JP2022507554A - 一体化センサカートリッジのための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

マイクロ流体装置は、ＰＣＢ（プリント回路基板）と、ＰＣＢ上にある生物チップと、生物チップとＰＣＢ上にあるマイクロ流体筐体を含む。マイクロ流体装置は、また生物チップにマイクロ流体筐体を取り付ける第１の接着層と、ＰＣＢにマイクロ流体筐体を取り付ける第２の接着層を有する。第２の接着層は、第１の接着層より厚い。第１の接着層は、第１の接着材料を含み、第２の接着層は、第２の接着材料を含む。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年１１月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／７６７，９９８号の優先権を主張し、その内容の全てを援用する。

本発明は、一般に生物または化学分析のためのバイオセンサに関し、さらに特にマイクロ流体筐体を生物チップ及び例えばプリント回路基板（ＰＣＢ）などの基板と一体化し、一体化されたセンサカートリッジまたはマイクロ流体装置を形成する方法に関する。

化学及び／または生物種の高スループット分析は、診断と治療の分野で重要なツールである。添付された化学及び／または生物種のアレイは、特定の標的配列の定義、遺伝子発現パターンの分析、特定の対立遺伝子変異の特定、ＤＮＡ配列のコピー数の決定、及びタンパク質（例えば転写因子及びその他の調節分子）の結合部位をゲノム全体で特定するように設計される。特定の例において、核酸配列、例えばＤＮＡ（デオキシリボ核酸）及びＲＮＡ（リボ核酸）決定のための改良された方法が必要となったヒトゲノムプロジェクトの出現が開発された。半数体ヒトゲノムの全３０億の塩基配列の決定は、多くの病気の遺伝的根拠を特定するための基礎を提供した。

超並列ＤＮＡ配列決定など、高スループット分析は、しばしば分析に利用できる化学及び／または生物種のアレイを含むフローセルを利用する。フローセルは、しばしば例えばシリコンベースのセンサチップなど、生物チップと一体化したマイクロ流体筐体で作られ、例えばカートリッジなどマイクロ流体装置を形成する。多くの現在のマイクロ流体設計の製造と使用は、複雑であり、コストが高く、しばしば信頼性を欠く。

本発明の実施形態は、生物チップと例えばプリント回路基板（ＰＣＢ）などの基板とマイクロ流体筐体を一体化する方法と装置を含み、フローセルの気密封止と信頼できる性能を備える一体化されたマイクロ流体装置を形成する。

いくつかの実施形態において、マイクロ流体装置において、第１の接着剤は、生物チップとマイクロ流体筐体を結合してフローセルの気密封止を形成するために用いられ、第２の接着剤は、ＰＣＢとマイクロ流体筐体を結合して、機械的支持を提供するために用いられる。接着剤のタイプ及び特性とマイクロ流体装置の構造は、フローセルの気密封止、信頼できる装置構造、及び広いプロセスウィンドウを提供するように設計される。マイクロ流体装置またはカートリッジを組み立てる従来の方法に勝る多くの利点を実現する。特定の実施形態に依存して装置は、多くの利点を提供する。例えば、装置は、センサの厚さの変動、ダイアタッチ接着剤の厚さの変動、ＰＣＢ前面の変動を調整する。装置は、第１の接着剤上の応力を最小にし、操作の間、熱サイクルを通してセンサとマイクロ流体装置の間の不一致の熱膨張を調整し、フローセルの流体場均一性を改善する。

上記マイクロ流体装置のいくつかの実施形態において、第１の接着材料は、硬化前に固体であり、実質的に硬化後にその厚さを維持して、マイクロ流体装置の高さの正確性と均一性を提供する。第２の接着材料は、硬化前に液体であり、外側側壁の下面とＰＣＢの間の距離の変動を調整する。いくつかの実施形態において、第２の接着材料は、第１の接着材料より硬化収縮が大きい。いくつかの実施形態において、第１の接着材料は、ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）を含み、第２の接着材料は、液体エポキシを含む。

上記マイクロ流体装置のいくつかの実施形態において、第１の接着材料は、硬化後適合する接着剤であり、操作の間、熱サイクルを通して、生物チップとマイクロ流体筐体の間の不一致の熱膨張を調整する。第２の接着材料は、硬化前に液体形態である。いくつかの実施形態において、第１の接着材料は、適合するウレタン接着材料を含み、第２の接着材料は、液体エポキシを含む。代わりの実施形態において、第１の接着材料は、感圧接着剤（ＰＳＡ）を含み、第２の接着材料は、液体エポキシを含む。

いくつかの実施形態において、第１の接着材料と第２の接着材料は、例えば熱、水分または紫外線照射硬化など、異なる硬化プロセスによって硬化される。

いくつかの実施形態において、生物チップは、生物センサチップを含む。

いくつかの実施形態において、マイクロ流体筐体は、生物チップとＰＣＢを結合する結合ワイヤを収容する内側側壁と外側側壁の間の第２の空洞の１またはそれ以上を備える。いくつかの実施形態において、ダイアタッチ接着層は、ＰＣＢに生物チップを取り付けるために用いられる。

いくつかの実施形態において、マイクロ流体装置は、またＰＣＢに取り付けられる第２の生物チップを有する。いくつかの実施形態において、第２の生物チップは、バイオセンサを含む。いくつかの実施形態において、第２の生物チップは、流体液滴生成装置を含む。

いくつかの実施形態において、マイクロ流体装置は、またＰＣＢに取り付けられる集積回路チップを有する。いくつかの実施形態において、集積回路チップは、プロセッサを含む。

いくつかの実施形態において、マイクロ流体装置は、またＰＣＢに取り付けられるマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）チップを有する。いくつかの実施形態において、ＭＥＭＳチップは、生物チップで検出された信号に応答して動作を開始するアクチュエータを含む。

いくつかの実施形態において、第２の接着層は、第１の接着層の気密試験のための開口を含む。代わりの実施形態において、マイクロ流体筐体は、第１の接着層の気密試験のための開口を含む。

本発明のいくつかの代わりの実施形態に従って、マイクロ流体装置は、ＰＣＢ（プリント回路基板）と、ＰＣＢ上にある生物チップと、生物チップとＰＣＢ上にあるマイクロ流体筐体とを含む。マイクロ流体装置は、また生物チップに前記マイクロ流体筐体を取り付ける第１の接着層と、ＰＣＢにマイクロ流体筐体を取り付ける第２の接着層を有する。第２の接着層は、第１の接着層より厚い。第１の接着層は、第１の接着材料を含み、第２の接着層は、第２の接着材料を含む。

上記マイクロ流体装置のいくつかの実施形態において、マイクロ流体筐体は、注入口と、排出口と、第１の空洞とを含む。マイクロ流体筐体は、第１の空洞に隣接する内側側壁を有し、内側側壁は、第１の接着層を用いて生物チップに取り付けられ、フローセルを形成し、マイクロ流体筐体は、第２の接着層を用いてＰＣＢに取り付けられる外側側壁を有する。

本発明のいくつかの実施形態に従って、マイクロ流体装置を作る方法は、ＰＣＢ（プリント回路基板）を提供するステップと、ＰＣＢに生物チップを取り付けるステップと、マイクロ流体筐体を提供するステップと、第１と第２の接着材料を堆積するステップとを含む。第１の接着材料は、生物チップにマイクロ流体筐体を取り付け、第２の接着材料は、ＰＣＢにマイクロ流体筐体を取り付ける。第２の接着材料は、硬化前に液体形態であり、第２の接着材料は、第１の接着材料より硬化収縮が大きい。本発明の方法は、第１の接着材料を用いて生物チップにマイクロ流体筐体を取り付け、第２の接着材料を用いてＰＣＢにマイクロ流体筐体を取り付けるステップを含む。本発明の方法は、さらに第１と第２の接着材料を硬化して、それぞれ第１と第２の接着層を形成するステップを含む。

上記方法のいくつかの実施形態において、マイクロ流体筐体は、注入口と、排出口と、第１の空洞と含む。マイクロ流体筐体は、第１の空洞に隣接する内側側壁を有し、内側側壁は、第１の接着層を用いて生物チップに取り付けられ、フローセルを形成し、マイクロ流体筐体は、第２の接着層を用いてＰＣＢに取り付けられた外側側壁を有する。

上記方法のいくつかの実施形態において、第１の接着材料は、硬化前に固体であり、実質的に硬化後にその厚さを維持し、マイクロ流体装置の高さの正確性と均一性を提供する。第２の接着材料は、硬化前に液体であり、外側側壁の下面とＰＣＢの間の距離の変動を調整する。いくつかの実施形態において、第２の接着材料は、第１の接着材料より硬化収縮が大きい。いくつかの実施形態において、第１の接着材料は、ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）を含み、第２の接着材料は、液体エポキシを含む。

上記方法のいくつかの実施形態において、第１の接着材料は、硬化後に適合する接着剤であり、操作の間、熱サイクルを通して生物チップとマイクロ流体筐体の間の不一致の熱膨張を調整する。第２の接着材料は、硬化前に液体形態である。いくつかの実施形態において、第１の接着材料は、適合するウレタン接着材料を含み、第２の接着材料は、液体エポキシを含む。いくつかの実施形態において、第１の接着材料は、感圧接着剤（ＰＳＡ）を含み、第２の接着材料は、液体エポキシを含む。

本発明の性質及び利点のさらなる理解は、明細書及び図面の残りの部分を参照することによって実現できる。

本発明のいくつかの実施形態に従うマイクロ流体装置を描く簡略化された断面図である。 本発明のいくつかの実施形態に従うマイクロ流体装置を形成する方法を描くフローチャートである。 図３Ａ－３Ｉは、本発明のいくつかの実施形態に従う図２のフローチャートにまとめられた方法を描く断面図である。図３Ａは、図２の方法で用いられるプリント回路基板（ＰＣＢ）を描く断面図である。 図２の方法で用いられるＰＣＢに形成されたダイアタッチ接着剤を描く断面図である。 図２の方法で用いられるＰＣＢに取り付けられた生物チップを描く断面図である。 生物チップとＰＣＢを電気的に接続するために形成されたワイヤ結合を描く断面図である。 本発明のいくつかの実施形態に従うマイクロ流体筐体を描く断面図である。 本発明のいくつかの実施形態に従うマイクロ流体筐体とＰＣＢの相対寸法を描く断面図である。 本発明のいくつかの実施形態に従う生物チップとＰＣＢに配置された接着層を描く断面図である。 本発明のいくつかの実施形態に従うマイクロ流体筐体に配置された接着層を描く断面図である。 本発明のいくつかの実施形態に従う生物チップ及びＰＣＢに取り付けられるマイクロ流体筐体を描く断面図である。 本発明の代わりの実施形態に従うマイクロ流体装置を描く簡略化された断面図である。 本発明の別の実施形態に従うマイクロ流体装置を描く簡略化された断面図である。 本発明のいくつかの実施形態に従う分析のためのマイクロ流体装置に導入された生物サンプルを描く断面図である。 本発明のいくつかの実施形態に従うＰＣＢに取り付けられた複数の装置を有するマイクロ流体装置を描く簡略化された図である。 本発明のいくつかの実施形態に従う代わりの方法によって形成されるマイクロ流体装置を描く簡略化された図である。 本発明のいくつかの実施形態に従う別の方法によって形成されたマイクロ流体装置を描く簡略化された図である。

図１は、本発明のいくつかの実施形態に従うマイクロ流体装置を描く簡略化された断面図である。図１に示されるように、マイクロ流体装置１００は、例えばＰＣＢ（プリント回路基板）などの基板１１０、ＰＣＢ１１０上にある生物チップ１２０、及び生物チップ１２０とＰＣＢ１１０上にあるマイクロ流体筐体１３０を含む。マイクロ流体筐体１３０は、第１の接着層１４１を用いて生物チップ１２０に取り付けられ、フローセルを形成し、マイクロ流体筐体は、第２の接着層１４２を用いてＰＣＢ１１０に取り付けられ、機械的支持を提供する。生物チップ１２０は、例えばＰＣＢ１１０に生物チップ１２０を取り付けるダイアタッチ接着層１１３を用いてＰＣＢ１１０に取り付けられる。本明細書に記載される基板は、ＰＣＢに限定されず、他の基板、例えば半導体（例えばシリコン）基板、ガラス基板、セラミック基板などが用いられることを理解されるであろう。

生物チップ１２０は、例えばセンサ、アクチュエータなど、生体または化学サンプルを操作するまたは分析する装置を含む。いくつかの場合において、センサ及びアクチュエータは、１またはそれ以上のＭＥＭＳ装置を含む。例として、生物チップは、生体サンプルから信号を検出し、プロセッサは、検出された信号を処理し、アクチュエータの動作を開始することによって信号に応答する。実施形態に依存して、ＰＣＢ１１０は、例えば、プロセッサ、制御装置、記憶装置、Ｉ／Ｏ装置及び通信装置など他の回路部品と複数の生物チップを接続するために用いられる。

図１において、マイクロ流体筐体１３０は、注入口１３１、排出口１３２、及び第１の空洞１３３を有する。マイクロ流体筐体１３０は、空洞１３３に隣接する内側側壁１３５を有し、内側側壁は、第１の接着層１４１を用いて生物チップ１２０に取り付けられ、気密封止でフローセル１４０を形成する。本明細書に用いられるように、気密封止は、空気、気体、及び液体の通過を排除する気密及び液密である封止を指す。フローセル１４０は、マイクロ流体筐体１３０、マイクロ流体筐体の内側側壁１３５、及び生物チップ１２０の間の空洞１３３によって形成されるチャネルを含む。フローセル１４０は、また注入口１３１と排出口１３２を有する。適用の例として、生体サンプル１３７は、注入口１３１を通って、生物チップ１２０のセンサが生体サンプル１３７の特性を決定する空洞１３３に導入される。その後、生体サンプル１３７は、空洞１３３から排出口１３２を通って取り除かれる。

図１に示されるように、マイクロ流体筐体１３０は、また第２の接着層１４２を用いてＰＣＢ１１０に取り付けられる外側側壁１３６を有し、機械的支持を提供する。いくつかの実施形態において、生物チップ１２０は、ワイヤ結合を用いてＰＣＢ１１０に電気的に結合される。図１において、生物チップの接触パッド１２２は、結合ワイヤ１１４でＰＣＢに接触パッド１１２に接続される。接触パッド１２２、接触パッド１１２及び結合ワイヤ１１４は、ワイヤ結合保護構造１１５に封入される。この関連で、マイクロ流体筐体１３０は、またワイヤ結合を収容する第２の空洞１３８を含む。マイクロ流体筐体１３０とＰＣＢ１１０の間の間隙１４８は、エポキシ材料でありパッケージとＰＣＢの間の適合する層を提供するアンダーフィル材料１４９で満たされる。

第１の接着層１４１は、気密及び液密であるマイクロ流体筐体１３０と生物チップ１２０の間の気密封止を形成する。さらに、第１の接着層１４１は、フローセルで用いられる材料と相性が良い。他方で、第２の接着層１４２は、マイクロ流体筐体１３０とＰＣＢ１１０の間の接合に機械強度を提供するように構成される。いくつかの例において、第２の接着層１４２は、第１の接着層１４１より厚い。マイクロ流体筐体の外側側壁１３６の下面とＰＣＢ１１０の間の距離１４４は、マイクロ流体筐体の内側側壁１３５の下面と生物チップ１２０の間の距離１４５より大きい。

いくつかの実施形態において、マイクロ流体筐体１３０を生物チップ１２０とＰＣＢ１１０に結合するために、はじめに第１と第２の接着層が形成され、その後マイクロ流体筐体１３０は、持ち上げられ、生物チップ１２０とＰＣＢ１１０に接触するために配置される。いくつかの実施形態において、マイクロ流体装置は、第１の接着層が固体形態であり、明確に定義された厚さを有する方法で設計される。他方で、第２の接着層は、十分に厚く、硬化前に液体形態であり、第２の接着層の結合線厚さは、自己調節可能である。言い換えると、それはマイクロ流体装置の第１の接着層厚さ、センサ厚さ、ダイアタッチ接着剤厚さ、ＰＣＢ表面不均一、及びワイヤ結合空洞の段差などによって影響される、マイクロ流体装置の構造によって必要とされる空間を満たす。ここで、結合線厚さは、接着層より上の装置構造の下面と接着層より下の装置構造の上面の間の接着層の厚さを指す。文脈によって、用語「結合線厚さ」は、接着層の硬化前結合線厚さまたは硬化後結合線厚さを指す。

いくつかの実施形態において、第１の接着材料は、実質的に硬化プロセスを通してその厚さを維持し、マイクロ流体装置の高さの均一性を維持し、フローセルの流体場均一性を保証する。特定の実施形態において、第１の接着材料は、ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）である。ダイアタッチフィルムは、硬化前に固体接着剤であり、実質的に硬化後にその厚さを維持する。

いくつかの実施形態において、第１の接着材料は、適合する接着剤であり、また硬化後に応力対応接着剤と呼ばれる。これらの場合において、マイクロ流体装置の構造均一性を維持するために第１の接着材料の厚さが一定である必要はない。適合する接着剤は、操作の間、熱サイクルを通して生物チップとマイクロ流体筐体の間の不一致の熱膨張を調整するために用いられる。したがって、第１の接着剤が元に戻せない変形またはクリープなく、弾性伸長を受けることが望ましい。いくつかの実施形態において、第１の接着材料は、クリープ前の厚さの０．５％を超える伸長を有する。例えば、適合する第１の接着材料は、Ｂｏｓｔｉｋで作られたウレタン接着材料である。別の例として、適合する第１の接着剤は、感圧接着剤（ＰＳＡ）である。

上記のように、図１は、ＰＣＢに結合された単一の生物チップを有するマイクロ流体装置の例を描く。しかしながら、上記された特徴は、単一のチップを有するマイクロ流体装置に限定されず、チップは、さらに以下で説明されるように必ずしも生物チップでない。

図２は、本発明のいくつかの実施形態に従うマイクロ流体装置を形成する方法を描くフローチャートである。図３Ａ－３Ｋは、本発明のいくつかの実施形態に従う図２のフローチャートにまとめられる方法を描く断面図である。例えば図１のマイクロ流体装置１００など、マイクロ流体装置を形成する方法は、ここから図２のフローチャートと３Ａ－３Ｋの断面図を参照して説明される。

図２に示されるように、マイクロ流体装置を形成する方法２００は、以下にまとめられる。
２１０において、プリント回路基板（ＰＣＢ）を提供する。
２２０において、ＰＣＢに生物チップを取り付ける。
２３０において、生物チップとＰＣＢの間のワイヤ結合を形成する。
２４０において、マイクロ流体筐体を提供する。
２５０において、第１と第２の接着層を配置する。
２６０において、生物チップとＰＣＢ上にマイクロ流体筐体を取り付ける。
２７０において、接着層を硬化する。
これらのプロセスは、以下に詳細に記載される。

プロセス２１０において、方法２００は、プリント回路基板（ＰＣＢ）１１０を提供するステップから始まる。図３Ａは、図２の方法で用いられるプリント回路基板（ＰＣＢ）を描く断面図である。ＰＣＢは、回路基板の電子部品と電気接続する結合パッドを含む。例えば、図３Ａは、生物チップと結合するための結合パッドとして用いられる接触パッド１１２を示す。

プロセス２２０において、方法２００は、ＰＣＢに生物チップを取り付けるステップを含む。図３Ｂは、図２の方法で用いられるプリント回路基板（ＰＣＢ）に形成されるダイアタッチ接着剤を描く断面図である。図３Ｃは、図２の方法で用いられるプリント回路基板（ＰＣＢ）に取り付けられる生物チップを描く断面図である。図３Ｂにおいて、接着層１１３またはダイアタッチ接着剤は、ＰＣＢにチップを取り付けるためにエポキシベースの接着剤である。次に、図３Ｃに示されるように、生物チップ１２０は、接着層１１３を用いてＰＣＢ１１０に取り付けられる。

生物チップ１２０は、生物または化学サンプルを処理するまたは分析する装置を含む。本明細書で用いられるように、「生物チップ」は、生体分子が分析のために関連する、静止させられる、または捕らえられる構造を指す。通常、生物チップは、結合部位のアレイを備え、それぞれの結合部位は、独立して例えばタンパク質、核酸、抗体、多糖など生体分子によって占有される。通常、１または多くの結合部位において生成される検出可能な信号が検出される。例えば、１つの結合部位において酵素、結合または化学反応は、例えば検出されその部位において生体分子の特徴または特性を識別する蛍光または化学発光など、検出可能な信号を生成する。以下に本明細書に記載されるように、生物チップは、核酸配列決定に用いられる。いくつかの場合において、生物チップは、センサ（すなわち生物センサ）を含む。本明細書で用いられるように、用語「バイオセンサ」または「生物センサ」は、特にＤＮＡによって例示される核酸高分子及び分岐したさもなければ誘導体化された核酸など、生体分子内または生体分子に取り付けられる発光物質を決定するための装置を指す。例において、生物チップは、生物サンプルから例えば蛍光または化学発光信号などの信号を検出し、プロセッサは、検出された信号を処理し、アクチュエータの動作を開始することによって信号に応答する。生物チップの例は、本明細書に全てを援用される２０１８年９月１１日に出願された米国特許出願第１６／１２８，１２０号に記載されるＣＭＯＳ生物センサを含む。例えば、生物センサは、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）層上にあるフローセルを含む。ＣＭＯＳ層は、複数のフォトダイオードを有する光感知層と感知した信号を処理する光感知層に結合された電子回路層を含む。生物チップの他の例は、また本明細書で全てを援用される２００７年１１月１日に出願された米国特許出願第１２／５１３，１５７号、２０１０年４月２２日に公開された米国特許公開第２０１０／００９６２６６号に記載された例えば一体化されたラボオンチップカートリッジなど、マイクロ液滴処理チップを含む。本明細書に記載されたマイクロ流体装置が生物反応に関連しない信号生成イベント（例えば生体分子を含まない化学変換によって生成される信号）を検出するために用いられることが理解されるであろう。

プロセス２３０において、ワイヤ結合は、生物チップとＰＣＢの間で形成され、保護カプセル封入は、ワイヤ結合を保護するために形成される。図３Ｄは、生物チップとプリント回路基板（ＰＣＢ）を電気的に接続するために形成されたワイヤ結合を描く断面図である。図３Ｄにおいて、生物チップ上の接触パッド１２２は、結合ワイヤ１１４でＰＣＢ上の接触パッド１１２に接続される。接触パッド１２２、接触パッド１１２、及び結合ワイヤ１１４は、ワイヤ結合保護構造１１５にカプセル化される。

方法２００のプロセス２５０において、マイクロ流体筐体が提供される。図３Ｅは、本発明のいくつかの実施形態に従うマイクロ流体筐体を描く断面図である。図１に示されるように、マイクロ流体筐体１３０は、生物チップ１２０と共にフローセルを形成するために用いられ、マイクロ流体筐体１３０は、また、ＰＣＢ１１０に結合され、マイクロ流体装置のための機械構造を提供する。

マイクロ流体筐体の材料は、例えば生体サンプルを処理するために、フローセルの機能と相性が良い。材料は、生物チップ及びＰＣＢと相性が良く、相性が良い熱膨張係数を有することが望ましい。いくつかの実施形態において、マイクロ流体筐体は、ガラスまたはプラスチック材料、または他の適切な材料で作られる。例として、マイクロ流体筐体は、モールドされたプラスチックで作られる。マイクロ流体筐体は、チップ結合及びＰＣＢのための上記プロセスから分離して形成され、方法の記載の上記順序に従う必要はない。

図３Ｅで示されるように、マイクロ流体筐体１３０は、注入口１３１、排出口１３２、及び第１の空洞１３３を有する。マイクロ流体筐体１３０は、また空洞１３３に隣接する内側側壁１３５を有し、内側側壁は、生物チップを取り付けるために用いられ、気密封止でフローセル１４０を形成する。フローセル１４０は、マイクロ流体筐体１３０、マイクロ流体筐体の内側側壁１３５、及び生物チップ１２０の間の空洞１３３によって形成されるチャネルを含む。

図３Ｅに示されるように、マイクロ流体筐体１３０は、またＰＣＢに取り付けるために外側側壁１３６を有し、機械的支持を提供する。

マイクロ流体筐体１３０の形状と大きさは、図３Ｆに描かれるように、生物チップ１２０及びＰＣＢ１１０と組み立てられるように設計される。マイクロ流体筐体の設計上の考慮事項を示すために、図３Ｆは、マイクロ流体筐体１３０が接合部１４７においていかなる接着材料なく、生物チップ１２０の上面に接触する内側側壁１３５の下面が生物チップ１２０に配置されることを示す。この形態において、マイクロ流体装置１３０の外側側壁１３６の下面とＰＣＢ１１０の上面の間の間隙１４８がある。間隙の高さは、チップとＰＣＢの変動及び製造誤差に相当するように選択される。以下で説明されるように、この形態及び接着材料の選択は、マイクロ流体筐体１３０と生物チップ１２０の間の気密結合の形成と装置の機械強度を提供するためにマイクロ流体筐体１３０とＰＣＢ１１０の間の結合の形成を促進する。いくつかの実施形態において、間隙１４８の高さは、例えば５から３０μｍ、約１０μｍである。他の実施形態において、間隙の高さは、例えば３０から５０μｍまたはそれ以上である。マイクロ流体筐体１３０の空洞１３３の側面の寸法は、生物チップ１２０の幅とフローセルの所望の大きさによって決定される。

方法２００のプロセス２５０において、接着層は、マイクロ流体筐体１３０を生物チップ１２０とＰＣＢ１１０に取り付けるために配置される。１つの実施形態において、接着層は、生物チップ及びＰＣＢの上面に塗布される。代わりに、接着層は、下面においてマイクロ流体筐体１３０の下部に配置される。第１の実施形態において、図３Ｇに示されるように、第１の接着層１４１は、生物チップ１２０の上面に配置され、第２の接着層１４２は、ＰＣＢ１１０の上面に配置される。第２の実施形態において、図３Ｈに示されるように、第１の接着層１４１と第２の接着層１４２は、マイクロ流体筐体１３０の下面に配置される。例えば、第１の接着層１４１は、生物チップ１２０の内側側壁１３５の下面に配置され、第２の接着層１４２は、生物チップ１２０の外側側壁１３６の下面に配置される。

さらに別の実施形態において、結合は、生物チップ１２０またはマイクロ流体筐体１３０上に第１の接着層１４１を配置し、その後生物チップ１２０にマイクロ流体筐体１３０を取り付けることによって、マイクロ流体筐体１３０と生物チップ１２０の間に形成される。その後、第２の接着層１４２は、図３Ｆに関連して上記されるように、マイクロ流体筐体１３０とＰＣＢ１１０の間の間隙１４８に配置され、マイクロ流体筐体１３０とＰＣＢ１１０の間の第２の結合を形成する。接着層は、例えば自動接着剤分配装置など、接着剤分配装置を用いて、所望の位置に配置される。

方法２００のプロセス２６０において、マイクロ流体筐体１３０は、図３Ｉに描かれるように、生物チップ１２０とＰＣＢ１１０に取り付けられる。いくつかの実施形態において、両方の接着層は、マイクロ流体筐体１３０に配置される（図Ｈに示すように）または２つの接着層は、それぞれ生物チップ１２０とＰＣＢ１１０に配置される（図Ｇに示されるように）。これらの実施形態において、マイクロ流体筐体１３０は、持ち上げられ生物チップ１２０とＰＣＢ１１０に設置され、マイクロ流体筐体１３０は、生物チップ１２０とＰＣＢ１１０に押圧され結合を形成する。次に硬化プロセスは、接着層１４１と１４２を硬化するために実行される。

さらに別の実施形態において、結合は、生物チップ１２０、またはマイクロ流体筐体１３０上に第１の接着層１４１を配置することに続いて生物チップ１２０にマイクロ流体筐体１３０を取り付けるための採取と押圧プロセスによって、マイクロ流体筐体１３０と生物チップ１２０の間に形成される。硬化プロセスは、第１の接着層１４１を凝固させるために実行される。その後、第２の接着層１４２は、マイクロ流体筐体１３０とＰＣＢ１１０の間の間隙１４８に配置され、硬化プロセス後結合を形成する。

本発明の実施形態において、接着層の材料、厚さ及び容積は、フローセルの気密封止を形成するように及びパッケージの機械強度を提供するように選択される。第１の接着層１４１は、気密及び液密であるマイクロ流体筐体１３０と生物チップ１２０の間の気密封止を形成する。さらに、第１の接着層１４１は、フローセルで用いられる材料と相性が良い。他方で、第２の接着層１４２は、マイクロ流体筐体１３０とＰＣＢ１１０の間の接合に機械強度を提供するように構成される。

いくつかの実施形態において、第１の接着層は、固体形態であり、硬化プロセスを通して実質的に維持された明確な厚さを有する。他方で、第２の接着層は、十分に厚く、硬化前に液体形態であり、第２の接着層の結合線厚さは、自己調節可能である。言い換えると、マイクロ流体装置の第１の接着層厚さ、センサ厚さ、ダイアタッチ接着剤厚さ、ＰＣＢ表面不均一、及びワイヤ結合空洞の段差を含む、マイクロ流体装置の構造によって必要とされる空間を満たす。ここで、結合線厚さは、接着層より上の装置構造の下面と、接着層より下の装置構造の上面の間の接着層の厚さを指す。文脈に依存して、用語「結合線厚さ」は、硬化前結合線厚さまたは硬化後結合線厚さを指す。

本発明の実施形態において、第１の接着層１４１と第２の接着層１４２は、異なる機能を提供する。第１の接着層１４１は、第１の材料または第１の接着剤で作られ、第２の接着層１４２は、第２の材料、または第２の接着剤で作られる。いくつかの実施形態において、第１の接着剤は、硬化前に固体接着剤であり、硬化後に実質的にその厚さを維持し、マイクロ流体装置の均一性を保証する。他の実施形態において、第１の接着剤は、硬化後に適合する接着材料であり、マイクロ流体装置の操作の熱サイクルの間、熱膨張の不均一を調整する。第２の接着剤は、順応性があり、マイクロ流体チップを取り付ける組み立てステップの押圧のときに形状を変化することができる。

いくつかの実施形態において、第１の接着層１４１は、適合する材料である、または応力対応接着剤である。言い換えると、第１の接着剤は、硬化後弾性を残し、操作の間、熱サイクルを通して生物チップとマイクロ流体筐体の間の不均一な熱膨張を調整する。例えば、特定の生物学の適用において、装置は、例えば室温と例えば６５℃またはそれ以上の高いプロセス温度の間の熱サイクルを受ける。マイクロ流体装置の部品は、様々な熱膨張係数を備える様々な材料を有する。したがって、いくつかの実施形態において、適合する接着剤は、マイクロ流体筐体１３０と生物チップ１２０の間の第１の接着層１４１を形成するために用いられる。適合する接着剤は、マイクロ流体筐体１３０と生物チップ１２０の間の熱的に導入された寸法変動を吸収する。適合する接着材料の例は、ｄで作られるウレタン接着材料である。ウレタン接着剤は、水蒸気浸透性が低く、弾性特性を有し、硬化すると、丈夫で、柔軟で、強粘着性の結合を提供する。例えば、Ｂｏｓｔｉｋ１１００ＦＳ接着剤は、いくつかの実施形態で用いられる。もちろん、本発明の実施形態において、第１の接着層は、ウレタン接着剤に限定されない。他の適切な適合する接着材料も用いられる。適合する接着剤の別の例は、本明細書で全て援用する、「温度ストレス低減のための回路基板実装」のタイトルで２０１７年４月１２日に公開されたＣｈｏｉの、米国特許公開第２００７／００８１３１７号に記載されたエポキシ樹脂を含む。

いくつかの実施形態において、第１の接着層１４１は、第１の接着層１４１がマイクロ流体筐体１３０と生物チップ１２０の間のフローセルチャンバを形成するために用いられるので、硬化前に画定された厚さを維持し、フローセルの流体場均一性を最大にするために用いられる。これらの修正において、例えばダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）など、ドライフィルム接着剤が用いられる。ダイアタッチフィルムは、ペーストベースの代わりにフィルムベースであり、しばしばダイシングの前のウェハの裏面に取り付けられるエポキシ接着剤を含む。裏面にＤＡＦを備えるチップは、ＰＣＢに取り付けられる。ＤＡＦは、滴形状から薄い２次元層への接着材料の再形成がないので、接着剤ペーストより利点がある。さらに、フィルムのプロセスウィンドウは、ペースト材料よりも広く、組み立てプロセスは、フィルムの使用によって簡略化される。

ダイアタッチフィルムの他の例は、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリルゴム、シリカフィラ、またはその組み合わせなどの材料を含み、ラミネート技術を用いて適用される。ダイアタッチ接着剤の例は、ドイツ、デュッセルドルフ、Ｈｅｎｋｅｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社のＡＢＬＥＢＯＮＤ ７８９－３（登録商標）である。しかしながら、その他の適切な代わりの材料及び形成技術は、代わりに用いられる。

ダイアタッチフィルムの例は、本明細書に全て援用される、「硬化性樹脂組成物、接着用エポキシ樹脂ペースト、接着用エポキシ樹脂シート、導電接続用ペースト、導電接続用シート及び本体に接合された電子部品」とのタイトルの、２００６年７月１３日に公開されたＷａｔａｎａｂｅの米国特許公開第２００６／０１５４０７８号、「個別化されたダイへダイアタッチフィルムを適用するプロセス」とのタイトルの２００８年１２月１５日に公開されたＦｏｏｎｇの米国特許公開第２００８／０３１８３６４号に記載される。ＤＡＦ組み立てプロセスのための例示のプロセスフローは、結合ステップとそれに続く例えば１３０℃で６０分のオーブン硬化を含む。代わりに、ＵＶ硬化プロセスも用いられる。

いくつかの実施形態において、第２の接着剤は、ＰＣＢ１１０に分配された後、硬化前に液体形態である、液体エポキシである。液体エポキシの例は、本明細書に全て援用される、「樹脂組成物及び複層基板」とのタイトルで、２０１８年７月２６日に公開されたＢａｂａの米国特許公開第２０１８／０２１３６３５号、「接着層及び接着シート」とのタイトルで、２０１８年９月１３日に公開されたＴａｎｉｑｕｉｃｈｉの米国特許公開第２０１８／０２５８３２５号、「高スループット製造プロセスに使用のための高速硬化エポキシ樹脂」とのタイトルで、２０１８年１０月１１日に公開されたＢａｎｋの米国特許公開第２０１８／０２９１１６４号に記載される。液体ポキシの特定の例は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルである。他の例は、湿度硬化される、米国、ウィスコンシン州、ウォーワトサのＢｏｓｔｉｋ社によって作られた液体エポキシ材料を含む。液体エポキシの他のプロバイダは、米国、ニュージャージ州、クランベリのＮｏｒｌａｎｄ社、コネティカット州、トリグトン、Ｄｙｍａｘ社、及びコロラド州ブリッケンリッジのＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社で作られる、Ｎｏｒｌａｎｄ ＮＥＡ １２３Ｓ または１２３Ｔを含む。

適合する第１の接着剤の別の例は、感圧接着剤（ＰＳＡ）である。感圧接着剤は、圧力が加えられたとき結合を形成する接着剤である。いくつかのＰＳＡは、例えばアクリルに基づくエラストマなど、エラストマに基づく。ＰＳＡは、粘弾性（粘性と弾性）特性を示し、両方とも適切な結合のために用いられる。

図３Ｆに関連して上記で注目されるように、マイクロ流体筐体１３０が接合面１４７においていかなる接着材料もなく、生物チップ１２０の上面に接触する内側側壁１３５の下面が生物チップ１２０に配置されるとき、マイクロ流体装置１３０の外側側壁１３６の下面とＰＣＢ１１０の上面の間に間隙１４８がある。したがって、マイクロ流体筐体１３０が生物チップ１２０とＰＣＢ１１０に取り付けられ、硬化プロセスが図３Ｉに描かれるように実行されるとき、第２の接着層１４２の厚さは、図３Ｆに記載される間隙１４８の高さを足した第１の接着層１４１の厚さに実質的に等しい。いくつかの実施形態において、硬化後の第１の接着層１４１の厚さは、１０から１００μｍの範囲である。厚さは、流体セル設計に依存して変わる。上記されたように、間隙１４８の高さは、約５から５０μｍの範囲である。したがって、硬化後、第２の接着層１４２の厚さは、１５から１５０μｍの範囲である。

いくつかの実施形態において、マイクロ流体筐体１３０は、外部接着剤を用いることなく、生物チップ１２０に取り付けられる。例えば、いくつかの場合において、マイクロ流体筐体の本体材料またはマイクロ流体筐体に埋め込まれた材料は、接着材料として用いられる。例えば、マイクロ流体筐体は、溶融温度が低く、生物チップで封止を形成するために溶融されるプラスチック材料で作られる。いくつかの実施形態において、マイクロ流体筐体１３０は、埋め込まれた接着材料を有する。例えば、溝は、マイクロ流体筐体１３０の側壁に形成され、例えばＤＡＦまたは他の接着材料など接着材料は、溝に挿入される。

方法２００のプロセス２６０において、マイクロ流体筐体は、生物チップ及びＰＣＢに取り付けられる。図３Ｉは、本発明のいくつかの実施形態に従う生物チップとＰＣＢに取り付けられるマイクロ流体筐体を描く断面図である。ここで、標準のピック、プレース及び押圧プロセスは、マイクロ流体筐体を生物チップ及びＰＣＢに取り付けるために用いられる。

方法２００のプロセス２７０において、組み立てられたマイクロ流体装置は、硬化プロセスを受けて、接着層を硬化する。ポリマベースの接着材料において、硬化は、ポリマ鎖の架橋によってポリマ材料の強化または硬化を指す。硬化は、例えば電子ビーム、熱、または紫外線（ＵＶ）放射など、外部エネルギの適用で生じる。

いくつかの実施形態において、第１の接着層の応力を最小化するために、第１の接着層の硬化収縮は、第２の接着層の硬化収縮を超えてはならない。さらに、第２の接着層の硬化収縮は、第１の接着層の硬化収縮より大きく、第１の接着層がマイクロ流体筐体と生物チップの間の気密封止を形成することを確実にすることが望ましい。いくつかの実施形態において、第２の接着層の追加の硬化収縮は、第１の接着層の厚さの約１０％である。他の実施形態において、いくつかの実施形態において、第２の接着層の追加の硬化収縮は、第１の接着層の厚さの約５－１５％である。

図３Ｊは、本発明の代わりの実施形態に従うマイクロ流体装置を描く、簡略化された断面図である。図３Ｊに示されるように、マイクロ流体装置１７０は、第２の接着層１４２の開口１１９を除いて、図１及び３Ｉに描かれるマイクロ流体装置１００と同様である。開口１１９は、第１の接着層１４１の気密性の試験容易性を可能にするように設計される。例えば、圧縮空気は、マイクロ流体装置１７０の注入口１３１と排出口１３２の間に適用される。第１の接着層１４１のあらゆる漏出が第２の接着層１４２の開口１１９を通して検出される。

図３Ｋは、本発明の別の実施形態に従うマイクロ流体装置を描く簡略化された断面図である。図３Ｋに示されるように、マイクロ流体装置１８０は、マイクロ流体筐体１３０の開口１３９を除いて、図１及び３Ｉに描かれるマイクロ流体装置１００と同様である。上記図３Ｊの開口１１９と同様に、図３Ｋのマイクロ流体筐体１３０の開口１３９は、第１の接着層の気密性の試験容易性を可能にするように設計される。例えば、圧縮空気は、マイクロ流体装置１８０の注入口１３１と排出口１３２の間に適用される。第１の接着層１４１のあらゆる漏出がマイクロ流体筐体１３０の開口１３９を通って検出される。

マイクロ流体装置は、ここから分析のための生体サンプルをすぐに受け入れられる。図４は、本発明のいくつかの実施形態に従う分析のためのマイクロ流体装置に導入される生体サンプルを描く断面図である。図１のマイクロ流体装置１００と同様な図４のマイクロ流体装置４００は、マイクロ流体装置の空洞１３３の生体サンプル１３７を示す。

例として、生体チップは、信号を検出でき、プロセッサは、検出信号を処理し、アクチュエータの動作を開始することを決定する。マイクロ流体装置は、２種類の接着層を含む。第１の接着層は、ＩＣチップにマイクロ流体筐体を取り付けるために用いられ、第２の接着層は、ＰＣＢにマイクロ流体筐体を取り付けるために用いられる。

上記されたように、図１は、ＰＣＢと結合する単一の生物チップを有するマイクロ流体装置の例を描く。しかしながら、上記特徴は、単一のチップを有するマイクロ流体装置に限定されず、チップは、生物チップに限定されない。例は以下に説明される。

図５は、本発明のいくつかの実施形態に従うＰＣＢに取り付けられた複数のチップを有するマイクロ流体装置を描く簡略化された図である。図５に示されるように、マイクロ流体装置５００は、ＰＣＢ（プリント回路基板）５１０、ＰＣＢ上にある第１のチップ５２０及び第２のチップ５２５、並びにチップ及びＰＣＢ上にあるマイクロ流体筐体５３０を含む。第１のチップ５２０は、図１に示されるマイクロ流体装置１００と同様な生物チップである。第２のチップ５２５は、図１に示されるマイクロ流体装置１００と同様な第２の生物チップである。代わりに、第２のチップ５２５は、例えばプロセッサチップなどの集積回路（ＩＣ）チップ、または例えばアクチュエータなどのマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）チップである。

マイクロ流体筐体５３０は、第１の接着層５４１を用いてチップ５２０と５２５に取り付けられてフローセルを形成し、マイクロ流体筐体５３０は、第２の接着層５４２を用いてＰＣＢ５１０に取り付けられ、機械的支持を提供する。チップ５２０と５２５は、例えばＰＣＢにチップを取り付けるダイアタッチ接着層５１３を用いてＰＣＢ５１０に取り付けられる。さらに、充填部５２７は、チップ５２０と５２５の間の空間を満たして形成される。

図５において、マイクロ流体筐体５３０は、注入口５３１、排出口５３２、及び第１の空洞５３３を有する。マイクロ流体筐体５３０は、空洞５３３に隣接する内側側壁５３５を有し、内側側壁は、第１の接着層５４１を用いてチップ５２０と５２５に取り付けられ、気密封止でフローセル５４０を形成する。フローセル５４０は、マイクロ流体筐体５３０、マイクロ流体筐体の内側側壁５３５、及びチップ５２０と５２５の間の空洞５３３によって形成されたチャネルを含む。生体サンプル５３７は、注入口５３１を通って、チップ５２０と５２５が生体サンプル５３７の特性を決定する空洞５３３に導入される。その後、生体サンプル５３７は、空洞５３３から排出口５３２を通って取り除かれる。

図５に示されるように、マイクロ流体筐体５３０は、また第２の接着層５４２を用いてＰＣＢ５１０に取り付けられた外側側壁５３６を有し、機械的支持を提供する。いくつかの実施形態において、チップ５２０と５２５は、図１に記載されたチップと同様に、ワイヤ結合を用いてＰＣＢ５１０と電気的に結合される。この関連で、マイクロ流体筐体５３０は、またワイヤ結合を収容する第２の空洞を含む。

第１の接着層５４１は、気密及び液密である、マイクロ流体筐体５３０とチップ５２０と５２５の間の気密封止を形成する。さらに、第１の接着層５４１は、フローセルとその操作で用いられる材料と相性が良い。他方で、第２の接着層５４２は、マイクロ流体筐体５３０とＰＣＢ５１０の間の接合に機械強度を提供するように構成される。

図６は、本発明のいくつかの実施形態に従う代わりの方法によって形成されるマイクロ流体装置を描く簡略化された図である。図６に示されるように、マイクロ流体装置６００は、ＰＣＢ（プリント回路基板）６１０、ＰＣＢ６１０上にあるＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）６２０、ＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）６２０とＰＣＢ６１０上にあるマイクロ流体筐体６３０を含む。マイクロ流体筐体６３０は、接着剤６４１を用いてＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）６２０に取り付けられ、フローセルを形成し、マイクロ流体筐体６３０は、ラッチ６４２を用いてＰＣＢ６１０に取り付けられ、機械的支持を提供する。ＣＭＯＳイメージセンサ６２０は、はんだ６１２を用いてＰＣＢ６１０に取り付けられる。

図６において、マイクロ流体筐体６３０は、注入口６３１と排出口６３２を有する。空洞６３３は、マイクロ流体筐体６３０とＣＭＯＳイメージセンサ６２０の間に形成される。フローセル６４０は、マイクロ流体筐体６３０、注入口６３１、排出口６３２の間の空洞６３３によって形成されたチャネルを含む。生物チップ６３７は、注入口６３１を通って、ＣＭＯＳイメージセンサ６２０が生体サンプル６３７の特性を決定する空洞６３３に導入される。その後、生体サンプル６３７は、空洞６３３から排出口６３２を通って取り除かれる。

マイクロ流体装置６００において、接着剤６４１は、フローセルの気密封止を形成するために用いられ、生体サンプルと接触する。したがって、接着剤６４１の材料は、生体サンプル、生体サンプルを操作する際に用いられる流体、及び操作可能な条件と相性が良い。例えば、いくつかの実施形態において、生体サンプルと相性が良いウレタン接着剤は、フローセルを形成するための接着剤６４１として用いられる。

マイクロ流体装置６００において、ラッチ６４２は、ＰＣＢ６１０にマイクロ流体筐体６３０を取り付け、機械的支持を提供するために用いられる。いくつかの実施形態において、ラッチは、ＰＣＢボード６１０の開口部を通る、スナップクリック機構を含む。この方法で、スナップクリック機構は、マイクロ流体装置６００とＰＣＢボードの間の圧縮力を提供するまたは維持するように動作し、接着剤６４１を用いて結合されるマイクロ流体筐体６３０とＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）６２０の間の封止を提供することを助ける。

さらに、マイクロ流体装置６００の上記記載は、ＣＭＯＳセンサに限定されない。例えばセンサチップまたは生体サンプル操作チップなどの他のタイプのチップは、マイクロ流体装置を実施するために用いられる。図５のマイクロ流体装置５００と同様に、マイクロ流体装置６００は、またＰＣＢに取り付けられた複数の装置を含む。

図７は、本発明のいくつかの実施形態に従う別の方法によって形成されたマイクロ流体装置を描く簡略化された図である。図７のマイクロ流体装置７００は、図６に示されるマイクロ流体装置６００と同様である。マイクロ流体装置７００とマイクロ流体装置６００の１つの差は、マイクロ流体装置７００において、ＣＭＯＳイメージセンサにマイクロ流体筐体を取り付けるためのマイクロ流体装置６００に用いられる接着剤が、Ｏリングで置換されていることである。図７に示されるように、マイクロ流体装置７００は、ＰＣＢ（プリント回路基板）７１０、ＰＣＢ７１０上にあるＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）７２０、ＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）７２０とＰＣＢ７１０上にあるマイクロ流体筐体７３０を含む。マイクロ流体筐体７３０は、Ｏリング７４１を用いてＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）７２０に取り付けられてフローセルを形成し、マイクロ流体筐体７３０は、ラッチ７４２を用いてＰＣＢ７１０に取り付けられて機械的支持を提供する。ＣＭＯＳイメージセンサ７２０は、はんだ７１２を用いてＰＣＢ７１０に取り付けられる。

図７において、マイクロ流体筐体７３０は、注入口７３１と排出口７３２を有する。空洞７３３は、マイクロ流体筐体７３０とＣＭＯＳイメージセンサ７２０の間に形成される。フローセル７４０は、マイクロ流体筐体７３０、注入口７３１、排出口７３２の間の空洞７３３によって形成されるチャネルを含む。生体サンプル７３７は、注入口７３１を通って、ＣＭＯＳイメージセンサ７２０が生体サンプル７３７の特性を決定する空洞７３３に導入される。その後、生体サンプル７３７は、空洞７３３から排出口７３２を通って取り除かれる。

Ｏリングは、丸い断面を備えるエラストマ材料の輪であり、しばしば溝に取り付けられるように設計され、２またはそれ以上の部品の間の組み立ての間、圧縮され、接合面に封止を作り出す。エラストマは、弾性ポリマまたは弾性特性を備えるゴム状固体を指す。マイクロ流体装置７００において、Ｏリングは、ＣＭＯＳセンサによって分析される生体サンプルと接触する。したがって、Ｏリングの材料は、生体サンプル、生体サンプルを操作する際に用いられる流体、及び操作可能な条件と相性が良い。さらに、マイクロ流体装置７００の上記記載は、ＣＭＯＳセンサ７２０に制限されない。例えば他のタイプのセンサまたは生体サンプル操作チップなど、他のタイプのチップは、またマイクロ流体装置７００を実施するために用いられる。図５のマイクロ流体装置５００と同様に、マイクロ流体装置７００は、またＰＣＢに取り付けられる複数の装置を含む。

本発明のいくつかの実施形態は、生体または化学サンプルの分析に用いられる。生体または化学サンプルは、複数の部品のいずれかを含む。例えば、サンプルは、核酸高分子（例えば、鋳型、ＤＮＡ、ＲＮＡなど）、タンパク質などを含む。サンプルは、遺伝子配列、ＤＮＡ－ＤＮＡハイブリダイゼーション、一塩基多型、タンパク質相互作用、ペプチド相互作用、抗原抗体相互作用、グルコースモニタリング、コレステロールモニタリングなど、を決定するために分析される。

いくつかの実施形態において、生体サンプルは、例えばＤＮＡなど核酸である。本明細書で全て援用される、米国特許第８，７７８，８４９号、第８，４４５，１９４号、第９，６７１，３４４号、第７，９１０，３５４号、第９，２２２，１３２号、第６，２１０，８９１号、第６，８２８，１００号、第６，８３３，２４６号、第６，９１１，３４５号、米国特許公開第２０１６／０２３７４８８号を参照。制限なく、ＤＮＡ生体分子は、標識プローブに（例えばライゲーションまたはｃＰＡＬ法によるＤＮＢ配列決定において）または相補的成長鎖に（例えば合成法によるＤＮＢ配列決定において）または両方にハイブリダイズしたＤＮＡナノボール（一本鎖コンカテマ）、または単一のＤＮＡ分子（例えば単一の分子配列決定）、または例えばブリッジＰＣＲベースの配列決定で作り出されるような、ＤＮＡ分子のクローン集団に対してである。それゆえ、「生体分子」、「ＤＮＡ高分子」または「核酸高分子」への言及は、複数の分子（例えば、複数の成長相補鎖と関連するＤＮＢまたは数百または数千のＤＮＡ分子のクローン集団を備えるＤＮＡクラスタなど）を包含する。ＤＮＢ（例えばＤＮＢライブラリ）を作るまたは領域間領域によって分離された離散的な間隔を空けた領域のアレイを作る例示的な方法は、従来技術でよく知られている。例えば、本明細書に全て援用される米国特許第８，１３３，７１９号、第８，４４５，１９６号、第８，４４５，１９７号、及び第９，６５０，６７３号を参照。いくつかの実施形態において、ＤＮＢまたは他の高分子は、誘引非共有相互作用（例えばファンデルワールス力、水素結合、及びイオン相互作用）によって離散的な間隔を空けた領域またはスポットに固定される。いくつかの実施形態において、離散的な間隔を空けた領域は、機能部分（例えばアミン）を備える。いくつかの実施形態において、離散的な間隔を空けた領域は、鋳型ＤＮＡ（例えばＤＮＢ）を結合するために、そこに取り付けられた捕獲オリゴヌクレオチドを備える。一般に、離散的な間隔を空けた領域は、直線パターンで配列されるが、他の配置を備える規則的なアレイ（例えば領域の同心円、渦巻きパターン、六角形パターンなど）が用いられる。

いくつかの実施形態において、核酸高分子は、ゲノムＤＮＡフラグメントまたはｃＤＮＡライブラリのアンプリコンである。本明細書で用いられるように、「アンプリコン」は、通常、ゲノムＤＮＡのフラグメントまたはｃＤＮＡライブラリなど、核酸分子の増幅の生産物である。増幅の方法は、これに限定されるものではないが、例えば米国特許第８，４４５，１９４号（本明細書に全て援用する）に記載されているようにローリングサークル増幅または例えば本明細書に全て援用する米国特許第７，９７２，８２０号に記載されるように、ブリッジポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を含む。増幅は、核酸がバイオセンサに接触する前に、または本明細書に全て援用される米国特許第７，９１０，３５４号に記載されているようにｉｎ ｓｉｔｕで実行される。

例えば、蛍光または化学発光色素と関連するＤＮＡ高分子、オリゴヌクレオチドまたはヌクレオチドなどの生体サンプルは、フォトダイオード１１７上に設置される。蛍光の場合において、色素は、励起光源からの励起光に照射される。励起光は、例えば可視光、赤外（ＩＲ）、紫外（ＵＶ）などを含む任意の適切なタイプのまたは強度の光に対応する。励起光は、また例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、ランプ、レーザ、それらの組み合わせなど、任意の適切な源からくる。色素が特定の波長の励起光で照射されたとき、生体サンプルは、光を吸収し、その後異なる波長の光を放射する。例えば、生体サンプルは、４５０ｎｍの波長を有する励起光を吸収し、５５０ｎｍの波長を備える光を放射する。言い換えると、特徴的な波長の蛍光は、色素が特徴的な異なる波長の光（すなわち励起光源）によって照射されたとき、放射される。励起光は、蛍光をもたらす色素を照射するために用いられるが、フォトダイオードで蛍光の正確な測定を取るためにフィルタで除去されなければならない。

化学発光の場合において、励起光源は、フォトダイオードが放射された光を検出するために必要とされない。代わりに、生体サンプルが生体サンプルと化学発光色素（または他の溶液）の間で発生し、光を、化学結合を壊すまたは形成する（例えばルシフェリン基質に対する発光酵素タンパク質の作用）ことによって放射させる、化学または酵素反応によって光を放射する。

蛍光と化学発光の両方において、フォトダイオードは、放射された光の強度を検出し、それを金属配線によって外部装置に提供される光の強度に基づく電子信号に変換する。外部装置は、電子信号を電子信号に基づく特定の波長及び輝度に相関させる。

いくつかの実施形態において、バイオセンサの表面のアクティブスポットまたはウェルと核酸高分子は、相互にそれぞれのスポットが１つの核酸高分子とのみ結合するように構成される。これは、例えば大きさがアクティブスポットに対応するアンプリコン（例えば、実質的にアクティブスポットの直径以上の大きさである直径を有するアンプリコン）と表面を接触することによって達成される。本明細書に全て援用される米国特許第８，４４５，１９４号参照。代わりに、アクティブスポットは、単一のＤＮＡフラグメントを結合するように構成され、その後本来の結合部位においてまたはその周りの大きな領域を満たすために増幅される。

本発明のいくつかの実施形態は、光の様々な波長に対応する様々な標識を決定するために用いられる。標識は、例えば、蛍光、化学発光または生物発光標識である。例えば、遺伝子配列決定（またはＤＮＡ配列決定）において、本発明の実施形態は、核酸高分子（例えばＤＮＡの鎖）内のヌクレオチド塩基の正確な順序を決定するために用いられる。ヌクレオチド塩基（例えばアデニン（Ａ）、グアニン（Ｇ）、シトシン（Ｃ）またはチミン（Ｔ））は、特定の蛍光標識で標識付けされる。代わりに、例えば１色、２色、または３色の配列決定方法が用いられる。

蛍光に対して、ヌクレオチド塩基のそれぞれは、励起光で核酸高分子を連続して励起することによって順番に決定される。核酸高分子は、励起光を吸収し、本明細書に記載されるようにバイオセンサ上に異なる波長の放射光を伝達する。バイオセンサは、放射光の波長と、フォトダイオードによって受け入れられた強度を測定する。それぞれのヌクレオチド（例えば蛍光的に標識付けされたヌクレオチド）は、特定の波長及び／または強度の励起光によって励起されたとき、特定の波長の光及び／またはフォトダイオードの強度を放射し、核酸高分子の特定の位置において、特定のヌクレオチド塩基の存在の識別ができる。特定のヌクレオチド塩基が決定されると、核酸高分子から取り除かれ、次の連続ヌクレオチド塩基が同様のプロセスに従って決定される。

核酸高分子は、任意の目的のためにバイオセンサに取り付ける前または後に、１またはそれ以上の異なる蛍光、化学発光、または生物発光標識で標識付けされる。例えば、核酸高分子は、標識オリゴヌクレオチドプローブまたは増幅プライマとハイブリダイズされる。代わりに、核酸高分子は、その後標識プローブと結合される非標識オリゴヌクレオチドとハイブリダイズされ、標識ヌクレオチド類似体を用いて伸長される。図を手段として、標識付けは、核酸高分子を特徴付ける目的のために（例えば病気と関連する一塩基多型（ＳＮＰ）の存在）、または上記されたように核酸高分子の全てまたは一部の核酸配列決定のためになされる。プローブハイブリダイゼーションによるＤＮＡ配列決定は、例えば、本明細書に全て援用される米国特許第８，１０５，７７１号に記載される。アンカプローブライゲーションによる配列決定は、本明細書に全て援用される米国特許第８，５９２，１５０号に記載される。合成による配列決定は、例えば本明細書に全て援用される、米国特許第７，８８３，８６９号に記載される。一般に、合成による配列決定は、ヌクレオチドが鋳型配列にハイブリダイズされた配列決定プライマによって提供される自由３’ヒドロキシル群に連続して加えられ、５’から３’方向に核酸鎖の合成をもたらす方法である。１つのアプローチにおいて、ＳＢＳの別の例示のタイプ、パイロシーケンス技術が用いられる（Ｒｏｎａｇｈｉら、１９９８、サイエンス ２８１：３６３）。

いくつかの実施形態において、バイオセンサは、フローセルに可逆的に結合される（図示せず）。核酸高分子は、フローセルの液体サンプルとバイオセンサを接触することによってバイオセンサに取り付けられる。フローセルは、反応部位と流体連通する１またはそれ以上のフローチャネルを含む。１つの例において、バイオセンサは、生物学的検定システムと流体的に及び電気的に結合する。生物学的検定システムは、所定のプロトコルに従って反応部位に試薬を供給し、撮像イベントを実行する。例えば、生物学的検定システムは、溶液を導いて反応部位に沿って流す。溶液は、同じまたは異なる蛍光標識を有する４つのタイプのヌクレオチドを含む。いくつかの実施形態において、生物学的検定システムは、その後励起光源を用いて反応部位を照射する。励起光は、所定の１つのまたは複数の波長を有する。励起蛍光標識は、フォトダイオードによって検出される放射信号を提供する。

ユーザは、核酸アンプリコン、または次に増幅される核酸と、記載された実施形態に従うバイオセンサを接触することによって配列決定の準備をし、核酸高分子は結合し、アクティブスポットまたはウェルによって保持され、過剰な核酸高分子は、洗い流される。核酸高分子は、標識試薬と事前にまたはｉｎ ｓｉｔｕで接触する。その後、バイオセンサは、本明細書に記載されたように動作し、アレイ上の核酸高分子上またはその周りで放射された光を測る。光は、定量化される、または表面上のどの核酸高分子が、特定の波長において放射する標識で標識付けされているかをバイナリ形式で決定するだけで十分である。異なるプローブまたは異なる核酸類似体は、同時に異なる波長で光を放射する標識を有することを用いて、例えば配列の特定の位置における様々な塩基を決定するまたは複数の位置の配列決定をする。

裏面照射ＣＭＯＳセンサに関して本明細書に記載されるが、本発明の実施形態は、同様に前面照射ＣＭＯＳセンサに適用できることが期待される。さらに、本発明の実施形態は、本明細書に全てを援用される２０１７年１１月３日に出願された米国特許出願第１５／８０３，０７７号に記載されたそれらのバイオセンサなど、任意の適切なバイオセンサに適用できる。

上記記載は、現在記載された技術の例示的な態様で、方法、システム及び／またはその構造及び使用を含む。本技術の様々な態様が、ある程度の特殊性を持って、または１またはそれ以上の個々の態様を参照して、上記されたが、当業者は、本明細書の技術の精神または範囲から逸脱することなく、開示された態様に多数の変更をすることができる。多くの態様は、現在記載された技術の精神及び範囲から逸脱することなくなされるので、適切な範囲は、以後添付された特許請求の範囲に存在する。他の態様は従って期待される。さらに、明示的に別段の主張がされている場合または特定の順番が請求項の文言によって本質的に必要とされている場合を除いて、任意の操作が任意の順番で実行されることが理解されるべきである。上記記載に含まれる及び添付された図面に示される全ての事項は、特定の態様の説明のみとして解釈され、示された実施形態に限定しないことを意図する。文脈から明らかでない限り、または明示的に記載されていない限り、本明細書で提供される濃度値は、一般に混合物の特定の成分の添加時または添加後に生じる変換に関係なく混合物の値または割合で示される。本明細書に明示的にすでに組み込まれていない範囲に、本開示で参照された全ての刊行物及び特許文献は、全ての目的において全て本明細書に援用される。詳細のまたは構造の変化は、次の特許請求の範囲に定義されるような本技術の基礎要素から逸脱することなくなされる。

Claims (41)

1. ＰＣＢ（プリント回路基板）と、
   前記ＰＣＢ上にある生物チップと、
   前記生物チップと前記ＰＣＢ上にあるマイクロ流体筐体であって、前記マイクロ流体筐体は、注入口と、排出口と、第１の空洞とを有し、前記マイクロ流体筐体は、前記第１の空洞に隣接する内側側壁を有し、前記内側側壁は、第１の接着層を用いて前記生物チップに取り付けられ、フローセルを形成し、前記マイクロ流体筐体は、第２の接着層を用いて前記ＰＣＢに取り付けられた外側側壁を有する、マイクロ流体筐体とを備え、
   前記外側側壁の下面と前記ＰＣＢの間の距離は、前記内側側壁の下面と前記生物チップの間の距離より大きく、
   前記第２の接着層は、前記第１の接着層より厚く、
   前記第１の接着層は、第１の接着材料を含み、
   前記第２の接着層は、第２の接着材料を含む、マイクロ流体装置。
2. 前記第１の接着材料は、硬化前に固体であり、実質的に硬化後にその厚さを維持し、前記マイクロ流体装置の高さの正確性と均一性を提供し、
   前記第２の接着材料は、硬化前に液体であり、前記外側側壁の下面と前記ＰＣＢの間の距離の変動を調整する、請求項１に記載の装置。
3. 前記第２の接着材料は、前記第１の接着材料より硬化収縮が大きい、請求項２に記載の装置。
4. 前記第１の接着材料は、ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）を含み、
   前記第２の接着材料は、液体エポキシを含む、請求項２に記載の装置。
5. 前記第１の接着材料は、硬化後適合する接着剤であり、操作の間、熱サイクルを通して、前記生物チップと前記マイクロ流体筐体の間の不一致の熱膨張を調整し、
   前記第２の接着材料は、硬化前に液体形態である、請求項１に記載の装置。
6. 前記第１の接着材料は、適合するウレタン接着材料を含み、
   前記第２の接着材料は、液体エポキシを含む、請求項５に記載の装置。
7. 前記第１の接着材料は、感圧接着剤（ＰＳＡ）を含み、
   前記第２の接着材料は、液体エポキシを含む、請求項５に記載の装置。
8. 前記第１の接着材料と前記第２の接着材料は、例えば熱、水分または紫外線照射硬化など、異なる硬化プロセスによって硬化される、請求項１に記載の装置。
9. 前記生物チップは、生物センサチップを含む、請求項１に記載の装置。
10. 前記マイクロ流体筐体は、前記生物チップと前記ＰＣＢを結合する結合ワイヤを収容する前記内側側壁と前記外側側壁の間の第２の空洞の１またはそれ以上を備える、請求項１に記載の装置。
11. さらに前記ＰＣＢに前記生物チップを取り付けるダイアタッチ接着層を備える、請求項１に記載の装置。
12. さらに、前記ＰＣＢに取り付けられる第２の生物チップを備える、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記第２の生物チップは、バイオセンサを備える、請求項１２に記載の装置。
14. 前記第２の生物チップは、流体液滴生成装置を備える、請求項１２に記載の装置。
15. 前記ＰＣＢに取り付けられる集積回路チップを備える、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記集積回路チップは、プロセッサを備える、請求項１５に記載の装置。
17. さらに前記ＰＣＢに取り付けられるＭＥＭＳチップを備える、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記ＭＥＭＳチップは、前記生物チップに検出された信号に応答して動作を開始するアクチュエータを備える、請求項１７に記載の装置。
19. 前記第２の接着層は、前記第１の接着層の気密試験のための開口を備える、請求項１に記載の装置。
20. 前記マイクロ流体筐体は、前記第１の接着層の気密試験のための開口を備える、請求項１に記載の装置。
21. ＰＣＢ（プリント回路基板）と、
    前記ＰＣＢ上にある生物チップと、
    前記生物チップと前記ＰＣＢ上にあるマイクロ流体筐体と、
    第１の接着層と第２の接着層であって、前記第１の接着層は、前記生物チップに前記マイクロ流体筐体を取り付け、前記第２の接着層は、前記ＰＣＢに前記マイクロ流体筐体を取り付け、前記第２の接着層は、前記第１の接着層より厚い、第１の接着層と第２の接着層と、を備え、
    前記第１の接着層は、第１の接着材料を含み、前記第２の接着層は、第２の接着材料を含む、マイクロ流体装置。
22. 前記マイクロ流体筐体は、注入口と、排出口と、第１の空洞とを備え、
    前記マイクロ流体筐体は、前記第１の空洞に隣接する内側側壁を有し、
    前記内側側壁は、前記第１の接着層を用いて前記生物チップに取り付けられ、フローセルを形成し、
    前記マイクロ流体筐体は、第２の接着層を用いて前記ＰＣＢに取り付けられる外側側壁を有する、請求項２１に記載の装置。
23. 前記第１の接着材料は、硬化前に固体であり、実質的に硬化後のその厚さを維持して前記マイクロ流体装置の高さの正確性と均一性を提供し、
    前記第２の接着材料は、硬化前に液体であり、前記外側側壁の下面と前記ＰＣＢの間の距離の変動を調整する、請求項２２に記載の装置。
24. 前記第１の接着材料は、ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）を含み、
    前記第２の接着材料は、液体エポキシを含む、請求項２３に記載の装置。
25. 前記第２の接着材料は、前記第１の接着材料より硬化収縮が大きい、請求項２３に記載の装置。
26. 前記第１の接着材料は、硬化後に適合する接着材であり、操作の間、熱サイクルを通して生物チップと前記マイクロ流体筐体の間の不均一な熱膨張を調整し、
    前記第２の接着材料は、硬化前に液体形態である、請求項２１に記載の装置。
27. 前記第１の接着材料は、適合するウレタン接着材料を含み、
    前記第２の接着材料は、液体エポキシを含む、請求項２６に記載の装置。
28. 前記第１の接着材料は、感圧接着剤（ＰＳＡ）を含み、
    前記第２の接着剤は、液体エポキシを含む、請求項２６に記載の装置。
29. マイクロ流体装置を作る方法であって、
    ＰＣＢ（プリント回路基板）を提供するステップと、
    前記ＰＣＢに生物チップを取り付けるステップと、
    マイクロ流体筐体を提供するステップと、
    第１と第２の接着材料を堆積するステップであって、前記第１の接着材料は、前記生物チップに前記マイクロ流体筐体を取り付け、前記第２の接着材料は、前記ＰＣＢに前記マイクロ流体筐体を取り付け、前記第２の接着材料は、硬化前に液体形態である、第１と第２の接着材料を堆積するステップと、
    前記第１の接着材料を用いて前記生物チップに前記マイクロ流体筐体を取り付け、前記第２の接着材料を用いて前記ＰＣＢに前記マイクロ流体筐体を取り付けるステップと、
    前記第１と第２の接着材料を硬化して、それぞれ第１と第２の接着層を形成するステップであって、前記第２の接着層は、前記第１の接着層より厚い、第１と第２の接着層を形成するステップと、を備える方法。
30. 前記マイクロ流体筐体は、注入口と、排出口と、第１の空洞とを備え、
    前記マイクロ流体筐体は、前記第１の空洞に隣接する内側側壁を有し、
    前記内側側壁は、第１の接着層を用いて前記生物チップに取り付けられ、フローセルを形成し、
    前記マイクロ流体筐体は、第２の接着層を用いて前記ＰＣＢに取り付けられた外側側壁を有する、請求項２９に記載の方法。
31. 前記第１の接着材料は、硬化前に固体であり、実質的に硬化後にその厚さを維持し、前記マイクロ流体装置の高さの正確性と均一性を提供し、
    前記第２の接着材料は、硬化前に液体であり、前記外側側壁の下面と前記ＰＣＢの間の距離の変動を調整する、請求項３０に記載の方法。
32. 前記第１の接着材料は、ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）を含み、
    前記第２の接着材料は、液体エポキシを含む、請求項３１に記載の方法。
33. 前記第２の接着材料は、前記第１の接着材料より硬化収縮が大きい、請求項３１に記載の方法。
34. 前記第１の接着材料は、硬化後に適合する接着剤であり、操作の間、熱サイクルを通して生物チップと前記マイクロ流体筐体の間の不一致の熱膨張を調整し、
    前記第２の接着材料は、硬化前に液体形態である、請求項２９に記載の方法。
35. 前記第１の接着材料は、適合するウレタン接着材料を含み、
    前記第２の接着材料は、液体エポキシを含む、請求項３４に記載の方法。
36. 前記第１の接着材料は、感圧接着剤（ＰＳＡ）を含み、
    前記第２の接着材料は、液体エポキシを含む、請求項３４に記載の方法。
37. さらに、前記マイクロ流体筐体を取り付ける前に、前記ＰＣＢに第２の生物チップを取り付けるステップを備える、請求項２９に記載の方法。
38. さらに、前記マイクロ流体筐体に取り付ける前に、前記ＰＣＢに集積回路チップを取り付けるステップを備える、請求項２９に記載の方法。
39. さらに前記マイクロ流体筐体を取り付ける前に、前記ＰＣＢにＭＥＭＳチップを取り付けるステップを備える、請求項２９に記載の方法。
40. さらに前記第１の接着層の気密試験のために前記第２の接着層に開口を形成するステップを備える、請求項２９に記載の方法。
41. さらに前記第１の接着層の気密試験のために前記マイクロ流体筐体に開口を形成するステップを備える、請求項２９に記載の方法。

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