[發明專利]半導體芯片、半導體酶芯片及篩選目標酶的方法

有效

• 申請號: 201210310804.2
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN102925347A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 歐陽旭
• 申請（專利權）人: 張楚凡
• 主分類號: C12M1/34
• 分類號: C12M1/34;C12Q1/25;C12Q1/02;C40B40/04
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務所 33233
• 代理人: 王梨華;陳麗霞

技術領域

本發明涉及生物電子領域，尤其涉及一種半導體芯片、一種半導體酶芯片及利用該半導體酶芯片篩選目標酶的方法。

背景技術

酶制劑行業是生物產業的一個分支，目前全球生產酶制劑有60余種產品，達到工業化規模的有20余個系列,?2011年全球酶制劑產值39億美元,?產品廣泛應用到食品、飼料、醫藥、環保、能源等各個重大工業領域.?酶制劑產業的核心技術就是新酶菌種的發現和篩選。目前酶制劑廠商大多數采用傳統的篩選新酶的方法：先隔離選定的微生物，然后用生物培養的方法繁殖，再加入底物，觀察反應效果。但是用此方法篩選新酶的基片一般每片幾百個井（每個井可用來觀察一個反應）；因為要找到一個有效的新酶通常需要篩選上億的反應，所以用這種方法發現和篩選新酶速度很慢,周期長。

生物芯片是90年代中期以來影響最深遠的重大科技進展之一,?可以用于檢測和研究小量的生物材料的裝置，主要是利用生物分子間的特異性，將生物分子（核酸、蛋白質、糖類、細胞或者組織等）固定在特定基板上形成生物探針，然后將欲檢測的生物樣本溶液（如血液、尿液、體液或者唾液）在芯片上進行混合，由于其內部可能含有相對應生物探針且能與其進行分子間相互作用的目標分子，因此，通過具有特異性且互為配位體的生物探針與目標分子進行結合反應或酵素催化反應，通過特定的儀器比如激光共聚焦掃描或電荷偶聯攝影像機（CCD）對雜交信號的強度進行快速、并行、高效地檢測分析，以取得檢測生物樣本的分析信息。根據芯片上的固定的探針不同，生物芯片包括基因芯片、蛋白質芯片、細胞芯片、組織芯片，另外根據原理還有元件型微陣列芯片、通道型微陣列芯片、生物傳感芯片等新型生物芯片。由于用該技術可以將極其大量的探針同時固定于支持物上，所以一次可以對大量的生物分子進行檢測分析，從而解決了傳統核酸印跡雜交（Southern?Blotting?和Northern?Blotting等）技術復雜、自動化程度低、檢測目的分子數量少、低通量(low?through-put)等不足.?值得指出的是,?生物芯片技術盡管常用玻片/硅片作為固相支持物，且在制備過程有少數模擬計算機芯片的制備技術，但是目前的生物芯片技術基本不含電路,?不涉及電信號,?與半導體芯片技術基本上是兩個不同的領域。

二十一世紀初，美國Verenium公司開始帶頭將生物芯片的方法應用到酶領域來大幅提高篩選速度。由于生物芯片在傳統的基片基礎上把井做得更小，從而提高了井密度，使每個基片可包含約幾萬到幾十萬個井；同時，在井中不再采用生物培養的方法繁殖選定的微生物，而是取選定的微生物的關鍵DNA序列，再打亂DNA序列重新排列組合，然后將新的DAN序列植入每個井中，用熒光顯微鏡等方法觀察此上萬個反應,?所以跟傳統的篩選新酶的方法比大幅地提高了篩選速度,?在酶行業帶來了很大的進步和變革。

但是生物芯片從樣品的準備到加樣、反應、清洗，仍需要大量的時間,?而DNA序列的可能排列組合有多種，即使采用包含約幾萬到幾十萬個井的生物芯片給新酶的發現帶來了很大的進步,?新酶的篩選仍然是一個重要瓶頸.?例如，一個很短的13個堿基的DAN序列，可能的排列組合為13！，即62億；如果用60萬個井的生物芯片篩選，假設每個芯片需6小時，則篩選13個堿基的DAN序列的可能排列組合共需7年。

發明內容

????針對現有技術的不足，本發明提供了一種半導體芯片以及利用半導體芯片制成的篩選速度快、井密度高的半導體酶芯片。

????半導體芯片，包括至少一個傳感器矩陣，每個傳感器上方對應設有一個空洞；傳感器由電路連接，感應空洞中離子濃度變化。傳感器矩陣由多行傳感器和多列傳感器排列組合而成。

????作為優選，一層或多層氧化膜層位于傳感器矩陣上方，空洞設在氧化膜層。

????作為優選，傳感器為離子晶體管傳感器。離子晶體管傳感器設在半導體芯片中，利用半導體芯片可以大大提高井的密度。

????作為優選，每個空洞最多容納一個細胞。

????作為優選，空洞為邊長大于0.1微米且小于20微米的正方形或者為直徑大于0.1微米且小于20微米的圓形。

半導體酶芯片,?包括至少一個傳感器矩陣,?傳感器由電路連接，感應酶化學反應。傳感器矩陣由多行傳感器和多列傳感器排列組合而成，傳感器可以感應酶化學反應從而推斷酶的性質。

半導體酶芯片,是所述的半導體芯片的一種。

????作為優選，半導體酶芯片在,每個傳感器上方對應設有一個空洞。