CN112154327A - 保护具有电极连接件的纳米孔阵列免受静电放电的影响 - Google Patents

Abstract

一种用于与接收器(6)接合的组件(8)具有接触衬垫(16)的阵列以与所述接收器(6)上的对应的连接件阵列(18)可移除地连接。所述阵列中的每一个接触衬垫(16)电连接到对应的凹槽或阱(28)的电极(26)，所述对应的凹槽或阱是传感器的一部分，其中可跨越每一个凹槽形成膜。导电栅格(102)被配置在所述阵列中的所述接触衬垫(16)之间，以抑制传导通过所述凹槽或阱的静电放电(BSD)和/或引导BSD远离所述凹槽或阱。

Description

保护具有电极连接件的纳米孔阵列免受静电放电的影响

技术领域

本发明涉及一种被配置成与第二组件或接收器接合且配合的组件。组件和接收器一起形成装置。具体地说，本发明涉及一种具有用于在潮湿条件下进行感测的传感器的组件。组件和接收器形成微流体装置。

背景技术

从WO99/13101和WO88/08534中已知此类传感器，其中传感器以干燥状态提供并且液体测试样本可以被施加到装置且通过毛细流动传送到装置内的传感器区域。在传感器中可以使用一定体积的极性介质的阵列形成包括两亲性分子的膜阵列。传感器可以包含脂质双层。已知其它类型的传感器，例如包括离子选择性膜的离子选择性传感器。

在初始制造之后，传感器是干燥的，并且组件可以接收液体以形成膜阵列，例如可以在一系列应用中使用的一定体积的极性介质的阵列，其包含形成包括两亲性分子的膜。

另一个实例由WO 2009/077734提供，WO 2009/077734公开一种用于产生两亲性分子层的设备。一种结合部件以向传感器提供两亲性膜和纳米孔的分析设备还由WO2012/042226公开。

已知的传感器被并入在昂贵的测试设备内，所述昂贵测试设备在广泛的测试或应用中提供对传感器读数的高性能分析。这些复杂的装置具有敏感的且通过并入和封装保护的传感器，而从传感器读取的数据必须快速且有效地读取。

尽管将设备的功能与一个或多个子组件分离的概念是已知的，但是此类传感器的敏感性质阻止技术人员分离功能，因为这可能会对设备的性能和/或可靠性造成损害。此外，此类敏感且昂贵的设备常常被保留以用于实验室使用或其它受控条件，并且在例如现场使用等不受控制的环境中使用专业装置进一步阻止修改。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有传感器的改进的组件，所述组件被配置成防止例如静电放电(ESD)对传感器造成损坏。此组件是模块化的，使得其可以可移除地连接到接收器以形成装置。随后，装置与设备可移除地连接以使得来自传感器的数据能够被读取和分析。替代地，组件可以可移除地直接连接到设备和从设备可移除地直接连接。本发明通常在于此类模块化组件。替代地，它可以作为一种具有组件和接收器或组件、接收器和装置的套件来提供。

通常，本发明在于一种被配置成与接收器可移除地接合的组件，所述组件具有电极阵列以用于与接收器上的对应的连接件阵列接合。阵列中的多个电极(可以是阵列上所述电极的大多数)电连接到对应的凹槽，所述凹槽可以是阱。为了防止对配置在阱中的传感器的性能造成任何损害，利用结构保护电极阵列免受例如静电放电(ESD)等不受控制或不可调节的电压的影响。单独或与组件组合成一个整体的结构用以至少部分地电封装阱或凹槽，以免受不受控制的电压的影响。

根据一个方面，本发明在于一种被配置成与接收器可移除地接合的组件，所述组件具有：电极阵列，并且被配置成与接收器上的对应的连接件阵列可移除地连接，其中阵列中的多个电极电连接到对应的凹槽或阱，每一个凹槽形成传感器的部分以用于在其中接收流体，使得可跨越每一个凹槽形成膜，这使每一个凹槽分隔开，从而将每一个凹槽中的流体与公共腔室中的导电流体分隔开。

组件具有导电结构或栅格，所述导电结构或栅格呈现为类似于被配置成跨越阵列以实现电极阵列与接收器的连接件阵列之间的电连接的矩阵，其中导电结构被配置成抑制传导通过凹槽的静电放电(ESD)和/或引导ESD远离凹槽。换句话说，从接收器延伸以与电极连接的接收器的连接件延伸穿过栅格。也就是说，装置上的每一个连接件通过在栅格壁之间穿过且经过栅格壁来到达组件上的衬垫。

公共电极可以与公共腔室中的流体接触。导电结构可以电连接到公共电极。膜可以是两亲性双层。

组件可以具备在公共腔室中的导电流体和在多个凹槽中的流体。可以跨越多个凹槽形成膜，从而将公共腔室中的流体与多个凹槽中的每一个凹槽中的流体分隔开。导电结构可以被配置成抑制经由凹槽横穿或通过传感器或膜的静电放电和/或引导静电放电远离传感器或膜。在跨越多个凹槽形成膜时，凹槽中含有的流体彼此分隔开。

导电结构可以连接到公共腔室中的流体以抑制跨越凹槽或膜产生的电位差。

组件可以大致上是平面的，从近端延伸到远端。电极阵列可以被配置成在组件的末端之间。替代地，连接件阵列可以位于组件的末端中的一个末端处。

公共电极可以被配置在公共样本腔室中，并且栅格可以连接到公共电极。

电极阵列可以安装在衬底上，例如用于阱的衬底。替代地，电极和/或阱可以形成在印刷电路板(PCB)上。PCB可以更便宜且更快速地制造。

传感器可以具有并入其中的纳米孔。纳米孔可以是生物的。流体可以是液体，其可以跨越阱形成脂质双层。传感器可以具有连接组件内的顺式和反式区域的纳米孔。凹槽可以支撑膜。凹槽可以在固态膜中实施且在所述凹槽中具有纳米孔。纳米孔可以是生物纳米孔或合成纳米孔。

组件可以具有跨越一个凹槽或所有凹槽形成的膜。膜可以是脂质双层。栅格可以接收ESD事件且耗散ESD的能量，以防止对传感器和/或膜造成损坏。

导电结构具有孔口或框架，接收器的连接件延伸穿过所述孔口或框架以接触电极。结构可以是网状结构或网，其安装在电极形成在其上的基座的至少部分上。

导电结构可以防止与电极的接触，特别是与例如手指或戴手套的手指的身体的部分的接触。然而，可能发生电极的接触，并且如果手指或戴手套的手指接触电极，则电极的尺寸应使得导电结构也被接触。换句话说，仅与电极的接触被防止。

组件还可以具有跨越多个凹槽形成的膜。导电结构或栅格可以被配置成抑制经由凹槽横穿传感器或膜的静电放电和/或引导静电放电远离传感器或膜。

组件可以具有围绕、环绕或包围凹槽的主体，并且导电结构连接到主体，使得它们具有相同的电位差。换句话说，主体和导电结构可以用作组件的接地平面。在使用中，导电结构起到保护凹槽的作用，并且在跨越凹槽形成膜时，抑制到导电结构的主体的ESD穿过凹槽。

每一个凹槽中可以容纳有流体，例如液体，所述流体与跨越对应于阵列中的相应电极的每一个凹槽设置的膜接触，其中导电结构或栅格连接到流体储集器，从而向凹槽提供流体以抑制跨越凹槽或膜产生的电位差。栅格可以电连接到组件的主体以抑制跨越传感器和/或膜的电位差或电压。

组件可以有流体供应，也可以没有流体供应。如果没有流体供应，并且膜是预先配置好的，则可以说组件可配置成防止对膜和/或传感器造成损坏。

公共样本腔室可以含有与公共电极接触的离子流体。流体可以在连接件阵列与设置在上部样本腔室中的含有流体的公共电极之间提供直接电连接。ESD可以在整个阵列中被耗散，从而将其影响降至最低。施加到栅格的电荷对凹槽或阱中的传感器组件(例如膜)的影响可以被抑制或降至最低，因为栅格和流体至少经由公共电极连接且存在于相同的电位上，因此抑制横穿阱的电压。

电极阵列可以布置在基座衬底上，并且导电结构安装在衬底上。安装在衬底上的电极阵列可以限定平面，并且导电结构可以平行于所述平面延伸。导电结构可以平行于所述平面在衬底上方和电极上方延伸，使得在其间产生空隙。替代地，栅格可以位于与衬底相同的平面中。由衬底形成栅格可以降低成本，因为栅格，或更具体地说，栅格壁可以以最小的材料成本或最少的处理时间形成。如果衬底是不导电的，则可以将导电层添加到栅格的暴露表面的至少部分上。

导电结构可以从由电极限定的平面延伸。电极阵列可以布置在衬底的基座上。衬底的至少部分可以从电极之间的区域延伸以形成壁，并且导电结构可以被配置在壁的顶部上。导电结构可以由在电极之间的区域中沉积导电材料来形成。

导电结构可以被配置成部分地包围每一个电极。这可以通过在电极的每一侧上形成导电电极，同时使得来自接收器的连接件能够接触电极来实现。在远离电极的区域中的导电结构的横截面形状可以具有尖锐边缘或尖端。因此，来自ESD的任何电荷都可以集中在边缘点处。

导电结构可以被配置为栅格且在电极之间在由基座或衬底限定的平面方向上延伸。

电极可以布置成具有直线图案的阵列。每一个电极的覆盖区可以是四边形的。替代地，覆盖区可以是圆形、菱形或具有5个或更多个侧面的形状中的一者。

栅格壁的横截面轮廓可以是矩形的。壁的顶部可以具有非平坦的轮廓，例如圆形。

壁的横截面可以向外逐渐减少以最小化栅格或网状结构或网中的孔口，从而进一步防止与电极的接触。以此方式，可以增加栅格的表面积以为例如手指等物体提供更大的接触面积。

阵列中的电极的间距可以在100um与1500um之间。间距可以在500um与1000um之间，并且优选地在700um与900um之间。

导电结构的壁的横截面的厚度可以在最小10um和最小200um之间。壁厚可以在25um与100um之间。

连接件延伸穿过的导电结构的窗口或孔口可以具有圆形拐角。圆形拐角可以减少栅格和公共电极之间的电感路径。

电极阵列和导电结构可以至少部分地覆盖有可移除的保护薄膜或保护层以抑制抗静电放电。可以将薄膜配置成使可以通过去除薄膜而产生的任何摩擦电荷最小化，这在组件与接收器可以配合之前是所需的。薄膜可以通过导电结构抑制电荷传导通过凹槽和/或传感器或在凹槽和/或传感器的区域中传导。因此，薄膜和导电结构可以协同作用。

在另一个方面中，本发明在于一种具有如所要求的组件和接收器的套件，其中接收器上的连接件阵列被配置成延伸穿过导电结构而不接触导电结构，以与组件上的电极形成电连接。

栅格可以连接到样本腔室中的导电流体以抑制跨越形成在样本腔室中的流体与凹槽中的流体之间的凹槽或膜产生的电位差，使得在导电流体占据样本腔室时，通过导电结构抑制ESD传导通过凹槽和/或传感器或在凹槽和/或传感器的区域中传导。

组件的凹槽或阱可以具备孔以用于读取穿过孔的核苷酸的特性。孔可以是膜中的纳米孔，所述膜在样本腔室中的流体与至少一个阱中的流体之间。

导电结构可以形成为具有多个孔口的栅格。栅格可以具有与每一个配合连接件和电极对准的孔口。

附图说明

下文参考以下附图，仅以举例的方式论述本发明，其中：

图1是具有可移除地可拆卸组件的设备的透视图；

图2是图1的设备的横截面示意图，其示出了从设备拆卸下来但准备好连接到其上的组件；

图3是具有已知的连接结构的阱的横截面图；

图4是具备极性介质层的设备的阱的横截面图；

图5是设备的另一个阱的横截面图，其示出了理想的流体行为；

图6是具有通孔的组件的阱的横截面图，所述通孔连接到位于组件的电极阵列上的暴露衬垫；

图7是示出组件的五个阱的示意图的横截面图，每一个阱连接到衬垫且与接收器的相应连接件对准；

图8是示出组件的五个阱的示意图的横截面图，其中两个阱连接到组件末端的电极阵列的衬垫；

图9是电极衬垫阵列的示意图，所述电极衬垫阵列具有插入并围绕衬垫的栅格，其中栅格连接到接地电极；

图10是图9中的栅格的示意性端视图；

图11a和11b是栅格的部分的示意图，所述栅格的部分定位成邻近于组件的电极的衬垫且在阱的区域中；

图12是本发明的实施例的详细视图，其中栅格定位在电极阵列上且连接到接地电极；

图13是图12中所示实施例的一个拐角的详细视图；

图14是连接件阵列的透视图，所述连接件阵列被配置成在栅格之间延伸以接触组件的电极阵列；

图15是图15中所示的连接件的各个接触件的透视图；

图16是位于电极阵列的区段上的栅格的区段的透视图；以及

图17a和17b分别示出替代性布置的部分的两个实例。

具体实施方式

图1示出具有可移除地可拆卸装置4的设备2，所述可移除地可拆卸装置4具有接收器6和组件8。装置可从设备2的基座10可移除地拆卸。设备的各种部分可以作为套件提供。组件8可以是一次性的。装置4可以插入基座10且从基座10移除。组件8可以插入接收器6且从接收器6移除。

在图2中，示出在插入之前定位在接收器6上方的组件8。在插入时，组件和接收器通过位于接收器的末端的闩锁12和凹槽14机械连接且紧固。电气上，组件和接收器可以经由在组件8上的电极阵列16和接收器6的对应的连接件阵列18连接。组件8的主体通常由具有一定程度的弹性的塑料材料制成。塑料材料可以例如是聚碳酸酯。

组件8可以是一次性的，并且举例来说，具有位于其中的一次性流槽。流槽可以等同于WO 2014/064443中论述的流槽，WO 2014/064443以全文引用的方式并入本文中，其中组件被配置成可移除的低成本组件，其可以在单次使用之后弃置。这通过在接收器6内配置装置4的更昂贵的组件来实现。低成本组件使得使用不同流槽相对便宜地进行多个实验是可行的。基座组件10可以容纳总体设备2的电子设备和冷却配置。接收器6可以容纳不包含在基座10中的其它电子设备，并且用作接收组件8的适配器。

从WO2009/077734中已知电连接，WO2009/077734以全文引用的方式并入本文中，且提供使用向两亲性分子层提供电连接的‘焊料凸块’方法的实例。图3示出如WO2009/077734中公开的此类‘焊料凸块’20连接，其连接到穿过衬底24以到达位于阱或凹槽28底部的阱电极26的通孔22。焊料凸块20实现与连接到微处理器或类似控制器(未示出)的支座30的永久连接。

阱28在非导电材料的衬底24中形成，并且可以用于形成或支撑两亲性分子层。在使用中，可以将水性溶液引入到阱28和其周围的区域，使得跨越阱28形成两亲性分子层，从而将阱28中的水性溶液与凹槽上方的剩余体积的水性溶液分隔开。阱或凹槽28、阱电极26和额外的电路系统(未示出)的布置实现对跨越两亲性分子层的电信号的测量。阱电极可以与凹槽28中的水性溶液电接触。

图4和5是形成传感器阵列的部分的凹槽或阱28的实例，如分别在WO 2014/064443和WO2013/121193中所公开的，WO 2014/064443和WO2013/121193以全文引用的方式并入本文中并且描述了阱28在例如SU-8等形成主体的材料24中形成，并且许多阱28可以在材料内紧密靠近地形成以形成传感器阱阵列。这些阱28允许通过将电路26连接到接触件22和25来测量跨越两亲性分子层11的电信号。从WO2014/064443中已知的图4示出在膜34上形成弯月面接触面34a的极性介质层32，所述弯月面接触面34a突出到阱28中以接触极性介质。公共电极36布置在材料24上方以在已经提供极性介质后与极性介质层32电接触。阱28中的流体体积与上方形成极性介质32的层中的流体的体积的比率可以在约1:100与约1:10000之间。从WO2013/121193中已知的图5示出穿过传感器阵列的另一个微腔或传感器阱28的示意性横截面。实际上，形成在主体中的此类传感器阱28的阵列将设置在设备的组件中，并且进一步包括在主体的表面的上方的覆盖物，以在覆盖物与主体之间限定空腔。电极(图5中未示出)布置在空腔中以用于连接到电路，并且充当用于阵列中的阱的公共电极。

凹槽或阱28形成传感器的部分，并且感测组件必须与读取器或微处理器进行通信。在本发明中，这些阱存在于组件8中，并且必须与接收器6和/或基座10上的读取器进行电通信。

举例来说，从WO2016/059417中已知可移除连接或非永久性电连接，WO2016/059417以全文引用的方式并入本文中且适合于电连接的阵列，其方式为使得组件部分可以附接和拆卸，并且在其后任选地重新附接，而不需要极端条件(无论是化学的或环境的)来触发连接或解除连接。

尽管可移除地可拆卸电连接是已知的，但是发明人已经意识到，可以改进用于例如组件8和接收器6等部分的常规连接。具体地说，可以改进接触面以向阱或凹槽28以及在凹槽28中存在或形成的任何传感器或感测组件提供额外保护层。连接到在组件上的阱的接触面对机械和/或电击敏感。

图6以举例的方式示出具有电极阵列16的传感器阵列的一个阱28。每一个阱28通过阵列16中的电连接件中的一个电连接件连接。提供衬垫100以使得能够经由通孔22连接到阱电极26。衬垫100可以由任何导电材料制成，例如金、铜或铂。衬底24用作绝缘体并且约为500μm厚。绝缘体可以由例如硅或玻璃制成。在本发明的替代性实例中，衬底可以是导电的，并且具备绝缘材料或电介质的额外层，以便配置衬垫、通孔和其它此类组件。

图7和图8示出邻近于组件8的接收器6，其中电极阵列16的部分(五个阱28)与连接件阵列18对准。在连接且组件被配置成使用时，可以读取由阱28中的阱电极26检测到的信号。信号从阱28经由阱电极26通过通孔22传递到电极阵列16的相应衬垫100，所述相应衬垫100被配置成接触连接件阵列上的连接件且向处理器(通常为ASIC装置)提供信号。公共电极36可经由导电扩散层40通过极性介质32电连接到每一个阱28，以便处理器可以控制读取或感测阱传感器中的哪一者，尽管多路复用。

图7表示图2中示出的配置，而图8表示其中阵列被配置在组件8的末端处以用于与位于例如接收器6的凹槽14中的连接件阵列接合。

本发明特别适合于保护在阱或凹槽的上方形成的膜，所述膜易于受到由于例如ESD等不受控制的电压流过阱或传感器造成的损坏或破裂。膜可以是由例如磷脂等两亲性分子形成的层，所述两亲性分子具有亲水性和亲脂性两种特性。两亲性层可以是单层或双层。两亲性层可以是例如以下文献中所公开的共嵌段聚合物：Gonzalez-Perez等人，Langmuir，2009，25，10447-10450或WO2014/064444，其以全文引用的方式并入本文中。

膜可以包括形成在固态层中的孔口，所述孔口可以被称为固态孔。孔口可以是设置在分析物可以沿着其传递或传递到其中的固态层中的阱、间隙、通道、沟槽或狭缝。此类固态层不是生物来源的。固态层可以由有机材料和无机材料两者形成，所述材料包含但不限于：绝缘材料，例如Si3N4、A1203和SiO；有机和无机聚合物，例如聚酰胺；塑料，例如Teflonμ，或弹性体，例如双组分加成固化的硅橡胶；以及玻璃。固态层可以由石墨烯形成。WO-2009/035647、WO-2011/046706或WO-2012/138357中公开了适合的石墨烯层。WO-2016/187519中公开了制备固态孔阵列的适合方法。

生物纳米孔可以设置在一个或多个膜中，从而跨越每一个膜提供传导路径，所述传导路径用以使设置在阱阵列中的阱中的流体与设置在上部腔室中的溶液流体地连接。纳米孔可以是跨膜蛋白孔，其来源于但不限于：α-溶血素、炭疽毒素和杀白细胞素、细菌的外膜蛋白质/孔蛋白，例如耻垢分支杆菌孔蛋白和胞溶素。孔可以来源于例如WO-2016/034591中所公开的CsgG。纳米孔可以设置在固态膜的孔口中。此类孔被称为杂化孔。纳米孔可以由DNA折纸形成。

本发明的装置特别适合于估计聚合物分析物的序列。分析物可以是例如多核苷酸、多肽或多糖。聚合物的测量可以在聚合物移位通过纳米孔期间在跨越纳米孔施加的电位差下进行。测量可以是在移位期间通过纳米孔的离子流的测量。

离子溶液可以设置在阱中，与阵列中的每一个相应的膜和设置在每一个相应的阱中的电极接触。

可以向组件8供应极性介质，所述极性介质在阱28的上方形成弯月面或膜，使得纳米孔位于每一个阱28的膜中。弯液面与阱协作以形成传感器的部分。替代地，可以‘干燥’地供应组件而无需极性介质，在将其安装到装置6之前以及在测试或分析样本之前将其添加到组件中。另外，组件可以被配置成具有固态膜和/或固态。

阱的弯月面和/或传感器对例如ESD等不受控制的电压敏感。因此，必须通过抑制横穿或穿过阱的电压放电来保护阱。在使用中，电极阵列16的衬垫100被暴露以准备与装置上的连接件阵列18接合。尽管组件8可以在不触摸衬垫的情况下连接到装置6，但是它们仍然易于受到例如指尖的意外触摸。在受控制的实验室条件的对立面的现场中，使用者通常会从包装中取出组件并将其手动放置在接收器中。本发明减轻了使用者用例如其指尖接触电极阵列16的任何有害影响。

出于说明的目的，图9示出电极阵列16中的衬垫100的阵列。导电结构102或栅格被配置成跨越电极阵列16。导电结构或栅格包含连接到公共电极36的公共衬垫104。栅格102可以形成连接到公共电极的网状物或网状结构。举例来说，栅格102连接到公共电极36以用于将栅格电连接到在阱上方的腔室中的极性介质32。

额外地或替代地，栅格可以连接到极性介质32或其中存在极性介质的腔室，此连接可以通过以下各项中的至少一个来进行：专用通孔；到衬底的部分的有线或键合连接；通过组件8的主体的电连接；或到形成固持极性介质32的腔室的结构的电连接，所述结构围绕阵列16的阱28。图10示出定位在阵列16上方的栅格102的区段的横截面图，而图11a示出栅格102与极性介质32或样本32之间的关系。在所示出的实例中，栅格从在衬垫之间的衬底上的区域延伸，但是不接触衬垫100，并且在衬底的表面上方延伸。在所示出的实例中，栅格跨越表面形成网。然而，栅格可以由围绕一个或多个衬垫100的壁形成。栅格102可以定位成跨越图7中所示出的电极阵列，其中电极阵列16可以布置在组件8的末端之间的表面上且可以定位成跨越图8中所示出的电极阵列16，其中阵列16布置在组件的末端区域或表面。

图11b示出替代性实例，其中衬底24是导电的且绝缘层或电介质围绕衬底，以便阱电极26、通孔22和衬垫100可以配置在衬底上。栅格102可以连接到围绕或覆盖衬底的部分或组件8的主体的导电涂层。以此方式，传递到栅格的电荷在栅格与形成在电介质上的导电表面之间传导且耗散到电介质中，这可能会产生影响公共电极和阱电极两者的公共场。

一旦组件安装在装置6中，栅格还可以连接到组件和装置的接地平面。换句话说，如果衬底是导电且涂覆在电介质或绝缘体中，则栅格可以将电荷耗散到此电容中，所述电容的场影响公共电极和阱电极两者。

衬垫和周围栅格的尺寸使得(i)防止例如手指等物体接触阵列16，因为栅格用作障壁，或(ii)如果阵列16被物体接触，则其首先接触栅格。因此，如果在电极阵列16的区域中积聚在使用者的手或使用者握持的工具上的任何电荷接近或接触组件8，则抑制其穿过阱28或阱电极26区域，因为其被引导通过或经由栅格102到公共电极36。

因为栅格102和极性介质32电连接，所以从ESD传送到栅格且传送到极性介质的能量需要完成的工作可以忽略不计，使得跨越阱28的电压可以忽略不计。在使用中，可以含有待分析的样本的极性介质层32经由导电扩散层40电连接到公共电极36。因此，如果将ESD施加到栅格上，则栅格102、公共衬垫104、公共电极36、导电扩散层40和极性介质32或样本之间的电位差可以忽略不计。这是因为电荷分布在这些组件上，在接触栅格或接触栅格和衬垫两者时，这抑制任何电荷在电极衬垫100和阱28之间传递到极性溶液的样本。形成或形成阱28的部分的传感器和/或膜被保护免受到阵列16的ESD。栅格102充当可连接到大致上大体积的流体(即极性介质32)的机械和/或电屏蔽。组件8的这些元件比阱28的大小或容纳在阱中的流体的体积明显大至少2个数量级。如上文所描述，阱28中的流体的体积与在其上方形成极性介质32的层中的流体的体积的比率可以在约1:100与约1:10000之间。在实例中，用于容纳极性介质32和相关联的公共介体腔室的公共细胞腔室或样本腔室的容积约为135ul。在具有130个电极的阵列的实例中，流体占据了126个电极以用于在每一个阱和上方的样本腔室之间形成膜，并且阱中的流体的总体积约为0.9ul。实例中的比率约为1:150。以此方式，栅格和/或极性介质的体积(其明显大于在一起的所有阱)用作保护其中的阱的感测元件和传感器元件免受ESD或类似不受控制的电荷的缓冲器或绝缘体。换句话说，抑制任何不受控制的电荷或ESD从衬垫100传导到阱28，因为栅格102禁止与衬垫接触和/或禁止与衬垫接触而又不接触栅格，使得(i)例如ESD的电荷传递到极性介质或样本，从而以低能耗分配电荷，以使衬垫100与阱28之间的电位差可以忽略不计，或(ii)如果阵列16被接触，则禁止ESD电荷流过阱28，因为栅格102已经被接触，使得阱28区域和栅格具有相同电位差-电荷已经平衡。

在使用中，组件被封装在抑制电荷积聚的材料中，以使对阱28内的传感器或膜造成损坏的风险最小化，这可能在电极阵列16的衬垫100被触摸的情况下发生。在现场使用中，在例如实验室等受控制的环境之外，很少存在例如接地点或接地带等设施可以将不受控制的电压或ESD从衬垫转移开。

为了说明本发明的尺寸，以举例说明的方式，在图11中示出邻近于栅格102的指尖106。如果例如使用者的手指的物体接近衬垫100，则防止与衬垫接触，并且即使接触，手指也将在与衬垫100接触之前、期间和之后触摸栅格。

在组件8的初始制造之后以及在填充例如极性介质32等导电流体之前，栅格102被配置成保护随后将在阱28中形成的任何传感器。

图12和13是定位在衬垫100之间且连接到公共衬垫104的栅格102的实施例的CAD图像的快照。阵列16的大小大约是130个衬垫，等同于约13个衬垫乘以约10个衬垫的阵列。举例来说，衬垫之间的间距被示为800um。衬垫大约是边长约710um的正方形。衬垫100与栅格之间的间隙为约30um。栅格壁的厚度大约是30um。栅格壁的厚度与衬垫的宽度的比率约为1:25。比率可以在约1:10与约1:100之间。栅格壁之间或开口的侧面之间的距离的大小可以被设置成防止手指时间能够在不接触栅格的情况下接触衬垫。通过引导件，最大开口大小可以在衬垫的各个拐角之间为约2mm。

图13是图12中的阵列16的下部右手侧的放大图。应注意，在个别衬垫周围的区域中栅格102的形状与衬垫的形状对应或匹配。邻近于衬垫的拐角的区域中的栅格的形状是弯曲的。栅格的形状被配置成使公共衬垫104与栅格102上的任何点之间的电感最小化。

间隙设置在衬垫100与栅格102之间。在其它图式中已经将栅格说明为衬底的延伸部分，优选地从在其上形成垫100的衬底生长，这无法从图12和13的平面图了解。栅格的最上表面具有连接到公共衬垫104的导电表面。

替代地，栅格可以与阵列的表面齐平，使得不防止手指与衬垫接触，而是防止手指在没有触摸栅格的情况下与衬垫100接触。

阵列16可以另外由可以在插入接收器6且与其连接之前从组件8上的阵列16移除的保护性抗静电带(未示出)覆盖。在没有栅格102的情况下，此类带在从阵列16剥离时可能会产生摩擦电荷且损坏阱28中的感测功能。然而，由于带连接到栅格，因此带补充了栅格102的功能，因为由其移除而产生的任何摩擦电荷都将不会影响阱中的感测。因此，导电结构至少部分地覆盖有可移除的保护性导电薄膜或保护层。

可以提供用于与组件8上的电极接合的机械连接，例如位于接收器6上的弹簧片金属接触件。图14和15说明间距为800um的连接件108的第一阵列的实例。图15示出弹簧加载且设置在相应的凹槽110中的连接件108的特写。为了增加其强度，每一个连接件都朝向其基座向外逐渐变尖。连接件为100um厚且突出到凹槽上方800um的高度。连接件有利地被弹簧加载且从基座突出以促进其在施加的力下连接到电极阵列16。

图16示出栅格102的区段的部分的透视示意图。图10示出指示栅格102类似于抵靠在从衬底延伸的腿或壁上的网的横截面，而图16示出栅格可以具有围绕电极的衬垫100的壁。本文所示出的实例具有围绕阵列16上的每个衬垫100的栅格，但是栅格可以替代地围绕衬垫组。因此，栅格可以从衬垫之间的衬底上的区域延伸，但是不接触衬垫100，并且形成壁。壁的顶部可以涂覆有导电材料，例如金或铂，以将ESD传导离远离衬垫。替代地，栅格可以具有非凸起的轮廓且大约在电极阵列的平面中。

如图16中所示出，栅格在衬底上方的高度(无论是网形式或壁形式)均由连接件108的高度确定。在图14和15中，接触件的高度约为800um，并且在组件8和装置6配合时，当被压缩在衬垫上时，接触件的高度通常会减小。例如，在配合之后，高度可以通过压缩降低25％到约600um。因此，栅格在表面上方的高度可以为约500um，从而防止栅格接触装置上的连接件阵列18。在配合期间，连接件108延伸穿过栅格且在网之间或在壁之间延伸以接触衬垫100。衬垫100与栅格102的壁之间的间隙使电极阵列与栅格102绝缘。

如上文所描述，栅格的形状和构造使得栅格102、公共衬垫104和公共电极32之间的电感降至最低。

已经将电极阵列16和/或栅格102描述为形成在具有用于衬垫100且用于连接到例如公共电极36的导电表面的衬底24上。

组件的目的是提供一种低成本的单次使用装置，并且根据本文的教示，各种低成本的制造技术可以适用于实例。图17a和17b分别示出用于连接到具有多层和单层衬底的装置6的电极阵列16的两个实例。在图13中所示出的实例中，阱和电极的密度较高，并且已经在具有电极和通孔等涂层的衬底上制造。

替代地，可以通过使用以下方法来形成衬垫100和栅格102或迹线：

硅晶片制造，其可以提供小至5um的栅格最小宽度，其中衬垫与栅格之间的间隙为5um；

玻璃晶圆制造，其可以提供小至10um的栅格最小宽度，其中衬垫与栅格之间的间隙为10um；

印刷电路板，其可以提供小至50um的栅格最小宽度，其中衬垫与栅格之间的间隙为50um；

高分辨率印刷电路板，其可以提供小至3um的栅格最小宽度，其中衬垫与栅格之间的间隙为5um；

导电墨水，印刷在卡或聚合物上的喷墨，其可以提供小至150um的栅格最小宽度，其中衬垫与栅格之间的间隙为50um；

在卡或聚合物上丝网印刷导电墨水，其可以提供小至20um的栅格最小宽度，其中衬垫与栅格之间的间隙为20um；以及

在卡或聚合物上溅镀导电材料，其可以提供小至10um的栅格最小宽度，其中衬垫与栅格之间的间隙为10um。

举例来说，从Dixon等人的论文[实验室芯片(Lab Chip)，2016，16，4560]中已知用于便宜、微型化诊断试验的喷墨印刷、辊涂的数字微流体装置。

在图17a中，电极阵列16布置在组件的侧面处。在此实例中，组件形成在多层印刷电路板上。衬垫被印刷在暴露层上，并且被可以连接到公共电极(在此图中未示出)的栅格102围绕。迹线112被示为虚线，因为其设置在另一层上且从连接到衬垫100的通孔22引到位于PCB的另一侧的阱28。减少阱28的数量可以降低封装所述阱所需的结构的复杂性，并且简化经由阵列16将阱连接到装置6所需的电路。

图17b示出进一步简化的布置，其中到衬垫100的连接布置在单层衬底上。栅格102继续大致上围绕衬垫以防止由ESD造成的损坏。在此特定配置中，单层衬底和印刷迹线使得组件能够形成在装置上。

附图中的相同数字表示相同特征。上文仅以举例的方式描述了本发明，并且可以在本发明的精神和范围内进行修改，本发明的精神和范围扩展到所描述的特征的等同形式和本文所描述的一个或多个特征的组合。本发明还在于本文所描述或暗示的任何个别特征。

特征列表：

2 设备 30 支座

4 装置 32 极性介质层

6 接收器 34 弯月面/膜

8 组件 34a 膜

10 基座 36 公共电极

12 闩锁 40 导电扩散层

14 凹槽 100 衬垫

16 电极阵列 102 栅格/导电结构

18 连接件阵列 104 公共衬垫

20 焊料凸块 106 指尖

22 通孔 108 连接件

24 衬底 110 凹槽

26 阱电极 112 迹线

28 阱/凹槽

Claims (19)

1.一种组件，其被配置成与接收器可移除地接合，所述组件具有：

电极阵列，并且被配置成与接收器上的对应的连接件阵列可移除地连接，其中所述阵列中的多个电极电连接到对应的凹槽或阱，每一个凹槽形成传感器的部分以用于在其中接收流体，使得能跨越每一个凹槽形成膜，从而将凹槽中的所述流体与公共腔室中的导电流体分隔开；

导电结构，其被配置成跨越所述阵列，以实现所述电极阵列与接收器的连接件阵列之间的电连接，其中所述导电结构被配置成抑制传导通过所述凹槽的静电放电(ESD)和/或引导ESD远离所述凹槽。

2.根据权利要求1所述的组件，其进一步具有在所述公共腔室中的导电流体和在所述多个凹槽中的流体，其中跨越多个所述凹槽形成膜，从而将所述公共腔室中的所述流体与所述多个凹槽中的每一个凹槽中的所述流体分隔开，并且其中所述导电结构被配置成抑制经由所述凹槽横穿膜的静电放电和/或引导静电放电远离膜。

3.根据权利要求2所述的组件，其中所述导电结构连接到所述公共腔室中的所述流体以抑制跨越所述凹槽或膜产生的电位差。

4.根据权利要求2所述的组件，其进一步包括与所述公共腔室中的所述流体接触的公共电极。

5.根据权利要求4所述的组件，其中所述导电结构电连接到所述公共电极。

6.根据权利要求2所述的组件，其中所述膜是两亲性双层。

7.根据任一前述权利要求所述的组件，其中所述电极阵列布置在基座衬底上，并且所述导电结构安装在所述衬底上。

8.根据任一前述权利要求所述的组件，其中所述导电结构从由所述电极限定的平面延伸。

9.根据权利要求7所述的组件，其中所述电极阵列布置在衬底的基座上，并且其中所述衬底的至少部分从所述电极之间的区域延伸以形成壁，并且所述导电结构被配置在所述壁的顶部上。

10.根据权利要求7或8所述的组件，其中所述导电结构由电极之间的区域中的导电材料的沉积形成。

11.根据任一前述权利要求所述的组件，其中所述导电结构被配置为栅格并且在由所述基座或衬底限定的平面方向上在所述电极之间延伸。

12.根据任一前述权利要求所述的组件，其中所述电极布置成具有直线图案的阵列。

13.根据任一前述权利要求所述的组件，其中每一个电极的覆盖区是四边形的。

14.根据任一前述权利要求所述的组件，其中所述阵列的所述电极的间距在100um与1500um之间。

15.根据任一前述权利要求所述的组件，其中所述导电结构的所述壁的横截面的厚度在20um与200um之间。

16.根据任一前述权利要求所述的组件，其中连接件延伸穿过的所述导电结构的窗口或孔口具有圆形拐角。

17.根据任一前述权利要求所述的组件，其中所述电极阵列和导电结构至少部分地覆盖有可移除的保护薄膜或保护层。

18.一种套件，其具有根据任一前述权利要求所述的组件和接收器，其中所述接收器上的连接件阵列被配置成延伸穿过所述导电结构而不接触所述导电结构，以与所述组件上的所述电极形成电连接。

19.根据权利要求18所述的套件，其中所述栅格连接到样本腔室中的所述导电流体以抑制跨越形成在所述样本腔室中的所述流体与凹槽中的流体之间的所述凹槽或膜产生的电位差，使得在导电流体占据所述样本腔室时，通过所述导电结构抑制ESD传导通过所述凹槽和/或传感器或在所述凹槽和/或传感器的区域中传导。

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