生物芯片识别装置、生物芯片以及识别生物芯片的方法

技术领域

本发明在此涉及用于分析生物样品的生物芯片识别装置、生物芯片以及 使用该装置识别生物芯片的方法，更具体涉及一种能够获得生物芯片的类型 和测量信息的光学生物芯片识别装置、生物芯片以及使用该装置识别生物芯 片的方法。

背景技术

采用诸如尿、血、唾液等生物样品的诊断条或生物芯片应用于各种个体 化验项目。也就是说，诊断条或生物芯片应用于怀孕、排卵、前列腺癌、结 肠直肠癌、心肌梗塞、螺旋菌幽门(Helicobacter pylori)、艾滋病(AIDS)、 药品等的诊断。这些检测生物标记可以是HCG、PSA、AFP、CEA等等。

利用快速化验纸方法的疾病化验是一种选择性地初步检查人体的各种 疾病的半定量化验，并且作为一种检查人体的早期阶段的异常的方法而为人 们熟知。如果采用快速化验纸方法，易于获得尿、血、唾液等，不对被检查 者施加化验负担，并且可立即判断对结果的响应。因此，其可用性非常高。 采用快速化验纸方法的快速条示出化验结果，使得使用者可以通过肉眼来检 查人体是否有对应于化验项目的问题。使用者可以在没有单独的辅助设备的 情况下容易地使用快速条。然而，快速条的缺点在于，由于贴附到硝化纤维 化验纸的每个化验项目采用一个化验部分的条特性，因此存在难以通过肉眼 分辨由检测结果表示的色带的检测范围，并且准确性低，这是因为分辨依赖 于个人的情绪状态而不同。而且，由于快速条没有可存储图案从而利用化验 结果的方法，因此对于利用测量数据而言存在很多障碍。市场上销售的读出 装置是用于医院中的大型装置，并且非常昂贵。易于在家中使用的便携式疾 病读出装置尚未有报道。为了采用便携式疾病读取装置来读出上述各种疾病 生物标记，在读取之前必须先识别每个条。

在用于识别条类型或者生物芯片类型的传统技术中，将识别信息记录装 置附加到条或生物芯片，然后通过分析记录在附加的识别信息记录装置上的 识别信息，识别与条或生物芯片的类型和制造有关的各种信息。该技术可包 括：采用条形码记录生物传感器的各种信息，以及采用用于识别条形码的条 形码识别装置读取条形码从而识别生物传感器的信息。在采用条形码作为生 物传感器的识别信息记录装置的情况下，缺点在于在制作生物传感器时可能 产生额外的成本，并且需要诸如扫描仪的用于识别条形码的昂贵装置。

作为另一个示例，一种技术为在诊断条中单独包含不同的光散射部分， 在将诊断条附加到测量装置时，自动测量光散射系数并且自动识别关于诊断 条的信息。在这种技术中，缺点也在于制造诊断条之后必须附加另外的光散 射部分，并且除了用于检测散射光的接收反射光的光接收部件之外，还必须 包括另外的光接收部件。

因此，迫切需要一种新装置和新方法，其能够以低成本在条或生物芯片 的制造过程中记录条或生物芯片的类型以及条或生物芯片的制造公司的各 种识别信息，并且简单且容易的识别这些信息。该新装置和新方法具有价格 竞争优势。

发明内容

本发明的实施例提供一种生物芯片识别装置。该生物芯片识别装置可包 括：光发射部件，辐射光至光传送通道，该光传送通道具有至少一个穿透生 物芯片的本体的孔；光接收部件，接收光图案并将其转换为电信号，该光图 案在光穿过光传送通道之后形成；以及生物芯片插入其中的装载部件。通过 光图案的形状而识别生物芯片。

本发明的实施例还提供一种生物芯片识别装置。该生物芯片识别装置可 包括：光发射部件，辐射光至光传送通道，所述光传送通道包括穿透生物芯 片的本体的孔以及覆盖孔的半透明膜；光接收部件，接收穿过光传送通道的 光并将其转换为电信号；以及生物芯片插入其中的装载部件。通过分辨由半 透明膜导致的光的强度或颜色的差异而识别生物芯片。

本发明的实施例还提供一种生物芯片。该生物芯片可包括：本体；生物 样品入口，设置在本体上；检测部件，检测从生物样品入口传送的生物样品； 以及光传送通道，具有至少一个孔，该至少一个孔穿透本体并且光穿过该至 少一个孔。

本发明的实施例还提供一种识别生物芯片的方法。该方法可包括：装载 生物芯片，生物芯片包括本体和具有至少一个穿透本体的孔的光传送通道， 通过将本体和光传送通道插入到生物芯片识别装置中而装载生物芯片；辐射 光至光传送通道；接收穿过光传送通道的光并将其转换为电信号；以及通过 光识别生物芯片。

附图说明

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。然而，本发明的实 施例可通过不同的形式实施，而不应解释为限于这里阐述的实施例。此外， 提供这些实施例是为了使得本公开全面且完整，进而将本发明的范围充分传 达给本领域的技术人员。通篇相同的标号表示相同的元件。

图1A和图1B为用于描述根据本发明的一些实施例的生物芯片识别系 统的示意图和截面图。

图2为用于描述根据本发明的一些实施例的生物芯片识别装置的方框 图。

图3A、图3B以及图3C为用于描述根据本发明的一些实施例的生物芯 片识别系统的一部分的透视图、截面图以及俯视平面图。

图4为用于描述根据本发明的一些其它实施例的生物芯片识别系统的一 部分的透视图。

图5和图6为用于描述根据本发明的一些其它实施例的生物芯片识别系 统的一部分的透视图和示意图。

图7A和图7B为用于描述根据本发明的一些其它实施例的生物芯片识 别系统的一部分的透视图和截面图。

图8A和图8B为用于描述根据本发明的一些其它实施例的生物芯片识 别系统的透视图。

具体实施方式

下面将参照附图更为充分地描述本发明的实施例，在附图中示出了本发 明的实施例。然而，本发明可通过许多不同的形式实施，而不应解释为限于 这里阐述的实施例。更确切地，提供这些实施例是为了使得本公开全面且完 整，进而将本发明的范围充分传达给本领域的技术人员。在附图中，层和区 域的尺寸和相对尺寸可能为了清楚而被夸大。通篇相同的标号表示相同的元 件。

本文采用的术语仅用于描述特定实施例的目的而不用于限定本发明。如 本文采用的“一”、“该”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文另外 清楚地说明。还应该理解当本说明书使用术语“包括”或“包含”时，说明 存在所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或构件，但是不排除存在 一个或者多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、元件、构件和/或其组合。 还应该理解当诸如层、区域或衬底的元件描述为位于另一元件“上”或“之 上”时，其可直接位于该另一元件上，或者也可存在中间元件或者中间层。

本发明的实施例可参照截面图来描述，其为本发明的理想实施例的示意 图。因此，可预期例如由于制造技术和/或容限而产生的与图示的形状的差异。 因此，本发明的实施例不应解释为限于本文所示区域的特定形状，而是包括 由于例如制造引起的形状上的偏差。例如，显示为矩形的区域可具有圆形特 征或者弯曲特征。因此，附图中所示的区域本质上为示意性的，并且不旨在 限定本发明的范围。

以采用生物芯片的生物芯片识别系统说明本发明的技术特征。然而，本 发明的技术特征不限于采用生物芯片的生物芯片识别系统，并且可应用于采 用条的识别系统。此外，用于附加或者卸下生物芯片的生物芯片识别装置的 结构仅为一个示例。

图1A和图1B为用于描述根据本发明的一些实施例的生物芯片识别系 统的示意图和截面图。

参照图1A和图1B，生物芯片识别系统可包括生物芯片200和识别生物 芯片200的信息的生物芯片识别装置100。

生物芯片200可包括生物样品入口202、检测部件204、参考部件206 以及生物芯片识别部件210。生物芯片识别部件210可以是用于识别生物芯 片200的类型的装置。生物芯片识别部件210可以是光传送通道。

生物芯片200的光传送通道210可以设立在生物芯片200的本体201中。 光传送通道210可以是三维结构，该三维结构具有至少一个穿透生物芯片 200的本体201的孔。生物芯片200的本体201可以遮光，而孔可以透光。 生物芯片200的本体210可以是聚合物或者塑料。生物芯片200的光传送通 道210可以在制造生物芯片200时制造。也就是说，当生物芯片200以喷射 成型或挤压成型由聚合物或者塑料制造时，可以简单且容易地制造生物芯片 200的光传送通道210。

生物芯片识别装置100可包括用于显示测量信息的显示部件104、用于 操作生物芯片识别装置100的操作按钮105和106、以及生物芯片200插入 其中的装载部件102。生物芯片识别装置100可进一步包括光发射部件114 和光接收部件，光发射部件114辐射光至生物芯片200上，光接收部件接收 穿过生物芯片200的光。

光发射部件114可辐射光至光传送通道210中，光传送通道210插入在 生物芯片识别装置100的装载部件102中。光发射部件114可包括光源，该 光源为单波长发光二极管(LED)或者多波长激光二极管。光发射部件114 可包括分别发射不同颜色(例如，红色、绿色和蓝色)的光的三个光源。根 据本发明的实施例的光发射部件114可通过组合红色、绿色和蓝色的三色发 光器件而构成。光发射部件114的三色发光器件可以切换方式间断地控制。 光发射部件114可包含在生物芯片识别装置100中。

光接收部件116可接收穿过生物芯片200的光传送通道210的光图案， 以将其转换为电信号。光接收部件116可包括一个光接收器件。光接收部件 116也可以包括多个光接收器件。光接收器件可包括选自光电二极管、光电 三极管、CMOS图像传感器(CIS)以及电荷耦合器件(CCD)中的至少一 种。

生物芯片识别装置100可进一步包括补偿部件117，补偿部件117用于 检查光发射部件114发射的光的稳定性(再现性)。光发射部件114发射的 光的一部分可直接传送到补偿部件117，而不穿过生物芯片200的光传送通 道210。补偿部件117可通过光发射部件114发射的光来检查光发射部件114 自身的状态(例如，再现性)。也就是说，通过连续地监控来自光发射部件 114的光，补偿部件117检查构成光发射部件114的发光器件或者二极管的 劣化，以获得生物芯片识别装置100的识别稳定性。如果光发射部件114的 劣化超过预设限度，则更换光发射部件114。

描述一种生物芯片识别系统的操作。如果将生物样品放入到生物芯片 200中，则检测部件204对其进行检测。如果生物芯片200设立在生物芯片 识别装置100中，则生物芯片200的类型和制造信息由光接收部件116来识 别。也就是说，如果生物芯片200设立在生物芯片识别装置100中，则光接 收部件116可识别穿过生物芯片200的光传送通道210的光图案。光发射部 件114和光接收部件116可设置在上方和下方，从而检测透过光。用于识别 生物芯片200的信息可以是穿过光传送通道210的光图案、光强度以及色调 变化。检测部件204中检测的生物样品的信息可通过生物芯片识别装置100 的检测部件来检测。

图2是用于描述根据本发明的一些实施例的生物芯片识别装置的框图。 参照图1A和图1B描述过的构成元件采用相同的参考标号，并且省略其详 细描述。

参照图2，根据本发明的一些实施例的生物芯片识别装置100可包括： 控制部件110、显示部件104、操作按钮105和106、输入/输出108、检测部 件112、光发射部件114、光接收部件116以及补偿部件117。

控制部件110控制生物芯片识别装置100的全部操作。控制部件110控 制光发射部件114发射的光的切换以及光的波长，根据光接收部件116检测 的光图案识别生物芯片200的类型和制造信息，以及根据补偿部件117接收 的光的波长和光的强度来监控光发射部件114的状态。生物芯片识别装置 100通过操作按钮105和106接收来自使用者的操作指示，并且通过显示部 件104和/或输入/输出108来显示和/或传送操作指示至外部。

图3A、图3B以及图3C是用于描述根据本发明的一些实施例的生物芯 片识别系统的一部分的透视图、截面图以及俯视平面图。参照图1A和图1B 描述过的构成元件采用相同的参考标号，并且省略其详细描述。

参照图3A和图3B，光传送通道210可包括多个孔。光接收部件116是 光电二极管，并且可包括与生物芯片200的多个孔的布置对应的多个光接收 器件。多个孔的数量可与多个光接收器件的数量相同。多个光接收器件可设 置为对应于孔的位置。多个孔之中被选定的孔可由遮光材料填充。也就是说， 多个孔可包括透光孔212a和遮光孔212b。根据透光孔212a和遮光孔212b 的位置，光接收部件116的光接收器件可接收或者遮蔽光。光接收部件116 可获得与透光孔212a和遮光孔212b形成的图案对应的光图案。此外，当光 传送通道210与生物芯片200一起制造时，可仅形成透光孔212a，而不形成 遮光孔212b。

光接收部件116可以是CMOS图像传感器CIS或电荷耦合器件CCD。 光接收部件116可获得来自光传送通道210的光图案的图像。

透光孔212a可二维排布。多个光接收器件也可二维排布以接收穿过透 光孔212a的光。透过生物芯片200的透光孔212a的光可具有识别图案。因 此，可提高识别光的灵敏度。通过二维排布光接收器件，可容易地构建生物 芯片。

参照图3C，生物芯片200的孔可具有例如4×15的阵列。生物芯片200 的孔也可排布成不同的形式。也就是说，关于生物芯片200的各种识别信息 可根据透光孔212a的排列而产生。因此，生物芯片200可具有各种识别信 息，从而生物芯片识别系统可识别各种生物芯片。

图4是用于描述根据本发明的一些其它实施例的生物芯片识别系统的一 部分的透视图。参照图1A和图1B描述过的构成元件采用相同的参考标号， 并且省略其详细描述。

参照图4，在将生物芯片插入到生物芯片识别系统100中时，光发射部 件114发射的光通过透光孔212a、遮光孔212b和/或生物芯片200的本体而 可随着时间顺次被遮蔽或者穿透生物芯片200。第一孔是透光孔，并且可用 于通知光图案接收的开始。通过遮光和透光，光接收部件116可接收光的时 间样式(temporal pattern)。光接收部件116接收的光的时间样式转换为电信 号。电信号可以是数字信号“0”和“1”。在此情况下，光接收部件116可 包括一个光接收器件。

生物芯片200的透光孔212a和遮光孔212b可具有特定图案阵列。生物 芯片200的透光孔212a和遮光孔212b可以周期性地间隔排列。生物芯片200 的透光孔212a和遮光孔212b可根据生物芯片200而具有不同的图案阵列。 所述光图案可具有根据生物芯片200的特定识别信息。如图4所示，电信号 可以是“1010”。光图案可通过生物芯片识别装置100的控制部件(图2的 110)来识别。

因此，生物芯片200可具有各种识别信息，从而生物芯片识别系统可识 别各种生物芯片。

图5和图6是用于描述根据本发明的一些其它实施例的生物芯片识别系 统的一部分的透视图和示意图。参照图1A和图1B描述过的构成元件采用 相同的标号，并且省略其详细描述。

参照图5，生物芯片识别装置100可进一步包括图案放大部件120，图 案放大部件120设置在光接收部件116与生物芯片200的光传送通道(图1A 的210)之间。图案放大部件120可放大穿过生物芯片200的光传送通道210 的光。在此情况下，光传送通道210可具有一个孔。图案放大部件120可包 括形成在其本体121中的透光部件122。图案放大部件120的本体121不能 透光，而透光部件122可透光。透光部件122中可具有空的空间。因此，穿 过生物芯片200的光传送通道210的光透过透光部件122，然后可从图案放 大部件120的端表面出去。遮蔽图案124进一步设置在图案放大部件120的 端表面上，以形成传送光的开窗126。

图案放大部件120放大穿过生物芯片200的光传送通道210的光，以将 放大的光图案127传送到光接收部件116。因此，可更为有效地检测穿过生 物芯片200的光传送通道210的光。

参照图5和图6，通过将各种遮蔽图案124施加于图案放大部件120的 端表面，光接收部件116接收到的光被不同地改变，以提供各种光图案127。 因此，生物芯片200可具有各种识别信息，从而生物芯片识别系统可识别各 种类型的生物芯片。

在此情况下，光接收部件116可以是CMOS图像传感器CIS或者电荷 耦合器件CCD。光接收部件116可获得光图案图像。

图7A和图7B为用于描述根据本发明的一些其它实施例的生物芯片识 别系统的一部分的透视图和截面图。图7A和图7B为用于描述根据本发明 的一些其它实施例的生物芯片识别系统的一部分的透视图和截面图。

参照图7A和图7B，生物芯片200可包括穿透其本体的孔212以及覆盖 孔212的半透明膜230。

生物芯片200的光传送通道210可包括穿透生物芯片200的本体的孔 212以及覆盖孔212的半透明膜230。也就是说，光发射部件114发射的光 穿过孔212和半透明膜230以被光接收部件116接收。半透明膜230可具有 各种颜色。半透明膜230可具有各种透射率。穿过生物芯片200的光传送通 道210的光的强度或者颜色(例如，色度或者亮度)依照半透明膜230的颜 色和透射率以及光发射部件114发射的光的波长而可以不同。光接收部件116 可通过分辩光的差异而识别生物芯片的类型和制造信息。因此，生物芯片200 可具有各种识别信息，从而生物芯片识别系统可识别各种类型的生物芯片。

参照图8A，光发射部件114可设置在生物芯片识别装置100的外部。 根据生物芯片识别装置100的结构可能难以将光发射部件114和光接收部件 116设置在上方和下方。在此情况下，光发射部件114可设置在生物芯片识 别装置100的外部。可设置光分配传送模块130，其用于将光发射部件114 辐射的光传送到生物芯片200的光传送通道210。光分配传送模块130可具 有将光传送到生物芯片200的多个孔的每一个的结构。光分配传送模块130 可具有与生物芯片200的多个孔对应的形状。例如，光分配传送模块130可 在与生物芯片200的多个孔对应的位置具有突出部件132和反射部件134。 发射部件134可设置在光分配传送模块130的底表面上，以将光发射部件114 辐射的光经过突出部件132传送到生物芯片200的多个孔。发射部件134可 具有朝着突出部件132倾斜45°的斜面。该斜面可涂覆为反射平面(例如银 (Ag))以提高反射效率。光分配传送模块130可以与生物芯片识别装置100 一起形成在单个本体中。生物芯片识别装置100的本体是半透明的，并且光 分配传送模块130可包括允许光透过的材料。

光发射部件114辐射的光被光分配传送模块130分配，从而传送到生物 芯片200的多个孔。传送的光被生物芯片200的多个孔遮蔽和/或透过生物芯 片200的多个孔，并且透过孔的光可被光接收部件116的光接收器件接收到。

参照图8B，光分配传送模块130可设置在生物芯片200和光接收部件 116之间。光分配传送模块130可设置为邻近光传送通道210，以将光发射 部件114辐射的光反射到多个孔。也就是说，反射部件134反射的光被提供 至多个孔，并且被遮光孔212b再次反射以传送到光接收部件116。遮光孔 212b的顶表面可涂覆为反射平面。遮光孔212b可再次反射由反射部件134 反射的光，但是透光孔212a不能再次反射由反射部件134反射的光。在图 中，光分配传送模块130与多个孔间隔开，但是其可设置为与多个孔交叠。

上述生物芯片识别系统的实施例可彼此组合以改变为各种类型。

根据本发明的一些实施例，在制造生物芯片时，可制造生物芯片的识别 信息，从而可减少用于制造生物芯片的识别信息的费用。根据本发明的一些 实施例的生物芯片具有简单的结构，其不需要对一般的便携式识别装置增加 分离的结构，并且可快速且准确地获得关于生物芯片的测量信息。

此外，在生物芯片识别装置中装载生物芯片之前，不需要单独输入关于 生物芯片的信息，从而可避免使用者输入信息时可能发生的错误。不需要如 条形码那样的用于识别生物芯片的单独的昂贵装置，并且可快速且准确地获 得关于生物芯片的识别信息和测量信息。根据本发明的一些实施例的生物芯 片识别装置可由专业人士和普通人广泛应用于急救室、私人医院、救护车以 及家中。

上述主题应视为示意性而非限制性，并且所附权利要求旨在覆盖落入本 发明的实际精神和范围内的所有这些修改、改进以及其它实施例。因此为了 最大化法律允许的范围，本发明的范围由所附权利要求及其等价形式的可允 许的最宽解释而确定，并且不应受到以上详细描述的限制或限定。

本申请要求2011年3月11日和11月24日提交的韩国专利申请第 10-2011-0022052号和第10-2011-0123606号的优先权，在此全部内容引用结 合于此。