CN118043656A - 电化学电池设备和制造方法 - Google Patents

电化学电池设备和制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN118043656A
CN118043656A CN202280063154.8A CN202280063154A CN118043656A CN 118043656 A CN118043656 A CN 118043656A CN 202280063154 A CN202280063154 A CN 202280063154A CN 118043656 A CN118043656 A CN 118043656A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
auxiliary
working electrode
working
electrodes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280063154.8A
Other languages
English (en)
Inventor
S·杜德尔
N·卡伯尼
C·克林顿
M·比拉德奥
M·库查尔
N·福克斯-莱昂
A·塔克-施瓦兹
G·西加尔
G·斯皮伊勒斯
J·万德萨尔
J·沃斯塔特
A·雷姆库赫勒
J·皮蒂恩吉尔
L·塔巴基恩
B·杰弗里-库克尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meso Scale Technologies LLC
Original Assignee
Meso Scale Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meso Scale Technologies LLC filed Critical Meso Scale Technologies LLC
Publication of CN118043656A publication Critical patent/CN118043656A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/27—Association of two or more measuring systems or cells, each measuring a different parameter, where the measurement results may be either used independently, the systems or cells being physically associated, or combined to produce a value for a further parameter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/508—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above
    • B01L3/5085—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above for multiple samples, e.g. microtitration plates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3271—Amperometric enzyme electrodes for analytes in body fluids, e.g. glucose in blood
    • G01N27/3272—Test elements therefor, i.e. disposable laminated substrates with electrodes, reagent and channels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3271—Amperometric enzyme electrodes for analytes in body fluids, e.g. glucose in blood
    • G01N27/3273—Devices therefor, e.g. test element readers, circuitry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3275—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction
    • G01N27/3277—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction being a redox reaction, e.g. detection by cyclic voltammetry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/49—Systems involving the determination of the current at a single specific value, or small range of values, of applied voltage for producing selective measurement of one or more particular ionic species
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/12—Specific details about manufacturing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0645—Electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0829—Multi-well plates; Microtitration plates

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

提供了电化学电池及其生产方法。特别地，提供了多孔测定板，该多孔测定板包括多电极孔。该多电极孔容纳彼此电隔离的多个电极，从而准许以任何合适的组合寻址各个孔的各个电极。

Description

电化学电池设备和制造方法
相关申请
本申请要求提交于2021年8月13日且名称为“电化学电池设备和制造方法(Electrochemical Cell Devices and Methods of Manufacturing)”的美国临时申请63/233,167号的优先权，该临时申请全文以引用方式并入本文。
技术领域
本发明的实施方案涉及在执行化学、生物化学和生物测定与分析中采用电化学电池的系统、设备和方法，以及用于制造该电化学电池的方法。
背景技术
测定是在化学、实验室医学、药理学、环境生物学、分子生物学等中用于定性地评估或定量地测量目标实体(例如，分析物)的存在、量或功能活性的调查(分析)规程。测定系统可使用电化学性质和规程来定性地和定量地评估目标实体。例如，测定系统可通过测量由电化学过程引起的含有目标实体的样品区域中的电位、电流和/或亮度以及通过对测量的数据执行各种分析规程(例如，电位法、库仑法、伏安法、光学分析等)来评估目标实体。
利用电化学性质和规程的测定系统可包括具有用于引发和控制电化学过程以及用于测量所得数据的一个或多个电极(例如，工作电极、对电极和参比电极)的样品区域(例如、孔、多孔板中的孔等)。取决于电极的设计和配置，测定系统可被分类为有参考系统和无参考系统。例如，工作电极是在其上发生感兴趣反应的测定系统中的电极。工作电极与对电极结合使用以在样品区域中建立电位差、电流和/或电场。电位差可在工作电极和对电极处的界面电位之间被拆分开。在无参考系统中，施加到工作电极的界面电位(在电极处促成反应的力)是不受控制的或未知的。在有参考系统中，样品区域包括参比电极，该参比电极与工作电极和对电极分开。参比电极具有已知电位(例如，还原电位)，在样品区域中发生反应期间可参考该已知电位。
这些测定系统的一个示例是电化学发光(ECL)免疫测定。ECL免疫测定涉及使用被设计成当进行电化学刺激时发出光的ECL标记的过程。当电压被施加到位于保持在测试中的材料的样品区域中的电极时，发生光产生。电压触发循环氧化和还原反应，这引起光产生和发出。在ECL中，通过在工作电极与对电极之间施加电位差来促成负责ECL的电化学反应。
当前，有参考和无参考测定系统两者在目标实体的测量和分析方面都具有缺点。对于无参考测定系统，界面电位的未知性质导致电化学过程中缺乏控制，这可能进一步受到测定系统设计的影响。例如，对于ECL免疫测定，施加在工作电极处的界面电位可能受到电极面积(工作电极和/或对电极)、溶液的组成和电极的任何表面处理(例如，等离子体处理)的影响。这种缺乏控制先前已经通过选择使电位差从ECL产生开始之前到ECL产生结束之后渐变来解决。对于有参考系统，尽管电位可能是已知的和可控制的，但是添加参比电极增加了测定系统的成本、复杂性、大小等。另外，由于需要容纳额外电极，添加参比电极可能限制工作电极和/或对电极在样品区域中的设计和放置。附加地，由于操作系统所需的电压信号，有参考和无参考测定系统两者都可能具有缓慢的读时间。参考系统可能因制造对电极和参比电极两者而具有更高成本。
现有系统的其他困难包括缺乏与电极可寻址能力相关的灵活性。当前系统缺乏单独地且彼此独立地寻址电极和电极区的能力。这种缺乏限制了操作员在测定和实验设计中的能力。
常规测定系统、设备和仪器存在这些和其他缺点。因此，所需的是提供有参考系统的可控制电位而同时降低因具有参比电极而引入的成本、复杂性和大小的系统、设备和方法。另外，期望在电极可寻址能力方面提供更大的灵活性的系统、设备和方法。本文所述的实施方案解决了这些缺点。
发明内容
本公开的实施方案包括用于包括辅助电极设计的电化学电池的系统、设备和方法以及包括电化学电池的电化学分析装置和设备。
本公开的实施方案包括一种用于执行电化学分析的电化学电池，该电化学电池包括：多个工作电极区，该多个工作电极区设置在该电池的表面上并在该表面上限定图案；以及至少一个辅助电极，该至少一个辅助电极设置在该表面上，其中该多个工作电极区中的每个工作电极区彼此电隔离并与该辅助电极电隔离。
一个实施方案包括一种多孔测定板，包括：顶板，该顶板具有顶板开口，该顶板开口限定该多孔测定板的孔，该孔以孔图案布置，每个孔由孔区域限定；基板，该基板包括具有顶表面和底表面的衬底，该顶表面配合到该顶板；和多个孔电极结构，该多个孔电极结构中的每个孔电极结构包括：电极分组，该电极分组在该顶表面上图案化并且具有辅助电极和多个工作电极，该多个工作电极与该辅助电极以及该多个工作电极的剩余部分电隔离；和电极接触部分组，该电极接触部分组与该电极分组相对应地在该底表面上图案化并且包括多个电极接触部，该多个电极接触部包括电连接到对应工作电极的多个工作电极接触部和电连接到该辅助电极的辅助电极接触部。
另一个实施方案包括一种使用多孔测定板的方法，该多孔测定板包括：多个孔，该多个孔以孔图案布置；多个孔电极结构，每个孔电极结构对应于该多个孔中的孔，该多个孔电极结构中的每个孔电极结构包括：电极分组，该电极分组在该孔的底部处图案化并且具有辅助电极和多个工作电极，该多个工作电极与该辅助电极以及该多个工作电极的剩余部分电隔离；该方法包括：在选择的工作电极与同选择的孔电极结构相关联的选择的辅助电极之间产生电压电位；维持该选择的孔电极结构的未通电工作电极的实质电隔离；以及测量对该电压电位的响应。
另一个实施方案包括一种制作多孔测定板的方法，该方法包括：在衬底中形成多个孔洞；在该衬底的第一侧上施加第一导电材料层，该第一导电层填充该多个孔洞以形成多个过孔；在该衬底的该第一侧上施加第二导电材料层，该第二导电层覆盖在该第一导电层上面以形成多个电极接触部；在该衬底的第二侧上施加第三导电材料层，该第三导电层形成多个电迹线，该多个电迹线将该多个过孔连接到多个辅助电极和多个工作电极；在该衬底的该第二侧上施加第四导电材料层，该第四导电层形成该多个辅助电极；在该衬底的该第二侧上施加覆盖在该第三导电层上面的第五导电材料层；在该衬底的该第二侧上施加第六导电材料层，该第六导电层形成该多个工作电极；在该衬底的该第二侧上施加绝缘材料层，该绝缘层暴露该多个辅助电极和该多个工作电极并使该衬底的该第二侧的剩余部分绝缘；以及将该衬底粘附到顶板，该顶板具有顶板开口，该顶板开口限定该多孔测定板的孔，该孔以孔图案布置，每个孔由孔区域限定。
另一个实施方案包括一种用于执行电化学分析的电化学电池，该电化学电池包括：多个工作电极区，该多个工作电极区设置在该电池的表面上并在该表面上限定图案；和至少一个辅助电极，该至少一个辅助电极设置在该表面上，其中该多个工作电极区中的每个工作电极区彼此电隔离并与该辅助电极电隔离。
另一个实施方案包括一种被配置为在多孔测定板与测定仪器之间提供接口的电连接器，该电连接器包括：第一多个电极连接器，该第一多个电极连接器根据工作电极接触部在多孔测定板的底表面上的图案布置；第二多个电极连接器，该第二多个电极连接器根据辅助电极接触部在该多孔测定板的该底表面上的图案布置；和多个电路，该多个电路被配置为将该第一多个电极连接器和该第二多个电极连接器连接到该测定仪器。
另一个实施方案包括一种使用多孔测定板的方法，该多孔测定板包括：多个孔，该多个孔以孔图案布置；多个孔电极结构；每个孔电极结构对应于该多个孔中的孔，该多个孔电极结构中的每个孔电极结构包括：电极接触部分组，该电极接触部分组以取向中性图案在多孔测定板的底部处图案化并且具有与辅助电极电连通的辅助电极接触部和与多个工作电极电连通的多个工作电极接触部；该方法包括：将该多孔测定板装载到被配置为产生电压电位的仪器中；在选择的工作电极与同选择的孔电极结构相关联的选择的辅助电极之间产生电压电位；以及测量对该电压电位的响应。
另一个实施方案包括一种多孔测定板，包括：顶板，该顶板具有顶板开口，该顶板开口限定该多孔测定板的孔，该孔以孔图案布置，每个孔由孔区域限定；基板，该基板包括具有顶表面和底表面的衬底，该顶表面配合到该顶板；和多个孔电极结构，该多个孔电极结构中的每个孔电极结构包括：电极分组，该电极分组在该顶表面上图案化；和电极接触部分组，该电极接触部分组与该电极分组相对应地以取向中性图案在该底表面上图案化并且包括多个电极接触部，该多个电极接触部包括电连接到对应工作电极的多个工作电极接触部和电连接到该辅助电极的辅助电极接触部。
附图说明
本发明的前述和其他特征和优点将从如附图所示的本发明的实施方案的以下描述变得清楚。并入本文并形成说明书的一部分的附图进一步用于解释本文所述的各个实施方案的原理以及使相关领域技术人员能够制造和使用本文所述的各个实施方案。附图不一定按比例绘制。
图1A至图1C例示了根据本文公开的实施方案的电化学电池的若干视图。
图2A例示了根据本文公开的实施方案的包括多个样品区域的多孔板的顶视图。
图2B例示了根据本文公开的实施方案的用于包括多个样品区域的测定设备中的多孔板。
图2C例示了根据本文公开的实施方案的图1C的多孔板的样品区域的侧视图。
图3A至图3F、图4A至图4F、图5A至图5C、图6A至图6F、图7A至图7F和图8A至图8D例示了根据本文公开的实施方案的用于图1A至图1C的电化学电池或图2A至图2C的多孔板中的电极的设计的若干示例。
图9A和图9B例示了根据本文公开的实施方案的测定装置的示例。
图10A和图10B例示了根据实施方案的辅助电极的衰减时间。
图11例示了根据本文公开的实施方案的使用脉冲波形执行电化学分析和规程的过程。
图12A和图12B例示了根据本文公开的实施方案的脉冲波形的示例。
图13例示了根据本文公开的实施方案的使用脉冲波形执行ECL分析和规程的过程。
图14A至图14C、图15A至图15L、图16和图17例示了根据本文公开的实施方案的使用脉冲波形执行的ECL测试结果。
图18例示了根据本文公开的实施方案的使用脉冲波形执行ECL分析的过程。
图19例示了根据本文公开的实施方案的使用脉冲波形执行ECL分析的过程。
图20例示了根据本文公开的实施方案的制造孔的过程。
图21A至图21F和图22A例示了根据本文公开的实施方案的制造孔的过程中的示例性阶段。
图22B例示了根据本公开的孔的实施方案。
图23A至图23D例示了根据本文公开的实施方案的其中执行测试的电极配置的若干示例。
图24A至图24C、图25A至图25C、图26A至图26D、图27A至图27C和图28例示了根据本文公开的实施方案的在各种多孔板上执行的测试结果。
图29、图30、图31A、图31B、图32A、图32B、图33A、图33B、图34A、图34B、图35、图36A至图36D例示了根据本文公开的实施方案的被执行来优化等离子体处理的电极对标准电极的涂覆的波形的测试。
图37例示了根据本文公开的实施方案的具有可单独寻址电极的电化学电池。
图38A至图38C例示了根据本文公开的实施方案的具有包括可单独寻址电极电化学电池的孔的多孔板的部分。
图39A至图39L例示了根据本文公开的实施方案的可单独寻址电极电化学电池的构造的各方面。
图40A至图40N例示了根据本文公开的实施方案的包括多个可单独寻址电极电化学电池的衬底的构造的各方面。
图41A至图41M例示了根据本文公开的实施方案的包括多个可单独寻址电极电化学电池的衬底的不同视图。
图42A至图42I例示了根据本文公开的实施方案的取向中性电极接触部图案的特征。
图43A至图43D例示了根据本文公开的实施方案的取向中性电极接触部图案的特征。
图44A至图44C例示了根据本文公开的实施方案的电连接器的各方面。
图45A至图45F例示了根据本文公开的实施方案的电连接器的各方面。
图46A至图46E例示了根据本文的实施方案的柔性连接器的特征。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的具体实施方案。以下详细描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本发明或本发明的应用和用途。此外，无意受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中呈现的任何明示或暗示的理论的约束。
本公开的实施方案涉及包括辅助电极设计的电化学电池以及包括电化学电池的电化学分析装置和设备。在实施方案中，辅助电极被设计成包括提供稳定界面电位的氧化还原偶(例如，Ag-AgCl)。虽然电极的具体材料和组成可在本公开的各个地方提及，但是本公开不限于此，并且可采用任何合适的电极材料或组成。在某些实施方案中，可掺杂材料、化合物等以产生氧化还原偶，但是也设想了产生氧化还原偶的其他方式。具有限定稳定界面电位的还原-氧化偶的辅助电极允许辅助电极用作双功能电极。也就是说，一个或多个辅助电极同时地作为对电极和参比电极操作。由于辅助电极作为双功能电极操作，因此减少了辅助电极在电化学电池中占据的空间，从而允许在电化学电池中包括附加配置和数目的工作电极区。
在实施方案中，利用一个或多个辅助电极还改善了在电化学分析过程(例如，ECL过程)期间的电化学分析装置和设备的读时间。尽管在常规无参考ECL系统中通常采用通过提供最大ECL的电压的缓慢的电压斜坡以提供对在辅助电极处的电位的可变性的耐受性，但是本发明的辅助电极(诸如含有氧化还原偶的辅助电极)的使用提供对该电位的改善的控制并使得能够使用更高效且更快速的波形，诸如短电压脉冲或快速电压斜坡。
图1A例示了根据本文的实施方案的电化学电池100的示例。如图1A所示，电化学电池100限定工作空间101，在该工作空间中，利用电能来引起一个或多个化学反应。在工作空间(或样品区域)101内，电化学电池100可包括一个或多个辅助电极102和一个或多个工作电极区104。辅助电极102和工作电极区104可与离子介质103接触。电化学电池100可通过由经由辅助电极102和工作电极区104引入电能引起的还原-氧化(氧化还原)反应操作。在一些实施方案中，离子介质103可包括电解质溶液，诸如水或在其中溶解有离子(诸如盐)的其他溶剂。在一些实施方案中，如下文进一步详细地描述的，离子介质103或者工作电极102的表面可包括在氧化还原反应期间产生和发出光子的发光物质。在电化学电池100的操作期间，可将外部电压施加到辅助电极102和工作电极区104中的一者或多者以引起在这些电极处发生氧化还原反应。
如本文所述，当在使用中时，辅助电极将具有可由在电极处发生的氧化还原反应限定的电极电位。根据某些非限制性实施方案，电位可通过以下项定义：(i)被约束于电极的表面的还原-氧化(氧化还原)偶，或者(ii)溶液中的还原-氧化(氧化还原)偶。如本文所述，氧化还原偶包括通过氧化还原反应相互转化的一对元素、化学物质或化合物，例如，作为电子供体的一种元素、化学物质或化合物和作为电子受体的一种元素、化学物质或化合物。具有限定稳定界面电位的还原-氧化偶的辅助电极可用作双功能电极。也就是说，一个或多个辅助电极102可通过提供高电流(三电极系统中的对电极的功能)而同时提供限定和控制工作电极处的电位的能力(三电极系统中的参比电极的功能)来提供与三电极电化学系统中的对电极和参比电极两者相关联的功能性。一个或多个辅助电极102可通过在一个或多个辅助电极102所在的电化学电池100中发生的氧化还原反应期间提供与一个或多个工作电极区104中的一个或多个工作电极区的电位差来作为对电极操作。基于一个或多个辅助电极102的化学结构和组成，一个或多个辅助电极102还可作为用于确定与工作电极区104中的一个或多个工作电极区的电位差的参比电极操作。
在实施方案中，辅助电极102可由元素和合金的化学混合物形成，该化学混合物的化学组成准许辅助电极102用作参比电极。化学混合物(例如，辅助电极的化学组成中的元素和合金的比率)可在化学混合物的还原或氧化期间提供稳定界面电位，使得在电化学电池100中发生的整个还原-氧化反应中产生可定量量的电荷。尽管本文所述的某些反应可被称为还原或氧化反应，但是应当理解，本文所述的电极可支持还原和氧化反应两者，这取决于施加的电压。还原或氧化反应的具体描述没有将电极的功能性限制于具体类型的反应。在一些实施方案中，一个或多个辅助电极102的化学混合物可包括在该化学混合物的还原期间提供稳定界面电位的氧化剂，并且化学混合物中的氧化剂的量可大于或等于提供电化学电池中在电化学反应期间发生的整个还原-氧化反应所需的氧化剂的量。在实施方案中，辅助电极102由在化学混合物的还原期间提供界面电位的化学混合物形成，使得在电化学电池100中发生的整个还原-氧化反应中产生可定量量的电荷。辅助电极102的化学混合物包括在电化学电池100的操作期间(例如，在生物、化学和/或生物化学测定和/或分析(诸如ECL产生和分析)期间)支持氧化还原反应的氧化剂。
在一个实施方案中，一个或多个辅助电极102的化学混合物中的氧化剂的量大于或等于将在电化学电池100中发生(例如，在一个或多个生物、化学和/或生物化学测定和/或分析(诸如ECL产生)期间)的整个氧化还原反应所需的氧化剂的量。例如，在针对初始生物、化学和/或生化测定和/或分析发生氧化还原反应之后，一个或多个辅助电极102中的足够量的化学混合物将仍保留，由此允许在整个后续生物、化学和/或生化测定和/或分析中发生一个或多个附加氧化还原反应。
在一些实施方案中，一个或多个辅助电极102的化学混合物中的氧化剂的量至少部分地基于一个或多个工作电极区104中的每个工作电极区的暴露表面积(也称为区域表面积)与一个或多个辅助电极102的暴露表面积的比率。如本文所述，一个或多个辅助电极102的暴露表面积(也称为区域表面积)是指一个或多个辅助电极102暴露于离子介质103的二维(2D)横截面积。也就是说，如图1B所示，辅助电极102可被形成为从电化学电池100的底表面在Z方向上延伸的三维(3D)形状。辅助电极102的暴露表面积可对应于在X-Y平面中截得的2D横截面积。在实施方案中，2D横截面积可在辅助电极102的任何点处截得，例如，在与底表面120的界面处。尽管图1B例示了辅助电极102是规则形状的圆柱体，但是辅助电极102可具有任何形状，无论规则或不规则。同样地，一个或多个工作电极区104的暴露表面积是指一个或多个辅助电极区104暴露于离子介质103的2D横截面积，例如，类似于图1B所述的辅助电极102的2D横截面积。在某些实施方案中，考虑到在z维度上的任何高度或深度，区域表面积(暴露表面积)可与真实表面积区分开，该真实表面积将包括电极的实际表面。使用这些示例，区域表面积小于或等于真实表面积。
在实施方案中，一个或多个辅助电极102可由包括氧化还原偶的化学混合物形成，该氧化还原偶提供处于或接近氧化还原偶的标准还原电位的界面电位。在一些实施方案中，一个或多个辅助电极102可包含银(Ag)和氯化银(AgCl)的混合物，或者其他合适的金属/金属卤化物偶。在一些实施方案中，由Ag-AgCl的混合物形成的一个或多个辅助电极102可提供处于或接近Ag-AgCl的标准还原电位(大约0.22V)的界面电位。化学混合物的其他示例可包括具有多种金属氧化态的金属氧化物(例如，氧化锰)或其他金属/金属氧化物偶(例如，银/氧化银、镍/氧化镍、锌/氧化锌、金/氧化金、铜/氧化铜、铂/氧化铂等)。在一些实施方案中，化学混合物可提供范围从大约0.1V至大约3.0V的界面电位。表1列出了可被包含在一个或多个辅助电极102中的化学混合物的氧化还原偶的还原电位的示例。本领域技术人员将认识到，还原电位的示例是近似值并可基于化学组成、温度、化学混合物中的杂质或其他条件而变化例如+/-5.0％。
表1-在大约25摄氏度下的还原电位
氧化还原偶 近似还原电位(V)
Ag-AgCl 0.22
Ag-Ag2O 1.17
Ag-Ag2O3 1.67
Ag-AgO 1.77
Mn-MnO2 1.22
Ni-NiO2 1.59
Fe-Fe2O3 0.22
Au-AuCl2 1.15
Pt-PtCl6 0.73
Au-AuCl4 0.93
Pt-PtCl4 0.73
在实施方案中，一个或多个辅助电极中的氧化还原偶的化学混合物可基于落入指定范围内的氧化还原偶的摩尔比。在一些实施方案中，化学混合物具有在指定范围内的Ag与AgCl的摩尔比，例如，近似等于或大于1。在一些实施方案中，一个或多个辅助电极102可维持受控制的界面电位，直到参与氧化还原反应的一个或多个化学部分全部被氧化或还原。
在一些实施方案中，一个或多个辅助电极102可包括维持在-0.15V至-0.5V之间的界面电位而同时传递大约1.56×10-5至5.30×10-4C/mm2的电极表面积的电荷的氧化还原偶。在一些实施方案中，一个或多个辅助电极102可包括在氧化还原偶的整个氧化还原反应中传递大约0.5mA至4.0mA的电流以产生在大约1.4V至2.6V范围下的ECL的氧化还原偶。在一些实施方案中，一个或多个辅助电极102可包括在整个氧化还原反应中传递大约2.39mA的平均电流以产生在大约1.4V至2.6V范围下的ECL的氧化还原偶。
在实施方案中，一个或多个辅助电极102可使氧化还原偶中的氧化剂的量大于或等于通过辅助电极以完成电化学分析所需的电荷量。在一些实施方案中，一个或多个辅助电极102可包括大约3.07×10-7至3.97×10-7摩尔的氧化剂。在一些实施方案中，一个或多个辅助电极102可包括每mm2暴露表面积大约1.80×10-7至2.32×10-7摩尔之间的氧化剂(1.16×10-4至1.5×10-4摩尔/英寸2)。在一些实施方案中，一个或多个辅助电极102可包括一个或多个工作电极区104的总(或总计)暴露表面积的每mm2至少大约3.7×10-9摩尔的氧化剂(2.39×10-6摩尔/英寸2)。在一些实施方案中，一个或多个辅助电极可包括一个或多个工作电极区104的总(或总计)暴露表面积的每mm2至少大约5.7×10-9摩尔的氧化剂(3.69×10-6摩尔/英寸2)。
在实施方案中，一个或多个辅助电极102可包括氧化还原偶，其中，当施加电压或电位时，氧化还原偶中的物质的反应是在一个或多个辅助电极102处发生的主导氧化还原反应。在一些实施方案中，施加的电位小于还原水或执行水的电解所需的限定电位。在一些实施方案中，小于1％的电流与水的还原相关联。在一些实施方案中，一个或多个辅助电极102的每单位面积(暴露表面积)小于1的电流与水的还原相关联。
在实施方案中，一个或多个辅助电极102(以及一个或多个工作电极区104)可使用任何类型的制造过程(例如，印刷、沉积、光刻、蚀刻等)来形成。在实施方案中，金属/金属卤化物的化学混合物的形式可取决于制造过程。例如，如果印刷一个或多个辅助电极102(以及一个或多个工作电极区104)，则化学混合物可以是油墨或糊剂的形式。在一些实施方案中，可利用掺杂过程来将一种或多种附加物质添加到一个或多个辅助电极102和/或一个或多个工作电极区104。
工作电极区104可以是电极上可能发生感兴趣反应的位置。感兴趣反应本质上可以是化学的、生物的、生化的、电的(或者这些类型的反应中的两种或更多种反应的任何组合)。如本文所述，电极(辅助电极和/或工作电极)可以是可能发生反应的连续/邻接区域，并且电极“区”可以是电极的在其上发生特定感兴趣反应的部分(或全部)。在某些实施方案中，工作电极区104可包括整个电极，并且在其他实施方案中，多于一个工作电极区104可形成在单个电极内和/或上。例如，工作电极区104可由单独工作电极形成。在该示例中，工作电极区104可被配置为由一种或多种导电材料形成的单个电极。在另一个示例中，工作电极区104可通过隔离单个工作电极的部分来形成。在该示例中，单个工作电极可由一种或多种导电材料形成，并且工作电极区可通过使用绝缘材料(诸如电介质)电隔离单个工作电极的区域(“区”)以产生电隔离工作电极区来形成。在任何实施方案中，工作电极区104可由任何类型的导电材料(诸如金属、金属合金、碳化合物、掺杂金属等)以及导电材料和绝缘材料的组合形成。
在实施方案中，工作电极区104可由导电材料形成。例如，工作电极区104可包含金属，诸如金、银、铂、镍、钢、铱、铜、铝、导电合金等。在一些实施方案中，工作电极区104可包含氧化物涂覆的金属(例如，氧化铝涂覆的铝)。在一些实施方案中，工作电极区104可由碳基材料(诸如碳、炭黑、石墨碳、碳纳米管、碳原纤、石墨、碳纤维和它们的混合物)形成。在一些实施方案中，工作电极区104可由导电碳-聚合物复合材料、分散在基质中的导电粒子(例如，碳墨、碳糊、金属油墨)和/或导电聚合物形成。在一些实施方案中，如下文进一步详细地公开的，工作电极区104可由使用碳墨和银墨的丝网印刷制造的碳层和银层形成。在一些实施方案中，工作电极电极区104可由半导体材料(例如，硅、锗)或半导体膜(诸如氧化铟锡(ITO)、氧化锑锡(ATO)等)形成。
在实施方案中，如下文进一步详细地描述的，一个或多个辅助电极102和一个或多个工作电极区104可以不同电极设计(例如，不同大小和/或形状、不同数目的辅助电极102和工作电极区104、电化学电池100内的不同定位和图案等)形成以改善电化学性质和由含有电化学电池的装置和设备执行的分析(例如，ECL分析)。图1C例示了包括多个工作电极区的电化学电池100的电极设计150的一个示例。如图1C所示，电化学电池100可包括十(10)个工作电极区104和单个辅助电极102。下文参考图3A至图3F、图4A至图4F、图5A至图5C、图6A至图6F、图7A至图7F和图8A至图8D讨论电极设计的各种其他示例。
在实施方案中，电化学电池100内的工作电极区104的配置和放置可根据在工作电极区104之间的邻近度和/或在工作电极区104与一个或多个辅助电极102之间的邻近度限定。在一些实施方案中，邻近度可被定义为相邻工作电极区104和/或一个或多个辅助电极102的相对数目。在一些实施方案中，邻近度可被定义为在工作电极区104和/或一个或多个辅助电极102之间的相对距离。在一些实施方案中，邻近度可被定义为从工作电极区104和/或一个或多个辅助电极102到电化学电池100的其他特征(诸如电化学电池的周边)的相对距离。
在根据本文的实施方案中，例如，相应电化学电池100的一个或多个辅助电极102和一个或多个工作电极区104可被形成为具有相应大小，使得一个或多个工作电极区104的总计暴露表面积与一个或多个辅助电极102的暴露表面积的比率大于1，但是电化学电池100也可设想其他比率(例如，等于或小于或大于1的比率)。在根据本文的一些实施方案中，例如，一个或多个辅助电极102和/或一个或多个工作电极区104中的每一者可被形成为具有基本上限定圆圈的表面区域的圆形形状，但是也可以是其他形状(例如，矩形、正方形、椭圆形、三叶草形或任何其他规则或不规则几何形状)。
在根据本文的实施方案中，例如，一个或多个辅助电极102和/或一个或多个工作电极区104可被形成为具有楔形表面区域的楔形形状，在本文中也被称为三叶形。也就是说，一个或多个辅助电极102和/或一个或多个工作电极区104可被形成为包括具有不同尺寸的两个相对边界和连接两个相对边界的两个侧边界。例如，两个相对边界可包括宽边界和窄边界，其中宽边界具有比窄边界更长的长度。在一些实施方案中，宽边界和/或窄边界在与侧边界的连接处可以是钝的，例如，圆角。在一些实施方案中，宽边界和/或窄边界在与侧边界的连接处可以是尖锐的，例如，成角度角。在实施方案中，本文所述的楔形形状可以是大体上梯形的，具有圆角或成角度角。在实施方案中，本文所述的楔形形状可以是大体上三角形的，具有整平或修圆顶点和圆角或成角度角。在实施方案中，楔形形状可用于最大化在电化学电池的底表面120处的可用面积。例如，如果电化学电池的工作区域101是圆形的，则具有楔形形状的一个或多个工作电极区104可被布置成使得宽边界邻近工作区域101的外周边并且窄边界邻近工作区域101的中心。
在实施方案中，电化学电池100可被包括在用于执行电化学分析的装置或设备中。在一些实施方案中，电化学电池100可形成执行电化学分析(诸如ECL免疫测定)的测定设备的孔的一部分，如下文所述。在一些实施方案中，电化学电池100可形成在分析设备或设备中使用的盒(例如，ECL盒(诸如例如美国专利10,184,884号和10,935,547号中提供的那些盒))、流式细胞仪等中的流动电池。本领域技术人员将认识到，电化学电池100可用于其中执行受控制的氧化还原反应的任何类型的装置或设备中。
图2A至图2C例示了根据本文的实施方案的包括用于生物、化学和/或生化分析的测定设备中的电化学电池(例如，电化学电池100)的样品区域(“孔”)200的若干视图，该电化学电池包括辅助电极设计。本领域技术人员将认识到，图2A至图2C例示了测定设备中的孔的一个示例，并且在不背离本文所述的实施方案的范围的情况下，可移除图2A至图2C所示的现有部件和/或可添加附加部件。
如作为顶视图的图2A所示，多孔板208(图2B所示)的基板206可包括多个孔200。基板206可包括形成每个孔200的底部部分的表面，并且可包括设置在多孔板208的基板206的表面上和/或内的一个或多个辅助电极102和一个或多个工作电极区104。如作为透视图的图2B所示，多孔板208可包括顶板210和底板206。顶板210可限定从顶板210的顶表面延伸到底板206的孔200，其中底板206形成每个孔200的底表面207。在操作中，当跨位于保持在测试中的材料的孔200中的一个或多个工作电极区104和一个或多个辅助电极102施加电压时，发生光产生。施加的电压触发循环氧化和还原反应，这引起光子(光)产生和发出。然后可测量发出的光以分析在测试中的材料。
取决于在工作电极区104处发生的反应是接受还是供应电子，在工作电极区104处的反应分别是还原或氧化。在实施方案中，工作电极区104可衍生或修改为例如将测定试剂诸如结合试剂固定在电极上。例如，工作电极区104可被修改为附着抗体、抗体片段、蛋白质、酶、酶底物、抑制剂、辅因子、抗原、半抗原、脂蛋白、脂多糖、细菌、细胞、亚细胞组分、细胞受体、病毒、核酸、抗原、脂质、糖蛋白、碳水化合物、肽、氨基酸、激素、蛋白质结合配体、药剂和/或它们的组合。同样地，例如，工作电极区104可被修改为附着非生物实体，诸如但不限于聚合物、弹性体、凝胶、涂层、ECL标签、氧化还原活性物质(例如，三丙胺、草酸盐)、无机材料、化学官能团、螯合剂、连接基团等。试剂可通过多种方法固定在一个或多个工作电极区104上，该多种方法包括被动吸附、特异性结合和/或通过与存在于电极的表面上的官能团形成共价键。
例如，ECL物质可附着到工作电极区104，该ECL物质可被诱导发出ECL以用于分析测量来确定孔200中的流体中感兴趣物质的存在。例如，可被诱导发出ECL的物质(ECL活性物质)已经用作ECL标记。ECL标记的示例包括：(i)有机金属化合物，金属来自例如耐腐蚀且抗氧化的贵金属，包括含Ru和含Os有机金属化合物，诸如三联吡啶钌(RuBpy)部分；以及ii)鲁米诺和相关化合物。在ECL过程中带有ECL标记的物质在本文中被称为ECL共反应物。常用共反应物包括叔胺(诸如三异丙胺(TPA))、草酸盐、以及来自RuBpy的用于ECL的过硫酸盐和来自鲁米诺的用于ECL的过氧化氢。由ECL标记产生的光可在诊断规程中用作报告信号。例如，ECL标记可与结合剂诸如抗体或核酸探针共价偶联；可通过测量从ECL发出的ECL来监测结合试剂在结合相互作用中的参与。另选地，来自ECL活性化合物的ECL信号可指示化学环境。
在实施方案中，还可用改善将电化学过程中使用的材料(例如，试剂、ECL物质、标记等)附着(例如，吸收)到工作电极区104和/或辅助电极的表面的材料和/或过程处理(例如，预处理)工作电极区104和/或辅助电极102(或者孔200的其他部件)。在一些实施方案中，可使用使工作电极区104和/或辅助电极102(或者孔200的其他部件)的表面表现出亲水性质(在本文中也被称为“高结合”或“HB”)的过程(例如，等离子体处理)来处理工作电极区104和/或辅助电极102(或者孔200的其他部件)。在一些实施方案中，可不处理或使用使工作电极区104和/或辅助电极102(或者孔200的其他部件)的表面表现出疏水性质(在本文中也被称为“标准”或“Std”)的过程来处理工作电极区104和/或辅助电极102(或者孔200的其他部件)。
如作为图2B的多孔板208的一部分的侧视截面图的图2C所示，多孔板208上可包括多个孔200，图2C中例示了其中三个孔。每个孔200可由顶板210形成，该顶板包括形成电化学电池100的边界的一个或多个侧壁212。一个或多个侧壁212从顶板210的底表面延伸到顶板210的顶表面。孔200可适于保持一种或多种流体250，诸如如上文所述的离子介质。在某些实施方案中，替代一种或多种流体250或除了该一种或多种流体之外，一个或多个孔200可适于保持气体和/或固体。在实施方案中，顶板210可用粘合剂214或其他连接材料或设备固定到底板206。
多孔板208可包括任何数目的孔200。例如，如图2A和图2B所示，多孔板208可包括96个孔200。本领域技术人员将认识到，多孔板208可包括以规则或不规则图案形成的任何数目的孔200，诸如6个孔、24个孔、384个孔、1536个孔等。在其他实施方案中，多孔板208可由单孔板或适于进行生物、化学和/或生化分析和/或测定的任何其他设备代替。尽管孔200在图2A至图2C中被描绘为圆形配置(因此形成圆柱体)，但是也设想了其他形状，包括椭圆形、正方形和/或其他规则或不规则多边形。另外，多孔板108的形状和配置可采取多种形式，并且不必限于如这些图中所示的矩形阵列。
在一些实施方案中，如上文所讨论，多孔板108中使用的工作电极区104和/或辅助电极102可以是无孔的(疏水的)。在一些实施方案中，工作电极区104和/或辅助电极102可以是多孔电极(例如，碳纤维或原纤垫、烧结金属以及沉积在滤膜、纸张或其他多孔衬底上的金属膜)。当被配置为多孔电极时，工作电极区104和/或辅助电极102可采用通过电极过滤溶液，以便：i)增加到电极表面的质量输运(例如，增加溶液中的分子与电极表面上的分子的结合的动力学)；ii)捕获电极表面上的粒子；以及/或者iii)从孔移除液体。
在如上文所讨论的实施方案中，孔200中的辅助电极102中的每个辅助电极由化学混合物形成，该化学混合物在化学混合物的还原期间提供限定电位，使得在孔200中发生的整个还原-氧化反应期间产生可定量量的电荷。辅助电极102的化学混合物包括支持还原-氧化反应的氧化剂，该氧化剂可在生物、化学和/或生物化学测定和/或分析(诸如例如ECL产生和分析)期间使用。在一个实施方案中，辅助电极102的化学混合物中的氧化剂的量大于或等于将穿过辅助电极的电荷量所需的氧化剂的量，并且/或者在一个或多个生物、化学和/或生物化学测定和/或分析(诸如ECL产生)期间促成至少一个孔200中的工作电极处的电化学反应所需的电荷量。就这一点而言，在针对初始生物、化学和/或生化测定和/或分析发生氧化还原反应之后，辅助电极102中的足够量的化学混合物将仍保留，由此允许在整个后续生物、化学和/或生化测定和/或分析中发生一个或多个附加氧化还原反应。在另一个实施方案中，辅助电极102的化学混合物中的氧化剂的量至少部分地基于多个工作电极区中的每个工作电极区的暴露表面积与辅助电极的暴露表面积的比率。
在实施方案中，孔200的一个或多个辅助电极102可由包括氧化还原偶的化学混合物形成，如上文所讨论。在一些实施方案中，孔200的一个或多个辅助电极102可由化学混合物形成，该化学混合物包括银(Ag)和氯化银(AgCl)或其他合适的金属/金属卤化物偶的混合物。化学混合物的其他示例可包括具有多种金属氧化态的金属氧化物(例如，氧化锰)或其他金属/金属氧化物偶(例如，银/氧化银、镍/氧化镍、锌/氧化锌、金/氧化金、铜/氧化铜、铂/氧化铂等)。在实施方案中，辅助电极102(和工作电极区104)可使用任何类型的制造过程(例如，印刷、沉积、光刻、蚀刻等)来形成。在实施方案中，金属/金属卤化物的化学混合物的形式可取决于制造过程。例如，如果印刷辅助电极，则化学混合物可以是油墨或糊剂的形式。
对于某些应用，诸如ECL产生，辅助电极102的各个实施方案可适于通过包括足够高浓度的可接近氧化还原物质来防止电极在整个ECL测量中极化。辅助电极102可通过使用具有限定的Ag与AgCl的比率的Ag/AgCl化学混合物(例如，油墨、糊剂等)将辅助电极102印刷在多孔板208上来形成。在一个实施方案中，辅助电极的化学混合物中的氧化剂的量至少部分地基于辅助电极的化学混合物中的Ag与AgCl的比率。在一个实施方案中，具有Ag和AgCl的辅助电极的化学混合物包含大约50％或更少的AgCl，例如34％、10％等。
在一些实施方案中，孔200中的一个或多个辅助电极102可包括孔200中的总工作电极面积的每mm2至少大约3.7×10-9摩尔的氧化剂。在一些实施方案中，孔200中的一个或多个辅助电极102可包括孔中的总工作电极面积的每mm2至少大约5.7×10-9摩尔的氧化剂。
在各个实施方案中，一个或多个辅助电极102和工作电极区104可以不同电极设计(例如，不同大小和/或形状、不同数目的辅助电极102和工作电极区104、孔内的不同定位和图案等)形成以改善由包括孔200中的一个或多个孔的测定设备执行的电化学分析(例如，ECL分析)，其示例在下文参考图3A至图3F、图4A至图4F、图5A至图5C、图6A至图6F、图7A至图7F和图8A至图8D讨论。在根据本文的实施方案中，例如，相应孔200的一个或多个辅助电极102和一个或多个工作电极区104可被形成为具有相应大小，使得工作电极区104的总计暴露表面积与辅助电极102的暴露表面积的比率大于1，但是孔也可设想其他比率(例如，等于或小于或大于1的比率)。在根据本文的实施方案中，例如，辅助电极102和/或工作电极区104中的每一者可被形成为具有基本上限定圆圈的表面区域的圆形形状，但是也可以是其他形状，例如，矩形、正方形、椭圆形、三叶草形或任何其他规则或不规则几何形状。在根据本文的实施方案中，例如，辅助电极102和/或工作电极区104可被形成为具有楔形表面区域的楔形形状，其中楔形表面区域的邻近孔200的侧壁的第一侧或端部大于楔形表面区域的邻近孔200的中心的第二侧或端部。在其他实施方案中，楔形表面区域的第二侧或端部大于楔形表面的第一侧或端部。例如，辅助电极102和工作电极区104可以最大化可用于辅助电极102和工作电极区104的空间的图案形成。
在一些实施方案中，一个或多个辅助电极102和/或一个或多个工作电极区104可被形成为具有楔形形状，其中两个相对边界具有不同尺寸，并且两个侧边界连接这两个相对边界。例如，两个相对边界可包括宽边界和窄边界，其中宽边界具有比窄边界更长的长度。在一些实施方案中，宽边界和/或窄边界在与侧边界的连接处可以是钝的，例如，圆角。在一些实施方案中，宽边界和/或窄边界在与侧边界的连接处可以是尖锐的，例如，成角度角。在实施方案中，楔形形状可用于最大化在电化学电池的底表面120处的可用面积。例如，如果电化学电池的工作区域101是圆形的，则具有楔形形状的一个或多个工作电极区104可被布置成使得宽边界邻近工作区域101的外周边并且窄边界邻近工作区域101的中心。
在根据本文的实施方案中，相应孔200的辅助电极102和一个或多个工作电极区104可根据不同定位配置或图案形成在孔200的底部中。不同定位配置或图案可改善由包括孔200中的一个或多个孔的测定设备执行的电化学分析(例如，ECL分析)，其示例在下文中参考图3A至图3F、图4A至图4F、图5A至图5C、图6A至图6F、图7A至图7F和图8A至图8D讨论。辅助电极102和工作电极区104可根据期望几何图案定位在孔中。例如，辅助电极102和工作电极区104可以最小化在工作电极区104的总数中对于工作电极区104中的每个工作电极区彼此邻近的工作电极区104的数目的图案形成。这可允许更多的工作电极区邻近辅助电极102定位。例如，如图3A至图3F所示并在下文中详细地描述的，工作电极区104可被形成为最小化彼此邻近的工作电极区104的数目的圆形或半圆形形状。
在另一个实施方案中，如图3A至图3F所示，相应孔200的辅助电极102和工作电极区104可以彼此邻近的工作电极区104的数目不大于两个的图案形成。例如，工作电极区104可以邻近孔的参数(例如，侧壁212)的圆形或半圆形图案形成，使得至多两个工作电极区104邻近。在该示例中，工作电极区104形成不完整的圆，使得工作电极区104中的两个工作电极区仅具有一个邻近或相邻工作电极区104。在另一个示例中，相应孔200的辅助电极102和工作电极区104可以其中工作电极区104中的至少一个工作电极区邻近在工作电极区104的总数中的三个或更多个其他工作电极区104的图案形成。例如，如下文详细地描述的图5A至图5C所示，辅助电极102和工作电极区104可以星形图案形成，其中邻近辅助电极102和/或工作电极区104的数目取决于星形图案中的点的数目。
在根据本文的实施方案中，相应孔200的辅助电极102和一个或多个工作电极区104能够以一图案形成，其中该图案被配置为改善物质到工作电极区104中的每个工作电极区的质量输运。例如，在轨道或旋转摇动或混合期间，物质到孔200的中心处的区的质量输运与远离中心的区相比可能相对慢，并且该图案可被配置为通过最小化或消除设置在孔200的中心处的工作电极区104的数目来改善质量输运。也即是说，在操作期间，孔200可经历轨道运动或“摇动”，以便混合或组合孔200内容纳的流体。轨道运动可引起在孔200内发生涡流，例如，从而导致在孔200的侧壁212(周边)附近的更多的液体和更快的液体运动。例如，如下文详细地描述的图2A至图2F、图3A至图3F、图5A至图5F、图6A至图6F和图7A至图7D所示，工作电极区104可被形成为圆形或半圆形形状并位于孔200的周边附近。此外，由于轨道摇动运动，孔内的物质浓度的任何变化可取决于距孔的中心的径向距离。在同心布置中，工作电极区104各自距孔的中心大约相同距离并因此可具有类似的物质浓度，即使物质浓度在整个孔中不均匀。
在根据本文的实施方案中，相应孔200的辅助电极102和一个或多个工作电极区104能够以一图案形成，其中该图案被配置为减少由将液体引入多孔板108的孔200中的一个或多个孔中引起的弯月面效应。例如，如图2C所示，孔200中的流体250可在孔200内形成弯曲上表面或弯月面152。弯曲上表面可由若干因素引起，该若干因素诸如表面张力、静电效应和流体运动(例如，由于轨道摇动等)。由于弯月面效应，在发光期间发出的光子(光)基于通过液体的光子光学路径而经历不同光学效应(例如，折射、漫射、散射等)。也即是说，在光从孔200中的物质发出时，不同液位的液体可取决于光行进通过并离开液体的位置而在发出的光中引起不同光学效应(例如，折射、漫射、散射等)。图案可通过将工作电极区104中的每个工作电极区设置在距孔200的每个侧壁212近似相等距离处来减轻弯月面效应。因此，从工作电极区104发出的光子行进类似光学路径通过液体。换句话说，图案确保所有工作电极区104同等地受到弯月面效应的影响，例如，最小化弯月面的潜在不同效应。因此，如果工作电极区104定位在相对于孔200中的液体的液位的不同位置处，则发出的光可能经历不同光学失真。例如，如下文详细地描述的图3A至图3F、图4A至图4F、图6A至图6F、图7A至图7F和图8A至图8D所示，工作电极区104可被形成为圆形或半圆形形状并位于孔200的周边附近。因此，在工作电极区104处发出的光可经历相同光学失真并被同等地寻址。
在根据本文的实施方案中，相应孔200的辅助电极102和一个或多个工作电极区104可以被配置为在多孔板208的孔200中的一个或多个孔中混合液体(例如，使用轨道摇动器在圆柱形孔中形成的涡流)期间最小化到工作电极区的质量输运差异(例如，提供更均匀的质量输运)的图案形成。例如，图案被配置为通过最小化或消除设置在相应孔200的中心处或附近的工作电极区104的数目来减小涡流效应。例如，如下文详细地描述的图2A至图2F、图3A至图3F、图5A至图5F、图6A至图6F、图7A至图7D和图8A所示，工作电极区104可被形成为圆形或半圆形形状并位于孔200的周边附近。
在根据本文的实施方案中，相应孔200的辅助电极102和一个或多个工作电极区104可以几何图案形成。例如，几何图案可包括工作电极区104的圆形或半圆形图案，其中工作电极区104中的每个工作电极区可设置在距孔200的侧壁近似相等距离处，并且辅助电极102可设置在由工作电极区104的圆形或半圆形图案限定的周边(或者整个周边或仅其一部分)内，但是也设想了其他形状和/或图案。例如，当孔200被体现为正方形孔时，工作电极区104可围绕孔200的周边的全部或仅一部分以正方形或矩形环图案布置。
在另一个实施方案中，例如，几何图案可包括其中工作电极区104限定星形图案的图案，其中辅助电极102可设置在限定星形图案的两个邻近点的两个邻近工作电极区104之间。例如，星形图案可由形成星形图案的“点”的辅助电极102和形成星形图案的内部结构的工作电极区104形成。例如，在五角星图案中，辅助电极102可形成星形图案的五个“点”，并且工作电极区104可形成内部“五边形”结构，如下文进一步详细地描述的图5A至图5C所示。在一些实施方案中，星形图案还可被定义为一个或多个同心圆，其中一个或多个工作电极104和/或一个或多个辅助电极可围绕一个或多个同心圆以圆形图案放置，如下文进一步详细地描述的图5A至图5C所示。
图3A和图3B例示了具有以开环图案设置的圆形工作电极区104的孔200的电极设计301的实施方案。根据图3A所示的示例性非限制性实施方案，孔200的底部207可包括单个辅助电极102。在其他实施方案中，孔200中可包括多于一(1)个辅助电极102(例如，2个、3个、4个、5个等)。在实施方案中，辅助电极102可被形成为具有近似圆形形状。在其他实施方案中，辅助电极102可被形成为具有其他形状(例如，矩形、正方形、椭圆形、三叶草形或任何其他规则或不规则几何形状)。
在实施方案中，孔200可包括十(10)个工作电极区104。在其他实施方案中，孔200中可包括少于或多于十个工作电极区104(例如，1个、2个、3个、4个等)。在实施方案中，工作电极区104可被形成为具有近似圆形形状。在其他实施方案中，工作电极区104可被形成为具有其他形状(例如，矩形、正方形、椭圆形、三叶草形或任何其他规则或不规则几何形状)。
工作电极区104可以半圆形或基本上“C形”图案以距离“D1”邻近孔200的周边“P”相对于彼此定位。在一些实施方案中，距离D1可以是工作电极区104的边界与周边P之间的最小距离。也就是说，工作电极区104中的每个工作电极区可距孔200的周边P相等距离D1定位，并且工作电极区104中的每个工作电极区以距离“D2”(也被称为工作电极(WE-WE)节距)与另一个工作电极区相等地间隔开。在一些实施方案中，距离D2可以是两个邻近工作电极区104的边界之间的最小距离。在一些实施方案中，两个工作电极区104A、104B可彼此间隔开足够的距离，以便形成间隙“G”。间隙“G”可在两个工作电极区之间提供比工作电极区的剩余部分之间的节距距离的剩余部分更大的节距距离。在某些实施方案中，间隙G可允许电迹线或接触部电耦合到辅助电极102而不电干扰工作电极区104，从而维持辅助电极102和工作电极区104的电隔离。例如，间隙G可形成有足够的距离以允许在邻近工作电极区104之间形成电迹线，同时保持电隔离。因此，间隙G的大小可至少部分地通过对构建电化学电池中的制造方法的选择来确定。因此，在实施方案中，间隙“G”的更大的节距距离可比工作电极区104的剩余部分之间的节距距离D2大至少10％、至少30％、至少50％或至少100％。
在某些实施方案中，距离D1在一个或多个工作电极区104与孔200的周长P之间可不相等。在另外的实施方案中，距离D2在两个或更多个工作电极区104之间可不相等。辅助电极102可以距工作电极区104中的每个工作电极区相等距离“D3”(也被称为WE-AUXILIARY节距)定位在C形图案的中心，但是在其他实施方案中，距离D3对于工作电极区104中的一个或多个工作电极区可变化，如到辅助电极102测量的。在某些实施方案中，如图所示，距离D1、距离D2、距离D3和距离G可从相应特征的周边(例如，工作电极区104、辅助电极102或周边P)上的最近相对点测量。在一些实施方案中，距离D3可以是工作电极区104的边界与辅助电极的边界之间的最小距离。本领域技术人员将认识到，可从特征上的任何相对点测量距离，以便产生可重复图案，例如几何图案。
尽管这些图描绘了单个辅助电极102，但是也可包括多于一个辅助电极，如图3C所示。另外，尽管辅助电极102在这些图中被描绘为设置在孔200的近似(或真实)中心处，但是辅助电极102也可设置在孔200的其他位置处，如图3D所示。附加地，尽管这些图例示了十(10)个工作电极区104，但是可包括更多或更少数目的工作电极区104，如图3E和图3F所示。
图3A至图3F所示的电化学电池可包括Ag、Ag/AgCl、碳、碳复合材料和/或其他碳基材料的电极，以及/或者如本文所讨论的任何其他电极材料的电极。
在实施方案中，辅助电极102和/或工作电极区104的大小可变化。例如，工作电极区104中的每个工作电极区的大小可相等，并且辅助电极102的大小可诸如通过改变其直径而变化，如在表2A中所示。本领域技术人员将认识到，表2A中包括的尺寸是近似值并可基于条件诸如制造容差而变化例如+/-5.0％。
表2A—根据具有十(10)个工作电极区的某些实施方案的工作电极区104和辅助电极102的示例性尺寸
上述表2A提供了孔几何形状的示例值。如上文所讨论，例如，在第[0057]段，根据本文的实施方案的Ag/AgCl电极可包括在其中含有大约3.07×10-7摩尔至3.97×10-7摩尔的氧化剂。除了上文呈现的几何形状之外，工作电极和辅助电极都可以是大约10微米(3.937×10-4英寸)厚。表2B提供了每辅助电极面积和体积的辅助电极中氧化剂的摩尔数的近似值和范围。表2C提供了每工作电极面积和体积的辅助电极中氧化剂的摩尔数的近似值和范围。表2B和表2C中呈现的值和范围使用英寸作为单位提供。本领域技术人员将认识到，这些值可转换成mm。
表2B—根据具有十(10)个工作电极区的某些实施方案的辅助电极的氧化剂的示例性浓度
表2C—根据具有十(10)个工作电极区的某些实施方案的工作电极的氧化剂的示例性浓度
图4A和图4B例示了孔200的电极设计401的非限制性示例性实施方案，该孔具有以开环图案设置在孔中的非圆形工作电极区104，如类似于上文参考图3A和图3B所述。图4A和图4B(以及图4C至图4F)所示的非圆形工作电极区104可以是楔形或三叶形的。在实施方案中，非圆形工作电极区104可允许对孔200内的区域的改善的使用。对非圆形工作电极区104的使用可允许在孔200内形成更大的工作电极区104和/或在孔200内形成更多的工作电极区104。通过形成这些非圆形形状，工作电极区104可更紧密地填充在孔200内。因此，工作电极区104与辅助电极102的比率可最大化。附加地，由于工作电极区104可形成得更大，因此工作电极区104可被更可靠地制造(例如，更可靠地印刷)。
如图4A所示，孔200可包括单个辅助电极102。在其他实施方案中，孔200中可包括多于一(1)个辅助电极102(例如，2个、3个、4个、5个等)。在实施方案中，辅助电极102可被形成为具有近似圆形形状。在其他实施方案中，辅助电极102可被形成为具有其他形状(例如，矩形、正方形、椭圆形、三叶草形或任何其他规则或不规则几何形状)。
在实施方案中，孔200可包括十(10)个工作电极区104。在其他实施方案中，孔200中可包括少于或多于十个工作电极区104(例如，1个、2个、3个、4个等)。工作电极区104中的每个工作电极区可被形成为具有非圆形形状，例如，具有一个或多个圆角或倒圆角的楔形形状或三角形形状，但是在其他实施方案中，这些角不是修圆的，因此形成多边形形状，诸如三角形。
工作电极区104可以半圆形或基本上“C形”图案以距离“D1”邻近孔200的周边“P”相对于彼此定位。在一些实施方案中，距离D1可以是工作电极区104的边界与周边P之间的最小距离。也就是说，工作电极区104中的每个工作电极区可距孔200的周边P相等距离D1定位，并且工作电极区104中的每个工作电极区以距离“D2”与另一个工作电极区相等地间隔开。在一些实施方案中，距离D2可以是两个邻近工作电极区104的边界之间的最小距离。在一些实施方案中，两个工作电极区104A、104B可彼此间隔开足够的距离，以便形成间隙“G”。在某些实施方案中，距离D1在一个或多个工作电极区104与孔200的周长P之间可不相等。在另外的实施方案中，距离D2在两个或更多个工作电极区104之间可不相等。辅助电极102可以距工作电极区104中的每个工作电极区相等距离“D3”定位在C形图案的中心，但是在其他实施方案中，距离D3对于工作电极区104中的一个或多个工作电极区可变化，如到辅助电极102测量的。在某些实施方案中，如图所示，距离D1、距离D2、距离D3和距离G可从相应特征的周边(例如，工作电极区104、辅助电极102或周边P)上的最近点测量。在一些实施方案中，距离D3可以是工作电极区104的边界与辅助电极的边界之间的最小距离。本领域技术人员将认识到，可从特征上的任何相对点测量距离，以便产生可重复图案，例如几何图案。
尽管这些附图描绘了单个辅助电极102，但是也可包括多于一个辅助电极，如图4C和图4D所示。另外，尽管辅助电极102在这些图中被描绘为设置在孔200的近似(或真实)中心处，但是辅助电极102也可设置在孔200的其他位置处，如图4D所示。附加地，尽管这些图例示了十(10)个工作电极区104，但是可包括更多或更少数目的工作电极区104，如图4E和图4F所示。
在某些实施方案中，辅助电极102和/或工作电极区104的大小可相等。在其他实施方案中，辅助电极102和/或工作电极区104的大小可变化。在一个示例中，辅助电极102的大小可恒定，并且工作电极区104的大小可变化，诸如通过改变辅助电极102的半径而变化。表3A包括图4A至图4F所示的包括楔形或三叶形工作电极区104的实施方案的工作电极区104和辅助电极102的尺寸的示例。本领域技术人员将认识到，表3中包括的尺寸是近似值并可基于条件诸如制造容差而变化例如+/-5.0％。
图4A至图4F所示的电化学电池可包括Ag、Ag/AgCl、碳、碳复合材料和/或其他碳基材料的电极，以及/或者如本文所讨论的任何其他电极材料的电极。
表3A—根据具有十(10)个工作电极区的某些实施方案的工作电极区104和辅助电极102的示例性尺寸
上述表3A提供了三叶形电极孔几何形状的示例值。如上文所讨论，例如，在第[0057]段，根据本文的实施方案的Ag/AgCl电极可包括在其中含有大约3.07×10-7摩尔至3.97×10-7摩尔的氧化剂。除了上文呈现的几何形状之外，工作电极和辅助电极都可以是大约10微米(3.937×10-4英寸)厚。表3B提供了每辅助电极面积和体积的辅助电极中氧化剂的摩尔数的近似值和范围。表3C提供了每工作电极面积和体积的辅助电极中氧化剂的摩尔数的近似值和范围。表3B和表3C中呈现的值和范围使用英寸作为单位提供。
本领域技术人员将认识到，这些值可转换成mm。
表3B—根据具有十(10)个工作电极区的某些实施方案的辅助电极的氧化剂的示例性浓度
表3C—根据具有十(10)个工作电极区的某些实施方案的工作电极的氧化剂的示例性浓度
图5A和图5B例示了孔200的电极设计401的非限制性示例性实施方案，该孔具有以星形图案(在本文中也被称为五角图案)设置的工作电极区104，其中工作电极区104是圆形的。如图5A所示，孔200可包括五(5)个辅助电极102，并且辅助电极102中的每个辅助电极可被形成为近似圆形形状(但是也设想了其他数目的辅助电极、不同形状等)。在该示例中，孔200还可包括十(10)个工作电极区104，并且工作电极区104中的每个工作电极区可被形成为近似圆形形状。星形图案可由相对于彼此定位在内圆和外圆中的一者中的多个工作电极区104产生，其中定位在外圆中的每个工作电极区110相对于定位在内圆中的两个邻近工作电极区104设置在角中点处。内圆中的工作电极区104中的每个工作电极区可与孔200的中心间隔开距离“R1”。外圆中的工作电极区104中的每个工作电极区可与孔200的中心间隔开距离“R2”。在星形图案中，每个辅助电极102可相对于定位在外圆中的工作电极区104中的两个工作电极区以相等距离“D4”定位。
在某些实施方案中，如图所示，距离R1、距离R2和距离D4可从相应特征的周边(例如，工作电极区104、辅助电极102或周边P)上的最近点测量。本领域技术人员将认识到，可从特征上的任何相对点测量距离，以便产生可重复图案。
尽管这些图例示了十(10)个工作电极区104，但是可包括更多或更少数目的工作电极区104，如图5C所示。附加地，尽管图5A至图5C例示了圆形工作电极区104，工作电极区104可被形成为具有其他形状(例如，矩形、正方形、椭圆形、三叶草形或任何其他规则或不规则几何形状)。其他实施方案可包括电极配置的混合设计，诸如例如包括楔形工作电极区和/或辅助电极的星形图案等。
图5A至图5F所示的电化学电池可包括Ag、Ag/AgCl、碳、碳复合材料和/或其他碳基材料的电极，以及/或者如本文所讨论的任何其他电极材料的电极。
在某些实施方案中，辅助电极102和/或工作电极区104的大小可相等。在其他实施方案中，辅助电极102和/或工作电极区104的大小可变化。在一个示例中，工作电极区104的大小可恒定，并且辅助电极102的大小可变化，诸如改变直径，如在表4A中所示。本领域技术人员将认识到，表4A中包括的尺寸是近似值并可基于条件诸如制造容差而变化例如+/-5.0％。
表4A—根据具有十(10)个工作电极区的某些实施方案的工作电极区104和辅助电极102的示例性尺寸
上述表4A提供了10斑点五角电极孔几何形状的示例值。如上文所讨论，例如，在第[0057]段，根据本文的实施方案的Ag/AgCl电极可包括在其中含有大约3.07×10-7摩尔至3.97×10-7摩尔的氧化剂。除了上文呈现的几何形状之外，工作电极和辅助电极都可以是大约10微米(3.937×10-4英寸)厚。表4B提供了每辅助电极面积和体积的辅助电极中氧化剂的摩尔数的近似值和范围。表4C提供了每工作电极面积和体积的辅助电极中氧化剂的摩尔数的近似值和范围。表4B和表4C中呈现的值和范围使用英寸作为单位提供。本领域技术人员将认识到，这些值可转换成mm。
表4B—根据具有十(10)个工作电极区的某些实施方案的辅助电极的氧化剂的示例性浓度
表4C—根据具有十(10)个工作电极区的某些实施方案的工作电极的氧化剂的示例性浓度
图6A和图6B例示了孔200的电极设计601的示例性非限制性实施方案，该孔具有以闭环图案设置的非圆形(例如，三叶形或楔形)工作电极区104。如图6A所示，孔200可包括单个辅助电极102。在其他实施方案中，孔200中可包括多于一(1)个辅助电极102(例如，2个、3个、4个、5个等)。在实施方案中，辅助电极102可被形成为具有近似圆形形状。在其他实施方案中，辅助电极102可被形成为具有其他形状(例如，矩形、正方形、椭圆形、三叶草形或任何其他规则或不规则几何形状)。
在实施方案中，孔200还可包括十(10)个工作电极区104或更多或更少工作电极区。例如，图6A和图6B例示了具有12个工作电极区104的实施方案，图6C和图6D例示了具有11个工作电极区104的实施方案，图6E例示了具有14个工作电极区104的实施方案，并且图6F例示了具有7个工作电极区104的实施方案。工作电极区104可被形成为具有非圆形形状，例如具有一个或多个圆角或倒圆角的楔形形状或三角形形状，也被称为三叶形形状。在闭环图案中，工作电极区104可以圆形形状围绕孔200的周边定位，使得每个工作电极区呈以距离“D1”邻近孔200的周边“P”的图案。在一些实施方案中，距离D1可以是工作电极区104的边界与周边P之间的最小距离。也就是说，工作电极区104中的每个工作电极区可距孔200的周边P相等距离D1定位，并且工作电极区104中的每个工作电极区以距离“D2”可与另一个工作电极区相等地间隔开。在一些实施方案中，距离D2可以是两个邻近工作电极区104的边界之间的最小距离。在某些实施方案中，距离D1在一个或多个工作电极区104与孔200的周长P之间可不相等。辅助电极102可以距工作电极区104中的每个工作电极区相等距离“D3”定位在C形图案的中心，但是在其他实施方案中，距离D3对于工作电极区104中的一个或多个工作电极区可变化，如到辅助电极102测量的。在一些实施方案中，距离D3可以是工作电极区104的边界与辅助电极的边界之间的最小距离。在某些实施方案中，如图所示，距离D1、距离D2和距离D3可从相应特征的周边(例如，工作电极区104、辅助电极102或周边P)上的最近点测量。本领域技术人员将认识到，可从特征上的任何相对点测量距离，以便产生可重复图案，例如几何图案。
尽管这些图描绘了单个辅助电极102，但是也可包括多于一个辅助电极，如图6C所示。另外，尽管辅助电极102在这些图中被描绘为设置在孔200的近似(或真实)中心处，但是辅助电极102也可设置在孔200的其他位置处，如图6D所示。附加地，尽管这些图例示了十(10)个工作电极区104，但是可包括更多或更少数目的工作电极区104，如图6E和图6F所示。
图6A至图6F所示的电化学电池可包括Ag、Ag/AgCl、碳、碳复合材料和/或其他碳基材料的电极，以及/或者如本文所讨论的任何其他电极材料的电极。
在某些实施方案中，辅助电极102和/或工作电极区104的大小可相等。在其他实施方案中，辅助电极102和/或工作电极区104的大小可变化。在一个示例中，辅助电极102的大小可恒定，并且工作电极区104的大小可变化，诸如改变辅助电极102的半径。表5A包括图6A至图6F所示的实施方案的工作电极区104和辅助电极102的尺寸的示例。本领域技术人员将认识到，表5A中包括的尺寸是近似值并可基于条件诸如制造容差而变化例如+/-5.0％。
表5A—根据具有十(10)个工作电极区的某些实施方案的工作电极区104和辅助电极102的示例性尺寸
上述表5A提供了闭合三叶形电极孔几何形状的示例值。如上文所讨论，例如，在第[0057]段，根据本文的实施方案的Ag/AgCl电极可包括在其中含有大约3.07×10-7摩尔至3.97×10-7摩尔的氧化剂。除了上文呈现的几何形状之外，工作电极和辅助电极都可以是大约10微米(3.937×10-4英寸)厚。表5B提供了每辅助电极面积和体积的辅助电极中氧化剂的摩尔数的近似值和范围。表5C提供了每工作电极面积和体积的辅助电极中氧化剂的摩尔数的近似值和范围。表5B和表5C中呈现的值和范围使用英寸作为单位提供。本领域技术人员将认识到，这些值可转换成mm。
表5B—根据具有十(10)个工作电极区的某些实施方案的辅助电极的氧化剂的示例性浓度
表5C—根据具有十(10)个工作电极区的某些实施方案的工作电极的氧化剂的示例性浓度
在实施方案中，消除三叶形电极设计中的尖角可能是有益的。例如，图6A例示了具有尖角的三叶形设计，而图6B例示了具有圆角的三叶形设计。圆角可能使工作电极区104的面积减小例如1-5％，但是可提供另外的益处。例如，尖角可能有碍溶液的均匀分布。尖角还可能提供更难以获得准确影像的小特征。因此，减少尖角尽管导致更小的工作电极区104，但是可能是有益的。
图7A和图7B例示了孔200的电极设计701的示例性非限制性实施方案，该孔具有带有圆形电极的闭环设计。如图7A所示，孔200可包括单个辅助电极102。在其他实施方案中，孔200中可包括多于一(1)个辅助电极102(例如，2个、3个、4个、5个等)。在实施方案中，辅助电极102可被形成为具有近似圆形形状。在其他实施方案中，辅助电极102可被形成为具有其他形状(例如，矩形、正方形、椭圆形、三叶草形或任何其他规则或不规则几何形状)。
在实施方案中，孔200可包括十(10)个工作电极区104。在其他实施方案中，孔200中可包括少于或多于十个工作电极区104(例如，1个、2个、3个、4个等)。在实施方案中，工作电极区104可被形成为具有近似圆形形状。在其他实施方案中，工作电极区104可被形成为具有其他形状(例如，矩形、正方形、椭圆形、三叶草形或任何其他规则或不规则几何形状)。
在闭环图案中，工作电极区104可以圆形形状围绕孔200的周边定位，使得每个工作电极区呈以距离“D1”邻近孔200的周边“P”的图案。在一些实施方案中，距离D1可以是工作电极区104的边界与周边P之间的最小距离。也就是说，工作电极区104中的每个工作电极区可距孔200的周边P相等距离D1定位，并且工作电极区104中的每个工作电极区以距离“D2”(也被称为工作电极(WE-WE)节距)与另一个工作电极区相等地间隔开。在一些实施方案中，距离D2可以是两个邻近工作电极区104的边界之间的最小距离。在某些实施方案中，距离D1在一个或多个工作电极区104与孔200的周长P之间可不相等。在另外的实施方案中，距离D2在两个或更多个工作电极区104之间可不相等。
辅助电极102可以距工作电极区104中的每个工作电极区相等距离“D3”(被称为WE-AUXILIARY节距)定位在环形图案的中心，但是在其他实施方案中，距离D3对于工作电极区104中的一个或多个工作电极区可变化，如到辅助电极102测量的。在一些实施方案中，距离D3可以是工作电极区104的边界与辅助电极的边界之间的最小距离。在某些实施方案中，如图所示，距离D1、距离D2和距离D3可从相应特征的周边(例如，工作电极区104、辅助电极102或周边P)上的最近相对点测量。本领域技术人员将认识到，可从特征上的任何相对点测量距离，以便产生可重复图案，例如几何图案。
在另外的示例中，工作电极区到辅助电极的距离(WE-Auxiliary距离)可从工作电极区104的中心到辅助电极102的中心测量。WE-Auxiliary距离的示例包括对于10斑点开放同心设计的0.088"，对于具有尖角的10三叶开放同心设计的0.083"，对于具有圆角的10三叶开放同心设计的0.087"，对于具有尖角的10三叶闭合同心设计的0.080"，对于具有圆角的10三叶闭合同心设计的0.082"，以及对于10斑点闭合同心设计的0.086"。在五角设计中，WE-Auxiliary距离在内工作电极区104与辅助电极102之间可以是0.062"，在外工作电极区104与辅助电极102之间可以是0.064"。在不偏离本公开的范围的情况下，本文提供的WE-Auxiliary距离值可变化5％、10％、15％和25％或更多。在实施方案中，WE-Auxiliary距离值可根据工作电极区104和辅助区102的大小和配置变化。
尽管这些图描绘了单个辅助电极102，但是也可包括多于一个辅助电极，如图7C所示。另外，尽管辅助电极102在这些图中被描绘为设置在孔200的近似(或真实)中心处，但是辅助电极102也可设置在孔200的其他位置处，如图7D所示。附加地，尽管这些图例示了十(10)个工作电极区104，但是可包括更多或更少数目的工作电极区104，如图7E和图7F所示。
图7A至图7F所示的电化学电池可包括Ag、Ag/AgCl、碳、碳复合材料和/或其他碳基材料的电极，以及/或者如本文所讨论的任何其他电极材料的电极。
在某些实施方案中，辅助电极102和/或工作电极区104的大小可相等。在其他实施方案中，辅助电极102和/或工作电极区104的大小可变化。在一个示例中，工作电极区104的大小可恒定，并且辅助电极102的大小可变化，诸如改变直径，如在表6A中所示。本领域技术人员将认识到，表6A中包括的尺寸是近似值并可基于条件诸如制造容差而变化例如+/-5.0％。
表6A—根据具有十(10)个工作电极区的某些实施方案的工作电极区104和辅助电极102的示例性尺寸
上述表6A提供了闭合斑点形电极孔几何形状的示例值。如上文所讨论，例如，在第[0057]段，根据本文的实施方案的Ag/AgCl电极可包括在其中含有大约3.07×10-7摩尔至3.97×10-7摩尔的氧化剂。除了上文呈现的几何形状之外，工作电极和辅助电极都可以是大约10微米(3.937×10-4英寸)厚。表6B提供了每辅助电极面积和体积的辅助电极中氧化剂的摩尔数的近似值和范围。表6C提供了每工作电极面积和体积的辅助电极中氧化剂的摩尔数的近似值和范围。表6B和表6C中呈现的值和范围使用英寸作为单位提供。本领域技术人员将认识到，这些值可转换成mm。
表6B—根据具有十(10)个工作电极区的某些实施方案的辅助电极的氧化剂的示例性浓度
表6C—根据具有十(10)个工作电极区的某些实施方案的工作电极的氧化剂的示例性浓度
表2A至表6C提供了工作电极区104和辅助电极102的斑点大小的示例尺寸。对工作电极区104和辅助电极102的斑点大小的选择对于优化ECL过程的结果可能是重要的。例如，维持工作电极区104面积与辅助电极102面积之间的适当比率对于确保辅助电极102具有足够的还原能力来完成选择的电压波形的ECL产生而不饱和可能是重要的。在另一个示例中，更大的工作电极区104可提供更大的结合能力并增加ECL信号。更大的工作电极区104也可促成制造，因为它们避免了小特征，并且任何制造容差都是总大小的更小的百分比。在实施方案中，工作电极区104的面积可最大化以增加ECL信号、结合能力，并且促成制造，同时受到在工作电极区104与辅助电极102之间维持足够的绝缘介电势垒的需要的限制。
图8A至图8D例示了孔200的电极设计801的示例性非限制性实施方案，该孔具有带有圆形工作电极区和复杂形状辅助电极102的闭环设计。如图8A所示，孔200可包括两个复杂形状辅助电极102。在其他实施方案中，孔200中可包括少于(或多于)两个辅助电极102，如图8D所示。在实施方案中，辅助电极102可被形成为具有复杂形状，诸如“齿轮”、“嵌齿”、“环带”、“垫圈”形状、“长方形”形状、“楔形”形状等，如上文所述。例如，如图8B所示，辅助电极102的内部可被形成为具有对应于工作电极区104的外部半圆形空间802的圆形形状(例如，“齿轮”或“嵌齿”形状)。类似地，例如，如图8C所示，辅助电极102的外部可被形成为具有对应于工作电极区104的内部半圆形空间804的中空环形形状(例如，“垫圈”形状)。
在实施方案中，孔200可包括十(10)个工作电极区104。在其他实施方案中，孔200中可包括少于或多于十个工作电极区104(例如，1个、2个、3个、4个等)。在实施方案中，工作电极区104可被形成为具有近似圆形形状。在其他实施方案中，工作电极区104可被形成为具有其他形状(例如，矩形、正方形、椭圆形、三叶草形或任何其他规则或不规则几何形状)。
在实施方案中，工作电极区104可以圆形形状定位在两(2)个辅助电极102之间。在该配置中，外部半圆形空间802和内部半圆形空间704允许两(2)个辅助电极102部分地环绕工作电极区。两(2)个辅助电极102的外部可与工作电极区104以距离“D1”间隔开，其中D1是从内部半圆形空间的中点到工作电极区104的边界测量的。在一些实施方案中，距离D1可以是两个辅助电极102的外部与工作电极区104之间的最小距离。在某些实施方案中，距离D1在一个或多个工作电极区104与两(2)个辅助电极102的外部之间可不相等。每个工作电极区104可与另一个工作电极区以距离“D2”相等地间隔开。在一些实施方案中，距离D2可以是两个邻近工作电极区104的边界之间的最小距离。在另外的实施方案中，距离D2在两个或更多个工作电极区104之间可不相等。两(2)个辅助电极102的内部可与工作电极区104以距离“D3”间隔开，其中D3是从外部半圆形空间的中点到工作电极区104的边缘测量的。在一些实施方案中，距离D3可以是工作电极区104的边界与辅助电极的边界之间的最小距离。在某些实施方案中，距离D1在一个或多个工作电极区104与两(2)个辅助电极102的内部之间可不相等。
在某些实施方案中，如图所示，距离D1、距离D2和距离D3可从相应特征的周边(例如，工作电极区104或辅助电极102)上的最近相对点测量。本领域技术人员将认识到，可从特征上的任何相对点测量距离，以便产生可重复图案。
图8A至图8D所示的电化学电池可包括Ag/AgCl、碳和/或如本文所述的任何其他辅助电极材料的辅助电极。
如上文所讨论，电化学电池100可用于执行电化学分析的设备和装置中。例如，包括上文所述的孔200的多孔板208可用于辅助执行生物、化学和/或生物化学测定和/或分析的任何类型的设备(例如，用于执行ECL分析的装置)中。图9A例示了根据本文的实施方案的一般化测定装置900，其中包括孔200的多孔板208可用于电化学分析和规程。本领域技术人员将认识到，图9A例示了测定装置的一个示例，并且将认识到，在不背离本文所述的实施方案的范围的情况下，可移除图9A所示的现有部件和/或可将附加部件添加到测定装置900。
如图9A所示，多孔板208可电耦合到板形电连接器902。板形电连接器902可耦合到电压/电流源904。电压/电流源904可被配置为通过板形电连接器902选择性地向多孔板208(例如，电化学电池100)的孔200供应受控制的电压和/或电流。例如，板形电连接器1502可被配置为与多孔板208的耦合到一个或多个辅助电极102和/或一个或多个工作电极区102的电接触部匹配和/或配合以允许电压和/或电流被供应到多孔板208的孔200。
在一些实施方案中，板形电连接器902可被配置为允许一个或多个孔200被同时地激活(包括工作电极区和辅助电极中的一者或多者)，或者工作电极区和/或辅助电极中的两者或更多者可被单独地激活。在某些实施方案中，设备(诸如用于进行科学分析的设备)可电耦合到一个或多个装置(诸如例如板、流动电池等)。在设备与一个或多个装置之间的耦合可包括该装置的整个表面(例如，板的整个底部)或该装置的一部分。在一些实施方案中，板形电连接器902可被配置为允许孔200中的一个或多个孔可被选择性地寻址，例如，将电压和/或电流选择性地施加到孔200中的孔，以及从检测器910读取信号。例如，如图9B所示，多孔板208可包括以标记为“A”至“H”的行和标记为“1”至“12”的列布置的96个孔200。在一些实施方案中，板形电连接器902可包括连接行A至H中的一者或列1至12中的一者中的所有孔200的单个电条带。因此，行A至H中的一者或列1至12中的一者中的所有孔200可被同时地激活，例如，电压和/或电流将由电压/电流源904供应。同样地，行A至H中的一者或列1至12中的一者中的所有孔200可被同时地读取，例如，信号将由检测器910读取。
在一些实施方案中，板形电连接器902可包括连接行A至H和列1至12中的单独孔200的单独电连接、竖直电线952和水平电线950的矩阵。板形电连接器902(或者电压/电流源904)可包括开关或选择性地建立到竖直电线952和水平电线950的电连接的其他电连接设备。因此，行A至H中的一者或列1至12中的一者中的一个或多个孔200可被单独地激活，例如，电压和/或电流将由电压/电流源904供应，如图9B所示。同样地，行A至H中的一者或列1至12中的一者中的一个或多个孔200可单独地被同时地读取，例如，在信号将由检测器910读取的情况下。在该示例中，基于一个或多个孔200的索引(例如，孔A1、孔A2等)来选择单独地激活一个或多个孔200。
在一些实施方案中，板形电连接器902可被配置为允许一个或多个工作电极区104和/或一个或多个辅助电极102被同时地激活。在一些实施方案中，板形电连接器902可被配置为允许孔200中的每个孔的辅助电极102和/或工作电极区104中的一者或多者可被选择性地寻址，例如，将电压和/或电流选择性地施加到辅助电极102和/或工作电极区104中的单独辅助电极和/或工作电极区，以及从检测器910读取信号。类似于如上文所述的孔200，对于每个孔200，一个或多个工作电极区104可包括单独电接触部，该单独电接触部允许板形电连接器902电连接到孔200的一个或多个工作电极区104中的每个工作电极区。同样地，对于每个孔200，一个或多个辅助电极102可包括单独电接触部，该单独电接触部允许板形电连接器902电连接到孔200的一个或多个辅助电极102中的每个辅助电极。
尽管未例示，但是板形电连接器902(或者测定装置900的其他部件)可包括任何数目的电部件，例如，电线、开关、复用器、晶体管等，以允许特定孔200、辅助电极102和/或工作电极区104选择性地电耦合到电压/电流源904以允许选择性地施加电压和/或电流。同样地，尽管未例示，但是板形电连接器902(或者测定装置900的其他部件)可包括任何数目的电部件，例如，电线、开关、复用器、晶体管等，以允许特定孔200、辅助电极102和/或工作电极区104允许从检测器910选择性地读取信号。
为了控制供应的电压和/或电流，在某些实施方案中，一个或多个计算机系统906可耦合到电压/电流源904。在其他实施方案中，电压/电流源904可在没有计算机系统的辅助下(例如，手动地)供应电位和/或电流。计算机系统906可被配置为控制供应到孔200的电压和/或电流。同样地，在实施方案中，计算机系统906可用于存储、分析、显示、传输等在电化学过程和规程期间测量的数据。
多孔板208可被容纳在外壳908内。外壳908可被配置为支撑和容纳测定装置900的部件。在一些实施方案中，外壳908可被配置为维持实验条件(例如，气密、光密等)以适应测定装置900的操作。
在实施方案中，测定装置900可包括测量、捕获、存储、分析等与测定装置900的电化学过程和规程相关联的数据的一个或多个检测器910。例如，检测器910可包括光电检测器912(例如，相机、光电二极管等)、电压表、电流表、电位计、温度传感器等。在一些实施方案中，检测器910中的一个或多个检测器可结合到测定装置900的其他部件(例如，板形电连接器902、电压电流源904、计算机系统906、外壳908等)中。在一些实施方案中，检测器910中的一个或多个检测器可结合到多孔板208中。例如，一个或多个加热器、温度控制器和/或温度传感器可结合到孔200中的每个孔的电极设计中，如下文所述。
在实施方案中，一个或多个光电检测器912可以是例如膜、光电倍增管、光电二极管、雪崩光电二极管、电荷耦合器件(“CCD”)或其他光检测器或相机。一个或多个光电检测器912可以是检测顺序发出的单个检测器，或者可包括检测和空间上分辨在发出的光的单个或多个波长下的同时发出的多个检测器和/或传感器。发出和检测的光可以是可见光，或者可作为不可见辐射(诸如红外或紫外辐射)发出。一个或多个光电检测器912可以是固定的或可移动的。发出的光或其他辐射可在传送到一个或多个光电检测器912的过程中使用例如定位在多孔板208的任何部件上或邻近该多孔板的任何部件定位的透镜、反射镜和光纤光导或光导管(单个、多个、固定的或可移动的)来进行导向或修改。在一些实施方案中，工作电极区104和/或辅助电极102的表面本身可用于引导或允许光的透射。
如上文所讨论，在实施方案中，可采用多个检测器来检测和解决各种光信号的同时发出。除了本文已经提供的示例之外，检测器可包括一个或多个分束器、反射镜透镜(例如，50％镀银反射镜)和/或用于将光学信号发送到两个或更多个不同检测器的其他设备(例如，多个相机等)。这些多检测器实施方案可包括例如将一个检测器(例如，相机)设置为高增益配置以捕获和量化低输出信号，同时将另一个检测器设置为低增益配置以捕获和量化高输出信号。在实施方案中，相对于低输出信号，高输出信号可以是2x、5x、10x、100x、1000x或更大。也设想了其他示例。
转向上文所述的分束器示例，可采用特定比率的分束器(例如，在两个传感器的情况下的90:10比率，但是也设想了其他比率和/或数目的传感器)来检测和解析发出的光。在该90:10示例中，90％的入射光可被引导到针对低光水平使用高增益配置的第一传感器，并且剩余10％被引导到针对高光水平使用低增益配置的第二传感器。在实施方案中，可基于各种因素(例如，选择的传感器/传感器技术、分箱技术等)来补偿(至少部分地)到第一传感器的光的10％的损失以减少噪声。
在实施方案中，每个传感器可以是相同类型(例如，CCD/CMOS)的，并且在其他实施方案中，它们可采用不同类型(例如，第一传感器可以是高灵敏度高性能CCD/CMOS传感器，并且第二传感器可包括更低成本CCD/CMOS传感器)。在其他示例中，(例如，对于更大大小的传感器)光可被拆分(例如，如上文所述的90/10，但是也设想了其他比率)，使得90％的信号可成像在传感器的一半上，而剩余10％成像在传感器的另一半上。动态范围还可通过优化该技术的光学器件(例如，通过在多个传感器的情况下应用99:1比率)来扩展，其中一个传感器(例如，相机)在第一动态范围内是高度灵敏的，而第二传感器的最低灵敏度在开始就高于第一传感器的灵敏度。当被正确地优化时，每个传感器接收的光量可最大化，从而提高整体灵敏度。在这些示例中，可采用技术来最小化和/或消除串扰，例如，通过以顺序方式使工作电极区通电。由这些示例提供的优点包括同时地检测低光水平和高光水平，这可消除对双激发(例如，多脉冲方法)的需要，并且因此可减少和/或以其他方式改善ECL读时间。
在实施方案中，一个或多个光电检测器912可包括在测定装置900的操作期间捕获孔200的图像以捕获发出的光子的一个或多个相机(例如，电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器等)。在一些实施方案中，一个或多个光电检测器912可包括捕获多孔板208的所有孔200的图像的单个相机、捕获孔200的子集的图像的单个相机、捕获所有孔200的图像的多个相机或捕获孔200的子集的图像的多个相机。在一些实施方案中，多孔板200的每个孔200可包括捕获孔200的图像的相机。在一些实施方案中，多孔板200的每个孔200可包括捕获每个孔200中的单个工作电极区104或工作电极区104的子集的图像的多个相机。在任何实施方案中，计算机系统906可包括硬件、软件和它们的组合，其包括用于分析由一个或多个光电检测器912捕获的图像并提取用于执行ECL分析的亮度数据的逻辑。在一些实施方案中，计算机系统906可包括硬件、软件和它们的组合，其包括用于分割和增强图像例如以在图像含有多个孔200、多个工作电极区104等的数据时聚焦于图像的含有孔200中的一个或多个孔、工作电极区104中的一个或多个工作电极区等的部分上的逻辑。因此，测定装置900可提供灵活性，因为光电检测器912可捕获来自多个工作电极区104的所有光，并且计算机系统906可使用成像处理来解析每个工作电极区104的发光数据。因此，测定装置900可以各种模式操作，例如以单重模式(例如，1个工作电极区)、10重模式(例如，10工作电极区孔200的所有工作电极区104)或一般是多重模式(例如，所有工作电极区的子集，包括在单个孔200内或同时在多个孔200间，诸如同时用于多个10工作电极区孔的5个工作电极区104)。
在一些实施方案中，一个或多个光电检测器912可包括用于检测和测量在化学发光期间发出的光子的一个或多个光电二极管。在一些实施方案中，多孔板200的每个孔200可包括用于检测和测量在孔200中发出的光子的光电二极管。在一些实施方案中，多孔板200的每个孔200可包括用于检测和测量从每个孔200中的单个工作电极区104或工作电极区104的子集发出的光子的多个光电二极管。因此，测定装置900可以各种模式操作。例如，在顺序或“时间分辨”模式中，测定装置900可将电压和/或电流单独地施加到5个工作电极区104。然后，光电二极管可顺序地检测/测量来自5个工作电极区104中的每个工作电极区的光。例如，电压和/或电流可被施加到5个工作电极区104中的第一工作电极区，并且发出的光子可由对应光电二极管检测和测量。这可针对5个工作电极区104中的每个工作电极区顺序地重复。同样地，在该示例中，顺序操作模式可对同一孔200内的工作电极区104执行，可对位于不同孔200中的工作电极区104执行，可对位于多个孔200的子集或“扇区”内的工作电极区104执行，以及它们的组合。同样地，在一些实施方案中，测定装置900可以多重模式操作，其中通过施加电压和/或电流来同时地激活一个或多个工作电极区104，并且由多个光电二极管检测和测量发出的光子以进行多重化。多重操作模式可对同一孔200内的工作电极区104执行，可对位于不同孔200中的工作电极区104执行，可对位于来自多孔板208的孔200的子集或“扇区”内的工作电极区104执行，它们的组合。
在上文所述的实施方案中，在移除施加到工作电极区104的电压之后，工作电极区104经历发出的光子的强度的自然衰减。也就是说，当向工作电极区104施加电压时，发生氧化还原反应，并且以由施加的电压和经历氧化还原反应的物质确定的强度发出光子。当移除施加的电压时，经历氧化还原反应的物质基于该物质的化学性质来在一时间段内持续发出衰减强度的光子。因此，当顺序地激活工作电极区104时，测定装置900(例如，计算机系统906)可被配置为在激活顺序工作电极区104中实施延迟。测定装置900(例如，计算机系统906)可确定并在激活顺序工作电极区104中实施延迟，以便防止来自先前激发的工作电极区104的光子干扰从当前激活的工作电极区104发出的光子。例如，图10A例示了在各种电压脉冲期间ECL的衰减，并且图10B例示了使用50ms的脉冲的ECL衰减时间。在图10B的示例中，通过在1800mV下50ms长电压脉冲期间和结束之后拍摄多个图像来确定强度数据。为了提高时间分辨率，每隔17ms拍摄图像帧(或检测光子)。如图10B所示，50ms电压脉冲用3个帧成像(例如，图像1至3；3×17ms＝51ms)。在图像3之后的任何发出的光子(例如，ECL信号)将是在关闭了工作电极区104之后的光子(例如，ECL)的强度的衰减引起的。在图10B中，在关闭了工作电极区104之后，图像4捕获附加ECL信号，从而表明在停用对该化学物质的驱动力(例如，施加的电压电位)之后可能存在一些小的持续光产生化学物质。也就是说，由于工作电极区104在1800mV电压脉冲结束之后切换到0mV持续1ms，因此极化的影响很可能对延迟没有影响。在实施方案中，测定装置900(例如，计算机系统906)可被配置为利用用于不同电压脉冲的此类数据来延迟顺序工作电极区104的激活。因此，延迟的实施允许测定装置900最小化工作电极区104和/或孔200之间的串扰、具有在执行ECL操作方面的高吞吐量等。
在任何实施方案中，利用一个或多个辅助电极102改善了测定装置900的操作。在一些实施方案中，利用一个或多个辅助电极102改善了检测器910的读时间。例如，出于若干原因，在一个或多个辅助电极102中使用Ag/AgCl改善了ECL的读时间。例如，使用具有氧化还原偶(在该特定实施方案中，Ag/AgCl)的电极(例如，辅助电极102)可提供稳定界面电位以允许电化学分析过程利用电压脉冲而不是电压斜坡。电压脉冲的使用改善了读时间，因为整个脉冲波形可以在波形的整个持续时间中产生ECL的电压电位施加。以下表7和表8包括利用一个或多个辅助电极102的测定装置900的各种配置的改善的读时间(以秒计)。这些表中的示例是96孔板的所有孔的总读时间(每个孔含有单个工作电极(或者单个工作电极区)或10个工作电极(或者10个工作电极区))。对于这些读时间，对来自所有96个孔的所有工作电极(或者工作电极区)(1个或10个，这取决于实验)执行分析。在下表7中，“空间”是指其中所有工作电极区104被同时地激活并且图像被捕获和处理以分辨这些图像的操作模式。“时间分辨”是指如上文所述的顺序模式。时间分辨具有准许对ECL图像收集进行调整的附加益处(例如，调整分箱以调整动态范围等)。“电流板RT”列包括非辅助电极(例如，碳电极)的读时间。表的最后三列包括非辅助电极读时间与辅助电极(例如，Ag/AgCl)读时间之间的读时间差。对于时间分辨测量(使用表7和表8两者中在每孔10个工作极区的情况下的这些示例)，子重(subplex)的读时间将在1工作极区(WE)读时间与10WE读时间之间。对于“B”实验，未计算读时间改善，因为非辅助电极板不能以时间分辨模式操作。表8包括类似数据，其中测定装置900包括光电二极管，如上文所讨论。本领域技术人员将认识到，表7和表8中包括的值是近似值并可基于条件(诸如测定装置的操作条件和参数)而变化例如+/-5.0％。
表7—用于基于成像的设备的读时间(秒)
表8—用于基于非成像的设备的读时间(秒)
对于表7和表8，“WE”可指工作电极或工作电极区。
相比之下，对于在ECL应用中的电压斜坡，存在施加电压但不产生ECL的时间段(例如，在斜坡的开始的部分和/或在斜坡的结束的部分)。例如，如下文进一步详细地描述的，图29和图30(分别使用碳基电极和Ag/AgCl基电极)例示了施加到电极的3秒斜坡时间(1.0V/s)。在该波形中，存在其中即使施加电位也不产生ECL的时间段。换句话说，当施加斜坡波形时，在总波形持续时间的某一百分比(例如，5％、10％、15％等)内，施加电位而不产生ECL。这些百分比可基于若干因素而变化，包括用于形成电极的材料类型、电极的相对大小和绝对大小等。图29和图30例示了在该特定斜坡波形的情况下不产生ECL的特定百分比的非限制性示例性示例。
在上文所述的实施方案中的任何实施方案中，利用具有不同大小和配置的工作电极区104为测定装置900提供了各种优点。对于ECL应用，最佳工作电极大小和位置可取决于应用的确切本质和用于检测ECL的光检测器的类型。在采用固定在工作电极上的结合试剂的结合测定中，结合能力和结合效率以及速度通常将随工作电极区大小的增大而增加。对于采用成像检测器(例如，CCD或CMOS器件)的ECL仪器，当光在更小的工作电极区处产生，并且在更小数目的成像设备像素上成像时，可通过这些器件在光子总数方面的改善的灵敏度来平衡更大的工作电极区在结合能力和效率方面的益处。工作电极区104的位置可能对测定装置900的性能造成影响。在一些实施方案中，斑点位置、大小和几何形状可能影响光子在孔侧壁上反射、散射或损失的量，并且影响被检测到的期望光的量，以及被检测为来自感兴趣工作电极区的不期望光(例如，来自邻近工作电极区或孔的杂散光)的量。在一些实施方案中，测定装置900的性能可通过具有不具有位于孔200的中心中的工作电极区104以及具有位于距孔200的中心的均匀距离处的工作电极区104的设计来改善。在一些实施方案中，定位在孔200内的径向对称位置处的一个或多个工作电极区104可改善测定装置900的操作，因为光学光收集和弯月面相互作用对于孔200中的所有一个或多个工作电极区104是相同的，如上文所讨论。以固定距离(例如，圆形图案)布置的一个或多个工作电极区104允许测定装置利用缩短的脉冲波形(例如，减小的脉冲宽度)。在实施方案中，其中一个或多个工作电极区104具有作为一个或多个辅助电极102的最近邻(例如，没有工作电极区插置在其间)的设计改善了测定装置900的性能。
在实施方案中，如上文简要地描述的，测定装置900(例如，计算机系统906)可被配置为控制电压/电流源904以脉冲波形(例如，直流电、交流电、仿真AC的DC等)供应电压和/或电流，但是也设想了具有变化周期、频率和振幅的其他波形(例如，负斜坡锯齿波形、方形波形、矩形波形等)。这些波形也可包括各种占空比，例如，10％、20％、50％、65％、90％或在0与100之间的任何其他百分比。计算机系统906可选择性地控制脉冲波形的量值和脉冲波形的持续时间，如下文进一步描述的。在一个实施方案中，如上文所讨论，计算机系统906可被配置为选择性地将脉冲波形提供到一个或多个孔200。例如，可将电压和/或电流供应到所有孔200。同样地，例如，可将脉冲波形供应到选择的孔200(例如，在单独或扇区基础上，诸如孔的子集的分组，例如，4个孔、16个孔等)。例如，如上文所讨论，孔200可以是可单独寻址的，或者可以是可在两个或更多个孔的组或子集中寻址的。在一个实施方案中，计算机系统906还可被配置为以上文所述的方式选择性地向工作电极区104和/或辅助电极102中的一者或多者提供脉冲波形(例如，可单独寻址或可在两个或更多个辅助电极的组中寻址)。例如，脉冲波形可被供应到孔200内的所有工作电极区104和/或寻址到孔200内的一个或多个选择的工作电极区104。类似地，例如，脉冲波形可被供应到所有辅助电极102和/或寻址到一个或多个选择的辅助电极102。
在实施方案中，由电压/电流源904供应的脉冲波形可被设计来改善测定装置900的电化学分析和规程。图11描绘了示出根据本文的实施方案的用于使用脉冲波形来操作测定装置的过程1100的流程图。
在操作1102中，过程1100包括将电压脉冲施加到孔中的一个或多个工作电极区104或一个或多个辅助电极102。例如，计算机系统906可控制电压/电流源904以将电压脉冲供应到一个或多个工作电极区104或一个或多个辅助电极102。
在实施方案中，脉冲波形可包括各种波形类型，诸如直流电、交流电、仿真AC的DC等，但是也设想了具有变化周期、频率和振幅的其他波形(例如，负斜坡锯齿波形、方形波形、矩形波形等)。这些波形也可包括各种占空比，例如，10％、20％、50％、65％、90％或在0与100之间的任何其他百分比。图12A和图12B例示了脉冲波形的两个示例。如图12A所示，脉冲波形可以是在时间T内具有电压V的方形波形。还参考图14A、图14B、图15A至图15L、图16和图17描述了电压脉冲的示例，例如，在500ms下的1800mV、在500ms下的2000mV、在500ms下的2200mV、在500ms下的2400mV、在100ms下的1800mV、在100ms下的2000mV、在100ms下的2200mV、在100ms下的2400mV、在50ms下的1800mV、在50ms下的2000mV、在50ms下的2200mV、在50ms下的2400mV等。如图17所示，脉冲波形可以是两种类型的波形的组合，例如，由正弦波调制的方形波形。所得ECL信号也用正弦波的频率调制，因此测定装置900可包括滤波器或锁相电路以聚焦于表现出正弦波的频率的ECL信号并滤除未表现出正弦波的频率的电子噪声或杂散光。尽管图12A和图12B例示了脉冲波形的示例，但是本领域技术人员将认识到，脉冲波形可具有其中电位在预定义时间段内升高到限定的电压(或者电压范围)的任何结构。本领域技术人员将认识到，本文所述的电压脉冲和脉冲波形的参数(例如，持续时间、占空比和以伏特计的脉冲高度)是近似值并可基于条件(诸如电压/电流源的操作参数)而变化例如+/-5.0％。
在操作1104中，过程1100包括测量在一个或多个工作电极区104与一个或多个辅助电极102之间的电位差。例如，检测器910可测量孔200中的工作电极区104和辅助电极102之间的电位差。在一些实施方案中，检测器910可将测量的数据供应到计算机系统1506。
在操作1106中，过程1100包括基于测量的电位差和其他数据来执行分析。例如，计算机系统906可对电位差和其他数据执行分析。该分析可以是任何过程或规程，诸如电位法、库伦法、伏安法、光学分析(下面进一步解释)等。在实施方案中，脉冲波形的使用允许执行具体类型的分析。例如，当施加的电位超过具体水平时被激活的样品中可能发生许多不同氧化还原反应。通过使用指定电压的脉冲波形，测定装置900可选择性地激活这些氧化还原反应中的一些氧化还原反应而不激活其他氧化还原反应。
在一个实施方案中，本文提供的公开内容可应用于用于进行ECL测定的方法。用于进行ECL测定的方法的某些示例提供于以下专利中：美国专利5,591,581号；5,641,623号；5,643,713号；5,705,402号；6,066,448号；6,165,708号；6,207,369号；6,214,552号；和7,842,246号；以及公布PCT申请WO87/06706和WO98/12539，这些专利据此以引用方式并入本文。
在实施方案中，由电压/电流源904供应的脉冲波形可被设计来改善在ECL分析期间发出的ECL。例如，脉冲波形可通过提供稳定且恒定的电压电位来改善在ECL分析期间发出的ECL，从而产生稳定且可预测的ECL发出。图13描绘了示出根据本文的实施方案的用于使用脉冲波形来操作ECL装置的过程1300的流程图。
在操作1302中，过程1300包括将电压脉冲施加到ECL装置的孔中的一个或多个工作电极区104或辅助电极102。例如，计算机系统906可控制电压/电流源904以将电压脉冲供应到一个或多个工作电极区104或一个或多个辅助电极102。在实施方案中，一个或多个辅助电极102可包括氧化还原偶，其中，当施加电压或电位时，氧化还原偶中的物质的反应是在一个或多个辅助电极102处发生的主导氧化还原反应。在一些实施方案中，施加的电位小于还原水或执行水的电解所需的限定电位。在一些实施方案中，小于1％的电流与水的还原相关联。在一些实施方案中，一个或多个辅助电极102的每单位面积(暴露表面积)小于1的电流与水的还原相关联。
在实施方案中，脉冲波形可包括各种波形类型，诸如直流电、交流电、仿真AC的DC等，但是也设想了具有变化周期、频率和振幅的其他波形(例如，负斜坡锯齿波形、方形波形、矩形波形等)。上文讨论的图12A和图12B例示了脉冲波形的两个示例。脉冲波形可以是在时间T内具有电压V的方形波形。还参考图14A、图14B、图15A至图15L、图16和图17描述了电压脉冲的示例，例如，在500ms下的1800mV、在500ms下的2000mV、在500ms下的2200mV、在500ms下的2400mV、在100ms下的1800mV、在100ms下的2000mV、在100ms下的2200mV、在100ms下的2400mV、在50ms下的1800mV、在50ms下的2000mV、在50ms下的2200mV、在50ms下的2400mV等。这些波形也可包括各种占空比，例如，10％、20％、50％、65％、90％或在0与100之间的任何其他百分比。
在操作1304中，过程1300包括捕获一时间段内电化学电池的发光数据。例如，一个或多个光电检测器912可捕获从孔200发出的发光数据并且将发光数据传达到计算机系统906。在一个实施方案中，可选择时间段以允许光电检测器收集ECL数据。在一些实施方案中，一个或多个光电检测器912可包括捕获多孔板208的所有孔200的图像的单个相机或捕获孔200的子集的图像的多个相机。在一些实施方案中，多孔板200的每个孔200可包括捕获孔200的图像的相机。在一些实施方案中，多孔板200的每个孔200可包括捕获每个孔200中的单个工作电极区104或工作电极区104的子集的图像的多个相机。因此，测定装置900可提供灵活性，因为相机可捕获来自多个工作电极区104的所有光，并且计算机系统906可使用成像处理来分辨每个工作电极区104的发光数据。因此，测定装置900可以各种模式操作，例如以单重模式(例如，1个工作电极区)、10重模式(例如，10工作电极区孔200的所有工作电极区104)或一般是多重模式(例如，所有工作电极区的子集，包括在单个孔200内或同时在多个孔200间，诸如同时用于多个10工作电极区孔的5个工作电极区104)。
在一些实施方案中，测定装置900可包括对应于多孔板200的每个孔200的光电二极管以用于检测和测量孔200中发出的光子。在一些实施方案中，测定装置900可包括对应于多孔板200的每个孔200的多个光电二极管以用于检测和测量从每个孔200中的单个工作电极区104或工作电极区104的子集发出的光子。因此，测定装置900可以各种模式操作。例如，测定装置900可从多孔板208向工作电极区104中的一个或多个工作电极区(例如，5个工作电极区104)单独地施加电压和/或电流。工作电极区104可位于单个孔200内、位于不同孔200中，以及它们的组合。然后，光电二极管可顺序地检测/测量来自5个工作电极区104中的每个工作电极区的光。例如，电压和/或电流可被施加到5个工作电极区104中的第一工作电极区，并且发出的光子可由对应光电二极管检测和测量。这可针对5个工作电极区104中的每个工作电极区顺序地重复。同样地，在该示例中，顺序操作模式可对同一孔200内的工作电极区104执行，可对位于不同孔200中的工作电极区104执行，可对位于孔200的子集或“扇区”内的工作电极区104执行，以及它们的组合。同样地，在一些实施方案中，测定装置900可以多重模式操作，其中通过施加电压和/或电流来同时地激活一个或多个工作电极区104，并且可由多个光电二极管检测和测量发出的光子以进行多重化。多重操作模式可对同一孔200内的工作电极区104执行，可对位于不同孔200中的工作电极区104执行，可对位于来自多孔板208的孔200的子集或“扇区”内的工作电极区104执行，它们的组合。以下图14A、图14B、图15A至图15L、图16和图17示出了在ECL分析中使用的若干波形的测试。
在实施方案中，通过施加脉冲波形以产生ECL，可通过更快速且高效地产生、收集、观察和分析ECL数据来改善读时间和/或曝光时间。另外，可采用各种曝光方法(例如，单次曝光、双次曝光、三次曝光(或者更多次曝光))，这些曝光方法可利用不同曝光时间(或者相等曝光时间)通过改善例如动态范围扩展(DRE)、分箱等来改善ECL收集、收集、观察和分析。例如，如上文所讨论，利用一个或多个辅助电极102改善了测定装置900的操作。在一些实施方案中，利用一个或多个辅助电极102改善了检测器910的读时间。例如，出于若干原因，在一个或多个辅助电极102中使用Ag/AgCl改善了ECL的读时间。例如，使用具有氧化还原偶(在该特定实施方案中，Ag/AgCl)的电极(例如，辅助电极102)可提供稳定界面电位以允许电化学分析过程利用电压脉冲而不是电压斜坡。电压脉冲的使用改善了读时间，因为整个脉冲波形可以在波形的整个持续时间中产生ECL的电压电位施加。此外，“时间分辨”或顺序模式具有准许对ECL图像收集进行调整的附加益处(例如，调整分箱以调整动态范围等)。另外，如上文所讨论，测定装置900(例如，计算机系统906)可被配置为利用关于不同电压脉冲的此类数据来延迟顺序工作电极区104的激活。因此，延迟的实施允许测定装置900最小化工作电极区104和/或孔200之间的串扰、具有在执行ECL操作方面的高吞吐量等。
在操作1306中，过程1300包括对发光数据执行ECL分析。例如，计算机系统906可对发光数据执行ECL分析。在一些实施方案中，从工作电极区104和/或辅助电极102的结合表面(例如，结合域)上的给定目标实体产生的发光数据(例如，信号)可具有某一范围的值。这些值可与定量测量(例如，ECL强度)相关以提供模拟信号。在其他实施方案中，可从每个工作电极区104获得数字信号(是或否信号)以指示分析物存在或不存在。统计分析可用于这两种技术并可用于转换多个数字信号以便提供定量结果。一些分析物可能需要指示阈值浓度的数字存在/不存在信号。可单独地或组合地使用模拟格式和/或数字格式。可使用其他统计方法，例如用于通过在浓度梯度上对结合的统计分析来确定浓度的技术。具有浓度梯度的多个线性数据阵列可用在不同孔200中使用的多种不同特异性结合试剂和/或用不同工作电极104来产生。浓度梯度可由呈现不同浓度的结合试剂的离散结合域组成。
在实施方案中，对照测定溶液或试剂(例如，读缓冲液)可用于孔200的工作电极区上。对照测定溶液或试剂可对每个分析提供均匀性以控制信号变化(例如，因劣化、波动、多孔板208的老化、热偏移、电子电路中的噪声和光电检测设备中的噪声造成的变化等)。例如，可利用用于相同分析物的多个冗余工作电极区104(含有相同结合试剂或对相同分析物特异的不同结合试剂)。在另一个示例中，可利用已知浓度的分析物，或者可将对照测定溶液或试剂与已知量的ECL标记共价连结，或者使用在溶液中的已知量的ECL标记。
在实施方案中，在过程1300中收集和产生的数据可用于多种应用中。收集和产生的数据可例如以由临床或研究信息集合组成的数据库的形式存储。收集和产生的数据可用于快速法医学或身份鉴定。例如，当暴露于人类DNA样品时的多个核酸探针的使用可用于签名DNA指纹，该签名DNA指纹可容易地用于鉴定临床或研究样品。收集和产生的数据可用于鉴定条件(例如，疾病、辐射水平等)、生物体(例如，细菌、病毒等)等的存在。
上文描述了示例过程1300的例示性流程。如图13所示的过程仅是示例性的，并且在不背离本文公开的实施方案的范围的情况下，存在变化。这些步骤可按与描述的次序不同的次序执行，可执行附加步骤和/或可执行更少步骤，如上文所述。在实施方案中，对脉冲波形的使用结合辅助电极使ECL测定产生各种优点。辅助电极允许在不使用斜坡的情况下更快地产生发光。
图14A至图14C、图15A至图15L、图16和图17是示出使用各种脉冲波形的ECL分析的结果的图。图15A至图15L示出了针对使用各种脉冲波形的模型结合测定的绘制的原始数据对BTI浓度。图15A至图15L示出了在施加到使用Ag/AgCl辅助电极(根据脉冲参数标记)的孔的脉冲波形的使用与施加到使用碳电极作为对照(被标记为对照批组)的孔的斜坡波形(在1.4V/s下1s)的使用之间的比较。图14A至图14C总结了根据如图15A至图15L所示的各种脉冲波形的模型结合测定的性能。下文更详细地讨论了图16和图17。在这些测试中，使用了模型结合测定来测量ECL产生条件对从通过特异性结合相互作用结合到工作电极区的受控制量的ECL标记的结合试剂产生的ECL量的影响。在该模型系统中，ECL标记的结合试剂是用生物素和ECL标记(SULFO-TAG，Meso Scale Diagnostics,LLC.)标记的IgG抗体。将不同浓度的该结合试剂(对于BTI高对照，被称为“BTI”或“BTI HC”)加入96孔板的孔中，该孔具有一体丝网印刷碳墨工作电极，在每个孔中具有链霉亲和素的固定层。使用了两种类型的板，对照板是具有丝网印刷碳墨对电极的MSD Gold 96孔链霉亲和素QuickPlex板(Meso ScaleDiagnostics,LLC.)；测试板在设计上是相似的，但是具有丝网印刷Ag/AgCl辅助电极代替对电极。培养板以允许孔中的BTI通过生物素-链霉亲和素相互作用结合到工作电极。在培养完成之后，清洗板以移除游离BTI并加入ECL读缓冲液(MSD Read Buffer Gold，MesoScale Diagnostics,LLC.)，并且通过在工作电极和辅助电极之间施加限定的电压波形并测量发出的ECL来分析板。用于测试板的辅助电极油墨中的Ag:AgCl比率为大约50:50。在3个不同时间或脉冲宽度(500ms、100ms和50ms)下使用4个不同电位(1800mV、2000mV、2200mV和2400mV)来采用十二个波形。针对每个波形测试一个测试板。使用标准斜坡波形来测试对照板。
确定和计算用每个波形测试的板的测定性能数据。计算每个样品的均值、标准偏差和％CV，并且将其绘制为具有误差条的数据点。对针对从0(用于测量测定背景的空白样品)至2nM的范围内的BTI溶液测量的信号进行线性拟合(计算斜率、Y截距和R2)。基于均值背景+/-3*标准偏差(“stdev”)和滴定曲线的线性拟合(图14C所示)计算检测极限。还测量了4nM、6nM和8nM BTI溶液的信号。这些信号除以来自滴定曲线的线性拟合的外推信号(该比率可用于估计工作电极上的链霉亲和素层的结合能力；显著小于一的比率表明加入的BTI量接近或大于结合能力)。计算来自生产对照批组的斜率与来自每个测试板的斜率的比率。图14A示出了每个脉冲波形的这些计算的结果。图15A至图15L中的图中的每个图例示了针对施加到具有来自对照批组的碳对电极的多孔板的斜坡电压和施加到使用Ag/AgCl辅助电极的多孔板的不同电压脉冲收集的均值ECL数据。图14A至图14C提供了图15A至图15L所示的数据的概要。
附加地，执行了信号、斜率、背景和暗分析(例如，在没有ECL的情况下产生的信号)。制备2nM信号(具有1stdev误差条)和斜率的曲线图。制备背景和暗(具有1stdev误差条)以及斜率的条形图。图14B示出了这些结果。如图14A和图14B所示，1800mV持续500ms的脉冲电压进行最高均值ECL读取。如图14A和图14B所示，脉冲波形的量值和/或持续时间影响测量的ECL信号。具有波形的2nM信号的变化反映了斜率的变化。背景的变化也反映了斜率的变化。信号、背景和斜率随脉冲持续时间的减少而降低。信号、背景和斜率随脉冲电位的增加而降低。信号、背景和斜率的随时间减少的变化随脉冲电位的增加而减少。信号、背景和斜率随各种脉冲电位和持续时间的并发变化导致测定灵敏度几乎没有变化。信号、背景和斜率随脉冲持续时间的减少而降低。信号、背景和斜率随脉冲电位的增加而降低。信号、背景和斜率的随时间减少的变化随脉冲电位的增加而减少。信号、背景和斜率随各种脉冲电位和持续时间的并发变化导致测定灵敏度几乎没有变化。
而且，针对脉冲波形中的每个脉冲波形分析滴定曲线。制备均值ECL信号对BTI浓度的曲线图。包括了基于1个stdev的误差条。将来自测试板的滴定曲线绘制在主y轴上。将滴定曲线绘制在次级y轴上。次级y轴的标度是检测光子数的0至90,000个计数(“cts”)。主y轴的标度被设定为90,000除以斜率的比率。计算斜率与来自每个测试板的斜率的比率。图15A至图15L示出了针对每个脉冲波形的这些计算的结果。
对于背景、暗和暗噪声；对于所有测试的波形时间，暗(1cts和2cts)和暗噪声(2cts)基本上不变。背景随脉冲持续时间的减少而降低。背景随施加的脉冲电位的增加而降低。背景的随时间减少的变化随脉冲电位的增加而减少。来自1800mV持续50ms的背景是6±2cts，正好高于暗+暗噪声。
如图15A至图15L所示，对于所有测试板和除背景外的所有信号(8个重复)的参考信号，％CV是相当的。背景的CV随背景信号接近暗和暗噪声而增大。高于40cts的背景(16个重复)具有良好的CV：55(3.9％)、64(5.1％)和44(5.4％)。低于40cts，CV增大到高于7％。从背景到2nM HC的所有滴定与R2值≥0.999线性拟合。
降低拟合范围的最高浓度产生降低的斜率和增大的y截距。这表明了在滴定曲线的低端处的非线性(很可能由测试样品中的不同稀释引起)。其他测定的y截距基本上在零与测量的背景之间。所有测定产生比6nM和8nM HC的线性更低的信号；这些降低的结合能力对于所有测定是类似的。所有测定在外推的4nM信号的2个stdev内产生4nM信号。在用生产对照批组斜率和测试板斜率的比率进行校正之后的测定信号在来自1nM至4nM HC的生产对照批组的测定信号的3个stdev内。低于1nM HC，校正的信号高于来自生产对照批组的信号。在0.0125nM与0.5nM HC之间，来自测试板的校正的信号在彼此的3个stdev内。在0.0125nM与4nM HC之间，用相同BTI溶液运行的测定的校正的信号在彼此的3个stdev内。如在曲线图中所示，用不同脉冲电位和持续时间测量的测定的性能在用斜坡测量的对照测定的性能的这种可变性内。
如通过图15A至图15L与图14A和图14B的比较可看出，信号和斜率随脉冲持续时间(500ms、100ms和50ms)的减少而降低。信号和斜率随脉冲电位(1800mV、2000mV、2200mV和2400mV)的增加而降低。信号和斜率的随脉冲持续时间减少的变化随脉冲电位的增加而降低。校正因子(斜率比)可校正信号随波形的变化的变化。对于这些波形中的11个波形，计算的检测极限是类似的(0.005nM至0.009nM)。1800mV、500ms脉冲波形的计算的检测极限更低(0.0004nM)；很可能是由于拟合以及测量的背景(以及CV)中的细微差异造成的。
实施例1-ECL测量仪器
现在详细地参考图14A至图14C，通过包括一体丝网印刷电极，在被专门地配置用于ECL测定应用的96孔板中进行ECL测量。板的基本结构类似于美国专利号7,842,246中描述的板(参见例如实施例6.1中的板B、板C、板D和板E的描述)，但是设计被修改为结合有本公开的新颖元件。与早期设计一样，孔的底部由在顶表面上具有丝网印刷电极的聚酯薄膜片限定，该丝网印刷电极在每个孔中提供一体的工作电极表面和对电极表面(或者，在本发明的一些实施方案中，提供新颖的工作电极和辅助电极)。印刷在工作电极上方的图案化丝网印刷介电油墨层在每个孔内限定一个或多个暴露工作电极区。穿过聚酯薄膜到聚酯薄膜片的底表面上的丝网印刷电接触部的导电通孔提供了将外部电能源连接到电极所需的电接触部。
使用专门的ECL板式读取器来进行在专门配置的板中的ECL测量，该ECL板式读取器被设计来接受板、接触板上的电接触部、向接触部施加电能以及对孔中产生的ECL进行成像。对于一些测量，采用修改的软件以允许定制施加的电压波形的定时和形状。
示例性板式读取器包括：MESO SECTOR S 600(www.mesoscale.com/en/products_and_services/instrumentation/sector_s_600)和MESO QUICKPLEX SQ 120(www.mesoscale.com/en/products_and_services/instrumentation/quickplex_sq_120)，两者都可从Meso Scale Diagnostics,LLC.获得；以及发布于2005年12月20日的美国专利号6,977,722和Krivoy等人的提交于2020年7月15日的名称为“测定装置、方法和试剂(Assay Apparatuses，Methods and Reagents)”的国际专利申请PCT/US2020/042104中描述的板式读取器，这些专利中的每个专利全文以引用方式并入本文。Wohlstadter等人的提交于2019年7月16日的名称为“图形用户界面系统(Graphical User Interface System)”的美国专利申请号16/513,526和Krivoy等人的提交于2020年7月15日的名称为“测定装置、方法和试剂(Assay Apparatuses,Methods,and Reagents)”的美国专利申请号16/929,757中描述了其他示例性设备，这些专利中的每个专利全文以引用方式并入本文。
实施例2-快速脉冲ECL测量
使用模型结合测定来演示使用快速脉冲电压波形结合Ag/AgCl辅助电极来产生ECL信号，以及将性能与在缓慢电压斜坡和碳对电极的常规组合的情况下观察到的性能进行比较。模型结合测定在96孔板中执行，其中每个孔具有支持固定链霉亲和素层的一体丝网印刷碳墨工作电极区。这些丝网印刷板具有丝网印刷碳墨对电极(MSD Gold 96孔链霉亲和素板，Meso Scale Diagnostics,LLC.)或具有类似的电极设计但使用丝网印刷Ag/AgCl油墨辅助电极的板。在该模型系统中，ECL标记的结合试剂是用生物素和ECL标记(SULFO-TAG，Meso Scale Diagnostics,LLC.)标记的IgG抗体。将50μL等分试样的各种浓度的该结合试剂(对于BTI高对照，被称为“BTI”或“BTI HC”)加入96孔板的孔中。通过摇动将结合试剂在孔中培养足够的时间以通过将固定链霉亲和素结合在工作电极上而从测定溶液耗尽。清洗板以移除测定溶液并然后用ECL读缓冲液(MSD Read Buffer T2X，Meso ScaleDiagnostics,LLC.)填充。将标准波形(从3200mV到4600mV的1000ms斜坡)施加到具有对电极的板。在具有Ag/AgCl辅助电极的板上评估十二个恒定电压脉冲波形；在3个不同时间或脉冲宽度(500ms、100ms和50ms)下的4个不同电位(1800mV、2000mV、2200mV和2400mV)。针对每个波形测试一个板。图14A、图14B和图15A至图15L是示出来自该研究的ECL分析的结果的图。
确定和计算用每个波形测试的板的测定性能数据。计算每个样品的均值、标准偏差和％CV。图15A至图15L示出了均值信号对结合试剂的浓度的曲线图，其中来自标准波形的信号绘制在与来自电位脉冲的信号不同的y轴上。将曲线图(从0(用于测量测定背景的空白样品)至0.1nM的范围内的BTI浓度)的下部线性区域中的数据点拟合成线，并且计算斜率、斜率中的标准误差、Y截距、Y截距中的标准误差以及R2值。所有线性拟合具有R2值≥0.999。图14A和图14B示出了每个测试的条件的2nM均值信号、0nM(测定背景)均值信号和均值暗信号(空孔)，具有1stdev误差条。两个图还示出了每个条件的计算的斜率。基于背景的平均Y截距+3*标准偏差(“stdev”)和滴定曲线的线性拟合来计算在BTI浓度方面提供的检测极限。斜率和Y截距中的标准误差以及背景的标准偏差被传播到检测极限中的误差。基于每孔的BTI的体积和每BTI分子的ECL标记的数目(0.071)，检测极限可根据产生可检测信号所需的ECL标记的摩尔数进行表示(图14E中绘制出)。
图14C和图14D示出了在一半时间内，来自在1800mV的电位下由500ms脉冲波形在电极上产生的BTI的ECL信号与由常规1000ms斜坡波形产生的信号是相当的。尽管图14C示出了对于具体脉冲电位，ECL随脉冲时间减少到低于500ms而降低，但是与图14D的比较示出，在保持显著地高于空孔的暗图像(即，不存在ECL激发的图像)的相机信号的测定背景信号中存在对应降低。该结果表明，可使用非常短的脉冲来显著地减少进行ECL测量所需的时间，同时维持总灵敏度。
在使用碳对电极的情况下的标准波形(1000ms斜坡)的计算的检测极限是2.4±2.6阿托摩尔(10-18摩尔)的ECL标记。图14E示出了不同激发条件的估计的检测极限倾向于随脉冲时间的减少而增大，但是比将从线性关系预期的小得多。例如，在2000mV下的100ms脉冲的估计的检测极限比在1000ms斜坡的情况下的检测极限高不到两倍，但是时间仅为十分之一。另外，检测极限随脉冲时间减少而增大并不总是统计上显著的。在Ag/AgCl辅助电极的情况下的“1800mV 500ms”、“2000mV 500ms”、“2000mV 100ms”和“2200mV 500ms”脉冲的检测极限在使用碳对电极的情况下的标准波形(1000ms斜坡)的检测极限的误差内。
图16描绘了示出使用脉冲波形对读缓冲液溶液(例如，读缓冲液T)的ECL分析的结果的图。在该试验中，使用用50:50油墨印刷的Ag/AgCl Std 96-1IND板。对于该测试，将MSDT4x(Y0140365)的等分试样用分子级水稀释以制备T3x、T2x和T1x。用这些溶液的150μL等分试样填充Ag/AgCl Std 96-1IND板：孔200的两个邻近行中的T4x，例如，如图9B所示，孔200的两个邻近行中的T3x，孔200的两个邻近行中的T2x，孔200的两个邻近行中的T1x。允许这些溶液浸泡覆盖在工作台上持续15min±0.5min。用以下波形中的每个波形测量一个板：1800mV持续100ms，1800mV持续300ms，1800mV持续1000ms，1800mV持续3000ms。计算每一条件的24次重复的均值ECL信号和均值积分电流，并且制备均值对MSD T浓度(4、3、2和1)的曲线图。
如图16所示，ECL信号和积分电流随读缓冲液T的浓度的增加而增加。ECL信号和积分电流随脉冲持续时间的增加而增加。读缓冲液ECL信号在T1x与T3x之间线性增加，但是在3x和4x之间不线性增加。积分电流在T1x与T4x之间线性增加。
图17描绘了示出使用脉冲波形的另一个ECL分析的结果的图。在该试验中，使用用50:50油墨印刷的Ag/AgCl Std 96-1IND板。上文对于图14A和图14B描述的测试方法与不同的、更长的脉冲波形一起使用。用以下波形中的每个波形测量一个板：1800mV持续3000ms，2200mV持续3000ms，2600mV持续3000ms，以及3000mV持续3000ms。计算每一条件的24次重复的均值ECL信号和均值积分电流，并且制备均值对读缓冲液T浓度(4、3、2和1)的曲线图。
如图17所示，对于1800mV、2200mV和2600mV的脉冲电位，ECL信号随读缓冲液T的浓度的增加而增加。在3000mV的脉冲的情况下，ECL信号在T1x与T2x之间降低，接着通过T4x增加ECL。对于所有脉冲电位，积分电流随T浓度的增加而增加。在2600mV和3000mV脉冲的情况下的积分电流在T1x与T3x之间是一定程度上线性的；然而，对于T4x，电流的增加与读缓冲液T的浓度不呈线性。
实施例3-Ag/AgCl辅助电极的还原能力
使用具有一体丝网印刷碳墨工作电极和丝网印刷Ag/AgCl辅助电极的测定板(如在实施例2中所述)来测定辅助电极的还原能力，即，可通过电极而同时维持受控制的电位的还原电荷量。为了在使用脉冲ECL测量的ECL实验的要求的上下文中评估容量，当在工作电极与辅助电极之间施加脉冲电压波形时，测量在含有TPA的ECL读缓冲液的存在下通过辅助电极的总电荷量。进行两种类型的实验。在第一类型的实验(如图16所示)中，施加接近ECL产生的最佳电位(1800mV)的电压脉冲并维持不同时间量(100ms至3000ms)。在第二类型的实验(图17)中，将不同脉冲电位(2200至3000mV)保持恒定时间量(3000ms)。在两个实验中，通过在1X至4X之间的TPA标称工作浓度下的MSD读缓冲液T的组分的存在下测试每个电压和时间条件来评估读缓冲液组合物中共反应物和电解质的浓度的变化的容差。图中的每个点表示24次重复测量的平均值。
在实验中施加的电位下，Ag/AgCl辅助电极将支持TPA在工作电极处的氧化，直到通过辅助电极的电荷消耗掉辅助电极中所有可及的氧化剂(AgCl)。图16示出了使用1800mV脉冲的通过辅助电极的电荷随脉冲持续时间和TPA浓度大致线性增加，从而证实电极容量足以支持在1800mV下长达3000ms的脉冲，甚至在存在高于典型浓度的TPA的情况下也是如此。图17示出了被设计来通过使用来自图16的最长脉冲(3000ms)来确定辅助电极的容量的实验，但是增加电位，直到通过电极的电荷达到其最大值。使用3000mV电位收集的数据点示出电荷随ECL读缓冲液的浓度线性增加直至约30mC的总电荷。在接近45mC时，总电荷看上去趋于平稳，这表明了Ag/AgCl辅助电极中氧化剂耗尽。30mC的电荷等于Ag/AgCl辅助电极中的3.1×10-7摩尔氧化剂，并且45mC的电荷等于Ag/AgCl辅助电极中的4.7×10-7摩尔氧化剂。
还执行还原能力测试以根据斑点图案和辅助电极大小确定还原能力的差异。使用2600mV 4000ms还原能力波形和标准化测试溶液测试四种不同斑点图案。测试四种斑点图案，即，10斑点五角图案(图5A)、10斑点开放图案(图1C)、10斑点闭合图案(图7A)和10斑点开放三叶形图案(图4A)。下表A、表B、表C和表D分别再现了五叶形、开放、闭合和开放三叶形图案的结果。如表A至表C所示，以三种不同图案增加辅助电极(被标记为CE)面积增加了总测量电荷(例如，还原能力)。如表D所示，在相同辅助电极面积的情况下的多次测试产生近似类似的测量电荷。因此，最大化辅助电极面积可用于提高多个不同斑点图案中Ag/AgCl电极的总还原能力。
表A
表B
表C
表D
另外，进行实验以确定在各种实验条件下可进行氧化还原反应的AgCl量。在实验中，使用以大约10微米厚度的Ag/AgCl油墨膜印刷的电极。将从0％至100％的范围内的电极的不同部分暴露于溶液，并且测量通过的电荷量。实验结果示出，通过的电荷量随与溶液接触的电极的百分比的增加而近似线性增加。这表明了在不与测试溶液直接接触的电极部分中发生不太强烈的还原或根本不发生还原。另外，基于印刷的电极中的Ag/AgCl的总体积，通过实验电极的总量电荷(2.03E+18e-)近似对应于实验电极中可用的总电子量。这表明了在10微米厚度和100％溶液接触的情况下，所有或几乎所有可用AgCl在氧化还原反应中是可及的。因此，对于10微米厚度或更小的膜，所有或几乎所有可用AgCl在还原反应期间是可及的。
在实施方案中，由电压/电流源904供应的脉冲波形可被设计来允许ECL装置随时间推移捕获不同发光数据以改善ECL分析。图18描绘了示出根据本文的实施方案的用于使用脉冲波形来操作ECL装置的另一个过程1800的流程图。
在操作1802中，过程1800包括将电压脉冲施加到ECL装置的孔中的一个或多个工作电极区104或辅助电极102，电压脉冲导致在孔中发生还原-氧化反应。例如，计算机系统906可控制电压/电流源904以将一个或多个电压脉冲供应到一个或多个工作电极区104或辅助电极102。
在实施方案中，电压脉冲可被配置为引起一个或多个工作电极区104与一个或多个辅助电极102之间的还原-氧化反应。如上文所讨论，基于一个或多个辅助电极102的预定义化学组成(例如，Ag:AgCl的混合物)，一个或多个辅助电极102可作为用于确定与一个或多个工作电极区104的电位差的参比电极以及作为工作电极区104的对电极操作。例如，预定义化学混合物(例如，化学组成中的元素和合金的比率)可在化学混合物的还原期间提供界面电位，使得在孔200中发生的整个还原-氧化反应中产生可定量量的电荷。也就是说，在氧化还原反应期间通过的电荷量可通过测量例如在工作电极区104处的电流来定量。在一些实施方案中，一个或多个辅助电极102可决定在施加的电位差下可通过的总电荷量，因为当已经消耗AgCl时，在辅助电极102处的界面电位将向水还原的电位更负向地偏移。这导致工作电极区104电位偏移到更低电位(从而维持施加的电位差)，从而停止在AgCl还原期间发生的氧化反应。
在实施方案中，脉冲波形可包括各种波形类型，诸如直流电、交流电、仿真AC的DC等，但是也设想了具有变化周期、频率和振幅的其他波形(例如，负斜坡锯齿波形、方形波形、矩形波形等)。上文讨论的图12A和图12B例示了脉冲波形的两个示例。脉冲波形可以是在时间T内具有电压V的方形波形。还参考图14A、图14B、图15A至图15L、图16和图17描述了电压脉冲的示例，例如，在500ms下的1800mV、在500ms下的2000mV、在500ms下的2200mV、在500ms下的2400mV、在100ms下的1800mV、在100ms下的2000mV、在100ms下的2200mV、在100ms下的2400mV、在50ms下的1800mV、在50ms下的2000mV、在50ms下的2200mV、在50ms下的2400mV等。这些波形也可包括各种占空比，例如，10％、20％、50％、65％、90％或在0与100之间的任何其他百分比。
在操作1804中，过程1800包括捕获第一时间段内第一还原-氧化反应的第一发光数据。在操作1806中，过程1800包括捕获第二时间段内第二还原-氧化反应的第二发光数据，其中第一时间段的持续时间不等于第二时间段的持续时间。例如，一个或多个光电检测器910可捕获从孔200发出的第一发光数据和第二发光数据并且将第一发光数据和第二发光数据传达到计算机系统906。例如，在一个实施方案中，孔200可包括对于光电检测器912捕获发光数据要求不同时间段的感兴趣物质。因此，光电检测器912可在两个不同时间段内捕获ECL数据。例如，时间段中的一个时间段可以是短时间段(例如，从ECL产生的光的短相机曝光时间)，并且时间段中的一个时间段可以是更长的时间段。这些时间段可能例如在整个ECL产生中受到光饱和的影响。由此，取决于捕获的光子，测定装置900可使用长曝光、短曝光或这两者的组合。在一些实施方案中，测定装置900可使用长曝光，或者长曝光和短曝光的和。在一些实施方案中，如果捕获的光子高于光电检测器912的动态范围，则测定装置900可使用短曝光。通过对这些进行调整/优化，动态范围可潜在地增加一个数量级或两个数量级。在某些实施方案中，可改善动态范围，但是实施各种多脉冲和/或多曝光方案。例如，可进行短曝光，接着进行更长曝光(例如，单个工作电极、单个工作电极区、两个或更多个单个工作电极或工作电极区(在单个孔内或跨多个孔)的曝光、单个孔的曝光、两个或更多个孔的曝光或一个扇区或两个或更多个扇区的曝光等)。在这些示例中，使用更长曝光可能是有益的，除非曝光已经变得饱和。在该情况下，例如，可利用更短曝光。通过进行这些调整(手动地或通过借助硬件、固件、软件、算法、计算机可读介质、计算设备等)，可改善动态范围。在其他示例中，可将第一短脉冲(例如，50ms，但是也设想了其他持续时间)施加到一个电极或两个或更多个电极的集合，接着将第二更长脉冲(例如，200ms，但是也设想了其他持续时间)施加到每个电极或电极集合。其他方法可包括使用一个或多个第一短脉冲(例如，50ms，但是也设想了其他持续时间)来读取整个板(例如，96孔)，接着使用第二更长脉冲(例如，200ms，但是也设想了其他持续时间)第二次读取整个板。在其他示例中，可首先施加长脉冲，接着施加短脉冲；可施加多个短脉冲和/或长脉冲和/或使多个短脉冲和/或长脉冲交替等。除了一个或多个离散脉冲之外，可使用这些或其他持续时间来采用复合或混合功能，以例如确定在过渡区域中(例如，在脉冲之间过渡时)的响应和/或将其建模。此外，在以上示例中，可首先使用更长脉冲，接着使用更短脉冲。此外，也可调整波形和/或捕获窗口以改善动态范围。
此外，如果已知关于一个或多个单独工作电极和/或工作电极区的附加信息(例如，已知特定工作电极区含有高丰度分析物)，则可优化曝光时间以通过在进行读取和/或采样之前利用该信息来防止相机饱和。使用上述高丰度分析物示例，由于信号将预期在动态范围中是高的，因此可采用更短曝光时间(并且对于预期低信号的电极，反之亦然)，因此可针对单独孔、电极等定制和/或优化曝光时间、脉冲持续时间和/或脉冲强度以改善总读时间。此外，可对来自一个或多个ROI的像素进行连续采样以获得随时间推移的ECL曲线，该ECL曲线可被进一步用于确定截短曝光时间和外推高于饱和的ECL产生曲线的方式。在其他示例中，首先，可将相机设定为拍摄短曝光，此后，可检查来自短曝光的信号的强度。该信息可随后用于调整最终曝光的分箱。在其他示例中，比起调整分箱，也可调整其他参数，诸如例如波形、捕获窗口、其他基于电流的技术等。
也可采用波形和/或曝光维持恒定的附加技术。例如，可测量一个或多个ROI内的像素的强度，并且如果观察到像素饱和，则可利用ECL产生和/或测量的其他方面来优化读取和/或读时间(例如，电流-ECL相关性、可用于更新饱和电极和/或电极的一部分的估计ECL的观察在ROI周围的暗掩模区的暗掩模方案等)。这些解决方案消除了对快速分析和/或反应时间的需要，以在相对短的时间段(例如，毫秒)内调整波形和/或曝光持续时间。这是因为例如ECL产生和/或捕获可以相同和/或类似方式执行并且分析可在最后执行。
也可采用其他技术来改善动态范围。例如，如果应用于电化学发光(ECL)应用，则由于ECL标记发出荧光，因此可执行预闪光和/或预曝光以获得关于在一个或多个孔、工作电极、工作电极区等中存在多少标记的信息。从预闪光和/或预曝光获得的信息可用于优化曝光和/或脉冲持续时间以实现对动态范围和/或读时间的附加改善。在其他实施方案中，特别是在其涉及ECL时，由于在电流以及电极中的一个或多个电极与ECL信号之间可存在相关性，因此信号的签名可告知相机曝光时间和/或施加的波形(例如，停止波形、减少波形、增加波形等)。这可通过提高电流测量的精度和更新率以及电流路径的优化以提供电流与ECL信号之间的更好的相关性来进一步优化。
根据某些实施方案，对于某些成像设备，可实现对动态范围的附加改善。在ECL应用中使用基于CMOS的成像设备，例如，可在一次或多次曝光内的不同时间点上对特定感兴趣区(ROI)进行采样和读出以优化曝光时间。例如，ROI(例如，部分或整个工作电极和/或工作电极区)可包括固定或可变数目的像素或特定样品百分比的电极面积(例如，1％、5％、10％等，但是也设想了其他百分比)。在该示例中，可在曝光期间在早期读出像素和/或样品百分比。取决于从ROI读取的信号，可针对特定工作电极、工作电极区、孔等调整和/或优化曝光时间。在非限制性例示性示例中，可在采样时间段内对像素子集进行采样。如果来自该子集的信号趋向于高，则可减少曝光时间(例如，从3秒减少到1秒，但是也设想了比这些更长或更短的其他持续时间)。类似地，如果信号趋向于低，则可采用更长的曝光时间(例如，3秒，但是也设想了其他持续时间)。这些调整可手动地进行或借助于硬件、固件、软件、算法、计算机可读介质、计算设备等进行。在其他实施方案中，ROI可被选择来以为了避免任何潜在环效应的方式分布。这可能例如因在工作电极区周围的光的不均匀性而发生(例如，更亮环将形成在工作电极区的外周边上，其中更暗点在中心)。为了克服这一情况，ROI可被选择来对更亮区域和更暗区域两者进行采样(例如，从边缘到边缘的像素行、对来自两个区域的像素的随机采样等)。此外，可针对一个或多个工作电极区对像素进行连续采样以确定随时间推移的ECL产生曲线。该采样数据然后可用于针对高于饱和的点外推ECL产生曲线。
在实施方案中，不同脉冲波形也可用于第一时间段和第二时间段。在实施方案中，脉冲波形可在量值(例如，电压)、持续时间(例如，时间段)和/或波形类型(例如，方形、锯齿形等)方面不同。如果多种类型的电活性物质用作可能要求不同激活电位并可能发出不同波长的光的ECL标记，则使用不同脉冲波形可能是有益的。例如，此类ECL标记可以是基于钌、锇、钅黑、铱等的复合物。
在操作1808中，过程1800包括对第一发光数据和第二发光数据执行ECL分析。例如，计算机系统906可对发光数据执行ECL分析。这些值可与定量测量(例如，ECL强度)相关以提供模拟信号。在其他实施方案中，可从每个工作电极区104获得数字信号(是或否信号)以指示分析物存在或不存在。统计分析可用于这两种技术并可用于转换多个数字信号以便提供定量结果。一些分析物可能需要指示阈值浓度的数字存在/不存在信号。可单独地或组合地使用模拟格式和/或数字格式。可使用其他统计方法，例如用于通过在浓度梯度上对结合的统计分析来确定浓度的技术。具有浓度梯度的多个线性数据阵列可用在不同孔200中使用的多种不同特异性结合试剂和/或用不同工作电极104来产生。浓度梯度可由呈现不同浓度的结合试剂的离散结合域组成。
在实施方案中，对照测定溶液或试剂(例如，读缓冲液)可用于孔200的工作电极区上。对照测定溶液或试剂可对每个分析提供均匀性以控制信号变化(例如，因劣化、波动、多孔板208的老化、热偏移、电子电路中的噪声和光电检测设备中的噪声造成的变化等)。例如，可利用用于相同分析物的多个冗余工作电极区104(含有相同结合试剂或对相同分析物特异的不同结合试剂)。在另一个示例中，可利用已知浓度的分析物，或者可将对照测定溶液或试剂与已知量的ECL标记共价连结，或者使用在溶液中的已知量的ECL标记。
在实施方案中，在过程1800中收集和产生的数据可用于多种应用中。收集和产生的数据可例如以由临床或研究信息集合组成的数据库的形式存储。收集和产生的数据可用于快速法医学或身份鉴定。例如，当暴露于人类DNA样品时的多个核酸探针的使用可用于签名DNA指纹，该签名DNA指纹可容易地用于鉴定临床或研究样品。收集和产生的数据可用于鉴定条件(例如，疾病、辐射水平等)、生物体(例如，细菌、病毒等)等的存在。
在实施方案中，尽管上述过程1800包括在两个时间段期间捕获发光数据，但是过程1800可用于在任何数目的时间段(例如，3个时间段、4个时间段、5个时间段等)期间捕获发光数据。在该实施方案中，不同脉冲波形也可用于时间段中的一些时间段或所有时间段。在实施方案中，脉冲波形可在量值(例如，电压)、持续时间(例如，时间段)和/或波形类型(例如，方形、锯齿形等)方面不同。
上文描述了示例过程1800的例示性流程。如图18所示的过程仅是示例性的，并且在不背离本文公开的实施方案的范围的情况下，存在变化。这些步骤可按与描述的次序不同的次序执行，可执行附加步骤和/或可执行更少步骤。
在实施方案中，由电压/电流源904供应的不同配置的脉冲波形可一起使用于改善在ECL分析期间发出的ECL。图19描绘了示出根据本文的实施方案的用于使用脉冲波形来操作ECL装置的另一个过程1900的流程图。
在操作1902中，过程1900包括将第一电压脉冲施加到ECL装置的孔中的一个或多个工作电极区104或辅助电极102，第一电压脉冲导致在孔中发生第一还原-氧化反应。在操作1904中，过程1900包括捕获第一时间段内第一还原-氧化反应的第一发光数据。
在操作1906中，过程1900包括将第二电压脉冲施加到孔中的一个或多个工作电极区或者辅助电极，第二电压脉冲导致孔中发生第二还原-氧化反应。在操作1908中，过程1900包括捕获第二时间段内第二还原-氧化反应的第二发光数据，其中第一时间段的持续时间不等于第二时间段的持续时间。
在一个实施方案中，第一电压脉冲和/或第二电压脉冲的电压水平(振幅或量值)或脉冲宽度(或者持续时间)可被选择来引起第一还原-氧化反应发生，其中第一发光数据对应于发生的第一还原-氧化反应。在一个实施方案中，第一电压脉冲和/或第二电压脉冲的电压电平(振幅或量值)或脉冲宽度(或者持续时间)可被选择来引起第二还原-氧化反应发生，其中第二发光数据对应于发生的第二还原-氧化反应。在一个实施方案中，可至少部分地基于对电极的化学组成来选择第一电压脉冲和第二电压脉冲中的至少一者的量值。
在操作1910中，过程1900包括对第一发光数据和第二发光数据执行ECL分析。例如，计算机系统906可对发光数据执行ECL分析。在一些实施方案中，从工作电极区104和/或辅助电极102的结合表面(例如，结合域)上的给定目标实体产生的发光数据(例如，信号)可具有某一范围的值。这些值可与定量测量(例如，ECL强度)相关以提供模拟信号。在其他实施方案中，可从每个工作电极区104获得数字信号(是或否信号)以指示分析物存在或不存在。统计分析可用于这两种技术并可用于转换多个数字信号以便提供定量结果。一些分析物可能需要指示阈值浓度的数字存在/不存在信号。可单独地或组合地使用模拟格式和/或数字格式。可使用其他统计方法，例如用于通过在浓度梯度上对结合的统计分析来确定浓度的技术。具有浓度梯度的多个线性数据阵列可用在不同孔200中使用的多种不同特异性结合试剂和/或用不同工作电极104来产生。浓度梯度可由呈现不同浓度的结合试剂的离散结合域组成。
在实施方案中，对照测定溶液或试剂(例如，读缓冲液)可用于孔200的工作电极区上。对照测定溶液或试剂可对每个分析提供均匀性以控制信号变化(例如，因劣化、波动、多孔板208的老化、热偏移、电子电路中的噪声和光电检测设备中的噪声造成的变化等)。例如，可利用用于相同分析物的多个冗余工作电极区104(含有相同结合试剂或对相同分析物特异的不同结合试剂)。在另一个示例中，可利用已知浓度的分析物，或者可将对照测定溶液或试剂与已知量的ECL标记共价连结，或者使用在溶液中的已知量的ECL标记。
在实施方案中，在过程1900中收集和产生的数据可用于多种应用中。收集和产生的数据可例如以由临床或研究信息集合组成的数据库的形式存储。收集和产生的数据可用于快速法医学或身份鉴定。例如，当暴露于人类DNA样品时的多个核酸探针的使用可用于签名DNA指纹，该签名DNA指纹可容易地用于鉴定临床或研究样品。收集和产生的数据可用于鉴定条件(例如，疾病、辐射水平等)、生物体(例如，细菌、病毒等)等的存在。
上文描述了示例过程1900的例示性流程。如图19所示的过程仅是示例性的，并且在不背离本文公开的实施方案的范围的情况下，存在变化。这些步骤可按与描述的次序不同的次序执行，可执行附加步骤和/或可执行更少步骤。
在上文所述的述过程1300、1800和1900中的任何过程中，可将电压脉冲选择性地施加到一个或多个工作电极区104和/或一个或多个辅助电极102。例如，电压脉冲可被供应到多孔板108的一个或多个孔106中的所有工作电极区104和/或辅助电极102。类似地，例如，电压脉冲可被供应到多孔板208的一个或多个孔106中的工作电极区104和/或辅助电极102的选择的(或“可寻址”)组(例如，在逐区的基础上、在逐孔的基础上、在逐扇区的基础上(例如，两个或更多个孔的组)等)。
本文所述的系统、设备和方法可被应用于各种上下文中。例如，该系统、设备和方法可适用于改善ECL测量和读取器设备的各个方面。示例性板式读取器包括上文和在整个本申请中(例如，在段落[0180]处)讨论的那些板式读取器。
例如，通过施加一个或多个电压脉冲以产生ECL，如本文所述，可通过更快地且高效地产生、收集、观察和分析ECL数据来改善读时间和/或曝光时间。另外，改善的曝光时间(例如，单次曝光、利用不同曝光时间(或者相等曝光时间)的双次(或者更多次)曝光)将有助于通过例如在一个实施方案中改善(例如，动态范围扩展(DRE)、分箱等)要求不同时间段来捕获发光数据的感兴趣物质来改善ECL产生、收集、观察及其分析。因此，发出的光子可在多个不同时间段内作为ECL数据被捕获，这可受到例如在整个ECL产生中的光饱和水平的影响。可改善动态范围，但是实施各种多脉冲和/或多曝光方案。例如，可进行短曝光，接着进行更长曝光(例如，单个工作电极、单个工作电极区、两个或更多个单个工作电极或工作电极区(在单个孔内或跨多个孔)的曝光、单个孔的曝光、两个或更多个孔的曝光或一个扇区或两个或更多个扇区的曝光等)。在这些示例中，使用更长曝光可能是有益的，除非曝光已经变得饱和。例如，当采用短曝光和长曝光时，如果在更长曝光期间发生饱和，则可丢弃该曝光并可使用更短曝光。如果两者都不饱和，则可使用更长曝光，这可提供更好的灵敏度。在该情况下，例如，可利用更短曝光。通过进行这些调整(手动地或通过借助硬件、固件、软件、算法、计算机可读介质、计算设备等)，可改善动态范围，如上文更详细地讨论的。
另外，可以各种方式利用本文所述的系统、设备和方法来允许对硬件仪器(诸如上文所述的读取器)的软件、固件和/或控制逻辑进行优化。例如，由于本文所述的系统、设备和方法允许更快且更高效地产生、收集、观察和/或分析ECL，因此可通过改善的软件、固件和/或控制逻辑来优化仪器以降低执行ECL分析所需的硬件成本(例如，更便宜的透镜、更少和/或更便宜的用于驱动仪器的马达等)。本文提供的示例仅是示例性的，并且也设想了对这些仪器的附加改善。
在如上文所述的实施方案中，多孔板208的孔200可包括用于进行ECL分析的一种或多种流体(例如，试剂)。例如，该流体可包括ECL共反应物(例如，TPA)、读缓冲液、防腐剂、添加剂、赋形剂、碳水化合物、蛋白质、洗涤剂、聚合物、盐、生物分子、无机化合物、脂质等。在一些实施方案中，在ECL过程期间孔200中的流体的化学性质可改变电化学/ECL产生。例如，流体的离子浓度与电化学/ECL产生之间的关系可取决于不同液体类型、读缓冲液等。在实施方案中，一个或多个辅助电极可提供恒定界面电位，而不管正在通过的电流如何，如上文所述。也就是说，电流对电位的曲线图将在固定电位下产生无限电流。
在一些实施方案中，利用的流体(例如，在多孔板208的孔200中)可包括离子化合物，诸如NaCl(例如，盐)。在一些实施方案中，例如，孔200中容纳的流体中更高的NaCl浓度可改善在整个ECL过程中控制ECL产生。例如，具有氧化还原偶(诸如Ag/AgCl)的辅助电极102的电流对电位曲线图具有限定的斜率。在一些实施方案中，斜率取决于孔200中容纳的流体中的盐组成和浓度。在Ag+被还原时，辅助电极102的氧化还原偶内的电荷平衡可能需要被平衡，从而要求来自流体的离子扩散到电极表面。在一些实施方案中，盐的组成可改变电流对电位曲线的斜率，这然后影响电流正在通过的例如含有Ag/AgCl的辅助电极102的界面处的参考电位。因此，在实施方案中，离子(诸如盐)的浓度可被修改和控制，以便最大化针对施加的电压产生的电流。
在实施方案中，在ECL过程期间孔200中的流体的体积可改变电化学/ECL产生。在一些实施方案中，在孔200中的流体的体积之间的关系可取决于电化学电池100的设计。例如，由相对厚的流体层分开的工作电极区104和辅助电极102可具有更理想的电化学行为(例如，空间一致的界面电位)。相反地，由覆盖两者的相对薄的流体层分开的工作电极区104和辅助电极102可能因跨两个电极的界面电位中的空间梯度而具有非理想电化学行为。在一些实施方案中，一个或多个工作电极区104和一个或多个辅助电极102的设计和布局可最大化工作电极区104与辅助电极102之间的空间距离。例如，如图3A所示，工作电极区104和辅助电极102可被定位成最大化空间距离D1。空间距离可通过减少工作电极区104的数目、减少工作电极区104的暴露表面积、减少辅助电极102的暴露表面积等来最大化。尽管没有进行讨论，但是空间距离的空间距离最大化可适用于图3A至图3F、图4A至图4F、图5A至图5C、图6A至图6F、图7A至图7F和图8A至图8D所示的设计。
在实施方案中，上文所述的多孔板208可形成用于在测定装置上进行测定(诸如ECL测定)的一个或多个试剂盒的部分。试剂盒可包括测定模块(例如，多孔板208)和至少一种测定组分，该至少一种测定组分选自结合试剂、酶、酶底物和用于进行测定的其他试剂。示例包括但不限于全细胞、细胞表面抗原、亚细胞粒子(例如，细胞器或膜碎片)、病毒、朊病毒、尘螨或其碎片、类病毒、抗体、抗原、半抗原、脂肪酸、核酸(以及合成类似物)、蛋白质(以及合成类似物)、脂蛋白、多糖、脂多糖、糖蛋白、肽、多肽、酶(例如，磷酸化酶、磷酸酶、酯酶、转谷氨酰胺酶、转移酶、氧化酶、还原酶、脱氢酶、糖苷酶、蛋白加工酶(例如，蛋白酶、激酶、蛋白磷酸酶、泛素-蛋白连接酶等)、核酸加工酶(例如，聚合酶、核酸酶、整合酶、连接酶、解旋酶、端粒酶等))、酶底物(例如，上文列出的酶的底物)、第二信使、细胞代谢物、激素、药理学试剂、镇定剂、巴比妥酸盐、生物碱、类固醇、维生素、氨基酸、糖、凝集素、重组或衍生蛋白、生物素、抗生物素蛋白、链霉亲和素、发光标记(优选地电化学发光标记)、电化学发光共反应物、pH缓冲剂、阻断剂、防腐剂、稳定剂、洗涤剂、干燥剂、吸湿剂、读缓冲液等。此类测定试剂可以是未标记或标记的(优选地用发光标记、最优选用电化学发光标记进行标记)。在一些实施方案中，试剂盒可包括ECL测定模块(例如，多孔板208)和至少一种测定组分，该至少一种测定组分选自：(a)至少一种发光标记(优选地电化学发光标记)；(b)至少一种电化学发光共反应物)；(c)一种或多种结合试剂；(d)pH缓冲液；(e)一种或多种阻断试剂；(f)防腐剂；(g)稳定剂；(h)酶；(i)洗涤剂；(j)干燥剂；以及(k)吸湿剂。
图20描绘了示出根据本文的实施方案的用于制造包括工作电极和辅助电极的孔的过程2000的流程图。例如，过程2000可用于制造多孔板208的一个或多个孔200，该一个或多个孔包括一个或多个工作电极区104和一个或多个辅助电极102。
在操作2002中，过程2000包括在衬底上形成一个或多个工作电极区104。在实施方案中，一个或多个工作电极可使用任何类型的制造过程(例如，丝网印刷、三维(3D)印刷、沉积、光刻、蚀刻和它们的组合)来形成。在实施方案中，一个或多个工作电极区104可被形成为可被沉积和图案化的多层结构。
在实施方案中，一个或多个工作电极可以是可能发生反应的连续/邻接区域，并且电极“区”可以是电极的发生特定感兴趣反应的部分(或全部)。在某些实施方案中，工作电极区可包括整个工作电极，并且在其他实施方案中，多于一个工作电极区可形成在单个工作电极内和/或上。例如，工作电极区可由单独工作电极形成。在该示例中，工作电极区可被配置为由一种或多种导电材料形成的单个工作电极。在另一个示例中，工作电极可通过隔离单个工作电极的部分来形成。在该示例中，单个工作电极可由一种或多种导电材料形成，并且工作电极区可通过使用绝缘材料(诸如电介质)电隔离单个工作电极的区域(“区”)来形成。在任何实施方案中，工作电极可由任何类型的导电材料(诸如金属、金属合金、碳化合物等)以及导电材料和绝缘材料的组合形成。
在操作2004中，过程2000包括在衬底上形成一个或多个辅助电极102。在实施方案中，一个或多个辅助电极可使用任何类型的制造过程(例如，丝网印刷、三维(3D)印刷、沉积、光刻、蚀刻和它们的组合)来形成。在实施方案中，辅助电极102可被形成为可被沉积和图案化的多层结构。在实施方案中，一个或多个辅助电极可由在化学混合物的还原期间提供界面电位的化学混合物形成，使得在孔中发生的整个还原-氧化反应中产生可定量量的电荷。一个或多个辅助电极包括支持还原-氧化反应的氧化剂，该氧化剂可在生物、化学和/或生物化学测定和/或分析(诸如例如ECL产生和分析)期间使用。在一个实施方案中，一个或多个辅助电极的化学混合物中的氧化剂的量大于或等于将在一个或多个生物、化学和/或生物化学测定和/或分析(诸如ECL产生)期间在至少一个孔中发生的整个还原-氧化反应(“氧化还原”)所需的氧化剂的量。就这一点而言，在针对初始生物、化学和/或生化测定和/或分析发生氧化还原反应之后，一个或多个辅助电极中的足够量的化学混合物将仍保留，由此允许在整个后续生物、化学和/或生化测定和/或分析中发生一个或多个附加氧化还原反应。在另一个实施方案中，一个或多个辅助电极的化学混合物中的氧化剂的量至少部分地基于多个工作电极区中的每个工作电极区的暴露表面积与辅助电极的暴露表面积的比率。
例如，一个或多个辅助电极可由化学混合物形成，该化学混合物包括银(Ag)和氯化银(AgCl)或其他合适的金属/金属卤化物偶的混合物。化学混合物的其他示例可包括具有多种金属氧化态的金属氧化物(例如，氧化锰)或其他金属/金属氧化物偶(例如，银/氧化银、镍/氧化镍、锌/氧化锌、金/氧化金、铜/氧化铜、铂/氧化铂等)。
在操作2006中，该方法包括形成电绝缘材料以使一个或多个辅助电极与一个或多个工作电极电绝缘。在实施方案中，电绝缘材料可使用任何类型的制造过程(例如，丝网印刷、3D印刷、沉积、光刻、蚀刻和它们的组合)来形成。电绝缘材料可包括电介质。
在操作2008中，过程2000包括在衬底上形成附加电部件。在实施方案中，一个或多个辅助电极可使用任何类型的制造过程(例如，丝网印刷、3D印刷、沉积、光刻、蚀刻和它们的组合)来形成。附加电部件可包括通孔、电迹线、电接触部等。例如，通孔形成在形成工作电极区104、辅助电极102和电绝缘材料的层或材料内，使得可与工作电极区104和辅助电极102进行电接触，而不产生与其他电部件的短路。例如，可在衬底上形成一个或多个附加绝缘层，以便支撑耦合通过的电迹线，同时隔离电迹线。
在实施方案中，附加电部件可包括电加热器、温度控制器和/或温度传感器。电加热器、温度控制器和/或温度传感器可有助于电化学反应(例如，ECL反应)，并且电极性能可以是温度相关的。例如，可将丝网印刷电阻加热器集成到电极设计中。电阻加热器可由温度控制器和/或温度传感器(无论是一体的还是外部的)供电和控制。这些是自调节的并被配制为当施加恒定电压时产生特定温度。油墨可有助于在测定期间或在板读出期间控制温度。油墨(和/或加热器)也可用于在测定期间(例如，在具有PCR组分的测定中)期望升高的温度的情况。温度传感器也可印刷到电极(工作电极和/或辅助电极)上以提供实际温度信息。
图21A至图21F例示了根据本文的实施方案的在一个或多个孔200中形成工作电极区104和辅助电极102的过程的非限制性示例。尽管图21A至图21F例示了两(2)个孔的形成(如图22A所示)，但是本领域技术人员将认识到，图21A至图21F所示的过程可应用于任何数目的孔200。此外，尽管图21A至图21F例示了在类似于图7A至图7F所示的电极设计701的电极设计中的辅助电极102和工作电极区104的形成，但是本领域技术人员将认识到，图21A至图21F所示的过程可用在本文所述的电极设计上。
用于制造辅助电极102、工作电极区104和其他电部件的过程可利用如下文所讨论的丝网印刷过程来执行，其中不同材料使用油墨或糊剂来形成。在实施方案中，辅助电极102和工作电极区104可使用任何类型的制造过程(例如，3D印刷、沉积、光刻、蚀刻和它们的组合)来形成。
如图21A所示，第一导电层2102可印刷在衬底2100上。在实施方案中，衬底2100可由向孔200的部件提供支撑的任何材料(例如，绝缘材料)形成。在一些实施方案中，第一导电层2102可由金属(例如，银)形成。第一导电层2102的其他示例可包含诸如金、银、铂、镍、钢、铱、铜、铝、导电合金等的金属。第一导电层2102的其他示例可包含氧化物涂覆的金属(例如，氧化铝涂覆的铝)。第一导电层2102的其他示例可包含碳基材料(诸如碳、炭黑、石墨碳、碳纳米管、碳原纤、石墨、碳纤维和它们的混合物)。第一导电层2102的其他示例可包含导电碳-聚合物复合材料。
衬底2100还可包括一个或多个通孔或其他类型的电连接(例如，迹线、电接触部等)以用于连接衬底2100的部件并提供可与部件进行电连接的位置。例如，如图所示，衬底2100可包括第一通孔2104和第二通孔2106。第一通孔2104可与第一导电层2102电隔离。第二通孔2106可电耦合到第一导电层2102。也设想了更少或更多数目的孔。例如，通孔可形成在形成工作电极区104、辅助电极102和电绝缘材料的层或材料内，使得可与工作电极区104和辅助电极102进行电接触，而不产生与其他电部件的短路。例如，可在衬底上形成一个或多个附加绝缘层，以便支撑耦合通过的电迹线，同时隔离电迹线。
如图21B所示，第二导电层2108可印刷在第一导电层2102上。在实施方案中，第二导电层2108可由化学混合物形成，该化学混合物包括银(Ag)和氯化银(AgCl)或其他合适的金属/金属卤化物偶的混合物。化学混合物的其他示例可包括如上文所述的金属氧化物。在一些实施方案中，第二导电层2108可被形成为近似第一导电层2102的尺寸。在一些实施方案中，第二导电层2108可被形成为大于或小于第一导电层2102的尺寸。第二导电层2108可通过使用具有限定的Ag与AgCl的比率的Ag/AgCl化学混合物(例如，油墨、糊剂等)印刷第二导电层2108来形成。在一个实施方案中，辅助电极的化学混合物中的氧化剂的量至少部分地基于辅助电极的化学混合物中的Ag与AgCl的比率。在一个实施方案中，具有Ag和AgCl的辅助电极的化学混合物包含大约50％或更少的AgCl，例如34％、10％等。尽管未例示，但是可在第二导电层2108与第一导电层2102之间形成一个或多个附加中间层(例如，绝缘层、导电层和它们的组合)。
如图21C所示，第一绝缘层2110可印刷在第二导电层2108上。第一绝缘层2110可由任何类型的绝缘材料(例如，电介质、聚合物、玻璃等)形成。第一绝缘层2110能够以一图案形成以暴露第二导电层2108的两个部分(“斑点”)，从而形成两(2)个辅助电极102。暴露部分可对应于辅助电极102的期望形状和大小。在实施方案中，辅助电极102可被形成为任何数目、大小和形状，例如，如上文参考图3A至图3F、图4A至图4F、图5A至图5C、图6A至图6F、图7A至图7F、图8A至图8D和图38A至图39E描述的电极设计中描述的数目、大小和形状。
如图21D和图21E所示，第三导电层2112可印刷在绝缘层2110上，并且随后，第四导电层2114可印刷在第三导电层2112上。在实施方案中，第三导电层2112可由金属(例如，Ag)形成。在实施方案中，第四导电层2114可由复合材料(例如，碳复合物)形成。第一导电层2102的其他示例可包含诸如金、银、铂、镍、钢、铱、铜、铝、导电合金等的金属。第一导电层2102的其他示例可包含氧化物涂覆的金属(例如，氧化铝涂覆的铝)。第一导电层2102的其他示例可包含其他碳基材料(诸如碳、炭黑、石墨碳、碳纳米管、碳原纤、石墨、碳纤维和它们的混合物)。第一导电层2102的其他示例可包含导电碳-聚合物复合材料。第三导电层2112和第四导电层2114能够以一图案形成以形成工作电极区的基底并提供与第一通孔2104的电耦合。在实施方案中，通孔可被形成为任何数目、大小和形状，例如，如上文参考图3A至图3F、图4A至图4F、图5A至图5C、图6A至图6F、图7A至图7F、图8A至图8D和图38A至图39E描述的电极设计中描述的数目、大小和形状。
如图21F所示，第二绝缘层2116可印刷在第四导电层2114上。第二绝缘层2116可由任何类型的绝缘材料(例如，电介质)形成。第二绝缘层2116能够以一图案形成以暴露第四导电层2114的二十(20)个部分(“斑点”)，从而为每个孔200形成十(10)个工作电极区104，如图22A所示。第二绝缘层2116还可被形成为暴露辅助电极102。因此，第二绝缘层2116的印刷或沉积可控制工作电极区104的大小和/或面积以及辅助电极102的大小和/或面积。暴露部分可对应于工作电极区104和辅助电极102的期望形状和大小。在实施方案中，工作电极区104可被形成为任何数目、大小和形状，例如，如上文参考图3A至图3F、图4A至图4F、图5A至图5C、图6A至图6F、图7A至图7F、图8A至图8D和图38A至图39E描述的电极设计中描述的数目、大小和形状。在某些实施方案中，所述的层中的一个或多个层可以特定次序形成以最小化层(例如，基于碳的层等)的污染。
在上文所述的方法中，在辅助电极102之间的导电性通过导电层2108维持，该导电层然后被绝缘层2110掩蔽。该种设计准许辅助电极102之间的导电连接在工作电极区104下方延伸。图22B例示了通过与上文关于图21A至图21F和图22A所述的制造方法有些类似的制造方法产生的孔200的另外的实施方案。如图22B所示，工作电极区104可以具有间隙的圆形图案(例如，以C形形状)布置。每个孔200可具有例如十个工作电极区。在另外的实施方案中，可包括任何合适数目的工作电极区。工作电极区104图案中的间隙准许导电迹线2120在两个孔200的辅助电极102之间延伸。由于导电迹线2120在辅助电极102之间延伸并且不跨越辅助电极，因此辅助电极102、工作电极区104和导电迹线2120可在制造过程期间印刷在同一层上。例如，在包括可单独寻址的工作电极区104的实施方案中，辅助电极102、工作电极区104和导电迹线2120中的每一者可作为单独特征印刷在衬底的同一层上。图22B描绘的电极的C形形状设计不限于在双孔布局中使用。包括不同数目的孔的其他布局与本文的实施方案一致。例如，单孔布局可包括C形电极布局。在其他示例中，四个或更多个孔200可以C形电极布局进行布局并且具有连接布局中的每个孔200的辅助电极102的多个导电迹线2120。
图24A至图24C、图25A至图25C、图26A至图26D、图27A至图27C、图28和图29例示了根据本文的实施方案的在各种多孔板上执行的测试结果。该测试包括两个不同测试批组。两个不同测试批组中的每个测试批组包括多孔板的四(4)种不同配置：标准(“Std”)96-1板、Std 96ss板(小斑点板)、Std 96-10板和Std 96ss“BAL”。Std 96-1板包括96个孔106，其中孔106中的每个孔中有1个工作电极区，如图23A所示。Std96ss板包括96个孔106，其中孔106中的每个孔中有1个工作电极区，如图23B所示。Std 96-10板包括96个孔106，其中孔106中的每个孔中有10个工作电极区，如图23C所示。Std 96ss“BAL”具有两个辅助电极和单个工作电极区，如图23D所示。在每个测试批组中，使用不同Ag/AgCl油墨来丝网印刷三组每种配置的多孔板，以产生如在表8中所示的不同比率的Ag/AgCl的化学混合物。上文所述的板中的每个板被构造为每孔有两个辅助电极。“BAL”配置被构造为具有相对于其他配置更小的尺寸的辅助电极。
表9
AgCl油墨 Ag:AgCl摩尔比
比率1 90:10
比率2 66:34
比率3 50:50
该测试还包括生产对照，其包括由碳形成的工作电极区和对电极，在图中被标记为生产对照。
使用如上文所述的电极设计用测试溶液执行测试以产生伏安法、ECL迹线(ECL强度对施加的电位差)、积分ECL信号测量。测试溶液包括三种TAG溶液：在T1x中的1μM TAG(TAG是指当被电激发时发出光子的ECL标记或物质)溶液、在T2x中的1μM TAG溶液和MSDFree TAG 15,000ECL(Y0260157)。在T1x中的1μM TAG溶液包括5.0mM三(2,2'-联吡啶)氯化钌(II)储备溶液(Y0420016)和MSD T1x(Y0110066)。在T2x中的1μM TAG溶液包括5.0mM三(2,2'-联吡啶)氯化钌(II)储备溶液(Y0420016)和MSD T2x(Y0200024)。测试溶液还包括含有MSD T1x(Y0110066)的读缓冲溶液。在以下条件下对伏安法、ECL迹线以及Free TAG 15,000ECL测试和MSD T1x ECL信号执行测量。
对于使用标准三电极配置(工作电极、参比电极和对电极)的伏安法，测量每种Ag/AgCl油墨的一个板和来自Std 96-1、Std 96ss和Std 96-10的库存的一个板。在对电极上测量还原伏安法。对于还原伏安法，用150μL的1μM TAG在T1x中或1μM TAG在T2x中填充孔并使其静置至少10分钟。如下将波形施加到Ag/AgCl板：以100mV/s从0.1V到-1.0V并返回到0.1V。如下将波形施加到生产对照：以100mV/s从0V到-3V并返回到0V。测量每种溶液的三个重复孔并求平均。
在工作电极上测量氧化伏安法。对于氧化伏安法，用150μL的1μM TAG在T1x中或1μM TAG在T2x中填充孔并使其静置至少10分钟。如下将波形施加到Ag/AgCl：以100mV/s从0V到2V并返回到0V。如下将波形施加到生产对照：以100mV/s从0V到2V并返回到0V。测量每种溶液的三个重复孔并求平均。
对于ECL迹线，测量每种Ag/AgCl油墨的一个板和来自Std 96-1、Std96ss和Std96-10的库存的一个板。用150微升(μL)的1微摩尔(μM)TAG在T1x中填充六个孔，并且用150微升的1mM TAG在T2x中填充六个孔。使板静置至少10分钟。使用以下参数在专有视频系统上测量ECL：Ag/AgCl：在使用120个顺序25ms帧(例如，图像的曝光长度)成像的情况下，在3000ms内从0V至3000mV；以及生产对照：在25ms帧的情况下在3000ms内从2000mV至5000mV。对每种溶液的六个重复孔的ECL强度对电位和电流对电位求平均。
对于积分ECL信号，测量每种AgCl油墨的六个板和来自Std 96-1、Std 96ss和Std96-10的库存的六个板：MSD T1x的两个板和“Free TAG 15,000ECL”的四个板。用150μL的“Free TAG 15,000ECL”或MSD T1x填充板并使其静置至少10分钟。ECL在MESO QUICKPLEXSQ 120仪器(“SQ 120”)上使用以下波形进行测量：AgCl：在3000ms内从0V至3000mV。ECL在SQ 120上使用以下波形进行测量：生产控制：在3000ms内从2000mV到5000mV。计算板内和板间值。下文讨论了测试的结果。
图24A至图24C例示了来自对Std 96-1板执行的ECL测量的结果。图24A是示出Std96-1板的伏安法测量的图。特别地，图24A示出了Std 96-1板的平均伏安图。如图24A所示，在T1x溶液与T2x溶液之间发生电流的增加。三个Ag/AgCl油墨板和对照板的氧化曲线是类似的。氧化的开始在大约0.8V对Ag/AgCl处。峰电位在大约1.6V对Ag/AgCl处。当CE从碳变为Ag/AgCl时，发生还原的偏移。在碳上的水还原的开始在约-1.8V对Ag/AgCl处。AgCl还原的开始在约0V对Ag/AgCl处。总AgCl还原的增加随Ag/AgCl油墨的AgCl含量的增加而发生。在Ag/AgCl上的还原伏安法中，在-0.16V处出现小肩，其增加了T1x溶液与T2x溶液之间的电流。这些结果示出将读缓冲液的浓度从T1x增加到T2x增加了氧化电流。将AgCl结合到辅助电极中使还原的开始偏移到预期0V对碳参比电极。增加油墨中的AgCl增加了总AgCl减少而不影响电流对电位曲线的斜率。
图24B和图24C是示出Std 96-1板的ECL测量的图。特别地，图24B和图24C示出了具有T1x溶液或T2x溶液的Std 96-1板的平均ECL和电流迹线，如图24A所示。如图所示，三个Ag/AgCl油墨板产生类似的ECL迹线。在T1x溶液和T2x溶液中，ECL的开始发生在约1100mV处。T1x溶液的峰电位出现在1800mV处，而T2x溶液的峰电位出现在1900mV处。ECL强度在约2250mV处恢复到基线。三个Ag/AgCl油墨板产生类似的电流迹线，不同的是T2x在波形的结束时在油墨比1(90/10Ag:AgCl)的情况下电流的更低。在生产板上，ECL开始偏移到约3100mV，并且峰电位偏移到约4000mV。在生产板上的ECL的相对偏移与参考伏安法中测量的还原电流的开始的偏移相当。在生产板上的ECL迹线的半高全宽比Ag/AgCl油墨板更宽，这与参考伏安法中的还原电流的更低斜率相关。
如图24C所示，在90:10比率的波形期间通过的总电流小于其他油墨。这表明了90:10的比率可限制在工作电极处可能发生的氧化量。选择50:50的比率以确保实验的足够的还原能力，其中在T2x中使用该波形可通过比FT的情况更多的电流。如测试所示，Ag/AgCl油墨提供用于辅助电极102上的还原的受控制的电位。使用Ag/AgCl，辅助电极102将ECL反应偏移到当使用真实Ag/AgCl参比电极测量时发生TPA氧化的电位。
对于辅助电极102，辅助电极102中可及的AgCl量需要足以在ECL测量期间不被完全消耗。例如，在氧化期间在工作电极处通过的每一摩尔的电子需要一摩尔的AgCl。小于该量的AgCl将导致工作电极区104处的界面电位的失去控制。失去控制是指在整个化学反应中界面电位未维持在特定范围内的情况。具有受控制的界面电位的一个目标是确保孔-孔、板-板、丝网批组-丝网批组等的读数的一致性和可重复性。
表10示出了由ECL测量确定的Std 96-1板的板内和板间FT和T1x值。如表10所示，三个Ag/AgCl油墨板产生等同值。生产板产生更高的FT和T1x ECL信号。这些更高的信号可归因于因还原伏安法的更低的斜率导致的更低的受影响的斜坡速率。
表10
图25A至图25C例示了来自对Std 96ss板执行的ECL测量的结果。图25A是示出Std96ss板的伏安法测量的图。特别地，图25A示出了Std 96ss板的平均伏安图。如图25A所示，在T1x溶液与T2x溶液之间发生电流的增加。三个Ag/AgCl油墨板和对照板的氧化曲线是类似的。氧化的开始发生在约0.8V对Ag/AgCl处。峰电位发生在大约1.6V对Ag/AgCl处。当辅助电极从碳变为Ag/AgCl时，发生还原的偏移。在碳上的水还原的开始发生在大约-1.8V对Ag/AgCl处。AgCl还原的开始发生在大约0V对Ag/AgCl处。总AgCl还原随Ag/AgCl油墨的AgCl含量的增加而增加。在Ag/AgCl上的还原伏安法中，在-0.16V处出现小肩，其增加了T1x溶液与T2x溶液之间的电流。
图25B和图25C是示出Std 96ss板的ECL测量的图。特别地，图125B和图25C示出了具有T1x溶液或T2x溶液的Std 96ss板的平均ECL和电流迹线，如图10A所示。如图所示，三个Ag/AgCl油墨板产生非常类似的ECL迹线。在T1x溶液和T2x溶液中，ECL的开始发生在大约1100mV处。T1x溶液的峰电位出现在1675mV处，而T2x溶液的峰电位出现在1700mV处。ECL强度在大约2175mV处恢复到基线。三个Ag/AgCl油墨板产生类似的电流迹线。在生产板上，ECL开始偏移到大约3000mV，并且峰电位偏移到大约3800mV。在生产板上的ECL的相对偏移与参考伏安法中测量的还原电流的开始的偏移相当。在生产板上的ECL迹线的半高全宽比Ag/AgCl油墨板更宽，这与参考伏安法中的还原电流的更低斜率相关。图25A至图25C所示的结果与图24A至图24C的结果一致，从而表明因使用Ag/AgCl电极而发生的变化跨不同电极配置是稳健的。
表11示出了由ECL测量确定的Std 96ss板的板内和板间FT和T1x值。如表11所示，三个Ag/AgCl油墨板产生等同值。生产板产生更高的FT和T1x ECL信号。这些更高的信号可归因于因还原伏安法的更低的斜率导致的更低的受影响的斜坡速率。在生产板上更高的背景信号可能是由于用于该实验的阅读器上的非标准波形造成的。
表11
图26A至图26D例示了来自对Std 96ss BAL板执行的ECL测量的结果。图26A是示出Std 96ss BAL板的伏安法测量的图。特别地，图26A示出了Std 96ss BAL板的平均伏安图。如图26A所示，在T1x溶液与T2x溶液之间发生电流的增加。三个Ag/AgCl油墨板和生产对照的氧化曲线是类似的。氧化的开始发生在大约0.8V对Ag/AgCl处。峰电位发生在约1.6V对Ag/AgCl处。总AgCl还原的增加随Ag/AgCl油墨的AgCl含量的增加而发生。在Ag/AgCl上的还原伏安法中，在-0.16V处出现小肩峰，其增加了T1x溶液与T2x溶液之间的电流。由于更小的电极面积，总辅助电极电流相对于Std 96ss板配置减小。电流对电位曲线图的斜率低于Std96ss板配置中的电流对电位曲线图的斜率。
图26B是示出T2x溶液在油墨比3的情况下Std 96ss对Std 96ss BAL的图。如图26B所示，这些格式中的两种格式的氧化峰电流(大约-0.3mA)是类似的。在大多数还原电流下，Std 96ss BAL处于比Std 96ss更高的负电位。
图26C和图26D是示出Std 96ss BAL板的ECL测量的图。特别地，图26C和图26D示出了具有T1x溶液或T2x溶液的Std 96ss BAL板的平均ECL和电流迹线。如图所示，具有Ag/AgCl对电极的三个板产生类似的ECL迹线。在T1x溶液和T2x溶液中，ECL的开始发生在约近1100mV处。T1x溶液的峰电位出现在1750mV处，而T2x溶液的峰电位出现在1800mV处。ECL强度在约2300mV处恢复到基线。ECL的开始类似于Std 96ss板，但是峰电位和返回到基线比在Std 96ss板上的电位偏移得更迟。Std 96ss板与Std 96ss BAL板之间的差异可归因于因还原伏安法在更小的对电极上的更低的斜率造成的更低的受影响的斜坡速率。具有Ag/AgCl对电极的三个板产生类似的电流迹线，不同的是T2x溶液在波形的结束时在90/10Ag:AgCl的情况下的电流更低。在Std 96-1板格式中也观察到T2x溶液在油墨比1的情况下的不同行为。图26A至图26D所示的结果与图24A至图24C和图25A至图25C的结果一致，从而表明因使用Ag/AgCl电极而发生的变化跨不同电极配置是稳健的。
表12示出了由ECL测量确定的Std 96ss BAL板的板内和板间FT和T1x值。如在表12中所示，ECL信号高于Std 96ss板配置中的信号。更高的信号可归因于因更小的对电极上的还原伏安法的更低的斜率导致的更低的有效斜坡速率。随着油墨中AgCl含量的增加，FT信号降低。
表12
图27A至图27C例示了来自在Std 96-10板上执行的ECL测量的结果。图27A是示出Std 96-10板的伏安法测量的图。特别地，图27A示出了Std96-10板的平均伏安图。如图27A所示，在T1x溶液与T2x溶液之间发生电流的增加。具有Ag/AgCl对电极的三个板和生产对照的氧化曲线是类似的。氧化的开始发生在大约0.8V对Ag/AgCl处。峰电位发生在大约1.6V对Ag/AgCl处。在生产对照上存在更高的氧化电流。当辅助对电极从碳变为Ag/AgCl时，发生还原的偏移。在碳上的水还原的开始发生在大约-1.8V对Ag/AgCl处。AgCl还原的开始发生在大约0V对Ag/AgCl处。总AgCl还原的增加随Ag/AgCl油墨的AgCl含量的增加而发生。在Ag/AgCl上的还原伏安法中，在-0.16V处出现小肩峰，其增加了T1x溶液与T2x溶液之间的电流。
图27B和图27C是示出Std 96-10板的ECL测量的图。特别地，图27B和图27C示出了具有T1x溶液或T2x溶液的Std 96-10板的平均ECL和电流迹线。如图所示，具有Ag/AgCl对电极的三个板产生类似的ECL迹线。在T1x溶液和T2x溶液中，ECL的开始发生在大约1100mV处。T1x溶液的峰电位出现在1700mV处，而T2x溶液的峰电位出现在1750mV处。ECL强度在大约2250mV处恢复到基线。具有Ag/AgCl对电极的三个板产生类似的电流迹线。在生产板上，ECL开始偏移到大约3000mV，并且峰电位偏移到大约3800mV。在生产板上的ECL的相对偏移与参考伏安法中测量的还原电流的开始的偏移相当。在生产板上的ECL迹线的半高全宽比Ag/AgCl油墨更宽，这与参考伏安法中的还原电流的更低斜率相关。图27A至图27C所示的结果与图24A至图24C、图25A至图25C和图26A至图26D的结果一致，从而表明因使用Ag/AgCl电极而发生的变化跨不同斑点大小是稳健的。
表13示出了由ECL测量确定的Std 96-10板的板内和板间FT和T1x值。如在表13中所示，具有Ag/AgCl对电极的三个板产生等同值。生产板产生更低的FT和T1x ECL信号。在生产板上更低的信号的源是未知的，但是可能与在参考伏安法中测量的更高的氧化电流相关联。
表13
如上文讨论的测试结果和图28所示，包含Ag/AgCl的辅助电极将无参考系统中的ECL偏移到与有参考系统(即，包括单独参比电极的系统)中测量的氧化相当的电位。对于由Ag/AgCl组成的辅助电极，ECL开始发生在1100mV的电位差处。ECL峰出现在以下(板类型平均值)的电位差处：Std 96-1板-1833mV，Std 96ss板-1688mV，Std 96ss BAL板-1775mV，以及Std 96-10板-1721mV。氧化电流的开始发生在0.8V对Ag/AgCl处。峰氧化电流发生在约1.6V对Ag/AgCl处。
附加地，如测试结果所示，以一定范围的Ag与AgCl比率测试三种油墨制剂，并且在参考还原伏安法中可检测到不同量的AgCl。所有三种制剂产生相当的ECL迹线。当测量T2x溶液中的ECL时，在电流对电位曲线图中存在一些差异。对于在Ag:AgCl比率90/10的情况下的Std 96-1和Std96ss BAL，电流容量看起来是有限的，并且这些板类型具有最大工作电极与对电极面积比。FT信号与3种制剂相当，在96ss BAL板类型中除外。
在前述实施方案中，Std 96-1板工作电极面积为0.032171平方英寸。Std 96ss板工作电极面积为0.007854平方英寸。Std 96-1和Std 96sspr辅助电极面积被估计为0.002646平方英寸。Std 96ss BAL板辅助电极面积被设计为0.0006459平方英寸。面积比可以是：Std 96-1：12.16，Std 96ss：2.968，以及Std 96ss BAL：12.16。Std 96ss板和Std96ss BAL板上的峰还原电流的比率表明Std 96ss BAL板中的辅助电极面积减小到0.0007938平方英寸。ECL迹线表明，对电极面积的这种减小正在接近使来自Std 96-1板和Std 96ss BAL板的ECL迹线统一所需的对电极面积的减小。
实施例4-工作电极与辅助电极面积的比率对Ag/AgCl辅助电极性能的影响
如图23A至图23D中描绘的电极图案中的暴露工作电极区域104和辅助电极区域102所示，测试了在每个孔内工作电极与辅助电极区的比率方面不同的四个不同多孔板配置。第一种即“Std 96-1板”(图23A)，其具有由两个辅助电极条带界定的具有大工作电极面积(如由在工作电极上图案化的介电油墨限定)的孔，并且具有与实施例2和3中使用的板相同的电极配置。第二种即“Std 96ss板”(图23B)，其类似于第一种，不同的是工作电极区域上的介电油墨被图案化以仅在孔的中心暴露更小圆形的暴露工作电极区域(提供小斑点或“ss”区域)。第三种即“Std 96-10”(图23C)，其类似于第一种，不同的是工作电极区域上的介电油墨被图案化以暴露10个小圆圈的暴露工作电极区域，从而在每个孔中提供工作电极区域的“10斑点”图案。第四种即“Std 96ss BAL”(图23D)，其具有Std96ss图案的小暴露工作电极区域，但是暴露辅助电极的面积显著地减小，使得工作电极面积与对电极面积的比率类似于Std 96-1配置，从而维持这些区域之间的平衡。表14中提供了每种配置的总暴露工作电极面积和总暴露辅助电极面积以及工作电极与对电极面积的比率。为了评估Ag/AgCl油墨对辅助电极性能的影响，使用用具有如在表15中所述的不同Ag与AgCl比率的三种不同油墨制备的辅助电极来制造电极配置中的每个电极配置。还将Std 96-1、Std 96ss和Std 96-10配置与具有常规碳墨对电极代替Ag/AgCl辅助电极的类似板、即“对照”或“生产对照”板(MSD 96孔、MSD 96孔小斑点和MSD 96孔10斑点板，Meso Scale Diagnostics，LLC.)进行比较。
表14
表15
Ag/AgCl油墨 Ag:AgCl摩尔比
比率1 90:10
比率2 66:34
比率3 50:50
通过循环伏安法在ECL读缓冲液(相对于标称工作浓度为1X和2X的MSD读缓冲液T)的存在下评估不同电极配置，并且通过将它们用于三(2,2'-联吡啶)氯化钌(II)(“TAG”)在这些读缓冲液中的溶液的ECL测量。使用3M KCl Ag/AgCl参比电极来使用标准三电极配置(工作电极、参比电极和对电极)测量伏安法。通过分别使用工作电极104和辅助电极102作为用于伏安法的工作电极和对电极，以100mV/s扫描速率从0V循环至2V并返回来测量ECL读缓冲液在工作电极104上的氧化。通过分别使用辅助电极102和工作电极104作为用于伏安法的工作电极和对电极，以100mV/s扫描速率从-0.1V循环到-1V并返回来测量辅助电极102上的ECL读缓冲液的减少。为了测量“对照”板的碳对电极上的ECL读缓冲液的减少，需要更宽的电压范围，并且电压以100mV/s扫描速率从0V循环至-3V并返回。用150μL ECL读缓冲液填充孔并在测量伏安法之前使其静置至少10分钟。在一式三份的孔中测量每种溶液并对伏安数据求平均。
使用以下波形在MESO QUICKPLEX SQ 120仪器(“SQ 120”)上测量TAG溶液的积分ECL信号：在3000ms内从0V至3000mV斜坡(对于具有Ag/AgCl辅助电极的测试板)和在3000ms内从2000mV至5000mV斜坡(对于具有碳墨对电极的对照板)。用150μL MSD Free Tag(“FT”，TAG在MSD读缓冲液T1X中的溶液，其被设计来在SQ 120仪器的ECL信号单元中提供约15,000的信号)填充所有孔并使板静置至少10分钟。运行T1x的两个重复板(每板96个孔)以测量在不存在TAG的情况下的背景信号，并且测量FT的4个重复板以测量从TAG产生的ECL信号。在暴露工作电极区域的面积的归一化之后，仪器报告与在施加的波形的持续时间内的积分ECL强度成比例的值。针对每种溶液和电极配置运行跨孔计算板内和板间平均值和标准偏差。
为了在ECL测量期间测量作为时间的函数的ECL强度，在具有专有视频系统的改善的MSD板式读取器上进行从TAG溶液的ECL测量。使用与测量积分信号时相同的波形和规程；然而，将ECL成像为在3000ms波形的过程中捕获的连续120×25ms帧系列，并且使用更浓缩的TAG溶液(1μM TAG在MSD读缓冲液T1X和2X中)。使用在波形开始之前捕获的图像对每个帧进行背景校正。图像中每个暴露工作电极区(或者“斑点”)的ECL强度通过针对由斑点限定的区域中每个像素测量的强度求和来进行计算。对于在孔内具有多个斑点的图像，对孔内的斑点的强度值求平均。仪器还测量在ECL实验期间作为时间的函数的通过孔的电流。对于每种溶液和电极配置，基于来自六个重复孔的数据来计算ECL强度和电流的平均值和标准偏差。
图24A、图25A、图26A和图27A中分别示出了Std 96-1、Std 96ss、Std 96ss BAL和Std 96-10板的伏安数据。在该三电极设置中工作电极104上的氧化电流很大程度上独立于辅助电极或对电极的性质，其中在所有情况下，读缓冲液的氧化的开始发生在约0.8V处，并且电流峰在约1.6V处。随着三丙胺ECL共反应物的浓度增加，氧化电流从1X读缓冲液增加到2X读缓冲液，并且峰和积分氧化电流大致与暴露工作电极面积成比率地增加(如在表14中提供的)。在一些情况下在测试板和对照板中的电流之间观察到的小差异可能与用于制造工作电极的碳墨批组的差异相关联。
在辅助电极或对电极102处测量的还原电流示出，与碳墨对电极的约3100mV(最可能与水的还原相关联)相比，Ag/AgCl辅助电极在大约0V处开始还原(与AgCl还原成Ag相关联)。对于在2X浓度对1X浓度下的读缓冲液T观察到电流开始和总积分电流的斜率的增加，然而，该增加是小幅的并可能与在2X下的更高的离子强度相关联。对于Ag/AgCl油墨和读缓冲液制剂的给定组合，在Std 96-1、Std 96ss和Std 96-10电极配置的辅助电极处测量的还原电流很大程度上独立于电极配置，因为这些配置中的辅助电极几何形状是相同的。随着Ag/AgCl油墨中的AgCl的百分比从10％(比率1)增加到34％(比率2)再增加到50％(比率3)，还原开始电位和还原开始电流的斜率没有显著变化，从而证实电极电位对AgCl的百分比的相对不敏感性。然而，随着AgCl的增加，峰电位更负向地偏移，并且积分电流大致与油墨中的AgCl的百分比成比例地增加，从而证实AgCl的增加与还原能力的增加相关。比较96ss对96ss BAL配置(图26B)上的还原电流，形状和峰电位大致相同，然而，96ssBAL的峰电流和积分电流与更低的辅助电极面积大致成比例地减小。
图24B、图25B、图26C和图27B中分别针对Std 96-1、Std 96ss、Std96ss BAL和Std96-10电极配置提供了作为施加的电位的函数的来自1μM TAG在MSD读缓冲液T1X中的ECL强度。图24C、图25C、图26D和图27C中分别提供了1μM TAG在MSD读缓冲液T 2X中的相似曲线图。所有曲线图还提供了作为电位的函数的通过电极的相关联电流的曲线图。在测试电极配置中的每个测试电极配置中，使用具有三种不同Ag/AgCl油墨制剂的辅助电极产生的ECL迹线可大致叠加，这表明了甚至具有最低AgCl百分比(10％)的Ag/AgCl制剂也具有足够的还原能力来完成ECL的产生。对于使用Ag/AgCl对TAG在MSD读缓冲液T1X中的测量，电流迹线也很大程度上可叠加。然而，对于对TAG在MSD读缓冲液T 2X中的测量，特别是对于具有最低的Ag/AgCl辅助电极面积与工作电极面积的比率的配置(96-1配置和96ss BAL配置)，使用具有最低百分比的AgCl的油墨测量的电流在更高电位处发散并表现出电流随电位的增加而减小。由于这种发散发生在接近ECL峰的结束的电位处，因此没有显著地影响ECL迹线，但是它表明了10％ AgCl油墨可接近足以使用选择的波形、读缓冲液和电极配置完成ECL的产生的还原能力的边界线。
随着电极配置的变化，观察到ECL迹线中的峰的形状的细微变化。在所有配置中，并且在两个读缓冲液浓度下，当使用碳墨对电极时，ECL产生的开始发生在大致3100mV处，并且当使用Ag/AgCl辅助电极时，ECL产生的开始发生在大致1100mV处。使用Ag/AgCl辅助电极的开始电位更接近于在具有Ag/AgCl参比的三电极系统中观察到的大致800mV开始电位。尽管开始电位相对独立于电极配置，但是在出现峰ECL强度时的电位中观察到小差异。对于Std 96-1配置，使用Ag/AgCl辅助电极的峰ECL对于TAG在1X和2X读缓冲液制剂中分别出现在大致1800mV和1900mV处。在碳对电极的情况下，峰分别是4000mV和4100mV。随着工作电极面积与辅助/对电极面积的比率降低，峰电位降低。这种效应的发生是因为在工作电极处实现峰值ECL所需的电流可在辅助/对电极处以更低的电流密度实现，并且因此具有更低的电位降。对于Std 96-10配置，使用Ag/AgCl辅助电极的峰ECL对于TAG在1X和2X读缓冲液制剂中分别出现在大致1700mV和1750mV处。对于具有电极面积的最低比率的Std 96ss配置，使用Ag/AgCl辅助电极的峰ECL对于TAG在1X和2X读缓冲液制剂中分别出现在大致1675mV和1700mV处。通过平衡辅助电极面积以维持固定比率，ECL曲线的形状可跨在工作电极面积上变化的配置保持更一致。Std 96ss BAL配置具有Std 96ss配置的工作电极面积，但是辅助电极面积减小，使得电极面积的比率与Std 96-1配置的电极面积的比率匹配。对于Std96ss BAL配置，使用Ag/AgCl辅助电极的峰ECL对于TAG在1X和2X读缓冲液制剂中分别出现在大致1750mV和1800mV处，并且其高于使用Std 966配置观察到的值并接近使用Std 96-1配置观察到的值。Std 96-1和Std 96ss BAL配置之间的峰电位的差异可仅指示当印刷Std96ss板时实现的实际面积比可小于丝网印刷设计中的目标面积比。图28中比较了三种电极配置的1μM TAG在MSD读缓冲液T 2X中的ECL迹线和电流。
表16、表17、表18和表19中分别提供了来自Std 96-1、Std 96ss、Std 96ss BAL和Std 96-10电极配置的积分ECL信号结果。每个表提供了三种不同Ag/AgCl辅助电极组成和对照碳对电极条件(Ag:AgCl＝“不适用”)的结果。该表提供了用于该条件的斜坡波形的起始电位(Vi)、结束电位(Vf)和持续时间(T)，以及针对TAG溶液测量的平均积分ECL信号(FT)和在不存在TAG的情况下针对用于TAG溶液的基础缓冲液测量的背景信号(T1X)。还提供了在每个板内和跨板的变化的变化系数(CV)。表(16至19)示出了积分信号在很大程度上独立于电极配置和辅助/对电极油墨组成。没有观察到具有电极配置或组成的CV中的明显趋势；具有最高CV的条件通常与单个异常孔或板相关联。尽管共享相同工作电极几何形状，但是对于Std 96ss BAL配置观察到比Std 96ss配置的情况略高的信号。在ECL产生期间在工作电极处所需的电流在更小的Std 96ss BAL辅助电极上产生更高的电流密度，这将辅助电极置于具有更低的斜率的电流对电压曲线(图26B)的区中。最终结果是减慢工作电极处的有效电压斜坡速率并增加产生ECL的时间。
表16
表17
表18
表19
上文参考图12A、图12B、图14A、图14B、图15A至图15L、图16和图17描述了电压脉冲的示例。在实施方案中，脉冲波形的量值和持续时间可针对辅助电极102的化学混合物和/或工作电极区104的配置来定制。图14A、图14B、图15A至图15L、图16和图17是例示为优化高结合对标准板的波形执行的测试的图。针对用碳形成的工作电极区104、用碳形成的对电极、以及用各种比率的Ag/AgCl形成的辅助电极102的各种配置执行该测试。在该测试中，使电压斜升来确定最大化ECL的电位值。该图示出了高结合对标准电极如何影响曲线中如何以及在什么点通过改变电位来产生ECL。测试结果可用于确定脉冲波形的最佳量值和/或持续时间。
更具体地，在该测试中，在未涂覆的标准(“Std”)和高结合(“HB”)96-1、96ss和96-10板上执行FT ECL迹线，如图8A至图8D所示。在12种不同SI板类型上测量300k FT：Std和HB96-1、96ss和96-10生产对照板；Std和HB 96-1、96ss以及96-10油墨比3Ag/AgCl板，其中Ag:AgCl比率为50:50。在每个板类型上运行五个波形(每个板类型4个重复孔)。生产板的波形如下：在3000ms(1.0V/s)、2000ms(1.5V/s)、1500ms(2.0V/s)、1200ms(2.5V/s)和1000ms(3.0V/s)中从2000mV到5000mV。Ag/AgCl板的波形如下：在3000ms(1.0V/s)、2000ms(1.5V/s)、1500ms(2.0V/s)、1200ms(2.5V/s)和1000ms(3.0V/s)中从0mV到3000mV。在具有视频系统的ECL系统上测量生产和Ag/AgCl板以捕获发光数据。为了产生图14A、图14B、图15A至图15L、图16和图17所示的图，宏用于确定在每个电位下的ECL强度，并且对4个重复求平均。制备均值ECL对电位曲线图。
基于执行的测试，确定生产和测试板中的每一者的ECL峰电压，如在表20中所示。ECL峰电压可用于设定ECL过程中的脉冲波形的量值。
表20
碳CE AgAgCl辅助电极
表面 ECL峰(mV) ECL峰(mV)
Std 96-1 3975 1825
Std 96ss 3825 1700
Std 96-10 3750 1725
HB 96-1 3650 1500
HB 96ss 3275 1275
HB 96-10 3250 1325
如图26、图27、图28A、图28B、图29、图30、图31、图32A和图32B所示，斜坡速率引起测量的ECL的变化，进一步示于表21中。增加斜坡速率增加了强度并降低了信号。增加斜坡速率增加了ECL峰的宽度。基线强度被定义为前10帧中的平均强度。开始电位被定义为ECL强度超过平均基线2倍时的电位。返回基线被定义为ECL强度低于基线2倍时的电位。宽度被定义为返回电位与开始电位之间的电位差。
对于Ag/AgCl辅助电极102，在用碳对电极的情况下，宽度以在1.0V/s和3.0V/s之间的速率从175mV增加到525mV。最大变化是HB 96-1。最小变化是Std 96ss。在Ag/AgCl对电极的情况下，宽度以在1.0V/s与3.0V/s之间的速率从375mV增加到450mV
表21
对于Ag/AgCl辅助电极102，在用碳对电极的情况下，宽度以在1.0V/s和3.0V/s之间的速率从175mV增加到525mV。最大变化是HB 96-1。最小变化是Std 96ss。在Ag/AgCl对电极的情况下，宽度以在1.0V/s与3.0V/s之间的速率从375mV增加到450mV。
实施例5—工作电极组成和斜坡速率对使用Ag/AgCl辅助电极的ECL产生的影响
对于该实验，以如实施例4中所述的96-1、96ss和96-10配置来制备板。具有Ag/AgCl辅助电极(“Ag/AgCl”)的测试板使用实施例4中所示的50％ AgCl Ag/AgCl混合物，以使用所选择的电极配置为ECL产生提供多于足够的还原能力。还制备了对照板(“碳”)，该对照板具有常规碳墨对电极来代替Ag/AgCl辅助电极。对于电极配置和辅助/对电极组成的每个组合，用工作电极、用如先前示例中使用的标准碳墨电极(描述为“标准”或“Std”)或用在印刷之后已通过氧等离子体处理的碳电极(描述为“高结合”或“HB”)来制造板。
当在MSD SECTOR成像器板读数器上在Std 96-1板中进行分析时，这些板用于从溶解在MSD读缓冲液T1X中的TAG生成ECL，该缓冲液的浓度提供约300,000个ECL计数的ECL信号(称为“300k游离标签”或“300k FT”的溶液)。对于该示例，使用视频捕获系统(如实施例4中所述)来进行分析以测量ECL实验期间的ECL时间进程。对于具有Ag/AgCl辅助电极的板使用从0V至3V的3V斜坡波形来生成ECL，并且对于具有碳对电极的板使用从2V至5V的斜坡波形来生成ECL。通过用5个不同斜坡持续时间(斜坡速度)测试每个板/电极状况来评估斜坡速度的影响：3.0s(1.0V/s)、2.0s(1.5V/s)、1.5s(2.0V/s)、1.2s(2.5V/s)和1.0s(3.0V/s)。在图29、图31A、图32A、图33A和图34A中分别提供了使用五个不同斜坡速度的具有碳对电极的对照板的ECL强度相对于施加电位的曲线图。在图30、图31B、图32B、图33B和图34B中提供了具有AgCl辅助电极的测试板的类似曲线图。对于1.0V/s斜坡速率，对照板和测试板的迹线一起绘制在图35中。
在所有斜坡速率和电极配置下，对于HB工作电极，ECL的开始处于比Std工作电极低的电位，这是由于其对于TPA氧化的开始的更低电位(对于HB为～0.6V并且对于Std为～0.8V，相对于Ag/AgCl参考)。对于具有碳对电极的对照板，HB 96-1板的ECL的开始处于比其他HB电极配置高的电位，这可能是支持96-1格式的大面积工作电极所需的更高电流所需要的对电极处的更高还原电位的影响。当使用Ag/AgCl辅助电极时，没有观察到开始电位的该大偏移，从而表明这些电极处的电位对电流密度的该变化较不敏感。图36A和图36B绘制了作为斜坡速率的函数的跨波形的积分ECL强度，并且示出了积分ECL强度随着斜坡速率减少，因为在产生ECL的电压区域中花费较少时间。图36D和图36E绘制了作为斜坡速率的函数的ECL开始电位，并且示出了相对于使用碳对电极，Ag/AgCl辅助电极提供对于电极配置和斜坡速率较不敏感的ECL开始电位。
图35绘制了测试(Ag/AgCl)板和对照(碳)板在1.0V/s斜坡速率下的ECL迹线(彩色曲线)。曲线图还示出了(黑色曲线)在Std和HB碳工作电极上的MSD读缓冲液T1X中的TPA的氧化的循环伏安电流相对于电压迹线。曲线图示出了Std相对于HB的较高ECL开始电位与TPA氧化的较高开始电位相关联。针对电极配置对ECL开始电位的影响的HB相对于Std的较高灵敏度可能是由于在ECL开始电位附近用HB电极观察到的高得多的TPA氧化电流。表22提供了用1.0V/s波形测量的提供每种板类型的最大ECL强度的施加电位。关于Ag/AgCl辅助电极，ECL峰电位与工作-对电极面积比相关：96-1>96-10>96ss。与HB板上的ECL开始电位一样，Ag/AgCl辅助电极最小化电极面积比对ECL峰电位和HB板中的偏移的影响。
表22
通过采用处于各种配置的Ag/AgCl辅助电极和工作电极的测定板进行各种实验。本文讨论了这些中的一些的结果。进行实验以确定在不同BTI浓度和电极配置下的ECL信号强度随工作电极与辅助电极比率的变化的差异。对于所有被测试的配置—同心开放斑点布置(例如，如图3A和图3B中所示)、同心闭合斑点布置(例如，如图7A和图7B中所示)、同心开放三叶布置(例如，如图4A和图4B中所示)和同心五角布置(例如，如图5A和图5B中所示)，观察到ECL响应强度随着比率增加而增加。在其中由于辅助电极大小的改变或由于工作电极大小的改变而增加比率的情况下观察到该结果。
在另一个实验中，观察到在不同BTI浓度和电极配置下的ECL信号强度随培养时间的变化的差异。对于所有被测试的配置—同心开放斑点布置(例如，如图3A和图3B所示)、同心开口三叶布置(例如，如图4A和图4B所示)和同心五角布置(例如，如图5A和图5B所示)，相对于一小时的培育时间，在二或三小时的培育时间下观察到增加的ECL信号。相对于2小时的培育时间，还观察到在3小时的培育时间下的ECL信号强度的增加。在进一步的实验中，观察到在不同BTI浓度下的跨不同电极排列的％CV随培育时间的差异。被测试的配置是同心开放斑点布置(例如，如图3A和图3B中所示)、同心开放三叶布置(例如，如图4A和图4B中所示)和同心五角布置(例如，如图5A和图5B中所示)。在同心开放斑点布置中，观察到％CV随着培养时间的增加而减小。在同心开放三叶布置中，观察到％CV随着培养时间从1至2小时的增加而增加。在同心五角布置中，观察到％CV随着培养时间从1至2以及从2至3小时的增加而增加。
在另一个实验中，观察到跨不同电极配置中的电化学电池的不同斑点的在不同工作电极区与辅助电极区比率下的增益的差异。被测试的配置是非同心10斑点布置、同心开放斑点布置(例如，如图3A和图3B中所示)和同心开放三叶布置(例如，如图4A和图4B中所示)。下面在表23中总结的结果表明相对于非同心布局，在同心开放布置中减小了最小增益和最大增益之间的范围。因此，工作电极区的同心布置可提供跨孔中的所有斑点或位置维持一致增益的优点。
表23
非同心 同心开放斑点 同心开放三叶
最大增益 1.157 1.05 1.079
最小增益 0.879 0.944 0.934
范围 0.278 0.106 0.145
在实施方案中，同心近似等距电极配置可向ECL规程提供特定优点，如上文和全文所讨论的。由于这些设计的对称性(例如，参见图1C、图3A至图3F、图6A至图7F)，斑点或工作电极区中的每一者类似地受到孔的总体几何形状的影响。例如，如相对于图2C所讨论的，针对同心布置的工作电极区中的每一者，填充孔的流体中的弯月面效应将近似相等。该情况发生是因为弯月面是径向效应，并且同心布置的工作电极区与孔的中心近似等距地定位。附加地，如上文所讨论，可在不同的工作电极区之间均衡质量输运效应。在轨道或旋转摇动期间，由于随时间推移的质量输运效应，孔内的材料的分布可取决于距孔的中心的距离。因此，工作电极区的同心布置用于减小或最小化可能由于整个孔中的不均匀材料分布而发生的变化。附加地，因为工作电极区中的每一者与辅助电极近似等距地定位，所以可减小或最小化本来可能由于不相等的距离而发生的任何伏安效应。
前面和下面的公开内容提供了涉及工作电极区和辅助电极的电化学电池。呈现并讨论了各种设计。在一些示例中，讨论了电极布置(例如、同心、隔离和等距布置)以及由这些电极布置提供的优点。在另外的示例中，讨论了电极组成(例如，Ag、Ag/AgCl和/或全文所公开的任何其他材料(例如，金属氧化物、金属/金属氧化物偶等))和由这些提供的优点。应当理解，本文所讨论的实施方案的范围包括也与其他材料(例如，碳、碳复合材料和/或其他碳基材料等)的电极一起使用的各种电极布置和图案示例(例如，如图3A至图8D和图37至图43D所示)。本文所讨论的电化学电池电极布置和几何形状所生成的优点可在包括本文所描述的任何材料的电极的实施方案中实现。此外，如本文所讨论的由使用Ag、Ag/AgCl和/或全文所公开的任何其他材料(例如，金属氧化物、金属/金属氧化物偶等)来形成电极的电化学电池所生成的优点可在包括其他工作电极区布置的实施方案中实现(例如，参见2010年11月30日公布的美国专利号7,842,246的图3A至图4E，该专利的全部内容并入本文)。
在实施方案中，如本文所述的电化学电池可设置有可单独寻址的电极。如全文所讨论的，与本公开一致的电化学电池包括根据特定定位和图案化布置的工作电极和辅助电极。如上文所讨论，相对于图9，例如，在实施方案中，单独孔的电化学电池可为可选择性寻址的(例如，电激发)。在另外的实施方案中，如下文相对于图37、图38A至图38C、图39A至图39L、图40A至图40N、图41A至图41M、图42A至图42I和图43A至图43D所讨论的，单独电化学电池内(例如，单独孔内)的单独电极可以是可选择性寻址的。这种设计准许电化学电池的衬底中的任何电极(以及电极的任何组合)独立于衬底中的每个其他电极被电寻址。
图37例示了根据本文公开的实施方案的具有可单独寻址电极的电化学电池。电化学电池1001包括多个工作电极区1002和至少一个辅助电极1003。在该图所例示的实施方案中，电化学电池1001可包括十个工作电极区1002和一个辅助电极1003。在其他实施方案中，可另选地提供更少或更多的工作电极区1002(例如，6、7、8、12个等)和/或可提供多个辅助电极(例如，2、4、5个等)。以下对可单独寻址电极电化学电池的讨论涉及图37所例示的十工作电极区设计(在全文中也称为十斑点设计)。在十斑点设计中，工作电极可由它们在孔内的位置来指代，例如在1斑点、2斑点、3斑点等处。然而，本文公开的与可单独寻址电极电化学电池有关的设备、系统和方法应当理解为不限于特定十斑点设计，并且可适当地应用于电极区的其他图案和定位，包括至少本文所公开的那些(例如，诸如图3A至图8C中所描绘的那些)。
如上文所讨论的，工作电极区可包括整个电极，并且在其他实施方案中，多于一个工作电极区可形成在单个电极内和/或上。例如，如关于下面讨论的孔电极结构3101所形成的电化学电池1001的情况，工作电极区可由彼此电隔离的单独工作电极形成。在其他示例中，工作电极区可被配置为由一种或多种导电材料形成的单个电极。在另一个示例中，如以上讨论的(例如，相对于图21A至图21F)工作电极区可通过隔离单个工作电极的部分来形成。在该示例中，单个工作电极可由一种或多种导电材料形成，并且工作电极区可通过使用绝缘材料(诸如电介质)电隔离单个工作电极的区域(“区”)来形成。尽管如本文所讨论的电化学电池1001由具有单独电隔离的工作电极的孔电极结构3101形成，但应当理解，孔电极结构3101的特征、元件和方面可被修改或改变以实现根据本文所讨论的其他方面的工作电极区，例如，通过隔离单个电极的区来形成的工作电极区。
图38A和图38B例示了根据本文公开的实施方案的具有包括可单独寻址电极电化学电池的孔的多孔板的部分。图38A是多孔测定板2000的透视顶视图。图38A例示了顶板3001，该顶板具有顶板开口3002，该顶板开口限定多孔测定板2000的孔3003，该孔以孔图案布置，每个孔由孔区域限定，如下文进一步讨论的。图38A还例示了基板3010，该基板包括衬底3100，如图38B所示。
图38B例示了衬底3100和其顶表面3190。在图38A所例示的示例性多孔测定板2000中，顶表面3190与顶板3001配合。图38B例示了有助于形成多个孔电极结构3101的衬底3100的顶表面3190中可见的各种元件。在下面提供了孔电极结构3101的其他元件和附加描述。孔电极结构3101帮助限定电化学电池1001(图37)，其包括多个工作电极区1002和至少一个辅助电极1003。
图38C例示了衬底3100和其底表面3210。衬底3100的底表面3210以多个电极接触部3201为特征，该多个电极接触部被布置成电极接触部分组并且形成孔电极结构3101的一部分，如下文所讨论的。
图38A至图38C例示了具有96个孔3003的12×8布置的多孔测定板2000。每个孔3003对应于孔电极结构3101。在另外的实施方案中，可提供任何适当数量的孔3003和孔电极结构3101。附加地，图38A至图38C中呈现的多孔测定板2000仅是本文所述的孔电极结构3101的一种用途的示例。本文所述的孔电极结构3101可用于形成用于各种应用的电化学电池1001，包括例如盒读取器、基于板的分析器、基于侧向流的测试设备等。
在实施方案中，孔电极结构3101可以各种方式形成在衬底3100上，例如经由顺序丝网印刷过程、蚀刻、沉积、光刻和/或用于形成电极的其他方法。在这些示例中，孔电极结构3101可被逐层地印刷到衬底3100上，尽管也设想了其他方法。在实施方案中，全文所描述的电极可被实现在一个或多个电路上，诸如例如印刷电路板(PCB)以及薄柔性PCB(例如，柔性电路)。图39A至图39L例示了孔电极结构3101和分层过程的各方面。
图39A至图42D描述了具有隔离且可单独寻址的工作电极3102和辅助电极3103的多孔测定板2000的衬底3100的设计和布局。此外，在下文的讨论期间，描述了用于实现如所讨论的设计和布局的各种制造过程。丝网印刷技术提供了制造具有本文公开的布局和设计的衬底3100的一个示例。另选制造方法(包括各种类型的印刷、沉积、光刻、蚀刻、喷墨印刷、柔性版印刷、凹版印刷及其他)可用于制造本文所述的结构而不背离本文中所讨论的实施方案的范围。附加地，本文所述的布局和设计可应用于不同材料的衬底3100，如可适合于特定制造技术，例如印刷电路板或柔性印刷电路板(柔性电路)。在实施方案中，出于制造目的，另选制造方法可包括、使用或需要另选尺寸。
在下面对用于产生衬底3100的分层过程的讨论中，讨论了各种尺寸。如下文相对于图39A至图39L所讨论的，讨论了标称尺寸。应当理解，这些尺寸的描述(无论是否使用术语标称)包括基于制造容差和限制的变化。此外，术语近似也用于描述尺寸。如下文所使用的，近似是指尺寸的变化超出了不干扰各种结构的所描述的功能性的制造容差的那些。
选择下文相对于图39A至图39L描述的尺寸以准许所有的所需特征布置在所准许的空间中而没有特征之间的干扰。干扰可指物理干扰(例如，以非预期方式相交的两个特征)以及电干扰(例如，以非预期方式彼此电影响的两个特征)。选择下面描述的尺寸以考虑制造容差和限制。这种关注涉及单层生产内的制造容差，例如在制造用于印刷的各种丝网和模板中涉及的容差以及在用丝网或模板印刷一个或多个特征中涉及的容差。所关注的容差还与跨越多个层的制造容差相关，例如，在一个层与后续层的配准中涉及的印刷到印刷配准容差。由于这些类型的制造误差，必须考虑容差或误差累积的可能性。例如，为了满足两个特征在最终产品中保持分开特定距离的要求，可能需要两个特征之间的标称距离大于该特定距离以考虑单层内的制造过程中的变化。此外，如果这些特征位于衬底上的不同层上，则必须选择标称距离以便还考虑潜在的印刷到印刷配准误差。
图39A例示了针对衬底3100的顶表面3190的一部分的电极图案。所例示的部分示出了设置在衬底3100的顶表面3190上的四个孔电极结构3101的特征。属于一个孔电极结构3101的特征用虚线边框概括地示出。如下所讨论，孔电极结构3101的特征在衬底3100的顶表面3190和底表面3210上被图案化。孔电极结构3101各自包括电极分组3104，该电极分组包括多个工作电极3102和辅助电极3103。工作电极3102是形成电化学电池1001的工作电极区1002的电极结构。如上文所讨论，在电化学电池1001中，工作电极区1002由单独电隔离的工作电极(例如，工作电极3102)形成。在另外的实施方案中，如上文所讨论，工作电极区1002可根据本文所讨论的其他原理和概念来形成。辅助电极3103是形成电化学电池1001的辅助电极1003的电极结构。多个工作电极3102中的每一者与辅助电极3103和多个工作电极3102的剩余部分电隔离，如下文相对于图案化过程更详细地讨论的。
电极分组3104设置在由孔周边3105限定的孔区域3106内。当衬底3100被粘附到顶板210时，孔区域3106被配置为对应于顶板开口3002以形成孔3003的底部。
图39B例示了针对衬底3100的底表面3210的一部分的电极接触部图案。电极接触部分组3204(示出了四个)各自对应于相应孔电极结构3101的电极接触部分组3204。属于一个孔电极接触部分组3204的特征用虚线边框概括地示出。每个电极接触部分组3204包括多个电极接触部，该多个电极接触部包括多个工作电极接触部3202和辅助电极接触部3203。电极接触部分组3204设置在孔区域3106的外侧。
在衬底3100的顶表面3190上图案化的孔电极结构3101的部分通过被布置成多个过孔分组3206的多个过孔3205连接到衬底的底表面3210上的孔电极结构3101的部分，其中每个过孔分组3206对应于相应孔电极结构3101的电极接触部分组3204和电极分组3104。过孔分组3206提供电极接触部分组3204和电极分组3104之间的电连接，如下所述。
孔电极结构3101各自还包括电极迹线分组，该电极迹线分组包括在顶表面3190上图案化的多个电迹线3107。如下所述，每个电极迹线3107提供过孔3205与工作电极3102或辅助电极3103之间的电连接。电迹线3107各自包括电连接到过孔3205(图39B中所示)并设置在孔区域3106外部的过孔接触斑点3110(图39A中所示)、从接触斑点3110延伸到孔区域3106中的电桥3109、以及电连接到电桥3109和孔区域3106内的对应工作电极3102的电极接触斑点3108。电极迹线分组还包括至少一个辅助电极迹线3112，其包括电连接到过孔3205(图39B中所示)并设置在孔区域3106外部的过孔接触斑点3110(图39A中所示)、从接触斑点3110延伸到孔区域3106中的电桥3109、以及电连接到电桥3109和对应辅助电极3103的电极接触斑点3108。因此，在每个工作电极3102和对应工作电极接触部3202之间通过对应过孔3205和对应电极迹线3107建立连续电通路，该对应电极迹线包括对应过孔接触斑点3110、对应电桥3109和对应电极接触斑点3108。类似地，在每个辅助电极3103和对应辅助电极接触部3203之间通过对应过孔3205和对应辅助电极迹线3112建立连续电通路，该对应辅助电极迹线包括对应过孔接触斑点3110、对应电桥3109和对应电极接触斑点3108。
在一个示例中，孔电极结构3101可如下布置。辅助电极3103可近似布置在孔区域3106的中心。辅助电极3103的区域可涵盖孔区域3106的中心。辅助电极3103可与孔区域3106近似同心。工作电极3102可布置在与辅助电极3103近似等距的圆中。工作电极可在圆中通过多个工作电极间距3111彼此分开。在实施方案中，多个工作电极间距3111中的至少一者的大小可被设置成准许将辅助电极3103连接到辅助电极接触部3203的多个电极迹线3112中的辅助电极迹线3112的电桥3109设置在其中或穿过其中。因此，辅助电极迹线3112的电桥3109跨越相邻工作电极3102。多个工作电极间距3111中的至少一者的大小设置可包括例如将至少两个相邻工作电极定位成相对于剩余工作电极3102彼此相距更大距离(在这两个工作电极之间创建间隙)。在该示例中，工作电极3102可形成C形图案。因此，多个工作电极间距3111中的至少一者可大于多个工作电极间距3111的剩余部分。在其他实施方案中，所有相邻工作电极3102之间的距离可相同(或近似相同)，其中每个相邻对之间具有足够距离以准许一个或多个辅助电极迹线3112的一个或多个电桥3109设置其中或穿过其中。在该示例中，工作电极形成同心圆形状。尽管这些示例涉及圆形孔，但也设想了其他孔形状(例如，正方形、矩形、椭圆形等)。
因此，如图39A和图39B所示，每个孔电极结构3101包括电极分组3104、包括多个电极迹线3107和辅助迹线3112的电迹线分组、电极接触部分组3204以及过孔分组3206。孔电极结构3101可形成电化学电池1001，如本文所讨论的。
图39C至图39J例示了根据本文公开的实施方案的与孔电极结构3101的构造相关的单独层。
图39C例示了在衬底中形成的孔洞的图案。孔洞3115在孔区域3106的外部形成在衬底3100中。孔洞3115可以是激光切割的、微钻孔洞的、或通过任何其他合适的方法来形成。为了冗余目的，孔洞3115成对地形成，其中一对对应于每个过孔3205。
孔洞3115的标称直径的范围可介于直径上约0.004"与0.010"之间。孔洞3115与孔区域相距大约0.019"。当衬底3100附接到顶板3001时，孔洞3115的定位准许在孔区域3106和顶板开口3002之间的配准中的大约0.019"的潜在变化。
图39D例示了施加到衬底的底表面以填充孔洞3115以便形成过孔3205的层的图案。导电层被施加到衬底3100的底表面3210。导电层流过孔洞3115并且填充该孔洞以形成导电过孔3205。导电层布置在多个过孔斑点3207中，每个过孔斑点对应于孔洞3115对中的一者。在实施方案中，形成过孔斑点3207的导电层可为银或另一种导电材料，例如其他金属(例如，金、铂、镍、钢、铱、铜、铝)、导电油墨、导电合金等。
过孔斑点3207被配置为近似圆形，其中在过孔斑点3207的边缘与孔洞3115的边缘之间具有近似0.015"的标称尺寸3901。因为孔洞3115成对布置，所以孔洞3115的边缘和斑点的边缘之间的距离可变化并且在一些地方可大至大约0.018"。针对标称尺寸3901选择大约0.0015"的标称值考虑了形成过孔斑点3207的导电层与孔洞3115之间的潜在配准误差。
图39E例示了施加到衬底的底表面以形成电极接触部分组的层的图案。电极接触部分组3204由施加到衬底3100的底表面3210的导电层形成。电极接触部分组3204中的每一者包括多个工作电极接触部3202(在该示例中为10个)和至少一个辅助电极接触部3203(在该示例中为1个)。图39E例示了具有四个电极接触部分组3204的衬底3100的底表面3210的一部分。属于单个电极接触部分组3204的电极接触部在图39E中以粗轮廓示出，其中工作电极接触部3202以粗实线绘出并且辅助电极接触部3203以粗虚线绘出。其他电极接触部分组3204中的每一者以相同图案布置和定位。为了维持孔中的斑点的单独可寻址性，电极接触部分组的电极接触部彼此电隔离。在实施方案中，电极接触部分组3204可由例如导电碳或任何其他合适材料的层形成。在另外的实施方案中，在不背离本公开的范围的情况下，可采用维持所有工作接触部3202和所有辅助电极接触部3203之间的电隔离的其他电极接触部分组布置。
工作电极接触部3202和至少一个辅助电极接触部3203被配置为在它们之间具有大约0.012"的标称尺寸3902。标称尺寸3902用于考虑可能致使两个电极接触部彼此连接的潜在印刷误差，其可能对隔离有害。工作电极接触部3203和至少一个辅助电极接触部3203可被配置为以大约0.008"的标称尺寸3903延伸超越过孔斑点3207。工作电极接触部3202和至少一个辅助电极接触部3203与过孔斑点3207之间的这种“突出”用于考虑图39D的层和图39E的层之间的配准中的潜在误差。
图39F例示了施加到衬底的顶表面以形成电极迹线分组的层图案。图39F例示了由施加到衬底3100的顶部表面3190的导电层形成的四个电极迹线分组3113。在图39F中，虚线被示为围绕单个电极迹线分组3113。电极迹线分组3113各自包括多个电迹线3107和至少一个辅助电极迹线3112。每个电极迹线分组3113属于孔电极结构3101并且提供过孔3205与电极分组3104之间的电连接。形成电极迹线分组3113的导电层可包括例如导电银。在实施方案中，导电银可流入孔洞3115中并且连接到施加到衬底3100的底表面3210的导电银以完成过孔3205的形成。在另外的实施方案中，可使用任何其他合适的导电材料来代替导电银，例如其他金属(诸如金、铂、镍、钢、铱、铜、铝)、导电合金等。
图39F中所例示的导电层被配置为在导电层的边缘与孔洞3115的边缘之间具有大约0.015"的标称尺寸3905。针对标称尺寸3905选择大约0.0015"的标称值考虑了形成电极迹线分组3113的导电层与孔洞3115之间的潜在配准误差。此外，电极迹线分组3113的特征之间的标称尺寸3906可为大约0.013"。标称尺寸3906考虑了在印刷形成电极迹线分组3113的导电层中的潜在误差。
图39G例示了施加到衬底的顶表面以形成辅助电极3103的层图案。将导电层施加到衬底3100的顶表面3190以针对每个孔电极结构3101形成至少一个辅助电极3103。形成至少一个辅助电极3103的导电层可包括例如碳和/或Ag-AgCl和/或其他化学混合物，包括具有多种金属氧化态的金属氧化物(例如，氧化锰)，或其他金属/金属氧化物偶(例如，银/氧化银、镍/氧化镍、锌/氧化锌、金/氧化金、铜/氧化铜、铂/氧化铂)，如本文所讨论的。
图39G中所例示的形成辅助电极3103的导电层被配置为以大约0.008"的标称尺寸3907延伸超越图39F的导电层。标称尺寸3907考虑了图39F的导电层与图39G的导电层之间的潜在配准误差。
图39H例示了施加到衬底的顶表面以形成电极迹线分组3113的一部分的层图案。将导电层施加到衬底3100的顶表面3190以形成电极迹线分组3113。电极迹线分组3113由在彼此顶上的两个导电层形成。相对于图39F描述了这些中的第一者。图39H所示的第二者施加在电迹线3107的整体上并且施加到辅助电极迹线3112的过孔接触斑点3110。在实施方案中，形成电极迹线3107和辅助电极迹线3112的第二层的导电层可由碳或任何其他合适的导电材料(诸如全文所描述的导电材料中的一种或多种)形成。
图39H中所例示的导电层被配置为在相邻过孔接触斑点3110之间具有大约0.012"的标称尺寸3908，并且在相邻电极接触斑点3108之间具有大约0.010"的标称尺寸3909。标称尺寸3908和3909考虑了在印刷形成电极迹线3107和辅助电极迹线3112的导电层中的潜在误差。图39H中所例示的导电层被进一步配置为在图39H的导电层的边缘与图39F的导电层的边缘之间具有大约0.002"的标称尺寸3910。标称尺寸3910提供突出以考虑图39H的导电层与图39F的导电层之间的潜在配准误差以便确保图39F的层均未暴露于图39H的层之外。
图39I例示了施加到衬底的顶表面以形成工作电极3102的层图案。将导电层施加到衬底3100的顶表面3190以形成工作电极3102。工作电极3102的导电层覆盖电极迹线分组3113的两个导电层(图39F、图39H)。在实施方案中，形成工作电极3102的导电层可由碳墨或任何其他合适的导电材料形成，诸如全文所描述的任何导电材料。
图39I中所例示的导电层被配置为在相邻工作电极3102之间具有大约0.014"的标称尺寸3911。标称尺寸3911考虑了在印刷形成工作电极3102的导电层中的潜在误差。
如相对于图39A至图39L所述，每个工作电极3102与每个其他工作电极3102和每个辅助电极3103电隔离，并且每个辅助电极3103与每个其他辅助电极3103和每个工作电极3102电隔离。此外，与每个工作电极3102或辅助电极3103相关联的电极迹线3107、辅助电极迹线3112、过孔3205、工作电极接触部3202和辅助电极接触部3203类似地与它们不关联于的所有其他工作电极3102或辅助电极3103(以及它们相关联的连接部件)隔离。如相对于图39A至图39L所描述的，该隔离通过在生产过程期间的隔离部件的物理分离来实现。
图39J例示了施加到衬底的顶表面以物理隔离工作电极3102和辅助电极3103的层。如上文所讨论，由于创建物理分离的分层和印刷过程，工作电极3102和辅助电极3103彼此电隔离。通过由介电或非导电层3119产生的物理隔离进一步促进这些部件之间的电隔离。介电或非导电层3119被施加到衬底3100的顶表面3190以物理隔离工作电极3102和辅助电极3103。介电或非导电层3119覆盖衬底的顶表面3190，从而填充先前施加的层之间的间隙并且仅使得图39G和图39I的导电层的对应于工作电极3102和辅助电极3103的部分暴露。在实施方案中，介电层可被施加在上升高于工作电极3102和辅助电极3103的层中，从而使这些电极处于介电层或非导电层3119中的凹痕的底部处。因此，介电层或非导电层3119可至少部分地用于创建本文所讨论的“斑点”。因此，介电层或非导电层3119可用于至少部分地创建工作电极3102和辅助电极3103之间的物理屏障。相对于图39K进一步例示了这些特征。
图39J所例示的介电层或非导电层3119被配置为在工作电极3102和工作电极3102的暴露部分(例如，工作电极区1002)之间以及在辅助电极3103和辅助电极3103的暴露部分之间具有大约0.007"的标称尺寸3912。标称尺寸3912考虑了介电层或非导电层3119与图39I的层之间的配准中的潜在误差，使得介电层或非导电层3119的暴露部分不延伸经过工作电极3102和辅助电极3103。此外，图39J的导电层被配置为暴露具有大约0.027"的标称直径3913的工作电极3102的部分并且暴露具有大约0.068"的标称直径3914的辅助电极3103的部分。标称直径3913和3914可被选择以实现特定的电极大小设置并且可相应地变化以实现所选择的电极大小。
图39K例示了施加到衬底的顶部表面的粘合剂层。在已经施加所有其他层之后，将粘合剂层3121作为顶层施加到衬底3100。以使得孔区域3106没有粘合剂的图案将粘合剂层3121施加到衬底3100。然后将衬底3100与顶板3001接合，使得顶板开口3002对应于孔区域3106以限定孔3003。粘合剂层3121可以是在施加之前被模切成正确图案(例如，移除与孔区域3106相关联的材料)的粘合剂材料的单独区段。可首先将粘合剂层3121配准并施加到顶板3001，并且然后可将具有粘合剂层3121的顶板3001配准并粘附到衬底3100。在实施方案中，可首先将粘合剂层3121施加到衬底3100，并且然后可将具有粘合剂层3121的衬底3100施加到顶板3001。
孔电极结构3101被配置成使得衬底3100上的所有工作电极3102和所有辅助电极3103彼此电隔离(例如，每个工作电极3102与剩余工作电极电隔离，衬底3100上的每个辅助电极3103与剩余辅助电极电隔离，每个工作电极3102与每个辅助电极3103电隔离等)。上述各层的定位和图案化使得与每个工作电极3102和每个辅助电极3103相关的所有导电元件(迹线、接触部等)彼此分开设置并且彼此电隔离。该隔离意味着所选择的电极分组3104的每个工作电极3102被配置为与所选择的电极分组3104的多个工作电极3102的剩余工作电极3102的电通电隔离地电通电。此外，整个衬底的每个工作电极3102被配置为独立于衬底的剩余工作电极3102被电通电。衬底3100或单独孔电极结构3101的工作电极3102可被分开地通电或寻址和/或可以任何组合被寻址或通电。
如上文所讨论，衬底3100的层被配置为具有所选择的标称尺寸以实现上述隔离。可选择标称尺寸以准许衬底3100的所有各种特征和方面被定位成彼此紧密接近，而不损害本文所讨论的隔离特性。选择标称尺寸以适应制造容差并且增加所制造的衬底将满足本文所讨论的功能要求的可能性。本文所讨论的标称尺寸仅作为示例并且提供产生具有本文所讨论的特性的衬底3100的尺寸设置的一个示例。在另外的实施方案中，在不背离本公开的范围的情况下，可采用另选标称尺寸来产生所需的功能。
图39L例示了在已经添加了以上讨论的层中的每一者之后的衬底3100的横截面。图39L例示了介电层3119(与相对于图39J讨论的特征相对应)、第一电极迹线导电层3503(与相对于图39F讨论的电极迹线3107/3112特征相对应)、辅助电极导电层3504(与相对于图39G讨论的辅助电极3103特征相对应)、第二电极迹线导电层3502(与相对于图39H讨论的电极迹线3107/3112特征相对应)和工作电极导电层3501(与相对于图39I讨论的工作电极3102特征相对应)。以下在表24中示出了这些层的厚度的示例性值。所提供的值仅为示例，并且可基于制造过程容差而变化了1％、5％、10％等。在另外的示例中，可使用另选值而不背离本发明的范围，包括变化了1％、5％、10％、15％、20％和更多的值。
表24
厚度(密耳) 厚度(微米)
介电层3119 0.5 13
工作电极导电层3501 0.4 10
第二电极迹线导电层3502 0.4 10
第一电极迹线导电层3503 0.3 8
辅助电极导电层3504 0.5 13
衬底3100 4.8 122
图40A至图40N例示了根据本文公开的实施方案的包括多个工作电极结构(形成多个可单独寻址电极电化学电池)的衬底的构造的各方面。图40A至图40N例示了可在一个或多个过程中采用以形成这些结构的各种图案(例如，由丝网形成)(例如，用于印刷工作电极结构所需的各种层的丝网印刷过程以及由于使用相应丝网而产生的印刷图案)。
图40A和图40B分别例示了第一丝网(过孔斑点丝网)4001和第一印刷图案(过孔斑点图案)4002，该第一印刷图案是由于在将第一导电层印刷在衬底的底表面上时使用第一丝网4001而产生的。图40B的图案对应于图39D中所例示的特征。图40A例示了包括多个过孔斑点孔洞4207的过孔斑点丝网图案4101。过孔斑点丝网图案4101被图案化到过孔斑点丝网4001上，该过孔斑点丝网可由例如不锈钢、聚酯等制造。过孔斑点丝网4001被配置为掩蔽衬底并且准许丝网印刷油墨穿过该过孔斑点孔洞4207以产生多个过孔斑点3207，如图40B所示。以上相对于图39D提供了通过使用过孔斑点丝网4001创建的过孔斑点图案4002的进一步细节。如图40A所例示，过孔斑点丝网图案4101可被配置用于印刷对应于12孔乘8孔板的96个孔的过孔斑点3207。另外的实施方案可包括被配置为跨较小的板(例如，48孔板等)和/或跨多个板(例如，2、3、4或更多个96孔板)印刷过孔斑点丝网图案4101的丝网。
图40C和图40D分别例示了第二丝网(电极接触部丝网)4003和第二印刷图案(电极接触部图案)4004，该第二印刷图案是由于在将第二导电层印刷在衬底的底表面上时使用第二丝网4003而产生的。图40D的图案对应于图39E中所例示的特征。图40C例示了包括多个电极接触部孔洞4203的电极接触部丝网图案4103。电极接触部丝网图案4103被图案化到电极接触部丝网4003上，该电极接触部丝网可由例如不锈钢、聚酯等制造。电极接触部丝网4003被配置为掩蔽衬底并且准许丝网印刷油墨穿过电极接触部孔洞4203以产生多个工作电极接触部3202和辅助电极接触部3203，如图40D所示。以上相对于图39E提供了通过使用电极接触部丝网4003创建的电极接触部图案4004的进一步细节。如图40C所例示，电极接触部丝网图案4103可被配置用于印刷对应于12孔乘8孔板的96个孔的工作电极接触部3202和辅助电极接触部3203。另外的实施方案可包括被配置为跨较小的板(例如，48孔板等)和/或跨多个板(例如，2、3、4或更多个96孔板)印刷电极接触部图案4004的丝网。
图40E和图40F分别例示了第三丝网(电极迹线基部丝网)4005和第三印刷图案(电极迹线基部图案)4006，该第三印刷图案是由于在将第一导电层印刷在衬底的顶表面上时使用第三丝网而产生的。图40F的图案对应于图39F中所例示的特征。图40E例示了包括多个电极迹线孔洞4105和多个辅助电极迹线孔洞4115的电极迹线基部丝网图案4104。电极迹线基部丝网图案4104被图案化到电极迹线基部丝网4005上，该电极迹线基部丝网可由例如不锈钢、聚酯等制造。电极迹线基部丝网4005被配置为掩蔽衬底并且准许丝网印刷油墨穿过电极迹线孔洞4105和辅助电极迹线孔洞4115以产生多个电极迹线3107和辅助电极迹线3112，如图40F所示。以上相对于图39F提供了通过使用电极迹线基部丝网4005创建的电极迹线基部图案4006的进一步细节。如图40E所例示，电极接触部基部丝网图案4104可被配置用于印刷对应于12孔乘8孔板的96个孔的多个电极迹线3107和辅助电极迹线3112。另外的实施方案可包括被配置为跨较小的板(例如，48孔板等)和/或跨多个板(例如，2、3、4或更多个96孔板)印刷电极迹线图案4006的丝网。
图40G和图40H分别例示了第四丝网(辅助电极丝网)4007和第四印刷图案(辅助电极图案)4008，该第四印刷图案是由于在将第二导电层印刷在衬底的顶表面上时使用第四丝网4007而产生的。图40H的图案对应于图39G中所例示的特征。图40G例示了包括多个辅助电极孔洞4107的辅助电极丝网图案4106。辅助电极丝网图案4106被图案化到辅助电极丝网4007上，该辅助电极丝网可由例如不锈钢、聚酯等制造。辅助电极丝网4007被配置为掩蔽衬底并且准许丝网印刷油墨穿过辅助电极孔洞4107以产生多个辅助电极3103，如图40H所示。以上相对于图39G提供了通过使用辅助电极丝网4007创建的辅助电极图案4008的进一步细节。如图40G所示，辅助电极丝网图案4106可被配置用于印刷对应于12孔乘8孔板的96个孔的多个辅助电极3103。另外的实施方案可包括被配置为跨较小的板(例如，48孔板等)和/或跨多个板(例如，2、3、4或更多个96孔板)印刷辅助电极图案4008的丝网。
图40I和图40J分别例示了第五丝网(电极迹线顶部丝网)4009和第五印刷图案(电极迹线顶部图案)4010，该第五印刷图案是由于在将第三导电层印刷在衬底的顶表面上时使用第五丝网而产生的。图40J的图案对应于图39H中所例示的特征。图40J例示了包括多个电极迹线孔洞4109和多个辅助电极斑点孔洞4119的电极迹线顶部丝网图案4108。电极迹线顶部丝网图案4108被图案化到电极迹线顶部丝网4009上，该电极迹线顶部丝网可由例如不锈钢、聚酯等制造。电极迹线顶部丝网4009被配置为掩蔽衬底并且准许丝网印刷油墨穿过电极迹线孔洞4109和辅助电极斑点孔洞4119以形成多个电极迹线3107的第二层和辅助电极迹线3112的过孔接触斑点3171，如图40J所示。以上相对于图39H提供了通过使用电极迹线顶部丝网4009创建的电极迹线顶部图案4010的进一步细节。如图40J所示，电极迹线顶部丝网图案4010可被配置用于印刷对应于12孔乘8孔板的96个孔的多个电极迹线3107的第二层和过孔接触斑点3171。另外的实施方案可包括被配置为跨较小的板(例如，48孔板等)和/或跨多个板(例如，2、3、4或更多个96孔板)印刷电极迹线顶部图案4010的丝网。
图40K和图40L分别例示了第六丝网(工作电极丝网)4011和第六印刷图案(工作电极图案)4012，该第六印刷图案是由于在将第四导电层印刷在衬底的顶表面上时使用第六丝网而产生的。图40L的图案对应于图39I中所例示的特征。图40E例示了包括多个工作电极孔洞4107的工作电极丝网图案4106。工作电极丝网图案4106被图案化到工作电极丝网4011上，该工作电极丝网可由例如不锈钢、聚酯等制造。工作电极丝网4011被配置为掩蔽衬底并且准许丝网印刷油墨穿过工作电极孔洞4107以产生多个工作电极3102，如图40L所示。以上相对于图39I提供了通过使用工作电极丝网4011创建的工作电极图案4012的进一步细节。如图40K所示，工作电极丝网图案4106可被配置用于印刷对应于12孔乘8孔板的96个孔的多个工作电极3102。另外的实施方案可包括被配置为跨较小的板(例如，48孔板等)和/或跨多个板(例如，2、3、4或更多个96孔板)印刷工作电极图案4012的丝网。
图40M和图40N分别例示了第七丝网(绝缘丝网)4013和第七印刷图案(绝缘图案)4014，该第七印刷图案是由于在将第五层印刷在衬底的顶表面上时使用第七丝网而产生的。图40N的图案对应于图39J中所例示的特征。图40M例示了包括工作电极绝缘孔洞4109和多个辅助电极绝缘孔洞4120的绝缘丝网图案4118。绝缘丝网图案4118在绝缘丝网4013上被图案化，该绝缘丝网可由例如不锈钢、聚酯等制造。绝缘丝网4013被配置为掩蔽衬底并且准许非导电层3119在除了工作电极3102和辅助电极3103的位置之外的所有位置处施加到衬底。以上相对于图39J提供了通过使用绝缘丝网4013产生的绝缘图案4014的进一步细节。根据以上相对于图39J讨论的绝缘图案4014的尺寸要求来设置绝缘丝网4013的尺寸。如图40M所示，绝缘丝网图案4118可被配置用于掩蔽衬底以准许施加对应于12孔乘8孔板的96个孔的非导电层3119。另外的实施方案可包括被配置用于较小的板(例如，48孔板等)和/或用于多个板(例如，2、3、4或更多个96孔板)的丝网。
图41A至图41M例示了根据本文公开的实施方案的包括多个工作电极结构(形成可单独寻址电极电化学电池)的衬底的不同视图。
图41A例示了衬底3100的顶表面3190，示出了所有导电层。图41B例示了衬底3100的顶表面3190，仅示出了可见层，其中所有其他层被介电层覆盖。图41C和图41D分别是图41A和图41B的部分的特写图，示出了衬底3100的顶表面3190，其分别示出了所有导电层和仅可见层。
如图41A中可见的并且在图41C中更详细可见的，将隔离的工作电极3102和辅助电极3103的所有所需特征装配在衬底3100上需要仔细考虑几何形状和尺寸设置。选择了相对于图39A至图39L讨论的特征尺寸和位置以维持导电特征之间的适当距离，以便防止短路或在由制造精度提供的限制内的其他干扰(电或以其他方式)。某些特征的大小设置和尺寸可能受到限制，例如，整个衬底大小和孔大小在工业中被标准化。可选择某些特征的大小设置和尺寸以最大化、增加、优化或以其他方式改善多孔板的电化学功能。例如，如上文所讨论，可能期望维持辅助电极3103和工作电极3102的表面积之间的特定比率。这需要这些电极的特定大小设置。附加特征的大小设置和尺寸可被设计或选择以适应约束和功能要求。
例如，有利的是将过孔3205定位成足够远离工作电极3102以便在将顶板3001定位成附接到衬底3100时提供容差。如上文所讨论，顶板3001经由粘合层3121附接到衬底3100。如果过孔3205在粘合剂层3121下方远离孔区域3106定位，则顶板3001与衬底3100的未配准不太可能导致其中顶板开口3002的区域包括过孔3205，从而潜在地导致流体泄漏或电短路或干扰的情况。然而，增加过孔3205与孔区域306之间的距离必须与确保一个孔电极结构3101的过孔3205不干扰第二孔电极结构3101的过孔3205相平衡。
在实施方案中，为了满足这些挑战，孔电极结构3101的圆形占用空间4901被配置为重叠。如本文所使用，孔电极结构3101的圆形占用空间4901是指提供涵盖单孔电极结构3101的所有特征的区域的最小直径圆。为了适应过孔3205(以及与其相关联的过孔接触斑点3110)的上述定位，例如增加过孔3205与其对应的孔区域3106之间的距离并同时减小相应孔电极结构3101的过孔3205之间的潜在干扰，圆形占用空间4901被配置为重叠。来自一个孔电极结构301的一个或多个过孔3205(和/或与其相关联的一个或多个过孔接触斑点3110的至少一部分)定位在相邻孔电极结构3101的圆形占用空间4901内。在实施方案中，该图案可跨衬底3100重复，使得每个孔电极结构3101具有与一个或多个相邻孔电极结构3101的圆形占用空间重叠的圆形占用空间4901。在实施方案中，每个孔电极结构3101可具有与其相邻孔电极结构3101中的每一者重叠的圆形占用空间4901。
图41E例示了衬底3100的底表面3210，示出了所有导电层。图41F例示了衬底3100的底表面3210，仅示出了可见层，其中所有其他层被最终层覆盖。图41G和图41H分别是图41E和图41F的部分的特写图，示出了衬底3100的底表面3210，其分别示出了所有导电层和仅可见层。如图41E至图41H所示，如上文所述，过孔3205放置的结果一直到达衬底3100的底表面3210。每个电极接触部分组3204(包括工作电极接触部3202和辅助电极接触部3203)的放置、尺寸设置和大小对准至少部分地由过孔3205的放置确定。工作电极接触部3202和辅助电极接触部3203的大小还可根据板形电连接器的操作和结构来确定，如下所讨论。在实施方案中，电极接触部分组3204的圆形占用空间4911可与一个或多个相邻电极接触部分组3204的圆形占用空间4911重叠。在实施方案中，每个电极接触部分组3204的圆形占用空间4911可与所有相邻电极接触部分组3204的圆形占用空间4911重叠。
图41I是衬底3100的顶表面3190的平面图，对应于在相对于图39J描述的分层过程后的衬底3100的状态。图41J是衬底3100的底表面3210的平面图，对应于在相对于图39B描述的分层过程后的衬底3100的状态。图41K是衬底3100的底表面3210的一部分的特写透视图，对应于图41J的特写透视图。图41L是衬底3100的顶表面3190的透视图，对应于图41I的透视图。图41M是衬底3100的顶表面3200的一部分的特写透视图，对应于图41L的特写透视图。
上文参考图38A至图41M描述了具有可单独寻址电极的多孔测定板。在不背离本公开的范围的情况下，本文所述的多孔测定板可被设置有一种或多种变型。图42A至图46B例示了以上讨论的设计的若干变型。相对于图42A至图46B呈现的附加或不同特征中的每一者可适当地结合到前述实施方案中的任一者中。
图42A至图42I例示了具有用于适应取向中性板装载的特征的电极结构图案。如本文所讨论的，取向中性板装载可包括适应多于一个板取向的板装载的方法。如本文所述，许多多孔测定板本质上是矩形的。一些多孔测定板可被设计成使得它们被装载到其中的仪器或设备被配置为在以一个取向装载时适应多孔测定板，但在以旋转180度的取向装载时不适应多孔测定板。如本文所讨论的，取向中性设计准许以至少两个取向装载或读取多孔板。在矩形多孔测定板的情况下，多孔测定板可被配置用于在以第一取向插入时以及在以与第一取向相差180度(在水平X-Y平面中)的第二取向插入或装载时进行操作。在可包括正方形多孔测定板的实施方案中，取向中性设计可包括在以四个取向插入或装载时起作用的设计，每个取向与另一个取向相差90度。因此，取向中性板装载的操作包括以第一取向或与第一取向相差180度的第二取向(或以四个取向中的任一者，例如，对于正方形板)将多孔测定板装载或插入测定系统或其他合适的仪器中。
在取向中性装载方法中，生成和测量电压电位在任何可接受板取向中提供了有效电测定条件或预期测定电条件，因为电极接触部与测定仪器的电连接器适当地对准。“有效电测定条件”和“预期测定电条件”可包括例如根据在大致(例如，在15％、10％、5％、3％或1％内)预期电压电位下在预期工作电极与辅助电极之间生成的电压电位生成的测定测试条件。因此，如果意图是测量孔电极结构的1斑点工作电极与其对应辅助电极之间的特定电压电位的影响，则如果在1斑点工作电极与其对应辅助电极之间施加大致特定电压电位并且测量响应，则获得有效电测定条件或预期测定电条件。例如，如果在预期的1斑点工作电极与其对应辅助电极之间施加与特定电压电位显著不同(例如，相差20％或更多)的电压电位并且测量响应，或者例如，如果施加到多孔测定板的不同部分的电压电位影响预期工作电极中的测定结果，则可获得无效电测定条件。例如，术语“有效电测定条件”和“预期测定电条件”还可包括当多孔测定板被装载或插入测定仪器或设备中时以预期、设计或期待方式建立的电连接。当多孔测定板被装载或插入测定仪器或设备中并且在多孔测定板的电极接触部与测定仪器或设备的电连接器之间以旨在用于该测定仪器或设备的方式建立电连接时，可建立“有效电测定条件”或“预期测定电条件”。例如，与测定仪器或设备相关联的电连接器可具有被配置为接触与一个孔电极结构相关联的工作电极和辅助电极的一组或多组电接触引脚或焊盘。当每组电接触引脚或焊盘与对应孔电极结构进行适当电连接并且没有与其并非预期或设计用于的附加孔电极结构建立电连接时，可建立“有效电测定条件”或“预期测定电条件”。当多孔测定板的电极不适当地连接到测定仪器时，例如，在工作电极和没有对应辅助电极(例如，根本没有辅助电极或者仅有不与目标工作电极相关联的辅助电极)之间施加电压电位，可能获得无效电测定条件或非预期测定电条件。例如，如果建立了导致非预期通电和/或干扰预期通电的到工作电极或辅助电极的附加和非预期电连接，则也可获得无效电测定条件或非预期测定电条件。例如，在系统被配置为寻址特定工作电极或工作电极的组合并且(相同或不同孔电极结构的)附加工作电极被寻址的情况下，可能发生非预期测定电条件的无效电测定条件。
如下文所讨论，图42A至图42I的取向中性电极结构图案采用汇流条来实现取向中性。图42A例示了针对衬底3100的顶表面3190的一部分的电极图案，而图42B例示了针对衬底3100的底表面3210的一部分的电极接触部图案。图42C至图42I提供了被配置为适应取向中性板装载的电极结构图案与被配置用于取向特定板装载的电极结构图案之间的比较。
现在参照图42C和图42D，例示了取向特定的电极结构图案的一些结果。图42C例示了电极接触部分组3204之间的接触，该电极接触部分组包括多个电极接触部，该多个电极接触部包括多个工作电极接触部3202和辅助电极接触部3203A。工作电极接触部3202A和辅助电极接触部3203A各自属于相同孔电极结构3101。还例示了属于相邻孔电极结构3101的辅助电极接触部3203。当多孔测定板定位在仪器内时，工作电极接触部3202与工作电极连接器4201A对准并接触，并且辅助电极接触部3203A与辅助电极连接器4201B对准并接触。该模式跨测定读取仪器中存在的所有工作/辅助电极连接器4201A和4201B重复自身。工作/辅助电极连接器4201A和辅助电极连接器4201B可以是接触引脚(例如，弹簧装载引脚、弹簧引脚等)、接触焊盘和/或任何其他合适的基于接触的连接器，如下文更详细地描述的。如图42D所示，如果多孔测定板以相反取向插入(例如，在X-Y平面中旋转180度)，则工作电极连接器4201A与工作电极接触部3202C对准并接触，但是辅助电极连接器4201B未能接触适当的辅助电极接触部3203C，而是接触相邻孔电极结构3101的辅助电极接触部3203D。这种未对准可能导致测定仪器中的故障或读取误差。
图42A例示了衬底3100的取向中性电极图案，与图39A所示的电极图案非常类似。图42A例示了电极图案的所有层。图42B例示了针对衬底3100的底表面3210的一部分的取向中性电极接触部图案。除了明确指出的地方，带有与图39A和图39B的那些标识符相同的标识符的图42A和图42B的特征在结构和功能上基本类似。所例示的部分示出了可设置在衬底3100的顶表面3190上的四个孔电极结构3101A的特征。属于一个孔电极结构3101A的特征用虚线边框概括地示出。图42A的孔电极结构3101A与图39A的孔电极结构3101的不同之处在于，它包括在两个相邻孔电极结构3101A之间共享的汇流条3109A、附加过孔斑点3207A和附加辅助电极接触部3203A(如图42B所示)。附加过孔斑点3207A由于其与过孔斑点3207的结构类似性(例如，形成电极接触部的基部层)而被这样称呼。如图42A和图42B中所例示，附加过孔斑点3207A可不与衬底3100中的任何过孔3115相关联。汇流条3109A(其也可称为延伸电桥3109A)从第一孔电极结构3101A的过孔斑点3207延伸，通过第一孔电极结构3101A的中心处的孔区域3106，到达第二孔电极结构3101A的过孔斑点3207，通过第二孔电极结构3101A的中心处的孔区域3106，并且到达第二孔电极结构3101A的附加过孔斑点3207A。因此，在过孔斑点3207/3207A之间建立连续电通路并且给因此建立辅助电极接触部3203/3203A的连续电通路。辅助电极接触部3203/3203A之间的连续电通路还通过辅助电极迹线3112与辅助电极3103进行电连接。如下文进一步解释的，将注意到，在大多数情况下，附加过孔斑点3207A是来自相邻孔电极结构3101A的过孔斑点3207，并且不一定需要向多孔板添加新结构。同样如下所述，由于孔电极结构3101A的图案的重复性质，因此汇流条3109A可充当针对单行孔电极结构3101A中的所有辅助电极3103和辅助电极接触部3203/3203A的汇流条。
图42B例示了针对衬底3100的底表面3210的一部分的取向中性电极接触部图案。电极接触部分组3204A(示出了四个)各自对应于相应孔电极结构3101A的电极接触部分组3204。属于一个孔电极接触部分组3204A的特征用虚线边框概括地示出。每个电极接触部分组3204A包括多个电极接触部，该多个电极接触部包括多个工作电极接触部3202和两个辅助电极接触部3203/3203A。辅助电极接触部3203与图39B所示的辅助电极接触部相同，而辅助电极接触部3203A是针对该电极接触部分组3204A的附加辅助电极接触部3203A(具有对应的附加过孔斑点3207A)。如下文进一步解释的，将注意到，在大多数情况下，附加辅助电极接触部3203A是来自相邻孔电极结构3101的辅助电极接触部3203，并且不一定需要向多孔板添加新结构。
在实施方案中，为了实现汇流条3109A，可应用印刷过程中的改变。汇流条3109A、附加过孔斑点3207A和附加辅助电极3203A可形成在衬底3100的底表面3210上。汇流条3109A可被形成为具有顶层3188和底层3189。汇流条3109A的底层3189和附加过孔斑点3207A可在添加包括过孔斑点3207的导电层的步骤中形成，如参考图39D、图40A和图40B所描述的。因此，汇流条3109A的底层3189和附加过孔斑点3207A可由与过孔斑点3207相同的材料(例如，银或其他导电金属)印刷。汇流条3109A的顶层3188和附加辅助电极3203A可在添加包括电极接触部分组3204的导电层的步骤中形成，如参考图39E、图40C和图40D所描述的。因此，汇流条3109A的顶层3188和附加辅助电极3203A可由与电极接触部分组3204相同的材料(导电碳或任何其他合适的材料)印刷。在另外的实施方案中，汇流条3109A、附加过孔斑点3207A和附加辅助电极3203A可在制造过程期间的任何合适时间且在任何合适层处添加。
在图42E和图42F中例示了图42B的取向中性电极接触部图案的结果。如图42E所示，当多孔测定板定位在仪器内时，工作电极接触部3202与工作电极连接器4201A对准并接触，并且辅助电极接触部3203A与辅助电极连接器4201B对准并接触。该模式跨测定读取仪器中存在的所有工作电极连接器4201A和4201B重复自身。如上文所讨论，辅助电极接触部3203A全部彼此连接。如果多孔测定板以相反取向插入，如图42D所示，则工作电极连接器4201A与工作电极接触部3202C对准并接触，并且辅助电极连接器4201B接触辅助电极接触部3203C。因为每个辅助电极接触部3203C彼此连接，所以不会导致故障或读取误差。
图42G例示了并入附加辅助电极接触部3203A的取向中性电极接触部图案4004A。在图39B的电极接触部图案中，每个孔电极结构3101对应于位于孔区域3106的一侧处的单个辅助电极接触部3203。在该设计中，当重复孔电极结构3101的图案时，每个孔电极结构3101的辅助电极接触部3203设置在相邻孔电极结构3101的图案中的间隙中。每个孔电极结构3101的圆形占用空间4911可与相邻占用空间4911重叠，如相对于图41G和图41H所讨论的。因此，取向中性电极接触部图案4004A可仅需要添加若干附加辅助电极接触部3203A以填充图案的一端处的间隙。在具有8行4309的12列4310的96孔板中，可能需要添加8个附加辅助电极接触部3203A，如图42E所示。在取向中性多孔板中，特定行4309的每个辅助电极接触部3203/3203A可通过充当汇流条的延伸电桥3109A在内部连接。
图42H和图42I例示了取向中性孔电极结构3101A的图案相对于各种电极连接器图案的操作。图42H例示了孔电极结构3101A的2×2扇区4311和对应扇区电连接器4211。扇区电连接器4211具有工作电极连接器4201A和辅助电极连接器4201B，其以对应于孔电极结构3101A的电极接触部分组3204A的2×2扇区的取向中性图案布置。如图42H中可见，反转扇区4311的取向准许适当的对准和板读取并且不阻止扇区电连接器4211进行适当的接触。
图42I例示了孔电极结构3101A的两列4310A/4310B和对应柱状电连接器4212。柱状电连接器4212具有工作电极连接器4201A和辅助电极连接器4201B，其以对应于孔电极结构3101A的电极接触部分组3204A的8孔列的取向中性图案布置。如图42I中可见，反转列4310A/4310B的取向准许适当的对准和板读取并且不阻止柱状电连接器4212进行适当的接触。
图43A至图43D例示了具有用于适应取向中性板装载的特征的电极结构图案。如下所讨论，图43A至图43D的电极结构图案使用居中的辅助电极接触部来实现取向中性。图43A例示了针对衬底3100的底表面3210的一部分的电极接触部图案。图43B例示了跨整个衬底的取向中性电极结构图案，而图43C和图43D提供了被配置为适应取向中性板装载的电极结构图案与被配置为用于取向特定中性板装载的电极结构图案之间的比较。
图43A例示了衬底3100的底表面3210的一部分的取向中性电极图案，与图39B所示的电极接触部图案非常类似。除了明确指出的地方，带有与图39B的那些标识符相同的标识符的43A的特征在结构和功能上基本类似。所例示的部分示出了可设置在衬底3100的顶表面3190上的四个孔电极结构3101B的特征。属于一个孔电极结构3101B的特征用虚线边框概括地示出。图43A的孔电极结构3101B与图39A的孔电极结构3101的不同之处在于，其包括附加居中辅助电极接触部3203B、附加过孔斑点3207B、以及在附加居中辅助电极接触部3203B与辅助电极接触部3203之间延伸的汇流条3209B。附加过孔斑点3207B由于其与过孔斑点3207的结构类似性(例如，形成电极接触部的基部层)而被这样称呼。如图43A中所例示，附加过孔斑点3207B可不与衬底3100中的任何过孔3115相关联。与例如图39A相比，图43A的取向中性电极图案不需要改变衬底3100的顶表面3190。
汇流条3209B用于为每个孔结构3101B提供附加居中辅助电极接触部3203B和辅助电极接触部3203之间的电通路。附加居中辅助电极接触部3203B设置在孔区域3106的中心处或附近。附加居中辅助电极接触部3203B可在孔区域3106内居中。附加居中辅助电极接触部3203B可因此在衬底3100的底表面3210上定位在与位于衬底3100的顶表面3190上的辅助电极3103相对或相反的位置中。因此，如下所讨论，与孔电极结构3101B的中心(以及附加居中辅助电极接触部3203B)对准的引脚或其他电接触部将经由汇流条3209B、辅助电极接触部3203和辅助电极迹线3112与辅助电极3103电接触。
在实施方案中，为了实现附加居中辅助电极3203B，可应用印刷过程中的改变。汇流条3109B、附加过孔斑点3207B和附加居中辅助电极3203B可形成在衬底3100的底表面3210上。汇流条3109B可被形成为具有顶层3288和底层3289。汇流条3109B的底层3289和附加过孔斑点3207B可在添加包括过孔斑点3207的导电层的步骤中形成，如参考图39D、图40A和图40B所描述的。因此，汇流条3109B的底层3289和附加过孔斑点3207B可由与过孔斑点3207相同的材料(例如，银或其他导电金属)印刷。汇流条3109B的顶层3288和附加居中辅助电极3203B可在添加包括电极接触部分组3204的导电层的步骤中形成，如参考图39E、图40C和图40D所描述的。因此，汇流条3109B的顶层3288和附加辅助电极3203B可由与电极接触部分组3204相同的材料(导电碳或任何其他合适的材料)印刷。在另外的实施方案中，汇流条3109B、附加过孔斑点3207B和附加辅助电极3203B可在制造过程期间的任何合适时间且在任何合适层处添加。
图43B例示了取向中性电极接触部图案4004B，其跨衬底3100的底表面3210的整体并入附加辅助电极接触部3203B。在取向中性电极接触部图案4004B中，每个孔电极结构3101B可具有两个辅助电极接触部3203和3203B，或者可仅具有居中辅助电极接触部3203B。与取向中性电极接触部图案4004A不同，行4309的辅助电极接触部3203B保持彼此电隔离。
图43C和图43D例示了取向中性孔电极结构3101B的图案相对于各种电极连接器图案的操作。图43C例示了孔电极结构3101B的2×2扇区4313和对应扇区电连接器4213。扇区电连接器4213具有工作电极连接器4201A和辅助电极连接器4201B，其以对应于孔电极结构3101B的电极接触部分组3204B的2×2扇区的取向中性图案布置。如图43C中可见，反转扇区4313的取向将不阻止扇区电连接器4213进行适当的接触。
图43D例示了孔电极结构3101B的两列4310A/4310B和对应柱状电连接器4214。柱状电连接器4214具有工作电极连接器4201A和辅助电极连接器4201B，其以对应于孔电极结构3101B的电极接触部分组3204B的8孔列的取向中性图案布置。该取向中性图案包括辅助电极连接器4201B，其大体位于工作电极连接器4201A的中心中，对应于附加居中辅助电极接触部3203B。此外，可排除可能对应于初始定位的辅助电极接触部3203的连接器。如图43D中可见，反转列4310A/4310B的取向将不阻止柱状电连接器4214进行适当的接触。
图44A至图44C例示了与本文所讨论的实施方案一致的柱状电连接器4200。柱状电连接器4200可类似于如图9A中描绘的板形电连接器902。柱状电连接器4200包括对应于接触引脚5201A和5201B(如图44B和图4C所示)的多个接触引线7201A和7201B以及相关联电路4202。接触引脚5201A/5201B可以是弹簧装载引脚、弹簧引脚或任何其他合适的引脚型电接触部。接触引脚5201A被配置为与多孔测定板2000的工作电极接触部3202对准并接触，如本文所讨论的。接触引脚5201B被配置为与多孔测定板2000的辅助电极接触部3203对准并接触，如本文所讨论的。柱状电连接器4200被配置为同时寻址多孔测定板2000的8个孔(一列)。多个接触引脚5201A/5201B被定位和配置为对应于具有孔电极结构3101的衬底3100的电极接触部分组3204的电极接触部。多个接触引脚5201A/5201B经由柱状电连接器4200的电路4202连接到适当板读取装置(参见例如段落[0180])。如图44A至图44C所示，柱状电连接器4200可包括对应于八个孔电极结构3101的多个接触引脚5201A/5201B。
在实施方案中，例如，如图44A所示，对应于在孔电极结构内具有相同位置的特定电极的接触引脚5201A可经由电路4202电连接。因此，被配置为在每个孔电极结构3101(被标记为A、B、C、D、E、F、G、H)中的第一位置(被标记为1)中接触工作电极接触部3202的接触引脚5201A被配置为在其相应孔电极结构3101中接触第一工作电极接触部3202并且进一步连接到被配置为在每个其他孔电极结构3101中接触第一工作电极接触部3202的每个其他接触引脚5201A。因此，单个电信号可激发或寻址具有相同位置的所有工作电极3102(在由柱状电连接器4200接触的8个孔电极结构的组中)。被配置为与辅助电极接触部3203对准并接触的接触引脚5201B不彼此电连接。
在一个实施方案中，提供总共八十八个接触引脚5201A/5201B。在该示例性实施方案中，八十八个接触引脚5201A中的八十个接触引脚被提供用于单个电化学电池中的工作电极3102(针对所有八个孔的十个单独斑点各一个，例如，所有八个斑点1s、2s等)，并且剩余的八个接触引脚5201B被提供用于八个辅助电极3103中的每一者。以这种方式，每个辅助电极3103可被单独地通电，并且来自八孔扇区的单独工作电极3102中的每一者可被单独地通电(例如，使所有八孔的斑点1通电、使所有八孔的斑点2通电等)。对于该88引脚设计，在实施方案中，可利用少于所有八个辅助电极3103，使得在八孔扇区中仅工作电极3102的子集被同时通电。例如，如果一个辅助电极触引脚5201B接地并且剩余的七个是浮动的，则通过向工作电极3102中的一个斑点(例如，斑点1)施加电位，来自具有接地辅助电极3102的孔3003的仅工作电极3102(斑点1)将被通电，而其他将不通电。也可使用其他示例(例如，使2、3、4个等辅助电极接触引脚5201B接地，其使剩余的辅助电极接触引脚浮动)
在实施方案中，每个接触引脚5201A/5201B可与每个其他接触引脚5201A/5201B电隔离，从而准许衬底的每个电极(工作电极和辅助电极)被单独寻址或以任何组合被寻址。在又一实施方案中，可提供任何数量的接触引脚5201A/5201B以同时寻址任何数量的孔电极结构。因此，当柱状电连接器4200被配置为同时寻址八个孔电极结构时，另外的板形电连接器可被配置为寻址更少(例如，4、2、1个孔的子集或“扇区”等)或更多(例如，12、16、24、32、36、40、48、56、60、64、72、80、84、88、96个孔的扇区等)。此外，此类板形电连接器可被布置成不同取向，例如2×2、4×1等。例如，参考图9A和图9B以及与其相关的描述，在全文中更详细地描述了扇区。在另外的实施方案中，接触引脚5201A/5201B可以任何其他合适的组合彼此电连接或隔离，而不管孔电极结构的布置。例如，跨连接器的所有接触引脚5201A可被电连接，而跨连接器的所有接触引脚5201B也被电连接。该布置使所有工作电极3202和辅助电极3203同时通电。在另一个布置中，可连接对应于来自单独孔电极结构3101的工作电极3202的所有接触引脚5201A，从而准许使每个孔3003中的所有斑点同时通电而不使任何其他斑点通电。
应注意，柱状电连接器4200包括适用于连接到电极接触部图案4004的引脚布置。此外，取向中性电极接触部图案4004A还与柱状电连接器4200的引脚布置兼容，因为汇流条3109A确保了对应于每个孔电极结构3101的辅助电极接触部3203的单个接触引脚5201B将以任一取向电连接到辅助电极3103。
在另外的实施方案中，接触引脚5201A/5201B可被配置为根据需要适应任何附加的或不同的孔电极结构3101。例如，可改变柱状电连接器4200以提供柱状电连接器4212(图42I)和4214(图43D)的取向中性图案。在其他实施方案中，柱状电连接器4200可包括适应各种电极接触部分组所需的更多或更少的引脚，包括例如包括每个分组的附加辅助电极接触部(例如，2、3、4或更多个等)和/或每个分组的更多或更少工作电极接触部的分组。
因此，可提供柱状电连接器4200以准许任何大小(例如，48孔、96孔等)的板中的工作电极和辅助电极的任何组合被寻址。如上文所讨论，给定多孔板的每个工作电极3102和每个辅助电极3103彼此电隔离。因此，设置有适当数量的隔离接触引脚的柱状电连接器4200可用于寻址以任何组合的多孔板2000的任何数量的工作电极3202和辅助电极3103。
图45A至图45F例示了与本文所讨论的实施方案一致的扇区电连接器5200/5200A/5200B。扇区电连接器5200/5200A/5200B可类似于如图9A中描绘的板形电连接器902。扇区电连接器5200/5200A/5200B包括多个接触引脚5201A/5201B和相关联的电路。接触引脚5201A/5201B可以是弹簧装载引脚、弹簧引脚或任何其他合适的引脚型电接触部。接触引脚5201A被配置为与多孔测定板2000的工作电极接触部3202对准并接触，如本文所讨论的。接触引脚5201B被配置为与多孔测定板2000的辅助电极接触部3203对准并接触，如本文所讨论的。扇区电连接器5200/5200A/5200B被配置为同时寻址多孔测定板2000的2×2扇区中的4个孔3003。多个接触引脚5201A/5201B被定位和配置为对应于具有孔电极结构3101的衬底3100的电极接触部分组3204的电极接触部。多个接触引脚5201A/5201B经由扇区电连接器5200/5200A/5200B的电路连接到适当板读取装置(参见例如段落[0132]-[0141])。
图45A和图45B例示了扇区电连接器5200，该扇区电连接器被配置为寻址根据电极接触部图案4004配置的多孔测定板2000。电极接触部图案4004A的取向中性性质也可由扇区电连接器5200适应。图45C和图45D例示了扇区电连接器5200A，该扇区电连接器被配置为寻址根据取向中性电极接触部图案4004A配置的多孔测定板2000。扇区电连接器5200A的接触引脚5201A/5201B的布置对应于图42H中所示的取向中性扇区电连接器4211的电连接器4201A/4201B。图45E和图45F例示了扇区电连接器5200B，该扇区电连接器被配置为寻址根据电极接触部图案4004B配置的多孔测定板2000。扇区电连接器5200B的接触引脚5201A/5201B的布置对应于图43C中所示的取向中性扇区电连接器4213的电连接器4201A/4201B。
在实施方案中，扇区电连接器5200/5200A/5200B的接触引脚5201A/5201B之间的电连接可以如以上相对于柱状电连接器4200所讨论的类似组合进行。以下示例可在任何扇区电连接器5200/5200A/5200B中实施。例如，在一个实施方案中，扇区电连接器5200/5200A/5200B的所有接触引脚5201A/5201B可彼此隔离，从而准许通过适当多路复用使以任何组合的多孔测定板2000的任何工作电极3102和任何辅助电极3103通电。在实施方案中，与2×2扇区的每个孔3003中的相同位置中的工作电极3202相关联的接触引脚5201A可被电连接，而与辅助电极3202相关联的接触引脚5201B保持隔离，从而准许单个孔3003中的工作电极3202的任何组合的通电以及其他三个孔3003中的任一者中的相同组合的通电。在实施方案中，与单个孔3003中的所有工作电极3202相关联的接触引脚5201A可被电连接但与和每个其他孔3003的工作电极3202相关联的接触引脚5201隔离，从而准许单个孔3003中的所有工作电极3202与其他孔3003分开地同时通电。在实施方案中，与2×2扇区的所有工作电极3202相关联的接触引脚5201A可被电连接，并且与2×2扇区的所有辅助电极3202相关联的接触引脚5201B可被电连接，从而使得2×2扇区中的所有工作电极3202被同时通电。
在另外的实施方案中，扇区电连接器5200/5200A/5200B的接触引脚5201A/5201B可被布置成在任何给定时间适应更多或更少的孔电极结构3101，包括3×3、4×4、8×8、8×12、8×2、8×4、4×2的布置以及任何其他合适的布置。
在另外的实施方案中，接触引脚5201A/5201B可被配置为根据需要适应任何附加的或不同的孔电极结构3101。在实施方案中，扇区电连接器5200/5200A/5200B可包括适应各种电极接触部分组所需的更多或更少的引脚，包括例如包括每个分组的附加辅助电极接触部(例如，2、3、4或更多个等)和/或每个分组的更多或更少工作电极接触部的分组。可提供扇区电连接器5200/5200A/5200B以准许任何大小(例如，48孔、96孔等)的板中的工作电极和辅助电极的任何组合被寻址。如上文所讨论，给定多孔测定板2000的每个工作电极3102和每个辅助电极3103彼此电隔离。因此，设置有适当数量的隔离接触引脚的扇区电连接器5200/5200A/5200B可用于寻址以任何组合的多孔板2000的任何数量的工作电极3202和辅助电极3103。
图46A至图46E例示了与本发明的实施方案一致的扇区柔性电连接器。柱状电连接器4200和扇区电连接器5200/5200A/5200B可分别具有88个接触引脚和44个接触引脚，如图所示。使用88个或44个弹簧装载的接触引脚可在所有接触引脚都进行接触并被压缩时生成大量的力。例如，因为柱状电连接器4200和扇区电连接器5200/5200A/5200B仅接触多孔测定板2000的一部分，所以由相应连接器施加的力可能导致与偏心力相关的不期望效果(扭转、挠曲等)。因此，在一些实施方案中，可能有利的是使用向多孔测定板2000施加较小力的连接器。
图46A例示了与本发明的实施方案一致的扇区柔性电连接器的衬底。图46B例示了与本发明的实施方案一致的放置在扇区柔性电连接器衬底上的电路的相对侧。图46C例示了与本发明的实施方案一致的设置在扇区柔性电连接器上的接触引脚。图46D例示了与本发明的实施方案一致的用于采用扇区柔性电连接器的示例系统。
扇区柔性电连接器6200可类似于如图9A中描绘的板形电连接器902。扇区柔性电连接器6200包括多个接触焊盘6202A/6202B和相关联的电路6202。接触焊盘6202A/6202B包括设置在其上的接触引脚6201A/6201B。在图46E中例示了接触引脚6201A/6201B的形状的实施方案。每个接触引脚6201A/6201B包括基本上圆柱形的基部7110、锥形中间部分7111和半球形接触部分7112。接触引脚6201A被配置为与多孔测定板2000的工作电极接触部3202对准并接触，如本文所讨论的。接触引脚6201B被配置为与多孔测定板2000的辅助电极接触部3203对准并接触，如本文所讨论的。扇区柔性电连接器6200被配置为同时寻址多孔测定板2000的4个孔(2×2扇区)(尽管其他配置可由另外的实施方案寻址，如下文所讨论的)。
多个接触引脚6201A/6201B被定位和配置为对应于具有孔电极结构3101的衬底3100的电极接触部分组3204的电极接触部。多个接触引脚6201A/6201B可经由扇区柔性电连接器6200的电路6202连接到适当板读取装置(参见例如段落[0132]-[0141])。如图46A至图46E所示，扇区柔性电连接器6200可包括对应于四个孔电极结构3101的多个接触引脚6201A/6201B。
图46A例示了扇区柔性电连接器6200的衬底6205。例如，衬底6205可以是适于此类PCB的任何材料的柔性PCB。衬底6205包括切穿衬底6205的整个深度的通道6209。通道6209可以是如图46A中所例示的锁眼形状或任何其他合适的形状。通道6209围绕接触焊盘6202A/6202B和接触焊盘突片6211切割并限定它们。接触焊盘突片6211大体比接触焊盘6202A/6202B窄并且将接触焊盘6202A/6202B连接到衬底6205的剩余部分。通道6209准许焊盘突片6211和接触焊盘6202A/6202B彼此独立地弯曲或挠曲。
图46B例示了衬底6205上的电连接。电接触部6203A/6203B设置在衬底6205上(例如，通过电路印刷或其他合适的技术)，该电接触部对应于相应的接触焊盘6202A/6202B。电接触部6203A/6202B可具有合适的导电材料。电接触部6203A/6203B通过合适的电路6204连接到连接引线6207，该连接引线被配置为与测定仪器或设备对接或者用于附接到被配置为与测定仪器或设备对接的连接器。
图46C例示了接触引脚6201A/6201B，该接触引脚设置在相应接触焊盘6202A/6202B上并从其延伸并且电连接到相应电接触部6203A/6203B。设置在接触焊盘6202A上并且电连接到电接触部6203A的接触引脚6201A被配置用于与多孔测定板2000的工作电极接触部3202对准。设置在接触焊盘6202B上并且电连接到电接触部6203B的接触引脚6201B被配置用于与多孔测定板2000的辅助电极接触部3203对准。
在实施方案中，例如，如图46A至图46C所示，对应于在孔电极结构3101内具有相同位置的特定电极的接触引脚6201A可经由电路6202电连接。因此，被配置为适应接触引脚6201A的电接触部6203A1进一步连接到其孔电极结构3101中的第一位置中的每个其他电接触部6203A1，该接触引脚被配置为接触每个孔电极结构3101中的第一位置中的工作电极接触部3202。因此，单个电信号可激发或寻址具有相同位置的所有工作电极3202(在由扇区柔性电连接器6200接触的4个孔电极结构的扇区中)。被配置为与辅助电极3203对准并接触的接触焊盘6203B彼此不电连接，从而准许在每个扇区中选择性地接合四个孔电极结构3101中的每一者。
在一个实施方案中，提供总共四十四个接触引脚6201A/6201B。在该示例性实施方案中，四十四个接触引脚6201A中的四十个接触引脚被提供用于电化学电池中的工作电极3102(针对所有四个孔的十个单独斑点各一个，例如，所有八个斑点1s、2s等)，并且剩余的四个接触引脚6201B被提供用于四个辅助电极3103中的每一者。以这种方式，每个辅助电极3103可被单独地通电，并且来自四孔扇区的单独工作电极3102中的每一者可被单独地通电(例如，使所有八孔的斑点1通电、使所有八孔的斑点2通电等)。对于该44引脚设计，在实施方案中，可利用少于所有四个辅助电极3103，使得在四孔扇区中仅工作电极3102的子集被同时通电。例如，如果一个辅助电极触引脚6201B接地并且剩余的三个是浮动的，则通过向工作电极3102中的一个斑点(例如，斑点1)施加电位，来自具有接地辅助电极3102的孔3003的仅工作电极3102(斑点1)将被通电，而其他将不通电。也可使用其他示例(例如，使2、3、4个等辅助电极接触引脚6201B接地，其使剩余的辅助电极接触引脚浮动)根据该实施方案，可寻址单孔电极结构3101内的工作电极3102的任何组合。该相同组合可在其他三个剩余孔电极结构3101中的任一者(或全部)中被寻址。
在另外的实施方案(未示出)中，每个接触引脚6201A/6201B可与每个其他接触引脚6201A/6201B电隔离，从而准许衬底的每个电极(工作电极和辅助电极)被单独寻址或以任何组合被寻址。在又一实施方案中，可提供任何数量的接触引脚6201A/6201B以同时寻址任何数量的孔电极结构。因此，当扇区电连接器6200被配置为同时寻址四个孔电极结构时，另外的柔性电连接器可被配置为寻址更少(例如，2个或1个孔3003的子集或“扇区”)或更多(例如，12、16、24、32、36、40、48、56、60、64、72、80、84、88、96个孔的扇区等)。此外，此类板形电连接器可被布置成不同取向，例如2×2、4×1、8×1、8×2等。例如，参考图9A和图9B以及与其相关的描述，在全文中更详细地描述了扇区。在另外的实施方案中，接触引脚6201A/6201B可以任何其他合适的组合彼此电连接或隔离，而不管孔电极结构3101的布置。例如，跨连接器的所有接触引脚6201A可被电连接，而跨连接器的所有接触引脚6201B也被电连接。该布置使所有工作电极3202和辅助电极3203同时通电。在另一个布置中，可连接对应于来自单独孔电极结构3101的工作电极3202的所有接触引脚6201A，从而准许使每个孔3003中的所有斑点同时通电而不使任何其他斑点通电。
应注意，扇区柔性电连接器6200包括适用于连接到电极接触部图案4004的引脚布置。此外，取向中性接触部图案4004A还与扇区柔性电连接器6200的引脚布置兼容，因为汇流条3109A确保了对应于每个孔电极结构3101的辅助电极接触部3203的单个接触引脚6201B将以任一取向电连接到辅助电极3103。
在另外的实施方案中，接触引脚6201A/6201B可被配置为根据需要适应任何附加的或不同的孔电极结构3101(例如，取向中性电极接触部图案4004A和4004B)。例如，可改变扇区柔性电连接器6200以提供扇区电连接器4213(图43C)和4211(图42H)的取向中性图案。在实施方案中，扇区柔性电连接器6200可被改变以适应柱状电连接器4212(图42I)和4214(图43D)的柱状布置。在其他实施方案中，扇区柔性电连接器6200可包括适应各种电极接触部分组所需的更多或更少的引脚，包括例如包括每个分组的附加辅助电极接触部(例如，2、3、4或更多个等)和/或每个分组的更多或更少工作电极接触部的分组。应当理解，明确公开了根据本文相对于图46A至图46E描述的柔性连接器结构和方法实现的电连接器和图案(至少包括电连接器902、4200、4211、4212、4213、4214、5200/5200A/5200C和本文所述的变型)的任何和所有实施方案。
因此，可提供扇区柔性电连接器6200以准许任何大小(例如，48孔、96孔等)的板中的工作电极和辅助电极的任何组合被寻址。如上文所讨论，给定多孔板的每个工作电极3102和每个辅助电极3103彼此电隔离。因此，设置有适当数量的隔离接触引脚的扇区柔性电连接器6200可用于寻址以任何组合的多孔板2000的任何数量的工作电极3202和辅助电极3103。
图46D例示了被配置为结合多孔测定板2000使用扇区柔性电连接器6200(或采用扇区柔性电连接器6200的柔性结构的任何电连接器)的系统的示例。多孔测定板2000由板滑架框架支撑，如例如在2019年5月7日发布的美国专利号10,281,678中描述的那样，该专利的内容由此通过引用整体并入，其使得多孔测定板2000的下侧上的电极接触部图案4004/4004A/4004B暴露。板滑架框架经由致动器在水平平面中移动以将暴露的电极接触部3202/3203与接触引脚6201A/6201B对准，如上文所述。然后操作接触系统7000以使扇区柔性电连接器6200与暴露的电极接触部3202/3203接触。接触系统7000的操作包括接合致动器7002以将柔性焊盘7001压入扇区柔性电连接器6200中，从而与多孔测定板2000的下侧上的电极接触部3202/3203进行接触。例如，致动器7002可包括液压致动器、步进马达、马达/连杆系统或被配置为提供受控运动的任何其他合适致动器。柔性焊盘7001可包括弹性体、橡胶、或任何其他合适的柔性材料。由于扇区柔性电极电连接器6200的柔性性质，这种接合方法与采用接触引脚的连接器相比可向多孔测定板2000给予更小的力并且因此可避免或减小与其相关联的一些问题。
图44A至图46E例示了可用于对工作电极3102和辅助电极3103的不同组合进行寻址(或者使其通电或进行询问)的若干示例电连接器。上文讨论的电连接器和电极分组合仅作为示例，并且多孔测定板2000的性质准许工作电极3102和辅助电极3103的任何组合被寻址而不寻址剩余的工作电极3102或辅助电极3103。被选择以进行寻址的工作电极3102和辅助电极3103可被称为所选择的工作电极和所选择的辅助电极。所选择的工作电极3102和辅助电极3103可选自一组孔电极结构3101。在每个孔电极结构内，所选择的工作电极3102可被称为指定工作电极3102。所选择的工作电极3102的一些示例性组合可包括：单个孔电极结构3101中的所有工作电极3102、位于一组孔电极结构3101内的相同位置中的指定工作电极3102(例如，在1位置、2位置、3位置等中的每个工作电极3102，以及诸如在1、2和5位置等中的每个工作电极3102的组合)，其中该组孔电极结构3101可包括2×2、4×4、8×8或N×N扇区、8×1或8×2或8×N列、或12×1、12×2或12×N行。
在实施方案中，本发明可被体现为计算机程序产品，该计算机程序产品可包括一种计算机可读存储介质(或多种计算机可读存储介质)和/或计算机可读存储设备。此类计算机可读存储介质或设备可存储用于使处理器执行这里描述的一个或多个方法的计算机可读程序指令。在一个实施方案中，计算机可读存储介质或设备包括可保留和存储指令以供指令执行设备使用的有形设备。计算机可读存储介质或设备的示例可包括但不限于电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或它们的任何合适的组合，例如，诸如计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存存储器)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、存储棒，但是不仅限于这些示例。计算机可读介质可包括计算机可读存储介质(如上文所述)或计算机可读传输介质，其可包括例如同轴电缆、铜线和光纤。计算机可读传输介质还可采用声波或光波的形式，诸如在射频、红外、无线或包括电波、磁波或电磁波的其他介质期间产生的那些声波或光波。
如可在本申请中使用的术语“计算机系统”可包括固定和/或便携式计算机硬件、软件、外围设备、移动和存储设备的多种组合。计算机系统可包括联网或以其他方式链接以协作地执行的多个单独部件，或者可包括一个或多个独立部件。本申请的计算机系统的硬件和软件部件可包括固定和便携式设备(诸如台式计算机、膝上型计算机和/或服务器)并可被包括在该固定和便携式设备内。模块可以是实施一些“功能性”的设备、软件、程序或系统的部件，其可被体现为软件、硬件、固件、电子电路等。
本公开的另外的实施方案至少包括以下内容。
实施方案1是一种多孔测定板，包括：顶板，该顶板具有顶板开口，该顶板开口限定该多孔测定板的孔，该孔以孔图案布置，每个孔由孔区域限定；基板，该基板包括具有顶表面和底表面的衬底，该顶表面配合到该顶板；和多个孔电极结构，该多个孔电极结构中的每个孔电极结构包括：电极分组，该电极分组在该顶表面上图案化并且具有辅助电极和多个工作电极，该多个工作电极与该辅助电极以及该多个工作电极的剩余部分电隔离；和电极接触部分组，该电极接触部分组与该电极分组相对应地在该底表面上图案化并且包括多个电极接触部，该多个电极接触部包括电连接到对应工作电极的多个工作电极接触部和电连接到该辅助电极的辅助电极接触部。
实施方案2是根据实施方案1所述的板，其中选择的电极分组的每个工作电极被配置为与该选择的电极分组的该多个工作电极的剩余工作电极的电通电隔离地电通电。
实施方案3是根据实施方案1或2所述的板，其中选择的电极分组的多个工作电极被配置为分开地电通电。
实施方案4是根据实施方案1至3所述的板，其中每个孔电极结构与该多个孔电极结构的剩余孔电极结构电隔离。
实施方案5是根据实施方案1至4所述的板，其中该顶表面还包括对应于在该顶表面上的该孔图案的粘合剂层，其中该孔区域不含粘合剂。
实施方案6是根据实施方案1至5所述的板，其中该电极分组设置在该孔区域内并且该电极接触部分组设置在该孔区域外部，并且其中该多个孔电极结构中的每个孔电极结构还包括：过孔分组，该过孔分组包括电连接到该多个电极接触部并穿过该衬底的多个过孔。
实施方案7是根据实施方案1至6所述的板，其中该多个孔电极结构中的每个孔电极结构还包括电极迹线分组，该电极迹线分组包括多个电迹线，该多个电迹线在该顶表面上图案化并且将该多个过孔电连接到该电极分组。
实施方案8是根据实施方案1至7所述的板，其中该多个过孔各自设置在该孔区域外大约0.019英寸处。
实施方案9是根据实施方案1至8所述的板，其中该多个过孔包括将该多个电极接触部中的每个电极接触部与该多个电极迹线中的每个电极迹线连接的两个过孔。
实施方案10是根据实施方案1至9所述的板，其中该多个电极接触部中的每个电极接触部包括：第一导电层和第二导电层，该第一导电层从该多个过孔中的对应过孔延伸至少大约0.015英寸，该第二导电层从该第一导电层延伸至少大约0.0008英寸。
实施方案11是根据实施方案1至10所述的板，其中该多个电迹线提供在布置在该孔区域外部的该电极接触部分组到布置在该孔区域内部的该电极分组之间的电连接。
实施方案12是根据实施方案1至11所述的板，其中该多个电极迹线各自包括：在该孔区域外部的与该多个过孔中的对应过孔电连通并从该多个过孔中的对应过孔延伸至少大约0.015英寸的过孔接触斑点、从该过孔接触斑点延伸到该孔区域中的电桥和连接到在该孔区域内部的该电桥的电极接触斑点。
实施方案13是根据实施方案1至12所述的板，其中该多个电极迹线各自包括：第一导电层，以及第二导电层，该第二导电层延伸成超出该第一导电层至少大约0.002"，并且其中：在该第一导电层中，该多个电极迹线中的每个电极迹线设置成相距该多个电极迹线的剩余部分至少大约0.013英寸，并且在该第二导电层中，该多个电极迹线中的每个电极迹线设置成相距该多个电极迹线的该剩余部分至少大约0.010英寸。
实施方案14是根据实施方案1至13所述的板，该辅助电极设置在该孔区域的近似中心处，该工作电极距该辅助电极近似等距地布置成圆圈。
实施方案15是根据实施方案1至14所述的板，其中，该工作电极在该圆圈中以多个工作电极间距彼此分开，并且该多个工作电极间距中的至少一个工作电极间距的大小被设定为准许该多个电极迹线中将该辅助电极连接到该辅助电极接触部的辅助电极迹线设置在其中。
实施方案16是根据实施方案1至15所述的板，其中该辅助电极包括第三导电层，该第三导电层延伸超过对应于该辅助电极的该电极接触斑点至少大约0.008英寸。
实施方案17是根据实施方案1至16所述的板，其中该多个工作电极各自包括第四导电层，该第四导电层设置在与对应工作电极相关联的该电极接触斑点上方。
实施方案18是根据实施方案1至17所述的板，其中该多个工作电极中的每个工作电极设置成相距该多个工作电极的该剩余部分至少大约0.0014英寸。
实施方案19是根据实施方案1至18所述的板，其中该衬底的该顶表面还包括第一绝缘层，该第一绝缘层以暴露该多个孔电极结构中的每个孔电极结构的该电极分组并覆盖该衬底的该顶表面的剩余部分的图案设置。
实施方案20是根据实施方案1至19所述的板，其中该多个孔电极结构包括48个孔电极结构。
实施方案21是根据实施方案1至20所述的板，其中该多个孔电极结构包括96个孔电极结构。
实施方案22是根据实施方案1至21所述的板，其中该电极接触部分组以取向中性图案布置。
实施方案23是根据实施方案1至22所述的板，还包括汇流条，该汇流条在该衬底的该底表面上图案化并且被配置为提供在该辅助电极接触部与相邻孔电极结构的相邻辅助电极接触部之间的电连接。
实施方案24是根据实施方案1至23所述的板，还包括汇流条，该汇流条在该衬底的该底表面上图案化并且被配置为提供在该辅助电极接触部与同设置在该衬底的该顶表面上的该辅助电极相反地设置在该衬底的该底表面上的附加居中辅助电极接触部之间的电连接。
实施方案25是根据实施方案1至24所述的板，其中该至少一个辅助电极包含Ag/AgCl。
实施方案26是一种使用多孔测定板的方法，该多孔测定板包括：多个孔，该多个孔以孔图案布置；多个孔电极结构，每个孔电极结构对应于该多个孔中的孔，该多个孔电极结构中的每个孔电极结构包括：电极分组，该电极分组在该孔的底部处图案化并且具有辅助电极和多个工作电极，该多个工作电极与该辅助电极以及该多个工作电极的剩余部分电隔离；该方法包括：在选择的工作电极与同选择的孔电极结构相关联的选择的辅助电极之间生成电压电位；维持该选择的孔电极结构的未通电工作电极的实质电隔离；以及测量对该电压电位的响应。
实施方案27是根据实施方案26所述的方法，还包括：在选择的工作电极与来自多个选择的孔电极结构的对应辅助电极之间生成多个电压电位；维持在该多个选择的孔电极结构中的每个选择的孔电极结构内的未通电工作电极的实质电隔离；以及测量对该多个电压电位的多个响应。
实施方案28是根据实施方案26或27所述的方法，其中生成该多个电压电位和测量该多个响应基本上同时地执行。
实施方案29是根据实施方案26至28所述的方法，还包括：在测量该多个响应之后，针对该多个选择的孔电极结构中的每个选择的孔电极结构中的该未通电工作电极顺序地进行以下操作：在未通电工作电极接触部中的每个未通电工作电极接触部与来自该多个选择的孔电极结构中的每个选择的孔电极结构的对应辅助电极之间生成顺序多个电压电位；维持在该多个选择的孔电极结构中的每个选择的孔电极结构内的该未通电工作电极的实质电隔离；以及测量对该顺序多个电压电位的多个响应。
实施方案30是根据实施方案26至29所述的方法，还包括：在第二选择的工作电极与同该选择的孔电极结构相关联的该选择的辅助电极之间生成第二电压电位；维持该选择的孔电极结构的该未通电工作电极的实质电隔离；以及测量对该第二电压电位的第二响应。
实施方案31是根据实施方案26至30所述的方法，其中该多孔测定板还包括电极接触部分组，该电极接触部分组在该多孔测定板的底表面上图案化并且包括多个电极接触部，该多个电极接触部包括电连接到对应工作电极的多个工作电极接触部和电连接到该辅助电极的辅助电极接触部，并且其中生成该电压电位包括：使该多个电极接触部与包括与该多个电极接触部相对应地布置的多个引脚的板形电连接器接触，从而将电压施加到来自该多个电极接触部的选择的电极接触部，该选择的电极接触部电连接到来自该多个工作电极的选择的工作电极。
实施方案32是根据实施方案26至31所述的方法，还包括在一个且仅一个选择的工作电极与同该选择的孔电极结构相关联的一个且仅一个选择的辅助电极之间生成该电压电位。
实施方案33是根据实施方案26至32所述的方法，还包括在少于该电极分组的该多个工作电极的全部的多个选择的工作电极与该选择的辅助电极之间生成该电压电位。
实施方案34是根据实施方案26至33所述的方法，还包括将生物样品沉积在该多个孔中的至少一个孔中。
实施方案35是根据实施方案26至34所述的方法，还包括将该多孔测定板装载到被配置为生成该电压电位的仪器中，其中该多孔测定板被配置用于在第一取向或与该第一取向相差180度的第二取向上的取向中性装载。
实施方案36是根据实施方案26至35所述的方法，其中该多孔测定板是第一多孔测定板，该方法还包括：将该第一多孔测定板装载到被配置为在第一取向上生成该电压电位的仪器中；以及将该第二多孔测定板在与第一方向相差180度的第二取向上装载到该仪器中，其中该电压电位在该第一取向上在该第一多孔测定板中和在该第二取向上在该第二多孔测定板中产生有效测定电条件。
实施方案37是根据实施方案26至35所述的方法，其中该选择的工作电极包括选择的孔电极结构的所有工作电极。
实施方案38是根据实施方案26至36所述的方法，其中该选择的工作电极选自一组孔电极结构，该一组工作电极包括来自一组孔电极结构的每个孔电极结构的相同数目的指定工作电极，其中该一组工作电极的该指定工作电极定位在该一组孔电极结构的每个孔电极结构中的相同相应位置处。
实施方案39是根据实施方案26至37所述的方法，其中该一组孔电极结构包括2×2、4×4或8×8扇区的孔电极结构。
实施方案40是根据实施方案26至38所述的方法，其中该一组孔电极结构包括8×1列或12×1行的孔电极结构。
实施方案41是根据实施方案26至39所述的方法，其中在每个孔电极结构中，该指定工作电极包括一个选择的工作电极或两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或九个选择的工作电极的组合。
实施方案42是一种制作多孔测定板的方法，该方法包括：在衬底中形成多个孔洞；在该衬底的第一侧上施加第一导电材料层，该第一导电层填充该多个孔洞以形成多个过孔；在该衬底的该第一侧上施加第二导电材料层，该第二导电层覆盖在该第一导电层上面以形成多个电极接触部；在该衬底的第二侧上施加第三导电材料层，该第三导电层形成多个电迹线，该多个电迹线将该多个过孔连接到多个辅助电极和多个工作电极；在该衬底的该第二侧上施加第四导电材料层，该第四导电层形成该多个辅助电极；在该衬底的该第二侧上施加覆盖在该第三导电层上面的第五导电材料层；在该衬底的该第二侧上施加第六导电材料层，该第六导电层形成该多个工作电极；在该衬底的该第二侧上施加绝缘材料层，该绝缘层暴露该多个辅助电极和该多个工作电极并使该衬底的该第二侧的剩余部分绝缘；以及将该衬底粘附到顶板，该顶板具有顶板开口，该顶板开口限定该多孔测定板的孔，该孔以孔图案布置，每个孔由孔区域限定。
实施方案43是根据实施方案42所述的方法，其中该多个辅助电极、该多个工作电极、该多个电迹线、该多个过孔和该多个电极接触部布置在多个孔电极结构中，每个孔电极结构包括：电极的电极分组，该电极分组在该第二侧上图案化并且具有来自该多个辅助电极的与该多个辅助电极以及该多个工作电极的剩余部分电隔离的辅助电极；电极接触部分组，该电极接触部分组包括来自该多个电极接触部的电连接到对应工作电极的工作电极接触部和电连接到该辅助电极的辅助电极接触部；过孔分组，该过孔分组包括来自该多个过孔的连接到该电极接触部分组的对应电极接触部的过孔；以及电迹线分组，该电迹线分组包括来自该多个电迹线的将该过孔分组的对应过孔连接到该电极分组的对应电极的电迹线。
实施方案44是根据实施方案42至43所述的方法，其中该辅助电极被来自该多个工作电极的圆形布置的工作电极分组包围。
实施方案49是根据实施方案42至44所述的方法，其中形成多个孔洞包括形成设置在距该孔区域的至少大约0.019英寸处的成对孔洞。
实施方案45是根据实施方案42至45所述的方法，其中施加该第一导电层包括围绕该过孔以基本上圆形的图案施加该第一导电层。
实施方案47是根据实施方案42至46所述的方法，其中该基本上圆形的图案从对应过孔延伸至少大约0.0015英寸。
实施方案48是根据实施方案42至47所述的方法，其中施加该第二导电层包括使该第二导电层从该第一导电层的边界延伸大约0.008英寸。
实施方案49是根据实施方案42至43所述的方法，其中施加该第三导电层包括提供在位于该孔区域外部的该多个过孔到位于该孔区域内部的该多个辅助电极和该多个工作电极之间的电连接。
实施方案50是根据实施方案42至49所述的方法，其中施加该第三导电层包括使该第三导电层的对应于该多个电迹线中的不同电迹线的部分之间维持至少大约0.013英寸，并且使该第三导电层从该多个过孔中的对应过孔延伸至少大约0.015英寸。
实施方案51是根据实施方案42至50所述的方法，其中施加该第四导电层包括将该多个辅助电极定位在圆形工作电极分组的中心。
实施方案52是根据实施方案42至51所述的方法，其中施加该第五导电层包括使该第五导电层从该第三导电层延伸大约0.002英寸。
实施方案53是根据实施方案42至52所述的方法，其中施加该第五导电层包括使该第五导电层的对应于该多个电迹线中的不同电迹线的部分之间维持至少大约0.010英寸。
实施方案54是根据实施方案42至53所述的方法，其中施加该第六导电层包括施加该工作电极并在该多个工作电极中的相邻工作电极之间维持大约0.014英寸的间隙。
实施方案55是根据实施方案42至54所述的方法，其中施加该绝缘层包括使该绝缘层从该多个工作电极的边缘向内延伸大约0.007英寸。
实施方案56是根据实施方案42至55所述的方法，其中将该衬底粘附到该顶板包括将粘合剂在该孔区域外部施加到该衬底的该第二侧。
实施方案57是一种用于执行电化学分析的电化学电池，该电化学电池包括：多个工作电极区，该多个工作电极区设置在该电池的表面上并在该表面上限定图案；以及至少一个辅助电极，该至少一个辅助电极设置在该表面上，其中该多个工作电极区中的每个工作电极区彼此电隔离并与该辅助电极电隔离。
实施方案58是根据实施方案57所述的电池，其中该图案被配置为在该工作电极区之间提供足够的距离，以便防止短路。
实施方案59是根据实施方案57或58所述的电池，其中该多个工作电极区中的单独工作电极区被配置为被电通电，同时维持该多个工作电极区中的剩余部分处于未通电状态。
实施方案60是根据实施方案57至59所述的电池，其中在该多个工作电极区中的单独工作电极区电通电包括在该单独工作电极区与该辅助电极之间生成电压电位。
实施方案61是根据实施方案57至60所述的电池，其中使该多个工作电极区中的单独工作电极区电通电包括在该单独工作电极区中的不同工作电极区与该辅助电极之间生成多个电压电位。
实施方案62是根据实施方案57至61所述的电池，其中该电化学电池是板的部分。
实施方案63是根据实施方案57至62所述的电池，其中该电化学电池是盒的部分。
实施方案64是根据实施方案57至63所述的电池，其中该电化学电池是流动电池的部分。
实施方案65是根据实施方案57至64所述的电池，其中：该辅助电极设置在该电化学电池的中心处，该工作电极距该辅助电极近似等距地布置成圆圈，该圆圈包括被配置为准许辅助电极迹线通过用于将该辅助电极连接到辅助电极接触部的间隙。
实施方案66是根据实施方案57至65所述的电池，其中该电化学分析包括电化学发光(ECL)分析。
实施方案67是根据实施方案57至66所述的电池，其中该至少一个辅助电极包含Ag/AgCl。
实施方案68是一种被配置为在多孔测定板与测定仪器之间提供接口的电连接器，该电连接器包括：第一多个电极连接器，该第一多个电极连接器根据工作电极接触部在多孔测定板的底表面上的图案布置；第二多个电极连接器，该第二多个电极连接器根据辅助电极接触部在该多孔测定板的该底表面上的图案布置；以及多个电路，该多个电路被配置为将该第一多个电极连接器和该第二多个电极连接器连接到该测定仪器。
实施方案69是根据实施方案68所述的电连接器，其中该第一多个电极连接器和该第二多个电极连接器彼此电隔离。
实施方案70是根据实施方案68或69所述的电连接器，其中：该第一多个电极连接器分成成组电极连接器，每组电极连接器具有被布置用于与该多孔测定板的单个孔的工作电极接触部连接的单独连接器，位于每组电极连接器内的相同位置处的单独电极连接器彼此电连接并与其他单独电极连接器电隔离，并且该第二多个电极连接器彼此电隔离。
实施方案71是根据实施方案68至70所述的电连接器，其中该第一多个电极连接器和该第二多个电极连接器各自包括接触引脚。
实施方案72是根据实施方案68至71所述的电连接器，其中该第一多个电极连接器和该第二多个电极连接器各自包括接触焊盘。
实施方案73是根据实施方案68至72所述的电连接器，其中该第一多个电极连接器中的每个电极连接器和该第二多个电极连接器中的每个电极连接器彼此电隔离。
实施方案74是根据实施方案65至73所述的电连接器，其中该电极连接器被配置为使该第一多个电极连接器中的单独电极连接器和每组电极连接器的该多孔测定板的第一多个相关联工作电极通电，而不使其他单独电极连接器和该多孔测定板的第二多个相关联工作电极通电。
实施方案75是根据实施方案68至74所述的电连接器，其中该电极连接器被配置为使位于每组电极连接器内的相同位置处的该单独电极连接器和每组电极连接器的该多孔测定板的第一多个相关联工作电极通电，而不使其他单独电极连接器和该多孔测定板的第二多个相关联工作电极通电。
实施方案76是根据实施方案68至75所述的电连接器，其中该第二多个电极连接器被配置为在第一取向或与该第一取向相差180度的第二取向上以取向中性方式接触多孔测定板。
实施方案77是一种使用一个或多个多孔测定板的方法，每个多孔测定板包括：多个孔，该多个孔以孔图案布置；多个孔电极结构，每个孔电极结构对应于该多个孔中的孔，该多个孔电极结构中的每个孔电极结构包括：电极接触部分组，该电极接触部分组以取向中性图案在多孔测定板的底部处图案化并且具有与辅助电极电连通的辅助电极接触部和与多个工作电极电连通的多个工作电极接触部；该方法包括：将该一个或多个多孔测定板中的第一多孔测定板装载到被配置为产生电压电位的仪器中；在选择的工作电极与同该第一多孔测定板的选择的孔电极结构相关联的选择的辅助电极之间生成电压电位；以及测量对该电压电位的响应，其中该电压电位产生有效测定电条件。
实施方案78是根据实施方案77所述的方法，其中装载该多孔测定板在取向中性装载操作中执行，并且其中该电压电位在该取向中性装载操作的第一取向和第二取向中的任一取向上产生有效测定电条件。
实施方案79是根据实施方案77或78所述的方法，还包括：将该第一多孔测定板装载到被配置为在第一取向上生成该电压电位的仪器中；以及将第二多孔测定板在与第一方向相差180度的第二取向上装载到该仪器中，其中该电压电位在该第一取向上在该第一多孔测定板中和在该第二取向上在该第二多孔测定板中产生有效测定电条件。
实施方案80是一种多孔测定板，包括：顶板，该顶板具有顶板开口，该顶板开口限定该多孔测定板的孔，该孔以孔图案布置，每个孔由孔区域限定；基板，该基板包括具有顶表面和底表面的衬底，该顶表面配合到该顶板；和多个孔电极结构，该多个孔电极结构中的每个孔电极结构包括：电极分组，该电极分组在该顶表面上图案化；和电极接触部分组，该电极接触部分组与该电极分组相对应地以取向中性图案在该底表面上图案化并且包括多个电极接触部，该多个电极接触部包括电连接到对应工作电极的多个工作电极接触部和电连接到该辅助电极的辅助电极接触部。
实施方案81是根据实施方案80所述的板，还包括汇流条，该汇流条在该衬底的该底表面上图案化并且被配置为提供在该辅助电极接触部与相邻孔电极结构的相邻辅助电极接触部之间的电连接。
实施方案82是根据实施方案80或81所述的板，还包括汇流条，该汇流条在该衬底的该底表面上图案化并且被配置为提供在该辅助电极接触部与同该辅助电极相反地设置的附加居中辅助电极接触部之间的电连接。
本文所用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而不旨在限制本发明。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚指示。还将理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的群组的存在或添加。
上文所述的实施方案是例示性示例，并且不应当解释成本发明限于这些特定实施方案。应当理解，本文公开的各个实施方案可以与说明书和附图中具体地呈现的组合不同的组合进行组合。还应当理解，取决于示例，本文所述的过程或方法中的任何过程或方法的某些动作或事件可按不同顺序执行，可被添加、合并或完全省去(例如，所有所述的动作或事件对于进行方法或过程而言可能都不是必需的)。另外，尽管出于清楚的目的将本发明的实施方案的某些特征描述为由单个模块或单元执行，但是应当理解，本文所述的特征和功能可由单元或模块的任何组合执行。因此，在不背离本发明的精神或范围的情况下，本领域技术人员可进行各种改变和修改。
尽管上文已经描述根据本公开的各个实施方案，但是应当理解，它们仅以例示和示例的方式呈现，而不是限制。相关领域技术人员将显而易见的是，在不背离本公开的精神和范围的情况下，可在形式和细节上进行各种改变。因此，本公开的广度和范围不应当受到上文所述的示例性实施方案中的任何实施方案的限制，而是应当仅根据所附权利要求书及其等同物限定。还将理解，本文讨论的每个实施方案的每个特征和本文引述的每个参考文献的每个特征可与任何其他实施方案的特征组合地使用。换句话说，上述多孔板的各方面可与本文所述的其他方法以任何组合使用，或者这些方法可单独地使用。本文中讨论的所有专利和出版物全文以引用方式并入本文。

Claims (82)

1.一种多孔测定板，包括：
顶板，所述顶板具有顶板开口，所述顶板开口限定所述多孔测定板的孔，所述孔以孔图案布置，每个孔由孔区域限定；
基板，所述基板包括具有顶表面和底表面的衬底，所述顶表面配合到所述顶板；
和多个孔电极结构，所述多个孔电极结构中的每个孔电极结构包括：电极分组，所述电极分组在所述顶表面上图案化并且具有辅助电极和多个工作电极，所述多个工作电极与所述辅助电极以及所述多个工作电极的剩余部分电隔离；和
电极接触部分组，所述电极接触部分组与所述电极分组相对应地在所述底表面上图案化并且包括多个电极接触部，所述多个电极接触部包括电连接到对应工作电极的多个工作电极接触部和电连接到所述辅助电极的辅助电极接触部。
2.根据权利要求1所述的板，其中选择的电极分组的每个工作电极被配置为与所述选择的电极分组的所述多个工作电极的剩余工作电极的电通电隔离地电通电。
3.根据权利要求1所述的板，其中选择的电极分组的多个工作电极被配置为分开地电通电。
4.根据权利要求1所述的板，其中每个孔电极结构与所述多个孔电极结构的剩余孔电极结构电隔离。
5.根据权利要求1所述的板，其中所述顶表面还包括对应于在所述顶表面上的所述孔图案的粘合剂层，其中所述孔区域不含粘合剂。
6.根据权利要求5所述的板，其中所述电极分组设置在所述孔区域内并且所述电极接触部分组设置在所述孔区域外部，并且其中所述多个孔电极结构中的每个孔电极结构还包括：
过孔分组，所述过孔分组包括电连接到所述多个电极接触部并穿过所述衬底的多个过孔。
7.根据权利要求6所述的板，其中所述多个孔电极结构中的每个孔电极结构还包括电极迹线分组，所述电极迹线分组包括多个电迹线，所述多个电迹线在所述顶表面上图案化并且将所述多个过孔电连接到所述电极分组。
8.根据权利要求6所述的板，其中所述多个过孔各自设置在所述孔区域外大约0.019英寸处。
9.根据权利要求6所述的板，其中所述多个过孔包括将所述多个电极接触部中的每个电极接触部与所述多个电极迹线中的每个电极迹线连接的两个过孔。
10.根据权利要求6所述的板，其中所述多个电极接触部中的每个电极接触部包括：
第一导电层和第二导电层，所述第一导电层从所述多个过孔中的对应过孔延伸至少大约0.015英寸，所述第二导电层从所述第一导电层延伸至少大约0.0008英寸。
11.根据权利要求6所述的板，其中所述多个电迹线提供在布置在所述孔区域外部的所述电极接触部分组到布置在所述孔区域内部的所述电极分组之间的电连接。
12.根据权利要求6所述的板，其中所述多个电极迹线各自包括：
在所述孔区域外部的与所述多个过孔中的对应过孔电连通并从所述多个过孔中的对应过孔延伸至少大约0.015英寸的过孔接触斑点、从所述过孔接触斑点延伸到所述孔区域中的电桥和连接到在所述孔区域内部的所述电桥的电极接触斑点。
13.根据权利要求12所述的板，其中所述多个电极迹线各自包括：
第一导电层，和
第二导电层，所述第二导电层延伸成超出所述第一导电层至少大约0.002"，并且其中：
在所述第一导电层中，所述多个电极迹线中的每个电极迹线设置成相距所述多个电极迹线的剩余部分至少大约0.013英寸，并且在所述第二导电层中，所述多个电极迹线中的每个电极迹线设置成相距所述多个电极迹线的所述剩余部分至少大约0.010英寸。
14.根据权利要求12所述的板，所述辅助电极设置在所述孔区域的近似中心处，所述工作电极距所述辅助电极近似等距地布置成圆圈。
15.根据权利要求12所述的板，其中，所述工作电极在所述圆圈中以多个工作电极间距彼此分开，并且所述多个工作电极间距中的至少一个工作电极间距的大小被设定为准许所述多个电极迹线中将所述辅助电极连接到所述辅助电极接触部的辅助电极迹线设置在其中。
16.根据权利要求15所述的板，其中所述辅助电极包括第三导电层，所述第三导电层延伸超过对应于所述辅助电极的所述电极接触斑点至少大约0.008英寸。
17.根据权利要求15所述的板，其中所述多个工作电极各自包括第四导电层，所述第四导电层设置在与对应工作电极相关联的所述电极接触斑点上方。
18.根据权利要求17所述的板，其中所述多个工作电极中的每个工作电极设置成相距所述多个工作电极的所述剩余部分至少大约0.0014英寸。
19.根据权利要求15所述的板，其中所述衬底的所述顶表面还包括第一绝缘层，所述第一绝缘层以暴露所述多个孔电极结构中的每个孔电极结构的所述电极分组并覆盖所述衬底的所述顶表面的剩余部分的图案设置。
20.根据权利要求1所述的板，其中所述辅助电极电连接到相邻孔电极结构的辅助电极。
21.根据权利要求1所述的板，其中所述辅助电极接触部布置在所述工作电极接触部的中心处。
22.根据权利要求1所述的板，其中所述电极接触部分组以取向中性图案布置。
23.根据权利要求1所述的板，还包括汇流条，所述汇流条在所述衬底的所述底表面上图案化并且被配置为提供在所述辅助电极接触部与相邻孔电极结构的相邻辅助电极接触部之间的电连接。
24.根据权利要求1所述的板，还包括汇流条，所述汇流条在所述衬底的所述底表面上图案化并且被配置为提供在所述辅助电极接触部与同设置在所述衬底的所述顶表面上的所述辅助电极相反地设置在所述衬底的所述底表面上的附加居中辅助电极接触部之间的电连接。
25.根据权利要求1所述的板，其中所述至少一个辅助电极包含Ag/AgCl。
26.一种使用多孔测定板的方法，所述多孔测定板包括：
多个孔，所述多个孔以孔图案布置；
多个孔电极结构，每个孔电极结构对应于所述多个孔中的孔，所述多个孔电极结构中的每个孔电极结构包括：
电极分组，所述电极分组在所述孔的底部处图案化并且具有辅助电极和多个工作电极，所述多个工作电极与所述辅助电极以及所述多个工作电极的剩余部分电隔离；
所述方法包括：
在选择的工作电极与同选择的孔电极结构相关联的选择的辅助电极之间生成电压电位；
维持所述选择的孔电极结构的未通电工作电极的实质电隔离；
以及测量对所述电压电位的响应。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括：
在选择的工作电极与来自多个选择的孔电极结构的对应辅助电极之间生成多个电压电位；
维持在所述多个选择的孔电极结构中的每个选择的孔电极结构内的未通电工作电极的实质电隔离；
以及测量对所述多个电压电位的多个响应。
28.根据权利要求27所述的方法，其中生成所述多个电压电位以及测量所述多个响应基本上同时地执行。
29.根据权利要求27所述的方法，还包括：
在测量所述多个响应之后，针对所述多个选择的孔电极结构中的每个选择的孔电极结构中的所述未通电工作电极顺序地进行以下操作：
在未通电工作电极接触部中的每个未通电工作电极接触部与来自所述多个选择的孔电极结构中的每个选择的孔电极结构的对应辅助电极之间生成顺序多个电压电位；
维持在所述多个选择的孔电极结构中的每个选择的孔电极结构内的所述未通电工作电极的实质电隔离；
以及测量对所述顺序多个电压电位的多个响应。
30.根据权利要求26所述的方法，还包括：
在第二选择的工作电极与同所述选择的孔电极结构相关联的所述选择的辅助电极之间生成第二电压电位；
维持所述选择的孔电极结构的所述未通电工作电极的实质电隔离；
以及测量对所述第二电压电位的第二响应。
31.根据权利要求26所述的方法，其中所述多孔测定板还包括电极接触部分组，所述电极接触部分组在所述多孔测定板的底表面上图案化并且包括多个电极接触部，所述多个电极接触部包括电连接到对应工作电极的多个工作电极接触部和电连接到所述辅助电极的辅助电极接触部，并且其中生成所述电压电位包括：
使所述多个电极接触部与包括与所述多个电极接触部相对应地布置的多个引脚的板形电连接器接触，从而将电压施加到来自所述多个电极接触部的选择的电极接触部，所述选择的电极接触部电连接到来自所述多个工作电极的选择的工作电极。
32.根据权利要求26所述的方法，还包括在一个且仅一个选择的工作电极与同所述选择的孔电极结构相关联的一个且仅一个选择的辅助电极之间生成所述电压电位。
33.根据权利要求26所述的方法，还包括在少于所述电极分组的所述多个工作电极的全部的多个选择的工作电极与所述选择的辅助电极之间生成所述电压电位。
34.根据权利要求26所述的方法，还包括将生物样品沉积在所述多个孔中的至少一个孔中。
35.根据权利要求26所述的方法，还包括将所述多孔测定板装载到被配置为生成所述电压电位的仪器中，其中所述多孔测定板被配置用于在第一取向或与所述第一取向相差180度的第二取向上的取向中性装载，
其中所述电压电位在所述第一取向和所述第二取向上产生有效测定电条件。
36.根据权利要求26所述的方法，其中所述多孔测定板是第一多孔测定板，所述方法还包括：
将所述第一多孔测定板装载到被配置为在第一取向上生成所述电压电位的仪器中；以及
将第二多孔测定板在与第一方向相差180度的第二取向上装载到所述仪器中，
其中所述电压电位在所述第一取向上在所述第一多孔测定板中和在所述第二取向上在所述第二多孔测定板中产生有效测定电条件。
37.根据权利要求27所述的方法，其中所述选择的工作电极包括选择的孔电极结构的所有工作电极。
38.根据权利要求27所述的方法，其中所述选择的工作电极选自一组孔电极结构，所述一组工作电极包括来自一组孔电极结构的每个孔电极结构的相同数目的指定工作电极，其中所述一组工作电极的所述指定工作电极定位在所述一组孔电极结构的每个孔电极结构中的相同相应位置处。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述一组孔电极结构包括2×2、4×4或8×8扇区的孔电极结构。
40.根据权利要求38所述的方法，其中所述一组孔电极结构包括8×1列或12×1行的孔电极结构。
41.根据权利要求38所述的方法，其中在每个孔电极结构中，所述指定工作电极包括一个选择的工作电极或两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或九个选择的工作电极的组合。
42.一种制作多孔测定板的方法，所述方法包括：
在衬底中形成多个孔洞；
在所述衬底的第一侧上施加第一导电材料层，所述第一导电层填充所述多个孔洞以形成多个过孔；
在所述衬底的所述第一侧上施加第二导电材料层，所述第二导电层覆盖在所述第一导电层上面以形成多个电极接触部；
在所述衬底的第二侧上施加第三导电材料层，所述第三导电层形成多个电迹线，所述多个电迹线将所述多个过孔连接到多个辅助电极和多个工作电极；
在所述衬底的所述第二侧上施加第四导电材料层，所述第四导电层形成所述多个辅助电极；
在所述衬底的所述第二侧上施加覆盖在所述第三导电层上面的第五导电材料层；
在所述衬底的所述第二侧上施加第六导电材料层，所述第六导电层形成所述多个工作电极；
在所述衬底的所述第二侧上施加材料的绝缘层，所述绝缘层暴露所述多个辅助电极和所述多个工作电极并使所述衬底的所述第二侧的剩余部分绝缘；
以及将所述衬底粘附到顶板，所述顶板具有顶板开口，所述顶板开口限定所述多孔测定板的孔，所述孔以孔图案布置，每个孔由孔区域限定。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述多个辅助电极、所述多个工作电极、所述多个电迹线、所述多个过孔和所述多个电极接触部布置在多个孔电极结构中，每个孔电极结构包括：
电极的电极分组，所述电极分组在所述第二侧上图案化并且具有来自所述多个辅助电极的与所述多个辅助电极以及所述多个工作电极的剩余部分电隔离的辅助电极；电极接触部分组，所述电极接触部分组包括来自所述多个电极接触部的电连接到对应工作电极的工作电极接触部和电连接到所述辅助电极的辅助电极接触部；过孔分组，所述过孔分组包括来自所述多个过孔的连接到所述电极接触部分组的对应电极接触部的过孔；以及电迹线分组，所述电迹线分组包括来自所述多个电迹线的将所述过孔分组的对应过孔连接到所述电极分组的对应电极的电迹线。
44.根据权利要求42所述的方法，其中所述辅助电极被来自所述多个工作电极的圆形布置的工作电极分组包围。
45.根据权利要求42所述的方法，其中形成所述多个孔洞包括形成设置在距所述孔区域的至少大约0.019英寸处的成对孔洞。
46.根据权利要求42所述的方法，其中施加所述第一导电层包括围绕所述过孔以基本上圆形的图案施加所述第一导电层。
47.根据权利要求46所述的方法，其中所述基本上圆形的图案从对应过孔延伸至少大约0.0015英寸。
48.根据权利要求47所述的方法，其中施加所述第二导电层包括使所述第二导电层从所述第一导电层的边界延伸大约0.008英寸。
49.根据权利要求42所述的方法，其中施加所述第三导电层包括提供在位于所述孔区域外部的所述多个过孔到位于所述孔区域内部的所述多个辅助电极和所述多个工作电极之间的电连接。
50.根据权利要求44所述的方法，其中施加所述第三导电层包括在所述第三导电层的对应于所述多个电迹线中的不同电迹线的部分之间维持至少大约0.013英寸，并且使所述第三导电层从所述多个过孔中的对应过孔延伸至少大约0.015英寸。
51.根据权利要求42所述的方法，其中施加所述第四导电层包括将所述多个辅助电极定位在圆形工作电极分组的中心。
52.根据权利要求42所述的方法，其中施加所述第五导电层包括使所述第五导电层从所述第三导电层延伸大约0.002英寸。
53.根据权利要求42所述的方法，其中施加所述第五导电层包括使所述第五导电层的对应于所述多个电迹线中的不同电迹线的部分之间维持至少大约0.010英寸。
54.根据权利要求42所述的方法，其中施加所述第六导电层包括施加所述工作电极并在所述多个工作电极中的相邻工作电极之间维持大约0.014英寸的间隙。
55.根据权利要求42所述的方法，其中施加所述绝缘层包括使所述绝缘层从所述多个工作电极的边缘向内延伸大约0.007英寸。
56.根据权利要求42所述的方法，其中将所述衬底粘附到所述顶板包括将粘合剂在所述孔区域外部施加到所述衬底的所述第二侧。
57.一种用于执行电化学分析的电化学电池，所述电化学电池包括：
多个工作电极区，所述多个工作电极区设置在所述电池的表面上并在所述表面上限定图案；
和至少一个辅助电极，所述至少一个辅助电极设置在所述表面上，其中所述多个工作电极区中的每个工作电极区彼此电隔离并与所述辅助电极电隔离。
58.根据权利要求53所述的电池，其中所述图案被配置为在所述工作电极区之间提供足够的距离，以便防止短路。
59.根据权利要求53所述的电池，其中所述多个工作电极区中的单独工作电极区被配置为被电通电，同时维持所述多个工作电极区中的剩余部分处于未通电状态。
60.根据权利要求59所述的电池，其中在所述多个工作电极区中的单独工作电极区电通电包括在所述单独工作电极区与所述辅助电极之间生成电压电位。
61.根据权利要求59所述的电池，其中在所述多个工作电极区中的单独工作电极区电通电包括在所述单独工作电极区中的不同工作电极区与所述辅助电极之间生成多个电压电位。
62.根据权利要求57所述的电池，其中所述电化学电池是板的部分。
63.根据权利要求57所述的电池，其中所述电化学电池是盒的部分。
64.根据权利要求57所述的电池，其中所述电化学电池是流动电池的部分。
65.根据权利要求57所述的电池，其中：
所述辅助电极设置在所述电化学电池的中心处，所述工作电极距所述辅助电极近似等距地布置成圆圈，所述圆圈包括被配置为准许辅助电极迹线通过用于将所述辅助电极连接到辅助电极接触部的间隙。
66.根据权利要求57所述的电池，其中所述电化学分析包括电化学发光(ECL)分析。
67.根据权利要求57所述的电池，其中所述至少一个辅助电极包含Ag/AgCl。
68.一种被配置为在多孔测定板与测定仪器之间提供接口的电连接器，所述电连接器包括：
第一多个电极连接器，所述第一多个电极连接器根据工作电极接触部在多孔测定板的底表面上的图案布置；
第二多个电极连接器，所述第二多个电极连接器根据辅助电极接触部在所述多孔测定板的所述底表面上的图案布置；和
多个电路，所述多个电路被配置为将所述第一多个电极连接器和所述第二多个电极连接器连接到所述测定仪器。
69.根据权利要求68所述的电连接器，其中所述第一多个电极连接器和所述第二多个电极连接器彼此电隔离。
70.根据权利要求68所述的电连接器，其中：
所述第一多个电极连接器分成成组电极连接器，每组电极连接器具有被布置用于与所述多孔测定板的单个孔的工作电极接触部连接的单独连接器，
位于每组电极连接器内的相同位置处的单独电极连接器彼此电连接并与其他单独电极连接器电隔离，并且
所述第二多个电极连接器彼此电隔离。
71.根据权利要求68所述的电连接器，其中所述第一多个电极连接器和所述第二多个电极连接器各自包括接触引脚。
72.根据权利要求68所述的电连接器，其中所述第一多个电极连接器和所述第二多个电极连接器各自包括接触焊盘。
73.根据权利要求69所述的电连接器，其中所述第一多个电极连接器中的每个电极连接器和所述第二多个电极连接器中的每个电极连接器彼此电隔离。
74.根据权利要求73所述的电连接器，其中所述电极连接器被配置为使所述第一多个电极连接器中的单独电极连接器和每组电极连接器的所述多孔测定板的第一多个相关联工作电极通电，而不使其他单独电极连接器和所述多孔测定板的第二多个相关联工作电极通电。
75.根据权利要求74所述的电连接器，其中所述电极连接器被配置为使位于每组电极连接器内的相同位置处的所述单独电极连接器和每组电极连接器的所述多孔测定板的第一多个相关联工作电极通电，而不使其他单独电极连接器和所述多孔测定板的第二多个相关联工作电极通电。
76.根据权利要求68所述的电连接器，其中所述第二多个电极连接器被配置为在第一取向或与所述第一取向相差180度的第二取向上以取向中性方式接触多孔测定板。
77.一种使用一个或多个多孔测定板的方法，每个多孔测定板包括：
多个孔，所述多个孔以孔图案布置；
多个孔电极结构，每个孔电极结构对应于所述多个孔中的孔，所述多个孔电极结构中的每个孔电极结构包括：
电极接触部分组，所述电极接触部分组以取向中性图案在多孔测定板的底部处图案化并且具有与辅助电极电连通的辅助电极接触部和与多个工作电极电连通的多个工作电极接触部；
所述方法包括：
将所述一个或多个多孔测定板中的第一多孔测定板装载到被配置为产生电压电位的仪器中，
在选择的工作电极与同所述第一多孔测定板的选择的孔电极结构相关联的选择的辅助电极之间生成电压电位；
以及测量对所述电压电位的响应，其中所述电压电位产生有效测定电条件。
78.根据权利要求77所述的方法，其中装载所述第一多孔测定板在取向中性装载操作中执行，并且其中所述电压电位在所述取向中性装载操作的第一取向和第二取向中的任一取向上产生有效测定电条件。
79.根据权利要求77所述的方法，还包括：
将所述第一多孔测定板装载到被配置为在第一取向上生成所述电压电位的仪器中；
将所述一个或多个多孔测定板中的第二多孔测定板在与第一方向相差180度的第二取向上装载到所述仪器中，
其中所述电压电位在所述第一取向上在所述第一多孔测定板中和在所述第二取向上在所述第二多孔测定板中产生有效测定电条件。
80.一种多孔测定板，包括：
顶板，所述顶板具有顶板开口，所述顶板开口限定所述多孔测定板的孔，所述孔以孔图案布置，每个孔由孔区域限定；
基板，所述基板包括具有顶表面和底表面的衬底，所述顶表面配合到所述顶板；
和多个孔电极结构，所述多个孔电极结构中的每个孔电极结构包括：电极分组，所述电极分组在所述顶表面上图案化；和
电极接触部分组，所述电极接触部分组与所述电极分组相对应地以取向中性图案在所述底表面上图案化并且包括多个电极接触部，所述多个电极接触部包括电连接到对应工作电极的多个工作电极接触部和电连接到所述辅助电极的辅助电极接触部。
81.根据权利要求80所述的多孔测定板，还包括汇流条，所述汇流条在所述衬底的所述底表面上图案化并且被配置为提供在所述辅助电极接触部与相邻孔电极结构的相邻辅助电极接触部之间的电连接。
82.根据权利要求80所述的多孔测定板，还包括汇流条，所述汇流条在所述衬底的所述底表面上图案化并且被配置为提供在所述辅助电极接触部与同所述辅助电极相反地设置的附加居中辅助电极接触部之间的电连接。
CN202280063154.8A 2021-08-13 2022-08-12 电化学电池设备和制造方法 Pending CN118043656A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163233167P 2021-08-13 2021-08-13
US63/233,167 2021-08-13
PCT/US2022/040230 WO2023018975A1 (en) 2021-08-13 2022-08-12 Electrochemical cell devices and methods of manufacturing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118043656A true CN118043656A (zh) 2024-05-14

Family

ID=83188970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280063154.8A Pending CN118043656A (zh) 2021-08-13 2022-08-12 电化学电池设备和制造方法

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20230061508A1 (zh)
EP (1) EP4384813A1 (zh)
JP (1) JP2024530051A (zh)
KR (1) KR20240060791A (zh)
CN (1) CN118043656A (zh)
AU (1) AU2022325891A1 (zh)
CA (1) CA3228270A1 (zh)
IL (1) IL310671A (zh)
TW (1) TW202340716A (zh)
WO (1) WO2023018975A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD889685S1 (en) * 2016-03-18 2020-07-07 Meso Scale Technologies, Llc. Reagent rack cover

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5591581A (en) 1986-04-30 1997-01-07 Igen, Inc. Electrochemiluminescent rhenium moieties and methods for their use
CA1339465C (en) 1986-04-30 1997-09-16 Richard J. Massey Electrochemiluminescent assays
US5705402A (en) 1988-11-03 1998-01-06 Igen International, Inc. Method and apparatus for magnetic microparticulate based luminescence assay including plurality of magnets
US5641623A (en) 1995-01-04 1997-06-24 Martin; Mark T. Electrochemiluminescence assay
US5643713A (en) 1995-06-07 1997-07-01 Liang; Pam Electrochemiluminescent monitoring of compounds
US6207369B1 (en) 1995-03-10 2001-03-27 Meso Scale Technologies, Llc Multi-array, multi-specific electrochemiluminescence testing
CN1661115A (zh) 1995-03-10 2005-08-31 梅索磅秤技术有限公司 多阵列、多特异性的电化学发光检验
US6214552B1 (en) 1998-09-17 2001-04-10 Igen International, Inc. Assays for measuring nucleic acid damaging activities
EP2461156B8 (en) * 2001-06-29 2020-10-28 Meso Scale Technologies, LLC. Apparatus for luminescence test measurements
CA2941139C (en) 2002-12-26 2021-07-20 Meso Scale Technologies, Llc. Assay cartridges and methods of using the same
US20060216203A1 (en) * 2005-03-28 2006-09-28 Mds Sciex (Us) A Division Of Mds Pharma Services (Us) Inc. Multiwell sample plate with integrated impedance electrodes and connection scheme
EP3514519B1 (en) 2009-12-07 2022-02-09 Meso Scale Technologies, LLC. Assay cartridges
AU2014203992B2 (en) 2013-01-04 2018-03-22 Meso Scale Technologies, Llc. Assay apparatuses, methods and reagents

Also Published As

Publication number Publication date
EP4384813A1 (en) 2024-06-19
US20230061508A1 (en) 2023-03-02
AU2022325891A1 (en) 2024-03-14
IL310671A (en) 2024-04-01
JP2024530051A (ja) 2024-08-14
KR20240060791A (ko) 2024-05-08
WO2023018975A1 (en) 2023-02-16
TW202340716A (zh) 2023-10-16
CA3228270A1 (en) 2023-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20070072169A1 (en) Process and apparatus for measuring binding events on a microarray of electrodes
US20220057362A1 (en) Auxiliary Electrodes and Methods for Using and Manufacturing the Same
CN113884481A (zh) 一种干式双极电化学发光芯片及其在免疫检测中的应用
CN118043656A (zh) 电化学电池设备和制造方法
CN110646493A (zh) 一种微流控芯片、蛋白检测方法、装置及系统
US20230213476A1 (en) Electrochemical cell devices and methods of manufacturing
Hsueh et al. Bipolar electrode arrays for chemical imaging and multiplexed sensing
Sornambigai et al. Tris (2, 2’-bipyridyl) ruthenium (II) complex as a universal reagent for the fabrication of heterogeneous electrochemiluminescence platforms and its recent analytical applications
US20040129579A1 (en) Photonic signal reporting of electrochemical events
US20100276734A1 (en) Electrochemical biosensor arrays and systems and methods of making same
US20240272116A1 (en) Electrochemical cell devices and methods of manufacturing
CN116529591A (zh) 带有含限定的界面电位的辅助电极的电化学池及使用它们的方法
Shirato et al. Bipolar Clark-Type Oxygen Electrode Arrays for Imaging and Multiplexed Measurements of the Respiratory Activity of Cells
JP2005534008A (ja) 電気化学的事象の光子信号報告
Zhang et al. Electrochemiluminescence Imaging
JP2012522230A (ja) 電気化学カメラ様式の装置およびその装置の製造方法ならびにその使用方法
Jibson et al. Electrochemical biosensor array characterization

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination