CN109313176B - 用于检测生物大分子的电子装置 - Google Patents

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Abstract

用于确定来源于生物样品的生化物质和大分子的性质的装置，包括整合在单片式平台上的流体控制单元(204)和大分子测量单元(203)。还公开了使用经固定的磁性颗粒(710)测量大分子性质的装置和方法。

Description

用于检测生物大分子的电子装置
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2016年6月20日提交的美国临时申请No.62/352,450的权益，其通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本发明涉及用于确定大分子性质的装置和方法。该装置包括整合在单片式平台上的流体控制单元和大分子测量单元。还公开了使用经固定的磁性颗粒测量大分子性质的装置和方法。
背景技术
确定生物样品中生化物质和大分子的性质对医学很重要。
需要提供源自生物样品的大分子的通用且稳健的测量，其简单且方便。
发明概述
根据本发明，大分子测量装置包括电子传感结构；交界部结构，其位于电子传感结构之上；大分子测量结构，其位于交界部结构之上，其中大分子测量结构包括多个大分子测量池；以及流体控制结构，其位于大分子测量结构之上。
根据本发明，制造大分子测量装置的方法，其包括提供大分子测量单元，其中大分子测量单元包括电子传感结构、位于电子传感结构之上的交界部结构和位于交界部结构之上的大分子测量结构；提供流体控制单元，其中流体控制单元包括载体、位于载体之上的释放层和位于释放层之上的流体控制结构；以及键合流体控制结构至大分子测量结构。
根据本发明，制备大分子测量池的方法包括施加真空至测量池、用气体吹扫测量池或其组合。
根据本发明，用于测量大分子的装置，其包括测量室，其中测量室包括电极，所述电极包含能够与大分子相互作用以引起电极可检测的响应的变化的分子；反应室，其流体连接至测量室且流体连接至一个或多个微流体通道；以及磁体，其被配置为在反应室中产生磁场。
根据本发明，用于测量大分子的方法，其包括引入磁性颗粒至反应室中，其中磁性颗粒包括被配置为使生物样品的细胞结合至磁性颗粒的分子；用磁场使磁性颗粒固定于反应室中；暴露经固定的磁性颗粒至生物样品以结合细胞；洗涤包含结合的细胞的经固定的磁性颗粒；暴露结合的细胞至化学物质以产生包含由细胞表达的大分子的溶液；引入包含所表达的大分子的溶液至测量室中；和测量测量室中的大分子。
根据本发明，诊断肺结核的方法，其包括根据本发明的方法测量干扰素-γ。
附图说明
本领域技术人员将理解，本文描述的附图仅用于说明目的。附图不意图限制本公开的范围。
图1示出了样品处理芯片的顶视图，该样品处理芯片包括血液采集入口、样品制备单元和样品测量单元。
图2示出了根据本公开的大分子测量装置的实例的横截面视图。
图3A-图3D示出了在制造根据本发明的大分子测量装置期间的组件的横截面视图。
图4是示出根据本公开制备大分子测量池的方法中的步骤的流程图。
图5A-图5F示出了在制备含纳米孔的脂质双层期间大分子测量池的横截面视图。
图6-图11说明了根据本公开提供的方法使用经固定的磁性颗粒测量大分子期间的步骤。
图6示出了根据本公开提供的方法使用磁性颗粒测量大分子的微流体系统的顶视图。
图7示出了根据本发明的方法由磁性颗粒提供到反应室中的引入。
图8示出了根据本公开提供的方法将生物样品引入含有经固定的磁性颗粒的反应室中。
图9示出了根据本公开提供的方法将洗涤缓冲液引入含有与经固定的磁性颗粒结合的细胞的反应室中。
图10示出了根据本公开提供的方法将细胞刺激化学物质引入含有与经固定的磁性珠粒结合的细胞的反应室中。
图11示出了根据本公开提供的方法从反应室向测量室中引入溶液。
现在参考根据本发明的装置和方法。所公开的实施方案不意图限制权利要求。相反，权利要求旨在涵盖所有的替代、修改和等同物。
发明详述
本公开提供的大分子测量装置包括整合在单个单片式平台上的样品制备单元和信号测量单元。如图1所示，装置可包括可具有用于生物样品如血液的收集入口的样品制备单元，以及整合在样品处理芯片上的信号测量单元。
该装置可以是一次性的或可重复使用的。
样品制备单元可以被配置以收集生物样品，以纯化溶液中的目标生化物质，以操纵溶液中生物分子的浓度，以调节溶液的温度，以调节溶液的pH，以调节溶液的组成，和/或以调节溶液的压力。生物样品可以是例如血液。样品尺寸可以是例如小于10μL、小于5μL或小于2μL。纯化后，处理的样品尺寸可以是，例如小于10nL、小于1nL、小于100fL或小于10fL。
信号测量单元可包括子单元，其被配置为检测目标生化物质、目标大分子或其组合的性质。生化物质或大分子可以是例如蛋白、细胞因子、寡核苷酸如脱氧核糖核酸或核糖核酸，或任何前述物质的组合。
纯化工艺可包括使用具有预定性质的纳米颗粒和基于分子量的分子分离。纯化可包括洗涤和使用选择性和受控吸收。
信号测量方法包括在使用或不使用其它标记物的情况下，使用生物、化学或物理信号。
信号测量单元可包括子单元，其被配置为控制生化物质或大分子的运动、形状和位置。信号测量可包括测量大分子的不同性质。信号测量可包括使用不同的测量方法。测量的性质的空间分辨率可以是例如小于1nm或小于0.2nm。
由信号测量单元检测的信号可以由电子、质子、离子、空穴、光子、声子或任何前述物质的组合产生。
本公开提供的装置可包括流体控制单元和大分子测量单元。流体控制单元可以包括用于提供可以使用测量单元测量的大分子的子系统。样品制备可以涉及取得生物样品如血液样品，从生物样品中提取大分子，并纯化一种或多种目标大分子。可将一种或多种纯化的或浓缩的目标大分子引入测量单元中。样品制备单元可以连接至大分子测量装置，所述大分子测量装置包括流体控制单元和大分子测量单元。
流体控制单元和测量单元可以被密封，以允许在宽范围的压力下操作装置。例如，装置与环境的内部体积之间的压差可以为10-7Pa至700kPa。控制压力的能力可以促进去除或消除附着至装置内表面的气体。空气和/或气体可以附着至浸没在水溶液中的疏水性表面上、或浸没在非极性溶剂中的亲水性表面上、或浸没在非极性溶剂中的疏水性/疏油性表面上，以形成气泡。气泡的存在会不利地影响溶液流动，导致在溶液和表面之间形成层，并且可能影响电极和溶液之间的电接触质量。氧气还可以化学降解大分子。例如，有机材料可能易于氧化，并且某些化学相互作用(诸如抗体-抗原结合、转录和从头组装)的动力学可以取决于溶解气体的组成和浓度。去除氧气可以防止大分子诸如核苷酸、脂质和抗体氧化。减少溶解气体的量和含量可以增加装置中使用的试剂的保存期限，并且可以提高测量的精确性和再现性。
在使用之前，可以通过向流体控制单元和测量单元施加真空来从内部体积中去除空气，并且随后用合适的气体吹扫，以便于去除附着在装置内表面的残留氧气和其它气体。在从系统中去除残余气体之后，装置的内部体积可以填充有气体，诸如N2。
可以使用不同的气体和真空/压力方案来制备流体控制单元和测量单元。由于样品制备单元和测量单元的内侧壁包含不同的材料，因此使用不同的气体和不同的压力方案以从单元中去除残余气体诸如氧气是有用的。
大分子测量装置的一个实例示于图2中。该装置包括流体控制单元504和包括结构501/502/503的测量单元。测量单元包括电子传感结构201，其可包括硅CMOS电子器件。电子交界部结构202位于电子传感结构201之上。电子交界部结构202包括电极，诸如由绝缘体205(如SiO2)分隔开的阳极207和阴极206。阳极207和阴极206电互连至电子传感结构201的元件。测量结构203位于交界部结构202之上并包括限定各个测量池210的绝缘体208。测量结构203还包括阴极互连件209。绝缘体208可以包含SiO2并且可以在测量池210侧壁上进行表面处理以提供疏水性表面诸如多磷酸盐表面处理。
流体控制单元204可以包括用于控制溶液流入测量池和流出测量池的结构，并且可以流体连接至用于从生物样品中分离和纯化大分子的设备，以便于使用测量单元进行分析。如图2所示，流体控制制备单元204位于测量单元的测量结构203之上。流体控制单元204可包括多个层211-216，所述多个层211-216可包括流体流动通道216/218和微流体阀217。例如，位于测量池210之上的层211包括流体连接至测量池210中的每一个的流动通道219。与流动通道219和测量池210电接触的层213的下表面包括阴极220，所述阴极220与电子传感结构201电互连。层211-216可包含聚合物材料。样品制备单元204的层211-216的配置仅用于说明目的，并且可以设想许多配置。层211-216可以被配置为在测量池210中的每一个中制备含纳米孔的双层，以将大分子递送至每个测量池，以再循环测量的大分子，并且以制备用于测量的含有来自生物样品的大分子的溶液。流体控制单元204可以流体连接至含有缓冲液、脂质溶液、含纳米孔的溶液的储器以及样品储器。流体控制单元可以流体连接至样品制备单元(未示出)。微流体阀217可以通过控制器独立地致动。控制器可以为溶液制定路径，例如以制备含纳米孔的双层，制备用于测量的大分子，并将大分子递送至测量池。微流体层211-2016可包含硅氧烷，诸如聚二甲基硅氧烷、环氧基光刻胶或聚酰亚胺。
流体控制单元和测量单元内的结构和层中的每一个可以制造或键合至其他层中的每一个，使得该装置可以将内部压力保持为例如1E10-7Pa至700kPa、1E-5Pa至700kPa或1E-3Pa至700kPa。可以使用半导体制造方法诸如使用分子束外延或金属有机化学气相沉积来提供测量单元的层201-203之间的密封。可以使用半导体制造方法形成样品制备单元204的层201-216之间的密封。流体控制结构204和测量孔结构203之间的交界部221可以使用聚合物-至-氧化物键合方法形成。
该装置可以在单个晶片上或在随后键合的两个晶片上制造。
例如，在一种方法中，使用整合电路和半导体制造方法，可以制造电子传感结构，可以将交界部结构制造为位于传感结构之上，可以将测量结构制造为位于交界部结构之上，并且可以将流体控制单元的各层制造为位于测量结构之上。
为了降低制造成本，流体控制单元和测量单元可以单独制造并随后键合。
例如，可以通过形成电子传感结构、位于电子传感结构之上的交界部结构和位于电子传感结构之上的测量结构来制造测量单元。包括流体控制元件的流体控制单元可以通过在载体诸如硅晶片上沉积释放层并在释放层上形成流体控制层来制造。可以键合测量单元和样品制备单元，并从装置中去除释放层和载体。使用该方法，可以使用不同的材料和方法来制造样品制备单元和测量单元。例如，可以使用半导体制造方法制造测量单元，并且可以使用薄膜层压方法诸如卷对卷(reel-to-reel)加工制造流体控制单元。流体控制单元也可以使用用光刻胶的半导体方法制造。此外，例如，测量单元可以包含使用半导体制造方法沉积的材料诸如半导体材料和无机绝缘体，并且流体控制子单元可以包含聚合物材料。
由本公开提供的大分子测量装置可以具有小尺寸。在流体控制和测量池中使用小尺寸可以减少用于测量诸如序列大分子的材料的体积。在本公开提供的装置中，测量池可具有例如2μm至15μm，诸如5μm至10μm的横截面尺寸。微流体通道可以具有例如0.5μm至750μm、1μm至700μm、10μm至600μm、30μm至500μm、0.5μm至50μm或者0.5μm至100μm的横截面尺寸。
在图3A-图3D中示出了由本公开提供的大分子测量装置的制造期间使用的步骤和子组件的实例。图3A示出了测量单元的实例。从包括例如硅-CMOS电子器件的电子传感结构301开始，在电子传感结构301上产生交界部结构302，并且在交界部结构302上产生测量池结构303。交界部结构302中的电极305诸如阳极将测量池结构303中的测量池307电互连至传感结构301的电路。电极305由绝缘体304分隔开，并且测量池307被绝缘体306隔离并限定。绝缘体304和306可以是任何合适的材料，诸如二氧化硅。测量单元308包括结构301-303。
图3B示出了流体控制单元311。流体控制单元311的微流体层可以使用任何合适的方法诸如光刻法制造。微流体层可以在载体309上的释放层310上制造。
图3C示出了大分子测量单元在流体控制单元311和测量单元308已经与流体控制单元311键合在一起之后保持附接至释放层310和载体309。
图3D示出了在释放层和载体已从流体控制单元311去除之后的大分子测量装置。图3D中所示的大分子测量装置包括流体控制单元311和测量单元308。
对于对大分子序列有用的测量装置，可以在测量池中组装含纳米孔的双层。在图4中呈现的流程图和图5A-图5F中所示的横截面图解中概述了用于在测量池中形成含纳米孔的脂质双层的方法的实例。
首先提供了大分子测量装置，诸如图2中所示的装置。图5A示出了位于交界部结构511之上的具有侧壁502的测量池501的横截面。电极诸如阳极(未示出)延伸通过交界部结构511并与电子传感结构(未示出)电互连。
然后通过施加真空和/或通过用合适的气体(诸如N2)吹扫池(401、501)，从测量池中去除气体。然后使脱气的缓冲溶液通过池(402、502)。脱气缓冲溶液可以通过对缓冲溶液施加如0.5托至5托(66.6Pa至667Pa)的低真空来制备。然后例如通过测量通道内的压力与流速的比率和/或通过目视检查流动通道，进行润湿测试。如果细胞的表面充分润湿，则可以进行后续处理。如果润湿不充分(404)，则使醇溶剂通过系统，并重复缓冲液流动步骤(403)，直到表面充分润湿。可以使用液体流速和泵压的比率或通过使用光学显微术或光电检测器检测气泡来测量表面润湿。当液体流速与真空压的比率对应于预先校准的值和/或通过光学方法没有检测到气泡时，表面被认为是充分润湿的。在细胞表面被润湿之后，可以在细胞中组装脂质双层。首先，如图5B所示，使缓冲溶液流过细胞。然后使含有脂质制剂的溶剂流通过系统(405、503)，以在孔内缓冲液和含脂质的溶剂之间的交界部处形成脂质单层。例如，图5C示出了含有缓冲液503的测量池和含有脂质505的溶液504，其由脂质单层506分隔开。流量可以是例如30μL并且流速可以是例如1μL/sec。为了评价脂质单层的完整性，可以通过在两个共面电极(例如，相邻细胞之间的电极)之间施加电势并测量所得电流来执行密封测试406。当泄漏电流小于1pA时，认为脂质单层的完整性是足够的。在形成脂质单层后，第二缓冲液流通过该系统以形成第二交界部用于形成脂质双层(407、504)。图5D示出了具有缓冲液503、含脂质的溶剂504和第二缓冲液507的测量池。第一脂质单层506分隔开缓冲液503和含脂质的溶剂504，并且第二脂质单层508在含脂质的溶剂504和第二缓冲液507之间的交界处自发形成。密封测试409可以通过监测每个池的阳极和阴极之间的电流来进行。同样，流量可以是例如30μL并且流速可以是例如1μL/sec。继续流动第二缓冲液直到形成双层(410、505)。在脂质双层形成期间，第二缓冲液的流动可以例如以10μL/sec的速率增加至2,000μL的体积以置换脂质供给溶剂并引起第一脂质双层和第二脂质双层如图5E所示的合并。当第二缓冲液流过系统时，可以通过测量放置在双层409的顺侧和反侧上的电极之间的电流来监测双层的形成。当电流低于1pA时，认为形成双层。可以进行最终的双层测试(411)。当击穿电流低于2pA时，认为双层质量是足够的。
如果在双层组装过程(405-411)中的任何点处，池未通过密封测试或双层测试，则识别池地址并且不评价从所识别的池获得的数据(408)。
在池中形成脂质双层后，然后通过使包含纳米孔的溶液流过系统(412)，将纳米孔掺入脂质双层中，以提供包含掺入脂质双层中的单个纳米孔的测量池。图5F示出了掺入脂质双层509中的纳米孔510。含有纳米孔的脂质双层的完整性通过测量跨越双层的电流来测量，并且当电流达到通过重新校准系统确定的预定值时被认为具有足够的质量，这取决于纳米孔的类型、电解质的导电率和电极表面的条件(413)。同样，如果含有纳米孔的双层的质量是不可接受的，则识别特定池的地址并且不进行分析(408)。
通过纳米孔测试的池被包括在分析数据库中。
在测量池中组装了含纳米孔的双层之后，该装置准备用于大分子的纳米孔测序(414)。
本发明的各方面包括使用磁性珠粒制备和分离大分子的设备和方法。该设备和方法可以与本公开提供的测量装置结合使用或者以独立的工艺使用。方法示于图6-图11中。
图6示出了微流体系统的示意图，其包括流体连接至微流体通道603-607和检测室609的反应室601。微流体通道603-607中的每一个流体连接至包含磁性珠粒(603)、洗涤缓冲液(604)、样品(605)和化学物质607的相应储器，或者连接至出口废物室606。通道603-607和测量室609中的每一个都使用相应的微流体阀608独立控制。测量室609可包括涂有抗体或适体的电极和/或阵列检测器，所述抗体或适体能够与目标大分子相互作用。目标大分子可以是例如生物样品如血液样品的组分。
为了开始测量过程，如图7所示，将含有磁性颗粒710的溶液711通过微流体道703引入反应室701中并通过废物通道706。将磁场施加至反应室以捕获和固定磁性颗粒在反应室中。磁性颗粒可以具有例如1μm至40μm，诸如10μm至30μm的直径或任何其它合适尺寸的直径。磁性颗粒可包含能够结合至目标大分子的分子。例如，磁性颗粒可包含抗体和/或适体。例如，可以选择抗体或适体以结合至样品中的目标大分子，或以结合至样品中的目标细胞。
如图8所示，在反应室中固定磁性颗粒后，可将样品引入反应室中。将样品812从样品微流体通道805引入反应室801中并通过出口通道806。通过反应室801引入的样品(诸如血液样品)的体积可以是例如0.05μL至5μL，诸如1μL至3μL，或任何其它合适的体积。样品中的目标大分子可以与结合至磁性颗粒表面的分子相互作用，如结合。样品可包含细胞，并且目标细胞可与颗粒缀合的分子结合。
如图9所示，在样品中的大分子或细胞与磁性颗粒结合后，通过用缓冲液913洗涤反应室901，所述缓冲液913通过微流体通道904进入反应室901并通过出口906，可以从反应室901中去除样品。洗涤缓冲液去除样品和任何未结合的材料。
此时，反应室包括结合至经固定的磁性颗粒的大分子或细胞。
通常可以通过使用化学试剂来氧化键合官能团、改变pH或使用超声处理工艺，从表面释放吸附的大分子。
可以通过诱导细胞释放或分泌细胞内化合物来询问细胞内内含物。例如，巨噬细胞和活化的T细胞可释放细胞因子诸如白介素。为了诱导目标大分子从反应室中的经固定的细胞分泌，可以将化学物质引入反应室中，刺激目标大分子的分泌。例如，参考图10，可以从微流体通道1014引入细胞刺激化学物质佛波醇豆蔻酸酯乙酸酯(PMA)至反应室1001中。然后关闭所有微流体阀1108，并允许细胞在细胞刺激化学物质的存在下孵育。
在细胞与细胞刺激化学物质相互作用后，反应室内的溶液可包含目标大分子。如图11所示，在磁性珠粒1110和结合的细胞保持固定的情况下，可以打开以其它方式将反应室与检测室隔离的微流体阀1108，从而允许目标大分子流入测量室1109中。测量室中的大分子可以与结合至电极1109的分子相互作用，以产生可检测的电子响应。
例如，为了检测肺结核，磁性颗粒可以与CD4+抗体缀合。CD4+抗体可以结合T细胞。PMA诱导T细胞分泌干扰素-γ(IFN-γ)，其是肺结核的标志物。
例如，已知患有肺结核的患者中的T细胞产生干扰素-γ。为了使用本公开提供的系统检测肺结核，检测器可以包含与电极结合的IFN-γ抗体。样品可包括来自患者的血液。磁性颗粒可包含能够结合T细胞的缀合的CD4+抗体。通过将T细胞暴露于PMA，可以刺激由CD4 +抗体捕获的T细胞分泌干扰素-γ。干扰素-γ然后与IFN-γ抗体结合，产生可测量的电极电势变化。
可以理解，可以使用类似的技术测量其它大分子。
发明方面
方面1a.一种装置，其包括：样品制备单元；和信号测量单元
方面2a.如方面1a所述的装置，其中所述样品制备单元包括被配置以收集生物样品、以纯化目标生化物质、以操纵培养基中生化物质浓度、以调节培养基温度、以调节培养基pH、以操纵培养基组成、以调节压力或任何前述的组合的子单元。
方面3a.如方面1a至2a中任一项所述的装置，其中所述生物样品包括血液。
方面4a.如方面1a至3a中任一项所述的装置，其中所述生化物质包括蛋白质、细胞因子、DNA、RNA或任何前述物质的组合。
方面5a.如方面1a至4a中任一项所述的装置，其中纯化包括使用以预定性质为特征的纳米颗粒和使用分子量分离。
方面6a.如方面1a至5a中任一项所述的装置，其中纯化包括洗涤、选择性吸附、受控吸附或任何前述的组合。
方面7a.如方面1a至6a中任一项所述的装置，其中所述信号测量单元包括被配置以检测生物信号、化学信号、物理信号或任何前述的组合的子单元。
方面8a.如方面1a至7a中任一项所述的装置，其中所述信号测量单元包括以空间分辨率小于1nm为特征的测量子单元。
方面9a.如方面1a至8a中任一项所述的装置，其中信号测量单元包括被配置以检测电子、质子、离子、空穴、光子、声子或任何前述物质的组合的子单元。
方面10a.如方面1a至9a中任一项所述的装置，其中所述样品制备单元和所述信号测量单元整合在单片式平台上。
方面11a.一种测量大分子的性质的方法，其包括：提供如方面1至10中任一项所述的装置；沉积生物样品在所述样品制备单元的入口上；制备所述生物样品；和使用信号测量单元测量所述生物样品中的大分子的性质。
方面1.一种大分子测量装置，其包括：电子传感结构；位于所述电子传感结构之上的交界部结构；位于所述交界部结构之上的大分子测量结构，其中所述大分子测量结构包括多个大分子测量池；和位于所述大分子测量结构之上的流体控制结构。
方面2.如方面1所述的大分子测量装置，其中所述电子传感结构包括硅-CMOS电子器件。
方面3.如方面1至2中任一项所述的大分子测量装置，其中所述交界部结构包括电极；并且所述电极中的每一个将大分子测量池互连至所述电子传感结构。
方面4.如方面1至3中任一项所述的大分子测量装置，其中所述大分子测量结构包括流体连接至所述多个大分子测量池中的每一个的一个或多个流动通道。
方面5.如方面1至4中任一项所述的大分子测量装置，其中所述大分子测量结构包括阴极，其中所述阴极电连接至所述多个大分子测量池中的每一个并且电连接至所述电子传感结构。
方面6.如方面1至5中任一项所述的大分子测量装置，其中，所述流体控制结构包括多个通道和多个阀；和所述多个通道和所述多个阀被配置以引导气体、流体、膜组分和/或大分子至所述多个大分子测量池以及从所述多个大分子测量池引导气体、流体、膜组分和/或大分子。
方面7.如方面1至6中任一项所述的大分子测量装置，其包括与所述流体控制结构流体连接的多个储器。
方面8.如方面1至7中任一项所述的大分子测量装置，其中所述电子传感结构、所述交界部结构、所述大分子测量结构和所述流体控制结构中的每一个与外部环境隔绝，其内压范围为1E10-7Pa至700kPa。
方面9.一种制造大分子测量装置的方法，其包括：提供大分子测量单元，其中所述大分子测量单元包括电子传感结构、位于所述电子传感结构之上的交界部结构和位于所述交界部结构之上的大分子测量结构；提供流体控制单元，其中所述流体控制单元包括载体、位于所述载体之上的释放层和位于所述释放层之上的流体控制结构；和使所述流体控制结构键合至所述大分子测量结构。
方面10.如方面9所述的方法，其包括在键合后从所述流体控制结构去除所述载体和所述释放层。
方面11.如方面9至10中任一项所述的方法，其中使用半导体加工方法制造所述大分子测量单元。
方面12.如方面9至11中任一项所述的方法，其中使用半导体加工方法制造所述流体控制单元。
方面13.如方面9至12中任一项所述的方法，其中键合包括聚合物至氧化物键合。
方面14.如方面9至13中任一项所述的方法，其中所述大分子测量单元通过包括以下的步骤制造：制造电子传感结构；在所述电子传感结构上制造交界部结构；和在所述交界部结构上制造大分子测量结构。
方面15.如方面9至14中任一项所述的方法，其中所述流体控制单元通过包括以下的步骤制造：提供载体；使释放层沉积在所述载体上；和在所述释放层上制造流体控制结构。
方面16.一种制备大分子测量池的方法，其包括施加真空至所述测量池、用气体吹扫所述测量池或上述步骤的组合。
方面17.如方面16所述的方法，其中制备所述大分子测量池包括从所述测量池去除氧气。
方面18.如方面16至17中任一项所述的方法，其中所述真空压力为1E10-7Pa至0Pa。
方面19.如方面16至18中任一项所述的方法，其中所述气体是氮气(N2)。
方面20.如方面16至19中任一项所述的方法，其中所述亲水性溶剂包括醇。
方面21.如方面16至20中任一项所述的方法，其还包括在所述测量池中形成含纳米孔的双层。
方面22.一种用于测量大分子的装置，其包括：测量室，其中所述测量室包括电极，所述电极包含能够与大分子相互作用以引起由所述电极可检测的响应的变化的分子；反应室，其流体连接至所述测量室并且所述反应室流体连接至一个或多个微流体通道；和磁体，其被配置为在所述反应室中产生磁场。
方面23.如方面22所述的装置，其中所述磁体包括电磁体。
方面24.如方面22至23中任一项所述的装置，其中所述一个或多个微流体通道包括用于使磁性颗粒流动至所述反应室中的通道、用于使缓冲液流动至所述反应室中的通道、用于使样品流动至所述反应室中的通道以及用于从所述反应室流动流体的出口。
方面25.如方面24所述的装置，其中所述一个或多个微流体通道包括用于使化学物质流动至所述反应室中的通道。
方面26.如方面22至25中任一项所述的装置，其中所述一个或多个微流体通道中的每一个包括独立地可控的微流体阀。
方面27.一种用于测量大分子的方法，其包括：引入磁性颗粒至反应室中，其中所述磁性颗粒包含被配置为使生物样品的细胞结合至所述磁性颗粒的分子；用磁场使所述磁性颗粒固定于所述反应室中；暴露经固定的磁性颗粒至所述生物样品以结合所述细胞；洗涤包含结合的细胞的所述经固定的磁性颗粒；暴露所述结合的细胞至化学物质以产生包含由所述细胞表达的大分子的溶液；引入包含所表达的大分子的溶液至测量室中；和测量所述测量室中的大分子。
方面28.如方面27所述的方法，其中所述被配置为结合所述细胞的分子包括抗体、适体或其组合。
方面29.如方面27至28中任一项所述的方法，其中所述被配置为结合所述细胞的分子缀合至所述磁性颗粒。
方面30.如方面27至29中任一项所述的方法，其中所述被配置为结合所述细胞的分子包括CR4+抗体。
方面31.如方面27至30中任一项所述的方法，其中所述细胞包括T细胞。
方面32.如方面27至31中任一项所述的方法，其中所述磁性颗粒包括1μm至40μm的直径。
方面33.如方面27至32中任一项所述的方法，其中所述生物样品包括血液。
方面34.如方面27至33中任一项所述的方法，其中所述生物样品包括0.1μL至5μL的体积。
方面35.如方面27至34中任一项所述的方法，其中所述化学物质包括刺激所述细胞分泌所述大分子的化学物质。
方面36.如方面27至35中任一项所述的方法，其中所述化学物质刺激所述细胞分泌干扰素-γ。
方面37.如方面27至36中任一项所述的方法，其中所述测量室包括电极，所述电极包含被配置为与所述大分子相互作用的分子。
方面38.如方面27至37中任一项所述的方法，其中所述被配置为与所述大分子相互作用的分子包括抗体、适体或其组合。
方面39.如方面27至38中任一项所述的方法，其中，所述生物样品是血液；所述细胞是T细胞；所述被配置为结合所述细胞的分子是CD4+抗体；所述化学物质是佛波醇豆蔻酸酯乙酸酯；所述测量室包括包含干扰素-γ抗体的电极；和所述大分子包括干扰素-γ。
方面40一种诊断肺结核的方法，其包括使用如方面39所述的方法测量干扰素-γ。
最后，应注意，存在实现本文公开的实施方案的替代方式。因此，本实施方案被认为是说明性的而非限制性的。此外，权利要求不限于本文给出的细节，并且有权获得它们的全部范围及其等同物。

Claims (19)

1.大分子测量装置，其包括：
电子传感结构；
交界部结构，其位于所述电子传感结构之上；
大分子测量结构，其位于所述交界部结构之上，其中所述大分子测量结构包括多个大分子测量池；并且
所述大分子测量结构包括半导体材料；和
流体控制结构，其位于所述大分子测量结构之上，其中，
所述流体控制结构包括聚合物材料；并且
所述流体控制结构与所述大分子测量结构之间的交界部包括聚合物至氧化物键合；
其中使用半导体制造方法使所述电子传感结构、所述交界部结构、所述大分子测量结构和所述流体控制结构中的每一个与外部环境隔绝，使得装置的内部体积可保持真空至1E10-7 Pa。
2.如权利要求1所述的大分子测量装置，其中所述电子传感结构包括硅-CMOS电子器件。
3.如权利要求1所述的大分子测量装置，其中，
所述交界部结构包括电极；和
所述电极中的每一个将大分子测量池互连至所述电子传感结构。
4.如权利要求1所述的大分子测量装置，其中所述大分子测量结构包括一个或多个流动通道，所述流动通道流体连接至所述多个大分子测量池中的每一个。
5.如权利要求1所述的大分子测量装置，其中所述大分子测量结构包括阴极，其中所述阴极电连接至所述多个大分子测量池中的每一个并且电连接至所述电子传感结构。
6.如权利要求1所述的大分子测量装置，其中，
所述流体控制结构包括多个通道和多个阀；和
所述多个通道和所述多个阀被配置为引导气体、流体、膜组分和/或大分子至所述多个大分子测量池以及从所述多个大分子测量池引导气体、流体、膜组分和/或大分子。
7.如权利要求1所述的大分子测量装置，其包括多个储器，所述多个储器流体连接至所述流体控制结构。
8.制造大分子测量装置的方法，其包括：
提供大分子测量单元，其中所述大分子测量单元包括电子传感结构、位于所述电子传感结构之上的交界部结构和位于所述交界部结构之上的包括半导体材料的大分子测量结构；
提供流体控制单元，其中所述流体控制单元包括载体、位于所述载体之上的释放层和位于所述释放层之上的包括聚合物材料的流体控制结构；和
使用聚合物至氧化物键合方法，使所述流体控制结构键合至所述大分子测量结构，
其中使用半导体制造方法使所述电子传感结构、所述交界部结构、所述大分子测量结构和所述流体控制结构中的每一个与外部环境隔绝，使得装置的内部体积可保持真空至1E10-7 Pa。
9.如权利要求8所述的方法，其包括在键合后从所述流体控制结构去除所述载体和所述释放层。
10.如权利要求8所述的方法，其中使用半导体加工方法制造所述大分子测量单元。
11.如权利要求8所述的方法，其中使用半导体加工方法制造所述流体控制单元。
12.如权利要求8所述的方法，其中所述大分子测量单元通过包括以下的步骤制造：
制造电子传感结构；
在所述电子传感结构上制造交界部结构；和
在所述交界部结构上制造大分子测量结构。
13.如权利要求8所述的方法，其中所述流体控制单元通过包括以下的步骤制造：
提供载体；
使释放层沉积在所述载体上；和
在所述释放层上制造流体控制结构。
14.制备权利要求1所述的大分子测量装置中的多个大分子测量池的方法，其包括施加真空至所述多个大分子测量池、用气体吹扫所述多个大分子测量池或上述步骤的组合。
15.如权利要求14所述的方法，其中制备所述多个大分子测量池包括从所述多个大分子测量池去除氧气。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述真空压力为1E10-7 Pa至0 Pa。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述气体是氮气(N2)。
18.如权利要求14所述的方法，所述方法进一步包括，在吹扫之后，使醇溶剂通过所述大分子测量池。
19.如权利要求14所述的方法，其还包括在所述测量池中形成含纳米孔的双层。
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