JP2020526773A - センサを流体材料とインターフェースさせるための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2A
Description
本出願は、2017年7月7日出願の米国仮特許出願第62/529945号の優先権の利益を主張し、その内容全体が参照によりここに取り込まれる。
表面弾性波(「SAW」)によるセンサは、液体媒体における種々のタイプの生物化学的検知及び分析を実行するのに用いられ得る。例えば、水平せん断SAWセンサ(「SH−SAW」)と、誘導SH−SAW(ラブ波デバイスとも呼ばれる)と、導波路のないSAWセンサとを含む種々のSAWデバイスが開発されている。
図2A及び2Bは、液体セル100の2つの実施形態の上面図を示す。図2A及び2Bにおいて液体セル100及び105の双方の実施形態にそれぞれ示すように、液体セル100及び液体セル105は、センサのベースとして作用するデバイス基板(不図示)を含み、複数の素子(例えば、センサ素子、電気素子など)を支持することができる。ある実施形態では、デバイス基板は、圧電材料を備える。
上記のように、開示される液体セルは、液体媒体が電気素子と接触するのを防止する空気−液体仮想壁を含み得る。図3A及び3Bは、空気−液体仮想壁184を形成するように印加される種々の圧力を示す。図3Aは2つの仮想壁184の間の流体チャネル120を示し、一方、図3Bは物理的な壁142と170の間に形成された仮想壁184及び種々の印加される圧力の断面図を示す。
Patm=流体注入口から印加される大気圧、
Pw=チャネルエリアにおける液体のマス重量(mass weight)であり、これは非常に小さく、一般的に、マイクロ流体チャネルにおける液体については無視可能であり、
Pf=流体チャネルと排出口の間の圧力差、
Pg=空気チャンバ内の空気圧、及び
Ps=液体−空気界面にわたって生じる表面圧力
である。
式[1] t.Pc=(Pg+Ps)−(Patm+Pw+Pf)
として規定される。
式[2] Pg=Patm(V1/V2−1)
を用いて計算可能であり、ここで、
V1=封止チャンバ内の空気の元の容積、及び
V2=封止チャンバ内にトラップされた空気の圧縮容積
である。
式[3] Pf=72・μ・Q・L/(AH2)
を用いて近似可能な仮想壁に印加され、ここで、
Q=容積流量、
H=液体チャネルの深度、
w=液体チャネルの幅、
L=仮想壁と排出口の間の距離、
μ=液体粘度、及び
A=チャネルの断面積
である。
式[4] Ps=2・σ・sin(θ−0.5π)/H
として取得可能な液体−空気界面にわたって生じ、ここで、
σ=液体−空気表面張力係数、及び
θ=材料の表面特性に依存して、前進(θ>90°)又は後退(θ<90°)し得る静止接触角である。表面圧力は、材料の表面特性に依存して、プラス又はマイナスのいずれかである。後退接触角(θ)の親水性材料に対して表面圧力はマイナスであり、一方、疎水性材料(θ>90°)に対して表面圧力はプラスである。
空気−液体仮想壁は、様々な方法で形成可能である。例えば、ある実施形態では、空気−液体仮想壁は、閉じ込められたチャンバを形成することによって形成される。ある実施形態では、上部層は、疎水性又は親水性表面のいずれかであり得る。ある例では、仮想壁は、未封止のチャンバを形成することによって形成される。ある例では、上部層は、疎水性表面を有し得る。
図7は、本開示による両面テープによって形成されるエアポケットを有する表面弾性波(「SAW」)デバイス(例えば、液体セル600)の例を示す。図7の液体セル600は、流体チャネル620、複数の電気素子(例えば、入力トランスデューサ640a及びリフレクタ690)及び複数のエアポケット682と、さらに読取り部がセンサと接触するセンサのコンタクトパッド660とを含む。
特定の実施形態及び例(例えば、生物化学的分析)のコンテキストで液体セルは開示されたが、本開示は、具体的に開示された実施形態を超えて他の代替的実施形態及び/又は実施形態の使用、特定の変形例並びにそれらの均等物に拡張する。例えば、開示され網羅する範囲のいずれかは、人間の涙液内の塩分濃度を測定するドライアイ検出に、血液、尿、鼻腔スワブ、膣スワブなどの生物学的試料内のウイルス、細菌、タンパク質、抗体、抗原、DNA、RNAの量を測定する人間及び動物の疾病診断に、又はその他の方法に用いられ得る。開示される実施形態の種々の構成及び態様は、譲渡人の変更モードを形成するために、相互に組み合わせ又は置換され得る。本開示の範囲は、ここで説明する特定の開示される実施形態によって限定されるべきでない。
Claims (16)
- 基板と、
少なくとも1つのセンサユニットであって、
センサ素子、
前記少なくとも1つのセンサ素子の対向端部に位置する1対の電気部品、及び
前記基板に配設され、前記1対の電気部品及び少なくとも前記センサ素子の一部を囲むように構成された少なくとも1つの周壁
を含む前記少なくとも1つのセンサユニットと、
前記少なくとも1つの周壁上に配設されることによって前記電気部品の各々の上にエアポケットを形成する上部層と
を備えるセンサ。 - 前記センサがSAWセンサである、請求項1に記載のセンサ。
- 前記センサがBAWセンサである、請求項1に記載のセンサ。
- 前記センサ素子の一部分上の流体チャネルであって、液体媒体を受けるように構成された流体チャネルをさらに備える請求項1に記載のセンサ。
- 前記基板が圧電材料を備える、請求項1に記載のセンサ。
- 前記センサ素子が、少なくとも1つの分析物を捕獲するように構成された変性基質表面を備える、請求項1に記載のセンサ。
- 前記1対の電気部品の一方がインターデジタルトランスデューサを備える、請求項1に記載のセンサ。
- 前記1対の電気部品の一方がリフレクタを備える、請求項1に記載のセンサ。
- 前記少なくとも1対の電気部品の一方が、少なくとも1つのインターデジタルトランスデューサを備える、請求項1に記載のセンサ。
- 前記センサ素子及び前記1対の電気部品が軸に沿って配列された、請求項1に記載のセンサ。
- 前記液体媒体が、前記流体チャネルの第1の端部における注入口を通じて前記流体チャネルに流入し、前記流体チャネルの第2の端部における排出口を通じて前記流体チャネルから流出するように構成される、請求項1に記載のセンサ。
- 前記少なくとも1つの周壁が、プラスチックシート、両面テープ、射出成形材料及びガスケットのうちのいずれか1つから形成される、請求項1に記載のセンサ。
- 前記電気部品上のエアポケットが、約0.1μm〜約1mmの厚さを有する、請求項1に記載のセンサ。
- センサにおける流体媒体から電気部品を隔離する方法であって、
少なくとも1つの周壁を基板に設けるステップであって、前記少なくとも1つの周壁が前記電気部品を密閉する、ステップと、
前記電気部品上にエアポケットを形成するように前記周壁の上部に上部層を設けるステップと
を備える方法。 - 仮想壁が、前記液体媒体と前記エアポケットの界面に形成され、前記液体媒体と前記エアポケットの間の圧力差によって画定される、請求項14に記載の方法。
- 前記仮想壁は、前記圧力差がゼロより大きい場合に形成及び維持されるように構成される、請求項15に記載の方法。
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