FR2749391A1 - Procede et appareil de detection moleculaire fondes sur la magnetoresistance - Google Patents
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Abstract
Une liaison entre une molécule et un récepteur moléculaire au niveau d'un site de liaison est détectée en utilisant un élément magnétorésistif à proximité du site de liaison. Un champ magnétique associé à la molécule sert à modifier une caractéristique électrique de l'élément magnétorésistif lorsque la molécule se lie au récepteur moléculaire. Le champ magnétique est produit par un élément magnétique, comme une rondelle de centrage magnétique, fixé à la molécule. De préférence, l'élément magnétorésistif est intégré à un substrat qui supporte le site de liaison. Un dispositif indicateur, comme un transistor à couches minces, peut également être intégré au substrat pour fournir un signal indiquant un phénomène de liaison.
Description
Titre
Procédé et appareil de détection moléculaire fondés sur la magnétorésistance
Domaine de l'invention
La présente invention concerne des procédés et des systèmes de détection moléculaire.
Procédé et appareil de détection moléculaire fondés sur la magnétorésistance
Domaine de l'invention
La présente invention concerne des procédés et des systèmes de détection moléculaire.
Arrière-plan de l'invention
On a fait de grands efforts pour mettre au point des puces de détection moléculaire. En général, une puce de détection moléculaire comporte un substrat sur lequel est agencé un groupement de sites de liaison.
On a fait de grands efforts pour mettre au point des puces de détection moléculaire. En général, une puce de détection moléculaire comporte un substrat sur lequel est agencé un groupement de sites de liaison.
Chaque site de liaison, ou site d'hybridation, possède un récepteur moléculaire respectif qui se lie à ou s'hybride avec une molécule qui présente une structure prédéterminée.
Une solution échantillon est appliquée à la puce de détection moléculaire et les molécules de l'échantillon se lient ou s'hybrident en un ou plusieurs sites de liaison. Les sites de liaison particuliers sur lesquels se produit l'hybridation sont détectés, et une ou plusieurs structure(s) moléculaire < s) est < sont) déduite(s) à l'intérieur de l'échantillon.
Les puces de détection moléculaires présentent un grand intérêt pour la mise en séquence des gènes. Ces puces, qu'on appelle souvent puces d'ADN, utilisent un groupement de sites de liaison sélectifs, chacun d'eux possédant des éprouvettes respectives d'ADN à un seul brin. Un échantillon de fragments d'ADN à un seul brin, que l'on appelle ADN cible, est appliqué à la puce d'ADN. Les fragments d'ADN se fixent à une ou plusieurs éprouvettes d'ADN grâce à un processus d'hybridation.
En détectant quelles éprouvettes d'ADN possèdent un fragment d'ADN hybridées sur celles-ci, on peut déterminer une séquence de bases de nucléotides à l'intérieur du fragment d'ADN.
Afin d'accélérer le processus d'hybridation, une concentration locale d'ADN cible peut être augmentée en des sites prédéterminés en utilisant des renforcements de champ électrique. Ici, chaque site présente une électrode qui lui est associée, ce qui permet de générer de façon sélective un champ électrique. Le champ électrique est généré grâce à l'application d'un potentiel électrique entre une électrode du site et une contre-électrode située dans une partie périphérique de la puce. Afin d'attirer des fragments d'ADN vers le site, la polarité du potentiel électrique est choisie de telle sorte qu'un champ électrique présentant une polarité opposée à la charge des fragments d'ADN est généré. Afin de déshybrider le site, un champ électrique présentant la même polarité que les fragments d'ADN peut être généré pour repousser les fragments d'ADN du site.
Différentes approches ont été utilisées pour détecter un phénomène d'hybridation au niveau d'un site de liaison. Dans certains systèmes, une fluorescence ou une dispersion de lumière associée au phénomène d'hybridation est détectée optiquement afin de détecter le phénomène d'hybridation. Une difficulté de cette approche réside dans la différenciation entre la fluorescence ou la dispersion associée à l'hybridation et la lumière dispersée ou fluorescente d'arrière-plan.
Afin d'obtenir une quantité suffisante de signal/bruit, des détecteurs optiques onéreux tels que les microscopes à foyers communs ou les caméras CCD refroidies sont utilisés.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement et l'invention sera mieux comprise en faisant référence à la description détaillée suivante et aux dessins joints parmi lesquels
la figure l est un schéma fonctionnel d'un mode de réalisation d'un appareil. permettant de détecter une liaison entre une molécule et un récepteur moléculaire
la figure 2 est une illustration d'un mode de réalisation préféré d'un appareil permettant de détecter une liaison entre une ou plusieurs molécules et un ou plusieurs récepteurs moléculaires
la figure 3 est un organigramme illustrant un mode de réalisation d'un procédé de détection d'une liaison entre une molécule et un récepteur moléculaire au niveau d'un site de liaison dans un appareil de détection moléculaire ; et
la figure 4 illustre la détection d'un phénomène d'hybridation d'ADN utilisant un appareil selon la présente invention
la figure 5 est un schéma d'un mode de réalisation d'un circuit permettant de détecter une liaison entre une molécule et un récepteur moléculaire
la figure 6 est un schéma d'un autre mode de réalisation d'un circuit permettant de détecter une liaison entre une molécule et un récepteur moléculaire
la figure 7 est une vue de dessus d'une autre configuration de couche magnétorésistive ; et
la figure 8 est une vue de dessus d'une deuxième autre configuration de couche magnétorésistive.
D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement et l'invention sera mieux comprise en faisant référence à la description détaillée suivante et aux dessins joints parmi lesquels
la figure l est un schéma fonctionnel d'un mode de réalisation d'un appareil. permettant de détecter une liaison entre une molécule et un récepteur moléculaire
la figure 2 est une illustration d'un mode de réalisation préféré d'un appareil permettant de détecter une liaison entre une ou plusieurs molécules et un ou plusieurs récepteurs moléculaires
la figure 3 est un organigramme illustrant un mode de réalisation d'un procédé de détection d'une liaison entre une molécule et un récepteur moléculaire au niveau d'un site de liaison dans un appareil de détection moléculaire ; et
la figure 4 illustre la détection d'un phénomène d'hybridation d'ADN utilisant un appareil selon la présente invention
la figure 5 est un schéma d'un mode de réalisation d'un circuit permettant de détecter une liaison entre une molécule et un récepteur moléculaire
la figure 6 est un schéma d'un autre mode de réalisation d'un circuit permettant de détecter une liaison entre une molécule et un récepteur moléculaire
la figure 7 est une vue de dessus d'une autre configuration de couche magnétorésistive ; et
la figure 8 est une vue de dessus d'une deuxième autre configuration de couche magnétorésistive.
Description détaillée d'un mode de réalisation préféré
Les modes de réalisation préférés de la présente invention proposent de façon avantageuse un procédé et un appareil permettant de détecter des molécules cibles, telles que des anticorps, les brins d'ADN ou d'autres biopolymères, présentant une propriété magnétique améliorée. En particulier, la structure de chacune des molécules cibles est modifiée pour inclure un élément magnétique. Un élément magnétorésistif est situé au niveau d'un site de liaison afin de détecter un champ magnétique provenant des molécules cibles situées à proximité de celui-ci. Par conséquent, l'élément magnétorésistif peut détecter des molécules cibles liées aux récepteurs moléculaires au niveau du site de liaison. Cette approche est avantageuse en termes de sensibilité et de suppression du bruit de fond puisqu'aucune molécule d'arrière-plan naturellement magnétique n'est rencontrée, et puisque l'effet de la magnétorésistance est effectivement localisé sur une surface de l'élément magnétorésistif.
Les modes de réalisation préférés de la présente invention proposent de façon avantageuse un procédé et un appareil permettant de détecter des molécules cibles, telles que des anticorps, les brins d'ADN ou d'autres biopolymères, présentant une propriété magnétique améliorée. En particulier, la structure de chacune des molécules cibles est modifiée pour inclure un élément magnétique. Un élément magnétorésistif est situé au niveau d'un site de liaison afin de détecter un champ magnétique provenant des molécules cibles situées à proximité de celui-ci. Par conséquent, l'élément magnétorésistif peut détecter des molécules cibles liées aux récepteurs moléculaires au niveau du site de liaison. Cette approche est avantageuse en termes de sensibilité et de suppression du bruit de fond puisqu'aucune molécule d'arrière-plan naturellement magnétique n'est rencontrée, et puisque l'effet de la magnétorésistance est effectivement localisé sur une surface de l'élément magnétorésistif.
La figure 1 est un schéma fonctionnel d'un mode de réalisation d'un appareil permettant de détecter une liaison entre une molécule 10 et un récepteur moléculaire 12. En général, le récepteur moléculaire 12 est choisi en fonction de la molécule 10 à détecter. Le récepteur moléculaire 12 comporte généralement une molécule biologique ou de synthèse ayant une affinité spécifique avec la molécule 10 à détecter.
Le récepteur moléculaire 12 peut comporter une chaîne d'au moins un nucléotide qui s'hybride avec une chaîne complémentaire d'au moins un nucléotide inclus dans la molécule 10. Ici, par exemple, le récepteur moléculaire 12 peut comporter une éprouvette d'ADN permettant de détecter une séquence d'ADN complémentaire correspondante dans la molécule 10.
Toutefois, on remarque que la portée de la présente invention n'est pas limitée à la détection de l'hybridation de molécules d'ADN. Les modes de réalisation de la présente invention peuvent être utilisés dans des applications qui comportent, sans y être limitées, la détection de phénomènes d'hybridation anticorps-antigène (dans laquelle la molécule 10 et le récepteur moléculaire 12 comportent une paire anticorps-antigène) et la détection d'autres molécules cibles bipolymères.
L'appareil comporte un substrat 14 qui supporte un site de liaison 16 permettant de recevoir le récepteur moléculaire 12. L'appareil comporte en outre un élément magnétorésistif 18 intégré au substrat 14 et situé à proximité du site de liaison 16. En général, l'élément magnétorésistif 18 est composé d'un matériau dont la conductance ou la résistance dépend de sa magnétisation. La conductance ou la résistance peut dépendre de l'amplitude de la magnétisation et d'un sens de magnétisation par rapport au sens du courant qui circule dans l'élément magnétorésistif 18. Par conséquent, l'élément magnétorésistif 18 présente une conductance, ou, de manière équivalente, une résistance, qui est modifiée par un champ magnétique associé à la molécule 10 lorsque la molécule 10 se trouve à proximité. Cette proximité peut se produire, par exemple, lorsque la molécule 10 se lie au récepteur moléculaire 12.
Au moins une partie du champ magnétique associé à la molécule 10 provient de l'élément magnétique 20 fixé à la molécule 10. L'élément magnétique 20 est utilisé pour augmenter considérablement l'amplitude du champ magnétique associé à la molécule. De préférence, sensiblement tout le champ magnétique associé à la molécule 10 est généré par l'élément magnétique 20.
L'élément magnétique 20 a la forme d'une rondelle de centrage magnétique fixée à la molécule 10. La rondelle de centrage magnétique peut présenter une forme sphérique, avec un diamètre de l'ordre de 0,1 à 1,0 pm. Si la molécule 10 comporte une chaîne polymère, l'élément magnétique 20 peut être fixé à une extrémité de la chaîne polymère grâce à des techniques d'amorçage classiques. Ceci permet à l'élément magnétique 20 d'être fixé à une extrémité d'une molécule d'ADN, par exemple.
En général, l'élément magnétorésistif 18 peut présenter toute une série de formes grâce à l'utilisation de plusieurs matériaux magnétorésistifs.
Selon un mode de réalisation, l'élément magnétorésistif 18 se présente sous la forme d'une couche mince intégrée au substrat 14. La couche mince est composée d'un matériau magnétique qui produit l'effet de magnétorésistance très élevé. Ici, la résistance de la couche mince est sensiblement accrue ou, ce qui revient au même, la conductance de la couche mince est sensiblement réduite, lorsque la couche mince est soumise à un champ magnétique. D'autres matériaux qui présentent une résistance réduite, plutôt qu'une résistance accrue, lorsqu'ils sont soumis à un champ magnétique, peuvent également être utilisés.
Pour indiquer une conductance modifiée ou une résistance modifiée, l'appareil peut en outre comporter un dispositif indicateur 22 couplé à l'élément magnétorésistif 18. Le dispositif indicateur 22 produit un signal indiquant la conductance modifiée ou la résistance modifiée de l'élément magnétorésistif 18 résultant du champ magnétique associé à la molécule 10.
Dans un mode de réalisation, le dispositif indicateur 22 comporte un transistor, comme un transistor à couches minces, intégré au substrat 14.
Bien que les modes de réalisation aient été illustrés en termes de récepteur moléculaire unique au niveau du site de liaison 16, on peut remarquer que les modes de réalisation de la présente invention sont généralement utilisés avec une pluralité de récepteurs moléculaires identiques situés au niveau du site de liaison 16. Ici, la pluralité de récepteurs moléculaires identiques est utilisée pour détecter une structure moléculaire prédéterminée dans un échantillon de molécules cibles. En outre, on remarque que les modes de réalisation de la présente invention présentent en général un groupement de sites de liaison supportés par le substrat 14, plutôt qu'un site de liaison unique tel qu'illustré. Ici, chacun des sites de liaison peut être utilisé pour détecter une structure moléculaire différente au sein d'un échantillon de molécules cibles.
La figure 2 est une illustration d'un mode de réalisation préféré d'un appareil permettant de détecter une liaison entre une ou plusieurs molécules et un ou plusieurs récepteurs moléculaires 30.
L'appareil comporte un substrat 32 qui définit un site de liaison 34. Une couche magnétorésistive 36 est intégrée au substrat 32. La couche magnétorésistive 36 est située à proximité du site de liaison 34. De préférence, la couche magnétorésistive 36 comporte une couche mince de matériau magnétique pouvant produire l'effet de magnétorésistance très élevé. La couche mince est déposée sur le substrat 32 en utilisant des techniques de fabrication bien connues dans la technique.
En option, une pluralité de contacts interdigités est intégrée au substrat 32 afin de coupler la couche magnétorésistive 36 à un dispositif indicateur 40. Les contacts interdigités peuvent être utilisés pour réduire la résistance détectée dans la couche magnétorésistive 36. L'utilisation des contacts interdigités peut ne pas être souhaitable si la variation de la résistance de la couche magnétorésistive 36 est petite lorsqu'elle est soumise à un champ magnétique. Ici, des contacts individuels peuvent être utilisés pour coupler la couche magnétorésistive 36 au dispositif indicateur 40. Les modes de réalisation utilisant des contacts individuels sont illustrés sur les figures 7 et 8.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif indicateur 40 se présente sous la forme d'un transistor à couches minces qui est intégré au substrat 32. Le transistor à couches minces comporte une source 42, une grille 44 et un drain 46. La source 42 ou le drain 46 est couplé à un premier ensemble 48 composé des contacts interdigités 38 par une interconnexion 50 intégrée au substrat 32. La grille 44 est couplée à un deuxième ensemble 52 composé des contacts interdigités par une interconnexion 54 intégrée au substrat 32. La pluralité de contacts interdigités et le dispositif indicateur 40 sont fabriqués dans le substrat en utilisant des techniques connues dans la technique.
Le dispositif indicateur 40 est utilisé pour lire une variation de la résistance ou de la conductance de la couche magnétorésistive 36. Une variation de la résistance de la couche magnétorésistive 36 est détectée par un signal de sortie, formé soit au niveau de la source 42 soit au niveau du drain 46, en réponse à un signal d'entrée appliqué à la grille 44. La variation de la résistance est détectée lorsque le signal de sortie se trouve au-delà d'un seuil prédéterminé. Le signal d'entrée et le signal de sortie peuvent se présenter sous la forme d'une tension ou d'un courant, et peuvent être soit un signal CA soit un signal CC.
La figure 3 est un organigramme illustrant un mode de réalisation d'un procédé de détection d'une liaison entre une molécule et un récepteur moléculaire au niveau d'un site de liaison dans un appareil de détection moléculaire. Tel qu'indiqué par la case 60, le procédé comporte une étape de fourniture d'un élément magnétorésistif à proximité du site de liaison.
On préfère que l'élément magnétorésistif soit fourni dans le contexte de l'un quelconque des modes de réalisation d'un appareil de détection moléculaire tel que décrit dans le présent document. Toutefois, on remarque que d'autres modes de réalisation du procédé ne sont pas limités à ces appareils.
Tel qu'indiqué par la case 62, le procédé comporte une étape de détection d'une caractéristique électrique modifiée de l'élément magnétorésistif lorsque la molécule se lie au récepteur moléculaire. La caractéristique électrique modifiée résulte d'un champ magnétique associé à la molécule qui se trouve à proximité de l'élément magnétorésistif. Tel que mentionné précédemment, au moins une partie du champ magnétique associé à la molécule, et de préférence la totalité du champ magnétique associé à la molécule, provient d'un élément magnétique fixé à la molécule.
Une telle caractéristique électrique pouvant être modifiée comporte, sans y être limitée, une résistance en courant continu, une conductance en courant continu, une résistance en courant alternatif, une conductance en courant alternatif de l'élément magnétorésistif. Par conséquent, l'étape de détection de la caractéristique électrique modifiée de l'élément magnétorésistif peut comporter la détection d'une conductance modifiée ou d'une résistance modifiée de l'élément magnétorésistif resultant du champ magnétique associé à la molécule. La conductance modifiée ou la résistance modifiée peut être détectée soit directement soit indirectement et peut être détectée en utilisant soit un signal CA soit un signal CC appliqué à l'élément magnétorésistif.
Tel qu'indiqué par la case 64, le procédé peut en outre comporter une étape de production d'un signal qui indique la conductance modifiée ou la résistance modifiée de l'élément magnétorésistif résultant du champ magnétique associé à la molécule. Le signal peut être produit par un dispositif indicateur couplé à l'élément magnétorésistif, tel que le dispositif indicateur 22 de la figure 1. Tel qu'illustré sur la figure 2, le dispositif indicateur peut comporter un transistor qui est intégré à un substrat qui supporte le site de liaison. Ici, le dispositif indicateur est couplé à l'élément magnétorésistif par une pluralité de contacts interdigités.
Le signal produit par le dispositif indicateur peut se présenter sous la forme d'une tension ou d'un courant et peut être soit un signal CA soit un signal
CC. Le signal indique une conductance modifiée ou une résistance modifiée lorsqu'une mesure de celle-ci se trouve au-delà d'un seuil prédéterminé. La mesure du signal peut être un niveau de la composante continue de tension ou de courant. Selon une autre solution, la mesure du signal peut être une amplitude d'un courant ou d'une tension continu(e).
CC. Le signal indique une conductance modifiée ou une résistance modifiée lorsqu'une mesure de celle-ci se trouve au-delà d'un seuil prédéterminé. La mesure du signal peut être un niveau de la composante continue de tension ou de courant. Selon une autre solution, la mesure du signal peut être une amplitude d'un courant ou d'une tension continu(e).
La figure 4 illustre la détection d'un phénomène d'hybridation d'ADN utilisant un appareil selon la présente invention. L'appareil comporte une première couche magnétorésistive 80 et une deuxième couche magnétorésistive 82 supportées par un substrat 84. La première couche magnétorésistive 80 est située à proximité d'un premier site de liaison 86. La deuxième couche magnétorésistive est située à proximité d'un deuxième site de liaison 88.
Le premier site de liaison 86 reçoit un récepteur moléculaire se présentant sous la forme d'une première éprouvette d'oligonucléotide 90. La première éprouvette d'oligonucléotide 90 est fixée à la première couche magnétorésistive 80 par une amorce 92. De même, le deuxième site de liaison 94 reçoit un récepteur moléculaire se présentant sous la forme d'une deuxième éprouvette d'oligonucléotide 96. La deuxième éprouvette d'oligonucléotide 96 est fixée à la deuxième couche magnétorésistive 82 par une amorce 98.
A des fins d'illustration, la première éprouvette d'oligonucléotide 90 comporte une séquence de nucléotides T-T-G-C-C-A, et la deuxième éprouvette d'oligonucléotide 96 comporte une séquence de nucléotides A-A-C-G-G-T. Tel que cela est bien connu dans la technique, "A" est l'abréviation d'adénine, "C" est l'abréviation de cytosine, "G" est l'abréviation de guanine et "T" est l'abréviation de thymine. La première éprouvette d'oligonucléotide 90 est utilisée pour détecter des molécules qui comportent une séquence complémentaire, à savoir la séquence de nucléotides A
A-C-G-G-T. La deuxième éprouvette d'oligonucléotide 96 est utilisée pour détecter des molécules comportant la séquence T-T-G-C-C-A.
A-C-G-G-T. La deuxième éprouvette d'oligonucléotide 96 est utilisée pour détecter des molécules comportant la séquence T-T-G-C-C-A.
Un échantillon de molécules d'ADN à un seul brin est appliqué à l'appareil. Chacune des molécules d'ADN à un seul brin présente un élément magnétique 100 et 102 qui lui est fixé. La première éprouvette d'oligonucléotide 90 s'hybride partiellement avec une séquence de nucléotides G-A-C-G-G-T contenue dans une première molécule d'ADN 104. La deuxième éprouvette d'oligonucléotide 96 s'hybride complètement avec une séquence de nucléotides T-T-G-C-C-A contenue dans une deuxième molécule d'ADN 106. L'énergie de liaison de la fixation est déterminée par le degré d'adaptation entre les molécules cibles et les éprouvettes.
Après l'hybridation, une étape de lavage ou de fusion peut être appliquée pour retirer les molécules cibles non fixées ou faiblement fixées. En conséquence, la première molécule d'ADN 104 est susceptible d'être retirée du premier site de liaison 86 alors que la deuxième molécule d'ADN 106 est susceptible de rester au niveau du deuxième site de liaison 88. En général, les molécules cibles fixées restantes sont présentes en fonction du degré d'adaptation aux molécules des éprouvettes.
L'élément magnétique 102 fixé à la deuxième molécule d'ADN 106 modifie la résistance de la deuxième couche magnétorésistive 82. La résistance modifiée est détectée pour conclure que la structure de l'échantillon de molécules d'ADN comporte une séquence
T-T-G-C-C-A.
T-T-G-C-C-A.
La figure 5 est un schéma d'un mode de réalisation d'un circuit permettant de détecter une liaison entre une molécule et un récepteur moléculaire. Le circuit est utilisé pour détecter une variation de la résistance d'un élément magnétorésistif, qui est schématiquement représenté par une résistance 120.
La résistance 120 est couplée entre une grille 122 d'un transistor 124 et la masse 126. Une source 128 du transistor 124 est directement couplée à la masse 126.
Une résistance de référence 130 est couplée entre la grille 122 et une première source de tension, VBIAS.
Une résistance de charge 132 est couplée entre une deuxième source de tension, VDD, et un drain 134 du transistor 124.
La résistance de référence 130 et l'élément magnétorésistif (résistance 120) forment un diviseur de tension qui divise la première source de tension,
VBIAS, en vue de son application à la grille 122. Une variation de la résistance de l'élément magnétorésistif (résistance 120) fait varier la tension appliquée à la grille 122 et, par conséquent, fait varier le courant qui circule dans le drain 134. La variation du courant qui circule dans le drain 134 fait varier la chute de tension qui a lieu dans la résistance de charge 132 et, par conséquent, fait varier la tension au niveau du drain 134. Le signal de tension produit par le drain 134 est utilisé pour détecter le phénomène de liaison.
VBIAS, en vue de son application à la grille 122. Une variation de la résistance de l'élément magnétorésistif (résistance 120) fait varier la tension appliquée à la grille 122 et, par conséquent, fait varier le courant qui circule dans le drain 134. La variation du courant qui circule dans le drain 134 fait varier la chute de tension qui a lieu dans la résistance de charge 132 et, par conséquent, fait varier la tension au niveau du drain 134. Le signal de tension produit par le drain 134 est utilisé pour détecter le phénomène de liaison.
Le transistor 124 peut être réalisé par le dispositif indicateur 40 de la figure 2. La résistance de référence 130 et la résistance de charge 132 peuvent être intégrées au substrat 32 qui supporte l'élément magnétorésistif et le dispositif indicateur 40. Selon une autre solution, la résistance de référence 130 et la résistance de charge 132 peuvent être des composants couplés à l'extérieur.
La figure 6 est un schéma illustrant un autre mode de réalisation d'un circuit permettant de détecter une liaison entre une molécule et un récepteur moléculaire.
Le circuit est utilisé pour détecter une variation de la résistance de l'élément magnétorésistif, qui est représenté schématiquement par une résistance 140.
Ici, la résistance 140 est couplée entre une grille 142 d'un transistor 144 et une première source de tension, VBIAS. Une résistance de référence 146 est couplée entre la grille 142 et la masse 148. L'élément magnétorésistif (résistance 140) et la résistance de référence 146 forment un diviseur de tension qui divise la première source de tension, VBIAS, en vue de son application à la grille 422. Une variation de la résistance de l'élément magnétorésistif (résistance 140) fait varier la tension appliquée à la grille 142.
Comme pour le mode de réalisation de la figure 5, une source 150 du transistor 144 est directement couplée à la masse 148 et une résistance de charge 152 est couplée entre une deuxième source de tension, VDD, et un drain 154 du transistor 144. La variation de la résistance de l'élément magnétorésistif (résistance 140) fait varier la tension au niveau du drain 154. Le signal de tension produit par le drain 154 est utilisé pour détecter le phénomène d'hybridation.
Le transistor 144 peut être réalisé par un dispositif indicateur intégré à un substrat qui supporte l'élément magnétorésistif. La résistance de référence 146 et la résistance de charge 152 peuvent également être intégrées à ce substrat. Selon une autre solution, la résistance de référence 146 et la résistance de charge 152 peuvent être des composants couplés à l'extérieur.
La couche magnétorésistive 36 de la figure 2 est illustrée selon une configuration sensiblement rectangulaire. D'autres configurations de la couche magnétorésistive 36 sont représentées sur les figures 7 et 8. Ces configurations sont utiles pour augmenter la variation de la résistance de la couche magnétorésistive 36 lorsqu'elle est soumise à un champ magnétique.
La figure 7 est une vue de dessus d'une autre configuration d'une couche magnétorésistive 160. Ici, la couche magnétorésistive 160 est de forme spiralée (ou serpentée) pour augmenter la longueur effective entre un premier contact 162 et un deuxième contact 164. Le fait d'augmenter la longueur effective augmente la variation de la résistance de la couche magnetorésistive 160, tel que détecté par la résistance entre le premier contact 162 et le deuxième contact 164.
La figure 8 est une vue de dessus d'une deuxième autre configuration d'une couche magnétorésistive 170.
La couche magnétorésistive 170 se présente sous la forme d'un zigzag pour augmenter la longueur effective entre un premier contact 172 et un deuxième contact 174. L'augmentation de la longueur accroît la variation de la résistance détectée entre le premier contact 172 et le deuxième contact 174.
Ainsi, on a décrit un concept, ainsi que de nombreux modes de réalisation dont les modes de réalisation préférés d'un procédé et d'un appareil fondés sur la magnétorésistance permettant d'effectuer la détection moléculaire.
Puisque de nombreux modes de réalisation de la présente invention détectent, grâce à la magnétorésistance, un champ magnétique généré par un élément magnétique fixé à une molécule non magnétique, ils fournissent une amélioration considérable car ils suppriment le bruit de fond provenant des molécules d'arrière-plan non magnétiques. En outre, puisque l'effet de magnétorésistance très élevé est effectivement localisé sur la surface de l'élément magnétorésistif, la sensibilité de détection obtenue est élevée.
De plus, les différents modes de réalisation de la présente invention tels que décrits dans le présent document intègrent l'élément magnétorésistif et un dispositif indicateur dans un substrat pour former un dispositif de détection moléculaire intégré. En particulier, un groupement de combinaisons de dispositifs indicateurs/éléments magnétorésistifs peut être formé sur un substrat. Les dispositifs indicateurs peuvent être interconnectés de la même manière que les dispositifs d'affichage à matrice active pour fournir un adressage de matrice decelui-ci.
Les spécialistes de la technique comprendront que l'invention décrite peut être modifiée et plusieurs modes de réalisation autres que la forme préférée spécifiquement decrite précédemment peuvent s'y appliquer.
Claims (10)
1. Appareil permettant de détecter une liaison entre une molécule et un récepteur moléculaire, l'appareil comprenant
un substrat qui supporte un site de liaison permettant de recevoir le récepteur moléculaire ; et
un élément magnétorésistif intégré au substrat et situé à proximité du site de liaison, l'élément magnétorésistif ayant une conductance qui est modifiée par un champ magnétique associé à la molécule lorsque la molécule se lie au récepteur moléculaire.
2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel au moins une partie du champ magnétique associé à la molécule provient d'un élément magnétique fixé à la molécule.
3. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le récepteur moléculaire comporte une chaîne d'au moins un nucléotide, et dans lequel la molécule comporte une chaîne complémentaire d'au moins un nucléotide.
4. Appareil selon la revendication 1, dans lequel la molécule et le récepteur moléculaire comportent une paire anticorps-antigène.
5. Appareil selon la revendication 1, comprenant en outre un dispositif indicateur couplé à l'élément magnétorésistif, le dispositif indicateur produisant un signal indiquant la conductance modifiée de l'élément magnétorésistif résultant du champ magnétique associé à la molécule.
6. Procédé de détection d'une liaison entre une molécule et un récepteur moléculaire au niveau d'un site de liaison dans un appareil de détection moléculaire, le procédé comprenant les étapes de
fourniture d'un élément magnétorésistif à proximité du site de liaison ; et
détection d'une caractéristique électrique modifiée de l'élément magnétorésistif lorsque la molécule se lie au récepteur moléculaire, la caractéristique électrique modifiée résultant d'un champ magnétique associé à la molécule.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel au moins une partie du champ magnétique associé à la molécule provient d'un élément magnétique fixé à la molécule.
8. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le récepteur moléculaire comporte une chaîne d'au moins un nucléotide, et dans lequel le molécule comporte une chaîne complémentaire d'au moins un nucléotide.
9. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'étape de détection de la caractéristique électrique modifiée comporte la détection d'une conductance modifiée de l'élément magnétorésistif résultant du champ magnétique associé à la molécule.
10. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'élément magnétorésistif est intégré à un substrat qui supporte le site de liaison.
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