FI118611B - Eriste-elektrodilaitteet - Google Patents

Description

τ·· 118611

ERISTE-ELEKTRODILAITTEET

Keksinnön alue 5 Tämä keksintö koskee kuumien elektronien avulla toimivia elektrokemiallisia reaktoreita, joita käytetään saamaan aikaan kemiallisia reaktioita. Laite koostuu työelektrodis-ta/elektrodeista, jotka ovat päällystetyt aiemmin tunnetun tekniikan mukaisesti eristeker-roksella, mikä mahdollistaa ei-tavanomaisten sähkökemiallisten redox-reaktioiden suorittamisen. Sanottua elektrodilaitetta voidaan käyttää laajasti kemiallisena reaktorina, analyyt-10 tisessä kemiassa, ja biokemiassa herkkänä ilmaisimena, erityisesti menetelmissä, jotka kohdistuvat biotunnistukseen, kuten kliinisessä diagnostiikassa.

Keksinnön tausta 15 Julkaisu WO 98/36266 (US 6,251,690 Kulmala ym.) toi huomattavan parannuksen aktiivisiin metalli- tai puolijohde-elektrodeihin nähden eri tyyppisten elektrokemiallisten reaktioiden suorittamiseen. Nämä ns. eristepinnoitetut elektrodit soveltuvat poikkeuksellisten a·· ***\ kemiallisten reaktioiden suorittamiseen korkeilla redoks-energiatasoilla. Näiden elektrodi- • · φ • ·· ,! * reaktioiden yhteydessä muodostuu valoa tiettyjen orgaanisten tai epäorgaanisten luminofo- • · * \# 20 rien läsnä ollessa. Vaikka tälle ilmiölle voidaankin helposti esittää useita käyttöalueita, eräs ***** ,·. · ilmeisimmistä on tällaisen systeemin käyttö herkässä analyyttisen kemian detektorissa • ·· • · kuten on kuvattu julkaisussa WO 98/36266.

*··*

Monet kaupallisesti tärkeät analyyttiset menetelmät tarvitsevat sensitiivisiä ja spesifisiä : 2 5 detektoreja. Pääosa näistä menetelmistä perustuu periaatteeseen, jonka mukaisesti analyytit erotetaan niiden biologisen toiminnallisuuden kautta ja sen jälkeen kvantitoidaan tiettyjä • · * leima-aineita hyödyntämällä. Esimerkiksi analyyttien biologisiin ominaisuuksiin perustu- ·*· (·| . vissa määritysmenetelmissä, kuten immunomääritysmenetelmissä, analyytti (A) voidaan *· ** . ·, ; selektiivisesti pyydystää liuoksesta kiinteälle kantajalle, kiinteän kantajan pinnalle immobi- • ·· * · 3 0 lisoitujen vasta-aineiden avulla ja analyytin (A) määrä voidaan kvantitoida käyttäen hyödyksi toista vasta-ainetta, joka selektiivisesti sitoo analyyttia (A) ja joka on leimattu sopivalla merkintäaineella. Tällainen merkintäaine voi olla esimerkiksi radioaktiivinen 2 118611 isotooppi, entsyymi tai molekyyli, joka absorboi valoa tai tuottaa fluoresenssia tai fosfore-senssia, tietyt metallikelaatit etc. jotka voidaan liittää vasta-aineeseen kemiallisin sidoksin. Vaihtoehtoisesti puhdistettu (A) voidaan leimata (A-L) ja lexmaamattoman (A):n määrä voidaan määrittää kiinteään alustaan immobilisoitujen vasta-aineiden avulla käyttämällä 5 kilpailevaa reaktiota (A-L):n ja analyytin (A) välillä. DNA- ja RNA-koetintekniikat perustuvat immunomääritysten kanssa analogisiin biositoutumisperiaatteisiin ja niitä voidaan suorittaa hyvin samankaltaisesti. Myöskin muut kemialliset ja biokemialliset analyysimenetelmät voivat perustua vastaaviin periaatteisiin. Tällä hetkellä on kasvava tarve multipa-rametrisille määrityksille johtuen tarpeesta vähentää kustannuksia ja/tai yksinkertaistaa 10 määrityksiä ja lisätä niiden tarkkuutta. Eräs ratkaisuvaihtoehto näihin tarpeisiin on käyttää leima-aineita, jotka luminisoivat eri aallonpituuksilla. Immunomäärityksen erilaisia menetelmiä ja strategioita on kuvattu mm. käsikiqassa “The Immunoassay Handbook”, toimittanut David Wild, Stockton Press Ltd., New York, 1994, sivuilla 1-618.

15 Täysin uudet, kaupallisesti voimakkaasti nousevat teknologiat perustuvat myöskin biotun-nistuksen hyödyntämiseen. Näitä kutsutaan DNA-(mikro)sirutekniikoiksi ja ne ovat herättäneet suurta mielenkiintoa biologien keskuudessa. On laajasti tunnettua, että tuhannet gee-nit ja niiden tuotteet (siis RNA:t ja proteiinit) toimivat elävässä organismissa monimutkai- · · *.**: sin, mutta koordinoiduin tavoin. Perinteiset molekyylibiologian keinot yleensä toimivat ·· • · : " 20 "yksi geeni yhdessä kokeessa" -periaatteella, mikä johtaa siihen, että kokonaiskuvaa geenin • **· *;··* toiminnoista on vaikea saada. Uudet DNA-sirutekniikat pyrkivät monitoroimaan koko ge- • · · *..* nomin yhdellä sirulla siten, että tuhansien geenien vuorovaikutukset voidaan tutkia samalla • · • * kertaa. Kirjallisuudessa tällaisesta laitteesta on käytetty mm. nimityksiä niihin rajoittumat-ta: biochip, DNA chip, gene chip, DNA microarray, gene array, ja genome array. RNA:n • ·· .··. 25 ja proteiinien osalta vastaavia tekniikoita kutsutaan RNA- siruiksi ja proteomiikkasiruiksi.

• ··· DNA-sirutekniikan kaupallisiin hyödyntämiskeinoihin kuuluvat mm. geenien toteaminen, • · · • * · tautien diagnostiikka (kaupallisesti tärkein), lääkeaineiden keksintä ja toksikologia.

• · • · · • · • · φ • *| Nykyinen mikrosirutekniikan taso ilmenee esimerkiksi seuraavista artikkeleista: M.Schena » · » *· '* 30 et ai, Trends in Biotechnology, 1998, 16, 301-306; G.MacBeath ja S. Schreiber, Science, 200,289(5485), 1760-1763; ja G.Ramsay, Nature Biotechnology, 1998,16,40-44.

118611 Nämä uudet teknologiat tarvitsevat äärimmäisen herkkiä ja mukautumiskykyisiä detekto-risysteemejä samalla, kun mitat on miniatyrisoitava äärimmäisen pieniksi.

5 On entuudestaan tunnettua, että analyyttisten menetelmien leima-aineiksi soveltuvia orgaanisia luminoforeja ja metallikelaatteja voidaan virittää valolla tai sähkökemiallisesti, jonka seurauksena leima-aineet emittoivat niille ominaista valoa. Näihin ilmiöihin perustuvat menetelmät ovat yleensä hyvin herkkiä ja soveltuvat hyvin leima-aineiden virittämiseen. Kuitenkin vaikeuksia kohdataan, kun leima-aineiden pitoisuus oikeissa määrityksissä 10 on hyvin pieni; esim. fluoresenssin käyttöä komplisoivat Tyndallin, Raleighin ja Ramanin sironta ja biologisissa näytteissä yleinen taustafluoresenssi. Fosforesenssi puolestaan on sovellettavissa lähinnä vain tiettyjen erityisesti syntetisoitujen lantanidikelaattien yhteydessä liuosfaasissa. Näiden yhdisteiden pitkäaikaisen fotoluminisenssin käyttöä rajoittaa pääasiassa tarvittava monimutkainen laitteisto ja hyvin kalliit pulssivalolähteet.

15

Elektrokemiluminesenssia voidaan generoida vedettömissä liuottimissa varsin yksinkertaisilla laitteistoilla inerteillä metallielektrodeilla. Kuitenkin tiettyjä kemiallisia reaktiot- ··· ”**a ta, kuten kaupallisesti tärkeitä bioafflniteettireaktioita voidaan normaalisti soveltaa vain • · * • ·· * vesiliuoksissa. Näytteet ovat käytännössä aina vesiperustaisia ja siksi myös leima-aineen * *«· |... 20 detektion on oltava sovellettavissa vesiliuoksessa. Tätä nykyä vain tiettyjä transitiometal- .·, j likelaatteja voidaan hyödyntää sähkökemiluminisenssileimoina misellaarisissa liuoksis- • ·· • · .···. sa, joita voidaan ainakin osittain pitää ei-vesiliuoksina. Kuitenkaan nämä perinteiseen ···* sähkökemiaan ja meriteihin metallielektrodeihin perustuvat menetelmät eivät salli virit- ·*·,, tää samanaikaisesti useita leima-aineita, joiden emissiospektrit ja/tai lummesenssin elin- :* * *; 25 iät ovat riittävän erilaisia.

·*· • · • · · • · · « · ·'**. Perinteisessä sähkökemiassa käytetään pääasiassa inerttejä aktiivisia metallielektrodeja.

··« ,·| . Niiden käyttöä rajoittaa kapea potentiaali-ikkuna johtuen veden hajoamisreaktioista, joh- *· *· ,·, * taen vedyn ja hapen kehitykseen. Luminoforeja, jotka soveltuvat fluoresoivina tai fosfo- • ·· • · 30 risoivina leima-aineina, ei normaalisti voida virittää sähköisesti vesiliuoksessa näillä elektrodeilla johtuen viritysreaktioita varten tarvittavien korkeiden anodisten ja katodisten potentiaalien saavuttamisen mahdottomuudesta. Sopivasti valituilla puolijohde- 4 118611 elektrodeilla voidaan savuttaa laajempi potentiaali-ikkuna, mutta vain joitakin harvoja leima-aineita voidaan virittää näillä elektrodityypeillä täysin vesipitoisissa liuoksissa. Huomattava parannus aktiivisten metallielektrodien tai puolijohde-elektrodien käytölle tuli esille patenttihakemuksen WO 98/36266 (Kulmala et ai.) myötä, joka mahdollisti toisistaan 5 poikkeavien leima-aineiden samanaikaisen virittämisen täysin vesipitoisessa liuoksessa. Tämä Kulmala et al:in keksintö hyödynsi uuden tyyppistä sähkökemiaa ja elektrodeja, jotka olivat eristeohutkalvopinnoitettuja johteita, joita ei voi käyttää perinteisessä sähkökemiassa. Näitä elektrodeja kutsutaan eriste-elektrodeiksi tai eristekalvopinnoitetuiksi elektrodeiksi. Nykyisen keksinnön myötä yllättäen havaittiin, että niiden suorituskykyä ja sovellet-1 o tavuutta voitiin huomattavasti parantaa elektrodipintojen tiehyistämisellä.

Teknisiltä rakenteiltaan mikrovalmistettuja laitteita kuvaavat patenttijulkaisut WO 99/09042 ja WO 99/33559 käyttöä varten eri aineiden kromotograaiiseen erottamiseen ja konsentroimiseen. Vaikkakin eräät näissä julkaisuissa kuvatut tekniset yksityiskohdat, ku-15 ten mikrohuokoset tai kanavat, muistuttavat tässä keksinnössä käytettyjä, näiden tarkoitus ja käytöt ovat täysin erilaiset. Nykyisessä keksinnössä mikrorakenteet valmistetaan elekt-rodilaitteisiin, jotka on tarkoitettu sähkögeneroitujen kemiallisten reaktioiden tuottamiseen elektrodien pintojen läheisyydessä kuumien elektronien indusoimaan mekanismiin perus- • · * * * * *· *! tuen. Tämän keksinnön mukaisen elektrodilaitteen pääasiallinen sovellus kohdistuu sen • · 20 käyttöön sähkökemiallisena detektorina valomonistimella tai fotodiodilla. Tulevaisuu- • · "*] dessa toisen tyyppisiä sovelluksia tultaneen näkemään perustuen tähän uuteen sähköke- • · · • ·· miaan. Patenttihakemuksen WO 98/36266 mukaisten eristekalvopinnoitettujen elektro- • « dien käytön puutteena olivat suhteellisen pitkät määritysajat johtuen käytetyistä makro- :·. kaavan kennoista ja työelektrodien pienistä ommaispinta-aloista, mikä vaikuttaa näiden * · . · * *. 25 elektrodien herkkyyteen j a käyttökelpoisuuteen. Teoriassa eristekalvopinnoitetut elektro- • · * m.\ dit toimivat suhteellisen yksinkertaisissa systeemeissä. Aiemmin tunnetut elektrodit voi- * · * * ,···_ daan kuitenkin soveltaa vain harvoissa sovellutuksissa eivätkä ne täytä kaikkein uusim- « · * * * ,· . pien analyyttisen kemian virtausten vaatimuksia. Elektrodeilla ei saavuteta riittävää • ·

• M

I ! herkkyyttä vaativimpia moderneja sovellutuksia varten eivätkä ne periaatteessa sovellu • · · 30 läpivirtausdetektoreina koska ne ovat lähinnä tarkoitettu kertapanos-analyyseihin. Näiden elektrodien suurin puute käytössä on biotunnistusreaktioiden erittäin pitkät dif-fuusioajat näillä makroskaalaisilla elektrodeilla. Lisäksi, vaikka yksinkertaisilla eriste- 5 118611 elektrodeilla teoriassa voi olla tiettyjä etuja, niiden kehitys ei ollut tyydyttävä käytännön tarpeita varten teknologisista, muoto- ja valmistusteknisistä näkökulmista katsottuna. Erityisesti tämä pätee massatuotannon yhteydessä.

5 Edellä kuvatut epäkohdat voidaan välttää käyttämällä tämän keksinnön mukaisia uusia elektrodiratkaisuja. Havaitsimme yllättäen, että tiehyellisten mikrotyöstettyjen tai -syövytettyjen eriste-elektrodien suorituskyky oli huomattavasti parempi mahdollistaen nopeita Ihoreaktioita keksinnön mukaisilla uusilla elektrodeilla. Tämän keksinnön mukaisilla tiehyistetyillä elektrodeilla on monta etua verrattuna tekniikan tasoon.

10

Keksinnön yhteenveto Tämän keksinnön kohteena on eristävällä kalvolla päällystetty elektrodi, jolla voidaan aiheuttaa sähkön avulla kemiallisia reaktioita reaktioväliaineessa, joka elektrodi käsittää säh-15 köisesti johtavan materiaalin, joka on päällystetty sähköä eristävällä kalvolla ja joka elektrodi on tiehyellistetty elektrodin korkean spesifisen pinta-alan aikaansaamiseksi. Keksintö koskee myös laitteita, jotka sisältävät sellaisia elektrodeja, samoin kuin menetelmät niiden valmistamiseksi ja niiden käyttöä. Keksinnön eri luonteenomaiset piirteet on kuvattu ohei- • * • · · *· " sissapatenttivaatimuksissa.

• · • *· Λ Λ • 20 Φ·« • ·

Keksinnön mukainen laite sisältää korkean spesifisen pinta-alan elektrodit, jotka perustuvat • · · * * · tiehyelliseen tai mikrorakenteiseen johtavaan perusmateriaaliin, joka on päällystetty or- • · • · gaanisella tai epäorgaanisella eristekalvolla tai useammalla kerroksella sellaisia kalvoja.

;·, Sanottu kalvo voi peittää sanotun sähköisesti johtavan materiaalin kokonaan tai peittää • ·· .**·. 25 materiaalin ainakin siltä osin elektrodia, joka tulee olemaan kontaktissa reaktioväliaineen ··· . *. kanssa kun elektrodia käytetään, eli reaktioita aiheuttavan osan elektrodista. Eräs esimerkki φ « · sanotuilla laitteilla suoritettavista kemiallisista reaktioista on yhden tai useamman lei- • · / # mayhdisteen virittäminen viritettyyn tilaan, joka puolestaan spontaanisti palautuu lähettäen • φ^φ l l ultraviolettia, näkyvää tai infrapunavaloa vesiliuoksissa. Tämä muodostaa perustan toisin- • · · ♦ ·· 30 nettaville analyyttisille sovellutuksille bioaffiniteettimäärityksissä, jollaisia ovat esimerkiksi immunomääritykset ja DNA-koetinmääritykset.

118611 6

Piirrosten kuvaus

Kuva 1. (a) Kuva esittää kaavamaisesti mittausjäijestelyt eriste-elektrodilaitteiden käyttöä varten yksinkertaisissa läpivirtaussysteemeissä ja kieirätysliuosvirtaussysteemeissä. (1) tiehyitä sisältävä eriste-elektrodilaite, (2) peristalttinen pumppu, (3) venttiili, joka ohjaa 5 joko jäteastiaan (5) tai kierrätysnestekammioon (4). (b) Kuva näyttää erään tiehyellisen eriste-elektrodilaitteen rakenteen. Yksinkertaisin laite muodostuu yhdestä ohutkerroskana-vasta planaarisen ohuen eristekalvopinnoitetun työelektrodin ja planaarisen metallisen tai optisesti läpinäkyvän vastaelektrodin välillä, kuten ΓΓΟ-päällysteinen lasielektrodi tai johtavalla polymeerillä päällystetty muovielektrodi. Normaalisti työelektrodilla on useita pie-10 nihalkaisijallisia kanavia ja vastaelektrodilla on joko tasomainen tai tiehyellinen rakenne. (6) Planaarinen metalli- tai optisesti läpinäkyvä vasta-elektrodi, (7) eristevälike (esimerkiksi SU-8), (8) eristekalvopinnotteinen tiehyellinen työelektrodi. (c) Kaaviollinen esitys läpivirtauseriste-elektrodilaitteiden kotelosta joka sallii valon detektion laitteesta joko valokaapelilla tai sijoittamalla valomonistinputken ikkuna lähelle läpivirtauslaitteen kotelon 15 ikkunaa. (10) kotelon runko, (11) ruuvattava kotelokansi, jolla voidaan kiristää läpivirtaus-laite, (12) optinen ikkuna, joka sallii valon detektion läpivirtauslaitteista, (13) sisään-menoputkisto, (14) ulostuloputkisto, (15) ja (16) anodin ja katodin johtimet liitettynä puis- ··· • · · · sigeneraattoriin. Sähköiset kontaktit elektrodeihin kotelon sisällä on järjestettävä eri tavoin • *^1 * riippuen siitä, onko työelektrodisiru tai vastaelektrodi läpinäkyvä. Sovellutuksissa, joissa ei • · * ·* 2 0 tarvittu valon detektiota, optinen ikkuna (12) mahdollisti tarkistamisen ettei esiintynyt mi- • · . tään kaasukuplien muodostumisongelmia tai vastaavaa.

• i* • · ··· • · • · ·»«

Kuva 2. (a) p-tyypin Si-elektrodi uritettu sahaamalla 20 pm:n levyisellä terällä, (b) Elekt-rodien uran pohja kiillotettuna isotrooppisella syövytyksellä, tarkastettuna pyyhkäisyelekt-25 ronimikroskoopilla.

• · • · · • · ♦ • · ·*’*· Kuva 3. Bentseenin hajotus eriste-elektrodilaitteessa. Bentseenin hajoaminen monitoroi- »·· .·[ : daan äbsorbanssilla 261 nm:ssa Käyrä (a) osoittaa tulokset planaarisella työelektrodilla • *· • · : (yksikanavalaite) ja käyrä (b) esittelee tulokset, joita saatiin elektrodilla, jossa oli 30 pm · 3 0 leveitä ja 400 pm syvyisiä uurteita (monikanavalaite).

7 118611

Kuva 4. Peroksodisulfaatin hajoaminen eriste-elektrodilaitteessa. Peroksodisulfaatin hajoamista monitoroidaan absorbanssilla aallonpituudella 224 nm.

Kuva 5. Bakteerikontaminoidun veden desinfektio, (a) planaarinen Si-elektrodi, (b) pla-5 naarinen Pt j a (c) uritettu Si.

Kuva 6. Elektrokemiallinen synteesi käyttäen tiehyellistä eriste-elektrodilaitetta. Molekyylirakenteen muutosta monitoroidaan luminesenssin eliniän määrittämisellä viritysaallonpi-tuudella 300 nm ja emissioaallonpituudella 545 nm.

10

Kuva 7. Valon tuoton tehokkuuden vertailu planaarisella ja tiehyellisellä eriste-elektrodilla. Kuva osoittaa, että elektrokemiluminesenssi on suurempi uritetuilla elektrodeilla kuin planaarisilla: (a) planaarinen elektrodi, (b) uritettu (200 pm leveä) elektrodi, (c) uritettu (30 pm leveä). Tb(III)-l-kelaattiliuosta käytettiin mittauksissa.

15

Kuva 8. Valon tuoton tehokkuuden vertailu pintaan sidotuilla leimoilla planaarisella ja tiehyellisellä eriste-elektrodilla. Tulokset osoittavat, että EKL kasvaa, kun piielektrodin ··.: pinta-ala lisääntyy tiehyellisen pinnan johdosta (ensimmäinen piste planaarinen ja muut t · • · * *· " uritettujen elektrodien avulla saatuja pisteitä). Tb(HI)-l leimattua naudan seerumalbumiinia • · • t φ [ * 20 käytettiin elektrodien pinnoitukseen.

• · • · *«· • * • * * • ·· *..* Kuva 9. C-reaktiivisen proteiinin immunomääritys (a) planaarisella ja, (b) uritetulla (30 • · • · pm leveys ja 400 pm syvyys) piielektrodeilla suoritettuna mikrotiitterilevyn kuopissa. Ku- : \ va osoittaa nopeamman reaktion uritetuilla elektrodeilla.

• *· .*·*. 25 • ♦ Λ Kuva 10. Immunokemiallinen tasapaino asettuu nopeammin monitiehyellisellä eriste- * · · .···. elektrodilaitteella kuin yhden kanavan eriste-elektrodilaitteella. Kuva osoittaa, että saadaan • · • · * ,* , enemmän valoa monitiehyellisistä eriste-elektrodeista (b) kuin planaarisista eriste- • · · • · ! elektrodeista (a). Käytettiin läpivirtauskennoa ja p2-mikroglobuliinia analyyttinä.

• *· • · 30 β 118611

Kuva 11. Kaavakuva muodostetusta 2-elektrodikennosta sivulta: Vastaelektrodi (a), eris-tevälike (b) piin (c) ja vastaelektrodin välissä, läpinäkyvä lasi (d), nestekanavat (e) ja piisil-lat(f).

5 Kuva 12. Kuva 11 mukaisen esimerkkinäytteen valokuva työelektrodin kanssa (piin paksuus 525 pm), kanavan leveys 180 pm, siltaleveys 720 pm, SU-8:n paksuus 70 pm, lasin paksuus 525 pm ja vastaelektrodin paksuus 500 pm. Vastaelektrodi on ylhäällä, lasi-ikkuna pohjalla ja työelektrodi välissä.

10 Kuva 13. Kuvan 11 mukaisen esimerkkinäytteen valokuva, missä kanavan leveys on 180 pm, siltaleveys 220 pm, SU-8:n paksuus 60 pm, piin paksuus 525 pm ja lasin paksuus 525 pm. Tässä valokuvatussa näyte-erässä SU-8 kerros oh liian pehmeä, jotta terä voi leikata suurella nopeudella. Vastaelektrodia ei ole liitetty tässä tapauksessa SU-8 kerroksen päälle, lasikerros on taas alimmainen.

15

Kuva 14. Valokuva (100) piistä syövytettynä TMAH.ssa tai 25 % (t/t) KOH.lla 85 °C:ssa kuvaten tiehyeiden muodostumista tällä kemiallisella käsittelyllä. Tiehyeiden seinillä on •••ί 54,7 0 kaltevuus.

• · • Φ i • ·* • · • · • · 20 Kuva 15. Valokuva (110) piistä syövytettynä 25 %:ssa TMAH:ssa tai KOHilla 85 °C:ssa f · • · kuvaten tiehyeiden muodostumista tällä kemiallisella käsittelyllä. Tiehyeiden seinillä on • ·» • · .···. 54,7 0 kaltevuus.

• · «·· ·*·,, Kuva 16. β2-mikroglobuliinin immunometristen määritysten kalibraatiokäyrät kennoissa, • : 25 jotka on valmistettu hiotuista ruostumattomista teräsvastaelektrodilevyistä ja, (a) optisesti läpinäkyvästä katodisirusta sitomalla lasi Si-kiekkoon, joka seuraavaksi päällystetään SU-8 • * f a · .**·. resistillä ja uritetaan sahaamalla, (b) katodisirusta, jossa uritus on tehty läpi kiekon (110) • · · * ,' . piin märkäsyövytyksellä, (c) katodisirusta, jossa uritus on tehty läpi kiekon (100) piin mär-

• · S

'•t j käsyövytyksellä, ja (d) katodisirusta, joka perustuu kaksipuoliseen kiekon pinnoitukseen ·* « 3 0 SU-8:11a sekä uritukseen sahaamalla.

9 118611

Kuva 17. β 2-mikroglobuliinin immunometrisen immunomäärityksen kalibraatiokäyrä tie-hyellisellä eriste-elektrodilaitteella, jossa anodi ja katodi on integroitu samaan elektro-disiruun.

5 Kuva 18. Kaavio kromatografisesta rakenteesta, joka käyttää tiehyellistä eriste-elektrodia detektorina. (2) Peristaltipumppu, (17) Sephadex G-25 kolonni (0,9 x 2,8 cm), (1) tiehyel-linen eriste-elektrodi elektrokemihuninesoivien näytteiden detektorina.

Kuva 19. Leimatun vasta-aineen ja reagoimattoman Tb(m)-1-leiman erotuskromatogram-10 mi Sephadex G-25 kolonnilla monitoroituna kuvan 18 mukaisesti tuotetulla elektroke-miluminesenssillä.

Kuva 20. Tiehyellinen eriste-elektrodilaite, mikä ei tarvitse ulkopuolista pumppua. (8) Piisiru (koko 0,5 x 4 x 7 mm), (9) syövytetyt kanavat (30 pm x 3 mm), (18) muovinen lai-15 te, (19) leimatun vasta-aineen tyyny, (20) sieni pesuun ja mittauspuskuria varten, (6) ruostumaton teräsanodi, (21) näyte (seerumi tai plasma), 20 pL, (22) pesuliuoksen ylivuoto, (23) kontakti katodiin, (24) kontakti anodiin.

»·· * · · • · • « t *· '· Kuva 21, β 2-mikroglobuliinin immunometrisen immunomäärityksen kalibraatiokäyrä ku- **· : 2 0 van 20 mukaisilla laitteilla.

• M

a * • a ··· • · • · · • » i,.’ Kuva 22. p2-mikroglobuliinin immunometrisen immunomäärityksen kalibraatiokäyrä tie- I t * hyellisillä eriste-elektrodilaitteilla, jotka pemstuvat (111) piin isotrooppiseen syövytykseen : ·, ja optisesti läpinäkyviin ΓΓΟ-pinnoitettuihin lasisiin vastaelektrodeihin.

• ·· !**\ 25 • · ··· Λ Kuva 23. Tiehyellinen eriste-elektrodilaite, joka perustuu ei-isotrooppisesti syövytettyyn • · · t*'’t (100) piihin ja ΓΓΟ-lasielektrodiin.

• · ·♦· • « • · · a aa l I Kuva 24. β 2-mikroglobuliinin immunometrisen immunomäärityksen kalibraatiokäyrä tie- • a· 30 hyellisellä eriste-elektrodilaitteilla, jotka perustuvat ei-isotrooppisesti syövytettyyn (100) piihin ja optisesti läpinäkyviin ΓΓΟ-päällystettyihin lasivastaelektrodeihin.

118611 10

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Keksinnön päämääränä on saada aikaan menetelmiä ja laitteita, joilla uusia elektrokemial-lisia reaktioita voidaan tuottaa erityisesti valmistetuissa mikrohuokosissa tai -tiehyissä. 5 Tämän keksinnön etuja havainnollistavat erityyppisten luminisoivien leimayhdisteiden sähkökemialliset reaktiot. Tällaista tuotettua lunainesenssia voidaan kaupallisesti hyödyntää esimerkiksi nopeiden bioaffiniteettiin perustuvien määritysmenetelmien detektiovai-heessa. Tämän keksinnön peruspiirteitä ovat analyyttien ja reagenssien lyhyet dif-fuusiomatkat, jotka johtuvat suuripinta-alaisten elektrodien ja miniatyrisoitujen reaktio- ja 10 mittauskennojen muotoilusta. Muita tämän keksinnön sovelluksia ovat erilaiset kemialliset reaktorit, joita voidaan käyttää mikro- ja makromittakaavassa.

Tähän keksintöön liittyviä määritelmiä: 15 i) “Elektrodi” tarkoittaa tämän keksinnön mukaisesti sähkövirran lähdettä, elektrodia, anodia tai katodia, upotettuna elektrolyyttiliuokseen. Elektrodit tuottavat pulssimuotoisen sähkövirran jännitepulssien avulla ja aikaansaavat kemialliset reaktiot, jotka ilmenevät esim.

,. * ·' luminesoivien molekyylien tuottamana valona.

• · * * · • ·· • · • * • · • ** 20 ii) “Ohuella eristekalvolla pinnoitettu elektrodi”, tai “eriste-elektrodi” tarkoittaa elektro- • *· *“·] dia, joka on määritelty julkaisussa WO 98/36266 (US 6,251,690 Kulmala et ai.) jonka si- • sältö liitetään oheen viitteenä, ja sillä on pinnoitekerros tai -kerroksia, joka tai joista yksi a · • a **' koostuu aineesta jonka kielletyn vyön energia (band gap) on suurempi kuin 5 eV. Elektro- din sähköä johtava materiaali on päällystetty ainakin elektrodin niiltä osin jotka käytössä • a · ,···, 25 ovat reaktiivisessa yhteydessä tai upotettu reaktioväliaineeseen, toisin sanoen eristekerros • · a a a peittää sanotun sähköisesti johtavan materiaalin elektrodin ainakin sitä (niitä) osaa (-ia) a a a • a · ‘.A jo(t)ka ovat reaktiota indusoivia tai aktivoivia käytössä. Yleensä elektrodin sähköisesti

a S

johtava materiaali on kuitenkin kokonaan päällystetty eristävällä kerroksella.

aa a a at a · a a a · a • aa * 30 iii) “Tiehyellinen ohuella eristekalvolla pinnoitettu elektrodi” tarkoittaa ohuella eristekal volla pinnoitettua elektrodia, joka on valmistettu erilaisilla tekniikoilla kuten syövyttämällä tai mikrotyöstämällä tiehyellisten rakenteiden tai mikrorakenteiden aikaansaamiseksi. Tie- 11 118611 hyellinen rakenne voidaan ilmaista myös mikrorakenteena. Tiehyellinen tai mikrorakentei-nen elektrodi tai elektrodipinta tarkoittaa siten tämän keksinnön puitteissa että elektrodi käsittää minkä tahansa yhdistelmän pintamikrorakenteita, kuten miniatyyrisiä tiehyitä, kanavia, uria, kuoppia, piikkejä, pilareita, kolonneja tai huokosia, jotka merkittävästi lisäävät 5 elektrodin pinta-alaa verrattuna planaariseen tai ei-tiehyelliseen, julkaisussa WO 98/36266 (Kulmala et ai.) ja muissa khjallisuusviitteissä kuvattuun elektrodipintaan, ja/tai että molekyylien diffuusiomatkat elektrodilaitteella saadaan pienemmiksi pintarakennetta miniaty-risoinnilla. Keksinnön mukaisten mikrorakenteiden eräs suoritusmuoto käsittää pilareita tai seiniä joilla on suuri aspektisuhde, siis korkeuden suhde leveyteen, ja jotka on jäljestetty 10 riveihin, esimerkiksi siten että jälkimmäinen rivi on jäljestetty siirretysti suhteessa aikaisempaan pilaririviin.

iv) “ Leimamolekyyli” on molekyyli, joka on vapaana liuoksessa tai sitoutuneena muihin molekyyleihin ja joka voidaan virittää tuottamaan valoa ohuella eristekalvopinnoitetuilla 15 elektrodeilla sähköisillä pulsseilla.

v) “Eriste-elektrodilaite” tarkoittaa tässä rakennetta, jossa on vähintään yksi elektrodipari *: · (tiehyellisen eristekalvopinnoitetun työelektrodin j a perinteisen vastaelektrodin yhdistelmä, ·/.{ tai tiehyellinen eristekalvopinnoitettu työelektrodi yhdessä perinteisen lisä- ja vertailuelekt- ·· ; *·· 20 rodin kanssa) jota rakennetta käytetään kemiallisten reaktioiden generoimiseksi. Tämän

• M

keksinnön edullisissa suoritusmuodoissa ja esimerkeissä on yhdestä tai useammasta elekt- ^ ^ · *. *: rokemiluminesenssimerkkimolekyylistä peräisin oleva valo osoitus näistä sähkökemiani- ··« • · *···* sista reaktioista.

#· » · 25 vi) Elektrodin "spesifinen pinta-ala" tarkoittaa elektrodiperusmateriaalin pinta-alaa, jota

♦ S

T on tiehystetty tai kanavoitu niin että elektrodin pinta-ala on suurempi kuin nominaalinen • · • · · elektrodipinta-ala. Tällaisessa elektrodissa valon tuotanto tietystä alasta on suurempi, kun • · taas kyky immomobilisoida vasta-aineita, antigeenejä, oligonukleotidejä ja vastaavia bio- * * *. ** molekyylejä merkittävästi kasvaa.

• · • · * *. ·: 30 vii) Elektrodin spesifistä pinta-alaa pidetään suurena, jos elektrodin tehollinen pinta-ala on vähintään 1,5 -kertainen verrattuna vastaavan ei-tiehyellisen tasomaisen elektrodin nomi- 12 118611 naaliseen pinta-alaan nähden. Tällaisessa elektrodissa pinta-alaa on siis kasvatettu tekijällä joka on ainakin 1,5 aikaansaamalla siihen kanavia tai mikrorakenteita, esimerkiksi verrattuna WO-julkaisuista WO 98/36266 tunnettuun. Kanavat tai mikrorakenteet ovat elektrodissa edullisesti dimensioitu ja jäljestetty siten että kemiallisessa reaktioväliaineessa ana-5 lyyttien ja reaktanttien difiuusioetäisyydet pintaan ovat lyhyet, tyypillisesti suuruusluokkaa lOnm - 1 mm, kuten 1 - 500 pm, edullisesti 1 tai 10pm:sta aina 100 pm asti, kuitenkin sallien edelleen väliaineen virtauksen sanotuissa rakenteissa. Elektrodi voi näin ollen käsittää esim. kanavia joiden halkaisija on 10-500 pm ja kanavapituus alle 10 mm, jotka ulottuvat läpi elektrodin, siis elektrodin pituutta pitkin, elektrodin toisesta päästä sen toiseen.

10

Tiehyellisiä eriste-elektrodilaitteita voidaan käyttää useisiin eri tarkoituksiin esim. analyyttisessä ja orgaanisessa kemiassa: i) Suurta elektrodipinta-alaa voidaan käyttää lisäämään bioadsorbentin pinnoittumiste-15 hokkuutta (esim. vasta-aineet, antigeenit, tai oligonukleotidit).

ii) elektrodiherkkyys/nimellispinta-ala kasvaa johtuen kohdasta (/).

···· * 1 :.**i iii) Lyhyet dififuusiomatkat kapeissa elektrodilaitteen rakenteissa vähentävät ratkaisevasti ·· • ♦ • 1· 20 dififuusioaikoj a elektrodissa pienentäen siten voimakkaasti analyysiaikaa.

• M • · • t • t* • · * · · *·/· rv) Elektrodilaitteita voidaan käyttää herkkien läpivirtausdetektiolaitteiden työosana vir- :***: *** tausanalyysissä kuten virtausinjektioanalyysissä, korkean suorituskyvyn nestekromatogra- .. 4 fiassa, j a kapillaarielektroforeesissa j a -kromatografiassa.

* ·· ··· 25 ϊ : ··1 v) Kun detektorilaitteeseen on valmistettu erillisiä tiehyitä (esim. halkaisijaltaan 1-100 • · · • · · M pm), niiden pinnat voidaan pinnoittaa erilaisilla bioadsorbenteilla joko hyödyntäen fysikaa- *·1 lista adsorptioita, tai kemiallista kytkentää (esim. vasta-aineilla, antigeeneillä, oligonukle- S" · · l 'j otideillä). Tällöin kutakin kanavaa voidaan erikseen käyttää esim. tietyn geenin tai geeni- • · · • 1· 1 30 tuotteen detektoimiseen mikroarray-teknologiassa.

13 118611 vi) Useita epätavallisia orgaanisia ja epäorgaanisia reaktioita (valoa tuottavia tai tuottamattomia) voidaan tuottaa tällaisilla suuren pinta-alan omaavilla tiehyellisillä eriste-elektrodilaitteilla.

5 On kokeellisesti havaittu, että ohuteristekalvopinnoitetuilla elektrodeilla voidaan tuottaa äärimmäisen rajut redox-olosuhteet, jotka suuresti muistuttavat veden radiolyysin olosuhteita. Alumiinielektrodeilla sähköisesti tuotettua luminesenssia on tutkittu jo monta vuotta käyttäen elektrodeja, joilla on luonnon oksidikalvopäällyste, jotka tuottavat toistettavuudeltaan huonot tulokset, kuten on kuvattu esim. viitteissä: J. Kankare et ai. Anal. Chim. Acta, 10 256 (1992) s. 17 ja Anal.Chim. Acta, 266 (1992) s.205. Tuolloin arveltiin itse metallin luonteen olevan systeemin tärkein komponentti, eikä siten ymmärretty 1-2 nm paksun luonnollisen oksidikerroksen merkitystä. Esimerkiksi kiqallisuudessa väitettiin, että tantaa-lielektrodit olisivat täysin ekvivalenttisia ja käytettävissä samoissa sovelluksissa alumii-nielektrodien kanssa (UK Patent GB 2 217 007 B). Kuitenkin tantaalioksidi on n-tyypin 15 puolijohde, jonka kielletyn vyön energia on vain n. 4 eV (ks. e.g., S. Morrison, “Elect rochemistry at Semiconductor and Oxidized Metal Electrodes”, Plenum Press, New York, 1980, s. 183) ja siksi tantaalielektrodeja oksidilla pinnoitettuna ei voida käyttää tämän kek-sinnön mukaisten periaatteiden mukaisesti. Tämän keksinnön mukaisesti eriste-elektrodi ·*·» ; määritellään elektrodina, jonka ainakin yksi pinnoitekenos koostuu materiaalista, jonka *· ' * ".(i 20 kielletyn vyön energia ylittää 5 eV.

*

• M

m ' · • * :‘\j Eriste-elektrodit edullisimmin sisältävät hyvänlaatuisen eristekalvon, jonka paksuus on n. 4 ;]**: nm, ja jonka pinnalla tai läheisyydessä bioaffiniteettireaktioita suoritetaan, tai jonka lähei syyteen bioaffiniteettireaktion tuotteet tuodaan sopivalla väliaineella, kuten elektrolyytti- «· j **· 25 liuoksella, tai sopivalla kantoaineella, kuten magneettisten lateksipartikkeleiden pinnalla.

#t·^ ·.··* Tämän keksinnön sovellettavuus osittain perustuu siihen, että eristekalvon olemassaolo ?]?#ί sallii perusjohteen Fermi-tason nostamisen korkeiden katodisten jännitepulssipotentiaalien f·· saavuttamiseksi ja siten korkeaenergisia (kuumia) elektroneja voidaan injektoida elektro-lyyttiliuokseen, joko tunneloitumalla eristekerroksen läpi tai elektronivyöryjen kautta. Jos • · i/.j 3 0 elektroneja emittoivan perusjohteen Fermi-taso ylittää veden johtavuusvyön reunan energi an arvon (yli -1.3 eV vakuumiskaalalla) kuumia elektroneja voidaan injektoida veden joh-tavuusvyölle tämän keksinnön mukaisissa pienissä tiehyissä ja täten tuottaa hydratoituneita 118611 14 elektroneja katodisina välittäjinä pelkistysreaktioita varten, kuten on kuvattu veden radio-lyysin tai liuotteiden fotoionisaation yhteydessä suuremmissa vesitilavuuksissa.

Eristekalvo elektrodeilla mahdollistaa myös perusjohteen Fermi-tason viemisen hyvin kor-5 keisiin anodisiin pulssipotentiaaleihin, mikä mahdollistaa uuden anodisen prosessin, aukon injektion veden valenssivyölle. Tämä prosessi on analoginen elektronien injektion kanssa veden johtavuusvyölle ja johtaa hydroksyyliradikaalien muodostumiseen muodostuneen H20+-ionin (veden valenssivyön aukon) dissosioituessa protoniksi ja hydroksyylira-dikaaliksi, kuten tunnetaan veden pulssiradiolyysin kautta. Tietyt metallioksidit, AI2O3, 10 S1O2, ja MgO, saattavat generoida hydroksyyliradikaaleja myös muilla kiinteän tilan meka nismeilla kuten on kuvattu viitteissä: S. Kulmala ym., “Cathodic Electrogenerated Chemiluminescence of Luminol at Disposable Oxide-covered Aluminum Electrodes”, Anal. Chem. In press; S. Kulmala ja T. Ala-Kleme, Anal. Chim. Acta, 355 (1997) 1-5. Hydroksyyliradikaalien lisäksi voidaan generoida sulfaatti- ja fosfaattiradikaaleja sopivista 15 lähdemolekyyleistä ohuteristekalvopinnoitetuilla elektrodeilla (WO 98/36266 Kulmala et ai.).

··· Tämän keksinnön mukaisesti elektrodit muodostuvat perustana olevasta johdekerroksesta joka voi olla esim. hiiltä (grafiitti, lasimainen hiili) tai metallia kuten esim. Be, Mg, AI, Ga, I 1 2·· 20 In, Au, Pt, Cu, Fe, Ru, ruostumaton teräs, Zn, Hg, Ag, Ni, Pd, Hf, Zr, (myös Ta soveltuu • · · johdemateriaaliksi, vaikka Ta20s ei kelpaakaan eristekalvoksi). On kuitenkin mahdollista, * · % 1 · ϊ että elektrodi toimii sitä paremmin mitä pienempi ko. johteen työfunktio on.

··· •' · § · ···

Johde voi olla myös voimakkaasti seostettu puolijohde tai metallioksidi kuten Si, Ge, Sn, • · *... 2 5 ZnO, Sn02 jne. Perusjohde voi muodostua myös johtavasta polymeeristä kuten polyanilii- • · • ♦ 7 nista, polypyrrolista, polyasetyleenistä, polytiofeenistä tai vastaavista polymeereistä, jotka • · • · · *·1.- on valmistettu substituoiduista monomeereistä. Perusjohteen resistiivisyyden tulee olla < •" · '·;·1 10 Qcm.

• · • · · • ·· • · · 2 ♦ *· 1J 30 Elektrodin eristekalvo(t) voidaan valmistaa eräistä oksideista kuten S1O2, MgO, CaO, SrO, BaO, AI2O3, Ηίθ2; eräistä muista epäorgaanisista eristemateriaaleista, kuten esim. timant-timateriaaleista, silikaateista, nitrideistä, ja eräistä orgaanisista materiaaleista kuten parafii- 15 118611 neista, muista kiinteistä tai nestemäisistä hiilivedyistä, orgaanisista eristävistä polymeereistä kuten esim. Teflonista, polyeteenistä, polypropeenista, polystyreenistä, polyakryyliami-deista, epoksimuoveista jne. Normaalisti metallioksideja voidaan soveltaa eristekalvoma-teriaaleina vain kun pulssimaista viritystä käytetään, koska useimmiten oksidit menettävät 5 eristeominaisuutensa muutamassa millisekunnissa tasavirtakatodisoinnin yhteydessä.

Sähköiset kontaktit elektrodeihin tuodaan yleensä sähköisestä pulssilähteestä metallijohti-mien avulla. On kuitenkin mahdollista käyttää mitä muuta tahansa sähköisesti johtavaa materiaalia tai se voi olla teknisesti edullista, erityisesti elektrodien välittömässä kontakti-10 pisteissä. Jos kontaktimateiiaalin resistanssi on suuri (tai pieni), pulssin amplitudi (jännite) voidaan helposti säätää optimaalisten työpotentiaalien aikaansaamiseksi elektrodeille. Metallien lisäksi sähkökontaktimateriaali voi olla johdepolymeeri, tai elektrolyyttinen liuos nesteen tai geelin faasissa. Tämän keksinnön mukaisesti, sähkökontakti tiehyelliseen elekt-rodilaitteeseen voidaan aikaansaada myös tällaisilla aineilla. Joskus sähkökontakti voi olla 15 teknisesti ei-triviaali, kuten edellä on selitetty, esimerkiksi mikrosiruteknologian yhteydessä. Kontaktit anodiin ja katodiin voivat myös olla erilaisia.

^j· Pinnoitekerrokset tiehyellisille elektrodoille pinnalle voidaan valmistaa kemiallisella hape- :\j tuksella, anodisella hapetuksella, atomikerrosepitaksialla (Atomic Layer Epitaxy, ALE), ·· • *·· 2 0 ruiskuttamalla polymeeristä tai polymeroituvaa materiaalia elektrodin pinnalle, kastamalla *·* elektrodit edellä mainittuun liuokseen ja antamalla liuottimen haihtua, Langmuir-Blodgett- *.**: menetelmillä tai muilla muista pinnoitemenetelmistä tunnetuilla menetelmillä, spin- ··· • * *···* päällystämällä jne. Erityisesti piin ollessa kyseessä, on käytettävissä useita vaihtoehtoisia menetelmiä, joita tunnetaan elektroniikkateollisuudessa hyvälaatuisten SiCh-kalvojen vai- • « 2 5 niistämistä varten.

• · • · ··* 9 m m 9 9 9 *·*·* Julkaisussa WO 98/36266 (Kulmala et ai.) esitettyjen eristekerrospinnoitettujen elektrodien • * · '**·’ teknologian epäkohta oli suhteellisen pitkät koeajat johtuen makromittakaavan kennoista ja • · *,**i työelektrodien alhaisista spesifisistä pinta-aloista. Diffimsiomatkoja voidaan lyhentää ja * · • · · • *ϊ 3 0 analyysiaikoja voidaan ratkaisevasti lyhentää, jos perusjohteen pintarakenne modifioidaan niin että siihen saadaan pieniä uria tai huokosia ja siten suurempi spesifinen pinta-ala.

16 118611

Esitetyillä tiehyellisillä elektrodeilla on useita etuja tekniikan tasoon verrattuna: i) suurempi herkkyys/nominaalinen pinta-ala, ii) suoraan sovellettavissa virtausdetektoreihin, 5 iii) valmistustekniset edut, iv) diffuusioreaktionopeudet paljon suuremmat, v) kallista ja häiriöherkkää robotiikkaa ei tarvita, vi) saadaan aikaan erittäin tehokkaita sähkökemiallisia reaktioita.

10 Perustana oleva johdemateriaali voidaan teksturoida ja tiehyistää monella eri tavalla mikromekaanisella työstöllä, kuten sahaamalla tai poraamalla, kemiallisella syövytyksellä, sähkökemiallisella syövytyksellä, kuivasyövytyksellä, kuten plasmasyövytyksellä tai reak-tiivi-ionisyövytyksellä, jne, jotta saavutetaan suuri spesifinen pinta-ala ennen eristekalvolla päällystämistä. Tämä keksintö tuo merkittävän parannuksen tekniikan nykyiseen tasoon 15 etenkin nostamalla nopeus tasolle joka tarvitaan hajautetun analytiikan (Point of Care, POC) tai korkeatehoisen seulonnan alueilla (High Throughput Screening, HTS). Suosituin perusjohdemateriaali on suhteellisen voimakkaasti seostettu n-tyypin tai p-tyypin pii, joka on tiehyistetty edellä mainituilla menettelytavoilla.

• # • m · • ·· • · •·β i ** 20 Muut suosituimmat substraattiperusmateriaalit ovat muoveja. Tämä teknologia käsittää • · *···* master-aihion tarkkaa mikrotyöstöä esimerkiksi piistä, jota sitten käytetään (ei-johtavien) ·** ♦ J / halpojen muovireplikaattien valmistamiseksi valutekniikkoja käyttäen. Muovimallit voi- • · Φ · ·" daan pinnoittaa ohuella metallikerroksella saostustekniikkaa käyttäen. Metallipinnat voi- .. daan sitten pinnoittaa eristekerroksella kuten tekniikan tasossa on kuvattu. Toinen valmis- • ** ,···, 2 5 tustapa on . valmistaa mikrotiehyelliset laitteet johdepolymeerista, ja pinnoittamalla nämä • · ··· orgaanisilla eristeillä edellä selostettujen menetelmien mukaisesti.

• · · • ♦ · • ♦ ««· • · • Vaikka periaatteessa luonnollisesti oksidoituneet kalvopäällysteiset ei-tiehyelliset alumii- • * * * ’· nielektrodit ovat käyttökelpoisia virittämään joitakin leima-aineita, näiden elektrodien kau- • ♦ · * ·· 30 pallinen käyttö on mahdotonta johtuen luonnollisen oksidikalvon huonosta laadusta, mikä aiheuttaa erittäin vaikeasti toistettavia analyysituloksia (S. Kulmala, “Electrogenerated lanthanide(HI) luminescence at oxide-covered aluminum electrodes and closely related 17 118611 studies”, akateeminen väitöskirja, Turun yliopisto, 1995, ss. 25-31 ja 114-119). Kuitenkin analyysien toistettavuutta voidaan parantaa tarvittavalle tasolle työstämällä tiehyitä ja sen jälkeen muodostamalla pinnalle laadukas sopivan paksuinen eristekalvokerros. Tälle keksinnölle on luonteenomaista se, että pinnoitekalvo/kalvot on tehty huolellisesti tiehyellisen 5 perusjohteen päälle ja että tällöin huolehditaan siitä, että kerroksen kokonaispaksuus on optimaalinen. Alumiinin tapauksessa tällaista eristekerrosta ei voida tuottaa antamalla alumiinin hapettua huoneilmassa, vaan voidaan tehdä muilla sofistikoiduilla menetelmillä. Suosituimpia menetelmiä on atomikerrosepitaksia (ALE) tai alumiinin anodinen hapetus soveliaassa elektrolyyttiliuoksessa ja sitä seuraava pinnoitus orgaanisella(-illa) materi-10 aal(e)illa, jotta voidaan estää vesiliuosten oksidikalvoa eristäviä ominaisuuksia pilaavat vaikutukset bioaffmiteettimääritysten aikana. Tämä pilaava vaikutus on aina jossain määrin väistämätön muiden suojaavien kerrosten puuttuessa. Alumiinikalvoja voidaan muodostaa päällystämällä myös toisia tiehyellisiä materiaaleja, kuten muovia, grafiittia, lasimaista hiiltä, metallia, alumiinilla, ja sen jälkeen hapettamalla alumiini ja lisäämällä lopullinen 15 suoj aava kerros.

Sopivia polymeerikalvoja oksidikerrosten päällystämiseksi voidaan helposti muodostaa . spin-päällystyksellä tai kastamalla elektrodi polystyreeniliuokseen, joka on saatu aikaan liuottamalla polystyreeniä orgaaniseen liuottimeen, kuten bentseeniin tai tolueeniin. Ana- • · · • · ;·, 2 0 logisella tavalla monia muita polymeerejä, jotka voidaan liuottaa liuotinten laimeiksi • · · .··*. liuoksiksi, voidaan myös käyttää ohuiden polymeerikalvojen tekoon. Polymeerikalvoja ·· A * voidaan myös valmistaa polymeerien seoksista tai seostamalla niihin epäorgaanisia ma- • ♦ ;***: teriaaleja. Polymeerikalvoista voidaan tehdä poikkeuksellisen sileitä käyttäen kaupalli- ·*· sesti saatavaa laitetta sellaisten kalvojen kasvattamiseksi. Elektrodin pinnan ei tarvitse • · • *·· 25 olla kokonaan peitetty eristekerroksella aktiivista käyttöä varten leimojen virittämiseksi • · * vaan eristekerrokset voivat olla hyvin pieniä täpliä tai saarekkeita, joita ympäröi pak- : V ϊ sumpi eristekerros, mikä ei salli virran kulkua millään mekanismilla.

• · • · t • · • a : * ·, j Analogisia polymeerikalvoj a voidaan muodostaa myös sallimalla polymerisaation tapah- » * : \ j 30 tua tiehyellisen j ohteen pinnalla tai tiehyellisen eristefilmillä päällystetyn j ohteen pinnalla. Tässä tapauksessa polymerisaatioreaktion reagoivat aineet on liuotettu erikseen sopivaan inerttiin liuottimeen kuten tolueeniin, bentseeniin, dikloorimetaaniin jne. Yksi is 118611 komponenteista voidaan kerrostaa erityisellä mikrotyöstetyllä kerrostuslaitteella, tai elektrodi kastetaan automaattisesti komponentin liuokseen ja liuottimen annetaan haihtua tai nesteet pumpataan tiehyiden läpi. Toinen komponentti voidaan kerrostaa analogisesti ja polymerisoinnin annetaan tapahtua. Vaihtoehtoisesti polymerisaation reagoivat 5 aineet sekoitetaan liuottimeen juuri ennen pinnoitusta. Kaikissa tapauksissa optimaalinen kalvon paksuus voidaan havaita kokeellisesti säätämällä pinnoitusmateriaalien väkevyyttä liuottimissa tai käyttämällä päällystyslaitetta kalvopaksuuden säätämiseen. Joissakin tapauksissa on edullista elektrodien pinnoitus suihkuttamalla. Suihkussa polymeerin pitää hajota pisaroiksi, joiden läpimitta on 1-1000 nm sopivassa liuottimessa, esimerkiksi 10 tolueenissa, bentseenissä, sykloheksaanissa, klooratuissa hiilivedyissä, DMF.ssä, DMSO:ssa, tai alkoholeissa.

A1203, MgO ja muut maa-alkalimetallioksidipinnoitteet ovat vähemmän tutkittuja kuin melko hyvin tunnetut Si02 -kalvot. Si02 on tärkein eristekalvomateriaali elektroniikka-15 teollisuudessa, joka perustuu piin teknologioihin. Tästä teollisuudesta tunnetaan useita menetelmiä laadukkaiden Si02 -kalvojen valmistamiseksi.

Epäorgaaniset eristekalvot voidaan kokonaan korvata sopivilla orgaanisilla eristekalvoil- e • · · · : la, jos oksidoivia komponentteja, jotka ovat normaalisti välttämättömiä useimpien leima- • · I*. 20 aineiden virittämisessä, on saatavilla lisäämällä sopivia koreaktantteja kuten peroksidi- :***· sulfaattia, peroksidifosfaattia, tai vetyperoksidia, jotka tuottavat voimakkaasti hapettavia • · · :*·.· radikaaleja yksielektronisella pelkistyksellä. Usein epäorgaanisen ja orgaanisen kalvon : yhdistelmä on suositeltava.

• · : ’·· 25 Suuri sähkökenttä yli eristekalvojen indusoi myös jossain määrin kiinteän tilan elektrolu- ·*♦ · *···* minesenssia kalvossa. Tämä kiinteän tilan luminesenssi avustaa luminoforien virittymistä • · energian siirrolla sisäisistä emissiokeskuksista, jos luminoforit sijaitsevat riittävän lähellä • · · :... · eristekalvoa. Tämä vaikutus lisää läheisyys-vaikutusta mitä tarvitaan homogeenisissa mää- ritysmenetelmissä.

• · • ·

Eristekalvopinnoitettu työelektrodi voi olla joko optisesti läpinäkyvä tai läpinäkymätön riippuen johtavan materiaalin optisista ominaisuuksista ja paksuudesta. Tavallisesti läpäisy 30 19 118611 riittävän ohuella perusjohteella on riittävä halutulla optisella alueella. Läpinäkyvän työ-elektrodin käyttö mahdollistaa sähköisesti viritetyn luminesenssin mittauksen työelektrodin läpi ja elektrodin pinnan rakenne voidaan tehdä sellaiseksi, että valo voidaan optisesti yhdistää läpinäkyvään substraattimatriisiin ja ohjata valodetektorille/detektoreille modernien 5 optisten aalto-ohjainten periaatteiden mukaisesti.

Menetelmässä käytetty vasta-elektrodin valinta ei ole niin kriittinen kuin työelektrodin. Tämä antaa vapauden tehdä poikkeuksellisen monimutkaisia 3-ulotteisia elektrodilaitteen rakenteita. Perusvaatimus vastaelektrodin rakenteelle on se, että sen virran jakautumisfunk-10 tio valon tuottamiseksi työelektrodilta tasaisesti on optimaalinen. Koska sen konstruktio ei ole aina kriittinen elektrodilaitteen suoritusominaisuuksille, vastaelektrodien rakennetta voidaan vaihdella parannettaessa elektrodilaitteen muita toimintoja, kuten virtausominaisuuksia ja diffuusioetäisyyksiä, jotka ovat yhtä tärkeitä eriste-elektrodilaitteen käytännön toimivuudelle. Konventionaaliset inertit vastaelektrodimateriaalit soveltuvat hyvin ja jopa 15 tiettyjä metalleja, jotka liukenevat anodisesti, voidaan käyttää, koska mittaukset tapahtuvat yleensä aikamittakaavalla, missä vasta-*tai lisäelektrodien anodisilla tuotteilla ei ole aikaa diffimdoitua työelektrodille. Myös jotkut metallioksidielektrodit, kuten indiumtinaoksidi, . soveltuvat hyvin anodimateriaaliksi. Tässä tapauksessa anodimateriaali voidaan helposti T'j tehdä läpinäkyväksi. Ruostumaton teräs on myös edullinen elektrodimateriaali. Jos lä- * *· ··. 20 pinäkymätön metallielektrodi toimii vastaelektrodina, sen muoto voidaan valita niin, että • ·· ,··. luminesenssi voidaan mitata vastaelektrodin takaa. Esimerkiksi voidaan käyttää lankaelekt- ··* | rodia, joka peittää vain pienen osa työelektrodin pinnasta, tai voidaan porata reikä(iä) ano- • · ·***; dimateriaalin läpi, mikä sallii valon detektion anodin takaa. Optisesti läpinäkyvä vasta- • · · elektrodi voidaan valmistaa soveliaasta metallikalvosta tai pinnalle seostetusta mikroristi-25 kosta, esim. muovista tai lasista päällystettynä ohuella Au-kalvolla, joka voidaan edelleen *·· päällystää ohuella suojakalvolla, mikä sallii elektronien ja/tai aukkojen tunneloitumisen ·*:*: ulomman kalvon läpi.

• · ··* • · • · • · · * .\j Jos eristekalvon paksuus työelektrodilla on sopiva, leiman virittyminen saadaan aikaan • · :* ·,· 3 0 detektiovaiheessa katodisen pulssisaqan aikana, mutta jos johtava perusmateriaali on ano- • · disesti oksidoituvaa kuten Si, AI, Be, tai Mg, on toisinaan edullista kasvattaa oksidifilmiä paksummaksi käyttäen oksidoivaa anodista pulssia ennen kutakin katodista virityspulssia.

2° 118611

Keksinnön mukaisia elektrodilaitteita voidaan valmistaa käyttämällä primäärisiä fotolito-grafiavaiheita kombinoimalla eri materiaaleja, kuten piitä lasin tai kvartsin kanssa anodi-sella tai muulla liitostekniikalla, ja sen jälkeen syövyttämällä ja/tai mikrotyöstämällä, ja sen jälkeen seuraavilla metallisointivaiheilla käyttäen menetelmiä, kuten sputterointia ja säh-5 köistä kerrostusta. Elektrodilaite voidaan muodostaa yhdestä sirusta (lastusta), missä ano-di/anodit ja katodi/katodit ovat integroituneina tai voidaan yhdistellä erillisiä anodi- ja ka-todisiruja. Elektrodilaitteissa voi olla resistikalvoja tai polymeerikalvoja kuten PDMS tai SU-8 sen toiminnan kannalta tärkeinä osasina.

10 Keksinnössä kuvatut uudet tiehyelliset eriste-elektrodilaitteet soveltuvat käytettäviksi suorittamaan laajasti ainutlaatuisia ja tehokkaita kemiallisia reaktioita mikro- ja makroskaalas-sa. Sellaiset reaktiot voivat tuottaa valoa tai eivät. Makroskaalan laitteista voidaan esimerkkinä mainita orgaanisen kemian reaktorit, veden sterilointilaitteet ja haitallisten saasteiden elektrokemiallinen tuhoaminen. Mikroskaalalla suosituimpia sovellutuksia ovat 15 mikroreaktorit ja erilaisten luminoforien sähköinen virittäminen, kuten on kuvattu tämän keksinnön selityksessä ja esimerkeissä. On ilmeistä, että monen muunkin tyyppisiä molekyylejä voidaan virittää kuvatuilla eristepinnoitetuilla elektrodeilla näillä menetelmillä.

... Tiehyellisten eristepinnoitettujen elektrodien, joilla on suuri spesifinen pinta-ala, käyttö ei #**· •' ·, · ole raj oittunut mihinkään tiettyyn tässä kuvattuun laitteeseen tai analyyttiseen menetelmään 9 20 ja myös optimaalinen rakenne voi erota jossain määrin riippuen täsmällisestä sovellutus- :***: kohteesta.

··· • 1 2 • · · • I1 · «t ·

Esimerkki 1. Bentseenin hajotus tiehyellisellä eriste-elektrodilaitteella.

• · • · : 25 Planaaristen piipatojen valmistus. Planaarinen p-Si kiekko kiderakenteeltaan (100) (re- * « *11 sistiivisyys 10-20 ιηΩ cm) asetettiin muovituelle ja leikattiin 20 mm x 4 mm:n palasiksi φ · • · 1 *·1·1 käyttäen sahaa. Lopuksi kiekko huuhdottiin tislatulla vedellä ja säilytettiin myöhempää • 1 # **;·1 käyttöä varten.

• · • i · • ti • · · • 1 · 2 '· 3 0 Uritettujen piipatojen valmistus. Ennen urien sahausta p-Si kiekko asetettiin muovituel le leikkaamista varten. Urat (leveys 30 pm, syvyys 400 pm) 60 pm:n välein ja urat (leveys 200 pm, syvyys 400 pm) 400 pm:n välein sahattiin piikiekkoon. Tämän jälkeen 21 118611 kiekko sahattiin eri levyisiksi 20 mm:n pituisiksi paloiksi, jotta niitä voitiin käsitellä helpommin puhdistuksen aikana. Leikkauksen muovituki poistettiin kastamalla asetoniin. Piipalat pantiin RCA-liuokseen (H20: NH3: H202-5: 1:1) 80 °C:een 30 minuutiksi, jonka jälkeen huuhdeltiin tislatulla vedellä. Tämä tehtiin jotta poistettaisiin ylimäärä 5 piijauhoa ja muita epäpuhtauksia kiekon pinnalta. Piikiekkopalat syövytettiin sitten isotrooppisesti jotta voitiin tasoittaa kiekon leikkauspinnat. Liuoksena käytettiin 3 % HF, 77 % HNO3 ja 22 % CH3COOH. Kiekkopalat kastettiin tähän liuokseen 10 sekunniksi jotta poistettaisiin ylin piikerros kiekon pinnalta. Kim kiekkopalat oli huuhdeltu tislatulla vedellä, ne kuivattiin typpikaasussa. Jotta syövytettyjen kiekkopalojen sahaus voitiin 10 suorittaa loppuun 20mm x 4mm mittoihin ilman, että palat likaantuivat uudestaan leik-kausprosessissa, palat pinnoitettiin ohuella kerroksella positiivista fotoresistiä ja annettiin kuivua uunissa 80 °C:ssa. Pinnoitetut kiekkopalat leikattiin sitten 20 mm x 4 mm mittaisiksi. Muovituki jota oli käytetty sahauksessa ja fotoresisti poistettiin upottamalla asetoniin. 20mm x 4 niinin palat huuhdeltiin lisäksi kaksi kertaa puhtaalla asetonilla, 15 puhdistettiin isopropanolilla sekä huuhdottiin kolme kertaa tislatulla vedellä.

Kuva 2. (a) näyttää p-tyypin Si-elektrodin, mikä on saatu sahaamalla 20 pm:n leveällä t . terällä. Isotrooppisella syövytyksellä kiillotetut sivut j a pohja uurteissa olivat suhteellisen IM* : sileitä ja pyöreitä, kuten ilmenee SEM -kuvasta 2 (b).

• ·· 20 • ·· *

Piielektrodien lämpöhapetus. Planaariset piipalat pestiin isopropanolilla 5 min, 5 % • · :*·.· HF:lla 15 s ja huuhdottiin vedellä. Tämän jälkeen palat pidettiin 800 °C:ssa 5 min. Pii- • · :' j palat, joissa oli 30 pm:n urat, pestiin asetonilla sonikoiden 1 min, isopropanolilla 5 min, 5 % HF:lla 15 s ja huuhdottiin vedellä. Tämän jälkeen palat pidettiin 745 °C:ssa 7 min.

·· : *·* 25 Piipalat, joissa oli 200 pm:n urat, pestiin asetonilla sonikoiden 1 min, isopropanolilla 5 ·· · • *·;·* min, 5 % HF:lla 15 s ja huuhdottiin vedellä. Lopuksi paloja pidettiin 780° C:ssa 7 min.

• · » · · • · · • * ··♦

Σ...: Bentseenin hajottaminen. Bentseenin kyllästettyä liuosta, tilavuudeltaan 1,5 ml, 0,05 M

:/·: natriumtetraboraattipuskurissa (pH 9,2) kierrätettiin peristalttisella pumpulla Kuvan 1 (b) 30 laitteessa, jossa työelektrodi oli joko planaarinen tai uritettu oksidin peittämä piielektrodi ja vastaelektrodi oli Pt-levy. Liuoksen kierrätyksen aikana annettiin 100 pC:n katodisia puis- 22 1 1 861 1 seja 5 min jaksoissa, pulssien jännite -30 V, ja monitoroitiin spektrofotometrilla bentseenin väkevyyttä mittaamalla absorbanssi aallonpituudella 261 nm. Tämän jälkeen liuos johdettiin takaisin liuossäiliöön ja käsittelyt toistettiin 4 kertaa. Bentseenin hajoaminen on näytetty Kuvassa 3. Käyrä (a) osoittaa tulokset planaarisella työelektrodilla (yksikanavalaite) ja 5 käyrä (b) tulokset, jotka saatiin elektrodilla jossa oli 30 pm;n levyiset ja 400 pm:n syvyiset urat (monikanavalaite).

Esimerkki 2. Peroksodisulfaatti- ionin hajotus tiehyellisessä eriste-elektrodilaitteessa.

10 Peroksodisulfaatti ja vetyperoksidi ovat hyvin voimakkaita hapettimia, joita käytetään teol lisuudessa esimerkiksi paperimassan valkaisussa. Jätevesi, joka johdetaan luontoon, ei saisi sisältää näitä hapettimia, jotka yksielektronisella pelkistyksellä voivat tuottaa sulfaatti- tai hydroksyyliradikaaleja, jotka voivat hajottaa DNA.ta. Tilavuudeltaan 1,5 ml, 1 mM ka-liumperoksodisulfaattia 0,05 M natriumtetraboraattipuskurissa (pH 9,2) kierrätettiin peri-15 stalttipumpulla kuvan 1 (b) laitteessa ja 100 μΟ.η katodisia pulsseja annettiin jännitteellä -30 V 2 minuutin jaksoina, jonka jälkeen mitattiin absorbanssi 224 imulla spektrofotometrilla peroksodisulfaatin väkevyyden monitoroimiseksi. Tämän jälkeen käsittely toistettiin 4 kertaa. Peroksodisulfaatin hajoaminen monikanavaeriste-elektrodilaitteessa (uraleveys 30 ···· ;*·.· pm, syvyys 400 pm) on esitetty Kuvassa 4. Tulokset planaarisella työelektrodilla osoitti- • · 20 vat noin puolta pienempää hajoamisnopeutta kuin sanotut uritetut elektrodit (ei esitetty Kuvassa 4).

* · a a a • ·· « a «·· •.., · Example 3. Bakteerien saastuttaman veden desinfektio.

aa • a • 2 5 Uritetut Si-elektrodit, jotka oli päällystetty ohuella SiCVkalvoeristeellä, valmistettiin kuten • · *···* Esimerkissä 1.

• a a a a a • a · • · • •a • a

Escherichia coli -kanta XL-1 kasvatettiin nestemäisessä LB mediumissa 37 °C:ssa yli a l\l yön. Kuumien elektronien antibakteriaalinen vaikutus testattiin kennossa, jossa oli tef- a a V'i 30 lonsylinteri (läpimitta 10 mm, korkeus 20 mm) ja uritettu piielektrodipohja (katodi) ja silikonikumitiiviste. Kasvatusliuoksen näyte (500 pL) siirrettiin kennoon. Anodin muo- 23 1 1 861 1 dosti pystysuora Pt-lanka ja se oli asetettu siten, että sen pää oli noin 2 mm pohjasta. Bakteereja käsiteltiin kuumilla elektroneilla eri aikoja (5, 10, 30 ja 60 min). Kuumat elektronit tuotettiin kulostaattisella pulssigeneraattorilla (varaus 100 pC, jännite -40 V ja taajuus 40 Hz). Kennoa, jossa oli platinaelektrodit katodina ja anodina (Pt/Pt), toimi 5 kontrollina (käsittelyajat 30 ja 60 min). Kasvatusväliainenäytteen käsittelyn jälkeen se siirrostettiin LB agarmaljoille. Yli yön inkuboinnin jälkeen 37° C:ssa pesäkkeiden lukumäärät laskettiin. Kuva 5 osoittaa, että planaarisen oksidipinnoitteisen piielektrodin tuottamien kuumien elektronien vaikutus on toksinen bakteereille (käyrä a) ja se on erilainen kuin planaarisella Pt-elektrodilla (b). Käyrä (c) osoittaa, että tappava vaikutus bakteerei-10 hin oli korkein tiehyellisellä ohuella eristekalvopinnoitteisella elektrodilaitteella. Jos kasvatusmediumia pidettiin 60 min vain teflonsylinterikennossa jossa oli piipohja, sillä ei ollut mitään vaikutusta bakteeripesäkkeiden määrään.

Esimerkki 4. Elektrokemiallinen synteesi tiehyellisessä eriste-elektrodilaitteessa.

15

Tilavuudeltaan 1,5 ml liuos sisältäen 5 μΜ Terbium(HI)-{2,6-bis[Y,7V-bis(karboksimetyyli)aminometyyli]-4-bentsoyylifenoli} -kelaattia 0,05 M natriumtetrabo-raattipuskurissa (pH 9,2) kierrätettiin peristalttipumpulla Kuvan 1 (b) laitteen läpi samalla ··♦· :‘.J kun annettiin 100 pC.n katodisia pulsseja, joiden pulssijännite oli -30 V 5 min jaksoja.

• · 20 Tämän jälkeen mitattiin aikaerotteinen fotoluminesenssin elinikä, joka indusoitiin 300 : j nm.n viritysvalolla ja monitoroitiin emissioaallonpituudella 545 nm käyttäen Perkin-Elmer • · !.*·! LS-5 spektrofluorometriä. Seuraavaksi käsittelysykli toistettiin 4 kertaa. Kuva 6 osoittaa, että esiintyy erittäin voimakas lisäys fotoluminesenssin eliniässä, kun käsitellään tiehyellisessä eriste-elektrodilaitteessa, mikä osoittaa, että yhdisteen molekyylin rakenne muuttuu ·· • i ί " 25 ratkaisevasti, esimerkiksi yhdisteen polymeerisen muodon syntyessä. Spektrofotometriset * · · • » *···* mittaukset viittasivat siihen, että karbonyyliryhmä on poistunut yhdisteestä.

• « f · · * · * * · ,··, Esimerkki 5. Leima-aineiden valon tuoton vertailu planaarisella ja tiehyellisellä eriste- • · » ,* , elektrodilla.

I I · • · · • · • · t · · • ·» • · 3 0 Planaariset ja uritetut piielektrodit valmistettiin kuten Esimerkissä 1.

24 118611

Elektrokemiluminesenssin mittaukset. EKL mitattiin mittauspuskurissa (0,05 M boraatti, pH 7,8, 0,1 % NaNs) sisältäen eri määriä Terbium(IH)-l-kelaattia (Tb(III) kelatoitu 2,2’,2”,2”’-{[4-bentsoyyli(l -hydroksibentseeni)2,6-diyyli]bis(metyleenenitrilo)} -tetrakis(asetaatin) kanssa). Sellaisten silikonipalojen mittauksessa, joissa oli 30 pm:n 5 levyisiä uria, mittauspuskuri sisälsi myös 0,2 M K2SO4. EKL-mittaukset suoritettiin käyttäen elektroluminometria, joka oli rakennettu modifioimalla Wallacin Arcus fluoro-metriä (Wallac Oy, Turku, Suomi). Mittauksissa katodisten pulssien aika oli 0,24 ms (« 10 V) ja taajuus 200 Hz, viiveaika ja mittausaika olivat 0,16 ms ja vastaavasti 1,5 ms. EKL:n intensiteetti integroitiin 200 pulssin aikana. Erilaiset piielektrodit toimivat kato-10 deina ja anodina oli Pt-lanka. Kuva 7 osoittaa, että elektrokemiluminesenssi on merkittävästi suurempi uritetuilla (kuva b ; 200 pm leveä, kuva c; 30 pm leveä ura) kuin planaa-risella elektrodilla (a).

Esimerkki 6. Pintaan sidottujen leimojen valon tuoton tehokkuuden vertailu planaarisil-15 la ja tiehyisillä eriste-elektrodeilla.

Planaaristen ja uritettujen piipatojen valmistaminen. Planaaristen ja uritettujen piipalo-jen valmistus ja lämpöhapettaminen suoritettiin samalla tavalla kuin Esimerkissä 1.

·♦·· • t • · · ’·· • * 20 Leimatun naudan seerumin albumiinin valmistaminen. BSA (Intergen Inc, tuotenumero .···. 3220-05) leimattiin Tb(m)-l-kelaatin isotiosyanaattijohdannaisella antamalla BSA:n

• M

♦*»,; reagoida kelaatin kanssa moolisuhteessa 1:60 ja pH:ssa 9,5. Leimattu BSA erotettiin ' · · Γ'*: reagoimattomasta kelaatista geelisuodatuksen avulla käyttäen eluenttina Tris-puskuria (50 mM Tris-HCl, pH 7,8, sisälsi NaCl 9 g/1 ja NaN3 0,5 g/1).

f*·· 25

• M

·...· Piielektrodien pinnoittaminen leimatulla ja leimaamattomalla BSA.Ila. Elektrodit pin- :V: noitettiin leimatulla ja leimaamattomalla BSA:lla inkuboimalla niitä 2 tuntia Tris- puskurissa, joka sisälsi leimaamatonta BSA:ta 68,6 pg/mL ja leimattua BSA:ta 0,57 :*·.· pg/mL. Leimattu BSA laimennettiin leimaamattomalla BSA:lla, jotta signaali saatiin • · 3 0 sopivalle alueelle. Pinnoitustilavuus oli 250 pL/kaivo.

Pinnoitettujen piielektrodien pesu. Elektrodit pestiin 6 kertaa ravistelemalla 300 pL:ssa 25 1 1 861 1 pesuliuosta (50 mmol/L Tris-HCl, pH 7,8, joka sisälsi 0,9 % NaCl ja 0,02 % Tween 20).

EKL:n mittaus. EKL mitattiin kuten Esimerkissä 5, paitsi että mittaukset suoritettiin mit-5 tauspuskurissa ilman Tb(III)-1 -kelaatin lisäystä. EKL:n intensiteetti kerrottiin leimaamat-toman ja Tb(UI)-l-kelaatilla leimatun BSA:n suhteella. Kuva 8 osoittaa, että EKL kasvaa kun uritusaste kasvaa.

Esimerkki 7. C-reaktiivisen proteiinin immunokemiallinen määrittäminen planaarisilla 10 ja tiehyellisillä (uran leveys 30 pm ja syvyys 400 pm) piielektrodeilla suoritettuna mik-rotiitterilevyjen kaivoissa osoittaa reaktion tapahtuvan nopeammin tiehyisillä elektrodeilla.

Planaaristen ja uritettujen piipalasten valmistaminen ja terminen hapettaminen suoritet-15 tiin samalla tavalla kuin Esimerkissä 1,

Elektrodien pinnoitus vasta-aineella. Elektrodit pinnoitettiin hiiren anti-ihmisen-CRP- i}i vasta-aineella (Medix Biochemica, Suomi, klooni 6405) inkuboimalla niitä yli yön Tris- »··· : puskurissa, joka sisälsi vasta-ainetta 6,5 pg/mL. Pinnoitustilavuus oli 250 pL/kaivo. Tä- * *· |‘.<t 20 män jälkeen elektrodeja tasapainoitettiin yli yön saturointiliuoksessa (300 pL/kaivo, «

Tris-puskuri, joka sisälsi litraa kohti 1 g BSArta, 60 g sorbitolia and 1 mmol CaCla).

• * • · · • ·· • · ···

Leimatun vasta-aineen valmistaminen. Hiiren ihmisen-CRP-vasta-aine (Medix Biochemica, Suomi, klooni 6404) leimattiin Tb(m)-1-kelaatin isotiosyanaattijohdannaisella • · ϊ ** 25 antamalla vasta-aineen reagoida kelaatin kanssa yli yön moolisuhteessa 1:70 pH:ssa 9,5.

II· • ·

Leimattu vasta-aine erotettiin reagoimattomasta kelaatista geelisuodatuksen avulla.

• · • · i I · I * · • Il

Standardien valmistus. Standardit (0, 10, 100, 300 ng/mL) valmistettiin laimentamalla !('.i CRP:n kantaliuosta (Scripps Laboratories, San Diego, USA) Tris-HCl-puskuriin, joka ·.**: 30 sisälsi 0,5 % BSA:ta ja 1 mmol/L CaCl2:a.

26 1 1 861 1

Immunokemiallinen detektointi. lOOpL standardia ja lOOpL (500ng) leimattua vasta-ainetta (Tris-HCl-puskuriliuoksessa, pH 7,8, johon oli lisätty 0,5% BSA:a, 1 mmol/L CaCl2:a, 0,05% naudan gammaglobuliinia ja 0,01% Tween 20:ä) lisättiin mikrotiitterile-vyn kaivoihin ja inkuboitiin 1, 3, 5, 15, 60, 180 tai 300 min. Inkuboinnin jälkeen elekt-5 rodit pestiin ja EKL mitattiin samalla tavalla kuin Esimerkissä 6. Kuva 9 osoittaa, että immunoreaktion tasapaino saavutettiin paljon nopeammin tiehyellisillä elektrodeilla (uraleveys 30 pm) kuin planaarisilla elektrodeilla.

Esimerkki 8. Immunokemiallinen tasapaino saavutetaan nopeammin monikanavaisella 10 eriste-elektrodilaitteella kuin yksikanavaisella eriste-elektrodilaitteella

Erityinen kennorakemne (Kuva 1 c) valmistettiin p2-mikroglobuliinin immunokemialli-sen määrityksen kinetiikan tutkimista varten sekä planaarisilla että tiehyellisillä (leveys 30 pm) piielektrodeilla. EKL mitattiin samalla tavalla kuin Esimerkissä 6. Planaaristen 15 ja tiehyellisten piielektrodien valmistus ja terminen hapettaminen suoritettiin samalla tavalla kuin Esimerkissä 1.

Elektrodien pinnoitus. Elektrodit pinnoitettiin hiiren anti-ihmisen p2-mikroglobuliini-

• •«S

.\j vasta-aineella (klooni 6G12, Labmaster Oy, Turku, Suomi) inkuboimalla niitä yli yön • · ·'·„ 20 TRIS-HC1 puskurissa sisältäen 100 pg/mL vasta-ainetta. Pinnoitustilavuus oli 1 mL/astia. Tämän jälkeen elektrodit tasapainoitettiin yön yli kyllästysliuoksessa (TRIS- • · i/.i puskuri sisältäen litrassa liuosta 1 g naudan seerumin albumiinia, BSA, ja 60 g sorbito- • ft* lia). Kyllästystilavuus oli 1 mL/säiliö.

·· • ft • 25 Leimatun vasta-aineen valmistus. Hiiren anti-ihmisen p2-mikroglobuliini (klooni 1F10, • #ft *·;·' Labmaster Oy, Turku, Suomi) leimattiin Tb(ni)-1 kelaatin isotiosyanaattijohdannaisella ·"·*· *.*.* antaen vasta-aineen reagoida kelaatin kanssa moolisuhteessa 1:60 pH 9,5:ssä. Leimattu ··· • ft • · · · * vasta-aine erotettiin reagoimattomasta kelaatista geelisuodatuksella.

• · • · · ft ftft • · ft ft ft · ft • «ft ft · 27 118611

Standardien valmistus. Standardit (O, 10, 30, 100, 300, 700 ng/mL) valmistettiin liuottamalla P2-mikroglobuliinin (Labmaster Oy, Turku) kantaliuos TRIS-puskuriin, pH 7,8, sisältäen 0,5 % BSA:a and 0,01 % Tween 20:ä.

5 Immunokemiallinen detektio. lOOpL standardia ja 400pL (740ng) leimattua vasta-ainetta Tris-puskurissa, pH 7,8, sisältäen 0,5 % BSA ja 0,01 % Tween 20:ä, sekoitettiin koeputkessa. Kun oli kulunut 15 min, 50pL tätä sekaliuosta injektoitiin virtauskennoon injekto-rilla. Liikkuvana faasina käytettiin (virtausnopeus 5 mL/h) 0,05 mol/L Tris-HCl puskuria, pH 7,8, sisältäen 0,9 % NaCl ja 0,05 % NaN3. Kun oli kulunut 8,7 min, kenno pes-10 tiin pesuliuoksella (virtausnopeus 60 mL/h, 5,3 min) ja mitattiin samoin kuin Esimerkis sä 2. Kuva 10 osoittaa, että saadaan enemmän EKL-signaalia uritetuista elektrodeista (b) kuin planaarista (a).

Esimerkki 9. Tiehyellinen eriste-elektrodilaite sisältäen erikseen valmistetun katodin ja 15 anodisirun sekä fi2-mikroglobuliinin immunomääritys.

Optisesti läpinäkyvien katodisirujen valmistus liittämällä lasi piikiekon pinnalle, joka on ·*· *; * * edelleen päällystetty SU-8 resistikerroksella ja uritettu sahaamalla.

ϊ · · \ ·: ·· • ; *· 2 0 Sirun valmistusohje.

1. Lasikiekko (paksuus 525pm) ja n-tyypin tai p-tyypin (100, 111, tai 110) 525pm • ·· • · ;***. paksuinen piikiekko (0,01 - 0,02 Ω cm) liitettiin anodisesti toisiinsa siten, että ·»» piin kiillotettu puoli liitettiin lasiin, mutta käytetään mieluiten kaksipuolisesti : * ·.. kiillotettuj a kiekkoj a.

• · · 25 2. Sormenjäljet poistettiin rakenteen pinnalta käyttäen isopropanolia. Orgaaniset pintaliat poistettiin puhdistamalla RCA:lla (H2O: 31% H2O2: 25% NH4OH, 5:1:1) • · 80°C:ssa 20min.

··· « • \ : 3. Rakenteen annettiin sitten kuivua 2-h 120°C uunissa.

• ·· • · :*·.· 4. Käytettiin muovista tukea peittämään lasin alta. Tämä tehtiin jotta estettäisiin • · 3 0 SU-8:n peittämästä lasia sen lisäyksen aikana.

28 1 1 861 1 5. 5ml:aa SM 1070, SU-8 -perusteista valoaktivoituvaa epoksidia pantiin piin kiil-lottamattomalle puolelle. Piikiekkoa pyöritettiin 500 rpm nopeudella 25 s ajan, jolloin saatiin noin 70pm:n paksuinen SU-8 kerros piin pinnalle. Paksuus mitattiin mikrometrillä.

5 6. SU-8:n liuottimet poistettiin ja valoresisti jonkin verran kovetettiin inkuboimalla koko rakenne 90°C:ssa 30 min.

7. Muovisuojus poistettiin käsin lasilta.

8. Urat sahattiin SU-8:aan ja piihin käyttäen Loadpoint Microace 3, series 3 -sahaa ja 150pm leveää terää (huom. 20pm:n terä ei ole kyllin vahva lasin sahaamiseen).

10 Karan kierrosnopeus oli 15 rpm ja leikkausnopeus oli 3mm/s. Käytettiin 900pm:n leikkausaskeleita jotta saatiin riittävä pintavuorovaikutus lasin ja jäljellä olevan piin välille ja anodisen liitoksen ylläpitämiseksi. Seuraavissa näytteissä 400pm:n leikkausaskelet olivat riittäviä (kts kuva 13).

9. Sahaus suoritettiin niin, että uurteiden pohja oli noin 50pm:n syvällä lasissa, eli 15 terä leikkasi kokonaan läpi sekä SU-8:n että piin.

10. Urien muodostuksen jälkeen koko rakenne, mukaan lukien lasi, SU-8 ja pii, paloiteltiin esim. 20 mm x 4 mm kokoiseksi.

M* *;·:m 11. Optisesti läpinäkyvä katodisiru voitiin nyt liittää eri tyyppisiin mittauskennoihin.

* 12. Vaihtoehtoisesti saman kokoinen vastaelektrodi (kuvassa piin leikkaus) liitettiin * · a ** ... 2 0 20 mm x 4 mmm rakenteisiin, SU-8:n avulla, lievästi lämmittäen. Näin saatiin kanavia kuten on esitetty kuvissa 11,12 ja 13.

• · · • * c*· • * · SU-8 toimii eristeenä työ- ja vastaelektrodien välillä. Se myös toimii liitoksena vasta-elektrodin ja muun kennon välillä.

:’·*·; 25 ···

Vastaavia piihin sahaamalla tuotettuja tiehytrakenteita saatiin myös märkäsyövyttämällä, • · · • * .*·*. kun kaksipuolisesti kiillotettuja (110) kiekkoja käytettiin työelektrodien lähteenä.

• * · * • · ! · · • 11 ,·, J Valmistusohje.

*· 3 0 1. Substraatti: (110) piikiekkoja, 001-0,02 Ω cm, 525pm paksuus, kaksipuolinen kiillotus.

29 118611 2. Kiekot puhdistettiin RCAl:ssä (H2O: 31% H2O2: 25% NH4OH, 5:1:1) 80°C:ssa 10 min, RCA2:ssa (H20: 31% H202: 37% HC1, 5:1:1) 80°C:ssa 15 min ja kastettiin HF:oon 30 sekunniksi ennen kuivausta N2:ssa.

3. Kiekot märkähapetettiin 2 h 1000°C:ssa. Saatu oksidin paksuus oli noin 350pm 5 mitattuna ellipsometrisesti.

4. Kiekot valmistettiin valoresistipinnoitusta varten käyttäen heksametyyli-1,1,1,1,3,3,3,disilatsaania (HMDS) vakuumissa 5 min.

5. Kiekot pinnoitettiin spinnaamalla (3 ml.n tilavuus kiekolla, 4000 rpm, 25 s) positiivisella valoresistillä, AZ5214E. Kiekot kovapaistettiin (120 °C) uunissa 10 10 min.

6. Toinen puoli kiekoista päällystettiin spinnaamalla valoresistillä kuten edellä. Kiekot pehmeäpaistettiin (90 °C) 30 min.

7. Se puoli kiekoista, joka oli pinnoitettu pehmeäpaistetulla valoresistillä altistettiin UV-valolle 5 sekunniksi sopivan maskin avulla. Altistetut valoresistialueet pois- 15 tettiin kehitysliuoksessa 50-60 s:n käsittelyllä. Kiekot huuhdeltiin vedessä ja kuivattiin N2:ssa.

, 8. Kiekot kovapaistettiin sitten 120 °C:een uunissa 30 min jäljelle jääneen valore- "* *. sistin kiinnittämiseksi kiekkoon.

• · · • ** ;·. ’ 9. Paljastunut oksidi kiekoissa syövytettiin BHF:lla (40% NH4F: 50 % HF, 10:1).

• *· .···. 2 0 Kiekot huuhdottiin sitten H20:ssa 10 min. Täydellinen oksidin poisto varmistet- ···* ; #: tiin valomikroskoopilla.

• « ; * * '· 10. Valoresisti poistettiin piin pinnalta ultraäänikäsittelyllä asetonissa 5 min ja kiekot ··· upotettiin isopropanoliin ja huuhdottiin vedellä.

• • 11. Paljastettu pii syövytettiin sitten kiekkojen läpi 25%:ssa (til/til) tetrametyyliam-·» !...; 25 moniumhydroksidilla (TMAH) 85°C:ssa ja 25% (til/til) kaliumhydroksidilla :Y: (KOH) 65 °C:ssa.

• · · ·...· 12. Syövytyksen jälkeen kiekot huuhdottiin vedellä ja kuivattiin.

:*·.· 13. Pintaoksidi poistettiin syövyttämällä BHF:llä (40% NH4F: 50 % HF, 10:1). Kie- • · : * ·, ϊ kot huuhdottiin taas vedellä ja kuivataan.

3 0 14. Tehtiin sitten elektrodit leikkaamalla kiekot 4 mm x 7 mm:n paloiksi syövytetty jen alueiden ympäri.

30 1 1 861 1

Kuva 14 näyttää sivukuvan läpi kiekon syövytetystä (110) piielektrodisirusta, joka on tehty tällä kemiallisella käsittelyllä ja joka on leikattu sirun keskeltä valokuvaa varten.

5 Sahaamalla valmistettuja analogisia tiehyellisiä rakenteita valmistettiin myös mär-käsyövyttämällä, kun käytettiin kaksipuolisesti kiillotettuja (110) kiekkoja työelektrodi-lähteenä.

Valmistusohje.

10 1. Substraatti: (100) piikiekot, 0,02 - 0,03 Ω cm, 380pm:n paksuus, kaksipuolinen kiillotus.

2. Kiekot puhdistettiin RCAl:ssa (H2O: 31% H2O2: 25% NH4OH, 5:1:1) 80 °C:ssa 10 min, RCA2:ssa (H2O: 31% H2O2: 37% HC1, 5:1:1) 80 °C:ssa 15 min ja kastettiin HF:oon 30 sekunniksi ennen kuivausta N2:ssa.

15 3. Kiekot märkähapetettiin 2 h 1000 °C:ssa. Saatu oksidin paksuus oli noin 280pm mitattuna ellipsometrisesti.

4. Kiekot valmisteltiin valoresistipinnoitusta varten käyttäen heksametyyli- • · · •;,:t l,l,l,l,3,3,3,disilatsaania (HMDS) vakutunissa 5 min.

• · S

* · · ,’ * 5. Kiekot päällystettiin spinnaamalla (3 ml:in tilavuus kiekolle, 4000 rpm, 25 s) • ·

* M

20 käyttäen positiivista valoresistiä, AZ5214E. Kiekot kovapaistettiin (120 °C) uu- • ^ · ; nissalOmin.

• ·· • · .*··. 6. Toinen puoli kiekkoa päällystettiin valoresistillä spinnaamalla kuten edellä. Kie- M*' kot pehmeäpaistettiin (90 °C) 30 min.

7. Kiekon pehmeäpaistetulla valoresistillä pinnoitettu puoli altistettiin UV-valolle 5 • · » !it .· 25 minuutiksi sopivan maskin kautta. Altistetut alueet valoresistiä poistettiin kehi- tysliuoksessa 50-60 s. Kiekko huuhdottiin vedellä ja kuivattiin N2:ssa.

• « 8. Kiekot kovapaistettiin 120 °C:een uimissa 30 min jotta saatiin kiinnitetty jäljelle . *. ^: j äänyt valoresisti kiekkoon.

* · :*·.· 9. Paljastunut oksidi kiekoilla syövytettiin BHF:ssä (40 % NH4F: 50 % HF, 10:1).

30 Kiekot huuhdottiin H20;ssa 10 min. Täydellinen oksidin poisto varmistettiin op tisella mikroskoopilla.

31 118611 10. Valoresisti poistettiin piin pinnalta sonikoimalla asetonissa 5 min, jonka jälkeen kiekot upotettiin isopropanoliin ja huuhdottiin H20:lla.

11. Paljastetun piin syövytys läpi kiekon suoritettiin sitten 25 % (til/til) TMAH:ssa 85 °C:ssa tai 25 % (til/til) KOH:ssa 65 °C:ssa.

5 12. Syövytyksen j älkeen kiekot huuhdottiin vedellä ja kuivattiin.

13. Pintaoksidi poistettiin syövyttämällä BHFissä (40 % NH4F: 50 % HF, 10:1). Kiekot huuhdottiin uudestaan ja kuivattiin.

14. Seuraavaksi tehtiin elektrodit leikkaamalla kiekot noin 8-9 mm x 8 -9 mm paloiksi syövytettyjen osien ympäri.

10

Kuva 15 näyttää sivukuvan läpi kiekon syövytetystä (100) piielektrodisirusta, joka on valmistettu kuvatulla kemiallisella käsittelyllä, ja joka on leikattu keskeltä sahaamalla valokuvaa varten.

15 Optisesti läpinäkyvän katodisirun valmistus pinnoittamalla piikiekko SU-8 resistikerroksel-la kummaltakin puolelta ja urittaminen sahaamalla.

• · · 1. n-tyypin tai p-tyypin pii (100, 111, or 110) 525pm:n paksuisena kiekkona (0,01 * · · *: - 0,02 Ω cm), kiillotettu kummaltakin puolelta, puhdistettiin RCAl:ssä (H2O: 31 * · 20 % H202: 25 % NH4OH, 5:1:1) 80 °C:ssa 10 min, RCA2:ssa (H20: 31 % H202: • · .·*.**; 37 % HC1, 5:1:1) 80 °C:ssa 15 min ja kastettiin HF:oon 30 sekunniksi ennen • ·· • * .·*·. kuivausta N2:ssa.

• · • · 2. Kiekot kuivattiin sitten 2 h 120 °C uunissa.

3. 5ml SM 1070, SU-8-perusteista valoepoksidia pantiin yhdelle puolelle piikiek- • · 2 5 koja. Piikiekkoja spinnattiin nopeudella 500 rpm 25 s, jolloin saatiin noin 70 ·*·*. pm:n kerros SU-8:aa piin pinnalle.

• · 4. SU-8:ssa olevat liuottimet poistettiin ja resisti jonkun verran kovettui kiekon oi- ; lessa uunissa 90 °C:ssa 30 min.

• ·· • · :**,· 5. SU-8 altistettiin sitten UV-valolle 25 sekunniksi sen kovettamista varten ja ase- 3 0 tettiin taas 90 °C:een uuniin vielä 5 minuutiksi.

32 1 1 861 1 6. 5 ml SM 1070:ä, SU-8 -perusteista valoepoksidia aplikoitiin pinnoittamattomalle piikiekkojen puolelle. Piikiekot spinnattiin nopeudella 500 rpm 25 sekuntia, jolloin saatiin noin 70 pm kerros SU-8:aa piin pinnalle.

7. Liuottimet SU-8:ssa poistettiin ja resisti jonkin verran kovettui, kun sitä inkuboi- 5 tiin 90 °C uunissa 30 min.

8. Toinen erä 5 ml SM 1070:ä, SU-8 -perusteista valoepoksidia aplikoitiin samalle piikiekon pinnalle. Piikiekot spinnattiin nopeudella 500 rpm 25 sekuntia, jolloin saatiin noin 70 pm:n kerros SU-8:aa piin pinnalle. Kiekot pantiin uudelleen 90 °C uuniin 30 minuutiksi.

10 9. Vaihe 8 toistettiin vielä 5 kertaa, jolloin saatiin lopuksi noin 500 pm:n paksui nen kerros SU-8:aa kiekon pinnalle.

10. Tätä pintaa kovetettiin altistamalla se UV-valolle 160 sekunniksi. Kiekko siirrettiin taas 90 °C uuniin 30 minuutiksi.

11. Tehtiin 70 pm:n paksuisia uria SU-8:aan ja piikiekkoihin käyttäen Loadpoint 15 Microace 3, series 3 sahaaja 20 pm:n levyistä terää. Karan pyörimisnopeus oli 15 rpm ja leikkausnopeus 3 mm/s. Leikkausaskelet olivat 60 pm. Sahaus suoritettiin siten, että urien pohjat olivat noin 50 pm:n syvyydellä 500 pm:n paksuisessa • · · •y!t SU-8:ssa, eli leikkasi läpi koko 70 pm:n paksuisen SU-8:n ja piin.

• *** * 13. Urien muodostamisen jälkeen koko rakenne sisältäen lasin, SU-8:n ja piin leikat- • * • ·· *... 2 0 tiin palasiksi, esim. 7 mm x 4 mm:n mittoihin.

14. Optisesti läpinäkyvä katodisiru voidaan nyt sisällyttää eri tyyppisiin mittausken- *· "** «·· noihin.

• · • · ··♦ 15. Vaihtoehtoisesti saman kokoinen vastaelektrodi (valokuvassa piileikkaus) liitet- i\ tiin 7 mm x 4 mm:n rakenteeseen SU-8:lla.

• ·· 25 ··· ,·*·. 70 pm:n paksuinen SU-8 toimii eristeenä työ- ja vastaelektrodien välillä. Se myös toimii • · · • .*··. liitoksena vastaelektrodin ja kennon muun osan välillä. 500 pm paksu SU-8 kerros toi- ···* , mii sähköisesti inerttinä läpinäkyvänä mekaanisena tukena piille.

• · · • · • · • * · • 3 0 Työelektrodien anodinen hapetus. Uritetut työelektrodit pestiin asetonilla 1 min, isopro-panolilla 10 min, 5 % HFrlla 5 min ja huuhdottiin vedellä. Pesun jälkeen työelektrodit 33 1 1 861 1 hapetettiin anodisesti yksi kerrallaan niin että saatiin noin 1,0 nm:n oksidikerros. Anodi-nen hapetus suoritettiin ensin galvanostaattisesti anodisointijännitteeseen 2,94 V, jonka jälkeen tehtiin potentiostaattinen anodisointi kunnes virta väheni alle 10 μΑ:η. Hapetus-liuos oli 0,5 M H3B03, säädetty arvon pH 7,0 NH3.Ha. Tämän jälkeen työelektrodit 5 huuhdottiin kvartsitislatulla vedellä.

Mittauskennon konstruointi. Anodisoidut työelektrodit pinnoitettiin pyydystävällä vasta-aineella kuten Esimerkissä 8. Tämän jälkeen läpivirtauskenno rakennettiin mittauskennoon liittämällä optisesti läpinäkyvät työelektrodit hiottujen ruostumattomasta teräksestä 10 tehtyj en vastaelektrodilevyj en kanssa.

β2-mikroglobuliinin immunomääritys. Immunomääritykset suoritettiin kuten Esimerkissä 8, paitsi että sähköinen viritys tehtiin kulostaattisella pulssigeneraattorilla (20 pC pulssit, pulssin jännite -20 V, pulssifrekvenssi 50 Hz, viiveaika 0,1 ms ja mittausaika 3,0 15 ms). Kuva 16 kuvaa immunomäärityksiä, jotka on tehty kennoissa koostuen hiotusta ruostumattomasta teräsvastaelektrodilevyistä ja, (a) optisesti läpinäkyvästä katodisirusta liittämällä lasi piikiekkoon, joka seuraavaksi pinnoitetaan SU-8 resistikerroksella ja uri- »it tetaan sahaamalla, (b) katodisesta sirusta, joka on uritettu (110) piin läpi kiekon syövyte- * · 1 * · · * tyllä märkäetsauksella, (c) katodisesta sirusta, joka on uritettu (100) piin läpi kiekon syövy- • ·

• M

*... 20 tetyllä märkäetsauksella, ja (d) katodisesta sirusta, joka perustuu kaksipuoliseen kiekon • · pinnoitukseen SU-8:llaja uritukseen sahaamalla.

• ·· ♦ · ··· ♦ · • · ···

Esimerkki 10. Tiehyellinen eriste-elektrodilaite, jossa on yksi katodi- ja anodisiru ini'·„ tegroituna ja p2~mikroglobuliinin immunomääritys.

··· : : 25 * Integroidun katodi- anodisirun valmistus.

• ·*· • · * • · .···. 1. Piidioksidikerros paksuudeltaan 350nm tehtiin termaalisesti kummaltakin puolen ···* / . kiillotetun piikiekkojen pinnalle (110) 0,01-0,02 Ω cm, paksuus 350pm. Kiekot ** ,·, j 30 valmisteltiin valoresistipinnoitusta varten käyttäen HMDS:ää 5 min vakuumissa.

* ·· • »

Positiivinen valoresisti pinnoitettiin spinnaamalla kiekkoja nopeudella 500 rpm 5 sekuntia ja 4000 rpm 25 sekuntia.

34 1 1 861 1 2. Kiekkoja pehmeäpaistettiin 90 °C:ssa 30 min liuottimien haihduttamiseksi resis-tistä. Kiekot altistettiin UV-säteilylle sopivan maskin kautta 4 sekunniksi ja kehitettiin sopivassa liuoksessa. Kiekot kovapaistettiin tämän jälkeen 120 °C:een uunissa 30 min valoresistin kiinnittämiseksi kiekkoihin.

5 3. Paljastunut piidioksidikerros syövytettiin sitten BHF:llä (40 % NH4F: 50 % HF, 10:1) ja valoresisti poistettiin asetonilla sonikoiden 10 min ja huuhdottiin vedellä.

4. Paljastunut pii syövytettiin sitten 25 % (til/til) TMAH:lla 85 °C:ssa tai 25 % (til/til) KOH:lla 65 °C:ssa niin, että saatiin 150 pm:n syvyisiä uria.

10 5. Urat täytettiin sitten kultametallilla joko sputteroimalla tai elektrokemiallisella saostuksella.

6. Alempi pinta piikiekosta pinnoitettiin valoresistillä. Kiekko pehmeäpaistettiin sitten 90 °C:ssa 30 min. Resisti altistettiin sitten UV-valolle 4 sekunniksi sopivan maskin kautta ja kehitettiin sopivassa liuoksessa. Kiekot kovapaistettiin 120 °C 15 uunissa 30 min, jotta valoresisti tarttuu kiekkoon. Piidioksidikerros ylemmässä (syövytetyssä) pinnassa ja eksponoitu oksidi ylimmässä pinnassa poistettiin käyt- , täen BHF:ää (40 % NH4F: 50 % HF, 10:1). Kiekkoja huuhdottiin sitten 10 min ··* vedessä. Täydellinen oksidin poisto varmistettiin valomikroskoopilla. Valoresisti • *· ' poistettiin piin pinnalta sonikoimalla asetonissa 5 min ja sen jälkeen upotettiin * ♦· .··· 20 isopropanoliinja huuhdottiin vedellä.

·...· ; 7. Alumiinikerros sputteroitiin sitten piikiekon alemmalle pinnalle kiekon johta-

' · S

.*·*. vuuden lisäämiseksi lasikiekkoon liittämisen aikana.

• · ··· 8. Kiekot liitettiin sitten lasikiekkoihin niiden yläpintojen kautta (mihin kulta oli saostettu) niiden tukemiseksi.

··♦ 25 9. Alumiinikerros poistettiin sitten.

f :Y* 10. Paljas pii syövytettiin sitten 25 % (til/til) TMAH:lla 85 °C:ssa tai 25 % (til/til) • f •t#i* KOH:lla 65 °C:ssa kultapilarien saamiseksi esille tukilasille ja piipilarien muo- • * ·. j dostaxniseksi kultarakenteiden välissä.

• · :\j 11. Lasin pinta metallisoitiin sitten alumiinihöyrystyksellä. Porattiin lasin läpi reiät ja 3 0 sähköiset kontaktit tehtiin alumiinipinnalta kultapilareihin.

35 1 1 861 1 fii-mikroglobuliinin immunomääritys. Työelektrodit anodisoitiin kuten Esimerkissä 9. Immunomääritys suoritettiin kuten Esimerkissä 8, mutta sähköinen viritys tehtiin käyttäen kulostaattista pulssigeneraattoria (20 pC pulssit, jännite -20 V, pulssifrekvenssi 50 Hz, viiveaika 0,1 ms ja mittausaika 3,0 ms). Kuva 17 esittää P2-mikroglobuliinin immu-5 nometrisen määrityksen kalibraatiokäyrän.

Esimerkki 11

Tiehyellinen eriste-elektrodilaite käytettynä kromatografisena detektorina. Leimattu vasta-10 aine ja reagoimaton Tb(III) - kelaattileima erotettiin toisistaan geelisuodatuksella ja virtausta monitoroitiin elektrokemiluminesenssillä. Hiiren vasta-aine ihmisen CRP:lle (Medix Biochemica, Suomi, klooni 6404) leimattiin Tb(m)-l-kelaatilla samoin kuin Esimerkissä 7. Leimattu vasta-aine erotettiin reagoimattomasta kelaatista Sephadex G-25-pylväällä (0,9 x 2,8 cm) käyttäen 0,5 mol/L boraattipuskuria, pH 8,0 eluenttina. Erot-15 tumista monitoroitiin läpivirtauseriste-elektrodilaitteella, joka oli samanlainen kuin Esimerkissä 9 (a) käytettyjä elektrokemiluminometrilla seuraavin asetuksin: frekvenssi 50 Hz, pulssin varaus 100 pC, pulssijännite -30 V, viiveaika 0,1 ms ja mittausikkuna 3 ms. Kuva 18 näyttää erotuskokeen laitteiston ja kuva 19 kromatogrammin.

• · f · ♦ * ·· • · ·· : 2 0 Esimerkki 12 *·* ; : ··· - • · • · · • ·· *..* Eriste-elektrodilaite perustuen kuivakemiaan ja virtaussysteemiin, joka ei tarvitse ulkopuo lat lista pumppua. Läpisyövytetyt (110) piielektrodit (0,5 x 4 x 7 mm), joissa oli kanavat 30 ··. pm x 3 mm, valmistettiin kuten Esimerkissä 9. Elektrodien pinnoitus, leimatun vasta- • ·· .···. 25 aineen valmistus ja p2-mikroglobuliinimäärityksen standardien valmistus tehtiin kuten ·♦·*

Esimerkissä 8. Koe tehtiin erityisellä laitteella, joka oli tehty muovista (kuva 20). Lei- • · · mattu vasta-aine kuivattiin pehmustepalaan (19). Kuivaamisen jälkeen, 20 pl standardia • · ··* ,· # lisättiin pehmustepalaan, ja immunoreaktio käynnistettiin heti liikuttamalla esipinnoitet- *· · • ·· ’ ’ tu piielektrodi pehmustepalan yli. Tiehyet täyttyivät standardien ja leimatun vasta-aineen ** ·· 3 0 seoksesta. Viiden minuutin kuluttua elektrodi siirrettiin pesusienen (20) kohdalle, joka sieni sisälsi pesu- ja mittauspuskuria ja painettiin alaspäin. Pesuliuos kulkee nyt tilaan

•'.S

36 1 1 861 1 (22). Liittämällä elektrodit (23,24) pulssigeneraattoriin ja pitämällä elektrodi painettuna alas, saatiin elektroluminesenssi mitattua kuten Esimerkissä 6. Tyypillinen standardi-käyrä on esitetty kuvassa 21.

5 Esimerkki 13. Eriste-eleklrodilaitteet, joissa on optisesti läpinäkyvät vastaelektrodit ja uritetut läpinäkymättömät työelektrodit, jotka on valmistettu isotrooppisella syövytyksellä, sekä P2-mikroglobuliinin immunomääritys.

Valmistusohje.

10 1. n-tyypin tai p-tyypin (100, 111, or 110) 380pm:a tai 525pm:a paksut piikiekot (0,01 - 0,02 Ω cm), kiillotettu kummaltakin puolen, puhdistettiin RCA 1:11a (H20: 31 % H202: 25 % NH4OH, 5:1:1) 80 °C:ssa 10 min, RCA2:ssa (H20: 31 % H202: 37 % HC1, 5:1:1) 80 °C:ssa 15 min ja kastettiin HF:oon 30 sekunniksi ennen kuivausta N2:ssa.

15 2. Kiekot märkähapetettiin 2 h 1000 °C:ssa. Saatu oksidikerros oli paksuudeltaan noin 280:sta 350 nimiin mitattuna ellipsometrisesti.

. 3. Kiekot alustettiin valoresistipinnoitusta varten käyttäen heksametyyli-1,1,1,3,3,3- *·**. disilatsaania (HMDS) vakuumissa 5 minuuttia.

• · • 9 ··. 4. Kiekot pinnoitettiin spinnaamalla (3 ml:n tilavuus kiekolle, 4000 rpm, 25 s) po- • ·* .***. 2 0 sitiivista valoresistiä AZ5214E. Kiekot kovapaistettiin sitten (120 °C) uunissa 10 :*·.· min.

• · 5. Alempi puoli kiekosta pinnoitettiin spinnaamalla valoresistillä. Kiekot peh-meäpaistettiin (90 °C:ssa) 30 min.

; *·· 6. Pehmeäpaistetulla valoresistillä pinnoitettu puoli altistettiin UV-valolle 5 sekun- f··· %..* 25 niksi soveliaan maskin avulla. Altistetut osat valoresistiä poistettiin kehitysliuok- $ sessa käsittelemällä 50-60 s. Kiekko huuhdottiin vedessä ja kuivattiin N2:ssa.

··· S..* 8. Kiekot kovapaistettiin sitten 120 °C uimissa 30 min jäljelle jääneen valoresistin « kiinnittämiseksi kiekkoon.

• · ·*.'·· 9. Eksponoitu oksidi kiekoilla syövytettiin BHF:llä (40 % NH4F: 50 % HF, 10:1).

3 0 Sen jälkeen kiekot huuhdottiin H20:lla 10 min. Täydellinen oksidin poisto var mistettiin käyttäen optista mikroskooppia.

37 1 1 8 611 10. Valoresisti poistettiin piin pinnalta sonikoimalla 5 min asetonissa ja kastettiin isopropanoliin sekä huuhdottiin vedellä.

11. Eksponoitu pii syövytettiin läpi kiekon 3 % (til/til) HNO3/ 77 % (til/til) CH3COOH/22 % (til/til) - seoksella. Syövytyksen jälkeen kiekot huuhdeltiin ve- 5 dellä ja kuivattiin.

12. Pintaoksidi poistettiin syövyttämällä BHF.lla (40 % NH4F: 50 % HF, 10:1). Kiekot huuhdeltiin taas vedellä ja kuivattiin.

13. Seuraavaksi tehtiin elektrodit leikkaamalla kiekko noin 4 mm x 7 mm:n paloiksi syövytettyjen alueiden ympäriltä.

10 p2~mikroglobuliinin immunomääritys. Työelektrodit hapetettiin termaalisesti kuten Esimerkissä 1. Immunomääritys tehtiin kuten Esimerkissä 8, paitsi että vastaelektrodi oli ITO-pinnoitettu lasilevy (Lohja Oy, Suomi) ja että sähköinen viritys tehtiin in situ käyttäen kulostaattista pulssigeneraattoria (20 pC pulssit, jännite -20 V, pulssifrekvenssi 50 15 Hz, viiveaika 0,1 ms ja mittausaika 3,0 ms). Kuva 22 näyttää p2-mikroglobuliinin im-munometrisen määrityksen kalibraatiokäyrän.

·♦·

Esimerkki 14. Eriste-elektrodilaitteet, jotka muodostuvat optisesti läpinäkyvistä vasta- • il • ·· ·. * elektrodeista ja uritetuista läpinäkymättömistä työelektrodeista, jotka on valmistettu aniso-

• *M

20 trooppisella syövytyksellä, ja P2-mikroglobuliinin immunomääritys.

• · ··# ~ .·**. Valmistusohje.

'···* 1. Substraatti: (100) piikiekko, 0,02 - 0,03 Ω cm, paksuus 525 pm, molemminpuo- Γ·„ linen kiillotus.

25 2. Kiekot puhdistettiin RCA 1:11a (H2O: 31 % H2O2: 25 % NH4OH, 5:1:1) 80 °C:ssa f 10 min, RCA2:lla (H20: 31 % H202: 37 % HC1, 5:1:1) 80 °C:ssa 15 min ja kas- #·· s,#.! tettiin HF:oon 30 sekunniksi ennen kuivausta isossa.

:*·.· 3. Kiekot märkähapetettiin 2 h 1000 °C:ssa. Saadun oksidin paksuus oli noin 280 l\{ pm mitattuna ellipsometrisesti.

30 4. Kiekot alustettiin valoresistipinnoitukselle käyttäen heksametyyli-1,1,1,1,3,3,3, disilatsaania (HMDS) vakuumissa 5 minuuttia.

38 118611 5. Kiekot pinnoitettiin spinnaamalla (3 ml:n tilavuus kiekolle, 4000 rpm, 25 s) positiivisella valoresistillä, AZ5214E. Kiekot kovapaistettiin sitten (120 °C) uunissa 10 min.

6. Alempi puoli kiekkoja pinnoitettiin spinnaamalla valoresistillä ja pehmeäpaistet- 5 tiin (90 °C:ssa) 30 minuuttia.

7. Kiekkojen pehmeäpaistetulla valoresistillä päällystetty puoli altistettiin UV-valolle 5 sekunniksi sopivaa maskia käyttäen. Altistetut kohdat valoresistiä poistettiin kehitysliuoksessa käsittelemällä 50-60 s. Kiekko huuhdottiin vedellä ja kuivattiin l^ssä.

10 8. Kiekot kovapaistettiin sitten 120 °C:ssa uunissa 30 min jäljelle jääneen valore- sistin kiinnittämiseksi kiekkoon.

9. Eksponoitu oksidi kiekoilla syövytettiin pois BHFrlla (40 % NH4F: 50 % HF, 10:1). Kiekot huuhdottiin H20:lla 10 min. Oksidin täydellinen poisto varmistettiin optisella mikroskoopilla.

15 10. Valoresisti poistettiin piin pinnalta sonikoimalla asetonissa 5 min, kastettiin iso- propanoliin ja huuhdottiin vedellä.

, 11. Esille tullut pii syövytettiin kiekkoon 25 % (til/til) TMAH:lla 85 °C:ssa tai 25 * · · Ί*', % (til/til) KOH:lla 65 °C:ssa kunnes hitaan syöpymisen (111) tasot rajoittivat li- * ** • ·. * säsyövyttämistä. Syövytyksen jälkeen kiekot huuhdottiin vedellä ja kuivattiin.

: ·· .**·, 20 12. Pintaoksidi poistettiin syövyttämällä BHF:Ila (40 % NH4F: 50 % HF, 10:1). Kie- ···* ♦\ : kot huuhdottiin taas vedellä ja kuivattiin.

*. *: ;*'*· 13. Elektrodit valmistettiin sitten leikkaamalla kiekko noin 4 mm x 7 mm:n paloiksi syövytetyn osan ympäriltä.

t· • · ί ·· «·· 25 Kuva 23 näyttää kolmiomaiset kanavat, jotka saadaan tällä prosessilla. Optisesti läpinäkyvä vastaelektrodi on ylhäällä ja uritettu työelektrodi alla.

• « ·«· : : ·\ϊ p2-mikroglobuliinin immunomääritys. Työelektrodi hapetettiin teimaalisesti kuten Esi- • i merkissä 1. Immunomääritys suoritettiin kuten Esimerkissä 8, vastaelektrodi oli ITO- • ♦ 3 0 pinnoitettu lasilevy (Lohja Oy, Suomi) ja sähköinen viritys tehtiin kulostaattisella pulssi-generaattorilla (20 pC pulssit, pulssijännite -20 V, pulssifrekvenssi 50 Hz, viiveaika 0,1 v 39 1 1 861 1 ms ja mittausaika 3,0 ms). Kuva 24 näyttää p2-mikroglobuliinin immunometrisen määrityksen kalibraatiokäyrän.

··· m ·*♦· :*· ·’

• M

• · ·« : *·· :*··: ··· • · · • ·* • · : : *·* ·· • · • ·· m ·*· • · • · • · · • · · • · :***: ··* * · • ♦ φ • ··

• I

·*· Φ *. ·:

Claims (21)

40 1 1 861 1

1. Eristekalvolla pinnoitettu elektrodi, joka on tarkoitettu saamaan aikaan 5 sähkökemiallisia reaktioita reaktioväliaineessa, tunnettu siitä, että elektrodi käsittää sähköä johtavaa materiaalia, jonka pinnasta ainakin osa on päällystetty sähköä eristävällä kerroksella ja joka elektrodi on tiehyellinen suuren spesifisen pinta-alan saamiseksi elektrodille.

2. Vaatimuksen 1 mukainen elektrodi, missä suuri spesifinen pinta-ala tarkoittaa alaa, joka on vähintään 1,5 -kertainen verrattuna vastaavaan tiehyellistämättömään elektrodiin.

3. Vaatimusten 1 tai 2 mukainen elektrodi, missä elektrodin tiehyellinen pinta on dimen-15 sioitu niin että diffuusioetäisyydet reaktioväliaineessa 10 nm:sta 1 mm:iin. (('j·

4. Vaatimuksen 3 mukainen elektrodi, missä diffuusioetäisyys on välillä 1 pm -100 pm.

• · • · · • ·· • * • · : ’·· 5. Vaatimuksen i mukainen elektrodi, missä tiehyellinen elektrodi sisältää mikrorakentei- ·"** *...· 20 ta mikrokanavien, kanavien, uurteiden, kaivantojen, piikkien, pilareiden, pylväiden, • · » · · *· " huokosten, tai vastaavien rakenteiden muodossa.

• · · • · • · ··· .. 6. Vaatimuksen 1 mukainen elektrodi, joka käsittää sarjan suuren aspektisuhteen omaa- • · • ·· . via seinämiä tai pylväitä, jotka on ryhmitelty riveihin, tai dendrimeerisiä rakenteita. • · • ♦ *·· . 25 • * • · ·

7. Minkä tahansa vaatimusten 1-6 mukainen elektrodi, missä sähköäjohtava materiaali on • * ·; * * tiehyellistetty n- tai p-tyypin pii. · « · t • ♦♦ • ♦ • « • * · *· *i

8. Vaatimuksen 1 mukainen elektrodi, missä johtava materiaali on metallia, johtavaa ok- 3. sidia, tai johtavaa polymeeriä.

9. Vaatimuksen 7 mukainen elektrodi, missä sähköä eristävä kalvo on piidioksidia. 4i 118611

10. Eriste-elektrodilaite, sisältäen työelektrodina missä tahansa vaatimuksista 1-9 esitetyn tiehyellistetyn tai mikrorakenteisen työelektrodin.

11. Eriste-elektrodilaite, joka käsittää työelektrodina missä tahansa vaatimuksista 1 -9 esite tyn tiehyellistetyn tai mikrorakenteisen elektrodin, joka elektrodi on asetettu kahden virtaa johtavan elektrodin väliin liuoksessa ja sähkökentässä, mutta jolla ei ole elektronista kosketusta sanottuihin elektrodeihin.

12. Menetelmä vaatimuksen 1 mukaisen elektrodin valmistamiseksi, joka menetelmä si sältää sähköä johtavan materiaalin valinnan, tiehyeiden muodostamisen sen pinnalle, ja/tai sisään, ja sähköä eristävän kalvokerroksen valmistamisen sanotun tiehyellisen tai mikrorakenteisen materiaalin pinnalle.

13. Vaatimuksen 12 mukainen menetelmä, missä tiehyeet sähköä johtavaan materiaaliin luodaan käyttäen etsaus-, mikrotyöstö-, laserleikkaus-, tai muottiinvalamistekniikoita. • · · ····

14. Vaatimuksen 12 mukainen menetelmä, missä sähköisesti johtava materiaali on tehty • · • *·· valamalla, kuten ruiskuvalulla, synteettinen, esimerkiksi polymeerinen substraatti, ja ··« *...· 20 päällystämällä sanottu substraatti johtavalla päällyksellä, ja sen jälkeen eristekalvolla. • · • · · • ·· • · ·«« • t

*···* 15. Menetelmä orgaanisten ja epäorgaanisten molekyylien hajoittamiseksi vesiliuoksessa, tai elektrokemiallisesti indusoitujen reaktioiden aikaansaamiseksi sanotussa liuoksessa, • · tunnettu siitä, että sanottu hajottaminen tai reaktiot suoritetaan vaatimuksen 10 tai • · • · *! * 25 11 mukaisessa eriste-elektrodilaitteessa. • · • · · • * # • ♦ ·«« • ·

16. Vaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elektrokemiallisesti ai- • · *.**: kaansaatu reaktio tuottaa valoa. • · • ♦ t • ♦· • ·

17. Menetelmä vesiliuosten steriloimiseksi mikrobeista, tunnettu siitä, että sanottu sterilointi suoritetaan vaatimuksen 10 tai 11 mukaisessa eriste-elektrodilaitteessa. 42 1 1 861 1

18. Menetelmä leimamolekyylien sähköiseksi virittämiseksi, jossa eristekalvopinnoitettu elektrodi upotetaan ainakin osaksi elektrolyyttiliuokseen, jossa on ainakin yhdenlaista leimamolekyyliä, viritetään sanottu leimamolekyyli sähköpulssilla sanotulta elektrodil- 5 ta, jolloin muodostuu virittynyt leima, emittoitunut luminesenssi virittyneeltä leimalta detektoidaan ja detektoidun luminesenssin perusteella leiman läsnäolo kvantitoidaan, missä sanottu elektrodi käsittää sähköä johtavan materiaalin ja ainakin se osa elektrodista joka on upotettu sanottuun liuokseen on oleellisesti pinnoitettu sähköä eristävällä kerroksella, jonka kerroksen kielletyn vyön energia (band gap) on yhtä suuri tai suu-1 o rempi kuin 5 eV, t u n n e 11 u siitä, että elektrodin pinta on tiehyellistetty niin, että sen spesifinen pinta-ala on vähintään 1,5 -kertainen verrattuna vastaavaan tiehyistämättö-mään elektrodiin.

19. Läpivirtaustyyppinen elektrodilaite, joka käsittää jonkin vaatimuksen 10 tai 11 mu-15 kaisen eriste-elektrodilaitteen, tunnettu siitä, että työelektrodi sisältää 10-500 pm halkaisijaltaan olevia virtauskanavia, joiden pituus on alle 10 mm, jotka kanavat kulkevat elektrodin päästä toiseen joka läpivirtauslaite lisäksi sisältää sisään- e · • · · *· 1·1 menovirtauksen jakajan nestenäytteelle nesteen jakamiseksi erillisiin elektrodin vir- ·· • t ' " tauskanaviin, sekä elektrodilaitteesta ulostulevan nesteen kokoajan, mikä elektrodi- ;1·1 20 laite sisältää elimet emittoituneen valon detektoimiseksi ja mittaamiseksi kaikista • · · * ·1 ,. 1 kanavista integroidusti tai erikseen kustakin kanavasta, tai ryhmästä kanavia. • · • 1

·«· ··, 20. Vaatimuksen 19 mukainen laite, tunnettu siitä, että kukin virtauskanava on pin- • «· .···. noitettu kovalenttisesti tai adsorptiolla spesifisellä yhdisteellä, kuten vasta-aineella, ···1 , ‘, 25 antigeenillä, tai oligonukleotidilla, jotka yhdisteet voivat spesifisesti sitoa analyyttej ä • · · » · nestevirtauksesta, mikä elektrodilaite sisältää elimet analyyttien detektoimiseksi • ♦ ··· ,· t elektroluminesenssin perusteella. ! · · * · • · · • · · • 1·

21. Minkä tahansa vaatimusten 1-9 mukaisen elektrodin käyttö, tai vaatimusten 10, 11, 30 19 tai 20 mukaisen laitteen käyttö luminesenssin tuottamiseksi analyyttisessä jäijes- telmässä. 43 1 1 861 1