BR112016011061B1

BR112016011061B1 - Dispositivo integrado com fonte de luz externa para sondar, detectar e analisar moléculas, sistema, método para formar um dispositivo integrado, método para analisar um espécime, dispositivo integrado, instrumento e métodos para sequenciar ácido nucleico

Info

Publication number: BR112016011061B1
Application number: BR112016011061-7A
Authority: BR
Inventors: Jonathan M. Rothberg; Ali Kabiri; Jason W. Sickler; Brett J. Gyarfas; Jeremy Lackey; Gerard Schmid; Benjamin Cipriany; Jack Jewell; Lawrence West; Michael Ferrigno; Paul E. Glenn; Anthony Bellofiore
Original assignee: Quantum-Si Incorporated
Priority date: 2013-11-17
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2021-10-13
Also published as: WO2015074005A1; EP3709003A1; CN110452809A; US11428635B2; AU2014348305A1; US20180328850A1; BR112016011061A2; JP2021090428A; US20220364996A1; KR20160108318A; WO2015074001A1; CN105980580B; CN105980580A; EP3068901A1; CA2930834A1; BR112016011084A2; BR112016011052B1; US20200371034A1; JP7015336B2; JP7242727B2

Abstract

dispositivo integrado com fonte de luz externa para sondar, detectar e analisar moléculas. a presente invenção refere-se a aparelhos e métodos para analisar uma única molécula e executar sequenciamento de ácido nucleico. um dispositivo integrado inclui múltiplos pixels com poços de amostra configurados para receber uma amostra, a qual, quando excitada, emite radiação; pelo menos um elemento para direcionar a radiação de emissão em uma direção específica; e um percurso de luz ao longo do qual a radiação de emissão se desloca do poço de amostra na direção de um sensor. o aparelho também inclui um instrumento que interfaceia com o dispositivo integrado. cada sensor pode detectar a radiação de emissão de uma amostra dentro de um respectivo poço de amostra. o instrumento inclui uma fonte de luz de excitação para excitar a amostra dentro de cada poço de amostra.

Description

PEDIDOS RELATIVOS

[001] Este pedido reivindica o benefício sob 35 U.S.C. §119(e) do Pedido de Patente Provisória U.S. 61/905.282, intitulado "Dispositivo Integrado para Sondar, Detectar e Analisar Moléculas", depositado em 17 de Novembro de 2013; Pedido de Patente Provisória U.S. 61/917.926, intitulado "Dispositivo Integrado para Sondar, Detectar e Analisar Moléculas", depositado em 18 de dezembro de 2013; Pedido de Patente Provisória U.S. 61/941.916, intitulado "Dispositivo Integrado para Sondar, Detectar e Analisar Moléculas", depositado em 19 de Fevereiro de 2014, todos os quais estão incorporados por referência em sua totalidade.

CAMPO

[002] O presente pedido está direcionado a dispositivos e métodos para análises de espécimes biológicos e químicos e reações que envolvem amostras biológicas e químicas, e métodos para fabricar os ditos dispositivos.

ANTECEDENTES

[003] As análises de espécimes biológicos e químicos podem ser executadas convencionalmente utilizando um equipamento de laboratório grande, dispendioso que requer cientistas habilidosos treinados para operar o equipamento e interpretar os resultados. Em alguns casos, a detecção e análise de amostras biológicas podem ser executadas utilizando testes biológicos ("biotestes"). Os biotestes são convencionalmente executados em massa de modo que uma grande quantidade de tipo específico de amostra é necessária para detecção e quantificação.

[004] Alguns biotestes são executados etiquetando amostras com etiquetas luminescentes que emitem luz de um comprimento de onda específico. As etiquetas são iluminadas com uma fonte de luz de excitação para causar luminescência, e a luz luminescente é detectada com um fotodetector para quantificar a quantidade de luz luminescente emitida pelas etiquetas. Os biotestes que utilizam etiquetas lumines- centes convencionalmente envolvem fontes de luz de laser dispendiosas para iluminar as amostras e uma ótica e eletrônica de detecção luminescente complicada, volumosa para coletas a luminescência das amostras iluminadas.

[005] Como o equipamento analítico convencional é tipicamente dispendioso e requer um operador habilitado, os espécimes a serem analisados podem necessitar ser enviados para uma instalação no local ou fora do local para processamento. Isto pode introduzir um retardo e custo apreciáveis associados com até uma análise de rotina de um espécime. Por exemplo, um paciente pode precisar esperar diversos dias e programar uma visita de retorno para um consultório médico para saber sobre os resultados de um teste de laboratório em um espécime provido pelo paciente.

SUMÁRIO

[006] A tecnologia aqui descrita refere-se a um aparelho e métodos para analisar espécimes rapidamente utilizando um dispositivo integrado de pixel de fonte ativa que pode ser interfaceado com um instrumento de computação móvel. O dispositivo integrado pode estar na forma de um lab sobre chip descartável ou reciclável ou um módulo empacotado que está configurado para receber uma pequena quantidade de espécime e executar, em paralelo, um grande número de análises de amostras dentro do espécime. O dispositivo integrado pode ser utilizado para detectar a presença de analitos químicos ou biológicos específicos em algumas modalidades, para avaliar reações químicas ou biológicas em algumas modalidades, e para determinar sequências genéticas em algumas modalidades. De acordo com algumas implementações, o dispositivo integrado pode ser utilizado para sequenciamento de gene de molécula única.

[007] De acordo com algumas implementações, um usuário deposita um espécime dentro de uma câmara no dispositivo integrado, e insere o dispositivo integrado em um instrumento de recepção. O instrumento de recepção, sozinho ou em comunicação com um computador, automaticamente interfaceia com o dispositivo integrado, recebe dados do dispositivo integrado, processa os dados recebidos, e provê resultados da análise para o usuário. Como pode ser apreciado, a integração e inteligência de computação no chip, no instrumento de recepção, e ou computador reduzem o nível de habilidade requerido do usuário.

[008] De acordo com algumas modalidades do presente pedido, um dispositivo integrado está provido, que compreende uma região de pixel que compreende uma pluralidade de pixels. Cada pixel da pluralidade de pixels tem um poço de amostra sobre uma superfície do dispositivo integrado, em que o poço de amostra está configurado para receber uma amostra, pelo menos um componente configurado para gerar um padrão de radiação com base em energia de emissão emitida da amostra dentro do poço de amostra em resposta à energia de excitação, e pelo menos um sensor configurado para detectar uma distribuição espacial de pelo menos uma porção do padrão de radiação. O dispositivo integrado ainda compreende pelo menos uma guia de onda configurada para fornecer energia de excitação para pelo menos uma porção da pluralidade de pixels.

[009] Em algumas modalidades, a pelo menos uma guia de onda está configurada para prover energia de excitação para uma região de excitação dentro do poço de amostra e uma amostra localizada dentro da região de excitação emite energia de emissão em resposta à energia de excitação que ilumina a região de excitação. Em algumas instâncias, a pelo menos uma guia de onda está configurada para receber energia de excitação de pelo menos uma fonte de excitação. Em algumas modalidades, a pelo menos uma fonte de excitação é externa ao dispositivo integrado. Em algumas modalidades, o dispositivo integrado ainda compreende uma região de acoplamento de fonte de excitação que tem um acoplador de grade configurado para receber energia de excitação de pelo menos uma fonte de excitação e acoplar a energia de excitação com a pelo menos uma guia de onda.

[0010] Em algumas modalidades, a pelo menos uma fonte de excitação está localizada sobre a superfície do dispositivo integrado em uma região separada da região de pixel. Em algumas instâncias, a pelo menos uma guia de onda está configurada para fornecer energia de excitação para uma vizinhança de um poço de amostra para cada pixel da porção da pluralidade de pixels.

[0011] Em algumas modalidades, cada pixel da pluralidade de pixels ainda inclui pelo menos uma estrutura de acoplamento de excitação configurada para acoplar com a pelo menos uma guia de onda e direcionar a energia de excitação para uma vizinhança de um poço de amostra. Em algumas modalidades, a pelo menos uma estrutura de acoplamento de excitação inclui pelo menos um guia de onda de pixel. Em algumas modalidades, a pelo menos uma estrutura de acoplamento de excitação inclui pelo menos uma estrutura ressonante. Em algumas instâncias, o poço de amostra está posicionado na proximidade de uma região localizada formada pela pelo menos uma estrutura ressonante.

[0012] Em algumas modalidades, cada pixel da pluralidade de pixels ainda inclui pelo menos um elemento de acoplamento de energia de superfície configurado para acoplar com a energia de emissão emitida por uma amostra localizada dentro do poço de amostra. Em algumas instâncias, a amostra está identificada com um de uma pluralidade de marcadores e pelo menos um elemento de acoplamento de energia de superfície gera um padrão de radiação com base em uma faixa espectral de energia de emissão para cada um da pluralidade de marcadores. Em algumas modalidades, pelo menos um elemento de acoplamento de energia de superfície é uma estrutura de grade concêntrica formada ao redor do poço de amostra. Em algumas modalidades, pelo menos um elemento de acoplamento de energia de superfície é uma estrutura de nanoantena. Em algumas modalidades, pelo menos um elemento de acoplamento de energia de superfície está localizado adjacente ao poço de amostra e está configurado para direcionar as radiações emitidas do poço de amostra para uma pluralidade de diferentes distribuições espaciais que são dependentes de comprimentos de onda das radiações emitidas. Em algumas modalidades, pelo menos um sensor é uma pluralidade de sensores configurados para detectar uma distribuição espacial de pelo menos uma porção do padrão de radiação para cada da pluralidade de marcadores. Em algumas modalidades, o dispositivo integrado ainda compreende pelo menos um elemento de classificação localizado entre o poço de amostra e a pluralidade de sensores e está configurado para direcionar a energia de emissão de um comprimento de onda específico para um sensor da pluralidade de sensores.

[0013] De acordo com algumas modalidades do presente pedido, um dispositivo integrado está provido, que compreende um poço de amostra configurado para receber uma amostra identificada com um de uma pluralidade de marcadores. Cada um da pluralidade de marcadores emite energia de emissão dentro de uma de uma pluralidade de faixas espectrais em resposta à energia de excitação que ilumina a amostra. O dispositivo integrado ainda compreende uma estrutura de acoplamento de energia de emissão localizada em uma vizinhança do poço de amostra para gerar um padrão de radiação para cada faixa espectral da pluralidade de faixas espectrais quando a energia de emissão é emitida do poço de amostra. O dispositivo integrado ainda compreende uma pluralidade de sensores configurada para receber pelo menos uma porção da energia de emissão e detectar uma distribuição espacial do padrão de radiação para cada faixa espectral da pluralidade de faixas espectrais.

[0014] Em algumas modalidades, a pluralidade de sensores está formada e disposta para detectar uma distribuição espacial distinta do padrão de radiação para cada uma da pluralidade de faixas espectrais. Em algumas instâncias, a pluralidade de sensores produz pelo menos um sinal representativo da distribuição espacial do padrão de radiação para cada faixa espectral da pluralidade de faixas espectrais. Em algumas modalidades, um primeiro sensor da pluralidade de sensores produz um primeiro sinal e um segundo sensor da pluralidade de sensores produz um segundo sinal e uma razão entre o primeiro sinal e o segundo sinal é distinta para cada marcador da pluralidade de marcadores.

[0015] De acordo com algumas modalidades do presente pedido, um método para formar um dispositivo integrado está provido, que compreende formar uma pluralidade de regiões de sensor e formar uma pluralidade de poços de amostra. Cada região de sensor da pluralidade de regiões de sensor inclui uma pluralidade de sensores. Cada um poço de amostra da pluralidade de poços de amostra alinha com um correspondente da pluralidade de regiões de sensor. O método ainda compreende formar pelo menos uma guia de onda configurada para acoplar a energia de excitação separada da pluralidade de poços de amostra e direcionar a energia de excitação para pelo menos um poço de amostra e formar uma pluralidade de elementos de acoplamento de energia de superfície, em que cada elemento de acoplamento de energia de superfície está configurado para formar um padrão de radiação sobre uma da pluralidade de regiões de sensor. O padrão de radiação está baseado em energia de emissão de um correspondente da pluralidade de poços de amostra.

[0016] Em algumas modalidades, o método para formar um dispositivo integrado ainda compreende formar um acoplador de grade em uma região separada da pluralidade de poços de amostra configurado para receber energia de excitação de pelo menos uma fonte de excitação externa ao dispositivo integrado e acoplar a energia de excitação em pelo menos uma guia de onda. Em algumas modalidades, a pluralidade de elementos de acoplamento de energia de superfície são uma pluralidade de estruturas de grade concêntricas e cada um poço de amostra está centrado com relação a uma da pluralidade de estruturas de grade concêntricas. Em algumas modalidades, a pluralidade de elementos de acoplamento de energia de superfície são uma pluralidade de estruturas de nanoantena e cada um poço de amostra está localizado em uma vizinhança de uma da pluralidade de estruturas de nanoantena. Em algumas modalidades, o método para formar um dispositivo integrado ainda compreende formar uma pluralidade de elementos de classificação, em que cada elemento de classificação está localizado entre um poço de amostra da pluralidade de poços de amostra e uma região de sensor da pluralidade de regiões de sensor e está configurado para direcionar a energia de emissão de um comprimento de onda específico para um sensor da pluralidade de sensores.

[0017] De acordo com algumas modalidades do presente pedido, um instrumento está provido, que compreende pelo menos uma fonte de excitação para prover pelo menos uma energia de excitação, um sistema de posicionamento de fonte de excitação para alinhar a pelo menos um energia de excitação emitida pela fonte de excitação a uma região de acoplamento de um dispositivo integrado, e um circuito de leitura configurado para receber pelo menos um sinal de leitura representativo de energia de emissão detectada por um sensor no dispositivo integrado. Em algumas modalidades, o instrumento ainda compreende um circuito de fonte de excitação configurado para modular o alinhamento de pelo menos uma fonte de excitação com o dispositivo integrado com base nos sinais de leitura de pelo menos um sensor de monitoramento configurado para receber energia de excitação.

[0018] De acordo com algumas modalidades do presente pedido um sistema está provido, que compreende um instrumento e um dispositivo integrado. O instrumento inclui uma fonte de energia de excitação configurada para emitir pelo menos uma energia de excitação, e pelo menos um componente de alinhamento. O dispositivo integrado inclui uma região de pixel que tem uma pluralidade de pixels. Cada pixel tem um poço de amostra e pelo menos um sensor. O poço de amostra está configurado para receber uma amostra a qual, quando acoplada a pelo menos um energia de excitação emite energia de emissão que tem uma faixa espectral. Cada pixel ainda inclui pelo menos uma guia de onda configurada para direcionar a energia de excitação para o poço de amostra, pelo menos um elemento para gerar um padrão de radiação com base na faixa espectral da energia de emissão, pelo menos um sensor configurado para detectar uma distribuição espacial de pelo menos uma porção do padrão de radiação. O dispositivo integrado ainda inclui uma região de acoplamento de fonte de excitação para receber energia de excitação da fonte de energia de excitação e acoplar a energia de excitação em pelo menos uma guia de onda. pelo menos um componente de alinhamento está configurado para alinhar o dispositivo integrado com o instrumento de modo que a pelo menos um energia de excitação acople a pelo menos a porção da região de acoplamento de fonte de excitação.

[0019] Em algumas modalidades, pelo menos um elemento é selecionado do grupo que consiste em um elemento refrativo, um elemento difrativo, um elemento plasmônico, e um ressonador. Em algumas modalidades, a região de acoplamento de fonte de excitação inclui um acoplador de grade configurado para receber energia de excitação e acoplar a energia de excitação em pelo menos uma guia de onda.

[0020] De acordo com algumas modalidades, um método para analisar um espécime compreende depositar um espécime sobre uma superfície de um dispositivo integrado que tem uma pluralidade de pixels. Cada pixel tem um poço de amostra configurado para receber uma amostra identificada com um primeiro marcador de uma pluralidade de marcadores e uma região de sensor que tem uma pluralidade de sensores. O método ainda compreende alinhar o dispositivo integrado com um instrumento que tem pelo menos um fonte de energia de excitação para acoplar a energia de excitação a um poço de amostra de um primeiro pixel e um circuito de leitura para receber sinais de leitura da pluralidade de sensores da região de sensor do primeiro pixel. O método ainda compreende iluminar o primeiro marcador com energia de excitação e detectar, dos sinais de leitura da pluralidade de sensores da região de sensor do primeiro pixel, uma distribuição espacial de energia de emissão gerada pelo primeiro marcador.

[0021] Em algumas modalidades, O método ainda compreende identificar o primeiro marcador entre a pluralidade de marcadores com base na distribuição espacial de energia de emissão, em que cada um da pluralidade de marcadores tem uma distribuição espacial distinta. Em algumas modalidades, o método ainda compreende determinar, com base na identificação do primeiro marcador, um tipo de molécula identificada pelo primeiro marcador. Em algumas modalidades, o tipo de molécula é um nucleotídeo e o primeiro marcador é um fluoróforo. Em algumas modalidades, o fluoróforo está preso no nucleotídeo com uma molécula ligante.

[0022] Em algumas modalidades, o método ainda compreende iluminar um segundo marcador que identifica uma segunda amostra com energia de excitação e detectar, dos sinais de leitura da pluralidade de sensores da região de sensor do primeiro pixel, uma distribuição espacial de energia de emissão gerada pelo segundo marcador. Em algumas modalidades, o primeiro marcador identifica um primeiro nucleotídeo e o segundo marcador identifica um segundo nucleotídeo.

[0023] De acordo com algumas modalidades, um método para sequenciar uma molécula de ácido nucleico alvo compreende prover um dispositivo integrado que inclui um poço de amostra que contém a molécula de ácido nucleico alvo, uma enzima de polimerização e uma pluralidade de tipos de nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo. Cada tipo de nucleotídeo ou análogo de nucleotídeo da pluralidade de tipos de nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo está identificado com um de uma pluralidade de marcadores. O método ainda compreende prover pelo menos uma fonte de excitação configurada para direcionar a energia de excitação para o poço de amostra. O método ainda compreende executar uma reação de extensão em uma localização de iniciação da molécula de ácido nucleico alvo na presença da enzima de polimerização para sequencialmente incorporar uma porção da pluralidade de tipos de nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo em uma fita crescente que é complementar à molécula de ácido nucleico alvo, em que quando da excitação pela energia de excitação, o marcador que identifica um tipo de nucleotídeo ou análogo de nucleotídeo produz emissões do poço de amostra enquanto um tipo de nucleotídeo ou análogo de nucleotídeo está incorporado na fita crescente. O método ainda compreende detectar pelo menos uma porção das emissões em um sensor que está configurado para receber as emissões do poço de amostra e receber conjuntos de sinais do sensor para cada emissão detectada, em que os conjuntos de sinais são representativos de distribuição espacial das emissões detectadas e distinguem entre a pluralidade de tipos de nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo. O método ainda compreende identificar os tipos de nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo com base nos conjuntos de sinais recebidos, por meio disto sequenciando a molécula de ácido nucleico alvo.

[0024] Em algumas modalidades, os nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo são identificados subsequente a identificar as distribuições espaciais dos padrões de emissão no sensor. Em algumas modalidades, a pluralidade de tipos de nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo inclui quatro diferentes tipos de nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo, e em que as distribuições espaciais dos padrões de emissão associados com os quatro diferentes tipos de nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo são distinguíveis umas das outras. Em algumas modalidades, as distribuições espaciais são detectadas separadamente umas das outras. Em algumas modalidades, as distribuições espaciais dos padrões de emissão são distinguíveis umas das outras com base em uma forma e/ou distribuição de intensidade de cada uma das distribuições espaciais. Em algumas modalidades, as distribuições espaciais dos padrões de emissão são distinguíveis com base em comprimentos de onda das emissões. Em algumas modalidades, a localização de iniciação inclui um iniciador que é complementar à molécula de ácido nucleico alvo. Em algumas modalidades, a enzima de polimerização está imobilizada dentro do poço de amostra. Em algumas modalidades, a enzima de polimerização está imobilizada em uma porção de fundo do poço de amostra. Em algumas modalidades, a enzima de polimerização está imobilizada utilizando um ligante que está preso a uma superfície do poço de amostra. Em algumas modalidades, a enzima de polimerização exibe uma atividade de deslocamento de fita. Em algumas modalidades, os nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo emite as emissões quando da excitação pela energia de excitação de pelo menos um fonte de energia de excitação. Em algumas modalidades, a fonte de energia de excitação é uma fonte de luz de laser que está operativamente acoplada no poço de amostra através de pelo menos uma guia de onda, e em que a energia de excitação está direcionada da fonte de luz de laser para o poço de amostra através de pelo menos uma guia de onda. Em algumas modalidades, o poço de amostra está entre uma pluralidade de poços de amostra. Em algumas modalidades, a pluralidade de poços de amostra faz parte do dispositivo integrado. Em algumas modalidades, a energia de excitação está provida por pelo menos uma fonte de energia de excitação que é separada do dispositivo integrado. Em algumas modalidades, o sensor faz parte do dispositivo integrado.

[0025] De acordo com algumas modalidades do presente pedido, um método para sequenciamento de ácido nucleico compreende prover um dispositivo integrado que compreende uma pluralidade de poços de amostra e uma fonte de energia de excitação que está operativamente acoplada na pluralidade de poços de amostra. Um poço de amostra individual da pluralidade de poços de amostra compreende uma molécula nucleica alvo, uma enzima de polimerização e nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo. O método ainda compreende sujeitar a molécula de ácido nucleico alvo a uma reação de polimerização para gerar uma fita crescente que é complementar à molécula de ácido nucleico alvo na presença dos nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo e da enzima de polimerização. Uma marcador de uma pluralidade de marcadores identifica cada um dos nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo e a pluralidade de marcadores emite emissões quando da excitação pela energia de excitação da fonte de excitação enquanto o nucleotídeo ou análogo de nucleotídeo correspondente é incorporado na fita crescente. O método ainda compreende detectar padrões de distribuição espacial das emissões enquanto executando a reação de extensão, em que os padrões de distribuição espacial das emissões são distinguíveis para a pluralidade de marcadores e identificando uma sequência da molécula de ácido nucleico alvo com base nos padrões de distribuição espacial das emissões.

[0026] Em algumas modalidades, a sequência é identificada subsequente a detectar as distribuições espaciais dos padrões de emissão. Em algumas modalidades, a pluralidade de tipos de nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo inclui quatro diferentes tipos de nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo, e em que as distribuições espaciais das padrões de emissão associadas com os quatro tipos de nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo são distinguíveis umas das outras. Em algumas modalidades, as distribuições espaciais associadas com os quatro diferentes tipos de nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo são detectada separadamente umas das outras. Em algumas modalidades, a fonte de energia de excitação é uma fonte de luz de laser e a fonte de luz de laser está operativamente acopladas na pluralidade de poços de amostra através pelo menos uma guia de onda, e em que a energia de excitação é direcionada da fonte de luz de laser para o poço de amostra individual através de pelo menos uma guia de onda. Em algumas modalidades, a fonte de energia de excitação é externa ao dispositivo integrado. Em algumas modalidades, as distribuições espaciais dos padrões de emissão são detectadas por um sensor que faz parte do dispositivo integrado.

[0027] Modalidades incluem métodos para sequenciar moléculas de ácido nucleico. De acordo com algumas modalidades, um primeiro método para sequenciar uma molécula de ácido nucleico pode compreender prover energia de excitação para um poço de amostra formado em um primeiro pixel em um substrato, e receber em um sensor formado no primeiro pixel, uma primeira emissão do poço de amostra, em que a primeira emissão está associada com um tipo de subunidade de ácido nucleico de entre diferentes tipos de subunidade de ácido nucleicos. O método por ainda incluir produzir pelo sensor, um primeiro sinal e um segundo sinal representativo da primeira emissão recebida, analisar o primeiro sinal e o segundo sinal, e identificar o tipo de da subunidade de ácido nucleico com base na análise do primeiro sinal e do segundo sinal.

[0028] De acordo com algumas implementações do primeiro método, o poço de amostra compreende uma guia de onda de modo zero ou nanoabertura de subcorte. Em alguns aspectos, a primeira emissão determina um nível de sinal não zero tanto do primeiro sinal quanto do segundo sinal. Em algumas implementações, o sensor compreende pelo menos dois segmentos de fotodetector espacialmente separados, e o primeiro sinal e o segundo sinal são representativos de uma padrão de distribuição espacial para uma primeira banda espectral da primeira emissão.

[0029] De acordo com alguns aspectos, o primeiro método pode ainda compreender adquirir o primeiro sinal em um primeiro tempo e o segundo sinal em um segundo tempo. O primeiro sinal e o segundo sinal podem ser adquiridos durante um mesmo período de acumulação de carga no sensor para a primeira emissão. Durante este período de acumulação de carga e entre a aquisição do primeiro sinal e do segundo sinal, uma voltagem ou voltagens em um nodo ou nodos de acumulação de carga do sensor pode não ser reiniciada. Em algumas implementações, a análise compreende avaliar uma razão de níveis de sinal para o primeiro sinal e o segundo sinal.

[0030] As características e atos acima associaos com os aspectos e implementações do primeiro método podem ser incluídos em qualquer combinação adequada em uma ou mais modalidades de um método para sequenciar uma molécula de ácido nucleico.

[0031] As características e atos acima associados com os aspectos e implementações do segundo método podem ser incluídos em qualquer combinação adequada em uma ou mais modalidades de um método para sequenciar uma molécula de ácido nucleico alvo.

[0032] Várias modalidades de dispositivos integrados estão com- templadas. De acordo com algumas modalidades, um dispositivo integrado para analisar uma pluralidade de amostras em paralelo pode compreender uma pluralidade de pixels dispostos sobre um substrato, em que um pixel individual da pluralidade de pixels compreende (i) um poço de amostra que tem uma região de excitação configurada para reter uma amostra biológica, (ii) uma primeira estrutura localizada adjacente ao ou dentro do poço de amostra e configurada para efetuar o acoplamento de pelo menos uma energia de excitação dentro da região de excitação, e (iii) um sistema de detecção que inclui um sensor que está configurado para discriminar entre pelo menos duas diferentes emissões do poço de amostra, em que as duas diferentes emissões compreendem diferenças espectrais e/ou temporal. A primeira estrutura pode além disso efetuar o acoplamento de emissão do poço de amostra com o sensor.

[0033] Em alguns aspectos de um dispositivo integrado, a primeira estrutura compreende uma estrutura plasmônica tridimensional, de micro ou nanoescala que aperfeiçoa o acoplamento da energia de excitação dentro da região de excitação através de plasmons excitados na primeira estrutura. Em algumas implementações, a primeira estrutura compreende uma molécula ou ponto de quantum que recebe pelo menos alguma energia de excitação e transfere não radiativamente energia de excitação para uma amostra na região de excitação. Em algumas implementações, a primeira estrutura compreende pelo menos um dispositivo de semicondutor configurado para fornecer, não radiativamente, energia para uma amostra dentro da região de excitação. Em algumas implementações, a primeira estrutura compreende uma estrutura micro-ótica ou nano-ótica que aumenta uma intensidade da energia de excitação dentro da região de excitação.

[0034] Em algumas implementações de um dispositivo integrado, o pixel ainda compreende uma segunda estrutura localizada adjacente ao poço de amostra que está configurada para direcionar as radiações emitidas do poço de amostra dentro em uma pluralidade de diferentes distribuições espaciais que são dependentes de comprimentos de onda das radiações emitidas e para condensar as radiações emitidas em cada uma da pluralidade de diferentes direções. De acordo com algumas implementações, o sistema de detecção compreende pelo menos uma molécula ou ponto de quantum configurado para receber, não radiativamente, energia de uma amostra dentro da região de excitação. De acordo com algumas implementações, o sistema de detecção compreende pelo menos um dispositivo de semicondutor configurado para receber, não radiativamente, energia de uma amostra dentro da região de excitação.

[0035] Em alguns aspectos de um dispositivo integrado, a pluralidade de pixels está disposta em uma rede N x M sobre o substrato, onde N é um número de pixels que a rede estende em uma primeira direção e M é um número de pixels que a rede estende em uma segunda direção. Em alguns aspectos, cada um de N e M tem um valor entre 50 pixels e 100000 pixels.

[0036] De acordo com algumas implementações, um dispositivo integrado pode ainda compreender uma câmara com paredes formada ao redor da pluralidade de pixels que está configurada para conter um espécime. Em algumas implementações, o espécime pode ser um espécime fluido. Um dispositivo integrado pode ainda compreender uma cobertura disposta para fechar sobre a câmara com paredes para impedir que uma luz externa à câmara com paredes ilumine a pluralidade de pixels. Em algumas implementações, o dispositivo integrado e câmara estão empacotados em um único módulo que tem contatos elétricos externos que estão dispostos para conexão elétrica com os contatos de uma doca de recepção de um instrumento.

[0037] De acordo com alguns aspectos de um dispositivo integrado, o poço de amostra compreende uma nanoabertura de subcorte em pelo menos uma primeira camada de material. De acordo com alguns aspectos de um dispositivo integrado, o poço de amostra compreende uma nanoabertura de subcorte formada em uma primeira camada de material. Em alguns aspectos, um dispositivo integrado ainda compreende uma depressão que estende do poço de amostra para dentro de um material oticamente transparente adjacente à primeira camada, em que a região de excitação inclui o depressão. Em alguns aspectos, o material oticamente transparente é um dielétrico. Em alguns aspectos, a primeira camada é uma camada condutiva. Em algumas implementações, a camada condutiva inclui um eletrodo de pelo menos um elemento integrado adjacente ao poço de amostra. Em algumas implementações, pelo menos um elemento integrado é um diodo de emissão de luz orgânico.

[0038] Em algumas implementações de um dispositivo integrado, o dispositivo integrado e o poço de amostra estão dispostos para receber amostras em uma suspensão de fluido. Em algumas implementações, as paredes do poço de amostra são curvas em uma direção longitudinal. Em algumas implementações, as paredes do poço de amostra são afinadas. De acordo com algumas implementações, as paredes afinadas formam uma abertura adjacente ao espécime em uma primeira extremidade do poço de amostra que é menos em seção transversal do que uma abertura de entrada do poço de amostra em uma segunda extremidade do poço de amostra.

[0039] De acordo com alguns aspectos, um dispositivo integrado ainda compreende uma estrutura plasmônica formada dentro poço de amostra, em que a estrutura plasmônica melhora a energia de excitação dentro da região de excitação. Em algumas implementações, o poço de amostra compreende uma abertura de entrada na qual a energia de excitação é recebida. Em algumas implementações, um diâmetro da abertura de entrada é menor do que um comprimento de onda característico da energia de excitação. Em algumas implementações, um diâmetro da abertura está entre aproximadamente 30 nanômetros e aproximadamente 250 nanômetros. Em algumas implementações, um diâmetro da abertura é menor do que aproximadamente 500 nanômetros.

[0040] De acordo com algumas implementações, o dispositivo integrado ainda compreende um refletor espaçado do poço de amostra, em que o refletor e o material no qual o poço de amostra é formado compreende uma cavidade ressonante ou ressonador que aumenta a intensidade de energia de excitação na região de excitação. O refletor pode ser uma pilha refletiva, em alguns aspectos. Em algumas implementações, um poço de amostra ainda compreende um aderente disposto dentro da região de excitação. O aderente pode estar configurado para reter uma amostra na região de excitação. O aderente pode estar disposto sobre pelo menos uma superfície de fundo de um poço de amostra e/ou depressão. O aderente pode ser biotina, em algumas implementações. Em alguns aspectos, o aderente está configurado para reter a amostra por um período de tempo entre aproximadamente 1 milissegundo e aproximadamente 1 segundo. Em alguns aspectos, o aderente compreende uma substância biológica ou química formada sobre pelo menos um superfície dentro do poço de amostra. Em algumas implementações, o aderente compreende uma molécula, enzima, proteína, pequena molécula, anticorpo, ligante, ou antígeno.

[0041] De acordo com algumas implementações de um dispositivo integrado, o poço de amostra ainda compreende um inibidor disposto dentro do poço de amostra, em que o inibidor está configurado para inibir a adesão de uma amostra a pelo menos um superfície do poço de amostra. O inibidor pode compreender um revestimento sobre paredes do poço de amostra e/ou depressão. Em algumas implementações, um inibidor pode compreender uma camada de passivação que inibe a adesão de amostras a paredes do poço de amostra. Em algumas implementações, o poço de amostra está configurado para reter uma amostra dentro de uma distância de aproximadamente 30 nm da primeira estrutura. Por exemplo, um aderente pode estar localizado sobre uma superfície do poço de amostra dentro 30 nm da primeira estrutura. De acordo com algumas implementações, pelo menos uma porção do poço de amostra está localizada adjacente a uma junção de semicondutor. Em alguns aspectos, pelo menos a porção do poço de amostra está localizada dentro de 100 nm de uma junção de semicondutor.

[0042] Em algumas implementações de um dispositivo integrado, a primeira estrutura compreende uma estrutura ressonante para uma frequência característica da energia de excitação e o poço de amostra está posicionado em uma posição que corresponde a uma região de acoplamento da estrutura ressonante. A região de acoplamento pode ser uma região dentro da estrutura ressonante ou adjacente à estrutura ressonante na qual a energia de excitação acopla dentro do poço de amostra em intensidade aumentada se comparado com outras regiões dentro ou adjacente à estrutura ressonante. Por exemplo, a região de acoplamento pode estar em um nodo de intensidade aumentada dentro da estrutura ressonante. Em alguns aspectos, a estrutura ressonante está localizada em uma mesma camada que o poço de amostra. Em algumas implementações, a estrutura ressonante pode compreender um cristal fotônico formado ao redor do poço de amostra. Em algumas implementações, a estrutura ressonante está localizada em uma diferente camada do poço de amostra. Em alguns aspectos, a estrutura ressonante é um ressonador Gire-Tournois. Em algumas implementações, a estrutura ressonante é um ressonador linear ou ressonador de anel. Em algumas implementações, a estrutura ressonante compreende um refletor Bragg distribuído.

[0043] De acordo com algumas implementações de um dispositivo integrado, a primeira estrutura compreende pelo menos uma partícula de transferência de energia disposta para receber a energia de excitação e fornecer, não radiativamente, energia convertida para a amostra. Em algumas implementações, a energia de excitação é fornecida para uma amostra através de Transferência de Energia Ressonante Forster (FRET), transferência de energia de elétron duplo, ou transferência de energia Dexter (DET).

[0044] De acordo com algumas implementações de um dispositivo integrado no qual a primeira estrutura compreende uma estrutura plasmônica, a estrutura plasmônica está localizada dentro do poço de amostra e melhora a energia de excitação dentro da região de excitação. Em algumas implementações, a estrutura plasmônica compreende uma nanopartícula formada de um material condutivo. De acordo com alguns aspectos, a estrutura plasmônica está localizada adjacente ao poço de amostra e melhora a energia de excitação dentro da região de excitação. Em alguns aspectos, a estrutura plasmônica compreende uma nanoantena. Em algumas implementações, a estrutura plasmônica compreende uma estrutura ressonante. Em algumas implementações, a estrutura plasmônica compreende uma ressonador linear ou de anel plasmônico. Em alguns aspectos, a estrutura plasmônica está formada em pelo menos um eletrodo de um dispositivo, em que p pelo menos um eletrodo está localizada adjacente ao poço de amostra. Em algumas implementações, a estrutura plasmônica está configurada para ressonar em mais de uma frequência, em que as mais de uma frequência incluem uma frequência característica da energia de excitação e/ou frequências características das emissões do poço de amostra.

[0045] De acordo com alguns aspectos de um dispositivo integrado, a primeira estrutura compreende pelo menos uma partícula de transferência de energia conjugada com a amostra através de um ligante, em que a partícula de transferência de energia está selecionada para transferir, não radiativamente, pelo menos uma porção da energia de excitação para a amostra. Em algumas implementações, a primeira estrutura compreende uma pluralidade de partículas de transferência de energia dispostas dentro do poço de amostra de modo que a energia de excitação possa ser transferida não radiativamente de pelo menos uma das partículas de transferência de energia para a amostra. Em alguns aspectos, a pelo menos uma partícula de transferência de energia está adaptada para transferir energia para a amostra através de Transferência de Energia Ressonante Forster (FRET). De acordo com algumas implementações, a primeira estrutura compreende uma pluralidade de partículas de transferência de energia dispostas adjacentes ao poço de amostra de modo que a energia de excitação possa ser transferida não radiativamente de pelo menos uma das partículas de transferência de energia para a amostra. Em algumas implementações, pelo menos uma partícula de transferência de energia compreende um ponto de quantum. Em alguns aspectos, pelo menos uma partícula de transferência de energia converte uma primeira frequência característica da energia de excitação para pelo menos uma frequência característica mais alta para a energia fornecida para a amostra das partículas de transferência de energia. De acordo com alguns aspectos, um comprimento de onda que corresponde à primeira frequência característica está entre aproximadamente 900 nm e aproximadamente 1100 nm e pelo menos um comprimento de onda que corresponde à frequência característica mais alta está entre aproximadamente 480 nm e aproximadamente 700 nm. Em alguns aspectos, pelo menos uma partícula de transferência de energia converte uma primeira frequência característica da energia de excitação para uma frequência característica mais baixa para a energia fornecida para a amostra das partículas de transferência de energia. De acordo com alguns aspectos, um comprimento de onda que corresponde à primeira frequência característica está entre aproximadamente 500 nm e aproximadamente 700 nm e um comprimento de onda que corresponde à frequência característica mais baixa está entre aproximadamente 620 nm e aproximadamente 720 nm. Em algumas implementações, uma pluralidade das partículas de transferência de energia está disposta em uma camada que está separada de uma camada na qual o poço de amostra está formado.

[0046] De acordo com algumas implementações de um dispositivo integrado no qual a primeira estrutura compreende um dispositivo de semicondutor, o dispositivo de semicondutor compreende pelo menos uma camada de semicondutor formada adjacente ao poço de amostra, e ainda compreendendo uma camada de partículas de transferência de energia formada entre a camada de semicondutor e o poço de amostra, em que a camada de partículas de transferência de energia está adaptada para transferir energia de pelo menos uma camada de semicondutor para uma amostra dentro do poço de amostra. A transferência de energia das partículas para a amostra pode ser por um processo radiativo (por exemplo, aumento de resolução ou diminuição de resolução), ou um processo não radiativo (por exemplo, FRET ou DET). Em algumas implementações, transferência de energia entre a camada de semicondutor e a camada de partículas de transferência de energia ou entre a camada de partículas de transferência de energia e a amostra é não radiativa. Em alguns aspectos, o dispositivo de semicondutor compreende pelo menos uma camada de semicondutor formada adjacente ao poço de amostra, e ainda compreendendo pelo menos uma partícula de transferência de energia conjugada a uma amostra dentro do poço de amostra, em que a pelo menos uma partícula de transferência de energia está adaptada para transferir energia de pelo menos uma camada de semicondutor para a amostra. De acordo com algumas implementações, a transferência de energia entre a camada de semicondutor e a pelo menos uma partícula de transferência de energia ou entre a pelo menos uma partícula de transferência de energia e a amostra é não radiativa. Em alguns aspectos, a transferência de energia entre a camada de semicondutor e a pelo menos uma partícula de transferência de energia e entre a pelo menos uma partícula de transferência de energia e a amostra são não radiativas. Em algumas implementações, o dispositivo de semicondutor compreende uma junção p-n. Em algumas implementações, o dispositivo de semicondutor compreende um semicondutor orgânico. Em algumas implementações, o dispositivo de semicondutor compreende um semicondutor inorgânico. De acordo com alguns aspectos, pelo menos alguma da energia transferida de pelo menos uma camada de semicondutor para a amostra é através Transferência de Energia Ressonante Forster (FRET).

[0047] De acordo com algumas implementações de um dispositivo integrado, a primeira estrutura compreende um cristal fotônico bidimensional ou tridimensional formado ao redor do poço de amostra. Em alguns aspectos, o cristal fotônico inclui um defeito no poço de amostra. Em alguns aspectos, o cristal fotônico compreende a rede periódica de microestruturas que tem um primeiro índice de refração que é diferente de um segundo índice de refração de uma camada na qual a rede periódica está formada. De acordo com algumas implementações, a primeira estrutura compreende um elemento ótico difrativo configurado para concentrar a energia de excitação na região de excitação.

[0048] Em algumas implementações de um dispositivo integrado, a primeira estrutura compreende a fino filme com perdas adjacente ao poço de amostra. Em algumas implementações, um dispositivo integrado ainda compreende uma camada dielétrica disposta entre o fino filme com perdas e o poço de amostra. Em alguns aspectos, um índice de refração do fino filme com perdas está dentro de uma mesma ordem de magnitude que um coeficiente de extinção para o fino filme com perdas em um comprimento de onda da energia de excitação. Em alguns aspectos, o fino filme com perdas está formado de silício ou germânio, ou uma sua combinação. Em alguns aspectos, o fino filme com perdas está entre aproximadamente 3 nm e aproximadamente 80 nm. Em algumas implementações, o fino filme com perdas inclui múltiplas camadas de pelo menos dois diferentes materiais. Em algumas implementações, o fino filme com perdas compreende um material orgânico. Em algumas implementações, o fino filme com perdas compreende um material inorgânico.

[0049] De acordo com algumas implementações de um dispositivo integrado, a primeira estrutura compreende uma microcavidade localizada adjacente ao poço de amostra e configurada para concentrar a energia de excitação na região de excitação. Em alguns aspectos, a microcavidade está configurada para ressonar em mais de um comprimento de onda ótica que inclui um comprimento de onda da energia de excitação. Em alguns aspectos, a primeira estrutura compreende uma estrutura ressonante Gire-Tourneois formada adjacente ao poço de amostra. Em alguns aspectos, a estrutura ressonante Gire-Tourneois está configurada para ressonar em mais de um comprimento de onda ótica que inclui um comprimento de onda da energia de excitação. De acordo com algumas implementações, um primeiro refletor da estrutura ressonante Gire-Tourneois compreende uma camada condutiva na qual o poço de amostra está formado. Em alguns aspectos, um segundo refletor da estrutura ressonante Gire- Tourneois compreende uma pilha de multicamada formada adjacente à camada condutiva.

[0050] De acordo com algumas implementações de um dispositivo integrado, o sistema de detecção compreende um filtro de discriminação de comprimento de onda configurado para suprimir uma quantidade de energia de excitação no sensor. Em alguns aspectos, o filtro de discriminação de comprimento de onda compreende uma pilha de multicamada. Em algumas implementações, o filtro de discriminação de comprimento de onda compreende uma superfície seletiva de frequência. A superfície seletiva de frequência pode compreender uma camada padronizada dentro do pixel que inclui estruturas de amplitude e/ou fase que afetam a amplitude e/ou fase de radiação ótica que atravessa a superfície seletiva de frequência. De acordo com algumas implementações, o sistema de detecção compreende uma proteção de luz que bloqueia pelo menos alguma energia de excitação. Em algumas implementações, o sistema de detecção compreende pelo menos uma máscara de fase ótica. Uma máscara de fase pode compreender uma camada padronizada dentro do pixel que inclui estruturas de fase que afetam a fase de radiação ótica que atravessa a máscara de fase. Em algumas implementações, uma máscara de fase pode não apreciavelmente afetar a amplitude de radiação ótica que atravessa a máscara de fase.

[0051] De acordo com algumas implementações de um dispositivo integrado que inclui uma segunda estrutura localizada adjacente ao poço de amostra que está configurada para direcionar as radiações emitidas do poço de amostra para uma pluralidade de diferentes distribuições espaciais, a segunda estrutura compreende uma estrutura plasmônica. Em algumas implementações, a estrutura plasmônica está formada no campo próximo ótico do poço de amostra. Em algumas implementações, a estrutura plasmônica está formada pelo menos em parte em uma mesma camada na qual o poço de amostra está formado. De acordo com alguns aspectos, a estrutura plasmônica compreende uma pluralidade de projeções anulares formadas em uma camada e centradas sobre o poço de amostra. Em algumas implementações, uma distância radial entre cada uma da pluralidade de projeções anulares é aproximadamente a mesma. Em algumas implementações, uma distância radial entre cada uma da pluralidade de projeções anulares está entre aproximadamente 25 nanômetros e aproximadamente 600 nanômetros. Em algumas implementações, a estrutura plasmônica compreende uma grade espiral. Em algumas implementações, a estrutura plasmônica compreende a rede de nanoantenas. De acordo com algumas implementações, a rede de nanoantenas compreende uma rede de furos circulares distribuídos ao redor do volume alvo, em que os furos estão formados em uma camada condutiva. Em alguns aspectos, a camada condutiva na qual os furos estão formados é uma mesma camada na qual o poço de amostra está formado. De acordo com alguns aspectos, os furos circulares são de múltiplos diferentes diâmetros. Em algumas implementações, a rede de nanoantenas compreende uma rede de discos circulares distribuídos ao redor do poço de amostra, em que os discos estão formados em um material condutivo. De acordo com alguns aspectos, os discos circulares são de múltiplos diferentes diâmetros. Em algumas implementações, a estrutura plasmônica compreende pelo menos uma camada compreendida de um ou mais metais selecionados do grupo que consiste em: ouro, cobre, ródio, alumínio, titânio, cromo, níquel, paládio, platina, e prata.

[0052] De acordo com algumas implementações de um dispositivo integrado que inclui uma segunda estrutura localizada adjacente ao poço de amostra que está configurado para direcionar as radiações emitidas do poço de amostra em uma pluralidade de diferentes distribuições espaciais, a segunda estrutura compreende uma estrutura ótica formada no campo distante ótico do poço de amostra. Em algumas implementações, a segunda estrutura compreende um elemento ótico difrativo. Em alguns aspectos, o elemento ótico difrativo é uma grade circular. Em alguns aspectos, o elemento ótico difrativo é uma grade espiral. Em alguns aspectos, o elemento ótico difrativo é uma rede de aberturas. Em algumas implementações, a segunda estrutura compreende a placa de zona. De acordo com algumas implementações, a segunda estrutura ainda compreende uma microlente. Em algumas implementações, a segunda estrutura compreende uma antena resso-nantedielétrica. Em algumas implementações, a segunda estrutura compreende uma lente Fresnel.

[0053] De acordo com algumas implementações de um dispositivo integrado no qual o sistema de detecção compreende pelo menos uma molécula ou ponto de quantum configurado para receber, não radiativamente, energia de uma amostra, a pelo menos uma molécula ou ponto de quantum está disposto sobre um dispositivo adjacente ao poço de amostra para converter a energia recebida em um sinal elétrico que é detectado pelo circuito CMOS. Em algumas implementações, o dispositivo de semicondutor compreende uma junção p-n localizada adjacente ao poço de amostra e está configurado para converter a energia recebida para um sinal elétrico que é detectado pelo circuito CMOS.

[0054] Em alguns aspectos de um dispositivo integrado, o sensor compreende um fotodetector olho de boi que tem um detector de luz central e pelo menos um detector de luz em forma de anel espaçado do e circundando o detector de luz central. Em algumas implementações, o detector de luz central compreende um primeiro fotodiodo e pelo menos um detector de luz em forma de anel compreende pelo menos um segundo fotodiodo. Em algumas implementações, o detector de luz central compreende uma primeira detector de ponto de quantum e pelo menos um detector de luz em forma de anel compreende pelo menos um segundo detector de ponto de quantum. De acordo com algumas implementações, o sensor compreende pelo menos dois detectores espacialmente separados. Em alguns aspectos, o sensor compreende pelo menos dois detectores de setor anular. Em alguns aspectos, o sensor compreende pelo menos dois detectores de fita. Em alguns aspectos, o sensor compreende pelo menos dois detectores dispostos em um padrão de quadrante. Em algumas implementações, o sensor compreende pelo menos dois detectores empilhados. De acordo com algumas implementações, o dispositivo integrado pode ainda compreender um circuito de leitura circuito de leitura configurado para discernir a detecção de quatro diferentes energias de emissão da amostra detectada por dois ou mais detectores espacialmente separados. Em algumas implementações, o sensor e circuito de leitura compreende elementos de circuito CMOS. De acordo com algumas implementações, uma superfície sensível dos detectores está formada de um a material que em um primeiro índice de refração ótico que é mais alto do que um índice de refração para o espécime. Em alguns aspectos, o sensor ainda compreende pelo menos um ressonador criticamente acoplado formado adjacente a pelo menos um detector, em que um ressonador criticamente acoplado está configurado para admitir um primeiro comprimento de onda associado com uma primeira emissão do poço de amostra e substancialmente bloquear um segundo comprimento de onda associado com uma segunda emissão do poço de amostra. A ressonador criticamente acoplado pode ter uma cavidade ressonante que é uma metade do comprimento de onda característico de uma emissão do poço de amostra, ou um seu múltiplo integral (como modificado pelo índice refrativo da cavidade de ressonador criticamente acoplado). Em alguns aspectos, pelo menos um ressonador criticamente acoplado está formado de pelo menos uma camada dielétrica.

[0055] Em algumas implementações de um dispositivo integrado, a pelo menos uma fonte de excitação compreende pelo menos uma fonte de radiação ótica que tem um comprimento de onda característico entre aproximadamente 350 nm e aproximadamente 1000 nm e está configurada para excitar pelo menos um poço de amostra. Em alguns aspectos, a pelo menos uma fonte de excitação compreende pelo menos uma fonte de radiação ótica que tem um comprimento de onda característico entre aproximadamente 1 mícron e aproximadamente 5 mícrons e está configurada para excitar pelo menos um poço de amostra. Em algumas implementações, a pelo menos uma fonte de excitação compreende uma primeira fonte de energia de excitação que tem um primeiro comprimento de onda característico e configurado para excitar pelo menos um primeiro poço de amostra, e uma segunda fonte de energia de excitação que tem um segundo comprimento de onda característico diferente do primeiro comprimento de onda característico e configurada para excitar pelo menos um segundo poço de amostra. De acordo com algumas implementações, a pelo menos uma fonte de excitação é uma única fonte de excitação configurada para excitar o primeiro grupo da pluralidade de pixels simultaneamente.

[0056] De acordo com algumas implementações de um dispositivo integrado, o circuito inclui uma interface de comunicação para transmitir e receber dados para e de dispositivo de computação externo ao dispositivo integrado. Em algumas implementações, a interface de comunicação compreende uma interface USB, uma interface Thunderbolt, e/ou uma interface digital de alta velocidade. Em alguns aspectos, o dispositivo de computação compreende um computador pessoal, um computador laptop, um computador tablet, um assistente pessoal digital, um smartphone, ou um dispositivo móvel. De acordo com algumas implementações, o circuito compreende um circuito CMOS que inclui conversores analógicos para digital de múltiplos canais. Em alguns aspectos, o circuito CMOS inclui pelo menos um rede de portas programáveis no campo (FPGA) e/ou pelo menos um circuito integrado de aplicação específica (ASIC). Em algumas implementações, pelo menos um poço de amostra está formado na camada metálica.

[0057] Instrumentos são também contemplados que podem ser configurados para receber e comunicar um dispositivo integrado. De acordo com algumas modalidades, um instrumento portátil configurado para receber e comunicar com um dispositivo integrado pode compreender pelo menos um processador, uma doca configurada para receber um dispositivo integrado como descrito em qualquer uma das modalidades acima, uma cobertura configurada para excluir uma maior parte de luz externa para entrar na doca, e uma primeira pluralidade de contatos elétricos configurados para conectar a uma segunda pluralidade de contatos elétricos no dispositivo integrado, em que a energia pode ser provida para o dispositivo integrado através de pelo menos alguns da primeira pluralidade de contatos elétricos e pelo menos um sinal de cada sensor pode ser recebido através de pelo menos alguns da primeira pluralidade de contatos elétricos. Em algumas implementações, a primeira pluralidade de contatos elétricos está formada de um intermediário removível por usuário. Em algumas implementações, a primeira pluralidade de contatos elétricos está configurada para contactar uma terceira pluralidade de contatos de um intermediários substituível por usuário. De acordo com algumas modalidades, o instrumento portátil ainda compreende uma interface de comunicação, em que a interface de comunicação compreende uma interface USB, uma interface Thunderbolt, ou uma interface digital de alta velocidade.

[0058] De acordo com algumas modalidades, um terceiro método para analisar um pluralidade de amostras em paralelo pode compreender receber, em uma superfície de um substrato, um espécime que contém amostras, reter, em uma pluralidade de poços de amostra localizados em uma pluralidade de pixels sobre o substrato, amostras da suspensão de fluido, e prover energia de excitação para um ou mais dos poços de amostra de pelo menos uma fonte de excitação. O terceiro método pode ainda incluir, pelo menos para um da pluralidade de pixels, detectar uma emissão de um poço de amostra em um sensor que está disposto para receber a emissão do poço de amostra, receber um conjunto de sinais do sensor representativo da emissão detectada, e identificar uma propriedade de uma amostra retida no poço de amostra com base em uma análise do conjunto de sinais.

[0059] Em algumas implementações do terceiro método, o conjunto de sinais compreende dois sinais não zero produzidos pelo sensor da emissão e que são representativos de uma distribuição espacial e/ou temporal da emissão. Em alguns aspectos, o sensor compreende um sensor de múltiplos segmentos. Em algumas implementações, o terceiro método ainda compreende analisar o conjunto de sinais. Em algumas implementações, a análise compreende avaliar uma razão de sinais dentro do conjunto de sinais, e identificar um tipo de emissor que gerou a emissão com base na razão avaliada.

[0060] As características e atos acima associados com aspectos e implementações do terceiro método podem estar incluídas em qualquer combinação adequada em uma ou mais modalidades de um método para analisar uma pluralidade de amostras em paralelo.

[0061] Métodos associados com a fabricação de um dispositivo integrado estão também contemplados. De acordo com algumas modalidades, um primeiro método para fabricar um poço de amostra e estrutura ótica alinhada com o poço de amostra pode compreender atos para formar, em uma mesma etapa de padronização, um padrão para o poço de amostra e para a estrutura ótica em uma primeira camada de resistência disposta sobre um substrato, cobrindo pelo menos o padrão do poço de amostra com uma segunda camada de resistência, corroendo um padrão da estrutura ótica no substrato, removendo porções da primeira camada de resistência não coberta pela segunda camada de resistência, removendo a segunda camada de resistência, depositando um material sobre o substrato, e removendo a porção restante da primeira camada de resistência.

[0062] Em algumas implementações do primeiro método para fabricar um poço de amostra, formar um padrão para o poço de amostra compreende formar um pilar cilíndrico na primeira camada de resistência que tem um diâmetro menor do que 500 nm. Em algumas implementações, formar um padrão para a estrutura ótica compreende formar um padrão de uma grade circular, em que o padrão para o poço de amostra está localizado em um centro do padrão da grade circular. De acordo com alguns aspectos, depositar um material sobre o substrato compreende depositar uma camada condutiva. De acordo com alguns aspectos, depositar um material sobre o substrato compreende depositar múltiplas camadas incluindo uma camada condutiva. De acordo com algumas implementações, remover a porção restante da primeira camada de resistência define um poço de amostra no material depositado. Em algumas implementações, o substrato compreende um material oticamente transparente.

[0063] As características e atos acima associados com os aspectos e implementações do primeiro método para formar um poço de amostra podem ser incluídos em qualquer combinação adequada em uma ou mais modalidades de um método para formar um poço de amostra.

[0064] De acordo com algumas modalidades, um segundo método para fabricar um poço de amostra pode compreender formar, em uma mesma etapa de padronização, um padrão para o poço de amostra e para a estrutura ótica em uma primeira camada disposta sobre um substrato, corroer o padrão do poço de amostra e da estrutura ótica no substrato, cobrir pelo menos o padrão do poço de amostra com uma camada de resistência, depositar um material sobre o substrato, em que o material preenche os vazios corroídos dentro substrato da corrosão do padrão da estrutura ótica, e remover a camada de resistência. Em algumas implementações, a primeira camada compreende um material condutivo. Em alguns aspectos, a estrutura ótica compreende uma grade circular. Em algumas implementações, o substrato é oticamente transparente. De acordo com algumas implementações, remover a camada de resistência deixa um poço de amostra que tem uma dimensão transversal menor do que 500 nm e que inclui uma depressão em um fundo do poço de amostra corroído no substrato.

[0065] As características e atos acima associados com aspectos e implementações do segundo método para formar um poço de amostra podem ser incluídos em qualquer combinação adequada em uma ou mais modalidades de um método para formar um poço de amostra.

[0066] Apesar dos métodos e dispositivos acima poderem ser descritos com referência a um único elemento (por exemplo, um poço de amostra, um sensor, uma estrutura de acoplamento de excitação, uma estrutura de acoplamento de emissão), os métodos podem ser implementados em paralelo para fabricar um grande número de dispositivos em paralelo (por exemplo, utilizando processos de micro e nanofabricação). Ainda, os dispositivos pode ser dispostos em um grande número sobre um dispositivo integrado.

[0067] O termo "pixel" pode ser utilizado na presente descrição para referir a uma célula unitária de um dispositivo integrado. A célula unitária pode incluir um poço de amostra e um sensor. A célula unitária pode ainda incluir uma fonte de excitação. A célula unitária pode ainda incluir pelo menos uma estrutura ótica de acoplamento de excitação (a qual pode ser referida como uma "primeira estrutura") que está configurada para melhorar o acoplamento de energia de excitação da fonte de excitação para o poço de amostra. A célula unitária pode ainda incluir pelo menos uma estrutura de acoplamento de emissão que está configurada para melhorar o acoplamento de emissão do poço de amostra para o sensor. A célula unitária pode ainda incluir dispositivos eletrônicos integrados (por exemplo, dispositivos CMOS). Pode existir uma pluralidade de pixels dispostos em uma rede sobre um dispositivo integrado.

[0068] O termo "ótico"pode ser utilizado na presente descrição para referir a bandas espectrais visíveis, próximo de infravermelho, e infravermelho de comprimento de onda curta.

[0069] O termo "etiqueta" pode ser utilizado na presente descrição para referir a uma etiqueta, sonda, marcador, ou reportador preso a uma amostra a ser analisada ou presa a um reagente que pode ser reagido com uma amostra.

[0070] A frase "energia de excitação"pode ser utilizada na presente descrição para referir a qualquer forma de energia (por exemplo, radiativa ou não radiativa) fornecida para uma amostra e/ou etiqueta dentro do poço de amostra. A energia de excitação radiativa pode compreender radiação ótica em um ou mais comprimentos de onda característicos.

[0071] A frase "comprimento de onda característico"pode ser utilizada na presente descrição para referir a um comprimento de onda central ou predominante dentro de uma largura de banda limitada de radiação. Em alguns casos, pode referir a um comprimento de onda de pico de uma largura de banda de radiação. Exemplos de comprimentos de onda característicos de fluorofóros são 563 nm, 595 nm, 662 nm, e 687 nm.

[0072] A frase "energia característica"pode ser utilizada na presente descrição para referir a uma energia associada com um comprimento de onda característico.

[0073] O termo "emissão"pode ser utilizado na presente descrição para referir a uma emissão de uma etiqueta e/ou amostra. Isto pode incluir emissão radiativa (por exemplo, emissão ótica) ou transferência de energia não radiativa (por exemplo, transferência de energia Dexter ou transferência de energia ressonante Forster). A emissão resulta de excitação de uma amostra e/ou etiqueta dentro do poço de amostra.

[0074] A frase "emissão de um poço de amostra" ou "emissão de uma amostra" pode ser utilizada na presente descrição para referir à emissão de uma etiqueta e/ou amostra dentro de um poço de amostra.

[0075] O termo "autoalinhado" pode ser utilizado na presente descrição para referir para um processo de microfabricação no qual pelo menos dois elementos distintos (por exemplo, um poço de amostra e uma estrutura de acoplamento de emissão, um poço de amostra e uma fonte de excitação) podem ser fabricados e alinhados um com o outro sem utilizar duas etapas de padronização litográfica separadas nas quais uma primeira etapa de padronização litográfica (por exemplo, fotolitografia, litografia de feixe de íons, litografia EUV) imprime um padrão de um primeiro elemento e uma segunda etapa de padronização litográfica está alinhada com a primeira etapa de padronização litográfica e imprime um padrão do segundo elemento. Um processo autoalinhado pode compreender incluir o padrão tanto do primeiro quanto do segundo elementos em uma única etapa de padronização litográfica, ou pode compreender formar o segundo elemento utilizando características de uma estrutura fabricada do primeiro elemento.

[0076] O termo "sensor" pode ser utilizado na presente descrição para referir a um ou mais dispositivos de circuito integrado configurados para detectar a emissão de um poço de amostra e produzir pelo menos um sinal elétrico representativo da emissão detectada.

[0077] O termo "nanoescala" pode ser utilizado na presente descrição para referir a uma estrutura que tem pelo menos uma dimensão ou tamanho característico mínimo na ordem de 150 nanômetros (nm) ou menos, mas não maior do que aproximadamente 500 nm.

[0078] O termo "microescala" pode ser utilizado na presente descrição para referir a uma estrutura que tem pelo menos uma dimensão ou tamanho característico mínimo entre aproximadamente 500 nm e aproximadamente 100 mícrons.

[0079] A frase "melhorar energia de excitação"pode ser utilizada na presente descrição para referir a aumentar uma intensidade de energia de excitação em uma região de excitação de um poço de amostra. A intensidade pode ser aumentada concentrando e/ou ressonando energia de excitação incidente sobre o poço de amostra, por exemplo Em alguns casos, a intensidade pode ser aumentada por revestimentos antirrefletivos ou camadas com perda que permitem que a energia de excitação penetre adicionalmente na região de excitação de um poço de amostra. Um melhoramento de energia de excitação pode ser uma referência comparativa a uma modalidade que não inclui estruturas para melhorar a energia de excitação em uma região de excitação de um poço de amostra.

[0080] Os termos "ao redor", "aproximadamente", e "substancial mente" podem ser utilizados na presente descrição para referir a um valor, e pretendem abranger o valor referenciado mais e menos variações aceitáveis. A quantidade de variação poderia ser menor do que 5% em algumas modalidades, menor do que 10% em algumas modalidades, e ainda menor do que 20% em algumas modalidades. Em modalidades onde um aparelho pode funcionar apropriadamente sobre uma grande faixa de valores, por exemplo, uma faixa que inclui uma ou mais ordens de magnitude, a quantidade de variação poderia ser um fato de dois. Por exemplo, de um aparelho funciona apropriadamente para um valor que varia de 20 a 350, "aproximadamente 80" pode abranger valores entre 40 e 160.

[0081] O termo "adjacente" pode ser utilizado na presente descrição para referir a dois elementos disposto dentro de proximidade justa um com o outro (por exemplo, dentro de uma distância que é menor do que aproximadamente um quinto de uma dimensão transversal ou vertical de um pixel). Em alguns casos podem existir estruturas ou camadas intervenientes entre elementos adjacentes. Em alguns casos elementos adjacentes podem ser imediatamente adjacentes um ao outro sem nenhuma estrutura ou elemento interveniente.

[0082] O termo "detectar" pode ser utilizado na presente descrição para referir para referir a receber uma emissão em um sensor de um poço de amostra e produzir pelo menos um sinal elétrico representativo de ou associado com a emissão. O termo "detectar" pode também ser utilizado na presente descrição para referir a determinar a presença de, ou identificar uma propriedade de, uma amostra ou etiqueta específica dentro do poço de amostra com base na emissão do poço de amostra. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0083] Aquele versado na técnica compreenderá que as figuras, aqui descritas, são para propósitos de ilustração somente. Deve ser compreendido que em algumas instâncias vários aspectos da invenção podem ser mostrados exagerados ou aumentados para facilitar uma compreensão da invenção. Nos desenhos, caracteres de referência iguais geralmente referem-se a características iguais, elementos funcionalmente similares e/ou estruturalmente similares através de todas as várias figuras. Os desenhos não estão necessariamente em escala, ênfase ao invés sendo colocada sobre a ilustração dos princípios dos ensinamentos. Os desenhos não pretendem limitar o escopo dos presentes ensinamentos em nenhum modo.

[0084] Figura 1-1 apresenta espectros de comprimento de onda de emissão, de acordo com algumas modalidades.

[0085] Figura 1-2A apresenta espectros de comprimento de onda de absorção, de acordo com algumas modalidades.

[0086] Figura 1-2B apresenta espectros de comprimento de onda de emissão, de acordo com algumas modalidades.

[0087] Figura 2-1A é uma representação de diagrama de blocos de um aparelho que pode ser utilizado para uma análise rápida, móvel de espécimes biológicos e químicos, de acordo com algumas modalidades.

[0088] Figura 2-1B é um diagrama de blocos de um dispositivo integrado e um instrumento, de acordo com algumas modalidades.

[0089] Figura 2-2 apresenta um dispositivo integrado, de acordo com algumas modalidades.

[0090] Figura 3-1A apresenta uma fila de pixels de um dispositivo integrado, de acordo com algumas modalidades.

[0091] Figura 3-1B apresenta um acoplamento de energia de excitação para poços de amostra em uma fila de pixels e energia de emissão para cada poço de amostra direcionada para sensores, de acordo com algumas modalidades.

[0092] Figura 4-1A apresenta acoplamento de borda de uma fonte de excitação a uma guia de onda, de acordo com algumas modalidades.

[0093] Figura 4-1B apresenta um acoplador de grade para acoplar um dispositivo integrado a uma fonte de excitação, de acordo com algumas modalidades.

[0094] Figura 4-2 apresenta guias de onda dispostas em um dispositivo integrado, de acordo com algumas modalidades.

[0095] Figura 4-3A apresenta uma vista em seção transversal de uma área de fonte de excitação de um dispositivo integrado, de acordo com algumas modalidades.

[0096] Figura 4-3B apresenta uma vista em seção transversal de uma área de rede de pixels de um dispositivo integrado, de acordo com algumas modalidades.

[0097] Figura 4-4 apresenta o acoplamento de múltiplas fontes de excitação a múltiplos pixels através de guias de onda, de acordo com algumas modalidades.

[0098] Figuras 4-5A e 4-5B apresentam uma simulação numérica de radiação de excitação através de um acoplamento de guia de onda para um poço de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[0099] Figura 5-1 apresenta um poço de amostra formando em uma região de pixel de um dispositivo integrado, de acordo com uma modalidade.

[00100] Figura 5-2 apresenta uma energia de excitação incidente sobre um poço de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00101] Figura 5-3 ilustra uma atenuação de energia de excitação ao longo de um poço de amostra que está formado como uma guia de onda de modo zero, de acordo com algumas modalidades.

[00102] Figura 5-4 apresenta um poço de amostra que inclui uma depressão, a qual aumenta a energia de excitação em uma região de excitação associada com o poço de amostra em algumas modalidades.

[00103] Figura 5-5 compara as intensidades de excitação para poços de amostra com e sem uma depressão, de acordo com uma modalidade.

[00104] Figura 5-6 apresenta um poço de amostra e uma depressão formada em uma protrusão, de acordo com algumas modalidades.

[00105] Figura 5-7A apresenta um poço de amostra que tem paredes laterais afinadas, de acordo com algumas modalidades.

[00106] Figura 5-7B apresenta um poço de amostra que tem paredes laterais curvas e uma depressão com uma menor dimensão transversal, de acordo com algumas modalidades.

[00107] Figura 5-7C e Figura 5-7D apresentam um poço de amostra formado de estruturas plasmônicas de superfície.

[00108] Figura 5-7E apresenta um poço de amostra que inclui uma estrutura de melhoramento de energia de excitação formada ao longo de paredes laterais do poço de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00109] Figura 5-7F apresenta um poço de amostra formado em uma pilha de multicamada, de acordo com algumas modalidades.

[00110] Figura 5-8 ilustra um revestimento de superfície formado sobre superfícies de um poço de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00111] Figura 5-9A até Figura 5-9E apresentam estruturas associadas com um processo de levantamento de formar um poço de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00112] Figura 5-9F apresenta uma estrutura associada com um processo de levantamento alternativo de formar um poço de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00113] Figuras 5-10A até Figura 5-10D apresentam estruturas associadas com um processo de corrosão direta de formar um poço de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00114] Figura 5-11 apresenta um poço de amostra que pode ser formado em múltiplas camadas utilizando um processo de levantamento ou um processo de corrosão direta, de acordo com algumas modalidades.

[00115] Figura 5-12 apresenta a estrutura associada com um processo de corrosão que pode ser utilizado para formar uma depressão, de acordo com algumas modalidades.

[00116] Figura 5-13A até Figura 5-13C apresentam estruturas associadas com um processo alternativo de formar uma depressão, de acordo com algumas modalidades.

[00117] Figura 5-14A até Figura 5-14D apresentam estruturas associadas com um processo para depositar um aderente e camadas de passivação, de acordo com algumas modalidades.

[00118] Figura 5-15 apresenta a estrutura associada com um processo para depositar um aderente centralmente dentro de um poço de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00119] Figura 6-1 apresenta um ressonador linear, de acordo com algumas modalidades.

[00120] Figura 6-2 apresenta um ressonador de anel, de acordo com algumas modalidades.

[00121] Figura 6-3A até Figura 6-3F apresentam exemplos ressonadores de anel plasmônicos, de acordo com algumas modalidades.

[00122] Figura 6-4 apresenta uma cavidade em um cristal fotônico, de acordo com algumas modalidades.

[00123] Figura 7-1A até Figura 7-1D apresentam uma guia de onda de pixel que acopla a uma guia de onda de barramento, de acordo com algumas modalidades.

[00124] Figura 7-2A e Figura 7-2B apresentam um projeto de camada de guia de onda múltipla, de acordo com algumas modalidades.

[00125] Figura 8-1A e Figura 8-1B apresentam um elemento ótico difrativo para direcionar a luz de excitação para múltiplos poços de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00126] Figura 9-1A e Figura 9-1B apresentam uma estrutura de plasmon de superfície, de acordo com apenas uma modalidade.

[00127] Figura 9-1C apresenta uma estrutura de plasmon de superfície formada adjacente a um poço de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00128] Figura 9-1D e Figura 9-1E apresentam estruturas de plasmon de superfície formadas em um poço de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00129] Figura 9-2A até Figura 9-2C apresentam exemplos de estruturas de plasmon de superfície periódicas, de acordo com algumas modalidades.

[00130] Figura 9-2D apresenta uma simulação numérica de radiação de excitação em um poço de amostra formado adjacente uma estruturas de plasmon de superfície periódica, de acordo com algumas modalidades.

[00131] Figura 9-2E até Figura 9-2G apresentam estruturas de plasmon de superfície periódicas, de acordo com algumas modalidades.

[00132] Figura 9-2H e Figura 9-2I apresentam uma nanoantena que compreende estruturas de plasmon de superfície, de acordo com algumas modalidades.

[00133] Figura 9-3A até Figura 9-3G apresentam estruturas associadas com etapas de processo para formar uma estrutura de plasmon de superfície, de acordo com algumas modalidades.

[00134] Figura 9-4A até Figura 9-4G apresentam estruturas associadas com etapas de processo para formar uma estrutura de plasmon de superfície e um poço de amostra autoalinhado, de acordo com algumas modalidades.

[00135] Figura 9-5A até Figura 9-5E apresentam estruturas associadas com etapas de processo para formar uma estrutura de plasmon de superfície e um poço de amostra autoalinhado, de acordo com algumas modalidades.

[00136] Figura 9-6A apresenta um fino filme com perdas formado adjacente a um poço de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00137] Figura 9-6B e Figura 9-6C apresentam resultados de simulações numéricas de radiação de excitação na vizinhança de um poço de amostra e fino filme com perdas, de acordo com algumas modalidades.

[00138] Figura 9-6D apresenta um fino filme com perdas espaçado de um poço de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00139] Figura 9-6E apresenta uma pilha de fino filme com perdas formada adjacente a um poço de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00140] Figura 9-7A ilustra uma pilha refletiva que pode ser utilizada para formar uma cavidade ressonante adjacente a um poço de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00141] Figura 9-7B apresenta uma estrutura dielétrica que pode ser utilizada para concentrar a radiação de excitação em um poço de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00142] Figura 9-7C e Figura 9-7D apresentam uma estrutura de folga de banda fotônica que pode ser padronizada adjacente a um poço de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00143] Figura 9-8A até Figura 9-8G apresentam estruturas associadas com etapas de processo para formar estruturas dielétricas e um poço de amostra autoalinhado, de acordo com algumas modalidades.

[00144] Figura 9-9A e Figura 9-9B apresentam estruturas para acoplar energia de excitação a uma amostra através de um processo não radiativo, de acordo com algumas modalidades.

[00145] Figura 9-9C apresenta uma estrutura para acoplar energia de excitação para uma amostra por múltiplos processos não radiativos, de acordo com algumas modalidades.

[00146] Figura 9-9D apresenta uma estrutura que incorpora uma ou mais partículas de conversão de energia para acoplar energia de excitação a uma amostra através de um processo radiativo ou não radiativo, de acordo com algumas modalidades.

[00147] Figura 9-9E apresenta espectros associados com diminuição de resolução de energia de excitação para uma amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00148] Figura 9-9F espectros associados com aumento de resolução de energia de excitação para uma amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00149] Figura 10-1 apresenta uma grade circular concêntrica, de acordo com algumas modalidades.

[00150] Figura 10-2 apresenta uma grade espiral, de acordo com algumas modalidades.

[00151] Figura 10-3 até Figura 10-6 apresentam padrões de distribuição espacial de emissão de uma grade circular concêntrica para vários comprimentos de onda de emissão, de acordo com algumas modalidades.

[00152] Figura 11-1A até Figura 11-2B apresentam nanoantenas, de acordo com algumas modalidades.

[00153] Figura 11-3 apresenta um padrão para uma nanoantena espiral, de acordo com algumas modalidades.

[00154] Figura 11-4 apresenta resultados de uma simulação numérica de campo eletromagnético da vizinhança da nanoantena espiral da Figura 11-3, de acordo com algumas modalidades.

[00155] Figura 11-5 até Figura 11-7 ilustram várias configurações de nanoantenas, de acordo com algumas modalidades.

[00156] Figura 11-8 até Figura 11-11 apresentam resultados de simulação numéricas de padrões de distribuição espacial associados com diferentes comprimentos de onda que emitem de um poço de amostra circundado por uma nanoantena, de acordo com algumas modalidades.

[00157] Figura 12-1A e Figura 12-1B apresentam ótica de classificação espectral de campo distante, de acordo com algumas modalidades.

[00158] Figura 12-2A e Figura 12-2B apresentam uma ótica de filtragem espectral de campo distante, de acordo com algumas modalidades.

[00159] Figura 13-1A apresenta, em vista de elevação, um sensor 2260 dentro de um pixel, de acordo com algumas modalidades.

[00160] Figura 13-1B apresenta um sensor de olho de boi que tem duas áreas ativas separadas e concêntricas, de acordo com algumas modalidades.

[00161] Figura 13-1C apresenta um sensor de tira que tem quatro áreas ativas separadas, de acordo com algumas modalidades.

[00162] Figura 13-1D apresenta um sensor quad que tem quatro áreas ativas separadas, de acordo com algumas modalidades.

[00163] Figura 13-1E apresenta um sensor de segmento de arco que tem quatro áreas ativas separadas, de acordo com algumas modalidades.

[00164] Figura 13-1F apresenta um sensor de segmento empilhado, de acordo com algumas modalidades.

[00165] Figura 13-2A apresenta uma distribuição de emissão de um poço de amostra para radiação emitida em um primeiro comprimento de onda, de acordo com algumas modalidades.

[00166] Figura 13-2B apresenta um padrão de radiação recebido pelo sensor de olho de boi que corresponde à distribuição de emissão apresentada na Figura 13-2A, de acordo com algumas modalidades.

[00167] Figura 13-2C apresenta uma distribuição de emissão de um poço de amostra para radiação emitida em um segundo comprimento de onda, de acordo com algumas modalidades.

[00168] Figura 13-2D apresenta um padrão de radiação recebido por um sensor de olho de boi que corresponde à distribuição de emissão apresentada na Figura 13-2C, de acordo com algumas modalidades.

[00169] Figura 13-2E representa os resultados de uma simulação numérica de detecção de sinal para um sensor de olho de boi que tem duas áreas ativas para um primeiro comprimento de onda de emissão de uma amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00170] Figura 13-2F representa os resultados de uma simulação numérica de detecção de sinal para o sensor de olho de boi associado com a Figura 13-2E para um segundo comprimento de onda de emissão de uma amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00171] Figura 13-2G representa os resultados de uma simulação numérica de detecção de sinal para o sensor de olho de boi associado com a Figura 13-2E para um terceiro comprimento de onda de emissão de uma amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00172] Figura 13-2H representa os resultados de uma simulação numérica de detecção de sinal para o sensor de olho de boi associado com a Figura 13-2E para um quarto comprimento de onda de emissão de uma amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00173] Figura 13-2I representa resultados de uma simulação numérica de detecção de sinal para um sensor de olho de boi que tem quatro áreas ativas para um primeiro comprimento de onda de emissão de uma amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00174] Figura 13-2J representa resultados de uma simulação numérica de detecção de sinal para o sensor de olho de boi associado com a Figura 13-2I para um segundo comprimento de onda de emissão de uma amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00175] Figura 13-3A apresenta um circuito sobre um dispositivo integrado que pode ser utilizado para ler sinais de um sensor que compreende duas áreas ativas, de acordo com algumas modalidades.

[00176] Figura 13-3B apresenta um circuito de três transistores que pode ser incluído em um segmento de sensor para acumulação e leitura de sinal, de acordo com algumas modalidades.

[00177] Figura 13-3C apresenta um circuito sobre um dispositivo integrado que pode ser utilizado para ler sinais de um sensor que compreende quatro áreas ativas, de acordo com algumas modalidades.

[00178] Figura 13-4A apresenta características de emissão temporal para dois diferentes emissores que podem ser utilizados para análise de amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00179] Figura 13-4B apresenta uma evolução temporal de uma fonte de excitação e luminescência de uma amostra, de acordo com algumas modalidades.

[00180] Figura 13-4C ilustra uma amostragem de retardo de tempo, de acordo com algumas modalidades.

[00181] Figura 13-4D apresenta características de emissão temporal para dois diferentes emissores, de acordo com algumas modalidades.

[00182] Figura 13-4E apresenta uma dinâmica de voltagem em um nodo de acumulação de carga de um sensor, de acordo com algumas modalidades.

[00183] Figura 13-4F apresenta uma dupla leitura de um segmento de sensor sem reinicialização, de acordo com algumas modalidades.

[00184] Figura 13-4G e Figura 13-4H ilustram um primeiro e segundo níveis de sinal de leitura associados com dois emissores que têm característica de emissão temporalmente distintas, de acordo com algumas modalidades.

[00185] Figura 14-1 apresenta um método de operação de um aparelho compacto que pode ser utilizado para uma análise rápida, móvel de espécimes biológicos e químico, de acordo com algumas modalidades.

[00186] Figura 14-2 apresenta um procedimento de calibração, de acordo com algumas modalidades.

[00187] Figura 14-3 apresenta um procedimento de análise de dados, de acordo com algumas modalidades.

[00188] Figura 15-1 apresenta uma modalidade de um sistema de computação, de acordo com algumas modalidades.

[00189] As características e vantagens da presente invenção ficarão mais aparentes da descrição detalhada abaixo apresentada quando tomada em conjunto com os desenhos.

[00190] Quando descrevendo as modalidades com referência aos desenhos, as referências de direção ("acima", "abaixo", "topo", "fundo", "esquerdo", "direito", "horizontal", "vertical", etc.) podem ser utilizadas. Tais referências estão destinadas meramente como um auxílio para o leitor vendo os desenhos em uma orientação normal. Estas referências direcionais não pretendem descrever uma orientação preferida ou única em um dispositivo incorporado. Um dispositivo pode ser incorporado em outras orientações

DESCRIÇÃO DETALHADA I. RECONHECIMENTO DOS INVENTORES DO PROBLEMA E SOLUÇÃO PARA ESTE

[00191] Os inventores reconheceram e apreciaram que aparelhos convencionais para executar biotestes são grandes, dispendiosos e podem requerer técnicas de laboratório avançadas para funcionar. Muitos tipos de biotestes dependem da detecção de moléculas únicas em um espécime. A detecção de molécula única pode requerer grandes, volumosos sistemas de laser utilizados para gerar uma luz de alta intensidade necessária para a excitação de moléculas. Além disso, volumosos componentes óticos podem ser utilizados para direcionar a luz de laser para o espécime e componentes óticos adicionais podem ser utilizados para direcionar a luz luminescente do espécime para um sensor. Estes componentes óticos convencionais podem requerer alinhamento e estabilização precisos. O equipamento de laboratório convencional e o treinamento requerido para utilizar este equipamento convencional pode resultar em biotestes complexos, dispendiosos.

[00192] Os inventores reconheceram e apreciaram que existe uma necessidade para um dispositivo que pode simplesmente e economia- camente analisar espécimes biológicos e/ou químicos para determinar a identidade de suas partes constituintes. Uma aplicação de tal dispositivo pode ser para sequenciar uma biomolécula, tal como um ácido nucleico ou um polipeptídio (por exemplo proteína) que tem uma pluralidade de aminoácidos. Um aparelho compacto, de alta velocidade para executar a detecção e quantificação de moléculas ou partículas únicas poderia reduzir o custo de executar complexas medições quantitativas de amostras biológicas e/ou químicas e rapidamente avançar a taxa de descobertas tecnológicas bioquímicas. Mais ainda, um dispositivo econômico que é prontamente transportável poderia transformar não somente o modo que os biotestes são executados no mundo desenvolvido, mas prover as pessoas em regiões em desenvolvimento, pela primeira vez, um pronto acesso a testes de diagnóstico essenciais que poderiam dramaticamente aperfeiçoar a sua saúde e bem estar. Por exemplo, em algumas modalidades, um aparelho para executar biotestes é utilizado para executar testes de diagnóstico de amostras biológicas, tal como sangue, urina e/ou saliva que podem ser utilizados por indivíduos em suas casas, por um médico em uma clínica remota em países em desenvolvimento ou qualquer outra localização, tal como os consultórios de médicos rurais. Tais testes de diagnóstico podem incluir a detecção de biomoléculas em uma amostra biológica de um paciente, tal como uma molécula de ácido nucleico ou uma proteína. Em alguns exemplos, os testes de diagnóstico incluem o sequenciamento de uma molécula de ácido nucleico em uma amostra biológica de um paciente, tal como o sequenciamento de moléculas de ácido deoxirribonucleico livre de células ou produtos de expressão em uma amostra biológica do paciente.

[00193] O termo "ácido nucleico", como aqui utilizado, geralmente refere-se a uma molécula que compreende uma ou mais subunidades de ácido nucleico. Um ácido nucleico pode incluir uma ou mais subunidades selecionadas de adenosina (A), citosina (C), guanina (G), timina (T) e uracila (U), ou suas variantes. Em alguns exemplos, um ácido nucleico é ácido deoxirribonucleico (DNA) ou ácido ribonucleico (RNA), ou seus derivados. Um ácido nucleico pode ser de fita única ou fita dupla. Um ácido nucleico pode ser circular.

[00194] O termo "nucleotídeo", como aqui utilizado, geralmente refere-se a uma subunidade de ácido nucleico, a qual pode incluir a A, C, G, T ou U, ou suas variantes ou análogos. Um nucleotídeo pode incluir qualquer subunidade que pode ser incorporada em uma fita de ácido nucleico crescente. Tal subunidade pode ser um A, C, G, T, ou U, ou qualquer outra subunidade que é específica a um ou mais A, C, G, T ou U complementar, ou complementar a uma purina (isto é, A ou G, ou suas variantes ou análogos) ou a pirimidina (isto é, C, T ou U, ou suas variantes ou análogos). A subunidade pode permitir que bases de ácido nucleico individuais ou grupos de bases (por exemplo, AA, TA, AT, GC, CG, CT, TC, GT, TG, AC, CA, ou suas contrapartes de uracila) sejam resolvidas.

[00195] Um nucleotídeo geralmente inclui a nucleosídeo e pelo menos 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, ou mais grupos de fosfato (PO3). Um nucleotídeo pode incluir uma nucleobase, um açúcar de cinco carbonos (ou ribose ou desoxirribose), e um ou mais grupos de fosfato. Ribonucleotídeos são nucleotídeos nos quais o açúcar é ribose. Os Deoxirribonucleotídeos são nucleotídeos nos quais o açúcar é deoxirribose. Um nucleotídeo pode ser um nucleosídeo de monofosfato ou um nucleosídeo de polifosfato. Um nucleotídeo pode ser um deoxirribonucleosídeo polifosfato, tal como, por exemplo, um deoxirribo- nucleosídeo trifosfato, o qual pode ser selecionado de deoxiadenosina trifosfato (dATP), deoxicitidina trifosfato (dCTP), deoxiguanosina trifosfato (dGTP), deoxiuridina trifosfato (dUTP) e deoxitimidina trifosfato (dTTP) dNTPs, que incluem etiquetas detectáveis, tal como etiquetas ou marcadores luminescentes (por exemplo, fluorofóros).

[00196] Um nucleosídeo polifosfato pode ter 'n' grupos de fosfato, onde 'n'é um número que é maior do que ou igual a 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ou 10. Exemplos de nucleosídeo polifosfato inclui nucleosídeo difosfato e nucleosídeo trifosfato. Um nucleotídeo pode ser um nucleosídeo identificado de fosfato terminal, tal como um nucleosídeo polifosfato identificado de fosfato terminal. Tal rótulo pode ser um rótulo luminescente (por exemplo, fluorescente ou quimioluminescente), um rótulo fluorogênico, um rótulo colorido, um rótulo cromogênico, uma etiqueta de massa, um rótulo eletrostático, ou um rótulo eletroquímico. Um rótulo (ou marcador) pode estar acoplado a um fosfato terminal através de um ligante. O ligante pode incluir, por exemplo, pelo menos um ou uma pluralidade de grupos de hidroxila, grupos de sulfidrila, grupos de amino ou grupos de haloalquila, os quais podem ser adequados para formar, por exemplo, um éster de fosfato, um tioéster, um fosforamidato ou uma ligação de fosfonato de alquila no fosfato terminal de um nucleotídeo natural ou modificado. Um ligante pode ser divisível de modo a separar um rótulo do fosfato terminal, tal como o auxílio de uma enzima de polimerização. Exemplos de nucleotídeos e ligantes estão providos na Patente U.S. Número 7.041.812, a qual está inteiramente aqui incorporada por referência.

[00197] O termo "polimerase", como aqui utilizado, geralmente refere-se a qualquer enzima (ou enzima de polimerização) capaz de catalisar uma reação de polimerização. Exemplos de polimerases incluem, sem limitação, uma polimerase de ácido nucleico, uma transcriptase ou uma ligase. A polimerase pode ser uma enzima de polimerização.

[00198] O termo "genoma" geralmente refere-se a uma totalidade de informações hereditárias de um organismo. Um genoma pode ser codificado ou em DNA ou em RNA. Um genoma pode compreender regiões de codificação que codificam por proteínas assim como regiões de não codificação. Um genoma pode incluir a sequência de todos os cromossomas juntos em um organismo. Por exemplo, o genoma humano tem um total de 46 cromossomas. A sequência de todos estes juntos constitui o genoma humano.

[00199] A presente descrição provê dispositivos, sistemas e métodos para detectar biomoléculas ou suas subunidades, tal como moléculas de ácido nucleico. Tal detecção pode incluir o sequenciamento. Uma biomolécula pode ser extraída de uma amostra biológica obtida de um paciente. A amostra biológica pode ser extraída de um fluido ou tecido corporal do paciente, tal como hálito, saliva, urina ou sangue (por exemplo, sangue integral ou plasma). O paciente pode ser suspeito de ter uma condição de saúde, tal como uma doença (por exemplo, câncer). Em alguns exemplos, uma ou mais moléculas de ácido nucleico são extraída do fluido ou tecido corporal do paciente. Os um ou mais ácidos nucleicos podem ser extraídos de uma ou mais células obtidas do paciente, tal como parte de um tecido do paciente, ou obtido de fluido corporal livre de célula do paciente, tal como sangue integral.

[00200] Uma amostra biológica pode ser processada em preparação para detecção (por exemplo, sequenciamento). Tal processamento pode incluir isolamento e/ou purificação da biomolécula (por exemplo, molécula de ácido nucleico) da amostra biológica, e a geração de mais cópias da biomolécula. Em alguns exemplos, uma ou mais moléculas de ácido nucleico são isoladas e purificadas de um fluido ou tecido corporal do paciente, e amplificadas através de amplificação de ácido nucleico, tal como reação de cadeia de polimerase (PCR). Então, as uma ou mais moléculas de ácidos nucleicos ou suas subunidades podem ser identificadas, tal como através de sequenciamento.

[00201] O sequenciamento pode incluir a determinação de subunidades individuais de uma biomolécula de gabarito (por exemplo, molécula de ácido nucleico) sintetizando outra biomolécula que é complementar ou análoga ao gabarito, tal como sintetizando uma molécula de ácido nucleico que é complementar a uma molécula de ácido nucleico de gabarito e identificando a incorporação de nucleotídeos com o tempo (isto é, sequenciamento por síntese). Como uma alternativa, o sequenciamento pode incluir a identificação direta de subunidades individuais da biomolécula.

[00202] Durante o sequenciamento, sinais indicativos de subunida- des individuais de uma biomolécula podem ser coletados em memória e processados em tempo real ou em um ponto no tempo posterior para determinar uma sequência da biomolécula. Tal processamento pode incluir uma comparação dos sinais com sinais de referência que permitem a identificação das subunidades individuais, o que em alguns casos gera leituras. As leituras podem ser sequências de comprimento suficiente (por exemplo, pelo menos aproximadamente 30 pares de base (bp)) que podem ser utilizadas para identificar uma sequência ou região maior, por exemplo, que pode estar alinhada com uma localização sobre um cromossoma ou região genômica ou gene.

[00203] As leituras de sequência podem ser utilizadas para reconstruir uma região mais longa de um genoma de um paciente (alinhamento). As leituras podem ser utilizadas para reconstruir regiões de cromossoma, cromossomas inteiros, ou todo o genoma. As leituras de sequência ou uma maior sequência gerada de tais leituras podem ser utilizadas para analisar um genoma de um paciente, tal como identificar variantes ou polimorfismos. Exemplos de variantes incluem, mas não estão limitados a, polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) que incluem tandem SNPs, apagamentos ou inserções de múltiplas base de pequena escala, também referidas como indels ou polimorfismos de inserção apagamento ou DIPs, Polimorfismos de Múltiplos Nucleotídeos (MNPs), Repetições em Tandem Curtas (STRs), apaga- mentos, incluindo microapagamentos, inserções, incluindo microinser- ções, variações estruturais, incluindo duplicações, inversões, transloca- ções, multiplicações, variantes de múltiplos locais complexas, variações de número de cópia (CNV). As sequências genômicas podem compreendercombinações de variantes. Por exemplo, sequências genômicas podem abranger a combinação de um ou mais SNPs e uma ou mais CNVs.

[00204] As subunidades individuais de biomoléculas podem ser identificadas utilizando marcadores. Em alguns exemplos, marcadores luminescentes são utilizados para identificar subunidades individuais de biomoléculas. Os marcadores luminescentes (também aqui referidos como "marcadores") podem ser marcadores exógenos ou endógenos. Marcadores exógenos podem ser marcadores luminescentes utilizados como um reportador e/ou etiqueta para identificação luminescente. Exemplos de marcadores exógenos podem incluir, mas não estão limitados a, moléculas fluorescentes, fluorofóros, corantes fluorescentes, tingidores fluorescentes, corantes orgânicos, proteínas fluorescentes, enzimas, espécies que participam em transferência de energia de ressonância de fluorescência (FRET), enzimas, e/ou pontos de quantum. Tais marcadores exógenos podem ser conjugados a uma sonda ou grupo funcional (por exemplo, molécula, íon, e/ou ligante) que especificamente liga a um alvo ou componente específico. Fixar uma etiqueta exógena ou reportador a uma sonda permite a identificação do alvo através da detecção da presença da etiqueta exógena ou reportador. Exemplos de sondas podem incluir proteínas, moléculas de ácido nucleico (por exemplo DNA, RNA), lipídeos e sondas de anticorpo. A combinação de um marcador exógeno e um grupo funcional pode formar quaisquer sondas, etiquetas, e/ou rótulos adequados utilizados para detecção, incluindo sondas moleculares, sondas identificadas, sondas de hibridização, sondas de anticorpo, sondas de proteína (por exemplo, sondas de ligação de biotina), rótulos de enzima, sondas fluorescentes, etiquetas fluorescentes, e/ou reportadores de enzima.

[00205] Apesar da presente descrição fazer referência a marcadores luminescentes, outros tipos de marcadores podem ser utilizados com dispositivos, sistemas e métodos aqui providos. Tais marcadores podem ser etiquetas de massa ou etiquetas eletrostáticas.

[00206] Enquanto os marcadores exógenos podem ser adicionados a uma amostra, marcadores endógenos já podem ser parte da amostra. Os marcadores endógenos podem inclui qualquer marcador lumines- tcente presente que pode luminescer ou "autofluorescer" na presença de energia de excitação. A autofluorescência de fluorofóros endógenos pode prover uma identificação livre de rótulo não invasiva sem requerer a introdução de fluorofóros exógenos. Exemplos de tais fluorofóros endógenos podem incluir hemoglobina, oxihemoglobina, lipídeos, colágeno e ligações cruzadas de elastina, dinucleotídeo de adenina nicotinamida reduzido (NADH), flavinas oxidadas (FAD e FMN), lipofuscina, queratina, e/ou profirins, como exemplo e não limitação.

[00207] Apesar de algumas modalidades poderem ser direcionadas a teste de diagnóstico detectando moléculas únicas em um espécime, os inventores também reconheceram que algumas modalidades podem utilizar as capacidades de detecção de molécula única para executar o sequenciamento de ácido nucleico (por exemplo DNA, RNA) de um ou mais segmentos de ácido nucleico tal como, por exemplo, genes, ou polipeptídios. O sequenciamento de ácido nucleico permite a determinação da ordem e posição dos nucleotídeos em uma molécula de ácido nucleico alvo. As tecnologias de sequenciamento de ácido nucleico podem variar nos métodos utilizados para determinar a sequência de ácido nucleico assim como na taxa, comprimento de leitura, e incidência de erros no processo de sequenciamento. Por exemplo, alguns métodos de sequenciamento de ácido nucleico estão baseados em sequenciamento por síntese, no qual a identidade de um nucleotídeo é determinada conforme o nucleotídeo é incorporado em uma fita de ácido nucleico recentemente sintetizada que é complementarà molécula de ácido nucleico alvo. Alguns sequenciamento por métodos de síntese requerem a presença de uma população de moléculas de ácido nucleico alvo (por exemplo, cópias de um ácido nucleico alvo) ou uma etapa de amplificação do ácido nucleico alvo para conseguir uma população de ácidos nucleicos alvo.

[00208] Durante o sequenciamento, uma enzima de polimerização pode acoplar (por exemplo, prender) a uma localização de iniciação de uma molécula de ácido nucleico alvo. A localização de iniciação pode ser um iniciador que é complementar à molécula de ácido nucleico alvo. Como uma alternativa a localização de iniciação é uma folga ou dente que está provido dentro de um segmento de fita dupla da molécula de ácido nucleico alvo. A folga ou dente pode ser de 0 a pelo menos 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, ou 40 nucleotídeos de comprimento. Um dente pode prover uma quebra em uma fita de uma sequência em fita dupla, o que pode prover uma localização de iniciação para uma enzima de polimerização, tal como, por exemplo, uma fita deslocando uma enzima de polimerase.

[00209] Em alguns casos, um pré-ativador de sequenciamento pode ser recozido para uma molécula de ácido nucleico alvo que pode ou não ser imobilizada em um suporte sólido, tal como um poço de amostra. Em algumas modalidades, um iniciador de sequenciamento pode ser imobilizado em um suporte sólido e a hibridização da molécula de ácido nucleico alvo também imobiliza a molécula de ácido nucleico alvo no suporte sólido. Através da ação de uma enzima (por exemplo, uma polimerase) capaz de adicionar ou incorporar um nucleotídeo ao pré- ativador, os nucleotídeos podem ser adicionados no iniciador em 5' a 3', modo de ligação de gabarito. Tal incorporação de nucleotídeos a um iniciador (por exemplo, através da ação de uma polimerase) pode geralmente se referida como um reação de extensão de pré-ativador. Cada nucleotídeo pode estar associado com uma etiqueta detectável que pode ser detectada e utilizada para determinar cada nucleotídeo incorporado no iniciador e, assim, uma sequência da molécula de ácido nucleico recentemente sintetizada. Através de complementaridade de sequência de uma molécula de ácido nucleico recentemente sintetizada, a sequência da molécula de ácido nucleico alvo pode também ser determinada. Em alguns casos, o recozimento de um iniciador de sequenciamento para uma molécula de ácido nucleico alvo e incorporação de nucleotídeos no iniciador de sequenciamento pode ocorrer em condições de reação similares (por exemplo, a mesma ou similar temperatura de reação) ou em diferentes condições de reação (por exemplo, diferentes temperaturas de reação). Mais ainda, algum sequenciamento por métodos de síntese pode incluir a presença de uma população de moléculas de ácido nucleico alvo (por exemplo, cópias de um ácido nucleico alvo) e/ou uma etapa de amplificação de ácido nucleico alvo para conseguir uma população de ácido nucleicos alvo.

[00210] As modalidades são capaz sequenciar moléculas únicas de ácido nucleico únicas com alta precisão e longo comprimento de leitura. Em algumas modalidades, a molécula de ácido nucleico alvo utilizada em sequenciamento de molécula única é um gabarito de ácido nucleico alvo de fita única (por exemplo ácido deoxirribonucleico (DNA), derivados de DNA, ácido ribonucleico (RNA), derivados de RNA) que é adicionado ou imobilizado em um poço de amostra que contém pelo menos um componente adicional de uma reação de sequenciamento (por exemplo, uma polimerase tal como, uma polimerase de DNA, um iniciador de sequenciamento) imobilizado ou preso a um suporte sólido tal como o fundo do poço de amostra. A molécula de ácido nucleico alvo ou a polimerase pode ser presa a uma parede de amostra, tal como o fundo do poço de amostra diretamente ou através de um ligante. O poço de amostra pode também conter quaisquer outros reagentes necessários para síntese de ácido nucleico através de uma reação de extensão de pré-ativador, tal como, por exemplo compensadores adequados, co-fatores, enzimas (por exemplo, uma polimerase) e deoxirribonucleosídeo polifosfato, tal como, por exemplo, deoxirribonu- cleosídeo trifosfatos, incluindo deoxiadenosina trifosfato (dATP), deoxicitidina trifosfato (dCTP), deoxiguanosina trifosfato (dGTP), deoxiuridina trifosfato (dUTP) e deoxitimidina trifosfato (dTTP) dNTPs, que incluem etiquetas luminescentes, tal como fluorofóros. Cada classe de dNTPs (por exemplo adenina que contém dNTPs (por exemplo, dATP), citosina que contém dNTPs (por exemplo, dCTP), guanina que contém dNTPs (por exemplo, dGTP), uracila que contém dNTPs (por exemplo, dUTPs) e timina que contém dNTPs (por exemplo, dTTP)) é conjugada para uma etiqueta luminescente distinta de modo que a detecção de luz emitida da etiqueta indica a identidade do dNTP que foi incorporado no ácido nucleico recentemente sintetizado. A luz emitida da etiqueta luminescente pode ser detectada e atribuída à sua etiqueta luminescente (e, assim, dNTP associado) através de qualquer dispositivo e/ou método adequado, incluindo tais dispositivos e métodos para detecção aqui descritos em outro local. A etiqueta luminescente pode ser conjugada no dNTP em qualquer posição de modo que a presença da etiqueta luminescente não iniba a incorporação do dNTP na fita de ácido nucleico recentemente sintetizada ou a atividade da polimerase. Em algumas modalidades, a etiqueta luminescente está conjugada com o fosfato terminal (o gama fosfato) do dNTP.

[00211] O gabarito ácido nucleico alvo de fita única pode ser contactado com um iniciador de sequenciamento, dNTPs, polimerase e outros reagentes necessários para a síntese de ácido nucleico. Em algumas modalidades, todos os dNTPs apropriados podem ser contactados com o gabarito de ácido nucleico alvo de fita única simultaneamente (por exemplo, todos os dNTPs estão simultaneamente presentes) de modo que a incorporação de dNTPs possa ocorrer continuamente. Em outras modalidades, os dNTPs podem ser contactados com gabarito de ácido nucleico alvo de fita única sequencialmente, onde o gabarito de ácido nucleico alvo de fita única é contactado com cada dNTP apropriado separadamente, com etapas de lavagem entre o contado do gabarito de ácido nucleico alvo de fita única com diferentes dNTPs. Tal ciclo de contactar o gabarito de ácido nucleico alvo de fita única com cada dNTP separadamente seguido por lavagem pode ser repetido para cada sucessiva posição de base do gabarito de ácido nucleico alvo de fita única a ser identificado.

[00212] O iniciador de sequenciamento recoze no gabarito de ácido nucleico alvo de fita única e a polimerase consecutivamente incorpora os dNTPs (ou outro deoxirribonucleosídeo polifosfato) no iniciador através do gabarito de ácido nucleico alvo de fita única. A etiqueta luminescente única associada com cada dNTP incorporado pode ser excitada com a luz de excitação apropriada durante ou após a incorporação do dNTP ao iniciador e sua emissão pode ser subsequentemente detectada, utilizando qualquer dispositivo(s) e/ou método(s) adequado(s), incluindo dispositivos e métodos para detecção aqui descritos em outro local. A detecção de uma emissão de luz específica pode ser atribuída a um dNTP específico incorporado. A sequência obtida da coleção de etiquetas luminescentes detectadas pode ser utilizada para determinar a sequência do gabarito de ácido nucleico alvo de fita única através de complementaridade de sequência.

[00213] Apesar da presente descrição fazer referência a dNTPs, dispositivos, sistemas e métodos aqui providos pode ser utilizados com vários tipos de nucleotídeos, tal como ribonucleotídeos e deoxirribonucleotídeos (por exemplo, deoxirribonucleosídeo polifosfatos com pelo menos 4, 5, 6, 7, 8, 9, ou 10 grupos de fosfato). Tais ribonucleotídeos e deoxirribonucleotídeos podem incluir vários tipos de etiquetas (ou marcadores) e ligantes.

[00214] Os sinais emitidos quando da incorporação de nucleosídeos podem ser armazenados em memória e processados em um ponto no tempo posterior para determinar a sequência do gabarito de ácido nucleico alvo. Isto pode incluir comparar os sinais com sinais de referência para determinar as identidades dos nucleosídeos incorporados como uma função de tempo. Alternativamente ou além disso de, o sinal emitido quando da incorporação de nucleosídeo pode ser coletado e processado em tempo real (isto é, quando da incorporação de nucleosídeo) para determinar a sequência do gabarito de ácido nucleico alvo em tempo real.

[00215] O sequenciamento de ácido nucleico de uma pluralidade de gabaritos de ácido nucleico alvo de fita única pode ser completado onde múltiplos poços de amostra estão disponíveis, como é o caso de dispositivos aqui descritos em outro local. Cada poço de amostra pode estar provido com um gabarito de ácido nucleico alvo de fita única e uma reação de sequenciamento pode ser completada dentro de cada poço de amostra. Cada um do poços de amostra pode ser contactado com os reagentes apropriados (por exemplo, dNTPs, iniciadores de sequenciamento, polimerase, co-fatores, compensadores apropriados, etc.) necessários para síntese de ácido nucleico durante uma reação de extensão de iniciador e a reação de sequenciamento pode prosseguir dentro de cada poço de amostra. Em algumas modalidades, os múltiplos poços de amostra são contactados com todos os dNTPs apropriados simultaneamente. Em outras modalidades, os múltiplos poços de amostra são contactados com cada dNTP apropriado separadamente e cada um lavado entre o contato com diferentes dNTPs. dNTPs incorporados podem ser detectados dentro de cada poço de amostra e uma sequência determinada para o ácido nucleico alvo de fita única dentro de cada poço de amostra como está acima descrito.

[00216] As modalidades direcionadas para um sequenciamento de molécula de ácido nucleico única podem utilizar qualquer polimerase que seja capaz de sintetizar um ácido nucleico complementar a um ácido nucleico alvo. Exemplos de polimerases incluem uma polimerase de DNA, polimerase de RNA, uma polimerase termoestável, uma polimerase do tipo selvagem, uma polimerase modificada, polimerase I de E. coli DNA, polimerase de T7 DNA, polimerase de bacteriófago T4 DNA Φ29 (psi29) DNA, polimerase Taq, polimerase Tth, polimerase Tli, polimerase de Pfu, polimerase de Pwo, polimerase VENT, polimerase DEEPVENT, polimerase EX-Taq, polimerase LA-Taq, polimerase Sso, polimerase Poc, polimerase Pab, polimerase Mth, polimerase ES4, polimerase Tru, polimerase Tac, polimerase Tne, polimerase Tma, polimerase Tca, polimerase Tih, polimerase Tfi, polimerases Platina Taq, polimerase Tbr, polimerase Tfl, polimerase Tth, polimerase Pfutubo, polimerase Pyrobest, polimerase Pwo, polimerase KOD, polimerase Bst, polimerase Sac, fragmento Klenow, polimerase com atividade de exonuclease 3' a 5' e variantes, produtos modificados e seus derivados. Em algumas modalidades, a polimerase é uma polimerase de subunidade única. Em algumas modalidades, a polimerase é uma polimerase com alta processividade. Processividade de polimerase geralmente refere-se á capacidade de uma polimerase consecutivamente incorporar dNTPs em um gabarito de ácido nucleico sem liberar o gabarito de ácido nucleico. Quando de emparelhamento de base entre uma nucleobase de um ácido nucleico alvo e o dNTP complementar, a polimerase incorpora o dNTP dentro da fita de ácido nucleico recentemente sintetizada formando uma ligação de fosfodiéster entre a extremidade 3' hidroxila da fita recentemente sintetizada e o alpha fosfato do dNTP. Em exemplos nos quais a etiqueta luminescente conjugada com o dNTP é um fluoróforo, a sua presença é sinalizada por excitação e um pulso de emissão é detectado durante a etapa de incorporação. Para rótulos de detecção que são conjugados ao fosfato terminal (gama) do dNTP, a incorporação do dNTP na fita recentemente sintetizada resulta em liberação dos fosfatos beta e gama e o rótulo de detecção, o qual está livre para difundir dentro do poço de amostra, resultando em uma diminuição em emissão detectada do fluoróforo.

[00217] As modalidades direcionadas para um sequenciamento de RNA de molécula única podem utilizar qualquer transcriptase reversa que seja capaz de sintetizar DNA complementar (cDNA) de um gabarito de RNA. Em tais modalidades, uma transcriptase reversa pode funcionar em um modo similar à polimerase em que o cDNA pode ser sintetizado de um gabarito de RNA através da incorporação de dNTPs para um iniciador de transcrição reversa recozido a um gabarito de RNA. O cDNA pode então participar em uma reação de sequenciamento e sua sequência determinada como acima descrito. A sequência determinada do cDNA pode então ser utilizada, através de complementaridade de sequência, para determinar a sequência do gabarito de RNA original. Exemplos de transcriptases reversas incluem transcriptase reversa Moloney Murine Leukemia Virus (M-MLV), transcriptase reversa de vírus de mieloblastose aviária (AMV), transcriptase reversa de vírus de imunodeficiência humana (HIV-1) e transcriptase reversa de telomerase.

[00218] Tendo reconhecido uma necessidade de aparelhos simples, menos complexos para executar detecção de molécula única e/ou sequenciamento de ácido nucleico, os inventores conceberam uma técnica para detectar moléculas únicas utilizando conjuntos de etiquetas, tal como as etiquetas óticas (por exemplo, luminescentes), para identificar diferentes moléculas. Tais moléculas únicas podem ser nucleotídeos ou aminoácidos que têm etiquetas. As etiquetas podem ser detectadas enquanto ligadas a moléculas únicas, quando da liberação das moléculas únicas, ou enquanto ligadas a e quando da liberação das moléculas únicas. Em alguns exemplos, as etiquetas são etiquetas luminescentes. Cada etiqueta luminescente em um conjunto selecionado está associada com uma respectiva molécula. Por exemplo, um conjunto de quatro etiquetas pode ser utilizado para "identificar" as nucleobases presentes no DNA - cada etiqueta do conjunto sendo associada com uma diferente nucleobase, por exemplo, uma primeira etiqueta sendo associada com adenine (A), uma segunda etiqueta sendo associada com citosina (C), uma terceira etiqueta sendo associada com guanina (G), e uma quartas etiqueta sendo associada com timina (T). Mais ainda, cada uma das etiquetas luminescentes no conjunto de etiquetas tem diferentes propriedades que podem ser utilizadas para distinguir uma primeira etiqueta do conjunto das outras etiquetas no conjunto. Deste modo, cada etiqueta é unicamente identificável utilizando uma ou mais destas características distinguíveis. Como exemplo e não limitação, as características das etiquetas que podem ser utilizadas para distinguir uma etiqueta de outra podem incluir a energia de emissão e/ou comprimento de onda da luz que é emitida pela etiqueta em resposta à excitação e/ou o comprimento de onda e/ou energia da luz de excitação que excita uma etiqueta específica.

[00219] As modalidades podem utilizar qualquer combinação adequada de características de etiqueta para distinguir uma primeira etiqueta em conjunto de etiquetas de outras etiquetas no mesmo conjunto. Por exemplo, algumas modalidades podem utilizar somente o comprimento de onda da luz de emissão das etiquetas para identificar as etiquetas. Em tais modalidades, cada etiqueta em um conjunto de etiquetas selecionado tem um diferente comprimento de onda de emissão de pico das outras etiquetas no conjunto e as etiquetas luminescentes são todas excitadas por luz de uma única fonte de excitação. A Figura 1-1 ilustra os espectros de emissão de quatro etiquetas luminescentes de acordo com uma modalidade onde as quatro etiquetas exibem o seu respectivo pico intensidade em diferentes comprimentos de onda de emissão, referidos aqui como o "comprimento de onda de emissão de pico" da etiqueta. Um primeiro espectro de emissão 1-101 de uma primeira etiqueta luminescente tem um comprimento de onda de emissão de pico em A1, um segundo espectro de emissão 1-102 de uma segunda etiqueta luminescente tem um comprimento de onda de emissão de pico em À2, um terceiro espectro de emissão 1-103 de uma terceira etiqueta luminescente tem um comprimento de onda de emissão de pico em À3, e um quarto espectro de emissão 1-104 de uma quarta etiqueta luminescente tem um comprimento de onda de emissão de pico em À4. Nesta modalidade, os picos de emissão das quatro etiquetas luminescentes podem ter quaisquer valores adequados que satisfaçam a relação À1 < À2 < À3 < À4. Os quatros espectros de emissão podem ou não sobrepor. No entanto, se os espectros de emissão de duas ou mais etiquetas sobreporem, é desejável selecionar um conjunto de etiqueta luminescente de modo que uma etiqueta emita substancialmente mais luz do que qualquer outra etiqueta em cada respectivo comprimento de onda de pico. Nesta modalidade, o comprimento de onda de excitação no qual cada uma das quatro etiquetas maximamente absorvem luz da fonte de excitação é substancialmente igual, mas este não precisa ser o caso. Utilizando o conjunto de etiquetas acima, quatro diferentes moléculas podem ser identificadas com uma respectiva etiqueta do conjunto de etiquetas, as etiquetas podem ser excitadas utilizando uma única fonte de excitação, e as etiquetas podem ser distinguidas umas das outras detectando o comprimento de onda de emissão das etiquetas utilizando um sistema ótico e sensores. Apesar da Figura 1-1 ilustrar quatro diferentes etiquetas, deve ser apreciado que qualquer número adequado de etiquetas pode ser utilizado.

[00220] Outras modalidades podem utilizar tanto o comprimento de onda da luz de emissão das etiquetas quanto o comprimento de onda no qual as etiquetas absorvem a luz de excitação para identificar as etiquetas. Em tais modalidades, cada etiqueta em um conjunto de etiquetas selecionado tem uma diferente combinação de comprimento de onda de emissão e comprimento de onda de excitação das outras etiquetas no conjunto. Assim, algumas etiquetas dentro de um conjunto de etiquetas selecionado podem ter o mesmo comprimento de onda de emissão, mas serem excitadas por luz de diferentes comprimentos de onda. Ao contrário, algumas etiquetas dentro de um conjunto de etiquetas selecionado pode ter o mesmo comprimento de onda de excitação, mas emitem luz em diferente comprimentos de onda. A Figura 1-2a ilustra os espectros de emissão de quatro etiquetas luminescentes de acordo com uma modalidade onde duas das etiquetas têm um primeiro comprimento de onda de emissão de pico e as outras duas etiquetas têm um segundo comprimento de onda de emissão de pico. Um primeiro espectro de emissão 1-105 de uma primeira etiqueta luminescente tem um comprimento de onda de emissão de pico em A1, um segundo espectro de emissão 1-106 de uma segunda etiqueta luminescente também tem um comprimento de onda de emissão de pico em A1, um terceiro espectro de emissão 1-107 de uma terceira etiqueta luminescente tem um comprimento de onda de emissão de pico em À2, e um quarto espectro de emissão 1-108 de uma quarta etiqueta luminescente também tem um comprimento de onda de emissão de pico em À2. Nesta modalidade, os picos de emissão das quatro etiquetas luminescentes podem quaisquer valores adequados que satisfaçam a relação À1 < À2. A Figura 1-2b ilustra os espectros de absorção das quatro etiquetas luminescentes, onde duas das etiquetas tem um primeiro comprimento de onda de absorção de pico e as outras duas etiquetas têm um segundo comprimento de onda de absorção de pico. Um primeiro espectro de absorção 1-109 para a primeira etiqueta luminescente tem um comprimento de onda de absorção de pico em À3, um segundo espectro de absorção 1-110 para a segunda etiqueta luminescente tem um comprimento de onda de absorção de pico em À4, um terceiro espectro de absorção 1-111 para a terceira etiqueta luminescente tem um comprimento de onda de absorção de pico em À3, e um quarto espectro de absorção 1-112 para a quarta etiqueta luminescente tem um comprimento de onda de absorção de pico em À4. Note que as etiquetas que compartilham comprimento de onda de pico de emissão na Figura 1-2a não compartilham um comprimento de onda de pico de absorção Figura 1-2b. Utilizando tal conjunto de etiquetas permite distinguir entre quatro etiquetas mesmo quando existem somente dois comprimentos de onda de emissão para os quatro corantes. Isto é possível utilizando duas fontes de excitação que emitem em diferentes comprimentos de onda ou uma única fonte de excitação capaz de emitir em múltiplos comprimentos de onda. Se o comprimento de onda da luz de excitação for conhecido para cada evento de emissão detectado, então pode ser determinado qual etiqueta estava presente. A(s) fonte(s) de excitação podem alternar entre um primeiro comprimento de onda de excitação e um segundo comprimento de onda de excitação, o que é referido como intercalação. Alternativamente, dois ou mais pulsos do primeiro comprimento de onda de excitação podem ser utilizados seguidos por dois ou mais pulsos do segundo comprimento de onda de excitação.

[00221] Apesar de não ilustrado nas figuras, outras modalidades podem determinar a identidade de uma etiqueta luminescente com base na frequência de absorção sozinha. Tais modalidades são possíveis se a luz de excitação puder ser sintonizada para específicos comprimentos de onda que coincidem com o espectro de absorção das etiquetas em um conjunto de etiquetas. Em tais modalidades, o sistema ótico e sensor utilizados para direcionar e detectar a luz emitida de cada etiqueta não precisa ser capaz de detectar o comprimento de onda da luz emitida. Isto pode ser vantajoso em algumas modalidades porque reduz a complexidade do sistema ótico e sensores porque a detecção do comprimento de onda de emissão não é requerida em tais modalidades.

[00222] Como acima discutido, os inventores reconheceram e apreciaram a necessidade para ser capaz de diferentes etiquetas luminescentes umas das outras utilizando várias características das etiquetas. O tipo de características utilizado para determinar a identidade de uma etiqueta impacta o dispositivo físico utilizado para executar esta análise. O presente pedido descreve diversas modalidades de um aparelho, dispositivo, instrumento e métodos para executar estes diferentes experimentos.

[00223] Resumidamente, os inventores reconheceram e apreciaram que um dispositivo de sensor pixelado com um número relativamente grande de pixels (por exemplo, centenas, milhares, milhões ou mais) que permite a detecção de uma pluralidade de moléculas ou partículas individuais em paralelo. Pelo menos alguns, um subconjunto ou todos os pixels podem ser independentemente endereçáveis. As moléculas podem, como exemplo e não limitação, proteínas e/ou ácido nucleicos (por exemplo DNA, RNA). Mais ainda, um dispositivo de alta velocidade que pode adquirir dados em mais do que cem quadros por segundo permite a detecção e análise de processo ou mudanças dinâmicos que ocorrem ao longo do tempo dentro da amostra que está sendo analisada.

[00224] Os inventores reconheceram e apreciaram que um dispositivo integrado descartável de baixo custo, uso único que inclui ótica e sensores pode ser utilizado em conexão com um instrumento que inclui uma fonte de excitação para medir a luz luminescente emitida de amostras biológicas. A utilização de um dispositivo integrado de baixo custo reduz o custo de executar um dado bioteste. Uma amostra biológica é colocada por sobre o dispositivo integrado e, quando do completamento do bioteste, pode ser descartada. O interface de dispositivo integrado com o instrumento de múltiplos usos, mais dispendioso, o qual pode ser utilizado repetidamente com muitos diferentes dispositivos integrados descartáveis. Um dispositivo integrado de baixo custo que interfaceia com um instrumento portátil, compacto pode ser utilizado em qualquer local no mundo, sem as restrições de laboratórios biológicos de alto custo requerendo experiência de laboratório para analisar as amostras. Assim, uma bioanalítica automatizada pode ser trazida para regiões do mundo que anteriormente não podiam executar uma análise quantitativa de amostras biológicas. Por exemplo, testes de sangue para crianças podem ser executados colocando uma amostra de sangue em um dispositivo integrado descartável, colocando o dispositivo integrado descartável dentro de um pequeno, instrumento portátil para análise, e processar os resultados por um computador que conecta no instrumento para revisão imediata por um usuário. Os dados podem também ser transmitidos sobre uma rede de dados para uma localização remota para serem analisados e/ou arquivados para subsequentes análises clínicas. Alternativamente, o instrumento pode incluir um ou mais processadores para analisar os dados obtidos dos sensores do dispositivo integrado.

[00225] Várias modalidades estão abaixo descritas em mais detalhes.

II. VISTA GERAL DO SISTEMA

[00226] O sistema inclui um dispositivo integrado e um instrumento configurado para interfacear com o dispositivo integrado. O dispositivo integrado inclui uma rede de pixels, onde cada pixel inclui um poço de amostra e pelo menos um sensor. Uma superfície do dispositivo integrado tem uma pluralidade de poços de amostra os quais são aberturas configuradas para receber uma amostra dentro de um espécime colocado sobre a superfície do dispositivo integrado. Múltiplas amostras podem ser incluídas em um espécime e o poço de amostra pode ser projetado para receber uma amostra de modo que cada poço de amostra contenha uma diferente amostra. Por exemplo, um espécime que contém múltiplos gabaritos de DNA de fita única é colocado sobre uma superfície do dispositivo integrado e cada poço de amostra pode receber um gabarito de DNA de fita única. O espécime pode também conter dNTPs etiquetados os quais então entram no poço de amostra para identificar um nucleotídeo conforme este é incorporado em uma fita complementar de DNA. Em tal exemplo, a "amostra" pode referir tanto ao DNA de fita única quanto ao dNTP etiquetado correntemente sendo incorporado por uma polimerase.

[00227] A energia de excitação é provida de uma fonte localizada afastada dos pixels do dispositivo integrado. A energia de excitação está direcionada pelo menos em parte por elementos do dispositivo integrado na direção de um ou mais pixels para iluminar uma região de iluminação dentro do poço de amostra. Um marcador ou etiqueta pode então emitir energia de emissão quando localizada dentro da região de iluminação e em resposta a ser iluminado pela energia de excitação. Em algumas modalidades, uma ou mais fontes de excitação fazem parte do instrumento do sistema onde componentes do instrumento e o dispositivo integrado estão configurados para direcionar a energia de excitação na direção de ou mais pixels. Em outras modalidades, uma ou mais fontes de excitação estão localizadas sobre o dispositivo integrado mas estão localizadas em uma região separada da rede de pixels, e componentes no dispositivo integrado estão configurados para direcionar a energia de excitação da região de fonte de excitação para um ou mais pixels.

[00228] A energia de emissão emitida por uma amostra pode então ser detectada por um ou mais sensores dentro de um pixel do dispositivo integrado. Em algumas modalidades, uma pluralidade de sensores pode ser dimensionada e disposta para capturar uma distribuição espacial da energia de emissão. Os sinais de saída dos um ou mais sensores podem então ser utilizados para distinguir um marcador dentre uma pluralidade de marcadores, onde a pluralidade de marcadores pode ser utilizada para identificar uma amostra dentro do espécime.

[00229] Uma vista geral esquemática do sistema 2-100 está ilustrada nas Figuras 2-1A e 2-1B. O sistema compreende tanto um dispositivo integrado 2-102 que interfaceia com um instrumento 2-104 que tem uma fonte de excitação 2-106. O interface de dispositivo integrado com o instrumento utilizando qualquer soquete adequado para receber o dispositivo integrado e mantê-lo em preciso alinhamento ótico com a fonte de excitação. A fonte de excitação externa 2-106 no instrumento 2-104 está configurada para prover energia de excitação para o dispositivo integrado 2-102. Apesar da fonte de excitação ser mostrada estar localizada sobre o instrumento, a fonte de excitação pode estar localizada sobre o dispositivo integrado em uma região separada dos pixels em algumas instâncias. Como ilustrado esquematicamente na Figura 2-1B, o dispositivo integrado 2-102 tem múltiplos pixels, onde cada pixel 2-112 é capaz de análise independente de uma amostra. Tais pixels podem ser referidos como "pixels de fonte passiva"já que um pixel recebe energia de excitação de uma fonte separada do pixel, onde a fonte excita uma pluralidade de pixels. Cada pixel 2-112 tem um poço de amostra 2-108 para reter e analisar uma amostra e um sensor 2-110 para detectar a energia de emissão emitida pela amostra em resposta a iluminar a amostra com energia de excitação provida pela fonte de excitação 2-106. Em algumas modalidades, cada sensor pode incluir múltiplos sub-sensores, cada sub-sensor configurado para detectar um diferente comprimento de onda de energia de emissão da amostra.

[00230] Os elementos óticos para guiar e acoplar energia de excitação para o poço de amostra 2-108 estão localizados tanto sobre o dispositivo integrado 2-102 e o instrumento 2-104. Tais elementos de fonte para poço podem incluir um acoplador de grade localizado sobre o dispositivo integrado para acoplar energia de excitação para o dispositivo integrado, guias de onda para fornecer energia de excitação para cada pixel, e lentes, elementos plasmônicos e revestimentos dielétricos sobre o dispositivo integrado para direcionar a energia de excitação recebida do instrumento para o poço de amostra. Além disso, elementos óticos localizados sobre o dispositivo integrado direcionam a energia de emissão do poço de amostra na direção do sensor. Tais elementos de poço para amostra podem incluir componentes que direcionam a energia de emissão em um padrão de radiação onde o padrão de radiação depende da energia de emissão emitida por uma amostra dentro de um poço de amostra. O poço de amostra, uma porção da ótica de fonte de excitação para poço, e a ótica de poço de amostra para sensor estão localizados sobre o dispositivo integrado. A fonte de excitação e uma porção dos componentes de fonte para poço estão localizados no instrumento 2-104 que contém uma fonte de excitação 2- 106. Em algumas modalidades, um único componente pode desempenhar um papel tanto acoplando a energia de excitação a um poço de amostra quanto fornecendo energia de emissão do poço de amostra para o sensor.

[00231] Como ilustrado na Figura 2-1B, o dispositivo integrado compreende uma pluralidade de pixels, cada pixel 2-112 associado com o seu próprio poço de amostra individual 2-108 e sensor 2-110. A pluralidade de pixels pode esta disposta em uma rede, e pode existir qualquer número adequado de pixels. Por exemplo, o dispositivo integrado pode incluir entre 100 e 1.000 pixels de acordo com algumas modalidades, entre 1.000 e 10.000 pixels de acordo com algumas modalidades, entre 10.000 e 100.000 pixels de acordo com algumas modalidades, entre 100.000 e 1.000.000 pixels de acordo com algumas modalidades, e ainda entre 1.000.000 e 10.000.000 pixels de acordo com algumas modalidades. Em algumas implementações, podem existir menos ou mais pixels em um dispositivo integrado. O dispositivo integrado 2-112 e o instrumento 2-104 podem inclui conexões de comunicação de múltiplos canais, alta velocidade para manipular os dados associados com grandes redes de pixel (por exemplo, mais do que 1000 pixels).

[00232] O instrumento interfaceia com o dispositivo integrado através de uma interface de dispositivo integrado 2-114. A interface dispositivo integrado 2-114 pode incluir componentes para posicionar e/ou alinhar o dispositivo integrado com o instrumento para aperfeiçoar o acoplamento de energia de excitação da fonte de excitação para o dispositivo integrado. Em algumas modalidades, a fonte de excitação 2106 inclui múltiplas fontes de excitação que estão combinadas para fornecer energia de excitação para o dispositivo integrado 2-112. As múltiplas fontes de excitação podem estar configuradas para produzir múltiplas energias de excitação ou comprimentos de onda. A interface de dispositivo integrado 2-114 pode receber sinais de leitura dos sensores nos pixels localizados sobre o dispositivo integrado. Além disso, a interface de dispositivo integrado 2-114 pode ser projetada de modo que o dispositivo integrado prende no instrumento prendendo o dispositivo integrado na interface de dispositivo integrado 2-114.

[00233] O instrumento 2-104 inclui a interface de usuário 2-116 para controlar a operação do instrumento. A interface de usuário 2-116 está configurada para permitir um usuário inserir informações no instrumento, tal como comandos e/ou ajustes utilizados para controlar o funcionamento do instrumento. Em algumas modalidades, a interface de usuário 2-116 pode incluir botões, comutadores, diais, e um microfone para comandos de voz. Além disso, a interface de usuário 2116 pode permitir um usuário receber um retorno sobre o desempenho do instrumento e/ou dispositivo integrado, tal como um alinhamento apropriado e/ou informações obtidas por sinais de leitura dos sensores no dispositivo integrado. Em algumas modalidades, a interface de usuário 2-116 pode prover um retorno utilizando um alto-falante para prover um retorno audível, e luzes indicadoras e/ou tela de display para prover um retorno visual. Em algumas modalidades, o instrumento 2104 inclui uma interface de computador 2-118 utilizada para conectar com um dispositivo de computação 2-120. Qualquer interface de computador 2-118 e dispositivo de computação 2-120 pode ser utilizado. Por exemplo, a interface de computador 2-118 pode ser uma interface USB ou uma interface FireWire. O dispositivo de computação 2-120 pode ser qualquer computador de uso geral, tal como um computador laptop ou desktop. A interface de computador 2-118 facilita a comunicação de informações entre o instrumento 2-104 e o dispositivo de computação 2-120. As informações de entrada para controlar e/ou configurar o instrumento 2-104 podem ser providas através do dispositivo de computação 2-120 conectado na interface de computador 2-118 do instrumento. Além disso, as informações de saída podem ser recebidas pelo dispositivo de computação 2-120 através da interface de computador 2-118. Tais informações de saída podem incluir um retorno sobre o desempenho do instrumento 2-104 e/ou do dispositivo integrado 2-112 e as informações dos sinais de leitura do sensor 2-110. O instrumento 2-104 pode também incluir um dispositivo de processamento 2-122 para analisar os dados recebidos do sensor 2110 e/ou enviar sinais de controle para a fonte de excitação 2-106. Em algumas modalidades, o dispositivo de processamento 2-122 pode compreender um processador de uso geral, processador especialmente adaptado (por exemplo, uma unidade de processamento central (CPU) tal como um ou mais núcleos de microprocessador ou microcontrolador, uma rede de portas programáveis no campo (FPGA), um circuito integrado de aplicação específica (ASIC), um circuito integrado customizado, um processador de sinal digital (DSP), ou uma sua combinação). Em algumas modalidades, o processamento de dados do sensor 2-110 pode ser executado tanto pelo dispositivo de processamento 2-122 quanto pelo dispositivo de computação externo 2120. Em outras modalidades, o dispositivo de computação 2-120 pode ser omitido e o processamento de dados do sensor 2-110 pode ser executado somente pelo dispositivo de processamento 2-122.

[00234] Um esquema em seção transversal do dispositivo integrado 3-102 que ilustra uma fila de pixels está mostrado na Figura 3-1A. Cada pixel 3-112 inclui um poço de amostra 3-108 e um sensor 3-110. O sensor 3-110 pode estar alinhado e posicionado com o poço de amostra 3-112. Quando uma fonte de excitação está acoplada no dispositivo integrado, a energia de excitação é provida para um ou mais pixels. A Figura 3-1B é um esquema que ilustra o acoplamento de uma fonte de excitação 3-106 no dispositivo integrado 3-102. A fonte de excitação 3106 provê energia de excitação 3-130 (mostrada em linhas tracejadas) no dispositivo integrado 3-102. Figura 3-1B ilustra o percurso de energia de excitação da fonte de energia de excitação 3-106 para um poço de amostra 3-108 no pixel 3-112. Os componentes localizados fora do dispositivo integrado podem ser utilizados para posicionar e alinhar a fonte de excitação 3-106 com o dispositivo integrado. Tais componentes podem incluir componentes óticos incluindo lentes, espelhos, prismas, aberturas, atenuadores, e/ou fibras óticas. Componentes mecânicos adicionais podem estar incluídos no instrumento configurado para permitir o controle de um ou mais componentes de alinhamento. Tais componentes mecânicos podem incluir atuadores, motores de passo, e/ou botões. O dispositivo integrado inclui componentes que direcionam a energia de excitação 3-130 na direção de pixels no dispositivo integrado. Dentro de cada pixel 3-112, a energia de excitação está acoplada no poço de amostra 3-108 associado com um pixel. Apesar da Figura 3-1B ilustrar a energia de excitação acoplando a cada poço de amostra em uma fila de pixels, em algumas modalidades, a energia de excitação pode não acoplar a todos os pixels em uma fila. Em algumas modalidades, a energia de excitação pode acoplar a uma porção de pixels ou poços de amostra em uma fila de pixels do dispositivo integrado. A energia de excitação pode iluminar uma amostra localizada dentro de um poço de amostra. A amostra pode atingir um estado excitado em resposta a ser iluminada pela energia de excitação. Quando uma amostra está em um estado excitado, a amostra pode emitir a energia de emissão e a energia de emissão pode ser detectada por um sensor. Figura 3-1B esquematicamente ilustra o percurso de energia de emissão 3-140 (mostrado como linhas sólidas) do poço de amostra 3-108 para o sensor 3-110 de um pixel 3-112. O sensor 3-110 em um pixel 3-112 pode estar configurado e posicionado para detectar a energia de emissão do poço de amostra 3-108. Em algumas modalidades, o sensor 3-110 pode incluir um ou mais sub-sensores.

[00235] Quando um espécime que contém múltiplas amostras é identificado com múltiplos marcadores e os múltiplos marcadores são identificáveis pela energia de emissão, o percurso em um pixel entre o poço de amostra e o sensor pode incluir um ou mais componentes que ajudam na identificação dos múltiplos marcadores com base na energia de emissão. Os componentes podem focalizar a energia de emissão na direção do sensor e podem além disso ou alternativamente espacialmente separar as energias de emissão que têm energias ou comprimentos de onda característicos. Em algumas modalidades, o dispositivo integrado pode incluir componentes que direcionam a energia de emissão em um padrão de radiação que é dependente da faixa espectral da energia de emissão. O sensor ou região de sensor que contém múltiplos sub-sensores pode detectar uma distribuição espacial da energia de emissão que depende do padrão de radiação. Marcadores que emitem diferentes energias de emissão e/ou faixas espectrais podem formar diferentes padrões de radiação. O sensor ou região de sensor pode detectar informações sobre a distribuição espacial da energia de emissão que podem ser utilizadas para identificar um marcador entre os múltiplos marcadores.

[00236] A energia ou energias de emissão podem ser detectadas pelo sensor e convertidas em pelo menos um sinal elétrico. Os sinais elétricos podem ser transmitidos ao longo de linhas de condução no circuito do dispositivo integrado conectado no instrumento através da interface de dispositivo integrado, tal como a interface de dispositivo integrado 2-114 do instrumento 2-104 mostrado in Figura 2-1B. Os sinais elétricos podem ser subsequentemente processados e/ou analisados. O processamento ou análise de sinais elétricos pode ocorrer em um dispositivo de computação adequado ou localizado no instrumento 2-104 ou fora do instrumento, tal como o dispositivo de computação 2-120 mostrado na Figura 2-1B.

[00237] Um dispositivo integrado pode parecer como apresentado na Figura 2-2. Estrutura eletrônica, ótica, e estruturas relativas podem todas ser incorporadas em um único substrato 2-200. O dispositivo integrado pode incluir uma rede de pixels de fonte ativa 2-205 e um circuito eletrônico integrado. O circuito eletrônico integrado pode incluir um circuito de acionamento e leitura 2-215 acoplado nos sensores da rede de pixels, e circuito de processamento de sinal. O circuito de processamento de sinal pode incluir conversores analógico para digital 2-217 e uma ou mais redes de portas programáveis no campo e/ou processadores de sinal digital 2-219. Algumas modalidades podem ter mais componentes de circuito, e some modalidades podem ter menos componentes de circuito integrados no substrato. Apesar dos componentes do dispositivo integrado serem apresentados em um único nível na Figura 2-2, os componentes podem ser fabricados em múltiplos níveis sobre o substrato 2-200.

[00238] Em algumas modalidades, podem existir elementos óticos (não mostrados) localizados no dispositivo integrado que estão dispostos para guiar e acoplar a energia de excitação de uma ou mais fontes de excitação nos poços de amostra. Tais elementos de fonte para poço podem incluir estruturas plasmônicas e outras estruturas microfabricadas localizadas adjacentes aos poços de amostra. Além disso, em algumas modalidades, podem existir elementos óticos localizados no dispositivo integrado que estão configurados para guiar a energia de emissão do poços de amostra para sensores correspondentes. Tais elementos de poço para amostra podem incluir estruturas plasmônicas e outras estruturas microfabricadas localizadas adjacentes aos poços de amostra. Em algumas modalidades, um único componente pode desempenhar um papel tanto no acoplamento da energia de excitação para um poço de amostra quanto fornecer energia de emissão do poço de amostra para um sensor correspondente.

[00239] Em algumas implementações, um dispositivo integrado pode incluir mais de um tipo de fonte de excitação que é utilizada para excitar amostras em um poço de amostra. Por exemplo, podem existir múltiplas fontes de excitação configuradas para produzir múltiplas energias de excitação ou comprimentos de onda para excitar uma amostra. Em algumas modalidades, uma única fonte de excitação pode estar configurada para emitir múltiplos comprimentos de onda que são utilizados para excitar amostras dentro dos poços de amostra. Em algumas modalidades, cada sensor em um pixel do dispositivo integrado pode incluir múltiplos sub-sensores configurados para detectar diferentes características de energia de emissão da amostra.

[00240] Em operação, análises de amostras paralelas dentro dos poços de amostra são executadas excitando as amostras dentro dos poços utilizando a fonte de excitação e detectando sinais de emissão de amostra com os sensores. A energia de emissão de uma amostra pode ser detectada por um sensor correspondente e convertida para pelo menos um sinal elétrico. O sinal, ou sinais resultantes, podem ser processados no dispositivo integrado em algumas modalidades, ou transmitidos para o instrumento para processamento pelo dispositivo de processamento e/ou dispositivo de computação. Os sinais de um poço de amostra podem ser recebidos e processados independentemente de sinais associados com os outros pixels.

[00241] Quando uma fonte de excitação fornece energia de excitação para um poço de amostra, pelo menos uma amostra dentro do poço pode luminescer, e a emissão resultante pode ser detectada por um sensor. Como aqui utilizado, as frases "uma amostra pode luminescer" ou "uma amostra pode emitir radiação"ou "emissão de uma amostra" significam que uma etiqueta luminescente, marcador, ou reportador, a própria amostra, ou um produto de reação associado com a amostra podem produzir a radiação emitida.

[00242] Em algumas modalidades, amostras podem ser identificadas com uma ou mais etiquetas, e a emissão associada com as etiquetas é discernível pelo instrumento. Por exemplo, os componentes do dispositivo integrado podem afetar a emissão de um poço de amostra para produzir uma padrão de distribuição de emissão espacial que é independente do comprimento de onda de emissão. Um sensor correspondente para o poço de amostra pode estar configurado para detectar os padrões de distribuição espacial de um poço de amostra e produzir sinais que diferenciam entre os diferentes comprimentos de onda de emissão, como abaixo descrito em mais detalhes.

111. DISPOSITIVO INTEGRADO

[00243] O dispositivo integrado estar configurado para receber energia de excitação de uma fonte de energia de excitação externa. Em algumas modalidades, uma região do dispositivo pode ser utilizada para acoplar a uma fonte de energia de excitação localizada fora do dispositivo integrado. Os componentes do dispositivo integrado podem guiar energia de excitação da região de acoplamento de fonte de excitação para pelo menos um pixel. Em algumas modalidades, pelo menos uma guia de onda pode estar configurada para fornecer energia de excitação para pelo menos um pixel que tem um poço de amostra. Uma amostra localizada dentro do poço de amostra pode emitir energia de emissão em resposta a ser iluminada com energia de excitação. Um ou mais sensores localizados dentro do pixel estão configurados para receber a energia de emissão.

A. REGIÃO DE ACOPLAMENTO DE FONTE DE EXCITAÇÃO

[00244] Em algumas modalidades, o dispositivo integrado tem uma região de acoplamento de fonte de excitação configurado para acoplar com uma fonte de energia de excitação externa e guiar a excitação na direção de pelo menos um pixel em uma área de pixel do dispositivo integrado. Qualquer mecanismo adequado para acoplar a energia de excitação em uma guia de onda pode ser utilizado. A energia de excitação de uma fonte de excitação externa pode ser acoplada a uma guia de onda através de acoplamento de borda. Como um exemplo ilustrado na Figura 4-1A, uma fibra ótica 4-106, configurada para propagar a energia de excitação, está posicionada para acoplar com uma guia de onda 4-104 no dispositivo integrado 4-102. O alinhamento da fibra ótica 4-106 com a guia de onda 4-104 pode ser monitorado de modo a conseguir o acoplamento de energia de excitação provido pela fibra ótica para a guia de onda.

[00245] Além disso ou alternativamente, a região de acoplamento de fonte de excitação pode incluir componentes estruturais configurados para acoplar com uma fonte de excitação externa. Tais componentes estruturais podem incluir um acoplador de grade e uma guia de onda com uma região afinada. Em tais modalidades, a fonte de excitação pode estar posicionada para acoplar energia de excitação através do acoplador de grade para a guia de onda afinada. As características do acoplador de grade, tal como o tamanho, forma, e/ou configurações de grade podem ser formadas para aperfeiçoar o acoplamento da energia de excitação da fonte de excitação para a guia de onda. Além disso, o afinamento na guia de onda pode ser formado para aperfeiçoar a propagação de energia de excitação para dentro da guia de onda. Tal combinação de acoplador de grade e afinamento de guia de onda pode permitir mais tolerância no alinhamento e posicionamento da fonte de excitação com o dispositivo integrado. Como um exemplo ilustrado na Figura 4-1B, o dispositivo integrado 4-112 pode incluir um acoplador de grade 4-116 e uma guia de que tem um afinamento 4-114 localizados em um região de acoplamento de fonte de excitação. A fibra ótica 4-120 pode estar posicionada e alinhada com o acoplador de grade 4-116 de modo a acoplar a energia de excitação na guia de onda.

[00246] Uma fonte de excitação pode ser formada sobre uma região de acoplamento de fonte de excitação do dispositivo integrado. A região de acoplamento de fonte de excitação pode ser separada e/ou lateralmente deslocada dos pixels do dispositivo integrado em uma área de rede de pixels. A área de rede de pixels compreende uma pluralidade de pixels, cada pixel estando associado com pelo menos uma guia de onda da qual este receberá a luz de excitação. As guias de onda no dispositivo integrado podem acoplar com a fonte de excitação e ser configuradas para fornecer a energia de excitação para pelo menos um poço de amostra na rede de pixels. Opcionalmente, as guias de onda podem incluir uma área de conversão de frequência para executar uma geração de segundo harmônico, uma geração de terceiro harmônico, ou geração de frequência de soma para converter o comprimento de onda da luz emitida da fonte de excitação. Como ilustrado na Figura 4-2, o dispositivo integrado 4-202 inclui uma área de acoplamento de fonte de excitação 4-206 e uma área de rede de pixels 4-210. Uma pluralidade de pixels está localizada dentro da área de rede de pixels do dispositivo integrado. As guias de onda 4-204 estão formadas para conectar a área de acoplamento de fonte de excitação 4-206 na área de rede de pixels 4-210. Uma fonte de excitação posicionada sobre a área de acoplamento de fonte de excitação pode acoplar energia de excitação a pelo menos uma guia de onda a qual está posicionada para fornecer energia de excitação para dentro de um ou mais poços de amostra localizados na área de rede de pixels. Em algumas modalidades, uma área de conversão de frequência 4-208 pode estar localizada entre a área de acoplamento de fonte de excitação 4-206 e a área de rede de pixels 4210. A área de conversão de frequência 4-208 pode converter o comprimento de onda da luz emitida pela fonte de excitação para outro comprimento de onda.

[00247] A Figura 4-3A é um exemplo de um esquema em seção transversal da área de fonte de excitação de um dispositivo integrado 4- 302a. Neste exemplo, uma fonte de excitação 4-306 está posicionada sobre uma porção de uma guia de onda 4-304a no dispositivo integrado 4-302a. O posicionamento e alinhamento relativos da fonte de excitação 4-306 com a guia de onda 4-304a permite o acoplamento de energia de excitação emitida pela fonte de excitação com a guia de onda. A guia de onda pode estar configurada para guiar energia de excitação na direção de pelo menos um pixel no dispositivo integrado. Apesar da Figura 4-3a ilustrar um único acoplamento de fonte de excitação a uma única guia de onda, qualquer número e disposição adequados de fontes de excitação e/ou guias de onda pode ser provido na área de acoplamento de fonte de excitação. Por exemplo, uma fonte de excitação pode acoplar a uma pluralidade de guias de onda. Além disso ou alternativamente, uma pluralidade de fontes de excitação pode acoplar a uma ou mais guias de onda. Uma pluralidade de fontes de excitação pode ser utilizada para excitar um ou mais marcadores ou amostras.

[00248] A Figura 4-3B ilustra uma vista em seção transversal exemplar de uma região de pixel em uma área de rede de pixels de um dispositivo integrado 4-302b. O pixel mostrado na Figura 4-3B inclui um poço de amostra 4-308 formado em uma camada de material de poço de amostra 4-316 e sensores 4-310a e 4-310b. Uma guia de onda 4304b está posicionada na proximidade do poço de amostra 4-308 para acoplar a energia de excitação provida por uma fonte de excitação localizada na área de acoplamento de fonte de excitação com o poço de amostra 4-308. Os sensores 4-310b e 4-310a estão posicionados dentro da região de pixel alinhados com o poço de amostra 4-308 para receber a energia de emissão emitida por uma amostra localizada dentro do poço de amostra 4-308. Apesar de dois sensores serem mostrados neste exemplo, como será adicionalmente discutido, qualquer número e disposição adequados de sensores pode estar posicionado dentro de uma região de pixel. Além disso ou alternativamente, pode existir mais do que uma guia de onda configurada para fornecer energia de excitação para um poço de amostra dentro de um pixel.

[00249] Como um exemplo, lasers de emissão de superfície de cavidade vertical (VCSELs), como a fonte de excitação, podem ser formados sobre a área de acoplamento de fonte de excitação. A área de fonte de excitação inclui uma pluralidade de VCSELs posicionados acima de uma guia de onda correspondente. Os VCSELs emitem luz de excitação, a qual é então acoplada a uma guia de onda e a guia de onda direciona a luz de excitação na direção da área de rede de pixels, onde cada guia de onda acopla uma porção da luz de excitação para cada pixel associado com a guia de onda. A guia de onda está posicionada para direcionar a luz de excitação na direção de pelo menos um poço de amostra. Em algumas modalidades, uma fila ou uma coluna de pixels está associada com um única guia de onda. Em algumas instâncias, uma área de conversão de frequência pode criar luz de um diferente comprimento de onda do que a luz emitida dos VCSELs. Por exemplo, a área de conversão de frequência pode converter a luz emitida pelos VCSELs para uma luz de um comprimento de onda mais curto. Em outras modalidades, a área de conversão de frequência pode converter a luz emitida dos VCSELs para uma luz que tem um comprimento de onda mais longo.

[00250] Uma pluralidade de fontes de excitação pode ser utilizada para prover energia de excitação para pixels localizados sobre um dispositivo integrado. Em algumas modalidades, cada fila de pixels pode ser iluminada por uma guia de onda acoplada a uma da pluralidade de fontes de excitação. Como ilustrado na Figura 4-4, múltiplas fontes de excitação 4-406a, 4-406b, e 4-406c podem acoplar nas guias de onda configuradas para carregar a energia de excitação na direção dos pixels 4-412 localizados sobre um dispositivo integrado 4-402. Qualquer configuração adequada para fontes de excitação, guias de onda, e disposição de pixels pode ser utilizada. Uma configuração exemplar mostrada na Figura 4-4 alterna a fonte de excitação utilizada para iluminar cada fila de pixels. Por exemplo, a fonte de excitação 4-406a acopla na primeira fila de pixels através da guia de onda 4-404a assim como a quarta fila de pixels, a sétima fila de pixels, e a décima fila de pixels através de guias de onda adicionais. Similarmente, a fonte de excitação 4-406b acopla a segunda, quinta, oitava, e décima primeira filas de pixels, tal como através da guia de onda 4-404b a qual conecta na décima primeira fila de pixels. A Fonte de excitação 4-406c acopla a terceira, sexta, nona e décima segunda filas de pixels. Em algumas modalidades, as fontes de excitação 4-406a, 4-406b, e 4-406c podem compreender múltiplas fontes de excitação. Por exemplo, em algumas modalidades com fontes de luz VCSEL, uma pluralidade de colunas de VCSELs pode ser utilizada de modo que cada VCSEL sobrepõe verticalmente com pelo menos um VCSEL de outra coluna. Cada fila de pixels é iluminada por um VCSEL separado e a coluna de VCSELs alterna para cada fila de pixels, tal como na configuração exemplar mostrada na Figura 4-4.

B. GUIA DE ONDA

[00251] Em modalidades do dispositivo integrado com guias de onda, as guias de onda podem ser projetadas em qualquer modo adequado para fornecer energia de excitação para um ou mais poços de amostra. A guia de onda pode atuar como um barramento, acoplando energia de excitação para uma pluralidade de pixels. Conforme a energia de excitação propaga ao longo de uma guia de onda associada com um ou mais poços de amostra, uma porção da energia de excitação pode ser fornecida para o(s) poço(s) de amostra. Uma única guia de onda pode fornecer energia de excitação para uma fila ou coluna de pixels no dispositivo integrado. uma guia de onda pode carregar um modo ótico que tem uma cauda evanescente que estende para dentro de um poço de amostra e/ou em uma região próxima do poço de amostra. Estruturas de acoplamento de energia adicionais localizadas próximas do poço de amostra podem acoplar energia da cauda evanescente para dentro do poço de amostra. Alternativamente ou além disso, estruturas podem estar incluídas para direcionar energia da guia de onda na direção da vizinhança do poço de amostra.

[00252] A posição e disposição da guia de onda com relação a outros componentes em um pixel dos dispositivos integrados podem estar configuradas para aperfeiçoar o acoplamento de energia de excitação na direção do poço de amostra, aperfeiçoar o coletamento de energia de emissão pelo sensor, e/ou reduzir o ruído de sinal introduzida pela energia de excitação. Uma guia de onda pode estar dimensionada e localizada adjacente a um poço de amostra de modo a reduzir a interferência com a energia de emissão emitida do poço de amostra. Por exemplo, a largura da guia de onda pode ser aumentada de modo que a emissão de um poço de amostra igualmente passe através dos mesmos materiais conforme esta propaga para o sensor do pixel. Em algumas implementações, a distância entre o poço de amostra e a guia de onda e a espessura de guia de onda podem ser selecionadas para minimizar as reflexões das interfaces de material de guia de onda. A distância e a espessura dependeram dos índices refrativos da guia de onda e material circundante. Em algumas modalidades, a canada de guia de onda está composta de nitreto de silício com um índice refrativo de aproximadamente 1,90 e uma espessura de aproximadamente 100 nm, e o material circundante é o dióxido de silício com um índice refrativo de aproximadamente 1,46. De acordo com algumas modalidades, a reflexão de energia de emissão pela guia de onda pode ser reduzida para menos de aproximadamente 5% em algumas modalidades, menos de aproximadamente 2% em algumas modalidades, e ainda menos de aproximadamente 1% em algumas modalidades.

[00253] A guia de onda pode passar através de um pixel e estar localizada entre o poço de amostra e o sensor, como mostrado no dispositivo integrado exemplar da Figura 4-3B. No entanto, em algumas modalidades, o poço de amostra pode estar localizado entre a guia de onda e o sensor. Uma guia de onda pode estar alinhada, por exemplo, centro a centro com o sensor de modo que o centro guia de onda fique substancialmente alinhado com o centro do poço de amostra. Em algumas modalidades, a guia de onda pode estar deslocada de um alinhamento de centro para centro com o poço de amostra. Em algumas modalidades, duas guias de onda substancialmente paralelas podem fornecer energia de excitação de um mesmo comprimento de onda ou diferente comprimentos de onda para um pixel, e o poço de amostra pode estar localizado entre as duas guias de onda. Em algumas modalidades, uma pluralidade de guias de onda em diferente níveis dentro do dispositivo integrado pode direcionar a energia de excitação na direção da vizinhança de um ou mais poços de amostra localizados sobre o dispositivo integrado.

[00254] Uma guia de onda pode estar dimensionada para suportar um único modo de radiação transversal ou pode estar dimensionada para suportar múltiplo modos de radiação transversal. Em algumas implementações, uma guia de onda pode ter seções altamente refletivas formadas sobre suas extremidades, de modo que esta suporte um modo posicionado longitudinal dentro da guia de onda. Em algumas modalidades, as seções altamente refletivas compreendem uma única, superfície altamente refletiva. Em outras modalidades, as seções altamente refletivas compreendem múltiplas estruturas refletivas que, em agregado, resultam em uma alta refletância. As guias de onda podem estar configuradas para dividir a energia de excitação de uma única fonte de excitação que tem uma intensidade de saída mais alta utilizando divisores de feixe de guia de onda para criar uma pluralidade de feixes de energia de excitação de uma única fonte de excitação. Tais divisores de feixe podem incluir mecanismos de acoplamento evanescente.

[00255] Um ou mais parâmetros da guia de onda podem ser selecionados para propagar um ou mais comprimentos de onda de energia de excitação. O material tanto da guia de onda e quanto o material circundante podem ser selecionados para aperfeiçoar a propagação de energia de excitação através da guia de onda. Exemplos de uma guia de onda 4-304b e material circundante 4-318 estão mostrados na Figura 4-3B. O material para ou a guia de onda ou o material circundante pode ser selecionado para índices de refração específicos ou combinação de índices de refração. Os materiais de guia de onda exemplares incluem o nitreto de silício (SixNy), oxinitreto de silício, carbureto de silício, óxido de tântalo (TaO2), dióxido de alumínio. Materiais circundantes de guia de onda exemplares incluem o dióxido de silício (SiO2) e óxido de silício. Uma combinação de materiais pode ser selecionada para ou a guia de onda e/ou o material que circunda a guia de onda. Em algumas modalidades, as guias de onda são feitas de nitreto de silício circundado por dióxido de silício.

[00256] Além disso, as dimensões da guia de onda podem ser selecionadas para aperfeiçoar a propagação de energia de excitação. Como uma modalidade exemplar, uma guia de onda pode ter uma largura de seção transversal de aproximadamente 0,5 μm e uma altura de seção transversal de aproximadamente 0,1 μm, e estar posicionada aproximadamente 0,5 μm abaixo da camada de poço de amostra aproximadamente 0,5 μm e uma altura de seção transversal de aproximadamente 0,1 μm, e estar posicionada aproximadamente 0,5 μm abaixo da camada de poço de amostra. Em algumas instâncias, uma guia de onda pode estar posicionada aproximadamente 0,5 μm abaixo da camada de poço de amostra. Em outra modalidade exemplar, uma guia de onda pode ter uma largura de seção transversal de aproximadamente 1 μm e uma altura de seção transversal 0,18 μm, e estar posicionada 0,3 μm abaixo da camada de poço de amostra.

C. POÇO DE AMOSTRA

[00257] De acordo com algumas modalidades, um poço de amostra 5-210 pode ser formado em um ou mais pixels de um dispositivo integrado. Um poço de amostra pode compreender um pequeno volume ou região formado em uma superfície de um substrato 5-105 e disposto de modo que as amostras 5-101 possam difundir para dentro e para fora do poço de amostra de um espécime depositado sobre a superfície do substrato, como apresentado na Figura 5-1. Em várias modalidades, um poço de amostra 5-210 pode estar disposto para receber energia de excitação de uma fonte de excitação 5-240. As amostras 5-101 que difundem para dentro do poço de amostra podem retidas, temporária-mente ou permanentemente, dentro da região de excitação 5-215 do poço de amostra por um aderente 5-211. Na região de excitação, uma amostra pode ser excitada pela energia de excitação (por exemplo, radiação de excitação 5-247), e subsequentemente emitir radiação que pode ser observada e avaliada para caracterizar a amostra.

[00258] Em detalhes adicionais de operação, pelo menos uma amostra 5-101 a ser analisada pode ser introduzida em um poço de amostra 5-210, por exemplo, de um espécime (não mostrado) que contém uma suspensão de fluido de amostras. A energia de uma fonte de excitação 5-240 sobre o substrato pode excitar a amostra ou pelo menos uma etiqueta (também referida como um marcador biológico, reportador, ou sonda) presa na amostra ou de outro modo associada com a amostra enquanto esta está dentro de uma região de excitação 5-215 dentro do poço de amostra. De acordo com algumas modalidades, uma etiqueta pode ser uma molécula luminescente (por exemplo, uma etiqueta ou sonda luminescente) ou ponto de quantum. Em algumas implementações, podem existir mais do que uma etiqueta que é utilizada para analisar uma amostra (por exemplo, etiquetas distintas que são utilizadas para sequenciamento genético de molécula única- como descrito em "Real-Time DNA Sequencing from Single Polymerase Molecules,” by J. Eid, et al., Science 323, p. 133 (2009), o qual está incorporado por referência). Durante e/ou após excitação, a amostra ou etiqueta pode emitir energia de emissão. Quando múltiplas etiquetas são utilizadas, estas podem emitir em diferentes energias características e/ou emitir com diferentes características temporais. As emissões do poço de amostra podem radiar ou de outro modo se deslocar para um sensor 5-260 onde estas são detectadas e convertidas em sinais elétricos que podem ser utilizados para caracterizar a amostra.

[00259] De acordo com algumas modalidades, um poço de amostra 5-210 pode ser uma estrutura parcialmente fechada, como apresentado na Figura 5-2. Em algumas implementações, um poço de amostra 5-210 compreende um furo ou abertura dimensionado submícron (caracterizado por pelo menos uma dimensão transversal Dsw) formada em pelo menos uma camada de material 5-230. Em alguns casos, o furo pode ser referido como uma "nanoabertura". A dimensão transversal do poço de amostra pode estar entre aproximadamente 20 nanômetros e aproximadamente 1 mícron, de acordo com algumas modalidades, apesar de que maiores e menores tamanhos podem ser utilizados em algumas implementações. Um volume do poço de amostra 5-210 pode estar entre aproximadamente 10-21 litros e aproximadamente 10-15 litros, em algumas implementações. Um poço de amostra pode ser formado como uma guia de onda que pode, ou não, suportar um modo de propagação. Em algumas modalidades, um poço de amostra pode ser formado como uma nanoabertura que tem uma forma cilíndrica (ou outra forma) com um diâmetro (ou maior dimensão transversal) Dsw. Quando o poço de amostra é uma estrutura de guia de onda que não suporta um modo de propagação para um comprimento de onda de radiação selecionado incidente sobre a estrutura de guia de onda, então o poço de amostra. Em tais instâncias, o poço de amostra pode atuar como uma guia de onda de modo zero (ZMW) quando o poço de amostra. Uma ZMW pode ser formada em uma única camada metálica como um furo de nanoescala que não suporta um modo ótico de propagação através do furo.

[00260] Como o poço de amostra 5-210 tem um pequeno volume, a detecção de eventos de amostra única (por exemplo, eventos de molécula única) em cada pixel pode ser possível mesmo que as amostras possam ser concentradas em um espécime examinado em concentrações que são similares àquelas encontradas em ambientes naturais. Por exemplo, concentrações micromolares da amostra podem estar presentes em um espécime que é colocado em contato com o dispositivo integrado, mas no nível de pixel somente aproximadamente uma amostra (ou evento de molécula única) pode estar dentro de um poço de amostra em qualquer dado tempo. Estatisticamente, alguns poços de amostra podem não conter amostras e alguns podem conter mais de uma amostra. No entanto, um número apreciável de poços de amostra pode conter uma única amostra, de modo que esta análise de molécula única possa ser executada em paralelo para um grande número de pixels. Os poços de amostra do dispositivo integrado estão dimensionados de modo que estatisticamente estes mais provávelmentenão contêm amostra ou contém uma amostra, de modo que análise de molécula única pode ser executada. No entanto, os poços de amostra podem conter mais de uma amostra. Como os eventos de molécula única ou amostra única podem ser analisados em cada pixel, o dispositivo integrado torna possível detectar raros eventos que podem de outro modo passar despercebido em médias de conjunto.

[00261] Uma dimensão transversal Dsw de um poço de amostra pode estar entre aproximadamente 500 nanômetros (nm) e aproximadamente um mícron em algumas modalidades, entre aproximadamente 250 nm e aproximadamente 500 nm em algumas modalidades, entre aproximadamente 100 nm e aproximadamente 250 nm em algumas modalidades, e ainda entre aproximadamente 20 nm e aproximadamente 100 nm em algumas modalidades. De acordo com algumas implementações, uma dimensão transversal de um poço de amostra está entre aproximadamente 80 nm e aproximadamente 180 nm, ou entre aproximadamente um quarto e um oitavo do comprimento de onda de excitação ou comprimento de onda de emissão. De acordo com outras implementações, uma dimensão transversal de um poço de amostra está entre aproximadamente 120 nm e aproximadamente 170 nm. Em algumas modalidades, a profundidade ou altura do poço de amostra 5-210 pode estar entre aproximadamente 50 nm e aproximadamente 500 nm. Em algumas implementações, a profundidade ou altura do poço de amostra 5-210 pode estar entre aproximadamente 80 nm e aproximadamente 250 nm.

[00262] Um poço de amostra 5-210 que tem uma dimensão transversal subcomprimento de onda, pode aperfeiçoar a operação de um pixel 5-100 de um dispositivo integrado em pelo menos dois modos. Por exemplo, a energia de excitação incidente sobre o poço de amostra de um lado oposto ao espécime pode acoplar na região de excitação 5215 com uma energia potencialmente decrescente, e não propagar através do poço de amostra para o espécime. Como um resultado, a energia de excitação é aumentada na região de excitação onde exta excita uma amostra de interesse, e é reduzida no espécime onde esta excitaria outras amostras que contribuiriam para o ruído de fundo. Também, a emissão de uma amostra retida em uma base do poço (por exemplo, mais próxima do sensor 5-260) é de preferência direcionada para o sensor, já que a emissão que propaga para acima através do poço de amostra é altamente suprimida. Ambos estes efeitos podem aperfeiçoar a razão de sinal para ruído no pixel. Os inventores reconheceram diversos aspectos do poço de amostra que podem ser aperfeiçoados para adicionalmente intensificar os níveis de sinal para ruído no pixel. Estes aspectos referem-se à forma e estrutura de poço de amostra, e também a estruturas óticas plasmônicas adjacentes (abaixo descritas) que ajudam a acoplar a energia de excitação no poço de amostra e a radiação emitida do poço de amostra.

[00263] De acordo com algumas modalidades, um poço de amostra 5-210 pode ser formado como uma nanoabertura configurada para não suportar um modo de propagação comprimentos de onda específicos de interesse. Em algumas instâncias, a nanoabertura está configurada onde todos os modos estão abaixo de um comprimento de onda limite e a abertura maa de nanoabertura de subcorte (SCN). Por exemplo, o poço de amostra 5-210 pode compreender um furo ou abertura cilindricamente formado em uma camada condutiva. A seção transversal de um poço de amostra não precisa ser redonda, e pode ser elíptica, quadrada, retangular, ou poligonal em algumas modalidades. A energia de excitação 5-247 (por exemplo, radiação visível ou próximo de infravermelho) pode entrar no poço de amostra através de uma abertura de entrada 5-212 que pode ser definida por paredes 5-214 do poço de amostra em uma primeira extremidade do poço, como apresentado na Figura 5-2. Quando formada como uma SCN, a energia de excitação pode decair exponencialmente ao longo de um comprimento da nanoabertura (por exemplo na direção do espécime). Em algumas implementações, a guia de onda pode compreender uma SCN para emitir radiação da amostra, mas pode não ser uma SCN para a energia de excitação. Por exemplo, a abertura e guia de onda formadas pelo poço de amostra pode ser grande o bastante para suportar um modo de propagação para a energia de excitação, já que esta pode ter um comprimento de onda mais curto do que a radiação emitida. A emissão, em um comprimento de onda, mais longo pode estar além de um comprimento de onda de corte para um modo de propagação na guia de onda. De acordo com algumas modalidades, o poço de amostra 5210 pode compreender uma SCN para a energia de excitação, de modo que a maior intensidade de energia de excitação esteja localizada em uma região de excitação 5-215 do poço de amostra em uma entrada para o poço de amostra 5-210 (por exemplo, localizada próximo da interface entre a camada 5-235 e a camada 5-230 como apresentado no desenho). Tal localização da energia de excitação pode aperfeiçoar a localização de energia de emissão da amostra, e limitar a emissão observada que emitiu de uma única amostra (por exemplo, uma única molécula).

[00264] Um exemplo de localização de excitação próxima de uma entrada de uma SCN está apresentado na Figura 5-3. Uma simulação numérica foi executada para determinar a intensidade de radiação de excitação dentro e próximo de um poço de amostra 5-210 formado como uma SCN. Os resultados mostram que a intensidade da radiação de excitação é aproximadamente 70% da energia incidente em uma abertura de entrada do poço de amostra e cai para aproximadamente 20% da intensidade incidente dentro de aproximadamente 100 nm dentro do poço de amostra. Para esta simulação, o comprimento de onda característico da energia de excitação era 633 nm e o diâmetro do poço de amostra 5-210 era 140 nm. O poço de amostra 5-210 era formado em uma camada de metal de ouro. Cada divisão horizontal no gráfico tem 50 nm. Como mostrado pelo gráfico, mais da metade da energia de excitação recebida dentro do poço de amostra está localizada a aproximadamente 50 nm dentro da abertura de entrada 5212 do poço de amostra.

[00265] Para aperfeiçoar a intensidade de energia de excitação que está localizada no poço de amostra, outras estruturas de poço de amostra foram desenvolvidas e estudadas pelos inventores. A Figura 54 apresenta uma modalidade de um poço de amostra que inclui uma cavidade ou depressão 5-216 em uma extremidade de excitação do poço de amostra. Como pode ser visto nos resultados de simulação da Figura 5-3, uma região de intensidade de excitação mais alta existe logo antes da abertura de entrada 5-212 do poço de amostra. Adicionando uma depressão 5-216 ao poço de amostra permite que a amostra mova para uma região de intensidade de excitação mais alta, de acordo com algumas modalidades. Em algumas implementações, a forma e a estrutura da depressão altera o campo de excitação local (por exemplo, devido a uma diferença em índice refrativo entre a camada 5-235 e o fluido dentro do poço de amostra), e pode ainda aumentar a intensidade da energia de excitação dentro da depressão.

[00266] A depressão pode ter qualquer forma adequada. A depressão pode ter uma forma transversal que é substancialmente equivalente a uma forma transversal do poço de amostra, por exemplo, redonda, elíptica, quadrada, retangular, poligonal, etc. Em algumas modalidades, as paredes laterais da depressão podem substancialmente retas e verticais, como as paredes do poço de amostra. Em algumas implementações, as paredes laterais da depressão podem ser inclinadas e/ou curvas, como apresentado no desenho. A dimensão transversal da depressão pode ter aproximadamente o mesmo tamanho que a dimensão transversal do poço de amostra em algumas modalidades, pode ser menor do que a dimensão transversal do poço de amostra em algumas modalidades, ou pode ser maior do que a dimensão transversal do poço de amostra em algumas modalidades. A depressão 5-216 pode estender entre aproximadamente 10 nm e aproximadamente 200 nm além do poço de amostra. Em algumas implementações, a depressão pode estender entre aproximadamente 50 nm e aproximadamente 150 nm além do poço de amostra. Formando a depressão, a região de excitação 5-215 pode estender fora do poço de amostra, como apresentado na Figura 5-4.

[00267] A Figura 5-5 apresenta um aperfeiçoamento de energia de excitação na região de excitação para um poço de amostra que contém uma depressão (mostrada na imagem de simulação esquerda). Para comparação, o campo de excitação está também simulado para um poço de amostra sem uma depressão, mostrado na direita. A magnitude de campo foi convertida de uma renderização de cor nestes gráficos, e a região escura na base da depressão representa uma intensidade mais alta do que a região clara dentro do poço de amostra. As regiões escuras acima do poço de amostra representam a intensidade mais baixa. Como pode ser visto, a depressão permite que uma amostra 5101 mova para uma região de intensidade de excitação mais alta, e a depressão também aumenta a localização de região de intensidade mais alta em uma extremidade de excitação do poço de amostra. Note que a região de alta intensidade está mais distribuída para o poço de amostra sem a depressão. Em algumas modalidades, a depressão 5216 provê um aumento em energia de excitação na região de excitação por um fato de dois ou mais. Em algumas implementações, um aumento de mais do que um fator de dois pode ser obtido dependendo da forma e profundidade da depressão. Nestas simulações, a camada que contém o poço de amostra inclui alumínio e tem uma espessura de aproximadamente 100 nm, a depressão tem uma profundidade de aproximadamente 50 nm, e o comprimento de onda de energia de excitação é 635 nm.

[00268] A Figura 5-6 apresenta outra modalidade de um poço de amostra 5-210 na qual o poço de amostra está formado dentro de uma protrusão 5-615 em uma superfície de um substrato. A estrutura resultante do poço de amostra pode aumentar a energia de excitação na amostra por mais do que um fator de dois comparado com um poço de amostra mostrado na Figura 5-1, e pode condensar a emissão do poço de amostra para um sensor 5-260. De acordo com algumas modalidades, uma protrusão 5-615 está padronizada em uma primeira camada 5-610 de material. Em algumas modalidades, a protrusão compreende uma guia de onda. A protrusão pode ser formada como uma crista com uma seção transversal retangular em algumas implementações, e uma segunda camada 5-620 de material sendo depositada sobre a primeira camada e a protrusão. Na protrusão, a segunda camada pode formar uma forma acima da protrusão que se aproxima de uma porção cilíndrica 5-625, como apresentado. Em algumas modalidades, uma camada condutiva 5-230 (por exemplo, um metal refletivo) pode estar depositada sobre a segunda camada 5-620 e padronizada para formar um poço de amostra 5-210 dentro da camada condutiva acima da protrusão. Uma depressão 5-216 pode então ser corroída dentro da segunda camada. The depressão pode estender entre aproximadamente 50 nm e aproximadamente 150 nm abaixo da camada condutiva 5-230. De acordo com algumas modalidades, a primeira camada 5-610 e a segunda camada 5-620 podem ser oticamente transparente, e podem ou não ser formadas de um mesmo material. Em algumas implementações, a primeira camada 5-610 pode ser formada de um óxido de (por exemplo, SiO2) ou um nitrito (por exemplo, Si3N4), e a segunda camada 5-620 pode ser formada de um óxido de ou um nitrito.

[00269] De acordo com algumas modalidades, a camada condutiva 5-230 acima da protrusão 5-625 está formada aproximadamente como um refletor cilíndrico 5-630. A forma da porção cilíndrica pode ser controlada pela seleção da altura de protrusão h, largura ou dimensão transversal w da protrusão, e uma espessura t da segunda camada 5620. A localização da região de excitação e a posição da amostra podem ser ajustadas com relação a um ponto focal ótico do refletor cilíndrico pela seleção da profundida de depressão d. Pode ser apreciado que o refletor cilíndrico 5-630 pode concentrar a energia de excitação na região de excitação 5-215, e pode também coletar a radiação emitida de uma amostra e refletir e concentrar a radiação na direção da sensor 5-260.

[00270] Como acima notado, um poço de amostra pode ser formado em qualquer forma adequada, e não está limitado a somente formas cilíndricas. Em algumas implementações, um poço de amostra pode ser cônico, tetraedro, pentaedro, etc. A Figura 5-7A - Figura 5-7F ilustram algumas formas e estruturas de poço de amostra exemplares que pode ser utilizadas em algumas modalidades. Um poço de amostra 5-210 pode ser formado para ter uma abertura de entrada 5-212 que é maior do que uma abertura saída 5-218 para a energia de excitação, de acordo com algumas modalidades. As paredes laterais do poço de amostra podem ser afinadas ou curvas. Formando um poço de amostra deste modo pode admitir mais energia de excitação para a região de excitação, porem ainda uma energia de excitação apreciavelmente atenuada que se desloca na direção do espécime. Além disso, a emissão radiada por uma amostra pode de preferência radiar na direção da extremidade do poço de amostra com a maior abertura, devido a uma transferência de energia favorável nesta direção.

[00271] Em algumas modalidades, a depressão 5-216 pode ter uma menor dimensão transversal do que a base do poço de amostra, como apresentado na Figura 5-7B. Uma menor depressão pode ser formada revestindo as paredes laterais do poço de amostra com uma camada de sacrifício antes de corroer a depressão, e subsequentemente removendo a camada de sacrifício. Um menor depressão pode ser formada para reter uma amostra em uma região que é mais equidistante das paredes condutivas do poço de amostra. Retendo a amostra equidistante das paredes do poço de amostra pode reduzir efeitos indesejáveis das paredes de poço de amostra sobre a amostra radiante, por exemplo, extinção de emissão, e/ou alteração de tempos de vida de radiação.

[00272] As Figuras 5-7C e 5-7D apresentam outra modalidade de um poço de amostra. De acordo com esta modalidade, um poço de amostra 5-210 pode compreender estruturas de melhoramento de energia de excitação 5-711 e um aderente 5-211 formado adjacente às estruturas de melhoramento de energia de excitação. As estruturas de melhoramento de energia 5-711 podem compreender plasmon de superfície ou estruturas de nanoantena formados em material condutivo sobre uma camada oticamente transparente 5-235, de acordo com algumas modalidades. A Figura 5-7C apresenta uma vista em elevação do poço de amostra 5-210 e estrutura próxima, e a Figura 5-7D apresenta uma vista plana. As estruturas de melhoramento de energia de excitação 5711 podem ser formadas e dispostas para melhorar a energia de excitação em uma pequena região localizada. Por exemplo, as estruturas podem incluir condutores pontudos que têm ângulos agudos no poço de amostra que aumentam a intensidade da energia de excitação dentro de uma região de excitação 5-215. No exemplo apresentado, as estruturas de melhoramento de energia de excitação 5711 estão na forma de uma gravata borboleta. As amostras 5-101 que difundem para dentro da região podem ser retidas, temporariamente ou permanentemente, pelo aderente 5-211 e excitadas pela energia de excitação que pode ser fornecida de uma fonte de excitação 5-240 localizada adjacente ao poço de amostra 5-210. De acordo com algumas modalidades, a energia de excitação pode acionar ondas de plasmon de superfície nas estruturas de melhoramento de energia 5711. As correntes de plasmon de superfície resultantes podem produzir altos campos elétricos nos pontos agudos das estruturas 5-711, e estes altos campos podem excitar uma amostra retida na região de excitação 5-215. Em algumas modalidades, um poço de amostra 5-210 apresentado Figura 5-7C pode incluir uma depressão 5-216.

[00273] Outra modalidade de um poço de amostra está apresentado na Figura 5-7E, e mostra estrutura de melhoramento de energia de excitação 5-720 formada ao longo de paredes internas do poço de amostra 5-210. A estrutura de melhoramento de energia de excitação 5720 pode compreender um metal ou condutor, e pode ser formada utilizando uma deposição direcional inclinada (ou sombra) onde o substrato sobre o qual o poço de amostra é formado é girado durante a deposição. Durante a deposição, a base do poço de amostra 5-210 é obscurecida pelas paredes superiores do poço, de modo que o material depositado não acumula na base. A estrutura resultante 5-720 pode formar um ângulo agudo 5-722 no fundo da estrutura, e este ângulo agudo do condutor pode melhorar a energia de excitação dentro do poço de amostra.

[00274] Em uma modalidade como apresentado na Figura 5-7E, o material 5-232 no qual o poço de amostra não precisa ser um condutor, e pode ser qualquer dielétrico adequado. De acordo com algumas implementações, o poço de amostra 5-210 e a estrutura de melhoramento de energia de excitação 5-720 podem ser formados como um furo cego corroído dentro de uma camada dielétrica 5-235, e uma camada separada 5-232 não precisa ser depositada.

[00275] Em algumas implementações, uma evaporação de sombra pode ser subsequentemente executada sobre a estrutura mostrada na Figura 5-7E para depositar uma estrutura metálica ou de melhoramento de energia condutiva, por exemplo, uma estrutura trapezoidal ou cone pontudo na base do poço de amostra, como apresentado pela linha tracejada. A estrutura de melhoramento de energia pode melhorar a energia de excitação dentro do poço de amostra através de plasmons de superfície. Após a evaporação de sombra, um processo de planificação (por exemplo, uma etapa de polimento químico - mecânico ou um processo de processo de corrosão de plasma) pode ser executado para remover ou corroer de fundo o material depositado no topo do poço de amostra, enquanto deixando a estrutura de melhoramento de energia dentro do poço.

[00276] Em algumas modalidades, um poço de amostra 5-210 pode ser formado de mais do que uma única camada metálica. A Figura 5-7F ilustra um poço de amostra formado em uma estrutura de múltiplas camadas, onde diferentes materiais podem ser utilizados para as diferente camadas. De acordo com algumas modalidades, um poço de amostra 5-210 podem ser formado em uma primeira camada 5-232 (a qual pode ser um material semicondutor ou condutor), uma segunda camada 5-234 (a qual pode ser um isolante ou dielétrico), e uma terceira camada 5-230 (a qual pode ser um condutor ou semicondutor). Em algumas modalidades, um semicondutor degenerativamente dopado ou grafeno pode ser utilizado para uma camada do poço de amostra. Em algumas implementações, um poço de amostra pode formado em duas camadas, e outras implementações um poço de amostra pode ser formado em quatro ou mais camadas. Em algumas modalidades, materiais de múltiplas camadas utilizados para formar um poço de amostra podem ser selecionados para aumentar ou suprimir excitons interfaceais os quais podem ser gerados pela radiação de excitação incidente sobre o poço de amostra. Em algumas modalidades, os materiais de múltiplas camadas utilizados para formar um poço de amostra podem ser selecionados para aumentar a geração de plasmon de superfície em uma base do poço de amostra ou suprimir a radiação de plasmon de superfície em um topo do poço. Em algumas modalidades, materiais de múltiplas camadas utilizados para formar um poço de amostra podem ser selecionados para suprimir a radiação de excitação de propagar além do poço de amostra e estrutura múltiplas camadas para o espécime bruto. Em algumas modalidades, os materiais de múltiplas camadas utilizados para formar um poço de amostra podem ser selecionados para aumentar ou suprimir os excitons interfaciais os quais podem ser gerados por radiação de excitação incidente sobre o poço de amostra.

[00277] Vários materiais podem ser utilizados para formar os poços de amostra descritos modalidades acima. De acordo com algumas modalidades, um poço de amostra 5-210 pode ser formado de pelo menos uma camada de material 5-230, a qual pode compreender qualquer um de ou uma combinação de um material condutivo, um semicondutor, e um isolante. Em algumas modalidades, o poço de amostra 5-210 compreende a uma camada metálica altamente condutiva, por exemplo, ouro, prata, alumínio, cobre. Em algumas modalidades, a camada 5-230 pode compreender uma pilha de multicamada que inclui qualquer um ou uma combinação de ouro, prata, alumínio, cobre, titânio, nitreto de titânio, paládio, platina, e cromo. Em algumas implementações, outros metais pode ser utilizados além disso ou alternativamente. De acordo com algumas modalidades, um poço de amostra pode compreender uma liga tal como AlCu ou AlSi.

[00278] Em algumas modalidades, as múltiplas camadas de diferentes metais ou ligas podem ser utilizadas para formar um poço de amostra. Em algumas implementações, o material no qual o poço de amostra 5-210 é formado pode compreender camadas alternadas de metais e não metais, por exemplo, camadas alternadas de metal e um ou mais óxidos. Em algumas modalidades, o não metal pode incluir um polímero, tal como ácido fosfônico de polivinila ou um polietileno glicol (PEG)-tiol.

[00279] Uma camada 5-230 na qual um poço de amostra está formado pode ser depositada sobre ou adjacente a pelo menos uma camada oticamente transparente 5-235, de acordo com algumas modalidades, de modo que a energia de excitação (na forma de uma radiação ótica, tal como radiação visível ou próximo de infravermelho) e energia de emissão (na forma de radiação ótica, tal como uma radiação visível ou próximo de infravermelho) pode se deslocar para o e do poço de amostra 5-210 sem atenuação significativa. Por exemplo, a energia de excitação de uma fonte de excitação 5-240 pode passar através de pelo menos uma camada oticamente transparente 5-235 para a região de excitação 5-215, e a emissão da amostra pode passar através da mesma camada ou camadas para o sensor 5-260.

[00280] Em algumas modalidades, pelo menos uma superfície do poço de amostra 5-210 pode ser revestida com uma ou mais camadas 5-211, 5-280 de material que afetam a ação de uma amostra dentro do poço de amostra, como apresentado na Figura 5-8. Por exemplo, uma fina camada dielétrica 5-280 (por exemplo, alumina, nitreto de titânio ou sílica) pode ser depositada como um revestimento de passivação sobre as paredes laterais do poço de amostra. Tal revestimento pode ser implementado para reduzir a adesão de amostra de uma amostra fora da região de excitação 5-215, ou para reduzir a interação entre uma amostra e o material 5-230 no qual o poço de amostra 5-210 está formado. A espessura de um revestimento de passivação dentro do poço de amostra pode ser entre aproximadamente 5 nm e aproximadamente 50 nm, de acordo com algumas modalidades.

[00281] Em algumas implementações, um material para uma camada de revestimento 5-280 pode ser selecionado com base em uma afinidade de um agente químico para o material, de modo que a camada 5-280 possa ser tratada com uma substância química ou biológica para adicionalmente inibir a adesão de uma espécie de amostra na camada. Por exemplo, um camada de revestimento 5-280 pode compreender alumina, a qual pode ser passivada com uma camada de passivação de polifosfonato, de acordo com algumas modalidades. Revestimentos e agentes de passivação adicionais ou alternativos podem ser utilizando em algumas modalidades.

[00282] De acordo com algumas modalidades, pelo menos uma superfície de fundo do poço de amostra 5-210 e/ou depressão 5-216 pode ser tratada com um aderente químico ou biológico 5-211 (por exemplo, biotina) para prover a retenção de uma amostra. A amostra pode ser retida permanentemente ou temporariamente, por exemplo, por pelo menos um período de tempo entre aproximadamente 0,5 milissegundos e aproximadamente 50 milissegundos. Em outra modalidade, o aderente pode promover uma retenção temporária de uma amostra 5-101 por períodos mais longos. Qualquer aderente adequado pode ser utilizado em várias modalidades, e não está limitado à biotina.

[00283] De acordo com algumas modalidades, a camada de material 5-235 adjacente ao poço de amostra pode ser selecionada com base em uma afinidade de um aderente para o material desta camada. Em algumas modalidades, a passivação das paredes laterais do poço de amostra pode inibir o revestimento de um aderente sobre as paredes laterais, de modo que o aderente 5-211 preferencialmente deposita na base do poço de amostra. Em algumas modalidades, um revestimento aderente pode estender até uma porção das paredes laterais do poço de amostra. Em algumas implementações, um aderente pode ser depositado por um processo de deposição física anisotrópico (por exemplo, evaporação, crepitação), de modo que o aderente acumula na base do poço de amostra ou depressão e não apreciavelmente forma sobre as paredes laterais do poço de amostra.

[00284] Várias técnicas de fabricação podem ser empregadas para fabricar os poços de amostra 5-210 para um dispositivo integrado. Alguns processos exemplares estão abaixo descritos, mas a invenção não está limitada a somente estes exemplos.

[00285] O poço de amostra 5-210 pode ser formado por qualquer processo de micro ou nanofabricação adequado, o qual pode incluir, mas não está limitado a, etapas de processamento associadas com fotolitografia, fotolitografia de ultravioleta profundo, fotolitografia de imersão, fotolitografia de contato ótico de campo próximo, litografia EUV, litografia de raios-x, litografia de nanoimpressão, litografia interferométrica, litografia step-e-flash, litografia de feixe de elétrons de escrita direta, litografia de feixe de íons, usinagem de feixe de íons, processamento de levantamento, corrosão de íon reativo, etc. De acordo com algumas modalidades, um poço de amostra 5-210 pode ser formado utilizando fotolitografia e processamento de levantamento. Etapas de fabricação exemplares associadas com o processamento de levantamento de um poço de amostra estão apresentadas na Figura 59. Apesar da fabricação de somente um único poço de amostra ou estrutura em um pixel está tipicamente apresentada no desenhos, será compreendido que um grande número de poços de amostra ou estruturas pode ser fabricado sobre um substrato (por exemplo, em cada pixel) em paralelo.

[00286] De acordo com algumas modalidades, uma camada 5-235 (por exemplo, uma camada de óxido) sobre um substrato pode ser coberta com uma camada antirreflexão (ARC) 5-910 e fotorresistente 5920, como apresentado na Figura 5-9A. O fotorresistente pode ser exposto e padronizado utilizando fotolitografia e desenvolvimento da resistência. A resistência pode ser desenvolvida para remover as porções expostas ou porções não expostas (dependendo do tipo de resistência), deixando um pilar 5-922 que tem um diâmetro aproximadamente igual a um diâmetro desejada para o poço de amostra, como apresentado na Figura 5-9B. A altura do pilar pode ser substancialmente diferente do que uma profundidade desejada do poço de amostra. Por exemplo, a altura do pilar pode ser substancialmente maior do que uma profundidade desejada do poço de amostra.

[00287] O padrão do pilar 5-922 pode ser transferido para a camada ARC 5-910 através de corrosão de íon reativo anisotrópico (RIE), por exemplo como mostrado na Figura 5-9C. A região pode então ser revestida com pelo menos um material 5-230, por exemplo, a condutor ou metal, que é desejado para formar o poço de amostra. Uma porção do material depositado, ou materiais, forma uma capa 5-232 sobre o pilar 5-922, como apresentado na Figura 5-9D. O resistente e o ARC podem então ser destacados do substrato, utilizando um processo de remoção seletiva (por exemplo, utilizando um banho químico com ou sem agitação o qual dissolve pelo menos o resistente e libera ou "levanta" a capa). Se o ARC permanecer, este pode ser destacado do substrato utilizando uma corrosão seletiva, deixando o poço de amostra 5-210 como mostrado na Figura 5-9E. De acordo com algumas modalidades, as paredes laterais 5-214 do poço de amostra podem ser inclinadas devido à natureza da deposição do pelo menos um material 5-230.

[00288] Como aqui utilizado, uma "corrosão seletiva" significa um processo de corrosão no qual um corrosivo seletivamente corrói um material que é desejado ser removido ou corroído em uma taxa mais alta (por exemplo, pelo menos o dobro da taxa) do que o corrosivo corrói outros materiais que não pretendidos ser removidos.

[00289] Como o resistente e o ARC são tipicamente baseados em polímero, estes são considerados materiais macios os quais podem não ser adequados para formar poços de amostra que têm altas razões de aspecto (por exemplo, razões de aspecto maiores do que aproximadamente 2:1 com relação à altura para largura). Para os poços de amostra razões de aspecto mais altas, um material duro pode ser incluído no processo de levantamento. Por exemplo, antes de depositar o ARC e o fotorresistente, uma camada de um duro (por exemplo, um material inorgânico) pode ser depositado. Em algumas modalidades, uma camada de titânio ou nitreto de silício pode ser depositada. A camada de material duro deve exibir uma corrosão preferencial sobre o material, ou materiais, 5-230 nos quais o poço de amostra é formado. Após o fotorresistente ser padronizado, um padrão do pilar pode ser transferido para dentro do ARC e o material duro subjacente 5-930 gerando uma estrutura como apresentado na Figura 5-9F. O fotorresistente e ARC podem ser então destacados, o(s) material(is) 5230 depositados, e uma etapa de levantamento executada para formar o poço de amostra.

[00290] De acordo com algumas modalidades, um processo de levantamento pode ser utilizado para formar um poço de amostra que compreende estruturas de melhoramento de energia 5-711, como apresentado na Figura 5-7C e Figura 5-7D.

[00291] Um processo alternativo para formar um poço de amostra está apresentado na Figura 5-10. Neste processo, o poço de amostra pode ser diretamente corroído dentro de pelo menos um material 5-230. Por exemplo, pelo menos um material 5-230 no qual um poço de amostra deve ser formado pode ser depositado sobre um substrato. A camada pode ser coberta por uma camada ARC 5-910 e um fotorresistente 5-920, como ilustrado na Figura 5-10A. O fotorresistente pode ser padronizado para formar um furo que tem um diâmetro aproximadamente igual a um diâmetro desejado do poço de amostra, como apresentado na Figura 5-10B. O padrão do furo pode ser transferido para o ARC e através da camada 5-230 utilizado uma corrosão de íon reativo anisotrópico, como mostrado na Figura 5-10C por exemplo O resistente e o ARC podem ser destacados, gerando um poço de amostra como apresentado na Figura 5-10D. De acordo com algumas modalidades, as paredes laterais de um poço de amostra formado por corrosão dentro da camada de material 5-230 podem ser mais verticais do que paredes laterais resultam de um processo de levantamento.

[00292] Em algumas modalidades, o fotorresistente e o ARC podem ser utilizados para padronizar uma máscara dura (por exemplo, uma camada de nitreto de silício ou óxido de, não mostrada) sobre o material 5-230. O furo padronizado pode então ser transferido para a máscara dura, a qual é então utilizada para transferir o padrão para a camada de material 5-230. Uma máscara dura pode permitir profundidades de corrosão maiores dentro da camada de material 5-230, de modo a formar poços de amostra de razão de aspecto mais alta.

[00293] Será apreciado que os processos de levantamento e técnicas de fabricação de corrosão direta acima descritas podem ser utilizadas para formar um poço de amostra quando múltiplas camadas de diferentes materiais são utilizadas para formar uma pilha de material 5-230 no qual o poço de amostra está formado. Uma pilha exemplar está mostrada na Figura 5-11. De acordo com algumas modalidades, uma pilha de material pode ser utilizada para formar um poço de amostra para aperfeiçoar o acoplamento de energia de excitação na região de excitação de um poço de amostra, ou para reduzir a transmissão ou re-radiação de energia de excitação para dentro do espécime bruto. Por exemplo, uma camada absorvente 5-942 pode ser depositada sobre uma primeira camada 5-940. A primeira camada pode compreender um metal ou liga metálica, e a camada absorvente pode compreender um material que inibe plasmons de superfície, por exemplo, silício amorfo, TaN, TiN ou Cr. Em algumas implementações, uma camada de superfície 5-944 pode também ser depositada para passivar a superfície que circunda o poço de amostra (por exemplo, inibir a adesão de moléculas).

[00294] A formação de um poço de amostra que inclui uma depressão 5-216 pode ser feita em qualquer modo adequado. Em algumas modalidades, a depressão pode ser formada corroendo mais para dentro de uma camada adjacente 5-235, e/ou qualquer camada ou camadas intervenientes, adjacentes ao poço de amostra. Por exemplo, após formar um poço de amostra em uma camada de material 5-230, esta camada 5-230 pode ser utilizada como uma máscara de corrosão para padronizar uma depressão, como apresentado na Figura 5-12. Por exemplo, o substrato pode ser sujeito a uma corrosão de íon reativo anisotrópica seletiva de modo que uma depressão 5-216 possa ser corroída dentro da camada adjacente 5-235. Por exemplo, em uma modalidade onde o material 5-230 é metálico e a camada adjacente 5235 óxido de silício, uma corrosão de plasma de íon reativo que tem um gás de alimentação que compreende CHF3 ou CF4 pode ser utilizada para preferencialmente remover o óxido de silício exposto abaixo do poço de amostra e formar a depressão 5-216. Como aqui utilizado, "óxido de silício"geralmente refere-se a SiOx e pode incluir o dióxido de silício, por exemplo.

[00295] Em algumas modalidades, condições dentro do plasma (por exemplo, tensionamento do substrato e pressão) durante uma corrosão podem ser controladas para determinar o perfil de corrosão da depressão. Por exemplo, em baixa pressão (por exemplo, menor do que aproximadamente 100 mTorr) e um alto tensionamento CC (por exemplo, maior do que aproximadamente 20V), a corrosão pode ser altamente anisotrópico e formar paredes laterais substancialmente retas e verticais da depressão, como apresentado no desenho. Em pressões mais altas e tensionamentos mais baixos, a corrosão pode ser mais isotrópica gerando paredes laterais afinadas e/ou curvas da depressão. Em algumas implementações, uma corrosão molhada pode ser utilizada para formar a depressão, a qual pode ser substancialmente isotrópica e formar uma depressão aproximadamente esférica que estende lateralmente sob o material 5-230, até ou além das paredes laterais do poço de amostra.

[00296] A Figura 5-13A até Figura 5-13C apresentam etapas de processo que podem ser utilizadas para formar uma depressão 5-216 que tem uma menor dimensão transversal do que o poço de amostra 5210 (por exemplo, uma depressão como aquela apresentada na Figura 5-7B). Em algumas implementações, após formar um poço de amostra, uma camada de sacrifício de conformidade 5-960 pode ser depositada sobre uma região que inclui o poço de amostra. De acordo com algumas modalidades, a camada de sacrifício 5-960 pode ser depositada por um processo de deposição de vapor, por exemplo, deposição de vapor químico (CVD), melhorado com plasma CVD, ou deposição de camada atômica (ALD). A camada de sacrifício pode então ser corroída de fundo utilizado um primeiro corrosivo anisotrópico que é seletivo para a camada de sacrifício 5-960, remove a camada de superfícies horizontais, deixa os revestimentos de parede lateral 5-962 sobre as paredes do poço de amostra, como apresentado na Figura 5-13B. A corrosão de fundo pode ser seletiva e parar sobre o material 5-230 e a camada adjacente 5-235 em algumas modalidades, ou pode ser uma corrosão não seletiva, temporizada em algumas modalidades.

[00297] Uma segunda corrosão anisotrópica que é seletiva para a camada adjacente 5-235 pode ser executada para corroer uma depressão 5-216 dentro da camada adjacente como apresentado na Figura 5-13C. Os revestimentos de parede lateral de sacrifício 5-962 podem então opcionalmente ser removidos por uma corrosão molhada ou seca seletiva. A remoção dos revestimentos de parede lateral abre o poço de amostra para ter uma maior dimensão transversal do que a depressão 5-216.

[00298] De acordo com algumas modalidades, a camada de sacrifício 5-960 pode compreender o mesmo material que a camada adjacente 5-235. Em tais modalidades, a segunda corrosão pode remover pelo menos algum do revestimento de parede lateral 5-962 conforme a depressão é corroída dentro da camada adjacente 5-235. Esta corrosão de fundo do revestimento de parede lateral pode formar paredes laterais afinadas da depressão em algumas modalidades.

[00299] Em algumas implementações, a camada de sacrifício 5-960 pode ser formada de, ou incluir uma camada de, um material que é utilizado para passivar as paredes laterais do poço de amostra (por exemplo, reduzir a adesão de amostras nas paredes laterais do poço de amostra). Pelo menos alguma da camada 5-960 pode então ser deixada sobre as paredes do poço de amostra após a formação da depressão.

[00300] De acordo com algumas modalidades, a formação de revestimentos de parede lateral 5-962 ocorre após a formação da depressão. Em tais modalidades, a camada 5-960 reveste as paredes laterais da depressão. Tal processo pode ser utilizado para passivar as paredes laterais da depressão e localizar a amostra dentro de uma região central da depressão.

[00301] As etapas de processo associadas com a deposição de um aderente 5-211 em um base de um poço de amostra 5-210, e uma camada de passivação 5-280 estão apresentados na Figura 5-15. De acordo com algumas modalidades, um poço de amostra pode incluir uma primeira camada de passivação 5-280 sobre as paredes do poço de amostra. A primeira camada de passivação pode ser formada, por exemplo, como acima descrito em conexão com a Figura 5-13B ou Figura 5-8. Em algumas modalidades, uma primeira camada de passivação 5-280 pode ser formada por qualquer processo de deposição adequado e corroída de novo. Em algumas modalidades, uma primeira camada de passivação pode ser formada oxidando o material 5-230 no qual o poço de amostra está formado. Por exemplo, o poço de amostra pode ser formado de alumínio, o qual pode ser oxidado para criar um revestimento de alumina sobre as paredes laterais do poço de amostra.

[00302] Um aderente 5-980 ou um precursor de aderente (por exemplo, um material o qual de preferência adere um aderente) pode ser depositado sobre o substrato utilizando um processo de deposição física anisotrópico, por exemplo, uma deposição evaporativa, como apresentado na Figura 5-14A. O aderente ou precursor de aderente pode formar uma camada aderente 5-211 na base do poço de amostra, como apresentado na Figura 5-14B, e pode revestir uma superfície superior do material 5-230 no qual o poço de amostra está formado. Uma subsequente deposição inclinada, direcional apresentada na Figura 5-14C (algumas vezes referidas como um processo de deposição de sombra ou evaporação de sombra) pode ser utilizada para depositar uma segunda camada de passivação 5-280 sobre uma superfície superior do material 5-230 sem cobrir a camada aderente 5-211. Durante o processo de deposição de sombra, o substrato pode ser girado ao redor de um eixo geométrico normal ao substrato, de modo que a segunda camada de passivação 5-280 deposite mais uniformemente ao redor de uma borda superior do poço de amostra. Uma estrutura resultante está apresentada na Figura 5-14D, de acordo com algumas modalidades. Como uma alternativa a depositar a segunda camada de passivação, uma corrosão de planificação (por exemplo, uma etapa de CMP) pode ser utilizada para remover o aderente de uma superfície superior do material 5-230.

[00303] De acordo com algumas implementações, uma camada aderente 5-211 pode ser depositada centralmente na base de um poço de amostra afinado, como apresentado na Figura 5-15. Por exemplo, um aderente, ou precursor de aderente, pode ser direcionalmente depositado, como apresentado na Figura 5-14A, em um poço de amostra afinado, formado como acima descrito. As paredes do poço de amostra podem ser passivadas por um processo de oxidação antes ou após a deposição da camada aderente 5-211. O aderente ou precursor restante sobre uma superfície do material 5-230 pode ser passivado como descrito em conexão com a Figura 5-14D. Em algumas modalidades, um aderente sobre uma superfície superior do material 5230 pode ser removido por uma etapa de polimento químico - mecânico. Formando uma camada aderente, ou um precursor de camada aderente, centralmente na base de um poço de amostra, efeitos deletérios sobre a emissão de uma amostra (por exemplo, supressão ou extinção de radiação de amostra de paredes de amostra, distribuição de radiação desfavorável de uma amostra porque esta não está localizada centralmente com relação a estruturas de acoplamento de energia formadas ao redor de um poço de amostra, efeitos adversos sobre o tempo de vida luminescente para uma amostra) podem ser reduzidos.

[00304] Em algumas modalidades, os processos de padronização de levantamento, corrosão, e deposição utilizados para formar o poço de amostra e a depressão podem ser compatíveis com processos de CMOS que são utilizados para formar circuitos CMOS integrados sobre um dispositivo integrado. Consequentemente, um dispositivo integrado pode ser fabricado utilizando instalações de CMOS e técnicas de fabricação convencionais, apesar de instalações de fabricação customizadas ou especializadas poderem ser utilizadas em algumas implementações.

[00305] Variações das etapas do processo acima descritas podem ser utilizadas para formar modalidades alternativas de poços de amostra. Por exemplo, um poço de amostra afinado tal como apresentado na Figura 5-7A ou Figura 5-7B pode ser formado utilizando um processo de deposição inclinada apresentado na Figura 5-14C. Para o poço de amostra da Figura 5-7B, o ângulo de deposição pode ser mudado durante o processo de deposição. Para tais modalidades, um poço de amostra que tem paredes laterais substancialmente retas e verticais pode primeiro ser formado, e então um material adicional 5-230 depositado por uma deposição inclinada para afinar as paredes laterais do poço de amostra.

[00306] Em algumas modalidades, um poço de amostra 5-210 pode ser formado em um pixel após uma fonte de excitação ser formada. Por exemplo, uma fonte de excitação para um pixel pode ser formada em outra região e/ou em outro nível no dispositivo integrado, dentro ou fora de um pixel. O tipo de fonte de excitação pode colocar restrições de processamento sobre as etapas utilizadas para fabricar o poço de amostra 5-210. Por exemplo, se a fonte de excitação compreender diodo de emissão de luz orgânico (OLED), então as etapas de processamento utilizadas para fabricar o poço de amostra 5-210 podem não exceder temperaturas maiores do que aproximadamente 100 °C. Ainda, as etapas de processamento podem não sujeitar o OLED a ambientes químicos severos ou ambientes de oxidação. D. ACOPLAR ENERGIA DE EXCITAÇÃO AO POÇO DE AMOSTRA

[00307] O acoplamento de energia de excitação para um ou mais poços de amostra do dispositivo integrado pode ocorrer através de uma ou mais técnicas. Como anteriormente discutido, em algumas modalidades, uma guia de onda está posicionada para acoplar com uma fonte de excitação a um ou mais poços de amostra. Conforme a energia de excitação propaga ao longo da guia de onda, uma porção da energia de excitação pode ser acoplada a um ou mais poços de amostra através de uma variedade de técnicas de acoplamento de luz. Por exemplo, a guia de onda pode guiar energia de excitação substancialmente em uma direção, e uma onda evanescente ou cauda pode formar perpendicular a esta uma direção e, em algumas instâncias, ser localizada fora da estrutura de guia de onda. Tal cauda evanescente pode direcionar uma porção de energia de excitação para um ou mais poços de amostra. Em algumas modalidades, a camada de poço de amostra pode ser projetada e configurada para direcionar a energia de excitação para uma região localizada dentro do poço de amostra. O poço de amostra pode estar configurado para reter uma amostra dentro da região localizada do poço de amostra de modo que a energia de excitação seja direcionada para a amostra.

[00308] As Figuras 4-5A e 4-5B são vistas em seção transversal de um dispositivo integrado e proveem uma ilustração exemplar de utilizar uma guia de onda para acoplar energia de excitação em um poço de amostra. A Figura 4-5A é um esquema em seção transversal que mostra uma guia de onda 4-5A posicionada na proximidade de um poço de amostra 4-508 em uma camada de poço de amostra 4-516. A energia de excitação propaga ao longo da guia de onda em uma direção perpendicular ao campo de visão da Figura 4-5A. A proximidade de um poço de amostra da guia de onda pode permitir que a energia de excitação acople dentro do poço de amostra. A energia de excitação da Figura 4-5B ilustra uma vista ampliada da região do poço de amostra 4508 e a camada de poço de amostra 4-516 e mostra a energia de excitação localizada dentro do poço de amostra 4-508.

[00309] Além disso componentes podem ser formados no dispositivo integrado para aperfeiçoar e melhorar o acoplamento de energia de excitação dentro de um ou mais poços de amostra. Estes componentes adicionais podem ser formados em cada pixel que acopla energia de excitação de uma guia de onda dentro do pixel e na direção do poço de amostra. Um ou mais componentes localizados em uma pixel podem atuar para desviar uma porção da energia de excitação de uma guia de onda para dentro pixel. Tais componentes podem incluir estruturas óticas tais como, estruturas de grade, estruturas de dispersão, e/ou nanoantenas. As características ou configurações de um ou mais destes componentes podem ser selecionadas para acoplar uma certa quantidade de energia de excitação a cada poço de amostra dentro de uma fila de poços de amostra. Uma guia de onda configurada para prover energia de excitação para uma fila de pixels pode acoplar a um componente em cada pixel de modo a prover uma porção da energia de excitação para cada pixel na fila de pixels. Quando uma guia de onda está configurada para direcionar a energia de excitação de uma fonte de excitação na direção de um ou mais pixels, a guia de onda pode ser referida como uma guia de onda de barramento.

[00310] Em algumas modalidades, um ou mais pixels incluem pelo menos uma guia de onda localizada dentro da região de pixel. Tal guia de onda de pixel pode estar configurada para direcionar a energia de excitação na direção do poço de amostra do pixel. Uma guia de onda de pixel pode estar configurada para acoplar a uma guia de onda de barramento e no poço de amostra no pixel. Quando a energia de excitação propaga ao longo da guia de onda de barramento, uma porção da energia de excitação pode ser direcionada para o pixel e/ou poço de amostra através da guia de onda de pixel. Uma guia de onda de barramento pode acoplar a uma guia de onda de pixel utilizando qualquer acoplador adequado, tal como um acoplador de guia de onda evanescente. Em algumas modalidades, múltiplos acopladores podem ser utilizados para acoplar um ou mais comprimentos de onda de luz de excitação a uma guia de onda de pixel. Uma porção da guia de onda de pixel pode estar configurada para atuar como um acoplador para uma guia de onda de barramento. Em algumas modalidades, um acoplador ou porção da guia de onda de pixel pode estar projetado para acoplar energias de excitação específicas, comprimentos de onda, e/ou faixas espectrais. Configurando uma porção de acoplamento de uma guia de onda de pixel para certos comprimentos de onda de luz, a direcionalidade do acoplamento entre uma guia de onda de barramento e a guia de onda de pixel pode ser controlada e/ou sintonizada. Por exemplo, um primeiro acoplador ou porção de uma guia de onda de pixel pode acoplar a uma porção da luz de excitação que tem um primeiro comprimento de onda propagando através da guia de onda de barramento, enquanto que um segundo acoplador ou porção de uma guia de onda de pixel pode acoplar a uma porção da luz de excitação que tem um segundo comprimento de onda na guia de onda de pixel. O primeiro acoplador ou porção de uma guia de onda de pixel pode acoplar uma quantidade insignificante da luz de excitação no segundo comprimento de onda da guia de onda de pixel na guia de onda de barramento. Tal configuração pode permitir que a luz de excitação no segundo comprimento de onda permaneça na guia de onda de pixel. Similarmente, o segundo acoplador ou porção de uma guia de onda de pixel pode acoplar uma quantidade insignificante de luz de excitação no primeiro comprimento de onda da guia de onda de pixel na guia de onda de barramento de modo que a luz de excitação no primeiro comprimento de onda possa permanecer na guia de onda de pixel.

[00311] Além disso, uma ou mais estrutura ressonantes podem ser formadas dentro de uma região de pixel para acoplar a energia de excitação na direção um poço de amostra. Uma primeira guia de onda atuando como um barramento ótico, pode permitir que a energia de excitação acople na estrutura ressonante através de uma segunda guia de onda. Uma estrutura ressonante pode estar configurada para receber energia de excitação acoplando a uma guia de onda de barramento e/ou uma guia de onda de pixel. A estrutura ressonante pode direcionar e/ou melhorar a energia de excitação para uma região de excitação do poço de amostra. A estrutura ressonante pode concentrar a energia de excitação em uma região localizada e pelo posicionamento de um poço de amostra na proximidade da região localizada a estrutura ressonante pode atuar para melhorar uma quantidade de energia de excitação que acopla no poço de amostra. Formando uma estrutura ressonante, a energia de excitação pode ter múltiplas oportunidades para interagir com uma amostra dentro de um poço de amostra. A configuração total de uma estrutura ressonante pode estar configurada para um melhoramento de campo específico dentro da estrutura ressonante e/ou fator de qualidade. As guias de onda e o ressonador são feitos de um material dielétrico com um índice de refração mais alto do que o material dielétrico circundante no qual estes são embutidos. Por exemplo, as guias de onda e/ou ressonador podem ser feitos de nitreto de silício, óxido de silício, carbureto de silício, ou quaisquer suas combinações. As guias de onda e/ou ressonador podem ser projetados para propagar comprimentos de onda de excitação dentro das faixas espectrais visível e/ou infravermelho.

[00312] Uma estrutura ressonante pode estar localizada dentro de uma guia de onda de pixel e/ou na vizinhança de uma guia de onda de pixel. Uma guia de onda direcionando a energia de excitação na direção de um pixel, tal como uma guia de onda de barramento, pode acoplar com uma estrutura ressonante através de uma guia de onda de pixel e a estrutura ressonante pode direcionar a energia de excitação para um poço de amostra no pixel. Um poço de amostra pode estar localizado acima da estrutura ressonante a uma altura que pode ser ajustada para controlar a interação entre a estrutura ressonante e o poço de amostra. Em algumas modalidades, múltiplas energias de excitação podem ser providas para um ou mais pixels e acoplar com a estrutura ressonante a qual ressona nas múltiplas energias de excitação ou comprimentos de onda. Qualquer estrutura ressonante adequada pode ser utilizada, tal como um ressonador de anel de guia de onda, um ressonador de cavidade de cristal fotônico, e um ressonador linear de guia de onda. Um exemplo de ressonador linear de guia de onda inclui um par de refletores Bragg em uma guia de onda de pixel que forma uma cavidade ressonante entre o par de refletores. Em algumas modalidades, uma estrutura ressonante pode ser uma estrutura ressonante plasmônica, tal como um ressonador de anel plasmônico ou uma cavidade de cristal fotônico.

[00313] Em algumas modalidades, uma estrutura ressonante pode estar incluída em uma guia de onda de pixel associada com um pixel do dispositivo integrado. Tal estrutura ressonante pode compreender uma pluralidade de refletores dentro da guia de onda de pixel e permitir que a energia de excitação ressone dentro de uma região localizada da guia de onda de pixel. Posicionando um poço de amostra na proximidade da região localizada formada pela estrutura ressonante, a energia de excitação pode ser direcionada para dentro do poço de amostra. Em algumas modalidades, uma camada pode separar a estrutura ressonante do poço de amostra. Por exemplo, uma camada dielétrica pode ser formada no dispositivo integrado entre a camada de poço de amostra e a estrutura ressonante. Além disso ou alternativamente, um ressonador de anel pode ser formado na proximidade da guia de onda de pixel e a energia de excitação de uma guia de onda de barramento pode acoplar no ressonador de anel através da guia de onda de pixel. Um poço de amostra pode estar posicionado na vizinhança do ressonador de anel de modo que a energia de excitação do ressonador de anel acople no poço de amostra. Em algumas modalidades, um ressonador de anel de guia de onda está configurado próximo do poço de amostra de modo que a energia de excitação concentrada seja posicionada diretamente adjacente à base do poço de amostra.

[00314] Exemplos de estruturas ressonantes estão ilustradas nas Figuras 6-1 a 6-4. Um exemplo de um ressonador de guia de onda linear está ilustrado na Figura 6-1 onde uma guia de onda 6-104 está configurada para propagar a luz de excitação e refletores estão posicionados para criar uma região da guia de onda que forma uma cavidade ressonante 6-136. Os refletores estão posicionado em um ou mais pares, tal como os refletores 6-132 e 6-134, de modo que a cavidade ressonante 6-136 forme entre os um ou mais pares. A Figura 6-1 ilustra uma localização exemplar de um poço de amostra 6-108 com relação à cavidade ressonante 6-136. O poço de amostra pode estar posicionado em outra camada separada da camada que contém a guia de onda 6-104 e os refletores 6-132 e 6-134. Um exemplo de um ressonador de anel está mostrado com referência à Figura 6-2 onde uma guia de onda 6-204 está posicionada na proximidade de um ressonador de anel 6-226. Conforme a energia de excitação propaga através da guia de onda 6-204, como indicado pela seta mostrada na Figura 6-2, uma porção de energia de excitação pode ser recebida pelo ressonador de anel 6-226. A distância entre a guia de onda e o ressonador de anel pode ser projetada para acoplar um específico comprimento de onda de excitação no ressonador de anel e/ou uma certa quantidade de energia de excitação. Um poço de amostra pode estar posicionado com relação ao ressonador de anel de modo que o ressonador de anel acople no poço de amostra para prover energia de excitação para uma região de excitação do poço de amostra. A Figura 6-2 ilustra uma posição exemplar de um poço de amostra na região 6208 onde o poço de amostra está localizado em uma camada separada de um dispositivo integrado. Em algumas modalidades, ressonadores de anel plasmônicos podem ser formados em um dispositivo integrado para acoplar a energia de excitação a um ou mais poços de amostra. Tais ressonadores de anel plasmônicos podem estar posicionados para acoplar com uma guia de onda de barramento e/ou guia de onda de pixel. Um poço de amostra pode estar posicionado diretamente sobre uma porção de um ressonador de anel plasmônico ou em uma localização adjacente a um ressonador de anel plasmônico. Exemplos não limitantes de ressonadores de anel plasmônicos estão mostrados com relação às Figuras 6-3A-F. Uma posição exemplar de um poço de amostra 6-308 adjacente à estrutura de ressonador de anel plasmônico mostrada na Figura 6-3C. Em algumas modalidades, uma estrutura ressonador de pode incluir uma cavidade em um cristal fotônico. A Figura 6-4 ilustra cristal fotônico exemplar 6-400 com uma cavidade de modo que a cavidade atua como um ressonador para a energia de excitação. Um poço de amostra pode estar posicionado, tal como na localização 6-408, com relação à cavidade em um cristal fotônico e receber energia de excitação.

[00315] Uma porção exemplar de um pixel está ilustrada na vista em seção transversal do dispositivo integrado 7-102 mostrado na Figura 7- 1A. O dispositivo integrado 7-102 inclui uma camada de poço de amostra 7-116 que contém pelo menos um poço de amostra 7-108 e uma camada de guia de onda 7-114. A camada de poço de amostra pode ser formada de um metal, um semicondutor, a semicondutor altamente degenerativamente dopado, um isolante, ou grafeno. A camada de guia de onda pode incluir estruturas formadas de um índice de refração mais alto do que um material circundante. Como um exemplo, a estrutura de guia de ondas podem consistir em um material de nitreto e o material circundante pode consistir em um material dielétrico ou óxido. Opcionalmente, uma camada 7-118 entre a camada de poço de amostra 7-116 e a camada de guia de onda 7-114 pode ser formada. Por exemplo, a camada 7-118 pode ser formada de um material dielétrico ou material de óxido ou material de nitreto. A camada de guia de onda pode conter tanto uma guia de onda de barramento quanto uma guia de onda de pixel. A guia de onda de pixel pode ser formada adjacente à guia de onda de barramento e estar configurada para receber a energia de excitação da guia de onda de barramento. A Figura 7-1B ilustra uma vista plana exemplar de um pixel 7-112b ao longo da A-A' na Figura 7-1A mostrando uma guia de onda de barramento 7-104b e uma guia de onda de pixel 7-120b. A guia de onda de barramento pode estar configurada para receber e direcionar uma ou mais energias de excitação. Na configuração exemplar mostrada na Figura 7-1B, a guia de onda de barramento 7-104b está configurada para receber energia de excitação de um primeiro comprimento de onda, Ài, em uma extremidade e receber energia de excitação de um segundo comprimento de onda, À2, em outra extremidade.

[00316] A guia de onda de pixel 7-i20b pode incluir porções ou acopladores 7-i28b e 7-i30b configuradas para acoplar com a guia de onda de barramento 7-i04b e receber energia de excitação. Um poço de amostra localizado em uma camada de poço de amostra pode estar posicionado em proximidade da estrutura ressonante 7-i26b de modo a receber a energia de excitação da guia de onda de pixel 7-i20b. O poço de amostra pode estar localizado acima do ressonador linear em uma altura que pode ser ajustada para controlar a interação entre o ressonador linear e o poço de amostra. Por exemplo, a Figura 7-iB ilustra uma posição poço de amostra em 7-i08b em uma camada de poço de amostra com relação às características da camada de guia de onda. Conforme a luz de excitação propaga ao longo da guia de onda de barramento 7-i04b, uma porção da energia de excitação pode acoplar na guia de onda de pixel 7-i20b. Em algumas instâncias, um acoplador pode estar configurado para um comprimento de onda específico de luz de excitação. Quando duas energias de excitação são utilizadas, cada acoplador pode estar configurado para acoplar com uma das duas energias de excitação. Como um exemplo, na modalidade mostrada Figura 7-iB, cada um dos dois acopladores localizado na guia de onda de pixel pode estar configurado para receber um diferente comprimento de onda de luz de excitação onde o acoplador 7-128b substancialmente recebe a energia de excitação de um primeiro comprimento de onda, Ai, enquanto que o acoplador 7-130b substancialmente recebe energia de excitação de um segundo comprimento de onda, A2.

[00317] Uma estrutura ressonante pode estar localizada dentro do guia de onda de pixel, tal como a estrutura ressonante 7-126b na guia de onda de pixel 7-120b. Tal estrutura ressonante pode compreender uma pluralidade de refletores espacialmente separados configurados para refletir um ou mais comprimentos de onda. Os refletores podem atuar para melhorar a intensidade de energia de excitação dentro de uma região entre pelo menos dois refletores. Por exemplo, os refletores podem atuar como ressonador linear de guia de onda o qual inclui um ou mais pares de refletores Bragg distribuídos em uma guia de onda como ilustrado na Figura 7-1. Um par de refletores pode formar uma cavidade ressonante entre o par de refletores o qual define os limites da cavidade ressonante para o ressonador linear. Em modalidades, onde dois comprimentos de onda de excitação são utilizados, a estrutura ressonante 7-126b pode ressonar em ambos os comprimentos de onda de energia de excitação, uma combinação de ambos os comprimentos de onda, e/ou um múltiplo de cada comprimento de onda. Por exemplo, a estrutura ressonante 7-126b pode estar configurada para ressonar em ambos os comprimentos de onda A1 e A2. A energia de excitação nos comprimentos de onda A1 e A2 pode transferir para o poço de amostra.

[00318] Depósitos de feixe 7-122b e 7-124b estão posicionados com relação à guia de onda de pixel 7-120b para absorver a luz de excitação e/ou redirecionar a luz de excitação afastando do pixel 7-112b, um ou mais sensores, e/ou o dispositivo integrado. Bloqueadores de feixe podem estar configurados para reduzir a energia de excitação de um ou mais comprimentos de onda de propagar para os sensores de modo a melhorar a detecção de energia de emissão recebida pelos sensores. Um exemplo não limitante de um depósito de feixe é um plugue de silício amorfo configurado para absorver luz que é transmitida através de uma extremidade da guia de onda de pixel. Qualquer material adequado que absorve luz de excitação pode ser utilizado como um bloqueador de feixe. Pode existir pelo menos um bloqueador de feixe colocado em cada extremidade de uma guia de onda localizada em uma pixel para absorver a luz de excitação da guia de onda. Em algumas modalidades, um depósito de feixe pode estar configurado para redirecionar ou absorver a luz de excitação de um comprimento de onda específico. Quando duas energias de excitação são utilizadas, um depósito de feixe pode estar configurado para absorver e/ou redirecionar a energia de excitação de um comprimento de onda enquanto que o outro depósito de feixe absorve e/ou redireciona a energia de excitação do outro comprimento de onda. No exemplo mostrado na Figura 7-1B, o depósito de feixe 7-122b pode estar configurado para substancialmente absorver ou redirecionar luz de excitação do primeiro comprimento de onda, Ai, enquanto que o depósito de feixe 7-124b substancialmente absorve e/ou redireciona a luz de excitação do segundo comprimento de onda, A2.

[00319] Em algumas modalidades, a estrutura ressonante está separada da guia de onda de pixel e está configurada para acoplar com a guia de onda de pixel. Um exemplo de tal estrutura ressonante pode incluir um ressonador de anel localizado dentro da camada de guia de onda e separado da guia de onda de pixel. Um ressonador de anel está posicionado próximo de uma guia de onda de pixel a qual está posicionada próximo da guia de onda de barramento. A guia de onda de pixel, a qual pode ser referida como um acoplador de guia de onda, acopla a energia de excitação no ressonador de anel. O ressonador de anel ressona um ou mais comprimentos de onda e transfere a energia de excitação nestes comprimentos de onda para o poço de amostra. Um poço de amostra pode estar posicionado dentro da camada de poço de amostra e em proximidade com o ressonador de anel de modo que o ressonador de anel possa acoplar a energia de excitação dentro do poço de amostra. O poço de amostra pode ser formado diretamente acima e no topo do ressonador de anel em uma altura ajustada para controlar a interação entre o ressonador e o poço de amostra.

[00320] A Figura 7-1C ilustra uma modalidade exemplar de um pixel 7-112c que tem uma guia de onda de pixel 7-120c e um ressonador de anel 7-126c. A guia de onda de pixel 7-120c tem duas porções 7-128c e 7-130c que atuam como acopladores na guia de onda de barramento 7-104c. Conforme a luz de excitação propaga ao longo da guia de onda de barramento 7-104c, uma porção da energia de excitação pode acoplar a guia de onda de pixel 7-120c e o ressonador de anel acopla a guia de onda de pixel para receber energia de excitação. Um poço de amostra localizado em uma camada de poço de amostra e posicionada na localização 7-108c com relação a outras características na camada de guia de onda pode estar configurado para receber energia de excitação do ressonador de anel 7-126c. Depósitos de feixe configurados para absorver e/ou redirecionar luz de excitação podem estar localizados nas extremidades da guia de onda de pixel. Por exemplo, o pixel 7-112c inclui depósitos de feixe 7-122c e 7-124c em cada extremidade de guia de onda de pixel 7-120c. Em algumas modalidades, a guia de onda de barramento 7-104c pode estar configurada para receber luz de excitação de um comprimento de onda, Ài, em uma extremidade e receber energia de excitação de um segundo comprimento de onda, À2, em outra extremidade. O acoplador 7-128c pode estar configurado para acoplar a energia de excitação do primeiro comprimento de onda, A1, enquanto que o acoplador 7-130c está configurado para acoplar a energia de excitação do segundo comprimento de onda, À2. As duas energias de excitação podem acoplar no ressonador de anel 7-126c. O ressonador de anel pode estar configurado para ressonar em ambos os comprimentos de onda de excitação, uma combinação dos dois comprimentos de onda, e ou um múltiplo de cada comprimento de onda.

[00321] Em algumas modalidades, uma guia de onda adicional pode estar localizada dentro de uma região de pixel para permitir um percurso para a luz de excitação que não está direcionada para um poço de amostra para ser redirecionada para poço de amostra. A guia de onda adicional esta posicionada para acoplar com um ressonador de anel e pode ser capaz de propagar múltiplos comprimentos de onda de excitação. Em tais modalidades, um poço de amostra pode estar posicionado acima do ressonador de anel entre a guia de onda que acopla na guia de onda de barramento e a guia de onda adicional. Pelo menos um bloqueador de feixe está posicionado em cada extremidade desta guia de onda adicional de modo a absorver a energia de excitação de ser direcionada para outras áreas do dispositivo integrado, tal como os sensores. Tal guia de onda pode ser feita de qualquer material adequado como as outras estruturas de guia de onda e ressonador. A Figura 7-1D ilustra uma disposição exemplar de uma região de pixel 7- 112d que tem uma segunda guia de onda 7-134d que acopla a um ressonador de anel 7-126d. A energia de excitação é fornecida para a região de pixel 7-112d propagando ao longo da guia de onda de barramento 7-104d e acopla na guia de onda de pixel 7-120d. O ressonador de anel 7-126d recebe a energia de excitação da guia de onda de pixel 7-120d e um poço de amostra está localizado em uma camada de poço de amostra na posição 7-108d para receber a energia de excitação do ressonador de anel 7-126d. Uma porção de energia de excitação pode permanecer no ressonador de anel e acoplar na guia de onda 7-134d a qual está configurada para redirecionar a energia de excitação na direção do ressonador de anel. A guia de onda 7-134d pode transferir a energia de excitação afastando do pixel direcionando a energia de excitação na direção de um ou mais depósitos de feixe. No exemplo mostrado na Figura 7-1D, os depósitos de feixe 7-132d e 7- 136d estão localizados em cada lado da guia de onda 7-134d e estão configurados para absorver e/ou redirecionar a energia de excitação.

[00322] Um dispositivo integrado pode incluir uma pluralidade de guias de onda em diferentes níveis dentro do dispositivo integrado. A pluralidade de guias de onda em diferentes níveis dentro do dispositivo integrado pode estar configurada para direcionar a luz de excitação de um ou mais comprimentos de onda para a vizinhança de um poço de amostra localizado em um pixel. Uma primeira guia de onda pode acoplar com uma fonte de excitação e atuar como uma guia de onda de barramento, carregando a luz de excitação para uma pluralidade de pixels. Uma ou mais guias de onda localizadas dentro de uma região de pixel podem acoplar com a primeira guia de onda e direcionar uma porção de energia de excitação na direção de um poço de amostra no pixel. As guias de onda podem acoplar evanescentemente umas com as outras ou através de outras técnicas de acoplamento, tal como utilizando um acoplador de interferência de múltiplos modos. Uma porção de energia de excitação da primeira guia de onda pode ser direcionada para um pixel através de uma guia de onda adicional enquanto a energia de excitação dentro da primeira guia de onda pode propagar ao longo da primeira guia de onda para acoplar com outros componentes em outros pixels.

[00323] Uma porção da luz de excitação da primeira guia de onda pode acoplar a uma segunda guia de onda localizada dentro de um pixel. A segunda guia de onda pode estar localizada em uma camada separada do que a primeira guia de onda. Por exemplo, a segunda guia de onda pode estar localizada entre a primeira guia de onda e uma camada de poço de amostra que contém um ou mais poços de amostra. Em algumas modalidades, uma terceira guia de onda localizada dentro do pixel pode acoplar com a segunda guia de onda para direcionar uma porção da energia de excitação da segunda guia de onda na direção do poço de amostra em um pixel. Uma configuração com múltiplas guias de onda em diversas camadas pode prover flexibilidade no perfil de guia de profile para cada elemento e isolamento das camadas separadas. O acoplamento entre guias de onda pode ocorrer através acopladores evanescentes onde as guias de onda sobrepõem em ângulos não ortogonais, não paralelos. O posicionamento das guias de onda e a sobreposição entre as guias de onda pode prover tolerância no acoplamento entre a guia de onda quando existem ligeiros deslocamentos ou desvios do posicionamento das guias de onda.

[00324] Um exemplo de uma configuração de guia de onda de múltiplas camadas está ilustrado na vista em seção transversal mostrada na Figura 7-2A. A camada de poço de amostra 7-216 inclui um poço de amostra 7-208. Uma primeira guia de onda ou barramento ótico 7-204 está configurada para fornecer energia de excitação na direção da região de pixel que contém o poço de amostra 7-208. Uma segunda guia de onda 7-242 localizada entre a primeira guia de onda 7204 e a camada de poço de amostra 7-216 está posicionada para acoplar uma porção da energia de excitação da primeira guia de onda 7-204 para a segunda guia de onda 7-242 e atuar para direcionar a energia de excitação na direção para o poço de amostra 7-208. Além disso, uma terceira guia de onda, tal como 7-244 na Figura 7-2A, posicionada entre a segunda guia de onda 7-242 e a camada de poço de amostra 7-216 pode acoplar a energia de excitação na direção do poço de amostra 7-208.

[00325] Em algumas modalidades, uma configuração de guia de onda de múltiplas camada pode incluir um ressonador, tal como um ressonador de guia de onda linear em uma ou mais das guias de onda localizadas dentro de uma região de pixel. Como mostrado na vista plana da Figura 7-2B, um ressonador de guia de onda linear pode estar incluído em uma das guias de onda que direciona energia de excitação de uma guia de onda de barramento 7-204 para um poço de amostra localizado acima posição 7-208. Em tal exemplo, as guias de onda 7- 242a e 7-242b acoplam a energia de excitação da guia de onda de barramento 7-204 para as guias de onda 7-244a e 7-244b, onde a guia de onda 7-242a acopla na guia de onda 7-244a e guia de onda 7-242b acopla na guia de onda 7-244b. Amas as guias de onda 7-244a e 7244b têm um ressonador de guia de onda linear compreendido de pelo menos um par de refletores, tal como os refletores 7-232 da guia de onda 7-244a. O ressonadores de guia de onda linear das guias de onda 7-244a e 7-244b sobrepõem. Em algumas modalidades, os dois ressonadores de guia de onda linear podem sobrepor ortogonalmente e formar um ressonador duplo que permite ressonâncias espacialmente ortogonais. Tal ressonador duplo pode formar uma cavidade ressonante dupla com um campo de energia de excitação melhorado na região de sobreposição entre as duas guias de onda que limita o tamanho da cavidade. A posição do poço de amostra 7-208 localizado em uma camada de poço de amostra separada está localizada entre os dois ressonadores lineares onde a energia de excitação pode estar localizada de modo a acoplar a energia de excitação do ressonador duplo para o poço de amostra.

[00326] Em algumas modalidades, um elemento ótico difrativo pode ser utilizado para direcionar a luz de excitação de uma fonte de excitação para uma subrrede de poços de amostra, cada poço de amostra associado com um pixel na subrrede. Deste modo, as fontes de excitação podem ser localizadas periodicamente através de toda a rede de pixels. Por exemplo, uma "célula unitária"da rede de pixels pode incluir uma fonte de excitação, um elemento ótico difrativo e uma pluralidade de poços de amostra. A célula unitária pode ser revestida para formar a rede pixelada. Em algumas modalidades, a fonte de excitação pode emitir luz de excitação na direção de um ou mais sensores e o elemento ótico difrativo pode refletivamente difratar a luz de excitação de volta na direção da fonte de excitação, mas com diferentes trajetórias laterais. Deste modo, a luz de excitação é convertida em uma pluralidade de feixes de luz de excitação, cada um da pluralidade de feixes de luz de excitação sendo associado com um respectivo poço de amostra.

[00327] As Figuras 8-1A e 8-1B ilustram uma implementação exemplar não limitante de utilização de um elemento ótico difrativo para direcionar a luz de excitação na direção de uma pluralidade de poços de amostra. A Figura 8-1A é um esquema em seção transversal que mostra uma fonte de excitação 8-106 que provê luz de excitação para uma pluralidade de pixels em uma célula unitária. Os poços de amostra, tal como o poço de amostra 8-108, estão localizados na camada de poço de amostra 8-116. Um elemento ótico difrativo 8-150 está configurado para receber a luz de excitação da fonte de excitação e redirecionar a luz de excitação para os poços de amostra na célula unitária, como indicado pelas setas. A Figura 8-1B mostra uma vista plana de topo para mostrar como os poços de amostra na célula unitária, incluindo o poço de amostra 8-108 estão posicionados para receber a luz de excitação da fonte de excitação 8-106 que foi redirecionada pelo elemento ótico difrativo localizado sob a fonte de excitação 8-106.

[00328] O acoplamento de energia de uma fonte de excitação para um poço de amostra pode ser aperfeiçoado ou afetado formando estruturas de acoplamento de excitação dentro e/ou adjacentes a um poço de amostra. As estruturas de acoplamento de excitação podem compreender estruturas micro ou nanoescala fabricadas ao redor de um poço de amostra em algumas modalidades, ou pode compreender estruturas ou partículas formadas em um poço de amostra em algumas modalidades. As estruturas de acoplamento de excitação podem afetar a excitação radiativa de uma amostra em algumas implementações, e podem afetar uma excitação não radiativa de uma amostra em algumas implementações. Em várias modalidades, as estruturas de acoplamento de excitação radiativa podem aumentar uma intensidade da energia de excitação dentro de uma região de excitação de um poço de amostra. As estruturas de acoplamento de excitação não radiativa podem aperfeiçoar e/ou alterar percursos de transferência de energia não radiativa de uma fonte de excitação (a qual pode ser radiativa ou não radiativa) para uma amostra. E. ESTRUTURAS DE ACOPLAMENTO DE EXCITAÇÃO PLASMÔNICA RADIATIVA

[00329] Existe um número de diferentes tipos de estruturas de acoplamento de excitação, radiativa que podem ser utilizadas para afetar o acoplamento de energia de excitação de uma fonte de excitação para uma região de excitação dentro de um poço de amostra. Algumas estruturas de acoplamento radiativo podem ser formadas de um condutor (por exemplo, incluir uma camada metálica), e suportar oscilações de plasmon de superfície que localmente afetam a energia de excitação (por exemplo, localmente alteram um campo eletromagnético). Em alguns casos, as estruturas de plasmon de superfície podem melhorar a energia de excitação dentro de uma região de excitação do poço de amostra por um fator de dois ou mais. Algumas estruturas de acoplamento radiativo podem alterar a fase e/ou amplitude de um campo de excitação para melhorar a energia de excitação dentro de um poço de amostra. Várias modalidades de estruturas de acoplamento de excitação radiativa estão descritas nesta seção.

[00330] A Figura 9-1A apresenta apenas um exemplo de uma estrutura de plasmon de superfície 9-120 que pode ser utilizada para melhorar o acoplamento de energia de excitação dentro de um poço de amostra. O desenho apresenta uma vista plana de uma região ao redor de uma estrutura de plasmon de superfície 9-120, e representa resultados de uma simulação numérica de intensidade de campo elétrico ao redor da estrutura. O desenho apresenta uma estrutura de plasmon de superfície que compreende três características triangulares que têm vértices agudos que estão localizadas em proximidade justa a um poço de amostra (não mostrado). De acordo com algumas modalidades, uma estrutura de plasmon de superfície pode compreender um metal ou condutor (por exemplo, um filmo fino padronizado de qualquer um ou combinação dos seguintes metais ou ligas metálicas: Al, Au, Ag, Ti, TiN). Uma espessura do filme pode ser entre aproximadamente 10 nm e aproximadamente 100 nm em algumas modalidades, apesar de que outras espessuras podem ser utilizadas em outras modalidades. Uma estrutura de plasmon de superfície, em algumas modalidades, pode incluir características agudas 9-110 localizada em proximidade justa a um poço de amostra (por exemplo, dentro de aproximadamente 100 nm).

[00331] A Figura 9-1B apresenta uma vista em elevação em seção transversal da estrutura de plasmon de superfície da Figura 9-1A, feita na linha tracejada. A simulação mostra uma região localizada, de alta- intensidade 5-505 da energia de excitação adjacente um vértice de um triângulo da estrutura de plasmon de superfície. Para esta simulação, a estrutura de plasmon de superfície 9-120 estava localizada sobre uma camada dielétrica 9-135 (dióxido de silício) acima de uma guia de onda 9-130. A estrutura de plasmon de superfície desvia energia de um campo evanescente da guia de onda, e melhora a intensidade do poço de amostra.

[00332] Em algumas modalidades, o melhoramento de energia de excitação por uma estrutura de plasmon de superfície pode estar localizado a um grau em que um poço de amostra 5-215 não é necessário. Por exemplo, se uma região de alta intensidade 5-505 for formada tendo um diâmetro de aproximadamente 100 nm com um valor de intensidade de pico maior do que aproximadamente 80% da intensidade fora da região, então um poço de amostra profundo pode não ser necessário. Somente amostras dentro da região de alta intensidade 5-505 contribuiriam uma apreciável emissão para propósitos de detecção.

[00333] Quando um campo eletromagnético incidente interage com uma estrutura de plasmon de superfície, correntes de onda de superfície são geradas na estrutura. A forma da estrutura pode afetar a intensidade e distribuição destes plasmons de superfície. Estas correntes localizadas podem interagir com e significativamente alterar e intensificar o campo eletromagnético incidente na vizinhança imediata da estrutura de plasmon de superfície, por exemplo, como apresentado pela região de alta intensidade 5-505 na Figura 9-1B. Em algumas modalidades, um emissor (por exemplo, uma etiqueta fluorescente) que emite radiação próximo de uma estrutura de plasmon de superfície pode ter a sua emissão alterada pela estrutura, de modo a alterar um padrão de radiação de campo distante do emissor.

[00334] Outra modalidade de uma estrutura de plasmon de superfície 9-122 está apresentada na vista plana da Figura 9-1C. A estrutura compreende de gravata borboleta ilustrada compreende duas estruturas metálicas triangulares localizadas adjacentes a um poço de amostra 5210. As estruturas podem ser padronizadas abaixo de um poço de amostra, por exemplo, e/ou adjacentes a uma região de excitação do poço de amostra. Pode existir uma folga 9-127 entre o poço de amostra e as características agudas 9-125 da estrutura de plasmon de superfície, em algumas implementações. A folga 9-127 pode estar entre aproximadamente 10 nm e aproximadamente 200 nm, de acordo com algumas modalidades. Em algumas implementações, a folga 9-127 pode estar entre aproximadamente 10 nm e aproximadamente 100 nm. As características agudas 9-125 podem compreender uma ponta ou curva aguda em uma borda da estrutura de plasmon de superfície, como apresentado no desenho. As características agudas podem ter qualquer forma adequada. Em algumas modalidades um raio de curvatura de uma característica aguda 9-125 pode ser menor do que aproximadamente cinco comprimentos de onda associados com a energia de excitação incidente. Em algumas modalidades um raio de curvatura de uma característica aguda 9-125 pode ser menor do que aproximadamente dois comprimentos de onda associados com a energia de excitação incidente. Em algumas modalidades um raio de curvatura de uma característica aguda 9-125 pode ser menor do que aproximadamente cinco comprimentos de onda associados com uma onda de plasmon de superfície que é excitada pela energia de excitação incidente. Em algumas modalidades um raio de curvatura de uma característica aguda 9-125 pode ser menor do que aproximadamente dois comprimentos de onda associados com uma onda de plasmon de superfície que é excitada pela energia de excitação incidente.

[00335] De acordo com algumas modalidades, as estruturas de plasmon de superfície 9-122 podem ser padronizadas dentro de um poço de amostra 5-210 como ilustrado na vista em elevação da Figura 9-1D. Em algumas modalidades, uma estrutura de plasmon de superfície dentro de um poço de amostra pode compreender um ou mais dedos (por exemplo, dedos metálicos) padronizados por sobre paredes laterais do poço de amostra, como apresentado no desenho. A Figura 9-1E apresenta uma vista plana do poço de amostra 5-210 que mostra as estruturas de plasmon de superfície 9-122 formadas sobre paredes laterais dentro do poço de amostra. Em algumas modalidades, as extremidades inferiores destas estruturas de plasmon de superfície 9122 formam características agudas ou dobras onde o campo eletromagnético será melhorado. As estruturas de plasmon de superfície 9-122 podem, ou não, estender para uma base do poço de amostra.

[00336] Em algumas modalidades, as estruturas de plasmon de superfície 9-122 podem estar dispostas para afetar a polarização da energia de excitação e/ou radiação emitida do poço de amostra. Por exemplo, um padrão como apresentado na Figura 9-1E pode ser utilizado para afetar uma orientação preferida de polarização de excitação linear ou elíptica e/ou uma orientação preferida de polarização linear ou elíptica de um emissor dentro do poço de amostra.

[00337] Estruturas de plasmon de superfície podem ser padronizadas como formas outras que aquelas apresentadas na Figura 9-1A até Figura 9-1E. Por exemplo, as estruturas de plasmon de superfície podem ser padronizadas como estruturas regulares ou periódicas, como apresentado na Figura 9-2A, de acordo com algumas modalidades. Por exemplo, uma estrutura de plasmon de superfície pode ser padronizada como uma rede de características protuberantes 9-210 sobre uma superfície inferior de um material 5-230 no qual o poço de amostra 5210 está formado. Estruturas de plasmon de superfície periódicas podem ser formadas em uma rede regular, por exemplo, uma grade, uma malha, uma treliça, uma grade circular, uma grade espiral, uma grade elíptica, ou qualquer outra estrutura adequada. Em algumas implementações, pode existir um espaçamento substancialmente uniforme s entre as protrusões 9-210 de uma estrutura de plasmon de superfície. Em algumas implementações, o espaçamento s pode ter qualquer valor entre aproximadamente 40 nm e aproximadamente 250 nm. De acordo com algumas modalidades, as protrusões podem ter uma altura h entre aproximadamente 20 nm e aproximadamente 100 nm. Em algumas implementações, o espaçamento s pode não ser uniforme ou pode ter uma frequência alterada (que tem um valor decrescente em maiores distâncias radiais). Em algumas modalidades, as protrusões 9-210 de uma estrutura de plasmon de superfície podem ser padronizadas como uma placa de zona Fresnel. De acordo com algumas modalidades, uma estrutura de plasmon de superfície 9-210 pode ser formada adjacente a uma camada transparente e/ou camada dielétrica 5-245.

[00338] Em algumas implementações, uma estrutura de plasmon de superfície 9-212 pode ser espaçada de um material 5-230 no qual o poço de amostra está formado como apresentado na Figura 9-2B. Por exemplo, pode existir uma camada dielétrica interveniente 9-247 entre a estrutura de plasmon de superfície 9-212 e o material 5-230. De acordo com algumas modalidades, uma estrutura de plasmon de superfície 9-212 pode estar localizada adjacente a uma depressão 5216 de um poço de amostra, como apresentado no desenho. Por exemplo, a estrutura de plasmon de superfície 9-212 pode estar localizada adjacente a paredes laterais de uma depressão 5-216, como apresentado na Figura 9-2B.

[00339] A Figura 9-2C ilustra uma estrutura de plasmon de superfície 9-214 que está formada como uma grade circular, concêntrica. A estrutura 9-214 pode compreender anéis condutores concêntricos 9215, de acordo com algumas modalidades. Os anéis podem ser separados por um espaçamento s regular e ter uma altura h, com descrito em conexão com a Figura 9-2A. De acordo com algumas modalidades, um poço de amostra 5-210 com uma depressão ótica pode estar localizado em um centro dos anéis. A grade circular poder ser padronizada adjacente a uma base do poço de amostra.

[00340] A periodicidade de uma estrutura de plasmon de superfície pode ser selecionada para formar uma estrutura ressonante de acordo com algumas modalidades. Por exemplo, um espaçamento s de uma estrutura de plasmon de superfície pode ser selecionado para ser aproximadamente meio comprimento de onda de uma onda plasmon de superfície que é gerada na estrutura pela energia de excitação. Quando formada como uma estrutura ressonante, uma estrutura de plasmon de superfície pode acumular e ressonar energia de excitação ao longo da direção da estrutura de plasmon de superfície periódica. Tal comportamento ressonante pode intensificar a energia eletromagnética dentro de um poço de amostra, ou adjacente a um poço de amostra, como apresentado na Figura 9-2D.

[00341] A Figura 9-2D representa resultados de campo eletromagnético numericamente simulados na base do poço de amostra e ao redor de uma estrutura de plasmon de superfície periódica. A estrutura de plasmon de superfície 9-216 está localizada adjacente ao material 5230 no qual o poço de amostra está formado, e está adjacente a uma base de um poço de amostra 5-210. A estrutura de plasmon de superfície pode estar na forma de uma grade ou grade circular que repete em intervalos de espaçamento regulares em regiões afastadas do poço de amostra e fora da região simulada. Por exemplo, podem existir entre três e 50 protrusões de grade repetidas da estrutura de plasmon de superfície 9-216. Uma região de alta intensidade 9-240 pode ser vista na base do poço de amostra 5-210. A intensidade dentro desta região foi melhorada por mais do que um fator de 2 sobre a região circundante logo abaixo da estrutura de plasmon de superfície.

[00342] A Figura 9-2E apresenta, em vista em elevação, uma modalidade alternativa de uma estrutura de plasmon de superfície ressonante 9-218. De acordo com algumas modalidades, uma estrutura de plasmon de superfície pode ser formada como padrões de grade ou malha periódicos, e pode ser padronizada em múltiplas camadas 9-247. Um poço de amostra 5-210 pode ser padronizado através das múltiplas camadas 9-247 e dentro da estrutura de plasmon de superfície ressonante 9-218, de acordo com algumas modalidades. Em algumas implementações, uma estrutura de plasmon de superfície ressonante pode compreender elementos condutivos discretos 9-222 como apresentado na vista plana da Figura 9-2F. Em algumas implementações, uma estrutura de plasmon de superfície ressonante pode compreender um padrão de treliça contínua 9-250, como apresentado na Figura 9-2G. Um preenchedor dielétrico 9-252 pode estar localizado em vazios do material condutivo 9-250, e um poço de amostra 5-210 pode estar localizado com um vazio.

[00343] Existe uma variedade de diferentes estruturas de plasmon de superfície que podem ser utilizadas para melhorar o acoplamento dentro de um poço de amostra ou para afetar a emissão de uma amostra dentro do poço de amostra. A Figura 9-2H apresenta, em vista plana, ainda uma modalidade alternativa da estrutura de plasmon de superfície. Uma vista em elevação da estrutura está apresentada na Figura 9-2I. De acordo com algumas implementações, uma estrutura de plasmon de superfície pode compreender uma rede de discos distribuídos ao redor de um poço de amostra 5-210. Em algumas implementações, ao invés de utilizar os discos condutivos 9-260, uma estrutura de plasmon de superfície pode compreender uma camada condutiva através da qual um padrão de furos está formado. Tal estrutura pode ser referida como uma "nanoantena". F. FABRICAÇÃO DE ESTRUTURAS DE ACOPLAMENTO DE EXCITAÇÃO PLASMÔNICAS

[00344] Uma variedade de diferentes processos pode ser utilizada para padronizar as estruturas de plasmon de superfície adjacentes a um poço de amostra. A Figura 9-3A até Figura 9-5E apresenta estruturas associadas com etapas de processo que podem ser utilizadas para formar estruturas de plasmon de superfície adjacentes a um poço de amostra, de acordo com algumas modalidades. Referindo agora à Figura 9-3A, um processo para formar a estrutura de plasmon de superfície pode compreender formar uma camada de resistência 9-310 sobre um revestimento antirrefletivo (ARC) 9-320 sobre uma camada de mascaramento 9-330. The camadas podem estar dispostas sobre uma camada dielétrica transparente 5-245, de acordo com algumas implementações. A camada de resistência 9-310 pode compreender um fotorresistente ou um resistente de feixe de elétrons ou íons que pode ser litograficamente padronizado. A camada de mascaramento 9-330 pode compreender uma máscara dura formada de um material inorgânico (por exemplo, silício ou nitreto de sílica, ou qualquer outro material adequado), de acordo com algumas modalidades.

[00345] Em algumas implementações, um processo fotolitográfico pode ser utilizado para padronizar o resistente 9-310 como apresentado na Figura 9-3B. O padrão selecionado pode compreender um layout de protrusões ou furos que serão ser utilizados para formar uma estrutura de plasmon de superfície desejada. Após o desenvolvimento do resistente 9-310, regiões do ARC serão expostas, e o padrão pode ser corroído dentro da camada ARC 9-320 e então dentro da camada de mascaramento 9-330. O resistente e o ARC podem ser destacados do substrato, e uma estrutura resultante pode aparecer como mostrado na Figura 9-3C. A camada de mascaramento 9-330 pode então ser utilizada como uma máscara de corrosão, de modo que o padrão possa ser transferido para a camada dielétrica subjacente 5-235 através de uma corrosão anisotrópica seletiva, como apresentado na Figura 9-3D.

[00346] Um material condutivo 5-230, ou uma camada de materiais que compreendem um condutor, podem então ser depositadas sobre a região, como ilustrado na Figura 9-3E. Qualquer material condutivo adequado pode ser utilizado para formar uma estrutura de plasmon de superfície, sendo ou não esta depositada como uma camada separada do material 5-230. Por exemplo, em alguns casos, um primeiro material condutivo pode ser depositado como uma camada de base de material 5-230 na qual uma estrutura de plasmon de superfície está formada. Exemplos de materiais que podem ser utilizados para formar uma estrutura de plasmon de superfície incluem, mas não estão limitados a, Au, Al, Ti, TiN, Ag, Cu, e suas ligas ou camadas de combinação.

[00347] O material 5-230, ou camada de materiais, podem ser depositado por qualquer processo de deposição adequado, incluindo mas não limitado a um processo de deposição física ou um processo de deposição de vapor químico. Em algumas modalidades, o material 5230 pode ter uma espessura entre aproximadamente 80 nm e aproximadamente 300 nm. Em algumas implementações, o material 5230 pode ser planificado (por exemplo, utilizando um processo CMP), apesar da planificação não ser necessária. Um poço de amostra pode ser formado no material 5-230 utilizando qualquer processo adequado aqui descrito em conexão com a fabricação de um poço de amostra.

[00348] Os inventores reconheceram que formar uma estrutura de plasmon de superfície de acordo com as etapas mostradas na Figura 9- 3A até Figura 9-3E pode requerer um alinhamento preciso do poço de amostra com a estrutura de plasmon de superfície. Por exemplo, uma estrutura de plasmon de superfície que compreende uma grade concêntrica, como apresentado na Figura 9-2C, requereria um alinhamento preciso do poço de amostra 5-210 com o centro da estrutura de plasmon de superfície 9-214. Para evitar dificuldades de fabricação associadas com tal alinhamento preciso, os inventores desenvolveram processos de autoalinhamento que estão apresentados na Figura 9-4A até Figura 9-5E.

[00349] Referindo agora à Figura 9-4A, um processo para formar uma estrutura de plasmon de superfície e um poço de amostra que é autoalinhado com a estrutura de plasmon de superfície pode compreender formar uma camada de mascaramento 9-410 sobre uma camada dielétrica transparente 5-235. A camada de mascaramento pode compreender uma máscara dura formada de um material inorgânico, tal como o silício ou nitreto de sílica, de acordo com algumas modalidades. Uma espessura da camada de mascaramento 9-410 pode ser aproximadamente igual a uma altura desejada de um poço de amostra 5-210. Por exemplo, a espessura da camada de mascaramento pode ser entre aproximadamente 50 nm e aproximadamente 200 nm, de acordo com algumas modalidades, apesar de que outras espessuras podem ser utilizadas em outras modalidades.

[00350] A camada de mascaramento 9-410 pode ser padronizada para criar vazios 9-430 que têm o padrão desejado de uma estrutura de plasmon de superfície que será padronizada na camada dielétrica 5235. A padronização da camada de mascaramento 9-410 pode ser feita com qualquer processo de litografia adequado (por exemplo, fotolito- grafia, litografia de feixe de elétrons, litografia de feixe de íons, litografia EUV, litografia de raios-x). A estrutura resultante pode parecer como mostrado na Figura 9-4B. A estrutura pode incluir um pilar central 9-420, o qual será utilizado subsequentemente para formar o poço de amostra autoalinhado.

[00351] O resistente 9-440 (por exemplo, um fotorresistente) pode então ser padronizado sobre a camada de mascaramento padronizada 9-410, como apresentado na Figura 9-4C. O alinhamento para padronizar o resistente 9-440 (por exemplo, alinhamento de máscara para substrato) não precisa ser altamente preciso, e somente requer que o resistente 9-440 cuba um pilar central 9-420 e não cubra os vazios 9-430 que serão utilizados para formar a estrutura de plasmon de superfície.

[00352] Uma corrosão anisotrópica seletiva pode então ser utilizada para corroer a camada dielétrica 5-235 e transferir o padrão da estrutura de plasmon de superfície para dentro do dielétrico, como apresentado na Figura 9-4D de acordo com algumas modalidades. Uma corrosão anisotrópica seletiva pode então ser utilizada para remover as porções expostas da camada de mascaramento 9-410. A corrosão anisotrópica seletiva pode ser corrosão molhada, por exemplo, apesar de que uma corrosão seca isotrópica poder ser utilizada em algumas modalidades. Como o resistente 9-440 cobre o pilar central 9-420, o pilar central não será corroído e permanecerá sobre o substrato, como apresentado na Figura 9-4E. O resistente 9-440 pode então ser destacado do substrato expondo o pilar 9-420, como apresentado na Figura 9-4F.

[00353] De acordo com algumas modalidades, um material condutivo metálico 5-230, ou uma pilha de materiais que inclui um material condutivo, pode então ser depositado sobre a região como ilustrado na Figura 9-4G. O pilar central 9-420 e uma capa de material depositado sobre o pilar pode então ser removida por corrosão molhada seletiva do pilar, levantando a cap. A remoção do pilar central pilar deixa um poço de amostra que está autoalinhado com a estrutura de plasmon de superfície subjacente 9-450.

[00354] Um processo alternativo pode ser utilizado para formar um poço de amostra que está autoalinhado com uma estrutura de plasmon de superfície, e está apresentado na Figura 9-5A até Figura 9-5E. De acordo com algumas modalidades, uma ou mais camadas condutivas 9-510, 9-520 podem ser padronizadas sobre uma camada dielétrica transparente 5-235 utilizando qualquer processo de litografia adequado, como apresentado na Figura 9-5A. Em algumas implementações, uma primeira camada 9-510 pode compreender alumínio, e uma segunda camada 9-520 pode compreender nitreto de titânio, apesar de outras combinações de material poderem ser utilizadas em várias modalidades. Uma espessura total das uma ou mais camadas pode ser aproximadamente equivalente a uma altura desejada do poço de amostra, de acordo com algumas modalidades. A padronização pode formar um poço de amostra 5-210, e vazios 9-525 adjacentes ao poço de amostra nas uma ou mais camadas metálicas. Os vazios podem ser dispostos no padrão de uma estrutura de plasmon de superfície desejada.

[00355] Em algumas implementações, a camada dielétrica 5-235 pode ser corroída para transferir o padrão da estrutura de plasmon de superfície e do poço de amostra 5-210 dentro da camada dielétrica, como apresentado na Figura 9-5B. A profundidade de corrosão no dielétrico pode ser entre aproximadamente 20 nm e aproximadamente 150 nm, de acordo com algumas modalidades. Um resistente 9-440 pode ser padronizado para cobrir o poço de amostra, como apresentado na Figura 9-5C. O alinhamento para padronizar o resistente não precisa ser altamente preciso, e somente precisa cobrir o poço de amostra sem cobrir as regiões corroídas adjacentes da camada dielétrica 5-235 que será utilizada para formar a estrutura de plasmon de superfície.

[00356] Como ilustrado na Figura 9-5D, um material condutivo 9-512, ou camadas de materiais que incluem um condutor, podem ser depositadas sobre a região utilizando qualquer processo de deposição adequado. O material 9-512 pode encher as regiões corroídas da camada dielétrica, e pode estender acima das uma ou mais camadas 9510, 9-520. O resistente 9-440 e o material que cobre o resistente podem então ser removidos de acordo com um processo de levantamento. A estrutura resultante, mostrada na Figura 9-5E, deixa um poço de amostra que está autoalinhado com a estrutura de plasmon de superfície circundante. O poço de amostra inclui uma depressão 5216.

[00357] Em algumas modalidades o processo apresentado na Figura 9-5A até Figura 9-5E pode ser utilizado para formar um poço de amostra que não tem uma depressão 5-216. Por exemplo, o resistente 9-440 pode ser padronizado sobre o poço de amostra 5-210 antes da camada dielétrica 5-235 ser corroída. A camada dielétrica 5-235 pode então ser corroída, o que transferirá o padrão da estrutura de plasmon de superfície para a camada dielétrica mas não formará uma depressão. O processo pode então prosseguir como ilustrado na Figura 9-5D e Figura 9-5 E para criar um poço de amostra autoalinhado que não tem nenhuma depressão.

G. ESTRUTURAS DE ACOPLAMENTO DE EXCITAÇÃO DE AMPLITUDE / FASE

[00358] Outras estruturas, além de ou como uma alternativa às estruturas de plasmon de superfície, podem ser padronizadas na vizinhança do poço de amostra 5-210 para aumentar a energia de excitação dentro do poço de amostra. Por exemplo algumas estruturas podem alterar a fase e/ou a amplitude do campo de excitação incidente de modo a aumentar a intensidade da energia de excitação dentro do poço de amostra. A Figura 9-6A apresenta um fino filme com perdas 9610 que pode ser utilizado para alterar a fase e amplitude de radiação de excitação incidente e aumentar a intensidade de radiação eletromagnética dentro do poço de amostra.

[00359] De acordo com algumas modalidades, um fino filme com perdas pode criar uma interferência construtiva da radiação de excitação, resultando em melhoramento de campo dentro de uma região de excitação do poço de amostra. A Figura 9-6B apresenta uma simulação numérica de radiação de excitação incidente sobre um poço de amostra onde um fino filme com perdas 9-610 foi formado imediatamente adjacente ao poço de amostra. Para a simulação, o poço de amostra tem um diâmetro de aproximadamente 80 nm e está formado em uma camada metálica de ouro aproximadamente 200 nm de espessura. O poço de amostra pode compreende um SCN, e suprime a propagação de radiação de excitação através do poço de amostra. O fino filme com perdas 9-610 tem aproximadamente 10 nm de espessura, está formado de germânio, e cobre uma dielétrico transparente subjacente que compreende dióxido de silício. O fino filme com perdas estende através de uma abertura de entrada do poço de amostra. A simulação mostra que a intensidade da radiação de excitação é um valor mais alto na abertura de entrada do poço de amostra. A intensidade da radiação de excitação nesta região brilhante 9-620 é mais do que o dobro do valor da intensidade para a esquerda e direita do poço de amostra

[00360] Um fino filme com perdas pode ser feito de qualquer material adequado. Por exemplo, um fino filme com perdas pode ser feito de um material onde o índice de refração n é aproximadamente da mesma ordem de magnitude que o coeficiente de extinção k para o material. Em algumas modalidades, um fino filme com perdas pode ser feito de um material onde o índice de refração n está dentro aproximadamente duas ordens de diferença de magnitude do valor do coeficiente de extinção k do material. Exemplos não limitantes de tais materiais em comprimentos de onda visíveis são germânio e silício.

[00361] Um fino filme com perdas pode ter qualquer espessura adequada, o que pode depender de um comprimento de onda, ou comprimentos de onda característicos, associados com a fonte de excitação, ou fontes. Em algumas modalidades, um fino filme com perdas pode ser entre aproximadamente 1 nm e aproximadamente 45 nm de espessura. Em outras modalidades, um fino filme com perdas pode ser entre aproximadamente 15 nm e aproximadamente 45 nm de espessura. Em ainda outras modalidades, um fino filme com perdas pode ser entre aproximadamente 1 nm e aproximadamente 20 nm de espessura.

[00362] Os efeitos de um fino filme com perdas sobre a refletância do material 5-230 no qual um poço de amostra está formado, perda de energia de excitação dentro do fino filme com perdas, e perda de energia de excitação dentro do material 5-230 estão mostradas no gráfico na Figura 9-6C. Uma curva apresentada no gráfico representa uma curva de refletância 9-634, e mostra como a refletância do material 5-230 e do fino filme com perdas 9-610 variam conforme a espessura do fino filme com perdas muda de 0 nm para 100 nm. A refletância atinge um valor mínimo em aproximadamente 25 nm, de acordo com a modalidade simulada. O mínimo de refletância ocorrerá em diferentes espessuras dependendo de um comprimento de onda característico da energia de excitação e dos materiais utilizados para o fino filme com perdas e o material 5-230. Em algumas implementações uma espessura de fino filme com perdas é selecionada de modo que a refletância esteja aproximadamente no seu valor mínimo.

[00363] Em algumas modalidades, um fino filme com perdas 9-610 pode estar espaçado de um poço de amostra 5-210 e do material 5-230, como apresentado na Figura 9-6D. Por exemplo, uma fina camada dielétrica 9-620 (por exemplo, um óxido de silício de SiOx) pode ser formada sobre um fino filme com perdas, e um poço de amostra 5-210 pode ser formado adjacente à camada dielétrica 9-620. Uma espessura da camada dielétrica 9-620 pode estar entre aproximadamente 10 nm e aproximadamente 150 nm de acordo com algumas modalidades, apesar de outras espessuras poderem ser utilizadas em algumas modalidades.

[00364] Apesar de apresentado como uma única camada, um fino filme com perdas pode compreender múltiplas camadas de dois ou mais materiais. Em algumas implementações, uma pilha de múltiplas camadas que compreende camadas alternadas de um fino filme com perdas 9-610 e uma camada dielétrica 9-620 pode ser formada adjacente a um poço de amostra 5-210, como apresentado na Figura 9- 6E. Uma espessura de um fino filme com perdas 9-610 em uma pilha de camadas pode estar entre aproximadamente 5 nm e aproximadamente 100 nm, e uma espessura de uma camada dielétrica 9-620 dentro da pilha pode estar entre aproximadamente 5 nm e aproximadamente 100 nm, de acordo com algumas modalidades. Em algumas implementações, a pilha de múltiplas camadas pode compreender uma camada de dióxido de silício que tem uma espessura entre aproximadamente 2 nm e aproximadamente 8 nm, uma camada de silício que tem uma espessura entre aproximadamente 5 nm e aproximadamente 20 nm, e a camada de germânio que tem uma espessura entre aproximadamente 2 nm e aproximadamente 12 nm, apesar de que outras espessuras podem ser utilizadas em outras modalidades. Em algumas implementações, a pilha de múltiplas camadas pode compreender uma camada de dióxido de silício (aproximadamente 4.2 nm de espessura), uma camada de silício (aproximadamente 14.4 nm de espessura), e uma camada de germânio (aproximadamente 6.5 nm de espessura), apesar de que outras espessuras poderem ser utilizadas em outras modalidades.

[00365] Um fino filme com perdas pode ser fabricado de qualquer material adequado que exibe pelo menos alguma perda para a radiação incidente. Em algumas modalidades, um fino filme com perdas pode compreender um material de semicondutor, por exemplo silício e germânio, apesar de outros materiais poderem ser utilizados. Em algumas implementações, um fino filme com perdas pode compreender um material inorgânico ou um metal. Em algumas modalidades, um fino filme com perdas pode compreender uma liga ou composto de semicondutor. Por exemplo, um fino filme com perdas pode compreender uma liga que inclui Si (57,4% por peso), Ge (25,8% por peso), e SiO2 (16,8% por peso), apesar de outras razões e composições poderem ser utilizadas em outras modalidades.

[00366] De acordo com algumas modalidades, um fino filme com perdas pode ser formado sobre o substrato utilizando qualquer processo de deposição de manta, por exemplo, um processo de deposição físico, um processo de deposição de vapor químico, um processo de rotação, ou uma sua combinação. Em algumas modalidades, um fino filme com perdas pode ser tratado após a deposição, por exemplo, assado, recozido e/ou sujeito a implantação de íons.

[00367] Outras estruturas de alterada de fase / amplitude podem ser utilizadas além de ou alternativamente para melhorar a energia de excitação dentro do poço de amostra. De acordo com algumas implementações e como mostrado na Figura 9-7A, uma pilha refletiva 9705 pode ser espaçada de um poço de amostra 5-210. Em algumas modalidades, uma pilha refletiva pode compreender uma pilha dielétrica de materiais que têm índices de refração alternados. Por exemplo uma primeira camada dielétrica 9-710 pode ter um primeiro índice de refração, e uma segunda camada dielétrica 9-720 pode ter um segundo índice de refração diferente do que p primeiro índice de refração. A pilha refletiva 9-705 pode exibir uma alta refletividade para radiação de excitação em algumas modalidades, e exibir uma baixa refletividade para emissão radiativa de um emissor dentro do poço de amostra. Por exemplo, uma pilha refletiva 9-705 pode exibir uma refletividade maior do que aproximadamente 80% para radiação de excitação e uma refletividade mais baixa do que aproximadamente 40% para emissão de uma amostra, apesar de outros valores de refletividade poderem ser utilizados em algumas modalidades. Uma camada dielétrica 9-730 que transmite a energia de excitação pode estar localizada entre a pilha refletiva e o poço de amostra.

[00368] De acordo com algumas implementações, uma pilha refletiva 9-705 apresentada na Figura 9-7A pode formar um ressonador com o material 5-230 no qual o poço de amostra 5-210 está formado. Por exemplo, a pilha refletiva pode estar espaçada do material 5-230 por uma distância que é aproximadamente igual a uma metade do comprimento de onda da radiação de excitação dentro do material dielétrico 9-730, ou um seu múltiplo integral. Formando um ressonador, a energia de excitação pode passar através da pilha refletiva, ressonar, e aumentar dentro do espaço entre o material 5-230 e a pilha refletiva 9-705. Isto pode aumenta a intensidade de excitação dentro do poço de amostra 5-210. Por exemplo, a intensidade pode aumentar dentro da estrutura ressonante por mais de um fator de 2 em algumas modalidades, e mais de um fator de 5 em algumas modalidades, e ainda mais de um fator def 10 em algumas modalidades.

[00369] Uma cavidade ressonante formada no poço de amostra pode compreender um ressonador Gires-Tournois, de acordo com algumas modalidades. Em algumas implementações, uma estrutura ressonante pode compreender uma cavidade ressonante linear ou ressonador de anel. Em algumas implementações, uma estrutura ressonante pode compreender um refletor Bragg distribuído formado adjacente ao poço de amostra. O refletor Bragg distribuído pode compreender camadas alternadas de material que têm diferente índices de refração. Em algumas implementações, uma cavidade ressonante pode compreender uma microcavidade. A microcavidade pode ter dimensões de microes- cala. Em alguns aspectos, uma microcavidade pode ter um tamanho que é aproximadamente igual à metade do comprimento de onda característico de uma fonte de excitação ou um seu múltiplo (como modificado pelo índice refrativo n da cavidade ressonante). Por exemplo, a dimensão de uma microcavidade pode ser MÀ/2n, onde M é um inteiro.

[00370] Estruturas adicionais podem ser adicionadas na vizinhança do poço de amostra, como apresentado na Figura 9-7B e Figura 9-7C. De acordo com algumas modalidades, um plugue dielétrico 9-740 que tem um primeiro índice de refração que é mais alto do que um segundo índice de refração da camada dielétrica 9-730 pode ser formado adjacente ao poço de amostra 5-210, como apresentado na Figura 97B. O plugue pode estar na forma de um cilindro que tem um diâmetro aproximadamente igual àquele do poço de amostra, apesar de outras formas e tamanhos poderem ser utilizados. Devido ao seu índice refrativo mais alto, o plugue dielétrico 9-740 pode condensar e guiar a radiação de excitação na direção do poço de amostra.

[00371] Uma estrutura dielétrica, tal como o plugue 9-740, pode ser utilizada com ou sem uma pilha refletiva 9-705, de acordo com algumas modalidades. Tal estrutura dielétrica pode ser referida como uma antena ressonante dielétrica. A antena ressonante dielétrica pode ter qualquer forma adequada, por exemplo, cilíndrica, retangular, quadrada, poligonal, trapezoidal, ou pirâmide.

[00372] A Figura 9-7C e Figura 9-7D apresentam uma estrutura de folga de banda fotônica (PBG) que pode ser formada na vizinhança de um poço de amostra 5-210, de acordo com algumas modalidades. Uma estrutura de folga de banda fotônica pode compreender uma rede regular ou treliça de estruturas de contraste óticas 9-750. As estruturas de contraste óticas podem compreender um material dielétrico que tem um índice refrativo que é diferente de um índice refrativo do material dielétrico circundante, de acordo com algumas modalidades. Em algumas implementações, as estruturas de contraste óticas 9-750 podem ter um valor de perda que é diferente do meio circundante. Em algumas implementações, um poço de amostra 5-210 pode estar localizado em um defeito na treliça como apresentado na Figura 9-7D. De acordo com várias modalidades, o defeito na treliça fotônica pode confinar fótons dentro da região do defeito, pode melhorar a intensidade da energia de excitação no poço de amostra. O confinamento devido à estrutura de folga de banda fotônica pode ser substancialmente em duas dimensões transversais a uma superfície do substrato. Quando combinado com a pilha refletiva 9-705, o confinamento pode ser em três dimensões no poço de amostra. Em algumas modalidades, uma estrutura de folga de banda fotônica pode utilizada sem uma pilha refletiva.

[00373] Vários métodos forma contemplados para fabricar as estruturas de acoplamento de excitação apresentadas na Figura 9-6A até Figura 9-7D. Estruturas que requerem finos filmes planos (por exemplo, filmes dielétrico ou índice refrativo alternado) podem ser formadas por processo de deposição plana, de acordo com algumas modalidades. Os processo de deposição plana podem compreender deposição física (por exemplo, evaporação de feixe de elétrons ou crepitação) ou processos de deposição de vapor químico. As estruturas que requerem dielétricos embutidos discretos formados em formas tridimensionais, tal como uma antena ressonante dielétrica 9-740 mostrada na Figura 9-7B ou as estruturas de contraste óticas 9-750 mostradas na Figura 9-7C, podem ser formadas utilizando processos de padronização e corrosão litográfica para corroer o padrão dentro do substrato, e utilizando uma subsequente deposição de uma camada dielétrica, e uma planificação do substrato, por exemplo. Também contempladas estão técnicas de processamento de autoalinhamento para formar antenas ressonantes dielétricas assim como estruturas de folga de banda fotônicas na vizinhança do poço de amostra 5-210.

H. FABRICAÇÃO DE ESTRUTURAS DE ACOPLAMENTO DE EXCITAÇÃO DE AMPLITUDE / FASE

[00374] A Figura 9-8A até Figura 9-8G apresentam estruturas associadas com etapas de processo para apenas um processo de autoalinhamento que pode ser utilizado para formar uma estrutura de folga de banda fotônica e um poço de amostra autoalinhado como ilustrado na Figura 9-7C. De acordo com algumas modalidades, uma pilha refletiva 9-705 pode ser primeiro formada sobre um substrato acima de uma camada dielétrica 5-245, como ilustrado na Figura 9-8A. Uma segunda camada dielétrica 9-730 pode então ser depositada sobre a pilha refletiva. A espessura da camada dielétrica 9-730 pode ser aproximadamente igual a aproximadamente metade de um comprimento de onda da radiação de excitação no material, ou um seu múltiplo integral. As etapas de processo descritas em conexão com a Figura 9- 4A até Figura 9-4E podem então ser executadas para formar um pilar 9420 acima da camada dielétrica 9-730 e i, padrão de características corroídas 9-810 para a estrutura de folga de banda fotônica. As características corroídas pode estender para dentro da camada dielétrica 9-730 e opcionalmente para dentro da pilha refletiva 9-705. A estrutura resultante pode parecer como mostrada na Figura 9-8A.

[00375] Um resistente 9-440 que cobre o pilar 9-420 pode ser destacado do substrato e uma deposição de conformidade executada para encher as características corroídas com um material de preenchimento 9-820, como apresentado na Figura 9-8B. O material de preenchimento 9-820 pode ser o mesmo material que é utilizado para formar o pilar 9-420, de acordo com algumas modalidades. Por exemplo o material de preenchimento 9-820 e o pilar 9-420 podem ser formados de nitreto de silício e a camada dielétrica 9-730 pode compreender um óxido, por exemplo, SiO2.

[00376] Uma corrosão anisotrópica pode então ser executada para corroer de novo o material de preenchimento 9-820. O material de preenchimento pode ser corroído de novo para expor uma superfície da camada dielétrica 9-730, de acordo com algumas modalidades, resultando em uma estrutura como apresentado na Figura 9-8C. A corrosão pode deixar um pilar 9-830 que compreende o pilar original 9420 e as paredes laterais 9-822 que permanecem do material de preenchimento 9-820.

[00377] Um resistente 9-440 pode então ser padronizado sobre o substrato como apresentado na Figura 9-8D. Por exemplo, o resistente pode ser revestido por sobre o substrato, um furo padronizado no resistente, e o resistente desenvolvido para abrir uma região no resistente ao redor do pilar 9-830. O alinhamento do furo com o pilar não precisa ser altamente preciso, e somente precisa expor o pilar 9-830 sem expor as estruturas de folga de banda fotônicas embutidas na camada dielétrica 9-730.

[00378] Após o pilar 9-830 ser exposto, uma corrosão isotrópica pode ser utilizada para reduzir a dimensão transversal do pilar. De acordo com algumas modalidades, a forma de pilar resultante pode parecer como apresentado na Figura 9-8E. O resistente 9-440 pode então ser destacado do substrato e um material 5-230, ou camadas de materiais, podem ser depositadas sobre a região. Em algumas modalidades, o material 5-230 pode ser corroído de novo utilizando um processo CMP para planificar a região como apresentado na Figura 9-8F. Subsequentemente, uma corrosão seca ou molhada seletiva pode ser utilizada para remover a estrutura de pilar restante deixando um poço de amostra 5210, como ilustrado na Figura 9-8G. Como indicado pelos desenhos, o poço de amostra 5-210 está autoalinhado com a estrutura de folga de banda fotônica padronizada na camada dielétrica 9-730.

[00379] Conforme um processo alternativo, o material de preenchimento 9-820 pode compreender um material diferente do que o material utilizado para formar o pilar 9-420. Neste processo, as etapas associadas com as Figura 9-8D e Figura 9-8E podem ser omitidas. Após a deposição de material 5-230 e planificação, como apresentado na Figura 9-8F, uma corrosão seletiva pode ser executada para remover o pilar 9-420. Isto pode deixar as paredes laterais do material de preenchimento 9-820 revestindo o poço de amostra 5-210.

I. ESTRUTURAS E FABRICAÇÃO DE ACOPLAMENTO DE EXCITAÇÃO NÃO RADIATIVO

[00380] As estruturas para acoplamento não radiativo de energia de excitação a uma amostra dentro do poço de amostra foram também contempladas pelos inventores. Apenas uma modalidade de uma estrutura de acoplamento não radiativo está apresentado na Figura 9- 9A. De acordo com algumas modalidades, uma estrutura de acoplamento não radiativo pode compreender uma camada de semicondutor 9-910 formada imediatamente adjacente a um poço de amostra 5-210. A camada de semicondutor 9-910 pode ser um semicondutor orgânico em algumas modalidades, ou um semicondutor inorgânico em algumas modalidades. Em algumas implementações, uma depressão 5-216 pode, ou não, ser formada na camada de semicondutor. A camada de semicondutor 9-910 pode ter uma espessura entre aproximadamente 5 nm e aproximadamente 100 nm de acordo com algumas modalidades, apesar de outras espessuras poderem ser utilizadas em algumas modalidades. De acordo com algumas implementações, a radiação de excitação ou fótons 9-930 de uma fonte de excitação pode impingir sobre a camada de semicondutor 9-910 e produzir excitons 9-920. Os excitons podem difundir para uma superfície do poço de amostra onde estes podem não radiativamente recombinar e transferir energia para uma amostra adjacente às paredes do poço de amostra.

[00381] A Figura 9-9B apresenta outra modalidade na qual uma camada de semicondutor 9-912 pode ser utilizada para não radiativamente transferir energia de energia de excitação para uma amostra. Em algumas modalidades, uma camada de semicondutor 9912 pode ser formada no fundo de um poço de amostra ou em uma depressão do poço de amostra 5-210, como apresentado no desenho. A camada de semicondutor 9-912 pode ser formada em um poço de amostra utilizando um processo de deposição direcional como aqui descrito em conexão com as etapas de processo para depositar um aderente na base do poço de amostra, de acordo com algumas modalidades. A camada de semicondutor 9-912 pode ter uma espessura entre aproximadamente 5 nm e aproximadamente 100 nm de acordo com algumas modalidades, apesar de outras espessuras poderem ser utilizadas em outras modalidades. A radiação incidente pode gerar excitons dentro da camada de semicondutor, os podem então difundir para uma superfície de fundo do poço de amostra 5-210. Os excitons podem então não radiativamente transferir energia para uma amostra dentro do poço de amostra.

[00382] Múltiplos percursos não radiativos para transferir energia de excitação para uma amostra foram também contemplados pelos inventores. De acordo com algumas modalidades, e como apresentado na Figura 9-9C, uma partícula de transferência de energia 9-940 pode ser depositada dentro de um poço de amostra. A partícula de transferência de energia pode compreender um ponto de quantum em algumas modalidades, ou pode compreender uma molécula em algumas modalidades. Em algumas implementações, A partícula de transferência de energia 9-940 pode ser funcionalizada para uma superfície do poço de amostra através de uma molécula de ligação. Uma fina camada de semicondutor 9-910 pode ser formada adjacente ao poço de amostra, ou dentro do poço de amostra, e os excitons podem ser gerados dentro da camada de semicondutor da radiação de excitação incidente sobre a camada de semicondutor, como apresentado no desenho. Os excitons podem difundir para a superfície do poço de amostra, e não radiativamente transferir energia para uma partícula de transferência de energia 9-940. A partícula de transferência de energia 9-940 pode então não radiativamente transferir energia para uma amostra 5-101 dentro do poço de amostra.

[00383] De acordo com algumas implementações, pode existir mais do que uma partícula de transferência de energia 9-940 dentro de um poço de amostra. Por exemplo, uma camada de partículas de transferência de energia 9-942 pode estar depositada dentro de um poço de amostra, tal como o poço de amostra apresentado na Figura 9-9C.

[00384] Em algumas implementações, as partículas de transferência de energia 9-942, ou uma única partícula de transferência de energia 9940, podem ser depositadas em uma base de um poço de amostra, como apresentado na Figura 9-9D. A partícula de transferência de energia, ou partículas, pode radiativamente ou não radiativamente transferir energia de excitação para uma amostra 5-101 dentro do poço. Por exemplo, uma partícula de transferência de energia pode absorver radiação incidente para formar um estado excitado da partícula de transferência de energia, e então radiativamente ou não radiativamente transferir energia para a amostra 5-101.

[00385] Em algumas implementações, uma partícula de transferência de energia pode absorver a energia de excitação incidente, e então reemitir a energia radiativa em um comprimento de onda que seja diferente do comprimento de onda da energia de excitação absorvida. A energia reemitida pode então ser utilizada para excitar uma amostra dentro poço de amostra. Figura 9-9F representa gráficos espectrais associados com uma partícula de transferência de energia de diminuição de resolução. De acordo com algumas modalidades, uma partícula de transferência de energia de diminuição de resolução compreende um ponto de quantum que pode absorver uma curta radiação de comprimento de onda (energia mais alta), e emitir uma ou mais radiações de comprimento de onda mais longas (energia mais baixa). Um exemplo de curva absorção 9-952 está apresentado no gráfico como uma linha tracejada para um ponto de quantum que tem um raio entre 6 a 7 nm. O ponto de quantum pode emitir uma primeira banda de radiação ilustrada pela curva 9-954, uma segunda banda de radiação ilustrada pela curva 9-956, e uma terceira banda de radiação ilustrada pela curva 9-958.

[00386] Em algumas implementações uma partícula de transferência de energia pode aumentar a resolução de energia de uma fonte de excitação. A Figura 9-9F apresenta espectros associados com aumento de resolução de uma partícula de transferência de energia. De acordo com algumas modalidades, um ponto de quantum pode ser excitado com radiação a aproximadamente 980 nm, e então reemitir dentro de uma de três bandas espectrais como ilustrado no gráfico. Uma primeira banda pode estar centrada em aproximadamente 483 nm, uma segunda banda pode estar centrada em aproximadamente 538 nm, e uma terceira banda pode estar centrada em aproximadamente 642 nm. Os fótons reemitidos do ponto de quantum são mais energéticos do que os fótons da radiação utilizada para excitar o ponto de quantum. Consequentemente, a energia da fonte de excitação tem a resolução aumentada. Uma ou mais das bandas espectrais emitidas podem ser utilizadas para excitar uma ou mais amostras dentro poço de amostra. J. DIRECIONANDO ENERGIA DE EMISSÃO PARA O SENSOR

[00387] Um ou mais componentes podem estar formados entre um poço de amostra e sensores correspondentes em um pixel para aperfeiçoar o coletamento de energia de emissão pelos sensores de uma amostra dentro do poço de amostra. Tais componentes podem aperfeiçoar a razão de sinal para ruído do sinal de energia de emissão para um sinal de fundo de modo a aperfeiçoar a detecção de um marcador para identificar uma amostra dentro de um espécime. Tais componentes podem ser projetados para espacialmente direcionar e/ou espacialmente separar energias de emissão de diferentes comprimentos de onda característicos. Tais componentes podem direcionar a energia de excitação de um poço de amostra para um ou mais sensores correspondentes em um pixel. Em algumas modalidades, a localização do poço de amostra com relação à estrutura está selecionada de modo a direcionar a energia de emissão do poço de amostra em um modo específico na direção de um ou mais sensores. Quando identificando um ou mais marcadores com base em energia de emissão, um elemento pode ser configurado para direcionar a energia de emissão para um padrão de radiação de distribuição que depende do comprimento de onda característico emitido pelo marcador. Múltiplos marcadores, cada um emitindo com diferente faixas espectrais, podem ser distinguíveis pelo padrão de radiação que forma quando a energia de emissão acopla a um componente de direcionamento de emissão dentro do dispositivo integrado. Outros componentes, tal como filtros, podem reduzir a energia de excitação e outra energia não associada com a amostra em um pixel de atingir os um ou mais sensores correspondentes do pixel.

1. ÓTICA DE SUPERFÍCIE

[00388] Os componentes dentro de um pixel localizado próximo do poço de amostra do pixel podem estar configurados para acoplar com a energia de emissão emitida por uma amostra quando localizada dentro do poço de amostra. Tais componentes podem ser formados na interface entre duas camadas do dispositivo integrado. Por exemplo, alguns elementos de acoplamento de energia de emissão podem ser formados na interface entre uma camada de poço de amostra e a camada adjacente à camada de poço de amostra oposta a onde os poços de amostra estão formados. Em algumas instâncias, a camada sob a camada de poço de amostra é uma camada dielétrica e os elementos de acoplamento de energia de emissão podem suportar plasmons de superfície. Em outras modalidades, a camada de poço de amostra pode ser um material condutivo adjacente a um material oticamente transparente. Os elementos de acoplamento de energia de superfície podem ser estruturas óticas de superfície que são excitadas por e interagem com a emissão radiativa do poço de amostra. As estruturas óticas de superfície podem estar configuradas para formar diferente padrões de radiação espacial para energias de emissão de diferentes comprimentos de onda característicos. O termo "comprimento de onda característico"ou "energia característica"podem ser utilizados para referir a um comprimento de onda central ou predominante dentro de uma largura de banda limitada de radiação emitida de uma fonte. Exemplos de comprimentos de onda característicos de fluorofóros são 563 nm, 595 nm, 662 nm, e 687 nm.

[00389] Uma dimensão característica de uma estrutura ótica de superfície tal como um período de grade, tamanho de característica, ou distância do poço de amostra pode ser selecionada para maximamente acoplar um componente paralelo de um vetor de momento de energia de emissão em um vetor de momento de onda de superfície para um plasmon de superfície. Por exemplo, o componente paralelo do vetor de momento de energia de emissão pode ser correspondido com o vetor de momento de onda de superfície para um plasmon de superfície suportado pela estrutura, de acordo com algumas modalidades. Em algumas modalidades, uma distância d do poço de amostra para uma borda ou aspecto característico de uma estrutura ótica de superfície pode ser selecionada de modo a direcionar a energia de emissão do poço de amostra em uma direção selecionada, tal como normal à superfície ou inclinada a um ângulo θ da normal para a superfície. Por exemplo, a distância, d, pode ser um número integral de comprimentos de onda de plasmon de superfície para direcionar uma emissão normal à superfície. Em algumas modalidades, a distância, d, pode ser selecionada para ser um comprimento de onda de plasmon de superfície fracionário, ou seu módulo de comprimento de onda, para direcionar a emissão a um ângulo θ da normal para superfície.

[00390] Em operação, um componente de acoplamento de energia de superfície e poço de amostra podem estar configurados para aumentar a quantidade de energia de emissão que é radiada do poço de amostra na direção de um mais sensores no pixel que contém o poço de amostra. Sem acoplamento de energia de superfície, uma amostra excitada pode emitir radiação isotropicamente e a presença do poço de amostra que atua como uma guia de onda de modo zero pode restringir a maior parte da emissão para uma meia concha ou distribuição Lambertiana já que a radiação não pode propagar através da nanoabertura. A adição de componentes de acoplamento de energia de superfície pode criar uma distribuição de emissão altamente anisotrópica.

[00391] De acordo com algumas modalidades, as estruturas óticas de superfície podem acoplar energia de emissão radiativa de um poço de amostra em um primeiro comprimento de onda característico em uma primeira direção e/ou em um primeiro padrão espacial característico. A energia acoplada pode estar direcionada na primeira direção em um padrão de radiação anisotrópico, estreitado. Em algumas modalidades, as estruturas óticas de superfície podem ainda acoplar energia de emissão radiativa do mesmo poço de amostra em um segundo comprimento de onda característico em uma segunda direção e/ou um segundo padrão espacial característico que é diferente da primeira direção e/ou em um primeiro padrão espacial característico. A segunda emissão pode também ser direcionada em um padrão de radiação anisotrópico, estreitado. Em algumas modalidades, a radiação com um primeiro comprimento de onda característico é direcionada em um lobo estreitado normal à superfície na qual a estrutura ótica de superfície está formada, e uma radiação de um segundo comprimento de onda característico está direcionada em lobos anulares em um ângulo da normal à superfície.

[00392] Um exemplo de uma estrutura ótica de superfície é uma grade concêntrica. Uma estrutura de grade concêntrica pode ser formada em um pixel do dispositivo integrado para direcionar a energia de emissão na direção um ou mais sensores do pixel. A estrutura de anéis de grade concêntricos, ou olho de boi, pode ser formada ao redor de um poço de amostra. A estrutura de grade concêntrica pode acoplar com o poço de amostra para aperfeiçoar a propagação de energia de emissão para fora do poço de amostra. Além disso, a estrutura de grade concêntrica pode direcionar a energia de emissão emitida por uma amostra dentro do poço de amostra para um padrão de radiação onde o padrão de radiação que forma depende de um comprimento de onda característico da energia de emissão.

[00393] Um exemplo de uma superfície de grade circular concêntrica 10-102 como uma estrutura de plasmon de superfície está apresentada na Figura 10-1. A grade circular pode compreender qualquer número adequado de anéis e o número de anéis mostrado Figura 10-1 é um exemplonão limitante. A grade circular pode compreender anéis protuberantes de uma superfície de um filme condutivo. Por exemplo, a grade circular pode estar formado na interface da camada de poço de amostra e uma camada dielétrica formada sob a camada de poço de amostra. A camada de poço de amostra pode ser um material condutivo e a grade concêntrica pode ser formada pela padronização da estrutura de grade na interface entre o material condutivo e o dielétrico. Os anéis da grade circular podem estar em um espaçamento periódico regular, ou podem ter espaçamentos irregulares ou periódicos entre os anéis. O poço de amostra pode estar localizado no ou próximo do centro da grade circular. Em algumas modalidades, o poço de amostra pode estar localizado fora de dentro da grade circular e pode estar posicionado a uma certa distância do centro da grade. Em algumas modalidades, um componente de acoplamento de energia de superfície de tipo de grade pode compreender uma grade espiral. Um exemplo de uma grade espiral 10-202 está apresentado na Figura 10-2. A grade espiral 10-202 pode compreender uma abertura espiral em um filme condutivo. Quaisquer dimensões da grade espiral podem ser utilizadas para formar a grade espiral.

[00394] Uma estrutura de grade pode ser formada próxima de um poço de amostra de modo que a energia de emissão possa acoplar com a estrutura de grade. A estrutura de grade pode estar configurada para formar um padrão de distribuição espacial da energia de emissão com base em um comprimento de onda característico da energia de emissão. Diferentes padrões de distribuição espacial podem formar para diferente comprimentos de onda característicos. Exemplos de possíveis padrões de distribuição espacial que formam como um resultado de ter uma grade concêntrica posicionada sob um poço de amostra estão apresentados nas Figuras 10-3 a 10-6. Por exemplo, uma camada 10-306 de um dispositivo integrado pode conter um poço de amostra com uma estrutura de grade concêntrica 10-302 posicionada sob o poço de amostra. Quando energia de emissão que tem um primeiro comprimento de onda característico é emitida por uma amostra no poço de amostra, a energia de emissão acopla com a grade concêntrica e forma um primeiro padrão de distribuição espacial 10-304 ilustrado na Figura 10-3. Além disso, quando a energia de emissão que tem um segundo comprimento de onda característico é emitida por uma amostra dentro do poço de amostra, um segundo padrão de distribuição por formar, tal como o padrão de distribuição 10-404 mostrado na Figura 10-4. Similarmente, a Figura 10-5 ilustra um terceiro padrão de distribuição espacial 10-504 para uma energia de emissão que tem um terceiro comprimento de onda característico e a Figura 10-6 ilustra um quarto padrão de distribuição espacial 10-604 que tem um quarto comprimento de onda característico. Os diferentes padrões de distribuição espacial podem ser detectados por sensores espacialmente te separados dentro do pixel para diferenciar entre o primeira, segundo, terceiro, e quarto comprimentos de onda característicos.

[00395] Outro exemplo de uma ótica de superfície ou estrutura de plasmon de superfície é uma estrutura de nanoantena. Uma estrutura de nanoantena pode ser projetada para espacialmente direcionar /ou espacialmente separar energias de emissão de diferentes comprimentos de onda característicos. Em algumas modalidades, a localização do poço de amostra com relação à estrutura de nanoantena é selecionada de modo a direcionar a energia de emissão do poço de amostra em um modo específico na direção de um ou mais sensores. As nanoantenas podem compreender estruturas de antena dipolo em nanoescala que estão projetadas para produzir um padrão de radiação direcional quando excitadas por energia de emissão. As nanoantenas podem estar distribuídas ao redor de um poço de amostra. O padrão de radiação direcional pode resultar de um somatório dos campo eletromagnéticos das antenas. Em algumas modalidades, o padrão de radiação direcional pode resultar de um somatórios dos campo eletromagnéticos das antenas com o campo emitido diretamente da amostra. Em algumas implementações, o campo emitido diretamente da amostra pode ser mediado por um plasmon de superfície entre o poço de amostra e estrutura de nanoantena.

[00396] As dimensões das nanoantenas individuais que formam a estrutura de nanoantena podem ser selecionadas para a capacidade combinada da estrutura de nanoantena total produzir padrões de distribuição específicos de uma ou mais energias de emissão. Por exemplo, os diâmetros das individual nanoantenas individuais podem variar dentro de uma estrutura de nanoantena. No entanto, em algumas instâncias, os diâmetros podem ser os mesmos dentro de um conjunto de nanoantenas. Em outras implementações, poucos diâmetros selecionados podem ser utilizados através de toda a estrutura de nanoantena total. Algumas nanoantenas podem estar distribuídas sobre um círculo de raio R e algumas podem ser deslocadas em uma direção radial do círculo. Algumas nanoantenas pode estar igualmente espaçadas ao redor de um círculo de raio R (por exemplo, centradas sobre incrementos de ângulo polar equivalentes), e algumas podem estar deslocadas do espaçamento igual ao redor do círculo. Em algumas modalidades, as nanoantenas podem estas dispostas em uma configuração espiral ao redor de um poço de amostra. Além disso ou alternativamente, outras configurações de nanoantenas são possíveis, de modo que uma rede de matriz ao redor do poço de amostra, uma distribuição cruzada, e distribuições em estrela. As nanoantenas individuais podem ter formas outras que um círculo, tais como quadrado, retangular, em cruz, triângulo, gravata borboleta, anel anular, pentágono, hexágona, polígonos, etc. Em algumas modalidades, a circunferência de uma abertura ou disco pode ser aproximadamente um múltiplas inteiro de um comprimento de onda fracionário, por exemplo, (N/2)A.

[00397] Uma rede de nanoantenas pode direcionar a energia de emissão de uma amostra em lobos de radiação concentrada que têm um padrão espacial dependente de um comprimento de onda característico da energia de emissão. Quando uma amostra emite energia, esta pode excitar os plasmons de superfície que propagam do poço de amostra para as nanoantenas distribuídas ao redor do poço de amostra. Os plasmons de superfície podem então excitar os modos de radiação ou emissores de dipolo nas nanoantenas que emitem uma radiação perpendicular à superfície da camada de poço de amostra. A fase de um modo excitado ou dipolo em uma nanoantena dependerá da distância da nanoantena do poço de amostra. Selecionando a distância entre o poço de amostra e uma nanoantena individual controla a fase de radiação emitida da nanoantena. O modo de radiação espacial excitado em uma nanoantena dependerá da geometria e/ou tamanho da nanoantena. Selecionando o tamanho e/ou geometria de uma nanoantena individual controla o modo de radiação espacial emitido da nanoantena. As contribuições de todas as nanoantenas na rede e, em algumas instâncias do poço de amostra, pode determinar um lobo ou lobos de radiação totais que formam o padrão de radiação. Como pode ser apreciado, o modo de fase e radiação espacial emitido de uma nanoantena individual pode depender do comprimento de onda, de modo que o lobo ou lobos de radiação total que formam o padrão de radiação serão também dependentes do comprimento de onda. Simulações numéricas dos campos eletromagnéticos podem ser empregadas para determinar os padrões de lobo de radiação totais para energias de emissão de diferentes comprimentos de onda característicos.

[00398] A nanoantena pode compreender uma rede de furos ou aberturas em um filme condutivo. Por exemplo, a estrutura de nanoantena pode ser formada na interface entre uma camada de poço de amostra condutiva e uma camada dielétrica subjacente. Os furos podem compreender conjuntos de furos distribuídos em círculos concêntricos que circundam um ponto central. Em algumas modalidades, um poço de amostra está localizado no ponto central da rede, enquanto que em outras modalidades o poço de amostra pode estar fora de centro. Cada conjunto de furos circularmente distribuídos pode compreender uma coleção de diferentes diâmetros dispostos do menor para o maior ao redor da distribuição circular. Os diâmetros de furo podem ser diferentes entre os conjuntos (por exemplo, o menor furo em um conjunto pode ser maior do que o menor furo em outro conjunto), e a localização do menor furo pode estar orientada em um diferente ângulo para polar cada conjunto de círculos. Em algumas modalidades, podem existir um a sete conjuntos de furos circularmente distribuídos em uma nanoantena. Em outras modalidades, podem existir mais de sete conjuntos. Em algumas modalidades, os furos podem não ser circulares, mas podem ser de qualquer forma adequada. Por exemplo, os furos podem ser elipses, triângulos, retângulos, etc. Em outras modalidades, a distribuição de furos pode não ser circular, mas pode criar uma forma espiral.

[00399] As Figuras 11-1A e 11-1B ilustram uma estrutura de nanoantena exemplar que compreendida de furos ou aberturas em uma camada condutiva. A Figura 11-1A mostra uma vista plana de topo da superfície de um dispositivo integrado com um poço de amostra 11-108 circundado por furos 11-122. Os furos de nanoantena estão distribuídos aproximadamente ao redor de um círculo de raio R. Neste exemplo não limitante, os diâmetros de furo variam incrementalmente aumentando ao redor da circunferência do círculo de furos. A Figura 11-1B mostra um esquema de uma vista em seção transversal do dispositivo integrado mostrado na Figura 11-1A ao longo da linha B-B'. A camada de poço de amostra 11-116 que inclui o poço de amostra 11-108 e aberturas 11122 que fazem parte da estrutura de nanoantena. A camada 11-118 do dispositivo integrado fica sob a camada de poço de amostra 11-116. A camada 11-118 pode ser um material dielétrico e/ou um material oticamente transparente.

[00400] Em algumas modalidades, a estrutura de nanoantena pode compreender uma pluralidade de discos. Os discos da estrutura de nanoantena podem ser formados de discos condutivo que projetam de uma superfície de um material condutivo. O material condutivo pode ser adjacente a um material oticamente transparente. Em algumas modalidades, as nanoantenas podem estar distribuídas ao redor de um poço de amostra. Em algumas instâncias, as nanoantenas pode estar distribuídas aproximadamente ao redor de um poço de amostra em um círculo de raio R. Uma rede de nanoantenas pode compreender múltiplos conjuntos de nanoantenas distribuídas aproximadamente sobre círculos adicionas de diferentes raios ao redor de um poço de amostra.

[00401] As Figuras 11-2A e 11-2B ilustram uma modalidade exemplar de uma estrutura de nanoantena que compreende discos que projetam de uma camada condutiva. A Figura 11-2A mostra um esquema de vista plana de topo da superfície de um dispositivo integrado com um poço de amostra 11-208 circundado por discos 11224. Os discos de nanoantena estão distribuídos aproximadamente ao redor de um círculo de raio R. Neste exemplo não limitante, dois diâmetros são utilizados para os discos e os discos alternam entre estes dois diâmetros ao redor da circunferência do círculo de nanoantena. A Figura 11-2B mostra um esquema de uma vista em seção transversal do dispositivo integrado mostrado na Figura 11-2A ao longo da linha CC'. A camada de poço de amostra 11-216 que inclui poço de amostra 11-208 e discos 11-224 que fazem parte da estrutura de nanoantena. Os discos 11-224 projetam da camada de poço de amostra 11-216 por uma certa distância. Em algumas modalidades, a distância que os disco estendem da camada de poço de amostra pode variar dentro de uma estrutura de nanoantena. A camada 11-218 do dispositivo integrado fica sob a camada de poço de amostra 11-216. A camada 11-218 pode ser um material dielétrico e/ou um material oticamente transparente. A camada de poço de amostra 11-216 e os discos protuberantes podem ser um material condutivo.

[00402] Os furos e/ou discos que forma uma estrutura de nanoantena podem ser de qualquer padrão ou distribuição adequado de modo que a energia de emissão do poço de amostra acopla com uma ou mais das nanoantenas da estrutura de nanoantena. Outro exemplo de uma estrutura de nanoantena está ilustrado na Figura 11-3. Um poço de amostra pode ser localizado dentro de uma camada de poço de amostra na posição 11-308 com relação à estrutura de nanoantena 11-302. Os plasmons de superfície podem formar na área da estrutura de nanoantena quando a energia de emissão é emitida do poço de amostra. A Figura 11-4 ilustra uma esquema exemplar da propagação de plasmons de superfície dentro da estrutura de nanoantena. Outros padrões e distribuições exemplares de nanoantenas que formam uma estrutura de nanoantena dentro de um pixel estão mostrados nas Figuras 11-5, 11-6, e 11-7.

[00403] Uma estrutura de nanoantena pode ser utilizada para distinguir emissões em diferentes comprimentos de onda característicos. A estrutura de abertura de nanoantena pode produzir lobos de radiação que estendem do poço de amostra em diferentes direções para energia de emissão de diferentes comprimentos de onda característicos. Os lobos de radiação formam um padrão de distribuição espacial que difere dependendo do comprimento de onda característico da energia de emissão. Exemplos de possíveis padrões de distribuição espacial que formam como um resultado de ter uma estrutura de nanoantena posicionada sob um poço de amostra estão apresentados nas Figuras 11-8, 11-9, 11-10, e 11-11. Por exemplo, uma camada 11806 de um dispositivo integrado pode conter um poço de amostra com uma estrutura de nanoabertura 11-802 posicionada sob o poço de amostra. Quando a energia de emissão que tem um primeiro comprimento de onda característico é emitira por uma amostra dentro do poço de amostra, a energia de emissão acopla com as nanoantenas na estrutura de nanoantena a direciona a energia de emissão para um primeiro padrão de distribuição espacial 11-904 ilustrado na Figura 118. Além disso, quando a energia de emissão que tem um segundo comprimento de onda característico é emitida por uma amostra dentro do poço de amostra, um segundo padrão de distribuição pode formar, tal como o padrão de distribuição 11-1004 mostrado na Figura 11-9. Similarmente, a Figura 11-10 ilustra um terceiro padrão de distribuição espacial 11-1104 para energia de emissão que tem um terceiro comprimento de onda característico e a Figura 11-11 ilustra um quarto padrão de distribuição espacial 11-1204 que tem um quarto comprimento de onda característico. Os diferentes padrões de distribuição espacial podem ser detectados por sensores espacialmente separados dentro do pixel para diferenciar entre o primeiro, segundo, terceiro, e quarto comprimentos de onda característicos. 2. ÓTICA DE CAMPO DISTANTE

[00404] A energia de emissão emitida de uma amostra dentro do poço de amostra pode ser transmitida para o sensor de um pixel em uma variedade de modos, alguns exemplos dos quais estão abaixo descritos em detalhes. Algumas modalidades podem utilizar componentes óticos e/ou plasmônicos para aumentar a probabilidade que a luz de um comprimento de onda específico seja direcionada para uma área ou porção do sensor que está dedicada para detectar a luz daquele comprimento de onda específico. O sensor pode incluir múltiplas subsensores para simultaneamente detectar a energia de emissão de diferentes comprimentos de onda.

[00405] A Figura 12-1a é um diagrama esquemático de um único pixel do dispositivo integrado de acordo com algumas modalidades onde pelo menos um elemento de classificação é utilizado para direcionar a energia de emissão de um comprimento de onda específico para um respectivo sub-sensor. Um poço de amostra 12-101 formado em um material condutivo 12-103 recebe uma amostra e pode emitir energia de emissão 12-104. Para clareza, detalhes do poço de amostra e quaisquer componentes de campo ótico próximo e plasmônicos não estão mostrados. A energia de emissão 12-104 se desloca através de um material dielétrico 12-105 até esta alcançar um elemento de classificação 12-107. O elemento de classificação 12-107 acopla o comprimento de onda da energia de emissão 12-104 a um grau de liberdade espacial, por meio disto separando a energia de emissão e seus componentes de comprimento de onda constituintes, referida como energia de emissão classificada. A Figura 12-1a ilustra esquematicamente a energia de emissão 12-104 sendo dividida em quatro percursos de energia de emissão classificados através um material dielétrico 12-109, cada um dos quatros percursos associados com um sub-sensor 12-111 até 12-114 do pixel. Deste modo, cada subsensor está associada com uma diferente porção do espectro, formando um espectrômetro para cada pixel do dispositivo integrado.

[00406] Qualquer elemento de classificação adequado 12-107 pode ser utilizado para separar os diferentes comprimentos de onda da energia de emissão. As modalidades podem utilizar elementos óticos ou plasmônicos. Exemplos de elementos de classificação óticos incluem, mas não estão limitados a, grades holográficas, grades de máscara de fase, grades de máscara de amplitude, e lentes Fresnel deslocadas. Exemplos de elementos de classificação plasmônicos incluem, mas não estão limitados a redes de nanoantena em fase, e quase cristais plasmônicos.

[00407] A Figura 12-1b é um diagrama esquemático de um único pixel do dispositivo integrado de acordo com algumas modalidades onde pelo menos um elemento de filtragem é utilizado para direcionar a energia de emissão de um comprimento de onda específico para um respectivo sub-sensor e impedir que energia de emissão de outros comprimentos de onda atinjam o sub-sensor. Onde os componentes da Figura 12-1b são similares àqueles da Figura 12-1a os mesmos números de referência são utilizados. Um poço de amostra 12-101 formado em um material condutivo 12-103 recebe uma amostra e pode emitir energia de emissão 12-104. Para clareza, detalhes do poço de amostra e quaisquer componentes de ótica de campo próximo e plasmônicos não estão mostrados. A energia de emissão 12-104 se desloca através de um material dielétrico 12-105 até esta atingir um dos elementos de filtragem 12-121 até 12-124. Os elementos de filtragem 12-121 até 12-124, cada um associado com um sub-sensor específico 12-111 até 12-114, estão cada um configurados para transmitir energia de emissão de um respectivo comprimento de onda e rejeitar a energia de emissão de outros comprimentos de onda absorvendo a energia de emissão (não ilustrado na Figura 12-1b) e/ou refletindo a energia de emissão. Após passar através de um respectivo elemento de filtragem, a energia de emissão filtrada se desloca através de um material dielétrico 12-109 e impinge sobre um sub-sensor correspondente 12111 até 12-114 do pixel. Deste modo, cada sub-sensor está associado com uma diferente porção do espectro, formando um espectrômetro para cada pixel do dispositivo integrado.

[00408] Quaisquer elementos de filtragem adequados podem ser utilizados para separar os diferente comprimentos de onda da energia de emissão. As modalidades podem utilizar elementos de filtragem óticos ou plasmônicos. Exemplos de elementos de classificação óticos incluem, mas não estão limitados a, filtros dielétricos de múltiplas camadas refletivos ou filtros absortivos. Exemplos de elemento de classificação plasmônicos incluem, mas não estão limitados a superfícies seletivas de frequência projetadas para transmitir energia em um comprimento de onda específico e cristais de folga de banda fotônicos.

[00409] Alternativamente, ou além dos elementos de classificação e elementos de filtragem acima mencionados, elementos de filtragem adicionais podem ser colocados adjacentes a cada sub-sensor 12-a11 até 12-114. Os elementos de filtragem adicionais podem incluir um fino filme com perdas configurado para criar uma interferência construtiva para energia de emissão de um comprimento de onda específico. O fino filme com perdas pode um filme de única ou múltiplas camadas. O fino filme com perdas pode ser feito de qualquer material adequado. Por exemplo, o fino filme com perdas pode ser feito de um material onde o índice de refração n é aproximadamente da mesma ordem de magnitude que o coeficiente de extinção k. Em outras modalidades, o fino filme com perdas pode ser feito de um material onde o índice de refração n está dentro de aproximadamente uma diferença de duas ordens de magnitude do valor do coeficiente de extinção k do material. Exemplos não limitantes de tais materiais em comprimentos de onda visíveis são germânio e silício.

[00410] O fino filme com perdas pode ter qualquer espessura adequada. Em algumas modalidades, o fino filme com perdas pode ter 1 - 45 nm de espessura. Em outras modalidades, o fino filme com perdas pode ter 15 - 45 nm espessura. Em ainda outras modalidades, o fino filme com perdas pode ter 1 - 20 nm espessura. A Figura 12-2a ilustra uma modalidade onde os finos filmes com perdas 12-211 até 12-214 cada um tem uma diferente espessura determinada pelo menos em parte pelo comprimento de onda que está associado com cada subsensor 12-111 até 12-114. A espessura do filme determina, pelo menos em parte, um comprimento de onda distinto que seletivamente passará através do fino filme com perdas para o sub-sensor. Como ilustrado na Figura 12-211, o fino filme com perdas 12-211 tem uma espessura d1, o fino filme com perdas 12-212 tem uma espessura d2, o fino filme com perdas 12-213 tem uma espessura d3, e o fino filme com perdas 12-214 tem uma espessura d4. A espessura de cada fino filme com perdas subsequente é menor do que o fino filme com perdas anterior de modo que d1 > d2 > d3 > d4.

[00411] Além disso, ou alternativamente, os finos filmes com perda podem ser formados de um diferente material com diferentes propriedades de modo que a energia de emissão de diferentes comprimentos de onda construtivamente interfira em cada respectivo sub-sensor. Por exemplo, o índice de refração n e/ou o coeficiente de extinção k podem ser selecionados para otimizar a transmissão de energia de emissão de um comprimento de onda específico. A Figura 12-2b ilustra finos filmes com perda 12-221 até 12-224 com a mesma espessura mas cada fino filme com perdas está formado de um diferente material. Em algumas modalidades, tanto o material dos finos filmes com perda quanto a espessura dos finos filmes com perda podem ser selecionados de modo que a energia de emissão de um comprimento de onda desejado construtivamente interfira e seja transmitida através do filme.

[00412] Em algumas modalidades, uma estrutura de ressonador de cristal fotônico pode ser utilizada. Em tais modalidades, a simetria da estrutura de cristal fotônico pode causar uma interferência destrutiva da luz de excitação no sensor, por meio disto reduzindo a quantidade de luz de fundo que atinge o sensor que origina da luz de excitação.

K. SENSORES

[00413] Várias modalidades de sensores, operação de sensor, e métodos de processamento de sinal foram contempladas pelos inventores. De acordo com algumas modalidades, um sensor 5-260 em um pixel pode compreender qualquer sensor adequada capaz de receber energia de emissão de uma ou mais etiquetas dentro do poço de amostra, e produzir um ou mais (por exemplo, pelo menos 2, 3, ou 4) sinais elétricos representativos das emissões recebidas. Em algumas modalidades, um sensor pode compreender pelo menos um, dois, três, ou quatro fotodetectores. Cada fotodetector pode compreender uma junção p-n formada em um substrato de semicondutor. A Figura 13-1A apresenta apenas uma modalidade de um sensor que pode ser fabricado com um pixel 5-100 de um dispositivo integrado.

[00414] De acordo com algumas modalidades, um sensor 5-260 pode ser formado em cada pixel ativo 5-100 de um dispositivo integrado. O sensor pode estar centrado ao redor de um poço de amostra 5-210, e espaçado do poço de amostra por uma distância entre aproximadamente 1 mícron e aproximadamente 20 mícrons. Podem existir uma ou mais camadas transparentes 13-110 entre o poço de amostra e o sensor, de modo que a emissão do poço de amostra possa se deslocar para o sensor sem uma atenuação significativa. O sensor 5-260 pode ser formado em um substrato de semicondutor 13-120 em uma base do pixel, de acordo com algumas modalidades, e estar localizado em um mesmo lado do poço de amostra que a fonte de excitação (não mostrada).

[00415] O sensor pode compreender uma ou mais segmentos de fotodetector de junção de semicondutor. Cada junção de semicondutor pode compreender um poço de um primeiro tipo de condutividade. Por exemplo, cada junção de semicondutor pode compreender um poço tipo n formado em um substrato tipo p, como apresentado no desenho. De acordo com algumas modalidades, um sensor 5-260 pode estar disposto como um detector olho de boi 13-162, como apresentado na vista plana da Figura 13-1B. Um primeiro fotodetector 13-124 pode estar localizado em um centro do sensor, e um segundo fotodetector anular 13-122 pode circundar o fotodetector central. Os contatos elétricos para os poços podem ser feitos através de trilhas condutivas 13-134 formadas em um primeiro ou subsequente nível de metalização e através de vias condutivas 13-132. Pode existir uma região de material semicondutor altamente dopado 13-126 nas regiões de contatos das vias. Em algumas modalidades, um óxido de campo 13-115 pode ser formado nas superfícies entre os fotodetectores e ou pode cobrir uma porção de cada fotodetector. Em algumas implementações, podem existir dispositivos de semicondutor adicionais 13-125 (por exemplo, transistores, amplificadores, etc.) formados dentro do pixel adjacente ao sensor 5-260. Podem existir níveis de metalização adicionais 13-138, 13-136 dentro do pixel.

[00416] Em algumas implementações, um nível de metalização 13136 pode estender através de uma maior parte do pixel e ter uma abertura abaixo do poço de amostra 5-210, de modo que a emissão do poço de amostra possa atingir o sensor. Em alguns casos, o nível de metalização 13-136 pode servir como um potencial de referência ou um plano de terra, e além disso servir como um bloco ótico para impedir que pelo menos alguma radiação de fundo (por exemplo, radiação de uma fonte de excitação ou do meio ambiente) atinja o sensor 5-260.

[00417] Como apresentado na Figura 13-1A e Figura 13-1B, um sensor 5-260 pode estar subdividido em uma pluralidade de segmentos de fotodetector 13-122, 13-124 que estão espacialmente e elétricamente separados uns dos outros. Em algumas modalidades, os segmentos de um sensor 5-260 podem compreender regiões de material de semicondutor opostamente dopado. Por exemplo, um primeiro poço de acumulação de carga 13-124 para um primeiro segmento de sensor pode ser formado dopando uma primeira região de um substrato para ter um primeiro tipo de condutividade (por exemplo, tipo n) dentro do primeiro poço. O substrato pode ser tipo p. Um segundo poço de acumulação de carga 13-122 para um segundo segmento de sensor pode ser formado dopando uma segunda região do substrato para ter o primeiro tipo de condutividade dentro do segundo poço. O primeiro e segundo poços podem ser separados por uma região tipo p do substrato.

[00418] A pluralidade de segmentos do sensor 5-260 pode estar disposta em qualquer modo adequado outro que um layout de olho de boi, e podem existir mais de dois segmentos em um sensor. Por exemplo, em algumas modalidades, uma pluralidade de segmentos de fotodetector 13-142 pode ser lateralmente separados uns dos outros para formar um sensor de tira 13-164, como apresentado na Figura 131C. Em algumas modalidades, um sensor quad (ou quadrante) 13-166 pode ser formado expondo os segmentos 13-144 em um padrão quad, como apresentado na Figura 13-1D. Em algumas implementações, segmentos de arco 13-146 podem ser formados em combinação com um padrão olho de boi, como apresentado na Figura 13-1E, para formar um sensor segmentado em arcos 13-168. Outra configuração de sensor pode compreender seções de peça de torta, as quais podem incluir sensores individuais dispostos em seções separadas de um círculo. Em alguns casos, os segmentos de sensor podem estar dispostos simétricamente ao redor de um poço de amostra 5-210 ou assimetricamente ao redor do poço de amostra. A disposição de segmentos de sensor não está limitada a somente as disposições acima, e qualquer distribuição adequada dos segmentos de sensor pode ser utilizada.

[00419] Os inventores descobriram que um sensor de quadrante 13166, sensor de setor de torta, ou sensor de setor similar pode escalar para menores tamanhos de pixel mais favoravelmente do que outros projetos de sensor. Os detectores de quadrante e sensor podem consumir menos área de pixel para um número de comprimentos de onda detectados e área de sensor ativo. Os detectores de quadrante e sensor podem ser utilizados em combinação com redes de nanoantena ou estruturas de plasmon de superfície para produzir distintos padrões de distribuição espacial que são discerníveis pelos detectores. Os sensores podem estar dispostos em várias configurações geométricas. Em alguns exemplos, os sensores estão disposto em uma configuração quadrada ou configuração hexagonal.

[00420] Os sensores da presente descrição podem ser independentemente (ou individualmente) endereçáveis. Um sensor individualmenteendereçável é capaz de detectar uma emissão de um poço de amostra correspondente e prover sinais de saída independentes de outros sensores. Um sensor individualmente endereçável pode ser individualmente legível.

[00421] Em algumas modalidades, um sensor empilhado 13-169 pode ser formado fabricando uma pluralidade de segmentos de sensor separados 13-148 em uma pilha vertical, como apresentado na Figura 13- 1F. Por exemplo, os segmentos podem estar localizados um acima do outro, e podem existir, ou não, camadas isolantes entre os segmentos empilhados. Cada camada vertical pode estar configurada para absorver energia de emissão de uma energia específica, e passar emissão em diferente energias. Por exemplo, um primeiro detector pode absorver e detectar uma radiação de comprimento de onda mais curto (por exemplo, a radiação de comprimento de onda azul abaixo de aproximadamente 500 nm de uma amostra). Um primeiro detector pode passar emissões comprimento de onda verde e vermelho de uma amostra. Um segundo detector pode absorver e detectar a radiação de comprimento de onda radiação verde (por exemplo, entre aproximadamente 500 nm e aproximadamente 600 nm) e passar emissões vermelhas. Um terceiro detector pode absorver e detectar as emissões vermelhas. Filmes refletivos 13-149 podem estar incorporados na pilha, em algumas modalidades, para refletir a luz de uma banda de comprimento de onda selecionada de volta através de um segmento. Por exemplo, um filme pode refletir a radiação de comprimento de onda verde que não foi absorvida pelo segundo segmento de volta através do segundo segmento para aumentar a sua eficiência de detecção.

[00422] Em algumas modalidades com segmentos de sensor verticalmente empilhados, os componentes de acoplamento de emissão podem não estar incluídos no poço de amostra para produzir padrões de distribuição espacial distintos de emissão de amostra que são dependentes do comprimento de onda de emissão. Um discernimento de emissões espectralmente diferentes pode ser conseguido com um sensor verticalmente empilhado 13-169 analisando a razão de sinais de seu segmento empilhado, de acordo com algumas modalidades.

[00423] Em algumas modalidades, os segmentos de um sensor 5260 são formados de silício, apesar de que qualquer semicondutor adequado (por exemplo, Ge, GaAs, SiGe, InP, etc.) pode ser utilizado. Em algumas modalidades, um segmento de sensor pode compreender um filme fotocondutivo orgânico. Em outras modalidades, fotodetectores de ponto de quantum podem ser utilizados para segmentos de sensor. Os fotodetectores de ponto de quantum podem responder a diferentes energias de emissão com base no tamanho do ponto de quantum. Em algumas modalidades, um pluralidade de pontos de quantum de tamanhos variáveis pode ser utilizada para discriminar entre diferentes energias de emissão ou comprimentos de onda recebidos do poço de amostra. Por exemplo, um primeiro segmento pode ser formado de pontos de quantum que têm um primeiro tamanho, e um segundo segmento podem ser formados de pontos de quantum que têm um segundo tamanho. Em várias modalidades, os sensores 5-260 podem ser formados utilizando os processos de CMOS convencionais.

[00424] Como acima descrito, componentes de acoplamento de emissão podem ser fabricados adjacentes ao poço de amostra em algumas modalidades. Os componentes de acoplamento de emissão podem alterar a emissão de uma amostra dentro do poço de amostra 5210 para produzir padrões de distribuição espacial distintos de emissão de amostra que são dependentes do comprimento de onda de emissão. A Figura 13-2A apresenta um exemplo de um primeiro padrão de distribuição espacial 13-250 que pode ser produzido de uma primeira amostra em um primeiro comprimento de onda. O primeiro padrão de distribuição espacial 13-250 pode ter uma lobo central proeminente direcionado para um segmento central de um sensor de olho de boi 13162, por exemplo Como apenas um exemplo, tal padrão 13-250 pode ser produzido de um poço de amostra circundado por uma estrutura de acoplamento de emissão de grade circular 13-220, onde a amostra emite em um comprimento de onda de aproximadamente 663 nm. Um padrão projetado 13-252 incidente sobre o sensor pode parecer como ilustrado na Figura 13-2B.

[00425] A Figura 13-2C apresenta um padrão de distribuição espacial 13-260 que pode ser produzido de uma segunda amostra que emite em um segundo comprimento de onda do mesmo poço de amostra, de acordo com algumas modalidades. O segundo padrão de distribuição espacial 13-260 pode compreender dois lobos de radiação e diferir do primeiro padrão de distribuição espacial 13-250. Um padrão projetado 13-262 do segundo padrão de distribuição espacial 13-260 pode parecer como apresentado na Figura 13-2D, de acordo com algumas modalidades. Como apenas um exemplo, um segundo padrão de distribuição espacial 13-260 pode ser produzido do mesmo poço de amostra circundado pela estrutura de acoplamento de emissão de grade circular 13-220, onde a amostra emite em um comprimento de onda de aproximadamente 687 nm.

[00426] Os segmentos de um sensor 5-260 podem estar dispostos para detectar energias de emissão específicas, de acordo com algumas modalidades. Por exemplo, estruturas de acoplamento de emissão adjacentes ao poço de amostra e segmentos de um sensor podem ser projetados em combinação para aumentar a diferenciação de sinal entre energias de emissão específicas. As energias de emissão podem corresponder a etiquetas selecionadas que serão utilizadas com o dispositivo integrado. Como um exemplo, um sensor de olho de boi 13162 poderia ter seus segmentos dimensionados e/ou localizados para melhor coincidir com os padrões projetados 13-260, 13-262 de uma amostra, de modo que as regiões de intensidade mais alta caiam mais centralmente dentro de segmentos ativos do sensor. Alternativamente ou além disso, estruturas de acoplamento de emissão podem ser projetadas para alterar os padrões projetados 13-260, 13-262 de modo que as regiões intensas caiam mais centralmente dentro dos segmentos do sensor.

[00427] Apesar de um sensor 5-260 poder compreender dois segmentos, é possível em algumas modalidades discernir mais de duas bandas de emissão espectralmente distintas de uma amostra. Por exemplo, cada banda de emissão pode produzir um padrão projetado distinto sobre os segmentos de sensor e gerar uma combinação distinta de sinais dos segmentos de sensor. A combinação de sinais pode ser analisada para discernir e identificar a banda de emissão. A Figura 13- 2E até Figura 13-2H representam resultados de simulações numéricas de sinais de um sensor de dois segmentos 5-260 exposto a quatro padrões de emissão distintos. Os padrões de emissão foram simulados como sendo produzidos em quatro comprimentos de onda (565 nm, 595 nm, 663 nm, 687 nm) de um poço de amostra que tem uma grade circular formada adjacente ao poço de amostra. Como pode ser visto, cada combinação de sinais dos dois segmentos de sensor é distinta, e pode ser utilizada para discriminar entre emissores nos quatro comprimentos de onda. Para a simulação, como o segmento de detector externo do sensor de olho de boi 13-162 tinha uma área maior, mais sinal foi integrado para este detector. Além disso, luz que impingiu sobre uma área entre os detectores geraram portadoras que podem flutuar na direção de cada segmento de detector e contribuir os sinais de ambos os segmentos.

[00428] Em algumas modalidades, pode existir N segmentos de fotodetector por pixel, onde N pode ser qualquer valor inteiro. Em algumas modalidades, N pode ser maior do que ou igual a 1 e menor do que ou igual a 10. Em outras modalidades, N pode ser maior do que ou igual a 2 e menor do que ou igual a 5. O número M de emissões de amostra discerníveis (por exemplo, comprimentos de onda de emissão distintos de diferentes etiquetas luminescentes) que pode ser detectado pelos N detectores pode ser igual ou maior do que N. O discernimento de M emissões de amostra pode ser conseguido avaliando a razão de sinais de cada segmento de sensor, de acordo com algumas modalidades. Em algumas implementações, a razão, soma e/ou amplitudes dos sinais recebidos podem ser medidas e analisada para determinar um comprimento de emissão de onda característico do poço de amostra.

[00429] Em algumas modalidades, mais de um emissor pode emitir em diferentes comprimentos de onda característicos em uma dada janela de tempo dentro de um poço de amostra 5-210. Um sensor 5-260 pode simultaneamente detectar sinais de múltiplas emissões em diferentes comprimentos de onda e prover o sinal somado para processamento de dados. Em algumas implementações, uma emissão de múltiplos comprimentos de onda pode ser distinguível como outro conjunto de valores do sinal dos segmentos de sensor (por exemplo, valores de sinal diferentes daqueles mostrados na Figura 13-2E até Figura 13-2H). Os valores de sinal podem ser analisados para discernir que uma emissão de múltiplos comprimentos de onda ocorreu e identificar uma combinação específica de emissores associados com as emissões.

[00430] Os inventores também contemplaram e analisaram um sensor de olho de boi que tem pelo menos dois, três, ou quatro segmentos concêntricos. Os sinais dos segmentos estão registrados na Figura 13-2I e Figura 13-2J para as mesmas condições de emissão associadas com a Figura 13-2G e Figura 13-2H, respectivamente. O sensor de olho de boi de quatro segmentos também mostra sinais discerníveis que podem ser analisados para identificar um emissor específico dentro do poço de amostra.

[00431] Quando uma filtragem de comprimento de onda é utilizada em cada segmento de sensor, ou a separação espectral é alta, cada segmento de um sensor pode detectar substancialmente somente uma banda de emissão selecionada. Por exemplo, um primeiro comprimento de onda pode ser detectado por um primeiro segmento, um segundo comprimento de onda pode ser detectado por um segundo segmento, e um terceiro comprimento de onda pode ser detectado por um terceiro segmento.

[00432] Referindo novamente à Figura 13-1A, pode existir um circuito eletrônico adicional 13-125 dentro de um pixel 2-205 que pode ser utilizado para coletar ler sinais de leitura de cada segmento de um sensor 5-260. A Figura 13-3A e Figura 13-3D apresentam um circuito que pode ser utilizado em combinação com um sensor de múltiplos segmentos, de acordo com algumas modalidades. Como um exemplo, o circuito de coletamento de sinal 13-310 pode compreender três transistores para cada segmento de sensor. Uma disposição dos três transistores está apresentado na Figura 13-3B, de acordo com algumas implementações. Um nível de sinal em um nodo de acumulação de carga 13-311 associado com cada segmento pode ser reinicializado por um transistor de reinicialização RST antes de um período de acumulação de carga, e um nível de sinal para o segmento (determinado pela quantidade de carga no nodo de acumulação de carga) pode ser lido com um transistor de leitura RD durante e/ou na conclusão de um período de acumulação de carga. Os sinais podem ser providos para um processador (não mostrado) para análise para discernir a detecção de M diferentes comprimentos de onda de emissão da amostra detectada por N detectores espacialmente separados, como acima descrito.

[00433] O circuito de pixel pode ainda incluir um circuito de amplificação e dupla amostragem correlacionada 13-320, de acordo com algumas modalidades. O circuito de amplificação e dupla amostragem pode compreender transistores configurados para amplificar sinais dos segmentos de sensor assim como transistores configurados para reinicializar o nível de voltagem no nodo de acumulação de carga e para ler um sinal de fundo, ou "reinicialização", do nodo quando nenhuma radiação de emissão está presente no sensor (por exemplo, antes da aplicação de energia de excitação no poço de amostra) e para ler um subsequente sina de emissão, por exemplo

[00434] De acordo com algumas modalidades, a amostragem dupla correlacionada é empregada para reduzir o ruído de fundo subtraindo um nível de sinal de fundo ou reinicialização do nível de sinal de emissão detectado. O sinal de emissão coletado e o sinal de fundo associado com cada segmento do sensor podem ser lidos sobre as linhas de coluna 13-330. Em algumas modalidades, um nível de sinal de emissão e sinal de fundo são multiplexados no tempo por sobre uma linha de coluna comum. Pode existir uma linha de coluna separada para cada segmento de sensor. Os sinais das linhas de coluna podem ser armazenados e/ou amplificados com um circuito de amplificação 13-340 (o qual pode estar localizado fora de uma rede de pixels ativa), e provido para processamento e análise adicionais. Em algumas modalidades a subtração do sinal de amostragem dupla é calculada fora do chip, por exemplo, por um processador de sistema. Em outras modalidades, a subtração pode ser executada no chip ou em um circuito do instrumento de base.

[00435] Algumas modalidades de amostragem dupla correlacionada pode operar selecionando uma fila para amostrar, em que os sensores associado com a fila têm cargas de sinal integradas sobre um período de amostragem e contêm níveis de sinal. Os níveis de sinal pode ser simultaneamente lidos por sobre as linhas de colunas. Após amostrar os níveis de sinal integrados, todos os pixels na fila selecionada podem ser reinicializados e imediatamente amostrados. Este nível de reinicialização pode ser correlacionado com o próximo sinal integrado que começa a acumular após a reinicialização ser liberada, e termina integrando um tempo de quadro posterior quando a mesma fila é selecionada novamente. Em algumas modalidades, os valores de reinicialização do quadro podem ser armazenados fora do chip de modo que quando os sinais terminaram de integrar e foram amostrados, os valores de reinicialização correlacionados armazenados podem ser subtraídos.

[00436] Em algumas modalidades, um sensor 5-260 com mais de dois segmentos pode requerer um circuito adicional. A Figura 13-3C apresenta um circuito de coletamento de sinal, e amplificação, e amostragem dupla associado com um sensor quad. De acordo com algumas modalidades, os sinais de dois ou mais segmentos podem ser multiplexados no tempo por sobre um canal de sinal comum do pixel, como apresentado no desenho. Os sinais multiplexados no tempo podem incluir sinais de fundo amostrados para cada segmento para cancelamento de ruído. Além disso, os sinais de dois ou mais segmentos podem ser multiplexados no tempo por sobre uma linha de coluna comum.

[00437] De acordo com algumas modalidades, técnicas de aquisição de sinal temporal podem ser utilizadas para reduzir os níveis de sinal de fundo de uma fonte ou fontes de excitação, e/ou discernir diferentes emissões de diferentes emissores associados com uma amostra. A Figura 13-4A apresenta uma emissão fluorescente e decaimento de dois diferentes emissores que podem ser utilizados para etiquetar uma amostra, de acordo com algumas modalidades. As duas emissões têm características de decaimento de tempo apreciavelmente diferentes. Uma primeira curva de decaimento de tempo 13-410 de um primeiro emissor pode corresponder a uma molécula fluorescente comum tal como rodamina. Uma segunda curva de decaimento de tempo 13-420 pode ser característica de um segundo emissor, tal como um ponto de quantum ou um emissor fosforescente. Ambos emissores exibem uma cauda de decaimento de emissão que estende por algum tempo após a excitação inicial do emissor. Em algumas modalidades, as técnicas de coletamento de sinal aplicadas durante a cauda de decaimento de emissão podem ser temporizada para reduzir um sinal de fundo de uma fonte de excitação, em algumas modalidades, e para distinguir entre os emissores, em algumas modalidades.

[00438] De acordo com algumas implementações, uma amostragem retardada de tempo pode ser empregada durante a cauda de decaimento de emissão para reduzir um sinal de fundo devido à radiação de uma fonte de excitação. A Figura 13-4B e Figura 13-4C ilustram uma amostragem de retardo de tempo, de acordo com algumas modalidades. A Figura 13-4B apresenta a evolução temporal de um pulso de excitação 13-440 de radiação de excitação de uma fonte de excitação, e um subsequente pulso de emissão 13-450 que pode seguir de uma amostra que é excitada dentro do poço de amostra. O pulso de excitação 13-440 pode resultar do acionamento da fonte de excitação com um sinal de acionamento 13-442 por um breve período de tempo, como apresentado na Figura 13-4C. Por exemplo, o sinal de acionamento pode iniciar em um primeiro tempo t1 e terminar em um segundo tempo t2. A duração do sinal de acionamento (t2 - t1) pode estar entre aproximadamente 1 picossegundo e aproximadamente 50 nanossegundos, de acordo com algumas modalidades, apesar de que durações mais curtas podem ser utilizadas em algumas implementações.

[00439] Em um tempo t3 que segue a terminação do sinal de acionamento para a fonte de excitação, um sensor 5-260 (ou segmento de sensor) no pixel pode ser comutado para acumular carga em um nodo de acumulação de carga 13-312 durante um segundo intervalo de tempo que estende de um tempo t3 para um tempo t4. O segundo intervalo de tempo pode ter entre aproximadamente 1 nanossegundo e aproximadamente 50 microssegundos, de acordo com algumas modalidades, apesar de que outras durações podem ser utilizadas em algumas implementações. Como pode ser visto em referência à Figura 13-4B, um nodo de acumulação de carga coletará mais cargas de sinal devido à amostra emissora do que devido à fonte de excitação. Consequentemente, uma razão de sinal para ruído aperfeiçoada pode ser obtida.

[00440] Referindo novamente à Figura 13-4A, devido às diferentes características de emissão temporal dos emissores, sinais correspondentes em um sensor podem atingir o pico em diferentes tempos. Em algumas implementações, as técnicas de aquisição de sinal aplicadas durante a cauda de decaimento de emissão pode ser utilizada para discernir diferente emissores. Em algumas modalidades, as técnicas de detecção temporal podem ser utilizadas em combinação com técnicas espaciais e espectrais (como acima descrito em conexão com a Figura 13-2, por exemplo) para discernir diferente emissores.

[00441] A Figura 13-4D até Figura 13-4H ilustram como a amostragem dupla em um sensor, ou segmento de sensor, pode ser utilizada para distinguir entre dois emissores que têm diferentes características de emissão temporal. A Figura 13-4D apresenta curvas de emissão 13-470, 13-475 associadas com um primeiro emissor e um segundo emissor, respectivamente. Como um exemplo, o primeiro emissor pode ser um fluoróforo comum tal como rodamina, e o segundo emissor pode ser um ponto de quantum ou emissor fosforescente.

[00442] A Figura 13-4E representa os níveis de voltagem dinâmicos em um nodo de acumulação de carga 13-312 que podem ocorrer em resposta a duas diferentes características de emissão da Figura 13-4D. No exemplo, uma primeira curva de voltagem 13-472 que corresponde ao emissor fluorescente pode mudar mais rapidamente, devido à amplitude de emissão mais curta, e atingir o seu máximo (ou mínimo, dependendo da polaridade do nodo) em um primeiro tempo t1. A segunda curva de voltagem 13-477 pode mudar mais lentamente devido às características de emissão mais longa do segundo emissor, e atingir o seu máximo (ou mínimo) em um segundo tempo t2.

[00443] Em algumas modalidades, a amostragem do nodo de acumulação de carga pode ser feita em dois tempos t3, t4 após a excitação de amostra, como apresentado na Figura 13-4F. Por exemplo, um primeiro sinal de leitura 13-481 pode ser aplicado para ler um primeiro valor de voltagem do nodo de acumulação de carga em um primeiro tempo t3. Subsequentemente, um segundo sinal de leitura 13482 pode ser aplicado para ler um segundo voltagem valor do nodo de acumulação de carga em um segundo tempo t4 sem reinicializar o nodo de acumulação de carga entre a primeira leitura e a segunda leitura. Uma análise dos dois valores de sinal amostrados pode então ser utilizada para identificar qual dos dois emissores proveu os níveis de sinal detectados.

[00444] A Figura 13-4G apresenta um exemplo de dois sinais da primeira leitura e segunda leitura que podem ser obtidos do primeiro emissor que tem uma curva de emissão 13-470 como apresentada na Figura 13-4D. A Figura 13-4H apresenta um exemplo de dois sinais da primeira leitura e segunda leitura que podem ser obtidos do segundo emissor que tem uma curva de emissão 13-475 como apresentada na Figura 13-4D. Por exemplo a sequência de amostragem mostrada na Figura 13-4F para o primeiro emissor amostrará a curva 13-472 e obterá aproximadamente os mesmos valores nos dois tempos de leitura. No caso do segundo emissor, sequência de amostragem apresentada na Figura 13-4F amostra dois diferentes valores da curva 13-477 nos dois tempos de leitura. Os pares de sinais resultantes dos dois tempos de leitura distinguem entre os dois emissores, e podem ser analisados para identificar cada emissor. De acordo com algumas modalidades, uma amostragem dupla para subtração de fundo pode também ser executada para subtrair um sinal de fundo do primeiro e segundo sinais de leitura.

[00445] De acordo com algumas modalidades, um sensor pode compreender uma junção de semicondutor formada adjacente ao poço de amostra 5-210. Em algumas implementações, a junção de semicondutor pode ser formada com uma estrutura de múltiplas camadas, e o poço de amostra pode ser formado na estrutura de múltiplas camadas, como apresentado na Figura 5-7F, por exemplo Em algumas modalidades, uma amostra excitada pode não radiativamente transferir energia de emissão para uma junção de semicondutor formada adjacente ao poço de amostra através de FRET ou DET, criando excitons na junção de semicondutor. A junção de semicondutor pode compreender uma junção p-n ou p-i-n que converte a energia recebida para um sinal elétrico que é detectado pelo circuito CMOS associado com o poço de amostra. Em algumas implementações, um ponto de quantum ou molécula pode ser preso na junção de semicondutor através de um ligante e pode participar em uma transferência de energia não radiativa de uma amostra excitada para a junção de semicondutor.

[00446] Em operação, os sensores 5-260 de um dispositivo integrado podem ser sujeitos a um procedimento de calibração de comprimento de onda antes de coletamento de dados de um espécime a ser analisado. O procedimento de calibração de comprimento de onda pode incluir sujeitar os sensores a diferentes energias conhecidas que têm comprimentos de onda característicos que podem, ou não corresponder a comprimentos de onda de fluoróforo que podem ser utilizados com um dispositivo integrado. As diferentes energias podem ser aplicadas em uma sequência de modo que os sinais de calibração possam ser registrados dos sensores para cada energia. Os sinais de calibração podem então ser armazenados como sinais de referência, que podem ser utilizados para processar uma aquisição de dados real e para determinar qual comprimento de onda ou comprimentos de onda de emissão são detectados pelos sensores.

IV. OPERAÇÃO DE INSTRUMENTO, MÉTODO DE UTILIZAÇÃO E INTERFACE DE USUÁRIO

[00447] O instrumento 2-104 pode ser controlado utilizado software e/ou hardware. Por exemplo, o instrumento pode ser controlado utilizando um dispositivo de processamento 2-122, tal como um ASIC, um FPGA e/ou um processador de uso geral que executa o software.

[00448] A Figura 14-1 ilustra um fluxograma de operação do instrumento 2-104 de acordo com algumas modalidades. Após um usuário ter adquirido um espécime para analisar, o usuário inicia uma nova análise no ato 14-101. Isto pode ser feito provendo uma indicação para o instrumento 2-104 através da interface de usuário 2-116, por exemplo, pressionando um. No ato 14-103, o instrumento 2-104 verifica se o dispositivo integrado 2-102 (também aqui referido como um "chip") de uma análise previamente executada está ainda inserido no instrumento 2-104. Se for determinado que um chip antigo está presente, então a energia para a fonte de excitação pode ser desligada no ato 14-105, o usuário é avisado no ato 14-107 para ejetar o chi anterior utilizando um indicador da interface de usuário 2-116 e o instrumento 2-104 aguarda para que o chip antigo seja ejetado no ato 14-109.

[00449] Quando o chip anterior é ejetado pelo usuário, ou se o instrumento 2-104 determinou no ato 14-103 que o chip anterior já foi removido, o usuário é avisado para inserir um novo dispositivo integrado 2-102 para a nova análise no ato 14-111. O instrumento 2-104 então aguarda pelo novo dispositivo integrado 2-102 ser inserido no ato 14113. Quando o usuário insere o novo chip, o usuário é avisado no ato 14-115 por um indicador da interface de usuário 2-116 para colocar o espécime a ser analisado por sobre a superfície topo exposta do dispositivo integrado 2-102 e também avisado para fechar a tampa no instrumento 2-104. O instrumento 2-104 então aguarda para a tampa ser fechada no ato 14-117. Quando a tampa é fechada pelo usuário, no ato 14-119 a fonte de excitação pode ser acionada para produzir energia de excitação para excitar as porções de amostra do espécime presente dentro dos poços de amostra do dispositivo integrado 2-102. No ato 14- 121, a energia de emissão das amostras é detectada pelo sensor 2-110 e dados do sensor 2-110 são transmitidos para o dispositivo de processamento 2-122 para análise. Em algumas modalidades, os dados podem ser transmitidos para o dispositivo de computação externo 2120. No ato 14-123, o instrumento 2-104 verifica se a aquisição de dados está completa. A aquisição de dados pode estar completa após uma extensão de tempo específica, um número específico de pulsos de excitação da fonte de excitação ou um alvo específico foi identificado. Quando a aquisição de dados está completada, a análise de dados e terminada em 14-125.

[00450] A Figura 14-2 ilustra um exemplo de rotina de autocalibração de acordo com algumas modalidades. A rotina de calibração pode ser executada em qualquer tempo adequado antes da análise de um espécime. Por exemplo, esta pode ser feita de uma vez pelo fabricante para cada instrumento antes do transporte para o usuário final. Alternativamente, o usuário final executa uma calibração em qualquer tempo adequado. Como acima discutido o instrumento 2-104 é capaz de distinguir entre a energia de emissão que tem diferentes comprimentos de onda emitidos de diferente amostras. O instrumento 2-104 e/ou dispositivo de computação 2-120 podem ser calibrados com a calibração associada com cada color de luz específica associada com, por exemplo, uma etiqueta luminescente utilizada para etiquetar moléculas de um espécime sendo analisado. Deste modo, o sinal de saída preciso associado com uma cor específica pode ser determinado.

[00451] Para calibrar o dispositivo, um espécime de calibração associado com uma única etiqueta luminescente é provido para o instrumento 2-104 um de cada vez. A autocalibração inicia no ato 14201 quando um usuário coloca um espécime que compreende etiquetas luminescentes que emitem energia de emissão de um único comprimento de onda em um dispositivo integrado 2-102 e insere o dispositivo integrado 2-102 no instrumento 2-104. Utilizando a interface de usuário 2-116, o usuário instrui o instrumento 2-104 para iniciar a autocalibração. Em resposta, no ato 14-203, o instrumento 2-104 executa a analise de calibração iluminado o dispositivo integrado 2-102 com energia de excitação e medindo a energia de emissão de único comprimento de onda do espécime de calibração. O instrumento 2-104 pode então, no ato 14-205, salvar o padrão de detecção padrão medido na rede de sub-sensores do sensor 2-110 para cada pixel da rede de sensores. O padrão de detecção para cada etiqueta luminescente pode ser considerado uma assinatura de detecção associada com a etiqueta luminescente. Deste modo, as assinaturas podem ser utilizadas como um conjunto de dados de treinamento utilizado para analisar os dados recebidos de amostras desconhecidas analisadas em execução de análise subsequentes.

[00452] A rotina de calibração acima pode então ser executada para cada espécime de calibração associado com uma única etiqueta luminescente. Deste modo, cada sensor 2-110 da rede de pixels está associado com dados de calibração que podem ser utilizados para determinar a etiqueta luminescente presente em um poço de amostra durante uma análise subsequente implementada no ato 14-207 após o completamento da rotina de calibração.

[00453] A Figura 14-3 ainda ilustra como os dados de calibração podem ser adquiridos e utilizados para analisar os dados de acordo com algumas modalidades. No ato 14-301 os dados de calibração são obtidos dos sensores. Isto pode ser feito utilizada a rotina de autocalibração acima mencionada. No ato 14-303, a matriz de transformação é gerada com base nos dados de calibração. A matriz de transformação mapeia os dados de sensor para o comprimento de onda de emissão de uma amostra e é uma matriz m x n, onde m é o número de etiquetas luminescentes com diferentes comprimentos de onda de emissão e n é o número de sub-sensores utilizados para detectar a energia de emissão por pixel. Assim, cada coluna da matriz de transformação representa os valores de calibração para o sensor. Por exemplo, se existirem quatro sub-sensores por pixel e cindo diferentes etiquetas luminescentes, então a matriz de transformação é uma matriz 4 x 5 (isto é, quatro filas e cinco colunas) e cada coluna está associada com uma diferente etiqueta luminescente, os valores na coluna correspondendo aos valores medidos obtidos dos sub-sensores durante a rotina de autocalibração. Em algumas modalidades, cada pixel pode ter a sua própria matriz de transformação. Em outras modalidades, os dados de calibração de pelo menos alguns dos pixels podem ter a média calculada e todos os pixels pode então utilizar a mesma matriz de transformação com base nos dados da média.

[00454] No ato 14-305, os dados de análise associados com um bioteste são obtidos dos sensores. Isto pode ser feito em qualquer um dos modos acima descrito. No ato 14-307, o comprimento de onda da energia de emissão e/ou a identidade da etiqueta luminescente podem determinados utilizando a matriz de transformação e os dados de análise. Isto pode ser feito em qualquer modo adequado. Em algumas modalidades, os dados de análise são multiplicados pelo pseudoinverso da matriz de transformação, resultando em um vetor m x 1. A etiqueta luminescente associada com o componente de vetor com o valor máximo pode então ser identificada como a etiqueta luminescente presente dentro do poço de amostra. As modalidades não estão limitadas a esta técnica. Em algumas modalidades, para prevenir possíveis patologias que podem surgir quando o inverso de uma matriz com pequenos valores é tomado, uma rotina de otimização constrita, tal como um método de menores quadrados ou uma técnica de máxima probabilidade, podem ser executados para determinar a etiqueta luminescente presente dentro do poço de amostra.

[00455] O método acima para utilizar os dados de calibração para analisar os dados dos sensores pode ser implementado por qualquer processador adequado. Por exemplo, o dispositivo de processamento 2-122 do instrumento 2-104 pode executar a análise, ou o dispositivo de computação 2-120 pode executar a análise.

[00456] A Figura 14-2 ilustra o controle de instrumento de base da amostragem dupla correlacionada acima mencionada dos pixels do dispositivo integrado 2-102 de acordo com algumas modalidades. No início de um novo quadro de aquisição de dados, um registro de deslocamento de fila é reinicializado. O valor reinicializado de pixel do quadro anterior é lido incrementando o registro de coluna. Simultaneamente os níveis de amostra de pixel de quadros correntes são armazenados dentro do elemento de leitura no chip. Uma vez que o número desejado de colunas a serem medidas é alcançado, o registro de coluna é reinicializado. Então os níveis de amostra de pixel do quadro corrente são lidos incrementando o registro de coluna e emitindo os valores de amostra oito pixels de cada vez para um armazenamento, em algumas modalidades o primeiro quadro de níveis de amostra pode ser descartado. O armazenamento pode estar localizado fora do chip nas memória em algumas modalidades este pode estar armazenado localmente no chip. Uma vez que o número de colunas a serem medidas é atendido o registro de fila é incrementado. Este processo é repetido até que um quadro seja completado. Quando terminando um quadro de dados o processo é iniciado novamente com a mudança que os níveis de amostra de quadros são subtraídos dos níveis reinicializados de quadros anteriores.

V. DISPOSITIVO DE COMPUTAÇÃO

[00457] A Figura 15-1 ilustra um exemplo de um ambiente de sistema de computação adequado 15-100 no qual as modalidades podem ser implementadas. Por exemplo, dispositivo de computação 2-120 da Figura 2-1B pode ser implementado de acordo com o ambiente de sistema de computação 15-100. Além disso, o ambiente de sistema de computação 15-100 pode atuar como um sistema de controle que está programado para controlar o instrumento para executar um teste. Por exemplo, o sistema de controle pode controlar a fonte de excitação para emitir e direcionar luz na direção dos poços de amostra do dispositivo integrado; controlar os sensores para permitir a detecção de luz de emissão de uma ou mais amostras dentro dos poços de amostra; e analisar sinais dos sensores para identificar, por exemplo, analisando a distribuição espacial da energia de emissão, a amostra presente dentro de um poço de amostra. O ambiente de sistema de computação 15-100 é somente um exemplo de ambiente de computação adequado e não pretende sugerir nenhuma limitação quanto ao escopo de utilização ou funcionalidade da invenção nem deve o ambiente de computação 15100 ser interpretado como tendo qualquer dependência ou requisito relativo a qualquer um ou combinação de componentes ilustrados no ambiente de operação exemplar 15-100.

[00458] As modalidades são operacionais com numerosos outros ambientes de sistema de computação ou configurações de uso geral ou uso especial. Exemplos de sistemas de computação bem conhecidos, ambientes, e/ou configurações que podem ser adequados para utilização com a invenção incluem, mas não estão limitados a, computadores pessoais, computadores servidores, dispositivos portáteis ou laptop, sistemas de multiprocessador, sistemas baseados em microprocessador, codificadores, eletrônicas de consumidor programáveis, PCs de rede, minicomputadores, computadores mainframe, ambientes de computação distribuídos que incluem qualquer um dos sistemas ou dispositivos acima, e similares.

[00459] O ambiente de computação pode executar instruções executáveis por computador, tal como módulos de programa. Geralmente, os módulos de programa incluem rotinas, programas, objetos, componentes, estruturas de dados, etc. que executam tarefas específicas ou implementam tipos de dados abstratos específicos. The invenção pode também ser praticada em ambientes de computação distribuídos onde as tarefas são executadas por dispositivo de processamentos remotos que estão ligados através de uma rede de comunicações. Em um ambiente de computação distribuído, os módulos de programa podem estar localizados em mídia de armazenamento de computador tanto local quanto remota incluindo dispositivos de armazenamento de memória.

[00460] Com referência à Figura 15-1, um sistema exemplar para implementar a invenção inclui um dispositivo de computação de uso geral na forma de um computador 15-110. Os componentes do computador 15-110 podem incluir, mas não estão limitados a, uma unidade de processamento 15-120, uma memória de sistema 15-130, e um barramento de sistema 15-121 que acopla vários componentes de sistema incluindo a memória de sistema na unidade de processamento 15-120. O barramento de sistema 15-121 pode ser qualquer um de diversos tipos de estruturas de barramento incluindo um barramento de memória ou controlador de memória, um barramento periférico, e um barramento local que utiliza qualquer uma de uma variedade de arquiteturas de barramento. Como exemplo, e não limitação, tais arquiteturas incluem um barramento de Arquitetura de Padrão de Indústria (ISA), barramento de Arquitetura de Micro Canal (MCA), barramento de ISA Melhorada (EISA), barramento local de Associação Padrões Eletrônicos de Vídeo (VESA), e barramento de Interconexão de Componente Periférico (PCI) também conhecido como barramento Mezzanine.

[00461] O computador 15-110 tipicamente inclui uma variedade de meios legíveis por computador. Um meio legível por computador pode ser qualquer meio disponível que possa ser acessado pelo computador 15-110 e inclui tanto um meio volátil quanto não volátil, meio removível não removível. Como de exemplo, e não limitação, o meio legível por computador pode compreender um meio de armazenamento de computador e um meio de comunicação. O meio de armazenamento de computador inclui um meio tanto volátil quanto não volátil, removível e não removível implementado em qualquer método ou tecnologia para armazenamento de informações tal como as instruções legíveis por computador, estruturas de dados, módulos de programa ou outros dados. O meio de armazenamento de computador inclui, mas não está limitado a, RAM, ROM, EEPROM, memória instantânea ou outra tecnologia de memória, CD-ROM, discos versáteis digitais (DVD) ou outros armazenamentos de disco ótico, cassetes magnéticos, fita magnética, armazenamento de disco magnético ou outros dispositivos de armazenamento magnéticos, ou qualquer outro meio o qual pode ser utilizado para armazenar as informações desejadas e o qual pode ser acessado pelo computador 15-110. O meio de comunicação tipicamente incorpora as instruções legíveis por computador, estruturas de dados, módulos de programa ou outros dados em um sinal de dados modulado tal como uma onda portadora ou outro mecanismo de transporte e inclui qualquer meio de fornecimento de informações. O termo "sinal de dado modulado" significa um sinal que tem uma ou mais de suas características ajustadas ou mudadas de tal modo a codificar as informações no sinal. Como exemplo, e não limitação, o meio de comunicação inclui um meio com fio tal como uma rede com fio ou conexão com fio direta, e meio sem fio tal como acústico, RF, infravermelho e outro meio sem fio. Combinações de quaisquer dos acima devem também ser incluídas dentro do escopo de meio legível por computador.

[00462] A memória de sistema 15-130 inclui o meio de armazenamento de computador na forma de uma memória volátil e/ou não volátil tal como memória somente de leitura (ROM) 15-131 e memória de acesso randômico (RAM) 15-132. Um sistema de entrada / saída básico 15-133 (BIOS), que contém as rotinas básicas que ajudam a transferir informações entre elementos dentro do computador 15-110, tal como durante a partida, está tipicamente armazenado em ROM 15-131. RAM 15-132 tipicamente contém dados e/ou módulos de programa que são imediatamente acessíveis para e/ou presentemente sendo operados pela unidade de processamento 15-120. Como exemplo, e não limitação, a Figura 15-1 ilustra o sistema de operação 15-134, programas de aplicação 15-135, outros módulos de programa 15-136, e dados de programa 15-137.

[00463] O computador 15-110 pode também incluir outro meio de armazenamento de computador / não removível, volátil / não volátil. Como exemplo somente, a Figura 15-1 ilustra uma unidade de disco rígido 15-141 que lê do ou escreve no meio magnético não removível, não volátil, uma unidade de disco magnético 15-151 que lê de ou escreve em um disco magnético removível, não volátil 15-152, e uma unidade de disco ótico 15-155 que lê de ou escreve em um disco ótico não removível, não volátil 15-156 tal como um CD ROM ou outro meio ótico. Outros meios de armazenamento de computador removíveis / não removíveis, volátil / não voláteis que podem ser utilizados no ambiente de operação exemplar incluem, mas não estão limitados a cassetes de fita magnética, cartões de memória instantânea, discos versáteis digitais, fita de vídeo digital, RAM de estado sólido, ROM de estado sólido, e similares. A unidade de disco rígido 15-141 está tipicamente conectada no barramento de sistema 15-121 através de uma interface de memória não removível tal como a interface 15-140, e a unidade de disco magnético 15-151 e a unidade de disco ótico 15-155 estão tipicamente conectadas no barramento de sistema 15-121 por uma interface de memória removível, tal como a interface 15-150.

[00464] As unidades e seus meios de armazenamento de computador associados acima discutidos e ilustrados na Figura 15-1, proveem armazenamento de instruções legíveis por computador, estruturas de dados, módulos de programa e outros dados para o computador 15-110. Na Figura 15-1, por exemplo, a unidade de disco rígido 15-141 está ilustrada como armazenamento o sistema de operação 15-144, programas de aplicação 15-145, outros módulos de programa 15-146, e dados de programa 15-147. Note que estes componentes podem ou ser os mesmos que ou diferentes do sistema de operação 15-134, programas de aplicação 15-135, outros módulos de programa 15-136, e dados de programa 15-137. O sistema de operação 15-144, programas de aplicação 15-145, outros módulos de programa 15-146, e dados de programa 15-147 são dados diferente números aqui para ilustrar que, em um mínimo, estes são diferentes cópias. Um usuário pode inserir comandos e informações no computador 15-110 através de dispositivos de entrada tal como um teclado 15-162 e dispositivo de apontar 15-161, comumente referido como um mouse, trackball ou mesa de toque. Outros dispositivos de entrada (não mostrados) podem incluir um microfone, joystick, teclados de jogos, prato de satélite, scanner, ou similares. Estes e outros dispositivos de entrada estão frequentemente conectados na unidade de processamento 15-120 através de uma interface de entrada de usuário 15-160 que está acoplada no barramento de sistema, mas podem ser conectados por outra interface e estruturas de barramento, tal como uma porta paralela, uma porta de jogos ou um barramento serial universal (USB). Um monitor 15-191 ou outro tipo de dispositivo de display está também conectado no barramento de sistema 15-121 através de uma interface, tal como uma interface de vídeo 15-190. Além disso do monitor, os computadores podem também incluir outros dispositivos de saída periféricos tal como alto-falantes 15-197 e impressora 15-196, os quais podem ser conectados através de uma interface de periférico de saída 15-195.

[00465] O computador 15-110 pode operar em um ambiente de rede utilizando conexões lógicas para um ou mais computadores remotos, tal como um computador remoto 15-180. O computador remoto 15-180 pode ser um computador pessoal, um servidor, um roteador, um PC de rede, um dispositivo de par ou nodo de rede comum, e tipicamente inclui muitos ou todos os elementos acima descritos em relação ao computador 15-110, apesar de somente um dispositivo de armazenamento de memória 15-181 ter sido ilustrado na Figura 15-1. As conexões lógicas apresentadas na Figura 15-1 incluem uma rede de área local (LAN) 15-171 e uma rede de área ampla (WAN) 15-173, mas também inclui outras redes. Tais ambientes de rede são comuns em escritórios, redes de computador de amplitude empresarial, intranets e a Internet.

[00466] Quando utilizado em um ambiente de rede LAN, o computador 15-110 está conectado na LAN 15-171 através de uma interface ou adaptador de rede 15-170. Quando utilizado em um ambiente de rede WAN, o computador 15-110 tipicamente inclui um modem 15-172 ou outro meio para estabelecer comunicações sobre a WAN 15-173, tal como a Internet. O modem 15-172, o qual pode ser interno ou externo, pode estar conectado no barramento de sistema 15121 através da interface de entrada de usuário 15-160, ou outro mecanismo apropriado. Em um ambiente de rede, os módulos de programa apresentados em relação ao computador 15-110, ou suas porções, podem estar armazenados no dispositivo de armazenamento de memória remoto. Como exemplo, e não limitação, a Figura 15-1 ilustra programas de aplicação remotos 15-185 como residindo no dispositivo de memória 15-181. Será apreciado que as conexões de rede mostradas são exemplares e outros meio para estabelecer uma conexão de comunicações entre os computadores podem ser utilizados.

VI. CONCLUSÃO

[00467] Tendo assim descrito diversos aspectos de pelo menos um modalidade desta invenção, deve ser apreciado que várias alterações, modificações, e aperfeiçoamentos prontamente ocorrerão àqueles versados na técnica.

[00468] Tais alterações, modificações, e aperfeiçoamentos pretendem fazer parte desta descrição, e pretende estar dentro do espírito e escopo da invenção. Ainda apesar de vantagens da presente invenção serem indicadas, deve ser apreciado que nem todas as modalidades da invenção incluirão cada vantagem descrita. Algumas modalidades podem não implementar nenhuma características descrita como vantajosa aqui, e em algumas instâncias. Consequentemente, a descrição acima e os desenhos são como exemplo somente.

[00469] As modalidades acima descritas da presente invenção podem ser implementadas em qualquer número de modos. Por exemplo, as modalidades podem ser implementadas utilizando hardware, software ou uma sua combinação. Quando implementada em software, o código de software pode ser executado em qualquer processador adequado ou coleção de processadores, sendo providos em um único computador ou distribuídos em múltiplos computadores. Tais processadores podem ser implementados como circuitos integrados, com um ou mais processadores em um componente de circuito integrado, incluindo componentes de circuito integrado comercialmente disponíveis conhecidos na técnica por nomes tais como chips de CPU, chips de GPU, microprocessador, microcontrolador, ou co-processador. Alternativamente, um processador pode ser implementado em um circuito customizado, tal como um ASIC, ou um circuito semicustomizado que resulta da configuração de um dispositivo lógico programável. Como ainda uma alternativa adicional, um processador pode ser uma porção de um maior circuito ou dispositivo de semicondutor, seja comercialmente disponível, semicustomizado ou customizado. Como um exemplo específico, alguns microprocessadores comercialmente disponíveis têm múltiplos núcleos de modo que um ou um subconjunto destes núcleos pode constituir um processador. Apesar de que, um processador pode ser implementado utilizando um circuito em qualquer formato adequado.

[00470] Ainda, deve ser apreciado que um computador pode ser incorporado em qualquer de um número de formas, tal como um computador montado em gabinete, um computador desktop, um computador laptop, ou um computador tablet. Além disso, um computador pode estar embutido em um dispositivo não geralmente considerado como um computador mas como capacidades de processamento adequadas, incluindo Assistente Digital Pessoal (PDA), um smartphone ou qualquer outro dispositivo eletrônico portátil ou fixo adequado.

[00471] Também, um computador pode ter um ou mais dispositivos de entrada e saída. Estes dispositivos podem ser utilizados, entre outras coisas, para apresentar uma interface de usuário. Exemplos de dispositivos de saída que podem ser utilizados para prover uma interface de usuário incluem impressoras ou telas de display para apresentação visual de saída e alto-falantes ou outro dispositivos de geração de som para apresentação audível de saída. Exemplos de dispositivos de entrada que podem ser utilizados para uma interface de usuário incluem teclados, e dispositivos de apontar, tal como mouses, mesas de toque, e tablets de digitalização. Como outro exemplo, um computador pode receber informações de entrada através de reconhecimento de fala ou em outro formato audível.

[00472] Tais computadores podem estar interconectados por uma ou mais redes em qualquer forma adequada, incluindo como uma rede de área local ou uma rede de área ampla, tal como uma rede empresarial ou a Internet. Tais redes podem estar baseadas em qualquer tecnologia adequada e podem operar de acordo com qualquer protocolo adequado e podem incluir redes sem fio, redes com fio ou redes de fibra ótica.

[00473] Também, os vários métodos ou processos aqui delineados podem ser codificados como um software que é executável em um ou mais processadores que empregam qualquer um de uma variedade de sistemas ou plataformas de operação. Além disso, tal software pode ser escrito utilizando qualquer uma de um número de linguagens de programação adequadas e/ou ferramentas de programação ou script, e pode também ser compilado como código de linguagem de máquina executável ou código intermediário que é executado em uma estrutura ou máquina virtual.

[00474] Neste aspecto, a invenção pode ser incorporada como um meio de armazenamento legível por computador (ou múltiplos meios legíveis por computador) (por exemplo, uma memória de computador, um ou mais discos flexíveis, discos compactos (CD), discos óticos, discos de vídeo digital (DVD), fitas magnéticas, memórias instantâneas, configurações de circuito em Redes de Portas Programáveis no Campo ou outros dispositivos de semicondutor, ou outro meio de armazenamento de computador tangível) codificado com um ou mais programas que, quando executados em um ou mais computadores ou outros processadores, executam métodos que implementam as várias modalidades da invenção acima discutidas. Como está aparente dos exemplos acima, um meio de armazenamento legível por computador pode reter informações por um tempo suficiente para prover instruções executáveis por computador em uma forma não transitória. Tal meio ou meios de armazenamento legíveis por computador podem ser transportáveis, de modo que o programa ou programas armazenados nestes podem ser carregados sobre um ou mais diferentes computadores ou outros processadores para implementar vários aspectos da presente invenção como acima discutido. Como aqui utilizado, o termo "meio de armazenamento legível por computador" abrange somente um meio legível por computador que pode ser considerado ser uma manufatura (isto é, artigo de manufatura) ou uma máquina. Alternativamente ou além disso, a invenção pode ser incorporada como um meio legível por computador outro que um meio de armazenamento legível por computador, tal como um sinal de propagação.

[00475] Os termos "programa" ou "software"são aqui utilizados em um sentido genérico para referir a qualquer tipo de código de computador ou conjunto de instruções executáveis por computador que podem ser empregadas para programar um computador ou outro processador para implementar vários aspectos presente invenção como acima discutido. Além disso, deve ser apreciado que de acordo com um aspecto desta modalidade, um ou mais programas de computador que quando executados executam métodos da presente invenção não precisam residir em um único computador ou processador, mas podem estar distribuídos em um modo modular entre um número de diferentes computadores ou processadores para implementar vários aspectos da presente invenção.

[00476] As instruções executáveis por computador podem ser em muitas formas, tal como módulos de programa, executados por um ou mais computadores ou outros dispositivos. Geralmente, os módulos de programa incluem rotinas, programas, objetos, componentes, estruturas de dados, etc. que executam tarefas específicas ou implementam tipos de dados abstratos específicos. Tipicamente a funcionalidade dos módulos de programa pode ser combinada ou distribuída como desejada em várias modalidades.

[00477] Também, as estruturas de dados podem ser armazenadas em um meio legível por computador em qualquer forma adequada. Para simplicidade de ilustração, as estruturas de dados terem campos que estão relacionados através localização na estrutura de dados. Tais relações podem do mesmo modo ser conseguidas atribuindo armazenamento para os campos com localizações em um meio legível por computador que transporta as relações entre os campos. No entanto, qualquer mecanismo adequado pode ser utilizado para estabelecer uma relação entre as informações em campos de uma estrutura de dados, incluindo através da utilização de apontadores, etiquetas ou outros mecanismos que estabelecem uma relação entre os elementos de dados.

[00478] Vários aspectos da presente invenção podem ser utilizados sozinhos, em combinação, ou em uma variedade de disposição não especificamente discutidas nas modalidades descritas acima e não estão portanto limitada em sua aplicação aos detalhes e disposição de componentes apresentados na descrição acima ou ilustrados nos desenhos. Por exemplo, os aspectos descritos em uma modalidade podem ser combinados em qualquer modo como aspectos descritos em outras modalidades.

[00479] Também, a invenção pode ser incorporada como um método, do qual um exemplo foi provido. Os atos executados como parte do método podem ser ordenados em qualquer modo adequado. Consequentemente, modalidades pode ser construídas nas quais os atos são executados em uma ordem diferente do que ilustrado, o que pode incluir executar alguns atos simultaneamente, mesmo que mostrado como atos sequenciais em modalidades ilustrativas.

[00480] A utilização de temos ordinais como "primeiro", "segundo", "terceiro", etc., nas reivindicações para modificar um elemento de reivindicação não por si próprio conota nenhuma prioridade, precedência, ou ordem de um elemento reivindicação sobre outro a ordem temporal na qual os atos de um método são executados, mas são utilizados meramente como identificações para distinguir um elemento de reivindicação que tem um certo nome de outro elemento que tem um mesmo nome (mas para utilização do termo ordinal) para distinguir os elementos de reivindicação.

[00481] Também, a fraseologia e terminologia aqui utilizada é para o propósito de descrição e não devem ser consideradas como limitantes; A utilização de "incluindo", "compreendendo", ou "tendo", "contento", "envolvendo", e suas variações aqui, pretendem abranger os itens listados posteriormente e seus equivalentes assim como itens adicionais.

Claims

1. Dispositivo integrado caracterizado pelo fato de que compreende: uma região de pixel que compreende: uma pluralidade de pixels, cada pixel da pluralidade de pixels tendo: um poço de amostra sobre uma superfície do dispositivo integrado, em que o poço de amostra está configurado para receber uma amostra; pelo menos uma estrutura de acoplamento de excitação configurada para direcionar a energia de excitação para uma vizinhança do poço de amostra; pelo menos um componente configurado para gerar diferentes padrões de distribuição espacial para energias de emissão tendo diferentes comprimentos de onda característicos, em que uma ou mais das energias de emissão são emitidas a partir da amostra no poço de amostra em resposta à energia de excitação liberada ao poço de amostra; e pelo menos um sensor configurado para distinguir entre diferentes padrões projetados dos diferentes padrões de distribuição espacial que são detectados por o pelo menos um sensor; e pelo menos uma guia de onda configurada para fornecer a energia de excitação para pelo menos uma porção da pluralidade de pixels, e em que pelo menos uma estrutura de acoplamento de excitação de pelo menos alguns da pluralidade de pixels é posicionada para acoplar opticamente com a pelo menos uma guia de onda.

2. Dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma estrutura de acoplamento de excitação está configurada para direcionar a energia de excitação óptica para uma região de excitação dentro do poço de amostra e uma amostra localizada dentro da região de excitação emite energia de emissão em resposta à energia de excitação óptica que ilumina a região de excitação.

3. Dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma guia de onda está configurada para receber energia de excitação de pelo menos uma fonte de excitação.

4. Dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma fonte de excitação é externa ao dispositivo integrado.

5. Dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma região de acoplamento de fonte de excitação tendo um acoplador de grade configurado para receber energia de excitação da pelo menos uma fonte de excitação e acoplar a energia de excitação à pelo menos uma guia de onda.

6. Dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma fonte de excitação está localizada sobre a superfície do dispositivo integrado em uma região separada da região de pixel.

7. Dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma guia de onda está posicionada abaixo de pelo menos um poço de amostra da pluralidade de pixels.

8. Dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma estrutura de acoplamento de excitação está configurada para acoplar opticamente com a pelo menos uma guia de onda e liberar energia de excitação óptica a pelo menos um poço de amostra.

9. Dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma estrutura de acoplamento de excitação inclui pelo menos uma estrutura selecionada do grupo que consiste de uma guia de onda de pixel e uma estrutura ressonante.

10. Dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um componente compreende pelo menos um elemento de acoplamento de energia de superfície configurado para acoplar com a energia de emissão emitida por uma amostra localizada dentro do poço de amostra.

11. Dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a amostra está identificada com um marcador de uma pluralidade de marcadores e o pelo menos um elemento de acoplamento de energia de superfície gera um dos padrões de distribuição espacial com base em uma faixa espectral de energia de emissão associada com um marcador.

12. Dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um elemento de acoplamento de energia de superfície inclui pelo menos uma estrutura selecionada do grupo que consiste de uma estrutura de grade concêntrica e uma estrutura de nanoantena.

13. Dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que pelo menos um elemento de acoplamento de energia de superfície está localizado adjacente ao poço de amostra.

14. Dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um sensor é uma pluralidade de sensores configurados para distinguir entre os diferentes padrões de distribuição espacial que são detectados por o pelo menos um sensor para cada um da pluralidade de marcadores.

15. Dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que pelo menos um elemento de classificação está localizado entre o poço de amostra e a pluralidade de sensores e está configurado para direcionar a energia de emissão de um comprimento de onda específico para um sensor da pluralidade de sensores.

16. Sistema caracterizado pelo fato de que compreende: o dispositivo integrado como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 15; e um instrumento compreendendo: uma fonte de energia de excitação configurada para emitir pelo menos uma energia de excitação; pelo menos um componente de alinhamento configurado para alinhar a fonte de energia de excitação com o dispositivo integrado.

17. Método para formar um dispositivo integrado caracterizado pelo fato de que compreende: formar uma pluralidade de regiões de sensor, em que cada região de sensor da pluralidade de regiões de sensor inclui uma pluralidade de sensores, e em que a pluralidade de sensores está configurada para distinguir entre diferentes padrões projetados de diferentes padrões de distribuição espacial que são detectados pela pluralidade de sensores; formar uma pluralidade de poços de amostra, em que cada poço de amostra da pluralidade de poços de amostra alinha com uma correspondente da pluralidade de regiões de sensor; formar pelo menos uma guia de onda configurada para acoplar energia de excitação separada da pluralidade de poços de amostra e direcionar a energia de excitação para pelo menos um poço de amostra; formar uma pluralidade de elementos de acoplamento de energia de superfície, em que cada elemento de acoplamento de energia de superfície está configurado para formar diferentes padrões de distribuição espacial para energias de emissão tendo diferentes comprimentos de onda característicos em uma da pluralidade de regiões de sensor, em que uma ou mais das energias de emissão são emitidas a partir de um correspondente dos poços de amostra; e formar uma pluralidade de estruturas de acoplamento de excitação, em que cada estrutura de acoplamento de excitação está configurada para acoplar com a pelo menos uma guia de onda e energia de excitação direta para uma vizinhança de um dos poços de amostra.

18. Método para formar um dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que ainda compreende formar um acoplador de grade em uma região separada da pluralidade de poços de amostra configurados para receber energia de excitação de pelo menos uma fonte de excitação externa ao dispositivo integrado e acoplar a energia de excitação na pelo menos uma guia de onda.

19. Método para formar um dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de elementos de acoplamento de energia de superfície inclui uma pluralidade de estruturas de grade concêntricas e cada poço de amostra está centrado com relação a uma da pluralidade de estrutura de grade concêntricas.

20. Método para formar um dispositivo integrado, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que ainda compreende formar uma pluralidade de elementos de classificação, em que cada elemento de classificação está localizado entre um poço de amostra da pluralidade de poços de amostra e uma região de sensor da pluralidade de regiões de sensor e está configurado para direcionar energia de emissão de um comprimento de onda específico para um sensor da pluralidade de sensores.

21. Método para analisar um espécime caracterizado pelo fato de que compreende: depositar o espécime sobre uma superfície de um dispositivo integrado tendo uma pluralidade de pixels, em que cada pixel tem um poço de amostra configurado para receber uma amostra identificada com um primeiro marcador de uma pluralidade de marcadores e uma região de sensor tendo uma pluralidade de sensores, em que a pluralidade de sensores está configurada para distinguir entre diferentes padrões projetados de diferentes padrões de distribuição espacial que são detectados pela pluralidade de sensores; alinhar o dispositivo integrado com um instrumento tendo pelo menos uma fonte de energia de excitação para acoplar a energia de excitação a um poço de amostra de um primeiro pixel e um circuito de leitura para receber sinais de leitura da pluralidade de sensores da região de sensor do primeiro pixel; iluminar o primeiro marcador com energia de excitação; e detectar, dos sinais de leitura da pluralidade de sensores da região de sensor do primeiro pixel, um padrão de distribuição espacial de energia para a emissão gerada de uma emissão pelo primeiro marcador.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que ainda compreende identificar o primeiro marcador entre a pluralidade de marcadores com base no padrão de distribuição espacial para a energia de emissão, em que cada um da pluralidade de marcadores tem um padrão de distribuição espacial distinta.

23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que ainda compreende determinar, com base na identificação do primeiro marcador, um tipo de molécula identificada pelo primeiro marcador.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o tipo de molécula é um nucleotídeo e o primeiro marcador é um fluoróforo.

25. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: iluminar um segundo marcador que identifica uma segunda amostra com energia de excitação; e detectar, dos sinais de leitura da pluralidade de sensores da região de sensor do primeiro pixel, um padrão de distribuição espacial para a energia de emissão gerada pelo segundo marcador.

26. Dispositivo integrado caracterizado pelo fato de que compreende: um poço de amostra configurado para receber uma amostra identificada com um de uma pluralidade de marcadores, em que cada um da pluralidade de marcadores emite uma energia de emissão dentro de uma de uma pluralidade de faixas espectrais em resposta à energia de excitação que ilumina a amostra; uma estrutura de acoplamento de energia de emissão localizada em uma vizinhança do poço de amostra para gerar diferentes padrões de distribuição espacial para as energias de emissão tendo diferentes comprimentos de onda característicos quando a energia de emissão é emitida a partir do poço de amostra; e uma pluralidade de sensores configurados para distinguir entre diferentes padrões projetados dos diferentes padrões de distribuição espacial que são detectados pela pluralidade de sensores.

27. Instrumento caracterizado pelo fato de que compreende: pelo menos uma fonte de excitação para prover pelo menos uma energia de excitação; um sistema de posicionamento de fonte de excitação para alinhar a pelo menos uma energia de excitação emitida pela fonte de excitação a uma região de acoplamento de um dispositivo integrado; e um circuito de leitura configurado para receber pelo menos um sinal de leitura representativo de padrões de distribuição espacial detectados por um sensor no dispositivo integrado, em que o sensor está configurado para distinguir entre diferentes padrões projetados dos diferentes padrões de distribuição espacial que são detectados pelo sensor.

28. Método para sequenciar uma molécula de ácido nucleico alvo, o método caracterizado pelo fato de que compreende: prover um dispositivo integrado que inclui um poço de amostra que contém a molécula de ácido nucleico alvo, uma enzima de polimeriza- ção e uma pluralidade de tipos de nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo, em que cada tipo de nucleotídeo ou análogo de nucleotídeo da pluralidade de tipos de nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo está identificado com um de uma pluralidade de marcadores; executar uma reação de extensão em uma localização de iniciação da molécula de ácido nucleico alvo na presença da enzima de polimerização para sequencialmente incorporar pelo menos uma porção dos nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo em uma fita crescente que é complementar à molécula de ácido nucleico alvo, em que mediante excitação por energia de excitação, os marcadores que identificam os nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo produzem energias de emissão do poço de amostra mediante incorporação na fita crescente; gerar padrões de distribuição espacial para as energias de emissão em ou adjacentes ao poço de amostra, incluindo diferentes padrões de distribuição espacial para energias de emissão tendo diferentes comprimentos de onda característicos; detectar padrões de distribuição espacial em um sensor que recebe os padrões de distribuição espacial, em que os padrões de distribuição espacial são distinguíveis para a pluralidade de tipos de nucleotídeos ou análogos de nucleotídeos, e em que o sensor está configurado para distinguir entre diferentes padrões projetados dos diferentes padrões de distribuição espacial que são detectados pelo sensor; e identificar os nucleotídeos ou análogos de nucleotídeos com base nos sinais recebidos do sensor que são indicativos dos padrões de distribuição espacial, sequenciando assim a molécula de ácido nucleico alvo.

29. Método para sequenciar ácido nucleico caracterizado pelo fato de que compreende: prover um dispositivo integrado que compreende uma pluralidade de poços de amostra e uma fonte de energia de excitação que está operativamente acoplada na pluralidade de poços de amostra, em que um poço de amostra individual da pluralidade de poços de amostra compreende uma molécula nucleica alvo, uma enzima de polimerização e nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo, em que um marcador de uma pluralidade de marcadores identifica cada um dos nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo; sujeitar a molécula de ácido nucleico alvo a uma reação de polimerização para gerar uma fita crescente que é complementar à molécula de ácido nucleico alvo na presença de nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo e a enzima de polimerização, em que a pluralidade de marcadores emite energias de emissão mediante excitação pela energia de excitação da fonte de energia de excitação enquanto os nucleotídeos ou análogos de nucleotídeo são incorporados na fita crescente; gerar padrões de distribuição espacial para as energias de emissão em ou adjacentes ao poço de amostra, incluindo diferentes padrões de distribuição espacial para energias de emissão tendo diferentes comprimentos de onda característicos; detectar padrões de distribuição espacial ao executar a reação de extensão, em que os padrões de distribuição espacial são distinguíveis para a pluralidade de marcadores, e em que o sensor está configurado para distinguir entre diferentes padrões projetados dos diferentes padrões de distribuição espacial que são detectados pelo sensor; e identificar uma sequência da molécula de ácido nucleico alvo com base nos padrões de distribuição espacial para as energias de emissão.