ES2836505T3 - Dispositivos de detección de luz con revestimiento de protección y métodos relacionados con este - Google Patents

Dispositivos de detección de luz con revestimiento de protección y métodos relacionados con este Download PDF

Info

Publication number
ES2836505T3
ES2836505T3 ES18215873T ES18215873T ES2836505T3 ES 2836505 T3 ES2836505 T3 ES 2836505T3 ES 18215873 T ES18215873 T ES 18215873T ES 18215873 T ES18215873 T ES 18215873T ES 2836505 T3 ES2836505 T3 ES 2836505T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
reaction
light
layer
base
reaction solution
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.)
Active
Application number
ES18215873T
Other languages
English (en)
Inventor
Xiuyu Cai
Joseph Francis Pinto
Thomas A Baker
Tracy Helen Fung
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.)
Illumina Inc
Original Assignee
Illumina Inc
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 Illumina Inc filed Critical Illumina Inc
Application granted granted Critical
Publication of ES2836505T3 publication Critical patent/ES2836505T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • 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
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • 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
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • 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
    • 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
    • B01L3/50853—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 with covers or lids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/09—Cuvette constructions adapted to resist hostile environments or corrosive or abrasive materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6452—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates
    • G01N21/6454—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates using an integrated detector array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/58—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances
    • G01N33/582—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances with fluorescent label
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14629—Reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02016—Circuit arrangements of general character for the devices
    • H01L31/02019—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02162—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
    • H01L31/02164—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors for shielding light, e.g. light blocking layers, cold shields for infrared detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02162—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
    • H01L31/02165—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors using interference filters, e.g. multilayer dielectric filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • 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
    • B01L2200/10—Integrating sample preparation and analysis in single entity, e.g. lab-on-a-chip concept
    • 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
    • B01L2300/0654—Lenses; Optical fibres
    • 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
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4446—Type of detector
    • G01J2001/446—Photodiode
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N2021/6432—Quenching
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N2021/6439—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" with indicators, stains, dyes, tags, labels, marks
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083—Constructional arrangements
    • G02B2006/12123—Diode

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Optical Measuring Cells (AREA)

Abstract

Un dispositivo (104), que comprende: una estructura de reacción (126) que forma una pluralidad de cavidades de reacción (108) para contener una solución de reacción con un pH menor o igual a aproximadamente 5 o un pH mayor o igual a aproximadamente 8 y al menos un sitio de reacción (114) que genera emisiones de luz en respuesta a la luz de excitación incidente después del tratamiento con la solución de reacción; y una base del dispositivo (125) que se coloca debajo de la estructura de reacción (126), que comprende: una base del sensor (141); una pluralidad de sensores de luz (140) que se incluyen en la base del sensor (141); capas de material dieléctrico (142) apiladas en la base del sensor (141); circuitos del dispositivo (146) acoplados eléctricamente a los sensores de luz (140) para transmitir señales de datos con base en fotones detectados por los sensores de luz (140), en donde los circuitos del dispositivo (146) se proporcionan dentro de las capas de material dieléctrico (142); una pluralidad de guías de luz (118) con regiones de entrada (158) que se disponen para recibir la luz de excitación y las emisiones de luz de al menos una cavidad de reacción (108) correspondiente, las guías de luz (118) que se extienden dentro de la base del dispositivo (125) a través de las capas de material dieléctrico (142) desde las regiones de entrada (158) hacia al menos un sensor de luz (140) correspondiente y las guías de luz (118) que comprenden al menos un material de filtro (116) que se dispone para filtrar la luz de excitación y permitir que las emisiones de luz pasen al al menos un sensor de luz (140) correspondiente; una capa de revestimiento (154) que se extiende sobre la base del dispositivo (125) y alrededor de las superficies laterales de cada guía de luz (118) y se coloca entre cada guía de luz (118) y los circuitos del dispositivo (146); una capa de protección (130) que se extiende alrededor de cada guía de luz (118) y se coloca entre el material de filtro (116) de cada guía de luz (118) y la capa de revestimiento (154), la capa de protección (130) que se dispone para evitar que la solución de reacción que pasa a través de la estructura de reacción (126) y la guía de luz (118) interactúe con los circuitos del dispositivo (146), en donde la capa de protección (130) es químicamente inerte con respecto a la solución de reacción con un pH menor o igual a aproximadamente 5 o un pH mayor o igual a aproximadamente 8; y una primera capa de blindaje (150) que se extiende entre las regiones de entrada adyacentes (158) para bloquear la luz de excitación y las emisiones de luz incidente en la primera capa de blindaje (150), en donde la primera capa de blindaje (150) se coloca debajo de la capa de revestimiento (154) y en contacto con las capas de material dieléctrico (142).

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivos de detección de luz con revestimiento de protección y métodos relacionados con este Antecedentes
Diferentes protocolos de investigación biológica o química implican la realización de un gran número de reacciones controladas en superficies de soporte locales o dentro de cámaras de reacción predefinidas. Las reacciones designadas pueden observarse o detectarse y el análisis posterior puede ayudar a identificar o revelar las propiedades de las sustancias involucradas en la reacción. Por ejemplo, en algunos ensayos multiplex, un analito desconocido que tiene una marca identificable (por ejemplo, una marca fluorescente) puede exponerse a miles de sondas conocidas en condiciones controladas. Cada sonda conocida puede depositarse dentro de un pocillo correspondiente de una microplaca. La observación de cualquier reacción química que ocurra entre las sondas conocidas y el analito desconocido dentro de los pozos puede ayudar a identificar o revelar las propiedades del analito. Otros ejemplos de tales protocolos incluyen procesos de secuenciación de ADN conocidos, tales como secuenciación por síntesis (SBS) o secuenciación de matriz cíclica.
En algunos protocolos convencionales de detección de fluorescencia, se usa un sistema óptico para dirigir una luz de excitación sobre analitos marcados con fluorescencia y para detectar también las señales fluorescentes que pueden emitirse desde los analitos. Sin embargo, tales sistemas ópticos pueden ser relativamente costosos e implican una superficie de trabajo relativamente grande. Por ejemplo, tales sistemas ópticos pueden incluir una disposición de lentes, filtros y fuentes de luz.
En otros sistemas de detección propuestos, las reacciones controladas ocurren en superficies de soporte locales o dentro de cámaras de reacción predefinidas que se proporcionan sobre un detector de luz o generador de imágenes electrónico de estado sólido (por ejemplo, un detector de semiconductor de óxido metálico complementario (CMOS) o un detector de dispositivo acoplado con carga (CCD)) que no implica un gran conjunto ópti
emisiones fluorescentes. Sin embargo, tales sistemas de imágenes de estado sólido propuestos pueden tener algunas limitaciones. Por ejemplo, la administración fluida de reactivos (por ejemplo, moléculas marcadas con fluorescencia) en una solución a los analitos que se encuentran en el dispositivo electrónico de tales sistemas puede presentar desafíos. En algunos escenarios, la solución de reactivo puede romper el dispositivo electrónico y corroer o deteriorar los componentes del mismo, por ejemplo.
El documento US 2017/0016830 A1 describe un biosensor que incluye un sustrato que tiene una región de detección de luz sobre el mismo. Una primera capa dieléctrica, una capa de barrera a la difusión y una segunda capa dieléctrica se disponen sobre el sustrato. En la segunda capa dieléctrica se forma una estructura de cavidad con zanjas, que se llena con una capa de filtro de luz que se cubre con una capa de cubierta. Una primera capa de pasivación y una capa de construcción de nanocavidades se disponen sobre la capa de cubierta. Se forma una nanocavidad en la capa de construcción de nanocavidades. La pared lateral y la superficie inferior de la nanocavidad se revisten con una segunda capa de pasivación.
Breve descripción
En un aspecto de la presente descripción, se proporciona un dispositivo como se define en la reivindicación 1 independiente adjunta.
En algunos ejemplos, la capa de protección se apoya en la pluralidad de guías de luz dentro de la base del dispositivo. En algunos de estos ejemplos, la capa de revestimiento se coloca entre la capa de protección y las capas de material dieléctrico, y la capa de revestimiento se apoya en las capas de material dieléctrico.
En algunos ejemplos, la capa de protección se extiende además entre una superficie superior de la base del dispositivo y áreas intersticiales de la estructura de reacción que se extienden alrededor de las cavidades de reacción. En algunos de estos ejemplos, la capa de revestimiento se extiende entre la capa de protección y la superficie superior de la base del dispositivo.
En algunos ejemplos, la capa de protección comprende dióxido de silicio, un óxido metálico, un nitruro metálico o una combinación de los mismos. En algunos ejemplos, la capa de protección comprende dióxido de silicio, oxinitruro de silicio, monóxido de silicio, carburo de silicio, oxicarburo de silicio, nitrocarburo de silicio, óxido metálico, nitruro metálico o una combinación de los mismos. En algunos de estos ejemplos, el pH de la solución de reacción es mayor o igual a aproximadamente 8. En algunos ejemplos, el pH de la solución de reacción es menor o igual a aproximadamente 5, y la capa de protección comprende carburo de silicio, oxicarburo de silicio, nitrocarburo de silicio, un óxido metálico, un nitruro metálico o una combinación de los mismos. En algunos ejemplos, la capa de protección comprende una capa de barrera impermeable a los líquidos. En algunos ejemplos, la capa de revestimiento comprende una capa de revestimiento de nitruro de silicio.
En algunos ejemplos, los circuitos del dispositivo comprenden elementos conductores interconectados y la capa de protección evita que la solución de reacción oxide los elementos conductores. En algunos ejemplos, el grosor de la capa de protección está dentro del rango de aproximadamente 5 nanómetros a aproximadamente 100 nanómetros.
En algunos ejemplos, la estructura de reacción comprende al menos un sitio de reacción inmovilizado en la estructura de reacción dentro de cada uno de la pluralidad de cavidades de reacción, y la solución de reacción puede iniciar una reacción y/o formar un producto de reacción con al menos un sitio de reacción que genera emisiones de luz en respuesta a la luz de excitación incidente. En algunos de tales ejemplos, al menos un sitio de reacción comprende al menos un analito, y la solución de reacción comprende al menos una molécula marcada con fluorescencia.
En algunos ejemplos, los circuitos del dispositivo de la base del dispositivo forman circuitos semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS).
En otro aspecto de la presente descripción, se proporciona un biosensor como se define en la reivindicación 11 adjunta. El biosensor comprende cualquiera de los dispositivos descritos anteriormente. El biosensor también comprende una celda de flujo que se monta en el dispositivo. La celda de flujo comprende la solución de reacción y al menos un canal de flujo que está en comunicación fluida con la pluralidad de cavidades de reacción de la estructura de reacción para dirigir la solución de reacción a la misma.
En otro aspecto de la presente descripción, se proporciona un método como se define en la reivindicación 12 adjunta.
En algunos ejemplos, la capa de protección comprende dióxido de silicio, oxinitruro de silicio, monóxido de silicio, carburo de silicio, oxicarburo de silicio, nitrocarburo de silicio, óxido metálico, nitruro metálico o una combinación de los mismos, y en donde la capa de revestimiento comprende una capa de blindaje de nitruro de silicio. En algunos ejemplos, depositar la capa de revestimiento sobre la base del dispositivo comprende además depositar la capa de protección sobre la base del dispositivo y además comprende depositar la capa de protección sobre la porción de la capa de revestimiento que se extiende sobre la superficie superior de la base del dispositivo.
En algunos ejemplos, el método comprende además pasar la solución de reacción con un pH menor o igual a aproximadamente 5 o un pH mayor o igual a aproximadamente 8 sobre la estructura de reacción.
Estos y otros objetos, características y ventajas de esta descripción resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de los diferentes aspectos de la descripción tomados junto con los dibujos acompañantes.
Dibujos
Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente descripción se comprenderán mejor cuando se lea la siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos acompañantes, que no se dibujan necesariamente a escala y en los que números de referencia similares representan aspectos similares en todos los dibujos, en donde: La Figura 1 ilustra, en un ejemplo, una sección transversal de un biosensor de acuerdo con la presente descripción. La Figura 2 ilustra,
Figure imgf000003_0001
un ejemplo, una vista superior de un dispositivo de detección del biosensor de la Figura 1. La Figura 3 ilustra, en un ejemplo, una sección transversal de una porción del dispositivo de detección de la Figura 2 que ilustra una porción de una estructura de reacción y una guía de luz de la misma.
La Figura 4 ilustra, en un ejemplo, una porción ampliada de la sección transversal de la Figura 3.
La Figura 5 ilustra, en un ejemplo, la porción ampliada de la sección transversal de la Figura 4 con solución de reacción sobre la estructura de reacción.
La Figura 6 ilustra, en un ejemplo, la porción ampliada de la sección transversal de la Figura 4 durante un evento de detección de luz.
La Figura 7 ilustra, en un ejemplo, la porción ampliada de la sección transversal de la Figura 4 con discontinuidades en la estructura de reacción y la guía de luz.
La Figura 8 ilustra, en un ejemplo, una porción ampliada de la sección transversal de la Figura 7 con discontinuidades en la estructura de reacción, la guía de luz y una capa de blindaje de la misma.
La Figura 9 es un diagrama de flujo que ilustra, en un ejemplo, un método de fabricación de un dispositivo de detección de luz de acuerdo con la presente descripción.
La Figura 10 ilustra, en un ejemplo, la formación de una zanja en la base de un dispositivo de un dispositivo de detección de luz.
La Figura 11 ilustra, en un ejemplo, la formación de una capa de blindaje dentro de la zanja en la base del dispositivo de la Figura 10.
La Figura 12 ilustra, en un ejemplo, la formación de una capa de protección sobre la capa de blindaje de la Figura
11.
La Figura 13 ilustra, en un ejemplo, la formación de una guía de luz con un primer material de filtro sobre la capa de protección de la Figura 12.
Descripción detallada
Los aspectos de la presente descripción y ciertos ejemplos, características, ventajas y detalles de la misma se explican más completamente a continuación con referencia a los ejemplos no limitativos ilustrados en los dibujos acompañantes. Se omiten las descripciones de materiales conocidos, herramientas de fabricación, técnicas de procesamiento, etcétera para no oscurecer innecesariamente los detalles relevantes. Debe entenderse, sin embargo, que la descripción detallada y los ejemplos específicos, aunque indican aspectos de la descripción, se dan únicamente a modo de ilustración y no a modo de limitación. Dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas, serán evidentes para los expertos en la técnica a partir de esta descripción diferentes sustituciones, modificaciones, adiciones y/o disposiciones.
El lenguaje aproximado, como se usa en la presente a lo largo de la descripción, puede aplicarse para modificarse cualquier representación cuantitativa que podría variar de manera permisible sin dar como resultado un cambio en la función básica con la que se relaciona. Por consiguiente, un valor modificado por un término o términos, como "aproximadamente" o "sustancialmente", no se limita al valor preciso especificado. Por ejemplo, estos términos pueden referirse a menor o igual a ± 5 %, tal como menor o igual a ± 2 %, tal como menor o igual a ± 1 %, tal como menor o igual a ± 0,5 %, tales como menor o igual a ± 0,2 %, tal como menor o igual a ± 0,1 %, tal como menor o igual a ± 0,05 %. En algunos casos, el lenguaje aproximado puede corresponder a la precisión de un instrumento para medir el valor.
La terminología que se usa en la presente descripción tiene el propósito de describir ejemplos particulares únicamente y no pretende ser limitante. Como se usa en la presente descripción, las formas singulares "un", "una" y "el" pretenden incluir las formas plurales también, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Además, no se pretende que las referencias a un "ejemplo" excluyan la existencia de ejemplos adicionales que también incorporen las características enumeradas. Además, a menos que se indique explícitamente lo contrario, los términos "que comprende" (y cualquier forma de "comprender", tal como "comprende" y "que comprende"), "tener" (y cualquier forma de "tener", tal como "tiene" y "tener"), "incluir" (y cualquier forma de "incluir", tal como "incluye" e "incluyendo") y "contener" (y cualquier forma de "contener", tal como "contiene" y "que contienen") se usan como verbos de enlace abiertos. Como resultado, cualquier ejemplo que "comprende", "tiene", "incluye" o "contiene" una o más etapas o elementos posee una o más etapas o elementos, pero no se limita a poseer solo una o más etapas o elementos. Como se usa en la presente descripción, los términos "puede" y "puede ser" indican una posibilidad de que ocurra dentro de un conjunto de circunstancias; posesión de una propiedad, característica o función específica; y/o calificar otro verbo expresando una o más de una habilidad, capacidad o posibilidad asociada con el verbo calificado. En consecuencia, el uso de "puede" y "puede ser" indica que un término modificado es aparentemente apropiado, capaz o adecuado para una capacidad, función o uso indicados, teniendo en cuenta que en algunas circunstancias el término modificado a veces puede no ser apropiado, capaz o adecuado. Por ejemplo, en algunas circunstancias, puede esperarse un evento o capacidad, mientras que en otras circunstancias el evento o capacidad no puede ocurrir; esta distinción se captura mediante los términos "puede" y "puede ser".
Los ejemplos descritos en la presente descripción pueden usarse en diferentes procesos y sistemas biológicos o químicos para análisis académico o comercial. Más específicamente, los ejemplos descritos en la presente descripción pueden usarse en diferentes procesos y sistemas en los que se desea detectar un evento, propiedad, calidad o característica que sea indicativa de una reacción designada. Por ejemplo, los ejemplos descritos en la presente descripción incluyen dispositivos de detección de luz, biosensores y sus componentes, así como sistemas de bioensayo que operan con biosensores. En algunos ejemplos, los dispositivos, biosensores y sistemas pueden incluir una celda de flujo y uno o más sensores de luz que se acoplan entre sí (de forma desmontable o fija) en una estructura sustancialmente unitaria.
Los dispositivos, biosensores y sistemas de bioensayo pueden configurarse para realizar una pluralidad de reacciones designadas que pueden detectarse individual o colectivamente. Los dispositivos, biosensores y sistemas de bioensayo pueden configurarse para realizar numerosos ciclos en los que la pluralidad de reacciones designadas ocurre en paralelo. Por ejemplo, los dispositivos, biosensores y sistemas de bioensayo pueden usarse para secuenciar una matriz densa de características de ADN a través de ciclos iterativos de manipulación enzimática y detección/adquisición de luz o imágenes. Como tales, los dispositivos, biosensores y sistemas de bioensayo (por ejemplo, mediante uno o más cartuchos) pueden incluir uno o más canales de microfluidos que suministran reactivos u otros componentes de reacción en una solución de reacción a un sitio de reacción de los dispositivos, biosensores y sistemas de bioensayo. En algunos ejemplos, la solución de reacción puede ser sustancialmente ácida, tal que comprende un pH menor o igual a aproximadamente 5, o menor o igual a aproximadamente 4, o menor o igual a aproximadamente 3. En algunos otros ejemplos, la solución de reacción puede ser sustancialmente alcalina/básica, tal que comprende un pH mayor o igual a aproximadamente 8, o mayor o igual a aproximadamente 9, o mayor o igual a aproximadamente 10. Como se usa en la presente descripción, el término "acidez" y variantes gramaticales del mismo se refieren a un valor de pH de menos de aproximadamente 7, y los términos "basicidad", "alcalinidad" y variantes gramaticales de los mismos se refieren a un valor de pH superior a aproximadamente 7.
En algunos ejemplos, los sitios de reacción se proporcionan o se separan de una manera predeterminada, tal como en un patrón uniforme o repetido. En algunos otros ejemplos, los sitios de reacción se distribuyen aleatoriamente. Cada uno de los sitios de reacción puede asociarse con una o más guías de luz y uno o más sensores de luz que detectan la luz del sitio de reacción asociado. En algunos ejemplos, los sitios de reacción se ubican en cavidades o cámaras de reacción, que pueden compartimentar al menos parcialmente las reacciones designadas en ellos.
Como se usa en la presente descripción, una "reacción designada" incluye un cambio en al menos una propiedad (o calidad) química, eléctrica, física u óptica de una sustancia química o biológica de interés, tal como un analito de interés. En ejemplos particulares, una reacción designada es un evento de unión positiva, tal como la incorporación de una biomolécula marcada con fluorescencia con un analito de interés, por ejemplo. De manera más general, una reacción designada puede ser una transformación química, un cambio químico o una interacción química. Una reacción designada también puede ser un cambio en las propiedades eléctricas. En ejemplos particulares, una reacción designada incluye la incorporación de una molécula marcada con fluorescencia con un analito. El analito puede ser un oligonucleótido y la molécula marcada con fluorescencia puede ser un nucleótido. Puede detectarse una reacción designada cuando una luz de excitación se dirige hacia el oligonucleótido que tiene el nucleótido marcado y el fluoróforo emite una señal fluorescente detectable. En ejemplos alternativos, la fluorescencia detectada es el resultado de quimioluminiscencia o bioluminiscencia. Una reacción designada también puede aumentar la transferencia de energía de resonancia (FRET) de fluorescencia (o Forster), por ejemplo, al acercar un fluoróforo donante a un fluoróforo aceptor, disminuir FRET al separar fluoróforos donantes y aceptores, aumentar la fluorescencia al separar un extintor de un fluoróforo, o disminuir la fluorescencia colocando un extintor y un fluoróforo.
Como se usa en la presente descripción, una "solución de reacción", "componente de reacción" o "reactivo" incluye cualquier sustancia que pueda usarse para obtener al menos una reacción designada. Por ejemplo, los componentes de reacción potenciales incluyen reactivos, enzimas, muestras, otras biomoléculas y soluciones tampón, por ejemplo. Los componentes de la reacción pueden administrarse a un sitio de reacción en una solución y/o inmovilizarse en un sitio de reacción. Los componentes de la reacción pueden interactuar directa o indirectamente con otra sustancia, tal como un analito de interés inmovilizado en un sitio de reacción. Como se señaló anteriormente, la solución de reacción puede ser sustancialmente ácida (es decir, incluir una acidez relativamente alta) (por ejemplo, que comprende un pH menor o igual a aproximadamente 5, un pH menor o igual a aproximadamente 4, o un pH menor que o igual a aproximadamente 3) o sustancialmente alcalina/básica (es decir, incluye una alcalinidad/basicidad relativamente alta) (por ejemplo, que comprende un pH mayor o igual a aproximadamente 8, un pH mayor o igual a aproximadamente 9, o un pH mayor o igual a aproximadamente 10).
Como se usa en la presente descripción, el término "sitio de reacción" es una región localizada donde puede ocurrir al menos una reacción designada. Un sitio de reacción puede incluir superficies de soporte de una estructura de reacción o sustrato donde una sustancia puede inmovilizarse sobre el mismo. Por ejemplo, un sitio de reacción puede incluir una superficie de una estructura de reacción (que puede colocarse en un canal de una celda de flujo) que tiene un componente de reacción en el mismo, tal como una colonia de ácidos nucleicos en el mismo. En algunos de tales ejemplos, los ácidos nucleicos de la colonia tienen la misma secuencia, siendo por ejemplo copias clonales de una plantilla monocatenaria o bicatenaria. Sin embargo, en algunos ejemplos, un sitio de reacción puede contener solo una única molécula de ácido nucleico, por ejemplo, en una forma monocatenaria o bicatenaria.
Una pluralidad de sitios de reacción puede distribuirse aleatoriamente a lo largo de la estructura de reacción o disponerse de una manera predeterminada (por ejemplo, uno al lado del otro en una matriz, tal como en micromatrices). Un sitio de reacción también puede incluir una cámara o cavidad de reacción que define al menos parcialmente una región espacial o un volumen que se configura para compartimentar la reacción designada. Como se usa en la presente descripción, el término "cámara de reacción" o " cavidad de reacción" incluye una región espacial definida de la estructura de soporte (que a menudo está en comunicación fluida con un canal de flujo). Una cavidad de reacción puede separarse al menos parcialmente del entorno circundante de otras regiones o regiones espaciales. Por ejemplo, una pluralidad de cavidades de reacción puede separarse entre sí por paredes compartidas, tal como una superficie detectora. Como ejemplo más específico, las cavidades de reacción pueden ser nanopozos que comprenden una muesca, hoyo, pozo, surco, cavidad o depresión definida por superficies interiores de una superficie de detección y tener una apertura o abertura (es decir, tener lados abiertos) de modo que los nanopozos pueden estar en comunicación fluida con un canal de flujo.
En algunos ejemplos, las cavidades de reacción de la estructura de reacción se dimensionan y conforman con relación a los sólidos (incluidos los semisólidos) de modo que los sólidos puedan insertarse, total o parcialmente, en ellos. Por ejemplo, las cavidades de reacción pueden dimensionarse y formarse para acomodar una perla de captura. La perla de captura puede tener ADN amplificado clonalmente u otras sustancias en el mismo. Alternativamente, las cavidades de reacción pueden dimensionarse y formarse para recibir un número aproximado de perlas o sustratos sólidos. Como otro ejemplo, las cavidades de reacción pueden llenarse con un gel o sustancia porosa que se configura para controlar la difusión o filtrar fluidos o soluciones que pueden fluir dentro de las cavidades de reacción.
Los sensores de luz (por ejemplo, fotodiodos) se asocian con los correspondientes sitios de reacción. Un sensor de luz que se asocia con un sitio de reacción se configura para detectar emisiones de luz del sitio de reacción asociado a través de al menos una guía de luz cuando ha ocurrido una reacción designada en el sitio de reacción asociado. En algunos casos, una pluralidad de sensores de luz (por ejemplo, varios píxeles de un dispositivo de detección de luz o cámara) pueden asociarse con un único sitio de reacción. En otros casos, un solo sensor de luz (por ejemplo, un solo píxel) puede asociarse con un solo sitio de reacción o con un grupo de sitios de reacción. El sensor de luz, el sitio de reacción y otras características del biosensor pueden configurarse de modo que al menos parte de la luz se detecte directamente mediante el sensor de luz sin ser reflejada.
Como se usa en la presente descripción, una "sustancia biológica o química" incluye biomoléculas, muestras de interés, analitos de interés y otros compuestos químicos. Una sustancia biológica o química puede usarse para detectar, identificar o analizar otros compuestos químicos, o funcionar como intermediarios para estudiar o analizar otros compuestos químicos. En ejemplos particulares, las sustancias biológicas o químicas incluyen una biomolécula. Como se usa en la presente descripción, una "biomolécula" incluye al menos uno de un biopolímero, nucleósido, ácido nucleico, polinucleótido, oligonucleótido, proteína, enzima, polipéptido, anticuerpo, antígeno, ligando, receptor, polisacárido, carbohidrato, polifosfato, célula, tejido, organismo, o fragmentos del mismo o cualquier otro compuesto químico biológicamente activo, tales como análogos o miméticos de las especies mencionadas anteriormente. En un ejemplo adicional, una sustancia biológica o química o una biomolécula incluye una enzima o reactivo que se usa en una reacción acoplada para detectar el producto de otra reacción tal como una enzima o reactivo, tal como una enzima o reactivo que se usa para detectar pirofosfato en una reacción de pirosecuenciación. Las enzimas y reactivos útiles para la detección de pirofosfato se describen, por ejemplo, en la publicación de patente de los Estados Unidos número 2005/0244870 A1.
Las biomoléculas, muestras y sustancias biológicas o químicas pueden ser de origen natural o sintéticas y pueden suspenderse en una solución o mezcla dentro de una cavidad o región de reacción. Las biomoléculas, muestras y sustancias biológicas o químicas también pueden unirse a una fase sólida o material de gel. Las biomoléculas, muestras y sustancias biológicas o químicas también pueden incluir una composición farmacéutica. En algunos casos, las biomoléculas, las muestras y las sustancias biológicas o químicas de interés pueden denominarse objetivos, sondas o analitos.
Como se usa en la presente descripción, un "biosensor" incluye un dispositivo que incluye una estructura de reacción con una pluralidad de sitios de reacción que se configura para detectar reacciones designadas que ocurren en los sitios de reacción o próximos a ellos. Un biosensor puede incluir un dispositivo de detección de luz de estado sólido o de "formación de imágenes" (por ejemplo, un dispositivo de detección de luz CCD o CMOS) y, opcionalmente, una celda de flujo que se monta en el mismo. La celda de flujo puede incluir al menos un canal de flujo que esté en comunicación fluida con los sitios de reacción. Como ejemplo específico, el biosensor se configura para acoplarse de forma fluida y eléctrica a un sistema de bioensayo. El sistema de bioensayo puede suministrar una solución de reacción a los sitios de reacción de acuerdo con un protocolo predeterminado (por ejemplo, secuenciación por síntesis) y realizar una pluralidad de eventos de formación de imágenes. Por ejemplo, el sistema de bioensayo puede dirigir las soluciones de reacción para que fluyan a lo largo de los sitios de reacción. Al menos una de las soluciones de reacción puede incluir cuatro tipos de nucleótidos que tienen los mismos o diferentes marcadores fluorescentes. Los nucleótidos pueden unirse a los sitios de reacción, tales como los oligonucleótidos correspondientes en los sitios de reacción. A continuación, el sistema de bioensayo puede iluminar los sitios de reacción mediante el uso de una fuente de luz de excitación (por ejemplo, fuentes de luz de estado sólido, tales como diodos emisores de luz (LED)). La luz de excitación puede tener una longitud de onda o longitudes de onda predeterminadas, incluyendo un rango de longitudes de onda. Las marcas fluorescentes excitadas por la luz de excitación incidente pueden proporcionar señales de emisión (por ejemplo, luz de una longitud de onda o longitudes de onda que difieren de la luz de excitación y, potencialmente, entre sí) que pueden detectarse por los sensores de luz.
Como se usa en la presente descripción, el término "inmovilizado", cuando se usa con respecto a una biomolécula o sustancia biológica o química, incluye sustancialmente unir la biomolécula o sustancia biológica o química a un nivel molecular a una superficie, tal como a una superficie de detección de un dispositivo de detección de luz o estructura de reacción. Por ejemplo, una biomolécula o una sustancia biológica o química puede inmovilizarse en una superficie de la estructura de reacción mediante el uso de técnicas de adsorción que incluyen interacciones no covalentes (por ejemplo, fuerzas electrostáticas, van der Waals y deshidratación de interfaces hidrófobas) y técnicas de unión covalente cuando grupos funcionales o enlazadores facilitan la unión de las biomoléculas a la superficie. La inmovilización de biomoléculas o sustancias biológicas o químicas a la superficie puede basarse en las propiedades de la superficie, el medio líquido que lleva la biomolécula o sustancia biológica o química, y las propiedades de las biomoléculas o sustancias biológicas o químicas en sí mismas. En algunos casos, la superficie puede funcionalizarse (por ejemplo, modificarse química o físicamente) para facilitar la inmovilización de las biomoléculas (o sustancias biológicas o químicas) en la superficie.
En algunos ejemplos, los ácidos nucleicos pueden inmovilizarse en la estructura de reacción, tal como en las superficies de las cavidades de reacción de la misma. En ejemplos particulares, los dispositivos, biosensores, sistemas de bioensayo y métodos descritos en la presente descripción pueden incluir el uso de nucleótidos naturales y también enzimas que se configuran para interactuar con los nucleótidos naturales. Los nucleótidos naturales incluyen, por ejemplo, ribonucleótidos o desoxirribonucleótidos. Los nucleótidos naturales pueden estar en forma de mono, di o trifosfato y pueden tener una base seleccionada entre adenina (A), timina (T), uracilo (U), guanina (G) o citosina (C). Sin embargo, se entenderá que pueden usarse nucleótidos no naturales, nucleótidos modificados o análogos de los nucleótidos mencionados anteriormente.
Como se indicó anteriormente, una biomolécula o sustancia biológica o química puede inmovilizarse en un sitio de reacción en una cavidad de reacción de una estructura de reacción. Dicha biomolécula o sustancia biológica puede retenerse o inmovilizarse físicamente dentro de las cavidades de reacción a través de un ajuste de interferencia, adhesión, enlace covalente o atrapamiento. Los ejemplos de productos o sólidos que pueden disponerse dentro de las cavidades de reacción incluyen perlas de polímero, gránulos, gel de agarosa, polvos, puntos cuánticos u otros sólidos que pueden comprimirse y/o mantenerse dentro de la cámara de reacción. En ciertas implementaciones, las cavidades de reacción pueden recubrirse o rellenarse con una capa de hidrogel capaz de unirse covalentemente a oligonucleótidos de ADN. En ejemplos particulares, una superestructura de ácido nucleico, tal como una bola de ADN, puede disponerse dentro o en una cavidad de reacción, por ejemplo, mediante unión a una superficie interior de la cavidad de reacción o por residencia en un líquido dentro de la cavidad de reacción. Puede realizarse una bola de ADN u otra superestructura de ácido nucleico y luego disponerse dentro o en una cavidad de reacción. Alternativamente, puede sintetizarse una bola de ADN in situ en una cavidad de reacción. Una sustancia que se inmoviliza en una cavidad de reacción puede estar en estado sólido, líquido o gaseoso.
Las Figuras 1-8 ilustran una sección transversal de una porción de un biosensor 100 que se forma de acuerdo con un ejemplo. Como se muestra, el biosensor 100 puede incluir una celda de flujo 102 que se acopla directa o indirectamente a un dispositivo de detección de luz 104. La celda de flujo 102 puede montarse en el dispositivo de detección de luz 104. En el ejemplo ilustrado, la celda de flujo 102 se fija directamente al dispositivo de detección de luz 104 a través de uno o más mecanismos de seguridad (por ejemplo, adhesivo, unión, sujetadores y similares). En algunos ejemplos, la celda de flujo 102 puede acoplarse de forma desmontable al dispositivo de detección de luz 104.
El biosensor 100 y/o el dispositivo de detección 104 pueden configurarse para análisis biológicos o químicos para obtener cualquier información o dato que se relacione con ellos. En ejemplos particulares, el biosensor 100 y/o el dispositivo de detección 104 pueden comprender un sistema de secuenciación de ácidos nucleicos (o secuenciador) que se configura para diversas aplicaciones, que incluyen, pero no se limitan a, secuenciación de novo, resecuenciación de genomas completos o regiones genómicas diana y metagenómica. El sistema de secuenciación puede configurarse para realizar análisis de ADN o ARN. En algunos ejemplos, el biosensor 100 y/o el dispositivo de detección 104 se configura para realizar un gran número de reacciones paralelas dentro del biosensor 100 y/o el dispositivo de detección 104 para obtener información relacionada con el mismo.
La celda de flujo 102 puede incluir uno o más canales de flujo que dirigen una solución hacia o hacia los sitios de reacción 114 en el dispositivo de detección 104, como se explica más adelante. La celda de flujo 102 y/o el biosensor 100 pueden incluir, o estar en comunicación fluida con, un sistema de almacenamiento de fluido/solución (no se muestra) que puede almacenar diferentes componentes de reacción o reactivos que se usan para llevar a cabo las reacciones designadas en el mismo, por ejemplo. El sistema de almacenamiento de fluidos también puede almacenar fluidos o soluciones para lavar o limpiar una red de fluidos y el biosensor 100 y/o el dispositivo de detección 104, y potencialmente para diluir los reactivos. Por ejemplo, el sistema de almacenamiento de fluidos puede incluir diferentes depósitos para almacenar muestras, reactivos, enzimas, otras biomoléculas, soluciones tampón, soluciones acuosas, oleosas y otras soluciones no polares, y similares. Como se indicó anteriormente, el fluido o la solución proporcionada sobre la estructura de reacción 126 puede ser relativamente ácida (por ejemplo, pH menor o igual a aproximadamente 5) o básica/alcalina (por ejemplo, pH mayor o igual a aproximadamente 8). Además, el sistema de almacenamiento de fluidos también puede incluir depósitos de desechos para recibir productos de desecho del biosensor 100 y/o del dispositivo de detección 104.
En el ejemplo ilustrado, el dispositivo de detección de luz 104 incluye una base del dispositivo 125 y una estructura de reacción 126 superpuesta a la base del dispositivo 125, como se muestra en las Figuras 1 y 3-8. La base del dispositivo 125 incluye una pluralidad de capas dieléctricas apiladas (por ejemplo, capa u oblea de silicio, capa dieléctrica, capas dieléctricas metálicas, etcétera). La base del dispositivo 125 incluye una matriz de sensores 124 de sensores de luz 140 y una matriz guía de guías de luz 118, como se muestra en la Figura 3. Como se muestra en las Figuras 1 y 3-8, la estructura de reacción 126 incluye una matriz de cavidades de reacción 108 que pueden tener al menos un sitio de reacción correspondiente 114 proporcionado en el mismo (por ejemplo, inmovilizado en una superficie del mismo). En ciertos ejemplos, el dispositivo de detección de luz 104 se configura de manera que cada sensor de luz 140 se corresponde (y potencialmente se alinea) con una única guía de luz 118 y/o una única cavidad de reacción 108 de manera que recibe fotones sólo de allí. Sin embargo, en otros ejemplos, un solo sensor de luz 140 puede recibir fotones a través de más de una guía de luz 118 y/o de más de una cavidad de reacción 108. Por tanto, un solo sensor de luz 140 puede formar un píxel o más de un píxel.
Como se muestra en la Figura 2, la matriz de cavidades de reacción 108 y/o guías de luz 118 (y potencialmente sensores de luz 140) puede proporcionarse en un patrón repetido definido de manera que al menos algunos de las cavidades 108 y/o guías de luz 118 (y potencialmente sensores de luz 140) están igualmente espaciados entre sí en un patrón posicional definido. En otros ejemplos, las cavidades de reacción 108 y/o las guías de luz 118 (y potencialmente los sensores de luz 140) pueden proporcionarse en un patrón aleatorio, y/o al menos algunas de las cavidades de reacción 108 y/o las guías de luz 118 (y potencialmente los sensores de luz sensores 140) pueden espaciarse de forma variable entre sí.
Como se muestra en las Figuras 1 y 2, la estructura de reacción 126 del dispositivo de detección 104 puede definir una superficie del detector 112 sobre la cual puede fluir y residir una solución de reacción, como se explica más adelante. La superficie del detector 112 de la estructura de reacción 126 puede ser la superficie superior expuesta del dispositivo de detección 104. La superficie del detector 112 puede comprender las superficies de las cavidades 108 y las áreas intersticiales 113 que se extienden entre y alrededor de las cavidades 108. Como se explica más adelante, la base del dispositivo 125 del dispositivo de detección 104 puede incluir una capa de protección 130 que forma una superficie lisa y plana (por ejemplo, planar) que subyace a la estructura de soporte que minimiza la modulación de la topografía de la superficie inducida en la superficie del detector 112, y en particular a las áreas intersticiales 113 de la superficie del detector 112. En ejemplos particulares, las áreas intersticiales 113 de la superficie del detector 112 pueden ser porciones de superficie plana y lisa que evitan que la solución de reacción y/o cualquier otra sustancia biológica o química permanezcan sobre ellas y/o evitan errores de salto de almohadilla. La suavidad y/o planitud de las áreas intersticiales 113 de la superficie del detector 112 que proporciona la configuración de la capa de protección subyacente 130 puede ser más suave y/o más plana que en comparación con los ejemplos que están carentes de la capa de protección 130. Además, en algunos ejemplos, la suavidad y/o planitud de las áreas intersticiales 113 de la superficie del detector 112 que proporciona la capa de protección subyacente 130 puede mejorar la robustez del dispositivo de detección 104 en comparación con los ejemplos que están carentes de la capa de protección 130.
La superficie del detector 112 del dispositivo de detección de luz 104 puede funcionalizarse (por ejemplo, modificarse química o físicamente de una manera adecuada para realizar reacciones designadas). Por ejemplo, la superficie del detector 112 puede funcionalizarse y puede incluir una pluralidad de sitios de reacción 114 que tienen una o más biomoléculas inmovilizadas en ellos, como se muestra en las Figuras 1, 3 y 4. Como se señaló anteriormente, la superficie del detector 112 incluye una matriz de cavidades de reacción 108 (por ejemplo, cámaras de reacción de lados abiertos). Cada una de las cavidades de reacción 108 puede incluir uno o más del sitio de reacción 114. Las cavidades de reacción 108 pueden definirse, por ejemplo, por un cambio de profundidad (o grosor) a lo largo de la superficie del detector 112. En otros ejemplos, la superficie del detector 112 puede ser sustancialmente plana.
Como se muestra en las Figuras 3 y 4, los sitios de reacción 114 pueden distribuirse en un patrón a lo largo de la superficie del detector 112, tal como dentro de las cavidades de reacción 108. Por ejemplo, los sitios de reacción 114 pueden ubicarse en filas y columnas a lo largo de las cavidades de reacción 108 de una manera similar a una micromatriz. Sin embargo, se entiende que pueden usarse diferentes patrones de sitios de reacción 114. Los sitios de reacción 114 pueden incluir sustancias biológicas o químicas que emiten señales de luz, como se explica más adelante. Por ejemplo, las sustancias biológicas o químicas de los sitios de reacción 114 pueden generar emisiones de luz en respuesta a la luz de excitación 101. En ejemplos particulares, los sitios de reacción 114 incluyen agrupaciones o colonias de biomoléculas (por ejemplo, oligonucleótidos) que se inmovilizan en la superficie del detector 112 dentro de las cavidades de reacción 108. Los sitios de reacción 114 pueden generar emisiones de luz en respuesta a la luz de excitación incidente después del tratamiento con la solución de reacción. Por ejemplo, la solución de reacción puede iniciar una reacción y/o formar un producto de reacción en los sitios de reacción 114 (pero potencialmente no en otros sitios de reacción de la estructura de reacción 126 del dispositivo 104) que genera emisiones de luz en respuesta a la luz de excitación.
Como se muestra en la Figura 1, en un ejemplo, la celda de flujo 102 incluye al menos una pared lateral y una cubierta de flujo 110. Al menos una pared lateral puede acoplarse a la superficie del detector 112 y extenderse entre la cubierta de flujo 110 y la superficie del detector 112. La celda de flujo 102 puede configurarse de modo que se forme un canal de flujo 119 entre la cubierta de flujo 110 y la superficie del detector 112 del dispositivo de detección de luz 104. En algunos ejemplos, el canal de flujo 119 puede incluir una altura (que se extiende entre la cubierta de flujo 110 y la superficie del detector 112) dentro del rango de aproximadamente 50 a aproximadamente 400 pm (micrómetros), o más particularmente de aproximadamente 80 a aproximadamente 200 pm, por ejemplo. En un ejemplo, la altura del canal de flujo 119 es de aproximadamente 100 pm. La cubierta de flujo 110 puede comprender un material que es transparente a la luz de excitación 101 que se propaga desde el exterior del biosensor 100 y hacia/dentro del canal de flujo 119, como se muestra en la Figura 1. Se observa que la luz de excitación 101 puede acercarse a la cubierta de flujo 110 desde cualquier ángulo, y a lo largo del mismo o diferentes ángulos.
La luz de excitación 101 puede emitirse desde cualquier fuente de iluminación (no se muestra), que puede ser o no parte del sistema de bioensayo, biosensor 100 o dispositivo de detección de luz 104. En algunos ejemplos, el sistema de iluminación puede incluir una fuente de luz (por ejemplo, uno o más LED) y, potencialmente, una pluralidad de componentes ópticos para iluminar al menos la estructura de reacción 126 del dispositivo de detección 104. Los ejemplos de fuentes de luz pueden incluir láseres, lámparas de arco, LED o diodos láser. Los componentes ópticos pueden ser, por ejemplo, reflectores, dicroicos, divisores de haz, colimadores, lentes, filtros, prismas triangulares, prismas, espejos, detectores y similares. En un ejemplo particular, el sistema de iluminación se configura para dirigir la luz de excitación 101 a los sitios de reacción 114 dentro de las cavidades 108 de la estructura de reacción 126 del dispositivo de detección 104. En algunos ejemplos, el sistema de iluminación puede emitir la luz de excitación 101 dentro de un rango de longitudes de onda, tal como dentro del rango de aproximadamente 300 nm a aproximadamente 700 nm, por ejemplo, o más particularmente dentro del rango de aproximadamente 400 nm a aproximadamente 600 nm, por ejemplo. En algunos ejemplos, el sistema de iluminación puede emitir la luz de excitación 101 a una determinada longitud de onda o longitudes de onda que excita la(s) sustancia(s) biológica(s) o química(s) de los sitios de reacción 108 (por ejemplo, una reacción que inicia la solución de reacción y/o la forma del producto de reacción por la solución de reacción en los sitios de reacción 114) para emitir emisiones de luz de diferente longitud de onda o longitudes de onda. Por ejemplo, en un ejemplo en el que los sitios de reacción 108 incluyen fluoróforos excitados por longitudes de onda de luz verde, la luz de excitación puede ser de aproximadamente 532 nm y las emisiones de luz pueden ser de aproximadamente 570 nm o más.
Como también se muestra en la Figura 1, la cubierta de flujo 110 puede incluir al menos un puerto 120 que se configura para acoplarse de manera fluida al canal de flujo 119 y, potencialmente, a otros puertos (no se muestran). Por ejemplo, los otros puertos pueden ser de un cartucho o una estación de trabajo que comprenda la solución de reacción u otra sustancia biológica o química. El canal de flujo 119 puede configurarse (por ejemplo, dimensionarse y conformarse) para dirigir un fluido o solución, tal como la solución de reacción, a lo largo de la superficie del detector 112.
Las Figuras 3 y 4 muestran el dispositivo de detección 104 con mayor detalle que la Figura 1. Más específicamente, las Figuras 3 y 4 muestran un único sensor de luz 140, una única guía de luz 118 para dirigir y pasar las emisiones de luz desde al menos un sitio de reacción 114 asociada con la misma hacia el sensor de luz 140, y un circuito asociado 146 para transmitir señales basadas en las emisiones de luz (por ejemplo, fotones) que detecta el sensor de luz 140. Se entiende que los otros sensores de luz 140 de la matriz de sensores 124 (Figuras 1 y 2) y los componentes asociados pueden configurarse de manera idéntica o similar. También se entiende, sin embargo, que no se requiere que el dispositivo de detección de luz 104 se fabrique uniformemente en su totalidad. En cambio, uno o más sensores de luz 140 y/o componentes asociados pueden fabricarse de manera diferente o tener diferentes relaciones entre sí.
Los circuitos 146 puede incluir elementos conductores interconectados (por ejemplo, conductores, trazas, vías, interconexiones, etcétera) que son capaces de conducir corriente eléctrica, tal como la transmisión de señales de datos que se basan en fotones detectados. Por ejemplo, en algunos ejemplos, los circuitos 146 pueden comprender una disposición de microcircuitos. El dispositivo de detección de luz 104 y/o la base del dispositivo 125 pueden comprender al menos un circuito integrado que tiene una matriz de sensores de luz 140. Los circuitos 146 que se colocan dentro del dispositivo de detección 104 pueden configurarse para al menos uno de amplificación, digitalización, almacenamiento y procesamiento de señales. Los circuitos 146 puede recopilar (y potencialmente analizar) las emisiones de luz detectadas y generar señales de datos para comunicar datos de detección a un sistema de bioensayo. Los circuitos 146 también puede realizar un procesamiento adicional de señales analógicas y/o digitales en el dispositivo de detección de luz 104.
La base del dispositivo 125 y los circuitos 146 pueden fabricarse mediante el uso de procesos de fabricación de circuitos integrados, tales como procesos que se usan para fabricar dispositivos o circuitos acoplados con carga (CCD) o dispositivos o circuitos de semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS). Por ejemplo, como se muestra en la Figura 3, la base del dispositivo 125 puede ser un dispositivo CMOS que comprende una pluralidad de capas apiladas que incluyen una base del sensor 141, que puede ser una capa de silicio (por ejemplo, una oblea) en algunos ejemplos. La base del sensor 141 incluye el sensor de luz 140 y puede incluir compuertas 143 formadas en el mismo. Las compuertas 143 pueden acoplarse eléctricamente al sensor de luz 140. Cuando el dispositivo de detección de luz 104 se configura como se muestra en la Figura 3, el sensor de luz 140 se acopla eléctricamente al circuito 146 a través de las compuertas 143, por ejemplo.
Al menos parte de los circuitos 146 se proporciona dentro de las capas de sustrato del dispositivo de la base del dispositivo 125 del dispositivo de detección 104, a través de las cuales se extienden cada una de las guías de luz 118. En algunos ejemplos, cada una de las capas de sustrato puede incluir elementos conductores interconectados que forman al menos parte de los circuitos del dispositivo 146, y material dieléctrico 142 adyacente a (y potencialmente rodeando) los elementos conductores de los circuitos 146, como se muestra en la Figura 3. Los elementos conductores de los circuitos 146 pueden incrustarse dentro del material dieléctrico 142. Como también se muestra en la Figura 3, las guías de luz 118 pueden extenderse a través del material dieléctrico 142 y pueden estar separadas de los circuitos 146. Pueden usarse diferentes elementos metálicos y/o materiales dieléctricos, tales como los adecuados para la fabricación de circuitos integrados (fabricación CMOS). Por ejemplo, en algunos ejemplos, los elementos conductores/circuitos 146 pueden ser elementos metálicos, tales como elementos W (tungsteno), elementos Cu (cobre), elementos Al (aluminio) o una combinación de los mismos (pero se entiende que pueden usarse otros materiales y configuraciones). En algunos ejemplos, el material dieléctrico puede ser SiO2 (pero se entiende que pueden usarse otros materiales y configuraciones).
Como se usa en la presente descripción, el término "capa" no se limita a un solo cuerpo continuo de material a menos que se indique lo contrario. Por ejemplo, la base del sensor 141 y/o las capas del dispositivo de la base del dispositivo 125 pueden incluir múltiples subcapas que son materiales diferentes y/o pueden incluir recubrimientos, adhesivos y similares. Además, una o más de las capas (o subcapas) pueden modificarse (por ejemplo, grabarse, depositarse con material, etcétera) para proporcionar las características descritas en la presente descripción.
Como se muestra en las Figuras 3 y 4, la estructura de reacción 126 puede comprender una o más capas que forman las cavidades de reacción 104 que se extienden en su interior. La estructura de reacción 126 puede extenderse a lo largo de una superficie exterior superior de la base del dispositivo 125. En el ejemplo ilustrado, la estructura de reacción 126 se deposita directamente a lo largo de la superficie exterior superior de una capa de revestimiento 154 y el primer (y potencialmente un segundo) material de filtro 116 de la base del dispositivo 125, como se describe más adelante. Sin embargo, puede disponerse una capa intermedia entre la estructura de reacción 126 y la base del dispositivo 125 en otros ejemplos. La estructura de reacción 126 puede incluir uno o más materiales que se configuran para permitir que las señales de luz de excitación 101 y las señales de luz que emiten los sitios de reacción 114 (después del tratamiento con la solución de reacción) dentro de las cavidades 108 pasen a través de ellos y dentro de una abertura 158 de una o más guías de luz 118 correspondientes a una cavidad de reacción 108 particular. En algunos ejemplos, la estructura de reacción 126 puede incluir una capa más u otra característica que evite que la interferencia o "difusión" de la luz que se emite desde un sitio de reacción 114 particular/cavidad de reacción 108 pase a un sensor 140 no correspondiente.
La estructura de reacción 126 puede comprender una pluralidad de capas diferentes, como se muestra en las Figuras 3 y 4. En el ejemplo ilustrado, la estructura de reacción 126 puede incluir una primera capa de reacción 160 que se extiende sobre (directa o indirectamente) la base del dispositivo 125 (por ejemplo, sobre la capa de revestimiento 154) y la abertura 158 de las guías de luz 118 (por ejemplo, el primer y segundo material de filtro 116, 115) de la base del dispositivo 125, como se muestra en las Figuras 3 y 4. Como también se muestra en las Figuras 3 y 4, en el ejemplo ilustrado, la estructura de reacción 126 incluye además una segunda capa 162 que se extiende (directa o indirectamente) sobre la primera capa 160. La estructura de reacción 126 del ejemplo ilustrado también incluye una tercera capa 164 que se extiende (directa o indirectamente) sobre la segunda capa 162, y una cuarta capa 166 que se extiende (directa o indirectamente) sobre la tercera capa 164. Las cavidades de reacción 108 pueden extenderse al menos hasta dentro de la tercera capa 164.
La cuarta capa 166 puede formar las superficies internas (por ejemplo, paredes laterales y una pared inferior) de las cavidades de reacción 108 extendiéndose sobre una muesca (por ejemplo, una cavidad o un hueco) en la tercera capa 164, como se muestra en las Figuras 3 y 4. La cuarta capa 166, y potencialmente la segunda capa 162, pueden formar la superficie del detector 112, como se muestra en las Figuras 3 y 4. En algunos casos, la cuarta capa 166, y potencialmente la segunda capa 162, pueden configurarse para proporcionar una superficie sólida que permita inmovilizar sobre ella productos químicos, biomoléculas u otros analitos de interés. Por ejemplo, cada uno de los sitios de reacción 114 puede incluir un grupo de biomoléculas que se inmovilizan en la superficie del detector 112, que puede comprender la cuarta capa 166 y potencialmente la segunda capa 162. Por tanto, la cuarta capa 166, y potencialmente la segunda capa 162, pueden comprender un material que permita que los sitios de reacción 114 se inmovilicen en el mismo. La primera capa 160 y la cuarta capa 166 (y potencialmente la segunda capa 162 y la tercera capa 164) pueden comprender un material que es al menos sustancialmente transparente a la luz de excitación 101 y la luz de emisión de los sitios de reacción 114. Además, la cuarta capa 166, y potencialmente la segunda capa 162, pueden modificarse física o químicamente para facilitar la inmovilización de las biomoléculas y/o para facilitar la detección de las emisiones de luz.
A modo de ejemplo y como se muestra en el ejemplo ilustrado de las Figuras 3 y 4, la primera capa 160 y la tercera capa 164 pueden comprender un primer material, y la segunda capa 162 y la cuarta capa 166 pueden comprender un segundo material que difiere del primer material. En algunos de estos ejemplos, el primer material es SiN y el segundo material es TaO. Sin embargo, la estructura de reacción 126 puede comprender capas diferentes (por ejemplo, capas diferentes, menos capas y/o capas adicionales) y/o materiales diferentes.
Como se muestra en las Figuras 3 y 4, la base del dispositivo 125 del dispositivo de detección 104 incluye una primera capa de blindaje 150 que se extiende sobre (directa o indirectamente) las capas apiladas (por ejemplo, capas de metal-dieléctrico) de la base del dispositivo 125, tal como sobre el material dieléctrico 142 y los componentes de los circuitos conductores 146. La primera capa de blindaje 150 puede incluir un material que se configura para bloquear, reflejar y/o atenuar significativamente la luz de excitación 101 y/o las emisiones de luz de los sitios de reacción 114 (por ejemplo, señales de luz que se propagan desde el canal de flujo 119). Sólo a modo de ejemplo, la primera capa de blindaje 150 puede comprender tungsteno (W).
La primera capa de blindaje 150 incluye al menos una abertura a través de la misma que se alinea, al menos parcialmente, con al menos una guía de luz 118 correspondiente. La primera capa de blindaje 150 puede incluir una matriz de tales aberturas. En algunos ejemplos, la primera capa de blindaje 150 puede extenderse por completo alrededor de las aberturas de la misma. Como tal, las señales de luz de la luz de excitación 101 y/o las emisiones de luz de los sitios de reacción 114 pueden bloquearse, reflejarse y/o atenuarse significativamente para evitar que las señales de luz pasen a través de la base del dispositivo 125 fuera de las guías de luz 118 y se detecten por los sensores de luz 140. En algunos ejemplos, la primera capa de blindaje 150 se extiende continuamente entre guías de luz adyacentes 118 y/o aberturas que se extienden hasta ellas. En algunos otros ejemplos, la primera capa de blindaje 150 no se extiende continuamente entre las guías de luz adyacentes 118 y/o las aberturas que se extienden hasta ellas de manera que exista una o más aberturas en la primera capa de blindaje 150, lo que puede permitir la luz de excitación 101 y/o las emisiones de luz de los sitios de reacción 114 pasan a través de ellas.
En algunos ejemplos, la base del dispositivo 125 del dispositivo de detección 104 puede incluir una segunda capa de blindaje 152 que se extiende (directa o indirectamente) sobre la primera capa de blindaje 150, como se muestra en las Figuras 3 y 4. La segunda capa de blindaje 152 puede incluir material antirreflectante y/o un material que evite la contaminación de las porciones subyacentes de la base del dispositivo 125. Sólo a modo de ejemplo, la segunda capa de blindaje 152 puede comprender SiON. En algunos ejemplos, la segunda capa de blindaje 152 puede configurarse para evitar que contaminantes, tal como sodio, interactúen con la primera capa de blindaje 150, el material dieléctrico 142 y/o los componentes conductores (por ejemplo, metálicos) de los circuitos del dispositivo 146. En algunos ejemplos, la segunda capa de blindaje 152 puede imitar la configuración de la primera capa de blindaje 150. Por ejemplo, la segunda capa de blindaje 152 puede incluir al menos una abertura a través de la misma que se alinea, al menos parcialmente, con al menos una guía de luz 118, como se muestra en las Figuras 3 y 4. La segunda capa de blindaje 152 puede incluir una matriz de tales aberturas. En algunos ejemplos, la segunda capa de blindaje 152 puede extenderse alrededor de las aberturas de la misma. En algunos ejemplos, la segunda capa de blindaje 152 se extiende continuamente entre guías de luz 118 adyacentes y/o aberturas que se extienden hasta ellas. En algunos otros ejemplos, la segunda capa de blindaje 152 no se extiende continuamente entre guías de luz 118 adyacentes y/o aberturas que se extienden hasta ellas de manera que exista una o más aberturas en la segunda capa de blindaje 152, como se muestra en las Figuras 3 y 4.
El dispositivo de detección de luz 104 incluye una capa de revestimiento 154 que se extiende sobre la base del dispositivo 125 y alrededor de las guías de luz 118, como se muestra en las Figuras 3 y 4. La capa de revestimiento 154 puede ser una capa de conformación continua que se forma en la base del dispositivo 125. La capa de revestimiento 154 puede ser químicamente reactiva con respecto a la solución de reacción. Por ejemplo, debido a la composición (por ejemplo, agua y/o aceite) y/o acidez relativamente alta (por ejemplo, pH igual o menor que aproximadamente 5) o basicidad relativamente alta (por ejemplo, pH igual o mayor que aproximadamente 8) de la solución de reacción, la solución de reacción puede reaccionar químicamente con el material de la capa de revestimiento 154 cuando se expone a la misma y hacer que el material se disuelva o se desprenda de otro modo (es decir, grabar la capa de revestimiento 154). Durante el tiempo de exposición, la solución de reacción puede de ese modo grabar a través de la capa de revestimiento 154 y, finalmente, interactuar y corroer o interferir de otro modo con el funcionamiento de los circuitos del dispositivo 146. Por ejemplo, la capa de revestimiento 154 puede ser una capa de nitruro de silicio (o incluir de otro modo SiN), y la solución de reacción relativamente ácida o básica puede tender a grabar el SiN cuando se expone a la misma. De esta manera, la capa de revestimiento 154 de SiN puede ser ineficaz en evitar que la solución de reacción grabar a través de la misma y, finalmente, interaccione con los circuitos del dispositivo 146 (por ejemplo, corroyendo los componentes conductores (por ejemplo, metal) de los circuitos del dispositivo 146). Otros materiales que forman la capa de revestimiento 154 son químicamente reactivos de manera similar a la solución de reacción, tal como debido a la composición y/o una acidez o basicidad relativamente alta de la misma, y por lo tanto no evitan que la solución de reacción los grabe a través del tiempo.
La capa de revestimiento 154 puede carecer de aberturas definidas. Sin embargo, la capa de revestimiento 154 puede incluir al menos una discontinuidad interna, poro, grieta, rotura o similar que permita que un líquido o solución, tal como la solución de reacción, fluya a través de la capa de revestimiento 154, como se explica más adelante. Por ejemplo, la densidad de la capa de revestimiento 154 puede ser relativamente baja de manera que sus discontinuidades internas formen una vía a través de la capa de revestimiento 154, a través de la cual la solución de reacción puede pasar al material dieléctrico 142 y, en última instancia, a los componentes conductores (por ejemplo, metal) de los circuitos del dispositivo 146. De esta manera, la capa de revestimiento 154 puede ser ineficaz en evitar que la solución de reacción pase a través de ella y, finalmente, interaccione con los circuitos del dispositivo. En algún ejemplo, debido a su densidad o discontinuidades internas, la capa de revestimiento 154 puede no ser impermeable a los líquidos.
En los ejemplos ilustrados, la capa de revestimiento 154 se extiende entre la segunda capa de blindaje 152 y la capa de protección 130 en la porción superior de la base del dispositivo 125, y se extiende a lo largo de las guías de luz 118 entre las capas de material dieléctrico 142 y la capa de protección 130. La capa de revestimiento 154 puede configurarse como una capa antirreflectante o reflectante (por ejemplo, para asegurar que la luz que se emite desde los sitios de reacción 114 pase a través de las guías de luz 118), una capa de prevención de contaminación (por ejemplo, para evitar la contaminación de sodio dentro de la base del dispositivo 125) y/o una capa de adhesión (por ejemplo, para adherir el material de filtro 116 de las guías de luz 118 al material dieléctrico 142). En algunos ejemplos, la capa de revestimiento 154 puede configurarse como una capa de prevención de contaminación que evita que cualquier especie iónica penetre dentro de las capas del dispositivo (por ejemplo, capas de metaldieléctrico). En algunos ejemplos, la capa de revestimiento 154 comprende SiN. En algunos ejemplos, la capa de revestimiento 154 comprende una capa de SiN.
Como se muestra en las Figuras 3 y 4, la capa de revestimiento 154 puede tener un grosor sustancialmente uniforme. En otros ejemplos, el grosor de la capa de revestimiento 154 puede variar. Por ejemplo, las porciones de la capa de revestimiento 154 que se extienden sobre la porción superior de la base del dispositivo 125 pueden tener un primer grosor, y las porciones de la capa de revestimiento 154 que se extienden alrededor de las guías de luz 118 pueden tener un segundo grosor que es más grueso o más delgado que el primer grosor. Como otro ejemplo, el grosor de las porciones de la capa de revestimiento 154 que se extienden alrededor de las guías de luz 118 puede variar a lo largo de la profundidad dentro de la base del dispositivo 125 (por ejemplo, puede estrecharse con la profundidad en la base del dispositivo 125). En algunos ejemplos, el grosor de la capa de revestimiento 154 puede estar dentro del rango de aproximadamente 10 nm a aproximadamente 100 nm. En el ejemplo ilustrado, la capa de revestimiento 154 tiene un grosor de aproximadamente 50 nm.
Como se muestra en la Figura 3, la base del dispositivo 125 también puede incluir una segunda capa de revestimiento 155 formada dentro de las capas del dispositivo de la base del dispositivo 125 y debajo de las guías de luz 118. La segunda capa de revestimiento 155 puede ser sustancialmente similar o igual a la capa de revestimiento 154, pero por su posición dentro de la base del dispositivo 125. En algunos ejemplos, la segunda capa de revestimiento 155 puede extenderse inmediatamente por debajo de la capa de protección 130 a lo largo de la parte inferior de las guías de luz 118, como se muestra en la Figura 3. De esta manera, la capa de revestimiento 154 y la segunda capa de revestimiento 155 pueden extenderse completamente alrededor de las guías de luz 118, excepto por las aberturas 158 de las guías de luz 118 debajo de las cavidades 108. La segunda capa de revestimiento 155 puede formar la parte inferior de las guías de luz 118.
Como se discutió anteriormente, la base del dispositivo 125 del dispositivo de detección 104 incluye la capa de revestimiento de protección 130 que se coloca entre cada guía de luz 118 y los circuitos del dispositivo 146, como se muestra en las Figuras 3 y 4. La capa de protección 130 puede extenderse sobre (directa o indirectamente) la capa de revestimiento 154 en la parte superior de la base del dispositivo 125 y se extiende alrededor de las superficies laterales de las guías de luz 118, como se muestra en las Figuras 3 y 4. En algunos otros ejemplos (no se muestran), la capa de protección 130 puede no extenderse sobre (directa o indirectamente) la parte superior de la base del dispositivo 125 debajo de la estructura de reacción 126, y solo puede extenderse a lo largo/alrededor de las superficies laterales de las guías de luz 118 dentro de la base del dispositivo 126 (es decir, colocarse únicamente entre el material dieléctrico 142 y el material de filtro 116).
La capa de protección 130 puede extenderse completamente alrededor del material de filtro 116 de las guías de luz 118 excepto por las aberturas 158 de las mismas. Por ejemplo, la capa de protección 130 puede extenderse alrededor de las superficies laterales de las guías de luz 118, y debajo de las guías de luz 118 (entre la capa de revestimiento 154 y la segunda capa de revestimiento 155 y el material de filtro 116). La capa de protección 130 también puede proporcionarse sobre la base del dispositivo 125 (por ejemplo, directamente sobre la capa de revestimiento 154) y la estructura de reacción 126. De este modo, la capa de protección 130 también puede proporcionarse sobre la porción superior de la base del dispositivo 125 y colocarse entre la base del dispositivo 125 y la estructura de reacción 126.
La capa de protección 130 puede ser una capa de recubrimiento continua. La capa de protección 130 puede estar carente de aberturas predefinidas o formadas a propósito u otros huecos que permitirían que un líquido o solución, tal como la solución de reacción, fluya a través de ella. La capa de protección 130 también puede estar carente de discontinuidades internas, poros, grietas, roturas o similares, o evitar su formación, que permitiría que un líquido o solución, tal como la solución de reacción, fluya a través de ella, como se explica más adelante. La capa de protección 130 puede por tanto ser una barrera impermeable a los líquidos. Una capa impermeable a los líquidos en la presente descripción se refiere a una capa que puede evitar que cualquier líquido o solución (por ejemplo, la solución de reacción) pase a través de la misma, tal como evitar que al menos aproximadamente el 99 % en volumen de la solución de reacción en contacto con la capa de protección 130 a aproximadamente la temperatura atmosférica presión pase a través de la misma. La capa de protección 130 es químicamente inerte con respecto a la solución de reacción, de manera que la solución de reacción (que puede incluir una acidez relativamente alta o una basicidad relativamente alta, como se describió anteriormente) no graba la capa de protección 130 o graba menos de aproximadamente uno (1) angstrom (A) del grosor de la capa de protección 130 por hora a aproximadamente 100 grados Celsius y aproximadamente a presión atmosférica, cuando la solución de reacción está en contacto con la capa de protección 130. Por ejemplo, la composición de la capa de protección 130 puede no reaccionar químicamente, o reaccionar químicamente solo en un grado relativamente pequeño, con la composición de la solución de reacción (que puede incluir una acidez relativamente alta o una basicidad relativamente alta) de manera que la solución de reacción no graba la capa de protección 130 o graba menos de aproximadamente un (1) angstrom (A) del grosor de la capa de protección 130 por hora a aproximadamente 100 grados Celsius y aproximadamente a la presión atmosférica cuando la solución de reacción está en contacto con la protección capa 130. La capa de revestimiento 154 comprende por tanto una capa resistente al grabado con respecto a la solución de reacción (que incluye un pH igual o menor que aproximadamente 5 o un pH igual o mayor que aproximadamente 8) para evitar que la solución de reacción penetre a través de la misma (con el tiempo) y, en última instancia, interactuar y corroer o interferir de otro modo con el funcionamiento de los circuitos del dispositivo 146. De este modo, la capa de protección 130 se configura para evitar que un líquido o solución (tal como la solución de reacción) pueda penetrar a través de la estructura de reacción 126 hasta la capa de protección 130, o a través de la estructura de reacción 126 y el material de filtro 116 de una guía de luz 118 a la capa de protección 130, e interactuar con los circuitos del dispositivo 146 (y la capa de revestimiento 154 (si se proporciona) y el material dieléctrico 142).
El grosor de la capa de protección 130 puede variar. Por ejemplo, las porciones de la capa de protección 130 que se extienden sobre la porción superior de la base del dispositivo 125 pueden tener un primer grosor, y las porciones de la capa de protección 130 que se extienden alrededor de las guías de luz 118 y/o debajo de las guías de luz 118 pueden ser un segundo grosor que es más grueso o más delgado que el primer grosor. Como otro ejemplo, el grosor de las porciones de la capa de protección 130 que se extienden alrededor de las guías de luz 118 puede variar a lo largo de la profundidad de las guías de luz 118 dentro de la base del dispositivo 125. En tal ejemplo, los grosores de las porciones de la capa de protección 130 que se extienden alrededor de las guías de luz 118 pueden estrecharse (es decir, reducirse o adelgazar) a medida que se extienden hacia dentro de la base del dispositivo 125 desde la abertura 158 de las guías de luz 118. La capa de protección 130 puede ser una capa de recubrimiento conforme. En el ejemplo ilustrado que se muestra en la Figura 3, la capa de protección 130 tiene un grosor sustancialmente uniforme. En algunos ejemplos, el grosor de la capa de revestimiento 154 puede estar dentro del rango de aproximadamente 10 nm a aproximadamente 1 micrómetro, dentro del rango de aproximadamente 5 nm a aproximadamente 100 nm, o dentro del rango de aproximadamente 50 nm a aproximadamente 100 nm. En el ejemplo ilustrado, la capa de revestimiento 154 tiene un grosor de aproximadamente 50 nm.
La capa de protección 130 puede comprender cualquier material que evite que cualquier solución o líquido, tal como la solución de reacción, que pueda penetrar a través de la estructura de reacción 126, o la estructura de reacción 126 y una guía de luz 118, interactúe con los circuitos del dispositivo 146, y permite que la luz que se emite desde los sitios de reacción 114 (después del tratamiento con la solución de reacción) pase a través de ellos y al menos a un sensor de luz 140 correspondiente (a través de al menos una guía de luz 118 correspondiente). Por ejemplo, la capa de protección 130 puede comprender cualquier material que permita que la luz que se emite desde los sitios de reacción 114 que no se filtra por el material de filtro 116 pase a través de ellos, y que sea químicamente inerte a la solución de reacción. Por ejemplo, la capa de protección 130 puede comprender cualquier material que no reaccione químicamente, o que reaccione químicamente sólo en un grado relativamente pequeño, con la solución de reacción (que incluye un pH igual o menor que aproximadamente 5 o un pH igual o mayor de aproximadamente 8) de manera que la solución de reacción no grabe la capa de protección 130 o grabe menos de aproximadamente un (1) angstrom (A) del grosor de la capa de protección 130 por hora a aproximadamente 100 grados Celsius y aproximadamente a la presión atmosférica cuando la solución de reacción está en contacto con la capa de protección 130. Por ejemplo, la capa de protección 130 puede comprender al menos un óxido, al menos un nitruro o una combinación de los mismos. En algunos ejemplos, la capa de protección 130 puede comprender dióxido de silicio, un óxido metálico, un nitruro metálico o una combinación de los mismos. En algunos ejemplos, la capa de protección 130 puede comprender dióxido de silicio, oxinitruro de silicio, monóxido de silicio, carburo de silicio, oxicarburo de silicio, nitrocarburo de silicio, óxido metálico, nitruro metálico o una combinación de los mismos. En algunos ejemplos, el pH de la solución de reacción es mayor o igual a aproximadamente 8, y la capa de protección 130 comprende dióxido de silicio, oxinitruro de silicio, monóxido de silicio, carburo de silicio, oxicarburo de silicio, nitrocarburo de silicio, óxido metálico, nitruro metálico o una combinación de los mismos. En algunos ejemplos, el pH de la solución de reacción es menor o igual a aproximadamente 5, y la capa de protección 130 comprende carburo de silicio, oxicarburo de silicio, nitrocarburo de silicio, un óxido metálico, un nitruro metálico o una combinación de los mismos. Se observa que el grosor, el proceso de formación y el material de la capa de protección 130 pueden considerarse y configurarse (independientemente o colectivamente) de manera que la capa de protección 130 evite que cualquier solución o líquido, tal como la solución de reacción, que pueda penetrar a través de la estructura de reacción 126, o la estructura de reacción 126 y una guía de luz 118, interactúe finalmente con los circuitos del dispositivo 146 (y la capa de revestimiento 154 y el material dieléctrico 142).
Como se discutió anteriormente, las guías de luz 118 se extienden desde una abertura 158 hacia dentro de la base del dispositivo 125, tal como a través de las capas de material dieléctrico 142 y hacia al menos un sensor de detección de luz 140. En ejemplos particulares, las guías de luz 118 son alargadas y se extienden desde cerca de al menos una cavidad de reacción 108 correspondiente (desde la abertura 158 del mismo) hacia al menos un sensor de luz 140 correspondiente dentro de la base del sensor 141. Las guías de luz 118 pueden extenderse longitudinalmente a lo largo de un eje longitudinal central. Las guías de luz 118 pueden configurarse en una forma tridimensional que permita y/o promueva la luz que se emite desde el sitio o sitios de reacción 114 de al menos una cavidad de reacción correspondiente 108 a al menos un sensor de luz correspondiente 140, tal como una forma sustancialmente cilíndrica o troncocónica con una abertura circular 158. El eje longitudinal de las guías de luz 118 puede extenderse a través de un centro geométrico de la sección transversal. Sin embargo, pueden usarse otras geometrías en ejemplos alternativos. Por ejemplo, la sección transversal de las guías de luz 118 puede tener una forma sustancialmente cuadrada u octagonal.
Las guías de luz 118 comprenden un material de filtro 116 que se configura para filtrar la luz de excitación 101 o un rango de longitudes de onda que incluyen la de la luz de excitación 101, y permiten las emisiones de luz desde al menos un sitio de reacción 114 de al menos una cavidad de reacción correspondiente 108 (o una gama de longitudes de onda que incluyen la de las emisiones de luz) para propagarse a través de ella y hacia al menos un sensor de luz 140 correspondiente. Las guías de luz 118 pueden ser, por ejemplo, un filtro de absorción (por ejemplo, un filtro de absorción orgánico) de manera que el material de filtro 116 absorbe una cierta longitud de onda (o rango de longitudes de onda) y permite al menos una longitud de onda predeterminada (o rango de longitudes de onda) pasar a través de él. Solo a modo de ejemplo, la luz de excitación puede ser de aproximadamente 532 nm y las emisiones de luz de al menos un sitio de reacción 114 pueden ser de aproximadamente 570 nm o más y, por lo tanto, el material de filtro 116 puede absorber luz de longitudes de onda de aproximadamente 532 nm o menos de aproximadamente 570 nm, y permitir que la luz de longitudes de onda de aproximadamente 570 nm o más pase a través del mismo. Cada una de las guías de luz 118 de la matriz puede incluir sustancialmente el mismo material de filtro 116, o las guías de luz 118 diferentes pueden incluir materiales de filtro 116 diferentes.
Cada guía de luz 118 puede configurarse así con relación al material circundante de la base del dispositivo 125 (por ejemplo, el material dieléctrico 142) para formar una estructura de guía de luz. Por ejemplo, las guías de luz 118 pueden tener un índice de refracción de al menos aproximadamente 2. En ciertos ejemplos, la guía de luz 118 se configura de manera que la densidad óptica (OD) o absorbancia de la luz de excitación sea al menos aproximadamente 4 OD. Más específicamente, el material de filtro 116 de las guías de luz 118 puede seleccionarse y la guía de luz 118 puede dimensionarse para lograr al menos aproximadamente 4 OD. En ejemplos más particulares, la guía de luz 118 puede configurarse para lograr al menos aproximadamente 5 OD, o al menos aproximadamente 6 OD.
Inicialmente, los sitios de reacción 114 de una o más cavidades de reacción 108 de la estructura de reacción 126 del dispositivo 104 o biosensor 100 pueden no incluir una reacción designada, que generalmente se representa por la falta de sombreado/patrón en la Figura 4. Como se discutió anteriormente, un sitio de reacción 114 puede incluir sustancias biológicas o químicas inmovilizadas en la superficie del detector 112 o, más específicamente, en la base y/o superficies laterales de las cavidades de reacción 108. En ejemplos particulares, los sitios de reacción 114 se ubican cerca de una abertura 158 de al menos una guía de luz 118 correspondiente de modo que las emisiones de luz previamente designadas que se emiten desde los sitios de reacción 114 después de que se ha producido una reacción designada mediante el tratamiento con la solución de reacción, se propagan a través de la estructura de reacción 126, a través de la abertura 158 y el material de filtro 116 de al menos una guía de luz 118 correspondiente, a través de la capa de revestimiento de protección (y potencialmente la primera y segunda capas de blindaje 154, 155), y hasta al menos un sensor de luz 140 correspondiente.
Las sustancias biológicas o químicas de un único sitio de reacción 114 pueden ser similares o idénticas (por ejemplo, una colonia de analitos (por ejemplo, oligonucleótidos) que tienen una secuencia común). Sin embargo, en otros ejemplos, un único sitio de reacción 114 y/o cavidad de reacción puede incluir diferentes sustancias biológicas o químicas. Antes de una reacción designada, los sitios de reacción 114 pueden incluir al menos un analito (por ejemplo, un analito de interés). Por ejemplo, el analito puede ser un oligonucleótido o una colonia del mismo (por ejemplo, un oligonucleótido de interés). Los oligonucleótidos pueden tener una secuencia eficazmente común y unirse con una biomolécula marcada con fluorescencia particular o predefinida, tal como un nucleótido marcado con fluorescencia.
Sin embargo, antes de la reacción designada, los fluoróforos de la biomolécula marcada con fluorescencia no se incorporan ni se unen a las sustancias biológicas o químicas (por ejemplo, un oligonucleótido) en los sitios de reacción 114, como se muestra en la Figura 4. Para lograr la reacción designada (es decir, para incorporar una biomolécula marcada con fluorescencia con las sustancias biológicas o químicas de los sitios de reacción 114), la celda de flujo puede proporcionar un flujo de la solución de reacción 170 a la estructura de reacción 126, como se muestra en la Figura 5. La solución de reacción puede comprender uno o más reactivos de secuenciación que se usan para el injerto, agrupamiento, escisión, incorporación y/o lectura de ADN, por ejemplo. Sin embargo, la solución de reacción 170 puede ser cualquier solución. En algunos ejemplos, la solución de reacción 170 puede incluir un líquido. Por ejemplo, la solución de reacción 170 puede ser una solución acuosa y/o puede componerse de un aceite; sin embargo, se entiende que la solución de reacción 170 puede comprender cualquier otro líquido. La solución de reacción 170 puede incluir uno o más constituyentes que tenderían a reaccionar, corroer, disolver, deteriorar o hacer que los circuitos 146 sean inoperables o menos efectivos como circuitos (es decir, transferir señales o electrones). Por ejemplo, la solución de reacción 170 puede ser una solución acuosa que tendería a oxidar las porciones metálicas de los circuitos 146 si interactuara con ellos.
En un ejemplo, la solución de reacción 170 contiene uno o más tipos de nucleótidos, al menos algunos de los cuales se marcan con fluorescencia, y la solución de reacción 170 también contiene una o más biomoléculas, tales como enzimas polimerasas, que incorporan nucleótidos en un oligonucleótido en crecimiento en el sitio de reacción 114, marcando así el oligonucleótido con un nucleótido marcado con fluorescencia. En esta implementación, una celda de flujo puede proporcionar una solución de lavado para eliminar los nucleótidos libres que no se incorporaron a los oligonucleótidos. Los sitios de reacción 114 pueden entonces iluminarse con una luz de excitación 101 de al menos una primera longitud de onda, provocando fluorescencia de una segunda y/o tercera longitud de onda en aquellos sitios de reacción 114 donde se incorporó un nucleótido marcado con fluorescencia. Los sitios de reacción 114 que no incorporaron un nucleótido marcado con fluorescencia no emiten luz tras la luz de excitación incidente 101.
Como se muestra en el ejemplo ilustrado en la Figura 5, la solución de reacción 170 puede proporcionarse dentro de las cavidades de reacción 108 para lograr la reacción designada de al menos una molécula marcada con fluorescencia que se une o se incorpora con las sustancias biológicas o químicas de los sitios de reacción 114. En algunos ejemplos, las sustancias biológicas o químicas de los sitios de reacción 114 pueden ser un analito, y la molécula marcada con fluorescencia puede incluir al menos un fluoróforo que se une o se incorpora con el analito.
En tales ejemplos, el analito puede comprender un oligonucleótido, y al menos una molécula marcada con fluorescencia comprende un nucleótido marcado con fluorescencia.
Cuando las sustancias biológicas o químicas (por ejemplo, oligonucleótidos) de los sitios de reacción 114 son similares o idénticos, por ejemplo, tienen una secuencia común, los sitios de reacción 114 pueden configurarse para generar emisiones de luz comunes después de las reacciones designadas y la luz de excitación 101 se absorbe por las moléculas marcadas con fluorescencia unidas o incorporadas a las mismas de la solución de reacción 170. Cuando las sustancias biológicas o químicas (por ejemplo, oligonucleótidos) de los sitios de reacción 114 no son similares o idénticos, por ejemplo, tienen una secuencia diferente, los sitios de reacción 114 pueden configurarse para generar diferentes emisiones de luz después de las reacciones designadas y la luz de excitación 101 se absorbe por las moléculas marcadas con fluorescencia unidas o incorporadas a las mismas de la solución de reacción 170. El material de filtro 116 de las guías de luz 118 se selecciona o configura para permitir que cualquiera de dichas emisiones de luz se propague a través del mismo y hacia los sensores de luz 140, pero evita que otras de tales emisiones de luz y/o la luz de excitación pasen a través del mismo a los sensores de luz 140.
Como se muestra en la Figura 6, después de que la solución de reacción 170 ha interactuado con las sustancias biológicas o químicas (por ejemplo, oligonucleótidos) de los sitios de reacción 114, las reacciones designadas han ocurrido de manera que los sitios de reacción 114 incluyen moléculas marcadas con fluorescencia, tales como fluoróforos, que emiten luz de una longitud de onda predefinida o rango de longitudes de onda cuando se excita con la luz de excitación 101 (es decir, cuando la luz de excitación 101 incide sobre los sitios de reacción 114). La luz de excitación 101 puede configurarse por tanto en base a las moléculas marcadas con fluorescencia de la solución de reacción 170 (o viceversa) y/o una reacción iniciada por la solución de reacción 170 en los sitios de reacción 114 y/o un producto de reacción que se forma por la solución de reacción 170 en los sitios de reacción 114. Como se muestra en la Figura 6, los sitios de reacción 114 pueden emitir señales de luz 172 de una longitud de onda que difiere de la luz de excitación 101 cuando se excitan por la luz de excitación 101 después de que ha ocurrido una reacción designada mediante el tratamiento con la solución de reacción.
La luz emitida 172 desde los sitios de reacción 114 (después del tratamiento con la solución de reacción) puede viajar en todas las direcciones (por ejemplo, isotópicamente) de manera que, por ejemplo, una porción de la luz 172 se dirige hacia dentro de al menos una guía de luz 118 correspondiente, y una porción de la luz 172 se dirige hacia dentro del canal de flujo 119 o la estructura de reacción 126, como se muestra en la Figura 6. Para la porción que pasa hacia dentro del interior de la guía de luz 118, el dispositivo 104 (por ejemplo, las guías de luz 118 del mismo) se configura para facilitar la detección de los fotones por al menos un sensor de luz correspondiente 140. Específicamente, la luz emitida 172 desde los sitios de reacción 114 que pasa a través de la abertura de una guía de luz 118 correspondiente se propagará a través del material de filtro 116 del mismo hasta el sensor de luz 140. La luz de excitación 101, sin embargo, será absorbida o se impedirá de otro modo que se propague a través de la guía de luz 118 al sensor de luz 140 por el material de filtro 116, como se muestra en la Figura 6. Los circuitos del dispositivo 146 que se acoplan eléctricamente a los sensores de luz 140 transmiten señales de datos en base a los fotones detectados por los sensores de luz 140. De esta manera, solo la presencia de una reacción designada en un sitio de reacción 114 mediante el tratamiento con la solución de reacción hará que la luz que se emite 172 se detecte por los sensores de luz 140 durante un evento de detección de luz.
Como se muestra en la Figura 6, una porción de la luz emitida 172 desde el(los) sitio(s) de reacción 114 que pasa dentro de al menos una guía de luz 118 correspondiente puede propagarse directamente a través del material de filtro 116 del mismo y a al menos un sensor de luz 140 correspondiente. Por ejemplo, al menos una mayoría de la luz emisora 172 desde los sitios de reacción 114 que pasa dentro de al menos una guía de luz 118 correspondiente a través de la abertura 158 puede pasar directamente (por ejemplo, de forma lineal o sustancialmente lineal) a través del material de filtro 116 a al menos un sensor de luz 140 correspondiente. Una pequeña cantidad de la luz emisora 172 desde los sitios de reacción 114 que pasa dentro de al menos una guía de luz 118 correspondiente puede viajar en un ángulo tal que pase a través de la capa de protección 130, la capa de revestimiento 154 y dentro de las capas de material dieléctrico 142. Tal luz puede reflejarse por los circuitos 146 u otras estructuras metálicas o reflectantes incrustadas dentro de las capas de material dieléctrico 142, y potencialmente de regreso a la guía de luz 118 correspondiente (y potencialmente a al menos un sensor de luz 140 correspondiente). En algunos ejemplos, la capa de protección 130 y/o la capa de revestimiento 154 pueden ser transparentes a la luz, tal como transparentes o sustancialmente transparentes al menos para la luz emisora 172 de los sitios de reacción 114.
Las Figuras 7 y 8 ilustran un ejemplo del dispositivo 104 que incluye grietas u otras discontinuidades 178 en la estructura de reacción 126 y el material de filtro 116 de una guía de luz 118. Como se muestra en las Figuras 7 y 8, la estructura de reacción 126, y potencialmente el material de filtro 116 de al menos una guía de luz 118, pueden incluir grietas u otras discontinuidades 178 que se extienden desde la superficie de detección 112 hasta la capa de protección 130. Las discontinuidades 178 pueden extenderse desde la superficie de detección 112 a través de la estructura de reacción 126 hasta la capa de protección 130, y/o extenderse desde la superficie de detección 112 a través de la estructura de reacción 126 y el material de filtro 116 hasta la capa de protección 130. Las discontinuidades 178 pueden permitir así que una solución o líquido fluya desde la superficie de detección 112 hacia dentro del dispositivo de detección 104 e interactúe con la capa de protección 130.
Se observa que las discontinuidades 178 u otras vías pueden no ser tan definidas y/o continuas como las discontinuidades 178 representadas. Más bien, las discontinuidades 178 representan cualquier vía que un líquido o solución pueda tomar a través de la estructura de reacción 126 (es decir, desde la superficie de detección 112) hasta la capa de protección 130. Por ejemplo, cualquier vía que se extienda a través de la estructura de reacción 126 desde la superficie de detección 112 (por ejemplo, que se extienda a través de la primera capa 160, la segunda capa 162, la tercera capa 164 y la cuarta capa 166 (si está presente)) hasta la capa de protección 130 puede finalmente permitir que un líquido o solución (por ejemplo, la solución de reacción) interactúe con la capa de protección 130. Como otro ejemplo, cualquier vía que se extienda a través de la estructura de reacción 126 desde la superficie de detección 112 (por ejemplo, que se extienda a través de la primera capa 160, la segunda capa 162, la tercera capa 164 y la cuarta capa 166 (si está presente)) y al menos una guía de luz 118 (por ejemplo, extendiéndose a través de la abertura 158 y el material de filtro 116) hasta la capa de protección 130 puede finalmente permitir que un líquido o solución (por ejemplo, la solución de reacción) interactúe con la capa de protección 130. Las discontinuidades 178 representan tales vías.
Las discontinuidades 178 que se extienden a través de la estructura de reacción 126, y/o que se extienden a través de la estructura de reacción 126 y al menos una guía de luz 118, pueden formarse mediante cualquier proceso o mecanismo. Por ejemplo, las discontinuidades 178 que se extienden a través de la estructura de reacción 126, y/o que se extienden a través de la estructura de reacción 126 y al menos una guía de luz 118, pueden formarse durante la(s) etapa(s) de fabricación del dispositivo 104, y/o durante uso del dispositivo 104, por ejemplo. Como un modo específico de formación, las discontinuidades 178 pueden causarse por diferentes coeficientes de expansión térmica de los materiales del dispositivo 104, que pueden causar que las discontinuidades 178 se formen durante la(s) etapa(s) de fabricación del dispositivo 104 y/o durante el uso del dispositivo 104. Como otro ejemplo, las discontinuidades 178 pueden formarse por errores en el proceso de formación de la estructura de reacción 126 y/o las guías de luz 118, o pueden producirse naturalmente a partir del mismo. Como otro ejemplo más, las discontinuidades 178 pueden formarse mediante la solución de reacción (o cualquier otro líquido o solución) a partir de reaccionar y grabar a través de la estructura de reacción 126 y/o las guías de luz 118. Sin embargo, estos son solo algunos ejemplos de modos de formación de las discontinuidades 178, y las discontinuidades 178 pueden formarse mediante cualquier modo de funcionamiento.
Como también se muestra en la Figura 8 y se discutió anteriormente, la capa de revestimiento 154 puede incluir discontinuidades 179 que se extienden a través de la misma y permitirían que una solución o líquido fluya a través de ella. Las discontinuidades 179 de la capa de revestimiento 154 pueden ser discontinuidades internas relativamente pequeñas, poros, grietas o similares. Las discontinuidades 179 de la capa de revestimiento 154 pueden producirse durante la etapa de fabricación de la capa de revestimiento 154 o el dispositivo 104, y/o durante el uso del dispositivo 104, por ejemplo. Las discontinuidades 179 de la capa de revestimiento 154 pueden causarse por diferentes coeficientes de expansión térmica del material del revestimiento 154 y otras porciones del dispositivo 104, por ejemplo. Como otro ejemplo, las discontinuidades 179 de la capa de revestimiento 154 pueden causarse por el proceso de formación de la misma. En algunos ejemplos, las discontinuidades 179 de la capa de revestimiento 154 pueden resultar de un líquido o solución que interactúa con la capa de revestimiento 154 y ataca, corroe o deteriora de otro modo la capa de revestimiento 154 (y por lo tanto permite que el líquido o solución pase a través). Sin embargo, estos son solo algunos ejemplos de las causas de las discontinuidades 179 de la capa de revestimiento 154, cualquiera de las discontinuidades 179 puede formarse mediante cualquier modo de funcionamiento. En algunos ejemplos, la capa de revestimiento 154 puede componerse de un material que sea químicamente reactivo con la solución de reacción de manera que la solución de reacción puede grabar a través de la capa de revestimiento 154 (y, finalmente, deteriorar los circuitos 146). En alguna de tales modalidades, la capa de revestimiento 154 puede o no estar carente de las discontinuidades 179.
Cuando las discontinuidades 178 están presentes y la solución de reacción 170 (o cualquier otro líquido o solución) se introduce en la estructura de reacción 126 (por ejemplo, se proporciona sobre la superficie de detección 112 y dentro de las cavidades de reacción 108), la solución de reacción 170 (u otra líquido o solución) puede fluir, absorber, penetrar o viajar de otro modo dentro/a través de las discontinuidades 178 o de otra manera a través de la estructura de reacción 126, y potencialmente a través del material de filtro 116 de las guías de luz 118, como se muestra en la Figura 8. Además, como también se muestra en la Figura 8, si la capa de protección 130 no está presente, las discontinuidades 179 de la capa de revestimiento 154 permitirían que tal solución de reacción 170 penetrada (u otro líquido o solución) continúe viajando a través del dispositivo de detección 104 hasta el material dieléctrico 142 y, finalmente, interactuar con los circuitos 146. En otro ejemplo, la solución de reacción penetrada 170 (u otro líquido o solución) puede reaccionar químicamente con la capa de revestimiento 154 y grabar a través de ella, y continuar viajando a través del dispositivo de detección 104 hasta el material dieléctrico 142 y, finalmente, interactuar con el circuito 146. Como se señaló anteriormente, la solución de reacción 170 puede ser relativamente muy ácida (por ejemplo, pH igual o menor que aproximadamente 5) o relativamente muy básica (por ejemplo, pH igual o mayor que aproximadamente 8), y la capa de revestimiento 154 puede comprender SiN que se graba con relativa facilidad mediante tal solución de reacción. Como también se señaló anteriormente, la solución de reacción 170 (u otro líquido o solución) puede deteriorar o hacer que los circuitos 146 funcionen o haga menos efectiva las porciones conductoras y/o metálicas de los circuitos 146. Por ejemplo, la solución de reacción 170 puede reaccionar químicamente y oxidar las porciones conductoras y/o metálicas de los circuitos 146.
Sin embargo, como se muestra en la Figura 8, la capa de protección 130 puede configurarse de manera que forme una capa de barrera sólida continua (sin huecos, grietas u otras discontinuidades) que evite cualquier solución de reacción 170 que penetre a través de la estructura de reacción 126, y potencialmente a través del material de filtro 116 de las guías de luz 118, a través de las discontinuidades 178 o de interactuar de otro modo con los circuitos 146 del dispositivo 104. Además, la capa de protección 130 puede configurarse de manera que sea químicamente inerte con respecto a la solución de reacción, de manera que la solución de reacción (que puede incluir una acidez relativamente alta o una basicidad relativamente alta, como se describe anteriormente) no graba la capa de protección 130 o graba menos de aproximadamente un (1) angstrom (A) del grosor de la capa de protección 130 por hora a aproximadamente 100 grados Celsius y aproximadamente a presión atmosférica, cuando la solución de reacción está en contacto con la capa de protección 130. De esta manera, aunque las discontinuidades 179 u otras vías a través de la estructura de reacción 126 y/o las discontinuidades 179 u otras vías a través del material de filtro 116 pueden estar presentes, la capa de protección 130 evita que la solución de reacción 170 fluya hacia/a través de las discontinuidades 179 de la capa de revestimiento 154 y, en última instancia, interactúe con (y de ese modo deteriore) los circuitos del dispositivo 146. Como se señaló anteriormente, el método de formación, el grosor y el material de la capa de protección 130 pueden configurarse, independientemente o en consideración entre sí, de modo que la capa de protección 130 esté carente de discontinuidades que permitan que cualquier solución o líquido (por ejemplo, la solución de reacción) pase a través de ella, y la capa de protección 130 sea químicamente inerte con respecto a la solución de reacción, de manera que la capa de protección 130 es resistente al grabado (por la solución de reacción).
Las Figuras 9-13 ilustran un ejemplo de un método 200 de fabricación de un dispositivo de detección de luz, tal como el dispositivo de detección de luz 104 descrito de las Figuras 1-8. Por lo tanto, los números de referencia similares precedidos por "2", en oposición a "1", se usan para indicar componentes, aspectos, funciones, procesos o funciones similares, y la descripción anterior dirigida a ellos se aplica igualmente, y no se repite por brevedad y propósitos de claridad. El método 200, por ejemplo, puede emplear estructuras o aspectos de diferentes ejemplos (por ejemplo, sistemas y/o métodos) discutidos en la presente descripción. En diferentes ejemplos, ciertas etapas pueden omitirse o agregarse, ciertas etapas pueden combinarse, ciertas etapas pueden realizarse simultáneamente, ciertas etapas pueden realizarse concurrentemente, ciertas etapas pueden dividirse en múltiples etapas, ciertas etapas pueden realizarse en un orden diferente, o ciertas etapas o series de etapas pueden volver a realizarse de forma iterativa. Sin embargo, un método de acuerdo con la presente invención sólo puede variarse dentro del alcance definido en la reivindicación 12 del método adjunta.
Como se muestra en las Figuras 9 y 10, el método 200 de formar un dispositivo 204 incluye formar (en 270 de la Figura 9) una pluralidad (por ejemplo, una matriz) de zanjas 280 dentro de una base del dispositivo 225. La pluralidad de zanjas se extiende desde una superficie superior exterior/externa de la base del dispositivo 225 y hacia al menos un sensor de luz 240 correspondiente (a través del grosor de la base del dispositivo 225). Como se discutió anteriormente, la base del dispositivo 225 incluye una matriz de sensores de luz 240 y circuitos de dispositivo 246 acoplados eléctricamente a los sensores de luz 240 que transmiten señales de datos en base a fotones detectados por los sensores de luz 240. La base del dispositivo 225 puede proporcionarse u obtenerse mediante cualquier proceso. Por ejemplo, el método 200 puede incluir obtener la base del dispositivo 225 en un estado preensamblado o prefabricado, o incluir formar o fabricar la base del dispositivo 225 antes de formar 270 la pluralidad de zanjas 280.
Como se discutió anteriormente, la base del dispositivo 225 puede fabricarse mediante el uso de tecnologías de fabricación de circuitos integrados, tales como tecnologías de fabricación CMOS. Por ejemplo, la base del dispositivo 225 puede incluir varias capas de sustrato (capas de material dieléctrico 242) con diferentes características modificadas (por ejemplo, elementos metálicos) incrustadas en las mismas que forman los circuitos del dispositivo 246. La pluralidad de zanjas 280 se forman en las capas de sustrato (en las capas de material dieléctrico 242) para corresponder a porciones de la base del dispositivo 225 que incluirán, después del método 200, las guías de luz 218. Aunque solo se muestra una zanja 280 en la Figura 10, la base del dispositivo 225 puede incluir una matriz de guías de luz 218 como se describe anteriormente, y por lo tanto puede formarse una matriz de zanjas 280.
Como se muestra en la Figura 10, las zanjas 280 pueden extenderse a través de aberturas en la primera capa de blindaje 250 y/o segunda capa de blindaje 252, y a través del material dieléctrico 242 hacia al menos un sensor de luz 240 correspondiente. Como se muestra en la Figura 10, las superficies interiores de la base del dispositivo 225, tales como el material dieléctrico 242 de la misma, pueden definir las zanjas 280 para la formación de las guías de luz 218 en ellas. Las zanjas 280 pueden extenderse hasta la segunda capa de revestimiento 255 que se extiende a través del material dieléctrico 242. De esta manera, la segunda capa de revestimiento 255 puede formar la parte inferior de las zanjas 280. Como también se muestra en la Figura 10, pueden formarse otras aberturas en la primera capa de blindaje 250 y/o la segunda capa de blindaje 252 en las áreas intersticiales 213 de la base del dispositivo 225.
Las zanjas 280 pueden formarse mediante cualquier proceso o técnica que elimine las porciones del material dieléctrico 242 (y potencialmente porciones de la primera capa de blindaje 250 y/o la segunda capa de blindaje 252). Por ejemplo, las zanjas 280 pueden formarse mediante uno o más procesos de grabado selectivo o proceso de grabado con iones reactivos. En un ejemplo, las zanjas 280 pueden formarse al aplicar al menos una máscara (no se muestra) a la base del dispositivo 225 y eliminar material (por ejemplo, mediante grabado) de las porciones del material dieléctrico 242 (y potencialmente porciones de la primera capa de blindaje 250 y/o segunda capa de blindaje 252).
Como se muestra en las Figuras 9 y 11, después de la formación de la pluralidad de zanjas 280, el método 200 incluye depositar (en 272 de la Figura 9) la primera capa de revestimiento 254 sobre la superficie superior de la base del dispositivo 225 y dentro de la pluralidad de zanjas 280. En algunos ejemplos, la primera capa de revestimiento 254 puede formarse sobre las paredes laterales de la pluralidad de zanjas 280 y no sobre la segunda capa de revestimiento 255 en la parte inferior de las zanjas 280. En algunos otros ejemplos, la primera capa de revestimiento 254 puede formarse sobre la segunda capa de revestimiento 255 en la parte inferior de las zanjas 280, pero luego se retira posteriormente. La primera capa de revestimiento 254 puede depositarse sobre la segunda capa de blindaje 252 en la superficie superior de la base del dispositivo 225, y potencialmente sobre cualquier abertura en las aberturas de la primera capa de blindaje 250 y/o la segunda capa de blindaje 252 en las áreas intersticiales 213 de la base del dispositivo 225 de manera que la segunda capa de blindaje 252 se extiende sobre el material dieléctrico 242 en tales aberturas, como se muestra en la Figura 11.
La primera capa de revestimiento 254 puede formarse mediante cualquier proceso o técnica. Por ejemplo, la primera capa de revestimiento 254 puede formarse mediante al menos un proceso de deposición química (por ejemplo, galvanoplastia, deposición química de vapor (CVD), CVD mejorada con plasma (PECVD) o deposición de capa atómica (ALD), por ejemplo), un proceso de deposición física, un modo de crecimiento, epitaxia o una combinación de los mismos. En algunos ejemplos, la primera capa de revestimiento 254 puede formarse conforme sobre la superficie de la base del dispositivo 225 y dentro de las zanjas 280 (por ejemplo, sobre las paredes laterales y, potencialmente, la superficie inferior de las zanjas 280). La primera capa de revestimiento 254 puede comprender un grosor sustancialmente constante, o el grosor puede variar. Como se discutió anteriormente, la primera capa de revestimiento 254 (y/o potencialmente la segunda capa de revestimiento 255) puede comprender discontinuidades (tras la formación y/o después del uso del dispositivo 204) que se extienden a través de la misma y permiten que una solución o líquido fluya a través de ella (ver Figura 8). Como también se describió anteriormente, la primera capa de revestimiento 254 puede reaccionar químicamente con la solución de reacción (que puede ser relativamente muy ácida o básica/alcalina), de manera que la solución de reacción graba a través de la misma.
Después de la formación de la primera capa de revestimiento 254 en la base del dispositivo 225 (y dentro de las zanjas 280), la primera capa de revestimiento 254 puede procesarse adicionalmente. Por ejemplo, al menos la porción de la primera capa de revestimiento 254 que se extiende sobre la superficie superior de la base del dispositivo 225 (es decir, las áreas intersticiales 213 de la primera capa de revestimiento 254) puede procesarse para aplanar/planarizar, suavizar y/o de otra manera mejorar la topografía de la superficie de la misma. En algunos de estos ejemplos, al menos la porción de la primera capa de revestimiento 254 que se extiende sobre la superficie superior de la base del dispositivo 225 (es decir, las áreas intersticiales 213 de la primera capa de revestimiento 254) se puede grabar y/o pulir (por ejemplo, pulido/planarización química y/o mecánica) para planarizar la superficie exterior de la primera capa de revestimiento 254.
Como se muestra en las Figuras 9 y 12, el método 200 incluye depositar (en 274 de la Figura 9) la capa de protección 230 sobre la base del dispositivo 225 de manera que se extienda dentro de la pluralidad de zanjas 280. En algún ejemplo, el método 200 puede incluir depositar (en 274 de la Figura 9) la capa de protección 230 sobre la base del dispositivo 225 de manera que se extienda dentro de la pluralidad de zanjas 280 y sobre la superficie superior de la base del dispositivo 225. En algunos ejemplos, la capa de protección 230 puede formarse sobre las paredes laterales de la pluralidad de zanjas 280 y la parte inferior de las zanjas 280. La capa de protección 230 puede formarse sobre la primera capa de revestimiento 254 y la segunda capa de revestimiento 255.
La capa de protección 230 puede formarse mediante cualquier proceso(s) o técnica(s). Por ejemplo, la capa de protección 230 puede formarse mediante al menos un proceso de deposición química (por ejemplo, galvanoplastia, deposición química de vapor (CVD), CVD mejorada con plasma (PECVD) o deposición de capa atómica (ALD), por ejemplo), un proceso de deposición física, un modo de crecimiento, epitaxia o una combinación de los mismos. En algunos ejemplos, la capa de protección 230 puede formarse conforme sobre la superficie de la base del dispositivo 225 y dentro de las zanjas 280 (por ejemplo, sobre las paredes laterales y, potencialmente, la superficie inferior de las zanjas 280). La capa de protección 230 puede comprender un grosor sustancialmente constante, o el grosor puede variar. Como se discutió anteriormente, la capa de protección 230 puede formarse de tal manera que esté vacía (después de la formación y/o después del uso del dispositivo 204) de cualquier discontinuidad que se extienda a través de ella y permita que una solución o líquido fluya a través de ella (ver Figura 8). El grosor, material y/o proceso(s) de formación de la capa de protección 230 pueden configurarse de modo que la capa de protección 230 sea una capa de barrera impermeable a los líquidos. Por ejemplo, puede utilizarse cualquier proceso que forme la capa de protección 230 como una capa robusta y altamente densificada con una baja densidad de defectos. En algunos ejemplos particulares, la capa de protección 230 se forma mediante un proceso de deposición de capa atómica (ALD) o un proceso de deposición de vapor químico de plasma de alta densidad (CVD), por ejemplo. La capa de protección 230 puede ser por tanto una barrera impermeable a los líquidos que evita que un líquido o solución, tal como la solución de reacción, interactúe con los circuitos del dispositivo 246 en estas capas de dispositivo de la base del dispositivo 225.
Como también se discutió anteriormente, la capa de protección 230 se forma de manera que sea químicamente inerte con respecto a la solución de reacción, de manera que la solución de reacción (que puede incluir una acidez relativamente alta o una basicidad relativamente alta, como se describe anteriormente) no graba la capa de protección 230, o graba menos de aproximadamente un (1) angstrom (A) del grosor de la capa de protección 230 por hora a aproximadamente 100 grados Celsius y aproximadamente a la presión atmosférica, cuando la solución de reacción está en contacto con la capa de protección 230. Por ejemplo, la composición de la capa de protección 230 puede no reaccionar químicamente, o reaccionar químicamente solo en un grado relativamente pequeño, con la composición de la solución de reacción (que puede incluir una acidez relativamente alta o una basicidad relativamente alta) de manera que la solución de reacción no graba la capa de protección 230 o graba menos de aproximadamente un (1) angstrom (A) del grosor de la capa de protección 230 por hora a aproximadamente 100 grados Celsius y aproximadamente a la presión atmosférica cuando la solución de reacción está en contacto con la capa de protección 230. La capa de protección 230 comprende por tanto una capa resistente al grabado con respecto a la solución de reacción (que incluye un pH igual o menor que aproximadamente 5 o un pH igual o mayor que aproximadamente 8) para evitar que la solución de reacción penetre a través de la misma (con el tiempo) y, en última instancia, interactúe y corroya o interfiera de otro modo con el funcionamiento de los circuitos del dispositivo 246. La capa de protección 230 se forma así para evitar que un líquido o solución (tal como la solución de reacción) que pueda penetrar a través de la estructura de reacción 226 hasta la capa de protección 230, o a través de la estructura de reacción 226 y el material de filtro 216 de una guía de luz 218 hasta la capa de protección 230, interactúe con los circuitos del dispositivo 246 (y la capa de revestimiento 254 y el material dieléctrico 242).
Como se muestra en las Figuras 9 y 13, después de la formación de la capa de protección 230, el método 200 incluye llenar (en 276 de la Figura 9) la pluralidad de zanjas revestidas 280 con al menos un material de filtro 216 para formar la pluralidad de guías de luz 218. Como se discutió anteriormente, al menos un material de filtro 216 puede filtrar la luz de una primera longitud de onda (por ejemplo, luz de excitación) y permite que la luz de una segunda longitud de onda (por ejemplo, luz que se emite desde los sitios de reacción) pase a través del mismo a al menos un sensor de luz 240 correspondiente. En algunos ejemplos, la cantidad de material de filtro 216 que se aplica a la base del dispositivo 225 puede exceder el volumen disponible dentro de las zanjas revestidas 280. Como tal, el material de filtro 216 puede desbordar las zanjas revestidas 280 y extenderse a lo largo de la parte superior de la base del dispositivo 225, tal como sobre la primera capa de revestimiento 254. En ejemplos alternativos, la operación de llenado 276 puede incluir el llenado selectivo de cada zanja revestida 280 de manera que el material de filtro 216 no despeje/desborde la zanja 280 (es decir, se extienda sobre la parte superior de la base del dispositivo 225).
En algunos ejemplos, llenar (en 276 de la figura 9) el material de filtro 216 puede incluir presionar (por ejemplo, mediante el uso de un componente similar a una escobilla de goma) el material de filtro 216 dentro de las zanjas revestidas 280. Opcionalmente, el método 200 también puede incluir retirar el material de filtro 216 de la capa de protección 230 y, en algunos casos, porciones del material de filtro 216 dentro de las guías de luz 218. El material de filtro 216 puede retirarse del interior de las guías de luz 218 de modo que la abertura 258 de las guías de luz 218 se ubique a una profundidad por debajo de la capa de protección 230, como se muestra en la Figura 13. Pueden implementarse diferentes procesos para eliminar una o más porciones del material de filtro 216. Por ejemplo, una operación de eliminación puede incluir al menos uno de grabar las porciones del material de filtro 216 o pulir químicamente las porciones del material de filtro 216.
Como también se muestra en las Figuras 9 y 13, después de la formación de la capa de protección 230 en la base del dispositivo 225 (y dentro de las zanjas 280), la capa de protección 230 puede procesarse adicionalmente. Por ejemplo, al menos la porción de la capa de protección 230 que se extiende sobre la superficie superior de la base del dispositivo 225 (es decir, las áreas intersticiales 213 de la capa de protección 230) puede procesarse para aplanar/planarizar, suavizar y/o mejorar de otro modo la topografía superficial de la misma. En algunos de estos ejemplos, al menos la porción de la capa de protección 230 que se extiende sobre la superficie superior de la base del dispositivo 225 (es decir, las áreas intersticiales 213 de la capa de protección 230) puede grabarse y/o pulirse (por ejemplo, pulido/planarización química y/o mecánica) para planarizar la superficie exterior de la capa de protección 230.
Después de la formación de las guías de luz 218 a través del material de filtro 216, el método 200 incluye formar (en 278 de la Figura 9) una estructura de reacción sobre la pluralidad de guías de luz 218 y sobre la capa de protección 230 en la superficie superior de la base del dispositivo 225 (véanse las Figuras 3 y 4). Como se discutió anteriormente, la estructura de reacción que se proporciona sobre la pluralidad de guías de luz 218 y sobre la capa de protección 230 en la superficie superior de la base del dispositivo 225 puede incluir una pluralidad de cavidades de reacción, cada una correspondiente a al menos una guía de luz para contener al menos un sitio de reacción y una solución de reacción. En algunos ejemplos, se proporciona una solución de reacción con un pH menor o igual a aproximadamente 5 o un pH mayor o igual a aproximadamente 8 sobre la estructura de reacción para formar sitios de reacción en la misma. Los sitios de reacción pueden generar emisiones de luz en respuesta a la luz de excitación incidente después del tratamiento con la solución de reacción. Por ejemplo, la solución de reacción puede iniciar una reacción y/o formar un producto de reacción en los sitios de reacción que genera emisiones de luz en respuesta a la luz de excitación. Como también se discutió anteriormente, la estructura de reacción puede comprender una pluralidad de capas. Como tal, formar (en 278 de la Figura 9) la estructura de reacción puede incluir formar una pluralidad de capas sobre la pluralidad de guías de luz 218 y sobre la capa de protección 230 en la superficie superior de la base del dispositivo 225 (véanse las Figuras 3 y 4). La estructura de reacción puede formarse mediante cualquier proceso o técnica.
La capa de protección 230 puede así formar un soporte subyacente a la estructura de reacción. Como se discutió anteriormente, la superficie superior planarizada de la capa de protección 230 puede minimizar de ese modo la modulación de la topografía de la superficie inducida en la superficie del detector de la estructura de reacción, particularmente en las áreas intersticiales 213 de la superficie del detector. En ejemplos particulares, la capa de protección 230 procesada puede resultar en una superficie plana y/o lisa en las áreas intersticiales 213 de la superficie del detector de la estructura de reacción y evitar que la solución de reacción o cualquier otra sustancia biológica o química permanezca en ella y/o evitar errores de salto de almohadilla. La planitud de las áreas intersticiales 213 de la superficie del detector, proporcionada al menos en parte por la capa de protección 230 subyacente procesada, puede mejorar la robustez del dispositivo de detección 204 en comparación con los ejemplos que están carentes de la capa de protección 230 procesada.
Opcionalmente, el método 200 puede incluir proporcionar al menos un sitio de reacción en al menos una cavidad de reacción de la estructura de reacción que se forma mediante la introducción de una solución de reacción con un pH menor o igual a aproximadamente 5 o un pH mayor o igual a aproximadamente 8 sobre la estructura de reacción y/o montar una celda de flujo en el dispositivo 204 (ver Figura 1) que proporciona una solución de reacción con un pH menor o igual a aproximadamente 5 o un pH mayor o igual a aproximadamente 8 sobre la estructura de reacción. Proporcionar los sitios de reacción puede ocurrir antes o después de que la celda de flujo se acople al dispositivo 204. Los sitios de reacción pueden colocarse en un patrón predeterminado a lo largo de las cavidades de reacción. Los sitios de reacción pueden corresponder (por ejemplo, un sitio a un sensor de luz, un sitio a múltiples sensores de luz, o múltiples sitios a un sensor de luz) de una manera predeterminada. En otros ejemplos, los sitios de reacción pueden formarse aleatoriamente a lo largo de las cavidades de reacción. Como se describe en la presente descripción, los sitios de reacción pueden incluir sustancias biológicas o químicas inmovilizadas en la superficie del detector dentro de las cavidades de reacción. Las sustancias biológicas o químicas pueden configurarse para emitir señales de luz en respuesta a la luz de excitación. Al menos un sitio de reacción puede generar de ese modo emisiones de luz en respuesta a la luz de excitación incidente sólo después del tratamiento con la solución de reacción. Por ejemplo, la solución de reacción puede iniciar una reacción y/o formar un producto de reacción en al menos un sitio de reacción que genera emisiones de luz en respuesta a la luz de excitación. En ejemplos particulares, los sitios de reacción incluyen agrupaciones o colonias de biomoléculas (por ejemplo, oligonucleótidos) que se inmovilizan en la superficie del detector dentro de las cavidades de reacción.
Debe entenderse que la descripción anterior pretende ser ilustrativa y no restrictiva. Por ejemplo, los ejemplos descritos anteriormente (y/o aspectos de los mismos) pueden usarse en combinación entre sí. Además, pueden realizarse muchas modificaciones para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas de los diferentes ejemplos sin apartarse de su alcance. Si bien las dimensiones y tipos de materiales pueden describirse en la presente descripción, se pretende que definan parámetros de algunos de los diferentes ejemplos, y de ninguna manera se limitan a todos los ejemplos y son meramente ejemplares. Muchos otros ejemplos resultarán evidentes para los expertos en la técnica al revisar la descripción anterior. Por tanto, el alcance de los diferentes ejemplos debe determinarse con referencia a las reivindicaciones adjuntas, junto con el alcance completo de las modalidades a las que tienen derecho tales reivindicaciones.
En las reivindicaciones adjuntas, los términos "que incluye" y "en el que" se usan como equivalentes en inglés simple de los términos respectivos "que comprende" y "en donde". Además, en las siguientes reivindicaciones, los términos "primero", "segundo" y "tercero", etcétera, se usan meramente como etiquetas de referencia y no pretenden imponer requisitos numéricos, estructurales o de otro tipo a sus objetos. Las formas del término "en base a" en la presente descripción abarcan relaciones en las que un elemento se basa parcialmente, así como relaciones en las que un elemento se basa completamente. Las formas del término "definido" abarcan relaciones en las que un elemento se define parcialmente, así como relaciones en las que un elemento se define completamente. Debe entenderse que no necesariamente todos los objetos o ventajas descritos anteriormente pueden lograrse de acuerdo con cualquier ejemplo particular. Así, por ejemplo, los expertos en la técnica reconocerán que los dispositivos, sistemas y métodos descritos en la presente descripción pueden realizarse o llevarse a cabo de una manera que logre u optimice una ventaja o grupo de ventajas como se enseña en la presente descripción sin necesariamente lograr otros objetivos o ventajas, como puede enseñarse o sugerirse en la presente descripción.
La descripción también incluye las siguientes cláusulas, que no definen modalidades de la invención. El alcance de la invención se define por las reivindicaciones adjuntas.
1. Un dispositivo, que comprende:
una estructura de reacción que forma una pluralidad de cavidades de reacción para contener una solución de reacción con un pH menor o igual a aproximadamente 5 o un pH mayor o igual a aproximadamente 8 y al menos un sitio de reacción que genera emisiones de luz en respuesta a luz de excitación incidente después del tratamiento con la solución de reacción; y
una base del dispositivo que se coloca debajo de la estructura de reacción, que comprende:
una pluralidad de sensores de luz;
circuitos del dispositivo que se acoplan eléctricamente a los sensores de luz para transmitir señales de datos en base a fotones detectados por los sensores de luz;
una pluralidad de guías de luz con regiones de entrada que reciben la luz de excitación y las emisiones de luz desde al menos una cavidad de reacción correspondiente, las guías de luz que se extienden dentro de la base del dispositivo desde las regiones de entrada hacia al menos un sensor de luz correspondiente y que comprenden al menos un material de filtro que filtra la luz de excitación y permite que las emisiones de luz pasen a al menos un sensor de luz correspondiente;
una capa de blindaje que se extiende alrededor de cada guía de luz y se coloca entre cada guía de luz y los circuitos del dispositivo; y
una capa de protección que se extiende alrededor de cada guía de luz y se coloca entre cada guía de luz y la capa de blindaje que evita que la solución de reacción que pasa a través de la estructura de reacción y la guía de luz interactúe con los circuitos del dispositivo, en donde la capa de protección es químicamente inerte con respecto a la solución de reacción.
2. El dispositivo de la cláusula 1, en donde la capa de protección se apoya en la pluralidad de guías de luz dentro de la base del dispositivo.
3. El dispositivo de la cláusula 2, en donde los circuitos del dispositivo se proporcionan dentro de las capas de material dieléctrico de la base del dispositivo, en donde la capa de blindaje se coloca entre la capa de protección y las capas de material dieléctrico, y en donde la capa de blindaje se apoya en las capas de material dieléctrico.
4. El dispositivo de la cláusula 1, en donde la capa de protección se extiende además entre una superficie superior de la base del dispositivo y áreas intersticiales de la estructura de reacción que se extienden alrededor de las cavidades de reacción.
5. El dispositivo de la cláusula 4, en donde la capa de blindaje se extiende entre la capa de protección y la superficie superior de la base del dispositivo.
6. El dispositivo de la cláusula 1, en donde la capa de protección comprende dióxido de silicio, un óxido metálico, un nitruro metálico o una combinación de los mismos.
7. El dispositivo de la cláusula 1, en donde la capa de protección comprende dióxido de silicio, oxinitruro de silicio, monóxido de silicio, carburo de silicio, oxicarburo de silicio, nitrocarburo de silicio, óxido metálico, nitruro metálico o una combinación de los mismos.
8. El dispositivo de la cláusula 7, en donde el pH de la solución de reacción es mayor o igual a aproximadamente 8.
9. El dispositivo de la cláusula 1, en donde el pH de la solución de reacción es menor o igual a aproximadamente 5, y en donde la capa de protección comprende carburo de silicio, oxicarburo de silicio, nitrocarburo de silicio, un óxido metálico, un nitruro metálico o una combinación de los mismos.
10. El dispositivo de la cláusula 1, en donde la capa de blindaje comprende una capa de blindaje de nitruro de silicio.
11. El dispositivo de la cláusula 1, en donde la capa de protección comprende una capa de barrera impermeable a los líquidos.
12. El dispositivo de la cláusula 1, en donde los circuitos del dispositivo comprenden elementos conductores interconectados, y la capa de protección evita que la solución de reacción oxide los elementos conductores.
13. El dispositivo de la cláusula 1, en donde el grosor de la capa de protección está dentro del rango de aproximadamente 5 nanómetros a aproximadamente 100 nanómetros.
14. El dispositivo de la cláusula 1, en donde la estructura de reacción comprende al menos un sitio de reacción inmovilizado en la estructura de reacción dentro de cada una de la pluralidad de cavidades de reacción, y en donde la solución de reacción puede iniciar una reacción y/o formar un producto de reacción con al menos un sitio de reacción que genera emisiones de luz en respuesta a la luz de excitación incidente.
15. El dispositivo de la cláusula 14, en donde al menos un sitio de reacción comprende al menos un analito, y en donde la solución de reacción comprende al menos una molécula marcada con fluorescencia.
16. El dispositivo de la cláusula 1, en donde los circuitos del dispositivo de la base del dispositivo forman circuitos semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS).
17. Un biosensor que comprende:
el dispositivo de la cláusula 1; y
una celda de flujo que se monta en el dispositivo que comprende la solución de reacción y al menos un canal de flujo que está en comunicación fluida con la pluralidad de cavidades de reacción de la estructura de reacción para dirigir la solución de reacción a la misma.
18. Un método que comprende:
formar una pluralidad de zanjas dentro de una base del dispositivo que comprende una pluralidad de sensores de luz y circuitos del dispositivo acoplados eléctricamente a los sensores de luz para transmitir señales de datos en base a fotones detectados por los sensores de luz, la pluralidad de zanjas se extiende desde una superficie superior de la base del dispositivo y hacia al menos un sensor de luz correspondiente;
depositar una capa de blindaje sobre la base del dispositivo de manera que la capa de blindaje se extienda al menos dentro de la pluralidad de zanjas; depositar una capa de protección sobre la capa de blindaje de manera que la capa de protección se extienda al menos dentro de la pluralidad de zanjas;
llenar la pluralidad de zanjas sobre la capa de protección depositada con al menos un material de filtro para formar una pluralidad de guías de luz, al menos un material de filtro filtra la luz de al menos una primera longitud de onda y permite que la luz de una segunda longitud de onda pase a través del mismo a al menos un sensor de luz correspondiente; y
formar una estructura de reacción sobre la pluralidad de guías de luz y la capa de protección, la estructura de reacción que forma una pluralidad de cavidades de reacción correspondientes a al menos una guía de luz para contener una solución de reacción con un pH menor o igual a aproximadamente 5 o un pH mayor o igual a aproximadamente 8 y al menos un sitio de reacción que genera emisiones de luz de la segunda longitud de onda en respuesta a la luz de excitación incidente de la primera longitud de onda después del tratamiento con la solución de reacción, en donde la capa de protección es químicamente inerte con respecto a la solución de reacción.
19. El método de la cláusula 18, en donde la capa de protección comprende dióxido de silicio, oxinitruro de silicio, monóxido de silicio, carburo de silicio, oxicarburo de silicio, nitrocarburo de silicio, óxido metálico, nitruro metálico o una combinación de los mismos, y en donde la capa de blindaje comprende una capa de blindaje de nitruro de silicio.
20. El método de la cláusula 18, en donde depositar la capa de blindaje sobre la base del dispositivo comprende además depositar la capa de blindaje sobre la superficie superior de la base del dispositivo, y en donde depositar la capa de protección sobre la base del dispositivo comprende además depositar la capa de protección sobre la porción de la capa de blindaje que se extiende sobre la superficie superior de la base del dispositivo.
21. El método de la cláusula 18, que comprende además hacer pasar la solución de reacción con un pH menor o igual a aproximadamente 5 o un pH mayor o igual a aproximadamente 8 sobre la estructura de reacción.
Si bien la descripción se ha descrito en detalle en relación con sólo un número limitado de ejemplos, debe entenderse fácilmente que la descripción no se limita a dichos ejemplos descritos. Más bien, el alcance de la presente invención se define por las reivindicaciones adjuntas y esta descripción puede modificarse para incorporar cualquier número de variaciones, alteraciones, sustituciones o disposiciones equivalentes no descritas hasta ahora, pero que son acordes con el alcance de la descripción. Además, aunque se han descrito diferentes ejemplos, debe entenderse que los aspectos de la descripción pueden incluir solo un ejemplo o algunos de los ejemplos descritos. Además, aunque se describe que algunos ejemplos tienen un cierto número de elementos, se entenderá que los ejemplos pueden llevarse a la práctica con menos o más que el cierto número de elementos.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo (104), que comprende:
una estructura de reacción (126) que forma una pluralidad de cavidades de reacción (108) para contener una solución de reacción con un pH menor o igual a aproximadamente 5 o un pH mayor o igual a aproximadamente 8 y al menos un sitio de reacción (114) que genera emisiones de luz en respuesta a la luz de excitación incidente después del tratamiento con la solución de reacción; y
una base del dispositivo (125) que se coloca debajo de la estructura de reacción (126), que comprende:
una base del sensor (141); una pluralidad de sensores de luz (140) que se incluyen en la base del sensor (141);
capas de material dieléctrico (142) apiladas en la base del sensor (141);
circuitos del dispositivo (146) acoplados eléctricamente a los sensores de luz (140) para transmitir señales de datos con base en fotones detectados por los sensores de luz (140), en donde los circuitos del dispositivo (146) se proporcionan dentro de las capas de material dieléctrico (142);
una pluralidad de guías de luz (118) con regiones de entrada (158) que se disponen para recibir la luz de excitación y las emisiones de luz de al menos una cavidad de reacción (108) correspondiente, las guías de luz (118) que se extienden dentro de la base del dispositivo (125) a través de las capas de material dieléctrico (142) desde las regiones de entrada (158) hacia al menos un sensor de luz (140) correspondiente y las guías de luz (118) que comprenden al menos un material de filtro (116) que se dispone para filtrar la luz de excitación y permitir que las emisiones de luz pasen al al menos un sensor de luz (140) correspondiente;
una capa de revestimiento (154) que se extiende sobre la base del dispositivo (125) y alrededor de las superficies laterales de cada guía de luz (118) y se coloca entre cada guía de luz (118) y los circuitos del dispositivo (146);
una capa de protección (130) que se extiende alrededor de cada guía de luz (118) y se coloca entre el material de filtro (116) de cada guía de luz (118) y la capa de revestimiento (154), la capa de protección (130) que se dispone para evitar que la solución de reacción que pasa a través de la estructura de reacción (126) y la guía de luz (118) interactúe con los circuitos del dispositivo (146), en donde la capa de protección (130) es químicamente inerte con respecto a la solución de reacción con un pH menor o igual a aproximadamente 5 o un pH mayor o igual a aproximadamente 8; y una primera capa de blindaje (150) que se extiende entre las regiones de entrada adyacentes (158) para bloquear la luz de excitación y las emisiones de luz incidente en la primera capa de blindaje (150), en donde la primera capa de blindaje (150) se coloca debajo de la capa de revestimiento (154) y en contacto con las capas de material dieléctrico (142).
2. El dispositivo (104) de la reivindicación 1, en donde la capa de protección (130) se apoya en la pluralidad de guías de luz (118) dentro de la base del dispositivo (125), en donde la capa de revestimiento (154) se coloca preferentemente entre la capa de protección (130) y las capas de material dieléctrico (142), y en donde la capa de revestimiento (154) se apoya preferentemente en las capas de material dieléctrico (142).
3. El dispositivo (104) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la capa de protección (130) se extiende además entre una superficie superior de la base del dispositivo (125) y las áreas intersticiales (113) de la estructura de reacción (126) que se extienden alrededor de las cavidades de reacción (108), en donde la capa de revestimiento (154) se extiende preferentemente entre la capa de protección (130) y la superficie superior de la base del dispositivo (125).
4. El dispositivo (104) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la capa de protección (130) comprende dióxido de silicio, un óxido metálico, un nitruro metálico o una combinación de estos.
5. El dispositivo (104) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la capa de protección (130) comprende dióxido de silicio, oxinitruro de silicio, monóxido de silicio, carburo de silicio, oxicarburo de silicio, nitrocarburo de silicio, óxido metálico, nitruro metálico o una combinación de estos.
6. El dispositivo (104) de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde si el pH de la solución de reacción es menor o igual a aproximadamente 5, la capa de protección (130) comprende carburo de silicio, oxicarburo de silicio, nitrocarburo de silicio, un óxido metálico, un nitruro metálico o una combinación de estos.
7. El dispositivo (104) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la capa de revestimiento (154) comprende una capa de revestimiento de nitruro de silicio y/o en donde la capa de protección (130) comprende una capa de barrera impermeable a los líquidos.
8. El dispositivo (104) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los circuitos del dispositivo (146) comprenden elementos conductores interconectados, y la capa de protección (130) evita que la solución de reacción oxide los elementos conductores y/o en donde el grosor de la capa de protección (130) está dentro del rango de aproximadamente 5 nanómetros a aproximadamente 100 nanómetros.
9. El dispositivo (104) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la estructura de reacción (126) comprende al menos un sitio de reacción (114) inmovilizado en la estructura de reacción (126) dentro de cada una de la pluralidad de cavidades de reacción (108), y en donde la solución de reacción puede iniciar una reacción y/o formar un producto de reacción con el al menos un sitio de reacción (114) que genera emisiones de luz en respuesta a la luz de excitación incidente, en donde al menos un sitio de reacción (114) comprende preferentemente al menos un analito, y en donde la solución de reacción comprende al menos una molécula marcada con fluorescencia.
10. El dispositivo (104) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los circuitos del dispositivo (146) de la base del dispositivo (125) forman circuitos semiconductores de óxido metálico complementario.
11. Un biosensor (100), que comprende:
el dispositivo (104) como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores; y
una celda de flujo (102) que se monta en el dispositivo (104) que comprende la solución de reacción y al menos un canal de flujo (119) que está en comunicación fluida con la pluralidad de cavidades de reacción (108) de la estructura de reacción (126) para dirigir la solución de reacción a la misma.
12. Un método (200), que comprende:
formar (270) una pluralidad de zanjas (280) dentro de una base del dispositivo (225) que comprende una base del sensor (241), una pluralidad de sensores de luz (240) que se incluyen en la base del sensor (241), capas de material dieléctrico (242) apiladas en la base del sensor (241) y los circuitos del dispositivo (246) acoplados eléctricamente a los sensores de luz (240) para transmitir señales de datos con base en fotones detectados por los sensores de luz (240), la pluralidad de zanjas (280) que se extienden desde una superficie superior de la base del dispositivo (225) y hacia al menos un sensor de luz (240) correspondiente a través de las capas de material dieléctrico (242) de la base del dispositivo (225), en donde los circuitos del dispositivo (246) se proporcionan dentro de las capas de material dieléctrico (242) de la base del dispositivo (225); depositar una capa de blindaje (250) que se extiende entre zanjas adyacentes (280) y sobre las capas de material dieléctrico (242);
depositar (272) una capa de revestimiento (254) sobre la base del dispositivo (225), de manera que la capa de revestimiento (254) se extiende al menos sobre la superficie superior de la base del dispositivo (225) y dentro de la pluralidad de zanjas (280);
depositar (274) una capa de protección (230) sobre la capa de revestimiento (254), de manera que la capa de protección (230) se extiende al menos dentro de la pluralidad de zanjas (280), en donde la capa de blindaje (250) se coloca debajo de la capa de revestimiento (254) y en contacto con las capas de material dieléctrico (242);
llenar (276) la pluralidad de zanjas (280) sobre la capa de protección depositada (230) con al menos un material de filtro (216) para formar una pluralidad de guías de luz (218), el al menos un material de filtro (216) que filtra la luz de al menos una primera longitud de onda y que permite que la luz de una segunda longitud de onda pase a través de este al al menos un sensor de luz (240) correspondiente; y
formar (278) una estructura de reacción sobre la pluralidad de guías de luz (218) y la capa de protección (230), la estructura de reacción que forma una pluralidad de cavidades de reacción correspondientes al menos a una guía de luz (218) para contener una solución de reacción con un pH menor o igual a aproximadamente 5 o un pH mayor o igual a aproximadamente 8 y al menos un sitio de reacción que genera emisiones de luz de la segunda longitud de onda en respuesta a la luz de excitación incidente de la primera longitud de onda después del tratamiento con la solución de reacción, en donde la capa de protección (230) es químicamente inerte con respecto a la solución de reacción.
13. El método (200) de la reivindicación 12, en donde la capa de protección (230) comprende dióxido de silicio, oxinitruro de silicio, monóxido de silicio, carburo de silicio, oxicarburo de silicio, nitrocarburo de silicio, óxido metálico, nitruro metálico o una combinación de estos, y en donde la capa de revestimiento (254) comprende una capa de revestimiento de nitruro de silicio.
14. El método (200) de la reivindicación 12 o 13, en donde depositar la capa de protección (230) sobre la base del dispositivo (225) comprende, además, depositar la capa de protección (230) sobre la porción de la capa de revestimiento (254) que se extiende sobre la superficie superior de la base del dispositivo (225).
15. El método (200) de la reivindicación 12, 13 o 14, que comprende además pasar la solución de reacción con un pH menor o igual a aproximadamente 5 o un pH mayor o igual a aproximadamente 8 sobre la estructura de reacción.
16. El dispositivo (104) de la reivindicación 1, que comprende, además, una segunda capa de blindaje (152) que se extiende entre las regiones de entrada adyacentes (158) y se coloca entre la primera capa de blindaje (150) y la capa de revestimiento (154), en donde la segunda capa de blindaje (152) no está en contacto con el material de filtro (116), en donde opcionalmente la segunda capa de blindaje (152) incluye una capa antirreflectante, en donde opcionalmente la segunda capa de blindaje (152) comprende oxinitruro de silicio.
ES18215873T 2017-12-22 2018-12-24 Dispositivos de detección de luz con revestimiento de protección y métodos relacionados con este Active ES2836505T3 (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762609889P 2017-12-22 2017-12-22
NL2020612A NL2020612B1 (en) 2017-12-22 2018-03-19 Light detection devices with protective liner and methods of manufacturing same
US16/216,014 US10955343B2 (en) 2017-12-22 2018-12-11 Light detection devices with protective liner and methods related to same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2836505T3 true ES2836505T3 (es) 2021-06-25

Family

ID=66993759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES18215873T Active ES2836505T3 (es) 2017-12-22 2018-12-24 Dispositivos de detección de luz con revestimiento de protección y métodos relacionados con este

Country Status (29)

Country Link
US (4) US10955343B2 (es)
EP (2) EP3783340B1 (es)
JP (2) JP7094313B2 (es)
KR (2) KR102345900B1 (es)
CN (3) CN115266660A (es)
AU (2) AU2018390335B2 (es)
BR (1) BR112019027633B1 (es)
CA (1) CA3066759C (es)
CL (1) CL2019003779A1 (es)
CO (1) CO2019014442A2 (es)
CR (1) CR20190588A (es)
CY (1) CY1123681T1 (es)
DK (1) DK3502667T3 (es)
ES (1) ES2836505T3 (es)
IL (2) IL298842A (es)
LT (1) LT3502667T (es)
MX (2) MX2019015843A (es)
MY (1) MY194022A (es)
NL (1) NL2020612B1 (es)
PH (1) PH12019502901A1 (es)
PL (1) PL3502667T3 (es)
PT (1) PT3502667T (es)
RU (1) RU2740733C1 (es)
SA (1) SA519410880B1 (es)
SG (2) SG11201911865TA (es)
SI (1) SI3502667T1 (es)
TW (1) TWI762751B (es)
WO (1) WO2019125689A1 (es)
ZA (2) ZA201908171B (es)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8906320B1 (en) 2012-04-16 2014-12-09 Illumina, Inc. Biosensors for biological or chemical analysis and systems and methods for same
US9989713B1 (en) 2017-03-07 2018-06-05 International Business Machines Corporation Fluid control structure
NL2020612B1 (en) 2017-12-22 2019-07-02 Illumina Inc Light detection devices with protective liner and methods of manufacturing same
NL2020625B1 (en) 2017-12-22 2019-07-02 Illumina Inc Two-filter light detection devices and methods of manufacturing same
CN111095558B (zh) * 2017-12-26 2021-06-18 伊鲁米纳公司 传感器系统
TWI672806B (zh) * 2018-06-22 2019-09-21 晶相光電股份有限公司 全域快門互補式金屬氧化物半導體影像感測器及其形成方法
CN112437877A (zh) * 2018-09-11 2021-03-02 优志旺电机株式会社 酶标仪
AU2019337557A1 (en) 2018-09-14 2021-01-14 Illumina, Inc. Flow cells and methods related to same
BR112020026532A2 (pt) 2019-05-21 2021-11-30 Illumina Inc Aparelho e método para sensores tendo uma superfície ativa
US11105745B2 (en) * 2019-10-10 2021-08-31 Visera Technologies Company Limited Biosensor
US11327228B2 (en) * 2020-07-09 2022-05-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Photonic device and fabrication method thereof
EP4320426A1 (en) * 2021-04-07 2024-02-14 Illumina, Inc. Adaptable illumination pattern for sample analysis

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5195162A (en) * 1987-12-16 1993-03-16 General Motors Corporation Planar polymer light guide methods and apparatus
US5846708A (en) * 1991-11-19 1998-12-08 Massachusetts Institiute Of Technology Optical and electrical methods and apparatus for molecule detection
JP3266041B2 (ja) * 1996-05-22 2002-03-18 株式会社島津製作所 部材接合法及びこの方法により製造した光学測定装置
AU1680900A (en) 1998-12-10 2000-06-26 Takara Shuzo Co., Ltd. Method for immobilizing dna on a carrier
GB2344933B (en) * 1998-12-14 2001-08-29 Bookham Technology Ltd Process for making optical waveguides
US20050191698A1 (en) 1999-04-20 2005-09-01 Illumina, Inc. Nucleic acid sequencing using microsphere arrays
US6339147B1 (en) 1999-07-29 2002-01-15 Epoch Biosciences, Inc. Attachment of oligonucleotides to solid supports through Schiff base type linkages for capture and detection of nucleic acids
JP2002000903A (ja) 2000-06-22 2002-01-08 Heiwa Corp 遊技機の球通路装置
JP3762677B2 (ja) * 2001-01-29 2006-04-05 株式会社 堀場アドバンスドテクノ 流体分析用セルおよびこれを用いた分析装置
WO2004016727A1 (en) * 2002-08-19 2004-02-26 Bioprocessors Corporation Determination and/or control of reactor environmental conditions
US7193289B2 (en) * 2004-11-30 2007-03-20 International Business Machines Corporation Damascene copper wiring image sensor
DE102006056598B4 (de) * 2006-11-30 2013-10-02 Globalfoundries Inc. Verfahren zur Herstellung eines Transistorbauelements für eine integrierte Schaltung
TWI308228B (en) 2006-12-06 2009-04-01 Ind Tech Res Inst Hybrid opto-electrical circuit board and method for manufacturing the same
CN100543970C (zh) * 2008-05-27 2009-09-23 友达光电股份有限公司 制作光感应器的方法
US8921280B2 (en) * 2009-02-11 2014-12-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Integrated bio-chip and method of fabricating the integrated bio-chip
JP4856204B2 (ja) * 2009-03-24 2012-01-18 株式会社東芝 固体撮像装置の製造方法
JP2012000811A (ja) * 2010-06-15 2012-01-05 Daicel Corp 積層フィルム及びその製造方法並びに電子デバイス
EP2581728B1 (en) * 2011-10-10 2013-09-18 CYCLERtest B.V. Calibration device for a thermal cycler
US9373732B2 (en) 2012-02-07 2016-06-21 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with reflective optical cavity pixels
JP5991370B2 (ja) * 2012-03-19 2016-09-14 ソニー株式会社 ケミカルセンサ、ケミカルセンサの製造方法、化学物質検出装置
US8906320B1 (en) 2012-04-16 2014-12-09 Illumina, Inc. Biosensors for biological or chemical analysis and systems and methods for same
CN102706954B (zh) * 2012-06-05 2016-06-29 清华大学 自旋阀gmr薄膜结构、具有其的生物传感器及制作方法
US9366647B2 (en) * 2013-03-14 2016-06-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Optical detection for bio-entities
US9683937B2 (en) * 2013-08-23 2017-06-20 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging devices for molecule detection
AU2014364006B2 (en) * 2013-12-10 2019-07-11 Illumina, Inc. Biosensors for biological or chemical analysis and methods of manufacturing the same
US10276620B2 (en) * 2014-02-27 2019-04-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor device and method for forming the same
WO2016030710A1 (en) 2014-08-25 2016-03-03 Diasys Diagnostics India Private Limited Carbon nanotubes formulation and uses thereof
US9887129B2 (en) * 2014-09-04 2018-02-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor structure with contact plug
JPWO2016208299A1 (ja) 2015-06-24 2018-04-05 富士フイルム株式会社 処理液及びパターン形成方法
TWI571626B (zh) 2015-07-15 2017-02-21 力晶科技股份有限公司 具有奈米腔的集成生物感測器及其製作方法
NL2020612B1 (en) 2017-12-22 2019-07-02 Illumina Inc Light detection devices with protective liner and methods of manufacturing same

Also Published As

Publication number Publication date
PL3502667T3 (pl) 2021-03-08
KR20220000933A (ko) 2022-01-04
AU2018390335A1 (en) 2020-01-02
US20230417675A1 (en) 2023-12-28
WO2019125689A1 (en) 2019-06-27
MY194022A (en) 2022-11-08
CA3066759A1 (en) 2019-06-27
AU2018390335B2 (en) 2021-04-22
JP7240543B2 (ja) 2023-03-15
DK3502667T3 (da) 2020-11-30
SA519410880B1 (ar) 2022-09-05
AU2021201666A1 (en) 2021-04-08
TW201930852A (zh) 2019-08-01
TWI762751B (zh) 2022-05-01
IL271191A (en) 2020-01-30
NL2020612B1 (en) 2019-07-02
CN109959639B (zh) 2022-07-05
CN115266660A (zh) 2022-11-01
PT3502667T (pt) 2020-12-15
IL298842A (en) 2023-02-01
JP2022105005A (ja) 2022-07-12
CL2019003779A1 (es) 2020-07-10
CR20190588A (es) 2020-02-26
CN210037611U (zh) 2020-02-07
CN210037611U9 (zh) 2020-06-05
IL271191B2 (en) 2023-05-01
AU2021201666B2 (en) 2023-04-13
US10955343B2 (en) 2021-03-23
EP3783340C0 (en) 2023-07-12
CA3066759C (en) 2023-08-01
SI3502667T1 (sl) 2021-02-26
KR102479790B1 (ko) 2022-12-21
PH12019502901A1 (en) 2020-09-14
KR20200019144A (ko) 2020-02-21
CN109959639A (zh) 2019-07-02
IL271191B1 (en) 2023-01-01
EP3783340B1 (en) 2023-07-12
BR112019027633A2 (pt) 2020-07-07
BR112019027633B1 (pt) 2023-01-24
RU2740733C1 (ru) 2021-01-20
US20210208072A1 (en) 2021-07-08
JP7094313B2 (ja) 2022-07-01
SG10202107420XA (en) 2021-08-30
MX2019015843A (es) 2020-08-03
US20190195797A1 (en) 2019-06-27
LT3502667T (lt) 2021-01-11
US20230125640A1 (en) 2023-04-27
SG11201911865TA (en) 2020-01-30
CY1123681T1 (el) 2022-03-24
KR102345900B1 (ko) 2021-12-31
NZ759905A (en) 2021-10-29
EP3502667B1 (en) 2020-10-28
US11781985B2 (en) 2023-10-10
ZA202007299B (en) 2024-04-24
JP2020532707A (ja) 2020-11-12
EP3502667A1 (en) 2019-06-26
EP3783340A1 (en) 2021-02-24
ZA201908171B (en) 2021-04-28
MX2023005457A (es) 2023-05-23
CO2019014442A2 (es) 2020-04-01
US11543352B2 (en) 2023-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2836505T3 (es) Dispositivos de detección de luz con revestimiento de protección y métodos relacionados con este
EP3502668B1 (en) Two-filter light detection devices and methods of manufacturing same
BR122021023318B1 (pt) Dispositivos de detecção da luz com camada de proteção e métodos relacionados
NZ760190B2 (en) A respiratory pressure treatment system