GR1009763B - Ολοκληρωμενη μικροδιαταξη σε υποστρωμα τυπωμενου κυκλωματος για την ανιχνευση νουκλεϊκων οξεων με μεγαλη ευαισθησια και μεθοδος κατασκευης αυτης - Google Patents
Ολοκληρωμενη μικροδιαταξη σε υποστρωμα τυπωμενου κυκλωματος για την ανιχνευση νουκλεϊκων οξεων με μεγαλη ευαισθησια και μεθοδος κατασκευης αυτης Download PDFInfo
- Publication number
- GR1009763B GR1009763B GR20180100100A GR20180100100A GR1009763B GR 1009763 B GR1009763 B GR 1009763B GR 20180100100 A GR20180100100 A GR 20180100100A GR 20180100100 A GR20180100100 A GR 20180100100A GR 1009763 B GR1009763 B GR 1009763B
- Authority
- GR
- Greece
- Prior art keywords
- detection
- nucleic acid
- amplification
- pcb
- microreactor
- Prior art date
Links
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 title claims abstract description 60
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 title claims abstract description 55
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 19
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 36
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000011002 quantification Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 claims abstract 2
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 claims abstract 2
- 238000002493 microarray Methods 0.000 claims description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 22
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 12
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 8
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 6
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 6
- 230000004544 DNA amplification Effects 0.000 claims description 5
- 238000000835 electrochemical detection Methods 0.000 claims description 5
- 238000003631 wet chemical etching Methods 0.000 claims description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 4
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims description 4
- 108020004711 Nucleic Acid Probes Proteins 0.000 claims description 3
- 239000002853 nucleic acid probe Substances 0.000 claims description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 241000252506 Characiformes Species 0.000 claims description 2
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 claims description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 2
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000007704 wet chemistry method Methods 0.000 claims description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims 1
- 239000003637 basic solution Substances 0.000 claims 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims 1
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 claims 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 2
- 238000003752 polymerase chain reaction Methods 0.000 description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 2
- 230000009870 specific binding Effects 0.000 description 2
- 238000000018 DNA microarray Methods 0.000 description 1
- 108060004795 Methyltransferase Proteins 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 239000003124 biologic agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000012864 cross contamination Methods 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011901 isothermal amplification Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229920003223 poly(pyromellitimide-1,4-diphenyl ether) Polymers 0.000 description 1
- 150000003071 polychlorinated biphenyls Chemical class 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000011895 specific detection Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000107 tumor biomarker Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
- B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
- B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
- H05K1/0212—Printed circuits or mounted components having integral heating means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/12—Specific details about manufacturing devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
- B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
- B01L2300/0645—Electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/18—Means for temperature control
- B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
- B01L2300/1827—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using resistive heater
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Hematology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Μία ολοκληρωμένη μικροδιάταξη (11) για ενίσχυση και ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων που περιλαμβάνει ένα μικροαντιδραστήρα για ενίσχυση νουκλεϊκών οξέων με τη μορφή ενός μικρορευστονικού θαλάμου ενίσχυσης (1) ή με τη μορφή ενός μικροκαναλιού, κατασκευασμένα σε ένα στρώμα πολυστρωματικής δομής PCB, ένα μικροθάλαμο ανίχνευσης (2) για ηλεκτροχημική ανίχνευση με μια συστοιχία επιμεταλλωμένων με ευγενές μέταλλο ηλεκτροδίων (3) που επιτρέπουν την αποτελεσματική ακινητοποίηση ιχνηθετών νουκλεϊκών οξέων και ηλεκτρονική ποσοτικοποίηση των προηγουμένως ενισχυμένων αλληλουχιών στόχων, που κατασκευάζονται στο ίδιο στρώμα PCB με τον εν λόγω μικροαντιδραστήρα, ένα δίκτυο μικροκαναλιών για τη διανομή ενισχυμένων νουκλεϊκών οξέων στην εν λόγω συστοιχία ηλεκτροδίων ανίχνευσης (3), που κατασκευάζεται στο ίδιο στρώμα PCB με τον εν λόγω μικροαντιδραστήρα, και μικροθερμαντικά στοιχεία (4) για τον ορισμό θερμικών ζωνών για την ενίσχυση και/ή την αποδιάταξη νουκλεϊκών οξέων, κατασκευασμένα σε ένα στρώμα PCB κάτω από τον εν λόγω μικροαντιδραστήρα και/ή την συστοιχία ηλεκτροδίων ανίχνευσης.
Description
Ολοκληρωμένη μικροδιάταξη σε υπόστρωμα τυπωμένου κυκλώματος για την ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων με μεγάλη ευαισθησία και μέθοδος κατασκευής αυτής
Πεδίο της εφεύρεσης
Η παρούσα εφεύρεση αναφέρεται στο πεδίο των μικρορευστονικών διατάξεων για την ενίσχυση και την ανίχνευση αλληλουχιών νουκλεϊκών οξέων εντός μικροδιάταξης. Πιο συγκεκριμένα, σχετίζεται με την ενίσχυση νουκλεϊκών οξέων σε μικροαντιδραστήρα με ενσωματωμένα μικροθερμαντικά στοιχεία και την ανίχνευση ενισχυμένων αλληλουχιών νουκλεϊκών οξέων σε ηλεκτροχημικούς αισθητηρες, όλα ενσωματωμένα σε υπόστρωμα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) ώστε να μπορούν να παραχθούν μαζικά σε κατασκευαστές PCB.
Υπόβαθρο της εφεύρεσης
Η μικρό ρευστονική σχετίζεται με τη διαχείριση και την επεξεργασία μικρών ποσοτήτων ρευστών (στην περιοχή των μικρο/νανολίτρων), χρησιμοποιώντας μικρό ρευστονικά δίκτυα με ελάχιστη διάσταση στην περιοχή των δεκάδων έως εκατοντάδων μικρομέτρων (μηι). Η διευκόλυνση συμβατικών εργαστηριακών διεργασιών σε μικρορευστονικές πλατφόρμες (κατασκευασμένες με εδραιωμένες μεθόδους μικροτεχνολογίας) έχει προσελκύσει μεγάλη προσοχή και οδήγησε στην ανάπτυξη των λεγομενων διατάξεων ή συστημάτων μικροεργαστηρίου σε ψηφίδα (Lab-on-a-chip, LOC). Χαρακτηριστικά πλεονεκτήματα των μικρορευστονικών συστημάτων LOC περιλαμβάνουν τη δυνατότητα χρήσης πολύ μικρών ποσοτήτων ακριβών αντιδραστηρίων και σπάνιων δειγμάτων για την εκτέλεση ανίχνευσης υψηλής ανάλυσης, μεγάλης ακρίβειας και ευαισθησίας και τη μείωση του χρόνου και του κόστους της ανάλυσης [Whitesides; Nature; 2006; 368-373; 442].
Τέτοια συστήματα είναι ικανά να αναμιγνύουν αντιδραστήρια, να εναλλάσσουν κυκλικά τη θερμοκρασία αντιδραστηρίων και δείγματος, να πραγματοποιούν αντιδράσεις ή άλλες λειτουργίες, των οποίων η ανίχνευση των προϊόντων αντίδρασης είναι υψίστης σημασίας. Για να επιτευχθεί αυτό, οι διατάξεις ή τα συστήματα LOC περιλαμβάνουν μικρορευστονικά εξαρτήματα, ηλεκτρικά κυκλώματα οδήγησης και εξαρτήματα αισθητήρων/ανιχνευτών ενσωματωμένα στο ίδιο υπόστρωμα. Μία τέτοια πλατφόρμα που ενσωματώνει μια μικρό ρευστονική διάταξη και ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα περιγράφεται στο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας US 8715592 Β2, όπου τόσο η μικρό ρευστονική διάταξη όσο και το ηλεκτρονικό κύκλωμα κατασκευάζονται σε υπόστρωμα ημιαγωγού, τοποθετημένου σε πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) ώστε να επιτρέπεται η διασύνδεση του ενσωματωμένου ηλεκτρονικού κυκλώματος και της μικρό ρευστονικής διάταξης με εξωτερικές συσκευές μέσω ηλεκτρικών επαφών σε PCB.
Ένα πρόβλημα τέτοιων ολοκληρωμένων ηλεκτρονικών-μικρορευστονικών διατάξεων σύμφωνα με την προγενέστερη τεχνογνωσία είναι ότι χρησιμοποιούνται διαφορετικά υλικά υποστρώματος και έτσι πρέπει να εφαρμοστούν διαφορετικές μέθοδοι για την κατασκευή τέτοιων ηλεκτρονικών-μικρορευστονικών πλατφορμών, καθιστώντας πολύπλοκη την ολοκλήρωση. Επιπροσθέτως, είναι απαραίτητη η χρήση πληρωτικού υλικού για τη σφράγιση της μικρορευστονικής διάταξης στο PCB. Επομένως, είναι επιθυμητές ολοκληρωμένες μικρορευστονικές-ηλεκτρονικές διατάξεις που κατασκευάζονται απρόσκοπτα σε ένα κοινό υπόστρωμα. Ακόμα καλύτερα, επιδιώκεται μια τεχνολογία κατασκευής επιδεκτική σε μαζική παραγωγή, για να ενισχυθεί η δυναμική εμπορευματοποίησης τέτοιων συσκευών.
Η ανάλυση νουκλεϊκών οξέων είναι ένα ολοένα και πιο σημαντικό εργαλείο για ένα ευρύ φάσμα βιοχημικών εφαρμογών, όπως η μοριακή διάγνωση, και ως εκ τούτου αποτελεί ένα βήμα σε πολλές διατάξεις και συστήματα μικροεργαστηρίου σε ψηφίδα (LOC). Η μοναδικότητα των αλληλουχιών νουκλεϊκών οξέων επιτρέπει την ανίχνευση βιολογικών παραγόντων με υψηλό βαθμό ειδικότητας. Ωστόσο, δεδομένου ότι η συγκέντρωση των νουκλεϊκών οξέων από βιολογικά προερχόμενους αναλύτες είναι χαμηλή, η συγκέντρωσή τους πρέπει να ενισχυθεί, ώστε να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά ως εργαλείο ανίχνευσης. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με μεθόδους ενίσχυσης νουκλεϊκών οξέων, όπως η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR) και διάφορες μέθοδοι ισοθερμικής ενίσχυσης (συμπεριλαμβανομένης της ενίσχυσης helicase dependent amplification (HDA) και της loop-mediated amplification (LAMP)), που χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση του DNA και διεξάγονται σε πολλές διατάξεις LOC. Η χρήση υποστρωμάτων PCB και της σχετικής τεχνολογίας για την υλοποίηση μικροδιατάξεων για την ενίσχυση νουκλεϊκών οξέων έχει περιγραφει στο [Chen S, Rajagopal A and Scherer A 2014 Thermally controlled chamber with optical access for high-performance per. US 2014/0080133 A 1 ], [Walker C I and Rajagopal A 2012 System for performing polymerase chain reaction nucleic acid amplification. US 2012/0264202 A1] και [Rajagopal A, Chen S, Scherer A and Walker C I 2013 PC Board-based polymerase chain reaction systems, methods and materials. US 2013/0210080 A1], η οποία προτείνει τεχνολογία PCB για την κατασκευή διατάξεων PCR στατικού θαλάμου. Παρόλα αυτά, η ανίχνευση του ενισχυμένου DNA βασίζεται σε οπτικές μεθόδους, όπως περιγράφεται στα προαναφερθέντα διπλώματα ευρεσιτεχνίας, απαιτώντας ογκώδη εξωτερικά όργανα, συνήθως για να μετατραπεί το συλλεχθέν φως σε ηλεκτρική μέτρηση. Επομένως, αισθητήρες όπως οι ηλεκτροχημικοί είναι πιο πλεονεκτικοί, δεδομένου ότι παρέχουν απευθείας ηλεκτρικό σήμα. Επιπλέον, εάν αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να ολοκληρωθούν εύκολα σε υποστρώματα PCB, είναι πιο επιθυμητοί.
Ηλεκτροχημικοί βιοαισθητήρες [Hammond, Jules L., et al., Electrochemical biosensors and nanobiosensors. Essays in Biochemistry, 2016 60(1) p. 69-80] έχουν μελετηθεί ευρέως και χρησιμοποιούνται τις τελευταίες δεκαετίες, προσφέροντας ποσοτική, μεγάλης ευαισθησίας και ειδική ανίχνευση, ενώ παράλληλα διαθέτουν ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας και απαιτούν απλό ηλεκτρονικό εξοπλισμό. Περιλαμβάνουν ένα σύνολο ηλεκτροδίων ευγενών μετάλλων για την ανίχνευση, τα επονομαζόμενα εργασίας, αναφοράς και βοηθητικό, με ειδικό βιομόριο ακινητοποιημένο στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου εργασίας. Εφαρμόζεται τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων εργασίας και αναφοράς και μετράται η μεταβολή της ηλεκτρικής εμπέδησης μεταξύ του ηλεκτροδίου εργασίας και του βοηθητικού ηλεκτροδίου μετά την ειδική πρόσδεση του νουκλεϊκού οξέος-στόχου στο ενεργοποιημένο ηλεκτρόδιο εργασίας. Λόγω της απλότητας κατασκευής αυτής της προσέγγισης και της συμβατότητάς της με την παραγωγή PCB, αρκετοί ερευνητές έχουν πρόσφατα δείξει ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων μεγάλης ευαισθησίας σε ηλεκτρόδια κατασκευασμένα σε PCB, όπως περιγράφεται στα [Sanchez, J.L., et al., Multiplex PCB-based electrochemical detection of cancer biomarkers using MLPA-barcode approach. Biosens Bioelectron, 2016. 82: p. 224-32], [GANG, C., et al., Circuit board for gene detection. CN103257163 (A), 2013], [O'daly, J.P., et al .,A printed circuit board, biosensor and method of using same. 2001, W02001011080 A1], και [Preparation method for biochip of electrochemical gene sensor. 2014, CN 103627788 A],
Η ολοκλήρωση μικρό ρευστονικών διατάξεων που είναι ικανές να εκτελέσουν ενίσχυση DNA μέσω PCR με ηλεκτροχημικούς αισθητήρες για την ανίχνευση ενισχυμένων νουκλεϊκών οξέων έχει περιγραφει στο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας [Lee J Η, Lee J C, Yoon D and Lim G 2006 Method for detecting PCR product using electrical signal. US7, 135,294 B2], και στο [Han J I and Oh Κ 2005 Micro PCR device, method for amplifying nucleic acids using the micro PCR device, and method for measuring concentration of PCR products using the micro PCR device. US 2005/0191686 A1], εντούτοις υλοποιούνται σε υποστρώματα και με διαδικασίες που δεν είναι συμβατές με μαζική παραγωγή (όπως είναι η παραγωγή PCB).
Συνεπώς, είναι αντικείμενο της παρούσας εφεύρεσης η παροχή μιας ολοκληρωμένης μικροδιάταξης για ενίσχυση πολλών στόχων και ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων, συνδυάζοντας διατάξεις ενίσχυσης νουκλεϊκών οξέων και διατάξεις ηλεκτροχημικής ανίχνευσης που κατασκευάζονται απρόσκοπτα σε πολυστρωματικά PCB με μια διαδικασία πλήρως συμβατή με την παραγωγή PCB. Είναι η πρώτη φορά που παρουσιάζεται μια πλήρης διαδικασία κατασκευής μιας πλήρως λειτουργικής πλατφόρμας ανίχνευσης νουκλεϊκών οξέων με βάση τα PCB, που περιλαμβάνει επίσης στρατηγικές παραγωγής συμβατές με PCB για τα κρίσιμα στάδια καθαρισμού της επιφάνειας και ακινητοποίησης ιχνηθετών νουκλεϊκών οξέων στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου ανίχνευσης σε σφραγισμένες μικροδιατάξεις PCB.
Σύνοψη της εφεύρεσης
Ο σκοπός αυτός, όσον αφορά μια ολοκληρωμένη μικροδιάταξη επιλύεται από τα χαρακτηριστικά της αξίωσης 1 του διπλώματος ευρεσιτεχνίας . Η ανεξάρτητη αξίωση 6 απευθύνεται σε μια διαδικασία για την κατασκευή μίας ολοκληρωμένης μικροδιάταξης. Περαιτέρω πεδία υλοποίησης και πλεονεκτήματα σύμφωνα με την εφεύρεση λαμβάνονται από τις δευτερεύουσες αξιώσεις.
Συνεπώς, προτείνεται μια ολοκληρωμένη μικροδιάταξη για την ενίσχυση και την ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων, η οποία περιλαμβάνει: έναν μικροαντιδραστήρα για την ενίσχυση νουκλεϊκών οξέων υπό τη μορφή ενός μικρορευστονικού μικροθαλάμου ή ενός μικροκαναλιού που κατασκευάζεται σε ένα στρώμα πολυστρωματικού PCB, ένα μικροθάλαμο για την ανίχνευση μέσω ηλεκτροχημικών αισθητήρων με μια συστοιχία από ηλεκτρόδια ευγενούς μετάλλου τα οποία επιτρέπουν την αποτελεσματική ακινητοποίηση ιχνηθετών νουκλεϊκών οξέων και την ηλεκτρονική ποσοτικοποίηση των προηγουμένως ενισχυμένων αλληλουχιών στόχων που κατασκευάζονται στο ίδιο στρώμα PCB όπως ο εν λόγω μικροαντιδραστήρας, ένα δίκτυο μικροκαναλιών για τη διανομή του ενισχυμένου νουκλεϊκού οξέος στην εν λόγω συστοιχία ηλεκτροδίων αισθητήρων που κατασκευάζονται στο ίδιο στρώμα PCB όπως ο εν λόγω μικροαντιδραστήρας, και μικροθερμαντικά στοιχεία για την παροχή θερμικών ζωνών για την ενίσχυση ή/και την αποδιάταξη νουκλεϊκών οξέων, κατασκευασμένα στο υπόστρωμα PCB σε ένα στρώμα κάτω από τον εν λόγω μικροθάλαμο και/ή την εν λόγω συστοιχία ηλεκτροδίων.
Σύμφωνα με την εφεύρεση, η διαδικασία για την κατασκευή μίας ολοκληρωμένης μικροδιάταξης για την ενίσχυση και την ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων σε μια πολυστρωματική δομή PCB όπως παρουσιάζεται στο πλαίσιο της εφεύρεσης περιλαμβάνει τα ακόλουθα στάδια:
σχηματισμό των μικροθερμαντικών στοιχείων και ηλεκτρικών επαφών στο κάτω επίπεδο του χαλκού ενός υποστρώματος PCB με χρήση λιθογραφίας και υγρής χημικής εγχάραξης ή εναλλακτικά με μηχανική κατεργασία μέσω αριθμητικού ελέγχου (CNC),
σχηματισμό της συστοιχίας ηλεκτροδίων ανίχνευσης και ηλεκτρικών επαφών στο άνω επίπεδο χαλκού του εν λόγω πολυστρωματικού υποστρώματος PCB με τη βοήθεια λιθογραφίας και υγρής χημικής εγχάραξης ή εναλλακτικά με μηχανική κατεργασία μέσω αριθμητικού ελέγχου (CNC),
σχηματισμό του μικροαντιδραστήρα υπό τη μορφή ενός μικρορευστονικού μικροθαλάμου ή μικροκαναλιών ενίσχυσης και ενός μικρορευστονικού δικτύου μικροκαναλιών κατασκευασμένου σε ξηρή φωτοευαίσθητη ρητίνη συγκολημένο πάνω από τη συστοιχία ηλεκτροδίων με χρήση φωτολιθογραφίας καν σφράγισης αυτών με τη βοήθεια ενός υμενίου σφράγισης, κατά προτίμηση με τη βοήθεια στρώματος κόλλας συμβατής με PCB,
ηλεκτρολυτική επικάλυψη με ευγενή μέταλλα της εν λόγω συστοιχίας ηλεκτροδίων με μια διαδικασία που επιτρέπει αξιόπιστη λειτουργία ανίχνευσης,
επιφανειακή κατεργασία των εν λόγω ηλεκτρολυτικά επικαλυμμένων με ευγενή μέταλλα ηλεκτροδίων της εν λόγω συστοιχίας ηλεκτροδίων, και ενεργοποίηση των εν λόγω ηλεκτροδίων της εν λόγω συστοιχίας ηλεκτροδίων μέσα στη σφραγισμένη διάταξη.
Σύντομη περιγραφή των σχημάτων
Η εφεύρεση επεξηγείται λεπτομερώς στη συνέχεια με αναφορά στα συνημμένα σχήματα ως παράδειγμα. Το Σχήμα 1 δείχνει μια κάτοψη μίας ολοκληρωμένης μικροδιάταξης για ενίσχυση και ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων σύμφωνα με ένα πεδίο υλοποίησης της εφεύρεσης, όπου το Σχήμα 2 είναι μια εγκάρσια τομή αυτού. Επιπλέον, το Σχήμα 3 απεικονίζει τη διαδικασία παραγωγής μίας ολοκληρωμένης μικροδιάταξης για ενίσχυση και ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων σύμφωνα με ένα πεδίο υλοποίησης της εφεύρεσης.
Λεπτομερής περιγραφή της εφεύρεσης
Αναφερόμενοι στο Σχήμα 2, η ολοκληρωμένη διάταξη (11) για την ενίσχυση και την ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων σε πολυστρωματικό υπόστρωμα PCB περιλαμβάνει μια πολυστρωματική δομή PCB, η οποία περιλαμβάνει έναν μικροαντιδραστήρα με τη μορφή ενός μικρορευστονικού μικροθαλάμου (1) για ενίσχυση νουκλεϊκών οξέων, κατασκευασμένου σε ένα επίπεδο του πολυεπίπεδου PCB, ένα μικροθάλαμο ανίχνευσης (2) για την ανίχνευση με ηλεκτροχημικούς βιοαισθητήρες με επικάλυψη των ηλεκτροδίων με ευγενή μέταλλα (3), κατασκευασμένου στο ίδιο επίπεδο PCB με τον εν λόγω μικροαντιδραστήρα, επιτρέποντας την αποτελεσματική ακινητοποίηση των νουκλεϊκών οξέων και τον ηλεκτρονικό ποσοτικό προσδιορισμό των προηγουμένως ενισχυμένων αλληλουχιών στόχων, ένα δίκτυο μικροκαναλιών για τη διανομή του ενισχυμένου νουκλεϊκού οξέος στην εν λόγω συστοιχία ηλεκτροδίων (3), κατασκευασμένο στο ίδιο επίπεδο PCB με τον εν λόγω μικροαντιδραστήρα, μικροθερμαντικά στοιχεία αντιστάσεων για την παροχή θερμικών ζωνών για την ενίσχυση και/ή αποδιάταξη νουκλεϊκών οξέων, κατασκευασμένων σε ένα επίπεδο χαλκού κάτω από τον εν λόγω μικροαντιδραστήρα και/ή της συστοιχίας ηλεκτροδίων. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2, η ολοκληρωμένη μικροδιάταξη για την ενίσχυση και την ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων σε μια πολυστρωματική δομή PCB περιλαμβάνει ηλεκτρικές επαφές (5) για ηλεκτρική διασύνδεση με εξωτερικά όργανα.
Λεπτομερέστερα, για να επιτραπεί η ενίσχυση νουκλεϊκών οξέων χρησιμοποιώντας πρωτόκολλα πολλαπλών θερμοκρασιών ή μίας θερμοκρασίας (ισοθερμικό), η συσκευή περιλαμβάνει ένα μικρό ρευστονικό μικροθάλαμο (1) για ενίσχυση νουκλεϊκών οξέων κατασκευασμένο στη μία πλευρά ενός υποστρώματος PCB, όπου τα μικροθερμαντικά στοιχεία αντιστάσεων (4) παράγουν αρκετή θερμότητα για να αυξήσουν τη θερμοκρασία ενός ρευστού μέσα στον μικροθάλαμο ενίσχυσης (1).
Σύμφωνα με την ευρεσιτεχνία, ο μικρορευστονικός μικροθάλαμος ενίσχυσης (1) μπορεί να ανακυκλώνει τη θερμοκρασία μέσω των ηλεκτρικών μικροθερμαντικών στοιχείων (4) μεταξύ δύο ή τριών θερμοκρασιών, όπως σε πρωτόκολλα ενίσχυσης με βάση την PCR για ενίσχυση DNA ή διατηρούμενα σε μία θερμοκρασία, όπως σε ισοθερμικά πρωτόκολλα ενίσχυσης DNA.
Ακολούθως, το ενισχυμένο προϊόν νουκλεϊκού οξέος μεταφέρεται μέσω ενός συνδεδεμένου μικρορευστονικού καναλιού στη συστοιχία ηλεκτροδίων (3), η οποία περιέχει αρκετές ομάδες ηλεκτροδίων ανίχνευσης στο μικροθάλαμο ανίχνευσης (2). Σύμφωνα με την εφεύρεση, η σειρά των ηλεκτροδίων ανίχνευσης (3) περιλαμβάνει αρκετές ομάδες ηλεκτροδίων ανίχνευσης, κάθε ομάδα ηλεκτροδίων ανίχνευσης της συστοιχίας ηλεκτροδίων ανίχνευσης (3) ενεργοποιείται για την αναγνώριση μιας συγκεκριμένης αλληλουχίας νουκλεϊκού οξέος, οπότε η συστοιχία (3) είναι σε θέση να ανιχνεύσει πολλαπλές αλληλουχίες ταυτόχρονα.
Κάθε ομάδα ηλεκτροδίων ανίχνευσης περιλαμβάνει ένα ηλεκτρόδιο εργασίας, όπου ακινητοποιείται ο ειδικός ανιχνευτής νουκλεϊκού οξέος, ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς και ένα βοηθητικό (αντί) ηλεκτρόδιο, εάν απαιτείται. Η ενεργοποίηση των ηλεκτροδίων εργασίας μπορεί να λάβει χώρα είτε σε ανοιχτά μικροκανάλια με την τοποθέτηση ενός διαλύματος με βιομόρια στα ηλεκτρόδια είτε μέσα στη σφραγισμένη πολυστρωματική δομή PCB.
Στην τελευταία περίπτωση, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι δεν λαμβάνει χώρα διασταυρούμενη μόλυνση μεταξύ γειτονικών ηλεκτροδίων εργασίας και βοηθητικού ηλεκτροδίου όταν ενεργοποιούνται οι αισθητήρες στην σφραγισμένη πολυστρωματική δομή, χρησιμοποιούνται βοηθητικές είσοδοι και έξοδοι ακινητοποίησης μεταξύ του ηλεκτροδίου εργασίας και του βοηθητικού που ενεργοποιούνται για κάθε διαφορετικό στόχο νουκλεϊκού οξέος.
Εφαρμόζεται μία τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων εργασίας και αναφοράς και μετράται η μεταβολή της ηλεκτρικής εμπέδησης μεταξύ του ηλεκτροδίου εργασίας και του βοηθητικού ηλεκτροδίου, μετά από την ειδική σύνδεση του νουκλεϊκού οξέος στόχου στο ενεργοποιημένο ηλεκτρόδιο εργασίας.
Ένα ενσωματωμένο θερμαντικό στοιχείο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί κάτω από τη συστοιχία ηλεκτροδίων ανίχνευσης (3) όπως φαίνεται στο σχήμα 2, προκειμένου να εξασφαλιστεί η αποδιάταξη της διπλής έλικας νουκλεϊκών οξέων σε μονές αλυσίδες. Τα ηλεκτρόδια ανίχνευσης φέρουν επικάλυψη ευγενούς μετάλλου, διεργασία συμβατή με την επεξεργασία εμπορικά διαθέσιμου PCB (π.χ. χρυσό, άργυρο κλπ.) και προεπεξεργάζονται χημικά και μηχανικά για τη βελτιστοποίηση της ικανότητας ακινητοποιήσεως των βιομορίων. Οι αισθητήρες συνδέονται ηλεκτρικά με εξωτερικά όργανα που εφαρμόζουν το αντίστοιχο ηλεκτρικό δυναμικό (bias) και μετρούν το αντίστοιχο σήμα ανίχνευσης από κάθε ομάδα ηλεκτροδίων.
Το δίκτυο μικροκαναλιών για τη διανομή των ενισχυμένων νουκλεϊκών οξέων στη συστοιχία ηλεκτροδίων (3) μπορεί να περιλαμβάνει θαλάμους για εξαγωγή νουκλεϊκών οξέων από κύτταρα, π.χ. μέσω θερμικής λύσης και ενίσχυσης και μικροκανάλια για τη μεταφορά των ενισχυμένων νουκλεϊκών οξέων και την ανίχνευσή τους στη συστοιχία ηλεκτροδίων (3).
Σύμφωνα με την εφεύρεση, η κατασκευή της μικροδιάταξης (11) για την ενίσχυση και την ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων σε πολυστρωματικό PCB συνεπάγεται την επεξεργασία πολυστρωματικών υποστρωμάτων PCB με τρόπο πλήρως συμβατό με την βιομηχανική παραγωγή PCB. Η μέθοδος κατασκευής περιγράφεται μέσω των Σχημάτων 2 και 3.
Η διαδικασία κατασκευής ξεκινά με ένα κύριο υπόστρωμα (6) που χρησιμοποιείται συνήθως στη βιομηχανία PCB (όπως FR4, Rogers, Kapton copper-clad laminates κλπ.) που φέρει τουλάχιστον ένα αγώγιμο στρώμα χαλκού (7) και στις δύο πλευρές (βήμα 1 στο Σχήμα 3).
Η κάτω πλευρά του χαλκού του υποστρώματος σχηματοποιείται κατά προτίμηση μέσω λιθογραφίας και υγρής χημικής εγχάραξης ή εναλλακτικά με μηχανική κατεργασία με αριθμητικό έλεγχο (CNC) για τη δημιουργία μικροθερμαντικών στοιχείων (4) και ηλεκτρικών επαφών (5) για ηλεκτρική διασύνδεση με εξωτερικό όργανο μέτρησης. Η άνω πλευρά του χαλκού σχηματοποιείται κατά προτίμηση με χρήση λιθογραφίας και εγχάραξης χαλκού ή εναλλακτικά με μηχανική επεξεργασία με αριθμητικό έλεγχο (CNC) για να σχηματίσει μια συστοιχία ηλεκτροδίων ανίχνευσης (3) και προαιρετικά ηλεκτρικές επαφές, για την εφαρμογή ηλεκτροχημικών ανιχνεύσεων πολλαπλών νουκλεϊκών οξέων (στάδιο 2 στο Σχήμα 3). Σε μερικές υλοποιήσεις, σχηματίζονται εσωτερικές διασυνδέσεις χαλκού, για παράδειγμα στην περίπτωση που τα μικροθερμαντικά στοιχεία (4) εκτείνονται σε περισσότερα από ένα στρώματα χαλκού ή οι ηλεκτρικές επαφές πρέπει να σχηματιστούν σε μία από τις πλευρές του PCB. Η εν λόγω συστοιχία ηλεκτροδίων ανίχνευσης (3) επιμεταλλώνεται με ένα σκληρό επιφανειακό φινίρισμα ευγενούς μετάλλου ώστε να παρέχεται η κατάλληλη επιφάνεια ευγενούς μετάλλου που απαιτείται για την ηλεκτροχημική ανίχνευση μέσω της συστοιχίας ηλεκτροδίων ανίχνευσης (3). Το δίκτυο μικροκαναλιών, ο μικροθάλαμος (1) για την ενίσχυση νουκλεϊκών οξέων και ο μικροθάλαμος ανίχνευσης (2) σχηματίζονται κατά προτίμηση μέσω φωτολιθογραφίας σε ένα στρώμα ξηρής φωτοευαίσθητης ρητίνης (8) και σφραγίζονται με τη βοήθεια ενός φιλμ σφράγισης (9) για τη δημιουργία ενός κλειστού μικρορευστονικού δικτύου (βήμα 3 στο σχήμα 3). Το στρώμα ξηρής φωτοευαίσθητης ρητίνης (8) μπορεί να συγκολλάται στην άνω πλευρά του PCB, το οποίο καλύπτεται κατά προτίμηση με μάσκα προστασίας (10) για να παρέχει μία επίπεδη πλατφόρμα για το σχηματισμό του δικτύου μικροκαναλιών. Το κύριο μέρος του υποστρώματος (6) καλύπτεται και από τις δύο πλευρές με μάσκα προστασίας (10).
Η επιφάνεια του γαλβανισμένου ηλεκτροδίου στη συνέχεια υποβάλλεται σε χημική προκατεργασία για την απομάκρυνση των επιφανειακών ακαθαρσιών, οι οποίες παρεμποδίζουν την αξιόπιστη απόδοση του βιοαισθητήρα. Η προεπεξεργασία της επιφάνειας μπορεί να πραγματοποιηθεί με υγρή χημεία, κατά προτίμηση με εμβάπτιση σε βασικό διάλυμα Piranha, νερό 5: 1 : 1 : Η2Ο2: ΝΗ4OΗ ή μέσω επεξεργασίας πλάσματος O2. Για τη σφράγιση του δικτύου μικροκαναλιών, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα εμπορικά διαθέσιμο υμένιο σφράγισης με κόλλα, σύμφωνα με την υπ’ αριθμ.
20170100305 αίτηση ευρεσιτεχνίας. Η σφραγισμένη δομή μπορεί να υποβληθεί σε τελική επεξεργασία πλάσματος O2πριν την ακινητοποίηση των ιχνηθετών στα ηλεκτρόδια ανίχνευσης, έτσι ώστε να καθαριστεί η επιφάνεια του ευγενούς μετάλλου και να αποστειρωθεί η μικροδιάταξη PCB για μετέπειτα χρήση.
Σε μία άλλη υλοποίηση, η ξηρή φωτοευαίσθητη ρητίνη (8) συγκολλάται πάνω σε ένα δεύτερο υπόστρωμα PCB το οποίο είναι ευθυγραμμισμένο και κολλημένο στην άνω πλευρά του PCB που φέρει τα μικροθερμαντικά στοιχεία και τις ηλεκτρικές επαφές για να σχηματιστεί ένα κλειστό μικρορευστονικό δίκτυο. Στην περίπτωση αυτή, χημική προεπεξεργασία της επιφάνειας του γαλβανισμένου ηλεκτροδίου πραγματοποιείται μόνο μέσω επεξεργασίας πλάσματος O2, που συνδυάζεται με το τελικό στάδιο αποστείρωσης. Η κατασκευασμένη πολυστρωματική δομή PCB έχει σχεδιαστεί για να είναι συμβατή με ηλεκτρονικές υποδοχές, επιτρέποντας τον έλεγχο και την ανάγνωση των στοιχείων της πλακέτας μέσω εξωτερικών ηλεκτρονικών οργάνων.
Claims (9)
1. Μία ολοκληρωμένη μικροδιάταξη (11) για ενίσχυση και ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων που περιλαμβάνει:
έναν μικροαντιδραστήρα για ενίσχυση νουκλεϊκών οξέων με τη μορφή μικρορευστονικού θαλάμου ενίσχυσης (1) ή με τη μορφή μικροκαναλιού, κατασκευασμένο σε ένα στρώμα του πολυστρωματικού PCB,
έναν μικροθάλαμο ανίχνευσης (2) για ηλεκτροχημική ανίχνευση με μια συστοιχία επιμεταλλωμένων ηλεκτροδίων με ευγενή μέταλλα (3) που επιτρέπει την αποτελεσματική ακινητοποίηση ιχνηθετών νουκλεϊκών οξέων και την ηλεκτρονική ποσοτικοποίηση των προηγουμένως ενισχυμένων αλληλουχιών στόχων, που κατασκευάζεται στο ίδιο επίπεδο PCB όπως ο εν λόγω μικροαντιδραστήρας.
ένα δίκτυο μικροκαναλιών για την διανομή των ενισχυμένων νουκλεϊκών οξέων στην εν λόγω συστοιχία ηλεκτροδίων ανίχνευσης (3), που κατασκευάζεται στο ίδιο επίπεδο PCB με τον εν λόγω μικροαντιδραστήρα, και μικροθερμαντικά στοιχεία (4) για την παροχή θερμικών ζωνών για ενίσχυση και / ή αποδιάταξη νουκλεϊκών οξέων, κατασκευασμένα σε ένα στρώμα PCB κάτω από τον αναφερθέντα μικροαντιδραστήρα και / ή την εν λόγω συστοιχία ηλεκτροδίων ανίχνευσης (3).
2. Μία ολοκληρωμένη μικροδιάταξη (11) για την ενίσχυση και την ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων σύμφωνα με την αξίωση 1, όπου περιλαμβάνει ηλεκτρικές επαφές (5) για ηλεκτρική διασύνδεση με εξωτερικά όργανα.
3. Μία ολοκληρωμένη μικροδιάταξη (11) για ενίσχυση και ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων σύμφωνα με την αξίωση 1 ή 2, όπου ο μικροαντιδραστήρας ανακυκλώνεται θερμικά με τη βοήθεια ηλεκτρικών μικροθερμαντικών στοιχείων (4) μεταξύ δύο ή τριών θερμοκρασιών, όπως σε πρωτόκολλα ενίσχυσης DNA βασιζόμενα στη μέθοδο PCR ή διατηρείται σε μία θερμοκρασία, όπως σε ισοθερμικά πρωτόκολλα ενίσχυσης DNA.
4. Μία ολοκληρωμένη μικροδιάταξη (11) για ενίσχυση και ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων σύμφωνα με την αξίωση 1, 2 ή 3, όπου η συστοιχία ηλεκτροδίων ανίχνευσης (3) περιλαμβάνει αρκετά σύνολα ηλεκτροδίων ανίχνευσης, και κάθε ομάδα ηλεκτροδίων ανίχνευσης της συστοιχίας ανίχνευσης (3) ενεργοποιείται ώστε να αναγνωρίζουν μια συγκεκριμένη αλληλουχία νουκλεϊκών οξέων.
5. Μία ολοκληρωμένη μικροδιάταξη (11) για ενίσχυση και ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων σύμφωνα με την αξίωση 4, όπου κάθε ομάδα ηλεκτροδίων ανίχνευσης περιλαμβάνει ένα ηλεκτρόδιο εργασίας, όπου ακινητοποιείται ο ειδικός ιχνηθέτης νουκλεϊκού οξέος, ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς και ένα βοηθητικό (αντί) ηλεκτρόδιο, όπου η ενεργοποίηση των ηλεκτροδίων εργασίας μπορεί να λάβει χώρα είτε σε ανοικτά μικροκανάλια με εναπόθεση ενός διαλύματος βιομορίων στα ηλεκτρόδια είτε μέσα σε σφραγισμένη πολυεπίπεδη δομή PCB.
6. Μία μέθοδος κατασκευής ολοκληρωμένης μικροδιάταξης (11) σύμφωνα με τις αξιώσεις 1 -5 για ενίσχυση και ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων μέσω διεργασιών συμβατών με εμπορική τεχνολογία PCB, η οποία περιλαμβάνει τα ακόλουθα στάδια:
σχηματισμό των μικροθερμαντικών στοιχείων (4) και των ηλεκτρικών επαφών (5) στο κάτω στρώμα χαλκού ενός υποστρώματος PCB (6), που φέρει τουλάχιστον ένα στρώμα χαλκού (7) και στις δύο πλευρές, μέσω λιθογραφίας και υγρής χημικής εγχάραξης ή εναλλακτικά με μηχανική κατεργασία μέσω αριθμητικού ελέγχου (CNC),
σχηματισμό της συστοιχίας ηλεκτροδίων ανίχνευσης (3) και προαιρετικά ηλεκτρικών επαφών στο άνω στρώμα χαλκού του εν λόγω υποστρώματος PCB (6) μέσω λιθογραφίας και υγρής χημικής εγχάραξης ή εναλλακτικά με μηχανική κατεργασία μέσω αριθμητικού ελέγχου (CNC),
σχηματισμό του μικροαντιδραστήρα και του δικτύου μικροκαναλιών σε ξηρό φωτοευαίσθητο υμένιο (8) που είναι συγκολλημένο επί της συστοιχίας ηλεκτροδίων ανίχνευσης (3) με χρήση φωτολιθογραφίας και σφράγισης του μέσω ενός υμενίου σφράγισης (9),
επιμετάλλωση με ευγενές μέταλλο της εν λόγω συστοιχίας ηλεκτροδίων ανίχνευσης (3),
κάλυψη του υποστρώματος (6) και από τις δύο πλευρές με προστατευτική μάσκα/φιλμ ( 10),
επιφανειακή επεξεργασία των επιμεταλλωμένων με ευγενές μέταλλο ηλεκτρόδιων ανίχνευσης της συστοιχίας ηλεκτροδίων ανίχνευσης (3), και ενεργοποίηση των ηλεκτροδίων ανίχνευσης της συστοιχίας ηλεκτροδίων ανίχνευσης (3) μέσα στη σφραγισμένη συσκευή (11).
7. Μία μέθοδος κατασκευής μίας ολοκληρωμένης μικροδιάταξης(1 1) σύμφωνα με την αξίωση 6, όπου η επιφανειακή κατεργασία των επιμεταλλωμένων με ευγενές μέταλλο ηλεκτροδίων ανίχνευσης πραγματοποιείται με υγρή χημεία, κατά προτίμηση με εμβάπτιση σε βασικό διάλυμα Piranha, 5: 1 : 1 νερό: Η2Ο2: ΝΗ4ΟΗ ή μέσω κατεργασίας πλάσματος O2.
8. Μία μέθοδος κατασκευής μίας ολοκληρωμένης μικροδιάταξης (11) σύμφωνα με την αξίωση 6, όπου η σφράγιση του μικροαντιδραστήρα και του δικτύου μικροκαναλιών πραγματοποιείται μέσω ενός εμπορικά διαθέσιμου υμενίου σφράγισης.
9. Μία μέθοδος κατασκευής ολοκληρωμένης μικροδιάταξης (11) σύμφωνα με την αξίωση 8, όπου η σφραγισμένη δομή υποβάλλεται σε μια τελική επεξεργασία πλάσματος
O2πριν την ακινητοποίηση ιχνηθετών στα ηλεκτρόδια ανίχνευσης, έτσι ώστε να καθαριστεί η επιφάνεια του ευγενούς μετάλλου και να αποστειρωθεί η μικροσυσκευή (11) για μεταγενέστερη χρήση.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GR20180100100A GR1009763B (el) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | Ολοκληρωμενη μικροδιαταξη σε υποστρωμα τυπωμενου κυκλωματος για την ανιχνευση νουκλεϊκων οξεων με μεγαλη ευαισθησια και μεθοδος κατασκευης αυτης |
| EP19386011.1A EP3539664A1 (en) | 2018-03-13 | 2019-03-13 | An integrated pcb-based microdevice for sensitive nucleic acid detection, and method for its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GR20180100100A GR1009763B (el) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | Ολοκληρωμενη μικροδιαταξη σε υποστρωμα τυπωμενου κυκλωματος για την ανιχνευση νουκλεϊκων οξεων με μεγαλη ευαισθησια και μεθοδος κατασκευης αυτης |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| GR20180100100A GR20180100100A (el) | 2019-10-16 |
| GR1009763B true GR1009763B (el) | 2020-06-12 |
Family
ID=66049144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| GR20180100100A GR1009763B (el) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | Ολοκληρωμενη μικροδιαταξη σε υποστρωμα τυπωμενου κυκλωματος για την ανιχνευση νουκλεϊκων οξεων με μεγαλη ευαισθησια και μεθοδος κατασκευης αυτης |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3539664A1 (el) |
| GR (1) | GR1009763B (el) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112322472B (zh) * | 2020-11-05 | 2022-07-12 | 上海交通大学 | 一种适用于核酸检测的即时检测装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050191686A1 (en) * | 2004-02-28 | 2005-09-01 | Jung-Im Han | Micro PCR device, method for amplifying nucleic acids using the micro PCR device, and method for measuring concentration of PCR products using the micro PCR device |
| WO2008101196A1 (en) * | 2007-02-15 | 2008-08-21 | Osmetech Molecular Diagnostics | Fluidics devices |
| US20130210080A1 (en) * | 2012-02-10 | 2013-08-15 | California Institute Of Technology | Pc board-based polymerase chain reaction systems, methods and materials |
| US20140080133A1 (en) * | 2012-04-17 | 2014-03-20 | Samson Chen | Thermally controlled chamber with optical access for high-performance pcr |
| WO2014066704A1 (en) * | 2012-10-24 | 2014-05-01 | Genmark Diagnostics, Inc. | Integrated multiplex target analysis |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU5253899A (en) | 1999-08-04 | 2001-03-05 | Andcare, Inc. | A printed circuit board, biosensor and method of using same |
| KR100858080B1 (ko) | 2002-11-12 | 2008-09-10 | 삼성전자주식회사 | 전기적 신호를 측정하는 ｐｃｒ 증폭 산물을 검출하는 방법 |
| EP1998891B1 (en) | 2006-03-20 | 2016-08-31 | Koninklijke Philips N.V. | A system-in-package platform for electronic-microfluidic devices |
| US20120264202A1 (en) | 2011-03-23 | 2012-10-18 | Walker Christopher I | System for performing polymerase chain reaction nucleic acid amplification |
| WO2012145301A2 (en) * | 2011-04-20 | 2012-10-26 | California Institute Of Technology | Single-layer pcb microfluidics |
| CN103257163B (zh) | 2013-05-08 | 2015-08-19 | 中山大学达安基因股份有限公司 | 一种用于基因检测的电路板 |
| CN103627788A (zh) | 2013-08-21 | 2014-03-12 | 中山大学达安基因股份有限公司 | 一种电化学基因传感器生物芯片的制备方法 |
| GR20170100305A (el) | 2017-06-30 | 2019-03-20 | Εθνικο Κεντρο Ερευνας Φυσικων Επιστημων (Εκεφε) " Δημοκριτος" | Μικρορευστονικοι αντιδραστηρες και διαδικασια για την παραγωγη τους |
-
2018
- 2018-03-13 GR GR20180100100A patent/GR1009763B/el active IP Right Grant
-
2019
- 2019-03-13 EP EP19386011.1A patent/EP3539664A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050191686A1 (en) * | 2004-02-28 | 2005-09-01 | Jung-Im Han | Micro PCR device, method for amplifying nucleic acids using the micro PCR device, and method for measuring concentration of PCR products using the micro PCR device |
| WO2008101196A1 (en) * | 2007-02-15 | 2008-08-21 | Osmetech Molecular Diagnostics | Fluidics devices |
| US20130210080A1 (en) * | 2012-02-10 | 2013-08-15 | California Institute Of Technology | Pc board-based polymerase chain reaction systems, methods and materials |
| US20140080133A1 (en) * | 2012-04-17 | 2014-03-20 | Samson Chen | Thermally controlled chamber with optical access for high-performance pcr |
| WO2014066704A1 (en) * | 2012-10-24 | 2014-05-01 | Genmark Diagnostics, Inc. | Integrated multiplex target analysis |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GR20180100100A (el) | 2019-10-16 |
| EP3539664A1 (en) | 2019-09-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11896978B2 (en) | Assay cartridges and methods of using the same | |
| Lee et al. | Microfabricated PCR-electrochemical device for simultaneous DNA amplification and detection | |
| Erickson et al. | Integrated microfluidic devices | |
| EP2872892B1 (en) | Flexible dna sensor carrier and method | |
| Jolly et al. | A PNA-based Lab-on-PCB diagnostic platform for rapid and high sensitivity DNA quantification | |
| Tsekenis et al. | Heavy metal ion detection using a capacitive micromechanical biosensor array for environmental monitoring | |
| US8562806B2 (en) | Electrochemical biosensor arrays and instruments and methods of making and using same | |
| CN109414663A (zh) | 在数字微流体装置中创建高分辨率温度谱线 | |
| KR20160075504A (ko) | 분석 시험 장치, 키트 및 사용 방법 | |
| EP2492673A1 (en) | Biosensor array formed by junctions of functionalized electrodes | |
| WO2005095262A1 (en) | Microchip and method for detecting molecules and molecular interactions | |
| Maddipatla et al. | Development of a printed impedance based electrochemical sensor on paper substrate | |
| Park et al. | A film-based integrated chip for gene amplification and electrochemical detection of pathogens causing foodborne illnesses | |
| Tseng et al. | Development of an electrochemical biosensor array for quantitative polymerase chain reaction utilizing three-metal printed circuit board technology | |
| US20090227476A1 (en) | Amplification and microarray detection apparatus and methods of making | |
| GR1009763B (el) | Ολοκληρωμενη μικροδιαταξη σε υποστρωμα τυπωμενου κυκλωματος για την ανιχνευση νουκλεϊκων οξεων με μεγαλη ευαισθησια και μεθοδος κατασκευης αυτης | |
| US20080081332A1 (en) | Methods and devices for conducting diagnostic testing | |
| Edwards et al. | A parallel microfluidic channel fixture fabricated using laser ablated plastic laminates for electrochemical and chemiluminescent biodetection of DNA | |
| US20080108095A1 (en) | Microchip and Method for Detecting Molecules and Molecular Interactions | |
| EP1933138A1 (en) | Biological assay substrate and method and device for producing such substrate | |
| Hasan et al. | Lab-on-a-chip devices—Advancement in the designing of biosensors | |
| Liu et al. | Integrated biochips for DNA analysis | |
| Jani et al. | Lab‐on‐a‐Chip Devices for Point‐of‐Care Infectious Diseases Diagnostics | |
| Papamatthaiou | Expanding the sensitivity of Lab-on-PCB diagnostic microsystems via inkjet printed FETs | |
| CN219168464U (zh) | 用于生化反应的芯片和用于生化反应的系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PG | Patent granted |
Effective date: 20200716 |