BR112019020524B1 - Cartucho com coletor laminado - Google Patents

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Abstract

Um circuito com interconexão elétrica para a conexão eletrônica externa e sensores em uma matriz são combinados com um coletor laminado para distribuir um reagente líquido sobre uma superfície ativa dos sensores. O coletor laminado inclui canais fluídicos, uma interface entre a matriz e os canais fluídicos sendo vedada. Também é divulgado um método, o método incluindo montar um coletor laminado incluindo canais fluídicos, anexar sensores em uma matriz com um circuito, o circuito incluindo uma interconexão elétrica, e anexar uma camada de planarização com o circuito, a camada de planarização incluindo um recorte para a matriz. O método inclui ainda posicionar adesivo de vedação nas laterais da matriz, anexar o coletor laminado com o circuito e vedar uma interface entre a matriz e canais fluídicos.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA COM PEDIDOS RELACIONADOS
[0001] Este pedido reivindica a prioridade do Pedido Provisório dos EUA No. 62/626.022 depositado em 3 de fevereiro de 2018 e do Pedido de Patente Holandês No. N2020616 depositado em 19 de março de 2018. Todos os conteúdos de ambos os pedidos mencionados anteriormente são incorporados aqui por referência.
FUNDAMENTOS
[0002] Cartuchos atuais para análise biológica ou química não lidam com reagentes líquidos de uma maneira eficiente. Por exemplo, o caminho fluídico é longo, indo a partir da área de armazenamento do reagente através de um coletor convencional para a matriz, a matriz incluindo sensores semicondutores. O arranjo pode desacelerar a análise e resultados em grandes volumes de reagente de lavagem usados para cada ciclo.
[0003] Portanto, existe uma necessidade por um projeto de caminho fluídico eficiente.
SUMÁRIO
[0004] As desvantagens de abordagens pré-existentes podem ser superadas e vantagens adicionais são fornecidas através da provisão, em um aspecto, de um aparelho. O aparelho compreende um circuito e pelo menos um sensor em uma matriz acoplada com o circuito, o circuito compreendendo uma interconexão elétrica para a conexão elétrica externa, e um coletor laminado anexado com o circuito para distribuir um reagente líquido sobre uma superfície ativa do pelo menos um sensor, o coletor laminado compreendendo pelo menos um canal fluídico, uma interface entre a matriz e o pelo menos um canal fluídico sendo vedada.
[0005] De acordo com mais um aspecto, um método é fornecido. O método compreende montar um coletor laminado, o coletor laminado compreendendo pelo menos um canal fluídico, anexar pelo menos um sensor em uma matriz com um circuito, o circuito compreendendo uma interconexão elétrica, e anexar uma camada de planarização com o circuito, a camada de planarização compreendendo um recorte para a matriz. O método compreende ainda posicionar adesivo de vedação nas laterais da matriz, anexar o coletor laminado com o circuito, e vedar uma interface entre a matriz e o pelo menos um canal fluídico, o coletor laminado e o circuito anexo juntos compreendem um conjunto.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0006] Estes, e outros objetivos, funcionalidades e vantagens desta invenção serão aparentes a partir da seguinte descrição detalhada dos vários aspectos da mesma tomados em conjunto com os desenhos anexos, em que:
[0007] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um exemplo de um cartucho com um sensor e coletor laminado, útil para, por exemplo, análise biológica ou química, de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção.
[0008] A Figura 2 é uma vista explodida de um exemplo do coletor laminado da Figura 1, mostrando as várias camadas do coletor laminado, de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção.
[0009] A Figura 3 é uma vista em perspectiva de um exemplo do sensor em relação ao coletor laminado e o circuito, de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção.
[00010] A Figura 4 é uma vista em perspectiva de um exemplo de uma seção transversal da área do sensor tomada ao longo de uma linha da Figura 3, de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção.
[00011] As Figuras 5 a 10 representam vários estágios de construção do cartucho da Figura 1. A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um exemplo do circuito com o sensor anexado ao mesmo, de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção.
[00012] A Figura 6 representa anexar uma camada de planarização com o circuito da Figura 5, por exemplo, através do uso de uma camada de ligação incluindo um adesivo sensível à pressão, de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção.
[00013] A Figura 7 representa a dispensação e a cura de um adesivo de ligação com a estrutura da Figura 6, de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção.
[00014] A Figura 8 representa um exemplo de anexação de um coletor laminado (por exemplo, como descrito com relação à Figura 2) com o circuito da Figura 7 através de, por exemplo, uma camada de ligação (FIG. 2) incluindo um adesivo sensível à pressão, de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção.
[00015] A Figura 9 representa um exemplo de formação da ligação por fio com a estrutura da Figura 8, encapsulando a ligação por fio e anexando um canal de célula de fluxo, de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção.
[00016] A Figura 10 representa um exemplo de conexão da estrutura da Figura 9 com o rotor de reagente e o corpo de cartucho, de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[00017] Aspectos da presente invenção e certas funcionalidades, vantagens e detalhes da mesma, são explicados de maneira mais completa abaixo com referência aos exemplos não limitantes ilustrados nos desenhos anexos. Descrições de materiais bem conhecidos, ferramentas de fabricação, técnicas de processamento, etc., são omitidas de maneira a não obscurecer desnecessariamente os detalhes relevantes. No entanto, deve ser entendido que a descrição detalhada e os exemplos específicos, enquanto indicam aspectos da invenção, são dados por meio de ilustração apenas, e não por meio de limitação. Várias substituições, modificações, adições, e/ou arranjos, dentro do espírito e/ou escopo dos conceitos inventivos subjacentes serão aparentes para os técnicos versados na técnica a partir desta invenção.
[00018] Aproximação de linguagem, como usado aqui através do relatório descritivo e das reivindicações, pode ser aplicada para modificar qualquer representação quantitativa que pode variar permissivamente sem resultar em uma alteração na função básica em que ela está relacionada. De maneira apropriada, um valor modificado por um termo ou por termos, tais como “cerca de” ou “substancialmente”, não está limitado ao valor preciso especificado. Em alguns casos, a linguagem de aproximação pode corresponder com a precisão de um instrumento para a medição do valor.
[00019] A terminologia usada aqui é para o propósito de descrever exemplos particulares apenas e não está intencionada a ser limitante. Como usado aqui, as formas no singular “um”, “uma”, “o”, “a” também estão intencionadas a incluir as formas no plural, a menos que o contexto indique claramente de outra forma. Será entendido ainda que os termos “compreendem” (e qualquer forma de compreendem, tal como “compreende” e “compreendendo”), “possuem” (e qualquer forma de possuem, tal como “possui” e “possuindo”), “incluem” (e qualquer forma de incluem, tal como “inclui” e “incluindo”), e “contêm” (e qualquer forma de contêm, tal como “contém” e “contendo”) são verbos de ligação de significado aberto. Como um resultado, um método ou dispositivo que “compreende”, “possui”, “inclui” ou “contém” uma ou mais etapas ou elementos possui estas uma ou mais etapas ou elementos, mas não está limitado a ter apenas uma ou mais etapas ou elementos. Da mesma forma, uma etapa de um método ou um elemento de um dispositivo que “compreende,” “possui,” “inclui” ou “contém” uma ou mais funcionalidades possui estas uma ou mais funcionalidades, mas não está limitado a ter apenas estas uma ou mais funcionalidades. Adicionalmente, um dispositivo ou estrutura que é configurado de um certo modo é configurado pelo menos deste modo, mas também pode ser configurado de modos que não estão listados.
[00020] Como usado aqui, o termo “conectado”, quando usado para se referir aos dois elementos físicos, significa uma conexão direta entre os dois elementos físicos. O termo “acoplado,” no entanto, pode significar uma conexão direta ou uma conexão através de um ou mais elementos intermediários .
[00021] Como usado aqui, os termos “pode” e “pode ser” indicam uma possibilidade de uma ocorrência dentro de um conjunto de circunstâncias; uma possessão de uma propriedade, característica ou função especificada; e/ou qualificação de outro verbo através da expressão de uma ou mais de uma habilidade, capacidade, ou possibilidade associada com o verbo qualificado. De maneira apropriada, o uso de “pode” e “pode ser” indica que um termo modificado é aparentemente apropriado, capaz, ou adequado para uma indicada capacidade, função, ou uso, enquanto se leva em conta que em algumas circunstâncias o termo modificado algumas vezes pode não ser apropriado, capaz ou adequado. Por exemplo, em alguns casos, um evento ou capacidade pode ser esperado, enquanto em outros casos o evento ou capacidade pode não ocorrer - esta distinção é capturada pelos termos “pode” e “pode ser.”
[00022] Como usado aqui, a menos que seja especificado o contrário, os termos de aproximação “cerca de”, “substancialmente” e semelhantes, usados com um valor, tal como medição, tamanho, etc., quer dizer uma variação possível de mais ou menos dez porcento do valor.
[00023] Como usado aqui, os termos “ligação”, “ligado” e “ligando” se referem a duas coisas sendo unidas de forma segura usando um adesivo ou agente de ligação junto com um processo de calor ou pressão. Como usado aqui, o termo “anexar” se refere à junção de duas coisas juntas, com ou sem o uso de um fixador (por exemplo, parafuso, adesivo ou agente de ligação, etc.) Assim, o termo “ligação” é um subconjunto do termo “anexar”.
[00024] Referência é feita abaixo aos desenhos, os quais não estão desenhados em escala para a facilidade de entendimento, em que os mesmos números de referência são usados através de diferentes figuras para designar os mesmos componentes ou componentes similares.
[00025] A presente invenção se refere a análise biológica ou química, e mais particularmente, a um circuito com sensores conectados com um coletor laminado para a distribuição eficiente de um reagente líquido para uma superfície ativa dos sensores.
[00026] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um exemplo de um cartucho (100), que pode ser usado para, por exemplo, análise biológica ou química. Em um exemplo, o cartucho pode ser usado para permitir o sequenciamento, por exemplo, sequenciamento de DNA, por exemplo, sequenciamento por síntese ou sequenciamento de próxima geração (também conhecido como sequenciamento de alto rendimento). Em outro exemplo, o cartucho pode ser usado para permitir a genotipagem. Como um técnico no assunto vai saber, genotipagem envolve determinar diferenças na composição genética (genótipo) de um indivíduo através do exame da sequência de DNA do indivíduo usando ensaios biológicos e comparando os mesmos com outra sequência do indivíduo ou com uma sequência de referência. O cartucho, que pode ser consumível ou reutilizável, inclui um rotor de reagente (102), um corpo de cartucho (104) (com bomba (107) interna ao corpo de cartucho), um coletor laminado (106) para distribuir o reagente e um circuito (108) com eletrônicos passivos (109) para várias funções do cartucho e interconexão elétrica (110) para a conexão elétrica externa. O coletor laminado é usado para distribuir um reagente líquido para uma superfície ativa de um sensor (134, FIG. 2), de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção. Apesar de a bomba neste exemplo ser interna ao cartucho, será entendido que a bomba em vez disso pode estar em uma superfície do cartucho ou externa ao cartucho.
[00027] O fluxo de fluido do reagente a partir do armazenamento (rotor 102 neste exemplo) é ativo através da bomba (107) . A bomba retira o reagente líquido a partir do rotor, através do coletor laminado (106) e para a célula de fluxo (119) sobre a superfície ativa (138, FIG. 3) do sensor (134, FIG. 2) através da abertura fluídica (103). O reagente líquido sai da célula de fluxo para os braços do que parece ser um candelabro (canais 117). O reagente líquido retorna para a bomba através do arranjo de válvulas de aperto (111) localizadas, por exemplo, no fundo do cartucho. As válvulas de aperto normalmente podem estar fechadas, tal que a válvula de aperto a qual é aberta quando a bomba aspira determina qual braço do candelabro é usado para o retorno. Qualquer fluido de excesso a partir dos canais (117) retorna para a bomba através do caminho fluídico (115) e da abertura fluídica (105). A bomba microfluídica mantém um fluxo de reagentes através do cartucho para a detecção. Em um exemplo, a bomba toma a forma de uma microbomba autoescorvante.
[00028] Exemplos não limitantes das funções do sensor incluem, por exemplo, detecção de luz (por exemplo, tendo uma faixa predeterminada de comprimentos de onda detectados), detecção da presença de uma ou mais substâncias (por exemplo, substância biológica ou química) e detecção de uma alteração na concentração de alguma coisa (por exemplo, concentração de íon). O sensor pode ser, por exemplo, com base em semicondutor (por exemplo, um circuito integrado), os dispositivos individuais dos quais podem ser planares ou não planares (por exemplo, com base em Transistor de Efeito de Campo de Aleta (FinFET)). Em um exemplo, o sensor pode ser um sensor de imagem de CMOS (Semicondutor de Óxido de Metal Complementar). Como um técnico no assunto vai saber, os circuitos de um sensor de imagem de CMOS incluem elementos eletrônicos passivos, tais como um relógio e circuito de geração de temporização, um conversor analógico para digital, etc., bem como um arranjo de fotodetectores para converter fótons (luz) para elétrons, que então é convertido para uma voltagem. Em outro exemplo, o sensor pode ser um CCD (Dispositivo Acoplado de Carga), outro tipo de sensor de imagem.
[00029] Como um técnico no assunto vai entender, “CMOS” se refere a uma tecnologia usada para fabricar circuitos integrados. Como usado aqui, “sensor de CMOS” e “sensor de imagem de CMOS” se referem aos sensores fabricados usando tecnologia de CMOS. O aspecto “complementar” do nome se refere à inclusão tanto do transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido de metal do tipo n quanto do transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido de metal do tipo p (MOSFETs) em circuitos integrados (ICs) fabricados usando tecnologia de CMOS. Cada MOSFET possui um portal de metal com um dielétrico de portal, tal como um óxido (assim, a parte “Óxido de Metal” do nome) e um material semicondutor abaixo do portal (corresponde com “Semicondutor” no nome). ICs são fabricados em uma matriz, que é uma porção de um substrato de semicondutor ou wafer que é cortado após a fabricação, e ICs fabricados usando tecnologia de CMOS são caracterizados, por exemplo, por alta imunidade de ruído e baixo consumo de energia estática (um dos transistores sempre está desligado).
[00030] Em um exemplo, um sensor de imagem de CMOS pode incluir, por exemplo, milhões de fotodetectores, também chamados de pixels. Cada pixel inclui um fotosensor, que acumula carga a partir da luz, um amplificador para converter a carga acumulada para uma voltagem, e um comutador de seleção de pixel. Cada pixel também pode incluir, por exemplo, uma microlente individual para capturar mais da luz, ou ter outros aprimoramentos para aprimorar a imagem tais como, por exemplo, redução de ruídos.
[00031] Um exemplo da fabricação de um dispositivo de semicondutor fabricado usando tecnologia de CMOS será fornecido agora. Partindo, por exemplo, com um substrato de semicondutor do tipo p, a região de NMOS pode ser protegida enquanto um poço do tipo n é criado na região de PMOS. Isto pode ser alcançado usando, por exemplo, um ou mais processos litográficos. Um óxido de portal fino e portal (por exemplo, polisilício) então pode ser formado em ambas as regiões de NMOS e PMOS. Regiões dopantes do tipo N+ podem ser formadas no substrato do tipo p da região de NMOS em ambos os lados do portão falso (isto é, a fonte e o dreno são formados), e uma região do dopante do tipo n+ como o contato do corpo (aqui, o poço) na região de PMOS. Isto pode ser alcançado usando, por exemplo, uma máscara. O mesmo processo de mascarar e dopar então pode ser usado para formar a fonte e o dreno na região de PMOS e o contato de corpo na região de NMOS. Metalização para formar os terminais para as várias regiões dos transistores de NMOS e PMOS (isto é, corpo, fonte, dreno e portal) então podem ser formados. Diferentemente de CCDs, sensores de imagem de CMOS podem incluir outros circuitos no mesmo chip com pouco ou nenhum custo extra, fornecendo funções como estabilização de imagem e compressão de imagem no chip.
[00032] A Figura 2 é uma vista explodida de um exemplo do coletor laminado (106) da Figura 1. O laminado inclui uma camada de cobertura (112), que pode ser, por exemplo, um filme de polímero (por exemplo, polietileno tereftalato (PET) ou poli (metil metacrilato (PMMA)), e pode ter uma espessura de, por exemplo, cerca de 100 mícron até cerca de 700 mícron em um exemplo, e cerca de 100 mícron até cerca de 400 mícron em outro exemplo. O coletor laminado também inclui uma camada de distribuição fluídica (116) para distribuir os reagentes líquidos, que pode ter uma espessura de, por exemplo, cerca de 200 mícron até cerca de 1000 mícron em um exemplo, e cerca de 300 mícron até cerca de 700 mícron em outro exemplo. A camada de distribuição fluídica (116) pode ser, por exemplo, um material com baixa ou nenhuma autofluorescência, por exemplo, um filme plástico fino ou vidro. Exemplos não limitantes de materiais para a camada (116) incluem: PMMA, comercialmente disponível a partir de, por exemplo, Evonit Corporation, Parsippany, Nova Jersey; um filme de Fosfeto de Cobalto (CoP), comercialmente disponível a partir de, por exemplo, American elements, Los Angeles, California; um Copolímero de Olefina Cíclica (COC), comercialmente disponível a partir de, por exemplo, Zeon Chemicals L.P., Louisville, Kentucky; e vidro de borossilicato, comercialmente disponível a partir de, por exemplo, Schott North America, Inc., Elmsford, Nova Iorque. Um caminho fluídico através dos canais (117) para fluido volumoso ou relativamente grosso é definido pela camada (116). Os canais são dimensionados para permitir o fluxo de fluido com baixa impedância, por exemplo, tendo uma largura entre cerca de 0,25 mm e cerca de 1 mm. Entre as camadas de cobertura e de distribuição fluídica está uma camada adesiva (114), que pode ter uma espessura de, por exemplo, cerca de 20 mícron até cerca de 50 mícron em um exemplo, e cerca de 25 mícron em outro exemplo. Em um exemplo, a camada adesiva pode incluir um adesivo sensível à pressão para anexar de maneira segura sob pressão as camadas diretamente acima e abaixo do adesivo sensível à pressão. Exemplos não limitantes do adesivo da camada (114) incluem um adesivo acrílico ou de silicone. O adesivo sensível à pressão pode ser parte de, por exemplo, uma fita de adesivo de lado único que pode incluir, por exemplo, um revestimento de plástico rígido (por exemplo, PET) com o adesivo no mesmo. Tais fitas adesivas estão comercialmente disponíveis a partir de, por exemplo, 3M em St. Paul, Minnesota, ou Adhesives Research, Inc. em Glen Rock, Pensilvânia. Como um técnico no assunto vai saber, um adesivo sensível à pressão, quando sob pressão, cria uma ligação sem a necessidade de solvente, água ou calor.
[00033] O coletor laminado da Figura 2 inclui ainda uma camada de substrato (120), e a camada de substrato pode incluir uma abertura (121), junto com as camadas (118) e (122), que sobrepõem as aberturas (123) e (125) na camada (116), permitindo que os reagentes alcancem a superfície ativa (138, FIG. 3) do sensor a partir dos canais na camada (116) . Em um exemplo, as aberturas são de tamanho similar com os canais. A camada de substrato pode ter uma espessura, por exemplo, de cerca de 50 mícron até cerca de 70 mícron em um exemplo, e cerca de 60 mícron em outro exemplo. A camada de substrato (120) pode ser, por exemplo, um filme de polímero (por exemplo, PET ou PMMA). O fluxo de fluido sobre o sensor muda a partir de fluxo relativamente grosso nos canais da camada de distribuição fluídica para um fluxo de fluido relativamente fino, que provê um uso eficiente do fluido. O caminho fluídico sobre o sensor é mostrado através da linha de fluxo (156) na Figura 4. Em um exemplo, uma reação química apenas do fluido que passa sobre o sensor, por exemplo, fluorescência, pode ser observável para um usuário. Entre a camada de distribuição fluídica e a camada de substrato é uma camada adesiva (118), que pode ter uma espessura, por exemplo, de cerca de 20 mícron até cerca de 50 mícron em um exemplo, e cerca de 25 mícron em outro exemplo. Em um exemplo, a camada (118) pode incluir um adesivo sensível à pressão para anexar de maneira segura sob pressão as camadas diretamente acima e abaixo do adesivo sensível à pressão. Exemplos não limitantes do adesivo da camada (118) incluem um adesivo acrílico ou de silicone. O adesivo sensível à pressão pode ser parte de, por exemplo, uma fita adesiva de dupla face que pode incluir, por exemplo, um revestimento de plástico rígido (por exemplo, PET) com o adesivo na mesma. Tais fitas adesivas estão comercialmente disponíveis como descrito acima. A estrutura inclui ainda uma camada de planarização (124) para fornecer suporte para o coletor laminado e para apresentar uma superfície igual para o circuito (108), que pode ter uma espessura de, por exemplo, cerca de 500 mícron até cerca de 700 mícron em um exemplo, e cerca de 600 mícron em outro exemplo, de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção. Em um exemplo, a camada de planarização é quase a mesma espessura que a matriz. Em um exemplo, o material da camada de planarização (124) pode incluir plásticos extrusados, por exemplo, PET, polipropileno ou policarbonato. Entre a camada de substrato (120) e camada de planarização (124) é uma camada adesiva (122), que pode ter uma espessura de, por exemplo, cerca de 20 mícron até cerca de 50 mícron em um exemplo, e cerca de 25 mícron em outro exemplo. Em um exemplo, a camada (122) pode incluir um adesivo sensível à pressão para anexar de maneira segura sob pressão as camadas diretamente acima e abaixo o adesivo sensível à pressão. Exemplos não limitantes do adesivo da camada (122) incluem um adesivo acrílico ou de silicone. O adesivo sensível à pressão pode ser parte de, por exemplo, uma fita adesiva de dupla face que pode incluir, por exemplo, um revestimento de plástico rígido (por exemplo, PET) com o adesivo no mesmo. Tais fitas adesivas estão comercialmente disponíveis como descrito acima.
[00034] O coletor laminado (106) pode ser ligado ao circuito (108), por exemplo, através da camada de ligação (126), que pode incluir, por exemplo, um adesivo sensível à pressão com uma espessura de, por exemplo, cerca de 50 mícron até cerca de 70 mícron em um exemplo, e cerca de 60 mícron em outro exemplo. Exemplos não limitantes do adesivo da camada (126) incluem um adesivo acrílico ou de silicone. O adesivo sensível à pressão pode ser parte de, por exemplo, uma fita adesiva de face única que pode incluir, por exemplo, um revestimento de plástico rígido (por exemplo, PET) com o adesivo no mesmo. Tais fitas adesivas estão comercialmente disponíveis como descrito acima. O circuito pode ser flexível ou rígido (por exemplo, placa de PCB) e pode ter uma espessura de, por exemplo, cerca de 200 mícron até cerca de 300 mícron em um exemplo, e cerca de 250 mícron em outro exemplo.
[00035] Tanto a camada de planarização (124) quanto a camada de ligação (126) incluem um recorte (132) para um sensor (134) no circuito tal que a superfície ativa (138, Figura 3) pode ser substancialmente planar com o coletor laminado quando o reagente está em contato com a superfície ativa. Finalmente, o circuito está ligado com o corpo de cartucho (104) através da camada de ligação (130), que pode incluir um adesivo sensível à pressão e pode ter uma espessura de, por exemplo, cerca de 50 mícron até cerca de 150 mícron em um exemplo, e cerca de 100 mícron em outro exemplo. Exemplos não limitantes do adesivo da camada (130) incluem um adesivo acrílico ou de silicone. O adesivo sensível à pressão pode ser parte de, por exemplo, uma fita adesiva de dupla face que pode incluir, por exemplo, um revestimento de plástico rígido (por exemplo, PET) com o adesivo no mesmo. Tais fitas adesivas estão comercialmente disponíveis como descrito acima.
[00036] A Figura 3 é uma vista em perspectiva de um exemplo do sensor (134) em relação ao coletor laminado (106) e ao circuito (108). A superfície ativa do sensor e a estrutura do coletor laminado que cerca e acima do sensor (isto é, camada de distribuição fluídica (116), Figura 2) onde os reagentes são introduzidos, constitui uma célula de fluxo. Um canal de célula de fluxo (136) distribui reagentes líquidos para uma superfície ativa (138) dos sensores, situados na matriz (140), e então carrega os reagentes líquidos para longe do sensor. Substâncias, por exemplo, substâncias biológicas ou químicas, podem ser introduzidas no espaço para a detecção no chip pela superfície ativa do sensor. Onde for baseado em semicondutor, o sensor pode ser fabricado em um substrato de silício (por exemplo, um wafer de silício), que se torna em matriz quando cortado a partir do wafer de silício. A espessura da matriz depende do tamanho (diâmetro) do wafer de silício. Por exemplo, um wafer de silício padrão com um diâmetro de 51 mm pode ter uma espessura de cerca de 275 mícron, enquanto um wafer de silício padrão com um diâmetro de 300 mm pode ter uma espessura de cerca de 775 mícron. Como usado aqui, a área ativa dos sensores se refere à superfície do sensor que vai entrar em contato com os reagentes para a detecção. Pode haver mais de um sensor na matriz, e diferentes sensores podem ser incluídos na mesma matriz. O canal de célula de fluxo pode incluir, por exemplo, vidro de silicato (por exemplo, vidro de aluminosilicato). A matriz é vedada nas áreas de vedação (142). Em um exemplo, cada área de vedação inclui, por exemplo, um adesivo de ligação (144), adesivo estrutural (146) e ligação por fio (148) usando, por exemplo, fio de ouro, que é coberto por um encapsulado de ligação de fio (150), de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção. A matriz pode ser anexada com o circuito (108) por um adesivo, por exemplo, um adesivo curável por ultravioleta disperso ou uma fita de adesivo sensível à pressão (por exemplo, adesivo acrílico ou de silício). Conexão elétrica entre o circuito e o sensor pode ser alcançada de um número de maneiras, por exemplo, ligação por fio de baixa temperatura, que evita a exposição da matriz às altas temperaturas. As ligações de fio são relativamente pequenas e podem ser fios soldados de maneira ultrassônica que compõem as conexões elétricas entre o sensor e o circuito. Estas conexões elétricas podem ser protegidas, por exemplo, com um adesivo dispersado nos fios (por exemplo, um adesivo curável por ultravioleta (UV)), que encapsula completamente os fios quando curado com luz UV, transformando em uma forma sólida. Um adesivo curável por UV comercialmente disponível pode ser obtido, por exemplo, por Dymax Corporation, Torrington, Connecticut. A interface (141) entre a matriz (140) e o canal fluídico do coletor é vedada de forma que a superfície ativa do sensor entra em contato com os fluidos no coletor laminado, enquanto também isola o líquido das interconexões elétricas e outros aspectos do circuito que podem ser encurtados pela presença de líquido eletricamente condutor.
[00037] A Figura 4 é uma vista em perspectiva de um exemplo de uma seção transversal da área do sensor tomada ao longo da linha (152) da Figura 3. Como mostrado, uma entrada (103) a partir de um reservatório de reagente (por exemplo, dentro do rotor de reagente (102) mostrado na Figura 1) distribui o reagente através da força da bomba (107, Figura 1) para uma linha de fluxo (156) conectada com o canal de célula de fluxo (136) sobre a superfície ativa (138) do sensor, de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção.
[00038] As Figuras 5 a 10 representam vários estágios de construção do cartucho (100) da Figura 1. A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um exemplo do circuito (108) com o sensor (134) anexado ao mesmo, por exemplo, ligado ao mesmo, de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção.
[00039] A Figura 6 representa a anexação da camada de planarização (124) com o circuito (109) da Figura 5, por exemplo, através do uso de uma camada de ligação (126), de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção.
[00040] A Figura 7 representa a dispensação e a cura de adesivo de ligação (144) com a estrutura da Figura 6, de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção.
[00041] A Figura 8 representa um exemplo de anexação de um coletor laminado (106) (por exemplo, como descrito com relação à Figura 2) para a camada de planarização (124) no circuito (108) da Figura 7, por exemplo, através do uso da camada de ligação (122) (Figura 2), de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção.
[00042] A Figura 9 representa um exemplo de ligação por fio (148) da estrutura da Figura 8, por exemplo, ligação por fio de baixa temperatura, encapsulando a ligação por fio, por exemplo, através do encapsulante de ligação de fio (150) e anexação do canal de célula de fluxo (136), uma extensão conformada em V do caminho fluídico em lados opostos do sensor que distribui os reagentes para a superfície ativa do sensor para a detecção, de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção. A ligação por fio pode incluir um metal, por exemplo, alumínio, cobre, prata ou ouro.
[00043] A Figura 10 representa um exemplo da anexação da estrutura da Figura 9 com o rotor de reagente (102) e corpo de cartucho (104), por exemplo, por ligação usando a camada de ligação (130) (FIG. 2), que pode incluir um adesivo (por exemplo, um adesivo sensível à pressão como descrito anteriormente), de acordo com um ou mais aspectos da presente invenção.
[00044] Em um primeiro aspecto, é divulgado acima um aparelho. O aparelho inclui um circuito e sensor(s) em uma matriz anexada com o circuito, o circuito incluindo uma interconexão elétrica para a conexão elétrica externa, e um coletor laminado anexado com o circuito para distribuir um reagente líquido sobre uma superfície ativa dos sensores, o coletor laminado incluindo canais fluídicos, uma interface entre a matriz e os canais fluídicos sendo vedada.
[00045] Em um exemplo, os sensores podem incluir, por exemplo, um semicondutor. Em outro exemplo, os sensores podem tomar a forma de, por exemplo, um sensor de Semicondutor de Óxido de Metal Complementar (CMOS) (por exemplo, um sensor de imagem de CMOS).
[00046] Em um exemplo, o coletor laminado no aparelho do primeiro aspecto pode incluir, por exemplo, múltiplas camadas que pode incluir, por exemplo, uma camada de cobertura de topo, uma camada de distribuição fluídica, uma camada de substrato e uma camada de planarização de fundo. Em um exemplo, o circuito pode ser, por exemplo, ligado com a camada de planarização, e a camada de planarização pode ter, por exemplo, uma espessura que é aproximadamente uma espessura coletiva dos sensores e da matriz.
[00047] Em um exemplo, um adesivo sensível à pressão pode ser, por exemplo, entre camadas adjacentes das múltiplas camadas do coletor laminado.
[00048] Em um exemplo, camadas adjacentes do coletor laminado podem ser, por exemplo, conectadas de maneira mecânica, por exemplo, através de fixadores ou parafusos.
[00049] Em um exemplo, o aparelho do primeiro aspecto pode ser, por exemplo, parte de um cartucho, tal como aquele usado para a análise biológica.
[00050] Em um exemplo, o aparelho do primeiro aspecto pode ser, por exemplo, parte de um cartucho, tal como aquele usado para a análise química.
[00051] Em um exemplo, o aparelho do primeiro aspecto pode ser, por exemplo, parte de um cartucho, e o cartucho pode incluir ainda, por exemplo, um sistema de distribuição e armazenamento de reagente acoplado com o coletor laminado, e um corpo de cartucho e uma bomba de reagente acoplada com o sistema de distribuição e armazenamento de reagente.
[00052] Em um exemplo, o coletor laminado no aparelho do primeiro aspecto pode ter, por exemplo, recortes para a matriz. Em um exemplo, a matriz pode ser, por exemplo, ligada por fio com o circuito.
[00053] Em um exemplo, o aparelho do primeiro aspecto, quando em uso, um reagente pode ser, por exemplo, distribuído através do coletor laminado sobre uma superfície ativa dos sensores. Em um exemplo, apenas as superfícies ativas dos sensores são expostas ao reagente.
[00054] Em um segundo aspecto, é divulgado acima um método. O método inclui montar um coletor laminado, o coletor laminado incluindo canais fluídicos, anexar uma matriz com os sensores com um circuito, o circuito incluindo uma interconexão elétrica. O método inclui ainda anexar uma camada de planarização com o circuito, a camada de planarização incluindo um recorte para a matriz, posicionar adesivo de vedação nas laterais da matriz, anexar o coletor laminado com o circuito e vedar uma interface entre a matriz e os canais fluídicos, o coletor laminado e o circuito anexo juntos sendo um conjunto.
[00055] Em um exemplo, o método pode incluir ainda, por exemplo, anexar o conjunto com um cartucho.
[00056] Em um exemplo, montar o coletor laminado no método do segundo aspecto pode incluir, por exemplo, laminar camadas, e as camadas podem incluir, por exemplo, uma camada de cobertura de topo, uma camada de distribuição fluídica, uma camada de substrato, e uma camada de planarização de fundo. Em um exemplo, a laminação pode incluir, por exemplo, usar um adesivo entre camadas adjacentes (por exemplo, um adesivo sensível à pressão).
[00057] Em um exemplo, o método do segundo aspecto pode incluir ainda, por exemplo, usar o conjunto para sequenciamento.
[00058] Em um exemplo, o método do segundo aspecto pode incluir ainda, por exemplo, usar o conjunto para genotipagem.
[00059] Enquanto vários aspectos da presente invenção foram descritos e representados aqui, aspectos alternativos podem ser efetuados por uma pessoa versada na técnica para alcançar os mesmos objetivos. De maneira apropriada, está intencionado pelas reivindicações anexas cobrir todos tais aspectos alternativos.
[00060] Deve ser percebido que todas tais combinações de conceitos anteriores (fornecido que tais conceitos não são mutuamente inconsistentes) são contemplados como sendo parte da matéria divulgada aqui. Em particular, todas combinações da matéria reivindicada aparecendo no fim desta invenção são contempladas como sendo parte da matéria reivindicada divulgada aqui.

Claims (20)

1. Aparelho caracterizado pelo fato de que compreende: um circuito e pelo menos um sensor em uma matriz anexada com o circuito, o circuito compreendendo uma interconexão elétrica para a conexão elétrica externa; e um coletor laminado anexado com o circuito para distribuir um reagente líquido sobre uma superfície ativa do pelo menos um sensor, o coletor laminado compreendendo pelo menos um canal fluídico, em que uma interface entre a matriz e o pelo menos um canal fluídico é vedada.
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um sensor compreende um semicondutor.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um sensor compreende um sensor de Semicondutor de Óxido de Metal Complementar (CMOS).
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o coletor laminado compreende uma pluralidade de camadas, a pluralidade de camadas compreendendo: uma camada de cobertura de topo; uma camada de distribuição fluídica; uma camada de substrato; e uma camada de planarização de fundo.
5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o circuito está ligado com a camada de planarização, e em que a camada de planarização possui uma espessura que é aproximadamente uma espessura coletiva do pelo menos um sensor e a matriz.
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que entre camadas adjacentes da pluralidade de camadas é um adesivo sensível à pressão.
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que camadas adjacentes da pluralidade de camadas são conectadas de maneira mecânica.
8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho é parte de um cartucho para a análise biológica.
9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho é parte de um cartucho para a análise química.
10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho é parte de um cartucho, e em que o cartucho compreende ainda: um sistema de distribuição e armazenamento de reagente acoplado com o coletor laminado; e um corpo de cartucho e uma bomba de reagente acoplada com o sistema de distribuição e armazenamento de reagente.
11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o coletor laminado possui pelo menos um recorte para a matriz.
12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a matriz está ligada por fio com o circuito.
13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que quando em uso, um reagente é distribuído através do coletor laminado sobre uma superfície ativa do pelo menos um sensor.
14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que apenas a superfície ativa do pelo menos um sensor é exposta ao reagente.
15. Método caracterizado pelo fato de que compreende: montar um coletor laminado, o coletor laminado compreendendo pelo menos um canal fluídico; anexar pelo menos um sensor em uma matriz com um circuito, o circuito compreendendo uma interconexão elétrica; anexar uma camada de planarização com o circuito, a camada de planarização compreendendo um recorte para a matriz; posicionar adesivo de vedação nas laterais da matriz; anexar o coletor laminado com o circuito; e vedar uma interface entre a matriz e o pelo menos um canal fluídico; em que o coletor laminado e o circuito anexo juntos compreendem um conjunto.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda anexar o conjunto com um cartucho.
17. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que montar o coletor laminado compreende laminar uma pluralidade de camadas, a pluralidade de camadas compreendendo: uma camada de cobertura de topo; uma camada de distribuição fluídica; uma camada de substrato; e uma camada de planarização de fundo.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a laminação compreende usar um adesivo sensível à pressão entre camadas adjacentes da pluralidade de camadas.
19. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda usar o conjunto para sequenciamento.
20. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda usar o conjunto para genotipagem.
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