KR20210046589A - 플로우 셀 및 이와 관련된 방법 - Google Patents

플로우 셀 및 이와 관련된 방법 Download PDF

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KR20210046589A
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아르노 리발
알리 아가
트레이시 에이치. 펑
디트리히 데린거
푸어야 사바운치
타룬 쿠라나
크레이그 엠. 시에슬라
엠. 셰인 보웬
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일루미나, 인코포레이티드
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Abstract

플로우 셀 및 대응하는 방법이 제공된다. 플로우 셀은 상부측 및 배면측을 갖는 지지 프레임과, 상부측으로부터 연장되는 적어도 하나의 캐비티를 포함할 수 있다. 플로우 셀은 적어도 하나의 캐비티 내에 배치된 활성 영역을 갖는 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 포함할 수 있다. 플로우 셀은, 지지 프레임과 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 주변부 사이에서 적어도 하나의 캐비티 내에 배치되어 이들을 함께 결합하는 지지 재료를 포함할 수 있다. 플로우 셀은, 적어도 하나의 광 검출 디바이스 위에서 연장되고 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 주변부 주위에서 지지 프레임에 결합되는 덮개를 포함할 수 있다. 덮개 및 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 적어도 상부 표면은 그 사이에 유동 채널을 형성한다.

Description

플로우 셀 및 이와 관련된 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 특허 출원은 미국 가출원 제62/731,785호(출원일: 2018년 9월 14일, 발명의 명칭: Flow Cells and Methods Related to Same)에 대해 우선권을 주장한다. 전술한 출원의 전체 내용은 참조에 의해 본 명세서에 통합된다.
생물학적 또는 화학적 연구에서의 다양한 프로토콜은 국소 지지 표면 또는 사전 획정된 반응 챔버 내에서 다수의 제어된 반응을 수행하는 것을 수반한다. 이어서, 지정된 반응은 관찰되거나 또는 검출될 수 있으며, 후속 분석은 반응에 수반된 물질의 특성을 식별하거나 또는 나타내는데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 일부 다수의 검정에서, 식별 가능한 표지(예를 들어, 형광 표지)를 갖는 미지의 피분석물은 통제된 조건 하에서 수천개의 공지된 프로브에 노출될 수 있다. 각각의 공지된 프로브는 마이크로 플레이트의 대응하는 웰(well) 내로 침전될 수 있다. 공지된 프로브와 웰 내의 미지의 피분석물 사이에서 발생하는 임의의 화학 반응을 관찰하는 것은 피분석물의 특성을 식별하거나 나타내는데 도움이 될 수 있다. 이러한 프로토콜의 다른 예는 합성에 의한 시퀀싱(sequencing-by-synthesis: SBS) 또는 순환 배열 시퀀싱(cyclic-array sequencing)과 같은 공지된 DNA 시퀀싱 프로세스를 포함한다.
일부 종래의 형광 검출 프로토콜에서, 광학 시스템은 여기 광(excitation light)을 형광 표지된 피분석물로 안내하고, 피분석물로부터 방출될 수 있는 형광 신호를 또한 검출하기 위해 사용된다. 그러나, 이러한 광학 시스템은 비교적 비싸고 비교적 대형의 벤치탑 풋프린트(benchtop footprint)를 수반할 수 있다. 예를 들어, 이러한 광학 시스템은 렌즈, 필터 및 광원의 배열을 포함할 수 있다.
다른 제안된 검출 시스템에서, 제어된 반응은 국소 지지 표면 상에서, 또는 형광 방출을 검출하기 위한 대형 광학 조립체를 수반하지 않는 플로우 셀(flow cell)의 사전 획정된 반응 챔버 내에서 발생한다. 플로우 셀은 반응물로부터의 광 방출을 검출하도록 지지 표면/챔버에 인접하여(예를 들어, 아래에) 위치된 전자 고체 상태 광 검출기 디바이스 또는 이미저(예를 들어, 상보형 금속 산화 반도체(CMOS) 광 검출기 디바이스 또는 고체 촬상 소자(CCD) 광 검출기 디바이스)를 포함한다. 그러나, 이러한 제안된 고체 상태 이미징 시스템은 몇몇 제한을 가질 수 있다. 예를 들어, 이러한 시스템의 플로우 셀은 일회용 소모품으로서 설계될 수 있다. 따라서, 플로우 셀이 작고 저렴한 디바이스인 것이 유리할 수 있다. 비교적 작은 플로우 셀에서, 광 검출 디바이스의 바이오 센서 활성 영역을 가능한 많이 이용하고 및/또는 가능한 큰 바이오 센서 활성 영역을 제공하는 것이 유리할 수 있다.
현재의 많은 플로우 셀 설계는 플로우 셀의 덮개 부분이 활성 영역에 결합됨에 따라서 바이오 센서 활성 영역의 완전한 이용을 가능하게 하지 못하며, 이에 의해 이러한 영역을 시약 용액(예를 들어, 형광 표지된 분자를 갖는 용액)에 접근할 수 없게 하고 및/또는 영역이 반응 부위(예를 들어, 피분석물 포함하는)를 포함하는 것을 막는다. 또한, 바이오 센서 활성 영역은 종종 단일 센서에 의해 제공되며, 비교적 큰 바이오 센서 활성 영역을 갖는 비교적 큰 센서는 비용이 많이 든다. 현재의 많은 플로우 셀 설계는 또한 광 검출 디바이스에 제한된 수의 배선 구성만을 제공한다.
본 개시내용의 한 양태에서, 플로우 셀이 제공된다. 플로우 셀은 상부측, 배면측, 및 상부측으로부터 바닥측을 향해 연장되는 적어도 하나의 캐비티를 포함하는 지지 프레임을 포함한다. 플로우 셀은 또한 활성 영역과 상부 표면을 포함하는, 적어도 하나의 캐비티 내에 배치된 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 포함한다. 플로우 셀은 지지 프레임과 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 주변부 사이의 적어도 하나의 캐비티 내에 배치되어, 지지 프레임과 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 함께 결합하는 지지 재료를 더 포함한다. 플로우 셀은 또한, 적어도 하나의 광 검출 디바이스 위에서 연장되고 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 주변부 주위에서 지지 프레임의 상부측에 결합된 덮개를 포함한다. 덮개와 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 적어도 상부 표면은 이들 사이에 유동 채널(flow channel)을 형성한다.
일부 예에서, 지지 프레임은 상부측으로부터 바닥측으로 연장되는 적어도 하나의 전기 전도성 비아를 더 포함한다. 일부 이러한 예에서, 적어도 하나의 광 검출 디바이스는, 베이스 웨이퍼 부분, 복수의 광 센서, 광 센서에 의해 검출된 광자에 기초하여 데이터 신호를 전송하기 위해 광 센서에 전기적으로 결합된 디바이스 회로, 및 복수의 광 센서와 관련된 복수의 광 가이드를 포함하는 적어도 하나의 고체 상태 광 검출 디바이스를 포함한다. 일부 이러한 예에서, 적어도 하나의 고체 상태 광 검출 디바이스의 디바이스 회로는 지지 프레임의 상부측에서 적어도 하나의 전기 전도성 비아에 전기적으로 결합된다.
일부 예에서, 덮개는 지지 프레임의 상부측에 간접적으로 결합된다. 일부 예에서, 적어도 하나의 캐비티는 복수의 광 검출 디바이스가 내부에 배치되는 캐비티를 포함한다. 일부 이러한 예에서, 복수의 광 검출 디바이스는 서로 이격된 별개의 광 검출 디바이스를 포함하고, 지지 재료는 인접한 광 검출 디바이스 사이에서 추가로 연장된다. 일부 다른 이러한 예에서, 복수의 광 검출 디바이스는 적어도 2개의 일체형 광 검출 디바이스를 포함하고, 지지 재료는 지지 프레임과 적어도 2개의 일체형 광 검출 디바이스의 주변부 사이에서 연장된다.
일부 예에서, 적어도 하나의 광 검출 디바이스는 복수의 광 검출 디바이스를 포함한다. 일부 이러한 예에서, 적어도 하나의 캐비티는 복수의 캐비티를 포함하고, 복수의 광 검출 디바이스의 각각의 광 검출 디바이스는 지지 프레임의 다른 캐비티에 배치된다. 일부 예에서, 적어도 하나의 광 검출 디바이스는, 베이스 웨이퍼 부분, 복수의 광 센서, 광 센서에 의해 검출된 광자에 기초하여 데이터 신호를 전송하기 위해 광 센서에 전기적으로 결합된 디바이스 회로, 및 복수의 광 센서와 관련된 복수의 광 가이드를 포함하는 적어도 하나의 고체 상태 광 검출 디바이스를 포함한다. 일부 이러한 예에서, 적어도 하나의 캐비티는 지지 프레임을 통해 상부측으로부터 바닥측으로 연장되고, 디바이스 회로는 베이스 웨이퍼 부분을 통해 연장되는 비아를 포함하고, 플로우 셀은, 지지 프레임의 배면측을 따라서 적어도 부분적으로 배치되고 비아에 전기적으로 결합되는 전기 접점을 더 포함한다. 일부 다른 이러한 예에서, 적어도 하나의 광 검출 디바이스는 그 상부 표면을 형성하는 복수의 광 가이드 위에 배치된 반응 구조물을 더 포함하고, 반응 구조물은 활성 영역 내에 위치된 복수의 나노 웰을 포함한다.
일부 예에서, 적어도 하나의 캐비티는 지지 프레임을 통해 상부측으로부터 바닥측을 향해 부분적으로만 연장된다. 일부 예에서, 적어도 하나의 광 검출 디바이스는 적어도 하나의 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 광 센서를 포함한다.
일부 예에서, 유동 채널은 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 활성 영역의 전체에 걸쳐서 연장된다.
본 개시내용의 또 다른 양태에서, 방법이 제공된다. 방법은 지지 프레임의 상부 표면과 기판의 평면의 지지 표면을 부착시키는 단계를 포함하며, 지지 프레임은 상부측으로부터 바닥측으로 연장되는 적어도 하나의 캐비티를 포함한다. 방법은 상부측이 기판의 평면의 지지 표면 상에 위치되고 캐비티의 가장자리 부분이 지지 프레임과 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 주변부 사이에서 연장되도록 적어도 하나의 캐비티 내에 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 위치시키는 단계를 더 포함하며, 적어도 하나의 광 검출 디바이스는 활성 영역 및 상부 표면을 포함한다. 방법은 또한 지지 프레임 및 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 함께 결합하기 위해 캐비티의 가장자리 부분을 지지 재료로 채우는 단계를 포함한다. 방법은 지지 프레임과 기판을 분리하는 단계를 더 포함한다. 방법은 또한 플로우 셀을 형성하기 위해 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 주변부 주위에서 지지 프레임의 상부측에 덮개를 부착시키는 단계를 포함하고, 덮개는 적어도 하나의 광 검출 디바이스 위에서 연장되고, 덮개와 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 적어도 상부 표면 사이에 유동 채널을 형성한다.
일부 예에서, 적어도 하나의 광 검출 디바이스는, 배면측을 형성하는 베이스 웨이퍼 부분, 복수의 광 센서, 광 센서에 의해 검출된 광자에 기초하여 데이터 신호를 전송하도록 결합된 광 센서에 전기적으로 결합된 디바이스 회로, 및 복수의 광 센서와 관련된 복수의 광 가이드를 포함하는 적어도 하나의 고체 상태 광 검출 디바이스를 포함하며, 지지 프레임은 상부측으로부터 바닥측으로 연장되는 적어도 하나의 전기 전도성 비아를 더 포함하고, 방법은 지지 프레임의 상부측에서 적어도 하나의 고체 상태 광 검출 디바이스의 디바이스 회로를 적어도 하나의 전기 전도성 비아에 전기적으로 결합하는 단계를 더 포함한다.
일부 예에서, 적어도 하나의 광 검출 디바이스는, 배면측을 형성하는 베이스 웨이퍼 부분, 복수의 광 센서, 광 센서에 의해 검출된 광자에 기초하여 데이터 신호를 전송하도록 결합된 광 센서에 전기적으로 결합된 디바이스 회로, 및 복수의 광 센서와 관련된 복수의 광 가이드를 포함하는 적어도 하나의 고체 상태 광 검출 디바이스를 포함하며, 디바이스 회로는 베이스 웨이퍼 부분을 통해 배면측으로 연장되는 비아를 포함하며, 방법은 베이스 웨이퍼 부분의 배면측에서, 지지 프레임의 배면측을 따라서 적어도 부분적으로 배치된 접점을 비아에 전기적으로 결합하는 단계를 더 포함한다.
일부 예에서, 방법은 덮개를 부착하기 전에 적어도 하나의 광 검출 디바이스 상에 반응 구조물을 형성하는 단계를 더 포함하고, 반응 구조물은 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 상부 표면을 형성하고, 활성 영역 내에 위치된 복수의 나노 웰을 포함한다. 일부 이러한 예에서, 지지 프레임과 기판을 분리하는 단계는 지지 프레임의 상부측과 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 상부 부분 사이에서 아래로 연장되는 지지 재료의 오목한 상부측을 노출시키고, 반응 구조물은 지지 재료의 오목한 상부측과 지지 프레임의 상부측의 상부측 위에서 연장되고, 반응 구조물은 평면의 상부 표면을 형성하며, 복수의 나노 웰은 평면의 상부 표면으로부터 연장된다.
일부 예에서, 방법은 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 획득하는 단계는 복수의 일체형 CMOS 광 센서로부터 적어도 하나의 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 광 센서를 다이싱하는 단계를 포함한다.
일부 예에서, 유동 채널은 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 활성 영역의 전체에 걸쳐서 연장된다.
본 개시내용의 또 다른 양태에서, 또 다른 방법이 제공된다. 방법은 지지 프레임의 적어도 하나의 캐비티의 바닥 부분에 제1 지지 재료를 증착시키는 단계를 포함하고, 적어도 하나의 캐비티는 지지 프레임을 통해 상부측으로부터 바닥측을 향해 부분적으로만 연장된다. 방법은 적어도 하나의 캐비티의 가장자리 부분이 지지 프레임과 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 주변부 사이에서 연장되도록 적어도 하나의 캐비티 내에, 그리고 증착된 제1 지지 재료 위에 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 위치시키는 단계를 더 포함하며, 적어도 하나의 광 검출 디바이스는 활성 영역 및 상부 표면을 포함한다. 방법은 또한 캐비티의 가장자리 부분을 제2 지지 재료로 채우는 단계를 포함한다. 방법은 플로우 셀을 형성하기 위해 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 주변부 주위에서 지지 프레임의 상부측에 덮개를 부착시키는 단계를 더 포함하고, 덮개는 적어도 하나의 광 검출 디바이스 위에서 연장되고, 덮개와 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 적어도 상부 표면 사이에 유동 채널을 형성한다.
일부 예에서, 유동 채널은 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 활성 영역의 전체에 걸쳐서 연장된다.
전술한 양태 및 다음에 더욱 상세히 논의되는 추가 개념의 모든 조합(이러한 개념이 서로 일치하지 않으면)은 본 발명의 요지의 일부이고, 본 명세서에 개시된 이점을 달성하기 위해 고려된다는 것을 이해해야 한다.
본 개시내용의 이들 및 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면과 함께 취해진 본 개시내용의 다양한 양태에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 개시내용의 이들 및 다른 특징, 양태 및 이점은 반드시 축척으로 도시되지 않고 유사한 도면 부호가 도면 전체에 걸쳐서 유사한 양태를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽을 때 더욱 잘 이해될 것이다:
도 1은 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 광 검출 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 2는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 또 다른 광 검출 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 3은 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 플로우 셀을 형성하기 위하여 지지 프레임 및 기판으로 구성된 지지 구조물을 도시한다.
도 4는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 도 3의 지지 구조물의 캐비티 내에 광 검출 디바이스를 위치시키는 것을 도시한다.
도 5는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 도 3의 지지 구조물의 캐비티 내에 위치된 광 검출 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 6은 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 다른 지지 구조물의 캐비티 내에 위치된 광 검출 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 7은 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 다른 지지 구조물의 캐비티 내에 위치된 광 검출 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 8은 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 다른 지지 구조물의 캐비티 내에 위치된 광 검출 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 9는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 도 4의 지지 구조물의 캐비티 내에 위치된 광 검출 디바이스의 주변 주위에서 연장되는 캐비티를 채움 재료로 채우는 것을 도시한다.
도 10은 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 도 4의 지지 구조물의 지지 프레임으로부터 기판의 제거를 도시한다.
도 11A는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 기판이 제거된 도 4의 지지 프레임의 복수의 캐비티 내에 결합된 복수의 광 검출 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 11B는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 도 11A의 지지 프레임의 캐비티 내에 결합된 복수의 광 검출 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 12A는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 기판이 제거된 지지 프레임의 캐비티 내에 결합된 복수의 광 검출 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 12B는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 도 12A의 지지 프레임의 캐비티 내에 결합된 복수의 광 검출 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 13A는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 기판이 제거된 지지 프레임의 다른 캐비티 내에 결합된 복수의 광 검출 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 13B는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 도 13A의 지지 프레임의 캐비티 내에 결합된 복수의 광 검출 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 14는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 다른 지지 프레임의 캐비티 내에 결합된 복수의 광 검출 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 15A는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 지지 프레임의 캐비티 내의 광 검출 디바이스 및 채움 재료의 단면도를 도시한다.
도 15B는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 반응 구조물이 그 위에 위치된 도 15A의 지지 프레임의 캐비티 내의 광 검출 디바이스 및 채움 재료의 단면도를 도시한다.
도 16A는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 지지 프레임의 복수의 캐비티 내에 결합된 복수의 광 검출 디바이스를 포함하는 중간 플로우 셀 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 16B 내지 도 16D는 일례에서, 도 16A의 중간 플로우 셀 디바이스 상에서의 배면측 접점의 형성을 도시한다.
도 17A는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 지지 프레임의 복수의 캐비티 내에 결합된 복수의 광 검출 디바이스를 포함하는 다른 중간 플로우 셀 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 17B 및 도 17C는 일례에서, 도 17A의 중간 플로우 셀 디바이스 상에서의 배면측 접점의 형성을 도시한다.
도 18A는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 지지 프레임의 복수의 캐비티 내에 결합된 복수의 광 검출 디바이스를 포함하는 다른 중간 플로우 셀 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 18B 및 도 18C는 일례에서, 도 18A의 중간 플로우 셀 디바이스 상에서의 배면측 접점의 형성을 도시한다.
도 19A는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 지지 프레임의 복수의 캐비티 내에 결합된 복수의 광 검출 디바이스를 포함하는 다른 중간 플로우 셀 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 19B 및 도 19C는 일례에서, 도 19A의 중간 플로우 셀 디바이스 상에서의 배면측 접점의 형성을 도시한다.
도 20은 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 도 19C의 중간 플로우 셀 디바이스를 통해 형성된 복수의 플로우 셀을 도시한다.
도 21은 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 도 20의 플로우 셀의 광 검출 디바이스의 유동 채널 및 활성 영역을 도시한다.
도 22는 일례에서, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라서, 도 20의 복수의 플로우 셀로 형성될 수 있는 복수의 별개의 플로우 셀을 도시한다.
본 개시내용의 양태 및 이의 특정 예, 특징부, 이점 및 세부 사항은 첨부 도면에 예시된 비제한적인 예를 참조하여 다음에 보다 완전하게 설명된다. 널리 공지된 재료, 제작 도구, 처리 기술 등에 대한 설명은 관련 세부 사항을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 생략되었다. 그러나, 상세한 설명 및 특정 예는 본 개시내용의 양태를 나타내면서, 단지 예시로서만 제공되고, 제한을 위한 것이 아님을 이해해야 한다. 기본 발명 개념의 사상 및/또는 범위 내에서 다양한 대체, 변경, 추가 및/또는 배열이 본 개시내용으로부터 당업자에게 명백할 것이다.
본 명세서 전반에 걸쳐 사용된 바와 같은 근사 언어는 이와 관련된 기본 기능에서의 변경을 초래함이 없이 허용 가능하게 변할 수 있는 임의의 정량적 표현을 변경하기 위해 적용될 수 있다. 따라서, "약" 또는 "실질적으로"와 같은 용어 또는 용어들에 의해 변경된 값은 지정된 정확한 값으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 이러한 용어는 ±5% 이하, 예를 들어 ±2% 이하, 예를 들어 ±1% 이하, 예를 들어 ±0.5% 이하, 예를 들어 ±0.2% 이하, 예를 들어 ±0.1% 이하, 예를 들어 ±0.05% 이하로 지칭될 수 있다. 일부 예에서, 근사 언어는 값을 측정하기 위한 도구의 정밀도에 대응할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정 예를 설명하기 위한 것이며 제한하려는 의도가 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 명백하게 달리 나타내지 않는 한 복수 형태를 또한 포함하도록 의도된다. 또한, "일례"에 대한 언급은 인용된 특징을 통합하는 추가 예의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다. 더욱이, 반대로 명시적으로 언급되지 않는 한, 용어 "포함하는"(그리고 "포함하다" 및 "포함하는"과 같은 "포함하다"의 임의의 형태), "가진다"(그리고 "가진다" 및 "갖는"과 같은 "갖는다"의 임의의 형태), "구비한다"(그리고 "구비한다" 및 "구비하는"과 같은 "구비한다"의 임의의 형태), 및 "함유한다 "(그리고 "함유한다" 및 "함유하는"과 같은 "함유한다"의 임의의 형태)는 개방형 연결 동사로 사용된다. 그 결과, 하나 이상의 단계 또는 요소를 "포함하는", "갖는", "구비하는" 또는 "함유하는"의 임의의 예는 이러한 하나 이상의 단계 또는 요소를 소유하지만, 이러한 하나 이상의 단계 또는 요소로 제한되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어 "일 수 있다" 및 "일 수도 있다"는 일련의 상황 내에서 발생의 가능성을 나타내며; 특정 재산, 특성 또는 기능의 소유; 및/또는 한정된 동사와 관련된 능력, 용량 또는 가능성 중 하나 이상을 표현하여 다른 동사를 한정한다. 따라서, "일 수 있다" 및 "일 수도 있다"의 사용은 변경된 용어가 지정된 용량, 기능 또는 사용에 대해 명백히 적절하거나, 가능하거나, 적합하다는 것을 나타내지만, 일부 상황에서 변경된 용어가 때때로 적절하거나, 가능하거나, 적합하지 않을 수 있다는 것을 고려한다. 예를 들어, 일부 상황에서, 이벤트 또는 용량이 예상될 수 있지만 다른 상황에서, 이벤트 또는 용량이 일어날 수 없으며, 이러한 구분은 "일 수 있다" 및 "일 수도 있다"라는 용어에 의해 포착된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 그리고 달리 지시되지 않는 한, 용어 "전체"(그리고 "전체의"의 임의의 다른 형태)는 적어도 95% 또는 적어도 99%와 같은 적어도 상당한 부분을 의미한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "전체"(그리고 "전체의"의 임의의 다른 형태)는 달리 명시되지 않는 한 100%로 제한되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어 "층"은 달리 명시되지 않는 한 재료의 단일의 연속체로 제한되지 않는다. "층"은 동일하거나 상이한 재료일 수 있는 다수의 서브 층을 포함할 수 있고 및/또는 코팅, 접착제 등을 포함할 수 있다. 더욱이, 본 명세서에서 설명된 플로우 셀의 하나 이상의 층(또는 서브 층)은 본 명세서에서 설명된 특징부를 제공하기 위해 변경(예를 들어, 재료로 에칭, 증착 등)될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 플로우 셀은 학문적 또는 상업적 분석을 위하여 다양한 생물학적 또는 화학적 프로세스 및 시스템에서 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 명세서에서 설명된 플로우 셀은 지정된 반응을 나타내는 이벤트, 성질, 품질 또는 특성을 검출하는 것이 바람직한 다양한 프로세스 및 시스템에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 플로우 셀은 광 검출 디바이스, 바이오 센서 및 그 구성 요소뿐만 아니라, 바이오 센서와 함께 동작하는 바이오 검정 시스템을 포함하거나 이와 통합될 수 있다.
플로우 셀은 개별적으로 또는 집합적으로 검출될 수 있는 복수의 지정된 반응을 촉진하도록 구성될 수 있다. 플로우 셀은 복수의 지정된 반응이 동시에 발생하는 수 많은 사이클을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 플로우 셀은 효소 조작 및 광 또는 이미지 검출/획득의 반복적인 사이클을 통해 고밀도 어레이의 DNA 특징을 시퀀싱하는데 사용될 수 있다. 이와 같이, 플로우 셀은 플로우 셀의 반응 부위에 반응 용액 중의 시약 또는 기타 반응 성분을 전달하는 하나 이상의 마이크로 유체 채널과 연통하여 결합될 수 있다. 반응 부위는 균일하거나 반복되는 패턴과 같은 사전 결정된 방식으로 제공되거나 이격될 수 있다. 대안적으로, 반응 부위는 무작위로 분포될 수 있다. 각각의 반응 부위는 하나 이상의 광 가이드 및 관련된 반응 부위로부터의 광을 검출하는 하나 이상의 광 센서와 관련될 수 있다. 일부 플로우 셀에서, 반응 부위는 반응 오목부 또는 챔버에 위치될 수 있으며, 반응 오목부 또는 챔버는 그 안에서 지정된 반응을 적어도 부분적으로 구획화할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은, "지정된 반응"은 관심 피분석물과 같은 관심 화학적 또는 생물학적 물질의 화학적, 전기적, 물리적 또는 광학적 특성(또는 품질) 중 적어도 하나에서의 변화를 포함한다. 특히 플로우 셀에서, 지정된 반응은 예를 들어 형광 표지된 생체 분자와 관심 피분석물의 통합과 같은 양성 결합 이벤트(positive binding event)이다. 보다 일반적으로, 지정된 반응은 화학적 변환, 화학적 변화, 또는 화학적 상호 작용일 수 있다. 지정된 반응은 또한 전기적 특성에서의 변화일 수 있다. 특히 플로우 셀에서, 지정된 반응은 피분석물과 형광 표지된 분자의 통합을 포함한다. 피분석물은 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)일 수 있고, 형광 표지된 분자는 뉴클레오티드일 수 있다. 여기 광이 표지된 뉴클레오티드를 갖는 올리고뉴클레오티드를 향하여 안내되고 형광단(fluorophore)이 검출 가능한 형광 신호를 방출할 때, 지정된 반응은 검출될 수 있다. 대안적인 플로우 셀에서, 검출된 형광성은 화학적 발광 또는 생물학적 발광의 결과이다. 지정된 반응은 또한 예를 들어, 수용자 형광단(acceptor fluorophore)에 근접하게 기증자 형광단(donor fluorophore)을 가져오는 것에 의해 형광성(또는 Foerster) 공명 에너지 전이(FRET)를 증가시키거나, 기증자 및 수용자 형광단을 분리하는 것에 의해 FRET를 감소시키거나, 형광단으로부터 소광제(quencher)를 분리하는 것에 의해 형광성을 증가시키거나, 또는 소광제와 형광단을 함께 배치하는 것에 의해 형광성을 감소시킬 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "반응 용액", "반응 성분" 또는 "반응물"은 적어도 하나의 지정된 반응을 얻기 위해 사용될 수 있는 임의의 물질을 포함한다. 예를 들어, 잠재적인 반응 성분은 예를 들어 시약, 효소, 샘플, 기타 생체 분자 및 완충 용액을 포함한다. 반응 성분은 본 명세서에서 설명된 플로우 셀에 있는 반응 부위로 용액으로 전달되고 및/또는 반응 부위에서 고정될 수 있다. 반응 성분은 플로우 셀의 반응 부위에 고정된 관심 피분석물과 같은 다른 물질과 직접 또는 간접적으로 상호 작용할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "반응 부위"는 적어도 하나의 지정된 반응이 발생할 수 있는 국소 영역이다. 반응 부위는 물질이 그 위에 고정될 수 있는 반응 구조물 또는 기판의 지지 표면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응 부위는 그 위에 핵산의 콜로니(colony)와 같은 반응 성분을 갖는 반응 구조물의 표면(플로우 셀의 채널에 위치될 수 있는)을 포함할 수 있다. 일부 플로우 셀에서, 콜로니에서의 핵산은 동일한 서열을 가지며, 예를 들어 단일 가닥 또는 이중 가닥 템플릿(template)의 클론 복제물이다. 그러나, 일부 플로우 셀에서, 반응 부위는 예를 들어 단일 가닥 또는 이중 가닥 형태로 단일 핵산 분자만을 함유할 수 있다.
복수의 반응 부위는 플로우 셀의 반응 구조물을 따라서 무작위로 분포되거나 또는 사전 결정된 방식으로(예를 들어, 마이크로 어레이와 같은 매트릭스에서 나란히) 배열될 수 있다. 반응 부위는 또한 지정된 반응을 구획화하도록 구성된 공간 영역 또는 체적을 적어도 부분적으로 획정하는 반응 챔버 또는 오목부를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "반응 챔버" 또는 "반응 오목부"는 지지 구조물의 한정된 공간 영역(때때로 유동 채널과 유체 연통하는)을 포함한다. 반응 오목부는 주변 환경 또는 다른 공간 영역으로부터 적어도 부분적으로 분리될 수 있다. 예를 들어, 복수의 반응 오목부는 공유된 벽에 의해 서로 분리될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 반응 오목부는 검출 표면의 내부 표면에 의해 획정된 만입부, 피트(pit), 웰, 그루브, 캐비티 또는 함몰부에 의해 형성된 나노 웰일 수 있으며, 나노 웰이 유동 채널과 유체 연통할 수 있도록 개구 또는 구멍(즉, 개방형)를 가진다.
일부 플로우 셀에서, 플로우 셀의 반응 구조물의 반응 오목부는 고체(반고체를 포함하는)에 대해 크기화되고 형상화되어서, 고체는 그 안에 완전히 또는 부분적으로 삽입될 수 있다. 예를 들어, 반응 오목부는 포획 비드(capture bead)를 수용하도록 크기화되고 형상화될 수 있다. 포획 비드는 클론에 의해 증폭된 DNA 또는 그 위의 다른 물질을 가질 수 있다. 대안적으로, 반응 오목부는 대략적인 수의 비드 또는 고체 기판을 수용하도록 크기화되고 형상화될 수 있다. 다른 예로서, 반응 오목부는, 확산을 제어하고 반응 오목부로 유동할 수 있는 유체를 필터링하도록 구성된 다공성 겔 또는 물질로 채워질 수 있다.
플로우 셀의 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 광 센서(예를 들어, 포토다이오드)는 대응하는 반응 부위와 관련될 수 있다. 반응 부위와 관련된 광 센서는 지정된 반응이 관련된 반응 부위에서 발생했을 때 적어도 하나의 광 가이드를 통해 관련된 반응 부위로부터의 광 방출을 검출한다. 일부 플로우 셀에서, 복수의 광 센서(예를 들어 광 검출 또는 카메라 디바이스의 여러 픽셀)는 단일의 반응 부위와 관련될 수 있다. 다른 플로우 셀에서, 단일의 광 센서(예를 들어, 단일 픽셀)는 단일의 반응 부위 또는 반응 부위의 그룹과 관련될 수 있다. 플로우 셀의 광 센서, 반응 부위, 및 다른 특징부는 광의 적어도 일부가 반사되지 않고 광 센서에 의해 직접 검출되도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "생물학적 또는 화학적 물질"은 생체 분자, 관심 샘플, 관심 피분석물, 및 기타 화학적 화합물(들)을 포함한다. 생물학적 또는 화학적 물질은 다른 화학적 화합물(들)을 검출, 식별 또는 분석하도록 사용되거나, 또는 다른 화학적 화합물(들)을 연구 또는 분석하기 위한 매개체로서 기능할 수 있다. 특히 플로우 셀에서 생물학적 또는 화학적 물질은 생체 분자를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은, "생체 분자"는 생체 고분자, 뉴클레오시드, 핵산, 폴리뉴클레오타이드, 올리고뉴클레오타이드, 단백질, 효소, 폴리펩타이드, 항체, 항원, 리간드(ligand), 수용체, 다당류, 탄수화물, 폴리인산염, 세포, 조직, 유기체, 또는 그것의 단편 또는 전술한 종의 유사체 또는 모방체와 같은 임의의 다른 생물학적 활성 화합물(들) 중 적어도 하나를 포함한다. 추가 예에서, 생물학적 또는 화학적 물질 또는 생체 분자는 파이로시퀀싱 반응(pyrosequencing reaction)에서 파이로인산염을 검출하는데 사용되는 효소 또는 시약과 같은, 효소 또는 시약과 같은 다른 반응의 생성물을 검출하기 위해 결합 반응에서 사용되는 효소 또는 시약을 포함한다.
생체 분자, 샘플 및 생물학적 또는 화학적 물질은 자연적으로 발생하거나 또는 합성될 수 있으며, 반응 오목부 또는 영역 내의 용액 또는 혼합물에 현탁될 수 있다. 생체 분자, 샘플, 생물학적 또는 화학적 물질은 고체상 또는 겔 물질에 결합될 수도 있다. 생체 분자, 샘플 및 생물학적 또는 화학적 물질은 또한 약제학적 조성물을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 관심 생체 분자, 샘플 및 생물학적 또는 화학적 물질은 표적, 프로브 또는 피분석물로서 지칭될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은, "플로우 셀"은, 반응 구조물의 복수의 반응 부위와 연통하는 유동 채널을 그 사이에서 협력적으로 형성하는, 반응 구조물 위에서 연장되는 덮개를 포함하고, 또한 반응 부위에서 또는 그 근처에서 발생하는 지정된 반응을 검출하도록 구성된 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 포함하는 디바이스를 포함한다. 플로우 셀은 고체 상태 광 검출 또는 "이미징" 디바이스(예를 들어, CCD 또는 CMOS 광 검출 디바이스)를 포함할 수 있다. 하나의 특정 예로서, 플로우 셀은 통합 펌프를 가진 카트리지에 유체적으로 및 전기적으로 결합되도록 구성될 수 있으며, 통합 펌프는 바이오 검정 시스템에 유체적으로 및/또는 전기적으로 결합되도록 구성될 수 있다. 카트리지 및/또는 바이오 검정 시스템은 사전 결정된 프로토콜(예를 들어, 결합을 통한 시퀀싱)에 따라서 플로우 셀의 반응 부위에 반응 용액을 전달하고, 복수의 이미징 이벤트를 수행할 수 있다. 예를 들어, 카트리지 및/또는 바이오 검정 시스템은 플로우 셀의 유동 채널을 통해, 이에 의해 반응 부위를 따라서 하나 이상의 반응 용액을 안내할 수 있다. 반응 용액 중 적어도 하나는 동일하거나 상이한 형광 표지를 갖는 4가지 유형의 뉴클레오타이드를 포함할 수 있다. 뉴클레오타이드는 반응 부위에 있는 대응하는 올리고뉴클레오타이드와 같은, 플로우 셀의 반응 부위에 결합될 수 있다. 이어서, 카트리지 및/또는 바이오 검정 시스템은 여기 광원(예를 들어, 발광 다이오드(LED)과 같은 고체 상태 광원)을 사용하여 반응 부위를 조명할 수 있다. 여기 광은 파장의 범위를 포함하여 사전 결정된 파장 또는 파장들을 가질 수 있다. 입사 여기 광에 의해 여기된 형광 표지는 플로우 셀의 광 센서에 의해 검출될 수 있는 방출 신호(예를 들어, 여기 광, 및 잠재적으로 서로 다른 파장 또는 파장들의 광)를 제공할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "고정된"은 생체 분자 또는 생물학적 또는 화학적 물질과 관련하여 사용될 때 분자 레벨에서 생체 분자 또는 생물학적 또는 화학적 물질을 플로우 셀의 광 검출 디바이스 위에 있는 반응 구조물의 검출 표면과 같은 표면에 실질적으로 부착시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 생체 분자 또는 생물학적 또는 화학적 물질은 비공유 상호 작용(non-covalent interaction)(예를 들어, 정전기력, 반 데르 발스(van der Waals) 및 소수성 계면의 탈수)을 포함하는 흡착 기술, 및 작용기(functional group) 또는 링커가 생체 분자를 검출 표면에 부착시키는 것을 촉진하는 공유 결합 기술을 사용하여 플로우 셀의 반응 구조물의 검출 표면에 고정될 수 있다. 플로우 셀의 반응 구조물의 검출 표면에 생체 분자 또는 생물학적 또는 화학적 물질을 고정하는 것은 표면의 특성, 생체 분자 또는 생물학적 또는 화학적 물질을 운반하는 액체 매질, 및 생체 분자 또는 생물학적 또는 화학적 물질 자체의 특성에 기초할 수 있다. 일부 경우에, 검출 표면은 생체 분자(또는 생물학적 또는 화학적 물질)를 고정하는 것을 용이하게 하기 위해 기능화(예를 들어 화학적으로 또는 물리적으로 변형)될 수 있다.
일부 예에서, 핵산은 그 반응 오목부 또는 나노 웰의 표면과 같은 플로우 셀의 반응 구조물에 고정될 수 있다. 천연 뉴클레오타이드 및 천연 뉴클레오타이드와 상호 작용하도록 구성된 효소가 이용될 수 있다. 천연 뉴클레오타이드는 예를 들어 리보뉴클레오타이드 또는 데옥시리보뉴클레오타이드를 포함한다. 천연 뉴클레오타이드는 모노-, 디- 또는 트리-인산염의 형태일 수 있으며, 아데닌(A), 티민(T), 우라실(U), 구아닌(G) 또는 시토신(C)으로부터 선택된 염기를 가질 수 있다. 그러나, 비-천연 뉴클레오타이드, 변형된 뉴클레오타이드 또는 전술한 뉴클레오타이드의 유사체가 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
전술한 바와 같이, 생체 분자 또는 생물학적 또는 화학적 물질은 플로우 셀의 반응 구조물의 나노 웰에서의 반응 부위에 고정될 수 있다. 이러한 생체 분자 또는 생물학적 물질은 간섭 끼워맞춤, 접착, 공유 결합 또는 혼입을 통해 반응 오목부 내에 물리적으로 홀딩되거나 고정될 수 있다. 중합체 비드, 펠릿, 아가로스 겔(agarose gel), 분말, 양자점, 또는 나노 웰 내에서 압축 및/또는 유지될 수 있는 기타 고체를 포함하는 것과 같은 물품 또는 고체가 반응 오목부 내에 배치될 수 있다. 특정 구현예에서, 나노 웰은 DNA 올리고뉴클레오티드에 공유 결합할 수 있는 하이드로겔 층으로 코팅되거나 채워질 수 있다. DNA 볼(DNA ball)과 같은 핵산 상부 구조(superstructure)는 예를 들어 나노 웰의 내부 표면에 부착시키는 것에 의해 또는 나노 웰 내에서 액체에서 잔류하는 것에 의해 나노 웰에 또는 나노 웰 상에 배치될 수 있다. DNA 볼 또는 기타 핵산 상부 구조는 수행되고, 이어서, 나노 웰 내에 또는 나노 웰에 배치될 수 있다. 대안적으로, DNA 볼은 현장에서 나노 웰에 합성될 수 있다. 나노 웰에 고정된 물질은 고체, 액체 또는 기체 상태일 수 있다.
개시된 플로우 셀은 생물학적 또는 화학적 분석을 위해 구성되어, 이와 관련된 임의의 정보 또는 데이터를 얻을 수 있다. 특정 플로우 셀은 데 노보 시퀀싱(de novo sequencing), 전체 게놈 또는 표적 게놈 영역, 및 메타 유전자의 재시퀀싱을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 응용을 위해 구성된 핵산 시퀀싱 시스템(또는 시퀀서)의 일부를 포함할 수 있다. 시퀀싱 시스템은 DNA 또는 RNA 분석을 수행하도록 구성될 수 있다. 플로우 셀은 반응과 관련된 정보를 얻기 위해 활성 표면에서 많은 수의 동시 반응(parallel reaction)을 수행하도록 구성될 수 있다.
플로우 셀은 다음에 추가로 설명되는 바와 같이 하나 이상의 광 검출 디바이스 위에 있는 반응 구조물의 활성 영역/표면 상의 반응 부위로 또는 반응 부위를 향해 용액을 안내하는 하나 이상의 유동 채널을 포함할 수 있다. 이에 따라, 사용시에, 플로우 셀은 예를 들어 플로우 셀에서 지정된 반응을 수행하는데 사용되는 다양한 반응 성분 또는 반응물을 저장할 수 있는 유체 저장 시스템(도시되지 않음)과 유체 연통할 수 있다. 유체 저장 시스템은 또한 플로우 셀의 하나 이상의 유동 채널을 세척 또는 세정하기 위한 및/또는 반응물을 희석시키기 위한 유체를 저장할 수 있다. 예를 들어, 유체 저장 시스템은 샘플, 시약, 효소, 기타 생체 분자, 완충 용액, 수성 및 비극성 용액 등을 저장하기 위한 다양한 저장소를 포함할 수 있다. 더욱이, 유체 저장 시스템은 또한 플로우 셀로부터 폐기물을 수용하기 위한 폐기물 저장소를 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 플로우 셀에서 이용될 수 있는 광 검출 디바이스(10)의 일례를 도시한다. 광 검출 디바이스(10)는 베이스 층 또는 웨이퍼(14) 및 그 위에서 연장되는 복수의 유전체 층 및 금속-유전체 층과 같은 복수의 적층된 층을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광 검출 디바이스(10)는 광 센서(12)의 센서 어레이 및 광 가이드(18)의 가이드 어레이를 포함한다. 광 검출 디바이스(10)는 또한 광 가이드(18)의 개구 위를 포함하여, 광 검출 디바이스(10)의 상부 부분(22)을 따라서 연장되는 반응 구조물(20)을 포함할 수 있다. 광 검출 디바이스(10)는 각각의 광 센서(12)가 광 검출 디바이스(10)의 상부 표면(22) 위에 위치된 반응 구조물(20)의 단일의 광 가이드(18) 및/또는 단일의 반응 오목부(16)(예를 들어, 나노 웰)에 대응하거나 이와 정렬되어서 이로부터의 광자만을 수용하도록 구성될 수 있다. 그러나, 다른 예에서, 단일의 광 센서(12)는 하나 이상의 광 가이드(18)를 통해 및/또는 하나 이상의 반응 오목부(16)로부터 광자를 수신할 수 있다. 이에 따라, 단일의 광 센서(12)는 하나의 픽셀 또는 하나 이상의 픽셀을 형성할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 반응 오목부(16)는 예를 들어, 반응 구조물(20)의 상부 표면에서 깊이(또는 두께)에서의 만입 또는 변화에 의해 획정될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 반응 구조물(20)의 광 가이드(18) 및 반응 오목부(16)(및 잠재적으로 광 센서(12))의 어레이는 오목부(16) 및/또는 광 가이드(18)(및 잠재적으로 광 센서(12))의 적어도 일부가 한정된 위치 패턴으로 서로 동일하게 이격되도록 한정된 반복 패턴으로 제공될 수 있다. 다른 예에서, 반응 오목부(16) 및/또는 광 가이드(18)(및 잠재적으로 광 센서(12))는 무작위 패턴으로 제공될 수 있고, 및/또는 반응 오목부(16) 및/또는 광 가이드(18)(및 잠재적으로 광 센서(12)는 서로 가변적으로 이격될 수 있다. 반응 오목부(16)의 어레이 사이의 틈새 영역(interstitial area)은 실질적으로 평평한 표면일 수 있다. 다음에 추가로 설명되는 바와 같이, 반응 구조물(20)의 반응 오목부(16)의 어레이는 적어도 하나의 대응하는 반응 부위가 내부에 제공될 수 있다(예를 들어, 그의 표면에 고정될 수 있다).
감광성인 광 검출 디바이스(10)의 영역은 디바이스(10)의 활성 영역으로 지칭된다. 이에 따라, 광 검출 디바이스(10)의 활성 영역은 광을 광 센서(12)로 안내하는 광 가이드(18)를 수용하는 영역을 포함한다. 전술한 바와 같이, 광 검출 디바이스(10)의 상부 표면(22)은 플로우 셀의 동작 동안 시약 전달 및 반응(예를 들어, 반응 유체에서의 피분석물에 응답하여) 및 조명을 위해 이용 가능한/접근 가능한 적어도 하나의 대응하는 반응 부위를 그 위/그 안에서 수용하기 위해 그 위에 위치된 반응 오목부(16)의 어레이를 갖는 반응 구조물(20)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 반응 구조물(20)은 광 검출 디바이스(10)의 활성 영역의 전체(예를 들어, 적어도 95%, 또는 적어도 99% 또는 100%)에 걸쳐서 연장될 수 있다. 이에 따라, 이러한 구성에서, 반응 구조물(20)의 상부 또는 검출기 표면은, 반응 용액이 흐르고 반응 오목부(16) 상에/안에 형성된 반응 부위와 상호 작용할 수 있는 광 검출 디바이스(10)의 활성 표면을 획정할 수 있다. 광 검출 디바이스(10)의 활성 표면은 오목부(16)의 표면, 및 오목부(16) 사이 및 그 주위에서 연장되는 틈새 영역을 포함한다.
반응 구조물(20)의 노출된 상부 표면(즉, 반응 오목부(16)의 노출된 상부 표면 및/또는 그 사이 및 그 주위에서 연장되는 틈새 영역)은 평활한 평면/평탄한 표면을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 틈새 영역의 노출된 상부 표면 및/또는 반응 구조물(20)의 노출된 상부 표면의 반응 오목부(16)는 반응 용액 또는 임의의 다른 생물학적 또는 화학적 물질이 포획되거나 그 위에 남아 있는 것을 방지하고 및/또는 패드 호핑 오류(pad hopping error)를 방지하는 평활한 평면/평탄 표면일 수 있다. 예를 들어, 반응 구조물(20)의 상부 노출된 표면은 20㎛ 이하 또는 1㎛ 이하의 표면 거칠기와 같은 마이크로 미터 범위의 표면 거칠기를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 반응 구조물(20)은 100㎚ 이하, 또는 10㎚ 이하의 표면 거칠기를 포함할 수 있다.
반응 구조물(20)은 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 일례에서, 반응 구조물(20)은 복수의 중첩 층을 포함한다. 반응 구조물(20)은 반응 오목부(16) 내의 반응 부위로부터 방출된(반응 용액으로 처리한 후에) 여기 광 신호 및/또는 광 신호가 통과하여 하나 이상의 대응하는 광 가이드(18)의 개구 내로, 그리고 잠재적으로 하나 이상의 대응하는 광 센서(12)로(예를 들어, 광 가이드(18)의 구성에 의존하여) 보내지는 것을 허용하도록 구성된 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 반응 구조물(20)은 반응 오목부(16)에 있는 특정 반응 부위로부터 방출된 광의 크로스 토크 또는 "공유"가 대응하지 않는 센서(12)로 전파되거나 보내지는 것을 방지하는 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 반응 구조물(20)은 화학 물질, 생체 분자 또는 기타 관심 피분석물이 그 위에 고정되는 것을 허용하는 고체 표면을 제공할 수 있다. 예를 들어, 반응 오목부(16) 상의 각각의 반응 부위는 그 노출된 외부 표면에 고정된 생체 분자의 클러스터를 포함할 수 있다. 그러므로, 반응 구조물(20)은 반응 부위가 반응 오목부(16)에 고정되는 것을 허용하는 재료를 포함할 수 있다. 반응 구조물(20)은 반응 부위를 형성하고 및/또는 이로부터의 광 방출의 검출을 용이하게 하기 위해 생체 분자를 고정하는 것을 용이하게 하도록 물리적으로 또는 화학적으로 변형될 수 있다. 반응 구조물(20)을 형성할 수 있는 층의 예는 적어도 하나의 SiN 층 및 적어도 하나의 TaO 층을 포함한다. 그러나, 반응 구조물(20)은 상이한 층(예를 들어, 상이한 층, 더 적은 층 및/또는 추가 층) 및/또는 상이한 재료를 포함할 수 있다.
광 가이드(18)는, 여기 광 또는 여기 광의 파장을 포함하는 파장의 범위를 필터링하고 적어도 하나의 대응하는 반응 오목부(16)의 적어도 하나의 반응 부위로부터의 광 방출(또는 광 방출의 파장을 포함하는 파장의 범위)이 이를 통해 적어도 하나의 대응하는 광 센서(12)를 향해 전파되는 것을 허용하도록 구성된 필터 재료를 포함할 수 있다. 광 가이드(18)는 예를 들어 흡수 필터(예를 들어, 유기 흡수 필터)일 수 있어서, 필터 재료는 특정 파장(또는 파장의 범위)을 흡수하고, 적어도 하나의 사전 결정된 파장(또는 파장 범위)이 통과하는 것을 허용한다. 어레이의 광 가이드(18)의 각각은 실질적으로 동일한 필터 재료를 포함할 수 있거나, 또는 상이한 광 가이드(18)는 상이한 필터 재료를 포함할 수 있다. 이에 따라, 각각의 광 가이드(18)는 디바이스(10)의 주변 재료(예를 들어, 유전체 재료)와 관련하여 구성되어, 광 가이드 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 광 가이드(18)는 적어도 약 2.0의 굴절률을 가질 수 있다. 특정 구성에서, 광 가이드(18)는 여기 광의 광학 밀도(OD) 또는 흡광도가 적어도 약 4 OD이도록 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광 검출 디바이스(10)는 광 방출(예를 들어, 광자)이 광 센서(12)에 의해 검출될 때 신호를 전송하거나 전도하는 회로(24)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 광 방출은 반응 구조물(20)의 반응 오목부(16)와 관련된 적어도 하나의 반응 부위로부터/이에 의해 방출되고, 적어도 하나의 광 가이드(18)에 의해 관련된 광 센서(12)로 안내되거나 보내질 수 있다. 회로(24)는 검출된 광자에 기초하는 데이터 신호의 전송과 같이 전류를 전도할 수 있는 상호 연결된 전도성 요소(예를 들어, 전도체, 트레이스, 비아, 상호 연결부 등)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 회로(24)는 마이크로 회로 배열과 유사하거나 또는 이를 포함할 수 있다. 광 검출 디바이스(10)는 회로(24)에 전기적으로 결합된 광 센서(12)의 어레이를 갖는 적어도 하나의 집적 회로를 포함할 수 있다. 광 검출 디바이스(10) 내의 회로(24)는 신호 증폭, 디지털화, 저장, 및 처리 중 적어도 하나를 위해 구성될 수 있다. 회로(24)는 센서(12)에 의해 검출된 광 방출을 수집(및 잠재적으로 분석)하고, 검출 데이터를 바이오 검정 시스템에 통신하기 위한 데이터 신호를 생성할 수 있다. 회로(24)는 또한 광 검출 디바이스(10)에서 추가적인 아날로그 및/또는 디지털 신호 처리를 수행할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광 검출 디바이스(10)의 디바이스 회로(24)는 베이스 부분(14)에 인접하게 또는 잠재적으로 부분적으로만 이를 통해 연장될 수 있다. 이에 따라, 베이스 부분(14)은 전기 전도성 비아의 캐비티 또는 이를 통해 연장되는 디바이스 회로(24)의 다른 부분일 수 있다. 광 검출 디바이스(10)의 노출된 배면측 표면(26)을 형성할 수 있는 베이스 부(14)의 배면측(26)은 디바이스 회로(24)의 캐비티일 수 있다. 달리 말하면, 디바이스 회로(24)는 광 검출 디바이스(10) 내의 베이스 부분(14)의 배면측(26) 위에 완전히 위치될 수 있어서, 디바이스 회로(24)는 베이스 부분(14)의 배면측(26) 및/또는 디바이스(10) 자체에서 접근할 수 없다. 그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 디바이스 회로(24)는 광 검출 디바이스(10)의 상부측으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 디바이스 회로(24)는 광 검출 디바이스(10)를 통해 반응 구조물(20)로, 그리고 잠재적으로 반응 구조물을 통해 연장될 수 있다. 이에 따라, 반응 구조물(20)(존재한다면)의 노출된 상부 표면에 의해 형성될 수 있는 광 검출 디바이스(10)의 상부측은 도 1에 도시된 바와 같이 디바이스 회로(24)를 포함할 수 있다. 달리 말하면, 디바이스 회로(24)는 도 1에 도시된 바와 같이 반응 구조물(20)(존재한다면)의 상부측 표면일 수 있는 광 검출 디바이스(10)의 상부측에서 노출되고 접근 가능할 수 있다.
광 검출 디바이스는 고체 촬상 소자 회로(CCD) 또는 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 디바이스 또는 회로를 제조하는데 사용되는 프로세스와 같은 집적 회로 제조 프로세스를 사용하여 제조될 수 있다. 이에 따라, 광 검출 디바이스는 예를 들어, 하나 이상의 반도체 재료를 포함할 수 있으며, 예를 들어 CMOS 광 검출 디바이스(예를 들어, CMOS 이미지 센서) 또는 CCD 이미지 센서, 다른 유형의 이미지의 형태를 취할 수 있다. 본 예에서, 광 검출 디바이스(10)는 도 1에 도시된 바와 같은 CMOS형 이미지 센서이지만, 다른 유형의 센서가 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 광 검출 디바이스(10)는 반도체 기반일 수 있고, 예를 들어 실리콘 층 또는 웨이퍼일 수 있는 디바이스 베이스 부분(14)을 포함하는 복수의 적층된 층을 포함한다.
CMOS형 광 검출 디바이스(10)로서 구성될 때, "상보적" 양태는 CMOS 기술을 사용하여 제조된 집적 회로(IC)에서 n-형 및 p-형 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 모두 포함하는 것을 의미한다. 각각의 MOSFET는 산화물과 같은 게이트 유전체를 갖는 금속 게이트("금속 산화물"로 명명된 부분), 및 게이트 아래의 반도체 재료(명칭에서 "반도체"에 대응하는)를 가진다. 광 검출 디바이스(10)가 도 1에 도시된 바와 같이 구성될 때, 광 센서(12)는 예를 들어 게이트를 통해 회로(24)에 전기적으로 결합된다.
반도체 기반 광 검출 디바이스(10)로서, 회로(24)의 적어도 일부는 디바이스 또는 기판 층 내에 제공될 수 있으며, 광 가이드(18)는 이를 통해 각각 연장될 수 있다. 각각의 기판 층은 디바이스 회로(24)의 적어도 일부를 형성하는 상호 연결된 전도성 요소를 포함할 수 있으며, 유전체 재료는 회로의 전도성 요소를 둘러싸거나 이에 인접한다. 이에 따라, 회로(24)의 전도성 요소는 유전체 재료 내에 매립될 수 있다. 광 가이드(18)는 또한 유전체 재료를 통해 연장될 수 있고 회로로부터 이격될 수 있다. 집적 회로 제조(예를 들어, CMOS 제조)에 적합한 것과 같은 다양한 금속 요소 및/또는 유전체 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 요소/회로(24)는 W(텅스텐) 요소, Cu(구리) 요소, Al(알루미늄) 요소, 또는 이들의 조합과 같은 금속 요소일 수 있지만, 다른 재료 및 구성이 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 유전체 재료는 저유전율 재료 및/또는 SiO2와 같은 실리콘 함유 재료일 수 있지만, 다른 유전체 재료 및 구성이 사용될 수 있다는 것이 이해된다.
광 검출 디바이스(10)는 집적 회로 다이일 수 있다. 예를 들어, 광 검출 디바이스(10)는 전자 등급 실리콘(EGS) 또는 다른 반도체(GaAs와 같은)의 단일 베이스 부분(예를 들어, 웨이퍼) 상에 제공된 복수의 광 검출 디바이스(10)의 대형 집단(batch)의 일부로서 제조될 수 있다. 이에 따라, 복수의 제조된 디바이스는 일체형이고, 서로 인접하게 형성/배치되고 매우 근접하여 위치된다. 웨이퍼는 각각 적어도 하나의 별개의 광 검출 디바이스(10)를 수용하는 많은 조각으로 절단(즉, 다이싱)된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 단일의 별개의 광 검출 디바이스(10)는 웨이퍼의 복수의 일체형 제조된 디바이스로 형성(즉, 다이싱)될 수 있다. 대안적으로, 복수의 일체형 인접한 광 검출 디바이스(10)는 웨이퍼의 복수의 일체형 제조된 디바이스로 형성(즉, 다이싱)될 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 플로우 셀에서 이용될 수 있는 광 검출 디바이스(110)의 다른 예를 예시한다. 도 2의 광 검출 디바이스(110)는 도 1의 광 검출 디바이스(10)와 유사하며, 그러므로, "1"로 시작되는 유사한 도면 부호는 유사한 구성 요소, 양태, 기능, 프로세스 또는 기능을 나타내기 위해 사용되고 이에 관한 상기 설명은 동일하게 적용되며, 간결성 및 명료성의 목적을 위해 반복되지 않는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광 검출 디바이스(110)는 광 검출 디바이스(110)가 그것의 상부 표면(122) 위에 위치된 (반응 오목부 및 그 사이에 그리고 그 주위에서 연장되는 틈새 영역을 형성하는) 반응 구조물를 포함하지 않는다는 점에서 광 검출 디바이스(10)와 다르다. 오히려, 제조된 또는 다이싱된 광 검출 디바이스(110)는 반응 구조물을 포함하지 않을 수 있다. 반응 구조물은 예를 들어, 다음에 추가로 설명되는 바와 같이 광 검출 디바이스(110)의 처리 후와 같이 다이싱된 광 검출 디바이스(110)의 상부 표면(122) 상에 위치될 수 있다.
광 검출 디바이스(110)는 또한 회로(124)가 도 2에 도시된 바와 같이 베이스 웨이퍼 부분(114)을 통해 완전히 연장되는 비아(128)를 포함한다는 점에서 광 검출 디바이스(10)와 상이하다. 이에 따라, 비아(128)는 베이스 웨이퍼 부분(114)의 배면측(126) 및 디바이스(110) 자체에서 노출되고 접근 가능하다. 또한 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스 웨이퍼 부분(114)의 배면측(126)(및 디바이스(110) 자체)은 베이스 웨이퍼 부분(114)의 배면측(126)으로부터 연장되는 하나 이상의 스페이서 부분(130)을 포함한다. 적어도 하나의 스페이서 부분(130)은 베이스 웨이퍼 부분(114)의 배면측(126) 상에 비아(128)로부터 이격되거나, 이에 인접하여 위치되거나, 또는 이와 적어도 부분적으로 중첩할 수 있다. 이러한 방식으로, 적어도 하나의 스페이서 부분(130)은 베이스 웨이퍼 부분(114)의 배면측(126) 상에 위치될 수 있어서, 각각의 비아(128)의 적어도 일부는 베이스 웨이퍼 부분(114)의 배면측(126) 및 디바이스(110) 자체에서 노출되고 이용 가능하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광 검출 디바이스(110)는 베이스 웨이퍼 부분(114)의 배면측(126)의 대향하는 측면들을 따라서 연장되는 적어도 2개의 스페이서 부분(130)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 스페이서 부분(130)은 베이스 웨이퍼 부분(114)이에 의해 디바이스(10) 자체(비아(128)에 의해 손상되거나 약화될 수 있는)에 구조적 지지 또는 강성을 제공할 수 있다. 일부 광 검출 디바이스(110)에서, 적어도 하나의 스페이서 부분(130)은 예를 들어 센서(112) 및/또는 회로(124)의 동작을 방해하지 않도록 전기적으로 절연성이거나 비전도성(또는 반도체)일 수 있다. 적어도 하나의 스페이서 부분(130)을 형성하는 예시적인 재료는 유리, 용융 실리카, 석영, 실리콘, 유리 섬유, 플라스틱, 에폭시, 세라믹, 유전체 복합 재료, 종이 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 지지 프레임(34) 및 지지 기판(44)을 포함하는 지지 구조물(32)은 본 개시내용의 플로우 셀을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 지지 프레임(34)은 상부 표면(36), 바닥 표면(38), 및 상부 표면(36)과 바닥 표면(38) 사이에 프레임(34)을 통해 연장되는 적어도 하나의 캐비티(40)(예를 들어, 공극 또는 구멍)을 획정할 수 있다. 지지 구조물(32)은 임의의 수의 캐비티(40)를 포함할 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 지지 프레임(34)은 복수의 별개의 이격된 캐비티(40)의 어레이를 포함할 수 있다. 캐비티(40)의 어레이는 지지 프레임(34)의 일부가 각각의 캐비티(40) 주위에서, 이에 의해 인접한 캐비티(40) 사이에서 완전히 연장되도록 서로 이격될 수 있다. 캐비티(40)의 어레이는 캐비티(40)가 균일하거나 일관되게 이격되도록 반복적인(잠재적으로 균일한) 패턴으로 한정될 수 있다. 대안적으로, 캐비티(40)의 어레이는 캐비티(40)의 적어도 일부가 불균일하게 이격되도록 무작위로 분포될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 캐비티(40)는 상부 표면(36)과 바닥 표면(38) 사이에 연장되는 지지 프레임(34)의 내부 측벽(50)에 의해 형성될 수 있다. 일부 구성에서, 캐비티(40)를 획정하는 지지 프레임(34)의 내부 측벽(50)은 캐비티(40)의 크기가 상부 표면(36) 및 바닥 표면(38)에서 동일한 크기 또는 형상을 획정할 수 있도록 상부 표면(36)과 하부 표면(38) 사이에 직각으로 연장될 수 있다.
각각의 캐비티(40)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 위에서 설명된 도 2의 광 검출 디바이스(110)와 같은 하나 이상의 광 검출 디바이스를 포함하도록 크기화되고 형상활될 수 있다. 그러나, 다음에 추가로 설명되는 바와 같이, 위에서 설명된 도 1의 광 검출 디바이스(10)와 같지만 이에 제한되지 않는 상이한 구성의 하나 이상의 광 검출 디바이스가 지지 프레임(34)의 캐비티(40) 내에서 이용될 수 있다. 또한, 제1 구성의 적어도 하나의 광 검출 디바이스는 지지 프레임(34)의 하나 이상의 제1 캐비티(40)와 함께 이용될 수 있고, 제2 구성의 적어도 하나의 광 검출 디바이스는 지지 프레임(34)의 하나 이상의 제2 캐비티(40)와 함께 이용될 수 있다.
지지 프레임(34)은 실질적으로 평면일 수 있다. 예를 들어, 지지 프레임(34)의 상부 표면(36) 및/또는 바닥 표면(38)은 평면이고 평행할 수 있다. 일부 구성에서, 상부 표면(36) 및/또는 바닥 표면(38)은 서브 미크론-스케일의 표면 거칠기를 포함하는 것과 같이 실질적으로 평활할 수 있다. 일부 구성에서, 상부 표면(36) 및/또는 바닥 표면(38)은 50㎚ 이하 또는 10㎚ 이하의 표면 거칠기를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 상부 표면(36) 및/또는 바닥 표면(38)은 1 내지 2㎚의 범위 내의 표면 거칠기를 포함할 수 있다. 다음에 추가로 설명되는 바와 같이, 지지 프레임(34)의 상부 표면(36)은 시약 용액의 전달을 위한 플로우 셀의 유동 경로를 형성하기 위해 광 검출 디바이스의 반응 구조물의 검출기 표면(예를 들어, 디바이스의 활성 표면)과 협력할 수 있거나, 또는 반응 구조물, 하나 이상의 다른 층, 및/또는 덮개는 지지 프레임(34)의 상부 표면(36) 및 광 검출 디바이스의 상부 부분(122) 위에 위치될 수 있다. 이와 같이, 지지 프레임(34)의 상부 표면(36)(및 반응 구조물의 상부 표면)의 평탄도/평활도는 유체(들)의 혼입 또는 포획없이 시약 유체 유동을 가능하게 하도록 구성될 수 있다.
지지 프레임(34), 및 잠재적으로 기판(44)은 캐비티(40) 내에서 광 검출 디바이스(110)를 견고하게 유지하고 및 광 검출 디바이스와 결합하고 본 개시내용의 플로우 셀의 제조, 취급 및/또는 사용 동안 광 검출 디바이스(110)의 손상 왜곡/변형을 방지하도록 비교적 단단할 수 있다. 일부 구성에서, 지지 프레임(34)(및 잠재적으로 기판(44))은 적어도 50 ㎬ 또는 적어도 70 ㎬의 영률을 포함한다. 일부 구성에서, 지지 프레임(34)(및 잠재적으로 기판(44))은 적어도 약 20/℃ 또는 약 30/℃ 이상의 열팽창 계수(CTE)를 포함한다. 예를 들어, 지지 프레임(34)은 70 내지 80 ㎬ 범위 내의 영률 및 30 내지 35/℃의 범위 내의 CTE를 포함하는 보로-알루미노실리케이트 유리(예를 들어, Coming® Eagle XG® 유리)를 포함할 수 있거나, 또는 160 내지 170 ㎬ 범위의 영률 및 35 내지 40/℃의 범위의 CTE를 포함하는 실리콘으로 구성된다.
지지 프레임(34)은 본 개시내용의 플로우 셀의 조명/검출 및/또는 제조 및/또는 세정 동안 광 검출 디바이스(110)의 상부 부분(122) 위에 위치된 반응 구조물 상의 반응 부위의 형성 동안 시약 용액 및/또는 다른 재료/용액과 접촉할 수 있다. 지지 프레임(34)은 DNA 이식, 클러스터링, 절단, 통합 및/또는 판독을 위해 이용되는 시퀀싱 시약과 같은 시퀀싱 시약들에 반응하지 않는 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시퀀싱 용액은 수용액일 수 있고, 및/또는 오일로 구성될 수 있다.
지지 프레임(34)은 다음에 추가로 설명되는 바와 같이 하나 이상의 플로우 셀의 형성 동안 화학적 기계적 연마(CMP) 프로세스를 거칠 수 있다. 지지 프레임(34)은 하나 이상의 플로우 셀의 형성 동안 지지 프레임(34)과 접촉하는 혼합물 및 CMP 슬러리에 반응하지 않는 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, CMP 슬러리 또는 혼합물은 연마 입자 및 베이스 액체를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 베이스 액체는 물(예를 들어, 탈 이온수) 및/또는 오일을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 연마 입자는 예를 들어 이산화규소, 산화세륨 및/또는 산화알루미늄과 같은 산화물을 포함할 수 있다.
지지 프레임(34)은 그 광 감지 동작을 방해하지 않도록 각각의 캐비티(40) 내에 위치된 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)를 전기적으로 절연할 수 있다. (상부 표면(36)과 바닥 표면(38) 사이에서 연장되는) 캐비티(40)를 둘러싸고/형성하는 지지 프레임(34) 부분의 두께/단면의 적어도 일부는 전기 절연성(즉, 비전도성) 재료(또는 반도체 재료)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 표면(36)으로부터 연장되는 캐비티(40)를 둘러싸고/형성하는 지지 프레임(34) 부분의 두께/단면의 적어도 일부 또는 상부 표면(36)과 바닥 표면(38) 사이에 이격된 중간 부분은 전기 절연성(즉, 전기적으로 비전도성) 재료(또는 반도체 재료)를 포함할 수 있다. 일부 구성에서, 지지 프레임(34)은 전기 절연성 재료만을 포함할 수 있다. 지지 프레임의 적어도 일부를 형성할 수 있는 전기 절연성 재료의 예는 실리콘, 유리(예를 들어, 석영, 용융 실리카, 유리 섬유, 붕규산 유리(예를 들어, Coming® Eagle XG® 유리와 같은 알칼리 토류 브로-알루미노실리케이트 유리), 플로팅 붕규산 유리(예를 들어, Borofloat® 33 유리) 또는 기타 낮은 자가 형광 유리), 세라믹, 중합체(예를 들어, 플라스틱, 에폭시, 실리콘 충전 에폭시 또는 UV 경화형 에폭시 또는 접착제), 유전체 복합 재료, 종이 또는 이들의 조합을 포함한다.
그러나, 다음에 추가로 설명되는 바와 같이, 지지 프레임(34)의 부분들은 금속 재료와 같은 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다음에 추가로 설명되는 바와 같이, 지지 프레임(34)은 상부 표면(36)과 바닥 표면(38) 사이에서 연장되는(그리고 상부 표면(36) 및 바닥 표면(38)에서 노출되는) 캐비티(40)에 근접한(예를 들어, 이에 인접한) 지지 프레임(34) 부분의 두께/단면을 통해 연장되는 전기 전도성 비아를 포함할 수 있다. 일부 구성에서, 상부 표면(36) 및/또는 바닥 표면(34)으로부터 연장되는 캐비티(40)를 둘러싸고/형성하는 지지 프레임(34) 부분의 두께/단면의 일부는 (비아의 일부를 포함할 수 있는) 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다.
지지 프레임(34)은 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 시각적 표시/마킹(45)을 포함할 수 있다. 시각적 표시(45)는 전체 및/또는 그 부분 또는 이에 결합된 구성 요소(예를 들어, 다음에 추가로 설명되는 바와 같이 캐비티(40) 및 캐비티(40) 내부에 위치된 하나 이상의 광 검출 디바이스(110))로서 지지 프레임(34)의 위치 및/또는 배향을 참조하는데 이용될 수 있다. 이러한 방식으로, 시각적 표시(45)는 하나 이상의 중간 플로우 셀 디바이스 및/또는 플로우 셀 디바이스(다음에 추가로 설명되는 바와 같이)로 지지 프레임(34)(그리고 다음에 추가로 설명되는 바와 같이, 이에 결합된 구성 요소)을 처리하는 동안 정렬 마크로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 시각적 표시(45)는 하나 이상의 중간 플로우 셀 디바이스 및/또는 플로우 셀 디바이스를 형성하기 위해 덮개로 덮는 및/또는 다이싱하는 작업 동안 정렬을 위해 이용될 수 있다.
시각적 표시(45)는 인간의 눈 및/또는 이미징 디바이스(예를 들어, 디지털 카메라)에 대하여 지지 프레임(34)과 시각적으로 다른 임의의 재료를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 시각적 표시(45)는 안료, 페인트, 염료, 발광 재료, 금속, 산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 시각적 표시(45)는 시퀀싱 시약 및/또는 CMP 슬러리에 반응하지 않는 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다.
시각적 표시(45)는 지지 프레임(34)의 바닥 표면(38)(도 4에 도시된 바와 같이) 상에, 지지 프레임(34)의 상부 표면(36) 상에 제공될 수 있거나, 지지 프레임(34)의 상부 표면(36)과 바닥 표면(38) 사이의 지지 프레임(34)의 두께 내에 적어도 부분적으로 매립될 수 있거나, 또는 이들의 조합일 수 있다. 시각적 표시(45)는 임의의 프로세스를 통해 지지 프레임(34) 상에 형성될 수 있다. 일부 예에서, 시각적 표시(45)는 분사 프로세스 또는 리소그래피 프로세스와 같은 인쇄 프로세스를 통해 지지 프레임(34) 상에 형성될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 지지 구조물(32)은 기판 또는 캐리어(44)의 상부 표면(46)에 결합된 지지 프레임(34)의 상부 표면(36)을 포함할 수 있다. 지지 프레임(34) 및 기판(44)은 제거 가능하게 결합되거나 고정적으로 결합될 수 있다. 일부 지지 구조물(32)에서, 기판(44)은 지지 프레임(34)의 재료와 동일하거나 유사한 재료로 구성될 수 있다. 일부 다른 지지 구조물(32)에서, 기판(44)은 지지 프레임(34)의 재료와 다른 재료로 구성될 수 있다. 기판(44)의 상부 표면(46)은 지지 프레임(34)의 상부 표면(36) 및 기판(44)의 상부 표면(46)이 평행하고, 도 5에 도시된 바와 같이 잠재적으로 실질적으로 동일 평면이도록 실질적으로 평활하고 평면일 수 있다. 일부 구성에서, 기판(44)의 상부 표면(46)은 지지 프레임(34)의 상부 표면(36)과 동일하거나 유사한 표면 평활도를 한정할 수 있다.
또한 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 지지 프레임(34)의 상부 표면(36)이 기판(44)의 상부 표면(46)에 결합되는 것에 의해, 적어도 하나의 다이싱된 광 검출 디바이스(110)는 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 상부 표면(122)이 기판(44)의 상부 표면(46) 상에 또는 이에 인접하여 위치되도록 "페이스다운(facedown)"되어 캐비티(40) 내에 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 상부 표면(122)은 지지 프레임(34)의 상부 표면(36)과 실질적으로 정렬될 수 있다(예를 들어, 동일 평면일 수 있다). 유사하게, 적어도 하나의 다이싱된 광 검출 디바이스(110)가 상부 표면(122) 위에 제공된 반응 구조물을 포함한다면(예를 들어, 도 1의 광 검출 디바이스(10)에서와 같이), 검출기의 상부 표면/반응 구조물의 활성 표면은 기판(44)의 상부 표면(46) 상에 또는 이에 인접하여 위치될 수 있고, 틈새 부분은 지지 프레임(34)의 상부 표면(36)과 실질적으로 정렬될 수 있다(예를 들어, 동일 평면일 수 있다).
도 5에 도시된 바와 같이, 지지 프레임(34)은 배면측(126)이 지지 프레임(34)의 바닥면(38)을 지나서 연장되도록 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)보다 얇을 수 있다. 일부 다른 지지 프레임(34) 구성에서, 지지 프레임(34)의 바닥면(38)은 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 배면측(126)과 같거나 그 아래에 있을 수 있다. 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)는 캐비티(40)보다 작은 대응하는 크기를 한정할 수 있다. 이에 따라, 다이싱된 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)는 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 주변부가 도 5에 도시된 바와 같이 지지 프레임(34)의 내부 측벽(50)으로부터 이격되도록 지지 구조물(32)의 캐비티(40) 내에 위치될 수 있다. 예를 들어, 캐비티(40)의 일부는 지지 프레임(34)의 캐비티(40)의 내부 측벽(50)과 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 주변부 사이에서 연장되는 트렌치 또는 가장자리 캐비티 부분(52)을 형성하기 위해 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 주변부 주위에서 연장될 수 있다.
적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)는 캐비티(40)에서의 기판(44)의 상부 표면(46) 상에 직접 자유롭게 놓일 수 있다. 일부 이러한 배열에서, 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)는 도구 또는 지지 부재를 통해 캐비티(40)에 기계적으로 유지될 수 있다.
본 개시내용에 따른 지지 구조물(232)의 다른 예가 도 6에 도시되어 있다. 도 6의 지지 구조물(232)은 도 3 내지 도 5의 지지 구조물(32)과 유사하며, 그러므로, "2"로 시작되는 유사한 도면 부호는 유사한 구성 요소, 양태, 기능, 프로세스 또는 기능을 나타내기 위해 사용되고 이에 관한 상기 설명은 동일하게 적용되며, 간결성 및 명료성의 목적을 위해 반복되지 않는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 지지 구조물(232)은 적어도 하나의 광 검출 디바이스(210)의 상부 부분(122)을 캐비티(244) 내의 기판(244)의 상부 표면(246)에 화학적으로 결합/본딩하는 인터포저 부재(interposer member) 또는 층(248)을 포함한다는 점에서 지지 구조물(32)과 다르다. 인터포저 층(248)은 임의의 임시 또는 제거 가능한(예를 들어, 하나 이상의 화학적, 기계적 및/또는 조사 프로세스를 통해) 본딩 재료일 수 있다. 일례에서, 인터포저 층(248)은 중합체 재료(예를 들어, 하나 이상의 환형 올레핀 공중합체)를 포함할 수 있으며, 이는 용매 주조 본딩 재료 조성물 내에 제공될 수 있다. 예를 들어, 인터포저 층(248)은 BrewerBond® 220 또는 BrewerBond® 305와 같이 Brewer Science, Inc.에 의해 판매되는 BrewerBond® 임시 본딩 재료를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 인터포저 층(248)은 JSR Corporation에 의해 판매되는 JSR ELPAC TA 시리즈 임시 접착 재료와 같은, 고 UV 흡광 방출 층 및/또는 접착층을 포함할 수 있다. 인터포저 층(248)은 예를 들어 기판(244)의 상부 표면(246) 상에 스핀 코팅, 분사 코팅, 염료 슬롯 코팅 또는 라미네이션에 의해 형성될 수 있다.
인터포저 층(248)은 캐비티(240) 내의 기판(244)의 상부 표면(246) 위에서 연장되는 하나 이상의 재료 층을 포함할 수 있다. 이에 따라, 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 상부 부분(122)은 캐비티(244) 내의 인터포저 층(248)의 상부 표면(247)에 놓일 수 있다. 인터포저 층(248)은 또한 도 6에 도시된 바와 같이 기판(244)의 상부 표면(246)과 지지 프레임(234)의 상부 표면(236) 사이에서 연장될 수 있다. 이에 따라, 지지 프레임의 상부측(236)은 인터포저 층(248)의 상부 표면(247) 위에서 연장될 수 있고, 인터포저 층(248)은 기판(244)의 상부측(246) 위에서 연장될 수 있다.
본 개시내용에 따른 지지 구조물(332)의 다른 예가 도 7에 도시되어 있다. 도 7의 지지 구조물(332)은 도 3 내지 도 5의 지지 구조물(32) 및 도 6의 지지 구조물(232)과 유사하며, 그러므로 "3"으로 시작되는 유사한 도면 부호는 유사한 구성 요소, 양태, 기능, 프로세스 또는 기능을 나타내기 위해 사용되고 이에 관한 상기 설명은 동일하게 적용되며, 간결성 및 명료성의 목적을 위해 반복되지 않는다. 도 7에 도시된 바와 같이, 지지 구조물(332)은 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 상부 부분(122)으로부터 기판(344)의 상부 표면(346)을 이격시키는 스페이서 부재/층(349)을 포함한다는 점에서 지지 구조물(32) 및 지지 구조물(232)과 다르다. 스페이서 층(349)은 기판(344)의 상부 표면(346)과 지지 프레임(334)의 상부 표면(336) 사이에서만 연장될 수 있고, 이에 의해 캐비티(340)를 통해 연장되지 않을 수 있다. 이러한 방식으로, 스페이서 층(349)은 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 상부 부분(122)이 그 위에 놓이는 기판(344)의 상부 표면(346)으로부터 지지 프레임(334)의 상부 표면(336)을 상승시킨다. 이러한 방식으로, 스페이서 층(349)은 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 배면측(126)으로부터 상부 부분(122)으로 연장되는 방향으로 지지 프레임(334)의 상부 표면(336)을 지나(즉, 위로) 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 상부 부분(122)을 이격시킨다. 스페이서 층(349)은 인터포저 층(248)과 동일하거나 유사한 재료를 포함할 수 있다. 스페이서 층(349)은 예를 들어 기판(344)의 상부 표면(346) 상에 스핀 코팅, 분사 코팅, 염료 슬롯 코팅 또는 라미네이션에 의해 형성될 수 있다. 도 7의 지지 구조물(332)이 인터포저 층(예를 들어, 도 6의 지지 구조물(232)의 인터포저 층(248))을 포함하지 않는 것으로 도시되었지만, 지지 구조물(332)은 기판(344)과 지지 프레임(334) 사이에서 캐비티(340)를 가로질러 기판(344)의 상부 표면(336) 위에서 연장되는 인터포저를 포함할 수 있다.
본 개시내용에 따른 지지 구조물(432)의 다른 예가 도 8에 도시되어 있다. 도 8의 지지 구조물(432)은 도 3 내지 도 5의 지지 구조물(32), 도 6의 지지 구조물(232) 및 도 7의 지지 구조물(332)과 유사하며, 그러므로, "4"로 시작되는 유사한 도면 부호는 유사한 구성 요소, 양태, 기능, 프로세스 또는 기능을 나타내기 위해 사용되고 이에 관한 상기 설명은 동일하게 적용되며, 간결성 및 명료성의 목적을 위해 반복되지 않는다. 도 8에 도시된 바와 같이, 지지 구조물(432)은 캐비티(440)의 측벽(450)의 구성에서 지지 구조물(32), 지지 구조물(232), 및 지지 구조물(332)과 다르다.
도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 캐비티(440)는 상부 및 바닥 표면(436, 438) 사이에서 연장되는 지지 프레임(434)의 내부 측벽(450)에 의해 형성될 수 있다. 캐비티(440)를 획정하는 지지 프레임(434)의 내부 측벽(450)은 캐비티(440)의 크기가 바닥 표면(438)에 비해 상부 표면(436)에서 더 작거나 좁아지도록(즉, 바닥 표면(438)에서의 각각의 캐비티(440)의 개구가 상부 표면(436)에서의 이에 대한 개구보다 크도록) 바닥 표면(438)으로부터 상부 표면(436)으로 연장됨에 따라서 캐비티(440)의 내부를 향해 안쪽으로 연장될 수 있다. 측벽(450)은 상부 표면(436)에서 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 주변부에 매우 근접하여 연장되지만, 이로부터 여전히 이격된다는 것에 유의한다. 대응하여, 내부 측벽(450)과 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 주변부 사이에서 연장되는 캐비티(440)의 가장자리 캐비티 부분(452)은 바닥 표면(438)으로부터 상부 표면(436)으로 연장됨에 따라서 좁아질 수 있다.
내부 측벽(450)의 형상 또는 구성은 지지 프레임(434)의 임의의 구성 및/또는 제조 또는 처리 기술에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 지지 프레임(434)은 함께 적층될 때 개구들이 캐비티(40)를 형성하도록 상이한 크기의 개구를 갖는 복수의 지지 프레임 층을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 내부 측벽(450)의 형상 또는 구성은 지지 프레임(434)을 에칭하거나 달리 성형하거나 형성하는 것에 의해 형성될 수 있다.
일례에서, 내부 측벽(450)은 도 8에 도시된 바와 같이, 캐비티(440)의 내부를 향하여 상부 표면(436)으로부터 바닥 표면(434)(즉, 모두 평면인)으로 일정 각도로 선형으로 연장될 수 있다. 다른 예에서, 내부 측벽(450)은 선형으로(즉, 평면) 연장되지 않을 수 있다. 예를 들어, 내부 측벽(450)은 바닥 표면(438)으로부터 상부 표면(436)으로 직선, 곡선 또는 이들의 조합으로 연장될 수 있어서, 캐비티(440)의 크기는 바닥 표면(438)에 비해 상부 표면(436)에서 더 작거나 더 좁아질 수 있다. 하나의 이러한 예에서, 캐비티(440)를 획정하는 지지 프레임(434)의 내부 측벽(450)의 일부는 지지 프레임(534)의 두께의 일부를 따라서 바닥 표면(438)으로부터 상부 표면(436)을 향해 직각으로 연장될 수 있고, 다른 부분은 상부 표면(436)으로 캐비티(540)의 내부로 향하여 일정 각도(즉, 각도적 평면)로 선형으로 연장될 수 있다.
도 9 내지 도 11B는 지지/채움 재료(60)를 통해 도 3 내지 도 5의 지지 구조물(32)의 지지 프레임(34)의 각각의 캐비티(40) 내에서 단일의 별개의 광 검출 디바이스(110)를 결합하는 것을 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 지지 재료(60)는 지지 프레임(34)의 바닥 표면(38)에 인접한 노출된 측면으로부터, 지지 프레임(34)의 측벽(50)과 광 검출 디바이스(110)의 주변부 사이의 가장자리 캐비티 부분(52) 내로 도입될 수 있다. 지지 재료(60)는 지지 프레임(34)과 광 검출 디바이스(110)를 함께 단단히 결합할 수 있다. 특히, 도 11A 및 도 11B에 도시된 바와 같이, 지지 재료(60)는 캐비티(40) 내에 위치된 광 검출 디바이스(110)의 측면의 주변부 주위에서 연장될 수 있다. 이에 따라, 지지 재료(60)는 캐비티(40) 내에 위치된 광 검출 디바이스(110)의 측면의 주변부와 캐비티(40)의 측벽(50) 사이에서 연장되고 이들을 함께 결합될 수 있다. 일부 예에서, 지지 재료(60)가 각각의 캐비티(40) 내에 증착된 후에, 지지 프레임(34)의 바닥 표면(38), 각각의 캐비티(40) 내의 지지 재료(60) 및/또는 광 검출 디바이스(들)(110)는 한번 이상의 CMP 작업을 받을 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 캐비티(40) 내의 지지 재료(60) 및/또는 광 검출 디바이스(들)(110)는 지지 프레임(34)의 바닥 표면(38)의 적어도 근접한 부분보다 더 높게(즉, 위로) 연장될 수 있고, 한번 이상의 CMP 작업은 지지 프레임(34)의 바닥 표면(38), 지지 재료(60) 및 광 검출 디바이스(들)(110)를 평탄화하기 위해 지지 재료(60) 및/또는 광 검출 디바이스(들)(110)의 일부를 제거할 수 있다.
지지 재료(60)는, 가장자리 캐비티 부분(52) 내로 흐르거나 그렇지 않으면 도입될 수 있고(제1 상태, 예를 들어, 액체 또는 분말 상태에서와 같이) 캐비티(40) 내에서 지지 프레임(34)과 광 검출 디바이스(110)를 함께 단단히 결합할 수 있는(제2 상태, 예를 들어, 경질화 또는 경화 상태에서와 같은) 임의의 재료일 수 있다. 지지 재료(60)는 광 검출 디바이스(110)의 동작(예를 들어, 센서(112) 및/또는 회로(124)의 동작)을 방해하지 않도록 전기적으로 절연성이거나 비전도성(또는 반도체)일 수 있다. 지지 재료(60)는 반응 구조물의 형성, 반응 구조물에서의 반응 부위의 형성, 본 개시내용의 플로우 셀의 조명/검출 및/또는 준비 및/또는 세정 동안 시약 용액 및/또는 다른 재료/용액과 접촉할 수 있다. 이와 같이, 지지 재료(60)는 DNA 이식, 클러스터링, 절단, 통합 및/또는 판독을 위해 이용되는 시퀀싱 시약과 같은 시퀀싱 시약에 반응하지 않는 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시퀀싱 시약은 물 및/또는 오일을 포함할 수 있다. 지지 재료(60)의 예시적인 재료는 실리콘, 유리(예를 들어, 석영, 용융 실리카, 유리 섬유, 붕규산 유리(예를 들어, Coming® Eagle XG® 유리와 같은 알칼리 토류 브로-알루미노실리케이트 유리), 플로팅 붕규산 유리(예를 들어, Borofloat® 33 유리) 또는 기타 낮은 자가 형광 유리), 세라믹, 중합체(예를 들어, 플라스틱, 에폭시, 실리콘 충전 에폭시 또는 UV 경화형 에폭시 또는 접착제), 유전체 복합 재료, 종이 또는 이들의 조합을 포함한다.
도 10 내지 도 11B에 도시된 바와 같이, 지지 재료(60)가 가장자리 캐비티 부분(52)을 채우고 지지 프레임(34) 및 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)를 적어도 하나의 캐비티(40)와 고정적으로 결합한 후에, 지지 구조물(32)의 나머지는 이로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 기판(44), 및 이와 관련된 임의의 인터포저 및/또는 스페이서 층/부재는 도 10에 도시된 바와 같이, 지지 프레임(34)의 상부 표면(36), 광 검출 디바이스(110)의 상부 부분(122), 및 지지 재료(60)의 상부 표면으로부터 제거될 수 있다. 격리된 지지 프레임(34), 적어도 하나의 캐비티(40) 내에 위치된 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110), 및 증착된 지지 재료(60)는 도 11A 및 도 11B에 도시된 바와 같이 중간 플로우 셀 디바이스(62)를 포함할 수 있다. 중간 플로우 셀 디바이스(62)는 다음에 추가로 설명되는 바와 같이 하나 이상의 플로우 셀로 추가로 처리될 수 있다. 전술한 바와 같이, 도 2의 광 검출 디바이스(110)가 도 9 내지 도 11B의 중간 플로우 셀 디바이스(62)의 지지 프레임(34)의 캐비티(40)의 어레이로 도시되어 있지만, 도 1의 광 검출 디바이스(10)와 같은 다른 구성의 광 검출 디바이스는 지지 프레임(34)의 적어도 하나의 캐비티(40) 내에서 유사하게 또는 동일하게 이용될 수도 있다.
지지 구조물(32)의 다른 부분(들)으로부터 중간 플로우 셀 디바이스(62)를 제거하는 모드 또는 방법은 적어도 부분적으로 지지 프레임(34) 및 기판(44)(및/또는 이와 관련된 임의의 인터포저 및/또는 스페이서 층/부재)의 재료 및/또는 그 부착 모드와 관련될 수 있다. 일부 구성에서, 중간 플로우 셀 디바이스(62)는 지지 구조물(32)의 나머지로부터 분리될 수 있다. 일부 구성에서, 기판(44), 및 존재하는 경우 이와 관련된 임의의 인터포저 및/또는 스페이서 층/부재는 중간 플로우 셀 디바이스(62)로부터 화학적으로 및/또는 기계적으로 에칭된다. 일부 구성에서, 기판(44), 및 존재하는 경우 이와 관련된 임의의 인터포저 및/또는 스페이서 층/부재는 예를 들어 전처리(가장자리 트리밍 또는 레이저 패터닝과 같은)을 이용하거나 이용함이 없이 공기 송풍, 블레이드 삽입, 진공 분리 또는 기계적 리프팅을 통해 중간 플로우 셀 디바이스(62)로부터 제거될 수 있다.
도 9 내지 도 11B에 도시된 바와 같이, 일부 구성에서, 단일의 별개의 광 검출 디바이스(110)는 지지 프레임(34)의 적어도 하나의 캐비티(40) 내에 위치될 수 있다. 위에서 설명되고 도 9 내지 도 11B에 도시된 바와 같이, 이러한 구성에서, 지지 재료(60)는 지지 프레임(34) 및 단일의 별개의 광 검출 디바이스(110)를 함께 결합하기 위해 지지 프레임(34)의 측벽(50)과 각각의 캐비티(40) 내의 단일의 별개의 단일의 광 검출 디바이스(110)의 주변부 사이에서 가장자리 캐비티 부분(52) 내에 배치될 수 있다.
도 12A 및 도 12B에 도시된 바와 같이, 일부 다른 중간 플로우 셀 디바이스(662) 구성에서, 복수의 이격된 별개의 광 검출 디바이스(110A, 110B, 110C)는 지지 프레임(634)의 적어도 하나의 캐비티(640) 내에 위치될 수 있다. 3개의 광 검출 디바이스(110A, 110B, 110C)가 복수의 광 검출 디바이스의 이용을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용되지만, 임의의 수의 광 검출 디바이스(예를 들어, 2개의 광 검출 디바이스, 3개의 광 검출 디바이스, 4개의 광 검출 디바이스, 5개의 광 검출 디바이스 등)가 동일하게 이용될 수 있다는 점에 유의한다. 도 12A 및 도 12B의 중간 플로우 셀 디바이스(662)는 도 11A 및 도 11B의 중간 플로우 셀 디바이스(62)와 유사하며, 그러므로, "1"이 아니라 "6"으로 시작되는 유사한 도면 부호는 유사한 구성 요소, 양태, 기능, 프로세스 또는 기능을 나타내기 위해 사용되고 이에 관한 상기 설명은 동일하게 적용되며, 간결성 및 명료성의 목적을 위해 반복되지 않는다.
도 12A 및 도 12B에 도시된 바와 같이, 중간 플로우 셀 디바이스(662)의 이러한 구성에서, 지지 재료(660)는 지지 프레임(634)과 광 검출 디바이스(110A, 110B, 110C)를 함께 결합하기 위해 인접하고 및/또는 이를 향하는 복수의 이격된 별개의 광 검출 디바이스(110A, 110B, 110C)의 주변 측면과 지지 프레임(634)의 측벽(650) 사이에서 가장자리 캐비티 부분(652) 내에 배치될 수 있다. 또한, 도 12A 및 도 12B에 도시된 바와 같이, 별개의 광 검출 디바이스(110A, 110B, 110C)는 캐비티(640)의 틈새 또는 디바이스간 부분(653)이 인접한 별개의 광 검출 디바이스(110A, 110B, 110C) 사이에 위치하도록 서로 이격될 수 있다. 지지 재료(660)는 디바이스(110A, 110B, 110C)를 함께 그리고 지지 프레임(634)에 결합하도록 인접한 별개의 광 검출 디바이스(110A, 110B, 110C) 사이의 틈새 부분(652) 내에 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 지지 재료(660)는 캐비티(640) 내에 위치된 이격된 별개의 광 검출 디바이스(110A, 110B, 110C)의 주변부 주위에서 연장될 수 있다.
도 13A 및 도 13B에 도시된 바와 같이, 일부 다른 중간 플로우 셀 디바이스(762) 구성에서, 복수의 일체형, 결합 또는 비이격 별개의 광 검출 디바이스(110A, 110B, 110C)는 지지 프레임(734)의 적어도 하나의 캐비티(740) 내에 위치될 수 있다. 도 13A 및 도 13B의 중간 플로우 셀 디바이스(762)는 도 11A 및 도 11B의 중간 플로우 셀 디바이스(62) 및 도 12A 및 도 12B의 중간 플로우 셀 디바이스(662)와 유사하고, 그러므로, 각각 "1" 또는 "6"이 아닌 "7"로 시작되는 유사한 도면 부호는 유사한 구성 요소, 양태, 기능, 프로세스 또는 기능을 나타내기 위해 사용되고 이에 관한 상기 설명은 동일하게 적용되며, 간결성 및 명료성의 목적을 위해 반복되지 않는다.
도 13A 및 도 13B에 도시된 바와 같이, 중간 플로우 셀 디바이스(762)의 이러한 구성에서, 지지 재료(760)는 지지 프레임(734)과 광 검출 디바이스(110A, 110B, 110C)를 함께 결합하도록 이에 인접하고 및/또는 이를 향하는 복수의 일체형, 결합 또는 비이격 별개의 광 검출 디바이스(110A, 110B, 110C)의 노출된 주변 측면과 지지 프레임(734)의 측벽(750) 사이에서 가장자리 캐비티 부분(752) 내에 배치될 수 있다. 복수의 광 검출 디바이스(110A, 110B, 110C)가 일체형의 결합되거나 또는 이격되지 않음에 따라서, 캐비티(740)는 인접한 디바이스(110A, 110B, 110C) 사이에서 연장되지 않는다(그러므로, 지지 재료(760)는 인접한 디바이스(110A, 110B, 110C) 사이에서 연장되지 않는다). 전술한 바와 같이, 복수의 별개의 광 검출 디바이스(110A, 110B, 110C)는 복수의 일체형 또는 결합된 별개의 광 검출 디바이스(110A, 110B, 110C)의 웨이퍼의 일부로서 제조될 수 있다. 디바이스의 웨이퍼는 단일의 별개의 광 검출 디바이스(도 10 내지 도 12B에 도시된 바와 같은) 및/또는 복수의 일체형 또는 결합된 별개의 광 검출 디바이스(임의의 수의 개별 디바이스로 구성되는)(도 13A 및 도 13B에 도시된 바와 같은)로 다이싱될 수 있다.
도 14는 프레임(834) 및 그 하나 이상의 캐비티(840) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)를 통해 형성되지만 베이스 기판 또는 임의의 관련 인터포저 및/또는 스페이서 층이 없는 중간 플로우 셀 디바이스(862)를 도시한다. 도 14의 중간 플로우 셀 디바이스(862)는 도 11A 및 도 11B의 중간 플로우 셀 디바이스(62), 도 12A 및 도 12B의 중간 플로우 셀 디바이스(662), 및 도 13A 및 도 13B의 중간 플로우 셀 디바이스(762)와 유사하며, 그러므로 "8"로 시작되는 유사한 도면 부호는 유사한 구성 요소, 양태, 기능, 프로세스 또는 기능을 나타내기 위해 사용되고 이에 관한 상기 설명은 동일하게 적용되며, 간결성 및 명료성의 목적을 위해 반복되지 않는다. 단일의 광 검출 디바이스(110)만이 도 15A 및 도 15B에서 각각의 캐비티(840)에 도시되어 있지만, 캐비티(840)는 복수의 이격된 광 검출 디바이스(110)를 포함할 수 있고, 지지 재료(860)는 인접한 이격된 광 검출 디바이스(110) 사이에서 연장될 수 있다. 또한, 도 1의 광 검출 디바이스(10)가 전술한 바와 같이 각각의 캐비티(840)에서 도시어 있지만, 다른 광 검출 디바이스(10)가 도 2의 광 검출 디바이스(110)와 동일하게 사용될 수도 있다.
중간 플로우 셀 디바이스(862)는 지지 프레임(834)의 캐비티(840) 및 지지 재료(860)의 구성에서 중간 플로우 셀 디바이스(62), 중간 플로우 셀 디바이스(662) 및 중간 플로우 셀 디바이스(762)와 다르다. 도 14에 도시된 바와 같이, 캐비티(840)는 지지 프레임(840)의 두께를 통해 부분적으로만 연장된다. 캐비티(840)는 지지 프레임(840)의 상부 표면(836)으로부터, 그리고 그 일부를 통해 지지 프레임의 바닥 표면(838)을 향해 연장된다. 이에 따라, 지지 프레임(841)의 바닥 부분(841)은 도 14에 도시된 바와 같이 캐비티(840)의 바닥 표면(843)과 지지 프레임(840)의 바닥 표면(838) 사이에서 연장된다.
또한 도 14에 도시된 바와 같이, 지지 재료(860)의 바닥 층 또는 부분(863)은 캐비티(840)의 바닥 표면(843) 위에서 연장될 수 있고, 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)가 그 위에 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 지지 재료(860)의 바닥 부분(863)은 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 바닥 표면(26)과 각각의 캐비티(840)의 바닥 표면(843) 사이에서 연장될 수 있다.
일부 예에서, 지지 재료(860)는 초기에 그 바닥 부분(863), 및 그 위에 배치된 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)를 형성하기 위해 캐비티(840)의 바닥 표면(843) 위에 제공될 수 있어서, 지지 재료(860)의 바닥 부분(863)은 추가 처리를 위해 각각의 캐비티(840) 내의 적소에서 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)를 결합하거나 그렇지 않으면 유지한다. 예를 들어, 지지 재료(860)의 바닥 부분(863)(예를 들어, 지지 재료(860)의 바닥 부분(863)의 노출된 상부 표면 상에 위치된 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 바닥 표면(26)) 위에/상에 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 배치 후에, 추가 지지 재료(860)는 지지 프레임(834)의 측벽(850)과 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 주변부 사이 및 (이전에 형성된) 지지 재료(860)의 바닥 부분(863)의 노출된 부분 위에서 가장자리 캐비티 부분(852) 내로 도입될 수 있다. 일부 다른 예에서, 지지 재료(860)의 바닥 부분(863)은 존재하지 않을 수 있고, 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)는 지지 프레임(840)의 바닥 표면(838)에 직접 위치될 수 있다(또는 다른 층 또는 재료가 그 사이에 위치될 수 있다).
도 15A 및 도 15B에 도시된 바와 같이, 중간 플로우 셀 디바이스(962)를 형성한 후에, 캐비티(940) 내의 지지 재료(960)의 상부 표면(961)이 노출될 수 있다. 도 15A 및 도 15B의 중간 플로우 셀 디바이스(962)는 도 11A 및 도 11B의 중간 플로우 셀 디바이스(62), 도 12A 및 도 12B의 중간 플로우 셀 디바이스(662), 도 13A 및 도 13B의 중간 플로우 셀 디바이스(762), 및 도 14의 중간 플로우 셀 디바이스(862)와 유사하며, 그러므로, "9"로 시작되는 유사한 도면 부호는 유사한 구성 요소, 양태, 기능, 프로세스 또는 기능을 나타내기 위해 사용되고 이에 관한 상기 설명은 동일하게 적용되며, 간결성 및 명료성의 목적을 위해 반복되지 않는다. 예를 들어, 중간 플로우 셀 디바이스(962)는 지지 프레임(934)의 상부 표면(936), 지지 재료(960)의 상부 표면(961), 및 광 검출 디바이스(110)의 상부 표면(122)으로부터 지지 기판 및 임의의 관련된 인터포저 및 스페이서 층의 제거 또는 분리를 통해 형성될 수 있다. 대안적으로, 캐비티(840)가 지지 프레임(834)을 통해 부분적으로만 연장되는 경우, 중간 플로우 셀 디바이스(962)는 지지 기판없이 형성될 수 있다.
도 15A 및 도 15B에 도시된 바와 같이, 지지 재료(960)의 노출된 상부 표면(961)의 적어도 일부는 지지 프레임(931)의 상부 표면/측면(936)과 각각의 캐비티(940) 내에 위치된 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 인접한 상부 부분(122) 사이에서 아래로 연장될 수 있다. 단일의 광 검출 디바이스(110)만이 도 15A 및 도 15B에 도시되어 있지만, 전술한 바와 같이, 캐비티(940)는 복수의 이격된 광 검출 디바이스(110)를 포함할 수 있고, 지지 재료(960)는 인접한 이격된 광 검출 디바이스(110) 사이에서 연장될 수 있다. 이러한 예에서, 지지 재료(960)의 이러한 부분의 상부 표면(961)은 인접한 광 검출 디바이스(110)의 상부 부분(122) 사이에서 아래로 연장될 수 있다. 이에 따라, 각각의 캐비티(940)에 걸쳐서 위치된 지지 재료(960)의 상부 표면(961)은 지지 프레임(931)의 상부측(936) 및 각각의 캐비티(940) 내에 위치된 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 상부 부분(122) 아래에 위치된 오목한 상부측 표면 부분을 포함할 수 있다.
일부 이러한 중간 플로우 셀 디바이스(962)에서, 각각의 캐비티(940) 내에 위치된 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 상부 부분(122)은 도 15A에 도시된 바와 같이 그 위에서 연장되는 반응 구조물을 포함하지 않을 수 있다. 도 15B에 도시된 바와 같이, 일부 이러한 중간 플로우 셀 디바이스(962)에서, 반응 구조물(120)은, 복수의 나노 웰(16)이 이로부터 연장되는 평면의 상부 표면을 형성하기 위해 그 어떠한 오목한 부분도 채워지는 각각의 캐비티(940) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 상부 부분(122) 및 지지 재료(960)의 상부측(961) 위에 위치될 수 있다.
반응 구조물(120)은 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 활성 영역 전체에 걸쳐서 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 상부 부분(122) 상에 위치될 수 있다는 점에 유의한다. 이에 따라, 반응 구조물(120)의 평면의 상부 표면은 각각의 캐비티(940) 내의 지지 재료(960) 위에 위치된 반응 구조물(120)의 부분의 상부 표면을 포함할 수 있고, 반응 구조물(120)의 틈새 영역의 상부 표면은 적어도 각각의 캐비티(940) 내의 하나의 광 검출 디바이스(110) 위에 위치될 수 있다. 이에 따라, 각각의 캐비티(940) 내의 지지 재료(960) 위에 위치된 반응 구조물(120)의 부분의 상부 표면과, 각각의 캐비티(940) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110) 위에 위치된 반응 구조물(120)의 틈새 영역의 상부 표면은 동일 평면일 수 있다.
또한 도 15B에 도시된 바와 같이, 반응 구조물(120)은 지지 프레임(934)의 상부 표면(936) 위에서 추가로 연장될 수 있다. 이에 따라, 반응 구조물(120)의 평면의 상부 표면은 또한 각각의 캐비티(940) 주위에서 적어도 지지 프레임(934)의 상부 표면(936) 위에서 연장될 수 있다. 이에 따라, 각각의 캐비티(40) 내의 지지 재료(960) 위에 위치된 반응 구조물(120) 부분의 상부 표면, 각각의 캐비티(940) 주위에서 지지 프레임(934)의 상부 표면(936) 위에 위치된 반응 구조물(120) 부분의 상부 표면, 및 각각의 캐비티(940) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110) 위에 위치된 반응 구조물(120)의 틈새 영역의 상부 표면은 동일 평면일 수 있다.
반응 구조물(120)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 층 제조 프로세스는 포토리소그래피, 에칭(예를 들어, 반응성 이온 에칭), 스퍼터링, 증발, 주조(예를 들어, 스핀 코팅), 화학 기상 증착, 전착, 에피택시, 열 산화, 물리적 기상 증착 등을 포함한다. 일부 예에서, 반응 구조물(120)은 음영 기법(shadow technique)을 사용하여 형성될 수 있다. 일부 예에서, 반응 구조물(12)은 나노임프린트 리소그래피(NIL)와 같은 나노리소그래피를 사용하여 형성될 수 있다. 일례에서, 반응 구조물(120)은 하나 이상의 NIL 관련 프로세스를 통해, 지지 프레임(934)의 상부 표면(936), 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 상부 부분(122), 및 각각의 캐비티(940) 내의 지지 재료(960)의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 상부측(961) 위에 위치된 자외선(UV) 경화성 수지의 하나 이상의 층을 통해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다.
일례에서, 반응 구조물(120)은 반응 오목부(16)(예를 들어, 나노 웰)(예를 들어, 도 1과 관련하여 위에서 논의된)의 어레이를 가지도록 구성된 광 검출 디바이스(110)의 적어도 상부 부분(122) 위에 위치된 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 반응 구조물(120)의 적어도 하나의 층은 사전 형성된 반응 오목부(16)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 반응 구조물(120)의 적어도 하나의 층은 반응 오목부(16)의 적어도 일부를 형성하도록 그 일부를 제거하기 위해 에칭될 수 있다.
하나의 다른 예에서, 반응 오목부(16)를 갖는 반응 구조물(120)은 반응 구조물(120)의 적어도 하나의 층을 성형하는 것에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, NIL 재료는 적어도 광 검출 디바이스(110)의 상부 부분(122) 위에 증착될 수 있다. NIL 재료는 NIL 기술을 사용하여 각인될 수 있는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, NIL 재료는 중합체를 포함할 수 있다. 이어서, NIL 재료는 NIL 층에서 반응 오목부(16)를 형성하는 특징부의 패턴을 갖는 몰드(또한 템플릿으로 지칭됨)를 이용하여 각인되거나 스탬핑될 수 있다. 일부 구성에서, 몰드는 UV 또는 가시광선이 통과하여 전파되는 것을 허용하도록 투과성이다. 이러한 구성에서, NIL 재료는 몰드가 NIL 재료 내로 가압되는 동안 UV 또는 가시광선에 의해 경화되는 광경화성 중합체를 포함할 수 있다. 따라서, NIL 재료는 경화(예를 들어, 경질화)되어 반응 오목부(16)를 형성할 수 있다. 이러한 프로세스는 스텝 앤 플래시 각인 리소그래피(step-and-flash imprint lithography: SFIL)와 동일하거나 유사할 수 있다. 다른 구성에서, NIL 재료는 열 에너지 및/또는 압력의 적용에 의해 경화될 수 있다.
도 16A 내지 도 16D는 중간 플로우 셀 디바이스(1062)를 통해 형성된 플로우 셀이 함께 이용될 때 바이오 센서 및/또는 바이오 검정 시스템으로 데이터 신호를 전송하기 위해, 각각의 캐비티(1040) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 회로(124)로부터 데이터 신호를 전송하거나 전도할 수 있는(그 광 센서(116)에 의해 검출된 광자에 기초하여) 복수의 배면측 전기 접점(1072)을 중간 플로우 셀 디바이스(1062)의 배면측에 형성하는 예시적인 프로세스를 도시한다. 중간 플로우 셀 디바이스(1062)이 도 11A 및 도 11B의 중간 플로우 셀 디바이스(62)의 구성으로 도시되었지만, 중간 플로우 셀 디바이스(1062)는 도 12A 및 도 12B의 중간 플로우 셀 디바이스(662) 또는 도 13A 및 도 13B의 중간 플로우 셀 디바이스(762)의 구성과 같이 상이하게 구성될 수 있으며, 그러므로, "10"으로 시작되는 유사한 도면 부호는 유사한 구성 요소, 양태, 기능, 프로세스 또는 기능을 나타내기 위해 사용되고 이에 관한 상기 설명은 동일하게 적용되며, 간결성 및 명료성의 목적을 위해 반복되지 않는다. 중간 플로우 셀 디바이스(1062)의 배면측에 있는 배면측 접점(1072)은 각각의 캐비티(1040) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 배면측 비아(128)에 결합된다는 점에 유의한다. 그러므로, 중간 플로우 셀 디바이스(1062)는 도 2의 광 검출 디바이스(110)를 이용하는 것으로 도시되지만, 배면측 비아(128)를 포함하는 다른 광 검출 디바이스 구성이 동일하게 이용될 수 있다.
도 16A 및 도 16B에 도시된 바와 같이, 전기 비전도성 기판 또는 재료(1070)는 중간 플로우 셀 디바이스(1062)의 배면측에 위치된다. 또한 도 16A 및 도 16B에도시된 바와 같이, 기판(1070)의 배면측(1074)은 이에 결합된 복수의 노출된 전기 전도성 배면측 접점(1072)을 포함한다. 배면측 접점(1072)은 기판(1070)의 배면측(1074) 내에 적어도 부분적으로 매립될 수 있다. 배면측 접점(1072)(잠재적으로 분리된 별개의 배면측 제한(1072))은 각각의 캐비티 (1040) 내의 각각의 광 검출 디바이스(110)의 각각의 배면측 비아(128)(즉, 배타적으로 관련된 비아(128))를 위해 제공될 수 있다. 도 16B에 도시된 바와 같이, 인접한 배면측 접점(1072)은 서로 이격될 수 있고, 기판(1070)의 일부가 그 사이에서 연장될 수 있다.
기판(1070)은 중합체(예를 들어, 에폭시), 실리콘, 유리, 세라믹 또는 이들의 조합과 같은 임의의 전기 비전도성 재료 또는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 배면측 접점(1072)은 금속(예를 들어, 구리)과 같은 임의의 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 기판(1070) 및 배면측 접점(1072)은 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있다.
도 16B에 도시된 바와 같이, 기판(1070) 및/또는 배면측 접점(1072)은 지지 프레임(1034)의 각각의 캐비티(1040) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 배면측(126)을 적어도 부분적으로 정렬(예를 들어, 중첩)하는 관통 구멍(1076)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 관통 구멍(1076)은 스페이서(130)(제공된 경우)와, 각각의 캐비티(1040) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 배면측(126)에 있는 베이스 웨이퍼 부분(114)을 통해 연장되는 비아(128) 사이의 개구/공간을 적어도 부분적으로 정렬(예를 들어, 중첩)한다.
도 16C에 도시된 바와 같이, 전기 전도성 와이어 또는 다른 구조물(1080)은 각각의 캐비티(1040) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 비아(128)와 인접하거나 관련된 배면측 접점(1072) 사이에 결합될 수 있다. 와이어(1080)는 금속(예를 들어, 구리)과 같은 임의의 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 와이어(1080)는 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 회로(124)의 비아(128)로부터 배면측 접점(1072)으로 데이터 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, 각각의 와이어(1080)는 도 16C에 도시된 바와 같이, 중간 플로우 셀(1062)의 배면측에 있는 각각의 접점(1072)으로부터 인접하거나 관련된 관통 구멍(1076) 내로 그리고 이를 통해 지지 프레임(1034)의 캐비티(1040) 내의 광 검출 디바이스(110)의 각각의 비아(128)로 연장될 수 있다. 일부 예에서, 와이어(1080)는 관통 구멍(1076)의 내부 측벽으로부터 안쪽으로 이격될 수 있다.
와이어(1080)가 각각의 비아(128)와 배면측 접점(1072) 사이에 결합되는 것에 의해, 와이어(1080)는 도 16D에 도시된 바와 같이 절연 부분(1082) 내에서 덮히거나, 봉입되거나/둘러싸일 수 있다. 절연 부분(1082)은 와이어(1080)를 전기적으로 절연하기 위해 전기 절연성 재료를 포함할 수 있다. 도 16D에 도시된 바와 같이, 절연 부분(1082)은 관통 구멍(1076)에 노출되는, 각각의 캐비티(1040) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 배면측(126)의 부분(또는 전체)을 덮을 수 있다. 예를 들어, 절연 부분(1082)은 각각의 캐비티(1040)를 갖는 각각의 광 검출 디바이스(110)의 스페이서(130)(제공된 경우) 위에서 연장되고 그 사이의 공간을 채운다.
각각의 절연 부분(1082)은 또한 관통 구멍(1076)을 채울 수 있고, 배면측 접점(1072)의 노출된 부분을 형성하기 위해 각각의 캐비티(1040)과 관련된 배면측 접점(1072)의 일부 위에서만 연장될 수 있다. 예를 들어, 절연 부분(1082)은 각각의 관통 구멍(1076)에 근접한(예를 들어, 인접한) 배면측 접점(1072)의 부분과 같이, 각각의 와이어(1080)와 결합되는(그리고 와이어(1080)를 감싸는) 배면측 접점(1072)의 부분 위에서만 연장될 수 있다. 이에 따라, 절연 부분(1082)이 없는 배면측 접점(1072)의 부분(예를 들어, 각각의 관통 구멍(1076)에 대해 원위에 있는 부분)은 노출된 채로 남겨질 수 있다. 배면측 접점(1072)의 노출된 부분은 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)로부터 데이터 신호를 다른 구조물 또는 디바이스에 전송하기 위해 이에 결합될 수 있다. 절연 부분(1082)이 형성된 후에, 중간 플로우 셀 디바이스(1062)는 다음에 추가로 설명되는 바와 같이 하나 이상의 플로우 셀을 형성하도록 다이싱될 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, 중간 플로우 셀 디바이스(1062)는 광 검출 디바이스(110) 상에서 반응 구조물의 형성(아직 형성되지 않은 경우), 광 검출 디바이스(110)의 반응 구조물 상에서의 반응 부위의 형성, 및/또는 예를 들어 덮개로 덮이기 전 또는 후에 다이싱될 수 있다.
도 17A 내지 도 17C는 중간 플로우 셀 디바이스(1162)를 통해 형성된 플로우 셀이 함께 이용될 때 바이오 센서 및/또는 바이오 검정 시스템에 데이터 신호를 전송하는 것과 같이, 각각의 캐비티(1140) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 회로(24)로부터 데이터 신호를 전송 또는 전도할 수 있는(예를 들어, 광 센서(116)에 의해 검출된 광자에 기초하여) 중간 플로우 셀 디바이스(1162)의 배면측 상에서 복수의 배면측 전기 접점(1172)을 형성하는 다른 프로세스를 도시한다. 도 17A 내지 도 17C의 복수의 배면측 전기 접점(1172) 및 중간 플로우 셀 디바이스(1162)를 형성하는 프로세스는 도 16A 내지 도 16D의 프로세스 및 중간 플로우 셀 디바이스(1062)와 유사하며, 그러므로 "11"로 시작되는 유사한 도면 부호는 유사한 구성 요소, 양태, 기능, 프로세스 또는 기능을 나타내기 위해 사용되고 이에 관한 상기 설명은 동일하게 적용되며, 간결성 및 명료성의 목적을 위해 반복되지 않는다.
도 17A에 도시된 바와 같이, 전기 전도성 배면측 접점(1172)은 지지 프레임(1134)의 바닥측(1138)에 제공된다. 예를 들어, 배면측 접점(1172)은 도 17A에 도시된 바와 같이 지지 프레임(1134)의 바닥측(1138) 내로 적어도 부분적으로 매립될 수 있다. 도 17A에 도시된 바와 같이, 인접한 배면측 접점(1172)은 서로 이격될 수 있고, 지지 프레임(1134)의 일부가 그 사이에서 연장될 수 있다. 일부 예에서, 배면측 접점(1172)은 (즉, 캐비티(1140)를 형성하는 지지 프레임(1134)의 측벽(1150)의 일부를 위해) 지지 프레임(1134)의 캐비티(1140)의 바닥 부분을 포함할 수 있다. 일례에서, 배면측 접점(1172) 및 지지 프레임(1134)은 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있다. 도 17B에 도시된 바와 같이, 와이어(1190)는 광 검출 디바이스(110)의 각각의 비아(128)로부터 그 배면측(122)을 지나서 근접한(예를 들어, 인접한) 배면측 접점(1172)으로 연장될 수 있다. 와이어가 비아(128) 및 배면측 접점(1172)에 결합된 후에, 광 검출 디바이스(110)의 배면측(122)의 전체 및 와이어(1180)가 결합되는 배면측 접점(1172)의 일부는 도 17C에 도시된 바와 같이 절연 부분(1182)에 의해 덮인다. 와이어(1180)는 또한 절연 부분(1182)에 의해 완전히 둘러싸인다. 절연 부분(1182)은 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)로부터 다른 구조 또는 디바이스에 데이터 신호를 전송하도록 이들과 정합하기 위해 노출된 부분을 남기도록 배면측 접점(1172)의 일부만을 덮는다. 절연 부분(1182)이 형성된 후에, 중간 플로우 셀 디바이스(1162)는 다음에 추가로 설명되는 바와 같이 하나 이상의 플로우 셀을 형성하도록 다이싱될 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, 중간 플로우 셀 디바이스(1162)는 광 검출 디바이스(110) 상에서 반응 구조물의 형성(아직 형성되지 않은 경우), 광 검출 디바이스(110)의 반응 구조물 상에서의 반응 부위의 형성, 및/또는 예를 들어 덮개로 덮이기 전 또는 후에 다이싱될 수 있다.
도 18A 내지 도 18C는 중간 플로우 셀 디바이스(1262)를 통해 형성된 플로우 셀이 함께 이용될 때 바이오 센서 및/또는 바이오 검정 시스템에 데이터 신호를 전송하는 것과 같이, 각각의 캐비티(1240) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 회로(124)로부터 데이터 신호를 (예를 들어, 광 센서(116)에 의해 검출된 광자에 기초하여) 전송 또는 전도할 수 있는 중간 플로우 셀 디바이스(1262)의 배면측 상에서 복수의 배면측 전기 접점(1272)을 형성하는 다른 프로세스를 도시한다. 도 18A 내지 도 18C의 복수의 배면측 전기 접점(1272) 및 중간 플로우 셀 디바이스(1262)는 도 16A 내지 도 16D의 프로세스 및 중간 플로우 셀 디바이스(1062), 및 도 17A 내지 도 17C의 프로세스 및 중간 플로우 셀 디바이스(1162)와 유사하고, 그러므로, "12"로 시작되는 유사한 도면 부호는 유사한 구성 요소, 양태, 기능, 프로세스 또는 기능을 나타내기 위해 사용되고 이에 관한 상기 설명은 동일하게 적용되며, 간결성 및 명료성의 목적을 위해 반복되지 않는다.
도 18A에 도시된 바와 같이, 중간 플로우 셀 디바이스(1262)는 배면측(126)에 스페이서가 없는 각각의 캐비티(1240) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)를 포함할 수 있다. 그러나, 대안적인 예에서, 하나 이상의 캐비티(1240) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)는 (도 2에 도시된 바와 같이) 배면측(126) 상에 스페이서를 포함할 수 있다. 도 18A에 도시된 바와 같이, 광 검출 디바이스(110)의 전기 회로(124)의 비아(128)는 배면측(126)에서 노출될 수 있다. 일례에서, 도 18A에 도시된 바와 같이, 광 검출 디바이스(110)의 배면측(126)에 있는 비아(128)의 노출된 단부는 지지 프레임(1234)의 배면측(1238) 및/또는 배면측과 실질적으로 정렬될(예를 들어, 동일 평면일) 수 있다.
도 18B에 도시된 바와 같이, 복수의 전기 전도성 상호 접점(1278)은 중간 플로우 셀 디바이스(1262)의 배면측 위에 위치될 수 있다. 상호 접점(1278)은 관련된 광 검출 디바이스(110)로부터 데이터를 전송하기 위해 금속(예를 들어, 구리)과 같은 임의의 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 각각의 상호 접점(1278)은 광 검출 디바이스(110)의 배면측(126)에 있는 각각의 비아(128)의 노출된 단부 표면에 전기적으로 결합되고, 광 검출 디바이스(110)에 인접한 채널(1252) 내의 채움 재료(1260)의 배면측(1265), 및 지지 프레임(1234)의 배면측(1238)의 일부 위에서 연장된다. 도 18B에 도시된 바와 같이, 지지 프레임(1234)의 배면측(1238) 상의 인접한 상호 접점(1278)은 서로 이격될 수 있고, 지지 프레임(1234)의 일부가 그 사이에서 연장될 수 있다. 유사하게, 광 검출 디바이스(110)의 배면측(126) 상의 인접한 상호 접점(1278)은 서로 이격될 수 있다.
광 검출 디바이스(110)의 비아(128)에 전기적으로 결합되도록, 상호 접점(1278)이 지지 프레임(1234)의 배면측(1238), 채움 재료(1260)의 배면측(1265) 및 광 검출 디바이스(110)의 배면측(126)에 위치되는 것에 의해, 복수의 배면측 접점(1272)은 도 18C에 도시된 바와 같이 전기적으로 결합되도록 상호 접촉부(1278)의 부분 위에(예를 들어, 상에) 위치될 수 있다. 일부 예에서, 배면측 접점(1272)은 도 18C에 도시된 바와 같이 지지 프레임(1234) 및/또는 채움 재료(1260) 위에 위치된(전체적으로 또는 부분적으로) 상호 접점(1278)의 부분 상에 위치될 수 있다.
또한 도 18C에 도시된 바와 같이, 절연 재료(1282)가 또한 상호 접점(1278) 위에 위치될 수 있다. 절연 재료(1282)는 상호 접점(1278)의 노출된 표면 영역 위에서 연장될 수 있다. 절연 재료(1282)는 또한 광 검출 디바이스(110)의 배면측(126) 위에서, 그리고 인접한 상호 접점(1278)과 배면측 접점(1272) 사이의 지지 프레임(1238)의 바닥측(1238) 위에서 연장될 수 있다. 이러한 방식으로, 절연 재료(1282)는 중간 플로우 셀 디바이스(1262)의 배면측을 덮거나 감쌀 수 있지만, 배면측 접점(1272)을 위한 것이다. 이에 따라, 배면측 접점(1272)의 노출된 부분은 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)로부터 데이터 신호를 다른 구조 또는 디바이스로 전송하기 위해 이들과 정합될 수 있다. 절연 재료(1282) 및 배면측 접점(1272)이 형성된 후에, 중간 플로우 셀 디바이스(1262)는 다음에 추가로 설명되는 바와 같이 하나 이상의 플로우 셀을 형성하도록 다이싱될 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, 중간 플로우 셀 디바이스(1262)는 광 검출 디바이스(110) 상에서 반응 구조물의 형성(아직 형성되지 않은 경우), 광 검출 디바이스(110)의 반응 구조물 상에서의 반응 부위의 형성, 및/또는 예를 들어 덮개로 덮이기 전 또는 후에 다이싱될 수 있다.
도 19A 내지 도 19C는 중간 플로우 셀 디바이스(1362)를 통해 형성된 플로우 셀이 함께 이용될 때 바이오 센서 및/또는 바이오 검정 시스템에 데이터 신호를 전송하는 것과 같이, 각각의 캐비티(1340) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(110)의 회로(124)로부터 데이터 신호를 전송 또는 전도할 수 있는(예를 들어, 그 광 센서(16)에 의해 검출된 광자에 기초하여) 중간 플로우 셀 디바이스(1362)의 배면측 상에서 복수의 배면측 전기 접점(1372/1398)을 형성하는 다른 프로세스를 도시한다. 도 19A 내지 도 19C의 복수의 배면측 전기 접점(1372) 및 중간 플로우 셀 디바이스(1362)는 도 16A 내지 도 16D의 프로세스 및 중간 플로우 셀 디바이스(1062), 도 17A 내지 도 17C의 프로세스 및 중간 플로우 셀 디바이스(1162), 및 도 18A 내지 도 18C의 프로세스 및 중간 플로우 셀 디바이스(1262)와 유사하고, 그러므로, "13"으로 시작되는 유사한 도면 부호는 유사한 구성 요소, 양태, 기능, 프로세스 또는 기능을 나타내기 위해 사용되고 이에 관한 상기 설명은 동일하게 적용되며, 간결성 및 명료성의 목적을 위해 반복되지 않는다. 또한, 도 1의 광 검출 디바이스(10)가 각각의 캐비티(1340)에서 도시되어 있지만, 전술한 바와 같이, 도 2의 광 검출 디바이스(110)와 같은 다른 광 검출 디바이스가 동일하게 사용될 수도 있다. 그 베이스 웨이퍼 부분(14)을 통해 연장되는 비아가 없는 광 검출 디바이스는 지지 프레임(1362)과 함께 사용하고 중간 플로우 셀 디바이스(1362)의 형성을 위해 유리할 수 있다는 점에 유의한다.
도 19A에 도시된 바와 같이, 중간 플로우 셀 디바이스(1362)는 상부 표면(1336)으로부터 바닥 표면(1338)으로 관통하여 연장되는 복수의 전기 전도성 비아(1384)를 갖는 지지 프레임(1224)을 포함한다. 비아(1384)는 관련 광 검출 디바이스(110)로부터 데이터 신호를 전송하기 위해 금속(예를 들어, 구리)과 같은 임의의 전도성 재료를 포함할 수 있다. 지지 프레임(1334)의 바닥측(1338)(즉, 중간 플로우 셀 디바이스(1362)의 배면측)에 있는 비아(1384)의 부분은 도 19A에 도시된 바와 같이, 노출되어 배면측 전기 접촉 부분(1372)을 형성한다. 유사하게, 도 19A에 또한 도시된 바와 같이, 지지 프레임(1334)의 상부측(1336)(즉, 중간 플로우 셀 디바이스(1362)의 전면측)에 있는 비아(1384)의 부분은 노출되어 전면측 전기 접촉 부분(1373)을 형성한다. 배면측 전기 접촉 부분(1372) 및/또는 전면측 전기 접촉 부분(1373)은 도 19A에 도시된 바와 같이 그 사이에서 연장되는 비아(1384)의 중간 부분보다 확대될 수 있다(예를 들어, 더욱 큰 단면적을 한정할 수 있다).
지지 프레임(1334)의 인접한 비아(1384)는 서로 이격될 수 있고, 지지 프레임(1334)의 일부가 그 사이에서 연장될 수 있다. 예를 들어, 인접한 전면측 전기 접촉 부분(1373)은 서로 이격될 수 있고, 지지 프레임(1334)의 상부측(1336)에 있는 지지 프레임(1334)의 일부가 도 19A에 도시된 바와 같이 그 사이에서 연장될 수 있다. 유사하게, 인접한 배면측 전기 접촉 부분(1372)은 서로 이격될 수 있고, 지지 프레임(1334)의 바닥측(1338)에 있는 지지 프레임(1334)의 일부가 그 사이에서 연장될 수 있다.
도 19B에 도시된 바와 같이, 복수의 전기 전도성 상호 접점(1386)은 지지 프레임(1334)의 각각의 캐비티(1340) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 디바이스 회로(24)를 지지 프레임(1334)의 비아(1384)의 전면측 전기 접촉 부분(1386)과 전기적으로 결합하기 위해 중간 플로우 셀 디바이스(1362)의 전면측에 위치될 수 있다. 각각의 상호 접점(138)은 회로(24)의 노출된 부분을 포함하는 광 검출 디바이스(10)의 상부측(22)의 일부, 가장자리 캐비티 부분(1352) 내의 광 검출 디바이스(10)에 인접한 지지 재료(1360)의 상부측, 및 비아(1384)의 전면측 전기 접촉 부분(137)의 노출된 상부 표면 위에서 연장될 수 있다. 이에 따라, 상호 접점(138)은 캐비티(1340) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 디바이스 회로(24)를 지지 프레임(1334)을 통해 연장되는 비아(1384)에 전기적으로 결합할 수 있어서, 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)로부터의 데이터 신호는 이를 통해 배면측 전기 접촉 부분(1373)으로 전달된다.
도 19C에 도시된 바와 같이, 절연 재료 부분(1382)은 상호 접점(1386) 위에 위치될 수 있다. 절연 재료(1382)는 적어도 상호 접점(1386)의 노출된 표면 영역 위에서 연장될 수 있다. 절연 재료(1382)는 또한 인접한 상호 접점(1386) 사이의 지지 프레임(1334)의 상부측(1336) 위에서 연장될 수 있다. 이러한 방식으로, 절연 재료(1382)는 전기 전도성 구성 요소의 적어도 일부 또는 그 상부측에서 중간 플로우 셀 디바이스(1262)의 일부를 덮거나 감쌀 수 있다. 절연 재료(1382)는 도 19C에 도시된 바와 같이 실질적으로 평면이고 및/또는 평활한 노출된 상부 표면(1383)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연 재료(1382)의 상부 표면(1383)은 서브 미크론-스케일의 표면 거칠기를 포함/한정할 수 있다. 일부 이러한 예에서, 절연 재료(1382)의 상부 표면(1383)은 50㎚ 이하, 또는 10㎚ 이하의 표면 거칠기를 포함/한정할 수 있다. 일례에서, 절연 재료(1382)의 상부 표면(1383)은 1 내지 2㎚의 범위 내의 표면 거칠기를 포함하거나 한정할 수 있다.
배면측 접점(1372)의 노출된 부분은 각각의 광 검출 디바이스(10)로부터 데이터 신호를 전송하기 위해 다른 구조 또는 디바이스와 정합될 수 있다. 예를 들어, 도 19C에 도시된 바와 같이, 전기 전도성 리드 또는 볼(1398)(예를 들어, 부분적인 구체)은 캐비티(1340) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 신호를 바이오 센서 및/또는 바이오 검정 시스템에 전송하거나 또는 전도하도록 비아(1384)의 배면측 전기 접촉 부분(1373)의 노출된 표면 위에(예를 들어, 상에) 위치될 수 있다. 볼(1398)은 금속 땜납과 같은 임의의 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 각각의 볼(1398)은 도 19C에 도시된 바와 같이, 각각의 배면측 전기 접촉 부분(1373)의 노출된 표면, 각각의 배면측 전기 접촉 부분(1373)에 인접한 지지 재료(1360)의 노출된 바닥 표면, 및 각각의 배면측 전기 접촉 부분(1373)과 관련된 광 검출 디바이스(10)의 배면측(26)의 일부 위에서 연장될 수 있다. 볼(1398)은 중간 플로우 셀 디바이스(1362)(그리고, 궁극적으로 이에 의해 형성된 하나 이상의 플로우 셀)의 볼 그리드 배열(ball grid arrangement, BGA) 유형 표면 실장 패키징 구성을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 플로우 셀은 예를 들어, 광 검출 디바이스 상에 반응 구조물을 형성하고, 광 검출 디바이스의 반응 구조물 상에 반응 부위를 형성하고, 광 검출 디바이스를 덮개로 덮고 및/또는 중간 플로우 셀 디바이스를 다이싱하는 것에 의해 본 명세서에 개시된 중간 플로우 셀 디바이스로 형성될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 플로우 셀은 적어도 하나의 광 검출 디바이스, 그 위에서 연장되는 덮개, 및 광 검출 디바이스와 덮개 사이에 형성된 유동채널을 포함하는 하나 이상의 개별 셀로 중간 플로우 셀을 다이싱하는 것에 의해 중간 플로우 셀을 통해 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 지지 프레임(1334)은 예를 들어 덮개로 덮는 및/또는 다이싱 작업 동안 정렬을 돕는 시각적 표시를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 하나 이상의 플로우 셀은 이것의 적어도 하나의 광 검출 디바이스에 전기적으로 결합된 배면측 접점의 형성 전에 중간 플로우 셀을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 플로우 셀(1302)은 도 19A의 중간 플로우 셀 디바이스(1362), 도 16A의 중간 플로우 셀 디바이스(1062), 도 17A의 중간 플로우 셀 디바이스(1162), 도 18A의 중간 플로우 셀 디바이스(1262) 또는 도 19B 및 도 19C의 중간 플로우 셀 디바이스(1362)로 형성될 수 있다. 일부 다른 예에서, 하나 이상의 플로우 셀은 이것의 적어도 하나의 광 검출 디바이스에 전기적으로 결합된 배면측 접점의 형성에 이어서 중간 플로우 셀을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 플로우 셀(1302)은 도 16D의 중간 플로우 셀 디바이스(1062), 도 17C의 중간 플로우 셀 디바이스(1162), 도 18C의 중간 플로우 셀 디바이스(1262) 또는 도 19C의 중간 플로우 셀 디바이스(1362)로 형성될 수 있다.
도 20은 도 19C의 중간 플로우 셀 디바이스(1362)로 형성된 하나 이상의 플로우 셀(1302)을 도시한다. 도 19B의 중간 플로우 셀 디바이스(1362)이 도 20의 하나 이상의 플로우 셀(1302)을 형성하는 것으로서 도시되어 있지만, 도 16A 또는 도 16D의 중간 플로우 셀 디바이스(1062), 도 17A 또는 도 17C의 중간 플로우 셀 디바이스(1162), 도 18A, 도 18B 또는 도 18C의 중간 플로우 셀 디바이스(1262), 또는 도 19A 또는 도 19B의 중간 플로우 셀 디바이스(1362)가 동일하게 이용될 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 덮개/커버(1396)는 중간 플로우 셀 디바이스(1362)의 전면/상부측 위에서 연장될 수 있다. 예를 들어, 덮개(1396)의 바닥 표면(1397)은 도 20에 도시된 바와 같이 절연 재료(1382)의 상부 표면(1383)과 같이 중간 플로우 셀 디바이스(1362)의 노출된 상부 표면에 접착될 수 있다. 이러한 방식으로, 덮개(1396)는 전술한 바와 같은 검출기 표면을 갖는 반응 구조물을 포함할 수 있는 각각의 캐비티(1340) 내에 위치된 적어도 하나의 광 검출기(10)의 상부 부분(20) 위에서 연장될 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 덮개(1396)의 바닥 표면(1397)은 유동 채널(1390)이 그 사이에 형성되도록 각각의 캐비티(1340) 내에 위치된 적어도 하나의 광 검출기(10)의 상부 부분(22) 위로 이격될 수 있다. 각각의 유동 채널(1390)은 관련된 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 반응 구조물(20)의 검출기 표면을 따라서, 반응 용액과 같은 유체를 안내하도록 구성(예를 들어, 크기화 및 형상화)된다. 도 20에 도시된 바와 같이, 유동 채널(1390)의 측면은 절연 재료(1382) 및/또는 전면측 전기 접촉 부분(1386)에 의해 획정될 수 있다. 유동 채널(1390)의 영역은 각각의 캐비티(1340)의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)와 실질적으로 정렬/중첩될 수 있다. 예를 들어, 유동 채널(1390)의 영역은 도 20에 도시된 바와 같이 각각의 캐비티(1340)의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 활성 영역과 실질적으로 정렬되고 합동/일치될 수 있다. 일부 다른 예에서, 유동 채널(1390)의 영역은 도 21에 도시된 바와 같이 각각의 캐비티(1340)의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 활성 영역과 실질적으로 정렬되고 그 이상으로 연장될 수 있다. 전술한 바와 같이, 지지 프레임(1334)은 덮개(1396)의 위치 설정의 정렬을 돕는 시각적 표시를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 유동 채널(1390)은 예를 들어 약 50 내지 400㎛의 범위 내의, 또는 약 80 내지 200㎛의 범위 내의, 덮개(1396)의 바닥 표면(1397)과 적어도 하나의 광 검출기(10)의 상부 부분(22)(예를 들어, 그의 검출기 표면) 사이에서 연장되는 높이를 포함할 수 있다. 일례에서, 유동 채널(1390)의 높이는 약 100㎛이다. 덮개(1362)의 전체 두께는 예를 들어 약 300㎛ 내지 약 1000㎛일 수 있다.
일부 다른 예에서, 덮개(1396)는 유동 채널(1390)의 측면을 적어도 부분적으로 획정할 수 있거나 또는 획정하지 않을 수 있는, 절연 재료(1382) 및/또는 전면측 전기 접촉 부분(1386) 이외의 개재 층/부분을 통해 적어도 하나의 광 검출기(10), 지지 재료(1360) 및/또는 지지 프레임(1334)의 상부 표면에 간접적으로 결합될 수 있다. 다른 예에서, 덮개(1362)는 낮은 자가 형광성 접착제를 통해 이에 직접 접착되는 것과 같이, 적어도 하나의 광 검출기(10), 지지 재료(1360) 및/또는 지지 프레임(1334)(예를 들어, 그 절연 재료 또는 그 비아(1384))의 상부 표면에 직접 결합될 수 있다. 이러한 예에서, 덮개(1362)는 적어도 하나의 광 검출기(10)의 상부 부분(22) 위의 적어도 하나의 광 검출기(10) 위에서 연장되는 덮개(1396)의 바닥 표면(1397)을 이격시키는 측벽 부분을 포함할 수 있다. 이러한 덮개(1362)의 측벽 부분은 유동 채널(1390)의 측면을 획정할 수 있다.
또한 도 20에 도시된 바와 같이, 덮개(1362)는 유동 채널(1390) 및 잠재적으로 다른 포트(도시되지 않음)와 유체적으로 맞물리도록 구성된 적어도 하나의 포트(1362)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다른 포트는 반응 용액 또는 다른 생물학적 또는 화학적 물질을 포함하는 카트리지 또는 워크스테이션으로부터 나올 수 있다. 일부 예에서, 덮개(1362)는 유동 채널(1390)에 대한 입구 및 출구 포트로서 각각의 유동 채널(1390) 내의 관련된 적어도 2개의 포트(1392)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 적어도 2개의 포트(1392)의 직경은 약 750㎛일 수 있다. 적어도 하나의 포트(1362)는 시약 유체 또는 용액이 관련 유동 채널(1390) 내로 그리고 잠재적으로 이를 통해 흐르도록 허용한다. 전술한 바와 같이, 화학 반응은 시약 용액과 유동 채널(1390)에서의 상부 부분(22)에 있는 반응 구조물(20)의 검출기 표면 상의 반응 부위 사이에서 일어날 수 있다. 덮개(1362)를 통해 조명될 때, 플로우 셀(1302)의 광 검출 디바이스(10)는 유동 채널(1390)에서 일어나는 화학 반응을 감지하고 이에 응답하여 신호를 생성한다. 전술한 바와 같이, 신호는 광 검출 디바이스(10)의 회로(24)를 통해 배면측 접점(1372)(및 제공되는 경우 볼 접점(1398))으로 전도될 수 있다. 이에 따라, 덮개(1362)는 플로우 셀(1302)의 외부로부터 유동 채널(1390)을 향해/그 안으로 전파되는 여기 광에 대해 투과성인 재료를 포함할 수 있다. 여기 광은 임의의 각도로부터 그리고 이 각도 또는 다른 각도를 따라서 덮개(1362)에 접근할 수 있다는 점에 유의한다. 일부 예에서, 덮개(1362)는, 적어도 여기 광에 대해 광학적으로 투과성이고 예를 들어, 이에 제한되지 않지만 환형 올레핀 공중합체(COC)와 같이 자가 형광성이 낮거나 없는 재료를 포함할 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 반응 구조물(20)은 덮개(1362)를 중간 플로우 셀 디바이스(1362)에 부착하기 전 또는 후에 각각의 광 검출기(10)의 상부 부분(22) 상에 위치될 수 있다. 전술되고 다음에 추가로 설명되는 바와 같이, 각각의 광 검출기(10)의 상부 부분(22) 상의 반응 구조물(20)의 검출기 표면은 각각의 광 검출 디바이스(10)의 전체 활성 영역에 걸쳐서 연장될 수 있다. 전술한 바와 같이, 반응 구조물(20)의 검출기 표면은 반응 구조물(20)로 연장되는 나노 웰(16), 및 나노 웰(16) 사이 및 그 주위에서 연장되는 평면 틈새 표면 영역을 포함할 수 있다.
각각의 광 검출 디바이스(10)의 검출기 표면은 기능화될 수 있다(예를 들어, 지정된 반응을 수행하는데 적절한 방식으로 화학적 또는 물리적으로 변형될 수 있다). 예를 들어, 검출기 표면은 기능화될 수 있고, 하나 이상의 생체 분자가 고정된 나노 웰(16) 상의/내의 적어도 하나의 반응 부위를 포함할 수 있다. 반응 부위는 여기 광에 응답하여 반응을 개시하고 및/또는 광 신호를 생성하거나 방출하는 반응 생성물을 형성하도록 구성된 생물학적 또는 화학적 물질을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 반응 부위는 나노 웰(16) 내의 검출기 표면에 고정된 생체 분자(예를 들어, 올리고뉴클레오타이드)의 클러스터 또는 콜로니를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응 부위는 반응 용액에 의한 처리 후에 입사 여기 광에 응답하여 광 방출을 생성할 수 있다. 여기 광은 플로우 셀(1302)의 일부일 수도 있고 아닐 수도 있는 임의의 조명 시스템 또는 조명원(도시되지 않음)로부터 방출되거나 생성될 수 있다. 일부 예에서, 조명 시스템은 반응 부위의 생물학적 또는 화학적 물질(들)을 여기시키는 특정 파장 또는 파장들에서 여기 광(예를 들어, 반응 용액에 의해 개시되는 반응 및/또는 반응 부위(114)에서 반응 용액에 의해 형성된 반응 생성물)을 방출할 수 있다.
초기에, 광 검출 디바이스(10)의 반응 구조물(20)의 나노 웰(16)의 반응 부위는 지정된 반응을 포함하지 않을 수 있다. 전술한 바와 같이, 반응 부위는 나노 웰(16)의 베이스 및/또는 측면 상의 검출기 표면에 고정된 생물학적 또는 화학적 물질을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 반응 부위는 적어도 하나의 대응하는 광 가이드(18)의 개구에 근접하여 위치되어서, 지정된 반응 후의 반응 부위로부터 방출된 지정되거나 사전 획정된 광 방출은, 반응 구조물(20)을 통해, 적어도 하나의 대응하는 광 가이드(18)를 통해 적어도 하나의 대응하는 광 센서(12)로 전파되는 반응 용액을 이용한 처리를 통해 발생하였다.
단일의 반응 부위의 생물학적 또는 화학적 물질은 유사하거나 동일할 수 있다(예를 들어, 공통의 시퀀스를 갖는 피분석물의 콜로니(예를 들어, 올리고뉴클레오타이드)). 그러나, 다른 예에서, 단일의 반응 부위 및/또는 나노 웰(16)은 상이한 생물학적 또는 화학적 물질을 포함할 수 있다. 지정된 반응 전에, 반응 부위는 적어도 하나의 피분석물(예를 들어, 관심 피분석물)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 피분석물은 올리고뉴클레오타이드 또는 이것의 콜로니(예를 들어, 관심 올리고뉴클레오타이드)일 수 있다. 올리고뉴클레오타이드는 효과적으로 공통 시퀀스를 가지며, 형광 표지된 분자와 같은 사전 획정된 또는 특정의 형광 표지된 생체 분자와 결합될 수 있다.
그러나, 지정된 반응 전에, 형광 표지된 생체 분자의 형광단은 반응 부위(114)에서 생물학적 또는 화학적 물질(예를 들어, 올리고뉴클레오타이드)에 통합되거나 결합되지 않는다. 지정된 반응을 달성하도록(즉, 반응 부위(114)의 생물학적 또는 화학적 물질과 형광 표지된 생체 분자를 통합하도록), 플로우 셀(1303)은 반응 용액의 유동을 유동 채널(1390) 내로, 이에 따라 반응 구조물(20)에 제공할 수 있다. 반응 용액은 임의의 용액일 수 있다. 일부 예에서, 반응 용액은 액체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응 용액은 수용액일 수 있다. 하나의 구현예에서, 반응 용액은 하나 이상의 뉴클레오타이드 유형을 함유하며, 그 중 적어도 일부는 형광 표지되고, 반응 용액은 또한 중합 효소(polymerase enzyme)와 같은 하나 이상의 생체 분자를 함유하며, 중합 효소는 반응 부위에서 성장중인 올리고뉴클레오타이드에 뉴클레오타이드를 통합하고, 이에 의해 형광 표지된 뉴클레오타이드를 이용하여 올리고뉴클레오타이드를 표지한다. 이러한 구현예에서, 플로우 셀(1302)은 올리고뉴클레오티드 내로 통합되지 않은 임의의 유리 뉴클레오티드를 제거하기 위한 세척 용액을 제공할 수 있다. 이어서, 반응 부위는 여기 광으로 조명되어, 형광 표지된 뉴클레오티드가 통합된 이들 반응 부위에서 형광성을 유발할 수 있다. 형광 표지된 뉴클레오티드를 통합하지 못한 반응 부위는 입사 여기 광에 대해 광을 방출하지 않는다.
도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이, 덮개(1390)가 지지 프레임(1334)의 영역 및/또는 각각의 캐비티(1340)과 관련된 지지 재료(1360)에 결합되기 때문에(직접적으로 또는 간접적으로), 각각의 유동 채널(1390)의 영역은 각각의 유동 채널(1390)이 각각의 캐비티(1340)의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 활성 영역(1306)의 전체(예를 들어, 적어도 95%, 또는 적어도 99%, 또는 100%)에 걸쳐 있도록 반응 구조물(20)의 검출기 표면 위에서 전체적으로 연장되도록 구성된다. 유동 채널(1390)이 각각의 캐비티(1340) 또는 복수의 각각의 캐비티(1340)의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 활성 영역(1306)과 정렬되거나 이를 지나서 연장됨에 따라서, 플로우 셀(1302)은 시약 전달 및 조명을 위해 이용 가능하거나 접근 가능한 각각의 캐비티(1340) 내의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 활성 영역(1306)의 약 100%를 포함할 수 있다. 일례에서, 각각의 캐비티(1340)의 광 검출 디바이스(10)의 다이 크기는 약 8㎜×9㎜일 수 있고, 그 활성 영역(1306)은 약 7㎜×8㎜일 수 있다. 그러나, 광 검출 디바이스(10)의 다이 크기 및/또는 활성 영역(1306)은 예를 들어 최대 약 25㎜×25㎜의 범위일 수 있다. 전술한 바와 같이, 각각의 유동 채널(1390)은 각각의 캐비티(1340)의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 활성 영역(1306)과 정렬될 수 있거나, 또는 각각의 캐비티(1340) 또는 복수의 캐비티(1340)의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 활성 영역(1306)(그리고 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10) 자체)을 지나 연장될 수 있다. 이와 같이, 유동 채널(1390)의 영역은 각각의 각각의 캐비티(1340) 또는 복수의 각각의 캐비티(1340)의 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 활성 영역(1306)의 영역보다 클 수 있다.
복수의 플로우 셀(1302)은 본 명세서에 개시된 중간 플로우 셀 디바이스로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 20 및 도 22는 중간 플로우 셀 디바이스(1362)로 형성될 수 있는 하나 이상의 별개의 플로우 셀(1302)의 형성을 예시한다. 도 20에 도시된 바와 같이, 중간 플로우 셀 디바이스(1362)는 중간 플로우 셀 디바이스(1362)의 부분을 하나 이상의 별개의 플로우 셀로 분리하도록 다이싱 라인(1304)에서 다이싱될 수 있다. 중간 플로우 셀 디바이스(1362)는 덮개(1396)를 중간 플로우 셀 디바이스(1362)에 결합하기 전 또는 후에 다이싱될 수 있다는 점에 유의한다. 유사하게, 중간 플로우 셀 디바이스(1362)는 검출 디바이스(10)의 상부 표면 상의 그 나노 웰(16) 상에서/안에서 반응 구조물(20) 및/또는 반응 부위의 형성 전 또는 후에 다이싱될 수 있다. 다른 예로서, 중간 플로우 셀 디바이스(1362)는 볼 접점(1398)과 같은 플로우 셀 배면측 전기 접점의 형성 전 또는 후에 다이싱될 수 있다. 전술한 바와 같이, 지지 프레임(1334)은 중간 플로우 셀 디바이스(1362)의 다이싱 동안 정렬을 돕는 시각적 표시를 포함할 수 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 중간 플로우 셀 디바이스(1362)는 복수의 분리된 별개의 플로우 셀(1302A, 1302B, 1302C)을 형성하도록 다이싱될 수 있다. 3개의 플로우 셀(1302A, 1302B, 1302C)이 중간 플로우 셀 디바이스로부터의 플로우 셀의 형성을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용되었지만, 임의의 수의 플로우 셀(예를 들어, 1개의 플로우 셀, 2개의 플로우 셀, 3개의 플로우 셀, 4개의 플로우 셀, 5개의 플로우 셀 등)이 동일하게 형성될 수 있다는 점에 유의한다. 다이싱된 플로우 셀(1302A, 1302B, 1302C)은 동일한 수 및/또는 구성의 광 검출 디바이스(10)/캐비티(1340)를 포함할 수 있거나, 또는 상이한 수 및/또는 구성의 광 검출 디바이스(10)/캐비티(1340))를 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간 플로우 셀 디바이스(1362)로 형성된 제1 다이싱된 플로우 셀(1302A)은 도 22에 도시된 바와 같이, 제1 구성(예를 들어, 광 검출 디바이스(10) 또는 광 검출 디바이스(110))의 제1 수의 광 검출 디바이스(예를 들어, 하나 또는 복수의 광 검출 디바이스)를 포함하는 활성 영역의 전체(예를 들어, 그 활성 영역의 적어도 95%, 또는 적어도 99% 또는 100%)에 걸쳐서 위치된 단일 캐비티(1340)(유동 채널(1390)을 갖는)를 포함할 수 있다. 제2 다이싱된 플로우 셀(1302B)은 또한 제2 구성(들)(예를 들어, 광 검출 디바이스(10) 및/또는 광 검출 디바이스(110))의 제2 수의 광 검출 디바이스(예를 들어, 하나 또는 복수의 광 검출 디바이스)를 포함하는 활성 영역의 전체(예를 들어, 그 활성 영역의 적어도 95%, 또는 적어도 99% 또는 100%)에 걸쳐서 위치된 한 쌍의 캐비티(1340)(유동 채널(1390)을 갖는)를 포함할 수 있는 중간 플로우 셀 디바이스(1362)로 형성될 수 있다. 제2 다이싱된 플로우 셀(1302B)의 광 검출 디바이스의 제2 수 및/또는 제2 구성은 제1 다이싱된 플로우 셀(1302A)의 수 및 구성과 동일하거나 상이할 수 있다. 또한 도 22에 도시된 바와 같이, 제3 다이싱된 플로우 셀(1302C)은 제3 구성(들)(예를 들어, 광 검출 디바이스(10) 및/또는 광 검출 디바이스(110))의 제3 수의 광 검출 디바이스(예를 들어, 하나 또는 복수의 광 검출 디바이스)를 포함하는 활성 영역의 전체(예를 들어, 그 활성 영역의 적어도 95%, 또는 적어도 99% 또는 100%)에 걸쳐서 위치된 3개 이상의 캐비티(1340)(유동 채널(1390)을 갖는)를 포함할 수 있는 중간 플로우 셀 디바이스(1362)로 또한 형성될 수 있다. 제3 다이싱된 플로우 셀(1302C)의 광 검출 디바이스의 제3 수 및/또는 제3 구성은 제1 다이싱된 플로우 셀(1302A) 및 제2 다이싱된 플로우 셀(1302B)의 수 및 구성과 동일하거나 상이할 수 있다. 이러한 방식으로, 중간 플로우 셀 디바이스(1362)로 형성된 별개의 플로우 셀(1302A, 1302B, 1302C)의 감지 처리량은 별개의 플로우 셀(1302A, 1302B, 1302C)을 형성하기 위해 중간 플로우 셀 디바이스(1362)로부터 다이싱된 캐비티(1340)의 수 및/또는 구성(그러므로, 적어도 하나의 광 검출 디바이스(10)의 수 및/또는 구성)에 의해 결정되거나 구성될 수 있다.
상기 설명은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된 것임을 이해해야 한다. 예를 들어, 전술한 예(및/또는 그 양태)는 서로 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 그 범위를 벗어나지 않고 다양한 예의 교시에 특정 상황 또는 재료를 적용하기 위해 많은 변형이 만들어질 수 있다. 재료의 치수 및 유형이 본 명세서에서 설명될 수 있지만, 이들은 다양한 예 중 일부의 파라미터를 한정하도록 의도되며, 이들은 결코 모든 예를 제한하지 않으며 단지 예시일 뿐이다. 상기 설명을 검토하면 많은 다른 예가 당업자에게 자명할 것이다. 그러므로, 다양한 예의 범위는 이러한 청구범위가 부여하는 등가물의 전체 범위와 함께 첨부된 청구범위를 참조하여 결정되어야 한다.
첨부된 청구범위에서, "구비하는" 및 "에서"라는 용어는 각각의 용어 "포함하는" 및 "여기에"의 평이한 영어 등가물로서 사용된다. 더욱이, 다음의 청구범위에서, 용어 "제1", "제2" 및 "제3" 등은 단지 참조 표기로서 사용되며, 그 대상체에 수치적, 구조적 또는 기타 요구 사항을 부과하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에서 "기초한"이라는 용어의 형태는 요소가 부분적으로 기초하는 관계뿐만 아니라 요소가 전적으로 기초하는 관계를 포함한다. "한정된"이라는 용어의 형태는 요소가 부분적으로 한정된 관계뿐만 아니라 요소가 완전히 한정된 관계를 포함한다. 또한 다음 청구범위의 제한은 수단 플러스 기능 형식으로 작성되지 않았으며, 추가 구조물의 기능 캐비티에 대한 진술이 이어지는 "위한 수단"이라는 구문의 사용을 명시적으로 제한하는 한 35 U.S.C.§112 제6 단락에 기초하여 해석되도록 의도되지 않는다. 상기 설명된 모든 이러한 목적 또는 이점이 반드시 임의의 특정 예에 따라 달성될 수 있는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 그러므로, 예를 들어, 당업자는 본 명세서에 설명된 디바이스, 시스템 및 방법이 본 명세서에서 교시되거나 제안될 수 있는 바와 같은 다른 목적 또는 이점을 반드시 달성하지 않고도 본 명세서에서 교시된 바와 같은 하나의 이점 또는 이점의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 구현되거나 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 개시내용이 제한된 수의 예와 관련하여 상세하게 설명되었지만, 본 개시내용이 이러한 개시된 예에 제한되지 않는다는 것을 쉽게 이해해야 한다. 오히려, 본 개시내용은 이제까지 설명되지 않았지만 본 개시내용의 사상 및 범위에 상응하는 임의의 수의 변형, 변경, 대체 또는 등가 배열을 통합하도록 변경될 수 있다. 추가적으로, 다양한 예들이 설명되었지만, 본 개시내용의 양태들은 단지 일례 또는 설명된 예들의 일부를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 일부 개시내용은 특정 수의 요소를 갖는 것으로 설명되었지만, 예는 특정 수보다 적거나 많은 요소로 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
전술한 개념 및 다음에 보다 상세히 논의되는 추가 개념의 모든 조합(이러한 개념이 서로 일치하지 않는 경우)은 본 명세서에 개시된 발명 요지의 일부인 것으로 고려된다는 것을 이해해야 한다. 특히, 본 개시내용의 끝에 나타나는 청구된 요지의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 발명의 요지의 일부인 것으로 고려된다.

Claims (25)

  1. 플로우 셀(flow cell)로서,
    상부측, 배면측, 및 상기 상부측으로부터 바닥측을 향해 연장되는 적어도 하나의 캐비티를 포함하는 지지 프레임;
    활성 영역과 상부 표면을 포함하는, 상기 적어도 하나의 캐비티 내에 배치된 적어도 하나의 광 검출 디바이스;
    상기 지지 프레임과 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 주변부 사이의 상기 적어도 하나의 캐비티 내에 배치되어, 상기 지지 프레임과 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 함께 결합하는 지지 재료; 및
    상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스 위에서 연장되고, 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 주변부 주위에서 상기 지지 프레임의 상부측에 결합된 덮개를 포함하며;
    상기 덮개와 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 적어도 상부 표면은 이들 사이에 유동 채널(flow channel)을 형성하는, 플로우 셀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지 프레임은 상기 상부측으로부터 상기 바닥측으로 연장되는 적어도 하나의 전기 전도성 비아를 더 포함하는, 플로우 셀.
  3. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스는, 베이스 웨이퍼 부분, 복수의 광 센서, 상기 광 센서에 의해 검출된 광자에 기초하여 데이터 신호를 전송하기 위해 상기 광 센서에 전기적으로 결합된 디바이스 회로, 및 상기 복수의 광 센서와 관련된 복수의 광 가이드를 포함하는 적어도 하나의 고체 상태 광 검출 디바이스를 포함하는, 플로우 셀.
  4. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 고체 상태 광 검출 디바이스의 디바이스 회로는 상기 지지 프레임의 상부측에서 상기 적어도 하나의 전기 전도성 비아에 전기적으로 결합되는, 플로우 셀.
  5. 제1항에 있어서, 상기 덮개는 상기 지지 프레임의 상부측에 간접적으로 결합되는, 플로우 셀.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 캐비티는 상기 복수의 광 검출 디바이스가 내부에 배치되는 캐비티를 포함하는, 플로우 셀.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 광 검출 디바이스는 서로 이격된 별개의 광 검출 디바이스를 포함하고, 상기 지지 재료는 인접한 광 검출 디바이스 사이에서 추가로 연장되는, 플로우 셀.
  8. 제6항에 있어서, 상기 복수의 광 검출 디바이스는 적어도 2개의 일체형 광 검출 디바이스를 포함하고, 상기 지지 재료는 상기 지지 프레임과 상기 적어도 2개의 일체형 광 검출 디바이스의 주변부 사이에서 연장되는, 플로우 셀.
  9. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스는 복수의 광 검출 디바이스를 포함하는, 플로우 셀.
  10. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 캐비티는 복수의 캐비티를 포함하고, 상기 복수의 광 검출 디바이스의 각각의 광 검출 디바이스는 상기 지지 프레임의 다른 캐비티에 배치되는, 플로우 셀.
  11. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스는, 베이스 웨이퍼 부분, 복수의 광 센서, 상기 광 센서에 의해 검출된 광자에 기초하여 데이터 신호를 전송하기 위해 상기 광 센서에 전기적으로 결합된 디바이스 회로, 및 상기 복수의 광 센서와 관련된 복수의 광 가이드를 포함하는 적어도 하나의 고체 상태 광 검출 디바이스를 포함하는, 플로우 셀.
  12. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 캐비티는 상기 지지 프레임을 통해 상기 상부측으로부터 상기 바닥측으로 연장되고, 상기 디바이스 회로는 상기 베이스 웨이퍼 부분을 통해 연장되는 비아를 포함하고, 상기 플로우 셀은, 상기 지지 프레임의 배면측을 따라서 적어도 부분적으로 배치되고 상기 비아에 전기적으로 결합되는 전기 접점을 더 포함하는, 플로우 셀.
  13. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스는 그 상부 표면을 형성하는 상기 복수의 광 가이드 위에 배치된 반응 구조물을 더 포함하고, 상기 반응 구조물은 상기 활성 영역 내에 위치된 복수의 나노 웰을 포함하는, 플로우 셀.
  14. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 캐비티는 상기 지지 프레임을 통해 상기 상부측으로부터 상기 바닥측을 향해 부분적으로만 연장되는, 플로우 셀.
  15. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스는 적어도 하나의 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 광 센서를 포함하는, 플로우 셀.
  16. 제1항에 있어서, 상기 유동 채널은 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 활성 영역의 전체에 걸쳐서 연장되는, 플로우 셀.
  17. 방법으로서,
    지지 프레임의 상부 표면과 기판의 평면의 지지 표면을 부착시키는 단계로서, 상기 지지 프레임은 상부측으로부터 바닥측으로 연장되는 적어도 하나의 캐비티를 포함하는, 상기 부착시키는 단계;
    상부측이 상기 기판의 평면의 지지 표면 상에 위치되고 상기 캐비티의 가장자리 부분이 상기 지지 프레임과 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 주변부 사이에서 연장되도록 상기 적어도 하나의 캐비티 내에 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 위치시키는 단계로서, 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스는 활성 영역 및 상부 표면을 포함하는, 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 위치시키는 단계;
    상기 지지 프레임 및 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 함께 결합하기 위해 상기 캐비티의 가장자리 부분을 지지 재료로 채우는 단계;
    상기 지지 프레임과 상기 기판을 분리하는 단계; 및
    플로우 셀을 형성하기 위해 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 주변부 주위에서 상기 지지 프레임의 상부측에 덮개를 부착시키는 단계를 포함하되, 상기 덮개는 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스 위에서 연장되고 상기 덮개와 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 적어도 상부 표면 사이에 유동 채널을 형성하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스는, 배면측을 형성하는 베이스 웨이퍼 부분, 복수의 광 센서, 상기 광 센서에 의해 검출된 광자에 기초하여 데이터 신호를 전송하도록 결합된 상기 광 센서에 전기적으로 결합된 디바이스 회로, 및 상기 복수의 광 센서와 관련된 복수의 광 가이드를 포함하는 적어도 하나의 고체 상태 광 검출 디바이스를 포함하며, 상기 지지 프레임은 상기 상부측으로부터 상기 바닥측으로 연장되는 적어도 하나의 전기 전도성 비아를 더 포함하고, 상기 방법은 상기 지지 프레임의 상부측에서 상기 적어도 하나의 고체 상태 광 검출 디바이스의 디바이스 회로를 상기 적어도 하나의 전기 전도성 비아에 전기적으로 결합하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스는, 배면측을 형성하는 베이스 웨이퍼 부분, 복수의 광 센서, 상기 광 센서에 의해 검출된 광자에 기초하여 데이터 신호를 전송하도록 결합된 상기 광 센서에 전기적으로 결합된 디바이스 회로, 및 상기 복수의 광 센서와 관련된 복수의 광 가이드를 포함하는 적어도 하나의 고체 상태 광 검출 디바이스를 포함하며, 상기 디바이스 회로는 상기 베이스 웨이퍼 부분을 통해 상기 배면측으로 연장되는 비아를 포함하며, 상기 방법은 상기 베이스 웨이퍼 부분의 배면측에서, 상기 지지 프레임의 배면측을 따라서 적어도 부분적으로 배치된 접점을 상기 비아에 전기적으로 결합하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 덮개를 부착하기 전에 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스 상에 반응 구조물을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 반응 구조물은 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 상부 표면을 형성하고 상기 활성 영역 내에 위치된 복수의 나노 웰을 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 지지 프레임과 기판을 분리하는 단계는 상기 지지 프레임의 상부측과 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 상부 부분 사이에서 아래로 연장되는 지지 재료의 오목한 상부측을 노출시키고, 상기 반응 구조물은 상기 지지 재료의 오목한 상부측과 상기 지지 프레임의 상부측의 상부측 위에서 연장되고, 상기 반응 구조물은 평면의 상부 표면을 형성하며, 상기 복수의 나노 웰은 상기 평면의 상부 표면으로부터 연장되는, 방법.
  22. 제17항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 획득하는 단계는 복수의 일체형 CMOS 광 센서로부터 적어도 하나의 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 광 센서를 다이싱하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제17항에 있어서, 상기 유동 채널은 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 활성 영역의 전체에 걸쳐서 연장되는, 방법.
  24. 방법으로서,
    지지 프레임의 적어도 하나의 캐비티의 바닥 부분에 제1 지지 재료를 증착시키는 단계로서, 상기 적어도 하나의 캐비티는 상부측으로부터 바닥측을 향해 상기 지지 프레임을 통해 부분적으로만 연장되는, 상기 제1 지지 재료를 증착시키는 단계;
    상기 적어도 하나의 캐비티의 가장자리 부분이 상기 지지 프레임과 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 주변부 사이에서 연장되도록 상기 적어도 하나의 캐비티 내에, 그리고 상기 증착된 제1 지지 재료 위에 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 위치시키는 단계로서, 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스는 활성 영역 및 상부 표면을 포함하는, 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스를 위치시키는 단계;
    상기 캐비티의 가장자리 부분을 제2 지지 재료로 채우는 단계; 및
    플로우 셀을 형성하기 위해 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 주변부 주위에서 상기 지지 프레임의 상부측에 덮개를 부착시키는 단계를 포함하되, 상기 덮개는 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스 위에서 연장되고 상기 덮개와 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 적어도 상부 표면 사이에 유동 채널을 형성하는, 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 유동 채널은 상기 적어도 하나의 광 검출 디바이스의 활성 영역의 전체에 걸쳐서 연장되는, 방법.
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