KR20220116549A - 센서 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
유리한 디자인을 갖는 센서 및 그러한 센서를 제조하는 방법이 포괄적으로 제공된다. 본 명세서에 기재된 일부 센서는 방사상 대칭을 갖는 전극 쌍, 중첩 전극 쌍, 및/또는 나노와이어를 포함한다. 일부 실시예는 나노와이어가 증발 및 보충되는 방식으로 기판과 접촉하는 유체로부터 증착되는 방법에 의해 전극을 제조하는 것에 관한 것이다.
Description
관련 출원
본 출원은 35 U.S.C. §119(e)에 따라 2019년 12월 23일에 출원되고 "센서 시스템 및 방법(Sensor System and Methods)"이라는 제목의 미국 가출원 번호 62/953,140, 2019년 12월 23일에 출원되고 "센서 시스템 및 전극(Sensor System and Electrodes)"이라는 제목의 미국 가출원 번호 62/953,143, 및 2019년 12월 23일에 출원되고 “센서 시스템 및 이의 제조 방법(Sensor System and Methods of Making)”이라는 제목의 미국 가출원 번호 62/953,148에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원들 각각은 전체가 참조로서 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 발명은 일반적으로 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 체액을 감지하는 데 적합한 센서에 관한 것이다.
센서는 체액의 하나 이상의 특징을 감지하는 데 사용될 수 있다. 그러나 일부 센서는 관심 분석물에 대해 바람직하지 않게 낮은 감도를 가지고 있다. 따라서 개선된 센서가 필요하다.
센서, 관련 구성요소 및 관련 방법이 일반적으로 설명된다.
일부 실시예는 센서에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 센서는 중심점을 중심으로 방사상 대칭을 갖도록 배열된 복수의 전극 쌍을 포함한다. 복수의 전극 쌍은 적어도 10쌍의 전극을 포함한다.
일부 실시예에서, 센서는 중심점 주위에 원형 구조를 형성하도록 배열된 복수의 나노와이어 및 복수의 나노와이어 상에 배치된 복수의 전극을 포함한다. 복수의 나노와이어는 적어도 30개의 나노와이어를 포함한다.
일부 실시예에서, 센서는 전극 쌍을 포함한다. 전극 쌍은 제1 부분, 제2 부분, 및 제1 부분과 제2 부분을 연결하는 제3 부분을 포함하는 제1 전극을 포함한다. 전극 쌍은 또한 제1 전극의 제1 부분에 실질적으로 평행한 제1 부분, 제1 전극의 제2 부분에 실질적으로 평행한 제2 부분, 및 제1 및 제2 부분을 연결하는 제3 부분을 포함하는 제2 전극을 포함한다. 제2 전극의 제1 및 제2 부분은 제1 전극의 제1 부분과 제2 부분 사이에 위치된다.
일부 실시예에서, 센서는 제1 전극, 제2 전극, 및 나노와이어를 포함한다. 나노와이어는 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 통신 연결 된다. 제1 전극과 제2 전극 사이의 거리는 5 미크론 이상 15 미크론 이하이다. 제1 전극과 제2 전극 사이의 거리에 대한 나노와이어의 길이의 비율은 1 이상 5 이하이다.
일부 실시예에서, 센서는 복수의 전극 쌍 및 복수의 나노와이어를 포함한다. 전극 쌍의 10% 이상에 대해, 전극 쌍을 구성하는 두 전극은 정확히 하나의 나노와이어에 의해 전기적으로 통신 연결된다.
일부 실시예는 방법에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 방법은 노즐로부터 기판 상으로 복수의 나노와이어를 포함하는 유체를 배출하는 것, 유체의 적어도 일부가 증발하도록 하고, 추가 양의 유체를 노즐로부터 배출함으로써 증발된 유체의 적어도 일부를 보충하는 것, 및 0.2초 이상의 시간 기간 동안 기판과 접촉하는 복수의 나노와이어를 포함하는 유체를 유지하는 단계를 포함한다. 유체는 유지, 보충 및 증발 단계 동안 기판과 노즐 모두와 접촉한다.
본 발명의 다른 이점 및 신규한 특징은 첨부된 도면과 함께 고려될 때 본 발명의 다양한 비제한적인 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 명세서와 참조로 포함된 문서가 상충 및/또는 불일치하는 개시 내용을 포함하는 경우, 본 명세서가 우선한다. 참조로 포함된 둘 이상의 문서에 서로 상충 및/또는 일관성이 없는 공개가 포함된 경우, 발효일(effective date)가 더 늦은 문서가 우선한다.
본 발명의 비제한적인 실시예는 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이며, 첨부 도면은 개략적이고 축척에 맞게 그려진 것은 아니다. 도면에서, 예시된 각각의 동일하거나 거의 동일한 구성요소는 일반적으로 단일 숫자로 표시된다. 명료함을 위해, 모든 구성요소가 모든 도면에서 라벨링되는 것은 아니며, 당업자가 본 발명을 이해하는 데 예시가 필요하지 않은 경우에는 본 발명의 각 실시예의 모든 구성요소가 도시되는 것도 아니다. 도면의 설명은 다음과 같다.
도 1은 일부 실시예에 따른 단일 나노와이어에 의해 전기적으로 통신 연결되는 전극 쌍을 도시한다.
도 2는 일부 실시예에 따른 전극 쌍의 측면도를 도시한다.
도 3은 일부 실시예에 따른 전극 쌍을 도시한다.
도 4는 일부 실시예에 따른 단일 나노와이어에 의해 전기적으로 통신 연결되는 전극 쌍을 도시한다.
도 5는 일부 실시예에 따른 차단층을 포함하는, 센서의 전극 쌍의 측면도를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 일부 실시예에 따라 중심점을 중심으로 방사상 대칭을 갖도록 배열된 복수의 전극 쌍을 포함하는, 센서를 도시한다.
도 7a 내지 도 7e는 일부 실시예에 따른 복수의 나노와이어를 포함하는 원형 구조 상에 배치된 복수의 전극 쌍을 포함하는, 센서를 도시한다.
도 8a 내지 도 8e는 일부 실시예에 따른 센서 제조 동안 수행될 수 있는 여러 단계를 도시한다.
도 9a 내지 도 9b는 일부 실시예에 따른 기판으로부터 표면층의 일부를 제거하는 하나의 방법을 도시한다.
도 10a 내지 도 10e는 일부 실시예에 따른, 복수의 나노와이어가 배치된 기판 상에 전극 쌍을 증착하는 하나의 방법을 도시한다.
도 11은 일부 실시예에 따른 전극 재료 상에 배치된 패시베이팅 층을 형성하는 하나의 방법을 도시한다.
도 12는 일부 실시예에 따른 기판, 기판 상에 배치된 표면 층, 표면 층 상에 배치된 복수의 나노와이어, 및 표면 층 및 복수의 나노와이어 상에 배치된 한 쌍의 패시브 전극(passivated electrode)을 포함하는 물품의 일례를 도시한다.
도 13은 일부 실시예에 따른, 전극 쌍과 전극 외부의 환경 사이에 위치된 층을 포함하는 물품의 하나의 비제한적인 실시예를 도시한다.
도 14는 일부 실시예에 따른 전극 쌍 상에 배치된 층이 복수의 나노와이어의 일부, 표면층의 일부, 및 전극 쌍의 각 부재의 일부를 외부 환경에 노출시키는 물품의 일례를 도시한다.
도 15는 일부 실시예에 따른, 전극 쌍의 각 부재의 일부 상에 배치된 와이어 본딩 조성물을 포함하는, 센서의 한 예를 도시한다.
도 16은 일부 실시예에 따른, 전기적으로 통신하는 전극 쌍을 배치하지만 센서의 다른 부분에는 존재하지 않는 나노와이어 위에 배치된 차단층을 포함하는, 센서의 일례를 도시한다.
도 17a는 일부 실시예에 따른 전극 쌍을 포함하고 백 게이트 전극, 워터 게이트 전극, 및 접지 전극을 더 포함하는, 센서의 하나의 비제한적인 실시예를 도시한다.
도 17b는 일부 실시예에 따른, 복수의 전극 쌍에 더하여 2개의 추가 전극을 포함하는, 센서의 하나의 예시적인 실시예의 평면도를 도시한다.
도 17c는 일부 실시예에 따른, 복수의 전극 쌍에 더하여 하나의 추가 전극을 포함하는, 센서의 예시적인 일 실시예의 평면도를 도시한다.
도 18은 일부 실시예에 따른 외부 층을 포함하는, 센서의 하나의 비제한적인 예를 도시한다.
도 19는 일부 실시예에 따른, 3개의 하위 부분을 포함하는 연결 부분을 포함한 하나의 전극을 포함하는 전극 쌍의 일례를 도시한다.
도 20은 일부 실시예에 따른 시간의 함수로서 전류를 보여주는 플롯이다.
도 21 내지 도 23은 일부 실시예에 따른, 시간의 함수로서 등가 표면 전위를 나타내는 플롯이다.
도 1은 일부 실시예에 따른 단일 나노와이어에 의해 전기적으로 통신 연결되는 전극 쌍을 도시한다.
도 2는 일부 실시예에 따른 전극 쌍의 측면도를 도시한다.
도 3은 일부 실시예에 따른 전극 쌍을 도시한다.
도 4는 일부 실시예에 따른 단일 나노와이어에 의해 전기적으로 통신 연결되는 전극 쌍을 도시한다.
도 5는 일부 실시예에 따른 차단층을 포함하는, 센서의 전극 쌍의 측면도를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 일부 실시예에 따라 중심점을 중심으로 방사상 대칭을 갖도록 배열된 복수의 전극 쌍을 포함하는, 센서를 도시한다.
도 7a 내지 도 7e는 일부 실시예에 따른 복수의 나노와이어를 포함하는 원형 구조 상에 배치된 복수의 전극 쌍을 포함하는, 센서를 도시한다.
도 8a 내지 도 8e는 일부 실시예에 따른 센서 제조 동안 수행될 수 있는 여러 단계를 도시한다.
도 9a 내지 도 9b는 일부 실시예에 따른 기판으로부터 표면층의 일부를 제거하는 하나의 방법을 도시한다.
도 10a 내지 도 10e는 일부 실시예에 따른, 복수의 나노와이어가 배치된 기판 상에 전극 쌍을 증착하는 하나의 방법을 도시한다.
도 11은 일부 실시예에 따른 전극 재료 상에 배치된 패시베이팅 층을 형성하는 하나의 방법을 도시한다.
도 12는 일부 실시예에 따른 기판, 기판 상에 배치된 표면 층, 표면 층 상에 배치된 복수의 나노와이어, 및 표면 층 및 복수의 나노와이어 상에 배치된 한 쌍의 패시브 전극(passivated electrode)을 포함하는 물품의 일례를 도시한다.
도 13은 일부 실시예에 따른, 전극 쌍과 전극 외부의 환경 사이에 위치된 층을 포함하는 물품의 하나의 비제한적인 실시예를 도시한다.
도 14는 일부 실시예에 따른 전극 쌍 상에 배치된 층이 복수의 나노와이어의 일부, 표면층의 일부, 및 전극 쌍의 각 부재의 일부를 외부 환경에 노출시키는 물품의 일례를 도시한다.
도 15는 일부 실시예에 따른, 전극 쌍의 각 부재의 일부 상에 배치된 와이어 본딩 조성물을 포함하는, 센서의 한 예를 도시한다.
도 16은 일부 실시예에 따른, 전기적으로 통신하는 전극 쌍을 배치하지만 센서의 다른 부분에는 존재하지 않는 나노와이어 위에 배치된 차단층을 포함하는, 센서의 일례를 도시한다.
도 17a는 일부 실시예에 따른 전극 쌍을 포함하고 백 게이트 전극, 워터 게이트 전극, 및 접지 전극을 더 포함하는, 센서의 하나의 비제한적인 실시예를 도시한다.
도 17b는 일부 실시예에 따른, 복수의 전극 쌍에 더하여 2개의 추가 전극을 포함하는, 센서의 하나의 예시적인 실시예의 평면도를 도시한다.
도 17c는 일부 실시예에 따른, 복수의 전극 쌍에 더하여 하나의 추가 전극을 포함하는, 센서의 예시적인 일 실시예의 평면도를 도시한다.
도 18은 일부 실시예에 따른 외부 층을 포함하는, 센서의 하나의 비제한적인 예를 도시한다.
도 19는 일부 실시예에 따른, 3개의 하위 부분을 포함하는 연결 부분을 포함한 하나의 전극을 포함하는 전극 쌍의 일례를 도시한다.
도 20은 일부 실시예에 따른 시간의 함수로서 전류를 보여주는 플롯이다.
도 21 내지 도 23은 일부 실시예에 따른, 시간의 함수로서 등가 표면 전위를 나타내는 플롯이다.
센서, 센서의 제조 방법, 및 센서를 사용하여 분석물을 감지하는 방법이 포괄적으로 제공된다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 센서는 하나 이상의 관심 분석물에 대한 감도를 향상시키는 디자인을 갖는다.
예를 들어, 센서는 분석물에 대해 높은 감도를 갖는 구성요소를 통해 전기적으로 통신하는 전극 쌍을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서는 나노와이어에 의해 전기적으로 통신하는 전극 쌍을 포함할 수 있다. 나노와이어는 분석물에 대해 특히 높은 결합 친화도를 갖는 화학적 조성을 가질 수 있고/있거나 분석물과 결합할 때 등가 표면 전위에서 상당한 변화를 겪을 수 있다.
다른 예로서, 센서는 서로 유리한 거리로 이격된 전극을 포함할 수 있다. 간격은, 전극이 절연 재료에 의해 서로 전기적으로 절연될 수 있도록 충분히 크고(예를 들어, 포토리소그래피가 전극을 전기적으로 절연하는 구조를 형성하기 위해 사용될 수 있을 정도로 충분히 큼), 충분히 많은 양으로 상업적으로 생산될 수 있는 나노와이어에 의해 전기 통신에 배치될 수 있을만큼 충분히 작게 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 나노와이어에 의해 전기적으로 통신 연결되는 전극들 사이의 비교적 큰 간격은 전극과 수직에 가까운 각도를 형성하도록 나노와이어를 배향시키는 제조 프로세스를 사용함으로써 획득될 수 있다. 예를 들어, 나노와이어는 나노와이어가 하나 이상의 원에 접선 방향으로 배향된 커피 링 구조를 형성하도록 기판에 증착될 수 있다. 나노와이어의 이러한 배열은 본 명세서의 다른 곳에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 방사상으로 배열된 전극과 조합하여 특히 유용할 수 있다.
제3 예로서, 센서는 차단층을 포함할 수 있다. 차단층은 센서의 하나 이상의 구성요소와 센서 외부의 환경 사이에 위치할 수 있다. 일부 실시예에서, 차단층은 센서의 하나 이상의 구성요소와 센서에 의해 분석될 유체 사이의 직접적인 접촉을 방지한다. 차단층은 원하는 방식으로 센서와 센서에 의해 분석될 유체 사이의 상호작용을 촉진할 수 있다. 예를 들어, 센서의 하나 이상의 구성요소와 분석될 유체의 하나 이상의 구성요소 사이의 비특이적 상호작용을 감소시킬 수 있고/있거나 분석할 유체와 센서 사이의 전하 스크리닝을 감소시킬 수 있다. 이는 높은 이온 강도 및/또는 체액과 같은 수많은 구성요소를 포함하는 유체에서 하나 이상의 분석물을 감지하도록 디자인된 센서에 특히 바람직할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본원에 기술된 일부 센서는 2개의 전극이 나노와이어에 의해 전기적으로 통신하는 센서의 형성을 용이하게 하는 전극 배열을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 정확히 하나의 나노와이어에 의해 전기적으로 통신하는 전극은 예측가능하고/하거나 관심 분석물에 매우 민감할 수 있는 크로스 저항을 가질 수 있기 때문에, 센서가 정확히 하나의 나노와이어에 의해 전기적으로 통신하는 2개의 전극을 포함하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 이전 단락에서 설명된 바와 같이, 센서는 전극 쌍이 중심점을 중심으로 방사상 대칭을 갖는 전극 쌍의 배열을 포함할 수 있다. 원형 구조를 형성하도록 배열된 나노와이어 상에 배치된 방사상 대칭을 갖는 전극 쌍은 원형 구조(들) 내의 나노와이어의 농도가 적절하게 선택되는 경우 하나의 그러한 나노와이어에 의해 연결될 가능성이 특히 높을 수 있다.
일부 실시예에서, 센서는 하나 이상의 바람직한 특성을 갖는 센서의 형성을 용이하게 하는 디자인을 갖는 전극을 포함한다. 예로서, 센서는 외부 전극의 내부에 중첩된 내부 전극을 포함하는 전극 쌍을 포함할 수 있다. 이러한 디자인을 가진 전극은 같은 길이의 병렬 전극보다 두 배 더 길 수 있으며, 따라서 전기 통신에 나노와이어를 배치하는 데 사용할 수 있는 길이는 두 배가 될 수 있다.
본 명세서에 기술된 일부 실시예는 하나 이상의 바람직한 특성을 갖는 센서를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 바람직한 밀도 및/또는 배열로 나노와이어의 증착을 초래하는 프로세스에 의해 센서를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명된 바와 같이, 일부 방법은 나노와이어의 하나 이상의 원형 구조(예: 커피 링 구조)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 나노와이어는 원형 구조(들)에 접선 방향으로 있을 수 있고/있거나 유리한 밀도로 원형 구조(들)에 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법은 기판과 접촉하여 유지되는 유체로부터 나노와이어를 증착하는 단계를 포함한다. 유체는 적어도 부분적으로 증발할 수 있고/있거나 기판과 접촉하여 유지되는 동안 보충될 수 있다. 증발 및/또는 보충은 원하는 위치, 원하는 반경 및/또는 원하는 나노와이어 밀도를 갖는 커피 링 구조(들)(예를 들어, 원형 형태를 가짐)의 형성을 촉진하도록 선택될 수 있다.
도 1은 단일 나노와이어에 의해 전기적으로 통신하는 전극 쌍의 비제한적인 일 실시예를 도시한다. 도 1에서, 전극 쌍(100)은 전극(10, 11)을 포함한다. 전극(10, 11)은 나노와이어(200)에 의해 전기적으로 통신 연결된다. 일부 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 쌍은 실질적으로 평행한 전극을 포함하고/하거나 서로 실질적으로 평행한 부분을 포함하는 전극을 포함한다. 서로 상대적으로 평행한 전극(및/또는 그 안의 부분)은 한 쌍의 두 전극(및/또는 부분)과 교차하는 선이 그려지면, 전극 쌍의 두 전극(및/또는 부분)과 이루는 각이 상대적으로 적은 각도(예: 5° 이하, 2° 이하, 1° 이하)만큼 상이해지도록 배향될 수 있다. 일부 실시예에서, 서로 상대적으로 평행한 전극 쌍(및/또는 내부의 부분)은 각 전극의 각 하위 부분(및/또는 각 전극의 일부)과 다른 전극(및/또는 다른 전극의 부분)에 가장 가까운 하위 부분 사이의 거리가 상대적으로 작은 양(예를 들어, 2 미크론 이하, 1.75 미크론 이하, 1.5 미크론 이하, 1.25 미크론 이하, 1 미크론 이하, 0.75 미크론 이하, 또는 0.5 미크론 이하) 만큼 변하도록 배향될 수 있다. 또한, 실질적으로 평행한 부분이 없는 전극 쌍도 고려된다는 것을 이해해야 한다.
나노와이어는 그 자체가 전극 쌍의 두 구성원과 전기적으로 통신하는 경우 및 나노와이어가 전극 쌍 사이에 전류가 흐를 수 있는 경로를 제공하는 경우 전기적으로 통신하는 전극 쌍을 배치할 수 있다. 이것은 전극 쌍에 0.1V 전위를 인가하고 그 사이의 결과적인 전류를 측정함으로써 결정될 수 있다. 결과 전류가 1nA 이상이면 전극 쌍이 서로 전기적으로 통신하는 것으로 간주될 수 있다.
일부 실시예에서, 2개의 전극을 전기적으로 통신 연결되게 배치하는 나노와이어는 90°에 가까운 하나 또는 둘 모두의 전극에 대한 각도가 되도록 배향될 수 있다. 도 1을 참조하면, 나노와이어(도 1의 나노와이어(200))와 전극에 수직인 방향(도 1의 전극(10)에 수직인 도 1의 방향(300))이 이루는 각도(각도 0)가 상대적으로 작을 수 있다. 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 이러한 특성을 갖는 나노와이어는 나노와이어의 길이에 인접한(close to) 거리로 이격되어 있는 전극을 전기적으로 통신 연결 되도록 배치할 수 있다. 유리하게 이는 전극이 포토리소그래피 구조에 의해 분리될 수 있는 거리로 이격되는 것을 가능하게 할 수 있고/있거나 경제적 및/또는 상대적으로 결함에서 자유로운 방식으로 상업적 프로세스에 의해 제조될 수 있는 길이를 갖는 나노와이어의 사용을 가능하게 할 수 있다. 그러나 일부 나노와이어는 전기 통신에 배치되는 두 개의 전극에 대해 다양한 각도로 배향될 수 있음을 이해해야 한다.
도 2는 도 1에 도시된 전극 쌍의 측면도를 도시한다. 도 2에서와 같이, 일부 실시예는 나노와이어 상에 배치된 전극 쌍을 포함한다. (예를 들어, 대안적으로 나노와이어 상에 배치되는 전극 쌍에 대해) 나노와이어가 전극 쌍 상에 배치되는 것도 가능하다. 본 명세서에 기술되고/되거나 본 명세서의 도면에 도시된 바와 같이 서로 배치된 구성요소는 서로 직접적으로 배치될 수 있거나 서로 간접적으로 배치될 수 있다. 다시 말해서, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 구성요소가 다른 구성요소에 "배치된" 또는 "인접한" 것으로 언급될 때, 이는 구성요소 상에 직접 또는 인접하게 배치될 수 있거나, 다른 구성요소 상에 배치된 하나 이상의 중간 구성요소 상에 배치될 수 있다. 다른 구성요소에 "직접 배치", "직접 인접" 또는 "접촉"하는 구성요소는 중간 구성요소가 존재하지 않는 방식으로 다른 구성요소에 배치됨을 의미한다.
도 3은 또 다른 가능한 전극 디자인을 보여준다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전극 쌍(102)은 전극(12)(예를 들어, 제1 전극) 및 전극(22)(예를 들어, 제2 전극)을 포함한다. 도 1 및 2에 도시된 전극과 같이, 이러한 디자인을 갖는 전극은 또한 (예를 들어, 이들 전극이 나노와이어(202)에 의해 전기적으로 연결된 도 4에 도시된 바와 같이) 나노와이어에 의해 전기적으로 통신할 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 전극은 각각 3개의 부분을 갖는다: 서로 실질적으로 평행한 제1 및 제2 부분(도 3에 도시된 전극(22)의 부분(22A 및 22B) 및 전극(12)의 부분(12A 및 12B)) 및 제1 및 제2 부분을 연결하는 하나의 부분(도 3에 도시된 바와 같이 전극(22)의 부분(22C) 및 전극(12)의 부분(12C)). 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 전극의 제1 및 제2 부분이 제1 전극의 제1 부분과 제2 부분 사이에 위치하도록(예를 들어, 도 3에 도시된 전극(12)의 부분(12A 및 12B)이 도 3에 도시된 전극(22)의 부분(22A, 22B) 사이에 위치함) 끼워진다. 유사하게, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전극은 각 전극의 부분이 다른 전극의 부분과 평행하도록 배열될 수 있다. 예로서, 도 3을 참조하면, 전극(12)의 부분(12A)은 전극(22)의 부분(22A)에 평행하고 전극(12)의 부분(12B)은 전극(22)의 부분(22B)에 평행하다.
본 명세서에 기재된 전극은 본 명세서에 기재된 센서에 위치될 수 있다. 센서는 하나 이상의 추가 구성요소를 더 포함할 수 있다. 이러한 구성요소의 한 예는 차단층(blocking layer)이다. 전술한 바와 같이, 차단층은 센서의 하나 이상의 부분에 배치될 수 있고/있거나 센서의 하나 이상의 부분 및 센서 외부의 환경 사이의 직접적인 접촉을 방지하도록 구성될 수 있다. 도 5는 차단층을 포함하는, 센서의 전극 쌍의 측면도의 일례를 도시한다. 도 5에서, 전극 쌍(14, 24)은 나노와이어(204)에 의해 전기적으로 통신 연결된다. 차단층(404)은 나노와이어(204) 위에 배치된다. 일부 실시예에서, 차단층은 나노와이어와 센서의 외부 환경 사이에 위치하는 유일한 층일 수 있다. 따라서, 그것은 센서 외부의 환경과 나노와이어 사이(예를 들어, 센서에 배치된 유체와 나노와이어 사이)의 상호작용을 매개할 수 있다.
도 5는 예시일 뿐이며 일부 차단층은 도 5에 도시된 것과 다를 수 있다는 점을 이해해야 한다. 예를 들어, 일부 차단층은 나노와이어 및/또는 전극에 대해 도 5에 도시된 차단층과 상이한 두께를 가질 수 있다. 다른 예로서, 일부 차단층은 연장되어 이들이 또한 전극 쌍의 하나 또는 둘 모두의 전극 상에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 유사하게, 일부 센서는 도 5에 도시된 것보다 더 많은 구성요소를 포함할 수 있고, 이들의 비제한적인 예는 기판, 표면층, 와이어 본딩 패드, 및/또는 추가 전극을 포함한다는 점을 이해해야 한다.
일부 실시예에서, 센서는 복수의 전극 쌍을 포함한다. 전극 쌍 중 일부는 (예를 들어, 단일 나노와이어에 의해, 하나 초과의 나노와이어에 의해) 전기적으로 통신 연결되어 있을 수 있고/있거나 전극 쌍 중 일부는 서로 전기적으로 통신 연결되어 있지 않을 수 있다. 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 일부 실시예에서, 센서는 단일 나노와이어에 의한 전극 쌍 사이의 전기적 통신 연결의 형성을 촉진하는 방식으로 배열된 복수의 전극 쌍을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 센서는 중심점을 중심으로 방사상 대칭을 갖도록 배열된 복수의 전극 쌍을 포함한다. 도 6a는 이러한 특성을 갖는 센서의 하나의 비제한적인 실시예를 도시한다. 도 6a에서, 센서(1006)는 중심점(506)을 중심으로 방사상 대칭되게 배열된 전극(106A-106J) 쌍을 포함한다. 일부 센서는 도 6a에 도시된 센서와 같은 하나 이상의 특징을 가질 수 있고(예를 들어, 일부 센서는 정확히 10개 전극 쌍을 포함할 수 있음), 일부 센서는 하나 이상의 방식으로 도 6a에 도시된 센서와 상이할 수 있다(예를 들어, 일부 센서는 다른 수의 전극 쌍을 포함할 수 있고, 도 6a에 도시된 전극과 다른 디자인을 갖는 전극을 포함할 수 있고/있거나 도 6a에 도시된 것과 다른 거리에서 중심점으로부터 이격될 수 있다).
또한 중심점에는 구별되는 특징이 없을 수 있거나 또는 센서의 다른 부분과 구별되는 하나 이상의 구조적 및/또는 화학적 특징을 포함할 수 있다(예: 센서의 전극 또는 다른 기능적 부분을 포함할 수 있음).
도 6b는 중심점을 중심을 방사상 대칭을 갖도록 배열된 복수의 전극 쌍을 포함하는, 센서의 다른 예를 도시한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 13개의 전극 쌍을 포함하는 모티프(106K)는 중심점(506)을 중심으로 방사상 대칭을 갖도록 배열된다. 모티프가 중심점을 중심으로 방사상 대칭을 갖도록 배열되는 실시에에서, 모티프는 다양한 적합한 수의 전극 쌍을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모티프는 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상, 5개 이상, 6개 이상, 7개 이상, 8개 이상, 9개 이상, 10개 이상, 11개 이상, 12개 이상, 13개 이상, 14개 이상, 15개 이상, 16개 이상, 17개 이상, 18개 이상, 19개 이상, 또는 20개 이상의 전극 쌍을 포함할 수 있다.
한 점을 중심으로 방사상 대칭을 갖는 복수의 쌍 전극은 주어진 각도만큼(예를 들어, 방사상 대칭을 갖는 10개의 전극에 대해 36°만큼) 전극 쌍의 회전이 회전 전의 복수의 전극 쌍의 구조와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 복수의 전극 쌍으로 이어지도록 그 점을 중심으로 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 점을 중심으로 방사상 대칭을 갖는 복수의 전극 쌍은 구조적 모티프(예를 들어, 전극 쌍, 전극 쌍을 센서의 다른 구성요소 및/또는 센서 외부의 환경에 연결하는 임의의 리드를 제외한 전극 쌍)를 포함하며, 이는 주어진 각도(예: 방사상 대칭을 갖는 10개의 전극에 대해 36°)만큼 전극 쌍을 회전시키면 구조적 모티프가 회전하기 전에 배열된 방식과 실질적으로 동일하게 배열되도록 하는 점에 대해 위치된다. 일부 실시예에서, 방사상 대칭을 갖는 복수의 전극 쌍은, 이들(및/또는 내부의 구조적 모티프)이 동일한 각도로 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극은 10개의 전극 쌍을 포함할 수 있으며, 이들의 각 전극은 이들의 가장 가까운 이웃에 대해 배향되어 중심점을 중심으로 임의의 주어진 전극 쌍을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 36°씩 회전하면 전극 쌍(및/또는 내부의 구조적 모티프)은 각각 시계 방향 또는 반시계 방향의 이들의 가장 가까운 이웃과 실질적으로 중첩된다. 다른 예로서, 복수의 전극은 20쌍의 전극을 포함할 수 있으며, 각각의 전극은, 중심점을 중심으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 18°만큼 임의의 주어진 전극 쌍을 회전시키는 경우, 전극 쌍(및/또는 내부의 구조적 모티프)이 각각 시계 방향 또는 반시계 방향의 가장 가까운 이웃과 실질적으로 중첩되도록 이들의 가장 가까운 이웃에 대해 배향된다.
도 6a 및 도 6b에서 알 수 있는 바와 같이, 중심점을 중심으로 방사상 대칭을 갖도록 배열된 복수의 전극 쌍 중 일부는, 중심점을 중심으로의 회전에 의해 전극쌍이 서로의 전극 쌍에 대해 매핑될 수 있는 방식으로 중심점에 대해 배향된 전극 쌍 으로 구성되고, 일부 복수의 전극 쌍은 그러한 회전에 의해 다른 전극 쌍에 매핑될 수 없는 적어도 일부의 전극 쌍을 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 전극 쌍은 중심점을 중심으로 회전함으로써 각각의 구조적 모티프가 서로의 구조적 모티프에 매핑될 수 있도록 중심점을 중심으로 방사상 대칭을 갖는 복수의 구조적 모티프를 형성한다.
일부 실시예에서, 복수의 전극 쌍은 (예를 들어, 방사상 대칭에 더하여, 방사상 대칭 대신에) 방사상이 아닌 다른 유형의 대칭을 갖는다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 복수의 전극 쌍은 반사 대칭을 갖는다. 그러한 경우에, 복수의 전극 쌍은 미러 평면(들)을 가로지르는 전극 쌍의 반사가, 반사 전의 복수의 전극 쌍의 구조와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 복수의 전극 쌍을 생성하도록 하나 이상의 미러 평면에 대해 위치될 수 있다. 유사하게, 구조적 모티프(예를 들어, 전극 쌍, 전극 쌍을 센서의 다른 구성요소 및/또는 센서 외부의 환경에 연결하는 임의의 리드를 제외한 전극 쌍)를 포함할 수 있고, 이러한 구조적 모티프는 미러 평면(들)을 가로지르는 전극 쌍의 반사가 구조적 모티프의 배열을 변경하지 않도록 하나 이상의 미러 평면에 대해 배치된 것이다.
추가적으로, 일부 센서는 중심점으로부터 등거리에 있지만 중심점에 대해 반드시 방사상 대칭일 필요는 없는 복수의 전극 쌍을 포함할 수 있다. 예로서, 센서는 중심점으로부터 등거리에 위치하지만 중심점을 중심으로 등각으로는 위치하지 않는 복수의 전극 쌍을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서는 4개의 전극을 포함할 수 있고 각 전극은 90° 미만(예: 85° 이하, 80° 이하, 85° 이하, 70° 이하, 75° 이하, 60° 이하)의 회전으로 분리된 가장 가까운 하나의 이웃 및/또는 90°보다 큰 회전(예: 95° 이상, 95° 이상, 100° 이상, 105° 이상, 110° 이상, 115° 이상 , 또는 120° 이상)으로 분리된 가장 가까운 하나의 이웃을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 센서는 중심점으로부터 등거리에 위치하지만 중심점에 대해 방사상 대칭이 아닌 하나 이상의 전극 쌍(예를 들어, 도 6b에 도시된 바와 같음)을 포함하는 복수의 구조적 모티프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서는 4개의 그러한 구조적 모티프를 포함할 수 있고, 각 구조적 모티프는 90° 보다 작은 회전에 의해 분리되는 하나의 가장 가까운 이웃 및/또는 90°보다 큰 회전에 의해 분리되는 하나의 가장 가까운 이웃을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7e에 대하여, 각도(6)는 90° 이외의 값(예를 들어, 90° 미만 또는 90° 초과)일 수 있다.
일부 실시예에서, 센서는 중심점으로부터 등거리에 있지만 임의의 주어진 전극 쌍을 통해 다른 복수의 전극과 중첩되도록 회전될 수 있는 360° 미만의 각도가 부족한 복수의 전극을 포함한다. 이는 전극의 방향, 전극의 형상 및/또는 전극의 크기가 다르기 때문일 수 있다. 유사하게, 센서는 중심점으로부터 등거리에 있지만 임의의 주어진 모티프가 다른 구조적 모티프와 중첩될 수 있는 360° 미만의 각도가 없는(lack) 하나 이상의 전극 쌍을 포함하는 복수의 구조적 모티프를 포함할 수 있다. 이는 구조적 모티프 및/또는 그 안의 전극의 방향이 다른 것, 구조적 모티프 및/또는 그 안의 전극의 모양이 다른 것 및/또는 구조적 모티프 및/또는 그 안의 전극이 크기가 다른 것 때문일 수 있다.
추가적으로, 센서는 중심점으로부터 일정 거리 범위 내에 위치되는 중심점으로부터 등거리에 있지 않은 복수의 전극 쌍 및/또는 복수의 구조적 모티프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 복수의 전극 쌍 및/또는 복수의 구조적 모티프는 복수의 나노와이어를 포함하는 원형 구조물과 (부분적으로, 전체적으로) 겹쳐지는 중심점으로부터의 거리 범위 내에 위치할 수 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 센서가 복수의 나노와이어를 포함하고/하거나 그로부터 형성된 원형 구조 상에(예를 들어, 도 7a 및 도 7a에 도시된 원형 구조(606) 상에) 배치된 복수의 전극 쌍을 포함하는 것도 가능하다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 이러한 전극은 중심점을 중심으로 방사상 대칭을 가질 수 있다. 원형 구조는 또한 이러한 동일한 중심점을 중심으로 방사상 대칭을 가질 수 있고/있거나 이 동일한 중심점으로부터 등거리에 위치된 전극 쌍을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 원형 구조를 형성하는 나노와이어의 적어도 일부는 원형 구조에 실질적으로 접선 방향으로 배향될 수 있다. 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 바와 같이, 이러한 나노와이어는 90°에 가까운 각도로 하나 이상의 전극과 교차할 수 있고/있거나 전극 쌍의 두 전극과 전기적으로 통신할 수 있는 동시에 그 사이의 거리에 비교적 가까운 길이를 가질 수도 있다. 또한 원형 구조의 나노와이어가 내부에서 무작위로 배향되고/되거나 원형 구조의 나노와이어의 하나 이상의 부분이 무작위로 배향될 수 있다(예를 들어, 원형 구조에 대해 실질적으로 접선 방향으로 배향된 하나 이상의 부분에 추가하여). 본 명세서에서 "원형 구조"에 대한 언급은 완전한 기하학적 원을 형성하는 구조를 나타낼 수 있거나 완전한 기하학적 원에 가까운 형태를 형성하지만 하나 이상의 방식으로 완전한 기하학적 원과 실질적으로 다른 구조를 나타낼 수 있음을 이해해야 한다.
비록 도 7a 및 도 7b에 도시된 원형 구조가 그 도면에 도시된 복수의 전극 쌍과 비교하여 상대적으로 작은 너비를 갖지만, 원형 구조가 이러한 복수의 전극 쌍 및/또는 이러한 복수의 전극 쌍에 의해 형성된 모티프의 크기 정도인 너비를 갖는 것도 가능하다. 예를 들어, 도 7c 및 도 7d는 그 안에 도시된 복수의 전극을 덮기에 충분히 큰 너비를 갖는 원형 구조를 도시한다. 이러한 너비는 두 도면에서 모두 W로 표시된다.
일부 실시예에서, 본원에 기재된 센서는 단일 분석물을 감지하도록 구성될 수 있다. 그러한 실시예에서, 모든 나노와이어는 단일 유형의 케미스트리(chemistry)(예를 들어, 단일 유형의 작용기, 단일 유형의 바인딩 개체)를 갖도록 기능화될 수 있다. 다른 센서는 둘 이상의 분석물을 감지하도록 구성될 수 있다. 그러한 센서는 상이한 케미스트리(예를 들어, 상이한 유형의 작용기, 상이한 유형의 바인딩 개체)로 기능화된 나노와이어의 2개 이상의 그룹을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 전극 쌍은 상이한 케미스트리로 기능화된 나노와이어의 그룹에 대응하는 전극 그룹이 있도록 배열될 수 있다. 이러한 전극 그룹은 관련 그룹의 나노와이어에 의해 서로 전기적으로 통신하는 비교적 많은 수의 전극으로 이어지고/하거나 관련 그룹 외부의 나노와이어에 의해 서로 전기적으로 통신하는 비교적 적은 수(또는 0)로 이어지는 전극의 수 및/또는 배열을 포함할 수 있다. 이러한 전극 그룹은 나노와이어를 기능화하기 위해 사용된 종(species)이 쉽게 분배될 수 있는 영역에 대략 대응하는 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 7e는 나노와이어를 기능화하기 위해 사용된 종이 쉽게 분배될 수 있는 영역의 4가지 예를 보여준다(영역 696A, 696B, 696C, 및 696D). 도 7e에서 알 수 있는 바와 같이, 전극 그룹은 각 영역 내에 위치한다. 이들 영역은 또한 중심점에 대해 방사상 대칭을 가질 수 있고, 중심점으로부터 등거리에 위치될 수 있고/있거나 중심점으로부터의 거리 범위(예를 들어, 복수의 전극 쌍 및/또는 구조적 모티프가 그 주위로 방사상 대칭을 가지는 동일한 중심점, 나노와이어의 원형 구조가 방사상 대칭을 갖는 동일한 중심점) 내에 위치할 수 있다.
도 6 및 7에 도시된 것과 유사한 디자인을 갖는 센서가 다양한 적합한 디자인을 갖는 전극을 포함할 수 있다는 점을 이해해야 한다. 일부 실시예에서, 전극 쌍은 도 3에 도시된 것과 유사한 디자인을 갖는다. 또한 전극 쌍이 도 1에 도시된 것과 유사한 디자인을 갖는 것도 가능하다(예를 들어, 센서는 긴 축이 서로 옆에 있도록 위치된 선형 전극의 어레이를 포함할 수 있음).
본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 일부 실시예는 센서를 제조하는 방법 및/또는 센서(예를 들어, 본 명세서에 설명된 하나 이상의 특징을 갖는 센서)의 제조 동안 수행될 수 있는 방법에 관한 것이다. 도 8a 내지 도 8d는 (예를 들어, 다른 추가 단계와 조합하여) 센서 제조 동안 수행될 수 있는 하나의 방법을 도시한다. 도 8a 내지 도 8d에 도시된 방법은 복수의 나노와이어가 기판 상에 증착될 수 있는 하나의 방식을 도시한다. 방법은 노즐로부터 복수의 나노와이어를 포함하는 유체를 배출하는 단계 및 유한한 기간 동안 기판 및 노즐 모두와 접촉하는 복수의 나노와이어를 포함하는 유체를 유지하는 단계를 포함한다. 이러한 제한된 시간 동안 유체의 적어도 일부가 증발하도록 허용되고 노즐에서 추가 유체로 보충된다. 도 8a 내지 8b는 노즐(808)로부터 기판(908) 상으로의 복수의 나노와이어를 포함하는 유체(708)의 배출을 도시한다. 도 8c는 부분 증발 후의 나노와이어를 포함하는 유체(708)를 도시하고, 도 8d는 보충 후 나노와이어를 포함하는 유체(708)를 도시한다. 도 8e는 도 8d의 평면도를 도시한다. 도 8c 및 8d는 유체 증발 및 보충을 별개의 단계로 나타내지만, 둘 다 동시에 발생할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 나노와이어를 포함하는 유체로부터의 유체는 도 8a 내지 8d에 도시된 프로세스 전반에 걸쳐 지속적으로 증발할 수 있다. 다른 예로서, 유체는 도 8a 내지 도 8d에 도시된 프로세스 전반에 걸쳐 지속적으로 보충될 수 있고/있거나 증발이 또한 발생하는 별개의 시간에 (예를 들어, 주기적으로) 보충될 수 있다.
도 8a 내지 도 8d에 도시된 방법은 유리한 위치에서 및/또는 유리한 각도로 배향된 나노와이어를 포함하는 원형 구조를 형성하는 데 유리할 수 있다. 어떠한 특정 이론에 얽매이지 않고, 이 방법은 커피 링 효과(coffee ring effect)로 인해 이러한 구조를 형성하는 데 적합할 수 있다고 여겨진다. 커피 링 효과는 고체(여기에 설명된 일부 실시예에서 복수의 나노와이어)를 포함하는 유체가 그 표면(예를 들어, 유체와 공기 사이의 계면)에서 적어도 부분적으로 증발할 때 발생할 수 있다. 유체가 그 표면에서 증발함에 따라, 그 안에 부유 및/또는 용해된 고체는 증발하지 않고 유체 표면에 점점 더 농축될 수 있다. 또한 그 표면에서 유체가 증발하면 그 내부에서 표면으로 유체가 추가로 이동하여 유체의 내부에서 표면으로 더 많은 고체가 이동할 수 있다. 이것은 증발이 일어나는 유체의 외부 경계(예: 유체와 공기 사이의 계면, 유체, 공기 및 유체가 배치되는 기판 사이의 계면, 유체의 외부 림)에서 상대적으로 큰 농도의 고체의 형성으로 이어진다고 여겨진다. 이러한 증발 동안 기판의 특정 위치에 유체가 고정되면(예: 표면 장력으로 인해), 해당 위치에 배치된, 내부에 고체를 포함하는 커피 링 또는 원형 구조(예: 나노와이어)가 유체 증발 후에 형성될 수 있다.
도 8a 내지 도 8d에 도시된 방법과 같은 본 명세서에 기재된 방법은 증발이 발생할 수 있는 유체 표면의 배치(그리고 일부 실시예에서, 증발 중에 유체가 배치되는 기판 상에 그 내부의 고체의 연관 배치)를 가능하게 할 수 있기 때문에 원하는 위치에 커피 링 구조 또는 원형 구조를 형성하는 데 적합할 수 있다. 예를 들어, 복수의 나노와이어를 포함하는 유체의 초기 부피는 기판 상의 유체의 외부 경계(boundary)가 커피 링 및/또는 원형 구조가 형성되는 것이 바람직한 위치에 있도록 선택될 수 있다. 다른 예로서, 유체 내의 나노와이어의 초기 농도, 유체가 보충되는 속도, 및/또는 증발된 유체의 총량은 형성되는 커피 링 및/또는 원형 구조가 바람직한 나노와이어의 밀도를 갖도록 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 유체가 증발하는 속도는 (예를 들어, 유체의 선택에 의해, 기판의 온도에 의해) 조정되어 하나 이상의 바람직한 특성을 갖는 원형 구조 또는 커피 링의 형성을 촉진할 수 있다. 전술한 파라미터의 조합은 복수의 나노와이어의 증착을 조정하기 위해 변경될 수 있다.
본 명세서에 기재된 바와 같이, 일부 실시예에서 방법은 복수의 나노와이어를 포함하는 원형 구조를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 이 방법은 또한 적어도 하나의 나노와이어가 전극 쌍과 전기적으로 통신 연결하도록 중심점을 중심으로 방사상 대칭을 갖도록 배열된 복수의 전극 쌍(예를 들어, 적어도 10개의 전극 쌍)을 형성하는 단계를 포함한다. 그 결과, 일부 실시예에서, 센서는 원형 구조(예를 들어, 중심점을 중심으로 방사상 대칭을 갖는 원형 구조)를 형성하도록 배열된 복수의 나노와이어 및 그 위에 배치된 복수의 전극(예를 들어, 복수의 전극도 또한 동일한 중심점을 중심으로 방사상 대칭을 가짐)을 포함한다. 일부 실시예에서, 전극 쌍의 10% 이상에 대해, 쌍을 구성하는 2개의 전극은 정확히 하나의 나노와이어에 의해 전기적으로 통신 연결된다.
일부 실시예에서, 복수의 나노와이어가 (예를 들어, 본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같이) 플라즈마 에칭된 기판 상에 증착된다. 플라즈마 에칭은 유리하게는 그 표면의 균일성을 향상시킬 수 있다. 실리콘 기판의 경우, 플라즈마 에칭은 복수의 나노와이어와 기판 표면 사이의 결합을 강화하는 하이드록실 그룹의 형성을 유발할 수 있다.
전술한 바와 같이, 일부 실시예는 (예를 들어, 도 1 내지 도 7에 도시된 구성요소에 추가하여) 도 1 내지 도 7에 도시된 것과 다른 구성요소를 포함하는, 센서 및/또는 (예를 들어, 도 8a 내지 도 8d에 도시된 단계에 추가하여) 도 8a 내지 도 8d에 도시된 것과 다른 단계를 포함하는, 센서를 제조하는 방법에 관한 것이다. 센서를 제작할 수 있는 한 세트의 단계에 대한 개요가 아래에 제공된다. 센서가 포함할 수 있는 구성요소는 제조될 수 있는 단계와 함께 아래에 소개된다. 그러나, 일부 센서는 이러한 구성요소(들)를 포함할 수 있지만 구성요소(들)는 설명된 것과 다른 방식으로 제조될 수 있음을 이해해야 한다. 또한 일부 센서는 아래의 모든 구성요소를 포함할 수 있고, 일부 센서는 아래의 구성요소의 서브세트를 포함할 수 있고/있거나 일부 센서는 아래에 설명된 것과 다른 구성요소를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 유사하게, 일부 방법은 아래의 모든 단계를 포함할 수 있고, 일부 방법은 아래 단계의 하위 집합을 포함할 수 있고/있으며, 일부 방법은 아래에 설명된 것 이외의 단계를 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
일부 실시예에서, 센서는 기판 상에 배치된다. 일부 기판은 자연적으로 및/또는 디자인에 의해 기판 벌크와 다른 화학적 조성을 갖는 그 위에 배치된 층을 포함한다. 센서의 하나 이상의 구성요소가 기판에 직접 제조될 수 있도록 및/또는 표면 층에 의해 덮이지 않는 기판의 일부(들)가 기준 정렬 표시 역할을 할 수 있도록 기판에서 이 표면 층의 적어도 일부를 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 기판 상의 센서의 하나 이상의 구성요소를 직접 제조하는 것은, 기판이 게이팅 전극으로 사용될 때 및/또는 기판이 접지된 경우와 같이, 관련 구성요소(들)가 기판과 직접 전기적으로 통신 연결하는 것이 바람직할 때 사용될 수 있다. 기준 정렬 마크는 수행된 프로세스가 기판상의 정확한 위치(들)에서 수행되는 것을 보장하기 위해 추가 센서 제조 단계 동안 사용될 수 있다. 예를 들어, 추가 센서 제조 단계가 수행되는 위치(들)는 하나 이상의 기준 정렬 마크를 참조하여 결정될 수 있다. 기준 정렬 마크(들)로부터 알려진 거리에 있는 위치(들)에서 다중 단계가 수행되는 경우, 따라서 서로 알려진 거리에서 수행될 수 있다.
도 9a 내지 도 9b는 기판으로부터 표면층의 일부를 제거하는 하나의 방법을 도시한다. 도 9a 내지 도 9b에서, 표면층(2010)의 일부가 기판(910)으로부터 제거되어 표면층이 부분적으로 배치된 기판을 포함하는 물품을 형성한다. 일부 실시예에서, 이러한 프로세스는 기판의 하나 이상의 부분이 표면 층에 의해 덮이고 기판의 하나 이상의 부분이 표면 층에 의해 덮이지 않은 물품을 형성하기 위해 수행될 수 있다(예를 들어, 기판 외부의 환경에 직접 노출될 수 있음). 이러한 프로세스는 또한 기판(미도시)으로부터 표면층 전체를 제거하기 위해 형성될 수 있다.
표면층은 다양한 적절한 기술에 의해 기판으로부터 제거될 수 있다. 일부 실시예에서, 에칭 기술이 사용될 수 있으며, 그 비제한적인 예는 습식 에칭 기술 및 건식 에칭 기술을 포함한다. 습식 에칭 기술은 기판을 습식 에칭제에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 적합한 습식 에칭제의 한 예는 산(예를 들어, 불화수소산) 및 완충제(예를 들어, 암모늄 플루오라이드)를 포함하는 용액이다. 산 및 완충제는 1:6의 완충제:산 비율과 같은 다양한 비율로 혼합될 수 있다. 적합한 습식 에칭제의 또 다른 예는 산(예: 불화수소산)이다. 건식 에칭 기술은 기판을 반응성 플라즈마(예를 들어, 반응성 산소 플라즈마)와 같은 건식 에칭제에 기판을 노출시키는 단계를 포함한다. 플라즈마는 저압 환경을 전자기장에 노출시켜 고에너지 이온을 생성함으로써 생성될 수 있다. 고에너지 이온은 부동 층(passivating layer)을 공격하여 이를 에칭할 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 플라즈마 에칭은 플라즈마 115 플라즈마 에칭기에서 1 Torr의 압력 및 50 W의 전력에서 산소 플라즈마에 기판을 노출시킴으로써 수행된다.
에칭 기술이 수행될 수 있는 시간은 표면층이 제거되지만 밑에 있는 기판이 인식할 수 있을 정도로 에칭되지 않도록 선택될 수 있다. 이러한 이유로, 이는 표면층의 두께에 따라 달라질 수 있다. 약 100 nm/분의 속도로 표면층을 제거할 수 있는 산 및 완충제를 포함하는 용액의 경우, 용액에 대한 기판의 적절한 노출 시간(분)은 100 나노미터 단위로 표면층의 두께를 나누어 결정될 수 있다.
표면층의 전부는 아니지만 일부를 제거하기 위해 에칭 프로세스가 수행될 때, 유지되도록 디자인된 표면층의 부분은 에칭 프로세스 동안 에칭제에 노출되는 것으로부터 보호될 수 있다. 일부 실시예에서, 유지되도록 디자인된 표면층의 부분(들)은 에칭 프로세스 동안 포토레지스트에 의해 덮일 수 있는 반면, 제거되도록 디자인된 표면층의 부분(들)은 포토레지스트가 없을 수 있다. 에칭 프로세스 후, 포토레지스트의 나머지가 제거될 수 있다. 적합한 포토레지스트(및 포토레지스트를 패터닝하는 관련 방법)는 최종 센서에 포함될 포토레지스트 층을 형성하기 위한 옵션으로서 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 것들을 포함한다(예를 들어, AZ-5214E-IR, SU8와 같은 광에 대한 선택적 노출 및 후속 현상에 의해 패턴화될 수 있는 포토레지스트)을 포함한다.
또한, 일부 센서는 기판 상에 배치된 패시베이팅 층의 부분을 에칭 제거함으로써 형성된 것 이외의 기준 정렬 마크를 포함할 수 있음을 주목해야 한다. 예를 들어, 일부 센서는 기판 상에 재료를 증착함으로써 형성된 기준 정렬 마크를 포함할 수 있다. 적합한 그러한 재료의 비제한적인 예는 금속(예를 들어, 니켈, 크롬, 금, 티타늄, 백금, 알루미늄, 이들의 합금, 이들의 조합)을 포함한다.
전술한 바와 같이, 일부 실시예는 기판 상에 배치된 복수의 나노와이어를 포함할 수 있다. 복수의 나노와이어는 기판 상에 배치된 표면층의 적어도 일부가 기판으로부터 제거된 후 및/또는 기준 정렬 마크가 그 위에 형성된 후에, 기판 상에 증착될 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 나노와이어가 기판 상에 배치된 표면 층 상에 증착된다.
또한 위에서 설명된 바와 같이, 일부 실시예는 기판 상에 배치된 전극 쌍을 포함할 수 있다. 전극 쌍은 기판 상에 배치될 수 있고(예를 들어, 그 위에 배치된 표면 층 바로 위에) 및/또는 복수의 나노와이어의 일부 상에(예를 들어, 바로 그 위에) 배치될 수 있다. 기판 상에 전극 쌍을 증착하기 위해 다양한 적절한 기술이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 전극 쌍은 기상(vapor) 증착에 의해 기판 상에 증착된다. 전극의 기상 증착 전에, 포토레지스트가 기판 상에 증착될 수 있고 전극이 증착될 위치로부터 선택적으로 제거될 수 있다. 예를 들어, 포토레지스트가 기판 상에 증착되고, 전극 쌍이 증착될 위치에서 마스크를 통해 광(예를 들어, UV 광)에 노출된 다음, 현상액에 노출될 수 있다. 현상액은 빛에 노출된 포토레지스트의 부분을 제거할 수 있다. 그 다음, 전극 쌍을 형성하는 재료는 포토레지스트 및 노출된 나노와이어 및/또는 그 아래의 기판 모두에 증착될 수 있다. 따라서 전극 쌍을 형성하는 이 재료은 포토레지스트가 제거된 위치에서 나노와이어 및/또는 기판 상에 직접 증착될 수 있다.
도 10a 내지 도 10e는 복수의 나노와이어가 배치된 기판 상에 전극 쌍을 증착하는 한 방법을 도시한다. 도 10a는 표면층(2012)이 배치된 기판(912)을 도시한다. 그 위에는 복수의 나노와이어(212)가 배치되어 있다. 도 10b에서, 포토레지스트(3012)는 복수의 나노와이어(212) 상에 증착되었다. 도 10c는 포토레지스트의 부분(3112 및 3212)의 광에 대한 노출을 도시하고, 도 10c는 도 10d는 현상제에 노출시 포토레지스트의 부분(3112 및 3212)을 제거한 후의 기판, 나노와이어 및 포토레지스트를 도시한다. 도 10e는 전극 쌍(112)을 형성하기 위한 포토레지스트, 복수의 나노와이어, 및 기판 상의 전극 재료를 증착하여 전극 쌍(112)을 형성하는 것을 도시한다. 복수의 나노와이어(212)의 나노와이어(213)은 전극 쌍(112)의 양 전극과 직접 접촉 및 전기적으로 통신 연결된다. 전극 쌍(112)은 나노와이어(213)에 의해 서로 전기적으로 통신 연결된다는 점에 주의한다.
일부 실시예에서, 프로세스는 도 10d에 도시된 단계 및 도 10e에 도시된 단계 후에 형성될 수 있다. 예로서, 기판 및/또는 그 위에 배치된 나노와이어는 전극 재료의 증착을 위해 준비될 수 있다. 예를 들어, 전극 재료와 옴 접촉을 형성하기에 부적합한 나노와이어의 임의의 부분(예를 들어, 그 위의 임의의 산화물)이 제거될 수 있다. 이것은 나노와이어를 에칭제에 노출시키는 것과 같이(예를 들어, 에칭제에 기판을 침지함으로써, 플라즈마 에칭을 수행함으로써) 나노와이어의 표면을 에칭함으로써 달성될 수 있다. 에천트는 전술한 기판으로부터 표면층을 제거하기에 적합한 동일한 유형의 에천트일 수 있고/있거나 에칭 프로세스는 표면층에 기준 정렬 마크를 형성하는 것과 관련하여 전술한 동일한 에칭 프로세스일 수 있다. 에칭 시간은 나노와이어(예를 들어, 나노와이어 상의 임의의 산화물)로부터 원하는 재료를 제거하기에 충분하지만 기판의 원하는 성분(예를 들어, 기판 상의 모든 산화물)을 제거하기에 충분하지 않도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 에칭 시간은 대략 수 나노미터의 산화물을 제거하기에 충분하지만 수백 나노미터의 산화물을 제거하기에는 불충분하도록 선택될 수 있다(예를 들어, 2-5 nm의 산화물을 제거하기에 충분하지만 300-600 nm의 산화물을 제거하기에는 불충분하다). 도 10d 및 도 10e에 도시된 단계 후에 수행될 수 있는 프로세스의 다른 예로서, 기판 및/또는 그 위에 배치된 나노와이어를 용매에 노출시켜 세정한 다음, 회전 건조시킬 수 있다. 용매는 유기 용매를 포함할 수 있고/있거나 물(예를 들어, 탈이온수)을 포함할 수 있다. 적합한 유기 용매의 비제한적 예는 아세톤 및 알코올(예를 들어, 메탄올, 이소프로판올)을 포함한다.
전극 쌍을 형성한 후, 전극 쌍(들)의 표면이 패시브화될 수 있다. 예를 들어, 패시베이팅 층(passivating layer)이 그 위에 형성될 수 있다. 표면은 이들의 표면 케미스트리를 변경하기 위해 전극과 반응하는 가스에 노출됨으로써 패시브화될 수 있고/있거나 그 위에 재료를 증착함으로써(예를 들어, 기체로부터, 액체로부터) 패시브화될 수 있다. 도 10a 내지 도 10e에 도시된 바와 같이 포토레지스트의 도움으로 전극 쌍을 형성하면, 전극 재료의 전체 표면(예를 들어, 전극 쌍(들)을 형성하는 전극 재료의 표면 및 포토레지스트 상에 배치된 전극 재료의 표면)이 패시브화될 수 있다. 전극 표면만 패시브화하는 것도 가능하다(예: 전극 쌍(들)을 다른 방법으로 제조하는 경우, 전극 쌍(들)을 형성하지 않는 전극 재료가 패시브화 프로세스 이전에 제거되는 경우). 도 11은 전극 재료 상에 배치된 패시베이팅 층(4014)을 형성하는 하나의 방법을 도시한다. 전극 쌍(들)의 표면을 패시브화하는 것은 유리하게 전극을 형성하는 재료의 반응성을 감소시키고/시키거나 추가 제조 단계 동안 전극을 형성하는 재료를 보호할 수 있다.
전술한 바와 같이, 포토레지스트의 도움으로 전극을 형성하는 단계를 포함하는 방법은 포토레지스트 및 그 위에 배치된 임의의 전극 재료를 기판으로부터 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 이 단계는 전극 형성 동안 포토레지스트에 의해 덮인 기판의 하나 이상의 부분 상에 추가의 비-전극 재료의 증착을 허용할 수 있다. 포토레지스트는 전극 재료의 증착 직후(예를 들어, 전극 재료의 표면의 패시베이션 또는 임의의 다른 추가 단계 이전), 전극 재료의 표면의 패시베이션 직후(예를 들어, 임의의 다른 추가 단계 이전), 또는 나중 시점(예를 들어, 전극과 전극이 직접 인접하는 나노와이어 사이에 옴 접촉이 형성된 후) 제거될 수 있다. 포토레지스트는 예를 들어, 포토레지스가 용해될 수 있는 용매에 노출시킴으로써 기판으로부터 제거될 수 있다. 도 12는 기판(916), 기판 상에 배치된 표면층(2016), 표면층 상에 배치된 복수의 나노와이어(216), 및 표면층 및 복수의 나노와이어 상에 배치된 한 쌍의 패시베이션 전극(116)을 포함하는 물품의 일례를 도시한다.
전극 쌍(들)의 증착 이후에 수행될 수 있는 또 다른 단계는 전극과 전극이 직접 인접한 나노와이어(들) 사이에 옴 접촉을 형성하는 것이다. 이 단계는 전극 쌍(들)의 표면을 패시브화한 후, 전극 쌍(들)의 표면을 패시브화하기 전에, 또는 한 쌍(들)의 표면을 패시브화하는 것을 포함하지 않는 방법의 단계로서 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 저항성 접촉의 형성 전에 전극 쌍(들)의 표면을 패시브화하는 것이 유리할 수 있는데, 이는 옴 접촉을 형성하기 위해 사용된 방법은 패시브화되지 않은 경우 전극 표면에서 하나 이상의 유해한 반응을 촉진하지만 패시브 전극 표면은 상대적으로 비반응성일 수 있는 환경에 전극이 노출되는 방식으로 수행될 수 있기 때문이다. 예로서, 일부 실시예에서, 저항성 접촉부는 전극 및 복수의 나노와이어를 가열된 환경 및/또는 전극 표면과 반응하는 하나 이상의 가스를 포함하는 환경에 노출시킴으로써 형성될 수 있다. 유사한 이유로 저항성 접촉부를 형성하기 전에 기판 상에 배치된 임의의 포토레지스트를 제거하는 것이 또한 유리할 수 있다. 전극 형성에 사용하기에 바람직할 수 있는 많은 포토레지스트는 저항성 접촉 형성 동안 존재하는 조건 하에서 바람직하지 않은 반응성일 수 있다.
전극 쌍(들)의 증착 이후에 수행될 수 있는 제4 단계는 전극 쌍(들)과 전극 외부의 환경 사이에 위치하는 층을 형성하는 것이다. 이러한 특성을 갖는 층은 외부 환경으로부터 전극을 전기적으로 절연할 수 있고, 이는 전극이 전기 전도성인 환경(예를 들어, 수성 환경)에 노출될 때 단락의 형성을 효과적으로 방지할 수 있다. 이 단계는 일반적으로 전극 표면을 패시브화하는 단계 이후에 수행된다. 이는 기판 상에 증착된 임의의 포토레지스트를 제거하는 단계 및/또는 전극과 이들이 직접 인접하는 나노와이어 사이에 저항성 접촉을 형성하는 단계에 후속하여 수행될 수 있다. 전극 쌍(들)과 전극 외부의 환경 사이에 위치된 층은 기상 증착 및/또는 스핀 코팅을 포함하는 다양한 적절한 프로세스에 의해 형성될 수 있다.
도 13은 전극 쌍과 전극 외부의 환경 사이에 위치된 층을 포함하는 물품의 하나의 비제한적인 실시예를 도시한다. 도 13에서, 층(5018)은 기판(918) 상에 모두 배치된 전극 쌍(118), 복수의 나노와이어(218), 및 표면 층(2018) 상에 배치된다. 이 층은 외부 환경으로부터 물품의 이러한 구성요소를 격리시킨다. 예 1은 이 위치에 위치된 전기 절연층이 형성될 수 있는 하나의 예시적인 방법에 대한 설명을 제공한다.
전극 쌍과 그 외부 환경 사이에 위치된 일부 층은 전극 쌍을 포함하는 물품의 외부 표면 전체에 걸쳐 배치될 수 있다(예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이). 다른 실시예에서, 물품은 전극 외부 환경에 물품의 하나 이상의 부분을 노출시키는 전극 외부 환경과 전극 쌍 사이에 위치된 층을 포함할 수 있다. 예로서, 일부 실시예에서, 전극 쌍과 전극 외부의 환경 사이에 위치된 층은 복수의 나노와이어(예를 들어, 전극 쌍 내의 전극 중 하나 또는 둘과 전기적으로 통신 연결하는 하나 이상의 나노와이어)에서 나노와이어의 일부, 기판 상에 배치된 표면층의 하나 이상의 부분(예를 들어, 표면층이 그 위에 배치된 기판의 하나 이상의 부분이 기준 정렬 마크를 형성하기 위해 에칭되어 제거됨), 및/또는 다른 구성요소에 의해 외부 환경으로부터 격리되도록 구성된 전극의 하나 이상의 부분를 덮지 않는다. 도 14는 전극 쌍(120) 상에 배치된 층(5020)이 복수의 나노와이어(220)의 일부, 표면층(2020)의 일부, 및 전극 쌍(120)의 각 부재의 일부를 외부 환경에 노출시키는 물품의 일례를 도시한다. 전극 쌍과 그것이 위치하는 물품의 하나 이상의 다른 구성요소를 노출시키는 전극 외부 환경 사이에 위치된 층은 본 명세서의 다른 곳에 설명된 바와 같이 마스크를 통해 패턴화될 수 있는 포토레지스트를 사용하여 그렇게 하도록 제조될 수 있다.
일부 실시예에서, 센서를 제조하는 방법은 센서 외부의 환경과 전기적으로 통신 연결 되도록 내부에 하나 이상의 전극 쌍을 배치하는 구성요소를 형성하는 단계를 포함한다. 이 단계는 일반적으로 전극 쌍(들)을 형성한 후, 그리고 전극 쌍(들)과 전극의 외부 환경 사이에 위치하는 층을 형성한 후에 수행된다. 그러한 경우에, 전극 쌍(들)과 전극 외부 환경 사이에 위치된 층의 하나 이상의 부분이 그로부터 제거될 수 있고(예를 들어, 이전 단락에 설명된 바와 같이), 전극을 배치하도록 구성된 조성물 및 그 외부의 환경은 이 층이 제거될 위치(들)에서 전극 상에 증착될 수 있다. 또한, 센서 외부의 환경과 전기적으로 통신 연결하도록 내부에 하나 이상의 전극 쌍을 배치하는 구성요소가 전극 쌍(들)과 전극의 외부 환경 사이에 위치하는 층의 형성 이전에 형성될 수도 있고/있거나 전극 쌍(들)과 전극 외부 환경 사이에 위치된 층이 없는 실시예에서 형성될 수 있다.
유사하게, 일부 센서는 센서 외부의 환경과 전기적으로 통신 연결하는 전극 쌍을 포함한다. 이러한 전기 통신은 센서가 노출된 환경을 나타내는 전기 데이터를 출력하도록 하는 데 바람직할 수 있다. 예를 들어, 일부 센서는 내부의 하나 이상의 전극 쌍에 걸쳐 등가 표면 전위를 출력하도록 구성될 수 있다. 전극은 예를 들어, 외부 환경과 통신하는 구성요소와 전기 통신하도록 배치됨으로써 외부 환경과 전기 통신하도록 배치될 수 있다. 이것은 전극을 관련 구성요소와 직접 접촉하게 배치함으로써 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 와이어 본딩 조성물은 이러한 목적을 위해 본 명세서에 기재된 전극의 외부 표면의 일부 상에 배치된다. 와이어 본딩 조성물은 또한 센서 및/또는 컴퓨터 프로그램의 사용자에 의해 쉽게 해성될 수 있는 방식으로 전극으로부터 데이터를 출력할 수 있는 구성요소와 전기적으로 통신 연결 가능하게 구성될 수 있다(예를 들어, 전압계).
도 15는 전극 쌍(122)의 각 부재의 일부 상에 배치된 와이어 본딩 조성물(6022)을 포함하는, 센서의 일례를 도시한다. 실시예 2는 전극 쌍 상에 와이어 본딩 조성물을 배치하기 위해 사용될 수 있는 하나의 프로세스에 대한 보다 더 구체적인 세부사항을 제공한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 와이어본딩 조성물은 전극 내의 전극 재료 상에 직접 배치될 수 있다. 와이어본딩 조성물은 하나 이상의 개재 성분이 와이어본딩 조성물과 전극 재료 사이에 존재하도록 하는 방식으로 전극 상에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 와이어본딩 조성물은 전극 재료와 와이어본딩 조성물 사이의 본딩을 용이하게 하는 전기 전도성 재료와 같은 전극 재료 상에 배치된 전기 전도성 재료 상에 배치될 수 있다. 이 목적에 적합한 전기 전도성 재료의 한 예는 티타늄과 금의 합금이다. 와이어본딩 조성물이 패시베이팅 층이 전극의 상이한 부분에 직접 배치되는 전극의 전극 재료의 일부에 직접적으로 배치되는 경우, 전극 내의 전극 재료는 전극 상에 배치된 패시베이팅 층의 일부를 제거함으로써 와이어본딩 조성물과의 접촉을 위해 노출될 수 있다. 이것은 예를 들어, 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 포토리소그래피 기술을 사용함으로써 획득될 수 있다.
본 명세서에 기술된 센서의 제조 동안 수행될 수 있는 단계의 다른 예는 센서와 하나 이상의 관심 분석물 사이의 상호작용을 바람직한 방식으로 촉진하는 하나 이상의 구성요소의 형성이다. 예를 들어, 센서의 하나 이상의 구성요소의 표면 케미스트리는 하나 이상의 관심 분석물과의 바람직한 상호작용을 촉진하도록 변경될 수 있다(즉, 센서의 하나 이상의 구성요소가 기능화될 수 있음). 예를 들어, 하나 이상의 유형의 분자가 복수의 나노와이어의 표면에 결합될 수 있다. 이러한 분자는 관심 분석물과 결합하도록 구성된 것을 포함할 수 있다(예: 관심 항원(antigen)에 대한 항체를 포함할 수 있음). 관심 분자는 공유 부착에 의해 나노와이어에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 나노와이어에 대한 관심 분자의 공유 부착은 실란 유도체의 사용에 의해 촉진될 수 있다. 관심 분자와 결합하기에 적합한 작용기(예를 들어, 아미노기, 예컨대 1차 아미노기, 알데히드기, 에폭시기)를 포함하는 실란 유도체는 나노와이어에 공유적으로 부착될 수 있다. 그 다음, 관심 분자(들)는 선택적으로 활성화되어 실란 유도체와의 결합을 용이하게 한 후, 실란 유도체와 반응하여 그와 공유 결합을 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 센서 제조 동안 및/또는 관심 분자(들)가 분해될 수 있는 단계 후에(예를 들어, 임의의 포토리소그래피 단계 후에, 에칭 단계 후에) 복수의 나노와이어의 표면 케미스트리를 변경하는 것이 유리할 수 있다.
다른 예로서, 그리고 본 명세서의 다른 곳에서 또한 설명된 바와 같이, 일부 실시예에서, 차단층이 센서의 하나 이상의 구성요소 상에 형성된다. 차단층은 이러한 구성요소(들)와 센서 외부의 환경 사이에 위치한다. 일부 실시예에서, 차단층은 센서 외부의 환경의 하나 이상의 구성요소(예를 들어, 분석될 하나 이상의 샘플 및/또는 그 안의 하나 이상의 분석물과 같은 그의 하나 이상의 성분) 사이의 상호작용을 매개한다. 예를 들어, 차단층은 샘플(들) 및/또는 그 안의 구성요소(들)와 센서의 하나 이상의 구성요소(예를 들어, 내부에 복수의 나노와이어가 있는)의 비특이적 상호작용을 감소시킬 수 있다. 이 목적에 적합한 차단층은 관심 분석물(들) 이외의 샘플 성분(예: 단백질)과 쉽게 결합하지 않는 재료로부터 형성 및/또는 이를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 차단층은 센서의 하나 이상의 구성요소(예를 들어, 내부에 복수의 나노와이어가 있음)를 사용하여 분석할 샘플에 의한 정전기 전하 스크리닝을 감소시킬 수 있다.
차단층은 다양한 적절한 프로세스에 의해 센서에 도입될 수 있다. 적합한 프로세스의 한 예는 센서 상의 차단층의 구성요소 및/또는 이의 하나 이상의 구성요소를 포함하는 용액을 분배하는 단계 및 그 다음, 차단층의 구성요소 및 센서 및/또는 그 구성요소(들) 사이의 결합을 허용하도록 용액이 배치된 센서를 인큐베이션하는 단계를 포함한다.
존재하는 경우, 차단층은 센서의 하나 이상의 개별 부분에 배치될 수 있거나 센서의 상당한 부분을 덮는 코팅을 형성할 수 있다(예: 차단층은 외부 환경과의 전기적으로 통신 연결되어 있지 않은 센서 부분의 전부 또는 대부분을 덮을 수 있다). 도 16은 전기적으로 통신하는 전극 쌍(124)을 배치하지만 센서의 다른 부분에는 없는 나노와이어 위에 배치된 차단층(7024)을 포함하는, 센서의 일례를 도시한다.
일부 방법은 여기 다른 곳에서 설명된 전극 쌍 이외의 전극의 형성을 포함할 수 있고 일부 센서는 이러한 전극을 포함할 수 있다. 예로서, 센서는 백 게이트 전극, 워터 게이트 전극, 및/또는 접지 전극을 더 포함할 수 있다. 존재하는 경우 이들 전극(들)은 포토리소그래피 프로세스에 의해 형성될 수 있다(예를 들어, 본 명세서의 다른 곳에서 설명됨). 그것들은 단일 단계에서 수행되거나 별도의 단계로 제작될 수 있다. 이들 전극(들)을 형성하기 위해 사용된 단계는 임의의 적절한 시간에 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 이들 전극 중 하나 이상이 전극 쌍(들)의 형성과 동시에 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서의 다른 곳에 기술된 전극 쌍을 형성하기 위해 사용된 포토리소그래피 프로세스는 또한, 전극 쌍이 형성되어야 하는 위치에서 포토레지스트를 제거하는 것과 동시에 이들 전극(들)이 형성될 위치로부터 포토레지스트를 제거하는 것을 포함함으로써, 또한 전극 쌍을 형성하는 재료의 증착과 동시에 이 프로세스에 의해 노출된 기판의 부분(들) 상에 이러한 전극(들)을 형성하는 재료를 증착하는 것을 포함함으로써 하나 이상의 추가 전극을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 17a는 전극 쌍(126)을 포함하고 백 게이트 전극(8026), 워터 게이트 전극(9026) 및 접지 전극(10026)을 추가로 포함하는, 센서의 하나의 비제한적인 실시예를 도시한다. 이러한 전극이 존재하는 경우, 센서 외부의 환경에 직접 노출될 수 있고/있거나 그 위에 배치된 패시베이팅 층 및/또는 전기 절연 층이 결여될 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 패시베이팅 층 및/또는 전기 절연층이 하나 이상의 이들 전극과 그 외부 환경 사이에 위치될 수 있다.
일부 실시예에서, 백 게이트 전극, 워터 게이트 전극, 및/또는 접지 전극이 기판 상에 배치되어 기판의 벌크를 형성하는 재료와 직접 접촉한다(예를 들어, 표면 층 대신에). 예로서, 일부 실시예에서, 전극(예를 들어, 백 게이트 전극)은 표면층이 에칭된 기판의 일부 상에 증착된다. 임의의 특정 이론에 얽매이지 않고, 백 게이트 전극이 기판의 벌크를 형성하는 재료와 직접 접촉하도록 기판 상에 배치되는 것이 유리할 수 있다고 여겨진다. 이러한 배열은 백 게이트 전극에 의해 제공되는 게이팅의 일관성을 향상시킬 수 있고, 복수의 나노와이어의 건식 게이팅을 허용할 수 있고/있으며 벌크 기판을 접지하는 손쉬운 방법을 제공할 수 있다고 여겨진다.
도 17b는 복수의 전극 쌍에 더하여 2개의 추가 전극을 포함하는, 센서의 예시적인 일 실시예의 평면도를 도시한다. 도 17b에 도시된 바와 같이, 복수의 쌍의 전극(128)은 중심점을 중심으로 방사상 대칭을 갖도록 배열된 전극이다. 제1 전극(AA)은 중심점에 대칭적으로 배치된다. 제2 전극(BB)은 제1 전극(AA)과 전기적으로 통신한다. 각 전극은 전극을 접촉 패드(1328)와 연결하는 와이어에 의해 센서 외부 환경과 전기적으로 통신한다. 접촉 패드는 전압계, 컴퓨터 또는 기타 장치와 전기적으로 통신 연결 되도록 배치될 수 있다. 도 17b에 도시된 것과 같은 디자인을 갖는 센서는, 제1 및 제2 전극이 모두 접지 전극이 되도록 구성될 수 있다. 센서가 도 17b에 도시된 것과 같은 디자인을 갖는 것도 가능하고, 도 17b에 도시된 제1 전극 및 제2 전극 모두가 기준 전극이 되도록 구성되거나, 이러한 센서가 도 17b에 도시된 제1 및 제2 전극 중 하나를 채용하고 다른 하나는 채용하지 않도록 구성될 수 있다. 도 17c는 도 17a에 도시된 제2 전극을 포함하나 제1 전극 전극은 포함하지 않는 센서의 일 예를 도시한다. 다른 측면에서는 이 센서는 도 17b에 도시된 센서와 동일하다.
일부 실시예에서, 센서는 사용 전 및/또는 사용 중에 제거되도록 구성된 외부 층을 추가로 포함한다. 외부 층은 사용하기 전에(예: 운송 중에) 센서를 보호한 다음 원하는 경우 센서가 기능할 수 있도록 제거될 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 층은 (예를 들어, 감지 동안 층을 제거할 목적으로) 센서가 노출되도록 구성된 유체에 가용성인 층이다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 외부 층은 완충 식염수 및/또는 하나 이상의 체액에 용해되는 층일 수 있다. 이러한 층은 관련 유체에 용해시켜 제거할 수 있다. 외부 층에 적합한 조성물의 비제한적 예는 당 및/또는 단백질을 포함한다.
도 18은 외부 층(11030)을 포함하는, 센서의 하나의 비제한적인 예를 도시한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 센서의 외부 표면 전체에 외부 층이 배치될 수 있다. 센서가 하나 이상의 부분(예: 내부의 나노와이어 및/또는 그에 노출된 하나 이상의 관심 대상 분석물과 결합하도록 구성된 분자(들)과 같은 하나 이상의 특히 섬세한 부분)에만 배치된 외부 층을 포함하는 것 및/또는 등각 코팅을 형성하는 것이 가능하다.
여기에 설명된 센서는 유체 장치에 통합될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 유체 장치는 여기에 설명된 하나 이상의 센서를 포함한다. 유체 장치는 유체를 수신하고, 센서 위로 유체를 통과시킨 다음, 유체에의 노출 시 센서의 속성에 기초하여 유체에 대한 정보(예: 하나 이상의 분석물의 존재 및/또는 농도)를 출력하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 장치는 복수의 센서를 포함할 수 있다. 유체 장치는 2개 이상의 센서 위로 유체를 순차적으로 통과시키도록 구성될 수 있고(예를 들어, 각 센서는 내부에 있는 상이한 분석물의 존재 및/또는 농도와 같은 유체의 상이한 특성을 감지하도록 구성될 수 있음) 및/또는 서로 유체 연통하지 않는 2개 이상의 센서를 포함한다(예를 들어, 유체 장치는 유체가 통과할 수 있는 다수의 별개의 유체 경로를 포함할 수 있으며, 각각은 동일한 방식으로 도입된 유체에 작용하도록 구성됨). 여기에 설명된 센서를 포함하는 일부 유체 장치는 미세 유체 장치일 수 있다.
여기에 설명된 센서 및 여기에 설명된 센서를 형성하는 데 사용될 수 있는 방법이 포함될 수 있는 다양한 구성요소의 개요를 제공하고, 특정 센서 구성요소 및 방법 단계에 관한 추가 세부사항이 아래에 제공된다.
본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 일부 센서는 복수의 나노와이어를 포함한다. 존재하는 경우, 나노와이어는 센서 성능을 향상시키는 하나 이상의 물리적 또는 화학적 특성을 가질 수 있다. 이러한 물리적, 화학적 특성은 아래에 설명된다.
복수의 나노와이어는 다양한 적절한 수의 나노와이어를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 나노와이어는 적어도 30개의 나노와이어, 적어도 50개의 나노와이어, 적어도 75개의 나노와이어, 적어도 100개의 나노와이어, 적어도 200개의 나노와이어, 적어도 500개의 나노와이어, 적어도 750개의 나노와이어, 적어도 1,000개의 나노와이어, 적어도 1,250개의 나노와이어, 적어도 1,500개의 나노와이어, 적어도 1,750개의 나노와이어, 적어도 2,000개의 나노와이어, 적어도 2,500개의 나노와이어, 적어도 3,000개의 나노와이어, 적어도 4,000개의 나노와이어, 적어도 5,000개의 나노와이어, 적어도 7,500개의 나노와이어, 적어도 10,000개의 나노와이어, 적어도 20,000개의 나노와이어, 적어도 50,000개의 나노와이어, 또는 적어도 75,000개의 나노와이어를 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 나노와이어는 최대 100,000개의 나노와이어, 최대 75,000개의 나노와이어, 최대 50,000개의 나노와이어, 최대 20,000개의 나노와이어, 최대 10,000개의 나노와이어, 최대 7,500개의 나노와이어, 최대 5,000개의 나노와이어, 최대 4,000개의 나노와이어, 최대 3,000개의 나노와이어, 최대 2,500개의 나노와이어, 최대 2,000개의 나노와이어, 최대 1,750개의 나노와이어, 최대 1,500개의 나노와이어, 최대 1,250개의 나노와이어, 최대 1,000개의 나노와이어, 최대 750개의 나노와이어, 최대 500개의 나노와이어, 최대 200개의 나노와이어, 최대 100개의 나노와이어, 최대 75개의 나노와이 또는 최대 50개의 나노와이어를 포함한다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 적어도 30개의 나노와이어 및 최대 100,000개의 나노와이어, 또는 적어도 30개의 나노와이어 및 최대 1,000개의 나노와이어). 다른 범위도 가능하다.
일부 실시예에서, 복수의 나노와이어는 원형 구조에 대해 실질적으로 접선 방향으로 배향된 나노와이어를 포함한다. 이러한 나노와이어는 70° 이상, 72.5° 이상, 75° 이상, 77.5° 이상, 77.5° 이상, 80°이상, 82.5° 이상, 85° 이상, 87.5° 이상, 또는 89° 이상인 원형 구조에 대한 각도를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 원형 구조에 실질적으로 접선 방향으로 배향된 나노와이어는 90° 이하, 89° 이하, 87.5° 이하, 87.5° 이하, 85° 이하, 82.5° 이하, 80° 이하, 77.5° 이하, 75° 이하, 또는 72.5° 이하의 원형 구조에 대한 각도를 갖는다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 70° 이상 90° 이하, 또는 80° 이상 90° 이하). 다른 범위도 가능하다.
일부 복수의 나노와이어는 원형 구조에 대해 실질적으로 접선 방향으로 배향되는 비교적 많은 수의 나노와이어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 복수의 나노와이어에서 나노와이어의 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 97.5% 이상, 또는 99% 이상이 언급된 범위 중 하나 이상에서 원형 구조에 대한 각도를 갖는다. 일부 실시예에서, 복수의 나노와이어에서 나노와이어의 100% 이하, 99% 이하, 97.5% 이하, 95% 이하, 90% 이하, 85 이하 %, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 60% 이하, 50% 이하, 또는 40% 이하가 위에 언급된 범위 중 하나 이상에서 원형 구조에 대한 각도를 갖는다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 30% 이상 100% 이하, 75% 이상 100% 이하). 다른 범위도 가능하다.
일부 실시예에서, 복수의 나노와이어는 바람직한 화학적 조성을 갖는 나노와이어를 포함한다. 예를 들어, 나노와이어는 하나 이상의 관심 케미스트리(예: 관심 분석물과 바람직한 상호작용을 갖는 하나 이상의 케미스트리 및/또는 관심 분석물과 바람직한 상호작용을 갖는 분자와 추가로 반응할 수 있음)로 기능화될 수 있는 재료를 포함하고/하거나 이로부터 형성될 수 있다. 다른 예로서, 나노와이어는 바람직한 전기 전도도 및/또는 동등한 표면 전위를 갖는 재료를 포함하고/하거나 이로부터 형성될 수 있다(예를 들어, 반도체로부터, 관심 대상 분석물에 노출 시 전기 전도도의 변화를 나타내는 재료로부터, 및/또는 관심 대상 분석물에 노출 시 등가 표면 전위의 변화를 나타내는 재료로부터). 이러한 특성을 갖는 재료의 비제한적인 예는 선택된 원소(예: 실리콘), 세라믹(예: 질화갈륨, 비소화갈륨, 산화인듐, 인화인듐, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐), 중합체(예: 반도체성 중합체), 1차원 재료(예를 들어, 탄소 나노튜브, 위에 언급된 재료 중 하나 이상을 포함하는 1차원 재료) 및 2차원 재료(예: 그래핀, 위에 언급된 재료 중 하나 이상을 포함하는 2차원 재료)를 포함한다. 일부 실시예에서, 나노와이어는 단결정 형태(예를 들어, 단결정 실리콘)의 위에 언급된 재료 중 하나 이상으로부터 형성되고/되거나 이를 포함한다.
작용기(functional group)의 비제한적인 예는 히드록실 기, 에폭시 기, 알데히드 기, 아미노 기(예를 들어, (3-아미노프로필)트리에톡시실란), 및 할로겐 기를 포함하도록 작용기화될 수 있다. 일부 작용기는 나노와이어가 (예를 들어, 양전하, 음전하, 쯔비터이온성으로) 하전된 표면을 갖도록 할 수 있다. 일부 실시예에서, 나노와이어의 표면은 바인딩 개체 개체(예: 센서에 의해 검출되는 분석물에 대한 바인딩 개체 개체)로 작용기화된다. 예를 들어, 나노와이어는 GFAP(glial fibrillary acidic protein), UCH-L1, S100β, ICH, NFL-1, D-dimer, 바이러스 단백질(예: 인간 바이러스 단백질, 비-인간 동물 바이러스 단백질, 식물 바이러스 단백질), 소분자 및/또는 지질에 대한 바인딩 개체 개체를 포함할 수 있다. 바이러스 단백질의 추가의 비제한적인 예에는 SARS-CoV-2 단백질(예: 스파이크(S) 단백질, 뉴클레오캡시드(N) 단백질, 엔벨로프(E) 단백질), 인플루엔자 바이러스 단백질(예: 혈구응집소(HA) 단백질, 뉴라미니다제(NA) 단백질, 기질 단백질(M1, M2)), 지카 바이러스 단백질, 파라인플루엔자 바이러스 단백질, HIV1 단백질, CMV 단백질 및 HHV 단백질을 포함한다.
본 명세서에 기재된 센서에 사용하기에 적합한 일부 나노와이어는 바람직한 범위의 전기 전도도를 갖는다. 예로서, 일부 실시예에서, 복수의 나노와이어는 0.333 S/cm 이상, 0.667 S/cm 이상, 1 S/cm 이상, 2.22 S/cm 이상, 6.67 S/cm 이상, 10 S/cm 이상, 12 S/cm 이상, 14.3 S/cm 이상, 20 S/cm 이상, 50 S/cm 이상, 75 S/cm 이상, 100 S/cm 이상, 200 S/cm 이상, 286 S/cm 이상, 350 S/cm 이상, 500 S/cm 이상, 750 S/cm 이상, 1,000 S/cm 이상, 2,000 S/cm 이상, 5,000 S/cm 이상, 7,500 S/cm 이상, 10,000 S/cm 이상, 20,000 S/cm 이상, 30,000 S/cm 이상, 또는 40,000 S/cm 이상의 전기 전도도를 갖는 나노와이어를 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 나노와이어는 50,000 S/cm 이하, 40,000 S/cm 이하, 30,000 S/cm 이하, 20,000 S/cm, 10,000 S/cm 이하, 7,500 S/cm 이하, 5,000 S/cm 이하, 2,000 S/cm 이하, 이하 1,000 S/cm, 750 S/cm 이하, 500 S/cm 이하, 350 S/cm 이하, 286 S/cm 이하, 이하 200 S/cm, 100 S/cm 이하, 75 S/cm 이하, 50 S/cm 이하, 20 S/cm 이하, 이하 14.3 S/cm, 12 S/cm 이하, 10 S/cm 이하, 6.67 S/cm 이하, 2.22 S/cm 이하, 이하 1 S/cm, 또는 0.67 S/cm 이하의 전기 전도도를 갖는 나노와이어를 포함한다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 0.333 S/cm 이상 50,000 S/cm 이하, 2.22 S/cm 이상 286 S/cm 이하, 또는 14.3 S/cm 이상 286 S/cm 이하). 다른 범위도 가능하다. 복수의 나노와이어의 전기 전도도는 반도체 파라미터 분석기를 사용하여 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 나노와이어에서 나노와이어의 평균 전도도는 위에 언급된 범위 중 하나 이상에 있다. 위에서 설명한 범위는 나노와이어의 초기 전도도(예: 제조 시 나노와이어의 전도도, 기판 상에 증착된 후 그러나 기능화 이전의 나노와이어의 전도도, 센서 제조 후 이의 사용전의 나노와이어의 전도도)를 독립적으로 특성화할 수 있지만 사용 전) 및/또는 다른 시점에서 나노와이어의 전도도(예를 들어, 몇 분, 몇 시간, 며칠 또는 그 이상의 기간 동안 센서를 사용한 후)를 독립적으로 특성화할 수 있다.
본 명세서에 기재된 센서에 사용하기에 적합한 일부 나노와이어는 유리한 온/오프 비율을 갖는다. 예를 들어, 복수의 나노와이어는 2 이상, 5 이상, 7.5 이상, 10 이상, 20 이상, 50 이상, 75 이상, 100 이상, 200 이상, 500 이상, 750 이상, 1,000 이상 , 2,000 이상, 5,000 이상, 7,500 이상, 10,000 이상, 20,000 이상, 50,000 이상, 75,000 이상, 100,000 이상, 200,000 이상, 500,000 이상 또는 750,000 이상의 온/오프 비율을 갖는 나노와이어를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 나노와이어는 1,000,000 이하, 750,000 이하, 500,000 이하, 200,000 이하, 100,000 이하, 75,000 이하, 50,000 이하, 20,000 이하, 10,000 이하, 7,500 이하, 5,000 이하, 2,000 이하, 1,000 이하, 750 이하, 500 이하, 200 이하, 100 이하, 75 이하, 50 이하, 20 이하, 10 이하, 7.5 이하, 또는 5 이하의 온/오프 비율을 갖는 나노와이어를 포함한다. 위에서 언급한 범위의 조합도 가능하다(예: 2 이상 1,000,000 이하, 1,000 이상 1,000,000 이하, 10,000 이상 1,000,000 이하). 다른 범위도 가능하다.
나노와이어의 온/오프 비율은 게이트 스윕을 수행하여 IV 곡선을 생성한 다음 IV 곡선에서 장치가 "온" 상태일 때의 전류와 장치가 "오프" 상태일 때의 전류의 비율을 결정함으로써 결정될 수 있다. 간단히 말해서, 다음 절차를 따를 수 있다: (1) 일정한 직류 전압을 전극 쌍에 인가할 수 있다; (2) 동시에, 게이트 전극에 인가되는 전압은 -0.5V에서 0.5V까지 변할 수 있다; (3) "오프" 상태의 전류는 게이트 전극에 인가되는 전압의 변화 동안 측정된 최소 전류로 결정될 수 있다; (4) "온" 상태의 전류는 게이트 전극에 인가되는 전압의 변화 동안 측정된 최대 전류로 결정될 수 있다; (5) 온/오프 비율은 "온" 상태의 전류를 "오프" 상태의 전류로 나눔으로써 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 나노와이어에서 나노와이어의 평균 온/오프 비율은 위에 언급된 범위 중 하나 이상에 있다. 위에서 설명된 범위는 나노와이어의 초기 온/오프 비율(예를 들어, 이들의 제조 시 나노와이어의 온/오프 비율, 기판 상에 증착된 후 그러나 기능화 이전에 나노와이어의 온/오프 비율, 센서 제조 후 이의 사용 전 나노와이어의 온/오프 비율) 및/또는 다른 시점에서 (예: 센서를 몇 분, 몇 시간, 며칠 또는 그 이상 사용한 후) 나노와이어의 온/오프 비율을 독립적으로 특성화할 수 있다.
본 명세서에 기재된 나노와이어는 다양한 적합한 길이를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 나노와이어는 4 미크론 이상, 5 미크론 이상, 6 미크론 이상, 8 미크론 이상, 10 미크론, 11 미크론 이상, 12 미크론 이상, 13 미크론 이상, 14 미크론 이상, 15 미크론 이상, 16 미크론 이상, 17 미크론 이상, 18 미크론 이상, 19 미크론 이상, 20 미크론 이상, 22 미크론 이상, 25 미크론 이상, 27.5 미크론 이상, 30 미크론 이상, 35 미크론 이상, 40 미크론 이상, 또는 45 미크론 이상의 길이를 갖는 나노와이어를 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 나노와이어는 50 미크론 이하, 45 미크론 이하, 40 미크론 이하, 35 미크론 이하, 30 미크론 이하, 27.5 미크론 이하, 25 미크론 이하, 22 미크론 이하, 20 미크론 이하, 19 미크론 이하, 18 미크론 이하, 17 미크론 이하, 16 미크론 이하, 15 미크론 이하, 14 미크론 이하, 13 미크론 이하, 12 미크론 이하, 11 미크론 이하, 10 미크론 이하, 8 미크론 이하, 또는 6 미크론 이하의 길이를 갖는 나노와이어를 포함한다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 4 미크론 이상 40 미크론 이하, 5 미크론 이상 50 미크론 이하, 10 미크론 이상 25 미크론 이하, 12 미크론 이상 20 미크론 이하, 또는 14 미크론 이상 16 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다. 일부 실시예에서, 복수의 나노와이어에서 나노와이어의 평균 길이는 위에 언급된 범위 중 하나 이상에 있다.
본 명세서에 기재된 나노와이어는 다양한 적합한 직경을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 나노와이어는 12 nm 이상, 13 nm 이상, 14 nm 이상, 15 nm 이상, 16 nm 이상, 17 nm 이상, 18 nm 이상, 19 이상 nm, 20 nm 이상, 21 nm 이상, 22 nm 이상, 23 nm 이상, 24 nm 이상, 25 nm 이상, 27 nm 이상, 30 nm 이상, 32.5 nm 이상, 또는 35 nm 이상의 직경을 갖는 나노와이어를 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 나노와이어는 40 nm 이하, 35 nm 이하, 32.5 nm 이하, 30 nm 이하, 27 nm 이하, 25 nm 이하, 24 nm 이하, 23 nm 이하, 22 nm 이하, 21 nm 이하, 20 이하 nm, 19 nm 이하, 18 nm 이하, 17 nm 이하, 16 nm 이하, 15 nm 이하, 14 nm 이하, 또는 13 nm 이하이하의 직경을 갖는 나노와이어를 포함한다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 12 nm 이상 40 nm 이하, 15 nm 이상 25 nm 이하, 또는 19 nm 이상 21 nm 이하). 다른 범위도 가능하다. 일부 실시예에서, 복수의 나노와이어에서 나노와이어의 평균 직경은 위에 언급된 범위 중 하나 이상에 있다.
본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 일부 실시예에서, 센서는 내부의 복수의 나노와이어와 같이 센서의 일부에 배치된 차단층을 포함한다. 존재하는 경우, 차단층은 단백질(예를 들어, 카제인, 소 혈청 알부민), 올리고당, 다당류(예를 들어, 카르복시메틸 셀룰로스), 합성 중합체(예를 들어, 폴리(비닐 피롤리돈), 폴리(에틸렌 이민), 폴리(에틸렌 글리콜)), 및/또는 위에 언급된 중합체의 유도체(예를 들어, 아세틸화된 중합체, 예컨대 아세틸화된 소 혈청 알부민). 일부 실시예에서, 차단층은 자유 라디칼 흡수제(예를 들어, 히스티딘, 베타-메르캅탄, 티올), pH 안정화제, 및/또는 수분 조절제와 같은 하나 이상의 안정화제를 추가로 포함한다. 안정화제(들)은 센서의 저장 수명(shelf-life)을 증가시킬 수 있고/있거나 완충된 식염수 및/또는 하나 이상의 체액과 같이 센서가 노출되도록 구성된 유체와 접촉 시 제거되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 안정제는 센서가 노출되도록 구성된 유체에 용해되도록 구성된다.
본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 일부 실시예에서, 센서는 하나 이상의 전극 쌍을 포함한다. 이러한 전극에 대한 추가 세부사항은 아래에 제공된다.
본 명세서에 기술된 센서는 다양한 적절한 수의 전극 쌍(예를 들어, 중심점에 대해 방사상 대칭을 갖도록 배열됨)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 센서는 5 이상, 6 이상, 7 이상, 8 이상, 9 이상, 10 이상, 11 이상, 12 이상, 13 이상, 14 이상, 15 이상, 16 이상, 17 이상, 18 이상, 19 이상, 20 이상, 21 이상, 22 이상, 23 이상, 24 이상, 25 이상, 26 이상, 27 이상, 28 이상, 29 이상, 30 이상, 31 이상, 32 이상, 34 이상, 36 이상, 38 이상, 40 이상 또는 45 이상 전극 쌍을 포함한다. 일부 실시예에서, 센서는 50 이하, 45 이하, 40 이하, 38 이하, 36 이하, 34 이하, 32 이하, 31 이하, 30 이하, 29 이하, 28 이하, 27 이하, 26 이하, 25 이하, 24 이하, 23 이하, 22 이하, 21 이하, 20 이하, 19 이하, 18 이하, 17 이하, 16 이하, 15 이하, 14 이하, 13 이하, 12 이하, 11 이하, 10 이하, 9 이하, 8 이하, 7 이하, 또는 6 이하의 전극 쌍을 포함한다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 5 이상 50 이하, 10 이상 50 이하, 10 이상 40 이하, 또는 또는 15 이상 25 이하). 다른 범위도 가능하다.
본 명세서에 기재된 센서는 중심점에 대해 방사상 대칭을 갖도록 배열된 다양한 적절한 수의 모티프(예를 들어, 전극 쌍을 포함함)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 센서는 2 이상 또는 3 이상의 모티프를 포함한다. 일부 실시예에서, 센서는 4 이하 또는 3 이하의 모티프를 포함한다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 2 이상 4 이하). 다른 범위도 가능하다.
일부 실시예에서, 센서(예를 들어, 중심점에 대해 방사상 대칭을 갖도록 배열된 복수의 전극 쌍을 포함하는, 센서)의 전극 쌍의 적절한 백분율은 정확히 하나의 나노와이어에 의해 전기적으로 통신할 수 있다. 정확히 하나의 나노와이어에 의해 통신하는 전극 쌍의 백분율은 0% 이상, 1% 이상, 2% 이상, 5% 이상, 7.5%, 10% 이상, 12.5% 이상, 15% 이상, 17.5% 이상, 20% 이상, 22.5% 이상, 25% 이상, 27.5% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 또는 90% 이상일 수 있다. 일부 실시예에서, 정확히 하나의 나노와이어에 의해 통신하는 전극 쌍의 백분율은 100% 이하, 90% 이하, 80% 이하, 70% 이하, 60% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 27.5% 이하, 25% 이하, 22.5% 이하, 20% 이하, 17.5% 이하, 15% 이하, 12.5 % 이하, 10% 이하, 7.5% 이하, 5% 이하, 2% 이하, 또는 1% 이하일 수 있다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 0% 이상 100% 이하, 10% 이상 50% 이하, 또는 15% 이상 25% 이하). 다른 범위도 가능하다.
일부 실시예에서, 정확히 하나의 나노와이어에 의해 전기적으로 통신 연결되는 전극 쌍은 또한 본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같이 유체에서 분석물의 측정을 수행하기 위해 적합하게 구성된다. 따라서, 일부 실시예에서, 센서는 전술한 범위 중 하나 이상에서 감지하는 것이 허용되는 전극 쌍의 백분율을 포함할 수 있다.
센서는 내부 전극이 외부 전극 내부에 중첩된 전극 쌍을 포함할 수 있다. 내부 및 외부 전극 모두는 2개의 연결 부분 및 2개의 연결 부분을 연결하는 하나의 부분을 포함할 수 있다. 연결 부분은 2개의 연결 부분을 서로 전기적으로 통신 연결 되도록 배치할 수 있다. 연결 부분은 실질적으로 평행할 수 있거나, 다른 방식으로 서로에 대해 배향될 수 있다(예를 들어, 2개의 연결 부분이 중심점으로부터 방사상으로 외측으로 배향될 수 있음). 연결 부분이 실질적으로 직선일 수 있거나 하나 이상의 곡선, 각도 및/또는 꼬임을 포함하는 것도 가능하다. 유사하게, 2개의 연결 부분을 연결하는 부분은 실질적으로 직선일 수 있거나 하나 이상의 곡선, 각도 및/또는 꼬임을 포함할 수 있다. 예로서, 일부 실시예에서, 2개의 연결 부분을 연결하는 부분은 3개의 하위 부분을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 실질적으로 직선형이다.
도 19는 3개의 하위 부분을 포함하는 연결 부분을 포함하는 하나의 전극을 포함하는 전극 쌍의 일례를 도시한다. 도 19에 도시된 바와 같이, 외부 전극(30)은 연결부(30A, 30B)를 포함한다. 이는 하위 부분(30C1, 30C2, 30C3)을 포함하는 연결 부분(30C)을 더 포함한다. 도 19는 또한 연결 부분(40A, 40B)을 포함하고 실질적으로 직선인 연결 부분(40C)을 더 포함하는 내부 전극(40)을 도시한다. 도 19와 같은 실시예에서, 내부 전극은 실질적으로 직선인 연결 부분을 포함하고, 외부 전극은 3개의 하위 부분을 포함하는 연결 부분을 포함하며, 내부 전극에 대한 연결 부분의 길이는 외부 전극에 대한 것과 실질적으로 동일할 수 있다(예를 들어, 이들의 길이는 서로의 5%, 2% 또는 1% 이내일 수 있음). 또한 도 19에 도시된 바와 같이, 서로 인접한 내부 전극과 외부 전극의 연결 부분은 실질적으로 평행할 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 내부 전극(40)의 연결부(40A)는 외부 전극(30)의 연결부(30A)와 대략 평행하고, 내부 전극(40)의 연결부(40B)는 외부 전극(30)의 연결부(30B)와 대략 평행하다.
전극 쌍이 내부 전극과 외부 전극을 포함하는 경우, 어느 한 전극이 소스 전극일 수 있고 어느 한 전극이 드레인 전극일 수 있다는 점에 유의해야 한다.
전극의 각 부분의 치수는 일반적으로 원하는 대로 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 전극(예를 들어, 내부 전극의 연결 부분 주위에 위치된 연결 부분을 포함하는 전극)은 100 미크론 이상, 125 미크론 이상, 150 미크론 이상, 175 미크론 이상, 200 미크론 이상, 225 미크론 이상, 250 미크론 이상, 275 미크론 이상, 300 미크론 이상, 325 미크론 이상, 344 미크론 이상, 375 미크론 이상, 400 미크론 이상, 450 미크론 이상, 500 미크론 이상, 600 미크론 이상, 또는 800 미크론 이상의 길이를 갖는 연결 부분을 포함한다. 일부 실시예에서, 외부 전극은 1,000 미크론 이하, 800 미크론 이하, 600 미크론 이하, 500 미크론 이하, 500 미크론 이하의 길이를 갖는 연결 부분을 포함한다. 450 미크론, 400 미크론 이하, 375 미크론 이하, 344 미크론 이하, 325 미크론 이하, 300 미크론 이하, 275 이하 미크론, 250 미크론 이하, 225 미크론 이하, 200 미크론 이하, 175 미크론 이하, 150 미크론 이하, 또는 125 미크론 이하 . 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 100 미크론 이상 1,000 미크론 이하, 또는 300 이상 400 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
외부 전극의 연결된 두 부분은 실질적으로 동일한 길이를 가질 수 있거나(예를 들어, 서로의 길이가 5%, 2% 또는 1% 이내일 수 있음) 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 외부 전극의 한 쌍의 연결 부분의 길이가 다른 경우, 이러한 전극 부분은 각각 독립적으로 전술한 범위 중 하나 이상의 길이를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 외부 전극(예를 들어, 내부 전극의 연결 부분 주위에 위치된 연결 부분을 포함하는 전극)은 1 미크론 이상, 1.5 미크론 이상, 2 미크론 이상, 2.5 미크론 이상, 3 미크론 이상, 3.5 미크론 이상, 4 미크론 이상, 4.5 미크론 이상, 5 미크론 이상, 5.5 미크론 이상, 6 미크론 이상, 6.5 미크론 이상, 7 미크론 이상, 7.5 미크론 이상, 8 이상 미크론, 9 미크론 이상, 10 미크론 이상, 15 미크론 이상, 20 미크론 이상, 50 미크론 이상, 75 미크론 이상, 100 미크론, 150 미크론 이상, 200 미크론 이상, 또는 250 미크론 이상의 너비를 갖는 연결 부분을 포함한다. 일부 실시예에서, 외부 전극은 300 미크론 이하, 250 미크론 이하, 200 미크론 이하, 150 미크론 이하, 100 미크론 이하, 75 미크론 이하, 50 미크론 이하, 20 미크론 이하, 15 미크론 이하, 10 미크론 이하, 9 미크론 이하, 8 미크론 이하, 7.5 미크론 이하, 7 미크론 이하, 6.5 미크론 이하, 6 미크론 이하, 5.5 미크론 이하, 5 미크론 이하, 4.5 미크론 이하, 4 미크론 이하, 이하 3.5 미크론 이하, 3 미크론 이하, 2.5 미크론 이하, 2 미크론 이하, 또는 1.5 미크론 이하의 너비를 가지는 연결 부분을 포함한다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 1 미크론 이상 300 미크론 이하, 또는 3 이상 7 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
외부 전극의 연결된 두 부분은 실질적으로 동일한 너비를 가지거나(예를 들어, 서로의 너비가 10%, 5%, 2% 또는 1% 이내일 수 있음) 서로 다른 너비를 가질 수 있다. 외부 전극의 한 쌍의 연결 부분이 서로 다른 너비를 갖는 경우, 이러한 전극 부분은 각각 독립적으로 전술한 범위 중 하나 이상의 너비를 가질 수 있다. 또한 위에 나열된 값은 외부 전극의 연결 부분의 평균 너비 또는 외부 전극의 연결 부분의 중앙 너비를 독립적으로 설명할 수 있음을 이해해야 한다.
일부 실시예에서, 외부 전극(예를 들어, 내부 전극의 연결 부분 주위에 위치된 연결 부분을 포함하는 전극)은 0.05 미크론 이상, 0.01 미크론 이상, 또는 0.02 미크론 이상, 0.05 미크론 이상, 0.075 미크론 이상, 0.1 미크론 이상, 0.15 미크론 이상, 0.175 미크론 이상, 0.2 미크론 이상, 0.225 미크론 이상, 0.25 미크론 이상, 0.275 미크론 이상, 0.3 미크론 이상, 0.325 미크론 이상, 0.35 이상 미크론, 0.375 미크론 이상, 0.4 미크론 이상, 또는 0.45 미크론 이상의 높이를 갖는 연결 부분을 포함한다. 일부 실시예에서, 외부 전극은 0.5 미크론 이하, 0.45 미크론 이하, 0.4 미크론 이하, 0.375 미크론 이하, 0.35 미크론 이하, 0.325 미크론 이하, 0.3 미크론 이하, 0.275 미크론 이하, 0.25 미크론 이하, 0.225 미크론 이하, 0.2 이하 미크론, 0.175 미크론 이하, 0.15 미크론 이하, 0.1 미크론 이하, 0.075 미크론 이하, 0.05 미크론 이하, 0.02 미크론 이하, 또는 0.01 미크론 이하의 높이를 갖는 연결 부분을 포함한다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 0.05 미크론 이상, 0.5 미크론 이하, 또는 0.15 미크론 이상 0.35 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
외부 전극의 연결된 두 부분은 실질적으로 동일한 높이를 가질 수 있거나(예를 들어, 서로의 높이가 10%, 5%, 2% 또는 1% 이내일 수 있음), 서로 다른 높이를 가질 수 있다. 외부 전극의 한 쌍의 연결 부분의 높이가 다른 경우, 이러한 전극 부분은 각각 독립적으로 전술한 범위 중 하나 이상의 높이를 가질 수 있다. 또한 위에 나열된 값은 외부 전극의 연결 부분의 평균 높이 또는 외부 전극의 연결 부분의 중앙 높이를 독립적으로 설명할 수 있음을 이해해야 한다.
2개의 연결 부분을 연결하는 외부 전극의 부분(예를 들어, 내부 전극의 연결 부분 주위에 위치된 연결 부분을 포함하는 전극)은 50 미크론 이상, 52 미크론 이상, 55 미크론 이상, 57 미크론 이상, 60 미크론 이상, 62 미크론 이상, 65 미크론 이상, 67 미크론 이상, 70 미크론 이상, 72 미크론 이상, 75 미크론 이상, 또는 77 미크론 이상의 길이를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 2개의 연결 부분을 연결하는 외부 전극의 일부는 80 미크론 이하, 77 미크론 이하, 75 미크론 이하, 72 미크론 이하, 70 미크론 이하, 67 미크론 이하, 65 미크론 이하, 62 미크론 이하, 60 미크론 이하, 57 미크론 이하, 55 미크론 이하, 52 미크론 이하, 또는 50 미크론 이하의 길이를 갖는다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 50 미크론 이상 80 미크론 이하, 또는 60 미크론 이상 67 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
또한 위에 나열된 값은 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 외부 전극의 연결 부분의 길이, 외부 전극의 연결 부분 사이의 간격, 연결 부분의 가장 긴 부분의 길이 및/또는 연결 부분에 대해 가장 큰 각도로 배향된 연결 부분의 길이를 독립적으로 설명할 수 있음을 이해해야 한다.
두 개의 연결 부분을 연결하는 외부 전극의 부분(예를 들어, 내부 전극의 연결 부분 주위에 위치된 연결 부분을 포함하는 전극)은 5 미크론 이상, 6 미크론 이상, 7 미크론 이상, 8 미크론 이상, 9 미크론 이상, 10 미크론 이상, 11 미크론 이상, 12 미크론 이상, 13 미크론 이상, 또는 14 미크론 이상의 너비를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 2개의 연결 부분을 연결하는 외부 전극의 일부는 15 미크론 이하, 14 미크론 이하, 13 미크론 이하, 12 미크론 이하, 11 미크론 이하, 10 미크론 이하, 9 미크론 이하, 8 미크론 이하, 7 미크론 이하, 또는 6 미크론 이하의 너비를 갖는다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 5 미크론 이상 10 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
또한, 위에 열거된 값은 두 개의 연결 부분을 연결하는 외부 전극 부분의 평균 너비 또는 두 개의 연결 부분을 연결하는 외부 전극 부분의 중앙 너비를 독립적으로 설명할 수 있음을 이해해야 한다.
두 개의 연결 부분을 연결하는 외부 전극의 부분(예를 들어, 내부 전극의 연결 부분 주위에 위치된 연결 부분을 포함하는 전극)은 0.005 미크론 이상, 0.0075 미크론 이상, 0.01 미크론 이상, 0.02 미크론 이상, 0.05 미크론 이상, 0.075 미크론 이상, 0.1 미크론 이상, 0.15 미크론 이상, 0.175 미크론 이상, 0.2 미크론 이상, 0.225 미크론 이상, 0.25 미크론 이상, 0.275 미크론 이상, 0.3 미크론 이상, 0.325 미크론 이상, 0.35 미크론 이상, 0.375 미크론 이상, 0.4 미크론 이상, 또는 0.45 미크론 이상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 2개의 연결 부분을 연결하는 외부 전극의 일부는 0.5 미크론 이하, 0.45 미크론 이하, 0.4 미크론 이하, 0.375 미크론 이하, 0.35 미크론 이하, 0.325 미크론 이하, 0.3 미크론 이하, 0.275 미크론 이하, 0.25 미크론 이하, 0.225 미크론 이하, 이하 0.2 미크론 이하, 0.175 미크론 이하, 0.15 미크론 이하, 0.1 미크론 이하, 0.075 미크론 이하, 0.05 미크론 이하, 0.05 미크론 이하, 0.02 미크론 이하, 0.01 미크론 이하, 또는 0.0075 미크론 이하의 높이를 갖는다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 0.005 미크론 이상 0.5 미크론 이하, 0.05 미크론 이상 0.5 미크론 이하, 또는 그 이상 0.15 미크론 이상 0.35 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
또한, 위에 열거된 값은 두 개의 연결 부분을 연결하는 외부 전극 부분의 평균 높이 또는 두 개의 연결 부분을 연결하는 외부 전극 부분의 중앙 높이를 독립적으로 설명할 수 있음을 이해해야 한다.
일부 실시예에서, 내부 전극(예를 들어, 외부 전극의 연결 부분 사이에 위치된 연결 부분을 포함하는 전극)은 100 미크론 이상, 125 미크론 이상, 150 미크론 이상, 175 미크론 이상, 200 미크론 이상, 225 미크론 이상, 250 미크론 이상, 275 미크론 이상, 300 미크론 이상, 325 미크론 이상, 344 미크론 이상, 375 미크론 이상, 400 미크론 이상, 450 미크론 이상, 500 미크론 이상, 600 미크론 이상, 또는 800 미크론 이상의 길이를 갖는 연결 부분을 포함한다. 일부 실시예에서, 내부 전극은 1,000 미크론 이하, 800 미크론 이하, 600 미크론 이하, 500 미크론 이하, 450 미크론, 400 미크론 이하, 375 미크론 이하, 344 미크론 이하, 325 미크론 이하, 300 미크론 이하, 275 이하 미크론, 250 미크론 이하, 225 미크론 이하, 200 미크론 이하, 175 미크론 이하, 150 미크론 이하, 또는 125 미크론 이하의 길이를 갖는 연결 부분을 포함한다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 100 미크론 이상 1,000 미크론 이하, 또는 300 이상 400 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
내부 전극의 연결된 두 부분은 실질적으로 동일한 길이(예: 서로의 길이가 5%, 2% 또는 1% 이내일 수 있음)를 가지거나 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 내부 전극의 한 쌍의 연결 부분의 길이가 서로 다른 경우, 이러한 전극 부분은 각각 독립적으로 전술한 범위 중 하나 이상의 길이를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 내부 전극(예를 들어, 외부 전극의 연결 부분 사이에 위치된 연결 부분을 포함하는 전극)은 1 미크론 이상, 1.5 미크론 이상, 2 미크론 이상, 2.5 미크론 이상, 3 미크론 이상, 3.5 미크론 이상, 4 미크론 이상, 4.5 미크론 이상, 5 미크론 이상, 5.5 미크론 이상, 6 미크론 이상, 6.5 미크론 이상, 7 미크론 이상, 7.5 미크론 이상, 8 미크론 이상, 9 미크론 이상, 10 미크론 이상, 15 미크론 이상, 20 미크론 이상, 50 미크론 이상, 75 미크론 이상, 100 미크론 이상, 150 미크론 이상, 200 미크론 이상, 또는 250 미크론 이상을 포함한다. 일부 실시예에서, 내부 전극은 300 미크론 이하, 250 미크론 이하, 200 미크론 이하, 150 미크론 이하, 100 미크론, 75 미크론 이하, 50 미크론 이하, 20 미크론 이하, 15 미크론 이하, 10 미크론 이하, 9 미크론 이하, 8 미크론 이하, 7.5 미크론 이하, 7 미크론 이하, 6.5 미크론 이하, 6 미크론 이하, 5.5 미크론 이하, 5 미크론 이하, 4.5 미크론 이하, 4 미크론 이하, 3.5 미크론 이하, 3 미크론 이하, 2.5 미크론 이하, 또는 2 미크론 이하, 또는 1.5 미크론 이하의 너비를 갖는 연결 부분을 포함한다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 1 미크론 이상 300 미크론 이하, 또는 3 미크론 이상 7 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
내부 전극의 연결된 두 부분은 실질적으로 동일한 너비(예: 서로 5%, 2% 또는 1% 이내의 너비를 가질 수 있음)를 가지거나 서로 다른 너비를 가질 수 있다. 내부 전극의 한 쌍의 연결 부분의 너비가 서로 다른 경우, 이러한 전극 부분은 각각 독립적으로 전술한 범위 중 하나 이상의 너비를 가질 수 있다. 또한 위에 열거된 값은 내부 전극의 연결 부분의 평균 너비 또는 내부 전극의 연결 부분의 중앙 너비를 독립적으로 설명할 수 있음을 이해해야 한다.
일부 실시예에서, 내부 전극(예를 들어, 외부 전극의 연결 부분 사이에 위치된 연결 부분을 포함하는 전극)은 0.05 미크론 이상, 0.01 미크론 이상, 0.02 미크론 이상, 0.05 미크론 이상, 0.075 미크론 이상, 0.1 미크론 이상, 0.15 미크론 이상, 0.175 미크론 이상, 0.2 미크론 이상, 0.225 미크론 이상 0.25 미크론 이상, 0.275 미크론 이상, 0.3 미크론 이상, 0.325 미크론 이상, 0.35 미크론 이상, 0.375 미크론 이상, 0.4 미크론 이상, 또는 0.45 미크론 이상의 높이를 갖는 연결 부분을 포함한다. 일부 실시예에서, 내부 전극은 0.5 미크론 이하, 0.45 미크론 이하, 0.4 미크론 이하, 0.375 미크론 이하, 0.35 미크론, 0.325 미크론 이하, 0.3 미크론 이하, 0.275 미크론 이하, 0.25 미크론 이하, 0.225 미크론 이하, 0.2 이하 미크론, 0.175 미크론 이하, 0.15 미크론 이하, 0.1 미크론 이하, 0.075 미크론 이하, 0.05 미크론 이하, 0.02 미크론 이하, 또는 0.01 미크론 이하의 높이를 갖는 연결 부분을 포함한다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 0.05 미크론 이상 0.5 미크론 이하, 또는 0.15 미크론 이상 0.35 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
내부 전극의 연결된 두 부분은 실질적으로 동일한 높이(예: 서로 10%, 5%, 2% 또는 1% 이내의 높이를 가질 수 있음)를 가지거나 서로 다른 높이를 가질 수 있다. 내부 전극의 한 쌍의 연결 부분의 높이가 서로 다른 경우, 이러한 전극 부분은 각각 독립적으로 상술한 범위 중 하나 이상의 높이를 가질 수 있다. 또한 위에 나열된 값은 내부 전극의 연결 부분의 평균 높이 또는 내부 전극의 연결 부분의 중앙 높이를 독립적으로 설명할 수 있음을 이해해야 한다.
두 개의 연결 부분을 연결하는 내부 전극의 부분(예를 들어, 외부 전극의 연결 부분 사이에 위치된 연결 부분을 포함하는 전극)은 40 미크론 이상, 41 미크론 이상, 42 미크론 이상, 43 미크론 이상, 44 미크론 이상, 45 미크론 이상, 46 미크론 이상, 47 미크론 이상, 48 미크론 이상, 49 미크론 이상, 50 미크론 이상, 51 미크론 이상, 52 미크론 이상, 53 미크론 이상, 또는 54 미크론 이상과 동일한길이를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 두 개의 연결 부분을 연결하는 내부 전극의 일부는 55 미크론 이하, 54 미크론 이하, 53 미크론 이하, 52 미크론 이하, 51 미크론 이하, 50 미크론 이하, 49 미크론 이하, 48 미크론 이하, 47 미크론 이하, 46 미크론 이하, 45 미크론 이하, 44 미크론 이하, 43 미크론 이하, 42 미크론 이하, 또는 41 미크론 이하의 길이를 갖는다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 40 미크론 이상 50 미크론 이하, 또는 45 미크론 이상 55 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
또한 위에 나열된 값은 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 내부 전극의 연결 부분의 길이, 내부 전극의 연결 부분 사이의 간격, 연결 부분의 가장 긴 부분의 길이 및/또는 연결 부분과 가장 큰 각도로 배향된 연결 부분의 길이를 독립적으로 설명할 수 있음을 이해해야 한다.
두 개의 연결 부분을 연결하는 내부 전극의 부분(예를 들어, 외부 전극의 연결 부분 사이에 위치된 연결 부분을 포함하는 전극)은 1 미크론 이상, 1.5 미크론 이상, 2 미크론 이상, 2.5 미크론 이상, 3 미크론 이상, 3.5 미크론 이상, 4 미크론 이상, 4.5 미크론 이상, 5 미크론 이상, 5.5 미크론 이상, 6 미크론 이상, 6.5 미크론 이상, 7 미크론 이상, 7.5 미크론 이상, 8 미크론 이상, 9 미크론 이상, 10 미크론 이상, 15 미크론 이상, 20 미크론 이상, 50 미크론 이상, 75 미크론 이상, 100 미크론 이상, 150 미크론 이상, 200 미크론 이상, 또는 250 미크론 이상의 너비를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 두 개의 연결 부분을 연결하는 내부 전극의 일부는 300 미크론 이하, 250 미크론 이하, 200 미크론 이하, 150 미크론 이하, 100 미크론 이하, 75 미크론 이하, 50 미크론 이하, 20 미크론 이하, 15 미크론 이하, 10 미크론 이하, 9 미크론 이하, 8 미크론 이하, 7.5 미크론 이하, 7 미크론 이하, 6.5 미크론 이하, 6 미크론 이하, 5.5 미크론 이하, 5 미크론 이하, 4.5 미크론 이하, 4 미크론 이하, 3.5 미크론 이하, 3 미크론 이하, 2.5 미크론, 2 미크론 이하, 또는 1.5 미크론 이하의 너비를 갖는다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 1 미크론 이상 300 미크론 이하, 또는 3 이상 7 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
또한, 위에 열거된 값은 두 개의 연결 부분을 연결하는 내부 전극 부분의 평균 너비 또는 두 개의 연결 부분을 연결하는 내부 전극 부분의 중앙 너비를 독립적으로 설명할 수 있음을 이해해야 한다.
두 개의 연결 부분을 연결하는 내부 전극의 부분(예를 들어, 외부 전극의 연결 부분 사이에 위치된 연결 부분을 포함하는 전극)은 0.005 미크론 이상, 0.0075 미크론 이상, 0.01 미크론 이상, 0.02 미크론 이상, 0.05 미크론 이상, 0.075 미크론 이상, 0.1 미크론 이상, 0.15 미크론 이상, 0.175 미크론 이상, 0.2 미크론 이상, 0.225 미크론 이상, 0.25 미크론 이상, 0.275 미크론 이상, 0.3 미크론 이상, 0.325 미크론 이상, 0.35 미크론 이상, 0.375 미크론 이상, 0.4 미크론 이상, 또는 0.45 미크론 이상의 높이를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 두 개의 연결 부분을 연결하는 내부 전극의 일부는 0.5 미크론 이하, 0.45 미크론 이하, 0.4 미크론 이하, 0.375 미크론 이하, 0.35 미크론 이하, 0.325 미크론 이하, 0.3 미크론 이하, 0.275 미크론 이하, 0.25 미크론 이하, 0.225 미크론 이하, 0.2 미크론 이하, 0.175 미크론 이하, 0.15 미크론 이하, 0.1 미크론 이하, 0.075 미크론 이하, 0.05 미크론 이하, 0.02 미크론 이하, 0.01 미크론 이하, 또는 0.0075 미크론 이하의 높이를 갖는다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 0.05 미크론 이상 0.5 미크론 이하, 또는 0.15 미크론 이상 0.35 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
또한, 위에 열거된 값은 두 개의 연결 부분을 연결하는 내부 전극 부분의 평균 높이 또는 두 개의 연결 부분을 연결하는 내부 전극 부분의 중앙 높이를 독립적으로 설명할 수 있음을 이해해야 한다.
전극 쌍이 외부 전극과 내부 전극을 포함하는 경우, 이들 사이의 간격은 원하는 대로 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 전극의 연결 부분 중 하나와 가장 가까운 내부 전극의 연결 부분 사이의 거리(예를 들어, 도 19의 부분 30A 및 40A 사이의 거리, 또는 도 19의 30B 및 40B 사이의 거리)가 1 미크론 이상, 1.25 미크론 이상, 1.5 미크론 이상, 1.75 미크론 이상, 2 미크론 이상, 2 미크론 이상 또는 2.25 미크론 이상, 2.5 미크론 이상, 3 미크론 이상, 3.5 미크론 이상, 4 미크론 이상, 5 미크론 이상, 6 미크론 이상, 7 미크론 이상, 8 미크론 이상, 8.5 미크론 이상, 9 미크론 이상, 9.25 미크론 이상, 9.5 미크론 이상, 9.75 미크론 이상, 10 미크론 이상, 10.5 미크론 이상, 11 미크론 이상, 11.5 미크론 이상, 12 미크론 이상, 12.5 미크론 이상, 13 미크론 이상, 13.5 미크론 이상, 14 미크론 이상, 15 미크론 이상, 17.5 미크론 이상, 20 미크론 이상, 25 미크론 이상, 30 미크론 이상, 35 미크론 이상, 또는 40 미크론 이상이다. 일부 실시예에서, 외부 전극의 연결 부분 중 하나와 가장 가까운 내부 전극의 연결 부분 사이의 거리는 50 미크론 이하, 40 미크론 이하, 이하 35 미크론, 25 미크론 이하, 20 미크론 이하, 17.5 미크론 이하, 15 미크론 이하, 14 미크론 이하, 13.5 이하 미크론, 13 미크론 이하, 12.5 미크론 이하, 12 미크론 이하, 11.5 미크론 이하, 11 미크론 이하, 10.5 미크론 이하, 10 미크론 이하, 9.75 미크론 이하, 9.5 미크론 이하, 9.25 미크론 이하, 9 미크론 이하, 8.5 미크론 이하, 8 미크론 이하, 7 미크론 이하, 6 미크론 이하, 5 미크론 이하, 4 미크론 이하, 3.5 미크론 이하, 3 미크론 이하, 2.5 미크론 이하, 2.25 미크론 이하, 2 미크론 이하, 1.75 미크론 이하, 1.5 미크론 이하, 또는 1.25 미크론 이하이다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 1 미크론 이상 50 미크론 이하, 1.5 미크론 이상 12 미크론 이하, 5 미크론 이상 15 미크론 이하, 또는 9 미크론 이상 10 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
또한 위에 나열된 값은 외부 전극의 연결 부분 중 하나와 가장 가까운 내부 전극의 연결 부분 사이의 평균 거리, 외부 전극의 연결 부분 중 하나와 가장 가까운 내부 전극의 연결 부분 사이의 중앙값 거리, 또는 외부 전극의 연결 부분 중 하나와 가장 가까운 내부 전극의 연결 부분 사이의 최소 거리를 독립적으로 설명할 수 있음을 이해해야 한다.
일부 실시예에서, 외부 전극의 연결 부분 중 하나와 가장 가까운 내부 전극의 연결 부분 사이의 거리는 전기 통신에 내부 및 외부 전극을 배치하는 나노와이어의 길이에 비교적 가까울 수 있다. 일부 실시예에서, 나노와이어의 길이 대 외부 전극의 연결 부분 중 하나와 가장 가까운 내부 전극의 연결 부분 사이의 거리의 비는 1 이상, 1.5 이상, 2 이상, 2.5 이상, 3 이상, 3.5 이상, 4 이상, 4.5 이상이다. 일부 실시예에서, 나노와이어의 길이 대 외부 전극의 연결 부분 중 하나와 가장 가까운 내부 전극의 연결 부분 사이의 거리의 비는 5 이하, 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 2.5 이하, 2 이하, 1.5 이하이다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 1 이상 5 이하)이다. 다른 범위도 가능하다.
또한 위에 나열된 비율은 외부 전극의 연결 부분 중 하나와 가장 가까운 내부 전극의 연결 부분 사이의 평균 거리에 대한 나노와이어 길이의 비율, 외부 전극의 연결 부분 중 하나와 가장 가까운 내부 전극의 연결 부분 사이의 중앙값 거리에 대한 나노와이어의 길이의 비율, 또는 나노와이어의 길이 대 외부 전극의 연결 부분 중 하나와 가장 가까운 내부 전극의 연결 부분 사이의 최소 거리에 대한 나노와이어의 길이의 비율을 독립적으로 설명할 수 있음을 이해해야 한다.
본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 일부 실시예에서, 전극 쌍은 직선이고 서로 평행한 2개의 전극을 포함하고(예를 들어, 이들은 도 1에 도시된 것과 같은 구조를 가질 수 있음) 및/또는 복수의 전극은 직선이고 서로 평행한 전극 어레이를 포함한다.
직선이고 서로 평행한 전극의 치수는 일반적으로 원하는 대로 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 전극은 100 미크론 이상, 125 미크론 이상, 150 미크론 이상, 175 미크론 이상, 200 미크론 이상, 225 미크론 이상, 250 미크론 이상, 275 미크론 이상, 300 미크론 이상, 325 미크론 이상, 344 미크론 이상, 375 미크론 이상, 400 미크론 이상, 450 미크론 이상, 500 미크론 이상, 600 미크론 이상, 또는 800 미크론 이상의 길이를 갖는다. 일부 실시예에서, 직선 전극은 1,000 미크론 이하, 800 미크론 이하, 600 미크론 이하, 500 미크론 이하, 450 미크론 이하, 400 미크론 이하, 375 미크론 이하, 344 미크론 이하, 325 미크론 이하, 300 미크론 이하, 275 미크론 이하, 250 미크론 이하, 225 미크론 이하, 200 미크론 이하, 175 미크론 이하, 150 미크론 이하, 또는 125 미크론 이하의 길이를 갖는다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 100 미크론 이상 1,000 미크론 이하, 또는 300 이상 400 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
직선 및 평행 전극은 실질적으로 동일한 길이를 가질 수 있거나(예를 들어, 서로의 길이가 5%, 2% 또는 1% 이내일 수 있음) 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 복수의 직선형 및 평행 전극이 상이한 길이를 갖는 전극을 포함하는 경우, 각각의 이러한 전극은 독립적으로 위에 기재된 범위 중 하나 이상의 길이를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 직선 전극은 1 미크론 이상, 1.5 미크론 이상, 2 미크론 이상, 2.5 미크론 이상, 3 미크론 이상, 3.5 미크론 이상, 4 미크론 이상, 4.5 미크론 이상, 5 미크론 이상, 5.5 미크론 이상, 6 미크론 이상, 6.5 미크론 이상, 7 미크론 이상, 7.5 미크론 이상, 8 미크론 이상, 9 미크론 이상, 10 미크론 이상, 15 미크론 이상, 20 미크론 이상, 50 미크론 이상, 75 미크론 이상, 100 미크론 이상, 150 미크론 이상, 200 미크론 이상, 또는 250 미크론 이상의 너비를 갖는다. 일부 실시예에서, 직선 전극은 300 미크론 이하, 250 미크론 이하, 200 미크론 이하, 150 미크론 이하, 100 미크론 이하, 75 미크론 이하, 50 미크론 이하, 20 미크론 이하, 15 미크론 이하, 10 미크론 이하, 9 미크론 이하, 8 미크론 이하, 7.5 미크론 이하, 7 미크론 이하, 6.5 미크론 이하, 6 미크론 이하, 5.5 미크론 이하, 5.5 미크론 이하, 5 미크론 이하, 4.5 미크론 이하, 4 미크론 이하, 3.5 미크론 이하, 3 미크론 이하, 2.5 미크론 이하, 2.5 미크론 이하, 2 미크론, 또는 1.5 미크론 이하이다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 1 미크론 이상 300 미크론 이하, 또는 3 이상 7 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
직선이고 평행한 전극은 실질적으로 동일한 너비(예: 서로 5%, 2% 또는 1% 이내)를 가지거나 서로 다른 너비를 가질 수 있다. 복수의 직선형 및 평행 전극이 상이한 너비를 갖는 전극을 포함하는 경우, 각각의 이러한 전극은 독립적으로 전술한 범위 중 하나 이상의 너비를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 직선 전극은 0.05 미크론 이상, 0.01 미크론 이상, 0.02 미크론 이상, 0.05 미크론 이상, 0.075 미크론 이상, 0.1 미크론 이상, 0.15 미크론 이상, 0.175 미크론 이상, 0.2 미크론 이상, 0.225 미크론 이상, 0.25 미크론 이상, 0.275 미크론 이상, 0.275 미크론 이상 0.3 미크론, 0.325 미크론 이상, 0.35 미크론 이상, 0.375 미크론 이상, 0.4 미크론 이상, 또는 0.45 미크론 이상의 높이를 갖는다. 일부 실시예에서, 직선 전극은 0.5 미크론 이하, 0.45 미크론 이하, 0.4 미크론 이하, 0.375 미크론 이하, 0.35 미크론 이하, 0.325 미크론 이하, 0.3 미크론 이하, 0.275 미크론 이하, 0.25 미크론 이하, 0.225 미크론 이하, 0.2 미크론 이하, 이하 0.175 미크론 이하, 0.15 미크론 이하, 0.1 미크론 이하, 0.075 미크론 이하, 0.05 미크론 이하, 0.02 미크론 이하, 또는 이하 또는 0.01 미크론 이하의 높이를 갖는다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 0.05 미크론 이상 0.5 미크론 이하, 또는 0.15 미크론 이상 0.35 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
직선 전극과 평행 전극은 실질적으로 동일한 높이(예: 서로 5%, 2%, 또는 1% 이내의 높이를 가질 수 있음)를 가지거나 서로 다른 높이를 가질 수 있다. 복수의 직선형 및 평행한 전극이 상이한 높이를 갖는 전극을 포함하는 경우, 이러한 각각의 전극은 독립적으로 전술한 범위 중 하나 이상의 높이를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 직선 전극과 평행 전극 사이의 거리는 1 미크론 이상, 1.25 미크론 이상, 1.5 미크론 이상, 1.75 미크론 이상, 2 미크론 이상, 2.25 미크론 이상, 2.5 미크론 이상, 3 미크론 이상, 3.5 미크론 이상, 4 미크론 이상, 5 미크론 이상, 6 미크론 이상, 7 미크론 이상, 8 미크론 이상, 8.5 미크론 이상, 9 미크론 이상, 9.25 미크론 이상, 9.5 미크론 이상, 9.75 미크론 이상, 10 미크론 이상, 10.5 미크론 이상, 11 미크론 이상, 11.5 미크론 이상, 12 미크론 이상, 12.5 미크론 이상, 13 미크론 이상, 13.5 미크론 이상, 14 미크론 이상, 15 미크론 이상, 17.5 미크론 이상, 20 미크론 이상, 25 미크론 이상, 30 미크론 이상, 35 미크론 이상, 또는 40 미크론 이상이다. 일부 실시예에서, 직선 전극과 평행 전극 사이의 거리는 50 미크론 이하, 40 미크론 이하, 35 미크론 이하, 25 미크론 이하, 20 미크론 이하, 17.5 미크론 이하, 15 미크론 이하, 14 미크론 이하, 13.5 미크론 이하, 13 미크론 이하, 12.5 미크론 이하, 12 미크론 이하, 11.5 미크론 이하, 11 미크론 이하, 10.5 미크론 이하, 10 미크론 이하, 9.75 미크론 이하, 이하 9.5 미크론 이하, 9.25 미크론 이하, 9 미크론 이하, 8.5 미크론 이하, 8 미크론 이하, 7 미크론 이하, 6 미크론 이하, 5 미크론 이하, 4 미크론 이하, 3.5 미크론 이하, 3 미크론 이하, 2.5 미크론 이하, 2.25 미크론 이하, 2 미크론 이하, 1.75 미크론 이하, 1.5 미크론 이하, 또는 1.25 미크론 이하이다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 1 미크론 이상 50 미크론 이하, 1.5 미크론 이상 12 미크론 이하, 5 미크론 이상 15 미크론 이하, 또는 9 미크론 이상 10 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
가장 가까운 이웃 직선 및 평행 전극의 쌍은 그 사이에 실질적으로 동일한 거리를 가질 수 있거나(예: 서로의 5%, 2% 또는 1% 이내의 거리로 분리될 수 있음) 서로 다른 거리로 분리될 수 있다. 복수의 직선 및 평행 전극이 상이한 거리로 분리된 최근접 전극의 전극 쌍을 포함하는 경우, 각각의 최근접 거리는 독립적으로 위에서 설명된 범위 중 하나 이상에 있을 수 있다.
일부 실시예에서, 2개의 직선 전극과 평행 전극 사이의 거리는 전기 통신에 이들을 배치하는 나노와이어의 길이에 비교적 가까울 수 있다. 일부 실시예에서, 2개의 직선 및 평행 전극의 거리에 대한 나노와이어의 길이의 비는 1 이상, 1.5 이상, 2 이상, 2.5 이상, 3 이상, 3.5 이상, 4 이상 또는 4.5 이상이다. 일부 실시예에서, 2개의 직선 전극과 평행 전극 사이의 거리에 대한 나노와이어의 길이의 비는 5 이하, 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 2.5 이하, 2 이하, 1.5 이하이다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 1 이상 5 이하). 다른 범위도 가능하다.
본 명세서에 기재된 전극은 다양한 적합한 재료를 포함하고/하거나 그로부터 형성될 수 있다. 예로서, 일부 실시예에서, 본원에 기재된 하나 이상의 전극은 금속을 포함하고/하거나 금속으로부터 형성된다. 적합한 금속의 비제한적인 예는 니켈, 금, 알루미늄, 티타늄 및 백금을 포함한다.
본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 일부 실시예에서, 패시베이션 층이 전극 표면의 적어도 일부 상에 배치된다. 존재하는 경우, 패시베이션 층은 다양한 적합한 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 전극 상에 배치된 패시베이션 층은 300 nm 이상, 325 nm 이상, 350 nm 이상, 375 nm 이상, 400 nm 이상, 425 nm 이상, 450 nm 이상, 475 nm 이상, 500 nm 이상, 525 nm 이상, 550 nm 이상, 또는 575 nm 이상의 두께를 갖는다. 일부 실시예에서, 전극 상에 배치된 패시베이션 층은 600 nm 이하, 575 nm 이하, 550 nm 이하, 525 nm 이하, 500 nm 이하, 475 nm 이하, 450 nm 이하, 425 nm 이하, 400 nm 이하, 375 nm 이하, 이하 350 nm, 또는 325 nm 이하의 두께를 갖는다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 300 nm 이상 600 nm 이하). 다른 범위도 가능하다. 패시베이션 층의 두께는 엘립소메트리에 의해 결정될 수 있다.
본 명세서에 기재된 패시베이션 층은 다양한 적합한 재료를 포함 및/또는 그로부터 형성될 수 있다. 예로서, 일부 실시예에서, 전극 상에 배치된 패시베이션 층은 폴리머 및/또는 세라믹을 포함하고/하거나 그로부터 형성된다. 적합한 그러한 재료의 비제한적인 예는 포토레지스트(예: AZ 시리즈 포토레지스트, S1800 시리즈 포토레지스트, SU8 포토레지스트, Futurrex 포토레지스트, 폴리이미드 포토레지스트, 폴리이미드 기반 포토레지스트), 질화물(예: 실리콘 질화물), 산화물(예: 산화실리콘), 및 실리케이트(예: 테트라에틸 오르토실리케이트)를 포함한다.
본 명세서의 다른 곳에서 또한 기재된 바와 같이, 일부 실시 형태에서, 와이어 본딩 조성물은 전극 표면의 적어도 일부 상에 배치된다. 와이어 본딩 조성물은 하나 이상의 와이어(예를 들어, 센서 외부의 환경과 전기적으로 통신 연결하도록 전극을 배치하는 와이어(들))와 전극의 본딩을 용이하게 할 수 있다. 적합한 와이어 본딩 조성물은 티타늄 및/또는 금과 같은 금속을 포함하고/하거나 그로부터 형성될 수 있다.
본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 일부 센서는 하나 이상의 전극 쌍에 더하여 추가 전극을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 센서의 전극 쌍(들) 중 하나 이상은 관심 분석물을 감지하도록 구성되고, 하나 이상의 추가 전극 쌍도 센서에 포함되어 분석물 감지 이외의 기능을 제공한다. 이러한 전극은 아래에서 더 자세히 설명된다.
일부 실시예에서, 센서는 워터 게이트 전극을 포함한다. 워터 게이트 전극은 전극 쌍 중 하나 이상의 노출되는 유체의 전위를 조절하는 데 도움이 될 수 있다. 유리하게는, 워터 게이트 전극은 내부의 하나 이상의 분석물에 대한 센서의 감도를 향상시키는 전극 쌍(들)과 유체의 상호 작용을 용이하게 하는 전위에 유체를 배치할 수 있다. 예를 들어, 워터 게이트 전극은 전하 감도를 향상시키는 전위에 유체를 배치할 수 있다. 일부 실시예에서, 워터 게이트 전극이 검출될 분석물(들)을 포함하는 유체와 직접 접촉할 경우, 워터 게이트 전극의 유용성이 향상된다. 따라서, 일부 실시예에서, 워터 게이트 전극은 센서에 의해 분석될 유체와 직접 접촉하고/하거나 하나 이상의 시점에 (예를 들어, 감지기의 사용 중에) 감지기에 의해 분설될 유체와 직접하도록 구성된다.
존재하는 경우, 워터 게이트 전극은 다양한 적합한 디자인을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 워터 게이트 전극은 원형이고/이거나 원형 단면을 갖는다(예를 들어, 원통형일 수 있음). 워터 게이트 전극은 다양한 적절한 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 워터 게이트 전극은 100 미크론 이상, 150 미크론 이상, 200 미크론 이상, 250 미크론 이상, 300 미크론 이상, 350 미크론 이상, 400 미크론 이상, 또는 450 미크론 이상의 두께를 갖는다. 일부 실시예에서, 워터 게이트 전극은 500 미크론 이하, 450 미크론 이하, 400 미크론 이하, 350 미크론 이하, 300 미크론 이하, 250 미크론 이하, 200 미크론 이하, 또는 150 미크론 이하의 두께를 갖는다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 100 미크론 이상 500 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
또한 위에 나열된 값은 워터 게이트 전극의 평균 두께 또는 워터 게이트 전극의 중간 두께를 독립적으로 설명할 수 있음을 이해해야 한다.
워터 게이트 전극을 형성하기 위해 다양한 적합한 조성이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 워터 게이트 전극은 은, 금 및/또는 백금을 포함하는 조성물을 포함하고/하거나 그로부터 형성된다. 예를 들어, 워터 게이트 전극은 은 및/또는 염화은을 포함하고/포함하거나 그로부터 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 워터 게이트 전극은 은 및 염화은을 포함하는 에폭시 잉크 및/또는 페이스트를 플라즈마 에칭된 기판 상에 직접 도포함으로써 형성된다. 다른 예로서, 은 및 염화은을 포함하는 에폭시 잉크 및/또는 페이스트는 와이어 본딩 패드와의 전기적 통신을 용이하게 하기 위해 금을 포함하는 전극에 적용될 수 있다.
일부 실시예에서, 센서는 접지 전극을 포함한다. 접지 전극은 센서가 노출되는 유체를 전기적으로 접지하도록 구성될 수 있다. 이는 유체가 과충전될 수 있는 센서에서 유리할 수 있다. 접지 전극은 접지 와이어와 전기적으로 통신할 수 있다. 일부 실시예에서, 접지 전극은 또한 특정 조건(예를 들어, 유체가 과충전된 경우)에서 센서에 의해 분석될 유체와 전기적으로 통신 연결되도록 구성된다. 이것은 유체를 접지 전극과 직접 접촉하게 배치함으로써 성취될 수 있다.
접지 전극을 형성하기 위해 다양한 적합한 조성이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 접지 전극은 금속을 포함하고/하거나 금속으로 형성된다. 예를 들어, 워터 게이트 전극은 금 및/또는 백금을 포함하고/하고나 그로부터 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 센서는 백 게이트 전극을 포함한다. 백 게이트 전극은 전극 쌍을 전기적 통신 연결 상태로 배치하는 나노와이어의 솔리드 스테이트 게이팅을 제공하도록 구성될 수 있다. 백 게이트 전극의 전위를 변화시키는 것은, 예를 들어 나노와이어의 전도도를 변화시킬 수 있다. 유리하게는, 이것은 분석물에 대한 센서의 감도가 변경되게 할 수 있다.
백 게이트 전극을 형성하기 위해 다양한 적합한 조성이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 백 게이트 전극은 금속 또는 반도체를 포함하고/하거나 이로부터 형성된다. 예를 들어, 워터 게이트 전극은 금 및/또는 실리콘(예를 들어, 도핑된 실리콘)를 포함 및/또는 그로부터 형성될 수 있다.
본 명세서의 다른 곳에서 또한 설명된 바와 같이, 일부 실시예에서, 센서는 전기 절연층을 포함한다. 전기 절연층은 외부 환경과의 직접적인 접촉으로부터 센서의 하나 이상의 부분을 격리할 수 있다(예를 들어, 센서가 노출되는 유체로부터 전극 표면의 하나 이상의 부분을 전기적으로 격리할 수 있음).
존재하는 경우, 전기 절연층은 다양한 적절한 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 절연층은 0.1 미크론 이상, 0.2 미크론 이상, 0.5 미크론 이상, 0.75 미크론 이상, 1 미크론 이상, 1.1 미크론 이상, 1.2 미크론 이상, 1.3 미크론 이상, 1.4 미크론 이상, 1.5 미크론 이상, 1.6 미크론 이상, 1.7 미크론 이상, 이상 1.8 미크론 이상, 1.9 미크론 이상, 2 미크론 이상, 2.1 미크론 이상, 2.2 미크론 이상, 2.5 미크론 이상, 2.75 미크론 이상, 3 미크론 이상, 5 미크론 이상, 10 미크론 이상, 20 미크론 이상, 50 미크론 이상, 75 이상 미크론, 100 미크론 이상, 이상, 200 미크론, 500 미크론 이상, 750 미크론 이상, 또는 1,000 미크론 이상의 두께를 갖는다. 일부 실시예에서, 전기 절연층은 2,000 미크론 이하, 1,000 미크론 이하, 750 미크론 이하, 500 미크론 이하, 200 미크론 이하, 100 미크론 이하, 75 미크론 이하, 50 미크론 이하, 20 미크론 이하, 10 미크론 이하, 5 미크론 이하, 3 미크론 이하, 2.75 미크론 이하, 2.5 미크론 이하, 2.2 미크론 이하, 2.1 미크론 이하, 2 미크론 이하, 1.9 미크론 이하, 1.8 미크론 이하, 1.7 미크론 이하, 1.6 미크론 이하, 1.5 미크론 이하, 1.4 미크론 이하, 1.3 미크론, 1.2 미크론 이하, 1.1 미크론 이하, 1 미크론 이하, 0.75 미크론 이하, 0.5 미크론 이하, 또는 0.2 미크론 이하의 두께를 갖는다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 0.1 미크론 이상 200 미크론 이하, 0.2 미크론 이상 200 미크론 이하, 1 미크론 및 2 미크론 이하, 또는 1.4 미크론 이상 1.6 미크론 이하). 다른 범위도 가능하다.
또한, 위에 열거된 값은 전기 절연층의 평균 두께 또는 전기 절연층의 중앙 높이를 독립적으로 설명할 수 있음을 이해해야 한다.
일부 실시예에서, 전기 절연층은 전극 쌍 사이 및/또는 전극 쌍 내의 전극과 기준 전극(예를 들어, 워터 게이트 전극) 사이의 누설 전류가 3*10-11A 이하이다.
전기 절연층은 존재하는 경우, 포토레지스트(예: AZ 시리즈 포토레지스트, S1800 시리즈 포토레지스트, SU8 포토레지스트, Futurrex 포토레지스트)를 포함할 수 있다. 전기 절연 층을 형성하는 데 사용하기에 적합한 포토레지스트는 또한 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 포토리소그래피 프로세스(예를 들어, 원하는 위치에서 전극, 패시베이팅 층, 와이어 본딩 조성물 등을 형성하는 데 사용되는 프로세스)를 수행하는 데 적합할 수 있다. 또한 전기 절연층 및/또는 포토리소그래피에 사용하기에 적합한 일부 포토레지스트가 생체적합성일 수 있고(예를 들어, 일부 실시예에서, 이에 노출된 IgG와 같은 항체는 ELISA에 의해 결정되는 과도한 변성(denaturation)을 겪지 않음) 및/또는 화학적으로 불활성일 수 있다(예를 들어, 일부 실시예에서, 포토레지스트는 추가 센서 제조 단계 동안 및/또는 센서에 의해 분석될 유체에 노출될 때 물 접촉각 측정, 빛의 회절 및/또는 두께에 의해 결정되는 소수성(hydrophobicity)에 상당한 변화를 겪지 않음). 유리하게는, 적합한 포토레지스트는 접착 촉진제의 부재(예를 들어, 헥사메틸디실란의 부재) 하에 센서의 하나 이상의 다른 구성요소(예를 들어, 표면 층, 전극, 패시브 층)에 쉽게 접착될 수 있다. 적절한 접착은 포토레지스트가 센서의 제조 및/또는 사용 동안 관련 구성요소(들)로부터 박리되지 않도록 하는 접착일 수 있다.
전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 센서는 기판을 포함한다. 센서의 하나 이상의 다른 구성요소가 그 위에 배치될 수 있다. 적합한 기판의 비제한적인 예는 실리콘, 실리콘 산화물, 유리, 석영, 및/또는 사파이어를 포함하는 기판을 포함한다. 일부 실시예에서, 기판은 위에 언급된 재료 중 하나 이상을 포함 및/또는 그로부터 형성된 웨이퍼일 수 있다. 기판은 상대적으로 낮은 저항을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 센서는 0.005 ohm-cm 미만의 저항을 갖는 기판 상에 배치된다.
또한 위에서 설명된 바와 같이, 일부 실시예에서 표면 층이 기판 상에 배치될 수 있다. 표면 층은 그것의 일부를 에칭 제거함으로써 기준 정렬 마크의 형성을 허용할 수 있고/있거나 그 위에 추가 센서 구성요소의 형성을 위한 적절한 표면을 제공할 수 있다.
본 명세서에 기재된 표면층은 다양한 적합한 두께를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 표면 층은 50 nm 이상, 75 nm 이상, 100 nm 이상, 150 nm 이상, 200 nm 이상, 250 nm 이상, 300 nm 이상, 350 nm 이상, 400 nm 이상, 500 nm 이상, 600 nm 이상, 700 nm 이상, 800 nm 이상, 900 nm 이상, 1 미크론 이상, 1.25 미크론 이상, 1.5 미크론 이상, 또는 이상 또는 1.75 미크론 이상의 두께를 가진다. 일부 실시예에서, 표면 층은 2 미크론 이하, 1.75 미크론 이하, 1.5 미크론 이하, 1.25 미크론 이하, 1 미크론 이하, 900 nm 이하, 800 nm 이하, 700 nm 이하, 600 nm 이하, 500 nm 이하, 400 nm 이하, 이하 350 nm 이하, 300 nm 이하, 250 nm 이하, 200 nm 이하, 150 nm 이하, 100 nm 이하, 또는 75 nm 이하의 두께를 가진다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 50 nm 이상 2 미크론 이하, 300 nm 이상 1 미크론 이하, 또는 300 nm 이상 600 nm 이하). 다른 범위도 가능하다.
또한 위에 열거된 값은 표면층의 평균 두께 또는 표면층의 중앙 두께를 독립적으로 설명할 수 있음을 이해해야 한다.
본 명세서에 기재된 표면층은 다양한 적합한 조성을 가질 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 다음 유형의 층이 기판 상에 배치된다: 산화물을 포함하는 층(예를 들어, 습식 열 프로세스에 의해 형성된 이산화실리콘을 포함하는 층과 같은 이산화실리콘을 포함하는 층 및/또는 건식 열 프로세스에 의해 형성된 이산화실리콘 층; 산화알루미늄을 포함하는 층; 하프늄 산화물을 포함하는 층; 게르마늄 산화물을 포함하는 층); 및/또는 질화물을 포함하는 층(예를 들어, 질화실리콘를 포함하는 층).
본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 일부 실시예에서, 복수의 나노와이어가 유체로부터 기판 상에 증착된다. 이 프로세스에 대한 자세한 내용은 아래에 설명되어 있다.
나노와이어는 다양한 적합한 유체로부터 증착될 수 있다. 일반적으로, 나노와이어 이외의 유체의 성분은 비교적 무독성인 것이 유리할 수 있다. 또한 센서에 통합되지 않도록 디자인된 유체의 구성요소(예: 나노와이어가 아닌 구성요소 및/또는 나노와이어에 포함될 구성요소)가 나노와이어가 증착되는 온도에서 상대적으로 휘발성인 것이 유리할 수 있다. 일부 실시예에서, 유체는 유기 용매 및/또는 물과 같은 액체를 포함한다. 유기 용매는 알코올(예: 에탄올, 이소프로판올) 및/또는 알칸(예: 헥산)일 수 있다. 일부 실시예에서, 유체는 비이온성 계면활성제(예를 들어, Tween 20)와 같은 계면활성제를 추가로 포함한다. 적합한 유체의 한 예는 탈이온수에 1wt%/vol Tween 20을 포함하는 유체이다.
나노와이어 증착에 적합한 액체는 비교적 낮은 끓는점을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 액체는 120℃ 이하, 115℃ 이하, 110℃ 이하, 105℃ 이하, 100 °C 이하, 95 °C 이하, 90 °C 이하, 85 °C 이하, 80 °C 이하, 75 °C 이하 , 70 °C 이하, 65 °C 이하, 60 °C 이하, 또는 55 °C 이하의 끓는점을 갖는다. 일부 실시예에서, 액체는 50℃ 이상, 55℃ 이상, 60℃ 이상, 65℃ 이상, 70 °C 이상, 75 °C 이상, 80 °C 이상, 85 °C 이상, 90 °C 이상, 95 °C 이상 , 100 °C 이상, 105 °C 이상, 110 °C 이상, 또는 115 °C 이상의 끓는점을 갖는다. 위에서 언급한 범위의 조합도 가능하다(예: 120°C 이하 및 50°C 이상, 또는 80°C 이하 및 50°C 이상). 다른 범위도 가능하다. 액체의 끓는점은 증류에 의해 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 나노와이어가 증착되는 액체는 유리한 비중 값을 갖는다. 예를 들어, 비중은 0.7 g/cm3 이상, 0.75 g/cm3 이상, 0.8 g/cm3 이상, 0.85 g/cm3 이상, 0.9 g/cm3 이상, 0.95 g/cm3 이상, 1 g/cm3 이상, 또는 1.05 g/cm3 이상일 수 있다. 일부 실시예에서, 비중은 1.1 g/cm3 이하, 1.05 g/cm3 이하, 1 g/cm3 이하, 0.95 g/cm3 이하, 0.95 g/cm3 이하, 또는 0.9 g/cm3 이하, 0.85 g/cm3 이하, 0.8 g/cm3 이하, 또는 0.75 g/cm3 이하이다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 0.75g/cm3이상 1.1g/cm3이하). 다른 범위도 가능하다.
복수의 나노와이어가 유체로부터 기판 상에 증착될 때, 나노와이어는 다양한 적절한 방식으로 유체에 존재할 수 있다. 예를 들어, 나노와이어는 유체에 현탁될(suspended) 수 있고/있거나 유체의 다른 성분과 함께(예를 들어, 그 안의 임의의 물, 유기 용매 및/또는 계면활성제와 함께) 콜로이드를 형성할 수 있다. 유체 내 나노와이어의 농도는 일반적으로 원하는 대로 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 유체는 420 nm에서의 흡광도가 0.45 이상, 0.46 이상, 0.47 이상, 0.48 이상, 0.49 이상, 0.5 이상, 0.51 이상, 0.52 이상, 0.53 이상, 0.54 이상인 농도에서의 나노와이어를 포함한다. 일부 실시예에서, 유체는 나노와이어가 420 nm에서의 흡광도가 0.55 이하, 0.54 이하, 0.53 이하, 0.52 이하, 0.51 이하, 0.5 이하, 0.49 이하, 0.48 이하, 0.47 이하, 0.46 이하인 농도에서의 나노와이어를 포함한다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 0.45 이상 0.55 이하). 다른 범위도 가능하다. 유체에서 나노와이어의 흡광도는 분광광도계를 사용하여 결정할 수 있다.
기판 상에 유체를 증착시키기 전에, 유체는 나노와이어가 내부에 분산되는 균일성을 향상시키고/시키거나 그 안의 나노와이어의 임의의 덩어리 및/또는 집합체를 분해하기 위해 하나 이상의 프로세스를 거칠 수 있다. 이것은 예를 들어, 유체를 초음파 처리하여 수행할 수 있다. 유체는 다양한 적절한 시간 동안 초음파 처리될 수 있다. 일부 실시예에서, 나노와이어를 포함하는 유체는 1.5분 이상, 1.75분 이상, 2분 이상, 2.25분 이상, 2.5분 이상, 2.75분 이상, 3분 이상, 3.5분 이상, 4분 이상, 또는 4.5분 이상 동안 초음파 처리(sonicate)된다. 일부 실시예에서, 나노와이어를 포함하는 유체는 5분 이하, 4.5분 이하, 4분 이하, 3.5분 이하, 3분 이하, 2.75분 이하, 2.5분 이하, 2.25분 이하, 2분 이하, 또는 1.75분 이하 동안 초음파 처리된다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 1.5분 이상 5분 이하). 다른 범위도 가능하다.
나노와이어를 포함하는 유체는 다양한 적절한 초기 부피를 갖는 일정량의 유체로부터 나노와이어를 침착시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 유체의 양은 0.05 마이크로리터 이상, 0.075 마이크로리터 이상, 0.1 마이크로리터 이상, 0.125 마이크로리터 이상, 0.15 마이크로리터 이상, 0.175 마이크로리터 이상, 0.2 마이크로리터 이상, 0.225 마이크로리터 이상, 0.25 마이크로리터 이상, 0.275 마이크로리터 이상, 0.3 마이크로리터 이상, 0.35 마이크로리터 이상, 0.4 마이크로리터 이상, 0.5 마이크로리터 이상, 0.6 마이크로리터 이상, 또는 0.8 마이크로리터 이상의 초기 볼륨을 갖는다. 일부 실시예에서, 유체의 양은 1 마이크로리터 이하, 0.8 마이크로리터 이하, 0.6 마이크로리터 이하, 0.5 마이크로리터 이하, 0.4 마이크로리터, 0.35 마이크로리터 이하, 0.3 마이크로리터 이하, 0.275 마이크로리터 이하, 0.25 마이크로리터 이하, 0.225 마이크로리터 이하, 0.2 마이크로리터 이하, 0.175 마이크로리터 이하, 0.15 마이크로리터 이하, 0.125 마이크로리터 이하, 0.1 마이크로리터 이하, 또는 0.075 마이크로리터 이하의 초기 부피를 갖는다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 0.05 마이크로리터 이상 1 마이크로리터 이하, 0.1 마이크로리터 이상 1 마이크로리터 이하, 0.1 마이크로리터 이상 0.3 마이크로리터 이하, 또는 0.2 마이크로리터 이상 0.25 마이크로리터 이하). 다른 범위도 가능하다.
본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 방법은 기판 상에 배치된 일정량의 유체를 형성하기 위해 복수의 나노와이어를 포함하는 유체를 기판 위로 방출하는 것, 유체의 적어도 일부가 증발시키는 것, 증발된 유체의 적어도 일부를 보충하는 것을 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 유체량의 초기 부피는 그로부터 증발된 유체의 임의의 보충 이전의 유체량의 최대 부피이다. 다시 말해서, 이는 유체가 기판으로 배출되어 완전히 형성된 후에, 그 후 증발하기 전의 유체 양의 부피이다.
나노와이어를 포함하는 유체가 표면에서 증발하도록 허용되면, 다양한 적절한 시간에 걸쳐 증발할 수 있다. 일부 실시예에서, 나노와이어를 포함하는 유체는 0.05초 이상, 0.075초 이상, 0.1초 이상, 0.125초, 0.15초 이상, 0.175초 이상, 0.2초 이상, 0.225초 이상, 0.25초 이상, 0.275초 이상 , 0.3초 이상, 0.325초 이상, 0.35초 이상, 0.375초 이상, 0.4초 이상, 0.45초 이상, 0.5초 이상, 0.55초 이상, 0.6초 이상, 0.8초 이상, 1초 이상, 1.5초 이상, 2초 이상, 2.5초 이상, 3초 이상 또는 4초 이상의 기간 동안 표면에서 증발하도록 허용된다. 일부 실시예에서, 나노와이어를 포함하는 유체는 5초 이하, 4초 이하, 3초 이하, 2.5초 이하, 2초 이하, 1.5초 이하, 1초 이하, 0.8초 이하, 0.6초 이하, 0.55초 이하, 0.5초 이하, 0.45초 이하, 0.4초 이하, 0.375초 이하, 0.35초 이하, 0.325초 이하, 이하 0.3초 이하, 0.275초 이하, 0.25초 이하, 0.225초 이하, 0.2초 이하, 0.175초 이하, 0.15초 이하, 0.125초 이하, 0.1초 이하, 0.075초 이하의 기간 동안 표면에서 증발하도록 허용된다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 0.05초 이상 5초 이하, 0.1초 이상 0.5초 이하, 또는 0.2초 이상 0.3초 이하). 다른 범위도 가능하다.
기판으로부터 증발할 때, 복수의 나노와이어를 포함하는 유체의 접촉각은 다양한 적절한 값을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 유체는 20° 이상, 25° 이상, 30° 이상, 35° 이상, 40° 이상, 45° 이상, 50° 이상, 55° 이상, 60° 이상, 65° 이상, 70° 이상, 75° 이상, 80° 이상, 또는 85° 이상의 접촉각을 갖는다. 일부 실시예에서, 유체는 90° 이하, 85° 이하, 80° 이하, 75° 이하, 70° 이하, 65° 이하, 60° 이하, 55° 이하, 50° 이하, 45° 이하, 40° 이하, 이하 35° 이하, 30° 이하, 또는 25° 이하의 접촉각을 갖는다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 20° 이상 90° 이하). 다른 범위도 가능하다. 접촉각은 각도계를 사용하여 측정할 수 있다.
나노와이어를 포함하는 유체의 접촉각은 증발함에 따라 변할 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 나노와이어를 포함하는 유체는 증발 동안 상이한 시점에서 상기 범위 중 하나 이상에서 접촉각을 독립적으로 가질 수 있고/있거나 증발 동안 상이한 시점에서 2개 이상의 상이한 범위에서 접촉각을 가질 수 있음을 이해해야 한다. 예로서, 증발 유체는 위에 언급된 범위 중 하나 이상에서 초기 접촉각(예를 들어, 초기 체적에 대해 전술한 시점에서의 접촉각), 위에 언급된 범위 중 하나 이상에서의 증발 동안의 하나 이상의 시점에서의 접촉각, 위에 언급된 범위 중 하나 이상에서 보충 동안 하나 이상의 시점에서 접촉각, 및/또는 증발 동안 및 위에 언급된 범위 중 하나 이상에서 보충 동안의 평균 접촉각을 가질 수 있다.
본 명세서의 다른 곳에서 또한 기술된 바와 같이, 나노와이어를 포함하는 유체는 노즐로부터 기판 상에 침착될 수 있다. 노즐은 유체의 증발 및/또는 보충 동안 기판으로부터 다양한 적절한 거리에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 노즐은기판으로부터 0.01mm 이상, 0.015mm 이상, 0.02mm 이상, 0.025mm 이상, 0.03mm 이상, 0.035mm 이상, 0.04mm 이상, 0.045mm 이상, 0.0475mm 이상, 0.05mm 이상, 0.0525mm 이상, 0.055mm 이상, 0.0575mm 이상, 0.06mm 이상, 0.0625mm 이상, 0.065mm 이상, 0.07mm 이상, 이상 0.08mm 이상, 0.09mm 이상, 0.1mm 이상, 0.125mm 이상, 0.15mm 이상, 0.175mm 이상, 0.2 mm 이상, 또는 0.25 mm 이상의 거리에 위치된다. 일부 실시예에서, 노즐은 기판으로부터 0.3mm 이하, 0.25mm 이하, 0.2mm 이하, 0.175mm 이하, 0.15mm 이하, 0.125mm 이하, 0.1mm 이하, 0.09mm 이하, 0.08mm 이하, 0.07mm 이하, 0.065mm 이하, 0.0625mm 이하, 0.06mm 이하, 0.0575mm 이하, 0.055mm 이하, 0.0525mm 이하, 0.05mm 이하, 이하 0.0475mm 이하, 0.045mm 이하, 0.04mm 이하, 0.035mm 이하, 0.03mm 이하, 0.025mm 이하, 0.02mm, 또는 0.015mm 이하의 거리에 위치된다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 0.01mm 이상 0.3mm 이하, 0.01mm 이상 0.2mm 이하, 0.03mm 이상 0.1mm 이하, 또는 0.05mm 이상 0.06mm 이하). 다른 범위도 가능하다.
유체가 기판 상에 증착될 때, 기판은 다양한 적절한 온도에서 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 기판은 유체의 증발을 용이하게 하는 온도에서 유지된다(예를 들어, 기판이 가열될 수 있음). 기판의 온도는 55°C 이상, 56°C 이상, 57°C 이상, 58°C 이상, 59°C 이상, 60°C 이상, 61°C 이상, 62°C 이상, 63°C 이상, 64°C 이상, 65 °C 이상, 66 °C 이상, 67 °C 이상, 68 °C 이상, 69 °C 이상 C, 70°C 이상, 71°C 이상, 72°C 이상, 73°C 이상, 74°C 이상, 75 °C 이상, 76 °C 이상, 77 °C 이상, 78 °C 이상, 또는 79 °C 이상일 수 있다. 기판의 온도는 80°C 이하, 79℃ 이하, 78°C 이하, 77°C 이하, 76°C 이하, 75 °C 이하, 74 °C 이하, 73 °C 이하, 72 °C 이하, 71 °C 이하, 70 °C 이하, 69 °C 이하, 68 °C 이하, 67 °C 이하, 66 °C 이하, 65 °C 이하 , 64 °C 이하, 63 °C 이하, 62 °C 이하, 61 °C 이하, 60 °C 이하, 이하 59 °C, 58 °C 이하, 57 °C 이하, 또는 56 °C 이하일 수 있다. 위에서 언급한 범위의 조합도 가능하다(예: 55°C 이상 80°C 이하, 60°C 이상 70°C 이하, 또는 64 °C 이상 66 °C 이하). 다른 범위도 가능하다. 기판의 온도는 유체가 증착되는 기판의 표면에 위치한 열전쌍에 의해 결정될 수 있다.
본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 일부 실시예에서, 전극과 그 안의 나노와이어 사이의 저항성 접촉의 형성을 돕기 위해 제조되는 센서가 제조 동안 가열된다. 이 프로세스에 대한 자세한 내용은 아래에 설명되어 있다.
일부 실시예는 제조되는 센서를 380°C 이상, 382.5°C 이상, 385°C 이상, 387.5°C 이상, 390 °C 이상, 392.5 °C 이상, 395 °C 이상, 397.5 °C 이상, 400 °C 이상, 또는 402.5 °C 이상의 온도에 노출하는 것을 포함한다. 일부 실시예는 제조되는 센서를 405°C 이하, 402.5°C 이하, 400°C 이하, 397.5°C 이하, 397.5°C 이하, 395 °C 이하, 392.5 °C 이하, 390 °C 이하, 387.5 °C 이하, 385 °C 이하, 또는 이하 382.5 °C 이하의 온도에 노출하는 것을 포함한다. 위에서 언급한 범위의 조합도 가능하다(예: 380°C 이상 400°C 이하, 또는 395°C 이상 405°C 이하). 다른 범위도 가능하다. 센서는 예를 들어 노, 급속 열 어닐러 및/또는 오븐에 의해 위에서 언급된 범위 중 하나 이상의 온도에 노출될 수 있다.
제조되는 센서는 다양한 적절한 시간에 상승된 온도에 노출될 수 있다. 일부 실시예에서, 센서는 1분 이상, 1.2분 이상, 1.4분 이상, 1.6분 이상, 1.7분 이상, 1.8분 이상, 1.9분 이상, 2분 이상, 2.1분 이상, 2.2분 이상, 2.3분 이상, 2.4분 이상, 2.6분 이상, 2.8분 이상, 3분 이상, 3.25분 이상, 3.5분 이상, 3.75분 이상, 4분 이상, 4.5분 이상, 5분 이상, 6분 이상 또는 8분 이상의 기간 동안 위에 언급된 범위 중 하나 이상의 온도에 노출된다. 일부 실시예에서, 센서는 10분 이하, 8분 이하, 6분 이하, 5분 이하, 4.5분 이하, 4분 이하, 3.75분 이하, 3.5분 이하, 3.25분 이하, 3분 이하, 2.8분 이하, 2.6분 이하, 2.4분 이하, 2.3분 이하, 2.2분 이하, 2.2분 이하 2.1분 이하, 2분 이하, 1.9분 이하, 1.8분 이하, 1.7분 이하, 1.6분 이하, 1.4 분 이하, 또는 1.2분 이하의 기간 동안 위에 언급된 범위 중 하나 이상의 온도에 노출된다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 1분 이상 10분 이하, 또는 1.9분 이상 2.1분 이하). 다른 범위도 가능하다.
이전 단락의 값은 제조되는 센서가 이전 범위 중 하나 이상에서 단일 온도에 노출되는 시간을 의미할 수 있고/있거나 제조되는 센서가 위에서 언급된 범위 중 하나 이상의 온도에 노출되는 시간을 나타낼 수 있다(예: 센서가 380°C 이상 400°C 이하의 임의의 온도에 노출된 총 시간).
제조되는 센서가 상승된 온도에 노출될 때, 내부의 전극 재료와 내부의 나노와이어 사이의 옴 접촉 형성을 돕는 주변 환경에도 노출될 수 있다. 예를 들어, 센서는 상승된 온도와 형성 가스에 동시에 노출될 수 있다. 형성 가스는 수소와 질소의 혼합물을 포함하고/하거나 이로 구성될 수 있다. 수소는 혼합물의 1wt% 이상, 2wt% 이상, 3wt% 이상, 4wt% 이상, 5wt% 이상, 6 wt% 이상, 7 wt% 이상, 8 wt% 이상, 또는 9 wt% 이상을 구성할 수 있다. 수소는 혼합물의 10wt% 이하, 9wt% 이하, 8wt% 이하, 7wt% 이하, 6wt% 이하, 5 wt% 이하, 4 wt% 이하, 3 wt% 이하, 또는 2 wt% 이하를 구성할 수 있다. 위에 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다(예를 들어, 1wt% 이상 10wt% 수소 이하). 다른 범위도 가능하다.
저항성 접촉의 존재 여부는 온/오프 비율에 대해 상술한 IV 곡선 생성 기법에 따라 IV 곡선을 생성하여 판단할 수 있다. IV 곡선이 선형 및/또는 실질적으로 선형이면 저항성 접촉이 형성된 것으로 간주된다.
일부 실시예에서, 전체적으로 센서는 특히 바람직한 방식으로 하나 이상의 관심 분석물을 감지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서는 재현, 예측 및/또는 관찰 가능한 방식으로 상대적으로 낮은 수준의 분석물에 반응할 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 내 분석물의 농도는 전극 쌍을 전기적으로 통신 연결되게 배치하는 나노와이어의 등가 표면 전위 변화의 크기에 의해 결정될 수 있다. 나노와이어의 등가 표면 전위의 변화는 전극 쌍에 걸친 전류의 변화를 측정한 다음 측정된 전류 변화를 나노와이어의 트랜스컨덕턴스로 나눔으로써 결정될 수 있다. 전극 쌍에 걸친 전류의 변화는 알려진 인가 전압에서 피코 전류계를 사용하여 측정될 수 있다. 나노와이어의 트랜스컨덕턴스는 (1) 전극 쌍에 걸쳐 0.1V 전위를 동시에 인가하고 -0.5V와 0.5V 사이에서 워터 게이트 전극에 인가된 전위를 변화시키는 것; 및 (2) 워터 게이트 전극에 인가된 전위의 함수로서 전극 쌍에 걸쳐 측정된 전류를 플로팅하는 것; 및 (3) 이 플롯에서 최대 기울기를 나노와이어의 트랜스컨덕턴스로 식별하는 것에 의해 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 센서는 절대값이 0.005V 이상, 0.006V 이상, 0.007V 이상, 또는 0.008 V 이상, 0.009 V 이상, 0.01 V 이상, 0.015 V 이상, 0.02 V 이상, 0.025 V 이상, 0.03V 이상, 0.04V 이상, 0.05V 이상, 0.06V 이상, 또는 0.08V 이상인 분석물에 노출 시 등가 표면 전위의 변화를 나타낸다. 일부 실시예에서, 센서는 절대값이 0.1V 이하, 0.08V 이하, 0.06V 이하, 0.05V 이하, 0.04V 이하, 0.03V 이하, 0.025V 이하, 0.02V 이하, 이하 0.015V 이하, 0.01V 이하, 0.009V 이하, 0.008V 이하, 0.007V 이하 또는 0.006V 이하인 분석물에 노출 시 등가 표면 전위의 변화를 나타낸다. 위에 언급된 범위의 조합도 가능하다(예: 0.005V 이상 0.1V 이하). 위의 범위는 등가 표면 전위의 양의 변화 또는 등가 표면 전위의 음의 변화를 나타낼 수 있다는 점을 이해해야 한다. 따라서, 적절한 범위의 추가 예는, 예를 들어 -0.005V 이상 0.005V 이하, -0.01V 이상 0.01V 이하, 또는 -0.1V 이상 0.1V 이하를 포함한다. 다른 범위도 가능하다.
본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 본 명세서에 기재된 센서는 다양한 유체에서 다양한 분석물을 감지하는 데 적합할 수 있다. 일부 실시예에서, 유체는 체액이고/거나 체액을 포함한다. 예를 들어, 유체는 다른 유체(예를 들어, 바이러스 수송 배지, 완충 염 용액)에 재현탁된 체액(예를 들어, 고체 체액, 점성 체액)을 포함할 수 있다. 센서는 인간의 인간 체액 및/또는 인간이 아닌 동물 체액에서 분석물을 감지하는 데 적합할 수 있다. 적합한 체액의 비제한적 유형에는 혈액 유형(예: 정맥 전혈, 모세관 전혈), 혈액 성분(예: 혈장, 혈청), 소변, 타액, 눈물, 뇌척수액, 비강 분비물 및/또는 비인두 분비물이 포함된다. 체액은 예를 들어 핑거 스틱으로 획득될 수 있다. 면봉을 사용하여 채집함으로써 체액을 획득하는 것도 가능하다.
일부 실시예에서, 본원에 기재된 센서는 정전기 상호작용을 통해 유체 내의 분석물을 감지할 수 있다. 예를 들어, 하전된 분석물은 나노와이어 및/또는 그 위에 배치된 차단층에 대해 정전기적 인력을 경험할 수 있다. 이러한 정전기적 인력으로 인해 나노와이어 및/또는 차단층에 증착될 수 있다. 일부 실시예에서, 분석물은 하전된 생물학적 중합체 및/또는 하전된 생물학적 소분자와 같은 하전된 분자이다. 적합한 분석물(예: 하전된 분석물)의 비제한적 예에는 단백질(예: GFAP, UCH-L1, S100β, ICH, NFL-1), 펩티드, 핵산(예: DNA, RNA, PNA), 지질, 탄수화물, 소분자 및 전술한 것의 유도체가 포함된다.
본 명세서에 기술된 센서는 환자로부터 얻은 유체에서 하나 이상의 분석물의 존재 또는 부재에 기초하여 환자의 하나 이상의 특성을 검출하는 데 적합할 수 있다. 일부 방법은 이러한 목적을 위해 여기에 설명된 센서를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법은 센서를 유체에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 그런 다음 센서는 하나 이상의 특성(예: 등가 표면 전위)에서 감지 가능한 변화를 겪을 수 있으며, 이는 유체의 하나 이상의 특성(예: 그 안의 분석물의 농도 및/또는 존재)을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 센서는 유체의 하나 이상의 특성을 나타내는 신호를 출력할 수 있다(예를 들어, 이는 유체 내의 단백질과 같은 분석물의 농도 및/또는 존재를 나타내는 등가 표면 전위의 검출 가능한 변화를 출력할 수 있다).
감지될 수 있는 환자의 특성의 한 예는 환자가 외상성 뇌 손상(traumatic brain injury, TBI)을 경험했는지 여부이다. 특정 이론에 얽매이지 않고, TBI는 외부 기계적 힘으로부터 뇌에 대한 비퇴행성, 비선천적 인설트(insult)이며, 이는 인지, 신체 및/또는 또는 심리 사회적 기능에 대한 영구적 또는 일시적 장애로 이어질 가능성이 있다. 또한 TBI는 의식의 감소 또는 변경 상태를 유발할 수 있다고 여겨진다. TBI와 같은 폐쇄성 뇌 손상은 뇌 조직 및/또는 혈관의 멍 및/또는 찢어짐을 초래하는 두개골 내부 뇌의 전진, 후진 및/또는 회전 운동의 급격한 가속 또는 감속으로 인해 발생할 수 있다. 폐쇄성 뇌 손상의 가장 흔한 원인은 자동차 사고, 낙상 및 스포츠 관련 부상인 것으로 여겨진다. 또한 뇌 손상은 자신 또는 다른 사람에 의해 가해질 수 있다고 여겨진다(예: 흔들린 아기 증후군의 경우). 외상성 뇌 손상의 조기 진단은 손상의 결과로 두개내(intracranial) 출혈이 발생하지 않았다는 조기 검증을 용이하게 하는 것으로 여겨진다. 머리에 심각한 외상을 경험한 환자는 뇌 내부 또는 뇌 주변에서 출혈의 위험이 있을 수 있다(예: 두개내 출혈( IH)). 예를 들어, 이것은 사고, 폭행 또는 낙상 후 응급실(ED)에 내원하는 환자에게 우려되는 것일 수 있다.
본원에 기술된 센서가 환자가 TBI를 갖고 있는지 여부를 감지하기 위해 사용될 때, 이들은 환자로부터의 체액(예를 들어, 환자의 혈청에서)에서 TBI에 대한 하나 이상의 바이오마커를 감지하도록 구성될 수 있다. 특정 이론에 얽매이지 않고, 이들은 GFAP, UCH-L1, S100β, ICH 및 NFL-1을 포함하는 것으로 여겨진다.
실시예 1
이 실시예는 전극 쌍에 배치된 전기 절연층을 형성하기 위한 예시적인 프로세스을 설명한다. 유사한 프로세스가 포토레지스트로부터의 다른 층들(예를 들어, 패시브 층, 하나 이상의 구성요소를 적절하게 위치시키기 위해 하나의 제조 단계 동안 형성되지만 후속 제조 단계 동안 센서로부터 제거되는 층)을 형성하도록 사용될 수 있다.
먼저, 포토레지스트 증착을 위해 기판 및 그 위에 배치된 구성요소가 준비된다. 이는 기판 및 그 위에 배치된 구성요소를 용매로 헹군 다음 기판을 건조함으로써 달성된다. 다음으로, 기판 및 그 위에 배치된 구성요소를 가열하여 잔류 워터를 제거한다.
세정 후, 포토레지스트는 기판 및 그 위에 배치되고 패터닝을 위해 준비된 구성요소에 적용된다. SU-8 TF 6000.5(네거티브 포토레지스트)는 직경의 약 50%를 덮도록 기판에 도포된 후, 기판을 회전시켜 표면 전체에 포토레지스트를 뿌린다. 다음으로, 기판 및 그 위에 배치된 구성요소를 소프트 베이크한 후 냉각시킨다.
그런 다음, 포토레지스트의 일부가 포토리소그래피 프로세스에 의해 패터닝된다. 첫째, 유지하고자 하는 부분이 포토레지스트가 화학 반응을 일으키게 하는 파장의 빛에 노출된다. 노출 후, 기판 및 그 위에 배치된 구성요소가 베이크된다. 이 시간 동안, 빛에 노출된 포토레지스트 부분의 패턴 이미지가 보일 수 있다. 그 다음, 기판 및 그 위에 배치된 구성요소를 핫 플레이트에서 제거하고 냉각시킨다.
패터닝 후, 그렇게 패터닝된 포토레지스트의 부분이 기판에서 제거된다. 기판 및 그 위에 배치된 구성요소를 SU-8 현상액에 담그고 그 동안 부드러운 교반을 적용한다(예: 오비탈 셰이커 사용). 그런 다음 웨이퍼와 그 위에 배치된 구성요소를 SU-8 현상액에서 제거하고, 신선한 SU-8 현상액으로 분무 및 세척한다. 이 단계 후, 기판 및 그 위에 배치된 구성요소는 용매로 린스된 후 건조된다.
다음으로, 패터닝 프로세스에서 빛에 노출되었지만 후속 현상 프로세스에서는 제거되지 않은 포토레지스트 잔류물을 산소 플라즈마 에칭 프로세스를 통해 제거한다. 웨이퍼 및 그 위에 배치된 구성요소는 산소 플라즈마에 노출된다.
마지막으로, 기판 및 그 위에 배치된 구성요소(빛에 노출되지 않고 여전히 기판 상에 위치하는 포토레지스트 포함)가 하드 베이크된다. 포토레지스트의 박리가 관찰되면 하드 베이크 시간을 위 또는 아래로 조정할 수 있다.
실시예 2
본 실시예는 전극 쌍 상에 와이어 본딩 조성물을 배치하기 위한 예시적인 프로세스을 설명한다. 포토리소그래피의 도움으로 다른 구성요소(예를 들어, 전극, 패시베이팅 층)를 형성하기 위해 유사한 프로세스가 또한 사용될 수 있음을 주목한다.
먼저, 포토레지스트가 기판 및 그 위에 배치되고 패터닝을 위해 준비된 구성요소에 적용된다. AZ-5214E-IR(포지티브 포토레지스트)은 직경의 약 50%를 덮도록 기판에 도포된 후, 기판을 회전시켜 표면 전체에 포토레지스트를 뿌린다. 다음으로, 기판 및 그 위에 배치된 부품을 소프트 베이크한 후 냉각시킨다.
그런 다음 포토레지스트의 일부가 포토리소그래피 프로세스에 의해 패터닝된다. 먼저, 제거하고자 하는 부분이 포토레지스트가 화학 반응을 일으키게 하는 파장의 빛에 노출된다.
패터닝 후, 그렇게 패터닝된 포토레지스트의 부분이 기판에서 제거된다. 기판 및 그 위에 배치된 구성요소는 AZ 400K 현상액과 탈이온수의 혼합물에 침지된다. 침지 시간은 빛에 노출된 포토레지스트를 제거할 수 있도록 선택되어야 한다. 이 단계 후에, 기판 및 그 위에 배치된 구성요소는 탈이온수로 린스된 다음 건조된다. 마지막으로, 기판 및 그 위에 배치된 구성요소가 건조된다.
다음으로, 포토레지스트의 제거에 의해 노출된 전극 부분은 와이어 본딩 조성물의 증착을 위해 준비된다. 패시베이션 층은 기판 및 그 위에 배치된 구성요소를 불화수소산 대 불화암모늄의 비율이 6:1인 용액에 10 내지 20초 동안 침지함으로써 전극 표면에서 제거된다. 용액으로부터 기판 및 그 위에 배치된 구성요소를 제거한 후, 기판 및 그 위에 배치된 구성요소를 탈이온수로 헹구고, 건조시킨 다음, 가열하여 임의의 잔류 워터를 제거한다. 그 다음, 기판 및 그 위에 배치된 구성요소는 진공 챔버로 이송된다.
일단 진공 챔버에 들어가면, 와이어 본딩 조성물이 노출된 전극 표면에 증착된다. 전자빔 진공 증착을 수행하여 10 nm ± 1 nm 두께의 티타늄층과 250 nm ± 25 nm 두께의 금층을 먼저 증착한다. 전극에 직접 배치되지 않은 티타늄 및 금 층 부분은 기판과 그 위에 배치된 구성요소를 1~3시간 동안 아세톤 배스에 담근 후 아세톤으로 헹구어 제거된다.
실시예 3
이 예는 나노와이어에 의한 전기 통신에서 전극 쌍을 포함하는, 센서의 사용을 설명한다.
실리콘 나노와이어를 포함하는, 센서(센서 A)와 (3-아미노프로필)트리에톡시실란-작용기화된 표면을 포함하는 실리콘 나노와이어를 포함하는, 센서(센서 B)의 두 센서가 형성되었다. 각각은 전극 쌍에 걸친 전류가 측정되는 동안 일련의 감소하는 pH 값에 노출되었다. 도 20-21은 이 실험의 결과를 보여준다. 두 그림에서. 나노와이어를 통한 전류가 측정되었을 때(도 20에 도시된 바와 같이) 센서 B가 센서 A와 비교하여 pH 변화에 대한 증가된 감도를 나타내었지만, 두 센서는 pH에 따른 등가 표면 전위에서 유사한 변화를 나타내었다(도 21 참조). 센서 B는 표면에 -OH 및 -NH2 그룹이 모두 존재하기 때문에, 넓은 범위의 pH 값에 걸쳐 pH 변화에 선형 반응을 나타내는 것으로 여겨지며, 둘 모두는 pH가 변화됨에 따라 양자화(protonation) 및 탈양자화 반을을 격을 수 있다. 센서 A는 순수한 산화실리콘과 유사한 pH 변화에 대한 반응을 나타낸 것으로 여겨진다.
2개의 추가 센서가 형성되었다: 하나는 나노와이어의 항-S100β 항체-기능화된 표면을 갖는 나노와이어를 포함하고(센서 C), 다른 하나는 나노와이어의 항-DDK 항체-기능화된 표면을 갖는 나노와이어를 포함한다(센서 D). 센서 C와 D는 수정되지 않은 플라즈마에 먼저 노출된 다음 2.5ng/mL 수준에서 S100β가 스파이크된 플라즈마에 노출되었다. 도 22는, 두 센서에 대한 시간의 함수로서 등가 표면 전위를 도시한다(센서는 260초의 시점에서 S100β-스파이크 플라즈마에 노출되었다). 도 22에서 알 수 있는 바와 같이, 센서 C 및 D는 모두 스파이크 플라즈마에 노출 시 등가 표면 전위의 증가를 나타내었다. 센서 C의 등가 표면 전위는 그 후 비교적 일정하게 유지된 반면, 센서 D의 표면 전위는 계속 증가했다. 센서 C의 등가 표면 전위의 초기 증가는 노출된 유체의 조성 변화로 인한 것이며 이후 등가 표면 전위의 변화 부족은 특이적 결합의 부족을 나타내는 것으로 여겨진다. 센서 D에 대한 시간에 따른 등가 표면 전위의 증가는 S100β가 그 안의 나노와이어에 지속적으로 특이적인 결합(specific binding)을 하고 있음을 나타내며, 등가 표면 전위의 변화율은 나노와이어에 대한 S100β의 결합 상수 센서 D가 노출된 유체의 S100β 농도에 직접적으로 의존하는 것으로 여겨진다.
실시예 4
이 실시예는 기능화된 나노와이어에 의해 전기적으로 통신 연결된 전극 쌍을 포함하는, 센서를 설명한다.
두 가지 유형의 센서가 형성되었다: 항-SARS-CoV-2 스파이크 단백질 항체로 기능화된 표면을 포함하는 실리콘 나노와이어를 포함하는 제1 유형의 센서(센서 유형 E) 및 대조 항체로 기능화된 표면을 포함하는 실리콘 나노와이어를 포함하는 제2 센서(센서 유형 F). 각 유형의 센서는 다양한 농도 수준에서 SARS-CoV-2 스파이크 단백질을 포함하는 인간 타액에 노출되었다. 도 23은 시간의 함수로서 이러한 센서의 등가 표면 전위를 보여준다. 도 23에 도시된 측정이 수행되는 시간 척도 동안, 이러한 등가 표면 전위의 시간에 따른 변화는 SARS-CoV-2 스파이크 단백질이 실리콘 나노와이어에 결합하는 초기 속도에 비례하는 것으로 여겨진다. 도 23으로부터, 센서 유형 E에 대해 센서가 노출된 유체에서 SARS-CoV-2 스파이크 단백질의 농도에 따라 시간에 따른 등가 표면 전위의 변화가 변경되는 것이 명백하며, 이는 실리콘 나노와이어에 대한 SARS-CoV-2 스파이크 단백질은 센서가 노출된 유체의 농도에 따라 달라졌다는 것을 나타낸다. 대조적으로, 센서 유형 F의 센서는 이들이 노출된 유체의 SARS-CoV-2 스파이크 단백질 농도와 상대적으로 독립적인 시간에 따른 등가 표면 전위의 변화를 나타내고, 이는 실리콘 나노와이어에 대한 SARS-CoV-2 스파이크 단백질의 결합이 거의 또는 전혀 없음을 나타낸다. 따라서, 항-SARS-CoV-2 스파이크 단백질 항체로 기능화된 표면을 포함하는, 센서는 유체에서 이러한 항체의 존재를 검출하고/하거나 그 내에서의 이들의 농도를 결정하기 위해 사용될 수 있다고 여겨진다.
본 발명의 몇몇 실시예가 여기에서 설명되고 예시되었지만, 당업자는 기능 수행하고/하거나 본 명세서에 기술된 이점 중 하나 이상 및/또는 결과의 획득을 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 용이하게 구상할 것이며, 그러한 변형 및/또는 수정 각각은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주된다. 보다 일반적으로 당업자는, 여기에 설명된 모든 매개변수, 치수, 재료 및 구성이 예시적임을 의미하고 실제 매개변수, 치수, 재료 및/또는 구성이 특정 응용 프로그램 또는 본 발명의 암시가 사용된 응용 프로그램에 의존한다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 당업자는 본 명세서에 기술된 본 발명의 특정 실시예에 대한 많은 등가물을 일상적인 실험을 통해서만 인식하거나 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 실시예는 단지 예로서 제시되고 첨부된 청구범위 및 이에 대한 균등물의 범위 내에서 본 발명은 구체적으로 설명되고 청구된 것과 다르게 실시될 수 있음을 이해해야 한다. 본 발명은 본 명세서에 기재된 각각의 개별 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법에 관한 것이다. 또한, 그러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법이 상호 일관성이 없는 경우 두 개 이상의 그러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법의 조합이 본 발명의 범위에 포함된다.
여기에서 정의되고 사용되는 모든 정의는 사전 정의, 참조로 통합된 문서의 정의 및/또는 정의된 용어의 일반적인 의미를 제어하는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 및 특허청구범위에서 사용된 부정관사 일("a" 및 "an")은 명백하게 반대로 표시되지 않는 한 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 "및/또는"이라는 문구는 그렇게 결합된 요소, 즉 일부 경우에는 결합적으로 존재하고 다른 경우에는 분리되어 존재하는 요소의 "어느 하나 또는 둘 모두"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"으로 나열된 여러 요소는 동일한 방식으로 해석되어야 한다(즉, 요소 중 "하나 이상"이 그렇게 결합되어 있음). 구체적으로 식별된 그러한 요소가 관련되던 관련되지 않던, "및/또는" 절에 의해 구체적으로 식별된 요소 이외의 다른 요소가 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적인 예로서, "포함하는"과 같은 개방형 언어와 함께 사용될 때 "A 및/또는 B"에 대한 언급은 일 실시예에서, A만(선택적으로 B 이외의 요소를 포함함); 다른 실시예에서, B에만(선택적으로 A 이외의 요소를 포함함); 또 다른 실시예에서, A 및 B 모두에(선택적으로 다른 요소를 포함함); 등을 나타낼 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 "또는"은 위에서 정의된 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 목록에서 항목을 분리할 때 "또는" 또는 "및/또는"은 포괄적인 것으로 해석되어야 하는데, 즉 다수의 요소 또는 목록 중 (그리고 선택적으로 추가 목록에 없는 항목 중) 적어도 하나를 포함하나, 하나 초과도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "~ 중 하나만" 또는 "~ 중 정확히 하나" 또는 청구범위에서 사용되는 경우 "~로 구성된"과 같이 명확히 대조되는 의미를 나타내는 용어만이 다수의 요소 또는 목록 중 정확히 하나의 요소를 포함하는 것을 나타낼 것이다. 일반적으로, 여기에서 사용된 용어 "또는"은 "둘 중 하나", "~ 중 하나", "중 단 하나" 또는 "~ 중 정확히 하나"와 같은 독점성 용어가 앞에 오는 경우에만 배타적 대안(즉, "하나 또는 다른 하나, 둘 다는 아님")을 나타내는 것으로 해석되어야 한다. 청구범위에서 사용될 때 "본질적으로 구성되는"은 특허법 분야에서 사용되는 일반적인 의미를 갖는다.
명세서 및 청구범위에서 본 명세서에 사용된 바와 같이, 하나 이상의 요소의 목록과 관련하여 "적어도 하나"라는 문구는 요소 목록 내의 임의의 하나 이상의 요소로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하지만 요소 목록 내에 구체적으로 나열된 각각의 및 모든 요소 중 적어도 하나를 반드시 포함해야 하는 것은 아니며 요소 목록의 임의의 요소 조합을 제외하는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다. 이러한 정의는 또한 "적어도 하나"라는 문구가 언급하는 요소 목록 내에서, 그러한 구체적으로 식별된 요소와 관련이 있든 없든, 구체적으로 식별된 요소 이외의 요소가 선택적으로 존재할 수 있음을 허용한다. 따라서, 비제한적인 예로서 "A 및 B 중 적어도 하나"(또는 동등하게 "A 또는 B 중 적어도 하나" 또는 동등하게 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는, 한 실시예에서, B가 존재하지 않고 (선택적으로 B 이외의 요소를 포함함) 하나 이상의 A를 선택적으로 포함하여 적어도 하나의 A; 또 다른 실시예에서, A가 존재하지 않고(선택적으로 A 이외의 요소를 포함함) 하나 초과의 B를 선택적으로 포함하여 적어도 하나의 B; 또 다른 실시예에서, 하나 초과의 A를 선택적으로 포함하여 적어도 하나의 A 및 선택적으로 하나 초과의 B를 포함하여 (및 선택적으로 다른 요소들을 포함함) 적어도 하나의 B; 등을 나타낼 수 있다.
또한 명백히 반대되는 사항이 표시되지 않는 한, 하나 이상의 단계 또는 행위를 포함하는 본 명세서에 청구된 임의의 방법에서, 방법의 단계 또는 행위의 순서는 방법의 단계 또는 행위가 인용된 순서로 반드시 제한되지는 않는다.
청구범위 및 위의 명세서에서 "포함하는", "구비하는", "운반하는", "갖는", "함유하는", "관련된", "보유하는", "구성된"과 같은 모든 이행 문구, 등은 개방형, 즉 포함하지만 이에 제한되지 않는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 미국 특허청 특허 심사 절차 매뉴얼, 섹션 2111.03에 명시된 바와 같이 "~로 구성되는" 및 "본질적으로 구성되는"이라는 이행 문구만이 폐쇄형 또는 반 폐쇄형 이행 문구이다.
Claims (177)
- 센서로서,
중심점을 중심으로 원형 구조를 형성하도록 배열된 복수의 나노와이어 - 상기 복수의 나노와이어는 적어도 30개의 나노와이어를 포함함 - 와,
상기 복수의 나노와이어 상에 배치된 복수의 전극을 포함하는,
센서. - 센서로서,
중심점을 중심으로 방사상 대칭을 갖도록 배열된 복수의 전극 쌍을 포함하며,
상기 복수의 전극 쌍은 적어도 10개의 전극 쌍을 포함하는,
센서. - 제1항 또는 제2항 있어서,
나노와이어가 적어도 하나의 전극 쌍을 서로 전기적으로 통신 연결 되도록 배치하는,
센서. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 10개 이상 40개 이하의 전극 쌍을 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어가 길이를 갖고/갖거나 상기 복수의 나노와이어가 5 미크론 이상 50 미크론 이하의 평균 길이를 갖는,
센서. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어가 길이를 갖고/갖거나 상기 복수의 나노와이어가 10 미크론 이상 25 미크론 이하의 평균 길이를 갖는,
센서. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 및/또는 복수의 나노와이어가 단결정 실리콘을 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 표면이 하전되고/되거나 상기 복수의 나노와이어가 하전된 표면을 갖는 나노와이어를 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어가 그 표면 상에 위치된 히드록실 작용기를 포함하고/하거나 상기 복수의 나노와이어가 그 표면 상에 위치된 히드록실 작용기를 포함하는 나노와이어를 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어가 그 표면 상에 위치된 아미노 작용기를 포함하고/하거나 상기 복수의 나노와이어가 그 표면 상에 위치된 아미노 작용기를 포함하는 나노와이어를 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어가 그 표면 상에 위치된 알데하이드 작용기를 포함하고/하거나 상기 복수의 나노와이어가 그 표면 상에 위치된 알데하이드 작용기를 포함하는 나노와이어를 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 및/또는 복수의 나노와이어는 바인딩 개체(bining entity)를 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 및/또는 복수의 나노와이어가 뇌 손상에 대한 바이오마커에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 및/또는 복수의 나노와이어가 GFAP에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 및/또는 복수의 나노와이어가 S100β에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 및/또는 복수의 나노와이어가 UCH-L1에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 및/또는 복수의 나노와이어가 NFL-1에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 및/또는 복수의 나노와이어가 D-이량체(D-dimer)에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서 시스템. - 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 및/또는 복수의 나노와이어가 소분자 바이오마커(small-molecule biomarker)대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 및/또는 복수의 나노와이어가 지질(lipid)에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 및/또는 복수의 나노와이어가 바이러스 단백질에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이러스 단백질이 인간 바이러스 단백질, 비인간 동물 바이러스 단백질, 및/또는 식물 바이러스 단백질인,
센서. - 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이러스 단백질이 SARS-CoV-2 단백질, 인플루엔자 바이러스 단백질, 지카 바이러스 단백질, 파라인플루엔자 바이러스 단백질, HIV1 바이러스 단백질, 및/또는 HHV 바이러스 단백질인,
센서. - 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SARS-CoV-2 단백질이 스파이크 단백질, 뉴클레오캡시드 단백질 및/또는 외피 단백질인,
센서. - 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인플루엔자 바이러스 단백질이 혈구응집소 단백질, 뉴라미니다제 단백질 및/또는 기질 단백질인,
센서. - 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 기판을 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 실리콘을 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 실리콘 웨이퍼인,
센서. - 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 실리콘 산화물을 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 유리를 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 차단층을 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차단층은 상기 나노와이어 상에 배치되는,
센서. - 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차단층은 단백질을 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단백질이 카제인(casein)인,
센서. - 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차단층은 PEG의 유도체를 포함하는,
센서. - 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차단층은 액체와 접촉시 제거되는 안정제를 포함하는,
센서. - 방법으로서,
제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 따른 센서를 유체에 노출시키는 단계를 포함하는,
방법. - 제37항에 있어서,
상기 유체는 체액을 포함하는,
방법. - 제37항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 혈액인,
방법. - 제37항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 핑거 스틱을 통해 얻은 모세혈(capillary blood)인,
방법. - 제37항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 혈장인,
방법. - 제37항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 타액인,
방법. - 제37항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 눈물인,
방법. - 제37항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 소변인,
방법. - 제37항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 비강액 및/또는 비인두액인,
방법. - 제37항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 면봉을 사용하여 수집되는,
방법. - 제37항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 다른 유체에 재현탁된(resuspended) 고체 또는 점성 샘플을 포함하는,
방법. - 제37항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체는 단백질을 포함하는,
방법. - 제37항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서가 상기 유체 내의 단백질 농도를 나타내는 신호를 출력하도록 구성되는,
방법. - 유체 장치로서,
제1항 내지 제36항의 센서 중 어느 하나를 복수 개 포함하는,
유체 장치.
- 센서로서,
전극 쌍을 포함하되,
상기 전극 쌍은,
제1 전극과,
제2 전극을 포함하고,
상기 제1 전극은,
제1 부분과,
제2 부분과,
상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 연결하는 제3 부분을 포함하며,
상기 제2 전극은,
상기 제1 전극의 제1 부분에 실질적으로 평행한 제1 부분과,
상기 제1 전극의 제2 부분에 실질적으로 평행한 제2 부분과,
상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 연결하는 제3 부분을 포함하고,
상기 제2 전극의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 상기 제1 전극의 제1 부분과 제2 부분 사이에 위치하는,
센서. - 센서로서,
제1 전극과,
제2 전극과,
나노와이어를 포함하고,
상기 나노와이어는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 전기적으로 통신 연결하고,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 거리는 5 미크론 이상 15 미크론 이하이며,
상기 나노와이어의 길이 대 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 거리의 비는 1 이상 5 이하인,
센서. - 제51항 또는 제52항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극은 나노와이어에 의해 서로 전기적으로 통신 연결 되도록 배치되는,
센서. - 제51항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 10개 이상 40개 이하의 전극 쌍을 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어가 5 미크론 이상 50 미크론 이하의 길이를 갖는,
센서. - 제51항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어가 10 미크론 이상 25 미크론 이하의 길이를 갖는,
센서. - 제51항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 단결정 실리콘을 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 표면이 하전되는,
센서. - 제51항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 그 표면 상에 위치된 히드록실 작용기를 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 그 표면 상에 위치된 아미노 작용기를 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어가 그 표면 상에 위치된 알데하이드 작용기를 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 뇌 손상에 대한 바이오마커에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 GFAP에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 S100β에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 UCH-L1에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 NFL-1에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 및/또는 복수의 나노와이어는 D-이량체에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 소분자 바이오마커에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 지질에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제70항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 및/또는 복수의 나노와이어는 바이러스 단백질에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이러스 단백질이 인간 바이러스 단백질, 비인간 동물 바이러스 단백질 및/또는 식물 바이러스 단백질인,
센서. - 제51항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이러스 단백질이 SARS-CoV-2 단백질, 인플루엔자 바이러스 단백질, 지카 바이러스 단백질, 파라인플루엔자 바이러스 단백질, HIV1 바이러스 단백질, 및/또는 HHV 바이러스 단백질인,
센서. - 제51항 내지 제73항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SARS-CoV-2 단백질이 스파이크 단백질, 뉴클레오캡시드 단백질 및/또는 외피 단백질인,
센서. - 제51항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인플루엔자 바이러스 단백질이 헤마글루티닌 단백질, 뉴라미니다제 단백질 및/또는 기질 단백질인,
센서. - 제51항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 기판을 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 실리콘을 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판이 실리콘 웨이퍼인,
센서. - 제51항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 실리콘 산화물을 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제79항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 유리를 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제80항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 차단층을 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차단층이 상기 나노와이어 상에 배치되는,
센서. - 제51항 내지 제82항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차단층은 단백질을 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제83항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단백질이 카제인인,
센서. - 제51항 내지 제84항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차단층은 PEG의 유도체를 포함하는,
센서. - 제51항 내지 제85항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차단층은 액체와 접촉시 제거되는 안정제를 포함하는,
센서. - 방법으로서,
제51항 내지 제86항 중 어느 한 항의 센서를 유체에 노출시키는 단계를 포함하는,
방법. - 제87항에 있어서,
상기 유체는 체액을 포함하는,
방법. - 제87항 내지 제88항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 혈액인,
방법. - 제87항 내지 제89항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 핑거 스틱을 통해 얻은 모세혈(capillary blood)인,
방법. - 제87항 내지 제90항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 혈장인,
방법. - 제87항 내지 제91항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 타액인,
방법. - 제87항 내지 제91항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 눈물인,
방법. - 제87항 내지 제93항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 소변인,
방법. - 제87항 내지 제94항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 비강액 및/또는 비인두액인,
방법. - 제87항 내지 제95항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 면봉을 사용하여 수집되는,
방법. - 제87항 내지 제96항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액은 다른 유체에 재현탁된 고체 또는 점성 샘플을 포함하는,
방법. - 제87항 내지 제97항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체는 단백질을 포함하는,
방법. - 제87항 내지 제98항 중 어느 한 항에 따른 방법 또는 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 따른 센서로서,
상기 센서가 유체 내의 단백질 농도를 나타내는 신호를 출력하도록 구성되는,
방법 또는 센서. - 유체 장치로서,
제51항 내지 제88항의 센서 중 어느 하나를 복수 개 포함하는,
유체 장치. - 센서로서,
복수의 전극 쌍, 및
복수의 나노와이어,
상기 전극 쌍의 10% 이상에 대해, 상기 전극 쌍을 구성하는 2개의 전극은 정확히 하나의 나노와이어에 의해 전기적으로 통신 연결되는,
센서. - 기판 상에 복수의 나노와이어를 증착하는 방법으로서,
노즐로부터 상기 기판 상으로 상기 복수의 나노와이어를 포함하는 유체를 배출하는 단계와,
상기 유체의 적어도 일부가 증발하도록 하는 단계와,
상기 노즐로부터 추가량의 유체를 배출함으로써 상기 증발된 유체의 적어도 일부를 보충하는 단계와,
상기 복수의 나노와이어를 포함하는 유체를 0.2초 이상의 기간 동안 상기 기판과 접촉하도록 유지하는 단계를 포함하고,
상기 유체는 상기 유지, 보충 및 증발 단계 동안 상기 기판 및 상기 노즐 모두와 접촉하는,
방법. - 제101항 내지 제102항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 10개이상 40개이하의 전극쌍을 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제103항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어가 5 미크론 이상 50 미크론 이하의 길이를 갖는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제104항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어가 10 미크론 이상 25 미크론 이하의 길이를 갖는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제105항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어가 단결정 실리콘을 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제106항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 표면이 하전되는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제107항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 그 표면 상에 위치된 히드록실 작용기를 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제108항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 그 표면 상에 위치된 아미노 작용기를 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제109항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 그 표면 상에 위치된 알데하이드 작용기를 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제110항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 바인딩 개체를 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제111항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 뇌 손상에 대한 바이오마커에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제112항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 GFAP에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제113항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 S100β에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제114항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 UCH-L1에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제115항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 NFL-1에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제116항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 및/또는 복수의 나노와이어는 D-이량체에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제117항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 소분자 바이오마커에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제118항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어는 지질에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제119항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 및/또는 복수의 나노와이어는 바이러스 단백질에 대한 바인딩 개체를 포함하는,
센서. - 제101항 내지 제120항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이러스 단백질이 인간 바이러스 단백질, 비인간 동물 바이러스 단백질, 및/또는 식물 바이러스 단백질인,
센서. - 제101항 내지 제121항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이러스 단백질이 SARS-CoV-2 단백질, 인플루엔자 바이러스 단백질, 지카 바이러스 단백질, 파라인플루엔자 바이러스 단백질, HIV1 바이러스 단백질, 및/또는 HHV 바이러스 단백질인,
센서. - 제101항 내지 제122항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SARS-CoV-2 단백질이 스파이크 단백질, 뉴클레오캡시드 단백질, 및/또는 외피 단백질인,
센서. - 제101항 내지 제123항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인플루엔자 바이러스 단백질이 혈구응집소 단백질, 뉴라미니다제 단백질 및/또는 기질 단백질인,
센서. - 제101항 내지 제124항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 기판을 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제125항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 실리콘을 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제126항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판이 실리콘 웨이퍼인,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제127항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 실리콘 산화물을 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제128항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 유리를 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제129항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 차단층을 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제130항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차단층이 상기 나노와이어 상에 배치되는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제131항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차단층이 단백질을 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제132항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단백질이 카세인인,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제133항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차단층은 PEG의 유도체를 포함하는,
센서 또는 방법. - 제101항 내지 제134항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차단층은 액체와 접촉시 제거되는 안정제를 포함하는,
센서 또는 방법. - 방법으로서,
제101항 내지 제135항 중 어느 한 항의 센서를 유체에 노출시키는 단계를 포함하는,
방법. - 제136항에 있어서,
상기 유체는 체액을 포함하는,
방법. - 제136항 내지 제137항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 혈액인,
방법. - 제136항 내지 제138항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 핑거 스틱을 통해 획득된 모세혈인,
방법. - 제136항 내지 제139항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 혈장인,
방법. - 제136항 내지 제140항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 타액인,
방법. - 제136항 내지 제141항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 눈물인,
방법. - 제136항 내지 제142항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 소변인,
방법. - 제136항 내지 제143항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 비강액 및/또는 비인두액인,
방법. - 제136항 내지 제144항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액이 면봉을 사용하여 수집되는,
방법. - 제136항 내지 제145항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체액은 다른 유체에 재현탁된 고체 또는 점성 샘플을 포함하는,
방법. - 제136항 내지 제146항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체는 단백질을 포함하는,
방법. - 제136항 내지 제147항 중 어느 한 항에 따른 방법 또는 제101항 내지 제135항 중 어느 한 항에 따른 방법 또는 센서로서,
상기 센서가 유체 중 단백질의 농도를 나타내는 신호를 출력하도록 구성되는,
방법 또는 센서. - 제101항 내지 제148항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증발 단계 및 상기 보충 단계가 동시에 수행되는,
방법. - 제101항 내지 제149항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증발 단계 및 상기 유지 단계가 동시에 수행되는,
방법. - 제101항 내지 제150항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판이 상기 증발 단계 동안 가열되는,
방법. - 제101항 내지 제151항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판의 온도가 상기 증발 단계 동안 55℃ 이상 80℃ 이하인,
방법. - 제101항 내지 제152항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체가 0.1 마이크로리터 이상 1 마이크로리터 이하의 부피를 갖는,
방법. - 제101항 내지 제153항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증발 단계 동안 상기 유체와 상기 기판 사이의 접촉각이 20° 이상 90° 이하인,
방법. - 제101항 내지 제154항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증발 단계 동안 상기 노즐과 상기 기판 사이의 거리는 0.01mm 이상 0.2mm 이하인,
방법. - 제101항 내지 제155항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증발 단계 동안 상기 노즐과 상기 기판 사이의 거리는 0.03mm 이상 0.1mm 이하인,
방법. - 제101항 내지 제156항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체는 120℃ 미만의 끓는점을 갖는 유기 용매를 포함하는,
방법. - 제101항 내지 제157항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체는 알코올을 포함하는,
방법. - 제101항 내지 제158항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체는 에탄올을 포함하는,
방법. - 제101항 내지 제159항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체는 메탄올을 포함하는,
방법. - 제101항 내지 제160항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체는 이소프로판올을 포함하는,
방법. - 제101항 내지 제161항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체는 헥산을 포함하는,
방법. - 제101항 내지 제162항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노와이어 상에 포토레지스트를 증착하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제101항 내지 제163항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 포토레지스트는 SU8을 포함하는,
방법. - 제101항 내지 제164항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 포토레지스트가 폴리이미드를 포함하고/하거나 폴리이미드 기반 포토레지스트인,
방법. - 제101항 내지 제165항 중 어느 한 항에 있어서,
전극을 형성하기 위해 상기 나노와이어 상에 금속을 증착하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제101항 내지 제166항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속이 니켈인,
방법. - 제101항 내지 제167항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 및 상기 나노와이어를 가열하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제101항 내지 제168항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 및 상기 나노와이어를 가열하는 것은 그 사이에 저항성 접촉을 형성하게 하는,
방법. - 제101항 내지 제169항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 상에 포토레지스트를 증착하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제101항 내지 제170항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 포토레지스트는 SU8을 포함하는,
방법. - 제101항 내지 제171항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 포토레지스트는 폴리이미드를 포함하고/하거나 폴리이미드 기반 포토레지스트인,
방법. - 제101항 내지 제172항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 외부의 환경과 전기적으로 통신 연결하도록 구성된 전극을 형성하기 위해 상기 금속 상에 제2 금속을 증착하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제101항 내지 제135항의 센서 중 어느 하나를 복수 개 포함하는,
유체 장치. - 제1항 내지 제174항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 중심점으로부터 등거리에 있는 복수의 전극 쌍을 포함하는,
센서, 방법 또는 유체 장치. - 제1항 내지 제176항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 상이한 케미스트리로 기능화된 나노와이어의 2개 이상의 그룹을 포함하는,
센서, 방법 또는 유체 장치. - 제1항 내지 제176항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 2개 이상의 전극 그룹을 포함하고, 이들 각각은 상이한 케미스트리로 기능화된 나노와이어 그룹 상에 배치되는,
센서, 방법 또는 유체 장치.
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