ES2966770T3 - Canal de flujo moldeado - Google Patents

Abstract

Un sistema de secuenciación basado en nanoporos incluye una pluralidad de sensores de nanoporos. Cada sensor de nanoporos tiene una porción para recibir un fluido. El sistema de secuenciación basado en nanoporos incluye una cámara de fluido configurada para guiar el fluido sobre la pluralidad de sensores de nanoporos y una entrada configurada para entregar el fluido a la cámara de fluido. Al menos una parte de la cámara de fluido está hecha de un material que ha sido moldeado alrededor de al menos una parte de un electrodo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Canal de flujo moldeado

Los avances en microminiaturización dentro de la industria de los semiconductores en los últimos años han posibilitado que los biotecnólogos comiencen a encapsular herramientas de detección tradicionalmente voluminosas en factores de forma cada vez más pequeños, en los denominados biochips. Sería deseable desarrollar biochips que sean más sólidos, eficaces y rentables. Un diseño de celdilla de flujo de nanoporos conocido se divulga por Ryan C. Rollingset al.,en "<d>N<a>Characterization with Ion Beam-Sculpted Silicon Nitride Nanopores" (01/01/2012), Humana Press, EE. UU., ISSN: 1064-3745 vol. 870, páginas 79-97, DOI: 10.1007/978-1-61779-773-6_5.

Breve descripción de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo de secuenciación basada en membrana de nanoporos de acuerdo con la reivindicación independiente 1, que comprende una pluralidad de sensores de nanoporos, teniendo cada sensor de nanoporo una porción para recibir un fluido; una cámara de fluido configurada para guiar el fluido sobre la pluralidad de sensores de nanoporos, en el que al menos una porción de la cámara de fluido está hecha de un material que se ha moldeado alrededor de al menos una porción de un electrodo; y una entrada configurada para suministrar el fluido a la cámara de fluido.

El dispositivo o sistema puede comprender una salida configurada para suministrar el fluido fuera de la cámara de fluido. El dispositivo o sistema también puede comprender un encapsulante que encapsula las uniones de cabes entre una placa de circuito y un chip que incluye los sensores de nanoporos. Además, las uniones de cables entre una placa de circuito y un chip, incluidos los sensores de nanoporos y el material que se ha moldeado, se pueden encapsular juntos en un mismo encapsulante.

La cámara de fluido puede formar un canal de flujo de fluido que dirige el fluido para que fluya por encima de al menos algunas de las porciones superiores de los sensores de nanoporos, y el canal de flujo de fluido puede cruzar por encima de diferentes sensores de nanoporos a lo largo de una longitud del canal de flujo de fluido.

El electrodo puede ser un contraelectrodo del sistema o dispositivo de secuenciación basada en nanoporos. Además, el electrodo puede incluir una abertura que se ha llenado con el material que se ha moldeado alrededor de al menos la porción del electrodo. Además, el electrodo se puede haber conectado a una porción de lengüeta que se ha retirado. Además, el electrodo puede estar hecho al menos en parte de nitruro de titanio. Al menos una porción del electrodo puede estar expuesta en el interior de la cámara de fluido. Además, el canal de la entrada puede pasar a través del electrodo.

El material que se ha moldeado alrededor de al menos la porción del electrodo es un elastómero que se ha moldeado por inyección. Además, el material puede formar al menos una porción de un canal de la entrada. Además, el material crea divisores elevados en una superficie del electrodo configurados para guiar el fluido a lo largo de una longitud sinuosa de la cámara de fluido. Además, el material puede dejar una abertura que expone una superficie del electrodo fuera de la cámara de fluido y una fuente de potencial eléctrico se conecta eléctricamente al electrodo por medio de un contacto eléctrico a través de la abertura. Además, el material se puede sujetar a una superficie de un chip con los sensores de nanoporos usando un componente de sujeción. Además, el material se puede sujetar a una superficie de un chip con los sensores de nanoporos usando un componente de sujeción con una abertura para albergar la entrada. Además, el material se puede comprimir en una superficie de un chip con los sensores de nanoporos usando un componente de sujeción que se sujeta a una placa de circuito.

Breve descripción de los dibujos

Diversos modos de realización de la invención se divulgan en la siguiente descripción detallada y en los dibujos adjuntos.

La figura 1 ilustra un ejemplo de una celda 100 en un chip de secuenciación basada en nanoporos.

La figura 2 ilustra un ejemplo de una celda 200 que realiza secuenciación de nucleótidos con la técnica nano-SBS. La figura 3 ilustra un ejemplo de una celda a punto de realizar secuenciación de nucleótidos con marcas precargadas.

La figura 4 ilustra un ejemplo de un proceso 400 para la secuenciación de ácidos nucleicos con marcas precargadas.

La figura 5 ilustra un procedimiento de flujo de trabajo fluídico 500 para hacer fluir diferentes tipos de líquidos o gases a través de las celdas de un chip de secuenciación basada en nanoporos durante diferentes fases del funcionamiento del chip.

La figura 6A ilustra un flujo ejemplar de un líquido o gas a través del chip de secuenciación basada en nanoporos. La figura 6B ilustra otro flujo ejemplar de un líquido o gas a través del chip de secuenciación basada en nanoporos. La figura 7A ilustra un flujo ejemplar de un primer tipo de fluido a través del chip de secuenciación basada en nanoporos.

La figura 7B ilustra que un segundo fluido se hace fluir a través del chip después de que un primer fluido se ha hecho fluir a través del chip en un momento anterior.

La figura 8 ilustra la vista superior de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 800 con una cámara de flujo que encierra un chip de silicio que permite que los líquidos y gases pasen sobre y entren en contacto con sensores en la superficie de chip.

La figura 9 ilustra los diversos componentes que se montan entre sí para formar el sistema de secuenciación basada en nanoporos 800 como se muestra en la figura 8.

La figura 10 ilustra otra vista ejemplar del sistema de secuenciación basada en nanoporos 800.

La figura 11A ilustra la vista superior de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 1100 con una cámara de flujo mejorada que encierra un chip de silicio que permite que líquidos y gases pasen sobre y entren en contacto con sensores en la superficie de chip.

La figura 11B ilustra la vista en sección transversal del sistema 1100 desde la posición de un plano 1114 a través del sistema.

La figura 12A ilustra otra vista ejemplar del sistema de secuenciación basada en nanoporos 1100 con una cámara impelente de distribución en abanico.

La figura 12B ilustra los diversos componentes que se montan entre sí para formar el sistema de secuenciación basada en nanoporos 1100 como se muestra en la figura 11.

La figura 13 ilustra las trayectorias que se siguen por un fluido a medida que fluye a través del sistema de secuenciación basada en nanoporos 1100 con una cámara impelente de distribución en abanico.

La figura 14 ilustra la vista superior de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 1400 con otra cámara de flujo mejorada que encierra un chip de silicio que permite que líquidos y gases pasen sobre y entren en contacto con sensores en la superficie de chip.

La figura 15 ilustra la vista superior de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 1500 con otra cámara de flujo mejorada que encierra un chip de silicio que permite que líquidos y gases pasen sobre y entren en contacto con sensores en la superficie de chip.

La figura 16 ilustra la vista superior de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 1600 con otra cámara de flujo mejorada que encierra un chip de silicio que permite que líquidos y gases pasen sobre y entren en contacto con sensores en la superficie de chip.

La figura 17 ilustra la vista superior de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 1700 con otra cámara de flujo mejorada que encierra un chip de silicio que permite que líquidos y gases pasen sobre y entren en contacto con sensores en la superficie de chip.

La figura 18 ilustra la vista superior de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 1800 con otra cámara de flujo mejorada que encierra un chip de silicio que permite que líquidos y gases pasen sobre y entren en contacto con sensores en la superficie de chip.

La figura 19A ilustra una vista ejemplar de un modo de realización de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 1900 con un canal de flujo serpenteante.

La figura 19B ilustra los diversos componentes que se laminan entre sí para formar el sistema de secuenciación basada en nanoporos 1900.

La figura 20A ilustra la vista lateral superior de una placa de respaldo y un circuito plano flexible que se conecta al contraelectrodo (no visible) localizado en el lado inferior de la placa de respaldo.

La figura 20B ilustra la misma unidad 2000 como se muestra en la figura 20A cuando la placa de respaldo se gira boca abajo.

La figura 20C ilustra los diversos componentes de la unidad 2000 que están laminados entre sí.

La figura 21A ilustra una vista en sección transversal de un canal de flujo 2100 con bordes afilados o esquinas afiladas que pueden atrapar fluidos más fácilmente.

La figura 21B ilustra una vista en sección transversal de un canal de flujo 2102 que tiene una geometría de sección transversal conformada en D.

La figura 21C ilustra una vista en sección transversal de otro canal de flujo 2106 que tiene una geometría en sección transversal conformada en D.

La figura 22 ilustra una vista lateral de un sistema de secuenciación basada en nanoporos con canales de flujo que tienen una geometría de sección transversal conformada en D.

La figura 23 es un diagrama que ilustra un modo de realización de un componente de canal de flujo moldeado. La figura 24 es un diagrama que ilustra un modo de realización de un accesorio de inserción de contraelectrodo. La figura 25 es un diagrama que ilustra un modo de realización de un molde para un componente de canal de flujo moldeado.

La figura 26 es un diagrama que ilustra un modo de realización de un componente de canal de flujo moldeado retirado de un molde.

La figura 27 es un diagrama que ilustra una porción de un modo de realización de un sistema de secuenciación basada en nanoporos que utiliza un componente de canal de flujo moldeado.

La figura 28 es un diagrama que ilustra un modo de realización de una sujeción de componentes de sistema de secuenciación basada en nanoporos.

La figura 29 es un diagrama que ilustra uniones de cables encapsulados.

La figura 30 es un diagrama que ilustra la encapsulación de uniones de cables conjuntamente con uno o más componentes de canal de flujo en una única etapa de fabricación.

Descripción detallada

Los dispositivos de membrana de nanoporos que tienen tamaños de poro en el orden de un nanómetro de diámetro interno han demostrado ser prometedores en la secuenciación de nucleótidos rápida. Cuando se aplica un potencial de voltaje a través de un nanoporo sumergido en un fluido conductor, se puede observar una pequeña corriente iónica atribuida a la conducción de iones a través del nanoporo. El tamaño de la corriente es sensible al tamaño de poro.

Un chip de secuenciación basada en nanoporos se puede usar para la secuenciación de ADN. Un chip de secuenciación basada en nanoporos incorpora un gran número de celdas de sensor configuradas como una matriz. Por ejemplo, una matriz de un millón de celdas puede incluir 1000 filas por 1000 columnas de celdas.

La figura 1 ilustra una celda 100 en un chip de secuenciación basada en nanoporos. Una membrana 102 se forma sobre la superficie de la celda. En algunos modos de realización, la membrana 102 es una bicapa lipídica. El grueso del electrólito 114 que contiene complejos moleculares transmembranarios de nanoporos de proteínas (PNTMC) y el analito de interés se coloca directamente sobre la superficie de la celda. Un único PNTMC 104 se inserta en la membrana 102 por electroporación. Las membranas individuales en la matriz no se conectan ni química ni eléctricamente entre sí. Por tanto, cada celda en la matriz es una máquina de secuenciación independiente, que produce datos exclusivos para la única molécula de polímero asociada con el PNTMC. El PNTMC 104 actúa sobre los analitos y modula la corriente iónica a través de la bicapa de otro modo impermeable.

Con referencia continua a la figura 1, la circuitería de medición analógica 112 se conecta a un electrodo de metal 110 cubierto por una película delgada de electrólito 108. La película delgada de electrólito 108 se aísla del grueso del electrólito 114 por la membrana 102 impermeable a iones. El PNTMC 104 cruza la membrana 102 y proporciona la única trayectoria para que la corriente iónica fluya desde el grueso del líquido al electrodo de trabajo 110. La celda también incluye un contraelectrodo (CE) 116, que es un sensor de potencial electroquímico. La celda también incluye un electrodo de referencia 117.

En algunos ejemplos, una matriz de nanoporos posibilita la secuenciación paralela usando la técnica de secuenciación basada en nanoporos de molécula única por síntesis (nano-SBS). La figura 2 ilustra un ejemplo de una celda 200 que realiza secuenciación de nucleótidos con la técnica nano-SBS. En la técnica nano-SBS, se introducen un molde 202 que se va a secuenciar y un cebador en la celda 200. A este complejo molde-cebador, se le añaden cuatro nucleótidos marcados de forma diferente 208 al grueso de la fase acuosa. A medida que el nucleótido marcado correctamente forma un complejo con la polimerasa 204, la cola de la marca se sitúa en el hueco cilíndrico del nanoporo 206. La marca contenida en el hueco cilíndrico del nanoporo 206 genera una señal de bloqueo iónico 210 exclusiva, identificando electrónicamente, de este modo, la base añadida debida a las distintas estructuras químicas de las marcas.

La figura 3 ilustra un ejemplo de una celda a punto de realizar secuenciación de nucleótidos con marcas precargadas. Un nanoporo 301 se forma en una membrana 302. Una enzima 303 (por ejemplo, una polimerasa, tal como una ADN polimerasa) se asocia con el nanoporo. En algunos casos, la polimerasa 303 se fija de forma covalente al nanoporo 301. La polimerasa 303 se asocia con una molécula de ácido nucleico 304 que se va a secuenciar. En algunos ejemplos, la molécula de ácido nucleico 304 es circular. En algunos casos, la molécula de ácido nucleico 304 es lineal. En algunos ejemplos, un cebador de ácido nucleico 305 se hibrida a una porción de la molécula de ácido nucleico 304. La polimerasa 303 cataliza la incorporación de nucleótidos 306 sobre el cebador 305 usando la molécula de ácido nucleico monocatenario 304 como molde. Los nucleótidos 306 comprenden especies de marca ("marcas") 307.

La figura 4 ilustra un ejemplo de un proceso 400 para la secuenciación de ácidos nucleicos con marcas precargadas. En la fase A, un nucleótido marcado (uno de cuatro tipos diferentes: A, T, G o C) no se asocia con la polimerasa. En la fase B, un nucleótido marcado se asocia con la polimerasa. En la fase C, la polimerasa está en estrecha proximidad del nanoporo. La marca se introduce en el nanoporo por un campo eléctrico generado por un voltaje aplicado a través de la membrana y/o el nanoporo.

Algunos de los nucleótidos marcados asociados no tienen emparejamiento de bases con la molécula de ácido nucleico. Típicamente estos nucleótidos no emparejados se rechazan por la polimerasa dentro de una escala de tiempo que es más corta que la escala de tiempo durante la que los nucleótidos emparejados correctamente permanecen asociados con la polimerasa. Puesto que los nucleótidos no emparejados solo se asocian de forma transitoria con la polimerasa, el proceso 400, como se muestra en la figura 4, típicamente no avanza más allá de la fase B.

Antes de que la polimerasa se acople al nanoporo, la conductancia del nanoporo es de ~300 picosiemens (300 pS). En la fase C, la conductancia del nanoporo es de aproximadamente 60 pS, 80 pS, 100 pS o 120 pS, correspondiente a uno de los cuatro tipos de nucleótidos marcados. La polimerasa experimenta una isomerización y una reacción de transfosforilación para incorporar el nucleótido en la molécula de ácido nucleico creciente y liberar la molécula de marca. En particular, cuando la marca está contenida en el nanoporo, se genera una señal de conductancia exclusiva (por ejemplo, véase la señal 210 en la figura 2) debido a las distintas estructuras químicas de la marca, identificando, de este modo, la base añadida electrónicamente. La repetición del ciclo (es decir, de la fase A a la E o de la fase A a la F) permite la secuenciación de la molécula de ácido nucleico. En la fase D, la marca liberada pasa a través del nanoporo.

En algunos casos, los nucleótidos marcados que no se incorporan en la molécula de ácido nucleico creciente también pasarán a través del nanoporo, como se ve en la fase F de la figura 4. El nucleótido no incorporado se puede detectar por el nanoporo en algunos casos, pero el procedimiento proporciona un medio para distinguir entre un nucleótido incorporado y un nucleótido no incorporado en base a, al menos en parte, el tiempo durante el que el nucleótido se detecta en el nanoporo. Las marcas unidas a nucleótidos no incorporados pasan a través del nanoporo rápidamente y se detectan durante un corto período de tiempo (por ejemplo, menos de 10 ms), mientras que las marcas unidas a nucleótidos incorporados se cargan en el nanoporo y se detectan durante un largo período de tiempo (por ejemplo, al menos 10 ms).

La figura 5 ilustra un ejemplo de un proceso de flujo de trabajo fluídico 500 para hacer fluir diferentes tipos de fluidos (líquidos o gases) a través de las celdas de un chip de secuenciación basada en nanoporos durante diferentes fases del funcionamiento del chip. El chip de secuenciación basada en nanoporos funciona en diferentes fases, incluyendo una fase de inicialización y calibración (fase 502), una fase de formación de membrana (fase 504), una fase de formación de nanoporo (fase 506), una fase de secuenciación (fase 508) y una fase de limpieza y reinicio (fase 510).

En la fase de inicialización y calibración 502, se hace fluir un tampón salino a través de las celdas del chip de secuenciación basada en nanoporos en 512. El tampón salino puede ser cloruro de potasio (KCl), acetato de potasio (KAc), trifluoroacetato de sodio (NaTFA) y similares.

En la fase de formación de membrana 504, se forma una membrana, tal como una bicapa lipídica, sobre cada una de las celdas. En 514, se hace fluir una mezcla de lípido y decano sobre las celdas. En 516, se hace fluir un tampón salino sobre las celdas. En 518, se realizan mediciones de voltaje a través de las bicapas lipídicas para determinar si las bicapas lipídicas se forman apropiadamente. Si se determina que las bicapas lipídicas no se forman apropiadamente, a continuación se repite la etapa 516; de otro modo, el proceso continúa a la etapa 520. En 520, se introduce de nuevo un tampón salino.

En la fase de formación de nanoporo 506, se forma un nanoporo en la bicapa sobre cada una de las celdas. En 522, se hace fluir una muestra y una mezcla de poro/polimerasa sobre las celdas.

En la fase de secuenciación 508, se realiza la secuenciación de ADN. En 524, se hace fluir StartMix sobre las celdas y se recoge y almacena la información de secuenciación. StartMix es un reactivo que inicia el proceso de secuenciación. Después de la fase de secuenciación, se completa un ciclo del proceso en 526.

En la fase de limpieza y reinicio 510, el chip de secuenciación basada en nanoporos se limpia y se reinicia de modo que el chip se pueda reciclar para usos adicionales. En 528, se hace fluir un tensioactivo sobre las celdas. En 530, se hace fluir etanol sobre las celdas. En este ejemplo, se usan un tensioactivo y etanol para limpiar el chip. Sin embargo, se pueden usar fluidos alternativos. Las etapas 528 y 530 también se pueden repetir una pluralidad de veces para garantizar que el chip se limpie apropiadamente. Después de la etapa 530, las bicapas lipídicas y los poros se han retirado y el proceso de flujo de trabajo fluídico 500 se puede repetir de nuevo en la fase de inicialización y calibración 502.

Como se muestra en el proceso 500 descrito anteriormente, múltiples fluidos con propiedades significativamente diferentes (por ejemplo, compresibilidad, hidrofobia y viscosidad) se hacen fluir sobre una matriz de sensores en la superficie del chip de secuenciación basada en nanoporos. Para una eficacia mejorada, cada uno de los sensores en la matriz debe estar expuesto a los fluidos o gases de manera consecuente. Por ejemplo, cada uno de los diferentes tipos de fluidos se debe hacer fluir sobre el chip para secuenciación basada en nanoporos de modo que el fluido o gas se pueda suministrar al chip, recubriendo uniformemente y entrando en contacto con cada una de las superficies de las celdas y, a continuación, suministrar fuera del chip. Como se describe anteriormente, un chip de secuenciación basada en nanoporos incorpora un gran número de celdas de sensor configuradas como una matriz. A medida que el chip de secuenciación basada en nanoporos se escala para incluir más y más celdas, lograr un flujo uniforme de los diferentes tipos de fluidos o gases a través de las celdas del chip se vuelve más complejo.

La figura 6A ilustra un flujo ejemplar de un fluido a través del chip de secuenciación basada en nanoporos. En la figura 6A, una entrada (por ejemplo, un tubo) 604 suministra un fluido a un chip de secuenciación basada en nanoporos 602, y una salida 606 suministra el fluido o gas fuera del chip. Debido a la diferencia de anchura entre la entrada y el chip de secuenciación basada en nanoporos, a medida que el fluido o gas entra en el chip 602, el fluido o gas fluye a través de trayectorias que cubren las celdas que están cerca del perímetro externo pero no las celdas en la porción central del chip.

La figura 6B ilustra otro flujo ejemplar de un fluido a través del chip de secuenciación basada en nanoporos. En la figura 6B, una entrada 610 suministra un fluido a un chip de secuenciación basada en nanoporos 608, y una salida 612 suministra el fluido o gas fuera del chip. A medida que el fluido o gas entra en el chip 608, el fluido o gas fluye a través de trayectorias que cubren las celdas que están cerca de la porción central del chip pero no las celdas que están cerca del perímetro externo del chip.

Como se muestra en la figura 6A y la figura 6B anteriores, el chip de secuenciación basada en nanoporos tiene una o más zonas "muertas" en la cámara de flujo. En el modo de realización mostrado en la figura 6A, las zonas muertas se distribuyen cerca del centro del chip. En el modo de realización mostrado en la figura 6B, las zonas muertas se distribuyen cerca del perímetro externo del chip. Los sensores en la matriz de chips debajo de las zonas muertas están expuestos a una pequeña cantidad de fluido o a un flujo lento del fluido, mientras que los sensores fuera de las zonas muertas están expuestos a un flujo en exceso o rápido del fluido.

Además, la introducción de un segundo fluido puede no desplazar eficazmente el primer fluido en las zonas muertas. La figura 7A ilustra un flujo ejemplar de un primer tipo de fluido a través del chip de secuenciación basada en nanoporos. En este ejemplo, puesto que las zonas muertas están localizadas en las esquinas del chip de secuenciación basada en nanoporos, las esquinas del chip se exponen al primer fluido más tarde que otras porciones del chip, pero finalmente las esquinas al final se llenan con el primer fluido. La figura 7B ilustra que un segundo fluido se hace fluir a través del chip después de que un primer fluido se ha hecho fluir a través del chip en un momento anterior. Debido a que las zonas muertas están localizadas en las esquinas del chip, el segundo fluido no logra desplazar al primer fluido en las esquinas en un corto período de tiempo. Como resultado, los sensores en la matriz no se exponen a la cantidad correcta de fluido de manera consecuente.

El diseño de la cámara de flujo también puede afectar la formación de bicapas lipídicas con el grosor apropiado. Con referencia a la etapa 514 del proceso 500 en la figura 5, se hace fluir una mezcla de lípido y decano sobre las celdas, creando una gruesa capa de lípido en la parte superior de cada una de las celdas. Para reducir el grosor de una capa lipídica, en algunos modos de realización, se hacen fluir una o más burbujas de aire sobre el sensor para raspar la capa lipídica hasta convertirla en una capa más delgada en la etapa 516 del proceso 500. El diseño de la cámara de flujo se debe optimizar para controlar el límite de raspado entre el aire y las capas lipídicas, de modo que se realice una acción de limpieza uniforme sobre todos los sensores. Además, el diseño de la cámara de flujo se puede optimizar para evitar que las burbujas de aire colapsen a mitad de camino a través de la cámara de flujo; de otro modo, solo se raspa o "adelgaza" una porción de las capas lipídicas en el chip.

Continuando con la referencia a la figura 6 y la figura 7, cuando la cámara de flujo hace fluir el fluido desde un extremo al extremo opuesto del chip, el tamaño de las zonas muertas dentro del chip y el colapso de las burbujas de aire, en algunos modos de realización, se pueden reducir controlando el flujo de los fluidos y las burbujas de aire usando diferentes presiones y velocidades. Sin embargo, la mejora es limitada.

La figura 8 ilustra la vista superior de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 800 con una cámara de flujo que encierra un chip de silicio que permite que los líquidos y gases pasen sobre y entren en contacto con sensores en la superficie de chip. En este ejemplo, el chip de matriz de nanoporos 802 incluye 16 bancos de sensores (804) en una disposición de filas y columnas de 4 X 4. Sin embargo, también se pueden usar otras disposiciones de las celdas de sensores. El sistema 800 incluye un contraelectrodo 812 situado encima de la cámara de flujo. Los fluidos se dirigen desde una entrada 806 hasta la cámara de flujo en la parte superior del chip 802, y los fluidos se dirigen fuera de la cámara de flujo por medio de una salida 808. La entrada y la salida pueden ser tubos o agujas. La entrada 806 y la salida 808 se sitúan cada una en una de las dos esquinas del chip de matriz de nanoporos 802 diagonalmente una frente a la otra. Debido a que la cámara es considerablemente más ancha que la anchura de la entrada, a medida que el fluido o gas entra en la cámara, el fluido o gas fluye a través de diferentes trayectorias 810 que cubren más celdas que están cerca de la porción central del chip que celdas que están cerca de las dos esquinas restantes del chip. El fluido o gas se desplaza de una esquina a otra esquina diagonal, dejando fluidos atrapados en zonas muertas en las esquinas restantes.

La figura 9 ilustra los diversos componentes que se montan entre sí para formar el sistema de secuenciación basada en nanoporos 800 como se muestra en la figura 8. El sistema 800 incluye diversos componentes, incluyendo una placa de circuito impreso 902, un chip de matriz de nanoporos 802, una junta 904, contraelectrodo y electrodo de referencia 906 conectados por un circuito plano flexible 910 a un conector 912, una cubierta superior 914, una guía de entrada/salida 916, una entrada 806 y una salida 808.

La figura 10 ilustra otra vista ejemplar del sistema de secuenciación basada en nanoporos 800. La cámara de flujo es el espacio formado entre la cubierta superior 914, la junta 904 y el chip de matriz de nanoporos 802. El volumen de cámara se muestra como 1002 en la figura 10.

La figura 11A ilustra la vista superior de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 1100 con una cámara de flujo mejorada que encierra un chip de silicio que permite que líquidos y gases pasen sobre y entren en contacto con sensores en la superficie de chip. La figura 11B ilustra la vista en sección transversal del sistema 1100 desde la posición de un plano 1114 a través del sistema.

Un fluido se dirige al sistema 1100 a través de una entrada 1102. La entrada 1102 puede ser un tubo o una aguja. Por ejemplo, el tubo o aguja pueden tener un diámetro de un milímetro. En lugar de alimentar el fluido o gas directamente a la cámara de flujo, la entrada 1102 alimenta el fluido o gas a un espacio o depósito de cámara impelente de distribución en abanico 1106. Como se muestra en la vista superior del sistema 1100 (figura 11A), la cámara impelente de distribución en abanico 1106 dirige el fluido o gas hacia afuera desde un punto central, un pequeño orificio 1118 de la entrada 1102 que interseca (véase la figura 11B) con la cámara impelente de distribución en abanico 1106. La cámara impelente de distribución en abanico 1106 se extiende desde el orificio 1118 en una conformación de abanico. Por ejemplo, la conformación de abanico como se muestra en la figura 11A es una conformación sustancialmente triangular. Sin embargo, también se pueden usar otras conformaciones similares que dirijan el fluido o gas hacia afuera desde el pequeño orificio 1118. En un ejemplo, el orificio 1118 tiene un milímetro de ancho, y la cámara impelente de distribución en abanico 1106 se despliega hasta siete milímetros, la anchura de una fila de cuatro bancos de sensores 1122.

Con referencia a la vista en sección transversal del sistema 1100 (figura 11B), en primer lugar, el fluido o gas llena la cámara impelente de distribución en abanico 1106 y, a continuación, se derrama y drena por una hendidura o ranura estrecha 1108 que interseca con una cámara de flujo 1116, como una cascada. La cámara de flujo 1116 permite que el fluido o gas pase sobre y entre en contacto con los sensores en la superficie del chip de matriz de nanoporos 1120. Debido a que la hendidura 1108 se extiende a lo largo de una fila de bancos de sensores 1122, el fluido o gas se hace fluir de forma más uniforme a través de las celdas de sensor, reduciendo el número y las áreas de las zonas muertas dentro del chip. A medida que el fluido o gas recorre el chip, el fluido o gas llega a una segunda hendidura estrecha 1112 en el extremo opuesto del chip, y el fluido o gas se dirige a través de la hendidura 1112 hasta una cámara impelente de distribución en abanico inversa 1110. La cámara impelente de distribución en abanico inversa 1110 dirige el fluido o gas hacia un punto central, un pequeño orificio 1119 de la salida 1104 que interseca (véase la figura 11B) con la cámara impelente de distribución en abanico inversa 1110. A continuación, el fluido o gas se dirige fuera del sistema 1100 por medio de una salida 1104.

La figura 12A ilustra otra vista ejemplar del sistema de secuenciación basada en nanoporos 1100 con una cámara impelente de distribución en abanico. La figura 12B ilustra los diversos componentes que se montan entre sí para formar el sistema de secuenciación basada en nanoporos 1100 como se muestra en la figura 11. El sistema 1100 incluye diversos componentes, incluyendo una placa de circuito impreso 1201, un chip de matriz de nanoporos 1120, una junta 1202, una cubierta de junta 1204, una placa intermedia 1206, una placa intermedia 1208, un electrodo de referencia 1214, una placa intermedia 1210, un contraelectrodo 1218, un electrodo de referencia 1216, una placa superior 1212, una entrada 1102 y una salida 1104.

La cámara impelente de distribución en abanico es el espacio formado entre la placa superior 1212, un vacío de distribución en abanico 1220 en la capa intermedia 1210 y la capa intermedia 1208. La hendidura 1108 es el espacio formado alineando una hendidura 1108A en la placa intermedia 1208, una hendidura 1108B en la placa intermedia 1206 y una hendidura 1108C en la cubierta de junta 1204, y apilando la placa intermedia 1208, la placa intermedia 1206 y la cubierta de junta 1204 una encima de otra. La cámara de flujo es el espacio formado entre la cubierta de junta 1204, la junta 1202 y el chip de matriz de nanoporos 1120.

La figura 13 ilustra las trayectorias que se siguen por un fluido a medida que fluye a través del sistema de secuenciación basada en nanoporos 1100 con una cámara impelente de distribución en abanico. Un fluido fluye por la entrada 1102 (véase la trayectoria 1302A), en primer lugar llena la cámara impelente de distribución en abanico 1106 (véase la trayectoria 1302B) y, a continuación, se derrama y drena por la hendidura 1108 (véase la trayectoria 1302C) que interseca con la cámara de flujo. La cámara de flujo permite que el fluido o gas pase sobre y entre en contacto con los sensores en la superficie del chip de matriz de nanoporos como se muestra en la trayectoria 1302D. Debido a que la hendidura 1108 se extiende a lo largo de una fila de bancos de sensores, el fluido o gas se hace fluir de forma más uniforme a través de las celdas del sensor, reduciendo el número y las áreas de las zonas muertas dentro del chip. A medida que el fluido o gas recorre el chip, el fluido o gas llega a la hendidura 1112 en el extremo opuesto del chip, y el fluido o gas se dirige hacia arriba a través de la hendidura 1112 (véase la trayectoria 1302E) hasta una cámara impelente de distribución en abanico inversa 1110. La cámara impelente de distribución en abanico inversa 1110 hace converger el fluido o gas hacia un punto central (véase la trayectoria 1302F), un pequeño orificio de salida 1104 que interseca con la cámara impelente de distribución en abanico inversa 1110. A continuación, el fluido o gas se dirige fuera del sistema 1100 por medio de una salida 1104 como se muestra en la trayectoria 1302G.

La figura 14 ilustra la vista superior de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 1400 con otra cámara de flujo mejorada que encierra un chip de silicio que permite que líquidos y gases pasen sobre y entren en contacto con sensores en la superficie de chip. La cámara de flujo se divide en múltiples canales 1408, dirigiendo cada canal 1408 los fluidos para que fluyan directamente por encima de una única columna (o una única fila) de bancos de sensores 1406. Como se muestra en la figura 14, el sistema 1400 incluye cuatro entradas 1402 y cuatro salidas 1404.

Con referencia a la figura 14, un fluido se dirige al sistema 1400 en paralelo a través de las cuatro entradas 1402. La entrada 1402 puede ser un tubo o una aguja. Por ejemplo, el tubo o aguja pueden tener un diámetro de un milímetro. En lugar de alimentar el fluido o gas directamente a una cámara de flujo ancha con un único espacio continuo, cada una de las entradas 1402 alimenta el fluido o gas a un canal separado 1408 que dirige el fluido o gas para que fluya directamente por encima de una única columna de bancos de sensores 1406. Los canales 1408 se pueden formar apilando entre sí una placa superior y una junta con divisores 1410 que dividen la cámara en canales y, a continuación, montándolos en la parte superior del chip. Una vez que el fluido o gas fluye a través de los canales 1408 al lado opuesto del chip, el fluido o gas se dirige hacia arriba en paralelo a través de las cuatro salidas 1404 y fuera del sistema 1400.

La figura 15 ilustra la vista superior de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 1500 con otra cámara de flujo mejorada que encierra un chip de silicio que permite que líquidos y gases pasen sobre y entren en contacto con sensores en la superficie de chip. De forma similar al sistema 1400, la cámara de flujo en el sistema 1500 se divide en múltiples canales 1502, pero cada canal 1502 dirige los fluidos para que fluyan directamente por encima de dos columnas (o dos filas) de bancos de sensores 1504. La anchura de los canales es de aproximadamente 3,5 milímetros. Como se muestra en la figura 15, el sistema 1500 incluye dos entradas 1506 y dos salidas 1508.

Tanto el sistema 1400 como el sistema 1500 permiten que los fluidos fluyan de forma más uniforme en la parte superior de todos los sensores en la superficie de chip. La anchura de canal se configura para que sea suficientemente estrecha de modo que la acción capilar tenga efecto. Más en particular, la tensión de superficie (que está provocada por cohesión dentro del fluido) y las fuerzas adhesivas entre el fluido y las superficies circundantes actúan para mantener el fluido unido, evitando, de este modo, que el fluido o las burbujas de aire se rompan y creen zonas muertas. Por lo tanto, cuando la anchura de un banco de sensores es suficientemente estrecha, cada uno de los canales de flujo puede hacer fluir los fluidos directamente por encima de dos o más columnas (o dos o más filas) de bancos de sensores. En este caso, se puede usar el sistema 1500. Cuando la anchura de un banco de sensores no es suficientemente estrecha, entonces cada uno de los canales de flujo puede hacer fluir los fluidos directamente por encima de solo una columna (o una fila) de bancos de sensores. En este caso, se puede usar el sistema 1400.

La figura 16 ilustra la vista superior de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 1600 con otra cámara de flujo mejorada que encierra un chip de silicio que permite que líquidos y gases pasen sobre y entren en contacto con sensores en la superficie de chip. La cámara de flujo se divide en dos canales de flujo conformados en herradura 1608, dirigiendo cada canal 1608 los fluidos para que fluyan directamente por encima de una única columna (o una única fila) de bancos de sensores 1606 desde un extremo del chip hasta el extremo opuesto y, a continuación, dirigiendo los fluidos para que retrocedan y fluyan directamente por encima de una segunda columna contigua de bancos de sensores hasta el extremo original del chip. Como se muestra en la figura 16, el sistema 1600 incluye dos entradas 1602 y dos salidas 1604.

Con referencia a la figura 16, un fluido se dirige al sistema 1600 en paralelo a través de las dos entradas 1602. La entrada 1602 puede ser un tubo o una aguja. Por ejemplo, el tubo o aguja pueden tener un diámetro de un milímetro. En lugar de alimentar el fluido o gas directamente a una cámara de flujo ancha con un único espacio continuo, cada una de las entradas 1602 alimenta el fluido o gas a un canal separado 1608 que dirige el fluido o gas para que fluya directamente por encima de una única columna de bancos de sensores 1606. Los canales 1608 se pueden formar apilando entre sí una placa superior y una junta con divisores 1610 que dividen la cámara en canales y, a continuación, montándolos en la parte superior del chip. Una vez que el fluido o gas fluye a través de los canales 1608, el fluido o gas se dirige hacia arriba en paralelo a través de las dos salidas 1604 y fuera del sistema 1600.

La figura 17 ilustra la vista superior de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 1700 con otra cámara de flujo mejorada que encierra un chip de silicio que permite que líquidos y gases pasen sobre y entren en contacto con sensores en la superficie de chip. De forma similar al sistema 1600, la cámara de flujo en el sistema 1700 incluye un canal de flujo conformado en herradura 1708, pero el canal de flujo conformado en herradura 1708 dirige los fluidos para que fluyan directamente por encima de dos columnas (o dos filas) de bancos de sensores 1706. La anchura del canal es de aproximadamente 3,5 milímetros. Como se muestra en la figura 17, el sistema 1700 incluye una entrada 1702 y una salida 1704.

Tanto el sistema 1700 como el sistema 1700 permiten que los fluidos fluyan de forma más uniforme en la parte superior de todos los sensores en la superficie de chip. La anchura de canal se configura para que sea suficientemente estrecha de modo que la acción capilar tenga efecto. Más en particular, la tensión de superficie (que está provocada por cohesión dentro del fluido) y las fuerzas adhesivas entre el fluido y las superficies circundantes actúan para mantener el fluido unido, evitando, de este modo, que el fluido o las burbujas de aire se rompan y creen zonas muertas. Por lo tanto, cuando la anchura de un banco de sensores es suficientemente estrecha, cada uno de los canales de flujo conformados en herradura puede hacer fluir los fluidos directamente por encima de dos o más columnas (o dos o más filas) de bancos de sensores. En este caso, se puede usar el sistema 1700. Cuando la anchura de un banco de sensores no es suficientemente estrecha, entonces cada uno de los canales de flujo conformados en herradura puede hacer fluir los fluidos directamente por encima de solo una columna (o una fila) de bancos de sensores. En este caso, se puede usar el sistema 1600.

En algunos modos de realización, el sistema de secuenciación basada en nanoporos incluye una cámara de flujo mejorada que tiene un canal de flujo de fluido serpenteante que dirige los fluidos para que crucen sobre diferentes sensores del chip a lo largo de la longitud del canal. La figura 18 ilustra la vista superior de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 1800 con una cámara de flujo mejorada que encierra un chip de silicio que permite que líquidos y gases pasen sobre y entren en contacto con sensores en la superficie de chip. La cámara de flujo incluye un canal de flujo serpenteante o sinuoso 1808 que dirige los fluidos para que fluyan directamente por encima de una única columna (o una única fila) de bancos de sensores 1806 desde un extremo del chip hasta el extremo opuesto y, a continuación, dirige los fluidos para que realicen vueltas repetidamente y fluyan directamente por encima de otras columnas contiguas de bancos de sensores hasta que todos los bancos de sensores se hayan cruzado al menos una vez. Como se muestra en la figura 18, el sistema 1800 incluye una entrada 1802 y una salida 1804 y el canal de flujo serpenteante o sinuoso 1808 dirige un fluido para que fluya desde la entrada 1802 hasta la salida 1804 sobre los 16 bancos de sensores 1806.

Con referencia a la figura 18, un fluido se dirige al sistema 1800 a través de la entrada 1802. La entrada 1802 puede ser un tubo o una aguja. Por ejemplo, el tubo o aguja pueden tener un diámetro de un milímetro. En lugar de alimentar el fluido o gas directamente a una cámara de flujo ancha con un único espacio continuo, la entrada 1802 alimenta el fluido o gas a un canal de flujo serpenteante 1808 que dirige el fluido o gas para que fluya directamente por encima de las columnas de los bancos de sensores 1806 conectados en serie entre sí a través del canal de flujo serpenteante 1808. El canal serpenteante 1808 se puede formar apilando entre sí una placa superior y una junta con divisores 1810 que dividen la cámara en el canal serpenteante y, a continuación, montándolos en la parte superior del chip. Una vez que el fluido o gas fluye a través del canal serpenteante 1808, el fluido o gas se dirige hacia arriba a través de la salida 1804 y fuera del sistema 1800.

El sistema 1800 permite que los fluidos fluyan más uniformemente en la parte superior de todos los sensores en la superficie de chip. La anchura de canal se configura para que sea suficientemente estrecha de modo que la acción capilar tenga efecto. Más en particular, la tensión de superficie (que está provocada por cohesión dentro del fluido) y las fuerzas adhesivas entre el fluido y las superficies circundantes actúan para mantener el fluido unido, evitando, de este modo, que el fluido o las burbujas de aire se rompan y creen zonas muertas. Por ejemplo, el canal puede tener una anchura de 1 milímetro o menos. El canal estrecho posibilita el flujo controlado de los fluidos y minimiza la cantidad de restos de un flujo previo de fluidos o gases.

La figura 19A ilustra una vista ejemplar de un modo de realización de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 1900 con un canal de flujo serpenteante. La figura 19B ilustra los diversos componentes que se laminan entre sí para formar el sistema de secuenciación basada en nanoporos 1900. El sistema 1900 incluye diversos componentes, que incluyen una placa de circuito impreso 1901, un chip de matriz de nanoporos 1902, una junta 1904 con divisores 1903, una placa de respaldo 1907, un contraelectrodo 1906 en el lado inferior de la placa de respaldo 1907, un circuito plano flexible 1916 que se conecta al contraelectrodo 1906, una entrada 1908, una salida 1910, una placa de resorte 1912 y una pluralidad de elementos físicos de fijación 1914. El canal de flujo serpenteante es el espacio formado entre la placa de respaldo 1907, la junta 1904 y el chip de matriz de nanoporos 1902.

La figura 20A ilustra la vista lateral superior de una placa de respaldo y un circuito plano flexible que se conecta al contraelectrodo (no visible) localizado en el lado inferior de la placa de respaldo. La figura 20B ilustra la misma unidad 2000 como se muestra en la figura 20A cuando la placa de respaldo se gira boca abajo. Como se muestra en esta figura, el contraelectrodo o electrodo común 1906 tiene una conformación serpenteante, espiral o sinuosa. En referencia de nuevo a la figura 19B, la conformación serpenteante del contraelectrodo coincide con el canal serpenteante de la junta 1904, de modo que el contraelectrodo se sitúa directamente por encima de los bancos de sensores sin bloquearse por los divisores 1903 de la junta. Los divisores 1903 se disponen entre los bancos de sensores de modo que los divisores no bloqueen el flujo de los fluidos o gases sobre los bancos de sensores.

La figura 20C ilustra los diversos componentes de la unidad 2000 que están laminados entre sí. La unidad 2000 incluye una capa dieléctrica 2002, un contraelectrodo 1906 en una película 2004, un electrodo de referencia 2006, un electrodo de referencia 2008, un circuito plano flexible 1916 y una placa de respaldo 1907.

La figura 19B y la figura 20C ilustran que el canal de flujo se forma laminando una placa de respaldo con el contraelectrodo, una junta y el chip de silicio entre sí. Sin embargo, la placa de respaldo con el contraelectrodo y la junta se pueden integrar entre sí como una única unidad hecha del material de electrodo, y la unidad se mecaniza para formar el canal de flujo serpenteante.

Además de la geometría y las dimensiones de la cámara de flujo, otros rasgos característicos también pueden facilitar un flujo más uniforme de los fluidos en la parte superior de todos los sensores en la superficie de chip. La figura 21A ilustra una vista en sección transversal de un canal de flujo 2100 con bordes afilados o esquinas afiladas que pueden atrapar fluidos más fácilmente. La figura 21B ilustra una vista en sección transversal de un canal de flujo 2102 que tiene un techo curvo 2103 y una geometría de sección transversal conformada en D. Los bordes afilados o esquinas afiladas se reemplazan por superficies redondas y lisas. La figura 21C ilustra una vista en sección transversal de otro canal de flujo 2106 que tiene un techo curvado 2107. La figura 22 ilustra una vista lateral de un sistema de secuenciación basada en nanoporos 2200 con canales de flujo que tienen una geometría de sección transversal conformada en D.

Otro factor que afecta el flujo de fluidos en la parte superior de todos los sensores en la superficie de chip es la altura del canal de flujo. Por ejemplo, la altura del canal de flujo se debe limitar a un milímetro o por debajo. En un modo de realización, la altura del canal de flujo es de 0,25 milímetros. Otros factores que afectan el flujo de los fluidos en la parte superior de todos los sensores en la superficie de chip incluyen las características de superficie de las superficies que definen el canal de flujo, el caudal de los fluidos, la presión del fluido y los gases, y similares.

La figura 23 es un diagrama que ilustra un modo de realización de un componente de canal de flujo moldeado. En algunos modos de realización, el componente mostrado en la figura 23 forma al menos una porción de un canal de flujo mostrado en la figura 18. Como se muestra en la figura 19B, la junta 1904 con los divisores 1903 se debe alinear cuidadosamente con el contraelectrodo 1906 en el lado inferior de la placa de respaldo 1907 durante el montaje para montar correctamente el canal de flujo. Además, como se muestra en la figura 20C, la capa dieléctrica 2002, el contraelectrodo 1906, la película 2004 y la placa de respaldo 1907 se deben alinear cuidadosamente durante el montaje. Requerir que un número tan grande de componentes se alineen entre sí durante el montaje introduce complejidades que pueden incrementar el coste de fabricación y el riesgo de error. Por lo tanto, existe la necesidad de una manera eficaz y fiable de formar el canal/cámara de flujo de un sistema de nanoporos.

El componente de canal de flujo moldeado 2302 incluye una porción moldeada 2304 y una porción de contraelectrodo 2306. Cuando el componente de canal de flujo moldeado 2302 se coloca en un chip de matriz de nanoporos (por ejemplo, el chip 1902) y se asegura, el vacío serpenteante mostrado en el componente de canal de flujo moldeado 2302 (por ejemplo, la porción de contraelectrodo 2306 está expuesta a través del vacío serpenteante de la porción moldeada 2304) se convierte en una cámara de flujo de un canal de flujo de fluido que dirige los fluidos para que crucen diferentes sensores del chip de matriz de nanoporos. La porción moldeada 2304 incluye divisores elevados mostrados que guían el flujo de fluido a lo largo de la longitud del canal serpenteante.

El componente de canal de flujo moldeado 2302 incluye la entrada 2312 y la salida 2314. Tanto la entrada 2312 como la salida 2314 incluyen un canal tubular que proporciona flujo de fluido/gas dentro o fuera de la cámara/canal de flujo de fluido. Los canales tubulares de entrada/salida se forman al menos en parte por la porción moldeada 2304 y pasan a través de la porción de contraelectrodo 2306.

La porción moldeada 2304 se ha moldeado sobre la porción de contraelectrodo 2306. Por ejemplo, la porción de contraelectrodo 2306 se colocó en el interior de un molde y se inyecta material de moldeo en el molde para formar la porción moldeada 2304 sobre la porción de contraelectrodo 2306 para crear el componente de canal de flujo moldeado 2302. Un material de ejemplo de porción moldeada 2304 es un elastómero. Un ejemplo de porción de contraelectrodo 2306 es un metal (por ejemplo, acero inoxidable pulverizado iónicamente/recubierto con nitruro de titanio).

La figura 24 es un diagrama que ilustra un accesorio de inserción de contraelectrodo. En algunos casos, el accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 se convierte en la porción de contraelectrodo 2306 de la figura 23 después del montaje. El accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 puede estar hecho de metal (por ejemplo, acero inoxidable, acero, aluminio, etc.), material semiconductor (por ejemplo, silicio dopado) u otro material conductor que puede ser rígido o flexible (por ejemplo, chapa). En algunos ejemplos, el accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 se ha recubierto y/o pulverizado iónicamente con un material eléctricamente conductor. Por ejemplo, se ha pulverizado iónicamente nitruro de titanio (TiN) sobre un material base (por ejemplo, vidrio, acero inoxidable, metal, silicio, etc.) para recubrir el accesorio de inserción 2400 del contraelectrodo. Esto permite que la porción del accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 que está expuesta en el interior de un canal de flujo del componente de canal de flujo moldeado 2302 (por ejemplo, la porción expuesta a reactivos químicos) sea nitruro de titanio. En algunos ejemplos, TiN es un material preferente debido a sus determinadas propiedades electroquímicas beneficiosas, su disponibilidad general y compatibilidad con los procesos de fabricación de semiconductores estándar existentes, su compatibilidad con los reactivos biológicos y químicos, y su coste relativamente bajo.

El accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 incluye recortes 2402 y 2404 que permiten alinear y estabilizar el accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 en el interior de un molde de inyección. Los recortes 2402 y 2404 están en los extremos de lengüeta del accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 que se retiran (por ejemplo, se rompen) después del moldeo y se descartan del accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 para formar la porción de contraelectrodo 2306 de la figura 23. Los recortes 2406 y 2408 permiten que los extremos de lengüeta se retiren más fácilmente (por ejemplo, se rompan) en la dirección de la longitud de los recortes 2406 y 2408. Los extremos de lengüeta permiten una alineación y estabilización más fácil en el interior de un molde, así como una manipulación más fácil del componente durante el moldeo. El recorte 2410 corresponde a la entrada 2312 de la figura 23 y el recorte 2412 corresponde a la salida 2314 de la figura 23 que permite que un fluido/gas pase a través del accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 por medio de canales tubulares y entre/salga de una cámara/canal de flujo de fluido. Los otros recortes mostrados en el accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 acoplan el accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 con un material de moldeo permitiendo que el material de moldeo fluya a través y permanezca moldeado en los recortes para asegurar el acoplamiento entre el accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 y el material de moldeo. Estos otros recortes se colocan en localizaciones en el accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 para evitar porciones de superficie que se han de exponer en el interior de la cámara/canal de fluido. También se puede utilizar una cortadora láser para producir los recortes mostrados. En diversos modos de realización, el accesorio de inserción 2400 se puede haber estampado, grabado químicamente o cortado usando un chorro de agua para producir los recortes mostrados.

La figura 25 es un diagrama que ilustra un ejemplo de un molde para un componente de canal de flujo moldeado. En algunos ejemplos, el molde 2500 se utiliza para producir el componente de canal de flujo moldeado 2302 de la figura 23. Se muestra una vista transparente del molde 2500 para ilustrar la estructura interna del molde 2500. El molde 2500 incluye una pluralidad de piezas seccionales que se unen entre sí cuando se moldea un componente. Estas piezas se pueden separar después del moldeo para extraer el componente moldeado. El accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 se ha colocado en el interior del molde 2500. El molde 2500 incluye rasgos característicos de tubo que se insertan en recortes 2410 y 2412 del accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 para producir canales tubulares de entrada/salida del componente de canal de flujo moldeado 2302. El accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 se asegura en el interior del molde 2500 por medio de sus extremos de lengüeta, uno o más recortes y rasgos característicos del molde 2500 hacen contacto con una superficie del accesorio de inserción de contraelectrodo 2400. Se inyecta un material de moldeo en el molde 2500 para moldear por inyección el material de moldeo alrededor del accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 y en la conformación del molde 2500. En diversos ejemplos, el material de moldeo puede ser un elastómero, caucho, silicona, polímero, termoplásticos, plásticos o cualquier otro material moldeable por inyección. Uno o más recortes/agujeros en el accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 se pueden llenar con el material de moldeo para acoplar el material de moldeo con el accesorio de inserción de contraelectrodo 2400. En algunos modos de realización, el material de moldeo inyectado en el molde 2500 se convierte en la porción moldeada 2304 de la figura 23.

La figura 26 es un diagrama que ilustra un ejemplo de un componente de canal de flujo moldeado retirado de un molde. El componente 2600 se ha retirado del molde 2500 después del moldeo por inyección. Después de retirar (por ejemplo, doblar/romper) las lengüetas de extremo mostradas del accesorio de inserción de contraelectrodo 2400, el componente 2600 se convierte en el componente de canal de flujo moldeado 2302 de la figura 23. La matriz de cuatro por tres de aberturas/agujeros en la parte superior de la porción moldeada 2304 expone las superficies del accesorio de inserción de contraelectrodo 2400. En algunos ejemplos, esta matriz de aberturas/agujeros es un artefacto resultante de los doce rasgos característicos/pasadores del molde 2500 que se usan para mantener y estabilizar el accesorio de inserción de contraelectrodo 2400 en su lugar en el molde durante el moldeo. En algunos ejemplos, al menos algunas de estas aberturas/agujeros de la matriz se utilizan para hacer contacto eléctrico con una porción de contraelectrodo. Por ejemplo, se coloca un contacto de resorte en algunas de las aberturas/agujeros de la matriz y se conecta a una fuente de potencial eléctrico de una placa de circuito (por ejemplo, mostrada en la figura 27).

La figura 27 es un diagrama que ilustra una porción de un modo de realización de un sistema de secuenciación basada en nanoporos que utiliza un componente de canal de flujo moldeado. El componente de canal de flujo moldeado 2302 se ha colocado en la parte superior de un chip de matriz de nanoporos que está montado en la placa de circuito 2702. El componente de cable de contacto de resorte 2704 se ha de colocar en la matriz de aberturas/agujeros en la parte superior del componente de canal de flujo moldeado 2302 para hacer contacto eléctrico y físico con su porción de contraelectrodo. El otro extremo del componente de cable de contacto de resorte 2704 se ha de conectar a la placa de circuito 2702 para proporcionar una fuente de potencial eléctrico para su contraelectrodo. En algunos modos de realización, el componente de canal de flujo moldeado 2302 y el contacto eléctrico del componente de cable de contacto de resorte 2704 del contraelectrodo se aseguran y sujetan por medio de una placa de sujeción (por ejemplo, sin uso de adhesivos) que sujeta el componente de cable de contacto de resorte 2704 al componente de canal de flujo moldeado 2302. En algunos modos de realización, la placa de sujeción también sujeta el componente de canal de flujo moldeado 2302 al chip de matriz de nanoporos para proporcionar la compresión requerida para sellarlos y acoplarlos entre sí para crear un canal/cámara de flujo entre el componente de canal de flujo moldeado 2302 y el chip de matriz de nanoporos. La berma de encapsular 2706 encapsula las uniones de cables entre los terminales eléctricos del chip de matriz de nanoporos y la placa de circuito 2702.

La figura 28 es un diagrama que ilustra un modo de realización de una sujeción de componentes de sistema de secuenciación basada en nanoporos. Las vistas mostradas en la figura 28 se han simplificado para ilustrar claramente el modo de realización. La vista 2800 muestra una visión general de los componentes de la figura 27 que se han sujetado entre sí.

La placa de sujeción 2802 sujeta entre sí el componente de canal de flujo moldeado 2302 sobre un chip de matriz de nanoporos. La placa de sujeción 2802 se puede fijar y sujetar a la placa de circuito 2702 por medio de tornillos u otros mecanismos de acoplamiento. La placa de sujeción 2802 incluye agujeros para albergar y permitir que la entrada 2312 y la salida 2314 pasen a través de la placa de sujeción 2802. La placa de sujeción 2802 sujeta el componente de canal de flujo moldeado al chip de matriz de nanoporos para proporcionar la compresión requerida para sellarlos y acoplarlos entre sí para crear un canal/cámara de flujo sin el uso de adhesivos y/o unión permanente/física para acoplar entre sí el componente de canal de flujo moldeado al chip de matriz de nanoporos. El componente de cable de contacto de resorte 2704 no se muestra para simplificar el diagrama, pero existe en el modo de realización bajo la placa de sujeción 2802. La placa de sujeción 2802 también asegura el componente de cable de contacto de resorte al contraelectrodo del componente de canal de flujo moldeado por medio de compresión.

La vista 2801 muestra una vista en corte del modo de realización mostrado en la vista 2800. La placa de sujeción 2802 se asegura a la placa de circuito 2702 y sujeta entre sí el chip de matriz de nanoporos 2804 con la porción de contraelectrodo 2306 y la porción moldeada 2304 del componente de canal de flujo moldeado 2302. El hueco entre la porción de contraelectrodo 2306 y el chip de matriz de nanoporos 2804 es parte de una cámara/canal de flujo que contiene y dirige los fluidos para que crucen diferentes sensores del chip de matriz de nanoporos 2804. La fuerza/presión de sujeción sella el contacto entre la porción moldeada 2304 y el chip de matriz de nanoporos 2804. En algunos modos de realización, el material de la porción moldeada 2304 es flexible para proporcionar el sello bajo la fuerza/presión de sujeción.

La figura 29 es un diagrama que ilustra un ejemplo de uniones de cables encapsulados. Las uniones de cables 2906 conectan eléctricamente el chip de secuenciación basada en nanoporos 2904 a la placa de circuito 2902. Las uniones de cables 2906 están protegidas por el encapsulante 2908. Aunque solo se han mostrado dos uniones de cables para simplificar el diagrama, se pueden utilizar otras uniones de cables 2906 alrededor del perímetro del chip 2904 para conectar eléctricamente el chip 2904 a la placa de circuito 2902. Para proteger las uniones de cables 2906 contra daños y humedad, se utiliza un encapsulante 2908 (por ejemplo, adhesivo) para encapsular las uniones de cables 2906 aplicando un anillo de encapsulante alrededor del perímetro del chip 2904. En algunos ejemplos, el encapsulante 2908 es el encapsulante mostrado como rodeando un chip de nanoporos en otras figuras. Sin embargo, el encapsulante aplicado no puede invadir porciones del chip donde uno o más componentes de canal de flujo se van a acoplar al chip.

Por tanto, se debe tener cuidado de minimizar la invasión del encapsulante sobre la superficie del chip para maximizar el área disponible en la superficie de chip para acoplar el uno o más componentes de canal de flujo al chip. En diversos ejemplos, el uno o más componentes de canal de flujo se pueden acoplar a la superficie de chip por unión a temperatura ambiente, unión adhesiva y/o unión por compresión. Durante la fabricación, es posible que sea necesario realizar dos etapas distintas: en primer lugar, encapsular las uniones de cables prestando especial atención para evitar la invasión no deseada del encapsulante en el chip y, a continuación, acoplar y sellar el uno o más componentes de canal de flujo en el chip.

La figura 30 es un diagrama que ilustra un ejemplo de encapsulación de uniones de cables conjuntamente con uno o más componentes de canal de flujo en una única etapa de fabricación. Por ejemplo, en lugar de encapsular uniones de cables entre un chip de nanoporos y una placa de circuito en una etapa separada de asegurar uno o más componentes de canal de flujo al chip de nanoporos, se utiliza una única aplicación de encapsulante 3004 para encapsular tanto las uniones de cables como acoplar/asegurar el uno o más componentes de canal de flujo al chip. En algunos ejemplos, sin encapsular en primer lugar las uniones de cables, el componente de canal de flujo 3002 se coloca en el chip de nanoporos. A continuación, se aplica una única aplicación de encapsulante (por ejemplo, adhesivo) para encapsular simultáneamente las uniones de cables y sellar el perímetro del componente de canal de flujo 3002 al chip de secuenciación basada en nanoporos. Combinando dos etapas de fabricación en una etapa de encapsulación, la fabricación se vuelve más eficaz y simplificada. Además, se elimina la restricción de invasión de chip en la aplicación del encapsulante porque el componente de canal de flujo ya está colocado en el chip y limita el flujo del encapsulante en porciones no deseadas del chip. Los ejemplos de componente de canal de flujo 3002 incluyen diversos componentes colocados en una celda de nanoporo para formar una cámara/canal de flujo sobre los sensores del chip. Por ejemplo, se pueden incluir diversas juntas, placas y electrodos de referencia descritos en diversos modos de realización en el presente documento en el componente de canal de flujo 3002. En algunos modos de realización, el componente de canal de flujo 3002 incluye el componente de canal de flujo moldeado 2302 de la figura 23.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de secuenciación basada en membrana de nanoporos (1902), que comprende:

una pluralidad de sensores de nanoporos, teniendo cada sensor de nanoporo una porción para recibir un fluido; una cámara de fluido (2302) configurada para guiar el fluido sobre la pluralidad de sensores de nanoporos, en la que al menos una porción de la cámara de fluido está hecha de un material elastómero (2304) que se ha moldeado por inyección alrededor de al menos una porción de un electrodo (2306), en la que el material que se ha moldeado se configura para crear divisores elevados en una superficie del electrodo y se configura para guiar el fluido a lo largo de una longitud sinuosa de la cámara de fluido; y una entrada (2312) configurada para suministrar el fluido a la cámara de fluido.

2. El dispositivo de secuenciación basada en membrana de nanoporos de la reivindicación 1, que comprende además una salida (2314) configurada para suministrar el fluido fuera de la cámara de fluido.

3. El dispositivo de secuenciación basada en membrana de nanoporos de la reivindicación 1-2, en el que la cámara de fluido forma un canal de flujo de fluido que dirige el fluido para que fluya por encima de al menos algunas de las porciones superiores de los sensores de nanoporos, y el canal de flujo de fluido cruza por encima de diferentes sensores de nanoporos a lo largo de una longitud del canal de flujo de fluido.

4. El dispositivo de secuenciación basada en membrana de nanoporos de la reivindicación 1-3, en el que el electrodo es un contraelectrodo del dispositivo de secuenciación basada en nanoporos.

5. El dispositivo de secuenciación basada en membrana de nanoporos de la reivindicación 1-4, en el que el electrodo incluye una abertura que se ha llenado con el material que se ha moldeado alrededor de al menos la porción del electrodo.

6. El dispositivo de secuenciación basada en membrana de nanoporos de la reivindicación 1-5, en el que al menos una porción del electrodo está expuesta en el interior de la cámara de fluido.

7. El dispositivo de secuenciación basada en membrana de nanoporos de la reivindicación 1-6, en el que el material que se ha moldeado forma al menos una porción de un canal de la entrada.

8. El dispositivo de secuenciación basada en membrana de nanoporos de la reivindicación 1-7, en el que un canal de la entrada pasa a través del electrodo.

9. El dispositivo de secuenciación basada en membrana de nanoporos de la reivindicación 1-8, en el que el electrodo está hecho al menos en parte de nitruro de titanio.

10. El dispositivo de secuenciación basada en membrana de nanoporos de la reivindicación 1-8, en el que el material que se ha moldeado ha de dejar una abertura que exponga una superficie del electrodo fuera de la cámara de fluido y una fuente de potencial eléctrico se conecta eléctricamente al electrodo por medio de un contacto eléctrico a través de la abertura.

11. El dispositivo de secuenciación basada en membrana de nanoporos de la reivindicación 1-8, en el que el material que se ha moldeado se sujeta a una superficie de un chip con los sensores de nanoporos usando un componente de sujeción.

12. El dispositivo de secuenciación basada en membrana de nanoporos de la reivindicación 1-11, que comprende además un encapsulante que encapsula las uniones de cables entre una placa de circuito y un chip que incluye los sensores de nanoporos.