CN113376078A - 用于生物目标内的分析物的生物检测器件及制造使用方法 - Google Patents

用于生物目标内的分析物的生物检测器件及制造使用方法 Download PDF

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Abstract

本文的实施例描述了器件、用于制造所述器件的方法以及用于检测生物目标内的分析物的方法。该器件包括顶部组件和底部组件。顶部组件包括设置在顶层上的电极。底部组件包括设置在底层上的生物芯片和设置在生物芯片与顶部组件之间的聚合物主体。聚合物主体包括通道。顶部组件的电极位于通道内。通道配置为容纳含有分析物的生物目标。本文的实施例提供了用于生物目标内的分析物的生物检测器件及制造使用方法。

Description

用于生物目标内的分析物的生物检测器件及制造使用方法
技术领域
本申请总体涉及电子器件，并且更具体地涉及用于检测生物目标的检测器件。
背景技术
全世界的诊所和医院利用细胞浓度来确定患者的健康情况，因为它可以提供诊断信息和/或指示医疗状况。样品中细胞的精确测定对于广泛的应用领域至关重要，诸如微生物学家进行的微组织培养研究和/或医学实验室的疾病进展研究。有多种不同的方法来确定样品中的细胞数量，诸如使用血细胞计数器进行手动计数，使用阻抗系统(诸如使用台式和手持设备的库尔特计数器技术)，和/或使用光学系统(诸如光流式细胞技术)。
发明内容
本申请的实施例提供一种用于检测生物目标内的分析物的器件，所述器件包括：顶部组件，包括设置在顶层上的电极；和底部组件，包括设置在底层上的生物芯片和设置在所述生物芯片与所述顶部组件之间的聚合物主体，其中，所述聚合物主体包括通道，并且所述电极位于所述通道内，其中，所述通道配置为容纳含有所述分析物的生物目标。
本申请的实施例还提供一种用于检测生物目标内的分析物的器件的制造方法，所述方法包括：制造顶部组件，所述顶部组件具有设置在上层上的电极；模制具有通道的聚合物主体；以及制造底部组件，所述底部组件包括设置在底层上的生物芯片；将所述顶部组件、所述底部组件和所述聚合物主体组装在一起，其中，所述聚合物主体在所述顶部组件和所述底部组件之间，并且其中，所述电极位于所述通道内，并且所述通道配置为容纳包括所述分析物的生物目标。
本申请的实施例还提供一种使用生物检测器件检测分析物的方法，所述方法包括：在所述生物检测器件中的聚合物主体的通道内接收具有所述分析物的生物目标；在所述生物检测器件的参考电极上施加电压；以及基于所述参考电极与所述生物检测器件的生物芯片之间的电流，在所述生物目标内检测所述分析物，其中，所述生物检测器件包括：顶部组件，包括设置在顶层上的电极；和底部组件，包括设置在底层上的生物芯片和设置在所述生物芯片与所述顶部组件之间的聚合物主体，其中，所述聚合物主体包括通道，并且所述电极位于所述通道内。
附图说明
当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以最佳地理解本发明的各个方面。
图1示出根据本公开的各种实施例的示例性生物检测器件的俯视图。
图2示出根据本公开的各种实施例的沿图1中标注的截面“A”的示例性生物检测器件的侧视图。
图3示出根据本公开的各种实施例的沿图1中标注的截面“B”的示例性生物检测器件的另一侧视图。
图4示出根据本公开的各种实施例的从俯视图提取的另一示例性生物检测器件的分解侧视图。
图5示出根据本公开的各种实施例的具有生物标记物510的另一示例性生物检测器件的侧视图。
图6示出根据本公开的各种实施例的另一示例性生物检测器件的侧视图。
图7示出根据本公开的各种实施例的使用生物检测器件的示例性生物目标检测。
图8A示出根据本公开的各种实施例的制造顶部电极组件的第一阶段。
图8B示出根据本公开的各种实施例的制造顶部电极组件的第二阶段。
图8C示出根据本公开的各种实施例的制造顶部电极组件的第三阶段。
图8D示出根据本公开的各种实施例的制造顶部电极组件的第四阶段。
图9A示出根据本公开的各种实施例的参考电极的截面图。
图9B示出根据本公开的各种实施例的参考电极的另一截面图。
图9C示出根据本公开的各种实施例的参考电极的另一截面图。
图9D示出根据本公开的各种实施例的参考电极的另一截面图。
图10示出根据本公开的各种实施例的示例性生物检测器件的俯视图的参考电极的各种图案的分解图。
图11示出根据本公开的各种实施例的示例性生物检测器件的俯视图的参考电极的各种图案的分解图。
图12A示出根据本公开的各种实施例的硅聚合物主体的侧视图。
图12B示出根据本公开的各种实施例的硅聚合物主体的俯视图。
图13A示出根据本公开的各种实施例的制造生物检测器件的第一阶段。
图13B示出根据本公开的各种实施例的制造生物检测器件的第二阶段。
图13C示出根据本公开的各种实施例的制造生物检测器件的第三阶段。
图13D示出根据本公开的各种实施例的制造生物检测器件的第四阶段。
图14示出根据本公开的各种实施例的用于制造生物检测器件的示例性流程图。
图15示出根据本公开的各种实施例的用于使用生物检测器件检测分析物的示例性流程图。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多不同的实施例或实例，以用于实现所提供主题的不同特征。在下面描述元件和布置的特定实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不意欲限制本发明。而且，本发明在各个实例中可以重复参考数字和/或字母。这种重复仅是为了简明和清楚，其自身并不表示所论述的各个实施例和/或配置之间的关系。
在实施例中，本文描述了一种生物检测器件，其用作电阻式传感器以检测和识别各种大小的生物目标，诸如原子、脂质、蛋白质、细胞、细菌、病毒、脱氧核糖核酸(DNA)、蛋白质和/或胚体。生物目标的检测可以例如用于药物筛选和/或即时诊断。电阻式传感器可以测量特定被测物质内的电气变化。关于生物目前器件，可以将生物目标的样品放置在生物检测器件内的开放空间或通道内或使其从中通过。一旦生物目标样品在生物检测器件中，就向该器件施加电压并测量该样品内的电气变化。可以调节开放空间或通道的高度，以方便各种尺寸的生物目标。例如，电阻式传感器的分辨率宽度可以取决于移位速度，并且幅度可以取决于生物目标的体积，从而允许提取生物目标的尺寸。利用测量的电气变化以及通道的调整高度，可以检测生物目标样品并鉴定特征。本文还描述了制造生物检测器件的方法。
图1示出根据本公开的各种实施例的示例性生物检测器件的俯视图100。从俯视图100可见，生物检测器包括生物MOSFET芯片110、外围层120和硅聚合物主体130。硅聚合物主体130可以由任何硅聚合物制成。在一个示例中，硅聚合物主体130是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。硅聚合物主体130包括多个容器或通道132。被测生物目标可以被放置在通道132中。通道132的IA高度是可变的，并且可以基于被测生物目标的类型进行调节，如在图2中更详细地描述的。在一些实施例中，被测生物目标是液体样品(例如，血液或体液)。通道132包括通气孔134，一旦将生物目标放到通道132内，通气孔便促进生物目标起泡。外围层120可以包围生物检测器件。取决于外围层120的位置，外围层120可以是印刷电路板(PCB)、玻璃、丙烯酸或聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)中的任何一种，如在图2中更详细地描述的。
图2示出根据本公开的各种实施例的沿图1中标注的截面“A”的示例性生物检测器件的侧视图200。从侧视图200可见，生物检测器件包括生物MOSFET芯片110、硅聚合物主体130、参考电极232、底层222和顶层224。侧视图200的底层222和顶层224一起形成图1的顶视图100所示的外围层120。根据一些实施例，生物MOSFET芯片110位于底层222上，其在PCB上制成。顶层224可以由PCB、玻璃或PMMA中的任何一种制成。硅聚合物主体130位于生物MOSFET芯片100和顶层222之间。在硅聚合物主体130内形成一个或多个通道132，以促进对生物目标或通道132内的任何其他物质的测试，如在图12A-图12B中更详细地描述的。参考电极耦合至顶层224并定位在通道132内，其形成在图8A-图8D中更详细地描述。生物MOSFET110的表面与参考电极232之间的距离或高度234可以根据被测试的特定生物目标来调节。这些生物目标可以包括，例如，原子、脂质、蛋白质、细胞、细菌、病毒、DNA、蛋白质和/或胚体，相对尺寸的对数范围为0.1nm至1mm(例如，原子≈0.1nm，C60≈1nm，脂质≈3nm，蛋白质≈8nm，流感病毒≈100nm，细菌或线粒体≈1μm，红细胞≈7μm，动植物细胞≈10μ至100μm，花粉或人卵≈300μm或蛙卵≈1mm)。生物目标尺寸与参考电极232和生物MOSFET 110的表面之间的高度234之间的比率约为2：3。在一些实施例中，通过修改参考电极232的厚度来调节生物MOSFET110的表面与参考电极232之间的高度234。参考电极232的厚度可以在500μm至2mm的范围内。参考电极可以包括诸如金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、氯化银(AgCl)或其任何组合的材料。在其他实施例中，通过修改硅聚合物主体130的厚度236来调节生物MOSFET 110的表面与参考电极232之间的高度234，该厚度可以在2.01mm至3mm之间(例如，2.01mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm)。在其他实施例中，通过修改参考电极232和硅聚合物主体130两者的厚度的组合来调节生物MOSFET 110的表面与参考电极232之间的高度234。
图3示出根据本公开的各种实施例的沿图1中标注的截面“B”的示例性生物检测器件的另一侧视图300。
图4示出根据本公开的各种实施例的从俯视图450提取的另一示例性生物检测器件的分解侧视图400。在图4所示的实施例中，生物MOSFET 110可以是离子感测场效应晶体管(ISFET)，其由处理衬底412、互连件414、多晶硅栅极(PG)416、基极418、源极/漏极端子420、422、绝缘体层424、金属互连层426、硅428和感测膜430组成。处理衬底412耦合至底层222。各互连件414将基极418、源极/漏极端子和PG 416中的每一个耦合至处理衬底414。金属互连层426围绕互连件414和PG 416中的每一个。基极418和源极/漏极端子420、422位于硅428内。绝缘体层424(例如，掩埋氧化物层)将感测膜430与基极分离。感测膜430可以是任何高k感测膜，并且包括诸如二氧化铪(HfO2)、二氧化锆(ZrO2)和/或二氧化钛(TiO2)的材料。感测膜430在源极/漏极端子420、422之间形成凹阱440。在一些实施例中，凹阱440的深度444可以为约1μm。俯视图450示出诸如凹阱452的凹阱的尺寸可以变化以促进不同尺寸的生物目标的检测。包含缓冲物和具有生物目标的细胞培养基的溶液442填充通道132和凹阱440。感测层430在凹阱440的区域内接触源极/漏极端子420、422，以便于生物MOSFET 110和被测生物目标之间的电连接。
图5示出根据本公开的各种实施例的具有生物标记物510的另一示例性生物检测器件的侧视图500。如图5所示，一个或多个生物标记物510结合至生物MOSFET 110的表面。更具体地，一个或多个生物标记物510可以结合至感测膜430。生物标记物510可以是有助于识别溶液442内的特定生物目标的不同细胞蛋白质。例如，乳腺癌细胞生物标记物是HER2。HER2的蛋白质可以结合至凹阱440内的感测膜420，并与溶液442内包含的任何乳腺癌细胞结合。可以排干溶液442，生物MOSFET 110的表面可以最后清洗。在该示例中，与生物标记物510结合的任何乳腺癌细胞将保留在凹阱440内的感测膜420的表面上，并且生物目标内的那些细胞可以被识别为乳腺癌细胞。尽管关于乳腺癌细胞和对应的生物标记物描述了图5所示的实施例，但是可以理解，生物目标和对应的生物标记物的任何组合可以与本文所述的生物检测器件结合使用。
图6示出根据本公开的各种实施例的另一示例性生物检测器件的侧视图600。除了感测膜630之外，生物MOSFET 610在结构上类似于图4-图5中描述的生物MOSFET 110。如图6所示，感测膜630是平面的，没有凹阱。
图7示出根据本公开的各种实施例的使用生物检测器件的示例性生物目标检测。为了易于理解，参考先前在图4-图5中描述的结构来描述该过程。但是可以理解，该过程也适用于许多其他结构。在该示例中，生物目标710包含心脏细胞712。在该示例中，参考电极232与生物MOSFET 110的表面(例如，感测膜430的表面)之间的高度或距离734约为2.05mm。图7所示的生物目标器件可以基于参考电极232和生物MOSFET 110之间的电气特性(例如，电流)来检测心脏细胞734(例如，分析物)的存在。心脏细胞712包括诸如钠离子(NA+)、钾离子(K+)和/或钙离子(CA2+)的离子。钠离子(NA+)、钾离子(K+)和/或钙离子(CA2+)中的任何一个都可以进入和/或离开生物目标710，并通过传感膜430进行检测。例如，当人的心脏跳动时，心脏细胞712吸收体内细胞外的钙离子(CA2+)。当将这些细胞外离子带到体外时(例如，在生物目标710样品内)，它们从心脏细胞710中排出，随着这些细胞外钙离子(CA2+)从心脏细胞中排出，细胞外钙离子的含量降低，并且由感测膜430感测。参考电极232和生物MOSFET110之间的电流将基于感测膜430上存在的细胞外钙离子(CA2+)而减小。
图8A-图8D示出根据本公开的各种实施例的制造具有顶层224和一个或多个参考电极232的顶部电极组件的各个阶段。图8A示出根据本公开的各种实施例的制造顶部电极组件的第一阶段800。在第一阶段800期间，使用例如溅射沉积将金属层802沉积到衬底804上。溅射沉积是物理气相沉积(PVD)方法，其中通过以气态施加元素将薄膜沉积到衬底上。在一些实施例中，金属层802可以包括诸如金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、氯化银(AgCl)或其任何组合的材料。衬底804(例如，顶层224)可以由PCB、玻璃、丙烯酸或PMMA中的任何一种组成。
图8B示出根据本公开的各种实施例的制造顶部电极组件的第二阶段810。在第二阶段810期间，将光刻胶(PR)掩模施加到金属层802以准备蚀刻。PR掩模可以促进参考电极232的各种类型的图案化，如在图10-图11中更详细地描述的。
图8C示出根据本公开的各种实施例的制造顶部电极组件的第三阶段820。在第三阶段820期间，使用金属蚀刻来蚀刻金属层802，以将金属层810图案化为参考电极232。在第三阶段820期间由该图案化产生的各种尺寸在图9A-图9D中更详细地描述。
图8D示出根据本公开的各种实施例的制造顶部电极组件的第四阶段830。在第四阶段830期间，一旦完成金属层810的图案化，就去除PR层812，并且完成电极232的形成。
图9A-图9D示出根据本公开的各种实施例的由制造工艺产生的参考电极232的各种截面图。图9A示出根据本公开的各种实施例的参考电极232的截面图900。参考电极232的长度902可以在50μm至900μm的范围内。图9B示出根据本公开的各种实施例的参考电极232的另一截面图910。参考电极232的宽度912可以在50μm至900μm的范围内。图9B示出根据本公开的各种实施例的参考电极232的另一截面图920。参考电极232的厚度922可以在100μm至2mm之间。
可以适当地确定参考电极232的厚度922、宽度912和长度902之间的比率，以不影响参考电极232在生物MOSFET 110的表面上的粘附性。例如，在一些实施例中，长度902与宽度912之间的比率(例如，L：W)可以为约1：18。在一些实施例中，长度902与厚度922之间的比率(例如，L：T)可以为约1：5。类似地，宽度912与厚度922之间的比率(例如，W：T)可以为约1：5。
图9D示出根据本公开的各种实施例的参考电极232的另一截面图930。在该实施例中，参考电极232包括底层932、芯材料934和外层936。这些层的沉积可以类似于先前在图8A中描述的沉积。底层932由铬(Cr)构成。芯材料934可以是银(Ag)或氯化银(AgCl)。外层936可以是氧化石墨烯(GO)。
图10示出根据本公开的各种实施例的示例性生物检测器件的俯视图450的参考电极232的各种图案的分解图。图10的示例性生物检测器件包括单个通道，该单个通道具有位于通道内的一个参考电极232。利用该配置，以多种方式对单个参考电极232进行图案化。在一个示例中，通道1002可以包括被图案化的单个电极1004，使得电压被施加在单个位点。在另一示例中，通道1010包括被图案化为具有两个位点的单个参考电极：内部位点1012和外部位点1014。将电压施加到内部位点1012以集中该电压。将电压施加到外部位点1014，以在整个参考电极1010上分散电压。依次将电压施加到内部位点1012和外部位点1014两者上，将导致被测生物目标内的分析物的三维(3D)旋转运动。在又一示例中，通道1020包括单个参考电极，该单个参考电极被图案化为具有两个并排的位点：左侧位点1022和右侧位点1024。向左侧位点1022和右侧位点1024依次施加电压(例如，左侧位点1022到右侧位点1024)导致被测生物目标内的分析物的二维(2D)旋转。分析物的旋转可以提高与感测膜的分子配对效率。
图11示出根据本公开的各种实施例的示例性生物检测器件的俯视图450的参考电极232的各种图案的分解图。图11的示例性生物检测器件包括单个通道，该单个通道具有位于通道内的多个参考电极232。利用该配置，以多种方式对多个参考电极232进行图案化，诸如图10中所述。在一个示例中，通道1102可以包括多个参考电极1104。对每个参考电极进行图案化，使得如关于通道1002所述在单个位点施加电压。在另一示例中，通道1110包括多个参考电极1114。如关于通道1004所详细描述的，图案化每个参考电极1114以具有两个位点。在又一示例中，通道1120包括多个参考电极1122。每个参考电极被图案化为具有两个并排的位点，如关于通道1020所述。
尽管关于单个通道描述了图10-图11，但是可以理解，具有一个或多个电极的多个通道可以用于检测生物目标内的分析物。通过使用多个通道，可能需要根据分析物的类型进行腔室分离。
图12A示出根据本公开的各种实施例的硅聚合物主体130的侧视图1200。在一些实施例中，使用雕刻机来制造PMMA模具。使用PMMA模具，通过PDMS的成型而形成硅聚合物主体130。图12B示出根据本公开的各种实施例的硅聚合物主体130的俯视图1210。
图13A-图13D示出根据本公开的各种实施例的制造生物检测器件的各个阶段。图13A示出根据本公开的各种实施例的制造生物检测器件1352的第一阶段1300。在第一阶段1300中，制造两个分离的组件。如图8A-图8D中详细描述的那样制造顶部电极组件1310。如前所述，顶部电极组件1310包括顶层224和一个或多个参考电极232。通过将图4-图6中详细描述的生物MOSFET芯片110设置在底层222上来制造底部芯片组件1320。如先前在图12A-图12B中所述那样制造的硅聚合物主体130设置在生物MOSFET芯片110上。图13B示出根据本公开的各种实施例的制造生物检测器件1352的第二阶段1330。在第二阶段1330期间，顶部电极组件1310和底部电极组件1320组装在一起。图13C示出根据本公开的各种实施例的制造生物检测器件1352的第三阶段1340。在第三阶段1340期间，使用激光雕刻机来制造上盖(例如，PMMA模块)和下盖(例如，PMMA模块)。图13D示出根据本公开的各种实施例的制造生物检测器件1352的第四阶段1350。在第四阶段1350期间，组装在一起的顶部电极组件1310和底部芯片组件1320被封装在上盖1342和下盖1344内以形成生物检测器1352。
图14示出根据本公开的各种实施例的用于制造生物检测器件1352的示例性流程图1400。为了易于理解，参考本文先前描述的结构来描述该过程。但是可以理解，该过程也适用于许多其他结构。在步骤1402中，如先前在图8A-图8D中详细描述的那样制造顶部组件。在步骤1404中，如先前在图12A-图12B中详细描述的那样模制硅聚合物主体132。在步骤1406中，如在图13A-图13D中详细描述的那样制造底部组件。
图15示出根据本公开的各种实施例的用于使用生物检测器件1352检测分析物的示例性流程图1500。为了易于理解，参考本文先前描述的结构来描述该过程。但是可以理解，该过程也适用于许多其他结构。在步骤1502中，具有分析物(例如，心脏细胞712)的生物目标(例如，生物目标710)被接收在生物检测器件1352中的聚合物主体130的通道132内。在步骤1502期间，将电压施加到生物检测器件1352的参考电极232上。例如，可以以在图10-图11中详细讨论的各种方式来施加电压。基于参考电极232与生物检测器件1352的生物芯片110之间的电流来检测生物目标(例如，生物目标710)内的分析物(例如，心脏细胞712)。生物检测器件可以是图4-图7和图13D中详细描述的任何器件。
如本文所述的生物检测器的使用可以在实施例中提供许多优点。例如，与电极和生物MOSFET芯片集成在一起的生物检测器具有高精度和高通量、体积小、成本低的优点，使其适用于便携式即时诊断。集成检测器件的设计允许修改或调节PDMS主体容器中RF电极与生物MOSFET芯片的感测表面之间的距离，这种灵活的设计使其适合于在诊断分析中检测各种尺寸的生物目标。例如，对于各种尺寸的生物目标的诊断分析，可以调节电极和生物MOSFET芯片表面之间的距离，使其足够大以允许特定尺寸的分析物通过。如本文所述的生物检测器的使用可以消除对细胞染色和标记的需要，因为可以通过用成对分子修饰传感器表面来进行细胞鉴定。
在一个实施例中，用于检测生物目标内的分析物的器件包括顶部组件和底部组件。顶部组件包括设置在顶层上的电极。底部组件包括设置在底层上的生物芯片和设置在生物芯片与顶部组件之间的聚合物主体。聚合物主体包括通道。电极位于通道内。通道配置为容纳含有分析物的生物目标。
在另一实施例中，用于检测生物目标内的分析物的器件的制造方法包括：制造顶部组件，该顶部组件具有设置在上层上的电极；模制具有通道的聚合物主体；以及制造底部组件，该底部组件具有设置在底层上的生物芯片。顶部组件、底部组件和聚合物主体组装在一起，其中聚合物主体在顶部组件和底部组件之间。电极位于通道内，并且通道配置为容纳包含分析物的生物目标。
在又一实施例中，使用生物检测器件检测分析物的方法包括在生物检测器件中的聚合物主体的通道内接收具有分析物的生物目标。在生物检测器件的参考电极上施加电压。基于参考电极与生物检测器件的生物芯片之间的电流，在生物目标内检测分析物。生物检测器件包括：顶部组件，具有设置在顶层上的电极；底部组件，包括设置在底层上的生物芯片；以及聚合物主体，设置在生物芯片和顶部组件之间。聚合物主体包括通道，并且电极位于通道内。
本申请的实施例提供一种用于检测生物目标内的分析物的器件，所述器件包括：顶部组件，包括设置在顶层上的电极；和底部组件，包括设置在底层上的生物芯片和设置在所述生物芯片与所述顶部组件之间的聚合物主体，其中，所述聚合物主体包括通道，并且所述电极位于所述通道内，其中，所述通道配置为容纳含有所述分析物的生物目标。在一些实施例中，分析物的尺寸适合在所述通道的高度内，并且所述高度是从所述通道内的电极的表面和所述生物芯片的顶面测量的。在一些实施例中，通道的高度在2.0mm和3.0mm之间，并且能够基于所述电极的厚度或所述聚合物主体的厚度而变化。在一些实施例中，一种或多种生物标记物结合至所述通道内的生物芯片的表面，所述一种或多种生物标记物包括与所述分析物相关联的蛋白质。在一些实施例中，生物芯片包括：半导体衬底；源极和漏极，嵌入所述半导体衬底中；沟道层，设置在所述源极和所述漏极之间；以及感测介电层，设置在所述半导体衬底上方和所述沟道层上。在一些实施例中，生物芯片是离子敏感场效应晶体管(IS-FET)，并且所述感测介电层是离子敏感介电层。在一些实施例中，感测介电层包括二氧化铪(HfO2)、二氧化锆(ZrO2)或二氧化钛(TiO2)中的至少一种。在一些实施例中，电极包括铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)或氯化银(AgCl)中的至少一种。在一些实施例中，顶层包括印刷电路板(PCB)、玻璃、丙烯酸或聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)中的至少一种，并且所述底层包括PCB。在一些实施例中，电极的宽度在50μm和900μm之间，所述电极的长度在50μm和900μm之间，并且所述电极的厚度在100μm和2mm之间。在一些实施例中，长度与所述宽度之间的比率为1：18，其中，所述长度与所述厚度之间的第二比率为1：5，并且其中，所述宽度与所述厚度之间的第三比率为1：5。在一些实施例中，电极被图案化为具有配置为接收第一电压的内部位点和配置为接收第二电压的外部位点，并且其中，所述电极能够基于所述第一电压和所述第二电压的依次施加来实现所述分析物的三维旋转。在一些实施例中，电极被图案化为具有配置为接收第一电压的左侧位点和配置为接收第二电压的右侧位点，并且其中，所述电极能够基于所述第一电压和所述第二电压的依次施加来实现所述分析物的二维旋转。
本申请的实施例还提供一种用于检测生物目标内的分析物的器件的制造方法，所述方法包括：制造顶部组件，所述顶部组件具有设置在上层上的电极；模制具有通道的聚合物主体；以及制造底部组件，所述底部组件包括设置在底层上的生物芯片；将所述顶部组件、所述底部组件和所述聚合物主体组装在一起，其中，所述聚合物主体在所述顶部组件和所述底部组件之间，并且其中，所述电极位于所述通道内，并且所述通道配置为容纳包括所述分析物的生物目标。在一些实施例中，分析物的尺寸适合在所述通道的高度内，并且所述高度是从所述通道内的电极的表面和所述生物芯片的顶面测量的。在一些实施例中，还包括：通过将所述电极制造为具有第一厚度或将所述聚合物主体模制为具有第二厚度来调节所述通道的高度。在一些实施例中，制造所述顶部组件包括：在所述顶层上沉积金属层；在所述金属层上施加光刻胶层；使用金属蚀刻图案化所述金属层；以及从所述金属层去除所述光刻胶层。在一些实施例中，模制所述聚合物主体包括：制造具有多个通道的聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)模具；以及使用所述PMMA模具模制所述聚合物主体。在一些实施例中，还包括：制造上部聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)模块和下部PMMA模块；以及将所述顶部组件、所述聚合物主体和所述底部组件封装在所述上部PMMA模块和所述下部PMMA模块之间。
本申请的实施例还提供一种使用生物检测器件检测分析物的方法，所述方法包括：在所述生物检测器件中的聚合物主体的通道内接收具有所述分析物的生物目标；在所述生物检测器件的参考电极上施加电压；以及基于所述参考电极与所述生物检测器件的生物芯片之间的电流，在所述生物目标内检测所述分析物，其中，所述生物检测器件包括：顶部组件，包括设置在顶层上的电极；和底部组件，包括设置在底层上的生物芯片和设置在所述生物芯片与所述顶部组件之间的聚合物主体，其中，所述聚合物主体包括通道，并且所述电极位于所述通道内。
以上论述了若干实施例的部件，使得本领域的技术人员可以更好地理解本发明的各个实施例。本领域技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他的处理和结构以用于达到与本发明所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点。本领域技术人员也应该意识到，这些等效结构并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。

Claims (10)

1.一种用于检测生物目标内的分析物的器件，所述器件包括：
顶部组件，包括设置在顶层上的电极；和
底部组件，包括设置在底层上的生物芯片和设置在所述生物芯片与所述顶部组件之间的聚合物主体，其中，所述聚合物主体包括通道，并且所述电极位于所述通道内，
其中，所述通道配置为容纳含有所述分析物的生物目标。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述分析物的尺寸适合在所述通道的高度内，并且所述高度是从所述通道内的电极的表面和所述生物芯片的顶面测量的。
3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述通道的高度在2.0mm和3.0mm之间，并且能够基于所述电极的厚度或所述聚合物主体的厚度而变化。
4.根据权利要求1所述的器件，其中，一种或多种生物标记物结合至所述通道内的生物芯片的表面，所述一种或多种生物标记物包括与所述分析物相关联的蛋白质。
5.根据权利要求1所述的器件，其中，所述生物芯片包括：
半导体衬底；
源极和漏极，嵌入所述半导体衬底中；
沟道层，设置在所述源极和所述漏极之间；以及
感测介电层，设置在所述半导体衬底上方和所述沟道层上。
6.根据权利要求1所述的器件，其中，所述生物芯片是离子敏感场效应晶体管(IS-FET)，并且所述感测介电层是离子敏感介电层。
7.根据权利要求1所述的器件，其中，所述感测介电层包括二氧化铪(HfO2)、二氧化锆(ZrO2)或二氧化钛(TiO2)中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的器件，其中，所述电极包括铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)或氯化银(AgCl)中的至少一种。
9.一种用于检测生物目标内的分析物的器件的制造方法，所述方法包括：
制造顶部组件，所述顶部组件具有设置在上层上的电极；
模制具有通道的聚合物主体；以及
制造底部组件，所述底部组件包括设置在底层上的生物芯片；
将所述顶部组件、所述底部组件和所述聚合物主体组装在一起，其中，所述聚合物主体在所述顶部组件和所述底部组件之间，并且其中，所述电极位于所述通道内，并且所述通道配置为容纳包括所述分析物的生物目标。
10.一种使用生物检测器件检测分析物的方法，所述方法包括：
在所述生物检测器件中的聚合物主体的通道内接收具有所述分析物的生物目标；
在所述生物检测器件的参考电极上施加电压；以及
基于所述参考电极与所述生物检测器件的生物芯片之间的电流，在所述生物目标内检测所述分析物，
其中，所述生物检测器件包括：
顶部组件，包括设置在顶层上的电极；和
底部组件，包括设置在底层上的生物芯片和设置在所述生物芯片与所述顶部组件之间的聚合物主体，其中，所述聚合物主体包括通道，并且所述电极位于所述通道内。
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