KR102024912B1 - 상호 연계된 어레이 및 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

자동화된 이송 제작 제품이 개시된다. 자동화된 이송 제작 제품에는 복수의 카드 구역(card zone)들을 갖는 가요성 기판이 제공되고 카드 구역들은 감지 구역들 내에 형성되는 센서 유닛(sensor unit)들을 갖는 감지 구역들을 형성한다. 센서 유닛들은 제 1 핑거(finger)들을 갖는 제 1 전극, 제 2 핑거들을 갖는 제 2 전극을 갖고 제 1 핑거들은 제 2 핑거들과 교차 배치되며(interleaved) 제 1 핑거들은 제 2 핑거들로부터 이격된다. 센서 유닛들은 제 2 전극에 대한 제 1 전극의 물리적 특성이 생체 분자(biomolecule)와 결합하는 생체 분자 수용기(biomolecule receptor)들 중 하나 또는 그 초과에 영향을 미치도록 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 가요성 웨브(web) 상에 생체 분자 수용기들을 또한 포함한다. 자동화된 이송 제작 제품은 연속적인 웨브로서, 또는 별개의 시이트(sheet)들을 픽업하고(pick up) 처리하는 시이트 이송기를 사용하여 형성된 별개의 시이트들로서 형성될 수 있다.

Description

상호 연계된 어레이 및 제작 방법{INTERDIGITATED ARRAY AND METHOD OF MANUFACTURE}
본 출원은 35 U.S.C.§119(e) 하에서 2011년 11월 22일자 출원된 US 일련 번호 제 61/562,645 호 그리고 2011년 12월 20일자로 출원된 US 일련번호 제 61/577,933 호의 이득을 주장한다. 상기 참조된 출원들의 전체 내용들은 인용에 의해 본원에 명백하게 포함된다.
센서(sensor)(또한 검출기로 불림)는 물리량을 측정하고 이를 관찰자 또는 장비에 의해 판독될 수 있는 신호로 변환하는 장치이다. 예컨대, 유리제 수은 온도계는 측정된 온도를 눈금이 매겨진 유리관 상에서 판독될 수 있는 액체의 팽창 및 수축으로 변환한다. 써모커플(thermocouple)은 온도를 전압계에 의해 판독될 수 있는 출력 전압으로 변환한다. 정확성을 위해, 대부분의 센서들은 공지된 표준들에 대하여 눈금이 매겨진다.
생물 의학(biomedicine) 및 생물 공학(biotechnology)에서, 세포들, 단백질, 또는 핵산(nucleic acid)과 같은 생물학적 구성요소를 갖는 분석물들을 검출하는 센서들은 바이오센서(biosensor)들로 불린다. 바이오센서들은 생체외(in vitro) 및 생체내(in vivo) 분야들 양쪽에서 사용될 수 있다.
통상적으로, 바이오센서들은 혈액 또는 소변과 같은 생물학적 시료에 노출되며 생물학적 시료 내의 미리 정해진 분석물들을 검출하는데 사용된다. 바이오센서는 그 후 빛, 전기, 압전, 전기화학적 매체 등과 같은 감지 매체를 사용하는 이화학적(physiochemical) 방식으로 작업할 수 있는 변환기 또는 검출기 요소에 노출될 수 있다. 어찌 되었든, 변환기 또는 검출기 요소는 바이오센서로부터의 신호를 더 쉽게 측정되고 수량화될 수 있는 다른 신호로 변형시킨다. 변환기 또는 검출기 요소에 의해 발생되는 신호는 사용자 판독 가능한 포맷(format)으로 결과들을 제공하기 위해 연관된 전자 제품들, 신호 프로세서(signal processor)들 및/또는 디스플레이(display)를 갖는 판독기 장치에 제공될 수 있다. 예컨대, 결과들은 그래픽 디스플레이(graphical display) 상에 제공될 수 있다.
어찌 되었든, 과거에 사용되어왔던 하나의 유형의 바이오센서는 센서 신호의 증폭을 달성하는 상호 연계된 센서 어레이(interdigitated sensor array)를 포함하는 기술을 기본으로 한다. 상호 연계된 센서 어레이에는 2 개 이상의 마이크로 전극(microelectrode)들이 제공되고, 이들 양쪽은 이격되고 상호 연계된 방식으로 교차 배치되는(interleaved) 핑거(finger)들을 갖는다. 각각의 마이크로 전극들에는 복수의 비교적 미세한 트레이스(trace)들에 연결되는 비교적 큰 트레이스가 제공된다. 예시적인 상호 연계된 센서 어레이들은 Adam E. Cohen 및 Roderick R.Kunz(2000)의 23 pg 내지 29 pg, "Large-area interdigitated array microelectrodes for electrochemical sensing, Sensors and Actuators"; Allen J. Bard 외의 분석 화학(Anal. Chem), 1986, 58, 2321 pg 내지 2331 pg의 "Digital Simulation of the Measured Electrochemical Response of Reversible Redox Couples at Microelectrode Arrays: Consequences Arising from Closely Spaced Ultramicroelectrodes"; 그리고 2008년 2월 27일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 2009/0084686 호; 및 2005년 12월 25일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 2007/0145356 호와 같은 다양한 글들에서 설명되었다.
트레이스 치수(상호 연계된 핑거들의 폭)들의 제한들 및 간격 치수(상호 연계된 핑거들의 에지-대-에지(edge-to-edge) 거리)들은 상호 연계된 센서 어레이들을 제작하기 위해 표준 스크린 프린팅(standard screen printing), 전착(electrodeposition) 및 레이저 삭마(laser ablation) 접근법들을 사용하는 것에 직면한다. 이러한 이유들로 인해, 과거에는 상호 연계된 센서 어레이들은 반도체 제작에 사용하기에 적절한 기판들을 사용하는 포토리소그래피(photolithography)를 포함하는 반도체 유형 제작 기술들을 사용하여 제작되었다. 예시적인 종래 기술 기판들은 실리콘 다이옥사이드(silicon dioxide), 유리, 세라믹(ceramic), 반도체 재료, 또는 가요성 재료를 포함한다. 예컨대, 미국 특허 출원 번호 제 2007/0145356 호의 문단 [0023] 참조.
하지만, 출원인이 아는 한에서, 이러한 바이오센서들이 혈액 및 소변과 같은 생물학적 시료들을 시험하기 위한 일회용 센서로서 널리 사용되고 대량 생산되는 것을 가능하게 하는 상호 연계된 센서 어레이를 갖는 바이오센서를 제작하기 위한 비용 효과적인 방법이 존재하지 않았다. 본 개시가 지향하는 것은 바이오센서들을 비용 효과적으로 생산하기 위한 그와 같은 방법 및 장치이다.
본 명세서에 포함되고 그 일부를 이루는 첨부된 도면들은 여기서 설명된 하나 또는 그 초과의 구현예들을 나타내며, 설명과 함께 이러한 구현예들을 설명한다.
도 1 은 본 개시에 따라 감지 구역들 내에 형성되는 센서 유닛(unit)들을 갖는 감지 구역들을 형성하는 다수의 카드 영역(card zone)들을 갖는 웨브(web) 제품의 부분 평면도이다.
도 2 는 본 개시에 따라 구성된 예시적인 센서 카드의 평면도이다.
도 3 은 본 개시에 따라 구성된 예시적인 센서 유닛의 평면도이다.
도 4a, 4b 및 4c 는 본 개시에 따라 센서 유닛을 만들기 위한 예시적인 방법을 나타내기 위해 협동하는 도면이다.
도 5a, 5b 및 5c 는 본 개시에 따라 센서 유닛을 만들기 위한 다른 예시적인 방법을 나타내기 위해 협동하는 도면이다.
도 6 은 본 개시에 따라 웨브 제품을 만들기 위한 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7 은 본 개시에 따라 구성되는 바이오센서 키트(biosensor kit)의 블록 다이어그램(block diagram)이다.
이후의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조한다. 상이한 도면들 내의 동일한 참조 부호들은 동일한 또는 유사한 요소들을 식별할 수 있다.
여기서 사용되는 것과 같은, 용어 "포함한다(comprises)", "포함하는(comprising)", "포함한다(includes)", "포함하는(including)", "갖는다(has)", "갖는(having)" 또는 이들의 임의의 다른 변형은 배타적이지 않은 포함을 커버하는(cover) 것으로 의도된다. 예컨대, 요소들의 목록을 포함하는 프로세스(process), 방법, 글 또는 장치는 단지 이러한 요소들로 반드시 제한되지는 않으며 이러한 프로세스, 방법, 글 또는 장치에 내재되지 않는 또는 명백하게 나열되지 않은 다른 요소들을 포함할 수 있다. 또한, 반대로 명백하게 언급되지 않는 한, "또는" 은 "포괄적인 또는" 을 나타내며 "배타적인 또는" 을 나타내지 않는다. 예컨대, 조건 A 또는 B 는 이하 : A 는 참이다(또는 존재한다) 그리고 B 는 거짓이다(또는 존재하지 않는다), A 는 거짓이다(또는 존재하지 않는다) 그리고 B 는 참이다(또는 존재한다), 그리고 A 및 B 모두는 참이다(또는 존재한다) 중 임의의 하나에 의해 만족된다.
게다가, 단수형 표현("a" 또는 "an")의 사용은 여기서 실시예들의 요소들 및 구성요소들을 설명하는데 이용된다. 이는 단지 편리함을 위한 것이며 본 발명의 개념의 일반적인 의미를 부여하기 위한 것이다. 이러한 설명은 하나 또는 그 초과를 포함하도록 읽혀져야 하며 단수형은 또한 다르게 의미하는 것이 명백하지 않은 한 복수형을 포함한다.
또한, 용어 "복수"의 사용은 명백하게 반대로 언급되지 않는 한 "하나 초과" 를 전달하는 것을 의미할 것이다.
마지막으로, 여기서 사용되는 것과 같은 "하나의 실시예" 또는 "실시예" 에 대한 임의의 참조는 실시예와 관련되어 설명된 특별한 요소, 특성, 구조 또는 특징이 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 명세서 내의 다양한 곳들에서의 "하나의 실시예에서" 라는 문구의 출현은 모두가 반드시 동일한 실시예를 참조하는 것은 아니다.
여기서 사용되는 것과 같은 회로는 아날로그(analog) 및/또는 디지털(digital) 구성요소들, 또는 하나 또는 그 초과의 적절하게 프로그래밍된 마이크로프로세서(programmed microprocessor)들 및 연관된 하드웨어(hardware) 및 소프트웨어(software) 또는 하드웨어 내장 논리(hardwired logic)일 수 있다. 또한, "구성요소들"은 하나 또는 그 초과의 기능들을 수행할 수 있다. 용어 "구성요소" 는 프로세서, 주문형 반도체(ASIC; application specific integrated circuit), 또는 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA; field programmable gate array)와 같은 하드웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 포함할 수 있다. 소프트웨어는 하나 또는 그 초과의 구성요소에 의해 실행될 때 구성요소가 특정 기능을 수행하는 것을 유발하는 하나 또는 그 초과의 컴퓨터(computer) 실행 가능한 명령들을 포함한다. 여기서 설명된 알고리즘(algorithm)들은 하나 또는 그 초과의 비-일시적 메모리(non-transient memory)에 저장된다는 것이 이해되어야 한다. 예시적인 비-일시적 메모리는 임의 접근 메모리, 읽기 전용 메모리, 플래시 메모리(flash memory) 등을 포함한다. 이러한 비-일시적 메모리는 전기 기반이거나 광 기반일 수 있다.
이제 도면들 그리고 특히 도 1 을 참조하면, 본 개시에 따라 구성된 예시적인 자동화된 이송 제작 제품(10)이 도 1 에 도시된다. 자동화된 이송 제작 제품(10)은 연속적인 웨브, 또는 이하에 설명된 것과 같이 별개의 시이트(sheet)들을 픽업하고(pick up) 처리하는 하나 또는 그 초과의 시이트 이송기를 사용하여 형성된 별개의 시이트들로서 형성될 수 있다. 예로서, 자동화된 이송 제작 제품(10)은 하나 이상의 가요성 웨브(12)로부터 형성되는 웨브 제품으로서 설명될 것이다. 일반적으로, 하나 이상의 가요성 웨브(12)는, 일반적으로 가요성 웨브(12)의 길이방향 축선을 따르는 이동 방향(16)으로 이동하는 투명한, 반투명한 또는 불투명한 재료의 연속적인 시이트이다. 가요성 웨브(12)는 롤러(roller)들, 센서(sensor)들 및 웨브 가이드 제어기(web guide controller)를 포함하는 적절한 웨브 가이딩 장비(web guiding equipment)에 의해 가이드된다(guided). 웨브 가이딩 장비는 종래 기술에서 공지되고, 이 웨브 가이딩 장비를 어떻게 만들고 사용하는지의 상세한 설명은 당업자에게 자동화된 이송 제작 제품(10)을 어떻게 만들고 사용하는지를 가르치기 위해 여기서 필요한 것으로 여겨지지 않는다. 예컨대, 적절한 웨브 가이딩 장비는 U.S. 특허 제 6,635,895 호, 제 6,289,729 호 또는 제 6,175,419 호에 설명되고, 그 전체 내용들은 인용에 의해 여기에 포함된다.
가요성 웨브(12)는 도 1 에서 참조 부호들 20a, 20b 및 20c 로 나타내어진 복수의 카드 영역(card zone)(20)들을 갖는다. 카드 영역(20a, 20b 및 20c)들은 감지 구역(22a, 22b 및 22c)들을 형성한다. 센서 유닛(24a, 24b 및 24c)들은 가요성 웨브(12)가 다양한 장비를 통과할 때 감지 구역(22a, 22b 및 22c)들 내에 형성된다. 예컨대, 도 6 에 도시된 것과 같이, 가요성 웨브(12)는 제 1 프린팅 스테이션(printing station)(30), 제 1 경화 스테이션(curing station)(32), 제 2 프린팅 스테이션(34), 제 2 경화 스테이션(36) 및 처리 및 패키징(packaging) 장비(38)를 통과할 수 있다. 처리 및 패키징 장비(38)는 다양한 유형들의 분석물들을 감지하기 위해 센서 유닛(24a, 24b 및 24c)들에 생체 분자 수용기(biomolecule receptor)(도시되지 않음)를 가하고, 또한 가요성 웨브(12)로부터 센서 카드(44)들을 형성하기 위해 커팅 장비(cutting equipment)를 포함할 수 있다. 생체 분자 수용기들은 센서 고정식(sensor immobilized) 또는 비-센서 고정식일 수 있다.
예시적인 센서 카드(44)가 도 2 에 도시된다. 센서 카드(44)는 가요성 웨브(12)의 일부일 수 있는 기판(46)을 포함한다. 기판(46)은 센서 유닛(24a, 24b 및 24c)들 중 하나 또는 그 초과가 형성되는 제 1 표면(48)을 갖는다. 기판(46)은 가이드될(guided) 수 있는 재료로 구성될 수 있으나, 수축 없이 볼 쪽 표본(cheek swab), 혈액, 플라즈마(plasma), 소변 등과 같은 생물학적 시료에 또한 노출될 수 있다. 예컨대, 기판(46)은 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르 및 이들의 조합들을 포함하는 플라스틱(plastic)들 및 종이로 이루어진 그룹(group)으로부터 선택될 수 있다.
이제 도 3 을 참조하면, 하나 또는 그 초과의 센서 유닛(24)은 제 1 핑거(52a 내지 52n)들, 및 제 1 전도 요소(54)를 갖는 제 1 전극(50); 그리고 제 2 핑거(58a 내지 58n)들 및 제 2 전도 요소(60)를 갖는 제 2 전극(56)을 갖는다. 제 1 핑거(52a 내지 52n)들은 제 2 핑거(58a 내지 58n)들과 교차 배치되고 제 1 핑거(52a 내지 52n)들은 제 2 핑거(58a 내지 58n)들로부터 이격된다. 제 1 핑거(52a 내지 52n)들, 제 1 전도 요소(54), 제 2 핑거(58a 내지 58n)들, 및 제 2 전도 요소(60)는 경화된 전도성 잉크(conductive ink)의 하나 또는 그 초과의 층들과 같은 하나 또는 그 초과의 전기 전도성 재료로 구성된다.
일반적으로, 전도성 잉크는 캐리어(carrier)(예컨대, 증착 후에 증발되는 액체 용제) 그리고 하나 또는 그 초과의 전도성 재료, 또는 기판(46) 상에 남아있는 다른 기능적 재료의 입자들을 포함한다. 전도성 재료의 입자 크기가 가요성 웨브(12)에 전도성 재료를 도포하는데 사용되는 프린팅 기술을 위해 적절한 한 임의의 유형의 전도성 재료가 이용될 수 있다. 예컨대, 전도성 재료는 나노 입자(nanoparticle) 알루미늄(aluminum), 나노 입자 금, 나노 입자 은, 나노 입자 구리, 탄소 나노 튜브(carbon nanotube)들, 나노 입자 그래핀(graphene), 및 나노 입자 플래티늄(platinum)으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 전도성 잉크는 열, 펄스형 광 경화(pulsed light curing) 및/또는 레이저 소결과 같은 임의의 적절한 경화 프로세스를 사용하여 제 1 및 제 2 경화 스테이션(32 및 36)들에서 경화될 수 있다.
하나 또는 그 초과의 센서 유닛(24)은 제 2 핑거(58a 내지 58n)들에 대한 제 1 핑거(52a 내지 52n)들의 물리적 특성이 생체 분자(biomolecule)와 결합하는 생체 분자 수용기(64a 내지 64n)들의 하나 또는 그 초과에 초래되도록 제 1 핑거(52a 내지 52n)들과 제 2 핑거(58a 내지 58n)들 사이에서 기판(46) 상에 생체 분자 수용기(64a 내지 64n)들을 또한 포함한다. 제 2 핑거(58a 내지 58n)들에 대한 제 1 핑거(52a 내지 52n)들의 물리적 특성은 전도성, 저항 및/또는 커패시턴스(capacitance)를 나타낸다. 따라서, 생체 분자 수용기(64a 내지 64n)들에 결합되는 하나 또는 그 초과의 생체 분자들은 제 1 전극(50)과 제 2 전극(56)에 걸쳐 측정된 전도성, 저항 및/또는 커패시턴스를 초래한다.
제 1 핑거(52a 내지 52n)들은 제 1 핑거(52a 내지 52n)들과 제 2 핑거(58a 내지 58n)들 사이의 전기 연결을 수립하기 위해 생체 분자 수용기(64a 내지 64n)들로의 생체 분자들의 결합을 허용하기 위해 제 2 핑거(58a 내지 58n)들로부터 일정 거리로 이격된다. 제 1 핑거(52a 내지 52n)들과 제 2 핑거(58a 내지 58n)들 사이의 에지 대 에지 간격은 여기서 간격으로서 참조되고 10 나노미터(nanometer) 내지 1 밀리미터(millimeter)일 수 있다. 예컨대, 적절한 간격은 20 미크론(micron) 내지 0.2 미크론일 수 있다. 상호 연계된 어레이(IDA; interdigitated array)들의 목적들을 위해, 간격은 신호 증폭에서 중요한 특징이다. 종횡비(aspect ratio)(또한 z-높이로 공지됨)가 또한 신호 증폭에서 상당한 영향을 미친다. 트레이스, 또는 라인(line) 폭은 신호 증폭에서 더 적은 역할을 수행한다. 게다가, 예시적인 실시예에서 제 1 핑거(52a 내지 52n)들과 제 2 핑거(58a 내지 58n)들은 0.01 마이크로미터(micrometer) 내지 100 마이크로미터의 두께를 갖는다. 이하에 더 상세하게 논의될 것과 같이, 일 실시예에서 10 미크론 미만의 에지-대-에지 간격은 제 1 핑거(52a 내지 52n)들과 제 2 핑거(58a 내지 58n)들을 형성하기 위해 에어로졸 제팅(aerosol jetting) 장치를 사용하여 달성될 수 있다. 이러한 적용에서 사용될 수 있는 예시적인 에어로졸 제팅 장치는 Optomec, Inc 에 의해 제작된다. 예컨대, 예시적인 에어로졸 제팅 장치는 미국 특허 공보 제 2006/0175431 에 설명된다.
에어로졸 제팅 장치는 바람직하게는 기판(46)에 직접 접촉하지 않으면서 기능하고, 상온에서 작동될 수 있다.
이제 도 4a, 4b 및 4c 를 참조하면, 여기에 본 개시에 따라 센서 유닛(24)을 만들기 위한 예시적인 방법이 도시되어 있다. 일반적으로, 센서 유닛(24)을 만들기 위해 여기 개시된 방법들은 2 개의 상이한 유형들의 프린팅 기술들을 사용하는 하이브리드(hybrid) 제작 접근법을 이용한다. 이하에 더 상세하게 논의될 것과 같이, 제 1 및 제 2 전극(50 및 56)들의 부품들은 폭들 및 피치(pitch)들을 포함하여 상이한 기하학적 형상들을 갖는다.
도 4a 에 도시된 것과 같이, 비교적 큰 폭 및/또는 피치를 갖는 제 1 및 제 2 전극(50 및 56)들의 부품들(여기서 "비교적 큰 부분들" 이라고 나타낼 수 있음)은 하나 또는 그 초과의 제 1 프린팅 기술을 사용하여 가요성 웨브(12)에 도포되는 전도성 잉크를 사용하여 형성될 수 있다. 제 1 프린팅 기술은 스크린 프린팅 장치, 스텐실링 장치(stenciling apparatus), 전착 장치, 스퍼터링 장치(sputtering apparatus), 레이저 삭마 장치 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 비-에어로졸(non-aerosol) 제팅 장치를 사용하는 비-에어로졸 제팅 기술일 수 있다. 하나 또는 그 초과의 제 1 프린팅 기술을 사용하여 형성될 수 있는 제 1 및 제 2 전극(50 및 56)들의 예시적인 부품들은 제 1 전도 요소(54) 및 제 2 전도 요소(60)를 포함한다. 도 3 에 도시된 센서 유닛(24)은 2 개의 전극 설계이며 제 1 전도 요소(54)는 카운터(counter) 전극이고, 제 2 전도 요소(60)는 작업 전극이다. 도 2 에 도시된 센서 유닛(24a)은 4 개의 전극 설계를 갖는다(예컨대 작업 전극은 상호 연계되고, 따라서 2 개의 전극들, 카운터 전극과 기준 전극을 포함한다). 상호 연계된 설계를 위해, 기준 전극은 이러한 구성이 센서 용도와 양립될 수 있다면 생략될 수 있다. 게다가, 센서 유닛은 카운터 전극, 작업 전극 및 기준 전극을 갖는 3 개의 전극 설계로서 또한 구성될 수 있다.
도 4b 에 도시된 것과 같이, 가느다란(finer) 폭 또는 피치를 갖는 제 1 및 제 2 전극(50 및 56)들의 부품들(여기서 "비교적 더 가느다란 부분들" 이라고 나타낼 수 있음)은 5 미크론 또는 그 미만의 입자 크기를 갖는 전도성 잉크를 사용하여 형성될 수 있고 에어로졸 제팅과 같은 제 2 프린팅 기술을 사용하여 가요성 웨브(12)에 도포될 수 있다. 제 2 프린팅 기술을 사용하여 형성될 수 있는 제 1 및 제 2 전극(50 및 56)들의 예시적인 부품들은 제 1 및 제 2 핑거(52a 내지 52n 및 58a 내지 58n)들을 포함한다. 하지만, 제 1 및 제 2 전극(50 및 56)들의 다른 부품들은 제 1 전도 요소(54) 및 제 2 전도 요소(60)와 같은 제 2 프린팅 기술에 의해 형성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 4c 에 도시된 것과 같이, 센서 유닛(24)은 상기 논의된 제 1 및 제 2 프린팅 기술들을 포함하는 부가적인 제작 프로세스들의 조합에 의해 형성되는 복합물일 수 있다. 다시 말하면, 센서 유닛(24)을 만들기 위해, 제 1 전도성 잉크가 제 1 전도 요소(54) 및 제 2 전도 요소(60)를 형성하기 위해 가요성 웨브(12) 및/또는 기판(46)에 제 1 패턴(pattern)으로 도포된다. 제 1 및 제 2 전도 요소(54 및 60)들은 도 3 에 도시된 것과 같이 제 1 및 제 2 폭(70 및 72)들을 갖는다.
제 2 전도성 잉크는 제 2 핑거(58a 내지 58n)들과 교차 배치된 제 1 핑거(52a 내지 52n)들을 형성하기 위해 에어로졸 제팅 장치에 의해 가요성 웨브(12) 및/또는 기판(46)에 제 2 패턴으로 도포된다. 제 1 및 제 2 핑거(52a 내지 52n 및 58a 내지 58n)들은 제 1 및 제 2 전도 요소(54 및 60)들의 제 1 및 제 2 폭(70 및 72)들보다 더 작은 제 3 및 제 4 폭(74 및 76)들을 갖는다.
폭(70 및 72)들은 변할 수 있다. 현재, 폭(70 및 72)들 뿐만 아니라 제 1 핑거(52a 내지 52n)들과 제 2 핑거(58a 내지 58n)들 사이의 피치는 현재 에어로졸 제팅 용량에 의해 1 미크론 내지 20 미크론의 범위 내에 있을 수 있다. 하지만, 1 미크론 미만(sub-micron)의 간격이 에어로졸 제팅 기술이 개선됨에 따른 개선을 제공할 것이다. 게다가, 제 1 핑거(52a 내지 52n)들과 제 2 핑거(58a 내지 58n)들은 또한 증폭을 제공하고 전도성 잉크 내의 전도성 금속 % 를 바꿈으로써 또는 다중 제트 패스(jet pass)들에 의해 에어로졸 제팅 기술을 사용하여 달성될 수 있는 두께를 갖는다. 제 1 핑거(52a 내지 52n)들과 제 2 핑거(58a 내지 58n)들의 두께는 20 나노미터 내지 750 나노미터의 범위 내에 있을 수 있고, 더 바람직하게는 200 나노미터 내지 500 나노미터의 범위 내에 있을 수 있다.
제 1 및 제 2 패턴들은 제 1 전도 요소(54)와 제 1 핑거(52a 내지 52n)들이 센서 유닛(24)의 제 1 전극(50)을 형성하기 위해 전기적으로 연결되고, 제 2 전도 요소(60)는 센서 유닛(24)의 제 2 전극(56)을 형성하기 위해 제 2 핑거(58a 내지 58n)들에 전기적으로 연결되도록 겹쳐진다.
제 1 및 제 2 전도성 잉크들은 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 예컨대, 제 1 전도성 잉크는 5 미크론 초과의 입자 크기를 가질 수 있는 반면, 제 2 전도성 잉크는 5 미크론 또는 그 미만의 입자 크기를 가질 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 전도성 잉크들 내의 전도성 재료들의 유형들은 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 대안적으로, 제 1 및 제 2 전도성 잉크들은 5 미크론 또는 그 미만의 입자 크기 양쪽을 가질 수 있다.
임의의 이벤트(event)에서, 일단 제 1 전도성 잉크가 도포되면, 가요성 웨브(12) 및/또는 기판(46)은 제 1 경화 스테이션(32)을 통과할 수 있고, 제 2 전도성 잉크가 도포된 후에, 가요성 웨브(12) 및/또는 기판(46)은 제 2 경화 스테이션(36)을 통과할 수 있다.
제 1 및 제 2 전극(50 및 52)들은 단일 층으로 형성될 수 있거나, 동일한 또는 상이한 유형들의 전도성 잉크를 이용하여 다중 층들로 형성될 수 있다. 예컨대, 제 2 전도성 잉크는 제 1 전극(50)의 제 1 핑거(52a 내지 52n)들이 제 2 전극(56)의 제 2 핑거(58a 내지 58n)들과 교차 배치되는 미리 정해진 패턴의 제 1 층을 형성하기 위해 가요성 웨브(12) 및/또는 기판(46)에 도포될 수 있고, 미리 정해진 패턴의 제 1 층을 커버하는 미리 정해진 패턴의 제 2 층을 형성하는 제 3 전도성 잉크의 도포가 뒤따른다.
일단 제 1 및 제 2 전극(50 및 56)들이 형성되면, 그 후 생체 분자 수용기(64a 내지 64n)들이 가해지고, 가요성 웨브(12)는 센서 카드(44)들을 형성하기 위해 절단될 수 있다.
도 5a, 5b 및 5c 에는 본 개시에 따라 센서 유닛(24)을 만들기 위한 다른 예시적인 방법이 도시된다. 특히, 도 5a 에 도시된 것과 같이, 에어로졸 제팅 장치는 제 1 및 제 2 전도 요소(54 및 60)들; 그리고 제 1 및 제 2 전극(50 및 56)들의 제 1 및 제 2 핑거(52a 내지 52n 및 58a 내지 58n)들을 형성하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 제 1 및 제 2 전도 요소(54 및 60)들; 그리고 제 1 및 제 2 핑거(52a 내지 52n 및 58a 내지 58n)들은 나노 입자 은을 사용하고 0.0004 인치(inch)의 폭을 가지고 형성될 수 있다. 도 5b 에 도시된 것과 같이, 에어로졸 제팅 장치는 그 후 전도성 잉크의 제 2 층을 제 1 및 제 2 전도 요소(54 및 60)들; 그리고 그래파이트(graphite)와 같은 상이한 재료를 사용하고 0.0012 인치의 상이한 폭의 제 1 및 제 2 핑거(52a 내지 52n 및 58a 내지 58n)들에 도포하는데 사용된다. 센서 유닛(24)의 임의의 나머지 부분(들)은 그 후 도 5c 에 도시된 것과 같이 제 1 프린팅 기술에 의해 형성될 수 있다.
도 7 에는 본 개시에 따라 구성된 예시적인 바이오센서 키트(100)가 도시된다. 일반적으로, 바이오센서 키트(100)는 하나 또는 그 초과의 센서 카드(44) 그리고 판독기 장치(102)를 포함한다. 판독기 장치(102)에는 센서 카드(44)의 기판(46) 상의 하나 또는 그 초과의 센서 유닛(24)을 판독하기 위해 작동 가능한 변환기(104), 그리고 하나 또는 그 초과의 센서 유닛(24)의 판독 결과들을 사용자 지각 가능한 포맷으로 제공하기 위해 전기 회로망(circuitry)(106)이 제공된다. 판독기 장치(102)에는 판독기 장치(102)로의 사용자 및/또는 기계 입력을 허용하기 위해 하나 또는 그 초과의 입력 장치(108)가, 그리고 하나 또는 그 초과의 출력 장치(110)가 또한 제공될 수 있다. 예시적인 입력 장치(108)들은 네트워크 포트(network port), 키보드(keyboard), 터치 스크린(touchscreen) 등을 포함한다. 예시적인 출력 장치(110)들은 디스플레이(display), 프린터(printer), 네트워크 포트 등을 포함한다.
전술한 설명은 예시 및 설명을 제공하지만, 개시된 특정한 형태로 본 발명의 개념들을 제한하거나 망라하는 것으로 의도되지 않는다. 수정들 및 변형들이 상기 교시들을 감안하여 가능하거나 본 개시에 명시된 방법론들의 실행으로부터 얻어질 수 있다. 예컨대, 비-에어로졸 제팅 기술에 의한 센서 유닛(24)의 비교적 큰 부분들의 도포 순서는 에어로졸 제팅 기술에 의한 센서 유닛(24)의 비교적 가느다란 부분들의 도포 이전일 수 있으며, 그 역도 가능하다. 또한, 센서 카드(44)가 여기서는 가요성 웨브(12)로부터 형성되는 것으로 설명되었지만, 센서 카드(44)는 플라스틱 또는 종이 기판 재료의 연속적인 롤(role) 보다는 별개의 시이트(sheet)들 및 시이트 이송기에 의한 연속적인 프로세스를 사용하는 것과 같은 다른 방식들로 형성될 수 있는 것이 이해되어야 한다.
또한, 실행들의 특정 부분들은 하나 또는 그 초과의 기능들을 수행하는 "구성요소들" 또는 전기 회로망(106)으로서 설명될 수 있다. "구성요소" 또는 "전기 회로망" 이라는 용어는 프로세서, 주문형 반도체(ASIC), 또는 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA)와 같은 하드웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 포함할 수 있다.
특성들의 특별한 조합들이 청구항들에 인용되고/되거나 명세서에 개시되지만, 이러한 조합들은 본 개시를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 실제로, 대부분의 이러한 특성들은 구체적으로 청구항들에 인용되지 않고 및/또는 명세서에 개시되지 않은 방식들로 조합될 수 있다. 이하에 나열된 각각의 종속 청구항은 단지 하나의 다른 청구항을 직접 인용할 수 있지만, 개시는 청구항 세트(claim set) 내의 모든 다른 청구항과 조합되는 각각의 종속 청구항을 포함한다.
본 출원에 사용된 어떠한 요소, 작용 또는 명령도 그러한 바람직한 실시예 이외에 명백하게 설명되지 않는다면 본 발명에 중요하거나 필수적인 것으로 이해되어서는 안된다. 또한, "기본으로 하는" 이라는 문구는 달리 명백하게 언급되지 않는다면 "적어도 부분적으로 기본으로 하는" 을 의미하는 것으로 의도된다.

Claims (23)

  1. 자동화된 이송 제작 제품으로서,
    복수의 카드 구역(card zone)들을 갖는 가요성 기판을 포함하며,
    상기 카드 구역들은 감지 구역들을 형성하고, 상기 감지 구역들 내에 센서 유닛들이 형성되며,
    상기 센서 유닛들은, 제 1 핑거(finger)들에 결합된 제 1 전극 및 제 2 핑거들에 결합된 제 2 전극을 가지며, 상기 제 1 핑거들은 상기 제 2 핑거들과 교차 배치되며, 상기 제 1 핑거들은 상기 제 2 핑거들로부터 이격되도록 배치되고,
    상기 센서 유닛들은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 상기 가요성 기판 상의 생체 분자 수용기(biomolecule receptor)들을 더 포함하고, 이로써, 상기 제 2 전극에 대한 상기 제 1 전극의 물리적 특성은, 생체 분자(biomolecule)에 결합되어 있는 상기 생체 분자 수용기들 중 하나 또는 그 초과의 영향을 받으며,
    상기 제 1 핑거들과 상기 제 2 핑거들은, 5 미크론(micron) 또는 그 미만의 입자 크기를 갖는 제 1 경화형 전도성 잉크를 가지며,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은, 5 미크론 초과의 입자 크기를 갖는 제 2 경화형 전도성 잉크를 갖는,
    자동화된 이송 제작 부품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 경화형 전도성 잉크와 상기 제 2 경화형 전도성 잉크는 캐리어(carrier) 및 전도성 재료를 포함하며,
    상기 전도성 재료는, 나노 입자 알루미늄(nanoparticle aluminum), 나노 입자 금, 나노 입자 은, 나노 입자 구리, 탄소 나노 튜브(carbon nanotube)들, 나노 입자 그래핀(graphene) 및 나노 입자 플래티늄(platinum)으로 이루어진 그룹(group)으로부터 선택되는,
    자동화된 이송 제작 부품.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 핑거들은 상기 제 2 핑거들로부터 1 미크론 내지 20 미크론의 거리만큼 이격되는,
    자동화된 이송 제작 부품.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 핑거들과 상기 제 2 핑거들은 20 나노미터(nanometer) 내지 750 나노미터의 두께를 갖는,
    자동화된 이송 제작 부품.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 기판은, 종이 및, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르 및 이들의 조합들을 포함하는 플라스틱(plastic)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료로 구성되는,
    자동화된 이송 제작 부품.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 기판은 가요성 웨브(web)인,
    자동화된 이송 제작 부품.
  7. 센서 카드(sensor card)를 만드는 방법으로서,
    제 1 폭을 갖는 제 1 전도 요소 및 제 2 폭을 갖는 제 2 전도 요소를 형성하기 위해, 제 1 패턴(pattern)으로 제 1 전도성 잉크를 기판에 도포하는 단계; 및
    제 2 핑거들과 교차 배치된(interleaved) 제 1 핑거들을 형성하기 위해, 에어로졸 제팅(aerosol jetting) 장치에 의해 제 2 패턴으로 제 2 전도성 잉크를 기판에 도포하는 단계;를 포함하고,
    상기 제 1 핑거들 및 상기 제 2 핑거들은, 상기 제 1 전도 요소 및 상기 제 2 전도 요소의 제 1 폭 및 제 제 2 폭보다 더 작은 제 3 폭 및 제 4 폭을 가지며,
    상기 제 1 핑거들은 상기 제 2 핑거들로부터 10 나노미터 내지 1 밀리미터(millimeter)의 거리만큼 이격되고,
    상기 제 1 전도 요소 및 제 1 핑거들은 센서 유닛의 제 1 전극을 형성하기 위해 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 전도 요소는 상기 센서 유닛의 제 2 전극을 형성하기 위해 상기 제 2 핑거들에 전기적으로 연결되는,
    센서 카드를 만드는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전도성 잉크는 5 미크론 초과의 입자 크기를 갖고, 상기 제 2 전도성 잉크는 5 미크론 또는 그 미만의 입자 크기를 갖는,
    센서 카드를 만드는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전도성 잉크가 기판에 도포된 후에 상기 기판이 제 1 경화 스테이션(curing station)을 통과하는 단계를 더 포함하는,
    센서 카드를 만드는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 전도성 잉크가 기판에 도포된 후에 상기 기판이 제 2 경화 스테이션을 통과하는 단계를 더 포함하는,
    센서 카드를 만드는 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판은 웨브 가이딩 시스템(web guiding system)에 의해 가이드되는(guided) 가요성 웨브인,
    센서 카드를 만드는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가요성 웨브는 종이, 폴리아미드, 플라스틱 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료로 구성되는,
    센서 카드를 만드는 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전도성 잉크를 기판에 도포하는 단계는, 스크린 프린팅 장치(screen printing apparatus), 스텐실링 장치(stenciling apparatus), 전착 장치(electro-deposition apparatus), 스퍼터링 장치(sputtering apparatus), 제팅 장치(jetting apparatus), 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 비-에어로졸 제팅 장치(non-aerosol jetting apparatus)를 이용하여 제 1 전도성 잉크를 기판에 도포하는 단계로서 더 규정되는,
    센서 카드를 만드는 방법.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전도성 잉크는 상기 제 2 전도성 잉크와 상이한,
    센서 카드를 만드는 방법.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 전도성 잉크를 기판에 도포하는 단계는, 제 1 전극의 제 1 핑거들이 제 2 전극의 제 2 핑거들과 교차 배치되는 상기 제 2 패턴의 제 1 층을 형성하기 위해 제 2 전도성 잉크를 기판에 도포하는 단계로서 더 규정되고,
    상기 방법은 제 3 전도성 잉크를 기판에 도포하는 단계를 더 포함하여, 제 1 전극의 제 1 핑거들이 제 2 전극의 제 2 핑거들과 교차 배치되는 상기 제 2 패턴의 제 1 층을 커버하는(covering), 제 3 패턴의 제 2 층을 형성하는,
    센서 카드를 만드는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 전도성 잉크는 상기 제 3 전도성 잉크와 상이한,
    센서 카드를 만드는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 전도성 잉크는 상기 제 3 전도성 잉크와 동일한,
    센서 카드를 만드는 방법.
  18. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판 상의 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 센서 고정식 생체 분자 수용기들을 적용하는 단계를 더 포함하며, 상기 생체 분자 수용기들 중 하나 또는 그 초과가 생체 분자에 결합하면 상기 제 1 전극이 상기 제 2 전극에 전기적으로 연결되는,
    센서 카드를 만드는 방법.
  19. 센서 카드로서,
    제 1 표면을 갖는 기판; 및
    상기 제 1 표면에 형성되는 하나 또는 그 초과의 센서 유닛;을 포함하며,
    상기 하나 또는 그 초과의 센서 유닛은, 제 1 핑거들에 결합된 제 1 전극 및 제 2 핑거들에 결합된 제 2 전극을 가지고, 상기 제 1 핑거들은 상기 제 2 핑거들과 교차 배치되며, 상기 제 1 핑거들은 상기 제 2 핑거들로부터 이격되도록 배치되고,
    상기 하나 또는 그 초과의 센서 유닛은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 상기 기판 상의 생체 분자 수용기들을 더 포함하고, 이로써, 상기 제 2 전극에 대한 상기 제 1 전극의 물리적 특성은, 생체 분자에 결합되어 있는 상기 생체 분자 수용기들 중 하나 또는 그 초과의 영향을 받으며,
    상기 제 1 핑거들과 상기 제 2 핑거들은, 5 미크론 또는 그 미만의 입자 크기를 갖는 제 1 경화형 전도성 잉크를 가지며,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은, 5 미크론 초과의 입자 크기를 갖는 제 2 경화형 전도성 잉크를 갖는,
    센서 카드.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 핑거들은 상기 제 2 핑거들로부터 10 나노미터 내지 1 밀리미터의 거리만큼 이격되는,
    센서 카드.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 기판은, 종이 및, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르 및 이들의 조합들을 포함하는 플라스틱으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료로 구성되는,
    센서 카드.
  22. 센서 카드와 판독기 장치를 갖는 바이오센서 키트(biosensor kit)로서,
    상기 센서 카드는:
    제 1 표면을 갖는 기판; 및
    상기 제 1 표면에 형성되는 하나 또는 그 초과의 센서 유닛;을 포함하며,
    상기 하나 또는 그 초과의 센서 유닛은, 제 1 핑거들을 갖는 제 1 전극 및 제 2 핑거들을 갖는 제 2 전극을 가지고, 상기 제 1 핑거들은 상기 제 2 핑거들과 교차 배치되며, 상기 제 1 핑거들은 상기 제 2 핑거들로부터 이격되도록 배치되고,
    상기 하나 또는 그 초과의 센서 유닛은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 상기 기판 상의 생체 분자 수용기들을 더 포함하고, 이로써, 상기 제 2 전극에 대한 상기 제 1 전극의 물리적 특성은, 생체 분자에 결합되어 있는 상기 생체 분자 수용기들 중 하나 또는 그 초과의 영향을 받으며,
    상기 제 1 핑거들과 상기 제 2 핑거들은, 5 미크론 또는 그 미만의 입자 크기를 갖는 제 1 경화형 전도성 잉크를 가지며,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은, 5 미크론 초과의 입자 크기를 갖는 제 2 경화형 전도성 잉크를 가지고,
    상기 판독기 장치는:
    상기 기판 상의 상기 하나 또는 그 초과의 센서 유닛을 판독하도록 구성된 변환기; 및
    상기 하나 또는 그 초과의 센서 유닛의 판독 결과들을 사용자 지각 가능한 포맷(user-perceivable format)으로 제공하기 위한 전기 회로망(circuitry);을 갖는,
    바이오센서 키트.
  23. 삭제
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