KR20170071565A - 탈착 가능한 컴포넌트를 구비한 전기 기기 - Google Patents

Abstract

탈착 가능한 전기 기기는 서로 연결되도록 구성된 한 쌍의 컴포넌트 부품들을 포함하는 키트로서, 상기 기기의 연결된 컴포넌트들은 차후에 분리될 수 있으며, 상기 키트는 : 전기 커넥터들의 어레이로서, 각각의 전기 커넥터는 전기 전도성 액체를 포함하는, 전기 커넥터들의 어레이; 및 전극들의 어레이;를 포함하며, 상기 어레이들은 상기 전기 커넥터들의 어레이의 전기 전도성 액체, 그리고 상기 전극들의 어레이의 전극들 간의 다수의 전기적 연결부들을 제공하도록 서로 접촉될 수 있으며, 상기 전기적 연결부들은 차후에 상기 어레이의 전극들로부터 상기 전기 전도성 액체를 분리함으로써 끊어질 수 있는, 키트로 형성될 수 있다.

Description

탈착 가능한 컴포넌트를 구비한 전기 기기{Electrical device with detachable components}

본 발명은 탈착 가능한 전기적 컴포넌트들을 갖는 전기 기기에 관한 것이다. 상기 컴포넌트들은 연결되어 컴포넌트들 간의 전기적 연결을 형성할 수 있으며, 그 다음, 분리되어 전기적 연결을 끊을 수 있으며, 그리고 옵션으로, 컴포넌트들을 재연결함으로써 연결이 재형성되도록 할 수 있다.

전기적 연결부를 만드는 다양한 방법들이 공지되어 있다. 작은 스케일에서는, 그러한 연결부들은 종종 납땜을 통해 이루어진다. 이는 두 커넥터들 간의 양호한 연결을 보장하는 신뢰할 수 있는 방법이기 때문이다. 그러나, 작은 영역 내에서 많은 연결부들을 만들 필요가 있을 때에는, 연결부들을 납땜하기가 어려워질 수 있다. 이 어려움을 극복하는 한 가지 방법은 "땜납 범프(solder bump)" 또는 "플립 칩" 기술을 사용하는 것이었다. 이 경우, 예를 들어 집적 회로 상의 연결부들의 어레이는 예를 들어 다른 전극 어레이와의 필요한 연결을 만드는데 후속적으로 사용될 수 있는 땜납 범프들을 제공받는다.

"땜납 범프" 접근법의 사용예는 WO 2009/077734에 의해 제공된다. 상기 특허 출원은 양친매성 분자(amphiphilic molecule) 층들을 생성하기 위한 장치를 개시하고, 그리고 이제 도 1 및 도 2를 참조하여 간략하게 논의된다.

도 1은 양쪽성 분자들의 층을 형성하는데 사용될 수 있는 장치(1)를 도시한다. 상기 장치(1)는 비-도전성 물질의 추가 층(4)을 지지하는 비-전도성 물질의 기판(3)을 포함하는 층 구조를 갖는 본체(2)를 포함한다. 리세스(5)는 상기 추가 층(4)에, 특히 상기 추가 층(4)을 통해 상기 기판(3)으로 연장하는 애퍼처로서 형성된다. 상기 장치(1)는 상기 본체(2) 위에서 연장하는 커버(6)를 더 포함한다. 상기 커버(6)는 중공(hollow)이며, 그리고 입구(8) 및 출구(9)를 제외하고 폐쇄되는 챔버(7)를 한정한다(define). 상기 입구(8) 및 출구(9)는 각각 상기 커버(6)를 통한 개구부들에 의해 형성된다. 상기 챔버(7)의 최하부 벽은 상기 추가 층(4)에 의해 형성된다.

사용시 수용액(10)은 상기 챔버(7) 내로 도입되며, 양친매성 분자들의 층(11)은 상기 리세스(5)를 가로질러 형성되며, 상기 챔버(7) 내의 수용액의 잔량으로부터 상기 리세스(5) 내의 수용액(10)을 분리한다. 폐쇄된 챔버(7)의 사용은 수용액(10)을 챔버(7) 안팎으로 흐르게 하는 것을 매우 쉽게 만든다. 이는 챔버(7)가 도 3에 도시된 바와 같이 가득 찰 때까지 도 2에 도시된 바와 같이 입구(8)를 통해 수용액(10)을 흐르게 함으로써 간단히 이루어진다. 이 프로세스동안, 챔버(7) 내의 가스(전형적으로, 공기)는 수용액(10)에 의해 변위되고 출구(9)를 통해 배기된다.

상기 장치는 양친매성 분자들의 층(11)을 가로지르는 전기 신호들의 측정을 가능하게 하는 다음의 전극 배열을 포함한다. 상기 기판(3)은 상기 기판(3)의 상부면에 배치되고 상기 추가 층(4) 아래에서 상기 리세스(5)까지 연장하는 제1 도전층(20)을 구비한다. 상기 리세스(5) 아래의 제1 도전층(20)의 일부분은 상기 리세스(5)의 최하부 표면을 형성하는 전극(21)을 구성한다. 상기 제1 도전층(20)은 상기 추가층(4)의 외부로 연장되어 상기 제1 도전층(20)의 일부가 노출되어 접촉부(22)를 구성하게 한다.

상기 추가층(4)은 그 위에 증착된 제2 도전층(23)을 가지며, 상기 제2 도전층(23)은 상기 커버(6) 아래에서 상기 챔버(7) 내로 연장되며, 상기 챔버(7) 내에 있는 상기 제2 도전층(23)의 일부는 전극(24)을 구성한다. 상기 제2 도전층(23)은 상기 커버(6)의 외부로 연장하여, 상기 제2 도전층(23)의 일부가 노출되어 접촉부(25)를 구성한다. 상기 전극들(21, 24)은 상기 리세스(5) 및 챔버(7) 내의 수용액과 전기적으로 접촉한다. 이는 전기 회로(26)를 접촉부들(22, 25)에 연결함으로써 양친매성 분자들의 층(11)을 가로지르는 전기 신호들의 측정을 가능하게 한다.

땜납 범프 접근법은 다수의 리세스들(5)을 갖는 실시예들에서 사용되는데, 이는 각각의 웰의 바닥부로의 개별 전기적 연결들을 허용할 필요가 있기 때문이다. 이는 도 2에 도시되어 있다. 도 2에서, 단일의 도전층(20)은 상기 본체(2)를 통해, 상기 리세스(5)의 바닥부에 있는 전극(21)으로부터, 상기 본체(2)의 대향측 상에 있는 접촉부(29)로 연장하는 개별 도전 경로들(28)로 대체된다. 이러한 배열은 땜납 범프 연결부들의 사용을 허용한다. 특히, 각각의 접촉부(29) 상에 증착된 개별 땜납 범프들(60) 상에는 상기 땜납 범프들(60)이 회로 소자(61) 상의 트랙(62)과 전기적으로 접촉하도록 회로 소자(61)가 장착될 수 있다.

그러나, 땜납 범프 공정들은 많은 전기적 연결부들이 아주 근접하여 신뢰성있게 만들어지도록하지만, 형성된 전기적 연결부들이 영구적이라는 단점이 있다.

예를 들어 컴포넌트 부품들이 자기-조립에 의해 정렬되고 후속적으로 기계적으로 결합되는, 작은 스케일로 영구적인 전기적 연결부들을 형성하는 방법들이 공지되어 있다. 예를 들어, "Three Dimensional Micro-Self-Assembly Using Hydrophobic Interaction Controlled by Self-Assembled Monolayers"(Onoe 등, <Journal of Microelectromechanical Systems>, 2004, Vo.13, No.4, 603-611쪽); "Challenges for Capillary Self-Assembly of Microsystems"(Mastrangeli 등, <IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology>, 2011, Vol.1, No.1, 133-149쪽); "Surface Tension-Powered Self-Assembly of Microstructures - The State-of-the-Art"(Syms 등, <Journal of Microelectromechanical Systems>, 2003, Vol.12, No.4, 387-417쪽); 및 "Self-assembly from milli- to nanoscales: methods and applications"(Mastrangeli 등, <Journal of Micromechanics and Microengineering>, 2009, Vol. 19, DOI: 10.1088/0960-1317/19/8/083001)이 있다. 그러나, 이러한 기술들은 (화학적 활성화 관점에서, 또는 온도 또는 압력과 같은 시스템 변수의 관점에서) 극한 환경들을 요하는 경우가 많으며, 이는 민감한 컴포넌트들이 있는 전기 기기들에는 적합하지 않을 수도 있고 영구적인 전기적 연결부들을 제공할 수도 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 적어도 부분적으로 극복하는 것이다.

본 발명의 제1 양상에 따르면, 탈착 가능한 전기 기기를 제공하기 위해 서로 연결되도록 구성된 한 쌍의 컴포넌트 부품들을 포함하는 키트로서, 상기 기기의 상기 연결된 컴포넌트들은 차후에 분리될 수 있으며, 상기 키트는 : 전기 커넥터들의 어레이로서, 각각의 전기 커넥터는 전기 전도성 액체를 포함하는, 전기 커넥터들의 어레이; 및 전극들의 어레이;를 포함하며, 상기 어레이들은 상기 전기 커넥터들의 어레이의 상기 전기 전도성 액체 그리고 상기 전극들의 어레이의 전극들 사이에 다수의 전기적 연결부들을 제공하도록 서로 접촉될 수 있으며, 상기 전기적 연결부들은 차후에 상기 어레이의 전극들로부터 상기 전기 전도성 액체를 분리함으로써 끊어질 수 있는, 키트가 제공된다. 상기 기기는 상기 어레이의 상응하는 전기 커넥터들 및 전극들 사이의 이온 전류 흐름을 측정하기 위한 전기 화학 기기이다.

이 양상에 따르면, 매우 가까운 피치(pitch) 및 작은 스케일로 다수의 실행 가능한(viable) 전기 연결부들이 만들어질 수 있게 하면서, 상기 전극들로부터 상기 전기 커넥터들을 연결 및 분리하기 위해(또는 다른 전기 커넥터 세트를 상기 전극들에 다시 연결하기 위해) 상기 컴포넌트 부품들을 연결 및 분리할 수 있다. 이는 키트로 제작된 전체 기기의 다양한 컴포넌트 부품들의 개조 또는 유지보수를 용이하게 할 수 있으며, 또는 상기 컴포넌트 부품들 중 일부가 일회용으로 사용될 수 있게 하는 반면, 다른 부품들은 (아마도 더 높은 값 또는 제조비용으로) 반복적으로 재사용될 수 있게 할 수 있다.

특히, 상기 기기는 분석을 수행하기 위한 분석 기기로서 사용하기에 적합하며, 이 경우 상기 기기는 사용 중에 오염될 수 있거나, 또는 상기 컴포넌트 부품들 중 하나가 제한된 측정 수명을 갖는다. 탈착 가능한 컴포넌트들의 제공은 전극 커넥터들을 포함하는 컴포넌트 같은 컴포넌트들 중 하나의 폐기가 허용될 때 상기 기기 전체를 교체할 필요가 없도록 하면서, 대체하기에 더 비싼 또는 오염되지 않은 (전극 어레이를 포함하는 컴포넌트 같은) 다른 컴포넌트 부품의 재사용을 허용한다.

전기 전도성 액체는 이온성 액체 또는 이온성 용액일 수 있다. 이온성 액체는 통상적으로 증기압이 낮아서 매우 느리게 증발하므로, 이온성 액체들을 사용하는 것은 전기 커넥터들의 수명면에서 이점을 제공한다.

옵션으로, 전기 전도성 액체는 반고체 또는 고체의 성질을 갖는 겔이다. 겔은 중합체 사슬들(polymer chain)의 네트워크를 포함하는 중합체 하이드로겔일 수 있다. 옵션으로, 상기 중합체는 가교 결합될 수 있다. 겔의 사용은 커넥터들의 수명을 연장시키는 것을 돕고, 전극들 사이에서의 커넥터들로부터의 유체의 이동을 완화시키며, 그리고 전기 전도성 액체의 형상을 유지하는 것을 돕고, 이에 따라 전기 연결부들의 신뢰성을 증가시킨다. 그러나 겔이 아닌 전기 전도성 액체들도 사용될 수 있다.

전극들은 임의의 편리한 직경을 가질 수 있다. 전극 직경은 전형적으로 50 μm 내지 500 μm 범위 내의 임의의 직경일 수 있다.

전기 전도성 액체의 개별 방울(droplets)은 상기 어레이의 각각의 전극 상에 제공될 수 있다. 100 μm의 전극 직경에 대해, 방울은 일반적으로 상기 전극들 위에서 100 μm이하, 옵션으로 50 μm 이하, 옵션으로 20 μm 이하, 옵션으로 10 μm 이하, 추가 옵션으로 5 μm 이하의 높이를 가질 수 있다. 이와 같이, 방울들이 상기 표면에서 돌출할 수 있기 때문에, 상기 전기 커넥터들의 어레이와 상기 전극들의 어레이가 완벽하게 평평한 표면들 상에 있지 않아도 상기 전기 커넥터들의 어레이와의 안정적인 전기 연결부들을 쉽게 형성할 수 있다. 최적의 방울 크기는 전기 전도성 액체가 겔의 형태인지 여부뿐만 아니라 그것의 속성들에 의존할 수 있다.

전기적 연결부들은 자기-조립에 의해 형성될 수 있는데, 즉 전기 커넥터들과 상기 어레이의 전극들 또는 상기 어레이의 전극들의 표면들 상에 제공된 방울들 사이의 표면 에너지는 전기 커넥터들이 표면 장력을 최소화하기 위해 자기 정렬하고 전극 표면들 또는 전극들 상에 제공된 방울들에 연결하게 하는 정도이다. 이는 액체 커넥터들이 연결부들을 제공하기 위해 어레이의 전극들과 정확하게 정렬될 필요가 없다는 이점을 갖는다. 옵션으로, 전기 커넥터의 수는 상기 전극들의 어레이의 전극의 수와 동일하다. 이는, 전극들이 전기 커넥터들에 완전히 맞추어 정렬되어 있다면, 전극들의 가장 효율적인 사용법이다.

전기 커넥터들의 어레이 및 전극들의 어레이는 각각 1 μm 이하, 옵션으로 500 μm 이하, 추가 옵션으로 200 μm 이하의 피치를 가질 수 있다. 상기 어레이의 전극들의 개수는 100 이상, 옵션으로 1000 이상, 추가 옵션으로 10,000 이상, 추가 옵션으로 100,000 이상일 수 있다. 즉, 연결부들은 높은 개수와 매우 작은 스케일 및 피치로 만들어질 수 있다. 단위 면적 당 연결부 수가 높아서, 어레이들이 연결될 때 그 어레이들 사이의 표면 장력은 컴포넌트 부품들을 함께 고정(holding)하고 서로에 대한 어레이의 측면 이동을 실질적으로 방지하기에 충분할 수 있다.

옵션으로, 전기 커넥터들의 어레이 및 전극들의 어레이는 각각 제1 본체 및 제2 본체에 제공된다. 옵션으로, 상기 전극들은 상기 제2 본체의 표면에 제공된다. 상기 다수의 전기적 연결부들은 상기 제1 본체 및 상기 제2 본체의 각각의 표면들을 접촉시키거나 근접시킴으로써 형성될 수 있다. 실제로, (특히 전기 커넥터들이 상기 제1 본체의 표면으로부터 멀리 돌출된 경우) 상기 전기 커넥터들과 상기 전극들 사이의 접촉으로 인해 표면들 그 자체는 실제로 접촉하지 않을 수 있다.

옵션으로, 상기 제1 본체 및 상기 제2 본체의 각각의 표면들은 평면이다. 평평한 표면은 더 많은 연결부들이 대형 어레이에 걸쳐 더 안정적으로 형성될 수 있게 한다.

옵션으로, 상기 제1 본체 및 상기 제2 본체는 전기적 연결부들이 형성될 때 두 개의 표면들 간의 측 방향 이동을 실질적으로 방지하도록 정렬 수단을 포함한다. 상기 정렬 수단은 각각의 본체의 표면들 상에 제공될 수 있다. 옵션으로, 상기 정렬 수단은 전기 커넥터들의 어레이와 전극들의 어레이가 접촉될 때 그것들이 서로 오프셋되게 하는 전기 커넥터들의 어레이와 전극들의 어레이의 접촉을 허용할 수 있으며, 그 결과물인 어레이들 간의 전기 접속들의 개수는 각 어레이의 전기 커넥터들 또는 전극들의 개수보다 적다. 이와 같이, 두 개의 어레이들의 완벽한 정렬은 달성되지 않을 수 있지만, 여전히 복수의 전기적 연결부들이 만들어질 수 있다. 정렬 수단은 자성일 수 있다. 이는 이후에 조립된 전기 기기를 강건(robust)하게 할 수 있으며, 이로써, 상기 컴포넌트 부품들 간의 다수의 전기적 연결부들이 사용 중에 유지되도록 한다.

그러나, 전기 커넥터들의 어레이 및 전극들의 어레이 사이의 표면 장력은 단독으로 2 개의 본체들을 정렬하기에 충분할 수 있으며, 이 경우, 물리적 정렬은 자기 조립에 의존한다.

제1 본체는 제1 본체의 표면의 모세관 채널들 그리고 그로부터 돌출하거나 내부에 포함된 전기 전도성 액체를 보호하기 위해,'빈(blank)' 제2 본체에 연결되는 형태로 보관될 수 있다. 상기 빈 제2 본체의 표면은 전기 전도성 액체의 돌출부들 또는 모세관 채널들의 단부들을 전기적으로 절연시키는 실리콘 오일과 같은 전기 절연 오일을 포함할 수 있다. 전기 기기를 제공하기 위해, 제1 본체는 상기 빈 제2 본체로부터 분리되고 전극들의 어레이를 포함하는 제2 본체에 연결될 수 있다. 액체 커넥터가 겔과 같이 수성인 경우, 제1 본체의 표면에 오일을 제공하는 것은 모세관 채널로부터 돌출하는 전기 커넥터의 부분으로부터의 물의 증발을 실질적으로 방지한다. 물의 증발은 돌출부의 수축을 야기하여 어레이의 전극과 커넥터 간의 불량한 전기적 연결 또는 연결 없음을 초래할 수 있다.

옵션으로, 상기 제1 본체 및/또는 상기 제2 본체는 전기적 연결부들이 형성될 때 상기 전극들의 어레이의 전극들 사이의 전기 전도성 액체의 유동을 실질적으로 방지하는 유동 장벽을 포함한다. 옵션으로, 유동 장벽은 전극들의 표면에 대해 소수성인 전극들 사이의 표면을 포함한다. 또한, 옵션으로, 상기 유동 장벽은 제1 본체 및 제2 본체 사이에 제공된 전기 절연 유체 매질을 포함한다. 유체 매질은 제2 본체의 표면상에 제공될 수 있으며, 그리고 이 때, 상기 매질은 상기 전기 커넥터들의 전기 전도성 액체와 상기 전극들 간의 접촉에 의해 상기 전극들의 어레이의 전극들의 표면으로부터 떨어져있을 수 있다. 유체 매질은 실리콘 오일 같은 오일일 수 있다. 유동 장벽들은 개별 전기 커넥터들 및 개별 전극들 간의 일대일 연결을 달성하는데 도움이 된다.

옵션으로, 제2 본체는 집적 회로를 포함한다. 옵션으로, 상기 전극들의 어레이의 전극들은 상기 전극들로부터 제2 본체로 연장하는 커넥터들에 의해 상기 집적 회로에 연결된다.

상기 전기 커넥터들의 어레이는 모세관들의 어레이 내에 배치될 수 있다. 상기 모세관들은 상기 제1 본체의 표면까지 연장할 수 있다. 상기 제1 본체의 표면에 제공된 각각의 모세관의 단부들은 볼록한 표면을 가질 수 있다. 상기 전기 커넥터들의 제2 어레이는 상기 모세관들의 어레이로부터 돌출할 수 있다. 상기 전기 전도성 액체의 돌출 범위는 모세관들의 폭에 의존하며, 일반적으로 최대 돌출 범위는 대략 모세관 폭의 50 %정도이다. 따라서, 100 μm의 폭의 모세관에 대해, 돌출부는 50 μm 이하, 옵션으로 30 μm 이하일 수 있다. 돌출 범위는 모세관들의 폭에 의존할 것이다. 예를 들어, 100 μm의 모세관 폭에 대해, 100 μm 보다 큰 길이의 겔 돌출부는 부서지는 경향이 있다. 일반적으로, 겔화된 전기 커넥터에 대한 모세관 폭과 돌출부의 깊이의 최적 종횡비는 1 :1 이하이다. 종횡비는 1 :1 내지 10:1 사이의 값일 수 있다. 모세관들 내에 전기 커넥터들을 제공하는 것은 커넥터들의 형성을 도우며, 그리고 또한 커넥터들을 서로 분리된 상태로 유지하는데 도움이 된다. 전기 커넥터들이 모세관들의 단부에서 멀리 떨어져있게 함으로써, 어레이가 전체적으로 평면이 아닌 경우 전체 어레이에 걸쳐 더욱 안정적으로 연결부들이 만들어질 수 있다. 모세관들 내에 겔로서 전기 전도성 액체를 제공하는 것은 모세관들로부터 돌출된 액체의 형상을 유지하는 것을 돕기 때문에 유리하다. 어레이의 전극들 상에 겔 방울(gel droplet)들을 제공하는 것은 유사한 장점을 제공한다. 겔은 모세관 채널들 내에 그리고/또는 액체 형태의 어레이의 전극들의 표면상에 제공될 수 있으며, 그리고 차후에 고체 또는 반-고체를 제공하도록 고화될 수 있다. 그러나 전기 전도성 액체는 액체 형태일 수도 있으며, 이 경우, 모세관으로부터 돌출된 액체의 일부는 표면 장력에 의해 제 위치에 고정된다. 옵션으로, 제1 본체 또는 컴포넌트 부품은 하나 이상의 전극들을 포함하여, 상기 하나 이상의 전극들 및 상기 전극들의 어레이의 전극들이 전기 회로를 형성하도록 연결될 때, 상기 하나 이상의 전극들 및 상기 전극들의 어레이의 전극들 사이의 전기 전도성 액체를 통해 복수의 모세관 이온 유동 경로들을 제공한다. 상기 전기적 연결부들이 형성될 때 상기 하나 이상의 전극들 중 하나 그리고 상기 전극들의 어레이의 상응하는 전극 사이의 저항은, 일반적으로 1 kΩ 이상, 옵션으로 1 MΩ 이상, 추가 옵션으로 100 MΩ 이상, 추가 옵션으로 200 MΩ 이상, 그리고 추가 옵션으로 1 GΩ 이상이다. 저항은 예를 들어 1 GΩ 내지 10 GΩ, 또는 그 이상으로 더 클 수 있다. 저항은 전기 회로 내의 저항, 즉 2 단자 수동 전기적 컴포넌트에 의해 제공될 수 있다. 저항은 이온성 액체 또는 이온성 용액 사이에 제공된 저항성 막 내의 하나 이상의 매우 작은 애퍼처들에 의해 제공될 수 있다. 상기 애퍼처는 예를 들어 폭이 1 nm 내지 50 nm 일 수 있다.

액체 전기적 연결부들은 일반적으로 1 μA 내지 0.1 pA의 영역에서의 매우 낮은 전류 통로 및 높은 저항을 갖는 본 발명에 따른 시스템들에서 사용하기에 적합하다. 전류 통로는 10 pA 내지 1000 pA의 범위, 예를 들어 50 pA 내지 300 pA의 범위 내에 있을 수 있다. 따라서, 제1 본체 및 제2 본체 사이의 낮은 저항의 전기적 연결부들을 제공하기 위해 금속 접촉부들을 사용할 필요가 없다.

상기 기기는 전기 회로로서 표현될 수 있으며, 이러한 전기 회로에서, 회로의 다양한 컴포넌트들은 고 저항 레지스터 또는 막 애퍼처의 저항, 이온성 용액 또는 액체의 저항 및 이온성 용액 또는 액체 사이의 전극 계면에서의 저항과 같이 그것들과 연관된 전기 저항을 갖는다. 연결될 전기 커넥터와 전극 사이의 계면에서의 저항 성분은 둘 사이의 접촉 저항이다. 접촉 저항은 예를 들어 연결될 두 컴포넌트들 사이의 접촉 영역, 그리고 전극의 표면 오염 정도에 따라 변할 수 있다. 사용시, 이온 전류 흐름은 극성화된 전극들 사이, 즉 인가된 전위차 하에서 일어난다. 이와 같이, 음이온들은 양전하를 띤 전극 쪽으로 흐르고, 그 반대도 마찬가지이다. 계면은 용량성 요소를 제공하는 이중층으로서 고려될 수 있다. 전기 회로는 전극 용액/액체 계면에서의 저항과 관련된 커패시턴스를 갖는 RC 회로로 표현될 수 있다. 또한 애퍼처를 포함하는 막에 관련 커패시턴스가 존재한다.

전기적 연결부들이 형성될 때 상기 전기 전도성 액체 및 상기 전극들의 어레이의 전극 사이의 계면에서의 저항은, 상기 하나 이상의 전극들 중 하나와 상기 전극들의 어레이의 전극 사이의 총 저항의 1 % 이하, 옵션으로 0.1 % 이하, 추가 옵션으로 0.01 % 이하, 그리고 추가 옵션으로 0.001 % 이하일 수 있다.

상기 제1 본체 내의 하나 이상의 전극들은 상기 다수의 이온 유동 경로들에 공통인 전극일 수 있다.

옵션으로, 제1 본체는 다수의 나노 기공들을 포함하며, 이 때, 각각의 나노 기공은 이온 유동 경로를 가로질러 제공되는 절연 기판 내에 제공되어, 전류가 나노 기공들을 통해 전기 전도성 액체 및 상기 하나 이상의 전걱들 사이를 통과하게 한다. 이와 같이, 나노 기공들을 함유하는 본체는 기기의 나머지 부분으로부터 제거될 수 있다. 절연 기판은 양친매성 분자들의 층을 포함하는 막일 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 이전 양상의 임의의 실시예에 따른 키트로부터 조립된 탈착 가능한 전기 기기가 제공된다. 탈착 가능한 전기 기기는 분석물을 특성화(characterising)하기 위한 것일 수 있다.

하나 이상의 이러한 기기들은 분석 계측기를 제공하기 위해 하우징 내에 모듈 형태로 제공될 수 있다. 상기 분석 계측기 또는 상기 기기 자체는 : 상기 전극들의 어레이로부터의 전기 신호들을 처리하기 위한 프로세서; 데이터 처리의 결과들을 디스플레이하는 디스플레이; 측정들과 관련된 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장 수단; 저장 또는 분석을 위해 상기 기기로부터 데이터를 전송하는 데이터 전송 수단; 및 전원; 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 전기 기기를 연결하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 : 전기 커넥터들의 어레이를 제공하는 단계로서, 각각의 전기 커넥터는 전기 전도성 액체를 포함하는, 단계; 전극들의 어레이를 제공하는 단계; 및 상기 어레이의 각각의 전극들 및 상기 전기 전도성 액체 사이에 다수의 전기적 연결부들을 형성하도록 제1 어레이 및 제2 어레이를 접촉시키는 단계;를 포함한다. 옵션으로, 상기 방법은 상기 전기적 연결부들을 단절시키기 위해 상기 전극들의 어레이의 전극들로부터 상기 전기 전도성 액체를 분리시키는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 제1 양상의 실시예들 중 임의의 실시예의 키트에서 사용하기 위한 전기 커넥터들의 어레이로서, 각각의 전기 커넥터는 전기 전도성 액체를 포함하는, 전기 커넥터들의 어레이가 제공된다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 제1 양상의 실시예들 중 임의의 실시예의 키트에서 사용하기 위한 전극들의 어레이로서, 전극들 사이의 표면은 상기 전극들에 비해 소수성인, 전극들의 어레이가 제공된다.

본 발명의 효과는 본 명세서에 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

본 발명은 이하의 도면을 참조하여 단지 예로써 설명된다.
도 1은 종래 장치의 단면도이다.
도 2는 종래 장치의 단면도이다.
도 3은 서로 분리된 2 개의 컴포넌트 본체들을 구비한 전기 기기의 단면도이다.
도 4는 도 3의 전기 기기의 단면도이며, 2 개의 컴포넌트 본체들은 함께 결합되어 전기적 연결부를 형성한다.
도 5는 탈착 가능한 전기 기기의 구성 부품들 간의 연결을 위한 대안적 장치의 단면도이다.
도 6은 기판 내에 형성된 모세관들의 예를 나타낸 사시도이다.
도 7은 기판 내의 모세관들의 단면도이다.
도 8은 전극들의 어레이 내의 전극의 구조의 개략도이다.
도 9a, 도 9b, 도 9c는 양친매성 막들의 어레이가 어떻게 형성될 수 있는지를 나타내는 일련의 개략도이다.
도 10은 액체 전기 커넥터들의 어레이를 형성하기 위한 또 다른 방법을 예시하는 개략도이다.
도 11은 전기 회로의 예시적 설계를 도시한다.
도 12는 전기 기기의 컴포넌트를 형성하는 서브컴포넌트들의 사시도이다.
도 13은 도 8의 조립된 서브 컴포넌트들 중 일부의 평면도이며, 정렬 피처들을 나타낸다.
도 14는 정렬 피처들의 대안적인 세트를 예시하는 개략도이다.
도 15는 정렬 피처들의 또 다른 대안 세트를 도시하는 개략도이다.
도 16은 정렬 피처들의 또 다른 대안 세트를 도시하는 개략도이다.
도 17은 나노 기공들 및 양친매성막을 제공하는 방법의 연속 단계들에서의 상기 본체(32)의 개략적인 측면도들의 세트이다.
도 18은 하우징 내에 제공된 복수의 전기 기기 모듈들을 포함하는 분석 기기를 도시한다.
도 19는 분석 장치의 확대도이다.
도 20은 샘플 로딩 포트들을 구비한 분석 장치의 상면도를 도시한다.
도 21은 분석 기기의 개략도이다.
도 22는 대안적 모세관 채널 디자인의 개략적인 표현이다.
도 23은 또 다른 모세관 채널 디자인이다.
도 24는 커넥터들을 형성하기 위한 대안 프로세스를 도시한다.
도 25는 도 22 및 도 23에 도시된 본체 오버행(overhang) 내의 애퍼처들에 대한 대안적 설계들을 도시한다.
도 26은 커넥터들을 형성하기 위한 또 다른 대안 공정이다.
도 27은 구체에 이용 가능한 상이한 기하학 형상들의 자유도들을 개략적으로 도시한다.
도 28은 구성 부품들을 포함하는 예시적 기기의 사진이다.
도 29a 내지 도 29c는 컴포넌트 부품들을 정렬하기 위한 수단을 포함하는 또 다른 예시적인 실시예의 기기의 측면도 및 등각도이다.
도 29d는 탈착 가능한 컴포넌트의 확대도이다.
도 29e 및 도 29f는 도 29d의 탈착 가능한 컴포넌트의 유동 셀 컴포넌트 부품의 확대도를 도시한다.
도 29g 및 도 29h는 탈착 가능한 컴포넌트의 각각의 측면도 및 확대도를 도시한다.
도 29i는 유체 경로 및 샘플 진입 포트들이 가시적인 상태에 있는 기기를 도시한다.
도 30a는 탈착 가능한 컴포넌트 모듈들의 어레이를 포함하는 분석 계측기를 도시한다.
도 30b는 모듈들의 확대도를 도시한다.
도 31a 및 도 31b는 액체 커넥터들이 제공되는 예시적 본체의 사시도들이다.
도 32는 전극들의 어레이에 연결된 전기 커넥터들의 어레이의 예시도를 도시한다.
도 33a 및 도 33b는 각각 연결 상태 및 비 연결 상태에 있는 전극들의 어레이를 포함하는 칩의 일부 및 전기 커넥터들을 도시한다.
도 34a 내지 도 34f는 도 31a 및 도 31b에 도시된 설계에 대한 예시적 대안적 핀 설계들을 도시한다.
도 35a 내지 도 35d는 모세관 채널을 채우는 방법을 도시한다.
도 36은 나노 기공 기기의 회로도를 도시한다.
도 37a 및 도 37b는 나노 기공을 통한 DNA의 이송의 이온 전류 측정들에 대한 전류 대 시간 추적들을 도시한다.

본 발명자들은 연결 또는 분리를 트리거하기 위해 (화학적 또는 환경적) 극한의 조건들을 필요로 하지 않으면서 컴포넌트 부품들이 부착 및 분리될 수 있고 옵션으로 그 후에 다시 부착될 수 있는 방식으로 전기 기기의 컴포넌트 부품들 간의 전기적 연결부들의 어레이를 제공하는 방법을 고안해냈다. 전기 전도성 액체를 포함하는 전기 커넥터들의 어레이를 사용함으로써, 민감한 전기 기기 또는 그것의 컴포넌트 부품을 잠재적으로 손상시킬 수 있는 극단적인 조건들 또는 압력을 필요로 하지 않으면서 연결부들의 어레이가 견실하게(reliably) 만들어질 수 있다. 이는 두 본체들의 개별 표면 영역들을 연결하는데 필요한 압력이 매우 높을 수 있는 높은 표면 영역을 갖는 대형 어레이들의 경우 특히 그러하다. 또한, 기기는 분자 치수의 두께를 갖는 현탁된(suspended) 양친매성층과 같은 다수의 취약한 컴포넌트들을 가질 수 있다.

컴포넌트 부품들의 어레이를 분리하는 능력은 전기 커넥터들의 어레이를 포함하는 것과 같은 부품들 중 하나가 교체될 수 있게 하고, 그리고 전극들의 어레이를 포함하는 것과 같은 다른 컴포넌트 부품이 계속 함유될 수 있게 한다. 그 이후에, 어레이 전극은 전기 커넥터들의 새로운 어레이에 연결하는데 사용될 수 있다.

도 3은 전기 기기(31)의 컴포넌트 부품들을 나타내는 두 개의 본체들(32, 37)을 도시하며, 이 경우, 컴포넌트 부품들은 다수의 전기적 연결들을 제공하도록 연결될 수 있다. 상기 컴포넌트 부품들은 탈착 가능한 전기 기기를 제공하기 위해 서로 연결하기 위한 키트로서 제공될 수 있다.

본체(32)는 2 개의 평행한 표면들을 갖는다. 그러나, 상기 본체가 반드시 평행한 표면을 가질 필요는 없다. 상기 본체(32)는 임의의 적절한 물질로 제조될 수 있다. 아래에서 상세히 논의되는 바와 같이, 이러한 물질들은 그 안에 형성된 모세관들(34)을 가질 수 있어야 한다. 또한, 이하에서 더 논의되는 바와 같이, 상기 모세관들(34)을 충전하는 것을 돕기 위해, 물질이 친수성 특성을 가지는 것이 바람직하다.

상기 본체(32 및/또는 37)는 세라믹, 비-도핑된 결정질 실리콘(즉, 실리콘 웨이퍼), SU8, 폴리카보네이트 및/또는 폴리에스테르, 유리 및 이들 또는 다른 물질들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 높은 전기 저항을 갖는 다양한 물질의 범위로부터 제조될 수 있다. 상기 본체는 예를 들어 에칭, 레이저 가공, 몰딩 또는 포토 리소그래피 기술들과 같은 증착 및 제거 기술들을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 그러한 물질들에 대한 종래 기술들을 사용하여 제조될 수 있다.

모세관들(34)의 어레이는 상기 본체(32) 내에 형성된다. 상기 모세관들(34)은 상기 본체(32)의 일표면으로부터 다른 표면까지 연장된다. 상기 모세관들은 예를 들어 약 100 ㅅm의 직경 및 200 ㅅm이하의 피치를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 피치는 1 mm 이하, 보다 바람직하게는 500 ㅅm이하, 더욱 바람직하게는 200 ㅅm이하, 더욱 바람직하게는 100 ㅅm 내지 150ㅅm, 그리고 더욱 바람직하게는 50ㅅm 내지 100 ㅅm일 수 있다. 상기 모세관들의 길이는 일반적으로 100 ㅅm 내지 1 mm, 바람직하게는 150 ㅅm 내지 700 ㅅm, 그리고 더 바람직하게는 200 ㅅm 내지 500 ㅅm일 수 있다. 그러나 다른 치수들이 고려될 수 있다. 상기 모세관들은 원형 단면을 가질 수 있지만, 다른 형상들 또한 사용될 수 있다. 도 3에서, 모세관들(34)의 어레이는 상기 본체(32)를 통해 연장된다.

상기 모세관들(34)은 전기 전도성 액체로 채워진다. 액체로 채워진 모세관들은 전기 커넥터들(35)을 형성한다. 즉, 전기 커넥터들(35)의 어레이는 모세관들(34)의 어레이 내에 배치된다. 액체 커넥터들은 상기 본체(32)의 일측으로부터, 상기 본체(32)를 통해, 상기 본체(32)의 대향 표면까지 연장된다. 상기 모세관 내의 전기 액체의 부피는 모세관의 길이를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 부피를 증가시키는 것은 액체 내에 용해 가능한 산화 환원 쌍을 다량으로 제공할 수 있어 장치의 잠재적인 전기화학적 수명을 증가시킬 수 있다는 점에서 유리하다.

도 36은 제1 컴포넌트 및 제2 컴포넌트의 전극들(301, 302)을 포함하는 기기의 부분 회로도를 나타내며, 상기 전극들은 저항 막에 제공된 고 저항성 나노 기공을 통해 이온성 용액 또는 이온성 액체에 의해 연결된다. 상기 부분 회로는 RC 회로로서 간주될 수 있으며, 이 때, R_p는 기공 저항을 나타내며, R_mem은 막 저항을 나타내며, R_e는 각각 상기 막의 양측 상에 제공된 유체 샘플(fluid sample)과 전극 커넥터의 저항을 나타내며, 그리고 R_f는 상기 유체 샘플과 상기 전극 커넥터 사이의 저항이다. R_e의 값은 이온 농도에 따라 달라질 수 있지만, 일반적으로 계면 저항 또는 기공 저항에 비해 아주 적을 것이다.

도 36에서 일실시예에서 직렬로 도시된, 어레이의 전극 및 전극 커넥터 사이에 부가적인 접촉 저항 R_c이 존재한다. 상기 기공 저항 R_p은 기공을 이동시키는 분석물의 특성에 따라, 그리고 기공을 통한 이온 흐름이 제한되는 정도에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, DNA가 MspA 나노 기공을 통해 이송되는 동안, 기공 저항은 2 배 또는 3배 증가할 수 있다. 나노 기공 막뿐만 아니라 각 전극은 연관된 용량성 성분을 갖는다. 어레이의 전극 및 전기 커넥터 사이의 계면 저항 R_i은 R_c와 R_f의 함수이다. 접촉 저항 및 이에 따른 관련 용량성 성분은 어레이의 전극 및 전극 커넥터 간의 접촉의 변화로 인해 변할 수 있다. 이것은 부분적으로는 연결될 어레이의 전극 및 전기 커넥터 간의 접촉 표면적 때문이다. 특히 겔 전기 커넥터들의 경우, 접촉 정도는 겔 돌출부의 치수, 예를 들어 그것의 모양 및 깊이에 의존할 것이다. 또한, 접촉 범위는 접촉되는 컴포넌트 부품둘의 표면들의 전체적인 높이 변화로서 겔 돌출부가 압축되는 정도에 의해 결정될 것이다. 이는 또한 표면 산화 또는 표면 오염으로 인해 달라질 수 있는, 전극 표면의 저항에 의존한다.

계면 저항은 비교적 높고 다양할 수 있지만, 기공 저항 보다 훨씬 낮으므로, 그 영향이 미미하다. 결과적으로, 전기 커넥터/전극 계면에서의 커패시턴스는 최소한의 효과를 가지며, 사실상 무시될 수 있다. 이와 같이, 연결될 계면에서의 RC 시간상수 타우(τ)(τ = RC)는 최소이다.

대조적으로, 계면 저항이 전체 회로 저항의 중요한 컴포넌트라면, 저항을 통해 커패시터를 충전하는 시간을 나타내는 τ도 중요해진다. 나노 기공 막 커패시턴스의 일반적인 값은 4 pF이지만, 계면 커패시턴스는 훨씬 더 클 수 있다. 예를 들어, 계면 커패시턴스는 100 μm 직경의 전극에 대해 20 pF일 수 있다. 따라서, 계면 커패시턴스가 고려될 때, RC 컴포넌트는 중요해지며, 그리고 전류 신호의 측정은 주파수-의존적이 된다. 이는 고주파수에서 전류 신호들을 측정할 때 중요한 요소이다. 전류 신호의 고주파 성분이 손실될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 나노 기공을 통한 DNA의 이송의 측정에서, 측정된 전류 신호 레벨에 기초하여 개별적인 k-mer를 분해하는(resolving) 능력은 감소될 수 있다. 막에서의 커패시턴스는 막의 유형, 예를 들어 막이 고체 상태 또는 양친매성 층인지에 따라 값이 다를 수 있다. 고체 상태 막의 경우, 관련 커패시턴스는 최소일 수 있다. 접촉 저항을 나타내는 RC 컴포넌트는 도 36에서 직렬로 도시되어 있다. 또한 이는 전극 표면과의 접촉 유형에 따라, 즉 예를 들어 겔이 균일한 저항층을 통해 전극과 접촉하는지 또는 저항 층이 부분적으로만 존재하고 저항층을 통해서뿐만 아니라 직접 전극 표면에 접촉하는지 여부에 따라, 병렬로 나타낼 수도 있다. 바람직하게는, 전기 전도성 액체는 이온성 액체 또는 이온성 용액을 포함한다. 이온성 액체들은 증기압이 낮기 때문에 액체 커넥터들(35) 내의 액체로서 사용하기에 특히 바람직하다. 이와 같이, 이온성 액체들은 주변 대기로 매우 천천히 증발하므로, 오래 지속되는 커넥터들(35)을 제공하는데 사용될 수 있다. 이온성 액체들의 적절한 예들은 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (EMIM TFSI), 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIMBF4), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIM BF4) 및 1-Ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide (EMIM DCA)을 포함한다.

그러나, 임의의 적합한 전도성 액체가 사용될 수 있다. 특히, 나노 기공 시스템에서의 적용을 위해서는, (대략 pA 정도 일 수 있는) 매우 작은 전류만이 액체 커넥터들에 의해 통과될 필요가 있다. 이와 같이, 전기 시스템의 나머지 부분에서 더욱 큰 저항, 즉 (GΩ일 수 있고, 아마도 수 GΩ 일 수 있는) 나노 기공을 가로지르는 저항이 존재하기 때문에, 높은 저항(즉, 상대적으로 불량한 전도성)의 액체 연결부들을 갖는 것이 가능하다.

옵션으로, 액체 커넥터들(35)은 겔을 형성하도록 가교 결합될 수 있다. 이는 커넥터들의 구조적 무결성을 향상시킴으로써, 다중 재접속들(이후에 상세히 설명됨)에 대한 성능을 향상시킨다. 이러한 가교 결합은 UV 가교 결합 또는 화학적 가교 결합과 같은 공지된 방법에 의해 달성될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 액체 커넥터(35)는 본체(32)의 표면들 중 하나 또는 둘 모두를 넘어서 돌출할 수 있다. 특히, 상기 액체 커넥터(35)가, 양호한 전기 접속을 제공하는 것을 돕기 위해, 전기 기기(31)를 형성하는 다른 컴포넌트에 대면하는 표면(즉, 도 3에서 본체(32)의 하부 표면)으로부터 돌출되는 것이 바람직하다.

상기 액체 전기 커넥터들(35)은, 특히 겔의 형태일 때, 폭 100 μm의 모세관에 대해 100 μm 이하, 50 μm이하, 또는 선택적으로 30 μm 이하로 돌출할 수 있다. 이와 같이, 상기 액체 전기 커넥터들(35)은 상기 본체(32)로부터 멀리 돌출되어, 본체들(32, 37)이 접촉될 때 전극들(38)과의 양호한 연결이 이루어질 수 있게 한다. 본체(37) 내의 액체 커넥터들(35)과 전극들(38) 간의 연결이 일대일이 되도록 보장하기 위해(즉, 액체 커넥터(35)가 확산되어 하나 이상의 전극(38)과 접촉하지 않도록) 필요하다면 다양한 전략들이 채용될 수 있다. 본질적으로, 이러한 전략들은 전기적 연결부들이 형성될 때, 전극들(38) 사이의 그리고 상기 액체 커넥터(35)로부터의 전기 전도성 액체의 유동을 실질적으로 방지하기 위한 어떤 형태의 유동 장벽(flow barrier)을 제공하게 된다.

이러한 하나의 방법은 두 개의 본체들(32, 37)이 접촉하기 전에 두 개의 본체들(32, 37) 사이의 갭(39) 내에 실리콘 오일과 같은 전기적으로 절연성인 유체를 제공하는 것이다. 유체 매질은 제2 본체(37)의 표면상에 제공될 수 있으며, 그리고 전기 커넥터들(35)의 도전성 액체 및 전극들(38) 간의 접촉에 의해 전극 어레이의 전극들(38)의 표면으로부터 떨어져있을 수 있다. 이에 따라, 유체는 절연층으로서 작용하여, 두 개의 층들이 결합된 후에 개별적인 연결부들 사이에 절연을 제공한다. 따라서, 유체는 이중 효과를 제공하는데, 전기 전도성 액체의 흐름을 방지하는 것을 돕는 물리적 장벽을 제공하고, 그리고 개별 연결부들이 만들어진 후에 그것들 사이에 추가 절연 효과를 더 제공한다.

유동 장벽을 제공하는 또 다른 방법은 전기 접촉을 만들기 위해 서로 결합되는 본체들(32, 37) 중 적어도 하나의 표면들(즉, 도 3에서 본체(37)의 상부 표면 및 본체(32)의 하부 표면)을 처리하여 전기 전도성 액체의 흐름을 방해하는 것이다. 이는 상기 표면들을 전극들의 표면에 대해 소수성으로 처리함으로써 수행될 수 있다. 이와 같이, 상기 전기 전도성 액체(35)는 스스로 상기 전극들을 넘어 확산되는 데 지장을 받는다.

어떤 경우에는, 모세관들(34) 내의 액체의 적절한 작용을 장려하기 위해 본체(32)의 물질을 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 본체(32)의 물질이 (아래에 설명된 바와 같이) 상기 모세관들(34)을 채우는데 도움을 주기 위해 친수성인 것이 바람직할 수 있다. 그러나 상기 본체(32)의 메인 벌크가 (예를 들어, 상부 표면으로부터) 상기 모세관들(34)을 채우는 것을 도울 수 있는 친수성 물질로 이루어지는 반면 상기 본체(32)의 하부 표면의 외층이 소수성이어서 모세관들(34)의 개구부 너머로 전도성 액체의 퍼짐을 방해하도록 상기 본체는 다수의 개별 층들로 형성될 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 액체 커넥터들(35)은 제2 본체(37) 내 대응하는 전극 어레이(38)에 전기 접속을 제공하기 위한 것이다. 상기 전극들(38)은 상기 제2 본체(37)의 표면에 제공된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본체(37) 내의 전극들(38)의 배치는 본체(32) 내의 모세관들(34)의 배치와 흡사하다. 즉, 상기 본체(37) 내의 전극들(38)은 본체(32) 내의 모세관들과 동일한 피치로 배열된다. 또한, 상기 전극들(38)의 개수는 상기 전기 커넥터들(35)의 개수와 동일하다. 상기 전극 어레이 내의 전극들(38)의 개수 및 상기 전기 커넥터들(35)의 대응하는 수는 100 보다 많을 수 있으며, 옵션으로는 1000 보다 많을 수 있고, 추가 옵션으로는 10,000보다 많을 수 있고, 그리고 추가 옵션으로 100,000 보다 많을 수 있다.

각각의 액체 커넥터(35)가 본체(37) 상의 하나의 전극(38)과 개별적으로 접촉하도록, 상기 커넥터들(35)이 돌출하는 본체(32)의 표면은 전극들(38)이 제공되는 본체(37)의 상부 표면과 접촉하거나 근접할 수 있다. 어레이들에 걸친 모든 연결부들을 신뢰성있게 만드는 것을 돕기 위해, 상기 전기 커넥터들(35)이 돌출하는 제1 본체(32)의 표면, 그리고 상기 전극들(38)이 제공되는 제2 본체(37)의 표면은 평면이거나 동일한 표면 형태를 갖는 것이 바람직하다. 연결부들의 형성은 도 4에 도시되어 있다.

상기 본체(37)는 예를 들어 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit; ASIC) 또는 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA) 같은 집적 회로를 포함할 수 있다. 상기 본체(37)의 전극들(38)은 이러한 집적 회로에 대한 연결부들일 수 있다. 즉, 상기 전극들(38)은 상기 전극들로부터 상기 제2 본체(37)로 연장되는 커넥터들에 의해 상기 집적 회로에 연결될 수 있다. 이와 같이, ASIC를 포함하는 컴포넌트 부품의 물품 비용은 모세관들의 어레이를 포함하는 컴포넌트 부품보다 훨씬 클 수 있다.

이와 같이, 본체(37)는 분석 또는 측정 기기의 일부 또는 분석물을 특성화(characterizing)하기 위한 임의의 기기를 형성할 수 있다. 도 3에 묘사된 전기 기기는 측정 시스템, 특히 중합체 분자들로부터의 측정을 취하기 위한 나노 기공 시스템이다.

결정될 중합체 분석물은 나노 기공 어레이와 접촉하고 제1 본체의 하나 이상의 전극들과 전기적으로 접촉하도록 상기 기기에 부가될 수 있다. 상기 중합체는 상기 제1 본체의 공통 전극과 상기 제2 본체의 전극들의 어레이 사이에 형성된 전위 하에서 나노 기공을 통과하도록 유발될 수 있다. 전위차는 50 mV와 2V 사이의 값, 보다 일반적으로는 100 mV 및 300 mV 사이의 값일 수 있다.

상기 전기 회로(26)의 예시적 설계는 도 11에 도시되어 있다. 상기 전기 회로(26)의 주요 기능은 제1 본체의 공통 전극과 전극 어레이의 전극 사이에 발생된 전류 신호를 측정하는 것이다. 이는 단순히 상기 측정된 신호의 출력일 수 있지만, 원칙적으로 상기 신호의 추가 분석을 포함할 수도 있다. 상기 전기 회로(26)는 일반적으로 매우 낮은 전류를 감지하고 분석하기에 충분히 민감해야한다. 예를 들어, 열린 막 단백질은 일반적으로 1M 염 용액으로 100 pA 내지 200 pA의 전류를 통과시킬 수 있다.

이 구현예에서, 전극(24)은 어레이 전극으로 사용되고, 그리고 전극(21)은 공통 전극으로서 사용된다. 따라서, 전기 회로(26)는 가상 접지 전위에 있고 상기 전기 회로(26)에 전류 신호를 공급하는 전극(21)에 대한 바이어스 전압 전위를 상기 전극(24)에 제공한다.

상기 전기 회로(26)는 상기 전극(24)에 연결된 바이어스 회로(40)를 가지며, 상기 바이어스 회로(40)는 2 개의 전극들(21, 24)에 걸쳐 실질적으로 나타나는 바이어스 전압을 인가하도록 구성된다.

또한, 상기 전기 회로(26)는 2 개의 전극들(21, 24)에 걸쳐 나타나는 전류 신호를 증폭하기 위해 전극(21)에 연결된 증폭기 회로(41)를 갖는다. 일반적으로, 상기 증폭기 회로(41)는 2 개의 증폭단(42, 43)으로 구성된다.

상기 전극(21)에 연결된 입력 증폭단(42)은 전류 신호를 전압 신호로 변환한다.

상기 입력 증폭단(42)은 일반적으로 수십에서 수백 pA 정도의 크기를 갖는 전류 신호를 증폭하는데 필요한 이득을 제공하기 위해, 예를 들어 500 MΩ 의 높은 임피던스 피드백 저항을 갖는 반전 증폭기로서 구성된 전위계 연산 증폭기와 같은 트랜스-임피던스 증폭기를 포함할 수 있다.

대안적으로, 입력 증폭단(42)은 스위치드 적분기 증폭기를 포함할 수 있다. 이는 피드백 요소가 커패시터이고 사실상 잡음이 없기 때문에 매우 작은 신호에 적합하다. 또한, 스위치드 적분기 증폭기는 더 넓은 대역폭 성능을 갖는다. 그러나 적분기는 출력 포화가 발생하기 전에 적분기를 리셋할 필요성 때문에 불감 시간을 갖는다. 이 불감 시간은 약 1 마이크로초로 감소될 수 있으므로, 필요한 샘플링 속도가 훨씬 더 높으면 이 불감 시간은 별로 중요하지 않다. 필요한 대역폭이 더 작으면 트랜스 임피던스 증폭기가 더 간단하다. 일반적으로, 스위치드 적분기 증폭기 출력은 리셋 펄스로 이어지는 각 샘플링 주기의 끝에서 샘플링된다. 적분의 시작을 샘플링하기 위해 추가 기술들을 사용하여 시스템 내의 작은 오류들을 제거할 수 있다.

상기 제2 증폭단(43)은 제1 증폭단(42)에 의해 출력된 전압 신호를 증폭하고 필터링한다. 제2 증폭단(43)은 충분한 이득을 제공하여 데이터 획득 유닛(44)에서 처리하기에 충분한 레벨로 신호를 상승시킨다. 예를 들어, 제1 증폭단(42)에서 500 MΩ 피드백 저항으로, 약 100 pA의 통상적인 전류 신호가 주어지면, 제2 증폭단(43)에 대한 입력 전압은 약 50 mV일 것이며, 이 경우, 제2 증폭단(43)은 50 mV 신호 범위를 2.5V로 높이기 위해 이득 50을 제공해야한다.

전기 회로(26)는 적절한 프로그램을 실행하는 마이크로프로세서일 수 있거나 또는 전용 하드웨어를 포함할 수 있는 데이터 획득 유닛(44)을 포함한다. 이 경우, 바이어스 회로(40)는 데이터 획득 유닛(44)의 일부 또는 전용 기기일 수 있는 디지털-아날로그 변환기(46)로부터의 신호를 공급받는 반전 증폭기에 의해 간단히 형성된다. 디지털-아날로그 변환기(46)는 소프트웨어로부터 데이터 획득 유닛(44)에 로딩된 코드에 의존하는 전압 출력을 제공한다. 유사하게, 증폭기 회로(41)로부터의 신호는 아날로그-디지털 변환기(47)를 통해 데이터 수집 카드(40)에 공급된다.

전기 회로(26)의 다양한 컴포넌트들은 개별 컴포넌트들로 형성될 수 있으며, 또는 컴포넌트들 중 임의의 컴포넌트가 공통 반도체 칩으로 통합될 수 있다. 전기 회로(26)의 컴포넌트들은 인쇄 회로 기판 상에 배열된 컴포넌트들에 의해 형성될 수 있다. 전극들의 어레이로부터의 다수의 신호들을 처리하기 위해, 전기 회로(26)는 각각의 전극(21)에 대해 증폭기 회로(41) 및 A/D 변환기(47)를 복제함으로써 본질적으로 변형되어 각 리세스(5)로부터의 신호들을 병렬로 획득할 수 있게 한다. 입력 증폭단(42)이 스위치드 적분기들을 포함하는 경우, 이들은 디지털 제어 시스템이 샘플-앤드-홀드 신호를 처리하고 적분기 신호를 리셋할 것을 필요로 할 것이다. 디지털 제어 시스템은 FPGA(field-programmable-gate-array device) 상에서 가장 편리하게 구성된다. 또한 FPGA는 표준 통신 프로토콜, 즉 USB 및 이더넷과의 인터페이스에 필요한 프로세서와 같은 기능들 및 로직을 통합할 수 있다. 전극(21)이 접지 상태로 유지되기 때문에, 이를 전극 어레이에 공통으로 제공하는 것이 실용적이다.

이러한 시스템에서, 폴리뉴클레오타이드 또는 핵산과 같은 중합체, 단백질 같은 폴리펩타이드, 다당류 또는 임의의 다른 (천연 또는 합성) 중합체는 적절한 크기의 나노 기공을 통해 전달될 수 있다. 폴리뉴클레오타이드 또는 핵산의 경우, 중합체 단위는 뉴클레오타이드일 수 있다. 이와 같이, 분자들은 나노 기공을 통과하고, 그 동안 나노 기공을 가로지르는 전기적 특성들이 모니터링되고, 나노 기공을 통과하는 특정 중합체 단위들의 특징을 나타내는 신호가 획득된다. 따라서, 신호는 중합체 분자에서 중합체 단위들의 서열을 식별하거나 서열 특성을 판별하는데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 특성들은 다음 중 하나 이상으로부터 선택된다 : (ⅰ) 폴리뉴클레오타이드의 길이, (ⅱ) 폴리뉴클레오타이드의 동일성(identity), (ⅲ) 폴리뉴클레오타이드의 서열, (ⅳ) 폴리뉴클레오타이드의 2차 구조, 그리고 (ⅴ) 폴리뉴클레오타이드의 변형 여부.

중합체는 폴리뉴클레오타이드(또는 핵산), 단백질 같은 폴리펩타이드, 다당류, 또는 임의의 다른 중합체일 수 있다. 중합체는 천연 또는 합성일 수 있다. 중합체 단위는 뉴클레오타이드일 수 있다. 뉴클레오타이드는 상이한 핵 염기를 포함하는 서로 다른 유형일 수 있다.

폴리뉴클레오타이드는 DNA(deoxyribonucleic acid), RNA(ribonucleic acid), cDNA 또는 또는, PNA(peptide nucleic acid), GNA(glycerol nucleic acid), TNA(threose nucleic acid), LAN(locked nucleic acid), BAN(bridged nucleic acid), 또는 뉴클레오타이드 측쇄를 갖는 다른 합성 중합체 같은 당업계에 공지된 합성 핵산일 수 있다. 폴리뉴클레오타이드는 단일 가닥일 수 있거나, 이중-가닥일 수 있거나, 또는 단일 가닥 및 이중 가닥 영역들 모두를 포함할 수 있다. 일반적으로, cDNA, RNA, GNA, TNA, 또는 LNA는 단일 가닥이다.

본원에 기재된 방법은 임의의 뉴클레오타이드를 식별하는데 사용될 수 있다. 뉴클레오타이드는 자연발생적이거나 인공적일 수 있다. 뉴클레오타이드는 전형적으로 핵 염기(본원에서 "염기"로 축약될 수 있음), 당 및 적어도 하나의 인산기를 함유한다. 핵 염기는 일반적으로 헤테로고리형이다. 적절한 핵 염기는 퓨린 및 피리미딘, 보다 구체적으로는 아데닌, 구아닌, 티민, 우라실 및 시토신을 포함한다. 당은 일반적으로 오탄당이다. 적절한 당은 리보오스 및 디옥시리보오스를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 뉴클레오티드는 전형적으로 리보뉴클레오타이드 또는 디옥시리보뉴클레오타이드이다. 뉴클레오타이드는 일반적으로 일인산염, 이인산염 또는 삼인산염을 함유한다.

뉴클레오타이드는 손상되거나 후성적인(epigenetic) 염기를 포함할 수 있다. 뉴클레오타이드는 별개의 신호를 갖는 마커로서 작용하도록 라벨링되거나 변형될 수 있다. 이 기술은 염기의 부재, 예를 들면, 폴리뉴클레오타이드 내의 무염기 유닛(abasic unit) 또는 스페이서를 확인하는데 사용될 수 있다.

변형되거나 손상된 DNA(또는 유사 시스템)의 측정을 고려할 때 보완적인 데이터가 고려되는 방법들이 특히 유용하다. 제공된 추가 정보를 사용하면, 보다 많은 수의 기본 상태(underlying state)를 구별할 수 있다.

또한, 중합체는 폴리 뉴클레오타이드 이외의 중합체 유형일 수 있으며, 이의 비-제한적인 예들은 다음과 같다.

중합체는 폴리펩타이드일 수 있으며, 이 경우, 중합체 단위는 자연 발생적인 또는 합성인 아미노산일 수 있다.

폴리머는 다당류일 수 있으며, 이 경우, 중합체 단위는 단당류일 수 있다.

본 발명에서 사용될 수 있는 중합체 하이드로겔의 예들은 PVA(polyvinyl alcohol), 젤라틴, 아가로오스, 메틸셀룰로스, 히알루론산, 폴리 아크릴 아미드, 실리콘 하이드로 겔, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리AMPS, 폴리비닐피로리돈, 다당류 및 폴리(에틸렌 글리콜)디메타크릴레이트를 포함한다. 하이드로겔은 호모폴리메릭, 코폴리메릭 또는 멀티폴리머 상호 침투 폴리메릭 네트워크(interpenetrating polymeric network; IPN)일 수 있다. 하이드로겔은 UV 경화형일 수 있다. 겔을 형성하기 위한 UV 중합에 의한 가교 결합은 겔을 형성하기 위한 가교 결합이 액체를 가열하거나 화학 반응물을 첨가할 필요 없이 실온에서 수행될 수 있기 때문에 특히 유리하다. 전기 전도성 액체가 겔인 경우, 이는 액체의 형태로 모세관들에 편리하게 부가된 후 차후에 응고될 수 있다.

바람직하게는, 제1 본체의 하나 이상의 전극들 및/또는 어레이의 전극들은 백금, 팔라듐, 금 또는 탄소와 같은 불활성 물질로 형성된다.

산화 환원 쌍은 제1 본체의 하나 이상의 전극들 및 어레이의 전극들 사이의 전위차를 유지시키는 역할을 하는 이온 유동 경로에 제공될 수 있다. 산화 환원 쌍은 모세관 유동 경로 및/또는 전극 어레이의 표면들 상의 방울(droplets)에 제공될 수 있다. 대안적으로, 전극들은 Ag/AgCl 및 Cu-CuSO4와 같은 산화 환원 쌍을 포함할 수 있다.

나노 기공 시스템에서, 그러한 기기는 일련의 웰(well) 내에 제공된 기공들을 가로지르는 전기적 활성을 모니터링할 수 있다. 도 3에서, 웰들은 커넥터-충진된 모세관들(34) 위에 리세스(36)로서 제공된다. 즉, 리세스들(36)은 본체(32) 상에 제공될 수 있고, 각각의 웰 리세스(36)는 모세관(34)에 연결된다. 도 3에서, 본체(32)는 웰 벽(33)에 대한 지지체로서 작용한다. 웰 벽(33)은 (예를 들어, 리소그래피 기술을 통해 구성되는) 본체(32) 상에 별도의 층으로서 제공될 수 있다.

다른 배열들에서, 별도의 웰 벽은 존재하지 않을 수 있으며, 이 경우, 웰 리세스는 본체(32)에 바로, 아마도 모세관의 상부로서 형성될 수 있다(이 경우, 액체 커넥터들(35)은 모세관 전체(34)를 채우지 않을 것이다).

나노 기공 시스템에서, 일반적으로 나노 기공은 나노미터 단위의 크기를 갖는 기공이다. 나노미터 기공은 생물학적 기공 또는 고체 상태 기공일 수 있다. 생물학적 기공들의 예들은 막관통 단백질 기공일 수 있다. 도 3의 예에서, 생물학적 나노 기공들은 웰 리세스(36)를 가로질러 형성된 양친매성 층에 존재한다. 대조적으로, 일반적으로 고체 상태 기공은 고체 상태 층 내의 애퍼처이다. 어느 경우이든, 나노 기공은 각 모세관(34)을 가로질러 제공되어 시스템이 사용될 때 이온 유동 경로(후술됨)를 가로질러 제공되는 절연 기판 내에 제공된다. 이와 같이, 전류는 나노 기공들을 통과한다.

전술한 바와 같이, 나노 기공의 양측 전극 사이의 신호가 모니터링된다. 도 3에서, 이 배열은 본체(32)의 상부 표면상의 공통 전극(50), 그리고 본체(37) 내의 개별 전극들(38)의 서열의 제공에 의해 개략적으로 도시된다. 실제로, 공통 전극은 상기 본체(37) 내에 적어도 부분적으로 형성된 전기 회로의 나머지 부분으로의 연결을 용이하게 하기 위해, 본체(32)의 바닥을 통해 연결될 수 있다(명확성을 위해 도 3에서는 본체(32)의 상부에 도시되어 있다). 대안적으로, 하나의 공통 전극(50) 대신에, 제1 본체(32)는 하나 이상의 전극(50)을 포함할 수 있다.

사용시, 판단될 관심 대상 분석물을 포함하는 샘플 액체는 각 웰과 공통 전극(50) 간의 전기적 연결을 제공하면서 본체(32)의 상부 표면상에 제공될 것이다. 또한, 전기 경로는 액체 커넥터(35)를 통해 형성되며, 그리고 각 웰 리세스(36)에 지지된 나노 기공의 다른 쪽의 전극(38)에 대해 형성된다. 즉, 전기 연결부들이 형성될 때, 전극들의 어레이의 전극들(38) 및 하나 이상의 전극들(50) 사이에 다수의 모세관 이온 유동 경로들이 존재한다. 이와 같이, 나노 기공들을 통해 상기 하나 이상의 전극들(50) 및 전기 전도성 액체 사이에 전류가 흐른다.

이는 도 21에 개략적으로 도시되어 있으며, 도 21에서, 회로(230)는 연결된 기기(200)의 어레이(미도시)의 전극들을 공통 전극(210)에 연결한다. 사용시, 액체 샘플(220)은 공통 전극(210)과 전기적으로 접촉하여 기기에 부착된다. 공통 전극은 프릿(frit)에 의해 샘플로부터 분리될 수 있다. 이는 예를 들어 Ag/AgCl과 같은 기준 전극일 수 있는 공통 전극을 이용하여 샘플의 임의의 잠재적 오염을 피한다.

이와 같이, 공통 전극(50)과 임의의 개별 전극(38) 사이에 통과된 전류는 본체(32) 상에 형성된 대응하는 개별적인 웰 리세스 내의 전기적 활동을 나타낸다. 이와 같이, (도 3의 구성 요소(51)에 의해 개략적으로 도시된) 적합한 분석 유닛은 이와 같은 데이터를 적절하게 해석할 수 있다.

전술한 바와 같이, 나노 기공 회로에서의 저항은 전형적으로 매우 크다. 예를 들어, 전극들(50, 38) 사이의 저항은 1 kΩ 보다 크고, 심지어 1 MΩ보다 크고, 심지어 100 MΩ 보다 크고, 심지어 1 GΩ보다 클 수 있다. 이와 같이, 전기 커넥터들(35)에서의 상대적으로 큰 저항조차도 전체 분석 시스템에서 상대적으로 중요하지 않다. 이와 같이, 그러한 시스템들에서의 액체 커넥터들의 사용은, 예를 들어 솔리드 스테이트 전기 연결들에 비해, 그것들의 높은 저항의 관점에서 문제를 일으키지 않는다. 실제로, 액체 커넥터들(35) 및 본체(37)의 전극들(38) 사이의 계면 저항은 나노 크기 시스템에서 전극들(50, 38) 사이의 저항의 1 % 이하, 때로는 0.1 % 이하, 심지어 0.01% 이하, 또는 심지어 0.001 % 이하일 수 있다.

전기 측정들은 다음의 문헌들에 기술된 표준 단일 채널 기록 장비를 사용하여 수행될 수 있다 : Stoddart D등, Proc Natl Acad Sci, 12; 106(19):7702-7, Lieberman KR 등, J Am Chem Soc. 2010; 132(50):17961-72; 및 WO-2000/28312.

일반적으로, 측정이 기공을 통한 이온 전류 흐름의 전류 측정일 때, 통상적으로 이온 전류는 DC 이온 전류일 수 있지만, 이론상으로 대안은 AC 전류 흐름(즉, AC 전압의 인가 하에서 흐르는 AC 전류의 크기)을 사용하는 것이다.

광학 측정은 전기적 측정과 결합될 수 있다(Soni GV 등, Rev Sci Instrum. 2010 Jan; 81(1):014301).

이 기기는 다른 특성을 동시에 측정할 수 있다. 측정은 전술한 것들 중 임의의 것일 수 있는 상이한 물리적 특성들의 측정들이기 때문에 상이한 특성일 수 있다. 대안적으로, 측정들은 동일한 물리적 특성들의 측정이지만 상이한 조건들 하에서의 측정(예를 들어 서로 다른 바이어스 전압 하에서의 전류 측정과 같은 전기적 측정)이기 때문에 상이한 특성들일 수 있다.

제1 본체의 하나 이상의 전극들은 일반적으로 그라운드로 고정된 공통 전극이며, 전위차는 전극들의 어레이에서의 전위를 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 회로는 어레이의 각 전극에서의 전위의 선택적 제어를 가능하게 할 수 있으며, 이로써, 전위차는 어레이의 각 센서 나노 기공에서 변화되어, 예를 들어 기공으로부터 중합체를 방출하기 위해 나노 기공에 역전위를 인가할 수 있다.

일반적으로, 생화학적 분석 시스템에 의해 취해진 각각의 측정은 중합체 단위들의 각각의 시퀀스의 k 중합체 단위들인 k-mer에 의존하며, 여기서 k는 양의 정수이다. 이상적으로 측정은 단일 중합체 단위(즉, k 가 1인 경우)에 의존할 것이지만, 생화학 분석 시스템(1)의 많은 전형적인 유형에서, 각각의 측정은 복수의 중합체 단위들의 k-mer(즉, k는 복수 정수)에 의존한다. 즉, 각각의 측정은 k-mer 내의 중합체 단위들 각각의 서열에 의존하며, 여기서 k는 복수의 정수이다.

생화학 분석 시스템에 의해 수행된 일련의 측정에서, 복수 측정들의 연속적인 그룹은 동일한 k-mer에 의존한다. 각 그룹의 복수 측정들은 하기 논의된 일부 변동(variance)이 적용된 일정한 값을 가지며, 따라서 일련의 원시 측정들에서 "레벨"을 형성한다. 그러한 레벨은 일반적으로 동일한 k-mer(또는 동일한 유형의 연속적인 k-mer들)에 의존하는 측정들에 의해 형성될 수 있으며, 따라서 생화학 분석 시스템의 공통 상태에 대응할 수 있다.

신호는 큰 세트일 수 있는 한 세트의 레벨들 사이를 이동한다. 계측기의 샘플링 속도와 신호의 노이즈가 주어지면, 레벨들 간의 전이들이 즉각적으로 고려될 수 있으므로, 신호는 이상화된 스텝 트레이스(step trace)로 근사될 수 있다.

도 37a는 효소 조절 하에 나노 기공을 통한 DNA의 이송 동안의 시간에 따른 전형적인 전류 신호를 도시한다. 신호는 나노 기공 내의 개별 k-mer들을 나타내는 도 37b에 도시된 바와 같은 스텝 트레이스들을 확인하기 위해 분석될 수 있다.

각 상태에 대응하는 측정들은 사건의 시간 단위(time scale)에 걸쳐 일정하지만, 대부분의 유형의 생화학 분석 시스템에 대하여 짧은 시간 단위에 걸쳐 변동될 수 있다. 예를 들어 전기 회로 및 신호 처리에서 발생하는, 특히 전기 생리학의 특수한 경우의 증폭기에서 발생하는 측정 노이즈로 인해 변동(variance)이 발생할 수 있다. 이러한 측정 노이즈는 측정될 특성들의 작은 규모 때문에 불가피하다. 또한, 차이는 생화학 분석 시스템의 기본 물리적 또는 생물학적 시스템에서의 고유 변동 또는 확산으로 인해 발생할 수 있다. 대부분의 유형의 생화학 분석 시스템은 더 크거나 작은 범위 내에서 그러한 고유한 변동을 경험할 것이다. 임의의 주어진 유형들의 생화학 분석 시스템에서, 두 변이원이 기여할 수 있거나, 또는 이러한 노이즈원들 중 하나가 지배적일 수 있다.

또한, 일반적으로, 그룹의 측정 횟수에 대한 사전 지식이 없으며, 이는 예측할 수 없을 정도로 변화한다.

변동, 그리고 측정 횟수의 지식의 결여인 이러한 두 요인은, 예를 들면 그룹이 짧거나 그리고/또는 두 연속적 그룹의 측정 레벨이 서로 가까운 경우, 그룹들 중 일부를 구별하기 어렵게 할 수 있다.

일련의 원시 측정은 생화학 분석 시스템에서 발생하는 물리적 또는 생물학적 과정의 결과로서 이 형태를 취할 수 있다. 따라서 일부 상황에서 각각의 측정 그룹은 "상태"로서 지칭될 수 있다.

예를 들면, 생화학 분석 시스템의 일부 유형에서, 기공을 통한 중합체의 이송으로 구성된 사건(event)이 래칫 방식(ratched manner)으로 발생할 수 있다. 래칫 이동(ratched movement)의 각각의 단계 동안, 나노 기공을 가로지르는 소정의 전압에서 나노 기공을 통해 흐르는 이온 전류는 일정하고, 상술된 바와 같이 변동된다. 따라서, 측정의 각각의 그룹은 래칫 이동의 단계와 관련된다. 각각의 단계는 중합체가 기공에 대해 개별적 위치에 존재하는 상태에 대응한다. 상태의 기간 동안 정확한 위치에서 일부 변동(variation)이 존재할 수 있더라도, 상태들 사이에는 중합체의 큰 단위 이동(large scale movement)이 존재한다. 생화학 분석 시스템의 특성에 의존하여, 상태들은 나노 기공에서의 결합 사건(binding event)의 결과로서 발생할 수 있다.

개별 상태의 지속 시간은 기공을 가로질러 인가되는 전위, 중합체를 래칫(ratchet)하는데 사용되는 효소의 유형, 중합체가 효소에 의해 기공을 통해 밀리거나 당겨지는지 여부, pH, 염 농도 및 존재하는 뉴클레오시드 3인산의 유형 같은 여러 요인들에 의존할 수 있다. 상태의 지속 시간은 일반적으로 생화학적 분석 시스템(1)에 따라 그리고 임의의 주어진 나노 기공 시스템에 대해, 0.5 ms와 3 s 사이에서 변할 수 있으며, 상태들 사이에서 임의의 무작위 변동을 갖는다. 지속 시간의 예상 분포는 임의의 주어진 생화학 분석 시스템에 대해 실험적으로 결정될 수 있다.

중합체의 취해진 측정들은 중합체를 특성화하기 위해 WO2013/041878 또는 WO2013/121224에 개시된 바와 같은 방법에 의해 분석될 수 있다. 이 분석은 클라우드에서 또는 PC 상에서와 같이 원격으로 수행될 수 있다. 대안적으로, 기기는 데이터 분석 수단을 포함할 수 있다.

이송 속도가 1000 염기/초 정도일 수 있을지라도 효소 조절 하에 나노 기공을 통한 DNA의 전형적 이송 속도는 약 30 염기/초이다. 따라서 측정 시스템은 시간 경과에 따른 전류 신호의 변화들을 기록할 수 있어야 한다. 전류 신호를 효과적으로 측정하는 능력은 전류 변화에 반응하는 전극들의 능력에 부분적으로 의존할 것이다. 따라서, RC 시간 성분, 즉 용액/전극 계면에서 이중층 커패시터를 충전하는데 걸리는 시간은 낮은 것이 바람직하다.

양친매성 층은 지질 이중층들을 형성할 때 통상적인, 단일 성분 또는 성분들의 혼합물을 가질 수 있는 지질을 포함할 수 있다.

지질 이중층을 형성하는 임의의 지질들이 사용될 수 있다. 지질들은 표면 전하, 막 단백질을 지지하는 능력, 충전 밀도, 또는 기계적 성질들과 같이 요구되는 특성들을 갖는 지질 이중층이 형성되도록 선택된다. 지질은 하나 이상의 상이한 지질을 포함할 수 있다. 또한, 지질은 화학적으로 변형될 수 있다. 그러나 그러한 천연 발생 지질은 예를 들어 단백질 또는 계면활성제에 의한 생물학적 분해를 일으키기 쉽고, 고전압을 견딜 수 없다. 바람직하게는, 양친매성 층은 자연적으로 발생하지 않는다. 양친매성 중합체 막은 고전압에 견딜 수 있기 때문에 지질막보다 바람직하다.

다른 예에서, 양친매성 분자들은 제1 외부 친수성 그룹, 소수성 핵 그룹 및 제2 외부 친수성 그룹을 포함하는 양친매성 화합물을 포함할 수 있으며, 여기서, 제1 외부 친수성 그룹 및 제2 외부 친수성 그룹 각각은 소수성 핵 그룹에 연결된다. 양친매성 분자들은 poly(2-methyloxazoline)-block-poly(dimethylsiloxane)-block-poly(2-methyloxazoline) (PMOXA-PDMS-PMOXA) 같은 이중 블락 중합체 또는 삼중 블락 중합체일 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 양친매성 막의 예가 WO2014064444A1에 개시되어 있다.

막은 솔리드 고체 상태 층일 수 있다. 고체 상태 층은 마이크로전자 물질(microelectronic material), Si₃N₄, Al₂O₃, SiO₂와 같은 절연 물질(insulating material), 폴리아미드와 같은 유기 및 무기 폴리머, 테플론®과 같은 플라스틱 또는 2성분형 부가-큐어 실리콘 고무(two-component addition-cure silicone rubber)와 같은 탄성중합체(elastomers), 및 유리를 포함하나, 이에 제한되지 않는, 유기 물질 및 무기 물질로부터 형성될 수 있다. 고체 상태 층은 그래핀(graphene)으로부터 형성될 수 있다. 적절한 그래핀 층들은 국제 출원 PCT/US2011/039621 (WO/2012/005857로 공개)에 개시되어 있다.

막 관통 기공(transmembrane pore)은 막을 어느 정도 가로지르는 구조이다. 이는 인가된 전위에 의해 구동되는 수화된 이온이 막을 가로질러 또는 막 내에서 흐르도록 허용한다. 막 관통 기공은 일반적으로 막 전체를 가로지르기 때문에, 수화된 이온은 막의 일 측에서 막의 다른 측으로 흐를 수 있다. 그러나 막 관통 기공은 막을 가로지를 필요는 없다. 막 관통 기공은 한쪽 끝이 닫혀있을 수 있다. 예를 들어, 기공은 수화된 이온이 흐를 수 있는 막 내의 웰, 갭, 채널, 트랜치 또는 슬릿일 수 있다.

본 발명에서 임의의 막 관통 기공이 사용될 수 있다. 기공은 생물학적 또는 인공적일 수 있다. 적합한 기공은 단백질 기공, 폴리 뉴클레오타이드 기공 및 고체 상태 기공을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 기공은 DNA 오리가미(origami) 기공일 수 있다(Langecker et al., Science, 2012; 338: 932-936).

바람직하게는, 막 관통 기공은 막 관통 단백질 기공이다. 막 관통 단백질 기공은 분석물(analyte) 같은 수화된 이온이 막의 한 쪽으로부터 막의 다른 쪽으로 흐를 수 있도록 하는 폴리펩타이드 또는 폴리펩타이드의 집단(collection)이다. 본 발명에서, 막 관통 기공은 인가된 전위에 의해 구동된 수화된 이온이 막의 일측에서 다른 쪽으로 흐를 수 있도록 하는 기공을 형성할 수 있다. 바람직하게는, 막 관통 단백질 기공은 뉴클레오타이드와 같은 분석물이 막(예를 들어, 삼중블록 공중합체 막)의 일측에서 다른 측으로 흐를 수 있도록 한다. 막 관통 단백질 기공은 DNA 또는 RNA 같은 폴리뉴클레오타이드가 기공을 통해 이동될 수 있게 한다.

막 관통 단백질 기공은 모노머 또는 올리고머일 수 있다. 바람직하게는, 기공은 적어도 6 개, 적어도 7개, 적어도 8개, 또는 적어도 9개의 서브유닛들과 같은, 여러 반복 서브유닛으로 구성된다. 바람직하게는, 기공은 6량체, 7량체, 8량체 또는 9량체 기공이다. 기공은 호모-올리고머 또는 헤테로 올리고머일 수 있다.

일반적으로 막 관통 단백질 기공은 이온이 흐를(flow) 수 있는 배럴(barrel) 또는 채널을 포함한다. 기공의 서브유닛은 통상적으로 중앙축(central axis)을 둘러싸고 막 관통 β-배럴 또는 채널 또는 막 관통 α-헬릭스 번들 또는 채널에 대한 가닥을 제공한다(contribute).

막 관통 단백질 기공의 배럴 또는 채널은 통상적으로 뉴클레오타이드, 폴리뉴클레오타이드 또는 핵산과 같은 분석물과의 반응을 용이하게 하는 아미노산을 포함한다. 바람직하게는, 이들 아미노산은 배럴 또는 채널의 수축부(constriction) 근처에 위치된다. 막 관통 단백질 기공은 통상적으로 아르기닌, 라이신 또는 히스티딘과 같은 하나 이상의 양전하 아미노산, 또는 티로신 또는 트립토판과 같은 방향족 아미노산을 포함한다. 이들 아미노산은 통상적으로 기공과 뉴클레오타이드, 폴리뉴클레오타이드 또는 핵산 간의 상호작용을 용이하게 한다.

본 발명에 따라 사용하기 위한 막 관통 단백질 기공은 β-배럴 기공 또는 α-헬릭스 번들 기공으로부터 유래될 수 있다. β-배럴 기공은 β-가닥으로 형성되는 배럴 또는 채널을 포함한다. 적절한 β-배럴 기공은 α-헤모리신, 탄저균 독소(anthrax toxin) 및 류코시딘(leukocidin)과 같은 β-독소, 및 미코박테리움 스메르마티스 포린(Mycobacterium smegmatis porin, Msp)과 같은 박테리아의 외부 막 단백질/포린, 예를 들면 MspA, MspB, MspC 또는 MspD, 외부 막 포린 F (OmpF), 외부 막 포린 G (OmpG), 외부 막 포스포리파제 A 및 나이세리아 자가수송체 리포단백질 (Neisseria autotransporter lipopretein, NalP) 및 lysenin 같은 다른 기공들을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. α-헬릭스 번들 기공들은 α-헬릭스로부터 형성되는 배럴 또는 채널을 포함한다. 적절한 α-헬릭스 번들 기공은 WZA 및 ClyA 독소와 같은, 내부 막 단백질 및 외부 막 단백질을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 막 관통 기공은 lysenin으로부터 유도될 수 있다. lysenin으로부터 유도된 적절한 기공들은 국제 출원 PCT/GB2013/050667(WO 2013/153359로 공개)에 개시되어 있다. 막 관통 기공은 Msp 또는α-용혈소 (α-HL)으로부터 유래될 수 있다. 2 개의 이온 매질을 분리하는 양친매성 층에 제공된 나노 기공의 저항은 기공을 가로질러 인가된 전위차 하에서의 이온 전류 흐름의 측정들로부터 쉽게 계산될 수 있다. 저항은 기공 채널의 내부 치수, 인가된 전위차뿐만 아니라 이온 이동도에 따라 달라질 것이다. 100 mV의 전위차 하에서 기공을 전위시키는 1M 농도의 KCL 수용액에 대한 α-용혈소에 대한 전형적인 값은 약 1 GΩ이다. MspA 나노 기공은 더 큰 치수의 내부 채널을 가지므로, 더 큰 전도성을 갖는다. 따라서, 동일한 조건에서, 돌연변이 유형에 의존하는 채널의 저항은 일반적으로 약 500 MΩ정도이다.

중합체가 기공을 통해 이송될 때 측정을 수행하기 위해, 이송의 속도는 중합체 결합 모이어티(polymer binding moiety)에 의해 제어될 수 있다. 일반적으로, 상기 모이어티는 인가된 필드와 같은 방향으로 또는 인가된 필드에 반하여(against) 상기 기공을 통해 상기 중합체를 이동시킬 수 있다. 상기 모이어티는, 예를 들어 상기 모이어티가 효소인 경우, 효소 활성을 사용하는 분자 모터로서 또는 분자 브레이크로서 사용될 수 있다. 중합체가 폴리 뉴클레오타이드인 경우, 폴리 뉴클레오타이드 결합 효소의 사용을 포함하는 이송의 속도를 조절하기 위해 제안된 다수의 방법들이 존재한다. 폴리 뉴클레오타이드의 이송 속도를 조절하기 위해 적합한 효소들은 폴리메라아제(polymerase), 헬리케이스(helicase), 엑소뉴클레아제(exonuclease), 단일 가닥 및 이중 가닥 결합 단백질, 및 자이레이스(gyrase) 같은 토포이소머라아제(topoisomerase)를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 다른 중합체 유형의 경우, 해당 중합체 유형과 상호작용하는 모이어티들이 사용될 수 있다. 중합체 상호 작용 모이어티는 WO 2010/086603, WO2012/107778 및 Lieberman KR 등, J Am Chem Soc. 2010;132(50), pp 17961-19772에 개시된 임의의 것과, 전압 의존성 기법(voltage gated schemes)(Luan B et al., Phys Rev Lett. 2010;104(23):238103)에 대한 임의의 것일 수 있다.

중합체 결합 모이어티는 중합체 움직임을 제어하기 위해 여러 가지 방법으로 사용될 수 있다. 상기 모이어티는 인가된 필드와 같은 방향으로 또는 인가된 필드에 반하여(against) 상기 기공(32)을 통해 상기 중합체를 이동시킬 수 있다. 상기 모이어티는, 예를 들어 상기 모이어티가 효소인 경우, 효소 활성을 사용하는 분자 모터로서, 또는 분자 브레이크로서 사용될 수 있다. 중합체의 이송은 기공을 통한 중합체의 움직임을 제어하는 분자 래칫(molecular ratchet)에 의해 제어될 수 있다. 분자 래칫은 중합체 결합 단백질일 수 있다.

폴리뉴클레오타이드의 경우, 폴리뉴클레오타이드 결합 단백질은 폴리뉴클레오타이드 취급 효소인 것이 바람직하다. 폴리뉴클레오타이드 취급 효소는 폴리뉴클레오타이드와 상호작용하고 폴리뉴클레오타이드의 적어도 하나의 속성을 변형시킬 수 있는 폴리펩타이드이다. 효소는 디뉴클레오타이드 또는 트리뉴클레오타이드 같은 뉴클레오타이드의 더 짧은 사슬들 또는 개개의 뉴클레오타이드들을 형성하도록 폴리뉴클레오타이드를 절단함으로써 폴리뉴클레오타이드를 변형시킬 수 있다. 효소는 폴리뉴클레오타이드를 배향시키거나 특정 위치로 이동시킴으로써 폴리뉴클레오타이드를 변형시킬 수 있다. 폴리뉴클레오타이드 취급 효소는 표적 폴리 뉴클레오타이드에 결합할 수 있고 그것의 기공을 통한 이동을 제어할 수 있는 한 효소 활성을 나타내지 않아도 된다. 예를 들어, 효소는 그것의 효소 활성을 제거하도록 변형될 수 있거나, 또는 효소로서 작용하지 못하게 하는 조건 하에서 사용될 수 있다. 그러한 조건들은 이하에서 더 상세히 논의된다.

폴리뉴클레오타이드 취급 효소는 뉴클레오타이드 분해 효소로부터 유도될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 효소의 구조에서 사용되는 폴리뉴클레오타이드 취급 효소는 효소 분류(Enzyme Classification; EC) 그룹들 3.1.11, 3.1.13, 3.1.14, 3.1.15, 3.1.16, 3.1.21, 3.1.22, 3.1.25, 3.1.26, 3.1.27, 3.1.30 및 3.1.31중 어느 하나의 멤버로부터 유도된다. 효소는 WO2010/086603에 개시된 효소들 중 임의의 효소일 수 있다.

단일 가닥 DNA 서열에 적합한 전략들은 인가된 전위와 같은 방향으로 또는 인가된 전위에 반하여(against), 시스(cis)에서 트랜스(trans) 및 트랜스에서 시스로의 기공(32)을 통한 DNA의 이송이다. 가닥 서열을 위한 가장 유리한 메커니즘은 인가된 전위 하에서 기공(32)을 통한 단일 가닥 DNA의 제어된 이송이다. 이중 가닥 DNA에서 점진적으로 또는 순차적으로 작용하는 엑소뉴클레아제들은 기공의 시스(cis)쪽에서 사용되어 남아있는 단일 가닥을 인가된 전위 하에서 공급하거나, 기공의 트랜스(trans) 쪽에서 사용되어 남아있는 단일 가닥을 역전위하에서 공급할 수 있다. 마찬가지로, 이중 나선 DAN를 푸는 헬리카제 또한 유사한 방식으로 사용될 수 있다. 인가된 전위에 반한 가닥 이송을 필요로 하는 시퀀싱 응용의 가능성이 있지만, DNA는 역전위하에서 또는 전위가 없는 상태에서 효소에 의해 우선 "포착"되어야 한다. 결합 후 전위가 다시 전환되면, 가닥은 기공을 통해 시스에서 트랜스로 변할 것이고, 전류 흐름에 의해 연장된 형태로 유지될 것이다. 단일 가닥 DNA 엑소뉴클레아제들 또는 단일 가닥 DNA 의존성 중합효소는 최근에 이송된 단일 가닥을, 기공을 통해, 제어된 단계적 방식으로(트랜스에서 시스로), 인가된 전위에 대해 역으로 끌어당기는 분자 모터로서 작용할 수 있다. 대안적으로, 단일 가닥 DNA 의존성 중합효소는 기공을 통한 폴리 뉴클레오타이드의 이동을 늦추는 분자 브레이크로서 작용할 수 있다. 예를 들어, WO 2012/107778, WO 2012/033524, WO 2012/033524, WO 2013/057495 또는 WO 2014/013260에 기술된 임의의 모이어티들, 기술들 또는 효소들이 중합체 이동을 제어하는데 사용될 수 있다.

산화 환원 쌍은 전기 전도성 액체에서 가용성이거나 부분적으로 가용성일 수 있다. 그러한 예들로는 페리/페로시아나이드(ferri/ferrocyanide), 페로센/페로시늄(ferrocene/ferrocinium), Ru(NH3)6Cl3, 및 Ru(LL)(2)(X)(2)이며, 이 때, LL은 1,10-phenanthroline 또는 2,2'-bipyridine형 리간드이며, X는 산성 리간드이다. 대안적으로, 산화 환원 쌍은 Ag/AgCl과 같은 금속 및 그것의 불용성 금속염을 포함할 수 있다. 산화 환원 쌍은 기준 전극일 수 있다. 전극들 사이의 이온 흐름의 결과로서, 산화 환원 쌍의 멤버는 (그것의 극성에 따라) 전극에서 산화되거나 환원되며, 시간이 지남에 따라 소모되어 기기의 수명을 제한할 수 있다. 소모의 정도는 전류 흐름의 크기에 의존할 것이다. 산화 환원 쌍의 전기 화학적 수명은 존재하는 산화 환원 쌍의 농도 또는 양을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 모세관 채널의 길이를 증가시키는 것은 산화 환원 쌍의 양을 증가시킬 수 있는 편리한 방법이다.

산화 환원 쌍은 겔을 형성하기 전에 전기 전도성 액체에 첨가될 수 있다. 대안으로서, 산화 환원 쌍은 겔 속으로 확산될 수 있다. 산화 환원 쌍의 소모를 최소화하기 위해, 제3 전극이 제공될 수 있으며, 이 경우, 두 개의 전극들 사이에서 전류가 발생하며, 전위차는 상기 전극들 중 하나와 제3 전극 사이에서 유지된다. 이러한 시스템은 3 전극 시스템으로 지칭될 수 있다. 그러나 실제로는, 본원에 설명된 2 전극 시스템을 제공하는 것이 더 편리하다.

도면들로 되돌아가면, 도 5는 본체(37)의 전극들(38)에 액체 커넥터들(52)이 제공되는 대안적인 배열의 예를 도시한다. 이러한 액체 커넥터들(52)은 개별 전극들(38) 상에 개별 방울(droplet)들로서 제공될 수 있다. 즉, 각각의 방울(52)은 단일 전극과 접촉하고, 하나 이상의 전극과 접촉하지 않는다. 방울(52)은 커넥터들(35) 내의 액체와 동일한 액체거나 또는 상이한 전도성 액체일 수 있다. 다시 한번, 액체는 겔화될 수 있다. 방울들은 전극들(38) 위에서 20 μm이하, 옵션으로 10 μm이하, 추가 옵션으로 5 μm이하의 높이를 가질 수 있다.

방울들(52)은 예를 들어 전극들(38)에 대해 적절하게 소수성인 본체(37)의 표면상에 전극들(38)을 제공함으로써 제공될 수 있으며, 이로써, 전기 전도성 액체가 표면에 제공될 때, 방울들(52)은 표면의 가장 친수성인 부분으로서 전극들 상에 자연적으로 형성된다.

액체 방울들의 존재는 본체(37)의 표면을 넘어서는 돌출부를 형성할 수 있고, 따라서, 예를 들어 본체(37, 32)의 표면들이 완전히 평행하지 않은 경우에도, 본체(32)의 커넥터들(36)과의 양호한 전기 연결을 제공하는 것을 돕는다. 이와 같이, 불완전한 표면들이 존재하는 경우에도, 본체(32) 내의 높은 비율의 모세관들은 본체(37) 내의 전극들(38)에 성공적으로 연결될 수 있다.

도 6은 본체(32)의 일부를 형성하는 모세관 기판의 일부를 도시한다. 기판은 표준 리소그래피 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 기판은 유리, 실리콘, 경화 가능한 에폭시계 포토라미네이트, 고리형 올레핀 공중합체(cyclic olefin copolymer; COC) 또는 고리형 올레핀 중합체(cyclic olefin polymer; COP) 같은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 물질은 전기 전도성 액체와 관련하여 그 표면 특성들에 영향을 미치기 위해, 그리고 예를 들어 아래에서 논의되는 클리핑 공정을 제어하기 위해, 예를 들어 실란 코팅된 유리와 같이 코팅될 수 있다. 이 예에서, 모세관(34)은 그것이 기판의 경화 후에 후속적으로 제거된 툴 주위에 형성된다는 사실로 인해 폭이 점점 가늘어진다. 도 6에 도시된 캐스텔레이션은, 도 17c에 도시된 바와 같이, 양친매성 막들이 달려있을 수 있는 모세관 채널의 입구 둘레 주위에 형성된 상승된 영역들이다. 그루브들은 그 영역에서 양분되도록 제공된다. 캐스텔레이션들의 형상은 도 6에 도시된 것으로 한정되지 않으며, 다른 형상들이 고려될 수 있다.

테이퍼링을 없애기 위해, 원한다면, 도 6에 도시된 바와 같이 2 개의 기판들은 중간에서 넓어지고 각각의 표면을 향해 좁아지는 모세관들(34)을 생성하기 위해 "서로 등을 대고(back to back)" 배치될 수 있다. 대안적으로, 반대 프로파일은 기판을 다른 방향으로 결합함으로써 생성될 수 있다 : 중간에서 가늘고 표면쪽으로 넓어지는 모세관들. 이는 도 7에 도시되어 있다. 또한, 도 7은 전기 전도성 액체(35) 및 전극들(38) 사이에 형성된 전기적 연결부들을 도시한다. 이 예에서, 액체는 모세관들(34)로부터의 임의의 출구를 감소시키는 겔을 형성하기 위해 가교-결합되어 있고, 그리고 유리하게는, 상기 겔은 볼록한 유체 메니스커스(meniscus)가 모세관들의 단부로부터 연장할 수 있게 한다. 막(54)이 모세관(34) 내에 제공된 전기 전도성 액체와의 전기적 접촉을 유지하는 것을 보장하는 것이 중요하다. 수계 이온성 용액에 대한 이온성 액체의 사용은 그것이 물의 흡수 증발로 인해 수축하거나 팽창하기 어렵다는 점에서 유리하다. (도 6에 도시된 상부 표면상의) 모세관들(34)의 단부에는 나노 기공들을 함유하는 막들이 달려있을 수 있는 웰 벽(33)을 제공하는 한 방법인 캐스텔레이션들이 제공되어 있다. 모세관들(34)은 다른 본체(37)(도 6에서 도시되어 있지 않음)와의 전기 접속을 제공하도록 기판의 타 단부(하부 표면)까지 연장한다.

나노 기공들 및 양친매성 막들은 상기 캐스텔레이션들(33)이 제공되는 본체(32)의 표면에 걸쳐 나노 기공들 및 양친매성 분자들을 포함하는 하나 이상의 액체들을 유동시킴으로써 형성될 수 있다. 나노기공들 및 양친매성 막들을 어레이로 제공하는 적절한 방법은 PCT/GB2013/052766(WO2014064443으로 공개됨)에 개시되어 있다.

도 17에 예시된 바와 같은 가능한 방법의 예에서, 모세관 채널(42)은 전기 전도성 액체(43)로 채워진다. (a)에 도시된 바와 같이 전기 전도성 액체와 혼화되지 않고 양친매성 분자들을 포함하는 무극성 액체(44)가 본체(40)의 표면 위로 흐른다. 본체 표면 위로의 흐름은 유동 셀(flow cell)에서 발생할 수 있다. 액체는 액체(44)를 클립핑하는 본체의 표면 위로 극성 매질(43)을 유동시킴으로써 후속적으로 변위되며, 이로써, 양친매성 분자들을 포함하는 층은 전기 전도성 액체와 접촉하는 캐스텔레이션(46)에 매달린다. 극성 매질은 완충제를 포함할 수 있다. 비극성 액체는 탄화수소 또는 오일 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 적합한 오일은 실리콘 오일, AR20, 또는 헥사데칸(hexadecane)을 포함한다. 캐스텔레이션은 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 그루브들을 포함할 수 있으며, 상기 그루브들은 양친매성 막 영역 내외로의 극성 및 무극성 액체의 유동을 가능하게하는데, 예를 들어 과량의 액체가 양친매성 막 영역으로부터 흐를 수 있게 한다. 이 그루브들은 또한 클리핑 과정을 돕고, 양친매성 막들이 올바른 위치에 매달려 있도록 한다.

본체의 상부에 걸쳐 무극성 매체를 흘리는 것의 대안으로서, 무극성 액체는 예를 들어 정전 스프레이에 의해 도포된 미세한 방울들의 형태로 본체의 표면상에 직접 증착될 수 있다.

극성 매질은 양친매성 막에 삽입되어 양친매성 막을 통해 극성 매질과 전기 전도성 액체 사이에 전기 경로를 제공할 수 있는 나노 기공들을 포함할 수 있다. 그 후, 극성 매질은 예를 들어 공기와의 치환에 의해 제거될 수 있다. 극성 매질을 제거하는 대신 극성 액체가 남아있을 수 있다. 대안적으로, 극성 매질을 제거한 후, 나노 기공들을 포함하는 추가 매질이 양친매성 막들에 추가될 수 있다. 나노 기공을 가로지르는 임의의 확산을 최소화하기 위해, 극성 매질 및 전기 전도성 액체는 삼투압으로 매칭될 수 있다. 양친매성 막이 전기 전도성 액체 상에 클리핑되고 성공적으로 형성될 수 있는 정도는 전기 전도성 액체와 본체의 물질 사이의 접촉각, 무극성 액체와 본체의 물질 간의 접촉각뿐만 아니라, 모세관 채널의 너비와 캐스텔레이션의 높이와 같은 다수의 요인들에 의해 결정된다.

이상적으로, 막 마다 하나의 나노 기공이 제공된다. 이것이 발생하는 정도는, 부분적으로, 막들에 적용된 매질 내 나노 기공들의 농도에 따라 결정된다. 막 내로의 나노 기공들의 삽입 정도는 PCT/US2008/004467(WO2008/124107으로 공개됨)에 개시된 바와 같은 전압 피드백 제어에 의해 제어될 수 있다.

각각의 본체들의 2 개의 표면들 사이에 신뢰성 있는 전기 접속들을 제공하기 위해, 그 2 개의 표면들은 어느 정도 서로 형상이 같아지는 것이 바람직하다. 그러나, 표면들은 실질적으로 강성( 및 예를 들어, 평면) 또는 가요성일 수 있다.

도 8은 전극 어레이 내의 하나의 전극(38)의 구조의 예를 도시한다. 전도성 층(41), 예를 들어 백금층와 같은 금속층은 전극(38)이 제공되는 본체(37)의 표면(42) 상에 제공된다. SU8 시드층은 표면(42)에, 그리고 옵션으로 전도층(41)의 일부 위에 도포되어, 전기적 액체가 접촉될 수 있는 노출된 전극 영역(44)을 한정한다. SU8은 소수성 표면을 제공하기 위해 실란 코팅을 이용하여 변형될 수 있다. 즉, 전극들(38)의 어레이는 노출된 전극 영역들(44)의 어레이를 포함한다. 액체 전기 접촉부들(35)은, 사용시에, 노출된 전극 영역들(44)로의 전기적 접속들을 형성한다. 이 예에서, 전도층(41)은 예를 들어 실리콘일 수 있는 절연 기판(46) 상에 형성된다. 전도성 상호 연결부들(45), 예를 들어 도핑된 실리콘 산화물은 절연층에 제공되어, 땜납(48)의 범프 본딩에 의해 상기 노출된 전극 영역(44) 및 인쇄 회로 기판(PCB)(47) 사이에 전기 접속을 제공한다. 이 예에서, 상기 PCB(47)는 ASIC(27)에 더 접속된다. 이와 같이, 추가 층들은 ASIC(27)와 같은 정교한 부품들에 악영향을 미치지 않으면서 전기 접촉부들을 만들기 위해 최적화되는 표면(42)의 준비를 가능하게 한다.

도 9는 액체 커넥터들(35)이 본체(32)에서 생성될 수 있는 한 가지 방법을 나타내는 개략도이다. 도 9a에서, 본체(32)는 비어있는(즉, 주위 대기 가스로 채워지는 또는 액체 커넥터들(35)을 형성하는데 사용되는 전도성 액체가 아닌 다른 액체로 채워진) 모세관들(34)의 어레이가 제공된다. 전도성 액체는 채널에서 본체(32) 아래에서 흐른다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 채널을 통해 흐르는 액체는 채널 내의 압력에 의해 본체(32) 내의 모세관들을 통과하게 된다. 그 후, 도 9c에 도시된 바와 같이, 채널을 통해 공기(또는 다른 유체)를 흐르게 함으로써, 모세관들(35)에 포획된 액체는 남겨둔 채 채널이 클리어링될 수 있다. 이러한 방법은 모세관의 각 단부로부터 볼록한 돌출부를 갖는 액체로 채워진 모세관을 얻는데 사용될 수 있다. 이 시나리오에서, 원하는 볼록 형상을 생성하기 위해 저점도 유체의 흐름을 사용하는 도 8c의 동작은 "클리핑(clipping)"으로 지칭된다.

도 9는 양압을 사용하여 모세관들을 충전하는 예이지만, 수동 또는 모세관 작용, 또는 본체(32) 내의 모세관들을 통해 액체를 흡입하기 위해 부압(즉, 진공)을 사용하는 것과 같은 다른 충전 방법들이 가능하다. 예를 들어, 도 10은 딥 충전의 예이다.

도 10에서, 모세관들(34)은 진공 하에서 딥충전된다. 모세관 기판(32)은 저장소(53) 내의 전기 전도성 액체를 통해 화살표 방향으로 끌어당겨지고, 진공 하에 채워진다. 도 10에서와 같은 방법에 의해 채워진 모세관들(34)은, 전기 커넥터들(35)의 자유 표면에 바람직한 볼록 형상을 제공하기 위해, 차후에 도 9c를 참조하여 상기에서 논의된 바와 같은 "클리핑" 작업을 받을 수 있다. 이러한 클리핑은 공기를 "클리핑" 유체로서 사용하여, 그리고 본체(32)의 물질에 대해 80 내지 110ㅀ 사이의 습윤성을 갖는 전도성 액체를 사용하여 수행될 수 있다. 적절한 시스템들은 이온성 액체를 갖는 광-중합된 폴리(에틸렌 글리콜) 디메타크릴레이트(PEGDMA) 기반 하이드로겔, 또는 이온성 용액을 갖는 폴리아크릴아미드를 포함한다.

전술한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 특히 나노 기공 응용에서, 어레이의 잠재적으로 많은 수의 전극들 및 전기 연결부들의 매우 작은 피치는 액체 커넥터들(35)이 전극들(38)과 정렬되도록 본체들(32, 37) 간의 주의 깊은 정렬을 필요로 한다. 그러나, 일반적으로 나노 기공 시스템 실험에 가외성(redundancy) 요소가 있어, 동일한(또는 동등한) 측정들이 여러 상이한 웰들에서 수행된다는 점에 유의해야한다. 실제로, (수행되는 개별 나노 기공 측정들의 수에 대응하는) 본체(32 및 37) 사이의 전기적 연결들의 수는 수천일 수 있다. 이와 같이, 어레이의 에지에서의 전기 접속들이 형성되지 않지만 어레이의 중심에서의 접속들이 형성되도록, 본체들(32, 37)의 정렬이 피치의 배수만큼 오프셋되는 것이 허용될 수 있다. 이와 같이, 본체들(32, 37)을 정확하게 정렬할 때 약간의 여유를 줄 수 있다. 즉, 정렬이 완벽하지 않더라도, 적어도 피치 크기의 배수만큼 정렬이 일치하지 않은 경우, 실행 가능한 연결부들이 만들어질 수 있다. 달리 말하면, 정렬 수단은 전기 커넥터들(35)의 어레이와 전극들(38)의 어레이가 접촉될 때 그것들이 서로 오프셋되도록 전기 커넥터들(35)의 어레이와 전극들(38)의 어레이의 접촉을 허용할 수 있으며, 이 때, 어레이들 간의 결과적인 전기 접속들의 개수는 각 어레이의 전기 커넥터들(35) 또는 전극들(38)의 개수보다 적다.

임의의 경우에, 전기 접속들이 형성될 때 두 개의 표면들(제1 본체(32) 및 제2 본체(37)의 대향 표면들) 사이의 측 방향 운동을 실질적으로 방지하도록, 제1 본체(32) 및 제2 본체(37)의 일부로서, 소정의 형태 또는 정렬 수단을 제공하는 것이 바람직하다. 정렬 수단은, 예를 들어, 각각상응하는 본체(32, 37)의 표면들 상에 제공될 수 있다.

적절한 정렬을 제공하는 하나의 접근법이 도 12 및 도 13에 도시되어 있다. 임의의 정렬 시스템에는 (X, Y, Z, 피치(pitch), 요우(yaw), 롤(roll))을 제약하는 6 개의 자유도가 존재한다. 이 시스템 Z에서, 피치 및 롤은 (도 12에는 도시되지 않았지만 도 19의 모듈러 컴포넌트(130)의 일부로서 도시된) 전극 어레이를 포함하는 컴포넌트(71)의 표면상으로 모세관 어레이를 포함하는 컴포넌트(72)를 밀어붙임으로써 제한된다. 도 12 및 도 13의 예의 컴포넌트(72)는 5 개의 메인 서브-컴포넌트들로 이루어질 수 있지만, 다른 실시예들에서 다른 구성들이 가능하다. 웰- 및 액체 커넥터-함유 서브-컴포넌트(73)는 도 12에서 가장 아랫부분에 있으며, 그리도 또한 버퍼를 함유하고 웰을 가로질러 막들을 형성하는데 필요한 구조들을 함유한다. 서브-컴포넌트(73)는 정렬 피처들 및 유체 채널들을 함유하는, 더 큰 하부 유동셀 서브-컴포넌트(74)에 정렬되고 결합될 수 있다. 이와 같이, 작은 서브-컴포넌트(73)는 더 큰 서브-컴포넌트(74)의 정렬에 의해 보다 쉽게 정렬될 수 있다. 추가의 서브-컴포넌트(75)는 (후술되는) 전극/스프링 부착, 프릿 억제(frit containment) 및 매개체 저장소, 그리고 처리 및 샘플 추가를 위한 충전 포트들을 제공할 수 있는 상부 유동셀 컴포넌트일 수 있다.

별개의 충전재 서브-컴포넌트(76)는 서브-컴포넌트(75)의 윈도우에 설치되어, 예를 들어 공장 프로세스에서의 막들의 형성 후에, 유동셀 부품들을 폐쇄할 수 있으며, 그리고 또한 추가 톱-로더 포트(top-loader port)들을 포함한다. 바람직하게는 스테인리스 및 백금 도금된 휘어진 스프링(77)은 전극 접촉부에 제공되고, 그리고 또한 정렬의 일부로서 편향력을 제공하도록 제공된다.

이 예에서, 정렬은 (컴포넌트(71)에 존재하는) 정렬 핀들(78)에 대해 상기 하부 유동셀 서브-컴포넌트(74) 내의 접촉점들을 편향시킴으로써 달성될 수 있다. 도 13에서, 하부 정렬 핀(78)에 대해 두 개의 접촉점들(79)이 도시되어 있고, 상부 정렬 핀(78)에 대해 단일 접촉점이 도시된다. 도시되지 않았지만, 스프링(77)은 (컴포넌트(71)가 조립될 때) 공통 전극(50)과 접촉하면서 정렬 핀들(78)을 향하여 접촉점들(79)을 밀어주는 컴포넌트를 가로지르는 편향력(화살표 A로 표시됨)을 제공한다.

이 방법은 매우 반복적인 정렬을 가능하게 하지만, 컴포넌트 공차들에 따라 정확도가 낮을 수 있다. 컴포넌트들(71, 72)을 정렬하는데 요구되는 높은 전체 정확도를 유지하고 고가의 높은 허용 오차 요구사항들 및 어셈블리를 통한 허용 오차 축적을 방지하기 위해, 각각의 서브컴포넌트(73)는 개별적으로 정렬되어 하부 유동셀(74)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 모든 하부 유동셀 컴포넌트(74)는 광학 정렬 시스템 하에서 2 개의 핀 기준점들을 포함하는 기준 마스터 상에 장착될 수 있다. 이는, 예를 들어 몰딩 공정으로 인한, 하부 유동셀 서브컴포넌트(74) 내의 결함들의, 컴포넌트들(71, 72)의 전체 정렬에 대한 영향을 감소시킬 수 있다.

유사하게, 컴포넌트(72)의 정렬 핀들은 제 위치에서 결합되기 전에 개별적으로 정렬될 수 있다. 제조 중에, 이러한 핀 피쳐들은 이상적인 유동셀(74)을 복제하는 기준 마스터에 삽입될 수 있어서, 상기 핀들은 이상적인 유동셀 마스터에 대해 광학적으로 정렬되어 제 위치에 고정될 수 있다. 이는 허용 오차 축적으로 인한 정렬에 대한 부정적인 영향을 낮추는데 도움을 줄 수 있으며, 그리고 예를 들어 일반 가공 허용 오차가 허용할 수 있는 것보다 더 나은 전체 정렬을 가능하게 할 수 있다.

컴포넌트(71)를 손으로 컴포넌트(72) 내로 밀어 넣음으로써 컴포넌트(71)가 z 축에 정렬된다. 이는 정렬 핀들(78)에 대해 가압하는 스프링력에 의해 제자리에 유지된다. 또한, 하부 유동셀 서브 컴포넌트(74) 상의 작은 립과 같은 추가 포지셔닝 피처들은 컴포넌트(71)를 제 위치에 유지하는 것을 도울 수 있지만, 그러한 피처들은 전극 스프링(77) 보다 낮은 힘을 발휘하여 시스템이 정렬 상태를 벗어나지 않게 해야 한다.

대안적인 정렬 방법(도 14)은 본체들(32, 37)의 접촉 표면들 상에 마이크로 피처들(80)을 사용하는 것일 수 있다. 그러한 마이크로 피처들(80)은 임의의 적절한 방법에 의해 기계 가공되거나 표면들로 몰딩될 수 있다. 일례에서, 묘사된 바와 같이, 이러한 피처들은 반복적인 톱니형 패턴의 진폭(amplitude)(도 14에서 'B')이 모세관들의 피치에 대응하는 상보성의 "톱니형" 구조들로서 제공될 수 있다. 그러나, 동일한 진폭 B를 갖는 (예를 들어, 정사각형의 "작은 톱니 모양들(crenulations)" 같은) 임의의 적합한 형상이 사용될 수 있다. 이러한 패턴들은 전극/커넥터 어레이들의 양축에 평행한 방향으로 제공되어, 각각의 축을 따라 정렬을 제공할 수 있다. 상술된 바와 같이, 이러한 정렬은 어레이 피치의 정수배만큼 일치하지 않는 전체 정렬 때문에 외부 연결들이 이루어질 수 없도록 하면서 정확한 로컬 정렬을 장려할 수 있다.

그러한 정렬의 또 다른 예가 도 15에 도시되어 있다. 이 예에서, '상어 피부' 마이크로 피처들(80)은 본체들(32, 37)의 모서리 주위에 제공된다. 이와 유사하게, 도 16은 또 다른 마이크로 피처 패턴(80)을 도시한다. 도 16a는 본체(32 또는 37)의 표면상의 패턴의 예를 도시하는 반면, 도 16b는 위에서 본 패턴의 예를 도시한다. 도 16b에서 볼 수 있는 바와 같이, 패턴은 본질적으로 입방체이며, 위에서볼 때 등각 투영 그리드와 닮았다. 이 패턴은 3 축을 따른 슬라이딩/정렬을 허용할 수 있으며, 이는 커넥터들(35) 및 전극들(38)의 육각형 배열을 고려할 때 유용할 것이다.

도 18은 복수의 서브 컴포넌트 부품들을 포함하는 분석 계측기(100)를 도시한다. 뚜껑(110)은 디스플레이를 포함할 수 있다. 부품들은 모듈식 형태로 제공되어, 계측기에 어레이를 추가하거나 제거하는 것을 가능하게 한다. 계측기는 이러한 분석 기기들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

도 19는 6 개의 모듈들(120) 및 동등한 수의 모듈(130)을 갖는 분석 계측기(100)의 확대도(expanded view)이다. 상기 모듈(120) 각각은 도 12에 도시된 바와 같이 복수의 제1 본체들을 포함하며, 상기 모듈(130) 각각은 전극들의 어레이를 포함하는 복수의 제2 본체들을 포함한다. 상기 모듈들은 필요한 기기의 수에 따라 개별적으로 계측기에서 제거되거나 계측기에 추가될 수 있다. 복수의 모듈들(120)은 개별 기기들을 연결하기 위해 복수의 모듈들(130)로 하강될 수 있는 격실(compartment)에 수용된다.

도 20은 계측기 내에 제공된 복수의 전기 기기들 상에 샘플을 로딩하기 위한 샘플 로딩 포트들(310)을 갖는 계측기의 도면이다. 샘플은 도면에 도시된 바와 같이 예를 들어 멀티-피펫을 사용하여 로딩될 수 있다.

도 22는 웰 어레이들의 대안 디자인을 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이 커넥터들(35)을 형성하는 방법의 한 가지 단점은 형성 조건들이 적절히 제어되지 않으면 겔 돌출부들의 길이가 어레이 영역에 걸쳐 변할 수 있다는 것이다. 이는 커넥터들을 통해 전달되는 힘을 초래할 수 있는데, 이러한 힘은 사용시 커넥터들마다 다르다. 일부 커넥터들이 다른 커넥터들 보다 더 세게 "눌러지기(squashed)" 때문이다. 이는 결국 최대로 눌러진 커넥터들(35)이 웰들 내에서 위로 들어올려지는 위험을 야기하며, 이는 나노 기공 막들과 채널들의 말단부에 손상을 줄 수 있다.

도 22는 커넥터(35)가 형성된 후에 웰 내에서 이동하는 가능성을 제한하는 구성을 개략적으로 (그리고 각 웰의 상부에 필러(33) 없이) 도시한다. 웰은 본체(32)와 비교하여 오버행(32a)으로 형성된다. 결과적으로, 메인 웰의 직경 보다 작은, (이 예에서는) 웰의 바닥에 도입된 애퍼처(254)가 존재한다.

참고로, 도 22의 치수는 다음과 같을 수 있다. 애퍼처 직경(A)은 약 50 μm일 수 있지만, 하나 또는 여러 개의 조리개가 사용되었는지 여부 또는 패턴 유형(아래 참조)에 따라 달라질 수 있다. 애퍼처(32a)를 갖는 본체(32)는 TMMF S2000(Tokyo Ohka Kogyo Ltd)('TOK')와 같은 라미네이트형 UV 포토레지스트로 구성될 수 있다. 본체는 원하는 형상 및 구조를 제공하기 위해 포토레지스트 물질의 하나 이상의 층들을 적층(laminating)하고 UV 방사선에 선택적으로 노출시킴으로써 구성될 수 있으며, 이 때, UV에 노출되지 않은 라미네이트 부품들을 예를 들어 세척(washing)에 의해 제거된다. 애퍼처의 두께(B)는 약 30 μm일 수 있으며, 이는 라미네이트의 단일 층에 대응한다. 웰의 높이(C)는 예를 들어 약 210 μm(이는 TOK 라미네이트의 7 개의 층들에 대응함)일 수 있지만, 웰의 깊이를 변경하기 위해 변화될 수 있다. 마지막으로, 웰의 폭(D)은 약 100μm -120 μm일 수 있다.

상술된 바와 같이, TOK 물질은 (제조 관점에서) 많은 빛이 통과하지 못하도록 하는 장점이 있으며, 그리고 충분히 두꺼운 층은 빛이 전혀 통과할 수 없게 할 것이다. 이와 같이, 본체(32)는 빛이 통과하기에 너무 두껍지만, 오버행(32a)은 일부 UV 광(265 nm - 365 nm의 파장)이 통과할 수 있도록 하기에 충분히 얇다. 빛의 이러한 파장은 젤 경화 공정 단계 동안 사용된다(이는 아래에서 더 자세히 설명됨).

도 23은 오버행(32a)이 논의 된 이점을 얻기 위해 반드시 웰의 바닥에 위치 될 필요는 없다는 점을 도시한다. 오버행은 예를 들어 웰 내에 배치될 수 있다. 도 23에서, 오버행은 웰 중간에 배치되어 있다. 그러나, 실제로는, 웰의 바닥에 애퍼처들을 갖는 기기를 제조하는 것이 더 간단하다.

겔 돌출부의 일관성의 관점에서의 또 다른 이점은 도 24에 도시된 대안적 생성 공정에 의해 달성된다. 도 22에 도시된 바와 같은 기기는 유체 정지부(241)로부터 미리 정해진 거리에 위치될 수 있다. 유체 정지부(241)가 오버행(32a) 아래에 제공됨으로써, 돌출부들의 길이를 한정하는 역할을 한다. 돌출부들의 길이는 유체 정지부 및 오버행들 간의 적절한 거리를 선택함으로써 최적화될 수 있다. 그 결과, (예를 들어, 완전히 평탄하지 않은 어레이로 인해) 어레이에 걸친 채널 높이의 임의의 변화는 또한 유체 정지부(241)에 매우 평탄한 구조를 제공함으로써 보상될 수 있다. 즉, 유체 정지부(241)가 평평한 경우, 모든 겔 돌출부들은 동일한 평평한 평면으로 연장될 것이다. 이것이 겔 돌출부 자체에 약간의 변화를 가져오더라도, 전체 기기는 겔 돌출부들의 종결의 균일성(evenness)으로 인해 다른 커넥터들에 일관되게 들어맞을 것이다. 환언하면, 커넥터들(35)(겔 필터들과 돌출부들)의 전체 높이는 일정할 것이므로, 보다 평탄한 구조가 전극들에 연결될 수 있게 한다. 또한, 전술한 바와 같이, 오버행(32a)은 돌출부들의 임의의 상향력에 저항하고 겔을 고정시키는 역할을 한다. 이는 이에 따라 막들에 대한 차후 손상과 임의의 상향 움직임을 감소시킨다.

도 24의 단계 1에 도시된 바와 같이, 모세관 어레이를 포함하는 본체(32)는 유체 정지부(241)에 대해 배치되고, 시스템은 적절한 유체로 채워진다. 즉, 모세관 어레이의 일 측면은 유체 정지부(241)에 대해 정렬되어, 형성될 겔 돌출부의 크기를 지시할 유체 정지부와 모세관 어레이 사이의 "단부-공간"을 형성한다. 적절한 전기 전도성 충전 유체는, 예를 들어, 폴리아크릴아미드, 포토 개시제(2-Hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone) 및 물이다.

단계 2에서, 과량의 용액은 단계 3에서 UV 조사가 일어나기 전에 시스템 밖으로 유출된다. UV광(265 nm - 365 nm)은 전술한 바와 같이 오버행(32a)을 통과할 수 있지만, 본체(32)의 벽들을 통과하는 것은 아니다. 이와 같이, 조사는 메인 웰의 영역 위에, 심지어 (도시된 바와 같이) 오버행(32a) 아래의 영역에도 가교-결합을 일으킨다. 즉, 모세관 내의 액체 및 모세관의 투영 영역 내의 단부 공간(즉, 평면도에서, 모세관 홀들 바로 아래의 영역)의 액체는 가교 결합된다. 모세관들의 투영 영역이 아닌 단부 공간 내의(즉, 본체(32)의 벽들의 투영 영역 내의) 액체는 가교 결합되지 않는다. 대안으로서, UV 광은 UV 광의 투과를 허용하는 물질로 제조될 수 있는 유체 정지부(241)를 통과하여 액체를 향해 조사될 수 있다.

단계 4에서, 가교 결합되지 않은 잉여 액체는 플러싱되어서, 유체 정지부(241)와 유사한 방식으로 전극 어레이에 접촉할 수 있는 돌출부를 남긴다. 이 때, 돌출부는 유체 정지부(241)에 대해 형성되었다.

이전에 논의된 바와 같이, 돌출부는 아래의 전극들(38)과 접촉하도록 압착될 수 있다. 이는 시스템에서, 모든 웰들에서의 매우 평평한 전극 어레이와의 접촉을 가능하게 한다. 방금 논의된 제조 공정은 시스템의 상부가 (액체 정지부(241)가 평평한 한) 그것과 연결되어 있는 시스템의 하부같이 평평하게 만들어질 것을 요구하지 않으면서 이러한 접촉이 달성될 수 있게 한다. 어레이들 사이에서 가능한 한 많은 전기적 접속들을 이루기 위해, 접촉하게 되는 어레이의 두 표면들이 평평한 것이 유리하다. 돌출부의 깊이보다 큰 표면 높이의 임의의 변화는 일부 연결들이 만들어지지 않도록 야기할 것이다. 유리하게는, 어레이 본체들 중 하나 또는 모두는 유리 또는 세라믹과 같은 매우 단단한 물질을 포함하거나 이로부터 구성될 수 있다. 단단한 물질은 다른 어레이 본체와 접촉하게 될 어레이 본체의 표면상에 제공될 수 있다. 대안적으로, 어레이 본체의 코어는 TOK와 같은 보다 유연한 물질의 표면층으로 덮어씌워진 강성 물질을 포함할 수 있다. 유리 또는 세라믹 표면을 갖는 1.3 cm x 0.5 cm 크기의 전극 어레이에 대한 높이 변화의 일반적인 허용 오차는 5 μm이다. (돌출부가 없는) 제2 본체의 표면에서 관찰되는 높이 변화의 일반적인 허용 오차는 20 μm이다. 컴포넌트들이 상이한 조건들 및 상이한 물질들로 제조될 수 있으므로, 각각의 어레이들을 따른 높이 프로파일들이 반드시 일치하는 것은 아니며, 이로써, 연결된 컴포넌트들의 전체 높이 변화가 더 클 수 있다. 어레이들에 걸친 표면 높이의 임의의 변화를 보상하기 위해 겔 액체 연결부들의 특정 양의 압축이 허용될 수 있다. 겔 돌출부들은 최대 50 %, 보다 일반적으로 20 %까지 압축될 수 있다. 그러나, 단단한 본체의 사용은 필수적이지는 않지만 바람직하다. 왜냐하면 어느 정도 유연성을 갖는 TOK와 같은 물질이, 예를 들어 제1 본체에서, 2 개의 컴포넌트 부품들 어레이들이 압축력에 의해 함께 결합되는 상황에서 사용될 수 있기 때문이다. 커넥터들(35)이 칼륨 페리/페로시아나드와 같은 산화 환원 활성 물질과 같은 UV에 민감한 성분을 함유하는 것이 바람직하다면, UV 가교 결합이 발생한 후에 이러한 성분들을, 예를 들어 확산에 의해, 상기 커넥터들(35)에 첨가할 수 있다.

이미 언급했듯이, 애퍼처(254) 디자인에 약간의 변화가 있을 수 있다. 실제로, 단지 하나의 애퍼처를 제공할 필요는 없으며, 여러 가지 다른 디자인들이 테스트되었고, 작동하는 것으로 나타났다. 실제로, 단일 애퍼처가 너무 크게 만들어지면, 오버행(32a)/애퍼처 정렬의 이점이 감소될 수 있다. 즉, 겔은 압축되어 시스템의 유체 부분으로 밀어 넣어질 수 있으며, 그리고 위에 형성된 막을 파열시킬 수 있다. 그러나, 오버행이 전혀 없어 젤이 시스템의 유체 부분으로 다시 밀려나는 결과를 초래하는 상황에서, 예를 들어 100 μm 웰 내의 75 μm 홀은 겔이 시스템 내부로 다시 밀리는 것을 막기에 여전히 충분하다고 결정되었다.

도 25a 내지 도 25c는 웰의 상부로부터 평면도로 도시된 대안적인 애퍼처 디자인들의 개략도들을 도시한다. 이와 같이, 도면들은 지지 기둥들(251)에 둘러싸인 웰(252)을 도시한다. 도 25a에서, 오버행(32a)은 애퍼처(254) 주위에 핀들(255)의 개별적으로 형성된 '팬(fan)'을 갖는 메인 애퍼처(254)로서 형성된다. 도 25b에서, 단일 웰 내에 형성된 다수의 원형 애퍼처들(254)이 존재한다. 도 25c에서, 핀들(255)의 '팬(fan)'이 돌출하는 하나의 애퍼처(254)가 존재한다(즉, 도 25a와는 대조적으로, 핀들(255)은 층(32a)에서 메인 애퍼처(254)와 동일한 개구부의 일부이다).

도 24에 도시된 생산 공정에 대한 대안으로서, 도 26은 겔이 채널(34)의 중간까지만 제공되는 공정의 결과를 도시한다. 이 공정은 도 24에 도시된 것과 유사하지만, 채널들(34)이 가교되지 않은 액체로 부분적으로만 채워진다. 액체가 가교결합된 후(그리고 과량 액체가 제거된 후), 채널(34)은 겔로 부분적으로 채워진다. 그 후, 도 26에 도시된 바와 같이, 채널(34)의 '비어있는' 공간은 본원에 그 전체가 참고로 인용된 WO2014064443으로 채워질 수 있다. 예를 들어, 채널(34)은, 막 형성이 일어나기 전에, (도 26에서 웰의 상부에 도시된) 웰/기둥들의 측면에 클리핑되는 버퍼/삼중 블록으로 채워진다. 이는 겔 커넥터들(35)의 상부에서의 높이의 임의의 변화가 보상될 수 있다는 이점을 갖는다.

도 27은 전술한 정렬 양상과 관련한 일부 개략도들을 도시한다. (도 12 및 도 13을 참조하여 설명한 바와 같은) 정렬핀 또는 베어링을 사용하여 정렬이 달성되면, 각 베어링에 다양한 자유도가 잠재적으로 이용 가능하다.

3개의 베어링 시스템을 사용하면 기구학적 정렬 시스템에서와 같이 쉽게 정렬할 수 있다. 볼 베어링들은 전기적 접속을 이루기 위해 컴포넌트 부품들이 최적으로 부착될 수 있게 하는 허용 범위를 제공하기 위해 탄성 굴곡 장착부(resilient flexure mounting) 상에 제공될 수 있다. 베어링을 위한 4면체, "V"자 모양, 그리고 평평한 위치 지정 포인트들(locating points)을 제공함으로써, 필요한 정렬이 달성될 수 있다. 4 면체 위치 지정 포인트에서 하나의 구면 베어링의 위치는 세 가지 병진 자유도에서 베어링을 구속한다. "V"자 그루브는 두 개의 접촉점들을 추가하여 다른 베어링에 대해 y 및 z 축 회전 제한을 제공하는 반면, 평평한 로케이터는 x 축에 대한 회전을 제한한다.

도 28은 커넥터들의 어레이를 전극들의 어레이에 정렬시키기 위한 정렬 지그(281)를 포함하는 기기(280)의 예를 도시한다.

도 29a 내지 도 29c는 캐리어 내에 하우징된 커넥터들의 어레이를 포함하는 탈착 가능한 컴포넌트(293) 및 하우징(290)을 포함하는 기기의 보다 상세한 예를 도시한 측면도 및 사시도이다.

도 29d 내지 도 29f는 탈착 가능한 컴포넌트(293)를 보다 상세히 도시한 확대도이다.

전기 커넥터들의 컴포넌트 어레이를 전극 어레이에 정렬시키는데 요구되는 정확도로 인해, 특히 다수의 전기적 연결들을 갖는 어레이들을 고려할 때, 그리고 어레이의 전극들 간의 작은 피치를 고려할 때, 손에 의한 컴포넌트 어레이들의 연결에 의존하는 것과는 대조적으로, 컴포넌트 어레이들을 각각 정렬할 수 있는 기기 및 키트를 제공하는 것이 바람직하다.

일실시예에서, 상기 기기는 상기 컴포넌트 부품들이 위치하는 하우징을 포함할 수 있으며, 상기 하우징은 상기 복수의 전기 접속들을 각각 생성 및 단절하도록 상기 컴포넌트 부품들을 연결 및 분리하도록 작동 가능하다. 상기 하우징은 컴포넌트 부품들 중 제1 컴포넌트 부품이 배치되는 본체 및 상기 컴포넌트 부품들 중 제2 컴포넌트 부품이 배치되는 암을 포함할 수 있으며; 상기 본체와 상기 암은 상기 본체에 대한 상기 암의 회전에 의해 상기 컴포넌트 부품들의 연결 및 분리를 가능하게 하도록, 피봇에 대해 회전 가능하게 연결되어 있다. 상기 기기는 컴포넌트 부품들을 연결 및 분리하기 위해 그 주위에서 암이 회전 가능한 피봇 및 암의 제공 이외의 작동 수단(actuation means)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 하우징은 핀들을 갖는 제1 컴포넌트 부품을 포함할 수 있고, 그리고 상기 제2 컴포넌트 부품은 상기 핀들 위에 피팅되는 대응 홀들을 포함할 수 있으며, 이로써, 상기 제2 컴포넌트 부품은 전기 연결부들을 만들기 위해 상기 제1 컴포넌트 부품으로 하강되고 안내될 수 있다.

컴포넌트 부품들은 연결될 때, 예를 들어 위에서 설명된 방식으로 연결될 때, 압축력 하에서 함께 고정될 수 있다. 이는 컴포넌트 부품들 중 하나 또는 모두의 각 표면들에 걸친 표면 높이의 임의의 변화를 처리하기 위해 겔을 압축하고 그리고/또는 제1 본체를 변형시키는 역할을 한다. 이렇게 하면 컴포넌트 부품들 간에 발생하는 전기적 연결부들의 총 개수를 증가시킬 수 있다.

도 29a 내지 도 29c는 컴포넌트 부품들이 배치되는 하우징(290)을 도시한다. 상기 하우징(290)은 ASIC를 포함하는 실리콘 칩의 표면상에 제공된 전극 어레이(294)에 착탈 가능한 컴포넌트(293)를 연결 및 분리시키기 위해 피봇(299)에 대해 회전 가능한 암(291)을 갖는 본체를 포함한다. 이와 같이, 하우징은 컴포넌트 부품들을 연결 및 분리하기 위해 작동 가능하다. 컴포넌트(293)는 래치들(292)에 의해 닫힌 위치에서 제 위치에 고정되고, 그리고 래치들을 편항시키고 암을 회전시키기 위해 스위치(291)를 조작함으로써 릴리즈될 수 있다. 기기를 조립하기 위해, 먼저 암은 도 29b에 도시된 바와 같이 개방 위치로 회전되고, 스프링(298)에 의해 개방 구조로 유지된다. 그 다음, 컴포넌트(293)는 탈착 가능한 컴포넌트 내에 하우징된 공통 전극으로의 전기 연결부를 제공하는 역할을 하는 커넥터(295)에 부착될 수 있다. 또한, 탈착 가능한 컴포넌트를 전극 어레이에 정확하게 정렬시키는 기기 및 정렬 수단(296)의 작업에 의해 형성된 임의의 열을 방출하기 위한 히트 싱크(297)가 도시되어 있다. 커넥터(295)에 컴포넌트(293)를 부착한 후에, 상기 기기는 밑에 있는 전극 어레이에 상기 컴포넌트를 부착하기 위해 닫힐 수 있다. 컴포넌트의 사용 후에, 상기 하우징은 후속적으로 폐기될 수 있는 컴포넌트(293)를 제거하기 위해 재개방될 수 있다. 이후 새로운 컴포넌트가 상기 하우징에 부착될 수 있다. 도 29a에 도시된 바와 같은 기기의 탈착 가능한 컴포넌트(293)는 분석 계측기의 모듈식 컴포넌트일 수 있으며, 상기 계측기는 상기 계측기에 편리하게 설치되거나 계측기에서 편리하게 제거될 수 있는 그러한 기기들을 하나 이상 포함한다. 상기 기기는 예를 들어 직렬로 배열되고, 대응하는 다수의 전극 어레이들에 연결 가능한 다수의 탈착 가능한 컴포넌트들을 포함할 수 있다.

도 29d는 탈착 가능한 컴포넌트 부품(293)의 확대도를 도시한다. TOK 컴포넌트(32) 내에 제공된 4 개의 전기 커넥터 어레이가 도시되어 있다. 컴포넌트(302)는 분석될 시험 샘플을 수용하기 위한 각각의 상부 유체 챔버들을 제공하는 역할을 하는 단단한 프레임(303)에 제공된다. 프레임(303)은 개스킷(304)을 통해 유동셀(305)에 부착된다. 조립된 유동셀 및 TOK 라미네이트 컴포넌트(307)는 캐리어(306)에 제공된다. 유리하게는, 컴포넌트(307)는 정렬 수단(296)과 부품(307)의 정확한 정렬을 가능하게 하기 위해 캐리어(306) 내에 자유로이 떠다니는 것으로 제공된다.

도 29e 및 도 29f는 전기 커넥터들의 각각의 어레이들에 시험 유체를 공급하기 위한 미세 유체 채널들(309)을 도시하는 유동셀의 확대도(308)를 도시한다. 시험 액체는 캐리어 내의 홀들(301)을 통해 접근 가능한 입구 포트들(311)을 통해 기기 내로 도입될 수 있다.

도 29g 및 도 29h는 전극 어레이와 탈착 가능한 컴포넌트의 정렬을 도시하는 탈착 가능한 컴포넌트(293)의 각각의 측면 및 확대도를 도시한다. 스프링(320)은 캐리어(306) 내에 하우징된 자유 유동 컴포넌트에 대한 하향 편향력을 제공한다. 전기적 연결부는 커넥터(321)를 통해 제공된다. 캐리어는 외부의 정전기 및 전자기 영향을 최소화하고 페러데이 케이지(Faraday cage)로서 작용하기 위해 금속으로 제조되거나 금속화된 코팅을 포함할 수 있다. 유동셀은 프릿에 의해 상부 유체 챔버로부터 분리된 챔버(322)에 제공된 공통 전극을 포함한다.

도 29i는 유체 경로 및 샘플 진입 포트들이 가시적인 상태에 있는 '닫힌' 구성의 기기를 도시한다.

도 30a는 도 29a에 도시된 바와 같은 복수의 기기들을 포함하는 분석 계측기를 도시한다. 도 30b는 탈착 가능한 컴포넌트 모듈들(293)을 갖는 도 30a의 일부의 확대도를 도시한다. 또한, 아래에 있는 전기 커넥터들(전극들)(294)의 어레이가 도시되어 있다.

도 31a는 액체 커넥터들을 수용하기 위한 본체(400)를 도시하며, 액체 커넥터들은 도 26에 예시된 바와 같이 겔화 수성 성분 및 비-겔화된 수성 성분을 포함한다. 상기 모세관 채널들 각각은 도 31a에 도시된 바와 같이, 각 채널의 길이를 따라, 본체의 하부면으로부터 종방향으로 연장하는 수축부(constriction)(401)를 포함한다. 수축부는 애퍼처(402)를 한정하도록 채널 내로 반경 방향으로 연장하는 핀들(421)을 포함한다. 갭들 및 애퍼처 내의 액체를 끌어 들이고 보유하는 역할을 하는 핀들 사이에 갭들(420)이 제공된다. 액체는 도 24에 예시된 방법에서 본체의 하부에 도포되고, 겔을 형성하도록 가교 결합될 수 있다. 그 후, WO2014064443에 개시된 방식으로 그리고 도 35a 내지 도 35d에 도시된 바와 같이, 기둥 어레이(402)의 표면을 가로질러 수성 액체를 유동시킴으로써 수성 액체가 채널 영역(405)에 첨가되어, 수축부(401) 내에 함유된 하측 겔화 부분과 채널 영역(405)에 함유된 액체 부분을 포함하는 액체 연결을 제공할 수 있다. 또한, 수축부들은 겔 돌출부가 압축될 때 그것들이 모세관들 내부로 수축되는 것을 실질적으로 감소시키거나 방지하는 역할을 한다. 돌출부들이 모세관들 내로 움직이면 양친매성 막에 압력이 가해져 파열이 일어날 수 있다. 또한, 돌출부들이 모세관 내로 부분적으로 수축되면 어레이의 전극들과의 전기적 연결부를 만들 수 있는 젤의 양이 줄어든다. 수축부들이 존재하기 때문에, 겔 돌출부들은 그것들의 길이 방향으로 압축될 때 폭이 증가하는 경향이 있다. 따라서, 어레이의 전극들이 서로 충분히 이격되어, 겔 돌출부의 압축이 어레이의 이웃하는 전극들 사이에서 단락을 일으키지 않도록 하는 것이 중요하다.

액체 커넥터의 액체 부분 및 결과물인 양친매성 막을 제공하기 위해, 모세관 채널은 도 35a 내지 도 35d에 도시된 방법에 따라 채워질 수 있다. 도 35a에 도시된 바와 같이, 모세관 채널의 나머지 부분(405)을 채우고 액체 커넥터의 겔화된 부분(76)과 접촉하기 위해, 기둥 어레이(10)의 표면 위로 수성 완충액과 같이 이온성 액체 또는 이온성 용액일 수 있는 극성 매질(71)이 흐른다. 그 후, 도 35b에 도시된 바와 같이, 양친매성 분자들을 포함하는 무극성 액체(74)가 기둥 어레이의 표면 위로 흘러서 과량의 극성 매질(71)을 변위시킨다. 그 후, 도 35d에 도시된 바와 같이, 무극성 매질을 변위시키고 극성 매질의 2 개의 볼륨들을 분리하는 양친매성 막을 형성하기 위해 극성 매질이 상기 기둥 어레이의 표면 위에 흘려질 수 있다. 겔화된 부분 및 겔화되지 않은 부분을 포함하는 액체 커넥터를 제공하는 또 다른 이점은 겔의 가교 결합이 기둥 영역들에서 일어나지 않는다는 것이다. 이러한 영역들에서 가교 결합하는 것은 양친매성 막들의 형성 중에 겔이 기둥 구조들로부터 변위될 수 없기 때문에 어레이의 각 채널들 간의 잠재적 단락을 야기할 수 있다.

다른 예시적 수축부들이 도 34a 내지 도 34f에 도시되어 있다. 이러한 도면들로부터 알 수 있는 바와 같이, 핀들은 도 34a, 도 34d 및 도 34f에 도시된 바와 같이 채널 내로 부분적으로 연장하거나, 도 34b, 도 34c 및 도 34e에 도시된 바와 같이 채널을 가로질러 연장하여 다수의 애퍼처들을 한정할 수 있다.

도 32는 액체 커넥터(406)의 액체 부분 및 전극(408)에 부착된 액체 커넥터(407)의 겔화 부분을 포함하는 본체(400)의 측면도를 도시한다. 양친매성 막(409)은 채널 영역(405)의 말단부에 걸쳐 제공된다.

도 33a는 본체(410) 내에 제공된 ASIC에 전극들을 연결하는 전극 비아들(409)을 구비한 접속된 기기의 일부를 도시한다. 도 33b는 어레이의 전극들 및 전기 커넥터들이 분리된 도 33a의 기기를 도시한다.

본 발명에 따른 접속 가능한 어레이는 분석물의 나노 기공 검출 이외의 다른 영역들에서 유용성을 가지며, 그리고 예를 들어 포도당 검출과 같은 전자 매개체 및 효소를 사용하는 분석물의 간접 또는 직접 측정에서, 전극 표면에서의 분석물들의 전기 화학적 검출 또는 측정에 사용될 수 있다.

전술한 설명은 단지 예시로서 본 발명을 설명하며, 당업자는 첨부된 청구항들의 범위 내에서 특정 실시예들의 변형이 가능하다는 것을 이해할 것이다.

Claims (49)

1. 탈착 가능한 전기 기기를 제공하기 위해 서로 연결되도록 구성된 한 쌍의 컴포넌트 부품들을 포함하는 키트로서,
   상기 기기의 연결된 컴포넌트들은 차후에 분리될 수 있으며,
   상기 키트는 :
   전기 커넥터들의 어레이로서, 각각의 전기 커넥터는 전기 전도성 액체로서 이온성 액체 및/또는 이온성 용액을 포함하는, 전기 커넥터들의 어레이; 및
   전극들의 어레이;를 포함하며,
   상기 어레이들은 상기 전기 커넥터들의 어레이의 이온성 액체 및/또는 이온성 용액, 그리고 상기 전극들의 어레이의 전극들 간의 다수의 전기적 연결부들을 제공하도록 서로 접촉될 수 있으며,
   상기 전기적 연결부들은 차후에 상기 어레이의 전극들로부터 상기 이온성 액체 및/또는 이온성 용액을 분리함으로써 끊어지는, 키트.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전기적 연결부들이 형성될 때 상기 전기 커넥터들의 어레이 및 상기 전극들의 어레이 사이의 계면 저항은 전체 전기 회로의 총 저항보다 1 % 이하이고, 옵션으로 0.1 % 이하이고, 추가 옵션으로 0.01 % 이하, 그리고 추가 옵션으로 0.001 %인, 키트.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 전기 전도성 액체는 겔을 포함하고, 바람직하게는 상기 겔은 가교 결합되는(crosslinked), 키트.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 키트는 상기 어레이의 전극 및 전기 커넥터가 연결될 때 상기 어레이의 전극 및 전기 커넥터 사이의 이온 전류 흐름을 측정하기 위한 것인, 키트.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전기 연결부들이 형성될 때 상기 어레이의 전기 커넥터들 각각과 상기 전극들의 어레이의 상응하는 전극들 각각 사이의 회로 저항은 1 MΩ 보다, 옵션으로 100 MΩ 보다, 추가 옵션으로 1 GΩ 보다 큰, 키트.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 어레이의 전기 커넥터 및 전극이 연결될 때 상기 어레이의 전기 커넥터 및 전극 사이의 계면 저항은 0.1 MΩ 및 10 MΩ 사이, 옵션으로 0.1 MΩ 및 1 MΩ 사이인, 키트.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 어레이의 모세관들 각각은 수축부(constriction)를 포함하는, 키트.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 수축부는 제2 본체의 전극들과 접촉되도록 본체의 표면에 제공되는, 키트.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 수축부는 제1 본체의 표면으로부터 모세관의 길이를 따라 연장되는, 키트.
10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 수축부는 전기 전도성 이온 겔을 함유하고,
    상기 모세관의 나머지 부분은 전기 전도성 겔과 접촉하는 비-가교된 이온성 액체 또는 이온성 용액을 함유하는, 키트.
11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 커넥터들의 어레이 및 상기 전극들의 어레이는 각각 1 mm 이하, 옵션으로는 500 ㅅm이하, 추가 옵션으로는 200 ㅅm이하, 추가 옵션으로는 100 ㅅm 이하인 피치를 갖는, 키트.
12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴포넌트 부품들 중 제1 컴포넌트 부품은 베어링을 포함하며,
    상기 컴포넌트 부품들 중 제2 컴포넌트 부품은 상기 전기적 연결부들이 형성될 때 두 개의 컴포넌트 부품들을 정렬시키도록 상기 베어링이 배치되는 위치 지정 포인트(locating point)를 포함하는, 키트.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 컴포넌트 부품은 세 개의 베어링들을 포함하며,
    상기 제2 컴포넌트 부품은 세 개의 위치 지정 포인트들을 포함하는, 키트.
14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어레이의 각각의 전극 상에 전기 전도성 액체의 개별 방울(droplets)이 제공되는, 키트.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 방울들은 상기 전극들 위에서 20 μm이하, 옵션으로 10 μm이하, 추가 옵션으로 5 μm이하의 높이를 갖는, 키트.
16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어레이의 전극들의 개수는 100 보다 크며, 옵션으로 1000 보다 크고, 추가 옵션으로 10,000 보다 크고, 추가 옵션으로 100,000 보다 큰, 키트.
17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 커넥터들의 어레이 및 상기 전극들의 어레이는 각각 제1 본체 및 제2 본체에 제공되는, 키트.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 전극들은 상기 제2 본체의 표면에 제공되는, 키트.
19. 청구항 17 또는 청구항 18에 있어서,
    상기 다수의 전기적 연결부들은 상기 제1 본체 및 제2 본체의 각각의 표면을 접촉시킴으로써 또는 근접시킴으로써 형성될 수 있는, 키트.
20. 청구항 17 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 본체 및 상기 제2 본체의 각각의 표면은 평면인, 키트.
21. 청구항 17 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 본체 및 상기 제2 본체는 상기 전기적 연결부들이 형성될 때 상기 두 개의 표면들 간의 측 방향 이동을 실질적으로 방지하도록 정렬 수단을 포함하는, 키트.
22. 청구항 21에 있어서,
    상기 정렬 수단은 각각의 상응하는 본체의 표면상에 제공되는, 키트.
23. 청구항 21 또는 청구항 22에 있어서,
    상기 정렬 수단은 상기 전기 커넥터들의 어레이 및 상기 전극들의 어레이가 접촉될 때 서로 오프셋되도록 상기 전기 커넥터들의 어레이 및 상기 전극들의 어레이의 접촉을 허용하며, 그 결과물로 생긴 상기 어레이들 간의 전기적 연결부들의 개수는 각 어레이의 전극들 또는 전기 커넥터들의 수보다 적은, 키트.
24. 청구항 17 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 본체 및/또는 상기 제2 본체는 상기 전기적 연결부들이 형성될 때 상기 전극들의 어레이의 전극들 사이의 전기 전도성 액체의 유동을 실질적으로 방지하는 유동 장벽을 포함하는, 키트.
25. 청구항 24에 있어서,
    상기 유동 장벽은 상기 전극들의 표면에 대해 소수성인 전극들 사이의 표면을 포함하는, 키트.
26. 청구항 24 또는 청구항 25에 있어서,
    상기 유동 장벽은 상기 제1 본체 및 상기 제2 본체 사이에 제공된 전기 절연 유체 매질을 포함하는, 키트.
27. 청구항 26에 있어서,
    상기 유체 매질은 상기 제2 본체의 표면상에 제공되며,
    상기 매질은 상기 전기 커넥터들의 전기 전도성 액체와 상기 전극들 간의 접촉에 의해 상기 전극들의 어레이의 전극들의 표면으로부터 변위될 수 있는, 키트.
28. 청구항 26 또는 청구항 27에 있어서,
    상기 유체 매질은 오일인, 키트.
29. 청구항 17 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 본체는 집적 회로를 포함하는, 키트.
30. 청구항 29에 있어서,
    상기 전극들의 어레이의 전극들은 상기 전극들로부터 상기 제2 본체로 연장하는 커넥터들에 의해 상기 집적 회로에 연결되는, 키트.
31. 청구항 1 내지 청구항 30 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 커넥터들의 어레이는 모세관들의 어레이 내에 배치되는, 키트.
32. 청구항 31에 있어서, 청구항 17 내지 청구항 30 중 어느 한 항에 종속적인 경우,
    상기 모세관들은 상기 제1 본체의 표면까지 연장하는, 키트.
33. 청구항 32에 있어서,
    상기 제1 본체의 표면에 제공된 각각의 모세관의 단부들은 볼록한 표면을 갖는, 키트.
34. 청구항 7 내지 청구항 10 또는 청구항 31 내지 청구항 33 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 커넥터들의 제2 어레이는 상기 제1 본체의 표면까지 연장하는 모세관들의 어레이의 단부들로부터 돌출하며, 옵션으로 50 μm 이하, 그리고 옵션으로 30 μm 이하로 돌출하는, 키트.
35. 청구항 7 내지 청구항 10 또는 청구항 31 내지 청구항 34 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 본체는 하나 이상의 전극들을 포함하여, 상기 전극들의 어레이의 전극들과 상기 하나 이상의 전극들이 전기 회로를 제공하도록 연결될 때, 상기 전극들의 어레이의 전극들과 상기 하나 이상의 전극들 사이의 전기 전도성 액체를 통해 복수의 모세관 이온 유동 경로를 제공하는, 키트.
36. 청구항 35에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극들은 상기 다수의 유동 경로들에 공통인 전극인, 키트.
37. 청구항 7 내지 청구항 10 또는 청구항 17 내지 청구항 36 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 본체는 다수의 나노 기공들을 포함하며,
    각각의 나노 기공은 상기 이온 유동 경로를 가로질러 제공되는 절연 기판 내에 제공되어, 전류가 상기 나노 기공들을 통해 전기 전도성 액체와 상기 하나 이상의 전극들 사이를 통과하게 하는, 키트.
38. 청구항 37에 있어서,
    상기 절연 기판은 양친매성 막인, 키트.
39. 청구항 38에 있어서,
    상기 나노 기공은 생물학적 나노 기공(biological nanopore)인, 키트.
40. 청구항 1 내지 청구항 39 중 어느 한 항에 따른 키트로부터 조립된 탈착 가능한 전기 기기.
41. 청구항 40에 있어서,
    상기 탈착 가능한 전기 기기는 분석물의 특성을 판별하기 위한 것인, 탈착 가능한 전기 기기.
42. 청구항 41에 있어서,
    상기 분석물은 폴리뉴클레오타이드인, 탈착 가능한 전기 기기.
43. 청구항 40 내지 청구항 42 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴포넌트 부품들이 배치된 하우징을 더 포함하며,
    상기 하우징은 상기 복수의 전기 연결부들을 각각 생성 및 단절하도록 상기 컴포넌트 부품들을 연결 및 분리하도록 작동 가능한, 탈착 가능한 전기 기기.
44. 청구항 43에 있어서,
    상기 하우징은 상기 컴포넌트 부품들 중 제1 컴포넌트 부품이 배치되는 본체 및 상기 컴포넌트 부품들 중 제2 컴포넌트 부품이 배치되는 암을 더 포함할 수 있으며; 그리고
    상기 본체와 상기 암은 상기 본체에 대한 상기 암의 회전에 의해 상기 컴포넌트 부품들의 연결 및 분리를 가능하게 하도록, 피봇에 대해 회전 가능하게 연결되어 있는, 탈착 가능한 전기 기기.
45. 청구항 43 또는 청구항 44에 있어서,
    상기 하우징은 상기 다수의 전기적 연결부들을 형성하도록 상기 컴포넌트 부품들이 연결될 때 상기 컴포넌트 부품들을 정렬하기 위한 정렬 수단을 더 포함하는, 탈착 가능한 전기 기기.
46. 전기 기기를 연결하는 방법으로서,
    상기 방법은 :
    전기 커넥터들의 어레이를 제공하는 단계로서, 각각의 전기 커넥터는 전기 전도성 액체로서 이온성 액체 및/또는 이온성 용액을 포함하는, 단계;
    전극들의 어레이를 제공하는 단계; 및
    상기 어레이의 각각의 전극들 및 상기 이온성 액체 및/또는 이온성 용액 간의 다수의 전기적 연결부들을 형성하도록 제1 어레이 및 제2 어레이를 접촉시키는 단계;를 포함하는 방법.
47. 청구항 46에 있어서,
    상기 전기적 연결부들을 끊기 위해 상기 전극들의 어레이의 전극들로부터 상기 전기 전도성 액체를 분리시키는 단계를 더 포함하는 방법.
48. 청구항 1 내지 청구항 39 중 어느 한 항의 키트에서 사용하기 위한 전극들의 어레이로서,
    전극들 사이의 표면은 상기 전극들과 비교하여 소수성인, 전극들의 어레이.
49. 전기 커넥터들의 어레이를 형성하는 방법으로서,
    각각의 전기 커넥터는 전기 전도성 액체를 포함하며,
    상기 방법은 :
    모세관들의 어레이를 형성하는 단계로서, 각각의 모세관은 모세관들 중 하나에서 또는 모세관들 중 하나 내부에서 수축부를 포함하는, 단계;
    유체 정지부에 대해 상기 모세관들의 어레이의 일 측면을 정렬시켜 상기 유체 정지부 및 상기 모세관들의 어레이 사이에 단부 공간을 형성하는 단계;
    전기 전도성 액체로 상기 단부 공간을 충전시키고 그리고 각각의 모세관을 적어도 부분적으로 충전시켜서, 상기 액체가 상기 모세관들의 상기 수축부들을 커버하게 하는 단계; 및
    상기 모세관들 내의 그리고 상기 단부 공간에서의 모세관들의 투영 영역 내의 유체를 가교 결합시키는 단계;를 포함하는 방법.

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