测管，所述探测管和所述采样通孔的位置垂直对应，所述探测管用于探测其对应的采样通孔内是否具有所述高分子，并发出探测输出信号。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述探测管为光电探测管。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述第二基板由半导体材料构成，所述光电探测管为半导体光电探测管。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述第二基板为硅半导体基板。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述光电探测管至少包含一个光电二极管，所述光电二极管的光接收面正对所述采样通孔。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述光电探测管还包含一第一开关晶体管和一第二开关晶体管，其中：
所述第一开关晶体管的漏极与所述光电二极管的一端相连，所述第一开关晶体管的栅极连接一复位控制信号，所述第一开关晶体管的源极接收一复位输入信号，所述光电二极管的另一端接一公共地线；
所述第二开关晶体管的栅极与所述光电二极管的一端和所述第一晶体管的漏极相连，所述第二开关晶体管的源极连接一放大输入信号，所述第二开关晶体管的漏极输出所述探测输出信号。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述光电探测管还包含一第三开关晶体管，其中：
所述第三开关晶体管的源极与所述光电二极管的一端相连，所述第三开关晶体管的栅极连接一感应导通与复位控制信号，所述第三开关晶体管的漏极与所述第一开关晶体管的漏极和所述第二开关晶体管的栅极连接。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述探测管为热辐射信号探测管。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述探测管为射频信号探测管。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述生物流体高分子探测装置还包括一个采集分析模块，所述采集分析模块接收所述探测管发出的所述探测输出信号，并根据所述探测输出信号获得所述生物流体的高分子组分特性。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述生物流体高分子探测装置还包括一个探测源信号发出模块，所述探测源信号发出模块用于向所述第一基板以及所述采样通孔内含有的生物流体高分子发出一探测源信号，所述采样通孔响应所述探测源信号而产生一采样响应输出信号，所述探测管感测所述采样响应输出信号，并输出一探测输出信号。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述第一基板与第二基板之间形成有一间隙。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述第一基板和第二基板通过多个相互分离的粘附性间垫连接或通过连接的具有开孔的粘附性间垫连接，在所述采样通孔和探测管之间形成所述间隙。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述第一基板至少包括20个孔径互不相同的所述采样通孔，所述采样通孔的孔径分布范围为0.1μm～100μm。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述第一基板为硅半导体基板，所述第一基板的厚度为1μm～750μm。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述第一基板由硅材料构成。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述采样通孔在所述第一基板的平面上阵列排布，所述采样通孔的孔径按照行或列依次递增或递减。
可选的，在所述生物流体高分子探测装置中，所述探测管在所述第二基板的平面上平行排列，在所述第一基板上的每一所述采样通孔都垂直对应一个所述探测管。
根据本发明的另一面，还提供一种生物流体高分子探测方法，采用如上所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述探测方法包含：
利用所述第一基板的多个采样通孔对所述流体中的高分子进行筛分，所述高分子依照其大小尺寸，选择性地被填入并定位于孔径与所述高分子大小尺寸相匹配的所述采样通孔内；
向所述第一基板施加一探测源信号；
所述采样通孔根据其内是否具有所述高分子发出一采样响应输出信号；
通过所述第二基板上与所述第一基板的所述采样通孔垂直对应的探测管，探测所述采样响应输出信号，并输出探测输出信号；
对所述探测输出信号进行处理，以获得所述生物流体的高分子组分特性。
可选的，在所述生物流体高分子探测方法中，所述探测方法还包含：
对所述第一基板以及所述采样通孔内的高分子进行温度控制。
可选的，在所述生物流体高分子探测方法中，通过对所述第二基板进行升温或降温，以对所述第一基板以及所述采样通孔内的高分子进行温度控制。
可选的，在所述生物流体高分子探测方法中，直接对所述第一基板进行升温或降温，以对所述第一基板以及所述采样通孔内的高分子进行温度控制。
可选的，在所述生物流体高分子探测方法中，所述第一基板以及所述采样通孔内的高分子的温度范围为-196℃～99℃。
与现有技术相比，在本发明的生物流体高分子探测装置以及探测方法中，所述第一基板包含多个采样通孔，至少部分采样通孔的孔径互不相同，所述多个采样通孔用于筛分一生物流体中的高分子；所述第二基板与所述第一基板堆叠放置，并包含多个探测管，所述探测管和所述采样通孔的位置垂直对应，所述探测管用于探测其对应的采样通孔内是否具有所述高分子，并发出探测输出信号。
当进行检测时，所述第一基板作为流体高分子筛，所述采样通孔对所述流体中的分子进行筛分，使得所述高分子填入与其尺寸大小相当的所述采样通孔内；所述第二基板作为探测器阵列板，所述探测管根据所述采样通孔内是否具有所述高分子发出不同的探测输出信号，从而根据所述探测输出信号，来分析和推断所述生物流体的高分子组分特征。
因此，所述生物流体高分子探测装置具有系统微型化、加工简单和集成度高等优点，所述流体筛分探测方法客观性强、应用方便。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为本发明一实施例中所述生物流体高分子探测装置的结构示意图；
图2为本发明一实施例中所述生物流体高分子探测装置的俯视图；
图3为本发明一实施例中所述探测管的结构示意图；
图4为本发明一实施例中所述生物流体高分子探测方法的流程图；
图5-图7为本发明一实施例中所述生物流体高分子探测方法中的探测系统的剖面图。
具体实施方式
下面，参照图1和图2来具体说明本实施例中的生物流体高分子探测装置。本发明实施例提供的生物流体高分子探测装置以及流体筛分探测方法用于多种生物检测，包括检测一生物流体中DNA分子的生物分子学特性。
如图1所示，所述生物流体高分子探测装置1包含第一基板100以及第二基板200，所述第一基板100与第二基板200堆叠放置，较佳的，所述第一基板100与第二基板200之间形成有一间隙195。
其中，所述第一基板100包含多个采样通孔，至少部分采样通孔的孔径互不相同，所述采样通孔用于筛分一生物流体中的高分子。较佳的，所述第一基板100由半导体材料构成，优选的，所述第一基板100为硅半导体基板，则所述采样通孔为硅采样通孔，此外，所述第一基板100还可以为硅锗半导体基板、锗半导体基板、氧化锌基板等等，只要可以对所述高分子进行筛选，亦在本发明的思想范围之内。较佳的，所述第一基板100的厚度H为1μm～750μm，例如，1μm、5μm、10μm、20μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm等等，可以使得所述采样通孔具有合适的深度，以对所述高分子进行有效的筛分，使得大小匹配的所述高分子可以定位于对应的所述采样通孔中，不会掉落。
参考图2所示，首先需要说明的是：所述第一基板100的采样通孔的孔径的数量与要筛选的生物分子特性相关，在本实施例中用于DNA的筛选，所以本实施例中优选的孔径应该和DNA中携带的分子尺寸的类型相关，在人的DNA中携带约20种直径的分子，因此本实施例中孔径的数量约为20个，并且孔径的尺寸和DNA分子的直径相关，即每一个采样通孔的孔径对应一种高分子的直径，使得该高分子正好可以进去并嵌在该采样通孔内。在下面的说明中为了便于图示和说明，以所述第一基板100包含三种孔径的采样通孔120a、120b、120c为例进行说明。
在本实施例中，所述采样通孔120a、120b、120c在所述第一基板100的平面上阵列排布，所述采样通孔120a、120b、120c的孔径依次增加。以第一方向X为行方向，以与所述第一方向垂直的第二方向Y为列方向，每一列的所述采样通孔的孔径相同，每一行的所述采样通孔的孔径依次递增，即，所有的所述采样通孔120a排成一列，所有的所述采样通孔120b排成一列，所有的所述采样通孔120c排成一列；在每一行中，所述采样通孔120a、120b、120c依次排列，有利于提高筛分所述高分子的可靠性。当然，所述第一基板100并不限于包含三种孔径的采样通孔，在本发明的其它实施例中，所述第一基板100还可以包含两种、四种、五种、六种或更多孔径的采样通孔，具体根据所述流体中的分子的特征进行设置。
并且，所述采样通孔并不限于排成3行，在本发明的其它实施例中，所述采样通孔还可以排成1行、2行、4行、5行或更多行，一般的，所述采样通孔的行数越多，筛分所述高分子的可靠性越高；同样，所述采样通孔并不限于排成3列，在本发明的其它实施例中，所述采样通孔还可以排成1列、2列、4列、5列或更多列，一般的，所述采样通孔的列数越多，筛分所述高分子的可靠性越高。另外，本发明并不限制所述采样通孔的排列方式，每一行和/或列的所述采样通孔的孔径可以相同也可以不相同，每一行和/或列的所述采样通孔的孔径可以依次递增或递减。
较佳的，所述采样通孔的孔径分布范围为0.1μm～100μm，例如，所述采样通孔的孔径可以为0.5μm、1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、80μm等等，只要与要筛选的DNA分子的大小相匹配即可。优选的，所述第一基板200至少包括20个孔径互不相同的所述采样通孔，即所述第一基板200至少包括20种孔径的采样通孔，从而可以覆盖到各种大小的DNA分子，提高筛分的准确性。本领域的普通技术人员可以理解，当所述高分子不是人的DNA时，如所述高分子是猫等动物的DNA时，所述采样通孔的孔径的数量需匹配猫等动物的DNA中携带的分子的数量，所述采样通孔的孔径的大小需匹配猫等动物的DNA中携带的分子的大小。
如图1所示，所述第二基板200与所述第一基板100堆叠放置，较佳的，所述第二基板200由半导体材料构成，优选的，所述第二基板200为硅半导体基板，此外，所述第二基板200还可以为硅锗半导体基板、锗半导体基板、氧化锌基板等等。所述第二基板200包含多个探测管，所述探测管和所述采样通孔的位置垂直对应，以检测对应的采样通孔内是否具有所述高分子。在本实施例中，所述第二基板200包含探测管220a、220b、220c。所述探测管220a、220b、220c位于所述第二基板200面向所述第一基板100的一侧，每一个所述采样通孔对应一个所述探测管。
在本实施例中，所述探测管220a、220b、220c在所述第二基板200的平面上平行排列，每一列的所述采样通孔的孔径相同，每一列的所有所述采样通孔垂直对应一个所述探测管，有利于减少所述探测管的个数，方便所述探测管在所述第二基板200上排列，简化所述第二基板200的制备工艺。在本发明的其它实施例中，每一行的所述采样通孔的孔径相同，则每一行的所有所述采样通孔垂直对应一个所述探测管。
如图2所示，所述探测管220a、220b、220c均为条形，第一列的所述采样通孔120a对应所述探测管220a；第二列的所述采样通孔120b对应所述探测管220b；第三列的所述采样通孔120c对应所述探测管220c。另外，所述采样通孔120a、120b、120c并不限于在所述第一基板100的平面上阵列，所述采样通孔还可以杂乱无章地排列在所述第一基板100上；此外，每一个所述采样通孔可以均有一个专门的所述探测管相对应，即，所述采样通孔与所述探测管一一对应，亦在本发明的思想范围之内。
较佳的，利用所述探测源信号发出模块400向所述第一基板100以及所述采样通孔内含有的生物流体高分子发出一探测源信号11，所述采样通孔响应所述探测源信号而产生一采样响应输出信号11’，所述探测管感测所述采样响应输出信号11’，并输出一探测输出信号。
如图1所示，在本实施例中，在所述第一基板100背离所述第二基板200的一侧施加所述探测输出信号11，所述采样响应输出信号11a、11b、11c为穿过所述通孔的所述探测输出信号11。当所述采样通孔120a、120b、120c内没有所述高分子时，所述探测输出信号11穿过所述采样通孔120a、120b、120c，形成所述采样响应输出信号11a、11b、11c，所述探测管220a、220b、220c分别接收穿过所述采样通孔120a、120b、120c的所述采样响应输出信号11a、11b、11c，并输出一探测输出信号225a、225b、225c。当所述采样通孔120a、120b、120c内有所述高分子时，所述探测输出信号11受所述高分子的影响而衰减，衰减的所述探测输出信号11穿过所述采样通孔120a、120b、120c，形成所述采样响应输出信号11a、11b、11c。在本实施例中，所述探测输出信号11为所述探测源信号发出模块400发出的可见光，在其它实施例中，也可以直接利用光源发出的光作为所述探测输出信号11，而不额外的设置探测源信号发出模块400，所述光源可以直接在所述第一基板100背离所述第二基板200的一侧施加所述探测输出信号11。
在其它实施例中，所述探测输出信号11并不限于在所述第一基板100背离所述第二基板200的一侧施加，也可以从所述第一基板100的朝向所述第二基板200的一侧施加探测输出信号11。例如，所述探测源信号发出模块400设置在所述第二基板200上，或者所述探测源信号发出模块400设置在所述间隙195内，所述探测源信号发出模块400向所述采样通孔120a、120b、120c的方向发射所述探测输出信号11，所述采样响应输出信号为所述采样通孔120a、120b、120c内的所述高分子反射回来的信号。当所述采样通孔120a、120b、120c内没有所述高分子，则所述探测输出信号11直接穿过所述采样通孔120a、120b、120c，所述探测管220a、220b、220c接收不到所述采样响应输出信号；当所述采样通孔120a、120b、120c内存在所述高分子，则所述探测输出信号11直接传播到所述采样通孔120a、120b、120c时，所述高分子反射所述探测输出信号11而形成所述采样响应输出信号，所述探测管220a、220b、220c接收反射的所述采样响应输出信号，从而发出相应的所述探测输出信号225a、225b、225c。
在图1中，第三方向Z垂直于XY平面，所述采样通孔120a、120b、120c垂直于XY平面，所述探测输出信号11在所述采样通孔120a、120b、120c内沿第三方向Z传播，并形成所述采样响应输出信号11’，分别射向与所述采样通孔120a、120b、120c垂直对应的所述探测管220a、220b、220c，由所述探测管220a、220b、220c分别探测是否有通过所述采样通孔120a、120b、120c的所述采样响应输出信号，以辨识所述采样通孔120a、120b、120c内是否含有相应尺寸的高分子样品。
其中，在本实施例中，所述探测管为光电探测管，可以将光信号转化为电信号。较佳的，所述探测管为半导体光电探测管，优选的，所述光电探测管至少包含一个光电二极管，所述光电二极管的光接收面正对所述采样通孔。
以所述探测管220a为例进行说明。如图3所示，所述探测管220a包含一个光电二极管222，所述光电二极管222的光接收面正对所述采样通孔120a，以接收所述采样响应输出信号11a。在本实施例中利用光电二极管其优点在于：和以半导体材料作为基板的工艺相兼容，节省工艺步骤，实施的可行性高。在其它实施例中，所述光电二级管也可以是其它的光电感应装置，例如光电传感器，受光照电特性变化的其它材料等等。
较佳的，所述探测管220a还包含一第一开关晶体管223和一第二开关晶体管224，所述第一开关晶体管223的漏极223d与所述光电二极管222的一端222a相连，所述光电二极管222的另一端222b接公共地线，所述第一开关晶体管223的栅极223g连接一复位控制信号V1，所述第一开关晶体管223的源极223s接收一复位输入电压信号V2。遵循源跟随放大的基本原理，所述第二开关晶体管224的栅极224g与所述光电二极管222的一端222a与所述第一开关晶体管223的漏极223d相连，所述第二开关晶体管224的源极224s连接一放大输入信号V3，所述第二开关晶体管224的漏极224d输出所述探测输出信号225a。所述第一开关晶体管223控制所述第二开关晶体管224接收所述光电二极管222的一端222a的信号，并控制所述第二开关晶体管224输出所述探测输出信号225a。
较佳的，所述探测管220a还包含一第三开关晶体管225，所述第三开关晶体管225的源极225s与所述光电二极管222的一端222a相连，所述第三开关晶体管225的栅极225g连接一感应导通与复位控制信号V4，所述第三开关晶体管225的漏极225d与所述第一开关晶体管223的漏极223d和所述第二开关晶体管224的栅极224g连接，所述第三开关晶体管225用于所述探测管220a的复位。
在本实施例中，所述探测输出信号11为光信号，所述探测管220a、220b、220c为光电探测管，在本发明的其它实施例中，所述探测输出信号11还可以为红外线、射频等信号，所述探测管220a、220b、220c相应为热辐射信号探测管、射频信号探测管，所述探测管220a、220b、220c亦可以探测出所述采样通孔120a、120b、120c内是否具有所述高分子，亦在本发明的思想范围之内。
如图1所示，在本实施例中，所述第一基板100和第二基板200通过粘附性间垫190连接，以在所述采样通孔120a、120b、120c和探测管220a、220b、220c之间形成所述间隙195，所述间隙195可以避免检测误差。例如当生物流体高分子穿过所述第一基板100的采样通孔时，可以落在此间隙195内，从而不会对所述采样通孔造成堵塞。
其中，所述生物流体高分子探测装置1可以包括多个相互分离的粘附性间垫190，如图1所示，在本实施例中，所述生物流体高分子探测装置1包括两个条形所述粘附性间垫190，两个所述粘附性间垫190分别位于所有的所述采样通孔120a、120b、120c的两侧，以使得以在所述采样通孔120a、120b、120c和探测管220a、220b、220c之间无阻碍。当然，所述粘附性间垫190还可以设置在所述第一基板100和第二基板200之间的其它区域，另外，所述粘附性间垫190还可以为柱形，只要不阻挡所述采样通孔120a、120b、120c和探测管220a、220b、220c之间的信号导通即可。
在本发明的其它实施例中，所述生物流体高分子探测装置1可以包括连接的具有开孔的粘附性间垫190，例如，所述粘附性间垫190还可以为环状结构，所述开孔为所述环状结构的中心孔，所述粘附性间垫190连接所述第一基板100一侧的边缘，同时连接所述第二基板200一侧的边缘，从而使得在所述开孔内形成所述间隙195。当然，所述粘附性间垫190并不限于为环状结构，所述粘附性间垫190开可以为多个开孔的连接结构，只要使得以在所述采样通孔120a、120b、120c和探测管220a、220b、220c之间无阻碍，亦在本发明的思想范围之内。
此外，所述第一基板100和第二基板200并不限于通过粘附性间垫190连接，所述第一基板100和第二基板200还可以通过固定支架固定所述第一基板100和第二基板200的相对位置，只要能够保证所述采样通孔120a、120b、120c和探测管220a、220b、220c之间具有所述间隙195，亦在本发明的思想范围之内。
所述采集分析模块300与所述探测管220a、220b、220c相连，所述采集分析模块300接收所述探测输出信号225a、225b、225c，并根据所述探测输出信号225a、225b、225c判断所述高分子的分子学特性。所述采集分析模块300为本领域的普通技术人员可以理解的，在此不作赘述。
例如当光照射到所述第一基板100上，所述第一基板100的填充有所述高分子的采样通孔的光被所述高分子部分或全部吸收而衰减，从而其对应的所述探测管就接收具有衰减信息的所述探测输出信号；而没有填充所述高分子的采样通孔光全部透过，不被衰减，从而其对应的所述探测管可以接收到不被衰减的光，输出包含无衰减信息的所述探测输出信号，所述采集分析模块300接受所有的探测管输出的探测输出信号，从而对齐进行分析，可以判断哪些所述采样通孔填充有分子，再通过所述采样通孔的孔径判断所述采样通孔的流体所包含的分子种类。在其它实施例中，也可以不包括所述采集分析模块，而通过其它方式，例如设置指示灯，人手动计算的方式来筛选填充分子的采样通孔，此为本领域的技术人员可以理解的，在此不作赘述。
以下结合图4-图7，具体说明本实施例的所述生物流体高分子探测方法。
首先，如图4所示，进行步骤S101，利用所述第一基板100的多个采样通孔120a、120b、120c对所述流体中的分子进行筛分。如图5所示，将所述流体30置于所述第一基板100背离所述第二基板200的一侧。在本实施例中，所述流体30为生物流体，所述流体30具有分子20a和20b。所述高分子20a和20b分别为不同大小的DNA分子，所述DNA分子在所述流体30中呈游离态。
所述高分子20a的大小正好等于所述采样通孔120a的直径，所述高分子20b的大小正好等于所述采样通孔120c的直径。可以采用一个刮板31刮所述第一基板100背离所述第二基板200的一侧，由于压力作用，所述高分子20a填入所述采样通孔120a，并定位在所述采样通孔120a中，所述高分子20b填入所述采样通孔120c，并定位在所述采样通孔120c中，图如6所示，从而完成所述第一基板100对所述流体30进行筛分。
之后，对所述第一基板100以及所述采样通孔内的高分子进行温度控制，使所述第一基板100以及所述采样通孔内的高分子的温度范围为-196℃～99℃，例如，-190℃、-180℃、-150℃、-120℃、-100℃、-50℃、0℃、20℃、20℃、50℃、80℃、90℃等等。
例如，可以对所述第一基板100进行加热处理，以促使溶解所筛选的所述高分子20a、20b的可挥发溶液挥发，最后只保留所筛选所述高分子20a、20b在所述采样通孔120a、120c中，所述采样通孔120a、120c中没有所述流体30，以提高检测的准确性；
又如，还可以对所述第一基板100进行冷却处理，将溶解所筛选所述高分子20a、20b的溶液(所述流体30)及所述高分子20a、20b本身固化于所述采样通孔120a、120c中，使得所述高分子20a、20b定位于所述采样通孔120a、120c中。
对所述第一基板100的加热或冷却处理，既可以通过直接加热或冷却所述第一基板100本身来实现，也可以通加热或冷却所述第二基板200并借助过热传导来实现。最直接、简捷的加热处理方式为对所述第一基板100或第二基板200通电流加热，例如，可以在所述第一基板100或第二基板200上设置原位温度测试器件(比如硅基半导体温度测量器件)，直接对原位温度测试器件(比如硅基半导体温度测量器件)通电流，从而加热所述第一基板100或第二基板200，比如将样品载板即所述第一基板100加热至接近100℃(以促使溶液挥发)。而较为直接的冷却处理方式，可以通过外部冷却来实现，比如在所述第二基板200敷贴致冷晶片(TEC)元；如需冷却至-100℃以下，也可采用局部液氮冷却的方式来实现(可冷却至-196℃)。
然后，进行步骤S102，向所述第一基板100施加一探测源信号。在本实施例中，如图7所示，所述探测源信号发出模块400在所述第一基板100背离所述第二基板200的一侧施加所述探测输出信号11，所述探测输出信号11照射到所述采样通孔120a、120b、120c。
随后，进行步骤S103，所述采样通孔根据其内是否具有所述高分子发出一采样响应输出信号。如图7所示，在本实施例中，所述采样通孔120a内含有所述高分子20a，所述采样通孔120c内具有所述高分子20b，所述光探测辐射信号11在穿透所述采样通孔120a、120c时被衰减，而所述光探测辐射信号11在穿透所述采样通孔120b时未被衰减，形成不同的信号感应(11a、11b、11c)，例如偏差性衰减采样响应输出信号11a、11b、11c。
随后，进行步骤S104，通过所述第二基板上与所述第一基板的所述采样通孔垂直对应的探测管，探测所述采样响应输出信号，并输出探测输出信号。在本实施例中，如图7所示，所述探测管220a、220b、220c可以接收相对应所述采样通孔120a、120b、120c的所述探测输出信号11a、11b、11c，并将所述探测输出信号11a、11b、11c转换为探测输出信号225a、225b、225c。
最后，进行步骤S105，对所述探测输出信号进行处理，以获得所述生物流体的高分子组分特性。在本实施例中，所述采集分析模块300接收所述探测输出信号225a、225b、225c，并根据所述探测输出信号225b判断所述高分子的分子学特性。例如，在本实施例中，所述采集分析模块300判断所述流体30中具有两种大小的所述高分子，并可以具体判断所述高分子的粒径的大小。
在本实施例中，所述第一基板100作为流体高分子筛，所述采样通孔120a、120b、120c对所述流体30中的分子20a、20b进行筛分，使得所述高分子20a、20b填入与其大小相应的所述采样通孔120a、120c内；所述第二基板200作为探测器，探测所述采样通孔120a、120b、120c内是否有所述高分子，并输出相应的探测输出信号225a、225b、225c，所述采集分析模块300接收所述探测输出信号225a、225b、225c，并根据所述探测输出信号225a、225b、225c判断所述高分子的分子学特性。所述生物流体高分子探测装置1的集成度高，加工简单，所述流体筛分探测方法应用方便。
此外，所述生物流体高分子探测装置以及探测方法并限于用于生物流体高分子检测，同样的探测装置采用类似的方法亦可用于液体中悬浮粒子的筛分和组分检测。此外，所述生物流体高分子也并仅不限于DNA高分子，只要是检测流体中的高分子，亦可采用本发明的生物流体高分子探测装置以及探测方法。
所述的生物流体高分子探测装置，也可同样采用热辐射信号或射频信号作为探测源信号，所述探测管分别采用热辐射信号探测管或射频信号探测管，通过类似的采样和探测、信号放大和输出方法，以获得所述生物流体的高分子组分特性。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (23)
1.一种生物流体高分子探测装置，其特征在于，包括：
第一基板，包含多个采样通孔，至少部分采样通孔的孔径互不相同，所述多个采样通孔用于筛分一生物流体中的高分子；以及
第二基板，与所述第一基板堆叠放置，并包含多个探测管，所述探测管和所述采样通孔的位置垂直对应，所述探测管用于探测其对应的采样通孔内是否具有所述高分子，并发出探测输出信号。
2.如权利要求1所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述探测管为光电探测管。
3.如权利要求2所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述第二基板由半导体材料构成，所述光电探测管为半导体光电探测管。
4.如权利要求3所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述第二基板为硅半导体基板。
5.如权利要求3所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述光电探测管至少包含一个光电二极管，所述光电二极管的光接收面正对所述采样通孔。
6.如权利要求5所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述光电探测管还包含一第一开关晶体管和一第二开关晶体管，其中：
所述第一开关晶体管的漏极与所述光电二极管的一端相连，所述第一开关晶体管的栅极连接一复位控制信号，所述第一开关晶体管的源极接收一复位输入信号，所述光电二极管的另一端接一公共地线；
所述第二开关晶体管的栅极与所述光电二极管的一端和所述第一晶体管的漏极相连，所述第二开关晶体管的源极连接一放大输入信号，所述第二开关晶体管的漏极输出所述探测输出信号。
7.如权利要求6所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述光电探测管还包含一第三开关晶体管，其中：
所述第三开关晶体管的源极与所述光电二极管的一端相连，所述第三开关晶体管的栅极连接一感应导通与复位控制信号，所述第三开关晶体管的漏极与所述第一开关晶体管的漏极和所述第二开关晶体管的栅极连接。
8.如权利要求1所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述探测管为热辐射信号探测管。
9.如权利要求1所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述探测管为射频信号探测管。
10.如权利要求1所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述生物流体高分子探测装置还包括一个采集分析模块，所述采集分析模块接收所述探测管发出的所述探测输出信号，并根据所述探测输出信号获得所述生物流体的高分子组分特性。
11.如权利要求1所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述生物流体高分子探测装置还包括一个探测源信号发出模块，所述探测源信号发出模块用于向所述第一基板以及所述采样通孔内含有的生物流体高分子发出一探测源信号，所述采样通孔响应所述探测源信号而产生一采样响应输出信号，所述探测管感测所述采样响应输出信号，并输出一探测输出信号。
12.如权利要求1所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述第一基板与第二基板之间形成有一间隙。
13.如权利要求12所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述第一基板和第二基板通过多个相互分离的粘附性间垫连接或通过连接的具有开孔的粘附性间垫连接，在所述采样通孔和探测管之间形成所述间隙。
14.如权利要求1所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述第一基板至少包括20个孔径互不相同的所述采样通孔，所述采样通孔的孔径分布范围为0.1μm～100μm。
15.如权利要求1所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述第一基板为硅半导体基板，所述第一基板的厚度为1μm～750μm。
16.如权利要求1所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述第一基板由硅材料构成。
17.如权利要求1所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述采样通孔在所述第一基板的平面上阵列排布，所述采样通孔的孔径按照行或列依次递增或递减。
18.如权利要求17所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述探测管在所述第二基板的平面上平行排列，在所述第一基板上的每一所述采样通孔都垂直对应一个所述探测管。
19.一种生物流体高分子探测方法，采用如权利要求1所述的生物流体高分子探测装置，其特征在于，所述探测方法包含：
利用所述第一基板的多个采样通孔对所述流体中的高分子进行筛分，所述高分子依照其大小尺寸，选择性地被填入并定位于孔径与所述高分子大小尺寸相匹配的所述采样通孔内；
向所述第一基板施加一探测源信号；
所述采样通孔根据其内是否具有所述高分子发出一采样响应输出信号；
通过所述第二基板上与所述第一基板的所述采样通孔垂直对应的探测管，探测所述采样响应输出信号，并输出探测输出信号；
对所述探测输出信号进行处理，以获得所述生物流体的高分子组分特性。
20.如权利要求19所述种生物流体高分子探测方法，其特征在于，所述探测方法还包含：
对所述第一基板以及所述采样通孔内的高分子进行温度控制。
21.如权利要求20所述种生物流体高分子探测方法，其特征在于，通过对所述第二基板进行升温或降温，以对所述第一基板以及所述采样通孔内的高分子进行温度控制。
22.如权利要求20所述种生物流体高分子探测方法，其特征在于，直接对所述第一基板进行升温或降温，以对所述第一基板以及所述采样通孔内的高分子进行温度控制。
23.如权利要求20所述种生物流体高分子探测方法，其特征在于，所述第一基板以及所述采样通孔内的高分子的温度范围为-196℃～99℃。
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