KR20240060791A - 전기화학적 셀 장치 및 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
전기화학적 셀 및 그 생산 방법이 제공된다. 특히, 다중-전극 웰을 포함하는 다중-웰 검정 플레이트가 제공된다. 다중-전극 웰은 서로 전기 절연된 다수의 전극을 포함하고, 이는 여러 웰들의 여러 전극들을 임의의 적절한 조합으로 주소지정할 수 있게 한다.
Description
관련 출원
본 출원은 2021년 8월 13일자로 출원된 발명의 명칭이 "전기화학적 셀 기기 및 제조 방법"인 미국 임시 출원 제63/233,167호의 우선권을 주장하며, 이는 그 전체 내용이 본원에 원용되어 포함된다.
기술분야
본원의 실시형태들은 화학적, 생화학적, 및 생물학적 검정(assay) 및 분석 수행에 전기화학적 셀을 사용하는 시스템, 기기, 및 방법과, 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
검정은 표적 개체(target entity)(예를 들어, 분석물)의 존재, 양, 또는 기능적 활성을 정성적으로 평가하거나 정량적으로 측정하기 위한 화학, 진단 의학, 약리학, 환경 생물학, 분자 생물학 등에 있어서의 조사(분석) 절차이다. 검정 시스템은 표적 개체를 정성적 및 정량적으로 평가하는 데 전기화학적 특성과 절차를 사용할 수 있다. 예를 들어, 검정 시스템은 표적 개체가 포함된 샘플 영역에서 전기화학적 프로세스로 인해 발생하는 전위, 전류, 및/또는 휘도를 측정하고 그 측정된 데이터에 대해 다양한 분석 절차(예를 들어, 전위차법, 전기량법, 전압전류법, 광학 분석 등)을 수행함으로써 표적 개체를 평가할 수 있다.
전기화학적 특성 및 절차를 활용하는 검정 시스템에는 전기화학적 프로세스를 시작 및 제어하고 결과 데이터를 측정하기 위한 하나 이상의 전극(예를 들어, 작업 전극, 상대 전극, 및 기준 전극)이 있는 샘플 영역(예를 들어, 다중-웰 플레이트들의 웰, 웰들 등)이 포함될 수 있다. 검정 시스템은 전극의 디자인 및 구성 여하에 따라 기준 시스템과 비기준 시스템으로 분류될 수 있다. 예를 들어, 작업 전극은 관심 대상 반응이 일어나는, 검정 시스템의 전극이다. 작업 전극은 상대 전극과 함께 사용되어 샘플 영역에 전위차, 전류 흐름, 및/또는 전기장을 확립한다. 전위차는 작업 전극과 상대 전극에서의 계면 전위들 사이에서 분할될 수 있다. 비기준 시스템에 있어서, 작업 전극에 인가되는 계면 전위(전극에서 반응을 구동하는 힘)는 제어되지 않거나 알려지지 않는다. 기준 시스템에 있어서, 샘플 영역에는 작업 전극과 상대 전극에서 분리된 기준 전극이 포함된다. 기준 전극은 샘플 영역에서 일어나는 반응 중에 기준이 될 수 있는 알려진 전위(예를 들어, 환원 전위)를 갖는다.
이러한 검정 시스템의 한 예는 전기화학발광(ECL: electrochemiluminescence) 면역학적 검정(immunoassay)이다. ECL 면역학적 검정에는 전기화학적으로 자극을 받을 때 광을 방출하도록 디자인된 ECL 라벨을 사용하는 프로세스가 포함된다. 검사 중인 물질이 들어 있는 샘플 영역에 있는 전극에 전압을 가하면 광이 발생한다. 전압은 주기적인 산화 및 환원 반응을 촉발시켜서 광의 생성과 방출을 일으킨다. ECL에 있어서, ECL을 담당하는 전기화학 반응은 작업 전극과 상대 전극 사이에 전위차가 인가됨으로써 구동된다.
현재, 기준 검정 시스템과 비기준 검정 시스템은 모두 표적 개체의 측정 및 분석에 단점이 있다. 비기준 검정 시스템의 경우, 계면 전위의 알려지지 않은 특성으로 인해 전기화학적 프로세스에서 제어 부족이 발생하며, 이는 검정 시스템 디자인에 의해 추가로 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, ECL 면역학적 검정의 경우, 작업 전극에 인가되는 계면 전위는 (작업 및/또는 상대) 전극 면적, 용액의 조성, 및 전극의 표면 처리(예를 들어, 플라즈마 처리)에 의해 영향을 받을 수 있다. 이러한 제어 부족은 예전에는 ECL 생성 시작 전부터 ECL 생성 종료 후까지 전위차를 늘리는 방식을 선택함으로써 해결되었다. 기준 시스템의 경우, 전위가 알려져 있고 제어 가능하지만, 기준 전극을 추가하면 검정 시스템의 비용, 복잡성, 크기 등이 증가한다. 또한, 기준 전극 추가는 추가 전극을 수용해야 하는 필요성으로 인해 샘플 영역에 작업 전극 및/또는 상대 전극을 디자인하고 배치하는 데 제한을 가할 수 있다. 또한, 기준 검정 시스템과 비기준 검정 시스템은 모두 시스템을 작동하는 데 필요한 전압 신호로 인해 판독 시간이 느릴 수 있다. 기준 시스템은 상대 전극과 기준 전극을 모두 조립해야 하기 때문에 비용이 더 높아질 수 있다.
기존 시스템의 또 다른 어려움에는 전극 주소지정능력(addressability)과 관련된 유연성 부족이 포함된다. 현재 시스템에는 전극들 및 전극 구역들을 개별적으로 그리고 서로 독립적으로 주소지정하는 능력이 부족하다. 이러한 부족한 점으로 인해 검정 및 실험 설계에 있어 작업자의 능력이 제한된다.
이러한 단점과 기타 단점은 기존 검정 시스템, 기기, 및 기구에 존재하고 있다. 따라서, 기준 전극을 구비함으로써 도입되는 비용, 복잡성, 및 크기를 줄이면서 기준 시스템의 제어 가능한 잠재력을 제공하는 시스템, 기기, 및 방법이 필요하다. 또한, 전극 주소지정능력에 있어 더 큰 유연성을 제공하는 시스템, 기기, 및 방법이 필요하다. 이러한 단점은 본원에 설명된 실시형태들에 의해 해결된다.
본 개시내용의 실시형태들은 보조 전극 디자인을 포함하여 전기화학적 셀을 위한 시스템, 기기, 및 방법과, 전기화학적 셀을 포함하는 전기화학적 분석 장치 및 기기를 포함한다.
본 개시내용의 실시형태들은 전기화학적 분석을 수행하기 위한 전기화학적 셀을 포함하는 바, 이 전기화학적 셀은, 셀의 표면 상에 배치되며 패턴을 획정하는 복수의 작업 전극 구역; 및 표면 상에 배치된 적어도 하나의 보조 전극을 포함하며, 복수의 작업 전극 구역 각각은 서로 전기 절연되고 보조 전극으로부터 전기 절연된다.
일 실시형태는 다중-웰 검정 플레이트를 포함하는 바, 이 다중-웰 검정 플레이트는, 웰 패턴으로 배열된 다중-웰 검정 플레이트의 웰들을 획정하는 상부 플레이트 개구를 갖는 상부 플레이트 - 각 웰은 하나의 웰 영역에 의해 획정됨 -; 상부 플레이트에 정합되는 상부면 및 바닥면을 갖는 기판을 포함하는 기부 플레이트; 및 복수의 웰 전극 구조체를 포함하고, 복수의 웰 전극 구조체 각각은, 상부면에 패턴화되며 보조 전극 및 복수의 작업 전극을 갖는 전극 그룹 - 복수의 작업 전극은 보조 전극 및 복수의 작업 전극 중 나머지 작업 전극으로부터 전기 절연됨 -; 및 전극 그룹에 대응하는 바닥면에 패턴화되며 복수의 전극 접점을 포함하는 전극 접점 그룹 - 복수의 전극 접점은 대응하는 작업 전극에 전기적으로 연결되는 복수의 작업 전극 접점과, 보조 전극에 전기적으로 연결되는 보조 전극 접점을 포함함 ― 을 포함한다.
또 다른 실시형태는 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법을 포함하는 바, 다중-웰 검정 플레이트는 웰 패턴으로 배열된 복수의 웰; 각각이 복수의 웰의 하나의 웰에 대응하는 복수의 웰 전극 구조체를 포함하고, 복수의 웰 전극 구조체 각각은, 웰의 바닥에 패턴화되며 보조 전극 및 복수의 작업 전극을 갖는 전극 그룹을 포함하며, 복수의 작업 전극은 보조 전극 및 복수의 작업 전극 중 나머지 작업 전극으로부터 전기 절연되고; 이 방법은 선택된 웰 전극 구조체와 연관된 선택된 보조 전극과 선택된 작업 전극 사이에 전압 전위를 생성하는 단계; 선택된 웰 전극 구조체의 미통전(unenergized) 작업 전극들의 실질적인 전기 절연을 유지하는 단계; 및 전압 전위에 대한 응답을 측정하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시형태는 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법을 포함하는 바, 이 방법은 기판에 복수의 구멍을 형성하는 단계; 기판의 제1 측에 제1 전도성 재료 층을 도포하는 단계 - 제1 전도성 층은 복수의 구멍을 채워 복수의 비아를 형성함 -; 기판의 제1 측에 제2 전도성 재료 층을 도포하는 단계 - 제2 전도성 층은 제1 전도성 층 위에 덮어 씌워져서 복수의 전극 접점을 형성함 -; 기판의 제2 측에 제3 전도성 재료 층을 도포하는 단계 - 제3 전도성 층은 복수의 전기 트레이스를 형성하고, 복수의 전기 트레이스는 복수의 비아를 복수의 보조 전극 및 복수의 작업 전극에 연결함 -; 기판의 제2 측에 제4 전도성 재료 층을 도포하는 단계 - 제4 전도성 층은 복수의 보조 전극을 형성함 -; 기판의 제2 측 상의 제3 전도성 층 위에 제5 전도성 재료 층을 도포하는 단계; 기판의 제2 측에 제6 전도성 재료 층을 도포하는 단계 - 제6 전도성 층은 복수의 작업 전극을 형성함 -; 기판의 제2 측에 절연 재료 층을 도포하는 단계 - 절연 층은 복수의 보조 전극 및 복수의 작업 전극을 노출시키며, 기판의 제2 측의 나머지 부분을 절연함 -; 및 웰 패턴으로 배열된 다중-웰 검정 플레이트의 웰들을 획정하는 상부 플레이트 개구들을 갖는 상부 플레이트에 기판을 부착하는 단계 - 각 웰은 하나의 웰 영역에 의해 획정됨 - 를 포함한다.
본 개시내용의 또 다른 실시형태는 전기화학적 분석을 수행하기 위한 전기화학적 셀을 포함하는 바, 이 전기화학적 셀은, 셀의 표면 상에 배치되며 패턴을 획정하는 복수의 작업 전극 구역; 및 표면 상에 배치된 적어도 하나의 보조 전극을 포함하며, 복수의 작업 전극 구역 각각은 서로 전기 절연되고 보조 전극으로부터 전기 절연된다.
또 다른 실시형태는 다중-웰 검정 플레이트와 검정 기구 사이에 인터페이스를 제공하도록 구성된 전기 커넥터를 포함하는 바, 이 전기 커넥터는 다중-웰 검정 플레이트의 바닥면에 작업 전극 접점들의 패턴에 따라 배열된 제1 복수의 전극 커넥터; 다중-웰 검정 플레이트의 바닥면에 보조 전극 접점들의 패턴에 따라 배열된 제2 복수의 전극 커넥터; 및 제1 복수의 전극 커넥터 및 제2 복수의 전극 커넥터를 검정 기구에 연결하도록 구성된 복수의 회로를 포함한다.
또 다른 실시형태는 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법을 포함하는 바, 다중-웰 검정 플레이트는 웰 패턴으로 배열된 복수의 웰; 각각이 복수의 웰 중 하나의 웰에 대응하는, 복수의 웰 전극 구조체를 포함하고; 복수의 웰 전극 구조체 각각은 다중-웰 검정 플레이트의 바닥에 배향 중립적 패턴으로 패턴화된 전극 접점 그룹으로서, 보조 전극과 전기적으로 통하는 보조 전극 접점과, 복수의 작업 전극과 전기적으로 통하는 복수의 작업 전극 접점을 갖는, 전극 접점 그룹을 포함하며; 이 방법은 전압 전위를 생성하도록 구성된 기구에 다중-웰 검정 플레이트를 장입하는 단계, 선택된 웰 전극 구조체와 연관된 선택된 보조 전극과 선택된 작업 전극 사이에 전압 전위를 생성하는 단계; 및 전압 전위에 대한 응답을 측정하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시형태는 다중-웰 검정 플레이트를 포함하는 바, 이 다중-웰 검정 플레이트는, 웰 패턴으로 배열된 다중-웰 검정 플레이트의 웰들을 획정하는 상부 플레이트 개구를 갖는 상부 플레이트 - 각 웰은 하나의 웰 영역에 의해 획정됨 -; 상부 플레이트에 정합되는 상부면 및 바닥면을 갖는 기판을 포함하는 기부 플레이트; 및 복수의 웰 전극 구조체를 포함하고, 복수의 웰 전극 구조체 각각은, 상부면에 패턴화된 전극 그룹; 및 전극 그룹에 대응하는 배향 중립적 패턴으로 바닥면에 패턴화되며 복수의 전극 접점을 포함하는 전극 접점 그룹을 포함하고, 복수의 전극 접점은 대응하는 작업 전극에 전기적으로 연결되는 복수의 작업 전극 접점과, 보조 전극에 전기적으로 연결되는 보조 전극 접점을 포함한다.
본 발명의 전술한 특징들 및 기타 특징들과 이점들은 첨부 도면에 예시된 바와 같은 본 발명의 실시형태들에 대한 하기 설명으로부터 명백해질 것이다. 본원에 포함되고 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 본원에 설명된 다양한 실시형태들의 원리를 설명하는 역할과 관련 기술 분야의 숙련인이 본원에 설명된 다양한 실시형태들을 실시하고 사용할 수 있게 하는 역할도 추가로 한다. 도면은 반드시 실척으로 도시된 것은 아니다.
도 1a 내지 도 1c는 본원에 개시된 실시형태들에 따른 전기화학적 셀의 여러 도면을 예시한다.
도 2a는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 다수의 샘플 영역을 포함하는 다중-웰 플레이트의 평면도를 예시한다.
도 2b는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 다수의 샘플 영역을 포함하는 검정 기기에 사용하기 위한 다중-웰 플레이트를 예시한다.
도 2c는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 도 1c의 다중-웰 플레이트의 샘플 영역의 측면도를 예시한다.
도 3a 내지 도 3f, 도 4a 내지 도 4f, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 내지 도 6f, 도 7a 내지 도 7f, 및 도 8a 내지 도 8d는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 도 1a 내지 도 1c의 전기화학적 셀 또는 도 2a 내지 도 2c의 다중-웰 플레이트에 사용하기 위한 전극의 디자인의 여러 예를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 본원에 개시된 실시형태들에 따른 검정 장치의 예를 예시한다.
도 10a 및 도 10b는 실시형태들에 따른 보조 전극의 감쇠 시간을 예시한다.
도 11은 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 펄스 파형을 사용하여 전기화학적 분석 및 절차를 수행하는 프로세스를 예시한다.
도 12a 및 도 12b는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 펄스 파형의 예들을 예시한다.
도 13은 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 펄스 파형을 사용하여 ECL 분석 및 절차를 수행하는 프로세스를 예시한다.
도 14a 내지 도 14c, 도 15a 내지 도 15l, 도 16, 및 도 17은 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 펄스 파형을 사용하여 수행한 ECL 테스트 결과를 예시한다.
도 18은 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 펄스 파형을 사용하여 ECL 분석을 수행하는 프로세스를 예시한다.
도 19는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 펄스 파형을 사용하여 ECL 분석을 수행하는 프로세스를 예시한다.
도 20은 본원에 개시된 실시형태들에 따른 웰 제조 프로세스를 예시한다.
도 21a 내지 도 21f 및 도 22a는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 웰 제조 프로세스의 예시적인 단계들을 예시한다.
도 22b는 본 개시내용에 따른 웰의 실시형태들을 예시한다.
도 23a 내지 도 23d는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 테스트가 수행된 전극 구성의 여러 예를 예시한다.
도 24a 내지 도 24c, 25a 내지 도 25c, 도 26a 내지 도 26d, 도 27a 내지 도 27c, 및 도 28은 본원에 개시된 실시형태들에 따른 다양한 다중-웰 플레이트에서 수행된 테스트 결과를 예시한다.
도 29, 도 30, 도 31a, 도 31b, 도 32a, 도 32b, 도 33a, 도 33b, 도 34a, 도 34b, 도 35, 도 36a 내지 도 36d는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 플라즈마 처리된 전극 대 표준 전극의 코팅을 위한 파형을 최적화하기 위해 수행된 테스트를 예시한다.
도 37은 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 개별적으로 주소 지정 가능한 전극들을 갖는 전기화학적 셀을 예시한다.
도 38a 내지 도 38c는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 개별적으로 주소 지정 가능한 전극 전기화학적 셀들을 포함하는 웰들을 갖는 다중-웰 플레이트의 부분들을 예시한다.
도 39a 내지 도 39l은 본원에 개시된 실시형태들에 따른 개별적으로 주소 지정 가능한 전극 전기화학적 셀들의 구성의 양태들을 예시한다.
도 40a 내지 도 40n은 본원에 개시된 실시형태들에 따른 개별적으로 주소 지정 가능한 전극 전기화학적 셀을 다수 포함하는 기판의 구성의 양태들을 예시한다.
도 41a 내지 도 41m은 본원에 개시된 실시형태들에 따른 개별적으로 주소 지정 가능한 전극 전기화학적 셀을 다수 포함하는 기판의 다양한 도면을 예시한다.
도 42a 내지 도 42i는 본원에 개시된 실시형태들에 따른 배향 중립적 전극 접점 패턴의 특징들을 예시한다.
도 43a 내지 도 43d는 본원에 개시된 실시형태들에 따른 배향 중립적 전극 접점 패턴의 특징들을 예시한다.
도 44a 내지 도 44c는 본원에 개시된 실시형태들에 따른 전기 커넥터의 양태들을 예시한다.
도 45a 내지 도 45f는 본원에 개시된 실시형태들에 따른 전기 커넥터의 양태들을 예시한다.
도 46a 내지 도 46e는 본원의 실시형태들에 따른 가요성 커넥터의 특징들을 예시한다.
도 1a 내지 도 1c는 본원에 개시된 실시형태들에 따른 전기화학적 셀의 여러 도면을 예시한다.
도 2a는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 다수의 샘플 영역을 포함하는 다중-웰 플레이트의 평면도를 예시한다.
도 2b는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 다수의 샘플 영역을 포함하는 검정 기기에 사용하기 위한 다중-웰 플레이트를 예시한다.
도 2c는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 도 1c의 다중-웰 플레이트의 샘플 영역의 측면도를 예시한다.
도 3a 내지 도 3f, 도 4a 내지 도 4f, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 내지 도 6f, 도 7a 내지 도 7f, 및 도 8a 내지 도 8d는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 도 1a 내지 도 1c의 전기화학적 셀 또는 도 2a 내지 도 2c의 다중-웰 플레이트에 사용하기 위한 전극의 디자인의 여러 예를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 본원에 개시된 실시형태들에 따른 검정 장치의 예를 예시한다.
도 10a 및 도 10b는 실시형태들에 따른 보조 전극의 감쇠 시간을 예시한다.
도 11은 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 펄스 파형을 사용하여 전기화학적 분석 및 절차를 수행하는 프로세스를 예시한다.
도 12a 및 도 12b는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 펄스 파형의 예들을 예시한다.
도 13은 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 펄스 파형을 사용하여 ECL 분석 및 절차를 수행하는 프로세스를 예시한다.
도 14a 내지 도 14c, 도 15a 내지 도 15l, 도 16, 및 도 17은 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 펄스 파형을 사용하여 수행한 ECL 테스트 결과를 예시한다.
도 18은 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 펄스 파형을 사용하여 ECL 분석을 수행하는 프로세스를 예시한다.
도 19는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 펄스 파형을 사용하여 ECL 분석을 수행하는 프로세스를 예시한다.
도 20은 본원에 개시된 실시형태들에 따른 웰 제조 프로세스를 예시한다.
도 21a 내지 도 21f 및 도 22a는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 웰 제조 프로세스의 예시적인 단계들을 예시한다.
도 22b는 본 개시내용에 따른 웰의 실시형태들을 예시한다.
도 23a 내지 도 23d는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 테스트가 수행된 전극 구성의 여러 예를 예시한다.
도 24a 내지 도 24c, 25a 내지 도 25c, 도 26a 내지 도 26d, 도 27a 내지 도 27c, 및 도 28은 본원에 개시된 실시형태들에 따른 다양한 다중-웰 플레이트에서 수행된 테스트 결과를 예시한다.
도 29, 도 30, 도 31a, 도 31b, 도 32a, 도 32b, 도 33a, 도 33b, 도 34a, 도 34b, 도 35, 도 36a 내지 도 36d는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 플라즈마 처리된 전극 대 표준 전극의 코팅을 위한 파형을 최적화하기 위해 수행된 테스트를 예시한다.
도 37은 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 개별적으로 주소 지정 가능한 전극들을 갖는 전기화학적 셀을 예시한다.
도 38a 내지 도 38c는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 개별적으로 주소 지정 가능한 전극 전기화학적 셀들을 포함하는 웰들을 갖는 다중-웰 플레이트의 부분들을 예시한다.
도 39a 내지 도 39l은 본원에 개시된 실시형태들에 따른 개별적으로 주소 지정 가능한 전극 전기화학적 셀들의 구성의 양태들을 예시한다.
도 40a 내지 도 40n은 본원에 개시된 실시형태들에 따른 개별적으로 주소 지정 가능한 전극 전기화학적 셀을 다수 포함하는 기판의 구성의 양태들을 예시한다.
도 41a 내지 도 41m은 본원에 개시된 실시형태들에 따른 개별적으로 주소 지정 가능한 전극 전기화학적 셀을 다수 포함하는 기판의 다양한 도면을 예시한다.
도 42a 내지 도 42i는 본원에 개시된 실시형태들에 따른 배향 중립적 전극 접점 패턴의 특징들을 예시한다.
도 43a 내지 도 43d는 본원에 개시된 실시형태들에 따른 배향 중립적 전극 접점 패턴의 특징들을 예시한다.
도 44a 내지 도 44c는 본원에 개시된 실시형태들에 따른 전기 커넥터의 양태들을 예시한다.
도 45a 내지 도 45f는 본원에 개시된 실시형태들에 따른 전기 커넥터의 양태들을 예시한다.
도 46a 내지 도 46e는 본원의 실시형태들에 따른 가요성 커넥터의 특징들을 예시한다.
이제부터는 본 발명의 특정 실시형태들에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 다음의 상세한 설명은 본질적으로 예시일 뿐이고, 본 발명 또는 본 발명의 적용 및 용도를 제한하려는 것이 아니다. 또한, 선행 기술 분야, 배경, 간략한 요약, 또는 다음의 상세한 설명에 제시된 어떠한 명시적 또는 묵시적 이론에 구속하려는 의도가 없다.
본 개시내용의 실시형태들은 보조 전극 디자인을 포함하는 전기화학적 셀과, 이 전기화학적 셀들을 포함하는 전기화학적 분석 장치 및 기기에 관한 것이다. 실시형태들에서, 보조 전극은 안정적인 계면 전위를 제공하는 산화환원 쌍(예를 들어, Ag-AgCl)을 포함하도록 디자인된다. 전극의 특정 재료 및 조성이 본 개시내용 전반에 걸쳐 여러 곳에서 언급될 수 있지만, 본 개시내용은 그렇게 제한되지 않고, 임의의 적합한 전극 재료 또는 조성이 사용될 수 있다. 특정 실시형태들에서, 재료, 화합물 등이 도핑되어 산화환원 쌍을 생성할 수 있지만, 산화환원 쌍을 생성하는 다른 방식도 고려될 수 있다. 안정한 계면 전위를 한정하는 환원-산화 쌍이 있는 보조 전극은 그 보조 전극을 이중 기능 전극 역할을 할 수 있게 한다. 즉, 하나 이상의 보조 전극은 상대 전극과 기준 전극으로 동시에 작동한다. 보조 전극이 이중 기능 전극으로 작동하기 때문에, 전기화학적 셀에서 보조 전극이 차지하는 공간이 감소됨으로써 전기화학적 셀에 추가 구성 및 개수의 작업 전극 구역들이 포함될 수 있다.
실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극을 활용하는 것에 의해서도, 전기화학적 분석 프로세스, 예를 들어 ECL 프로세스 동안의 전기화학적 분석 장치 및 기기에 대한 판독 시간이 개선된다. 언급되지 않은 종래의 ECL 시스템에서는 보조 전극에서의 전위 가변성에 대한 허용 오차를 제공하기 위해 최대 ECL을 제공하는 전압을 통과하는 느린 전압 램프를 사용하는 것이 일반적이지만, 산화환원 쌍을 포함하는 보조 전극과 같은 본 발명의 보조 전극을 사용하게 되면, 이러한 전위에 대한 제어가 개선되고, 짧은 전압 펄스 또는 빠른 전압 램프와 같은 보다 효율적이고 보다 빠른 파형을 사용할 수 있게 된다.
도 1a는 본원의 일 실시형태에 따른 전기화학적 셀(100)의 예를 예시한다. 도 1a에 예시된 바와 같이, 전기화학적 셀(100)은 하나 이상의 화학 반응을 일으키는 데 전기 에너지가 활용되는 작업 공간(101)을 획정한다. 작업 공간(또는 샘플 영역)(101) 내에서, 전기화학적 셀(100)은 하나 이상의 보조 전극(102) 및 하나 이상의 작업 전극 구역(104)을 포함할 수 있다. 보조 전극(102) 및 작업 전극 구역(104)은 이온 매질(103)과 접촉할 수 있다. 전기화학적 셀(100)은 보조 전극(102) 및 작업 전극 구역(104)을 통해 전기 에너지를 도입함으로써 야기되는 환원-산화(산화환원) 반응을 통해 작동할 수 있다. 일부 실시형태에서, 이온 매질(103)은 물과 같은 전해질 용액, 또는 염과 같이 이온이 용해되는 기타 용매를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 이온 매질(103) 또는 작업 전극(102)의 표면은 산화환원 반응 동안 광자를 생성하고 방출하는 발광 종(luminescent species)을 포함할 수 있다. 전기화학적 셀(100)이 작동하는 동안, 보조 전극(102) 및 작업 전극 구역(104) 중 하나 이상에 외부 전압이 인가되어 이들 전극에서 산화환원 반응이 일어나도록 할 수 있다.
본원에 설명된 바와 같이, 사용 시 보조 전극은 그 전극에서 발생하는 산화환원 반응에 의해 한정될 수 있는 전극 전위를 갖게 될 것이다. 비제한적인 특정 실시형태들에 따르면, 전위는 (i) 전극의 표면에 한정된 환원-산화(산화환원) 쌍 또는 (ii) 용액 내의 환원-산화(산화환원) 쌍에 의해 한정될 수 있다. 본원에 설명된 바와 같이, 산화환원 쌍은 산화환원 반응을 통해 상호 전환되는 한 쌍의 원소, 화학 물질, 또는 화합물, 예를 들어, 전자 공여체인 하나의 원소, 화학 물질, 또는 화합물과, 전자 수용체인 하나의 원소, 화학 물질, 또는 화합물을 포함한다. 안정한 계면 전위를 한정하는 환원-산화 쌍이 있는 보조 전극은 이중 기능 전극 역할을 할 수 있다. 즉, 하나 이상의 보조 전극(102)은 작업 전극에서 전위를 한정하고 제어하는 기능(3-전극 시스템에서 기준 전극의 기능)을 제공하는 동시에 높은 전류 흐름(3-전극 시스템에서 상대 전극의 기능)을 제공함으로써 3-전극 전기화학적 시스템에서 상대 전극과 기준 전극 모두와 연관된 기능을 제공할 수 있다. 하나 이상의 보조 전극(102)은 이 하나 이상의 보조 전극(102)이 위치하는 전기화학적 셀(100)에서 발생하는 산화환원 반응 동안 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 중 하나 이상의 작업 전극 구역에 전위차를 제공함으로써 상대 전극으로 작동할 수 있다. 하나 이상의 보조 전극(102)의 화학 구조 및 조성에 기반하여, 하나 이상의 보조 전극(102)은 하나 이상의 작업 전극 구역(104)과의 전위차를 결정하기 위한 기준 전극으로도 작동할 수 있다.
실시형태들에서, 보조 전극(102)은 이 보조 전극(102)이 기준 전극으로 기능할 수 있게 하는 화학적 조성을 갖는, 원소들 및 합금들의 화학적 혼합물로 형성될 수 있다. 화학적 혼합물(예를 들어, 보조 전극의 화학적 조성 내의 원소들 및 합금들의 비율)은 화학적 혼합물의 환원 또는 산화 동안 안정한 계면 전위를 제공할 수 있어서, 전기화학적 셀(100)에서 일어나는 환원-산화 반응 전체에 걸쳐 정량화할 수 있는 양의 전하가 생성되도록 한다. 본원에 설명된 특정 반응은 환원 또는 산화 반응으로 지칭될 수 있지만, 본원에 설명된 전극은 인가되는 전압에 따라 환원 반응과 산화 반응을 모두 지원할 수 있다는 것이 이해된다. 환원 또는 산화 반응에 대한 구체적인 설명은 전극의 기능을 특정 유형의 반응으로 제한하지 않는다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)의 화학적 혼합물은 이 화학적 혼합물의 환원 동안 안정한 계면 전위를 제공하는 산화제를 포함할 수 있고, 화학적 혼합물 내의 산화제의 양은 전기화학적 반응 중에 발생하는 전기화학적 셀 내에서의 전체 환원-산화 반응을 제공하는 데 필요한 산화제의 양 이상이다. 실시형태들에서, 보조 전극(102)은, 전기화학적 셀(100)에서 발생하는 환원-산화 반응 전반에 걸쳐 정량화 가능한 양의 전하가 생성되도록, 화학적 혼합물의 환원 동안 계면 전위를 제공하는 화학적 혼합물로 형성된다. 보조 전극(102)의 화학적 혼합물은 전기화학적 셀(100)의 작동 동안, 예를 들어 ECL 생성 및 분석과 같은 생물학적, 화학적, 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석 동안 산화환원 반응을 지원하는 산화제를 포함한다.
일 실시형태에서, 하나 이상의 보조 전극(102)의 화학적 혼합물 내 산화제의 양은, 예를 들어 ECL 생성과 같은 하나 이상의 생물학적, 화학적, 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석 중에, 전기화학적 셀(100)에서 일어나는 전체 산화환원 반응에 필요한 산화제의 양 이상이다. 예를 들어, 하나 이상의 보조 전극(102) 내 충분한 양의 화학적 혼합물은 초기 생물학적, 화학적, 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석을 위해 산화환원 반응이 발생한 후에도 여전히 남아 있을 것이고, 따라서 후속한 생물학적, 화학적, 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석 전반에 걸쳐 하나 이상의 추가 산화환원 반응이 발생할 수 있게 한다.
일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)의 화학적 혼합물 내 산화제의 양은 하나 이상의 보조 전극(102)의 노출된 표면적에 대한 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 각각의 노출된 표면적(면적 표면적(areal surface area)이라고도 함)의 비율에 적어도 부분적으로 기초한다. 본원에 설명된 바와 같이, 하나 이상의 보조 전극(102)의 노출된 표면적(면적 표면적이라고도 함)은 이온 매질(103)에 노출되는, 하나 이상의 보조 전극(102)의 2차원(2D) 단면적을 지칭한다. 즉, 도 1b에 예시된 바와 같이, 보조 전극(102)은 전기화학적 셀(100)의 바닥면으로부터 Z 방향으로 연장되는 3차원 형태로 형성될 수 있다. 보조 전극(102)의 노출된 표면적은 X-Y 평면에서 취한 2D 단면적에 해당할 수 있다. 실시형태들에서, 2D 단면적은 보조 전극(102)의 임의의 지점에서, 예를 들어 바닥면(120)과의 경계면에서, 취해질 수 있다. 도 1b는 보조 전극(102)이 규칙적인 모양의 원통형인 것으로 예시하고 있지만, 보조 전극(102)은 규칙적이든 불규칙적이든 임의의 모양을 가질 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 작업 전극 구역(104)의 노출된 표면적은 이온 매질(103)에 노출된 하나 이상의 보조 전극 구역(104)의 2D 단면적을 지칭하는데, 이는 예를 들면 도 1b에 설명된 보조 전극(102)의 2D 단면적과 유사하다. 특정 실시형태들에서, 표면 표면적(노출된 표면적)은, z-차원에서의 임의의 높이 또는 깊이를 고려하면, 전극의 실제 표면을 포함하는 실제 표면적과 구별될 수 있다. 이러한 예를 사용하면 표면 표면적은 실제 표면적 이하이다.
실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)은 산화환원 쌍에 대한 표준 환원 전위이거나 혹은 그 근처인 계면 전위를 제공하는 산화환원 쌍을 포함하는 화학적 혼합물로 형성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)은 은(Ag)과 염화은(AgCl)의 혼합물 또는 다른 적합한 금속/금속 할로겐화물 쌍을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, Ag-AgCl의 혼합물로 형성된 하나 이상의 보조 전극(102)은 Ag-AgCl에 대한 표준 환원 전위인 약 0.22 V이거나 그 근처인 계면 전위를 제공할 수 있다. 화학적 혼합물의 다른 예는 다중 금속 산화 상태를 갖는 금속 산화물, 예를 들어 산화망간, 또는 기타 금속/금속 산화물 쌍, 예를 들어 은/산화은, 니켈/산화니켈, 아연/산화아연, 금/산화금, 구리/산화구리, 백금/산화백금 등을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 화학적 혼합물은 약 0.1 V 내지 약 3.0 V 범위의 계면 전위를 제공할 수 있다. 표 1은 하나 이상의 보조 전극(102)에 포함될 수 있는 화학적 혼합물에 대한 산화환원 쌍의 환원 전위의 예를 나열하는 것이다. 당업자는 환원 전위의 예가 대략적인 값이라는 것과 화학적 조성, 온도, 화학적 혼합물 내의 불순물, 또는 기타 조건에 따라 예를 들어 +/- 5.0%만큼 달라질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
[표 1]
실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극 내의 산화환원 쌍의 화학적 혼합물은 특정 범위 내에 속하는 산화환원 쌍의 몰비를 기반으로 할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 화학적 혼합물은 특정 범위 이내인, 예를 들어 약 1 이상인 AgCl에 대한 Ag의 몰비를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)은 산화환원 반응에 관여하는 하나 이상의 화학 잔기 모두가 산화되거나 환원될 때까지 제어된 계면 전위를 유지할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)은 약 1.56×10-5 내지 5.30×10-4 C/mm2인 전극 표면적 당 전하를 통과시키면서 -0.15 V 내지 -0.5 V의 계면 전위를 유지하는 산화환원 쌍을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)은 산화환원 쌍의 산화환원 반응 전체에 걸쳐 약 0.5 mA 내지 4.0 mA의 전류를 통과시켜서 약 1.4 V 내지 2.6 V의 범위에서 ECL이 생성되도록 하는 산화환원 쌍을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)은 산화환원 반응 전체에 걸쳐 약 2.39 mA의 평균 전류를 통과시켜서 약 1.4 V 내지 2.6 V의 범위에서 ECL이 생성되도록 하는 산화환원 쌍을 포함할 수 있다.
실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)은 산화환원 쌍 내 산화제의 양이 전기화학적 분석을 완료하기 위해 보조 전극을 통과하는 데 필요한 전하량보다 크거나 같을 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)은 약 3.07×10-7 내지 3.97×10-7 몰의 산화제를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)은 노출된 표면적 mm2 당 약 1.80×10-7 내지 2.32×10-7 몰(1.16×10-4 내지 1.5×10-4 몰/in2)의 산화제를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)은 하나 이상의 작업 전극 구역(104)의 총(또는 총계) 노출 표면적 mm2 당 적어도 약 3.7×10-9 몰(2.39×10-6 몰/in2)의 산화제를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극은 하나 이상의 작업 전극 구역(104)의 총(또는 총계) 노출 표면적 mm2 당 적어도 약 5.7×10-9 몰(3.69×10-6 몰/in2)의 산화제를 포함할 수 있다.
실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)은 산화환원 쌍을 포함할 수 있는데, 이 경우, 전압 또는 전위가 인가될 때의 산화환원 쌍의 종의 반응은 하나 이상의 보조 전극(102)에서 발생하는 우세한 산화환원 반응이다. 일부 실시형태들에서, 인가된 전위는 물을 환원하거나 물의 전기분해를 수행하는 데 필요한 한정된 전위보다 낮다. 일부 실시형태들에서, 전류의 1% 미만이 물의 환원에 관련된다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)의 단위 면적(노출된 표면적)당 1 미만의 전류가 물의 환원에 관련된다.
실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)(및 하나 이상의 작업 전극 구역(104))은 임의의 유형의 제조 프로세스, 예를 들어, 인쇄, 증착, 리소그래피, 에칭 등을 사용하여 형성될 수 있다. 실시형태들에서, 금속/금속 할로겐화물의 화학적 혼합물의 형태는 제조 프로세스에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 보조 전극(102)(및 하나 이상의 작업 전극 구역(104))이 인쇄되는 경우, 화학적 혼합물은 잉크 또는 페이스트의 형태일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 추가 물질이 하나 이상의 보조 전극(102) 및/또는 하나 이상의 작업 전극 구역(104)에 도핑 프로세스를 활용하여 추가될 수 있다.
작업 전극 구역(104)은 관심 대상 반응이 일어날 수 있는 전극 상의 위치일 수 있다. 관심 대상 반응은 화학적, 생물학적, 생화학적, 전기적 성질(또는 이러한 유형의 반응들 중 둘 이상의 조합)일 수 있다. 본원에 설명된 바와 같이, 전극(보조 전극 및/또는 작업 전극)은 반응이 일어날 수 있는 연속/인접 영역일 수 있고, 전극 "구역"은 특별한 관심 대상 반응이 발생하는 전극의 일부(또는 전체)일 수 있다. 특정 실시형태들에서, 작업 전극 구역(104)은 전체 전극을 포함할 수 있고, 다른 실시형태에서는 하나 초과의 작업 전극 구역(104)이 단일 전극 내 및/또는 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 작업 전극 구역(104)은 개별 작업 전극에 의해 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 작업 전극 구역(104)은 하나 이상의 전도성 재료로 형성된 단일 전극으로 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 작업 전극 구역(104)은 단일 작업 전극의 부분들을 절연시킴으로써 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 단일 작업 전극은 하나 이상의 전도성 재료로 형성될 수 있고, 작업 전극 구역은 전기 절연된 작업 전극 구역을 생성하기 위해 유전체와 같은 절연 재료를 사용하여 단일 작업 전극의 영역들("구역들")을 전기 절연시킴으로써 형성될 수 있다. 임의의 실시형태에서, 작업 전극 구역(104)은 금속, 금속 합금, 탄소 화합물, 도핑된 금속 등과 같은 임의의 유형의 전도성 재료 및 전도성 재료와 절연 재료의 조합으로 형성될 수 있다.
실시형태들에서, 작업 전극 구역(104)은 전도성 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 작업 전극 구역(104)은 금, 은, 백금, 니켈, 강, 이리듐, 구리, 알루미늄, 전도성 합금 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 작업 전극 구역(104)은 산화물 코팅된 금속(예를 들어, 산화알루미늄 코팅된 알루미늄)을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 작업 전극 구역(104)은 탄소, 카본 블랙, 흑연 탄소, 탄소 나노튜브, 탄소 원섬유(carbon fibril), 흑연, 탄소 섬유, 및 이들의 혼합물과 같은 탄소계 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 작업 전극 구역(104)은 전도성 탄소-폴리머 복합재, 매트릭스에 분산된 전도성 입자(예를 들어, 탄소 잉크, 탄소 페이스트, 금속 잉크), 및/또는 전도성 폴리머로 형성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 아래에서 더 상세하게 개시되는 바와 같이, 작업 전극 구역(104)은 탄소 잉크 및 은 잉크의 스크린 인쇄를 사용하여 제조된 탄소 및 은 층으로 형성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 작업 전극 구역(104)은 반도체 재료(예를 들어, 실리콘, 게르마늄), 또는 인듐 주석 산화물(ITO), 안티몬 주석 산화물(ATO) 등과 같은 반도체 필름으로 형성될 수 있다.
실시형태들에서, 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 보조 전극(102) 및 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은 전기화학적 셀을 포함하는 장치 및 기기에 의해 수행되는 전기화학적 특성 및 분석(예를 들어, ECL 분석)을 개선하기 위해 다양한 전극 디자인(예를 들어, 다양한 크기 및/또는 모양, 다양한 수의 보조 전극(102) 및 작업 전극 구역(104), 전기화학적 셀(100) 내의 다양한 위치 지정 및 패턴 등)로 형성될 수 있다. 도 1c는 다수의 작업 전극 구역을 포함하는 전기화학적 셀(100)에 대한 전극 디자인(150)의 일례를 예시한다. 도 1c에 예시된 바와 같이, 전기화학적 셀(100)은 10개의 작업 전극 구역(104) 및 하나의 보조 전극(102)을 포함할 수 있다. 전극 디자인의 다양한 다른 예들에 대해서는 도 3a 내지 도 3f, 도 4a 내지 도 4f, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 내지 도 6f, 도 7a 내지 도 7f, 및 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 아래에서 논의된다.
실시형태들에서, 전기화학적 셀(100) 내의 작업 전극 구역(104)의 구성 및 배치는 작업 전극 구역들(104) 사이의 인접도 및/또는 작업 전극 구역들(104)과 하나 이상의 보조 전극(102) 사이의 인접도에 따라 한정될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 인접도는 인접한 작업 전극 구역들(104) 및/또는 하나 이상의 보조 전극(102)의 상대적 수로 정의될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 인접도는 작업 전극 구역들(104) 및/또는 하나 이상의 보조 전극(102) 사이의 상대적 거리로 정의될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 인접도는 작업 전극 구역들(104) 및/또는 하나 이상의 보조 전극(102)으로부터 전기화학적 셀(100)의 다른 특징부, 예컨대 전기화학적 셀의 주연부까지의 상대적 거리로 정의될 수 있다.
본 발명에 따른 실시형태들에서, 예를 들어, 각각의 전기화학적 셀(100)의 하나 이상의 보조 전극(102) 및 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은, 하나 이상의 보조 전극(102)의 노출된 표면적에 대한 하나 이상의 작업 전극 구역(104)의 노출된 표면적의 총합의 비율이 1보다 크도록 - 다른 비율(예를 들어, 1이거나, 1보다 작거나, 1보다 큰 비율)이 전기화학적 셀(100)로서 고려될 수 있음 - 각각의 크기를 갖도록 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 일부 실시형태들에서, 예를 들어, 하나 이상의 보조 전극(102) 및/또는 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 각각은 실질적으로 원을 획정하는 표면적을 갖는 원형 모양 - 다른 모양(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 타원형, 클로버형, 또는 기타 규칙적이거나 불규칙한 기하학적 모양)도 가능 - 으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 실시형태들에서, 예를 들어, 하나 이상의 보조 전극(102) 및/또는 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은 본원에서는 삼엽형이라고도 하는 쐐기 모양 표면적을 갖는 쐐기 모양으로 형성될 수 있다. 즉, 하나 이상의 보조 전극(102) 및/또는 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은 상이한 치수를 갖는 2개의 대향 경계와, 2개의 대향 경계를 연결하는 2개의 측면 경계를 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 대향 경계는 넓은 경계와 좁은 경계를 포함할 수 있는데, 넓은 경계는 좁은 경계보다 긴 길이를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 넓은 경계 및/또는 좁은 경계는 뭉툭할 수 있는 바, 예를 들면, 측면 경계로의 연결부에서 둥근 모서리일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 넓은 경계 및/또는 좁은 경계는 날카로울 수 있는 바, 예를 들면, 측면 경계로의 연결부에서 각진 모서리일 수 있다. 실시형태들에서, 본원에 설명된 쐐기 모양은 둥글거나 각진 모서리를 갖는 대체로 사다리꼴일 수 있다. 실시형태들에서, 본원에 설명된 쐐기 모양은 편평하거나 둥근 정점과 둥글거나 각진 모서리를 갖는 대체로 삼각형일 수 있다. 실시형태들에서, 전기화학적 셀의 바닥면(120)에서 이용 가능한 면적을 최대화하기 위해 쐐기 모양이 활용될 수 있다. 예를 들어, 전기화학적 셀의 작업 구역(101)이 원형이면, 쐐기 모양을 갖는 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은, 넓은 경계가 작업 구역(101)의 외주연부에 인접하고 좁은 경계가 작업 구역(101)의 중심에 인접하도록, 배열될 수 있다.
실시형태들에서, 전기화학적 셀(100)은 전기화학적 분석을 수행하기 위한 장치 또는 기기에 포함될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 전기화학적 셀(100)은 후술하는 바와 같이 ECL 면역검정과 같은 전기화학적 분석을 수행하는 검정 기기용 웰의 일부를 형성할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 전기화학적 셀(100)은 분석 기기 또는 장치, 예를 들어 ECL 카트리지(예를 들어 미국 특허 제10,184,884호 및 제10,935,547호에 제공된 것과 같은 것), 유세포 분석기 등에 사용되는 카트리지에서 유동 셀을 형성할 수 있다. 당업자는 전기화학적 셀(100)이 제어된 산화환원 반응이 수행되는 임의의 유형의 장치 또는 기기에서 활용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시형태에 따른 것으로, 생물학적, 화학적, 및/또는 생화학적 분석을 위한 분석 기기에 사용하기 위한, 보조 전극 디자인을 포함하는 전기화학적 셀(예를 들어, 전기화학적 셀(100))을 포함하는 샘플 영역("웰")(200)의 여러 도면을 예시한다. 도 2a 내지 도 2c는 분석 기기의 웰의 한 예를 예시하는 것이고, 도 2a 내지 도 2c에 예시된 기존 구성요소는 제거될 수 있고/있거나 추가적인 구성요소가 본원에 설명된 실시형태들의 범위를 벗어나지 않고 추가될 수 있다는 것을 당업자는 인식할 것이다.
평면도인 도 2a에 예시된 바와 같이, 다중-웰 플레이트(208)(도 2b에 예시됨)의 기부 플레이트(206)는 다수의 웰(200)을 포함할 수 있다. 기부 플레이트(206)는 각각의 웰(200)의 바닥 부분을 형성하는 표면을 포함할 수 있고, 다중-웰 플레이트(208)의 기부 플레이트(206)의 표면 상에 및/또는 내에 배치된 하나 이상의 보조 전극(102) 및 하나 이상의 작업 전극 구역(104)을 포함할 수 있다. 사시도인 도 2b에 예시된 바와 같이, 다중-웰 플레이트(208)는 상부 플레이트(210) 및 기부 플레이트(206)를 포함할 수 있다. 상부 플레이트(210)는 상부 플레이트(210)의 상부면으로부터 기부 플레이트(206)까지 연장되는 웰(200)을 획정할 수 있고, 기부 플레이트(206)는 각각의 웰(200)의 바닥면(207)을 형성한다. 작동 시, 테스트 중인 재료를 보유하는 웰(200)에 위치한 하나 이상의 작업 전극 구역(104)과 하나 이상의 보조 전극(102)에 걸쳐 전압이 인가될 때 광 생성이 일어난다. 인가된 전압은 주기적인 산화 및 환원 반응을 촉발시켜서 광자(광)의 생성과 방출을 일으킨다. 방출된 광자는 테스트 중인 재료를 분석하기 위해 측정될 수 있다.
작업 전극 구역(104)에서 발생하는 반응이 전자를 수용하는 것인지 공급하는 것인지에 따라, 작업 전극 구역(104)에서의 반응은 각각 환원 또는 산화이다. 실시형태들에서, 작업 전극 구역(104)은, 예를 들어 결합 시약과 같은 검정 시약을 전극에 고정시키도록, 유도체화되거나 수정될 수 있다. 예를 들어, 작업 전극 구역(104)은 항체, 항체의 단편, 단백질, 효소, 효소 기질, 억제제, 보조인자, 항원, 부착소, 지질단백질, 지질당류, 박테리아, 세포, 세포 내 구성요소, 세포 수용체, 바이러스, 핵산, 항원, 지질, 당단백질, 탄수화물, 펩티드, 아미노산, 호르몬, 단백질 결합 리간드, 약리학적 제제, 및/또는 이들의 조합이 부착하도록 수정될 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어, 작업 전극 구역(104)은 폴리머, 엘라스토머, 겔, 코팅, ECL 태그, 산화환원 활성 종(예를 들어, 트리프로필아민, 옥살산염), 무기 물질, 화학 작용기, 킬레이트제, 링커 등과 같은 것이지만 이에 제한되지 않는 비생물학적 개체가 부착하도록 수정될 수 있다. 시약은 수동 흡착, 특이적 결합, 및/또는 전극 표면에 존재하는 작용기에 대한 공유 결합 형성에 의한 것을 포함하는 다양한 방법에 의해 하나 이상의 작업 전극 구역(104)에 고정될 수 있다.
예를 들어, ECL 종은 웰(200) 내 유체 내 관심 대상 물질의 존재를 결정하기 위한 분석 측정을 위해 ECL을 방출하도록 유도될 수 있는 작업 전극 구역(104)에 부착될 수 있다. 예를 들어, ECL을 방출하도록 유도될 수 있는 종(ECL 활성 종)이 ECL 표지로 사용되었다. ECL 표지의 예에는, (i) 금속이, 예를 들어, 트리스-비피리딜-루테늄(RuBpy) 모이어티와 같은 Ru 함유 및 Os 함유 유기금속 화합물을 포함하는 내부식성 및 내산화성 귀금속에서 유래된, 유기금속 화합물, 및 (ii) 루미놀 및 관련 화합물이 포함된다. ECL 처리에서 ECL 표지에 관여하는 종을 본원에서는 ECL 공반응제(coreactant)라고 칭한다. 일반적으로 사용되는 공반응제는 트리이소프로필아민(TPA), 옥살산염, RuBpy로부터의 ECL용 과황산염, 루미놀로부터의 ECL용 과산화수소와 같은 3차 아민을 포함한다. ECL 표지에 의해 생성된 광은 진단 절차에서 리포터 신호로 사용될 수 있다. 예를 들어, ECL 표지는 항체 또는 핵산 프로브와 같은 결합제에 공유 결합될 수 있으며; 결합 상호작용에서의 결합 시약의 관여는 ECL 표지로부터 방출된 ECL을 측정함으로써 모니터링될 수 있다. 대안적으로, ECL 활성 화합물로부터의 ECL 신호는 화학적 환경을 나타낼 수 있다.
실시형태들에서, 작업 전극 구역(104) 및/또는 보조 전극(102)(또는 웰(200)의 다른 구성요소)은 또한, 전기화학적 프로세스(예를 들어, 시약, ECL 종, 표지 등)에 사용되는 재료가 작업 전극 구역(104) 및/또는 보조 전극의 표면에 부착(예를 들어, 흡수)되는 것을 개선하는 재료 및/또는 프로세스로 처리(예를 들어, 전처리)될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 작업 전극 구역(104) 및/또는 보조 전극(102)(또는 웰(200)의 다른 구성요소)은 작업 전극 구역(104) 및/또는 작업 전극 구역(104)의 표면을 손상시키는 프로세스(예를 들어, 플라즈마 처리)를 사용하여 처리될 수 있다. 보조 전극(102)(또는 웰(200)의 다른 구성요소)이 친수성 특성(본원에서는 "고결합" 또는 "HB"라고도 함)을 나타내도록 한다. 일부 실시 형태에서, 작업 전극 구역(104) 및/또는 보조 전극(102)(또는 웰(200)의 다른 구성요소)은 처리되지 않거나 작업 전극 구역(104) 및/또는 보조 전극(102)의 표면을 손상시키는 프로세스를 사용하여 처리될 수 있다(또는 웰(200)의 다른 구성요소)은 소수성 특성(여기서는 "표준" 또는 "Std"라고도 함)을 나타낸다.
도 2b의 다중-웰 플레이트(208)의 일부의 측단면도인 도 2c에 예시된 바와 같이, 다수의 웰(200)이 다중-웰 플레이트(208)에 포함될 수 있으며, 그 중 3개가 도 2c에 도시되어 있다. 각각의 웰(200)은 전기화학적 셀(100)의 경계를 형성하는 하나 이상의 측벽(212)을 포함하는 상부 플레이트(210)에 의해 형성될 수 있다. 상부 플레이트(210)의 바닥면으로부터 상부 플레이트(210)의 상부면까지 연장되는 하나 이상의 측벽(212). 웰(200)은 전술한 바와 같은 이온 매질과 같은 하나 이상의 유체(250)를 보유하도록 구성될 수 있다. 특정 실시형태들에서, 하나 이상의 웰(200)은 하나 이상의 유체(250) 대신에 또는 이에 더하여 가스 및/또는 고체를 유지하도록 구성될 수 있다. 실시형태들에서, 상부 플레이트(210)는 접착제(214) 또는 다른 연결 재료 또는 장치를 사용하여 기부 플레이트(206)에 고정될 수 있다.
다중-웰 플레이트(208)는 임의 개수의 웰(200)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2a 및 도 2b에 예시된 바와 같이, 다중-웰 플레이트(208)는 96개의 웰(200)을 포함할 수 있다. 당업자는 다중-웰 플레이트(208)가 규칙적이거나 불규칙적인 패턴으로 형성된 6개의 웰, 24, 384, 1536 등과 같은 임의의 수의 웰(200)을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 실시형태들에서, 다중-웰 플레이트(208)는 단일 웰 플레이트 또는 생물학적, 화학적 및/또는 생화학적 분석 및/또는 검정을 수행하는 데 적합한 임의의 다른 장치로 대체될 수 있다. 웰(200)이 도 2a 내지 도 2c에 원형 형태(따라서 원통을 형성함)로 도시되어 있지만, 타원형, 정사각형, 및/또는 다른 정다각형 또는 불규칙 다각형을 포함하는 다른 모양도 고려된다. 또한, 다중-웰 플레이트(108)의 모양 및 구성은 다양한 형태를 취할 수 있으며 반드시 이들 도면에 예시된 바와 같이 직사각형 배열로 제한되지는 않는다.
일부 실시형태들에서, 위에서 논의한 바와 같이, 다중-웰 플레이트(108)에 사용되는 작업 전극 구역(104) 및/또는 보조 전극(102)은 비다공성(소수성)일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 작업 전극 구역(104) 및/또는 보조 전극(102)은 다공성 전극(예를 들어, 여과막, 종이 또는 다른 다공성 기재 상에 증착된 탄소 섬유 또는 원섬유, 소결 금속, 및 금속 필름의 매트)일 수 있다. 다공성 전극으로 구성되는 경우, 작업 전극 구역(104) 및/또는 보조 전극(102)은, i) 전극 표면으로의 물질 전달을 증가시키기 위해(예를 들어, 용액 내 분자들이 전극 표면의 분자에 결합하는 운동을 증가시키기 위해); ii) 전극 표면의 입자를 포착하기 위해, 그리고/또는 iii) 웰에서 액체를 제거하기 위해, 전극을 통한 용액의 여과를 사용할 수 있다.
위에서 논의된 실시형태들에서, 웰(200)의 보조 전극(102) 각각은, 웰(200)에서 발생하는 환원-산화 반응 전반에 걸쳐 정량화 가능한 양의 전하가 생성되도록, 화학적 혼합물의 환원 동안 한정된 전위를 제공하는 화학적 혼합물로 형성된다. 보조 전극(102)의 화학적 혼합물은 환원-산화 반응을 지원하는 산화제를 포함하며, 이는 예를 들어 ECL 생성 및 분석과 같은 생물학적, 화학적, 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석 중에 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 보조 전극(102)의 화학적 혼합물 내 산화제의 양은, ECL 생성과 같은 하나 이상의 생물학적, 화학적, 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석 중에, 해당 보조 전극을 통과할 전하량에 필요한 산화제의 양 및/또는 적어도 하나의 웰(200) 내의 작업 전극에서 전기화학적 반응을 구동하는 데 필요한 전하량 이상이다. 이와 관련하여, 보조 전극(102) 내 충분한 양의 화학적 혼합물은 초기 생물학적, 화학적, 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석을 위해 산화환원 반응이 발생한 후에도 여전히 남아 있을 것이고, 따라서 후속한 생물학적, 화학적, 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석 전반에 걸쳐 하나 이상의 추가 산화환원 반응이 발생할 수 있게 한다. 다른 실시형태에서, 보조 전극(102)의 화학적 혼합물 내의 산화제의 양은 보조 전극의 노출 표면적에 대한 복수의 작업 전극 구역 각각의 노출 표면적의 비에 적어도 부분적으로 기초한다.
실시형태들에서, 웰(200)의 하나 이상의 보조 전극(102)은 위에서 논의된 바와 같이 산화환원 쌍을 포함하는 화학적 혼합물로 형성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 웰(200)의 하나 이상의 보조 전극(102)은 은(Ag)과 염화은(AgCl)의 혼합물, 또는 다른 적합한 금속/금속 할로겐화물 커플을 포함하는 화학적 혼합물로 형성될 수 있다. 화학적 혼합물의 다른 예들에는 다중 금속 산화 상태를 갖는 금속 산화물, 예를 들어 망간 산화물, 또는 다른 금속/금속 산화물 쌍, 예를 들어 은/산화은, 니켈/산화니켈, 아연/산화아연, 금/산화금, 구리/구리 산화물, 백금/백금 산화물 등이 포함될 수 있다. 실시형태들에서, 보조 전극(102)(및 작업 전극 구역(104))은 임의 유형의 제조 프로세스, 예를 들어 인쇄, 증착, 리소그래피, 에칭 등을 사용하여 형성될 수 있다. 실시형태들에서, 금속/금속 할로겐화물의 화학적 혼합물의 형태는 제조 프로세스에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 보조 전극을 인쇄하는 경우, 화학 혼합물은 잉크 또는 페이스트 형태일 수 있다.
ECL 생성과 같은 특정 적용을 위해, 보조 전극(102)의 다양한 실시형태들은 충분히 높은 농도의 접근 가능한 산화환원 종을 포함함으로써 ECL 측정 전반에 걸쳐 전극의 분극을 방지하도록 구성될 수 있다. 보조 전극(102)은 Ag 대 AgCl의 정의된 비율을 갖는 Ag/AgCl 화학 혼합물(예를 들어, 잉크, 페이스트 등)을 사용하여 다중-웰 플레이트(208) 상에 보조 전극(102)을 인쇄함으로써 형성될 수 있다. 일 실시형태에서, 보조 전극의 화학적 혼합물 내의 산화제의 양은 보조 전극의 화학적 혼합물 내의 AgCl에 대한 Ag의 비율에 적어도 부분적으로 기반한다. 일 실시형태에서, Ag 및 AgCl을 갖는 보조 전극의 화학적 혼합물은 약 50% 이하, 예를 들어 34%, 10% 등의 AgCl을 포함한다.
일부 실시형태들에서, 웰(200) 내의 하나 이상의 보조 전극(102)은 웰(200) 내의 총 작업 전극 면적 mm2 당 적어도 약 3.7×10-9 몰의 산화제를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 웰(200) 내의 하나 이상의 보조 전극(102)은 웰 내의 총 작업 전극 면적 mm2 당 적어도 약 5.7×10-9 몰의 산화제를 포함할 수 있다.
다양한 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102) 및 작업 전극 구역(104)은, 예들이 도 3a 내지 도 3f, 도 4a 내지 도 4f, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 내지 도 6f, 도 7a 내지 도 7f, 및 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 아래에서 논의되는, 하나 이상의 웰(200)을 포함하는 검정 기기에 의해 수행되는 전기화학적 분석(예를 들어, ECL 분석)이 개선되도록 하기 위해 다양한 전극 디자인(예를 들어, 다양한 크기 및/또는 모양, 다양한 수의 보조 전극(102) 및 작업 전극 구역(104), 웰 내의 다양한 위치 및 패턴 등)으로 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 실시형태들에서, 예를 들어, 각각의 셀(200)의 하나 이상의 보조 전극(102) 및 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은, 보조 전극(102)의 노출된 표면적에 대한 작업 전극 구역(104)의 노출된 표면적의 총합의 비율이 1보다 크도록 - 다른 비율(예를 들어, 1이거나, 1보다 작거나, 1보다 큰 비율)도 고려될 수 있음 - 각각의 크기를 갖도록 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 실시형태들에서, 예를 들어, 보조 전극(102) 및/또는 작업 전극 구역(104) 각각은 실질적으로 원을 획정하는 표면적을 갖는 원형 모양 - 다른 모양(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 타원형, 클로버형, 또는 기타 규칙적이거나 불규칙한 기하학적 모양)도 가능 - 으로 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 실시형태들에서, 예를 들어 보조 전극(102) 및/또는 작업 전극 구역(104)은 쐐기형 표면적을 갖는 쐐기형으로 형성될 수 있으며, 여기서 쐐기형 표면적의 제1 측면 또는 단부는 웰(200)의 측벽에 인접한 크기는 웰(200)의 중심에 인접한 쐐기형 표면적의 제2 측면 또는 단부보다 크다. 다른 실시형태들에서, 쐐기형 표면적의 제2 측면 또는 단부는 쐐기형 표면의 제1 측면 또는 단부보다 더 크다. 예를 들어, 보조 전극(102) 및 작업 전극 구역(104)은 보조 전극(102) 및 작업 전극 구역(104)에 이용 가능한 공간을 최대화하는 패턴으로 형성될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102) 및/또는 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은, 2개의 대향 경계가 상이한 치수를 갖고 2개의 측면 경계가 2개의 대향 경계를 연결하는, 쐐기 모양을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 대향 경계는 넓은 경계와 좁은 경계를 포함할 수 있는데, 넓은 경계는 좁은 경계보다 긴 길이를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 넓은 경계 및/또는 좁은 경계는 뭉툭할 수 있는 바, 예를 들면, 측면 경계로의 연결부에서 둥근 모서리일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 넓은 경계 및/또는 좁은 경계는 날카로울 수 있는 바, 예를 들면, 측면 경계로의 연결부에서 각진 모서리일 수 있다. 실시형태들에서, 전기화학적 셀의 바닥면(120)에서 이용 가능한 면적을 최대화하기 위해 쐐기 모양이 활용될 수 있다. 예를 들어, 전기화학적 셀의 작업 구역(101)이 원형이면, 쐐기 모양을 갖는 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은, 넓은 경계가 작업 구역(101)의 외주연부에 인접하고 좁은 경계가 작업 구역(101)의 중심에 인접하도록, 배열될 수 있다.
본 발명에 따른 실시형태들에서, 각각의 웰(200)의 보조 전극(102) 및 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은 서로 다른 위치 구성 또는 패턴에 따라 웰(200)의 바닥에 형성될 수 있다. 다양한 배치 구성 또는 패턴은 웰(200) 중 하나 이상을 포함하는 검정 기기에 의해 수행되는 전기화학적 분석(예를 들어, ECL 분석)을 향상시킬 수 있으며, 그 예는 도 3a 내지 도 3f, 도 4a 내지 도 4f, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 내지 도 6f, 도 7a 내지 도 7f, 및 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 아래에 설명되어 있다. 보조 전극(102) 및 작업 전극 구역(104)은 원하는 기하학적 패턴에 따라 웰 내에 위치될 수 있다. 예를 들어, 보조 전극(102) 및 작업 전극 구역(104)은 총 수의 작업 전극 구역(104) 중 작업 전극 구역(104) 각각에 대해 서로 인접하는 작업 전극 구역(104)의 수를 최소화하는 패턴으로 형성될 수 있다. 이는 더 많은 작업 전극 구역이 보조 전극(102)에 인접하게 배치되는 것을 허용할 수 있다. 예를 들어, 도 3a 내지 도 3f에 예시되고 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 작업 전극 구역(104)은 서로 인접한 작업 전극 구역(104)의 수를 최소화하는 원형 또는 반원형 모양으로 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 도 3a 내지 도 3f에 예시된 바와 같이, 각각의 웰(200)의 보조 전극(102) 및 작업 전극 구역(104)은 서로 인접한 작업 전극 구역(104)의 수가 2개 이하인 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 작업 전극 구역(104)은 최대 2개의 작업 전극 구역(104)이 인접하도록 웰의 매개변수(예를 들어, 측벽(212))에 인접한 원형 또는 반원형 패턴으로 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 작업 전극 구역(104)은 작업 전극 구역(104) 중 2개가 단지 하나의 인접하거나 이웃하는 작업 전극 구역(104)을 갖도록 불완전한 원을 형성한다. 또 다른 실시예에서, 각각의 웰(200)의 보조 전극(102) 및 작업 전극 구역(104)은 작업 전극 구역들(104) 중 적어도 하나가 총 수의 작업 전극 구역(104) 중 3개 이상의 다른 작업 전극 구역(104)에 인접하는 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 5a 내지 도 5c에 예시되고 아래에 자세히 설명되는 바와 같이, 보조 전극(102) 및 작업 전극 구역(104)은 별 모양 패턴으로 형성될 수 있으며, 여기서 인접한 보조 전극(102) 및/또는 작업 전극 구역(104)의 수는 별 모양 패턴의 점의 수에 따라 달라진다.
본 발명에 따른 일 실시형태에서, 각각의 웰(200)의 보조 전극(102) 및 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은 각각의 작업 전극 구역(104)으로의 물질의 물질 전달을 향상시키도록 패턴이 구성된 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 궤도 또는 회전 흔들기 또는 혼합 동안, 웰(200)의 중심에 있는 구역으로의 물질의 물질 이동은 중심에서 떨어진 구역에 비해 상대적으로 느릴 수 있고, 패턴은 최소화하거나 웰(200)의 중심에 배치된 작업 전극 구역(104)의 수를 제거한다. 즉, 작동 중에 웰(200)은 웰(200) 내에 포함된 유체를 혼합하거나 결합하기 위해 궤도 운동 또는 "흔들림"을 겪을 수 있다. 궤도 운동은 웰(200) 내에서 와류를 발생시켜, 예를 들어 웰(200)의 측벽(212)(주연부) 근처에서 더 많은 액체와 더 빠른 액체 운동을 유도할 수 있다. 예를 들어, 도 2a 내지 도 2f, 도 3a 내지 도 3f, 5a 내지 도 5f, 6a 내지 도 6f, 및 7a 내지 도 7d에 예시되고 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 작업 전극 구역(104)은 원형 또는 반원형으로 형성될 수 있고 웰(200)의 주연부 근처에 위치할 수 있다. 또한, 궤도 흔들림 동작으로 인해 웰 내 물질 농도의 변화는 웰 중심으로부터 반경 방향 거리에 따라 달라질 수 있다. 동심 배열에서, 작업 전극 구역(104)은 각각 웰의 중심으로부터 대략 동일한 거리에 있으므로, 물질 농도가 웰 전체에 걸쳐 균일하지 않더라도 유사한 물질 농도를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시형태에서, 각각의 웰(200)의 보조 전극(102) 및 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은 다중-웰 플레이트(108)의 웰들(200) 중 하나 이상에 액체를 도입함으로써 야기되는 메니스커스 효과를 감소시키도록 패턴이 구성된 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2c에 예시된 바와 같이, 웰(200) 내의 유체(250)는 웰(200) 내에 곡선형 상부면 또는 메니스커스(152)를 형성할 수 있다. 구부러진 상부면은 표면 장력, 정전기 효과 및 유체 운동(예를 들어, 궤도 흔들림으로 인한) 등과 같은 여러 요인에 의해 발생할 수 있다. 메니스커스 효과로 인해 발광 중에 방출되는 광자(광)는 액체를 통과하는 광자 광학 경로에 따라 다양한 광학 효과(예를 들어, 굴절, 확산, 산란 등)를 겪는다. 즉, 광이 웰(200) 내의 물질로부터 방출됨에 따라, 액체의 다양한 레벨은 광이 액체를 통해 이동하고 빠져나가는 위치에 따라 달라지는 방출된 광에 상이한 광학 효과(예를 들어, 굴절, 확산, 산란 등)를 일으킬 수 있다. 패턴은 웰(200)의 각 측벽(212)으로부터 대략 동일한 거리에 각각의 작업 전극 구역(104)을 배치함으로써 메니스커스 효과를 완화할 수 있다. 따라서, 작업 전극 구역(104)으로부터 방출된 광자는 액체를 통해 유사한 광학 경로를 통해 이동한다. 즉, 패턴은 모든 작업 전극 구역(104)이 메니스커스 효과에 의해 동등하게 영향을 받는 것을 보장하며, 예를 들어 메니스커스의 잠재적인 이종 효과를 최소화한다. 따라서, 작업 전극 구역(104)이 웰(200)의 액체 수위와 관련하여 서로 다른 위치에 위치하는 경우, 방출된 광은 서로 다른 광학적 왜곡을 겪을 수 있다. 예를 들어, 도 3a 내지 도 3f, 도 4a 내지 도 4f, 도 6a 내지 도 6f, 도 7a 내지 도 7f, 및 도 8a 내지 도 8d에 예시되고 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 작업 전극 구역(104)은 원형 또는 반원형으로 형성될 수 있고 웰(200)의 주연부 근처에 위치할 수 있다. 따라서, 작업 전극 구역(104)에서 방출된 광은 동일한 광학적 왜곡을 겪을 수 있고 동일하게 처리될 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시형태에서, 각각의 웰(200)의 보조 전극(102) 및 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은 다중-웰 플레이트(208)의 웰들(200) 중 하나 이상에서 액체를 혼합하는(예를 들어, 궤도 진탕기를 사용하여 원통형 웰에 형성된 소용돌이) 동안 작업 전극 구역으로의 물질 전달 차이를 최소화하도록(예를 들어, 보다 균일한 물질 전달을 제공하도록) 구성된 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 패턴은 각각의 웰(200)의 중심에 또는 그 근처에 배치된 작업 전극 구역(104)의 수를 최소화하거나 제거함으로써 소용돌이 효과를 감소시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2a 내지 도 2f, 도 3a 내지 도 3f, 도 4a 내지 도 4f, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 내지 도 6f, 도 7a 내지 도 7f, 및 도 8a에 예시되고 아래에 자세히 설명되는 바와 같이, 작업 전극 구역(104)은 원형 또는 반원형으로 형성될 수 있고 웰(200)의 주연부 근처에 위치할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시형태에서, 보조 전극(102) 및 각각의 웰(200)의 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은 기하학적 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 기하학적 패턴은 작업 전극 구역(104)의 원형 또는 반원형 패턴을 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 작업 전극 구역(104)은 웰(200)의 측벽으로부터 대략 동일한 거리에 배치될 수 있고, 보조 전극(102) 이는 작업 전극 구역(104)의 원형 또는 반원형 패턴에 의해 획정된 주연부(전체 주연부 또는 그의 일부) 내에 배치될 수 있지만, 다른 모양 및/또는 패턴도 고려될 수 있다. 예를 들어, 웰(200)이 정사각형 모양의 웰로 구현되는 경우, 작업 전극 구역(104)은 웰(200) 주연부의 전체 또는 일부 주위에 정사각형 또는 직사각형 모양의 링 패턴으로 배열될 수 있다.
다른 실시형태에서, 예를 들어, 기하학적 패턴은 작업 전극 구역(104)이 별 모양 패턴을 한정하는 패턴을 포함할 수 있으며, 여기서 보조 전극(102)은 별 모양 패턴의 두 개의 인접한 지점을 한정하는 두 개의 인접한 작업 전극 구역(104) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 별 모양 패턴은 별 모양 패턴의 '점'을 형성하는 보조 전극(102)과 별 모양 패턴의 내부 구조를 형성하는 작업 전극 구역(104)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 5개의 점 별형 패턴에서, 도 5a 내지 도 5c에 예시되고 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 보조 전극(102)은 별 모양 패턴의 5개의 "점"을 형성할 수 있고 작업 전극 구역(104)은 내부 "오각형" 구조를 형성할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 도 5a 내지 도 5c에 예시되고 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 별 패턴은 또한 하나 이상의 동심원으로 정의될 수 있으며, 여기서 하나 이상의 작업 전극(104) 및/또는 하나 이상의 보조 전극은 하나 이상의 동심원 주위에 원형 패턴으로 배치될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 개방형 링 패턴으로 배치된 원형 작업 전극 구역들(104)을 갖는 웰(200)의 전극 디자인(301)의 실시형태들을 예시한다. 도 3a에 예시된 예시적이고 비제한적인 실시형태에 따르면, 웰(200)의 바닥(207)은 단일 보조 전극(102)을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 하나 초과(예를 들어, 2, 3, 4, 5 등)의 보조 전극(102)이 웰(200)에 포함될 수 있다. 실시형태들에서, 보조 전극(102)은 대략 원형 모양을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 보조 전극(102)은 다른 모양(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 타원형, 클로버, 또는 임의의 다른 규칙적 또는 불규칙한 기하학적 형태)을 갖도록 형성될 수 있다.
실시형태들에서, 웰(200)은 10개의 작업 전극 구역(104)을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 10개보다 적거나 많은(예를 들어, 1, 2, 3, 4 등) 작업 전극 구역(104)이 웰(200)에 포함될 수 있다. 실시형태들에서, 작업 전극 구역들(104)은 대략 원형 모양을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 작업 전극 구역(104)은 다른 모양(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 타원형, 클로버형, 또는 임의의 다른 규칙적이거나 불규칙한 기하학적 형태)을 갖도록 형성될 수 있다.
작업 전극 구역들(104)은 웰(200)의 둘레 "P"에 거리 "D1"로 인접한 반원형 또는 실질적으로 "C형" 패턴으로 서로에 대해 위치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 거리 D1은 작업 전극 구역들(104)의 경계와 주연부(P) 사이의 최소 거리일 수 있다. 즉, 작업 전극 구역들(104) 각각은 웰(200)의 둘레 P로부터 동일한 거리 D1에 위치될 수 있고, 작업 전극 구역들(104) 각각은 서로로부터 거리 "D2"(작업 전극(WE-WE) 피치라고도 함)만큼 동일하게 이격된다. 일부 실시형태들에서, 거리 D2는 2개의 인접한 작업 전극 구역(104)의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 2개의 작업 전극 구역(104A, 104B)은 간극 "G"를 형성하기에 충분한 거리로 서로 이격될 수 있다. 간극 "G"는 작업 전극 구역의 나머지 부분 사이의 피치 거리의 나머지 부분보다 두 작업 전극 구역 사이에 더 큰 피치 거리를 제공할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 간극(G)은 전기 트레이스 또는 접점이 작업 전극 구역(104)과 전기적으로 간섭하지 않고 보조 전극(102)에 전기적으로 결합되도록 하여 보조 전극(102)과 작업 전극 구역(104)의 전기적 절연을 유지할 수 있다. 예를 들어, 간극 G는 전기 절연된 상태를 유지하면서 인접한 작업 전극 구역(104) 사이에 전기 트레이스가 형성될 수 있도록 충분한 거리로 형성될 수 있다. 따라서, 간극 G의 크기는 전기화학적 셀을 구축할 때 제조 방법의 선택에 의해 적어도 부분적으로 결정될 수 있다. 따라서, 실시형태들에서, 간극 "G"의 더 큰 피치 거리는 작업 전극 구역들(104)의 나머지 것들 사이의 피치 거리 D2보다 적어도 10%, 적어도 30%, 적어도 50%, 또는 적어도 100% 더 클 수 있다.
특정 실시형태들에서, 거리 D1은 하나 이상의 작업 전극 구역(104)과 웰(200)의 주연부(P) 사이에서 동일하지 않을 수 있다. 추가 실시형태들에서, 거리 D2는 2개 이상의 작업 전극 구역(104) 사이에서 동일하지 않을 수 있다. 보조 전극(102)은 각각의 작업 전극 구역(104)으로부터 동일한 거리 "D3"(WE-AUXILIARY 피치라고도 함)로 C형 패턴의 중심에 위치할 수 있지만, 다른 실시형태들에서는, 거리 D3은 보조 전극(102)에 대해 측정된 작업 전극 구역들(104) 중 하나 이상에 대해 달라질 수 있다. 특정 실시형태들에서, 예시된 바와 같이, 거리 D1, 거리 D2, 거리 D3, 및 거리 G는 각각의 특징부(예를 들어, 작업 전극 구역(104), 보조 전극(102), 또는 둘레(P))의 둘레 상의 가장 가까운 상대 지점으로부터 측정될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 거리 D3은 작업 전극 구역(104)의 경계와 보조 전극의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 당업자는 반복 가능한 패턴, 예를 들어 기하학적 패턴을 생성하기 위해 소정의 특징부 상의 임의의 상대 지점으로부터 거리가 측정될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
이들 도면은 단일 보조 전극(102)을 도시하지만, 도 3c에 예시된 바와 같이 하나 초과의 것들이 포함될 수도 있다. 또한, 이들 도면에서는 보조 전극(102)이 웰(200)의 대략적인(또는 실제) 중심에 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 보조 전극(102)은 도 3d에 예시된 바와 같이 웰(200)의 다른 위치에도 배치될 수 있다. 추가로, 이들 도면은 10개의 작업 전극 구역(104)을 도시하지만, 도 3e 및 도 3f에 예시된 바와 같이 더 많거나 더 적은 수의 작업 전극 구역(104)이 포함될 수 있다.
도 3a 내지 도 3f에 예시된 전기화학적 셀은 Ag, Ag/AgCl, 탄소, 탄소 복합재 및/또는 기타 탄소 기반 재료, 및/또는 본원에 논의된 임의의 다른 전극 재료의 전극을 포함할 수 있다.
실시형태들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작업 전극 구역(104)의 크기는 다양할 수 있다. 예를 들어, 작업 전극 구역(104) 각각의 크기는 동일할 수 있고, 보조 전극(102)의 크기는 표 2A에 나타낸 바와 같이 그의 직경을 변화시키는 것과 같이 변화될 수 있다. 당업자는 표 2A에 포함된 치수가 대략적인 값이고 제조 공차와 같은 조건에 따라 예를 들어 +/- 5.0%만큼 달라질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
[표 2A]
위의 표 2A는 웰의 기하학적 형태에 대한 예시적인 값들을 제공한다. 위에서 논의된 바와 같이, 예를 들어, 단락 [0057]에서, 본 발명의 실시형태들에 따른 Ag/AgCl 전극은 약 3.07×10-7 몰 내지 3.97×10-7 몰의 산화제를 포함할 수 있다. 위에 제시된 기하학적 형태 외에도, 작업 전극과 보조 전극 둘 다의 두께는 약 10 미크론(3.937×10-4 인치)일 수 있다. 표 2B는 보조 전극 면적 및 부피당 보조 전극 내 산화제 몰수에 대한 대략적인 값과 범위를 제공한다. 표 2C는 작업 전극 면적 및 부피당 보조 전극의 산화제 몰수에 대한 대략적인 값과 범위를 제공한다. 표 2B 및 표 2C에 제시된 값과 범위는 인치 단위를 사용하여 제공된다. 당업자는 이들 값이 mm로 변환될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
[표 2B]
[표 2C]
도 4a 및 도 4b는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 위에서 설명한 것과 유사하게 웰에 개방형 링 패턴으로 배치된 비원형 작업 전극 구역들(104)을 갖는, 웰(200)의 전극 디자인(401)의 비제한적인 예시적 실시형태들을 예시한다. 도 4a 및 도 4b(및 도 4c 내지 도 4f)에 예시된 비원형 작업 전극 구역들(104)은 쐐기형 또는 삼엽형일 수 있다. 실시형태들에서, 비원형 모양의 작업 전극 구역(104)은 웰(200) 내 영역의 향상된 활용을 가능하게 할 수 있다. 비원형 모양의 작업 전극 구역(104)을 사용하면 더 큰 작업 전극 구역(104)이 웰(200) 내에 형성될 수 있고/있거나 더 많은 작업 전극 구역(104)이 웰(200) 내에 형성될 수 있다. 이러한 비원형 모양을 형성함으로써, 작업 전극 구역(104)은 웰(200) 내에 더욱 촘촘하게 채워질 수 있다. 이로써, 보조 전극(102)에 대한 작업 전극 구역(104)의 비율이 최대화될 수 있다. 추가적으로, 작업 전극 구역(104)이 더 크게 형성될 수 있기 때문에, 작업 전극 구역(104)은 더 확실하게 제조될 수 있으며, 예를 들어 더 확실하게 인쇄될 수 있다.
도 4a에 예시된 바와 같이, 웰(200)은 단일의 보조 전극(102)을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 하나 초과(예를 들어, 2, 3, 4, 5 등)의 보조 전극(102)이 웰(200)에 포함될 수 있다. 실시형태들에서, 보조 전극(102)은 대략 원형 모양을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 보조 전극(102)은 다른 모양(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 타원형, 클로버, 또는 임의의 다른 규칙적 또는 불규칙한 기하학적 형태)을 갖도록 형성될 수 있다.
실시형태들에서, 웰(200)은 10개의 작업 전극 구역(104)을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 10개보다 적거나 많은(예를 들어, 1, 2, 3, 4 등) 작업 전극 구역(104)이 웰(200)에 포함될 수 있다. 각각의 작업 전극 구역(104)은 비원형 모양을 갖도록, 예를 들어, 쐐기 모양, 또는 하나 이상의 둥근 또는 반경이 있는 모서리를 갖는 삼각형 모양 - 다른 실시형태들에서는 모서리가 둥글지 않아서 삼각형과 같은 다각형 모양을 형성함 - 을 갖도록, 형성될 수 있다.
작업 전극 구역들(104)은 웰(200)의 둘레 "P"에 거리 "D1"로 인접한 반원형 또는 실질적으로 "C형" 패턴으로 서로에 대해 위치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 거리 D1은 작업 전극 구역들(104)의 경계와 주연부(P) 사이의 최소 거리일 수 있다. 즉, 작업 전극 구역들(104) 각각은 웰(200)의 둘레 P로부터 동일한 거리 D1에 위치될 수 있고, 작업 전극 구역들(104) 각각은 서로로부터 거리 "D2"만큼 동일하게 이격된다. 일부 실시형태들에서, 거리 D2는 2개의 인접한 작업 전극 구역(104)의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 2개의 작업 전극 구역(104A, 104B)은 간극 "G"를 형성하기에 충분한 거리로 서로 이격될 수 있다. 특정 실시형태들에서, 거리 D1은 하나 이상의 작업 전극 구역(104)과 웰(200)의 주연부(P) 사이에서 동일하지 않을 수 있다. 추가 실시형태들에서, 거리 D2는 2개 이상의 작업 전극 구역(104) 사이에서 동일하지 않을 수 있다. 보조 전극(102)은 각각의 작업 전극 구역(104)으로부터 동일한 거리 "D3"로 C형 패턴의 중심에 위치할 수 있지만, 다른 실시형태들에서는 거리 D3은 보조 전극(102)에 대해 측정된 작업 전극 구역들(104) 중 하나 이상에 대해 달라질 수 있다. 특정 실시형태들에서, 도시된 바와 같이, 거리 D1, 거리 D2, 거리 D3, 및 거리 G는 각각의 특징부(예를 들어, 작업 전극 구역(104), 보조 전극(102), 또는 주연부(P))의 둘레 상의 가장 가까운 지점으로부터 측정될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 거리 D3은 작업 전극 구역들(104)의 경계와 보조 전극의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 당업자는 이 거리가, 예를 들어 기하학적 패턴과 같은, 반복 가능한 패턴을 생성하기 위해 한 특징부 상의 임의의 상대 지점으로부터 측정될 수 있음을 이해할 것이다.
이들 도면은 단일 보조 전극(102)을 도시하지만, 도 4c 및 도 4d에 예시된 바와 같이 하나 초과의 것들이 포함될 수도 있다. 또한, 이들 도면에서는 보조 전극(102)이 웰(200)의 대략적인(또는 실제) 중심에 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 보조 전극(102)은 도 4d에 예시된 바와 같이 웰(200)의 다른 위치에도 배치될 수 있다. 추가로, 이들 도면은 10개의 작업 전극 구역(104)을 도시하지만, 도 4e 및 도 4f에 예시된 바와 같이 더 많거나 더 적은 수의 작업 전극 구역(104)이 포함될 수 있다.
특정 실시형태들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작업 전극 구역(104)의 크기는 동일할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작업 전극 구역(104)의 크기는 다양할 수 있다. 일례에서, 보조 전극(102)의 크기는 일정할 수 있고, 작업 전극 구역(104)의 크기는 예를 들어 보조 전극(102)의 반경을 변경함으로써 변경될 수 있다. 표 3A는 도 4a 내지 도 4f에 예시된 쐐기형 또는 삼엽형 작업 전극 구역들(104)을 포함하는 실시형태들에 대한 작업 전극 구역들(104) 및 보조 전극들(102)에 대한 치수의 예를 포함한다. 당업자는 표 3에 포함된 치수가 대략적인 값이고 제조 공차와 같은 조건에 따라 예를 들어 +/- 5.0%만큼 달라질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 4a 내지 도 4f에 예시된 전기화학적 셀은 Ag, Ag/AgCl, 탄소, 탄소 복합재 및/또는 기타 탄소 기반 재료, 및/또는 본원에 논의된 임의의 다른 전극 재료의 전극을 포함할 수 있다.
[표 3A]
위의 표 3A는 삼엽형 전극 웰 구조에 대한 예시 값을 제공한다. 위에서 논의된 바와 같이, 예를 들어, 단락 [0057]에서, 본 발명의 실시형태들에 따른 Ag/AgCl 전극은 약 3.07×10-7 몰 내지 3.97×10-7 몰의 산화제를 포함할 수 있다. 위에 제시된 기하학적 형태 외에도, 작업 전극과 보조 전극 둘 다의 두께는 약 10 미크론(3.937×10-4 인치)일 수 있다. 표 3B는 보조 전극 면적 및 부피당 보조 전극 내 산화제 몰수에 대한 대략적인 값과 범위를 제공한다. 표 3C는 작업 전극 면적 및 부피당 보조 전극의 산화제 몰수에 대한 대략적인 값과 범위를 제공한다. 표 3B 및 표 3C에 제시된 값과 범위는 인치 단위를 사용하여 제공된다. 당업자는 이들 값이 mm로 변환될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
[표 3B]
[표 3C]
도 5a 및 도 5b는 별 모양 패턴(본원에서는 펜타 패턴으로도 지칭됨)으로 배치된 작업 전극 구역들(104)을 가지며 작업 전극 구역들(104)이 원형인, 웰(200)의 전극 디자인(401)의 비제한적인 예시적 실시형태들을 예시한다. 도 5a에 예시된 바와 같이, 웰(200)은 5개의 보조 전극(102)을 포함할 수 있고, 각각의 보조 전극(102)은 대략 원형 모양으로 형성될 수 있다(다른 개수의 보조 전극, 다른 모양 등도 고려될 수 있음). 이 실시예에서, 웰(200)은 또한 10개의 작업 전극 구역(104)을 포함할 수 있고, 각각의 작업 전극 구역(104)은 대략 원형 모양으로 형성될 수 있다. 별 모양 패턴은 서로에 대해 내부 원과 외부 원 중 하나에 위치하는 복수의 작업 전극 구역(104)에 의해 생성될 수 있으며, 여기서 외부 원에 위치하는 각 작업 전극 구역(110)은 내부 원에 위치한 두 개의 인접한 작업 전극 구역(104)에 대해 소정의 각도 중간점에 배치된다. 내부 원의 작업 전극 구역(104) 각각은 웰(200)의 중심으로부터 거리 "R1"만큼 이격될 수 있다. 외부 원형의 작업 전극 구역(104) 각각은 웰(200)의 중심으로부터 거리 "R2"만큼 이격될 수 있다. 별 모양 패턴에서, 각 보조 전극(102)은 외부 원에 위치하는 두 개의 작업 전극 구역(104)에 대해 동일한 거리 D4에 위치할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 예시된 바와 같이, 거리 R1, 거리 R2, 및 거리 D4는 각각의 특징부(예를 들어, 작업 전극 구역(104), 보조 전극(102), 또는 주연부(P))의 둘레 상의 가장 가까운 지점으로부터 측정될 수 있다. 당업자는 반복 가능한 기하학적 패턴을 생성하기 위해 소정의 특징부 상의 임의의 상대 지점으로부터 거리가 측정될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
이들 도면은 10개의 작업 전극 구역(104)을 도시하지만, 도 5c에 예시된 바와 같이 더 많거나 더 적은 수의 작업 전극 구역(104)이 포함될 수 있다. 추가적으로, 도 5a 내지 도 5c는 원형 작업 전극 구역(104)을 예시하지만, 작업 전극 구역(104)은 다른 모양(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 타원형, 클로버, 또는 임의의 다른 규칙적이거나 불규칙한 기하학적 형태)을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 실시형태들은 예를 들어 쐐기형 작업 전극 구역 및/또는 보조 전극 등을 포함하는 별 모양 패턴과 같은 전극 구성의 하이브리드 디자인을 포함할 수 있다.
도 5a 내지 도 5f에 예시된 전기화학적 셀은 Ag, Ag/AgCl, 탄소, 탄소 복합재 및/또는 기타 탄소 기반 재료, 및/또는 본원에 논의된 임의의 다른 전극 재료의 전극을 포함할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작업 전극 구역(104)의 크기는 동일할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작업 전극 구역(104)의 크기는 다양할 수 있다. 일례에서, 표 4A에 나타낸 바와 같이, 작업 전극 구역(104)의 크기는 일정할 수 있고, 보조 전극(102)의 크기는 직경을 변화시키는 것과 같이 변할 수 있다. 당업자는 표 4A에 포함된 치수가 대략적인 값이고 제조 공차와 같은 조건에 따라 예를 들어 +/- 5.0%만큼 달라질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
[표 4A]
위의 표 4A는 10개 지점 펜타 전극 웰 기하학적 형태에 대한 예시적인 값을 제공한다. 위에서 논의된 바와 같이, 예를 들어, 단락 [0057]에서, 본 발명의 실시형태들에 따른 Ag/AgCl 전극은 약 3.07×10-7 몰 내지 3.97×10-7 몰의 산화제를 포함할 수 있다. 위에 제시된 기하학적 형태 외에도, 작업 전극과 보조 전극 둘 다의 두께는 약 10 미크론(3.937×10-4 인치)일 수 있다. 표 4B는 보조 전극 면적 및 부피당 보조 전극 내 산화제의 몰수에 대한 대략적인 값과 범위를 제공한다. 표 4C는 작업 전극 면적 및 부피당 보조 전극 내 산화제의 몰수에 대한 대략적인 값과 범위를 제공한다. 표 4B 및 표 4C에 제시된 값과 범위는 인치 단위를 사용하여 제공된다. 당업자는 이들 값이 mm로 변환될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
[표 4B]
[표 4C]
도 6a 및 도 6b는 폐쇄형 링 패턴으로 배치된 비원형(예를 들어, 삼엽형 또는 쐐기형) 작업 전극 구역들(104)을 갖는 웰(200)의 전극 디자인(601)의 예시적이고 비제한적인 실시형태들을 예시한다. 도 6a에 예시된 바와 같이, 웰(200)은 단일의 보조 전극(102)을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 하나 초과(예를 들어, 2, 3, 4, 5 등)의 보조 전극(102)이 웰(200)에 포함될 수 있다. 실시형태들에서, 보조 전극(102)은 대략 원형 모양을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 보조 전극(102)은 다른 모양(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 타원형, 클로버, 또는 임의의 다른 규칙적 또는 불규칙한 기하학적 형태)을 갖도록 형성될 수 있다.
실시형태들에서, 웰(200)은 또한 10개, 또는 이보다 많은, 또는 이보다 적은 작업 전극 구역(104)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6a 및 도 6b는 12개의 작업 전극 구역(104)을 갖는 실시형태를 예시하고, 도 6c 및 도 6d는 11개의 작업 전극 구역(104)을 갖는 실시형태를 예시하고, 도 6e는 14개의 작업 전극 구역(104)을 갖는 실시형태를 예시하고, 도 6f는 7개의 작업 전극 구역(104)을 갖는 실시형태를 예시한다. 작업 전극 구역(104)은 비원형 모양, 예를 들어, 삼엽형 모양으로도 지칭되는, 하나 이상의 둥근 또는 반경을 갖는 모서리를 갖는 삼각형 모양, 또는 쐐기 모양을 갖도록 형성될 수 있다. 폐쇄형 링 패턴에서, 작업 전극 구역(104)은 각각이 거리 "D1"에서 웰(200)의 주연부 "P"에 인접한 패턴에 있도록 웰(200)의 주연부 주위에 원형 모양으로 위치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 거리 D1은 작업 전극 구역들(104)의 경계와 주연부(P) 사이의 최소 거리일 수 있다. 즉, 작업 전극 구역들(104) 각각은 웰(200)의 둘레 P로부터 동일한 거리 D1에 위치될 수 있고, 작업 전극 구역들(104) 각각은 서로로부터 거리 "D2"만큼 동일하게 이격될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 거리 D2는 2개의 인접한 작업 전극 구역(104)의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다.특정 실시형태들에서, 거리 D1은 하나 이상의 작업 전극 구역(104)과 웰(200)의 주연부(P) 사이에서 동일하지 않을 수 있다. 보조 전극(102)은 각각의 작업 전극 구역(104)으로부터 동일한 거리 "D3"로 C형 패턴의 중심에 위치할 수 있지만, 다른 실시형태들에서는 거리 D3은 보조 전극(102)에 대해 측정된 작업 전극 구역들(104) 중 하나 이상에 대해 달라질 수 있다. 일부 실시형태들에서, 거리 D3은 작업 전극 구역(104)의 경계와 보조 전극의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 특정 실시형태들에서, 예시된 바와 같이, 거리 D1, 거리 D2, 및 거리 D3은 각각의 특징부(예를 들어, 작업 전극 구역(104), 보조 전극(102), 또는 주연부(P))의 둘레 상의 가장 가까운 지점으로부터 측정될 수 있다. 당업자는 반복 가능한 패턴, 예를 들어 기하학적 패턴을 생성하기 위해 소정의 특징부 상의 임의의 상대 지점으로부터 거리가 측정될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
이들 도면은 단일 보조 전극(102)을 도시하지만, 도 6c에 예시된 바와 같이 하나 초과의 것들이 포함될 수도 있다. 또한, 이들 도면에서는 보조 전극(102)이 웰(200)의 대략적인(또는 실제) 중심에 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 보조 전극(102)은 도 6d에 예시된 바와 같이 웰(200)의 다른 위치에도 배치될 수 있다. 추가로, 이들 도면은 10개의 작업 전극 구역(104)을 도시하지만, 도 6e 및 도 6f에 예시된 바와 같이 더 많거나 더 적은 수의 작업 전극 구역(104)이 포함될 수 있다.
도 6a 내지 도 6f에 예시된 전기화학적 셀은 Ag, Ag/AgCl, 탄소, 탄소 복합재 및/또는 기타 탄소 기반 재료, 및/또는 본원에 논의된 임의의 다른 전극 재료의 전극을 포함할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작업 전극 구역(104)의 크기는 동일할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작업 전극 구역(104)의 크기는 다양할 수 있다. 일례에서, 보조 전극(102)의 크기는 일정할 수 있고, 작업 전극 구역(104)의 크기는 보조 전극(102)의 반경을 변화시키는 것과 같이 변할 수 있다. 표 5A는 도 6a 내지 도 6f에 예시된 실시형태들에 대한 작업 전극 구역(104) 및 보조 전극(102)에 대한 치수의 예를 포함한다. 당업자는 표 5A에 포함된 치수가 대략적인 값이고 제조 공차와 같은 조건에 따라 예를 들어 +/- 5.0%만큼 달라질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
[표 5A]
위의 표 5A는 폐쇄형 삼엽형 전극 웰 기하학적 형태에 대한 예시적인 값을 제공한다. 위에서 논의된 바와 같이, 예를 들어, 단락 [0057]에서, 본 발명의 실시형태들에 따른 Ag/AgCl 전극은 약 3.07×10-7 몰 내지 3.97×10-7 몰의 산화제를 포함할 수 있다. 위에 제시된 기하학적 형태 외에도, 작업 전극과 보조 전극 둘 다의 두께는 약 10 미크론(3.937×10-4 인치)일 수 있다. 표 5B는 보조 전극 면적 및 부피당 보조 전극 내 산화제의 몰수에 대한 대략적인 값과 범위를 제공한다. 표 5C는 작업 전극 면적 및 부피당 보조 전극 내 산화제의 몰수에 대한 대략적인 값과 범위를 제공한다. 표 5B 및 표 5C에 제시된 값과 범위는 인치 단위를 사용하여 제공된다. 당업자는 이들 값이 mm로 변환될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
[표 5B]
[표 5C]
실시형태들에서, 삼엽형 전극 디자인에서 날카로운 모서리를 제거하는 것이 유익할 수 있다. 예를 들어, 도 6a는 날카로운 모서리를 갖는 삼엽형 디자인을 예시하는 반면, 도 6b는 둥근 모서리를 갖는 삼엽형 디자인을 예시한다. 둥근 모서리는 작업 전극 구역(104)의 면적을 예를 들어 1 내지 5%만큼 줄일 수 있지만 추가 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 날카로운 모서리는 용액의 균일한 분포를 방해할 수 있다. 날카로운 모서리는 정확한 이미지를 얻기가 더 어려운 작은 특징을 제공할 수도 있다. 따라서, 작업 전극 구역(104)이 더 작아지더라도 날카로운 모서리가 감소하는 것이 유리할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 원형 전극들을 갖는 폐쇄형 링 디자인을 갖는 웰(200)의 전극 디자인(701)의 예시적이고 비제한적인 실시형태들을 예시한다. 도 7a에 예시된 바와 같이, 웰(200)은 단일의 보조 전극(102)을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 하나 초과(예를 들어, 2, 3, 4, 5 등)의 보조 전극(102)이 웰(200)에 포함될 수 있다. 실시형태들에서, 보조 전극(102)은 대략 원형 모양을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 보조 전극(102)은 다른 모양(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 타원형, 클로버, 또는 임의의 다른 규칙적 또는 불규칙한 기하학적 형태)을 갖도록 형성될 수 있다.
실시형태들에서, 웰(200)은 10개의 작업 전극 구역(104)을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 10개보다 적거나 많은(예를 들어, 1, 2, 3, 4 등) 작업 전극 구역(104)이 웰(200)에 포함될 수 있다. 실시형태들에서, 작업 전극 구역들(104)은 대략 원형 모양을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 작업 전극 구역(104)은 다른 모양(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 타원형, 클로버형, 또는 임의의 다른 규칙적이거나 불규칙한 기하학적 형태)을 갖도록 형성될 수 있다.
폐쇄형 링 패턴에서, 작업 전극 구역(104)은 각각이 거리 "D1"에서 웰(200)의 주연부 "P"에 인접한 패턴에 있도록 웰(200)의 주연부 주위에 원형 모양으로 위치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 거리 D1은 작업 전극 구역들(104)의 경계와 주연부(P) 사이의 최소 거리일 수 있다. 즉, 작업 전극 구역들(104) 각각은 웰(200)의 둘레 P로부터 동일한 거리 D1에 위치될 수 있고, 작업 전극 구역들(104) 각각은 서로로부터 거리 "D2"(작업 전극(WE-WE) 피치라고도 함)만큼 동일하게 이격된다. 일부 실시형태들에서, 거리 D2는 2개의 인접한 작업 전극 구역(104)의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 특정 실시형태들에서, 거리 D1은 하나 이상의 작업 전극 구역(104)과 웰(200)의 주연부(P) 사이에서 동일하지 않을 수 있다. 추가 실시형태들에서, 거리 D2는 2개 이상의 작업 전극 구역(104) 사이에서 동일하지 않을 수 있다.
보조 전극(102)은 각각의 작업 전극 구역(104)으로부터 동일한 거리 "D3"(WE-AUXILIARY 피치라고도 함)로 링형 패턴의 중심에 위치할 수 있지만, 다른 실시형태들에서는 거리 D3은 보조 전극(102)에 대해 측정된 작업 전극 구역들(104) 중 하나 이상에 대해 달라질 수 있다. 일부 실시형태들에서, 거리 D3은 작업 전극 구역(104)의 경계와 보조 전극의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 특정 실시형태들에서, 예시된 바와 같이, 거리 D1, 거리 D2, 및 거리 D3은 각각의 특징부(예를 들어, 작업 전극 구역(104), 보조 전극(102), 또는 주연부(P))의 둘레 상의 가장 가까운 지점으로부터 측정될 수 있다. 당업자는 반복 가능한 패턴, 예를 들어 기하학적 패턴을 생성하기 위해 소정의 특징부 상의 임의의 상대 지점으로부터 거리가 측정될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
추가 실시예들에서, 작업 전극 구역 대 보조 전극 거리(WE-Auxiliary distance)는 작업 전극 구역(104)의 중심으로부터 보조 전극(102)의 중심까지 측정될 수 있다. WE-Auxiliary distance의 예는, 10개 지점 개방형 동심 디자인의 경우 0.088 인치, 모서리가 날카로운 10개 삼엽형 개방형 동심 디자인의 경우 0.083 인치, 모서리가 둥근 10개 삼엽형 개방형 동심 디자인의 경우 0.087 인치, 모서리가 날카로운 10개 삼엽형 폐쇄형 동심 디자인의 경우 0.080 인치, 모서리가 둥근 10개 삼엽형 폐쇄형 동심 디자인의 경우 0.082 인치, 및 10개 지점 폐쇄형 동심 디자인의 경우 0.086 인치를 포함한다. 펜타 디자인에서, WE-Auxiliary distance는 내부 작업 전극 구역(104)과 보조 전극(102) 사이 0.062 인치와, 외부 작업 전극 구역(104)과 보조 전극(102) 사이 0.064 인치일 수 있다. 여기에 제공된 WE-Auxiliary distance 값은 본 개시내용의 범위를 벗어남이 없이 5%, 10%, 15%, 25%, 또는 그 이상 변할 수 있다. 실시형태들에서, WE-Auxiliary distance 값은 작업 전극 구역(104) 및 보조 구역(102)의 크기 및 형태에 따라 달라질 수 있다.
이들 도면은 단일 보조 전극(102)을 도시하지만, 도 7c에 예시된 바와 같이 하나 초과의 것들이 포함될 수도 있다. 또한, 이들 도면에서는 보조 전극(102)이 웰(200)의 대략적인(또는 실제) 중심에 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 보조 전극(102)은 도 7d에 예시된 바와 같이 웰(200)의 다른 위치에도 배치될 수 있다. 추가로, 이들 도면은 10개의 작업 전극 구역(104)을 도시하지만, 도 7e 및 도 7f에 예시된 바와 같이 더 많거나 더 적은 수의 작업 전극 구역(104)이 포함될 수 있다.
도 7a 내지 도 7f에 예시된 전기화학적 셀은 Ag, Ag/AgCl, 탄소, 탄소 복합재 및/또는 기타 탄소 기반 재료, 및/또는 본원에 논의된 임의의 다른 전극 재료의 전극을 포함할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작업 전극 구역(104)의 크기는 동일할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작업 전극 구역(104)의 크기는 다양할 수 있다. 일례에서, 표 6A에 나타낸 바와 같이, 작업 전극 구역(104)의 크기는 일정할 수 있고, 보조 전극(102)의 크기는 직경을 변화시키는 것과 같이 변할 수 있다. 당업자는 표 6A에 포함된 치수가 대략적인 값이고 제조 공차와 같은 조건에 따라 예를 들어 +/- 5.0%만큼 달라질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
[표 6A]
위의 표 6A는 폐쇄형 지점 전극 웰 기하학적 형태에 대한 예시적인 값을 제공한다. 위에서 논의된 바와 같이, 예를 들어, 단락 [0057]에서, 본 발명의 실시형태들에 따른 Ag/AgCl 전극은 약 3.07×10-7 몰 내지 3.97×10-7 몰의 산화제를 포함할 수 있다. 위에 제시된 기하학적 형태 외에도, 작업 전극과 보조 전극 둘 다의 두께는 약 10 미크론(3.937×10-4 인치)일 수 있다. 표 6B는 보조 전극 면적 및 부피당 보조 전극 내 산화제의 몰수에 대한 대략적인 값과 범위를 제공한다. 표 6C는 작업 전극 면적 및 부피당 보조 전극 내 산화제의 몰수에 대한 대략적인 값과 범위를 제공한다. 표 6B 및 표 6C에 제시된 값과 범위는 인치 단위를 사용하여 제공된다. 당업자는 이들 값이 mm로 변환될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
[표 6B]
[표 6C]
표 2A 내지 표 6C는 작업 전극 구역(104) 및 보조 전극(102)의 지점 크기에 대한 예시적인 치수를 제공한다. 작업 전극 구역(104) 및 보조 전극(102)의 지점 크기의 선택은 ECL 프로세스의 결과를 최적화하는 데 중요할 수 있다. 예를 들어, 작업 전극 구역(104) 영역과 보조 전극(102) 영역 사이의 적절한 비율을 유지하는 것은 보조 전극(102)이 포화 없이 선택된 전압 파형에 대한 ECL 생성을 완료하기에 충분한 환원 용량을 갖는 것을 보장하는 데 중요할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 더 큰 작업 전극 구역(104)은 더 큰 결합 용량을 제공하고 ECL 신호를 증가시킬 수 있다. 더 큰 작업 전극 구역(104)은 또한 작은 특징을 피하고 임의의 제조 공차가 전체 크기의 더 작은 백분율이기 때문에 제조를 용이하게 할 수 있다. 실시형태들에서, 작업 전극 구역(104) 영역은 ECL 신호, 결합 용량을 증가시키고 제조를 용이하게 하기 위해 최대화될 수 있지만, 작업 전극 구역(104)과 보조 전극(102) 사이에 충분한 절연 유전체 장벽을 유지해야 할 필요성에 의해 제한될 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 원형 작업 전극 구역 및 복합형 보조 전극(102)을 갖는 폐쇄형 링 디자인을 갖는 웰(200)의 전극 디자인(801)의 예시적이고 비제한적인 실시형태들을 예시한다. 도 8a에 예시된 바와 같이, 웰(200)은 2개의 복합형 보조 전극(102)을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 도 8d에 예시된 바와 같이, 2개보다 적은(또는 더 많은) 보조 전극(102)이 웰(200)에 포함될 수 있다. 실시형태들에서, 보조 전극(102)은 위에서 설명한 바와 같이 "기어형", "톱니형", "환형", "와셔형", "타원형", "쐐기형" 등과 같은 복잡한 모양을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 8b에 예시된 바와 같이, 보조 전극(102)의 내부는 작업 전극 구역(104)에 대응하는 외부 반원형 공간(802)(예를 들어, "기어"형 또는 "톱니"형)을 갖는 원형으로 형성될 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어, 도 8c에 예시된 바와 같이, 보조 전극(102)의 외부는 작업 전극 구역(104)에 대응하는 내부 반원형 공간(804)(예를 들어, "와셔"형)을 갖는 중공 링 모양으로 형성될 수 있다.
실시형태들에서, 웰(200)은 10개의 작업 전극 구역(104)을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 10개보다 적거나 많은(예를 들어, 1, 2, 3, 4 등) 작업 전극 구역(104)이 웰(200)에 포함될 수 있다. 실시형태들에서, 작업 전극 구역들(104)은 대략 원형 모양을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 작업 전극 구역(104)은 다른 모양(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 타원형, 클로버형, 또는 임의의 다른 규칙적이거나 불규칙한 기하학적 형태)을 갖도록 형성될 수 있다.
실시형태들에서, 작업 전극 구역들(104)은 2개의 보조 전극(102) 사이에 원형으로 위치될 수 있다. 이 구성에서 외부 반원형 공간(802) 및 내부 반원형 공간(704)은 2개의 보조 전극(102)이 작업 전극 구역을 부분적으로 둘러싸는 것을 허용한다. 2개의 보조 전극(102) 중 바깥 것은 작업 전극 구역(104)으로부터 거리 "D1"만큼 이격될 수 있으며, 여기서 D1은 내부 반원형 공간의 중간점으로부터 작업 전극 구역(104)의 경계까지 측정된 것이다. 일부 실시형태들에서, 거리 D1은 2개의 보조 전극(102) 중 외부와 작업 전극 구역(104) 사이의 최소 거리일 수 있다. 특정 실시형태들에서, 거리 D1은 하나 이상의 작업 전극 구역(104)과 두 개의 보조 전극(102)의 외부 사이에서 동일하지 않을 수 있다. 각각의 작업 전극 구역(104)은 다른 것으로부터 거리 "D2"만큼 동일하게 이격될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 거리 D2는 2개의 인접한 작업 전극 구역(104)의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 추가 실시형태들에서, 거리 D2는 2개 이상의 작업 전극 구역(104) 사이에서 동일하지 않을 수 있다. 2개의 보조 전극(102) 중 안쪽 것은 작업 전극 구역(104)으로부터 거리 "D3"만큼 이격될 수 있으며, 여기서 D3은 외부 반원형 공간의 중간점으로부터 작업 전극 구역(104)의 가장자리까지 측정된 것이다. 일부 실시형태들에서, 거리 D3은 작업 전극 구역(104)의 경계와 보조 전극의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 특정 실시형태들에서, 거리 D1은 하나 이상의 작업 전극 구역(104)과 두 개의 보조 전극(102)의 내부 사이에서 동일하지 않을 수 있다.
특정 실시형태들에서, 예시된 바와 같이, 거리 D1, 거리 D2, 및 거리 D3은 각각의 특징부(예를 들어, 작업 전극 구역(104) 또는 보조 전극(102))의 둘레 상의 가장 가까운 지점으로부터 측정될 수 있다. 당업자는 반복 가능한 기하학적 패턴을 생성하기 위해 소정의 특징부 상의 임의의 상대 지점으로부터 거리가 측정될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 8a 내지 도 8d에 예시된 전기화학적 셀은 Ag/AgCl, 탄소, 및/또는 본원에 논의된 임의의 다른 보조 전극 재료의 보조 전극을 포함할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 전기화학적 셀(100)은 전기화학적 분석을 수행하기 위한 기기 및 장치에 활용될 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명한 웰(200)을 포함하는 다중-웰 플레이트(208)는 생물학적, 화학적, 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석의 수행을 지원하는 임의의 유형의 장치, 예를 들어, ECL 분석을 수행하는 장치에 사용될 수 있다. 도 9a는 웰(200)을 포함하는 다중-웰 플레이트(208)가 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기화학적 분석 및 절차에 사용될 수 있는 일반화된 검정 장치(900)를 예시한다. 당업자는, 도 9a는 검정 장치의 일례를 예시하고 있다는 것과, 도 9a에 예시된 기존 구성요소는 제거될 수 있고/있거나 추가 구성요소가 본원에 설명된 실시형태들의 범위를 벗어남이 없이 검정 장치(900)에 추가될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 9a에 예시된 바와 같이, 다중-웰 플레이트(208)는 플레이트 전기 커넥터(902)에 전기적으로 결합될 수 있다. 플레이트 전기 커넥터(902)는 전압/전류원(904)에 결합될 수 있다. 전압/전류원(904)은 플레이트 전기 커넥터(902)를 통해 다중-웰 플레이트(208)의 웰(200)(예를 들어, 전기화학적 셀(100))에 제어된 전압 및/또는 전류를 선택적으로 공급하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 플레이트 전기 커넥터(1502)는 하나 이상의 보조 전극(102) 및/또는 하나 이상의 작업 전극 구역(102)에 결합되는 다중-웰 플레이트(208)의 전기 접점과 정합하고/하거나 짝을 이루도록 구성되어서 다중-웰 플레이트(208)의 웰(200)에 전압 및/또는 전류가 공급될 수 있도록 한다.
일부 실시형태들에서, 플레이트 전기 커넥터(902)는, 하나 이상의 웰(200)(하나 이상의 작업 전극 구역 및 보조 전극을 포함)을 동시에 활성화되게 하거나 두 개 이상의 작업 전극 구역 및/또는 보조 전극을 개별적으로 활성화될 수 있게 하도록 구성될 수 있다. 특정 실시형태들에서, 과학적 분석을 수행하는 데 사용되는 장치와 같은 장치는 하나 이상의 장치(이를테면, 일례로, 플레이트, 플로우 셀 등)에 전기적으로 연결될 수 있다. 장치와 하나 이상의 장치 사이의 결합은 장치의 전체 표면(예를 들어, 플레이트의 전체 바닥) 또는 장치의 일부를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 플레이트 전기 커넥터(902)는 웰(200) 중 하나 이상이 선택적으로 어드레싱 가능하도록, 예를 들어 웰(200) 중 하나에 선택적으로 인가되는 전압 및/또는 전류 및 검출기(910)로부터 판독된 신호를 허용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 9b에 예시된 바와 같이, 멀티-웰 플레이트(208)는 "A" 내지 "H"로 표시된 행과 "1" 내지 "12"로 표시된 열로 배열된 96개의 웰(200)을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 플레이트 전기 커넥터(902)는 A행 내지 H행 중 하나 또는 1열 내지 12열 중 하나의 웰들(200) 모두를 연결하는 단일 전기 스트립을 포함할 수 있다. 이렇기 때문에, A행 내지 H행 중 하나 또는 1열 내지 12열 중 하나에 있는 모든 웰(200)이 동시에 활성화될 수 있고, 예를 들어, 전압 및/또는 전류가 전압/전류원(904)에 의해 동시에 공급될 수 있다. 마찬가지로, A행 내지 H행 중 하나 또는 1열 내지 12열 중 하나에 있는 모든 웰(200)이 예를 들어 검출기(910)에 의해 판독된 신호에 의해 동시에 판독될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 플레이트 전기 커넥터(902)는 A행 내지 H행 및 1열 내지 12열의 개별 웰들(200)을 연결하는 개별 전기 연결부, 수직 전기 라인(952), 및 수평 전기 라인(950)의 매트릭스를 포함할 수 있다. 플레이트 전기 커넥터(902)(또는 전압/전류 공급 장치(904))는 수직 전기 라인(952) 및 수평 전기 라인(950)에 대한 전기 연결을 선택적으로 설정하는 스위치 또는 다른 전기 연결 장치를 포함할 수 있다. 이렇기 때문에, 도 9b에 예시된 바와 같이, A행 내지 H행 중 하나 또는 1열 내지 12열 중 하나에 있는 하나 이상의 웰(200)이 개별적으로 활성화될 수 있고, 예를 들어, 전압 및/또는 전류가 전압/전류원(904)에 의해 개별적으로 공급될 수 있다. 마찬가지로, A행 내지 H행 중 하나 또는 1열 내지 12열 중 하나에 있는 하나 이상의 웰(200)이 예를 들어 검출기(910)에 의해 판독된 신호에 의해 개별적으로 동시에 판독될 수 있다. 이 실시예에서, 개별적으로 활성화되는 하나 이상의 웰(200)은 하나 이상의 웰(200), 예를 들어, 웰 A1, 웰 A2 등의 인덱스에 기초하여 선택될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 플레이트 전기 커넥터(902)는 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 및/또는 하나 이상의 보조 전극(102)이 동시에 활성화되도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 플레이트 전기 커넥터(902)는 웰(200) 각각의 보조 전극들(102) 및/또는 작업 전극 구역들(104) 중 하나 이상에 선택적으로 주소지정할 수 있게 하도록, 예를 들어, 보조 전극들(102) 및/또는 작업 전극 구역들(104)의 개별적인 것들에 전압 및/또는 전류를 선택적으로 인가할 수 있게 하고 검출기(910)로부터 신호를 판독할 수 있게 하도록, 구성될 수 있다. 위에 설명된 바와 같은 웰(200)과 유사하게, 각각의 웰(200)에 대해, 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은 플레이트 전기 커넥터(902)가 웰(200)의 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 각각에 전기적으로 연결되도록 하는 별도의 전기 접점을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 각각의 웰(200)에 대해, 하나 이상의 보조 전극(102)은 플레이트 전기 커넥터(902)가 웰(200)의 하나 이상의 보조 전극(102) 각각에 전기적으로 연결되도록 하는 별도의 전기 접점을 포함할 수 있다.
예시되지는 않았지만, 플레이트 전기 커넥터(902)(또는 검정 장치(900)의 다른 구성요소들)는, 특정 웰들(200), 보조 전극들(102), 및/또는 작업 전극 구역들(104)을 선택적으로 전압/전류원(904)에 전기적으로 결합되게 하여 전압 및/또는 전류가 선택적으로 인가되게 하기 위한 임의의 수의 전기 구성요소, 예를 들어 전기 라인, 스위치, 멀티플렉서, 트랜지스터 등을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 예시되지는 않았지만, 플레이트 전기 커넥터(902)(또는 검정 장치(900)의 다른 구성요소들)는, 신호들이 검출기(910)로부터 선택적으로 판독될 수 있게 하도록 특정 웰들(200), 보조 전극들(102), 및/또는 작업 전극 구역들(104)을 허용하기 위한 임의의 수의 전기 구성요소, 예를 들어 전기 라인, 스위치, 멀티플렉서, 트랜지스터 등을 포함할 수 있다.
공급되는 전압 및/또는 전류를 제어하기 위해, 특정 실시형태들에서, 컴퓨터 시스템 또는 시스템들(906)이 전압/전류 소스(904)에 연결될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 전압/전류원(904)은 컴퓨터 시스템의 도움 없이, 예 를 들어 수동으로 전위 및/또는 전류를 공급할 수 있다. 컴퓨터 시스템(906)은 웰(200)에 공급되는 전압 및/또는 전류를 제어하도록 구성될 수 있다. 마찬가지로, 실시형태들에서, 컴퓨터 시스템(906)은 전기화학적 프로세스 및 절차 동안 측정된 데이터를 저장, 분석, 표시, 전송 등을 위해 활용될 수 있다.
다중-웰 플레이트(208)는 하우징(908) 내에 수용될 수 있다. 하우징(908)은 검정 장치(900)의 구성요소를 지지하고 수용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하우징(908)은 검정 장치(900)의 작동을 수용하기 위해 실험 조건(예를 들어, 기밀, 차광 등)을 유지하도록 구성될 수 있다.
실시형태들에서, 검정 장치(900)는 검정 장치(900)의 전기화학적 프로세스 및 절차와 관련된 데이터를 측정, 캡처, 저장, 분석 등을 하는 하나 이상의 검출기(910)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출기(910)는 광검출기(912)(예를 들어, 카메라, 포토다이오드 등), 전압계, 전류계, 전위차계, 온도 센서 등을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 검출기(910)는 검정 장치(900)의 다른 구성요소, 예를 들어 플레이트 전기 커넥터(902), 전압 전류원(904), 컴퓨터 시스템(906), 하우징(908) 등에 통합될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 검출기(910)는 다중-웰 플레이트(208)에 통합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 히터, 온도 제어기 및/또는 온도 센서가 후술되는 바와 같이 웰(200) 각각의 전극 디자인에 통합될 수 있다.
실시형태들에서, 하나 이상의 광 검출기(912)는 예를 들어 필름, 광전자 증배관, 포토다이오드, 애벌랜치 포토 다이오드, 전하 결합 소자("CCD"), 또는 기타 광 검출기 또는 카메라일 수 있다. 하나 이상의 광 검출기(912)는 순차적 방출을 검출하기 위한 단일 검출기일 수 있거나, 방출된 광의 단일 또는 다중 파장에서 동시 방출을 검출하고 공간적으로 분해하기 위한 다중 검출기 및/또는 센서를 포함할 수 있다. 방출되고 검출되는 광은 가시광선일 수도 있고, 적외선이나 자외선과 같은 비가시광선으로 방출될 수도 있다. 하나 이상의 광검출기(912)는 고정식이거나 이동식일 수 있다. 방출된 광 또는 기타 방사선은, 예를 들어, 다중-웰 플레이트(208)의 임의의 구성요소에 또는 이에 인접하게 위치된 렌즈, 미러, 및 광섬유 광 도파관 또는 광 도관(단일, 다중, 고정, 또는 이동 가능)을 사용하여, 하나 이상의 광 검출기(912)로 전달되는 동안 조향되거나 수정될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 작업 전극 구역(104) 및/또는 보조 전극(102)의 표면 자체는 광의 전달을 안내하거나 허용하는 데 활용될 수 있다.
위에서 논의한 바와 같이, 실시형태들에서, 다양한 광 신호의 동시 방출을 검출하고 해결하기 위해 다중 검출기가 사용될 수 있다. 여기에 이미 제공된 예에 더하여, 검출기는 하나 이상의 빔 분할기, 미러 렌즈(예를 들어, 50% 은도금 미러), 및/또는 2개 이상의 상이한 검출기에 광학 신호를 보내기 위한 기타 장치(예를 들어, 다수의 카메라 등)을 포함할 수 있다. 이들 다중 검출기 실시형태는, 예를 들어 하나의 검출기(예를 들어, 카메라)를 고이득 구성으로 설정하여 낮은 출력 신호를 캡처하고 정량화하는 동시에 다른 검출기를 저이득 구성으로 설정하여 고출력 신호를 캡처하고 정량화하는 것을 포함할 수 있다. 실시형태들에서, 고출력 신호는 저출력 신호에 비해 2x, 5x, 10x, 100x, 1000x, 또는 그 이상일 수 있다. 다른 예들도 고려된다.
위에 설명된 빔 분할기 예를 살펴보면, 방출된 광을 검출하고 분해하기 위해 특정 비율(예를 들어, 두 센서의 90:10 비율, 다른 비율 및/또는 센서의 개수도 고려됨)의 빔 분할기가 사용될 수 있다. 90:10인 이 실시예에서, 입사광의 90%는 낮은 조도에 대해 높은 이득 구성을 사용하는 첫 번째 센서로 향하고 나머지 10%는 높은 조도에 대해 낮은 이득 구성을 사용하는 두 번째 센서로 향할 수 있다. 실시형태들에서, 제1 센서에 대한 10%의 광 손실은 노이즈를 줄이기 위해 다양한 요인, 예를 들어 선택된 센서/센서 기술, 비닝 기술 등을 기반으로 하여 (적어도 부분적으로) 보상될 수 있다.
실시형태들에서, 각각의 센서는 동일한 유형(예를 들어, CCD/CMOS)일 수 있고, 다른 실시형태들에서는 상이한 유형(예를 들어, 제1 센서는 고감도, 고성능 CCD/CMOS 센서일 수 있고 제2 센서는 저렴한 CCD/CMOS 센서를 포함할 수 있음)을 사용할 수 있다. 다른 실시예들에서, (예를 들어, 더 큰 크기의 센서의 경우), 광이 (예를 들어, 위에서 설명한 대로 90/10, 다른 비율도 고려됨) 분할될 수 있어서, 신호의 90%가 센서의 절반에 이미지화될 수 있고 나머지 10%는 센서의 나머지 절반에 이미지화될 수 있다. 동적 범위는 예를 들어 다중 센서로 99:1 비율을 적용함으로써 이 기술의 광학을 최적화함으로써 추가로 확장될 수 있으며, 여기서 하나의 센서(예를 들어, 카메라)는 제1 동적 범위 및 제2 센서 내에서 매우 민감한다. 가장 낮은 감도는 첫 번째 센서보다 높게 시작된다. 적절하게 최적화되면 각각이 받는 광의 양이 최대화되어 전반적인 감도가 향상된다. 이러한 실시예들에서, 예를 들어 작업 전극 구역에 순차적인 방식으로 에너지를 공급함으로써 혼선을 최소화 및/또는 제거하는 기술이 사용될 수 있다. 이들 예에 의해 제공되는 이점은 낮은 광 레벨과 높은 광 레벨의 동시 검출을 포함하며, 이는 이중 여기(예를 들어, 다중 펄스 방법)의 필요성을 제거할 수 있고, 따라서 ECL 판독 시간이 감소 및/또는 개선될 수 있다.
실시형태들에서, 하나 이상의 광 검출기(912)는 검정 장치(900)의 작동 중에 방출되는 광자를 캡처하기 위해 웰(200)의 이미지를 캡처하는 하나 이상의 카메라(예를 들어, 전하 결합 소자(CCD), 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 이미지 센서 등)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 광 검출기(912)는 다중-웰 플레이트(208)의 모든 웰(200)의 이미지를 캡처하는 단일 카메라, 서브세트의 웰들(200)의 이미지를 캡처하는 단일 카메라, 모든 웰(200)의 이미지를 캡처하는 다수의 카메라, 또는 서브세트의 웰들(200)의 이미지를 캡처하는 다수의 카메라를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 다중-웰 플레이트(200)의 각각의 웰(200)은 웰(200)의 이미지를 캡처하는 카메라를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 다중-웰 플레이트(200)의 각 웰(200)은 단일 작업 전극 구역(104) 또는 각 웰(200)의 작업 전극 구역(104)의 하위 세트의 이미지를 캡처하는 다중 카메라를 포함할 수 있다. 임의의 실시형태에서, 컴퓨터 시스템(906)은 하나 이상의 광 검출기(912)에 의해 캡처된 이미지를 분석하고 ECL 분석을 수행하기 위한 휘도 데이터를 추출하는 로직을 포함하는 하드웨어, 소프트웨어, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 컴퓨터 시스템(906)은 예를 들어, 이미지에 다수의 웰(200), 다수의 작업 전극 구역(104) 등에 대한 데이터가 포함되어 있는 경우, 하나 이상의 웰(200), 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 등을 포함하는 이미지의 일부에 초점을 맞추기 위해, 이미지를 분할하고 향상시키기 위한 로직을 포함하는 하드웨어, 소프트웨어, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 따라서, 광검출기(912)가 다중 작업 전극 구역(104)으로부터 모든 광을 캡처할 수 있고, 컴퓨터 시스템(906)이 영상 처리를 사용하여 각 작업 전극 구역(104)에 대한 발광 데이터를 분석할 수 있기 때문에 검정 장치(900)는 유연성을 제공할 수 있다. 이렇기 때문에, 검정 장치(900)는 다양한 모드, 예를 들어, 싱글플렉스 모드(예를 들어, 1개의 작업 전극 구역), 10-플렉스 모드(예를 들어, 10-작업 전극 구역 웰(200)에 대한 모든 작업 전극 구역(104))로, 또는 일반적으로 다중 모드(예를 들어, 단일 웰(200) 내 또는 다수의 웰들(200) 중에 동시에 포함되는 서브세트의 모든 작업 전극 구역들, 예컨대 동시에 10개인 다수의 작업 전극 구역 웰들에 대한 5개 작업 전극 구역(104))로 작동할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 하나 이상의 광검출기(912)는 화학적 휘도 동안 방출되는 광자를 검출하고 측정하기 위한 하나 이상의 광다이오드를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 다중-웰 플레이트(200)의 각 웰(200)은 웰(200)에서 방출되는 광자를 검출하고 측정하기 위한 포토다이오드를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 다중-웰 플레이트(200)의 각 웰(200)은 단일 작업 전극 구역(104) 또는 각 웰(200)의 작업 전극 구역(104)의 서브세트로부터 방출된 광자를 검출하고 측정하기 위한 다중 포토다이오드를 포함할 수 있다. 이와 같이 검정 장치(900)는 다양한 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어, 순차적 또는 "시간-분해" 모드에서, 검정 장치(900)는 5개의 작업 전극 구역(104)에 개별적으로 전압 및/또는 전류를 인가할 수 있다. 그런 다음, 포토다이오드는 5개의 작업 전극 구역(104) 각각에서 나오는 광을 순차적으로 검출/측정할 수 있다. 예를 들어, 전압 및/또는 전류는 5개의 작업 전극 구역(104) 중 첫 번째 구역에 인가될 수 있고, 방출된 광자는 대응하는 포토다이오드에 의해 검출 및 측정될 수 있다. 이는 5개의 작업 전극 구역(104) 각각에 대해 순차적으로 반복될 수 있다. 마찬가지로, 이 실시예에서, 순차적 작동 모드는 동일한 웰(200) 내의 작업 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 상이한 웰들(200)에 위치한 작업 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 서브세트들 또는 "섹터들"의 다수의 웰들(200) 내에 위치한 작업 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 이들의 조합에 대해 수행될 수 있다. 마찬가지로, 일부 실시형태들에서, 검정 장치(900)는 하나 이상의 작업 전극 구역(104)이 전압 및/또는 전류의 인가에 의해 동시에 활성화되고 방출된 광자가 멀티플렉스로의 다수의 포토다이오드에 의해 검출 및 측정되는 다중 모드에서 작동할 수 있다. 다중 작동 모드는 동일한 웰(200) 내의 작업 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 상이한 웰들(200)에 위치한 작업 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 다중-웰 플레이트(208)로부터의 서브세트들 또는 "섹터들"의 웰들(200) 내에 위치된 작업 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 이들의 조합에 대해 수행될 수 있다.
전술한 실시형태들에서, 작업 전극 구역(104)에 공급된 전압이 제거된 후 작업 전극 구역(104)은 방출된 광자의 강도가 자연적으로 감소하는 것을 경험한다. 즉, 작업 전극 구역(104)에 전압이 인가되면, 산화환원 반응이 일어나고, 인가된 전압과 산화환원 반응을 겪는 물질에 의해 결정되는 강도로 광자가 방출된다. 인가된 전압이 제거되면 산화환원 반응을 겪은 물질은 물질의 화학적 특성에 따라 일정 기간 동안 붕괴 강도로 광자를 계속 방출한다. 따라서, 작업 전극 구역(104)이 순차적으로 활성화될 때, 검정 장치(900)(예를 들어, 컴퓨터 시스템(906))는 순차적 작업 전극 구역(104)을 활성화하는 데 지연을 구현하도록 구성될 수 있다. 검정 장치(900)(예를 들어, 컴퓨터 시스템(906))는 이전에 점화된 작업 전극 구역(104)의 광자가 현재 활성화된 작업 전극 구역(104)에서 방출된 광자를 방해하는 것을 방지하기 위해 순차적인 작업 전극 구역(104)을 활성화하는 데 지연을 결정하고 구현할 수 있다. 예를 들어, 도 10a는 다양한 전압 펄스 동안의 ECL의 감쇠를 보여주고 있고, 도 10b는 50 ms의 펄스를 사용한 ECL 감쇠 시간을 예시하고 있다. 도 10b의 실시예에서, 강도 데이터는 1800 mV에서 50 ms 길이의 전압 펄스가 끝나는 동안과 끝난 후에 다수의 이미지를 촬영하여 결정되었다. 시간적 해상도를 향상시키기 위해 17ms마다 이미지 프레임을 촬영(또는 광자 감지)했다. 도 10b에 예시된 바와 같이, 50 ms 전압 펄스는 3개의 프레임으로 이미지화되었다(예를 들어, 이미지 1 내지 이미지 3; 17 ms 3회 = 51 ms). 이미지 3 이후의 임의의 방출된 광자, 예를 들어 ECL 신호는 작업 전극 구역(104)이 꺼진 후 광자(예를 들어, ECL)의 강도의 감쇠로 인한 것이다. 도 10b에서, 이미지 4는 작업 전극 구역(104)이 꺼진 후 추가적인 ECL 신호를 캡처했는데, 이는 이 화학 물질에 대한 구동력(예를 들어, 인가된 전압 전위)이 비활성화된 후에 약간의 계속되는 광 생성 화학 물질이 있을 수 있음을 시사한다. 즉, 작업 전극 구역(104)이 1800 mV 전압 펄스가 끝난 후 1 ms 동안 0 mV로 전환되기 때문에, 분극의 영향이 감쇠에 영향을 미치지 않을 가능성이 높다. 실시형태들에서, 검정 장치(900)(예를 들어, 컴퓨터 시스템(906))는 순차적 작업 전극 구역(104)의 활성화를 지연시키기 위해 다양한 전압 펄스에 대한 이러한 데이터를 활용하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 지연의 구현은 검정 장치(900)가 작업 전극 구역(104) 및/또는 웰(200) 사이의 누화를 최소화하고 ECL 작업 등을 수행할 때 높은 처리량을 갖도록 허용한다.
임의의 실시형태에서, 하나 이상의 보조 전극(102)의 활용은 검정 장치(900)의 작동을 개선한다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)의 활용은 검출기(910)에 대한 판독 시간을 향상시킨다. 예를 들어, 하나 이상의 보조 전극(102)에 Ag/AgCl을 사용하면 여러 가지 이유로 ECL의 판독 시간이 향상된다. 예를 들어, 산화환원 쌍(이 특정 실시형태에서는 Ag/AgCl)을 갖는 전극(예를 들어, 보조 전극(102))의 사용은 안정한 계면 전위를 제공하여 전기화학적 분석 프로세스가 전압 램프보다는 전압 펄스를 활용할 수 있도록 할 수 있다. 전압 펄스를 사용하면 전체 펄스 파형이 파형의 전체 지속 시간에 걸쳐 ECL을 생성하는 전압 전위에 적용될 수 있으므로 판독 시간이 개선된다. 아래 표 7 및 표 8에는 하나 이상의 보조 전극(102)을 활용하는 검정 장치(900)의 다양한 구성에 대한 향상된 판독 시간(초)이 포함되어 있다. 이 표들의 예는 96웰 플레이트의 모든 웰(각 웰에는 단일 작업 전극(또는 단일 작업 전극 구역) 또는 10개의 작업 전극(또는 10개의 작업 전극 구역)이 포함됨)의 총 판독 시간이다. 이러한 판독 시간 동안 전체 96개 웰의 모든 작업 전극(또는 작업 전극 구역)(실험에 따라 1개 또는 10개)에 대해 분석이 수행되었다. 아래 표 7에서, "공간"이라 함은 모든 작업 전극 구역(104)이 동시에 활성화되고 이들을 분해하기 위해 이미지가 캡처 및 처리되는 작동 모드를 지칭한다. "시간-분해"는 위에서 설명한 순차 모드를 지칭한다. 시간-분해에는 ECL 이미지 수집에 대한 조정(예를 들어, 동적 범위 조정을 위한 비닝 조정 등)이 허용되는 추가적인 이점이 있다. "전류 플레이트 RT" 열에는 비보조 전극(예를 들어, 탄소 전극)에 대한 판독 시간이 포함된다. 표의 마지막 세 열에는 비보조 전극 판독 시간과 보조 전극(예를 들어, Ag/AgCl) 판독 시간 간의 판독 시간 차이가 포함된다. 시간-분해 측정(표 7 및 표 8 모두에서 웰당 10개의 작업 전극 구역이 있는 이러한 예를 사용)의 경우, 서브플렉스에 대한 판독 시간은 1개의 작업 전극 구역(WE) 판독 시간과 10개의 WE 판독 시간 사이에 있다. "B" 실험의 경우, 비보조 전극 플레이트가 시간-분해 모드에서 작동할 수 없기 때문에, 판독 시간 개선이 계산되지 않았다. 표 8은 위에서 논의된 바와 같이 검정 장치(900)가 포토다이오드를 포함하는 유사한 데이터를 포함한다. 당업자는 표 7 및 표 8에 포함된 값이 대략적인 값이고 검정 장치의 작동 조건 및 파라미터와 같은 조건에 따라 예를 들어 +/- 5.0%만큼 달라질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
[표 7]
[표 8]
표 7 및 표 8에서, "WE"는 작업 전극 또는 작업 전극 구역을 지칭할 수 있다.
이와 대조적으로, ECL 응용 분야에서의 전압 램프에 있어서, 전압이 인가되지만 ECL이 생성되지 않는 기간이 있다(예를 들어, 램프 시작 부분 및/또는 램프 끝 부분). 예를 들어, 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 도 29 및 도 30(각각 탄소 기반 및 Ag/AgCl 기반 전극 사용)은 전극에 인가되는 3초 램프 시간(1.0 V/s)을 예시하고 있다. 이 파형에는 전위가 걸려 있음에도 불구하고 ECL이 생성되지 않는 기간이 있다. 달리 말하면, 램프 파형을 적용할 때, 전위가 인가되는 ECL이 생성되지 않는 전체 파형 지속 시간의 백분율(예를 들어, 5%, 10%, 15% 등)이 있다. 이러한 백분율은 전극을 형성하는 데 사용되는 재료의 유형, 전극의 상대 및 절대 크기 등을 포함하여 여러 요인에 따라 달라질 수 있다. 도 29 및 도 30은 이 특정 램프 파형에 대해 ECL이 생성되지 않은 특정 백분율의 비제한적인 예시적인 예를 예시한다.
위에 설명된 임의의 실시형태에서, 다양한 크기와 구성을 갖는 작업 전극 구역(104)의 활용은 검정 장치(900)에 다양한 이점을 제공한다. ECL 응용 분야의 경우, 최적의 작업 전극 크기와 위치는 그 응용 분야의 정확한 특성과 ECL 감지에 사용되는 광 검출기 유형에 따라 달라질 수 있다. 작업 전극에 고정된 결합 시약을 사용하는 결합 분석에서 결합 용량, 결합 효율 및 속도는 일반적으로 작업 전극 구역의 크기가 증가함에 따라 증가한다. 영상 검출기(예를 들어, CCD 또는 CMOS 기기)를 사용하는 ECL 장비의 경우, 결합 용량 및 효율성에 있어서의 더 큰 작업 전극 구역의 이점은, 광이 더 작은 작업 전극 구역에서 생성되어 더 적은 수의 영상 장치 픽셀에 이미지화될 때, 총 광자 수의 측면에서 이러한 기기의 감도 향상과 균형을 이룰 수 있다. 작업 전극 구역(104)의 위치는 검정 장치(900)의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 일부 실시형태들에서, 지점 위치, 크기, 및 기하학적 형태는 웰 측벽에서의 광자의 반사, 산란, 또는 손실의 양에 영향을 미칠 수 있으며, 감지되는 원하는 광의 양뿐만 아니라 관심 대상 작업 전극 구역에서 나온 것으로 감지되는 원하지 않는 광(예를 들어, 인접한 작업 전극 구역들 또는 웰들로부터의 미광)의 양에도 영향을 미칠 수 있다. 일부 실시형태들에서, 검정 장치(900)의 성능은 웰(200)의 중앙에 작업 전극 구역(104)이 위치하지 않고 웰(200)의 중앙으로부터 균일한 거리에 작업 전극 구역들(104)이 위치하는 디자인을 취함으로써 개선될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 웰(200) 내 방사상 대칭 위치에 위치하는 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은 검정 장치(900)의 작동을 향상시킬 수 있는데, 그 이유는 광학적 광 수집 및 메니스커스 상호작용이 위에서 논의된 바와 같이 웰(200) 내의 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 모두에 대해 동일하기 때문이다. 고정된 거리(예를 들어, 원형 패턴)로 배열된 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은 검정 장치가 단축된 펄스 파형, 예를 들어 감소된 펄스 폭을 활용할 수 있게 해준다. 실시형태들에서, 하나 이상의 작업 전극 구역(104)이 하나 이상의 보조 전극(102)으로서 가장 가까운 이웃을 갖는(예를 들어, 사이에 삽입된 작업 전극 구역이 없는) 디자인은 검정 장치(900)의 성능을 향상시킨다.
실시형태들에서, 위에 간략하게 설명된 바와 같이, 검정 장치(900)(예를 들어, 컴퓨터 시스템(906))는 전압/전류원(904)을 제어하여 펄스 파형 - 다양한 주기, 주파수, 및 진폭의 다른 파형도 고려됨(예를 들어, 음의 램프 톱니파형, 정사각형 파형, 직사각형 파형 등) - 의 전압 및/또는 전류, 예를 들어 직류, 교류, AC를 에뮬레이션한 DC 등을 공급하도록 구성될 수 있다. 이러한 파형은 다양한 듀티 사이클, 예를 들어, 10%, 20%, 50%, 65%, 90%, 또는 0과 100 사이의 다른 백분율을 포함할 수도 있다. 컴퓨터 시스템(906)은 이하에서 추가로 설명되는 바와 같이 펄스 파형의 크기 및 펄스 파형의 지속 시간을 선택적으로 제어할 수 있다. 일 실시형태에서, 위에서 논의된 바와 같이, 컴퓨터 시스템(906)은 웰(200) 중 하나 이상에 펄스 파형을 선택적으로 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 웰(200) 전체에 전압 및/또는 전류가 공급될 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어, 펄스 파형은 선택된 웰(200)에 (예를 들어, 웰의 서브세트 그룹화 - 예를 들어 4, 16 등 - 와 같은 개별 또는 섹터 기준으로) 공급될 수 있다. 예를 들어, 위에서 논의된 바와 같이, 웰(200)은 개별적으로 주소지정이 가능하거나, 2개 이상의 웰의 그룹 또는 하위 집합으로 주소지정이 가능할 수 있다. 실시형태들에서, 컴퓨터 시스템(906)은 또한, 작업 전극 구역(104) 및/또는 보조 전극(102) 중 하나 이상에 펄스 파형을 위에서 설명한 방식으로(예를 들어, 개별적으로 주소지정 가능하거나 2개 이상의 보조 전극 그룹에서 주소지정 가능) 선택적으로 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 펄스 파형은 웰(200) 내의 모든 작업 전극 구역(104)에 공급될 수 있고/있거나 웰(200) 내의 하나 이상의 선택된 작업 전극 구역(104)에 주소지정될 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어, 펄스 파형은 모든 보조 전극(102)에 공급될 수 있고/있거나 하나 이상의 선택된 보조 전극(102)에 주소지정될 수 있다.
실시형태들에서, 전압/전류원(904)에 의해 공급되는 펄스 파형은 검정 장치(900)의 전기화학적 분석 및 절차를 개선하도록 설계될 수 있다. 도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 것으로, 펄스 파형을 사용하여 검정 장치를 작동시키는 프로세스(1100)를 보여주는 흐름도를 도시한다.
작동 1102에서, 프로세스(1100)는 웰 내의 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 또는 하나 이상의 보조 전극(102)에 전압 펄스를 인가하는 것을 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(906)은 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 또는 하나 이상의 보조 전극(102)에 전압 펄스를 공급하도록 전압/전류원(904)을 제어할 수 있다.
실시형태들에서, 펄스 파형은 직류, 교류, AC를 에뮬레이션한 DC 등과 같은 다양한 파형 유형 - 주기, 주파수, 및 진폭이 변하는 다른 파형(예를 들어, 음의 램프 톱니파형, 구형파 파형, 직사각형 파형 등)도 고려됨 - 을 포함할 수 있다. 이러한 파형은 다양한 듀티 사이클, 예를 들어, 10%, 20%, 50%, 65%, 90%, 또는 0과 100 사이의 다른 백분율을 포함할 수도 있다. 도 12a 및 도 12b는 펄스 파형의 두 가지 예를 예시한다. 도 12a에 예시된 바와 같이, 펄스 파형은 시간 T 동안 전압 V를 갖는 구형파일 수 있다. 전압 펄스의 예도 도 14a, 도 14b, 도 15a 내지 도 15l, 도 16, 및 도 17을 참조하여 설명되어 있는데, 예를 들면, 500 ms에서 1800 mV, 500 ms에서 2000 mV, 500 ms에서 2200 mV, 500 ms에서 2400 mV, 100 ms에서 1800 mV, 100 ms에서 2000 mV, 100 ms에서 2200 mV, 100 ms에서 2400 mV, 50 ms에서 1800 mV, 50 ms에서 2000 mV, 50 ms에서 2200 mV, 50 ms에서 2400 mV 등이다. 도 17에 예시된 바와 같이, 펄스 파형은 두 가지 파형의 조합, 예를 들어 사인파에 의해 변조된 구형파일 수 있다. 생성된 ECL 신호는 또한 사인파의 주파수에 따라 변조되므로, 검정 장치(900)는 사인파의 주파수를 나타내지 않는 전자 노이즈 또는 미광을 필터링하고 사인파의 주파수를 나타내는 ECL 신호에 초점을 맞추기 위한 필터 또는 잠금 회로를 포함할 수 있다. 도 12a 및 도 12b는 펄스 파형의 예를 도시하지만, 당업자는 펄스 파형이 미리 정의된 기간 동안 정의된 전압(또는 전압 범위)으로 전위가 상승하는 임의의 구조를 가질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 당업자는 본원에 설명된 전압 펄스 및 펄스 파형의 파라미터(예들 들어, 지속 시간, 듀티 사이클, 및 볼트 단위의 펄스 높이)가 대략적인 값이고 전압/전류원의 작동 파라미터와 같은 조건에 따라 예를 들어 +/- 5.0%만큼 달라질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
작동 1104에서, 프로세스(1100)는 하나 이상의 작업 전극 구역(104)과 하나 이상의 보조 전극(102) 사이의 전위차를 측정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 검출기(910)는 웰(200)의 작업 전극 구역(104)과 보조 전극(102) 사이의 전위차를 측정할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 검출기(910)는 측정된 데이터를 컴퓨터 시스템(1506)에 공급할 수 있다.
작동 1106에서, 프로세스(1100)는 측정된 전위차 및 기타 데이터에 기초하여 분석을 수행하는 것을 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(906)은 전위차 및 기타 데이터에 대한 분석을 수행할 수 있다. 분석은 전위차법, 전기량법, 전압전류법, 광학 분석(아래에서 자세히 설명) 등과 같은 프로세스 또는 절차일 수 있다. 실시형태들에서, 펄스 파형을 사용하면 특정 유형의 분석이 수행될 수 있다. 예를 들어, 인가된 전위가 특정 수준을 초과할 때 활성화되는 샘플에서는 다양한 산화환원 반응이 발생할 수 있다. 특정 전압의 펄스 파형을 사용함으로써 검정 장치(900)는 이러한 산화환원 반응 중 일부를 선택적으로 활성화할 수 있고 다른 반응은 활성화하지 않을 수 있다.
일 실시형태에서, 본원에 제공된 개시내용은 ECL 분석을 수행하는 방법에 적용될 수 있다. ECL 분석을 수행하는 방법의 특정 예들이 미국 특허 제5,591,581호; 제5,641,623호; 제5,643,713호; 제5,705,402호; 제6,066,448호; 제6,165,708호; 제6,207,369호; 제6,214,552호; 및 제7,842,246호; 및 PCT 출원 공개 WO87/06706 및 WO98/12539에 제공되어 있고, 이들은 본원에 참조로 포함된다.
실시형태들에서, 전압/전류원(904)에 의해 공급되는 펄스 파형은 ECL 분석 중에 방출되는 ECL을 개선하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 펄스 파형은 안정적이고 일정한 전압 전위를 제공하여 안정적이고 예측 가능한 ECL 방출을 생성함으로써 ECL 분석 중에 방출되는 ECL을 향상시킬 수 있다. 도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따른 것으로, 펄스 파형을 사용하여 ECL 장치를 작동시키는 프로세스(1300)를 보여주는 흐름도를 도시한다.
작동 1302에서, 프로세스(1300)는 ECL 장치의 웰에 있는 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 또는 보조 전극(102)에 전압 펄스를 인가하는 것을 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(906)은 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 또는 하나 이상의 보조 전극(102)에 전압 펄스를 공급하도록 전압/전류원(904)을 제어할 수 있다. 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)은 산화환원 쌍을 포함할 수 있는데, 이 경우, 전압 또는 전위가 인가될 때의 산화환원 쌍의 종의 반응은 하나 이상의 보조 전극(102)에서 발생하는 우세한 산화환원 반응이다. 일부 실시형태들에서, 인가된 전위는 물을 환원하거나 물의 전기분해를 수행하는 데 필요한 한정된 전위보다 낮다. 일부 실시형태들에서, 전류의 1% 미만이 물의 환원에 관련된다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)의 단위 면적(노출된 표면적)당 1 미만의 전류가 물의 환원에 관련된다.
실시형태들에서, 펄스 파형은 직류, 교류, AC를 에뮬레이션한 DC 등과 같은 다양한 파형 유형 - 주기, 주파수, 및 진폭이 변하는 다른 파형(예를 들어, 음의 램프 톱니파형, 구형파 파형, 직사각형 파형 등)도 고려됨 - 을 포함할 수 있다. 위에서 논의된 도 12a 및 도 12b는 펄스 파형의 두 가지 예를 예시한다. 펄스 파형은 시간 T 동안 전압 V를 갖는 구형파일 수 있다. 전압 펄스의 예도 도 14a, 도 14b, 도 15a 내지 도 15l, 도 16, 및 도 17을 참조하여 설명되어 있는데, 예를 들면, 500 ms에서 1800 mV, 500 ms에서 2000 mV, 500 ms에서 2200 mV, 500 ms에서 2400 mV, 100 ms에서 1800 mV, 100 ms에서 2000 mV, 100 ms에서 2200 mV, 100 ms에서 2400 mV, 50 ms에서 1800 mV, 50 ms에서 2000 mV, 50 ms에서 2200 mV, 50 ms에서 2400 mV 등이다. 이러한 파형은 다양한 듀티 사이클, 예를 들어, 10%, 20%, 50%, 65%, 90%, 또는 0과 100 사이의 다른 백분율을 포함할 수도 있다.
작동 1304에서, 프로세스(1300)는 일정 기간에 걸쳐 전기화학적 셀로부터 발광 데이터를 캡처하는 것을 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 광검출기(912)는 웰(200)에서 방출된 발광 데이터를 캡처하고 발광 데이터를 컴퓨터 시스템(906)에 전달할 수 있다. 일 실시형태에서, 광검출기가 ECL 데이터를 수집할 수 있도록 기간이 선택될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 하나 이상의 광 검출기(912)는 다중-웰 플레이트(208)의 모든 웰(200)의 이미지를 캡처하는 단일 카메라 또는 웰(200)의 서브세트의 이미지를 캡처하는 다중 카메라를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 다중-웰 플레이트(200)의 각각의 웰(200)은 웰(200)의 이미지를 캡처하는 카메라를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 다중-웰 플레이트(200)의 각 웰(200)은 단일 작업 전극 구역(104) 또는 각 웰(200)의 작업 전극 구역(104)의 하위 세트의 이미지를 캡처하는 다중 카메라를 포함할 수 있다. 따라서, 검정 장치(900)는 카메라가 다수의 작업 전극 구역(104)으로부터 모든 광을 캡처할 수 있기 때문에 유연성을 제공할 수 있고, 컴퓨터 시스템(906)은 각 작업 전극 구역(104)에 대한 발광 데이터를 분석하기 위해 영상 처리를 사용할 수 있다. 이렇기 때문에, 검정 장치(900)는 다양한 모드, 예를 들어, 싱글플렉스 모드(예를 들어, 1개의 작업 전극 구역), 10-플렉스 모드(예를 들어, 10-작업 전극 구역 웰(200)에 대한 모든 작업 전극 구역(104))로, 또는 일반적으로 다중 모드(예를 들어, 단일 웰(200) 내 또는 다수의 웰들(200) 중에 동시에 포함되는 서브세트의 모든 작업 전극 구역들, 예컨대 동시에 10개인 다수의 작업 전극 구역 웰들에 대한 5개 작업 전극 구역(104))로 작동할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 검정 장치(900)는 웰(200)에서 방출되는 광자를 검출 및 측정하기 위해 다중-웰 플레이트(200)의 각 웰(200)에 대응하는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 검정 장치(900)는 각각의 웰(200)의 단일 작업 전극 구역(104) 또는 서브세트의 작업 전극 구역들(104)로부터 방출된 광자를 검출 및 측정하기 위해 다중-웰 플레이트(200)의 각 웰(200)에 대응하는 다수의 포토다이오드를 포함할 수 있다. 이와 같이 검정 장치(900)는 다양한 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어, 검정 장치(900)는 다중-웰 플레이트(208)로부터 하나 이상의 작업 전극 구역(104), 예를 들어 5개의 작업 전극 구역(104)에 개별적으로 전압 및/또는 전류를 인가할 수 있다. 작업 전극 구역(104)은 단일 웰(200) 내에 위치될 수도 있고, 다른 웰(200)에 위치될 수도 있고, 이들의 조합에 위치될 수도 있다. 그런 다음, 포토다이오드는 5개의 작업 전극 구역(104) 각각에서 나오는 광을 순차적으로 검출/측정할 수 있다. 예를 들어, 전압 및/또는 전류는 5개의 작업 전극 구역(104) 중 첫 번째 구역에 인가될 수 있고, 방출된 광자는 대응하는 포토다이오드에 의해 검출 및 측정될 수 있다. 이는 5개의 작업 전극 구역(104) 각각에 대해 순차적으로 반복될 수 있다. 마찬가지로, 이 실시예에서, 순차적 작동 모드는 동일한 웰(200) 내의 작업 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 상이한 웰들(200)에 위치한 작업 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 서브세트들 또는 "섹터들"의 웰들(200) 내에 위치한 작업 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 이들의 조합에 대해 수행될 수 있다. 마찬가지로, 일부 실시형태들에서, 검정 장치(900)는 하나 이상의 작업 전극 구역(104)이 전압 및/또는 전류의 인가에 의해 동시에 활성화되고 방출된 광자가 멀티플렉스로의 다수의 포토다이오드에 의해 검출 및 측정될 수 있는 다중 모드에서 작동할 수 있다. 다중 작동 모드는 동일한 웰(200) 내의 작업 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 상이한 웰들(200)에 위치한 작업 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 다중-웰 플레이트(208)로부터의 서브세트들 또는 "섹터들"의 웰들(200) 내에 위치된 작업 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 이들의 조합에 대해 수행될 수 있다. 아래의 도 14a, 도 14b, 도 15a 내지 도 15l, 도 16, 및 도 17은 ECL 분석에 사용되는 여러 파형의 테스트를 보여주고 있다.
실시형태들에서, ECL을 생성하기 위해 펄스 파형을 적용함으로써, ECL 데이터를 더 빠르고 효율적으로 생성, 수집, 관찰 및 분석함으로써 판독 시간 및/또는 노출 시간이 향상될 수 있다. 또한, 예를 들어 동적 범위 확장(DRE: dynamic range extension), 비닝 등을 개선함으로써 ECL 수집, 수집, 관찰, 및 분석을 개선하기 위해 서로 다른 노출 시간(또는 동일한 노출 시간)을 활용할 수 있는 다양한 노출 접근법(예를 들어, 단일 노출, 이중 노출, 삼중 노출(또는 그 이상))이 사용될 수 있다. 예를 들어, 위에서 논의된 바와 같이, 하나 이상의 보조 전극(102)의 활용은 검정 장치(900)의 작동을 향상시킨다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)의 활용은 검출기(910)에 대한 판독 시간을 향상시킨다. 예를 들어, 하나 이상의 보조 전극(102)에 Ag/AgCl을 사용하면 여러 가지 이유로 ECL의 판독 시간이 향상된다. 예를 들어, 산화환원 쌍(이 특정 실시형태에서는 Ag/AgCl)을 갖는 전극(예를 들어, 보조 전극(102))을 사용하면 안정한 계면 전위가 제공되어 전기화학적 분석 프로세스에서 전압 램프보다는 전압 펄스를 활용할 수 있게 된다. 전압 펄스를 사용하면 전체 펄스 파형이 파형의 전체 지속 시간에 걸쳐 ECL을 생성하는 전압 전위에 적용될 수 있으므로 판독 시간이 개선된다. 또한, "시간-분해" 또는 순차 모드는 ECL 이미지 수집에 대한 조정(예를 들어, 동적 범위를 조정하기 위한 비닝 조정 등)을 허용하는 추가 이점을 갖는다. 또한, 위에서 논의된 바와 같이, 검정 장치(900)(컴퓨터 시스템(906))는 순차적인 작업 전극 구역들(104)의 활성화를 지연시키기 위해 상이한 전압 펄스에 대해 이러한 데이터를 활용하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 지연의 구현은 검정 장치(900)가 작업 전극 구역(104) 및/또는 웰(200) 사이의 누화를 최소화하고 ECL 작업 등을 수행할 때 높은 처리량을 갖도록 허용한다.
작동 1306에서, 프로세스(1300)는 발광 데이터에 대해 ECL 분석을 수행하는 것을 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(906)은 발광 데이터에 대한 ECL 분석을 수행할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 작업 전극 구역(104) 및/또는 보조 전극(102)의 결합 표면, 예를 들어 결합 도메인 상의 주어진 표적 개체로부터 발생하는 발광 데이터, 예를 들어 신호는 다양한 값을 가질 수 있다. 이러한 값은 아날로그 신호를 제공하기 위해 정량적 측정(예를 들어, ECL 강도)과 상호 연관될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 분석물이 존재하는지 존재하지 않는지를 나타내기 위해 디지털 신호(예 또는 아니오 신호)가 각각의 작업 전극 구역(104)으로부터 획득될 수 있다. 통계 분석이 두 기술 모두에 사용될 수 있으며, 정량적 결과를 제공하기 위해 복수의 디지털 신호를 변환하는 데 사용될 수 있다. 일부 분석물에는 임계 농도를 나타내는 디지털 존재/비존재 신호가 필요할 수 있다. 아날로그 및/또는 디지털 형식은 별개로 또는 조합하여 활용될 수 있다. 다른 통계적 방법, 예를 들어 농도 구배에 대한 결합의 통계적 분석을 통해 농도를 결정하는 기술이 활용될 수 있다. 농도 구배를 갖는 데이터의 다수의 선형 어레이는 상이한 웰들(200) 및/또는 상이한 작업 전극 구역들(104)에서 사용되는 다수의 상이한 특정 결합 시약을 사용하여 생성될 수 있다. 농도 구배는 상이한 농도의 결합 시약을 나타내는 별개의 결합 도메인으로 구성될 수 있다.
실시형태들에서, 대조군 검정 용액 또는 시약, 예를 들어 판독 완충액이 웰(200)의 작업 전극 구역에 활용될 수 있다. 대조군 검정 용액 또는 시약은 각 분석에 균일성을 제공하여 신호 변화(예를 들어, 열화, 변동, 다중-웰 플레이트(208)의 노후화, 열 이동, 전자 회로의 노이즈, 및 광검출 기기의 노이즈 등으로 인한 변화)를 제어하도록 할 수 있다. 예를 들어, 동일한 분석물에 대한 다수의 중복성 작업 전극 구역(104)(동일한 결합 시약, 또는 동일한 분석물에 특정된 다른 결합 시약을 포함함)이 활용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기지의 농도의 분석물이 활용될 수 있거나, 대조군 검정 용액 또는 시약이 기지의 양의 ECL 표지에 공유적으로 연결될 수 있거나, 용액 중의 기지의 양의 ECL 표지가 사용될 수 있다.
실시형태들에서, 프로세스(1300)에서 수집되고 생성된 데이터는 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있다. 수집되고 생성된 데이터는, 예를 들어, 임상 또는 연구 정보 모음으로 구성된 데이터베이스 형태로 저장될 수 있다. 수집 및 생성된 데이터는 신속한 포렌식 또는 개인 식별을 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 인간 DNA 샘플에 노출되었을 때 복수의 핵산 프로브를 사용하는 것은 임상 또는 연구 샘플을 식별하는 데 쉽게 사용할 수 있는 시그니처 DNA 지문에 사용될 수 있다. 수집 및 생성된 데이터는 상태(예를 들어, 질병, 방사선 수준 등), 유기체(예를 들어, 박테리아, 바이러스 등)의 존재 등을 식별하는 데 사용될 수 있다.
위에서는 예시적인 프로세스(1300)의 예시적인 흐름을 설명한다. 도 13에 예시된 바와 같은 프로세스는 예시일 뿐이며, 본원에 개시된 실시형태들의 범위를 벗어나지 않는 변형례들이 존재한다. 전술한 바와 같이, 단계들은 설명된 것과 다른 순서로 수행될 수 있고, 추가적인 단계들이 수행될 수 있으며, 및/또는 더 적은 단계들이 수행될 수 있다. 실시형태들에서, 보조 전극과 결합된 펄스 파형의 사용은 ECL 분석에 다양한 이점을 제공한다. 보조 전극을 사용하면 램프를 사용하지 않고도 발광이 더 빨리 생성될 수 있다.
도 14a 내지 도 14c, 도 15a 내지 도 15l, 도 16, 및 도 17은 다양한 펄스 파형을 이용한 ECL 분석 결과를 나타내는 그래프이다. 도 15a 내지 도 15l은 다양한 펄스 파형을 사용한 모델 결합 분석에 대한 BTI 농도에 대해 그래프로 표시된 원시 데이터를 보여주고 있다. 도 15a 내지 도 15l은 Ag/AgCl 보조 전극(펄스 파라미터에 따라 표시됨)을 사용하여 웰에 적용된 펄스 파형 사용과 탄소 전극을 대조군(대조군으로 표시)으로 사용하여 웰에 적용되는 램프 파형(1.4 V/s에서 1초)의 사용 간의 비교를 보여주고 있다. 도 14a 내지 도 14c는 도 15a 내지 도 15l에 도시된 바와 같은 다양한 펄스 파형에 따른 모델 결합 검정의 성능을 요약한다. 도 16과 도 17에 대해서는 아래에서 더 자세히 논의된다. 이러한 테스트에서, 모델 결합 분석을 사용하여 특이적 결합 상호작용을 통해 작업 전극 구역에 결합된 제어된 양의 ECL 표지 결합 시약에서 생성된 ECL의 양에 대한 ECL 생성 조건의 영향을 측정했다. 이 모델 시스템에서, ECL 표지 결합 시약은 비오틴과 ECL 표지(SULFO-TAG, Meso Scale Diagnostics, LLC.) 모두로 표지된 IgG 항체였다. 다양한 농도의 이 결합 시약(BTI 높은 대조군의 경우 "BTI" 또는 "BTI HC"로 지칭됨)을 각 웰에 고정된 스트렙타비딘 층이 있는 통합 스크린 인쇄 탄소 잉크 작업 전극을 갖는 96웰 플레이트의 웰에 첨가했다. 두 가지 유형의 플레이트가 사용되었으며, 대조군 플레이트는 스크린 인쇄 탄소 잉크 상대 전극(Meso Scale Diagnostics, LLC.)이 있는 MSD Gold 96-웰 Streptavidin QuickPlex 플레이트였다. 테스트 플레이트는 디자인이 유사했지만 상대 전극 대신 스크린 인쇄 Ag/AgCl 보조 전극이 있었다. 웰의 BTI가 비오틴-스트렙타비딘 상호작용을 통해 작업 전극에 결합할 수 있도록 플레이트를 배양했다. 배양을 완료한 후, 플레이트를 세척하여 프리 BTI를 제거하고, ECL 판독 완충제(MSD Read Buffer Gold, Meso Scale Diagnostics, LLC.)를 추가하고, 작업 전극과 보조 전극 사이에 정의된 전압 파형을 적용하여 방출된 ECL을 측정하여 플레이트를 분석했다. 테스트 플레이트용 보조 전극 잉크 중의 Ag:AgCl 비율은 대략 50:50이었다. 3개의 상이한 시간 또는 펄스 폭(500 ms, 100 ms, 및 50 ms)에서 4개의 상이한 전위(1800 mV, 2000 mV, 2200 mV, 및 2400 mV)를 사용하여 12개의 파형을 사용했다. 각 파형에 대해 하나의 테스트 플레이트를 테스트했다. 표준 램프 파형을 사용하여 제어판을 테스트했다.
분석 성능 데이터는 각 파형으로 테스트된 플레이트에 대해 결정되고 계산되었다. 평균, 표준 편차 및 %CV는 각 샘플에 대해 계산되었으며 오차 막대가 있는 데이터 포인트로 표시되었다. 0(검정 배경을 측정하기 위한 빈 샘플)에서부터 2 nM까지 범위의 BTI 용액에 대해 측정된 신호를 선형으로 피팅하였다(기울기, Y 절편, 및 R2를 계산했다). 평균 배경 +/- 3*표준 편차("stdev") 및 적정 곡선의 선형 피팅(도 14c에 표시됨)을 기반으로 하여 검출 한계를 계산했다. 4, 6, 및 8 nM BTI 용액에 대한 신호들도 측정되었다. 이 신호들은 적정 곡선의 선형 피팅으로부터 외삽된 신호로 나누어졌다(이 비율은 작업 전극에서의 스트렙타비딘 층의 결합 용량을 추정하는 데 사용될 수 있고; 1보다 훨씬 작은 비율은 추가된 BTI의 양이 결합 용량에 가깝거나 그보다 크다는 것을 나타냄). 각 테스트 플레이트의 기울기에 대한 생산 대조군의 기울기의 비율을 계산했다. 도 14a는 각 펄스 파형에 대한 이러한 계산 결과를 보여주고 있다. 도 15a 내지 도 15l의 그래프 각각은 대조군으로부터 탄소 상대 전극을 갖는 다중-웰 플레이트에 인가되는 램프 전압 및 Ag/AgCl 보조 전극을 사용하는 다중-웰 플레이트에 인가되는 상이한 전압 펄스에 대해 수집된 평균 ECL 데이터를 예시한다. 도 14a 내지 도 14c는 도 15a 내지 도 15l에 나타낸 데이터의 요약을 제공한다.
또한, 신호, 기울기, 배경, 및 암 분석(dark analysis)(예를 들어, ECL 없이 생성된 신호)이 수행되었다. 2 nM 신호(1stdev 오차 막대 포함)와 기울기의 플롯이 준비되었다. 배경과 암부(1stdev 오차 막대 포함) 및 기울기의 막대 그래프가 준비되었다. 도 14b는 이러한 결과를 보여주고 있다. 도 14a 및 도 14b에 예시된 바와 같이, 500 ms 동안 1800 mV의 펄스 전압이 가장 높은 평균 ECL 판독을 진행한다. 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이, 펄스 파형의 크기 및/또는 지속 시간은 측정된 ECL 신호에 영향을 미친다. 파형이 있는 2 nM 신호의 변화는 기울기의 변화를 반영한다. 배경의 변화는 기울기의 변화도 반영한다. 펄스 지속 시간이 감소함에 따라 신호, 배경, 및 기울기가 감소했다. 펄스 전위가 증가함에 따라 신호, 배경, 및 기울기가 감소했다. 시간이 감소함에 따른 신호, 배경, 및 기울기의 변화는 펄스 전위가 증가함에 따라 감소했다. 다양한 펄스 전위 및 지속 시간에 따른 신호, 배경, 및 기울기의 동시 변화는 검정 민감도에는 거의 변화를 가져오지 않았다. 펄스 지속 시간이 감소함에 따라 신호, 배경, 및 기울기가 감소했다. 펄스 전위가 증가함에 따라 신호, 배경, 및 기울기가 감소했다. 시간이 감소함에 따른 신호, 배경, 및 기울기의 변화는 펄스 전위가 증가함에 따라 감소했다. 다양한 펄스 전위 및 지속 시간에 따른 신호, 배경, 및 기울기의 동시 변화는 검정 민감도에는 거의 변화를 가져오지 않았다.
또한, 각 펄스 파형에 대해 적정 곡선을 분석하였다. 평균 ECL 신호 대 BTI 농도의 플롯이 준비되었다. 1 stdev를 기준으로 한 오차 막대가 포함되었다. 테스트 플레이트의 적정 곡선은 기본 y축에 그려졌다. 적정 곡선은 2차 y축에 그려졌다. 보조 y축의 스케일은 감지된 광자의 수의 0 내지 90,000 카운트("cts")였다. 기본 y축의 스케일은 90,000을 기울기 비율로 나눈 값으로 설정되었다. 각 테스트 플레이트의 기울기에 대한 기울기의 비율을 계산했다. 도 15a 내지 도 15l은 각 펄스 파형에 대한 이러한 계산 결과를 보여주고 있다.
배경, 암, 암 노이즈의 경우; 암(1 및 2 cts) 및 암 노이즈(2 cts)는 테스트된 모든 파형 시간에 대해 본질적으로 변경되지 않았다. 펄스 지속 시간이 감소함에 따라 배경이 감소했다. 인가된 펄스 전위가 증가함에 따라 배경이 감소했다. 펄스 전위가 증가함에 따라, 시간이 감소함에 따른 배경 변화가 감소했다. 50 ms 동안 1800 mV의 배경은 6±2 cts였는데, 이는 암 + 암 노이즈 바로 위였다.
도 15a 내지 도 15l에 나타낸 바와 같이, %CV는 모든 테스트 플레이트 및 배경을 제외한 모든 신호(8개 반복)에 대한 기준 신호에 대해 비교될 정도였다. 배경 신호가 암 및 암 노이즈에 접근할수록 배경에 대한 CV가 증가했다. 40 cts 초과의 배경(16개 반복)은 양호한 CV, 즉 55(3.9%), 64(5.1%), 및 44(5.4%)를 가졌다. 40 cts 미만이고 CV가 7% 이상 증가했다. 백그라운드로부터 2 nM HC까지의 모든 적정은 R2 값 ≥0.999로 선형적으로 피팅되었다.
피팅된 범위의 최고 농도를 줄이면 기울기가 감소하고 y 절편이 증가한다. 이는 적정 곡선의 하단부에 비선형성(테스트 샘플의 다양한 희석으로 인해 발생할 수 있음)이 있음을 나타낸다. 다른 분석에 대한 y 절편은 본질적으로 0과 측정된 배경 사이에 있었다. 모든 분석은 6 및 8 nM HC에 대해 선형보다 낮은 신호를 산출했다. 이러한 감소된 결합 능력은 모든 분석에서 유사했다. 모든 분석에서, 외삽된 4 nM 신호의 2 stdev 내에서 4 nM 신호를 산출했다. 생산 대조군 기울기와 테스트 플레이트 기울기의 비율로 보정한 후의 분석 신호는 1 nM 내지 4 nM HC에 대한 생산 대조군의 신호의 3 stdev 이내였다. 1 nM HC 미만에서는 수정된 신호가 생산 대조군의 신호보다 높았다. 0.0125와 0.5 nM HC 사이에서 테스트 플레이트의 수정된 신호는 서로 3 stdev 이내에 있었다. 동일한 BTI 용액을 사용한 검정 실행에 대한 수정된 신호는 0.0125 nM과 4 nM HC 사이에서 서로 3 stdevs 이내였다. 플롯에 나타난 바와 같이, 다양한 펄스 전위 및 기간으로 측정된 분석의 성능은 램프로 측정된 대조군 검정의 성능 변동성 내에 있었다.
도 15a 내지 도 15l과 도 14a 및 도 14b의 비교를 통해 알 수 있듯이, 신호 및 기울기는 펄스 지속 시간(500 ms, 100 ms, 및 50 ms)이 감소함에 따라 감소했다. 펄스 전위(1800 mV, 2000 mV, 2200 mV, 및 2400 mV)가 증가함에 따라 신호와 기울기가 감소했다. 펄스 지속 시간이 감소함에 따라 신호 및 기울기의 변화는 펄스 전위가 증가함에 따라 감소했다. 보정 계수(기울기 비율)는 파형 변화에 따라 신호 변화를 보정할 수 있다. 계산된 검출 한계는 이들 파형 중 11개(0.005 nM 내지 0.009 nM)에서 유사했다. 1800 mV, 500 ms 펄스 파형에 대해 계산된 검출 한계는 더 낮았다(0.0004 nM). 핏과 측정된 배경(및 CV)의 미묘한 차이 때문일 가능성이 높다.
실시예 1 ― ECL 측정 계측
이제 도 14a 내지 도 14c를 자세히 참조하면, ECL 측정은 통합 스크린 인쇄 전극을 포함함으로써 ECL 분석 적용을 위해 특별히 구성된 96-웰 플레이트에서 수행되었다. 플레이트의 기본 구조는 미국 특허 제7,842,246호에 기술된 플레이트와 유사하지만(예를 들어 실시예 6.1의 플레이트 B, 플레이트 C, 플레이트 D, 및 플레이트 E의 설명 참조), 디자인은 본 개시내용의 신규 요소를 통합하도록 수정되었다. 이전 디자인과 마찬가지로, 웰의 바닥은 각 웰에 통합된 작업 전극 표면과 상대 전극 표면(또는, 본 발명의 일부 실시형태에 있어서는, 신규 작업 전극 및 보조 전극)을 제공하는 상부면에 스크린 인쇄 전극이 있는 마일라 시트로 한정된다. 작업 전극 위에 인쇄된 패턴화된 스크린 인쇄 유전체 잉크 층은 각 웰 내에 하나 이상의 노출된 작업 전극 구역을 한정한다. 마일라 시트의 바닥면 상의 스크린 인쇄 전기 접점들로의 마일라를 통한 전도성 관통 구멍들은 외부 전기 에너지원을 전극들에 연결하는 데 필요한 전기 접점들을 제공한다.
특별히 구성된 플레이트에서의 ECL 측정은, 플레이트를 수용하고 플레이트 상의 전기 접점에 접촉하고 접점에 전기 에너지를 적용하고 웰에서 생성된 ECL를 영상화하도록 설계된 특수 ECL 플레이트 판독기를 사용하여, 수행되었다. 일부 측정의 경우, 적용된 전압 파형의 타이밍과 모양을 사용자 정의할 수 있도록 한 수정된 소프트웨어가 사용되었다.
예시적인 플레이트 판독기는 MESO SECTOR S 600(www.mesoscale.com/en/products_and_services/instrumentation/sector_s_600) 및 MESO QUICKPLEX SQ 120(www.mesoscale.com/en/products_and_services/instrumentation/quickplex_sq_120)을 포함하며, 이들 둘 다 Meso Scale Diagnostics, LLC.에서 입수할 수 있으며, 플레이트 판독기에 대해서는 2005년 12월 20일에 특허 허여된 미국 특허 제6,977,722호와 2020년 7월 15일자로 출원된, 크리보이(Krivoy) 등의 발명의 명칭이 "검정 장치, 방법, 및 시약"인 국제 특허 출원 PCT/US2020/042104에 설명되어 있고, 이들 각각은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다. 다른 예시적인 기구는 2019년 7월 16일자로 출원된, 월스타터(Wohlstadter) 등의 발명의 명칭이 "그래픽 사용자 인터페이스 시스템"인 미국 특허 출원 제16/513,526호와, 2020년 7월 15일자로 출원된, 키리보이(Krivoy) 등의 발명의 명칭이 "검정 장치, 방법, 및 시약"인 미국 특허 출원 제16/929,757호에 설명되어 있고, 이들 각각은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
실시예 2 - 신속 펄스 ECL 측정
ECL 신호를 생성하기 위해 Ag/AgCl 보조 전극과 함께 신속 펄스 전압 파형을 사용하는 방법을 시연하기 위해, 그리고 느린 전압 램프와 탄소 상대 전극의 기존 조합으로 관찰된 성능과 비교하기 위해, 모델 결합 분석을 사용했다. 모델 결합 분석은 각 웰에 스트렙타비딘의 고정층을 지지하는 통합 스크린 인쇄 탄소 잉크 작업 전극 구역이 있는 96웰 플레이트에서 수행되었다. 이들 스크린 인쇄 플레이트에는 스크린 인쇄 탄소 잉크 상대 전극(MSD Gold 96-Well Streptavidin Plate, Meso Scale Diagnostics, LLC.), 또는 스크린 인쇄 Ag/AgCl 잉크 보조 전극 사용을 제외하고는 전극 디자인이 유사한 플레이트가 있었다. 이 모델 시스템에서, ECL 표지 결합 시약은 비오틴과 ECL 표지(SULFO-TAG, Meso Scale Diagnostics, LLC.) 모두로 표지된 IgG 항체였다. 50 μL 분취량의 다양한 농도의 이 결합 시약("BTI"라고 하거나, 또는 BTI 고농도 대조군의 경우 "BTI HC"라고 함)을 96-웰 플레이트의 웰들에 첨가했다. 결합 시약을 작업 전극에 고정된 스트렙타비딘을 결합시켜 검정 용액에서 고갈되기에 충분한 시간 동안 진탕시키면서 웰에서 배양했다. 플레이트를 세척하여 검정 용액을 제거한 다음 ECL 판독 완충제(MSD 판독 완충제 T 2X, Meso Scale Diagnostics, LLC.)로 채웠다. 표준 파형(3200 mV에서 4600 mV까지 1000 ms 램프)을 상대 전극들이 있는 플레이트에 적용했다. Ag/AgCl 보조 전극들이 있는 플레이트에서 3가지 상이한 시간 또는 펄스 폭(500 ms, 100 ms, 및 50 ms)에서 4가지 상이한 전위(1800 mV, 2000 mV, 2200 mV, 및 2400 mV)를 사용하여 12개의 정전압 펄스 파형을 평가했다. 각 파형에 대해 하나의 플레이트를 테스트했다. 도 14a, 도 14b, 도 15a 내지 도 15l은 본 연구의 ECL 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
분석 성능 데이터는 각 파형으로 테스트된 플레이트에 대해 결정되고 계산되었다. 각 샘플에 대해 평균, 표준 편차, 및 %CV를 계산했다. 도 15a 내지 도 15l은 전위 펄스로부터의 신호와는 다른 y축에 그래프로 나타낸 표준 파형으로부터의 신호를 사용하여 평균 신호 대 결합 시약의 농도의 플롯을 보여준다. 플롯의 하부 선형 영역에 있는 데이터 포인트들 - 0(검정 배경을 측정하기 위한 빈 샘플)에서 0.1 nM까지의 범위의 BTI 농도들 - 을 선에 피팅하였고, 기울기, 기울기의 표준 오차, Y 절편, Y 절편의 표준 오차, 및 R2 값을 계산하였다. 모든 선형 피팅은 R2 값이 0.999 이상이었다. 도 14a 및 도 14b는 1 stdev 오차 막대가 있는 각각의 테스트된 조건에 대한 2 nM 평균 신호, 0 nM(검정 배경) 평균 신호, 및 평균 암 신호(빈 웰)를 보여주고 있다. 두 도면 모두 각 조건에 대해 계산된 기울기도 보여주고 있다. BTI 농도 측면에서 제공된 검출 한계는 배경의 평균 Y 절편 + 3*표준 편차("stdev")와 적정 곡선의 선형 피팅을 기반으로 계산되었다. 기울기와 Y 절편의 표준 오차와 배경의 표준 편차는 검출 한계의 오차로 전파되었다. 웰당 BTI의 부피 및 BTI 분자(약 0.071)당 ECL 표지의 수에 기반하여, 검출 한계는 검출 가능한 신호를 생성하는 데 필요한 ECL 표지의 몰수로 표시될 수 있다(도 14e에 그래프로 표시됨).
도 14c 및 도 14d는 1800 mV의 전위에서 500 ms 펄스 파형에 의해 생성된 전극의 BTI로부터의 ECL 신호가 종래의 1000 ms 램프 파형에 의해 생성된 신호와 시간이 절반으로 비슷하다는 것을 보여주고 있다. 도 14c는 특정 펄스 전위에 대해 펄스 시간이 500 ms 미만으로 감소함에 따라 ECL이 감소한다는 것을 보여주고 있는데, 도 14d와 비교하면, 빈 웰의 어두운 이미지(즉, ECL 여기가 없는 이미지)에 대한 카메라 신호보다 훨씬 높게 유지되는 검정 배경 신호에 있어서 대응하는 감소가 있음을 보여주고 있다. 이 결과는 전반적인 감도를 유지하면서 ECL 측정을 수행하는 데 필요한 시간을 실질적으로 줄이는 데 매우 짧은 펄스를 사용할 수 있음을 시사한다.
탄소 상대 전극을 사용한 표준 파형(1000 ms 램프)에 대해 계산된 검출 한계는 ECL 표지의 2.4 ± 2.6 원자몰(10-18 몰)이었다. 도 14e는 다양한 여기 조건에 대한 추정된 검출 한계가 펄스 시간이 감소함에 따라 증가하는 경향이 있지만 선형 관계에서 예상되는 것보다 상당히 적다는 것을 보여주고 있다. 예를 들어, 2000 mV에서 100 ms 펄스에 대한 추정된 검출 한계는 1000 ms 램프에 대한 검출 한계보다 2배 미만으로 높았지만 그 시간은 10분의 1이었다. 또한, 펄스 시간 감소에 따른 검출 한계 증가가 항상 통계적으로 유의미한 것은 아니다. Ag/AgCl 보조 전극을 사용한 "1800 mV 500 ms", "2000 mV 500 ms", "2000 mV 100 ms", "2200 mV 500 ms" 펄스의 검출 한계는 탄소 상대 전극을 사용한 표준 파형(1000 ms 램프)의 검출 한계의 오차 이내였다.
도 16은 펄스 파형을 사용한 판독 완충제 용액, 예를 들어 판독 완충제 T에 대한 ECL 분석 결과를 나타내는 그래프를 도시한다. 테스트에는 50:50 잉크로 인쇄된 Ag/AgCl Std 96-1 IND 플레이트가 사용되었다. 테스트를 위해 MSD T4x(Y0140365)의 분취량을 분자 등급 물로 희석하여 T3x, T2x, 및 T1x를 만들었다. Ag/AgCl Std 96-1 IND 플레이트를 150 μL 분취량의 다음 용액으로 채웠다: 예를 들어 도 9b에 예시된 바와 같은 2개의 인접한 웰들(200)의 행에 T4x, 2개의 인접한 웰들(200)의 행에 T3x, 2개의 인접한 웰들(200)의 행에 T2x, 2개의 인접한 웰들(200)의 행에 T1x. 이들 용액을 15분±0.5분 동안 벤치 위에 덮어 담가 두었다. 하나의 플레이트를 다음의 파형 각각으로 측정하였다: 100 ms 동안 1800 mV, 300 ms 동안 1800 mV, 1000 ms 동안 1800 mV, 3000 ms 동안 1800 mV. 평균 ECL 신호 및 평균 적분 전류는 조건당 24회 반복에 대해 계산되었고, 평균 대 MSD T 농도(4, 3, 2, 및 1)의 플롯이 작성되었다.
도 16에 도시된 바와 같이, 판독 완충제 T의 농도가 증가함에 따라 ECL 신호 및 적분 전류가 증가하였다. ECL 신호와 적분 전류는 펄스 지속 시간이 증가함에 따라 증가했다. 판독 완충제 ECL 신호는 T1x와 T3x 사이에서 선형적으로 증가했지만 3x와 4x 사이에서는 증가하지 않았다. 적분 전류는 T1x와 T4x 사이에서 선형적으로 증가했다.
도 17은 펄스 파형을 사용한 또 다른 ECL 분석 결과를 보여주는 그래프를 도시한다. 테스트에는 50:50 잉크로 인쇄된 Ag/AgCl Std 96-1 IND 플레이트가 사용되었다. 도 14a 및 도 14b에 대해 위에서 설명한 테스트 방법은 상이한 더 긴 펄스 파형들을 사용했다. 하나의 플레이트를 다음의 파형 각각으로 측정하였다: 3000 ms 동안 1800 mV, 3000 ms 동안 2200 mV, 3000 ms 동안 2600 mV, 3000 ms 동안 3000 mV. 평균 ECL 신호 및 평균 적분 전류는 조건당 24회 반복에 대해 계산되었고, 평균 대 판독 완충제 T 농도(4, 3, 2, 및 1)의 플롯이 작성되었다.
도 17에 도시된 바와 같이, ECL 신호는 1800 mV, 2200 mV, 및 2600 mV의 펄스 전위에 대해 판독 완충제 T의 농도가 증가함에 따라 증가했다. 3000 mV의 펄스에서는, ECL 신호가 T1x와 T2x 사이에서 감소한 다음, T4x를 통해 ECL이 증가했다. 모든 펄스 전위에 대해 T 농도가 증가함에 따라 적분 전류가 증가했다. 2600 mV 및 3000 mV 펄스의 적분 전류는 T1x와 T3x 사이에서 다소 선형적이었지만, T4x를 사용하면, 판독 완충제 T의 농도에 따라 전류 증가가 선형보다 적다.
실시예 3 ― Ag/AgCl 보조 전극의 환원 용량
스크린 인쇄 탄소 잉크 작업 전극과 스크린 인쇄 Ag/AgCl 보조 전극(실시예 2에 설명됨)이 통합된 검정 플레이트를 사용하여 보조 전극의 환원 용량, 즉 제어된 전위를 유지하면서 전극을 통과할 수 있는 환원 전하의 양을 결정했다. 펄스 ECL 측정을 사용하는 ECL 실험 요건의 맥락에서 용량을 평가하기 위해, 작업 전극과 보조 전극 사이에 펄스 전압 파형을 적용하면서, TPA를 함유한 ECL 판독 완충제가 있는 상태에서 보조 전극을 통과하는 총 전하를 측정했다. 두 가지 유형의 실험이 수행되었다. 첫 번째(도 16에 나타냄)에서는 ECL 생성을 위한 최적 전위에 가까운 전압 펄스(1800 mV)를 인가하고 다양한 길이의 시간(100 내지 3000 ms) 동안 유지했다. 두 번째(도 17)에서는 다양한 펄스 전위(2200 내지 3000 mV)를 일정한 길이의 시간(3000 ms) 동안 유지했다. 두 실험 모두에서, MSD 판독 완충제 T의 성분이 TPA의 공칭 작업 농도 1X와 4X 사이에 있는 상태에서 각 전압 및 시간 조건을 테스트하여 판독 완충제 조성물 내 농도 또는 공반응물 및 전해질의 변화에 대한 허용 한계를 평가했다. 그래프의 각 점은 24회 반복 측정의 평균을 나타낸다.
Ag/AgCl 보조 전극은 보조 전극을 통과한 전하가 보조 전극에서 접근 가능한 산화제(AgCl)를 모두 소모할 때까지 실험에서 인가된 전위 하에서 작업 전극에서의 TPA의 산화를 지원할 것이다. 도 16은 1800 mV 펄스를 사용하여 보조 전극을 통과하는 전하가 펄스 지속 시간 및 TPA 농도에 따라 대략 선형적으로 증가함을 보여주고 있으며, 전극 용량은 통상적인 TPA 농도보다 더 높은 전류가 존재하는 경우에도 1800 mV에서 3000 ms 정도로 긴 펄스를 지원하기에 충분하다는 것을 보여주고 있다. 도 17은, 도 16 중에서 가장 긴 펄스(3000 ms)를 사용하지만 전극을 통과하는 전하가 최대값에 도달할 때까지 전위를 증가시킴으로써, 보조 전극의 용량을 결정하기 위해 설계된 실험이다.
3000 mV 전위를 사용하여 수집된 데이터 포인트들은 총 전하의 약 30 mC까지 ECL 판독 완충제의 농도에 따라 전하가 선형적으로 증가한다는 것을 보여주고 있다. 45 mC 근처에서, 총 전하는 Ag/AgCl 보조 전극의 산화제가 고갈되었음을 나타내는 정체 상태(plateau)로 나타났다. 30 mC의 전하는 Ag/AgCl 보조 전극의 산화제 3.1 × 10-7 몰에 해당하고, 45 mC의 전하는 Ag/AgCl 보조 전극의 산화제 4.7 × 10-7몰에 해당한다.
지점 패턴과 보조 전극 크기에 따른 환원 용량의 차이를 결정하기 위해 환원 용량 테스트도 실시하였다. 2600 mV 4000 ms 환원 용량 파형과 표준화된 테스트 용액션을 사용하여 4가지 다른 지점 패턴을 테스트했다. 4가지 지점 패턴, 즉 10개의 지점 펜타 패턴(도 5a), 10개의 지점 개방형 패턴(도 1c), 10개의 지점 폐쇄형 패턴(도 7a), 및 10개의 지점 개방형 삼엽형 패턴(도 4a)이 테스트되었다. 결과는 펜타, 개방형, 폐쇄형, 및 개방형 삼엽형 패턴들에 대해 아래 표 A, 표 B, 표 C, 및 표 D에 각각 재현되어 있다. 표 A 내지 표 C에 나타난 바와 같이, 3가지 다른 패턴에서 보조 전극(CE로 표시됨) 면적을 증가시키면 측정된 총 전하(예를 들어, 환원 용량)가 증가한다. 표 D에 나타난 바와 같이, 동일한 보조 전극 면적을 사용한 다수의 테스트에서 측정된 전하가 거의 비슷한 결과를 보인다. 따라서, 보조 전극 구역을 최대화하는 것은 다수의 상이한 지점 패턴에서 Ag/AgCl 전극의 총 환원 용량을 증가시키는 역할을 할 수 있다.
[표 A]
[표 B]
[표 C]
[표 D]
또한, 다양한 실험 조건 하에서 산화환원 반응에 접근할 수 있는 AgCl의 양을 결정하기 위한 실험을 수행하였다. 실험에서는 Ag/AgCl 잉크 필름으로 약 10 미크론 두께로 인쇄된 전극을 사용했다. 전극의 0%에서부터 100%까지 범위의 다양한 부분들을 용액에 노출시켜서 통과된 전하량을 측정했다. 실험 결과는 용액과 접촉하는 전극들의 비율이 증가함에 따라 통과하는 전하의 양이 대략 선형적으로 증가한다는 것을 보여주고 있다. 이는 테스트 용액과 직접 접촉하지 않는 전극 부분에서는 환원이 덜 강하게 일어나거나 전혀 일어나지 않는다는 것을 나타낸다. 또한, 실험 전극을 통과하는 총 전하량(2.03E+18 e-)은 인쇄된 전극의 Ag/AgCl의 전체 부피를 기준으로 실험 전극에서 사용할 수 있는 전자의 총량과 대략적으로 일치한다. 이는 두께가 10 미크론이고 용액 접촉이 100%인 경우 산화환원 반응에서 이용 가능한 AgCl의 전부 또는 거의 전부에 접근할 수 있음을 나타낸다. 따라서, 두께가 10 미크론 이하인 필름의 경우, 환원 반응 중에, 이용 가능한 AgCl의 전부 또는 거의 전부에 접근할 수 있다.
실시형태들에서, 전압/전류원(904)에 의해 공급되는 펄스 파형은 ECL 장치가 시간에 따라 다른 발광 데이터를 캡처할 수 있게 하여 ECL 분석을 개선할 수 있도록 설계될 수 있다. 도 18은 본 발명의 일 실시형태에 따른 것으로, 펄스 파형을 사용하여 ECL 장치를 작동시키는 또 다른 프로세스(1800)를 보여주는 흐름도를 도시한다.
작동 1802에서, 프로세스(1800)는 ECL 장치의 웰에 있는 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 또는 보조 전극(102)에 전압 펄스를 인가하는 단계를 포함하고, 전압 펄스는 웰에서 환원-산화 반응이 일어나게 한다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(906)은 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 또는 보조 전극(102)에 하나 이상의 전압 펄스를 공급하도록 전압/전류원(904)을 제어할 수 있다.
실시형태들에서, 전압 펄스는 하나 이상의 작업 전극 구역(104)과 하나 이상의 보조 전극(102) 사이에서 환원-산화 반응을 일으키도록 구성될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 하나 이상의 보조 전극(102)의 미리 정의된 화학적 조성(예를 들어, Ag:AgCl의 혼합물)에 기반하여, 하나 이상의 보조 전극(102)은 하나 이상의 작업 전극 구역(104)과의 전위차를 결정하기 위한 기준 전극으로서, 그리고 작업 전극 구역(104)에 대한 상대 전극으로서 작동할 수 있다. 예를 들어, 미리 정의된 화학적 혼합물(예를 들어, 화학 조성물 내 원소들 및 합금들의 비율)은 화학적 혼합물의 환원 동안 계면 전위를 제공하여, 웰(200)에서 일어나는 환원-산화 반응 전반에 걸쳐 정량화할 수 있는 양의 전하가 발생하도록 할 수 있다. 즉, 산화환원 반응 중에 통과된 전하량은 예를 들어 작업 전극 구역(104)에서 전류를 측정함으로써 정량화할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)은 인가된 전위차에서 통과될 수 있는 전하의 총량을 지시할 수 있는데, 그 이유는 AgCl이 소모되었을 때 보조 전극(102)의 계면 전위가 물 환원 전위 쪽으로 더 음으로 이동하기 때문이다. 이는 작업 전극 구역(104) 전위가 (인가된 전위차를 유지하면서) 더 낮은 전위로 이동하여 AgCl 환원 동안 발생하는 산화 반응이 꺼지게 한다.
실시형태들에서, 펄스 파형은 직류, 교류, AC를 에뮬레이션한 DC 등과 같은 다양한 파형 유형 - 주기, 주파수, 및 진폭이 변하는 다른 파형(예를 들어, 음의 램프 톱니파형, 구형파 파형, 직사각형 파형 등)도 고려됨 - 을 포함할 수 있다. 위에서 논의된 도 12a 및 도 12b는 펄스 파형의 두 가지 예를 예시한다. 펄스 파형은 시간 T 동안 전압 V를 갖는 구형파일 수 있다. 전압 펄스의 예도 도 14a, 도 14b, 도 15a 내지 도 15l, 도 16, 및 도 17을 참조하여 설명되어 있는데, 예를 들면, 500 ms에서 1800 mV, 500 ms에서 2000 mV, 500 ms에서 2200 mV, 500 ms에서 2400 mV, 100 ms에서 1800 mV, 100 ms에서 2000 mV, 100 ms에서 2200 mV, 100 ms에서 2400 mV, 50 ms에서 1800 mV, 50 ms에서 2000 mV, 50 ms에서 2200 mV, 50 ms에서 2400 mV 등이다. 이러한 파형은 다양한 듀티 사이클, 예를 들어, 10%, 20%, 50%, 65%, 90%, 또는 0과 100 사이의 다른 백분율을 포함할 수도 있다.
작동 1804에서, 프로세스(1800)는 제1 기간에 걸쳐 제1 환원-산화 반응으로부터 제1 발광 데이터를 캡처하는 단계를 포함한다. 작동 1806에서, 프로세스(1800)는 제2 기간에 걸쳐 제2 환원-산화 반응으로부터 제2 발광 데이터를 캡처하는 단계를 포함하며, 여기서 제1 기간은 제2 기간과 동일한 기간이 아니다. 예를 들어, 하나 이상의 광검출기(910)는 웰(200)로부터 방출된 제1 및 제2 발광 데이터를 캡처하고, 이 제1 및 제2 발광 데이터를 컴퓨터 시스템(906)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 웰(200)은 발광 데이터를 캡처하기 위해 광검출기(912)에 대해 상이한 기간을 요구하는 관심 대상 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 광검출기(912)는 두 가지 상이한 기간에 걸쳐 ECL 데이터를 캡처할 수 있다. 예를 들어, 그 기간들 중 하나는 짧은 기간(예를 들어, ECL에서 생성된 광의 짧은 카메라 노출 시간)일 수 있고, 그 기간들 중 다른 하나는 긴 기간일 수 있다. 이 기간들은 예를 들어 ECL 생성 전반에 걸친 광 포화도에 영향을 받을 수 있다. 이로부터, 캡처된 광자에 따라, 검정 장치(900)는 장시간 노출, 단시간 노출, 또는 이 둘의 조합을 사용할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 검정 장치(900)는 장시간 노출, 또는 장시간 노출과 단기 노출의 합을 사용할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 캡처된 광자가 광검출기(912)의 동적 범위 위에 있는 경우, 검정 장치(900)는 단시간 노출을 사용할 수 있다. 이를 조정/최적화함으로써, 동적 범위가 잠재적으로 한두 배 정도 증가할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 동적 범위는 개선될 수 있지만, 다양한 다중 펄스 및/또는 다중 노출 방식을 구현해야 한다. 예를 들어, 짧은 노출을 취한 다음 더 긴 노출(예를 들어, (단일 웰 내 또는 다수의 웰에 걸친) 단일 작업 전극, 단일 작업 전극 구역, 두 개 이상의 단일 작업 전극 또는 작업 전극 구역의 노출, 단일 웰, 2개 이상의 웰, 또는 하나의 섹터, 또는 2개 이상의 섹터 등의 노출)을 취할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 노출이 포화되지 않는 한 더 긴 노출을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 짧은 노출을 활용할 수 있다. 이러한 조정을 (수동으로, 또는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 알고리즘, 컴퓨터 판독 가능 매체, 컴퓨팅 장치 등의 도움을 통해) 수행함으로써, 동적 범위가 향상될 수 있다. 다른 실시예들에서, 첫 번째의 짧은 펄스(예를 들어, 50 ms, 다른 지속 시간도 고려됨)가 2개 이상의 전극들의 한 전극 또는 집합에 인가될 수 있고, 이어서 전극들의 각 전극 또는 집합에 대해 긴 두 번째 펄스(예를 들어, 200 ms, 다른 지속 시간도 고려됨)가 인가된다. 다른 접근법은 하나 이상의 첫 번째 짧은 펄스(예를 들어, 50 ms, 다른 지속 시간도 고려됨)를 사용하여 전체 플레이트(예를 들어, 96개 웰)를 판독하고, 이어서 전체 플레이트를 두 번째 긴 펄스(예를 들어, 200 ms, 다른 지속 시간도 고려됨)로 두 번째 판독하는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 긴 펄스가 먼저 인가되고 이어서 짧은 펄스가 인가될 수 있고; 다수의 짧은 펄스 및/또는 긴 펄스를 인가하는 것 및/또는 교대로 인가하는 것 등등을 할 수 있다. 하나 이상의 이산 펄스에 더하여, 예를 들어 전이 영역(예를 들어, 펄스들 사이에서 전이하는 동안)의 응답을 결정 및/또는 모델링하기 위해, 이러한 지속 시간들 또는 기타 지속 시간들을 사용하여 복합 또는 하이브리드 기능을 채용할 수 있다. 또한, 위의 실시예들에서, 긴 펄스가 짧은 펄스보다 먼저 사용될 수 있다. 또한, 파형 및/또는 캡처 윈도우를 조정하여 동적 범위도 향상시킬 수 있다.
또한, 하나 이상의 개별 작업 전극 및/또는 작업 전극 구역에 대한 추가 정보가 알려진(예를 들어, 특정 작업 전극 구역이 다량의 분석물을 포함하는 것으로 알려진) 경우, 판독을 하고/하거나 샘플을 채취하기 전에 이 정보를 활용하여 노출 시간을 최적화하여 카메라 포화를 방지할 수 있다. 위의 다량의 분석물의 예를 사용하면, 신호가 동적 범위에서 높아질 것으로 예상되기 때문에, 짧은 노출 시간을 사용할 수 있고(낮은 신호가 예상되는 전극의 경우에는 이와 반대), 따라서 노출 시간, 펄스 지속 시간, 및/또는 펄스 강도를 개별 웰, 전극 등에 맞게 맞춤화 및/또는 최적화하여 전체 판독 시간을 향상시킬 수 있다. 또한, 시간 경과에 따른 ECL 곡선을 얻기 위해 하나 이상의 ROI로부터의 픽셀들이 연속적으로 샘플링될 수 있으며, 이는 노출 시간을 자르고 포화를 초과한 ECL 생성 곡선을 보간하는 방식을 결정하는 데 추가로 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 먼저, 짧은 노출을 취하도록 카메라를 설정할 수 있으며, 그 후에 짧은 노출에 따른 신호의 강도를 검사할 수 있다. 후속해서 이 정보를 사용하여 최종 노출에 대한 비닝을 조정할 수 있다. 다른 실시예들에서, 비닝을 조정하는 대신에 예를 들어 파형, 캡처 윈도우, 기타 전류 기반 기술 등과 같은 다른 파라미터를 조정할 수도 있다.
파형 및/또는 노출을 일정하게 유지시키는 추가 기술이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 ROI 내의 픽셀 강도를 측정할 수 있으며, 픽셀 포화가 관찰되면, ECL 생성 및/또는 측정의 기타 양태들(예를 들어, 전류-ECL 상관관계, ROI 주변의 암 마스크 영역을 관찰하는 암 마스크 방식, 이는 포화된 전극 및/또는 전극의 일부에 대한 추정 ECL을 업데이트하는 데 사용할 수 있음)을 활용하여 판독 및/또는 판독 시간을 최적화할 수 있다. 이러한 해결책은 상대적으로 짧은 기간(예를 들어, 밀리초)에 걸친 노출 기간 및/또는 파형을 조정하기 위한 빠른 분석 및/또는 반응 시간을 필요하지 않게 한다. 그 이유는, 예를 들면, ECL 생성 및/또는 캡처는 동일 및/또는 유사한 방식으로 수행될 수 있고 분석은 최종적으로 수행될 수 있기 때문이다.
동적 범위를 향상시키기 위한 다른 기술이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 전기화학발광(ECL) 응용 분야에 적용된 경우, ECL 표지는 형광을 띠기 때문에, 사전 플래시 및/또는 사전 노출을 수행하여 하나 이상의 웰, 작업 전극, 작업 전극 구역 등에 얼마나 많은 표지가 존재하는지와 관련된 정보를 얻을 수 있다. 사전 플래시 및/또는 사전 노출에서 얻은 정보를 사용하여 노출 및/또는 펄스 지속 시간을 최적화하여 동적 범위 및/또는 판독 시간의 추가적인 개선을 실현할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 특히 ECL과 관련하여, 전류와 하나 이상의 전극 및 ECL 신호 사이에 상관관계가 존재할 수 있기 때문에, 신호의 시그니처는 카메라 노출 시간 및/또는 적용된 파형(예를 들어, 파형 중지, 파형 감소, 파형 증가 등)을 알려줄 수 있다. 이는 전류 측정의 정밀도와 업데이트 속도를 개선하고 전류 경로를 최적화하여 전류와 ECL 신호 간의 더 나은 상관관계를 제공함으로써 더욱 최적화될 수 있다.
특정 실시형태들에 따른 특정 영상 기기에 대해 동적 범위의 추가적인 개선이 실현될 수 있다. 예를 들어 ECL 응용 분야에 CMOS 기반 영상 기기를 사용하면 특정 관심 대상 영역(ROI)을 한 번 이상의 노출 이내에 다양한 시점들에서 샘플링하고 판독하여 노출 시간을 최적화할 수 있다. 예를 들어, ROI(예를 들어, 작업 전극 및/또는 작업 전극 구역의 일부 또는 전체)는 고정적인 또는 가변적인 수의 픽셀, 또는 전극 구역의 특정 샘플 비율(예를 들어, 1%, 5%, 10% 등등, 다른 백분율도 고려됨)을 포함할 수 있다. 이 실시예에서는 노출 중에 픽셀 및/또는 샘플 비율을 조기에 판독할 수 있다. ROI로부터의 판독 신호에 따라, 특정 작업 전극, 작업 전극 구역, 웰 등에 대해 노출 시간을 조정 및/또는 최적화할 수 있다. 비제한적인 예시적 실시예에서, 서브세트의 픽셀들이 샘플 기간에 걸쳐 샘플링될 수 있다. 이 서브세트로부터의 신호가 높은 추세이면, 노출 시간은 줄어들 수 있다(예를 들어, 3초에서 1초로, 이보다 길거나 짧은 다른 지속 시간도 고려됨). 유사하게, 신호가 낮은 추세이면, 긴 노출 시간(예를 들어, 3초, 다른 지속 시간도 고려될 수 있음)이 채용될 수 있다. 이러한 조정은 수동으로, 또는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 알고리즘, 컴퓨터 판독 가능 매체, 컴퓨팅 장치의 도움을 통해 이루어질 수 있다. 다른 실시형태들에서, ROI는 임의의 잠재적인 링 효과를 회피하도록 하는 방식으로 분포되게 선택될 수 있다. 이는, 예를 들어, 작업 전극 구역 주변의 광의 불균일성(예를 들어, 작업 전극 구역의 외주연부에 더 밝은 고리가 형성되고 중앙에는 더 어두운 점이 형성됨)으로 인해 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해, 밝은 영역과 어두운 영역을 모두 샘플링하는(예를 들어, 가장자리에서 가장자리까지의 픽셀들의 행, 두 영역에서 픽셀 무작위 샘플링 등) ROI를 선택할 수 있다. 또한, 시간 경과에 따른 ECL 생성 곡선을 결정하기 위해 하나 이상의 작업 전극 구역에 대해 픽셀들을 연속적으로 샘플링할 수 있다. 그런 다음 이 샘플링된 데이터를 사용하여 포화 초과 지점들에 대한 ECL 생성 곡선을 추정할 수 있다.
실시형태들에서, 제1 및 제2 기간 동안 서로 다른 펄스 파형이 사용될 수도 있다. 실시형태들에서, 펄스 파형은 진폭(예를 들어, 전압), 지속 시간(예를 들어, 기간) 및/또는 파형 유형(예를 들어, 사각형, 톱니형 등)이 다를 수 있다. 여러 유형의 전기 활성 종이, 상이한 활성화 전위를 필요로 하고 상이한 파장에서 광을 방출할 수 있는 ECL 표지로 사용되는 경우, 상이한 펄스 파형을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 이러한 ECL 라벨은 루테늄, 오스뮴, 하슘, 이리듐 등을 기반으로 하는 복합체일 수 있다.
작동 1808에서, 프로세스(1800)는 제1 발광 데이터 및 제2 발광 데이터에 대해 ECL 분석을 수행하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(906)은 발광 데이터에 대한 ECL 분석을 수행할 수 있다. 이러한 값은 아날로그 신호를 제공하기 위해 정량적 측정(예를 들어, ECL 강도)과 상호 연관될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 분석물이 존재하는지 존재하지 않는지를 나타내기 위해 디지털 신호(예 또는 아니오 신호)가 각각의 작업 전극 구역(104)으로부터 획득될 수 있다. 통계 분석이 두 기술 모두에 사용될 수 있으며, 정량적 결과를 제공하기 위해 복수의 디지털 신호를 변환하는 데 사용될 수 있다. 일부 분석물에는 임계 농도를 나타내는 디지털 존재/비존재 신호가 필요할 수 있다. 아날로그 및/또는 디지털 형식은 별개로 또는 조합하여 활용될 수 있다. 다른 통계적 방법, 예를 들어 농도 구배에 대한 결합의 통계적 분석을 통해 농도를 결정하는 기술이 활용될 수 있다. 농도 구배를 갖는 데이터의 다수의 선형 어레이는 상이한 웰들(200) 및/또는 상이한 작업 전극 구역들(104)에서 사용되는 다수의 상이한 특정 결합 시약을 사용하여 생성될 수 있다. 농도 구배는 상이한 농도의 결합 시약을 나타내는 별개의 결합 도메인으로 구성될 수 있다.
실시형태들에서, 대조군 검정 용액 또는 시약, 예를 들어 판독 완충액이 웰(200)의 작업 전극 구역에 활용될 수 있다. 대조군 검정 용액 또는 시약은 각 분석에 균일성을 제공하여 신호 변화(예를 들어, 열화, 변동, 다중-웰 플레이트(208)의 노후화, 열 이동, 전자 회로의 노이즈, 및 광검출 기기의 노이즈 등으로 인한 변화)를 제어하도록 할 수 있다. 예를 들어, 동일한 분석물에 대한 다수의 중복성 작업 전극 구역(104)(동일한 결합 시약, 또는 동일한 분석물에 특정된 다른 결합 시약을 포함함)이 활용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기지의 농도의 분석물이 활용될 수 있거나, 대조군 검정 용액 또는 시약이 기지의 양의 ECL 표지에 공유적으로 연결될 수 있거나, 용액 중의 기지의 양의 ECL 표지가 사용될 수 있다.
실시형태들에서, 프로세스(1800)에서 수집되고 생성된 데이터는 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있다. 수집되고 생성된 데이터는, 예를 들어, 임상 또는 연구 정보 모음으로 구성된 데이터베이스 형태로 저장될 수 있다. 수집 및 생성된 데이터는 신속한 포렌식 또는 개인 식별을 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 인간 DNA 샘플에 노출되었을 때 복수의 핵산 프로브를 사용하는 것은 임상 또는 연구 샘플을 식별하는 데 쉽게 사용할 수 있는 시그니처 DNA 지문에 사용될 수 있다. 수집 및 생성된 데이터는 상태(예를 들어, 질병, 방사선 수준 등), 유기체(예를 들어, 박테리아, 바이러스 등)의 존재 등을 식별하는 데 사용될 수 있다.
실시형태들에서, 위 프로세스(1800)는 2개의 기간 동안 발광 데이터를 캡처하는 것을 포함하지만, 프로세스(1800)는 임의의 수의 기간, 예를 들어, 3개 기간, 4개 기간, 5개 기간 등등 동안 발광 데이터를 캡처하는 데 사용될 수 있다. 본 실시형태에서는 기간들 중 일부 또는 전체에 대해 상이한 펄스 파형이 사용될 수 있다. 실시형태들에서, 펄스 파형은 진폭(예를 들어, 전압), 지속 시간(예를 들어, 기간), 및/또는 파형 유형(예를 들어, 사각형, 톱니형 등)이 다를 수 있다.
위에서는 예시적인 프로세스(1800)의 예시적인 흐름을 설명한다. 도 18에 예시된 바와 같은 프로세스는 예시일 뿐이며, 본원에 개시된 실시형태들의 범위를 벗어나지 않는 변형례들이 존재한다. 단계들이 설명된 것과 다른 순서로 수행될 수 있고, 추가 단계들이 수행될 수 있으며, 그리고/또는 더 적은 수의 단계들이 수행될 수 있다.
실시형태들에서, 전압/전류원(904)에 의해 공급되는 펄스 파형의 다양한 구성을 함께 활용하여 ECL 분석 중에 방출되는 ECL을 개선할 수 있다. 도 19는 본 발명의 일 실시형태에 따른 것으로, 펄스 파형을 사용하여 ECL 장치를 작동시키는 다른 프로세스(1900)를 보여주는 흐름도를 도시한다.
작동 1902에서, 프로세스(1900)는 ECL 장치의 웰에 있는 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 또는 보조 전극(102)에 제1 전압 펄스를 인가하는 단계를 포함하고, 제1 전압 펄스는 웰에서 제1 환원-산화 반응이 일어나게 한다. 작동 1904에서, 프로세스(1900)는 제1 기간에 걸쳐 제1 환원-산화 반응으로부터 제1 발광 데이터를 캡처하는 것을 포함한다.
작동 1906에서, 프로세스(1900)는 웰 내의 하나 이상의 작업 전극 구역 또는 보조 전극에 제2 전압 펄스를 인가하는 단계를 포함하고, 제2 전압 펄스는 웰에서 제2 환원-산화 반응이 일어나게 한다. 작동 1908에서, 프로세스(1900)는 제2 기간에 걸쳐 제2 환원-산화 반응으로부터 제2 발광 데이터를 캡처하는 것을 포함하며, 여기서 제1 기간은 제2 기간과 동일한 기간이 아니다.
일 실시형태에서, 제1 전압 펄스 및/또는 제2 전압 펄스에 대한 전압 레벨(진폭 또는 크기) 또는 펄스 폭(또는 지속 시간)은 제1 환원-산화 반응이 일어나게 하도록 선택될 수 있으며, 여기서 제1 발광 데이터는 발생하는 제1 환원-산화 반응에 대응한다. 일 실시형태에서, 전압 레벨(진폭 또는 크기) 또는 펄스 폭(또는 지속 시간)은 제2 환원-산화 반응이 일어나게 하도록 제1 전압 펄스 및/또는 제2 전압 펄스에 대해 선택될 수 있으며, 여기서 제2 발광 데이터는 발생하는 제2 환원-산화 반응에 대응한다. 일 실시형태에서, 제1 전압 펄스 및 제2 전압 펄스 중 적어도 하나의 크기는 상대 전극의 화학적 조성에 적어도 부분적으로 기초하여 선택될 수 있다.
작동 1910에서, 프로세스(1900)는 제1 발광 데이터 및 제2 발광 데이터에 대해 ECL 분석을 수행하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(906)은 발광 데이터에 대한 ECL 분석을 수행할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 작업 전극 구역(104) 및/또는 보조 전극(102)의 결합 표면, 예를 들어 결합 도메인 상의 주어진 표적 개체로부터 발생하는 발광 데이터, 예를 들어 신호는 다양한 값을 가질 수 있다. 이러한 값은 아날로그 신호를 제공하기 위해 정량적 측정(예를 들어, ECL 강도)과 상호 연관될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 분석물이 존재하는지 존재하지 않는지를 나타내기 위해 디지털 신호(예 또는 아니오 신호)가 각각의 작업 전극 구역(104)으로부터 획득될 수 있다. 통계 분석이 두 기술 모두에 사용될 수 있으며, 정량적 결과를 제공하기 위해 복수의 디지털 신호를 변환하는 데 사용될 수 있다. 일부 분석물에는 임계 농도를 나타내는 디지털 존재/비존재 신호가 필요할 수 있다. 아날로그 및/또는 디지털 형식은 별개로 또는 조합하여 활용될 수 있다. 다른 통계적 방법, 예를 들어 농도 구배에 대한 결합의 통계적 분석을 통해 농도를 결정하는 기술이 활용될 수 있다. 농도 구배를 갖는 데이터의 다수의 선형 어레이는 상이한 웰들(200) 및/또는 상이한 작업 전극 구역들(104)에서 사용되는 다수의 상이한 특정 결합 시약을 사용하여 생성될 수 있다. 농도 구배는 상이한 농도의 결합 시약을 나타내는 별개의 결합 도메인으로 구성될 수 있다.
실시형태들에서, 대조군 검정 용액 또는 시약, 예를 들어 판독 완충액이 웰(200)의 작업 전극 구역에 활용될 수 있다. 대조군 검정 용액 또는 시약은 각 분석에 균일성을 제공하여 신호 변화(예를 들어, 열화, 변동, 다중-웰 플레이트(208)의 노후화, 열 이동, 전자 회로의 노이즈, 및 광검출 기기의 노이즈 등으로 인한 변화)를 제어하도록 할 수 있다. 예를 들어, 동일한 분석물에 대한 다수의 중복성 작업 전극 구역(104)(동일한 결합 시약, 또는 동일한 분석물에 특정된 다른 결합 시약을 포함함)이 활용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기지의 농도의 분석물이 활용될 수 있거나, 대조군 검정 용액 또는 시약이 기지의 양의 ECL 표지에 공유적으로 연결될 수 있거나, 용액 중의 기지의 양의 ECL 표지가 사용될 수 있다.
실시형태들에서, 프로세스(1900)에서 수집되고 생성된 데이터는 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있다. 수집되고 생성된 데이터는, 예를 들어, 임상 또는 연구 정보 모음으로 구성된 데이터베이스 형태로 저장될 수 있다. 수집 및 생성된 데이터는 신속한 포렌식 또는 개인 식별을 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 인간 DNA 샘플에 노출되었을 때 복수의 핵산 프로브를 사용하는 것은 임상 또는 연구 샘플을 식별하는 데 쉽게 사용할 수 있는 시그니처 DNA 지문에 사용될 수 있다. 수집 및 생성된 데이터는 상태(예를 들어, 질병, 방사선 수준 등), 유기체(예를 들어, 박테리아, 바이러스 등)의 존재 등을 식별하는 데 사용될 수 있다.
위에서는 예시적인 프로세스(1900)의 예시적인 흐름을 설명한다. 도 19에 예시된 바와 같은 프로세스는 예시일 뿐이며, 본원에 개시된 실시형태들의 범위를 벗어나지 않는 변형례들이 존재한다. 단계들이 설명된 것과 다른 순서로 수행될 수 있고, 추가 단계들이 수행될 수 있으며, 그리고/또는 더 적은 수의 단계들이 수행될 수 있다.
위에서 설명된 프로세스(1300, 1800, 1900) 중 임의의 프로세스에서, 전압 펄스가 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 및/또는 하나 이상의 보조 전극(102)에 선택적으로 인가될 수 있다. 예를 들어, 전압 펄스는 다중-웰 플레이트(108)의 하나 이상의 웰(106)에 있는 모든 작업 전극 구역(104) 및/또는 보조 전극(102)에 공급될 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어, 다중-웰 플레이트(208)의 하나 이상의 웰(106)(예를 들어, 구역별, 웰별, 섹터별(예를 들어, 2개 이상의 웰들의 그룹) 등등) 내의 선택된(또는 "주소지정 가능한") 작업 전극 구역(104) 세트들 및/또는 보조 전극(102) 세트들에 전압 펄스가 공급될 수 있다.
여기에 설명된 시스템, 기기, 및 방법은 다양한 상황에서 적용될 수 있다. 예를 들어, 시스템, 기기, 및 방법은 ECL 측정 및 판독기 기기의 다양한 양태를 개선하기 위해 적용될 수 있다. 예시적인 플레이트 판독기는 본 출원 전반에 걸쳐 위에서, 예를 들어 [0180] 단락에서, 논의된 것들을 포함한다.
예를 들어, 본원에 설명된 바와 같이 ECL을 생성하기 위해 하나 이상의 전압 펄스를 인가함으로써, ECL 데이터를 보다 신속하고 효율적으로 생성, 수집, 관찰, 및 분석함으로써 판독 시간 및/또는 노출 시간이 개선될 수 있다. 또한, 개선된 노출 시간(예를 들어, 단일 노출, 서로 다른 노출 시간(또는 동일한 노출 시간)을 활용하는 이중(또는 그 이상) 노출)은 예를 들어 DRE(동적 범위 확장), 비닝 등을, 예를 들어 일 실시형태에서 발광 데이터를 캡처하는 데 있어 상이한 기간을 필요로 하는 관심 대상 물질을 개선함으로써 ECL 생성, 수집, 관찰, 및 분석을 개선하는 데 도움이 될 것이다. 따라서, 방출된 광자는 다수의 상이한 기간에 걸쳐 ECL 데이터로 캡처될 수 있으며, 이는 예를 들어 ECL 생성 전반에 걸쳐 광 포화 수준에 의해 영향을 받을 수 있다. 동적 범위는 개선될 수 있지만 다양한 다중 펄스 및/또는 다중 노출 방식을 구현해야 한다. 예를 들어, 짧은 노출을 취한 다음 더 긴 노출(예를 들어, (단일 웰 내 또는 다수의 웰에 걸친) 단일 작업 전극, 단일 작업 전극 구역, 두 개 이상의 단일 작업 전극 또는 작업 전극 구역의 노출, 단일 웰, 2개 이상의 웰, 또는 하나의 섹터, 또는 2개 이상의 섹터 등의 노출)을 취할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 노출이 포화되지 않는 한 더 긴 노출을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 짧은 노출과 긴 노출을 취할 때, 긴 노출 중에 채도가 발생하면, 해당 노출을 버리고 짧은 노출을 사용할 수 있다. 둘 다 포화되지 않으면, 긴 노출을 사용할 수 있는데, 이는 더 나은 감도를 제공할 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 짧은 노출을 활용할 수 있다. 이러한 조정을 (수동으로, 또는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 알고리즘, 컴퓨터 판독 가능 매체, 컴퓨팅 장치 등의 도움을 통해) 수행함으로써, 동적 범위가 위에서 더 자세히 논의된 바와 같이 향상될 수 있다.
또한, 여기에 설명된 시스템, 기기, 및 방법은 위에서 설명된 판독기와 같은 하드웨어 기구에 대한 소프트웨어, 펌웨어, 및/또는 제어 로직을 최적화하게 할 수 있도록 다양한 방식으로 활용될 수 있다. 예를 들어, 본원에 설명된 시스템, 기기, 및 방법은 ECL의 더 빠르고 더 효율적인 생성, 수집, 관찰, 및/또는 분석을 할 수 있게 하므로, 향상된 소프트웨어, 펌웨어, 및/또는 제어 로직의 개선을 통해 기구를 최적화하여, ECL 분석을 수행하는 데 필요한 하드웨어의 비용을 낮추게 할 수 있다(예를 들어, 기구를 구동하는 데 필요한 더 저렴한 렌즈, 더 적은 수 및/또는 더 저렴한 모터 등). 여기에 제공된 실시예들은 단지 예시일 뿐이며 이러한 기기에 대한 추가적인 개선도 고려된다.
위에서 설명한 실시형태들에서, 다중-웰 플레이트(208)의 웰(200)은 ECL 분석을 수행하기 위한 하나 이상의 유체(예를 들어, 시약)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유체는 ECL 공반응물(예: TPA), 판독 완충제, 보존제, 첨가제, 부형제, 탄수화물, 단백질, 세제, 폴리머, 염, 생체분자, 무기 화합물, 지질 등을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, ECL 프로세스 동안 웰(200) 내 유체의 화학적 특성은 전기화학/ECL 생성을 변경할 수 있다. 예를 들어, 유체의 이온 농도와 전기화학/ECL 생성 사이의 관계는 다양한 액체 유형, 판독 완충제 등에 따라 달라질 수 있다. 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극은 위에 설명한 바와 같이 전류 통과와 관계없이 일정한 계면 전위를 제공할 수 있다. 즉, 전류 대 전위의 플롯은 고정된 전위에서 무한 전류를 산출한다.
일부 실시형태들에서, (예를 들어, 다중-웰 플레이트(208)의 웰(200)에서) 사용되는 유체는 NaCl(예를 들어, 염)과 같은 이온성 화합물을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 예를 들어, 웰(200)에 담긴 유체의 더 높은 NaCl 농도는 ECL 프로세스 전반에 걸쳐 ECL 생성 제어를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, Ag/AgCl과 같은 산화환원 쌍을 갖는 보조 전극(102)의 전류 대 전위 플롯은 한정된 기울기를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 기울기는 웰(200)에 담긴 유체의 염 조성 및 농도에 따라 달라진다. Ag+가 환원됨에 따라, 보조 전극(102)의 산화환원 쌍 내의 전하 균형은 균형을 이루어야 할 필요가 있을 수 있으며, 이는 유체로부터의 이온이 전극 표면으로 확산되는 것을 필요로 한다. 일부 실시형태들에서, 염의 조성은 전류 대 전위 곡선의 기울기를 변경할 수 있으며, 이는 예를 들어 전류를 통과하게 하기 위한 Ag/AgCl을 포함하는 보조 전극(102)의 경계면에서의 기준 전위에 영향을 준다. 이렇기 때문에, 실시형태들에서, 인가된 전압에 대해 생성되는 전류를 최대화하기 위해 염과 같은 이온의 농도를 수정하고 제어할 수 있다.
실시형태들에서, ECL 프로세스 동안의 웰(200) 내 유체의 부피는 전기화학/ECL 생성을 변경할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 웰(200) 내 유체의 부피 사이의 관계는 전기화학적 셀(100)의 디자인에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 비교적 두꺼운 유체 층에 의해 분리된 작업 전극 구역(104) 및 보조 전극(102)은 보다 이상적인 전기화학적 거동, 예를 들어 공간적으로 일관된 계면 전위를 가질 수 있다. 반대로, 둘 다를 덮고 있는 상대적으로 얇은 유체 층에 의해 분리되어 있는 작업 전극 구역(104)과 보조 전극(102)은 두 전극에 걸친 계면 전위의 공간적 구배로 인해 비이상적인 전기화학적 거동을 보일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 및 하나 이상의 보조 전극(102)의 디자인 및 레이아웃은 작업 전극 구역(104)과 보조 전극(102) 사이의 공간 거리를 최대화하는 것일 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 예시된 바와 같이, 작업 전극 구역(104) 및 보조 전극(102)은 공간 거리 D1을 최대화하도록 위치될 수 있다. 작업 전극 구역(104)의 수 감소, 작업 전극 구역(104)의 노출 표면적 감소, 보조 전극(102)의 노출 표면적 감소 등을 통해 공간적 거리가 최대화될 수 있다. 논의되지는 않았지만, 공간적 거리의 공간적 거리 최대화는 도 3a 내지 도 3f, 도 4a 내지 도 4f, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 내지 도 6f, 도 7a 내지 도 7f, 및 도 8a 내지 도 8d에 예시된 디자인에 적용될 수 있다.
실시형태들에서, 위에서 설명한 다중-웰 플레이트(208)는 검정 장치에서 ECL 검정과 같은 검정을 수행하는 데 사용하기 위한 하나 이상의 키트의 일부를 형성할 수 있다. 키트는 검정 모듈, 예를 들어 다중-웰 플레이트(208)와, 검정을 수행하는 데 유용한 결합 시약, 효소, 효소 기질, 및 기타 시약으로 구성된 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 검정 성분을 포함할 수 있다. 그 예는 다음의 것들을 포함하지만 그에 국한되지 않는다: 전체 세포, 세포 표면 항원, 아세포 입자(예를 들어, 소기관 또는 막 단편), 바이러스, 프리온, 먼지 진드기 또는 이의 단편, 바이로이드, 항체, 항원, 합텐, 지방산, 핵산(및 합성 유사체), 단백질(및 합성 유사체), 지질단백질, 다당류, 지질다당류, 당단백질, 펩타이드, 폴리펩타이드, 효소(예를 들어, 포스포릴라제, 포스파타제, 에스테라제, 트랜스-글루타미나제, 전이효소, 산화효소, 환원효소, 탈수소효소, 글리코시다제, 단백질 처리 효소(예를 들어, 프로테아제, 키나제, 단백질 포스파타제, 유비퀴틴-단백질 리가제 등), 핵산 처리 효소(예를 들어, 폴리머라제, 뉴클레아제, 인테그라제, 리가제, 헬리카제, 텔로머라제 등)), 효소 기질(예를 들어, 위에 나열된 효소의 기질), 2차 전달자, 세포 대사산물, 호르몬, 약리학적 제제, 진정제, 바르비투르산염, 알칼로이드, 스테로이드, 비타민, 아미노산, 당, 렉틴, 재조합 또는 유도 단백질, 비오틴, 아비딘, 스트렙타비딘, 발광 표지(바람직하게는 전기화학발광 표지), 전기화학발광 공반응제, pH 완충제, 차단제, 보존제, 안정화제, 세제, 건조제, 흡습제, 판독 완충제 등. 이러한 검정 시약은 표지되지 않거나 (바람직하게는 발광 표지, 가장 바람직하게는 전기화학발광 표지로) 표지될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 키트는 ECL 분석 모듈, 예를 들어 다중-웰 플레이트(208)와, 하기의 것으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 검정 구성요소를 포함할 수 있다: (a) 적어도 하나의 발광 표지(바람직하게는 전기화학발광 표지); (b) 적어도 하나의 전기화학발광 공반응제; (c) 하나 이상의 결합 시약; (d) pH 완충제; (e) 하나 이상의 차단 시약; (f) 방부제; (g) 안정화제; (h) 효소; (i) 세제; (j) 건조제, 및 (k) 흡습제.
도 20은 본 발명의 일 실시형태에 따른 것으로, 작업 전극과 보조 전극을 포함하는 웰을 제조하는 프로세스(2000)를 보여주는 흐름도를 도시한다. 예를 들어, 프로세스(2000)는 하나 이상의 작업 전극 구역(104) 및 하나 이상의 보조 전극(102)을 포함하는 다중-웰 플레이트(208)의 웰들(200) 중 하나 이상을 제조하는 데 활용될 수 있다.
작동 2002에서, 프로세스(2000)는 기판 상에 하나 이상의 작업 전극 구역(104)을 형성하는 단계를 포함한다. 실시형태들에서, 하나 이상의 작업 전극은 임의의 유형의 제조 프로세스, 예를 들어, 스크린 인쇄, 3차원(3D) 인쇄, 증착, 리소그래피, 에칭, 및 이들의 조합을 사용하여 형성될 수 있다. 실시형태들에서, 하나 이상의 작업 전극 구역(104)은 증착 및 패턴화될 수 있는 다층 구조로 형성될 수 있다.
실시형태들에서, 하나 이상의 작업 전극은 반응이 일어날 수 있는 연속/인접 영역일 수 있으며, 전극 "구역"은 특정 관심 대상 반응이 일어나는 전극의 일부(또는 전체)일 수 있다. 특정 실시형태들에서, 작업 전극 구역은 전체 전극을 포함할 수 있고, 다른 실시형태에서는 하나 초과의 작업 전극 구역이 단일 전극 내 및/또는 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 작업 전극 구역은 개별 작업 전극에 의해 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 작업 전극 구역은 하나 이상의 전도성 재료로 형성된 단일 전극으로 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 작업 전극은 단일 작업 전극의 부분들을 절연시킴으로써 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 단일 작업 전극은 하나 이상의 전도성 재료로 형성될 수 있고, 작업 전극 구역은 전기 유전체와 같은 절연 재료를 사용하여 단일 작업 전극의 영역들("구역들")을 전기 절연시킴으로써 형성될 수 있다. 임의의 실시형태에서, 작업 전극은 금속, 금속 합금, 탄소 화합물 등과 같은 임의의 유형의 전도성 재료 및 전도성 재료와 절연 재료의 조합으로 형성될 수 있다.
작동 2004에서, 프로세스(2000)는 기판 상에 하나 이상의 보조 전극(102)을 형성하는 단계를 포함한다. 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극은 임의의 유형의 제조 프로세스, 예를 들어, 스크린 인쇄, 3차원(3D) 인쇄, 증착, 리소그래피, 에칭, 및 이들의 조합을 사용하여 형성될 수 있다. 실시형태들에서, 보조 전극(102)은 증착 및 패턴화될 수 있는 다층 구조로 형성될 수 있다. 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극은, 전기화학적 셀에서 일어나는 환원-산화 반응 전반에 걸쳐 정량화 가능한 양의 전하가 생성되도록, 화학적 혼합물의 환원 동안 계면 전위를 제공하는 화학적 혼합물로 형성된다. 하나 이상의 보조 전극은 환원-산화 반응을 지원하는 산화제를 포함하며, 이는 예를 들어 ECL 생성 및 분석과 같은 생물학적, 화학적, 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석 중에 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 보조 전극의 화학적 혼합물 내 산화제의 양은, ECL 생성과 같은 하나 이상의 생물학적, 화학적, 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석 중에, 적어도 하나의 웰에서 일어나게 되는 전체 환원-산화 반응("산화환원")에 필요한 산화제의 양 이상이다. 이와 관련하여, 하나 이상의 보조 전극 내 충분한 양의 화학적 혼합물은 초기 생물학적, 화학적, 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석을 위해 산화환원 반응이 발생한 후에도 여전히 남아 있을 것이고, 따라서 후속한 생물학적, 화학적, 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석 전반에 걸쳐 하나 이상의 추가 산화환원 반응이 발생할 수 있게 한다. 다른 실시형태에서, 하나 이상의 보조 전극의 화학적 혼합물 내의 산화제의 양은 보조 전극의 노출 표면적에 대한 복수의 작업 전극 구역 각각의 노출 표면적의 비에 적어도 부분적으로 기초한다.
예를 들어, 하나 이상의 보조 전극은 은(Ag)과 염화은(AgCl)의 혼합물, 또는 다른 적합한 금속/금속 할로겐화물 쌍을 포함하는 화학적 혼합물로 형성될 수 있다. 화학적 혼합물의 다른 예는 다수의 금속 산화 상태를 갖는 금속 산화물, 예를 들어, 망간 산화물, 또는 다른 금속/금속 산화물 쌍, 예를 들어, 은/산화은, 니켈/산화니켈, 아연/산화아연, 금/산화금, 구리/산화구리, 백금/산화백금 등을 포함할 수 있다.
작동 2006에서, 프로세스는 하나 이상의 보조 전극을 하나 이상의 작업 전극으로부터 전기 절연하기 위해 전기 절연 재료를 형성하는 단계를 포함한다. 실시형태들에서, 전기 절연 재료는 임의의 유형의 제조 프로세스, 예를 들어, 스크린 인쇄, 3D 인쇄, 증착, 리소그래피, 에칭, 및 이들의 조합을 사용하여 형성될 수 있다. 전기 절연 재료는 유전체를 포함할 수 있다.
작동 2008에서, 프로세스(2000)는 기판 상에 추가적인 전기 구성요소를 형성하는 단계를 포함한다. 실시형태들에서, 하나 이상의 보조 전극은 임의의 유형의 제조 프로세스, 예를 들어, 스크린 인쇄, 3D 인쇄, 증착, 리소그래피, 에칭, 및 이들의 조합을 사용하여 형성될 수 있다. 추가 전기 구성요소에는 관통 구멍, 전기 트레이스, 전기 접점 등이 포함될 수 있다. 예를 들어, 작업 전극 구역(104), 보조 전극(102), 및 전기 절연 재료를 형성하는 층 또는 재료 내에 관통 구멍들이 형성되어, 다른 전기 구성요소와의 단락을 생성하지 않고 작업 전극 구역(104) 및 보조 전극(102)과 전기 접촉이 이루어질 수 있도록 한다. 예를 들어, 전기 트레이스들을 절연시키면서 결합되는 전기 트레이스들을 지지하기 위해 하나 이상의 추가 절연층이 기판에 형성될 수 있다.
실시형태들에서, 추가 전기 구성요소에는 전기 히터, 온도 제어기, 및/또는 온도 센서가 포함될 수 있다. 전기 히터, 온도 제어기, 및/또는 온도 센서는 전기화학적 반응, 예를 들어, ECL 반응을 보조할 수 있으며, 전극 성능은 온도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 스크린 인쇄 저항 히터가 전극 디자인에 통합될 수 있다. 저항 히터는, 통합형이거나 외부형인, 온도 제어기 및/또는 온도 센서에 의해 전원을 공급받고 제어될 수 있다. 이들은 일정한 전압이 가해질 때 특정 온도를 생성하도록 자체 조절되고 공식화되었다. 잉크는 검정 또는 플레이트 판독 중에 온도를 제어하는 데 도움이 될 수 있다. 잉크(및/또는 히터)는 또한 검정 중에(예를 들어, PCR 구성요소를 사용한 검정 시) 온도를 높여야 하는 경우도 유용할 수 있다. 실제 온도 정보를 제공하기 위해 온도 센서를 전극(작업 전극 및/또는 보조 전극)에 인쇄할 수도 있다.
도 21a 내지 도 21f는 본 발명의 일실시형태에 따른 것으로, 하나 이상의 웰(200)에 작업 전극 구역(104) 및 보조 전극(102)을 형성하는 프로세스의 비제한적인 예를 예시한다. 도 21a 내지 도 21f는 2개의 웰(도 22a에 예시된 바와 같음)의 형성을 예시하고 있지만, 당업자는 도 21a 내지 도 21f에 예시된 프로세스를 임의의 수의 웰(200)에 적용할 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 도 21a 내지 도 21f는 도 7a 내지 도 7f에 예시된 전극 디자인(701)과 유사한 전극 디자인에서의 보조 전극(102) 및 작업 전극 구역(104)의 형성을 예시하고 있지만, 당업자는 도 21a 내지 도 21f에 예시된 프로세스를 본원에 설명된 전극 디자인에 활용할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
보조 전극(102), 작업 전극 구역(104), 및 기타 전기 구성요소를 제조하는 프로세스는 아래에서 논의되는 바와 같이 잉크 또는 페이스트를 사용하여 다양한 재료를 형성하는 스크린 인쇄 프로세스를 이용하여 수행될 수 있다. 실시형태들에서, 보조 전극(102) 및 작업 전극 구역(104)은 임의의 유형의 제조 프로세스, 예를 들어, 3D 프린팅, 증착, 리소그래피, 에칭, 및 이들의 조합을 사용하여 형성될 수 있다.
도 21a에 예시된 바와 같이, 제1 전도성 층(2102)이 기판(2100) 상에 인쇄될 수 있다. 실시형태들에서, 기판(2100)은 웰(200)의 구성요소들에 지지체를 제공하는 임의의 재료(예를 들어, 절연 재료)로 형성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제1 전도성 층(2102)은 금속, 예를 들어 은으로 형성될 수 있다. 제1 전도성 층(2102)의 다른 예는 금, 은, 백금, 니켈, 강, 이리듐, 구리, 알루미늄, 전도성 합금 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 제1 전도성 층(2102)의 다른 예는 산화물 코팅된 금속(예를 들어, 산화알루미늄 코팅된 알루미늄)을 포함할 수 있다. 제1 전도성 층(2102)의 다른 예는 탄소, 카본 블랙, 흑연 탄소, 탄소 나노튜브, 탄소 피브릴, 흑연, 탄소 섬유 및 이들의 혼합물과 같은 탄소 기반 물질을 포함할 수 있다. 제1 전도성 층(2102)의 다른 예는 전도성 탄소-폴리머 복합재를 포함할 수 있다.
기판(2100)은 또한, 기판(2100)의 구성요소들을 연결하기 위한 것이며 구성요소들에 전기 연결이 이루어질 수 있는 위치들을 제공하기 위한 것인 하나 이상의 관통 구멍 또는 다른 유형의 전기 연결(예를 들어, 트레이스, 전기 접점 등)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시된 바와 같이, 기판(2100)은 제1 관통 구멍(2104) 및 제2 관통 구멍(2106)을 포함할 수 있다. 제1 관통 구멍(2104)은 제1 전도성 층(2102)으로부터 전기 절연될 수 있다. 제2 관통 구멍(2106)은 제1 전도성 층(2102)과 전기적으로 연결될 수 있다. 더 적거나 더 많은 수의 구멍도 고려된다. 예를 들어, 관통 구멍들이 작업 전극 구역(104), 보조 전극(102), 및 전기 절연 재료를 형성하는 층 또는 재료 내에 형성되어, 다른 전기 구성요소들과의 단락을 생성하지 않고 작업 전극 구역(104) 및 보조 전극(102)과 전기 접촉이 이루어질 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 전기 트레이스들을 절연시키면서 결합되는 전기 트레이스들을 지지하기 위해 하나 이상의 추가 절연층이 기판에 형성될 수 있다.
도 21b에 예시된 바와 같이, 제2 전도성 층(2108)이 제1 전도성 층(2102) 상에 인쇄될 수 있다. 실시형태들에서, 제2 전도성 층(2108)은 은(Ag)과 염화은(AgCl)의 혼합물, 또는 다른 적합한 금속/금속 할로겐화물 쌍을 포함하는 화학적 혼합물로 형성될 수 있다. 화학적 혼합물의 다른 예는 위에서 논의된 바와 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제2 전도성 층(2108)은 제1 전도성 층(2102)의 대략적인 치수가 되도록 형성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제2 전도성 층(2108)은 제1 전도성 층(2102)보다 크거나 작은 치수로 형성될 수 있다. 제2 전도성 층(2108)은 AgCl에 대한 Ag의 정의된 비율을 갖는 Ag/AgCl 화학적 혼합물(예를 들어, 잉크, 페이스트 등)을 사용하여 제2 전도성 층(2108)을 인쇄함으로써 형성될 수 있다. 일 실시형태에서, 보조 전극의 화학적 혼합물 내의 산화제의 양은 보조 전극의 화학적 혼합물 내의 AgCl에 대한 Ag의 비율에 적어도 부분적으로 기반한다. 일 실시형태에서, Ag 및 AgCl을 갖는 보조 전극의 화학적 혼합물은 약 50% 이하, 예를 들어 34%, 10% 등의 AgCl을 포함한다. 예시되지는 않았지만, 제2 전도성 층(2108)과 제1 전도성 층(2102) 사이에 하나 이상의 추가 개재층(예를 들어, 절연층, 전도성 층, 및 이들의 조합)이 형성될 수 있다.
도 21c에 예시된 바와 같이, 제2 전도성 층(2108) 상에 제1 절연층(2110)이 인쇄될 수 있다. 제1 절연층(2110)은 임의의 유형의 절연 재료, 예를 들어 유전체, 폴리머, 유리 등으로 형성될 수 있다. 제1 절연층(2110)은 제2 전도성 층(2108)의 두 부분("지점")을 노출시키는 패턴으로 형성되고, 이로써 2개의 보조 전극(102)이 형성된다. 노출된 부분은 보조 전극(102)의 원하는 모양 및 크기에 대응할 수 있다. 실시형태들에서, 보조 전극(102)은, 예를 들어 도 3a 내지 도 3f, 도 4a 내지 도 4f, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 내지 도 6f, 도 7a 내지 도 7f, 도 8a 내지 도 8d, 및 도 38a 내지 도 39e를 참조하여 위에 설명된 전극 디자인에서 설명한 바와 같이, 임의의 수, 크기, 및 모양으로 형성될 수 있다.
도 21d 및 도 21e에 예시된 바와 같이, 절연층(2110) 상에 제3 전도성 층(2112)이 인쇄될 수 있고, 이에 후속하여, 제3 전도성 층(2112) 상에 제4 전도성 층(2114)이 인쇄될 수 있다. 실시형태들에서, 제3 전도성 층(2112)은 금속, 예를 들어 은으로 형성될 수 있다. 실시형태들에서, 제4 전도성 층(2114)은 복합 재료, 예를 들어 탄소 복합재로 형성될 수 있다. 제1 전도성 층(2102)의 다른 예는 금, 은, 백금, 니켈, 강, 이리듐, 구리, 알루미늄, 전도성 합금 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 제1 전도성 층(2102)의 다른 예는 산화물 코팅된 금속(예를 들어, 산화알루미늄 코팅된 알루미늄)을 포함할 수 있다. 제1 전도성 층(2102)의 다른 예는 탄소, 카본 블랙, 흑연 탄소, 탄소 나노튜브, 탄소 피브릴, 흑연, 탄소 섬유 및 이들의 혼합물과 같은 다른 탄소 기반 물질을 포함할 수 있다. 제1 전도성 층(2102)의 다른 예는 전도성 탄소-폴리머 복합재를 포함할 수 있다. 제3 전도성 층(2112) 및 제4 전도성 층(2114)은, 작업 전극 구역의 기부를 형성하여 제1 관통 구멍(2104)에 전기적 결합을 제공하는 패턴으로 형성될 수 있다. 실시형태들에서, 관통 구멍은, 예를 들어 도 3a 내지 도 3f, 도 4a 내지 도 4f, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 내지 도 6f, 도 7a 내지 도 7f, 도 8a 내지 도 8d, 및 도 38a 내지 도 39e를 참조하여 위에 설명된 전극 디자인에서 설명한 바와 같이, 임의의 수, 크기, 및 모양으로 형성될 수 있다.
도 21f에 예시된 바와 같이, 제4 전도성 층(2114) 상에 제2 절연층(2116)이 인쇄될 수 있다. 제2 절연층(2116)은 임의의 유형의 절연 재료, 예를 들어 유전체로 형성될 수 있다. 제2 절연층(2116)은 제4 전도성 층(2114)의 20개의 부분("지점")을 노출시키는 패턴으로 형성될 수 있으며, 이에 의해 도 22a에 예시된 바와 같이 각 웰(200)에 대해 10개의 작업 전극 구역(104)이 형성된다. 제2 절연층(2116)도 보조 전극(102)을 노출시키도록 형성될 수 있다. 따라서, 제2 절연층(2116)의 인쇄 또는 증착은 보조 전극(102)의 크기 및/또는 면적뿐만 아니라 작업 전극 구역(104)의 크기 및/또는 면적을 제어할 수 있다. 노출된 부분은 작업 전극 구역(104) 및 보조 전극(102)의 원하는 모양 및 크기에 대응할 수 있다. 실시형태들에서, 작업 전극 구역(104)은, 예를 들어 도 3a 내지 도 3f, 도 4a 내지 도 4f, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 내지 도 6f, 도 7a 내지 도 7f, 도 8a 내지 도 8d, 및 도 38a 내지 도 39e를 참조하여 위에 설명된 전극 디자인에서 설명한 바와 같이, 임의의 수, 크기, 및 모양으로 형성될 수 있다. 특정 실시형태들에서, 설명된 층들 중 하나 이상은 층(예들 들어, 탄소 기반 층 등)의 오염을 최소화하기 위한 특별한 순서로 형성될 수 있다.
위에 설명된 방법에서는, 보조 전극들(102) 사이의 전도성은 절연층(2110)에 의해 마스킹되는 전도성 층(2108)을 통해 유지된다. 이러한 디자인은 보조 전극들(102) 사이의 전도성 연결이 작업 전극 구역(104) 아래로 이어지게 한다. 도 22b는 도 21a 내지 도 21f 및 도 22a와 관련하여 위에 설명한 것과 다소 유사한 제조 방법에 의해 생성된 웰(200)의 추가 실시형태를 예시한다. 도 22b에 도시된 바와 같이, 작업 전극 구역(104)은 간극을 갖는 원형 패턴, 예를 들어 C형으로 배열될 수 있다. 각각의 웰(200)은 예를 들어 10개의 작업 전극 구역을 가질 수 있다. 추가 실시형태들에서, 임의의 적합한 수의 작업 전극 구역이 포함될 수 있다. 작업 전극 구역(104) 패턴의 간극은 전도성 트레이스(2120)가 2개의 웰(200)의 보조 전극들(102) 사이를 통과할 수 있게 한다. 전도성 트레이스(2120)가 보조 전극(102) 사이를 지나가고 이들을 교차하지 않기 때문에, 보조 전극(102), 작업 전극 구역(104), 및 전도성 트레이스(2120)는 제조 프로세스 동안 동일한 층에 인쇄될 수 있다. 예를 들어, 개별적으로 주소지정 가능한 작업 전극 구역들(104)을 포함하는 실시형태들에서, 보조 전극(102), 작업 전극 구역(104), 및 전도성 트레이스(2120) 각각은 기판의 동일한 층에 개별 특징부로 인쇄될 수 있다. 도 22b에 도시된 전극들의 C형 디자인은 이중 웰 레이아웃에서 사용하도록 제한되지 않는다. 다양한 수의 웰을 포함하는 다른 레이아웃은 본 발명의 실시형태들과 일치한다. 예를 들어, 단일 웰 레이아웃은 C형 전극 레이아웃을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 4개 이상의 웰(200)이 C형 전극 레이아웃으로 배치될 수 있고, 해당 레이아웃에 있어서의 각 웰(200)의 보조 전극들(102)을 연결하는 다수의 전도성 트레이스(2120)를 가질 수 있다.
도 24a 내지 도 24c, 도 25a 내지 도 25c, 도 26a 내지 도 26d, 도 27a 내지 도 27c, 도 28, 도 29는 본 발명의 실시형태들에 따른 다양한 다중-웰 플레이트에서 수행된 테스트 결과를 예시한다. 테스트에는 두 가지 상이한 테스트 군이 포함되었다. 2개의 상이한 테스트 군 각각에는 다음과 같은 4개의 상이한 구성의 다중-웰 플레이트가 포함되었다: 표준("Std") 96-1 플레이트, Std 96ss 플레이트(작은 지점 플레이트), Std 96-10 플레이트, 및 Std 96ss "BAL". Std 96-1 플레이트는 도 23a에 예시된 바와 같이 웰(106) 각각에 1개의 작업 전극 구역을 갖는 96개의 웰(106)을 포함한다. Std 96ss 플레이트는 도 23b에 예시된 바와 같이 웰(106) 각각에 1개의 작업 전극 구역을 갖는 96개의 웰(106)을 포함한다. Std 96-10 플레이트는 도 23c에 예시된 바와 같이 웰(106) 각각에 10개의 작업 전극 구역을 갖는 96개의 웰(106)을 포함한다. Std 96ss "BAL"은 도 23d에 예시된 바와 같이 2개의 보조 전극 및 하나의 작업 전극 구역을 갖는다. 각 테스트 군에서, 다중-웰 플레이트의 각 구성의 3 세트를 상이한 Ag/AgCl 잉크를 사용하여 스크린 인쇄하여 표 8에 나타낸 것과 같이 상이한 비율의 Ag/AgCl의 화학적 혼합물을 생성했다. 위에 설명된 각 플레이트는 웰당 2개의 보조 전극으로 구성되었다. "BAL" 구성은 다른 구성에 비해 크기가 작은 보조 전극을 갖도록 구성되었다.
[표 9]
이 테스트에는 또한 도면의 탄소 표지 생산 대조군으로 형성된 작업 전극 구역 및 상대 전극을 포함하는 생산 대조군이 포함되었다.
전압전류법, ECL 트레이스(ECL 강도 대 인가된 전위차), 적분 ECL 신호 측정을 생성하기 위해 위에서 설명된 전극 디자인을 사용하여 테스트 용액으로 테스트를 수행했다. 테스트 용액에는 세 가지 TAG 용액, 즉 T1x의 1 μM TAG(TAG는 전기적으로 여기될 때 광자를 방출하는 ECL 표지 또는 종을 지칭함) 용액, T2x의 1 μM TAG 용액, 및 MSD 프리 TAG 15,000 ECL(Y0260157)가 포함되었다. T1x의 1 μM TAG 용액에는 5.0 mM 트리스(2,2' 바이피리딘) 루테늄(II) 염화물 저장 용액(Y0420016) 및 MSD T1x(Y0110066)가 포함되었다. T2x의 1 μM TAG 용액에는 5.0 mM 트리스(2,2' 바이피리딘) 루테늄(II) 염화물 저장 용액(Y0420016) 및 MSD T2x(Y0200024)가 포함되었다. 테스트 용액에는 MSD T1x(Y0110066)가 포함된 판독 완충제 용액도 포함되었다. 전압전류법, ECL 트레이스, 프리 TAG 15,000 ECL 테스트, 및 MSD T1x ECL 신호에 대한 측정은 다음 조건에서 수행되었다.
표준 3전극 구성(작업 전극, 기준 전극, 상대 전극)을 사용하는 전압전류법의 경우, 각 Ag/AgCl 잉크의 하나의 플레이트와 Std 96-1, Std 96ss, 및 Std 96-10의 목록으로부터의 하나의 플레이트를 사용하여 측정했다. 상대 전극에서 환원 전압전류법을 측정했다. 환원 전압전류법의 경우, 웰들에 T1x의 1 μM TAG 또는 T2x의 1 μM TAG를 150 μL 채워서 적어도 10분 동안 그대로 두었다. Ag/AgCl 플레이트에 파형을 다음과 같이 적용하였다: 100 mV/s에서 0.1 V에서 -1.0 V로, 그리고 다시 0.1 V로. 생산 대조군에 파형을 다음과 같이 적용하였다: 100 mV/s에서 0 V에서 -3 V로, 그리고 다시 0 V로. 각 용액의 3개 복제 웰을 측정하여 평균을 냈다.
작업 전극에서 산화 전압전류법을 측정했다. 산화 전압전류법의 경우, 웰들에 T1x의 1 μM TAG 또는 T2x의 1 μM TAG를 150 μL 채워서 적어도 10분 동안 그대로 두었다. Ag/AgCl에 파형을 다음과 같이 적용하였다: 100 mV/s에서 0 V에서 2 V로, 그리고 다시 0 V로. 생산 대조군에 파형을 다음과 같이 적용하였다: 100 mV/s에서 0 V에서 2 V로, 그리고 다시 0 V로. 각 용액의 3개 복제 웰을 측정하여 평균을 냈다.
ECL 트레이스의 경우, 각 Ag/AgCl 잉크의 하나의 플레이트와 Std 96-1, Std 96ss, 및 Std 96-10의 목록으로부터의 하나의 플레이트를 측정했다. 6개의 웰에 T1x의 1 마이크로몰(μM) TAG를 150 마이크로리터(μL) 채우고 6개의 웰에 T2x의 1 mM TAG를 채웠다. 플레이트들을 적어도 10분 동안 그대로 두었다. 특허 비디오 시스템에서 다음 파라미터를 사용하여 ECL을 측정했다: Ag/AgCl: 120개의 연속 25 ms 프레임(예를 들어, 한 이미지에 대한 노출 길이)을 사용하여 영상화, 3000 ms에서 0 V 내지 3000 mV; 및 생산 대조군: 25 ms 프레임을 사용하여 3000 ms에서 2000 mV 내지 5000 mV. 각 용액의 6개 복제 웰을 ECL 강도 대 전위와, 전류 대 전위에 대해 평균을 냈다.
적분 ECL 신호의 경우, 각 AgCl 잉크의 플레이트 6개와, Std 96-1, Std 96ss, 및 Std 96-10의 목록으로부터의 플레이트 6개, 즉 MSD T1x의 플레이트 2개 및 "프리 TAG 15,000 ECL" 플레이트 4개를 측정했다. 플레이트들에 "프리 TAG 15,000 ECL" 또는 MSD T1x를 150 μL 채워서 적어도 10분 동안 방치했다. AgCl의 경우, 다음 파형, 즉 3000 ms에서 0 V 내지 3000 mV를 사용하여, MESO QUICKPLEX SQ 120 기구("SQ 120")에서 ECL을 측정했다. 생산 대조군의 경우, 다음 파형, 즉 3000 ms에서 2000 mV 내지 5000 mV를 사용하여, SQ120에서 ECL을 측정했다. 플레이트 내 및 플레이트 간 값이 계산되었다. 테스트 결과는 아래에서 논의된다.
도 24a 내지 도 24c는 Std 96-1 플레이트에서 수행된 ECL 측정 결과를 예시한다. 도 24a는 Std 96-1 플레이트에 대한 전압전류법 측정을 보여주는 그래프이다. 특히, 도 24a는 Std 96-1 플레이트의 평균 전압전류도를 보여주고 있다. 도 24a에 예시된 바와 같이, T1x 용액과 T2x 용액 사이에 전류 증가가 발생하였다. 산화 곡선은 3개의 Ag/AgCl 잉크 플레이트와 대조군 플레이트에 대해 유사했다. 산화의 시작은 Ag/AgCl 대비 약 0.8 V에서였다. 최고 전위는 Ag/AgCl 대비 약 1.6 V에서였다. CE가 탄소에서 Ag/AgCl로 변경된 때 환원의 변화가 발생했다. 탄소에 대한 물 환원의 시작은 Ag/AgCl 대비 약 -1.8 V에서였다. AgCl 환원의 시작은 Ag/AgCl 대비 약 0 V에서였다. Ag/AgCl 잉크의 AgCl 함량이 증가함에 따라 총 AgCl 환원량의 증가가 발생했다. T1x 용액과 T2x 용액 사이의 전류가 증가한 Ag/AgCl 상에서의 환원 전압전류법에 있어서 -0.16 V에서 작은 숄더가 발생했다. 이러한 결과는 판독 완충제의 농도를 T1x에서 T2x로 증가시키면 산화 전류가 증가한다는 것을 보여주고 있다. AgCl을 보조 전극에 통합시키면, 환원 시작이 탄소 기준 전극에 비해 예상되는 0 V로 이동된다. 잉크의 AgCl을 증가시키면, 전류 대 전위 곡선의 기울기에 영향을 미치는 일이 없이 총 AgCl 환원이 증가한다.
도 24b 및 도 24c는 Std 96-1 플레이트에 대한 ECL 측정을 보여주는 그래프이다. 특히, 도 24b 및 도 24c는 도 24a에 언급된 바와 같이 T1x 용액 또는 T2x 용액을 갖는 Std 96-1 플레이트에 대한 평균 ECL 및 전류 트레이스를 보여준다. 예시된 바와 같이, 3개의 Ag/AgCl 잉크 플레이트가 유사한 ECL 트레이스를 산출했다. ECL의 시작은 T1x 용액과 T2x 용액에서는 약 1100 mV에서 발생했다. 피크 전위는 T1x 용액의 경우는 1800 mV에서, T2x 용액의 경우는 1900 mV에서 발생했다. ECL 강도는 약 2250 mV에서 기준선으로 돌아왔다. 3개의 Ag/AgCl 잉크 플레이트는 파형 끝에 T2x인 잉크 비율 1(90/10 Ag:AgCl)에서 전류가 더 낮은 것을 제외하고는 유사한 전류 트레이스를 생성했다. 생산 플레이트에서 피크 전위는 약 4000 mV로 이동했고 ECL 시작은 약 3100 mV로 이동했다. 생산 플레이트에서의 ECL의 상대적인 이동은 기준 전압전류법에서 측정된 환원 전류 시작에 있어서의 이동과 비슷했다. 생산 플레이트의 ECL 트레이스의 반치전폭(full width at half max)은 Ag/AgCl 잉크 플레이트보다 더 넓었으며, 이는 기준 전압전류법에서 환원 전류의 낮은 기울기와 상관관계가 있다.
도 24c에 나타난 바와 같이, 90:10 비율의 파형 동안 통과하는 총 전류는 다른 잉크에 비해 적었다. 이는 90:10 비율이 작업 전극에서 발생할 수 있는 산화의 양을 제한할 수 있음을 나타낸다. 이 파형을 사용하여 T2x의 FT보다 더 많은 전류가 통과할 수 있는 실험에 충분한 환원 용량을 보장하기 위해 50:50의 비율이 선택되었다. 테스트가 보이고 있는 바와 같이, Ag/AgCl 잉크는 보조 전극(102)에서의 환원을 위해 제어된 전위를 제공한다. Ag/AgCl을 사용하는 경우, 보조 전극(102)은 ECL 반응을, 실제 Ag/AgCl 기준 전극을 사용하여 측정할 때 TPA 산화가 발생하는 전위로 이동시킨다.
보조 전극(102)의 경우, 보조 전극(102)에서 접근 가능한 AgCl의 양은 ECL 측정 중에 완전히 소모되지 않을 만큼 충분해야 한다. 예를 들어, 작업 전극에서 산화하는 동안 통과하는 전자 1 몰당 AgCl 1 몰이 필요하다. AgCl이 이 양보다 적으면 작업 전극 구역(104)에서의 계면 전위의 제어가 상실되는 결과가 일어날 것이다. 제어 상실이란 화학 반응 전반에 걸쳐 계면 전위가 특정 범위 내에서 유지되지 않는 상황을 가리킨다. 제어된 계면 전위를 갖는 한 가지 목적은 웰 간, 플레이트 간, 스크린 로트 간 등의 판독의 일관성과 반복성을 보장하는 것이다.
표 10은 ECL 측정을 통해 결정된 Std 96-1 플레이트의 플레이트 내 및 플레이트 간 FT 및 T1x 값을 보여준다. 표 10에 나타난 바와 같이, 3개의 Ag/AgCl 잉크 플레이트는 동등한 값을 산출했다. 생산 플레이트는 더 높은 FT 및 T1x ECL 신호를 산출했다. 이러한 높은 신호는 환원 전압전류법의 더 낮은 기울기로 인해 더 낮은 영향을 받는 램프 속도에 기인할 수 있다.
[표 10]
도 25a 내지 도 25c는 Std 96ss 플레이트에서 수행된 ECL 측정 결과를 예시한다. 도 25a는 Std 96ss 플레이트에 대한 전압전류법 측정을 보여주는 그래프이다. 특히, 도 25a는 Std 96ss 플레이트의 평균 전압전류도를 보여주고 있다. 도 25a에 예시된 바와 같이, T1x 용액과 T2x 용액 사이에 전류 증가가 발생하였다. 산화 곡선은 3개의 Ag/AgCl 잉크 플레이트와 대조군 플레이트에 대해 유사했다. 산화의 시작은 Ag/AgCl 대비 약 0.8 V에서 발생했다. 피크 전위는 Ag/AgCl 대비 약 1.6 V에서 발생했다. 보조 전극이 탄소에서 Ag/AgCl로 변경되었을 때 환원의 변화가 발생했다. 탄소에 대한 물 환원의 시작은 Ag/AgCl 대비 약 -1.8 V에서 발생했다. AgCl 환원의 시작은 Ag/AgCl 대비 약 0 V에서 발생했다. Ag/AgCl 잉크의 AgCl 함량이 증가함에 따라 총 AgCl 감소량이 증가했다. T1x 용액과 T2x 용액 사이의 전류가 증가한 Ag/AgCl의 환원 전압전류법에 있어서 -0.16 V에서 작은 숄더가 발생했다.
도 25b 및 도 25c는 Std 96ss 플레이트에 대한 ECL 측정을 보여주는 그래프이다. 특히, 도 25b 및 도 25c는 도 10a에 언급된 바와 같이 T1x 용액 또는 T2x 용액을 갖는 Std 96ss 플레이트에 대한 평균 ECL 및 전류 트레이스를 보여주고 있다. 예시된 바와 같이, 세 개의 Ag/AgCl 잉크 플레이트는 매우 유사한 ECL 트레이스를 나타냈다. ECL의 시작은 T1x 용액과 T2x 용액에서는 약 1100 mV에서 발생했다. 피크 전위는 T1x 용액의 경우는 1675 mV에서, T2x 용액의 경우 1700 mV에서 발생했다. ECL 강도는 약 2175 mV에서 기준선으로 돌아왔다. 세 개의 Ag/AgCl 잉크 플레이트는 유사한 전류 트레이스를 나타냈다. 생산 플레이트에서 ECL 시작은 약 3000 mV로 이동했고 피크 전위는 약 3800 mV로 이동했다. 생산 플레이트에서의 ECL의 상대적인 이동은 기준 전압전류법에서 측정된 환원 전류 시작에 있어서의 이동과 비슷했다. 생산 플레이트의 ECL 트레이스의 반치전폭은 Ag/AgCl 잉크 플레이트보다 더 넓었으며, 이는 기준 전압전류법에서 환원 전류의 낮은 기울기와 상관관계가 있다. 도 25a 내지 도 25c에 나타낸 결과는 도 24a 내지 도 24c의 것과 일치하는데, 이는 Ag/AgCl 전극의 사용으로 인해 발생하는 변화가 다양한 전극 구성에 걸쳐 강건함을 나타낸다.
표 11은 ECL 측정을 통해 결정된 Std 96ss 플레이트의 플레이트 내 및 플레이트 간 FT 및 T1x 값을 보여준다. 표 11에 나타난 바와 같이, 3개의 Ag/AgCl 잉크 플레이트는 동등한 값을 산출했다. 생산 플레이트는 더 높은 FT 및 T1x ECL 신호를 산출했다. 이러한 높은 신호는 환원 전압전류법의 더 낮은 기울기로 인해 더 낮은 영향을 받는 램프 속도에 기인할 수 있다. 생산 플레이트의 더 높은 배경 신호는 해당 실험에 사용된 판독기의 비표준 파형으로 인한 것일 수 있다.
[표 11]
도 26a 내지 도 26d는 Std 96ss BAL 플레이트에서 수행된 ECL 측정 결과를 예시한다. 도 26a는 Std 96ss BAL 플레이트에 대한 전압전류법 측정을 보여주는 그래프이다. 특히, 도 26a는 Std 96ss BAL 플레이트의 평균 전압전류도를 보여주고 있다. 도 26a에 예시된 바와 같이, T1x 용액과 T2x 용액 사이에 전류 증가가 발생하였다. 산화 곡선은 3개의 Ag/AgCl 잉크 플레이트와 생산 대조군에 대해 유사했다. 산화의 시작은 Ag/AgCl 대비 약 0.8 V에서 발생했다. 최고 전위는 Ag/AgCl 대비 약 1.6 V에서 발생했다. Ag/AgCl 잉크의 AgCl 함량이 증가함에 따라 총 AgCl 환원량의 증가가 발생했다. T1x 용액과 T2x 용액 사이의 전류가 증가한 Ag/AgCl의 환원 전압전류법에 있어서 -0.16 V에서 작은 숄더가 발생했다. 전극 면적이 더 작기 때문에 전체 보조 전극 전류는 Std 96ss 플레이트 구성에 비해 감소했다. 전류 대 전위 플롯의 기울기는 Std 96ss 플레이트 구성보다 낮았다.
도 26b는 잉크 비율 3에서 T2x 용액을 사용한 Std 96ss 대 Std 96ss BAL을 보여주는 그래프이다. 도 26b에 예시된 바와 같이, 산화 피크 전류(약 -0.3 mA)는 이들 형식 모두에서 유사하였다. 대부분의 환원 전류에서 Std 96ss BAL은 Std 96ss보다 음전위가 더 높았다.
도 26c 및 도 26d는 Std 96ss BAL 플레이트에 대한 ECL 측정을 보여주는 그래프이다. 특히, 도 26c 및 도 26d는 T1x 용액 또는 T2x 용액을 갖는 Std 96ss BAL 플레이트에 대한 평균 ECL 및 전류 트레이스를 보여주고 있다. 예시된 바와 같이, Ag/AgCl 상대 전극이 있는 3개의 플레이트는 유사한 ECL 트레이스를 산출했다. ECL의 시작은 T1x 용액과 T2x 용액에서는 약 1100 mV에서 발생했다. 피크 전위는 T1x 용액의 경우는 1750 mV에서, T2x 용액의 경우는 1800 mV에서 발생했다. ECL 강도는 약 2300 mV에서 기준선으로 돌아왔다. ECL의 시작은 Std 96ss 플레이트와 유사했지만 최대 전위와 기준선으로의 복귀는 Std 96ss 플레이트보다 전위가 늦게 이동했다. Std 96ss 플레이트와 Std 96ss BAL 플레이트 간의 차이는 더 작은 상대 전극의 환원 전압전류법의 낮은 기울기로 인해 영향을 받는 램프 속도가 더 낮기 때문일 수 있다. Ag/AgCl 상대 전극이 있는 3개의 플레이트는 파형 끝에 T2x 용액을 사용하는 90/10 Ag:AgCl의 낮은 전류를 제외하고 유사한 전류 트레이스를 생성했다. T2x 용액을 사용한 잉크 비율 1의 다른 동작은 Std 96-1 플레이트 형식에서도 관찰되었다. 도 26a 내지 도 26d에 나타낸 결과는 도 24a 내지 도 24c 및 도 25a 내지 도 25c의 것과 일치하는데, 이는 Ag/AgCl 전극의 사용으로 인해 발생하는 변화가 다양한 전극 구성에 걸쳐 강건함을 나타낸다.
표 12는 ECL 측정을 통해 결정된 Std 96ss BAL 플레이트의 플레이트 내 및 플레이트 간 FT 및 T1x 값을 보여준다. 표 12에 표시된 바와 같이, ECL 신호는 Std 96ss 플레이트 구성보다 높다. 더 높은 신호는 더 작은 상대 전극에서의 환원 전압전류법의 더 낮은 기울기로 인해 더 낮은 유효 램프 속도에 기인할 수 있다. 잉크의 AgCl 함량이 증가함에 따라 FT 신호가 감소했다.
[표 12]
도 27a 내지 도 27c는 Std 96-10 플레이트에서 수행된 ECL 측정 결과를 예시한다. 도 27a는 Std 96-10 플레이트에 대한 전압전류법 측정을 보여주는 그래프이다. 특히, 도 27a는 Std 96-10 플레이트의 평균 전압전류도를 보여주고 있다. 도 27a에 예시된 바와 같이, T1x 용액과 T2x 용액 사이에 전류 증가가 발생하였다. 산화 곡선은 Ag/AgCl 상대 전극이 있는 3개의 플레이트와 생산 대조군에서 유사했다. 산화의 시작은 Ag/AgCl 대비 약 0.8 V에서 발생했다. 피크 전위는 Ag/AgCl 대비 약 1.6 V에서 발생했다. 생산 대조군에서는 더 높은 산화 전류가 나타났다. 보조 상대 전극이 탄소에서 Ag/AgCl로 변경되면 환원의 변화가 발생했다. 탄소에 대한 물 환원의 시작은 Ag/AgCl 대비 약 -1.8 V에서 발생했다. AgCl 환원의 시작은 Ag/AgCl 대비 약 0 V에서 발생했다. Ag/AgCl 잉크의 AgCl 함량이 증가함에 따라 총 AgCl 환원량의 증가가 발생했다. T1x 용액과 T2x 용액 사이의 전류가 증가한 Ag/AgCl의 환원 전압전류법에 있어서 -0.16 V에서 작은 숄더가 발생했다.
도 27b 및 도 27c는 Std 96-10 플레이트에 대한 ECL 측정을 보여주는 그래프이다. 특히, 도 27b 및 도 27c는 T1x 용액 또는 T2x 용액을 갖는 Std 96-10 플레이트에 대한 평균 ECL 및 전류 트레이스를 보여주고 있다. 예시된 바와 같이, Ag/AgCl 상대 전극이 있는 3개의 플레이트는 유사한 ECL 트레이스를 산출했다. ECL의 시작은 T1x 용액과 T2x 용액에서는 약 1100 mV에서 발생했다. 피크 전위는 T1x 용액의 경우 1700 mV, T2x 용액의 경우 1750 mV에서 발생했다. ECL 강도는 약 2250 mV에서 기준선으로 돌아왔다. Ag/AgCl 상대 전극이 있는 3개의 플레이트는 유사한 ECL 트레이스를 산출했다. 생산 플레이트에서 ECL 시작은 약 3000 mV로 이동했고 피크 전위는 약 3800 mV로 이동했다. 생산 플레이트에서의 ECL의 상대적인 이동은 기준 전압전류법에서 측정된 환원 전류 시작에 있어서의 이동과 비슷했다. 생산 플레이트의 ECL 트레이스의 반치전폭은 Ag/AgCl 잉크보다 더 넓었으며, 이는 기준 전압전류법에서 환원 전류의 낮은 기울기와 상관관계가 있다. 도 27a 내지 도 27c에 나타낸 결과는 도 24a 내지 도 24c, 도 25a 내지 도 25c, 및 도 26a 내지 도 26d의 것과 일치하는데, 이는 Ag/AgCl 전극의 사용으로 인해 발생하는 변화가 다양한 지점 크기에 걸쳐 강건함을 나타낸다.
표 13은 ECL 측정을 통해 결정된 Std 96-10 플레이트의 플레이트 내 및 플레이트 간 FT 및 T1x 값을 보여준다. 표 13에 나타난 바와 같이, Ag/AgCl 상대 전극을 갖는 3개의 플레이트는 동등한 값을 산출했다. 생산 플레이트는 더 낮은 FT 및 T1x ECL 신호를 산출했다. 생산 플레이트에서의 낮은 신호 소스는 알려지지 않지만 기준 전압전류법에서 측정된 높은 산화 전류와 연관될 수 있다.
[표 13]
위에서 논의된 테스트 결과와 도 28에 나타난 바와 같이, Ag/AgCl을 포함하는 보조 전극은 비기준 시스템의 ECL을 기준 시스템, 즉 개별 기준 전극을 포함하는 시스템에서 측정된 산화에 필적하는 전위로 이동시켰다. Ag/AgCl로 구성된 보조 전극의 경우, 1100 mV의 전위차에서 ECL 시작이 발생하였다. ECL 피크는 다음과 같은 전위차(플레이트 유형 평균)에서 발생했다: Std 96-1 플레이트 ― 1833 mV, Std 96ss 플레이트 ― 1688 mV, Std 96ss BAL 플레이트 ― 1775 mV, 및 Std 96-10 플레이트 ― 1721 mV. 산화 전류의 시작은 Ag/AgCl 대비 0.8 V에서 발생했다. 최고 산화 전류는 Ag/AgCl 대비 약 1.6 V에서 발생했다.
또한, 테스트 결과로 나타난 바와 같이, 소정 범위의 AgCl에 대한 Ag 비율을 사용하여 세 가지 잉크 제제를 테스트했으며, 기준 환원 전압전류법에서 다양한 양의 AgCl이 검출되었다. 세 가지 제제 모두 비슷한 ECL 트레이스를 산출했다. T2x 용액에서 ECL을 측정할 때 전류 플롯 대 전위 플롯에 약간의 차이가 있었다. 전류 용량은 Ag:AgCl 비율이 90/10인 Std 96-1 및 Std 96ss BAL에 대해 제한적인 것으로 나타났으며, 이러한 플레이트 유형은 상대 전극에 대한 작업 전극의 면적 비율이 가장 큰 것이다. FT 신호는 96ss BAL 플레이트 유형을 제외하고 3가지 제제와 유사했다.
이전 실시예들에서, Std 96-1 플레이트 작업 전극 면적은 0.032171 in2이다. Std 96ss 플레이트 작업 전극 면적은 0.007854 in2이다. Std 96-1 및 Std 96sspr 보조 전극 면적은 0.002646 in2로 추정되었다. Std 96ss BAL 플레이트 보조 전극 면적은 0.0006459 in2로 설계되었다. 면적 비율은 Std 96-1가 12.16, Std 96ss가 2.968, 그리고 Std 96ss BAL이 12.16일 수 있다. Std 96ss 플레이트와 Std 96ss BAL 플레이트의 피크 환원 전류 비율은 Std 96ss BAL 플레이트의 보조 전극 면적이 0.0007938 in2로 감소했음을 나타낸다. ECL 트레이스는 상대 전극 면적의 감소가 Std 96-1 플레이트와 Std 96ss BAL 플레이트의 ECL 트레이스를 통합하는 데 필요한 수준에 근접하고 있음을 시사하고 있다.
실시예 4 - Ag/AgCl 보조 전극의 성능에 있어서의 보조 전극에 대한 작업 전극의 면적 비율의 영향
도 23a 내지 도 23d에 도시된 전극 패턴의 노출된 작업 전극 구역(104) 및 보조 전극 구역(102)에 의해 예시된 바와 같이, 각 웰 내의 보조 전극에 대한 작업 전극의 면적 비율이 다른 4개의 상이한 다중-웰 플레이트 구성이 테스트되었다. 첫 번째 "Std 96-1 플레이트"(도 23a)는 두 개의 보조 전극 스트립으로 경계가 정해진 작업 전극 구역(작업 전극 위에 패턴화된 유전체 잉크로 한정됨)이 넓은 웰을 가지며, 실시예 2 및 3에서 사용된 플레이트와 동일한 전극 구성을 갖는다. 두 번째 "Std 96ss 플레이트"(도 23b)는 작업 전극 구역 위의 유전체 잉크가 웰의 중심에 더 작은 원형 노출 작업 전극 구역만 노출되도록(작은 지점 또는 "ss" 영역을 제공) 패턴화된다는 점을 제외하면 첫 번째와 유사하다. 세 번째 "Std 96-10"(도 23c)은 작업 전극 구역 위의 유전체 잉크가 각 웰에 작업 전극 구역들의 "10-지점" 패턴을 제공하는 노출된 작업 전극 구역인 10개의 작은 원을 노출시키도록 패턴화된다는 점을 제외하면 첫 번째와 유사하다. 네 번째 "Std 96ss BAL"(도 23d)는 Std 96ss 패턴의 작은 노출된 작업 전극 구역을 갖지만, 노출된 보조 전극의 면적은 크게 줄어서, 상대 전극 면적에 대한 작업 전극 면적의 비율은 이러한 면적들 간의 균형을 유지하는 Std 96-1 구성과 유사하다. 각 구성에 대해, 노출된 작업 전극의 전체 면적과 노출된 보조 전극의 전체 면적 및 상대 전극에 대한 작업 전극의 면적 비율을 표 14에 나타내었다. 보조 전극 성능에 대한 Ag/AgCl 잉크의 효과를 평가하기 위해, 표 15에 설명된 바와 같이 AgCl에 대한 Ag의 비율들이 다른 3개의 상이한 잉크로 제조된 보조 전극들을 사용하여 각 전극 구성을 제조했다. Std 96-1, Std 96ss, 및 Std 96-10 구성도 Ag/AgCl 보조 전극 대신에 종래의 카본 잉크 상대 전극(MSD 96 well, MSD 96 Well Small Spot and MSD 96 Well 10 Spot Plates, Meso Scale Diagnostics, LLC.)을 갖는 유사한 플레이트 - "대조군" 또는 "생산 대조군" 플레이트 - 와 비교하였다.
[표 14]
[표 15]
다양한 전극 구성을 ECL 판독 완충제(공칭 작업 농도에 대해 1X 및 2X의 MSD 판독 완충제 T)가 있는 상태에서 순환 전압전류법으로, 그리고 이들을 이러한 판독 완충제 중의 트리스(2, 2' 바이피리딘) 루테늄(II) 클로라이드("TAG") 용액의 ECL 측정에 사용함으로써 평가했다. 3M KCl Ag/AgCl 기준 전극을 사용하여, 표준 3전극 구성(작업 전극, 기준 전극, 상대 전극)을 사용해서 전압전류법을 측정했다. 작업 전극(104)과 보조 전극(102)을 각각 전압전류법을 위한 작업 전극과 상대 전극으로 사용하여 100 mV/s 스캔 속도로 0 V에서 2 V로 그리고 다시 역으로 순환시킴으로써, 작업 전극(104) 상의 ECL 판독 완충제의 산화를 측정했다. 보조 전극(102)과 작업 전극(104)을 각각 전압전류법을 위한 작업 전극과 상대 전극으로 사용하여 100 mV/s 스캔 속도로 -0.1 V에서 -1 V로 그리고 다시 역으로 순환시킴으로써, 보조 전극(102) 상의 ECL 판독 완충제의 환원을 측정했다. "대조군" 플레이트의 탄소 상대 전극에서 ECL 판독 완충제의 환원을 측정하기 위해서는 더 넓은 전압 범위가 필요했고, 전압은 100 mV/s 스캔 속도로 0 V에서 -3 V로 그리고 다시 역으로 순환시켰다. 웰들을 150 μL의 ECL 판독 완충제로 채워서 전압전류법을 측정하기 전에 적어도 10분 동안 그대로 두었다. 각 용액을 3중 웰에서 측정하였고, 전압전류 측정 데이터를 평균하였다.
TAG 용액에 대한 적분 ECL 신호를 MESO QUICKPLEX SQ 120 기구("SQ 120")에서 다음 파형을 사용하여 측정하였다: 3000 ms에 걸쳐 0 V에서 3000 mV까지 램프(Ag/AgCl 보조 전극이 있는 테스트 플레이트의 경우) 및 3000 ms에 걸쳐 2000 mV에서 5000 mV까지 램프(탄소 잉크 상대 전극이 있는 대조군 플레이트의 경우). 모든 웰을 150 μL의 MSD 프리 Tag("FT"는 SQ 120 기구의 ECL 신호 유닛에서 약 15,000의 신호를 제공하도록 설계된 MSD 판독 완충제 T 1X 중의 TAG 용액임)로 채워서 플레이트들을 적어도 10분 동안 그대로 두었다. TAG가 없는 배경 신호를 측정하기 위해 T1x의 2개의 복제 플레이트(플레이트당 96개 웰)를 실행했고, TAG에서 생성된 ECL 신호를 측정하기 위해 FT용 복제 플레이트 4개를 측정했다. 기구는 노출된 작업 전극 구역의 면적이 정규화된 후, 적용된 파형의 지속 시간 동안 적분 ECL 강도에 비례하는 값을 보고한다. 각 용액 및 전극 구성에 대해 실행된 웰 전체에서 플레이트 내 및 플레이트 간 평균과 표준 편차를 계산했다.
ECL 측정 중에 ECL 강도를 시간의 함수로 측정하기 위해, 특허 비디오 시스템을 갖춘 수정된 MSD 플레이트 판독기에서 TAG 용액으로부터의 ECL 측정을 수행했다. 적분 신호를 측정할 때와 동일한 파형 및 절차가 사용되었지만, ECL은 3000 ms 파형의 과정에 걸쳐 캡처된 순차적 일련의 120×25 ms 프레임들로 영상화되었고, 더 농축된 TAG 용액(MSD 판독 완충제 T 1X 및 2X 중의 1 μM TAG)이 사용되었다. 각 프레임은 파형 시작 전에 캡처된 이미지를 사용하여 배경 보정되었다. 이미지의 각 노출된 작업 전극 구역(또는 "지점")에 대한 ECL 강도는 지점으로 정의된 영역의 각 픽셀에 대해 측정된 강도를 합산함으로써 계산되었다. 웰 내에 다수의 지점들이 있는 이미지의 경우, 웰 내 지점들의 강도 값을 평균하였다. 기구는 또한 ECL 실험 동안 시간의 함수로 웰을 통과하는 전류를 측정했다. 각 용액 및 전극 구성에 대해, ECL 강도 및 전류의 평균 및 표준 편차를 6개의 중복성 웰로부터의 데이터를 기반으로 하여 계산하였다.
Std 96-1, Std 96ss, Std 96 ss BAL, 및 Std 96-10 플레이트에 대한 전압전류법 데이터가 각각 도 24a, 도 25a, 도 26a, 및 도 27a에 나타나 있다. 이 3개 전극 설정에서의 작업 전극(104) 상의 산화 전류는 보조 전극 또는 상대 전극의 특성과 크게 무관한데, 모든 경우에서, 판독 완충제의 산화 시작은 약 0.8 V에서 발생하고 전류 피크는 약 1.6 V에서 발생한다. 산화 전류는 트리프로필아민 ECL 공반응물의 농도가 증가함에 따라 1X에서 2X 판독 완충제로 증가하고, 피크 및 적분 산화 전류는 노출된 작업 전극 면적에 따라 규모가 대략적으로 증가한다(표 14에 제공됨). 테스트 플레이트와 대조군 플레이트의 전류 사이에서 일부 경우에 관찰된 작은 차이는 작업 전극을 제조하는 데 사용된 카본 잉크 군들의 차이와 관련이 있는 것 같다.
보조 또는 상대 전극(102)에서 측정된 환원 전류가 보여주는 바와 같이, 환원은 탄소 잉크 상대 전극의 경우에는(물 환원과 관련이 있을 가능성이 가장 높음) 약 3100 mV에서 시작되는 것에 비해 Ag/AgCl 보조 전극의 경우에는(AgCl에서 Ag로의 환원과 관련됨) 약 0 V에서 시작된다. 1X 농도에 대비되는 2X 농도의 판독 완충제 T의 경우에서 전류 시작 기울기와 전체 적분 전류의 증가가 관찰되었지만, 그 증가는 작았으며 2X에서의 더 높은 이온 강도와 연관될 수 있다. Ag/AgCl 잉크와 판독 완충제 제제의 소정의 조합의 경우에서, Std 96-1, Std 96ss, 및 Std 96-10 전극 구성에 대해 보조 전극에서 측정된 환원 전류는 전극 구성과는 크게 독립적이었는데, 이들 구성에서의 보조 전극의 기하학적 형태들은 동일했기 때문이다. Ag/AgCl 잉크 중의 AgCl의 백분율이 10%(비율 1)에서 34%(비율 2)로, 50%(비율 3)로 증가함에 따라, 환원 시작 전위와 환원 시작 전류의 기울기는 크게 변하지 않았는데, 이는 AgCl의 백분율에 대한 전극 전위의 상대적 둔감도를 보여주고 있는 것이다. 그러나, AgCl이 증가함에 따라, 피크 전위는 더 음으로 이동하고, 적분 전류는 잉크 중의 AgCl의 백분율에 따라 규모가 대략적으로 증가하는데, 이는 AgCl의 증가가 환원 용량의 증가와 연관되어 있음을 보여주고 있는 것이다. 96ss 대 96ss BAL 구성(도 26b)에서의 감소 전류를 비교하면, 모양과 피크 전위는 거의 동일하지만, 96ssBAL의 피크 전류와 적분 전류는 하부 보조 전극 면적에 따라 규모가 대략적으로 감소된다.
인가 전위의 함수로서의, MSD 판독 완충제 T 1X에서의 1 μM TAG로부터의 ECL 강도가 Std 96-1, Std 96ss, Std 96ss BAL, 및 Std 96-10 전극 구성 각각에 대해 도 24b, 도 25b, 도 26c, 및 도 27b에 제공된다. MSD 판독 완충제 T 2X에서의 1 μM TAG에 대한 유사한 플롯이 각각 도 24c, 도 25c, 도 26d, 및 도 27c에 제공된다. 모든 플롯은 또한 전위의 함수로서 전극을 통과하는 관련 전류의 플롯을 제공한다. 각 테스트 전극 구성 내에서 세 가지 서로 다른 Ag/AgCl 잉크 제제를 사용하여 보조 전극을 사용하여 생성된 ECL 트레이스는 대략 중첩 가능했으며, 이는 AgCl 비율이 가장 낮은(10%) Ag/AgCl 제제조차도 ECL 생성을 완료하기에 충분한 환원 용량을 가짐을 나타낸다. Ag/AgCl을 사용하는 MSD 판독 완충제 T 1X의 TAG 측정을 위해 전류 트레이스도 대체로 중첩 가능했다. 그러나, MSD 판독 완충제 T 2X 중의 TAG 측정에 있어서, 특히 작업 전극 면적에 대한 Ag/AgCl 보조 전극 면적의 비율이 가장 낮은 구성(96-1 및 96ss BAL 구성)의 경우, AgCl 비율이 가장 낮은 잉크를 사용하여 측정한 전류는 더 높은 전위에서 발산되었으며 전위가 증가함에 따라 전류가 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 발산은 ECL 피크의 끝 부분에 가까운 전위에서 발생했기 때문에, ECL 트레이스에 큰 영향을 미치지 않았지만, 10% AgCl 잉크가 선택한 파형, 판독 완충제, 및 전극 구성을 사용하는 ECL의 생성을 완료하기에 충분한 환원 용량에 대한 경계선에 가까울 수 있음을 나타낸다.
전극 구성의 변화에 따라 ECL 트레이스의 피크 모양에 미묘한 변화가 관찰되었다. 모든 구성에서, 두 판독 완충제 농도 모두에서 ECL 생성의 시작은 탄소 잉크 상대 전극을 사용하는 경우에는 3100 mV에서, Ag/AgCl 보조 전극을 사용하는 경우에는 1100 mV에서 발생했다. Ag/AgCl 보조 전극을 사용한 시작 전위는 Ag/AgCl 기준이 있는 3개 전극 시스템에서 관찰되는 약 800 mV 시작 전위에 훨씬 더 가깝다. 시작 전위는 전극 구성과 상대적으로 독립적이지만 피크 ECL 강도가 발생하는 전위에서는 작은 차이가 관찰되었다. Std 96-1 구성의 경우, Ag/AgCl 보조 전극을 사용하는 피크 ECL은 1X 및 2X 판독 완충제 제제의 TAG에 대해 각각 약 1800 mV 및 1900 mV에서 발생한다. 탄소 상대 전극의 경우 피크는 4000 및 4100 mV에 있다. 보조/상대 전극 면적에 대한 작업 전극 면적의 비율이 감소함에 따라 피크 전위는 감소한다. 이 효과는 피크 ECL을 달성하기 위해 작업 전극에서 필요한 전류가 보조/상대 전극에서 더 낮은 전류 밀도, 즉 더 낮은 전위 강하로 달성될 수 있기 때문에 발생한다. Std 96-10 구성의 경우, Ag/AgCl 보조 전극을 사용하는 피크 ECL은 1X 및 2X 판독 완충제 제제 각각의 TAG에 대해 약 1700 mV 및 1750 mV에서 발생한다. 전극 면적 비율이 가장 낮은 Std 96ss 구성의 경우, Ag/AgCl 보조 전극을 사용하는 피크 ECL은 1X 및 2X 판독 완충제 제제의 TAG에 대해 각각 약 1675 mV 및 1700 mV에서 발생한다. ECL 곡선의 모양은 고정 비율을 유지하기 위해 보조 전극 구역의 균형을 유지함으로써 작업 전극 구역이 다양한 구성에서 보다 일관되게 유지될 수 있다. Std 96ss BAL 구성은 Std 96ss 구성의 작업 전극 면적을 갖지만, 전극 면적의 비율이 Std 96-1 구성의 것과 일치하도록 보조 전극 면적을 줄였다. Std 96ss BAL 구성의 경우, Ag/AgCl 보조 전극을 사용하는 피크 ECL은 1X 및 2X 판독 완충제 제제의 TAG에 대해 각각 약 1750 mV 및 1800 mV에서 발생하며, 이는 Std 966에서 관찰된 값보다 높고 Std 96-1 구성에서 관찰된 값에 접근한다. Std 96-1과 Std 96ss BAL 구성 사이의 피크 전위의 차이는 Std 96ss 플레이트를 인쇄할 때 달성된 실제 면적비가 스크린 인쇄 디자인에서의 목표보다 낮을 수 있다는 것을 틀림없이 나타낼 수 있다. 3개의 전극 구성에 대한 MSD 판독 완충제 T 2x의 1 μM TAG에 대한 ECL 트레이스 및 전류가 도 28에서 비교된다.
Std 96-1, Std 96ss, Std 96ss BAL, 및 Std 96-10 전극 구성으로부터의 적분 ECL 신호 결과는 각각 표 16, 표 17, 표 18, 및 표 19에 제공된다. 각 표는 3개의 상이한 Ag/AgCl 보조 전극 조성과 대조군 탄소 상대 전극 조건(Ag:AgCl = "n/a")에 대한 결과를 제공한다. 이 표는 해당 조건에 사용된 램프 파형의 시작 전위(Vi), 종료 전위(Vf), 및 지속 시간(T)뿐만 아니라, TAG 용액(FT)에 대해 측정된 평균 적분 ECL 신호와, TAG가 없는 경우 TAG 용액(T1X)에 사용되는 베이스 완충제에 대해 측정된 배경 신호를 제공한다. 각 플레이트 내 및 플레이트 전체의 변동에 대한 변동 계수(CV)도 제공된다. 표(16 내지 19)는 적분된 신호가 전극 구성 및 보조/상대 전극 잉크 조성과 상당히 독립적임을 보여주고 있다. 전극 구성이나 구성이 있는 CV에서는 뚜렷한 경향이 관찰되지 않았는데, 가장 높은 CV를 갖는 조건은 일반적으로 단일 이상치 웰 또는 플레이트와 연관되어 있다. 동일한 작업 전극 기하학적 형태를 공유함에도 불구하고 Std 96ss 구성보다 Std 96ss BAL 구성에서 약간 더 높은 신호가 관찰되었다. ECL 생성 동안 작업 전극에 필요한 전류는 더 작은 Std 96ss BAL 보조 전극에서 더 높은 전류 밀도를 생성했으며, 이는 보조 전극을 더 낮은 기울기를 갖는 전류 대 전압 곡선(도 26b) 영역에 배치했다. 최종 결과는 작업 전극에서의 유효 전압 램프 속도를 늦추었고, ECL이 생성되는 시간을 늘렸다.
[표 16]
[표 17]
[표 18]
[표 19]
전압 펄스의 예는 도 12a, 도 12b, 도 14a, 도 14b, 도 15a 내지 도 15l, 도 16, 및 도 17을 참조하여 위에 설명되어 있다. 실시형태들에서, 펄스 파형의 크기와 지속 시간은 보조 전극(102)의 화학적 혼합물 및/또는 작업 전극 구역(104)의 구성에 맞춰질 수 있다. 도 14a, 도 14b, 도 15a 내지 도 15l, 도 16, 및 도 17은 표준 플레이트에 비해 높은 바인딩에 대한 파형을 최적화하기 위해 수행된 테스트를 예시하는 그래프이다. 테스트는 탄소로 형성된 작업 전극 구역(104), 탄소로 형성된 상대 전극, 및 다양한 비율의 Ag/AgCl로 형성된 보조 전극(102)에 대한 다양한 구성에 대해 수행되었다. 이 테스트에서는 ECL을 최대화하는 전위 값을 결정하기 위해 전압을 증가시켰다. 그래프는 높은 결합 대 표준 전극이 다양한 전위에 의해 곡선 ECL이 생성되는 방식과 지점에 어떻게 영향을 미치는지 보여준다. 테스트 결과는 펄스 파형에 대한 최적의 크기 및/또는 지속 시간을 결정하는 데 활용될 수 있다.
보다 구체적으로, 테스트에서, FT ECL 트레이스는 도 8a 내지 도 8d에 예시된 바와 같이 코팅되지 않은 표준("Std") 및 고결합("HB") 96-1, 96ss, 및 96-10 플레이트에서 수행되었다. 다음과 같은 12가지 상이한 SI 플레이트 유형에서 300k FT를 측정했다: Std 및 HB 96-1, 96ss, 및 96-10 생산 대조군 플레이트; Ag:AgCl 비율이 50:50인 Std 및 HB 96-1, 96ss, 및 96-10 잉크 비율 3 Ag/AgCl 플레이트. 각 플레이트 유형에 대해 5개의 파형이 실행되었다(각각 4개의 복제 웰). 생산 플레이트의 파형은 다음과 같다: 3000 ms(1.0 V/s), 2000 ms(1.5 V/s), 1500 ms(2.0 V/s), 1200 ms(2.5 V/s), 및 1000 ms(3.0 V/s)에서 2000 mV 내지 5000 mV. Ag/AgCl 플레이트의 파형은 다음과 같다: 3000 ms(1.0 V/s), 2000 ms(1.5 V/s), 1500 ms(2.0 V/s), 1200 ms(2.5 V/s), 및 1000 ms(3.0 V/s)에서 0 mV 내지 3000 mV. 생산 및 Ag/AgCl 플레이트는 발광 데이터를 캡처하기 위해 비디오 시스템을 갖춘 ECL 시스템에서 측정되었다. 도 14a, 도 14b, 도 15a 내지 도 15l, 도 16, 및 도 17에 예시된 그래프를 생성하기 위해, 각 전위에서 ECL 강도를 결정하는 데 매크로를 사용하였고, 4회 반복을 평균하였다. 평균 ECL 대 전위 플롯이 작성되었다.
수행된 테스트를 기반으로 하여, 생산 플레이트와 테스트 플레이트 각각에 대한 ECL 피크 전압이 표 20에 나타난 바와 같이 결정되었다. ECL 피크 전압은 ECL 프로세스에서 펄스 파형의 크기를 설정하는 데 활용될 수 있다.
[표 20]
도 26, 도 27, 도 28a, 도 28b, 도 29, 도 30, 도 31, 도 32a, 및 도 32가 보이고 있는 바와 같이, 램프 속도는 측정된 ECL의 변화를 야기했으며, 이는 표 21에 추가로 나타내고 있다. 램프 속도를 높이면 강도가 증가하고 신호가 감소한다. 램프 속도를 높이면 ECL 피크의 폭도 늘어난다. 기준 강도는 처음 10개 프레임의 평균 강도로 정의되었다. 시작 전위는 ECL 강도가 평균 기준선의 2배를 초과하는 전위로 정의되었다. 기준선으로의 복귀는 ECL 강도가 기준선의 2배 미만이 될 가능성으로 정의되었다. 폭은 복귀 전위와 시작 전위 사이의 전위차로 정의되었다.
Ag/AgCl 보조 전극(102)의 경우, 폭은 탄소 상대 전극을 사용한 1.0 V/s와 3.0 V/s 사이에서는 175 mV에서 525 mV로 증가했다. 가장 큰 변화는 HB 96-1에 있었다. 가장 작은 변화는 Std 96ss에 있었다. 폭은 Ag/AgCl 상대 전극을 사용한 1.0 V/s와 3.0 V/s 사이에서는 375 mV에서 450 mV로 증가했다.
[표 21]
Ag/AgCl 보조 전극(102)의 경우, 폭은 탄소 상대 전극을 사용한 1.0 V/s와 3.0 V/s 사이에서는 175 mV에서 525 mV로 증가했다. 가장 큰 변화는 HB 96-1에 있었다. 가장 작은 변화는 Std 96ss에 있었다. 폭은 Ag/AgCl 상대 전극을 사용한 1.0 V/s와 3.0 V/s 사이에서는 375 mV에서 450 mV로 증가했다.
실시예 5 ― Ag/AgCl 보조 전극을 사용한 ECL 생성에 대한 작업 전극 조성 및 램프 속도의 영향
이 실험을 위해 실시예 4에서 설명된 바와 같이 96-1, 96ss, 및 96-10 구성으로 플레이트들을 준비했다. Ag/AgCl 보조 전극("Ag/AgCl")이 있는 테스트 플레이트들은 선택된 전극 구성을 사용하여 ECL 생성을 위한 환원 용량을 충분한 것 이상으로 제공하기 위해 실시예 4에 표시된 50% AgCl Ag/AgCl 혼합물을 사용했다. Ag/AgCl 보조 전극 대신에 종래의 탄소 잉크 상대 전극을 갖는 대조군 플레이트들("탄소")도 준비했다. 전극 구성과 보조/상대 전극 구성의 각 조합에 있어서, 이전 실시예들에서 사용된 표준 탄소 잉크 전극("표준" 또는 "Std"으로 설명됨) 또는 인쇄 후 산소 플라즈마로 처리된 탄소 전극("High Bind" 또는 "HB"로 설명됨)을 사용하는 작업 전극들을 갖춘 플레이트들을 만들었다.
이 플레이트들을 사용하여, MSD SECTOR Imager 플레이트 판독기에서 Std 96-1 플레이트에서 분석할 때 약 300,000 ECL 카운트의 ECL 신호를 제공하는, MSD 판독 완충제 T 1X에 특정 농도로 용해된 TAG("300k 프리 Tag" 또는 "300k FT"라고 불리는 용액)로부터 ECL이 생성되도록 하였다. 이 실시예에서는 ECL 실험 중 ECL 시간 경과를 측정하기 위해 비디오 캡처 시스템(실시예 4에 설명된 것)을 사용하여 분석을 수행했다. Ag/AgCl 보조 전극이 있는 플레이트의 경우에는 0 V에서 3 V까지, 탄소 상대 전극이 있는 플레이트의 경우에는 2 V에서 5 V까지의 3 V 램프 파형을 사용하여 ECL을 생성하였다. 램프 속도의 효과는 5가지 램프 지속 시간(램프 속도), 즉 3.0초(1.0 V/s), 2.0초(1.5 V/s), 1.5초(2.0 V/s), 1.2초(2.5 V/s) 및 1.0초(3.0 V/s)로 각 플레이트/전극 조건을 테스트하여 평가했다. 5가지 상이한 램프 속도를 사용하는 탄소 상대 전극을 갖는 대조군 플레이트에 대한 ECL 강도 대 인가 전위의 플롯이 도 29, 도 31a, 도 32a, 도 33a, 및 도 34a에 각각 제공된다. AgCl 보조 전극을 갖는 테스트 플레이트에 대한 유사한 플롯이 도 30, 도 31b, 도 32b, 도 33b, 및 도 34b에 제공된다. 1.0 V/s 램프 속도 경우의 대조군 플레이트와 테스트 플레이트에 대한 트레이스가 도 35에 함께 그래프로 표시되었다.
모든 램프 속도 및 전극 구성에서, ECL의 시작은 TPA 산화 시작에 있어서의 낮은 전위로 인해 Std 작업 전극보다는 HB 작업 전극에 있어서의 낮은 전위에 있다(HB의 경우 약 0.6 V, Std의 경우 약 0.8 V, Ag/AgCl 기준 대비). 탄소 상대 전극이 있는 대조군 플레이트의 경우, HB 96-1 플레이트 경우의 ECL 시작은 다른 HB 전극 구성보다는 높은 전위에 있으며, 이는 96-1 형식의 대면적 작업 전극에 필요한 높은 전류를 지원하는 데 필요한 상대 전극의 높은 환원 전위의 영향일 가능성이 있다. 시작 전위의 이러한 큰 이동은 Ag/AgCl 보조 전극을 사용할 때는 관찰되지 않았으며, 이는 이러한 전극에서의 전위가 전류 밀도의 변화에 덜 민감하다는 것을 보여주고 있는 것이다. 도 36a 및 도 36b는 램프 속도의 함수로서 파형 전체에 걸쳐 적분된 ECL 강도를 그래프로 나타내고, ECL이 생성되는 전압 영역에서 더 적은 시간이 소비됨에 따라 적분된 ECL 강도가 램프 속도에 따라 감소함을 보여주고 있다. 도 36d 및 도 36e는 램프 속도의 함수로서 ECL 시작 전위를 그래프로 나타내고, Ag/AgCl 보조 전극은, 탄소 상대 전극을 사용하는 것에 비해, 전극 구성 및 램프 속도에 덜 민감한 ECL 시작 전위를 제공한다는 것을 보여주고 있다.
도 35는 1.0 V/s 램프 속도(유색 곡선)에서 테스트(Ag/AgCl) 및 대조(탄소) 플레이트에 대한 ECL 트레이스를 그래프로 나타낸 것이다. 플롯은 또한 Std 및 HB 탄소 작업 전극 상에서의 MSD 판독 완충제 T 1X 중의 TPA의 산화에 대한 순환 전압전류법 전류 대 전압 트레이스를 보여주고 있다(검은색 곡선). 플롯은 HB 대비 Std의 ECL 높은 시작 전위가 TPA 산화의 높은 시작 전위와 연관된다는 것을 보여주고 있다. ECL 시작 전위에 대한 전극 구성의 영향에 대한 Std 대비 HB의 높은 민감도는 ECL 시작 전위 근처의 HB 전극에서 관찰된 훨씬 더 높은 TPA 산화 전류 때문일 가능성이 있다. 표 22는 1.0 V/s 파형으로 측정된 각 플레이트 유형에 대해 최대 ECL 강도를 제공하는 인가 전위를 제공한다. Ag/AgCl 보조 전극의 경우, ECL 피크 전위는 작업 대 상대 전극 면적 비율과 다음과 같이 상관관계가 있었다: 96-1 > 96-10 > 96ss. HB 플레이트의 ECL 시작 전위와 마찬가지로, Ag/AgCl 보조 전극은 ECL 피크 전위와 HB 플레이트의 시프트에 대한 전극 면적 비율의 영향을 최소화했다.
[표 22]
다양한 구성의 Ag/AgCl 보조 전극과 작업 전극을 사용하는 검정 플레이트를 사용하여 다양한 실험을 수행했다. 이들 중 일부의 결과가 여기에서 논의된다. 다양한 BTI 농도 및 전극 구성에서 작업 전극 대 보조 전극 비율의 변화에 따른 ECL 신호 강도의 차이를 확인하기 위한 실험이 수행되었다. 테스트된 모든 구성, 즉 동심 개방형 지점 배열(예를 들어, 도 3a 및 도 3b에 도시됨), 동심 폐쇄형 지점 배열(예를 들어, 도 7a 및 도 7b에 도시됨), 동심 개방형 삼엽형 배열(예를 들어, 도 4a 및 도 4b에 도시됨), 및 동심 펜타 배열(예를 들어, 도 5a 및 도 5b에 도시됨)의 경우, 비율이 증가함에 따라 ECL 응답 강도가 증가하는 것이 관찰되었다. 이 결과는 보조 전극 크기의 변화 또는 작업 전극 크기의 변화로 인해 비율이 증가한 상황에서 관찰되었다.
또 다른 실험에서는 다양한 BTI 농도와 전극 구성에서 배양 시간의 변화에 따른 ECL 신호 강도의 차이가 관찰되었다. 테스트된 모든 구성, 즉 동심 개방형 지점 배열(예를 들어, 도 3a 및 도 3b에 도시됨), 동심 개방형 삼엽형 배열(예를 들어, 도 4a 및 도 4b에 도시됨), 및 동심 펜타 배열(예를 들어, 도 5a 및 도 5b에 도시됨)의 경우, 1시간의 인큐베이션 시간에 비해, 2시간 또는 3시간의 인큐베이션 시간에서 ECL 신호가 증가하는 것이 관찰되었다. 2시간 배양 시간에 비해 3시간 배양 시간에서 ECL 신호 강도의 증가도 관찰되었다. 추가 실험에서는 서로 다른 BTI 농도에서 서로 다른 전극 배열에 걸쳐 배양 시간에 따른 %CV의 차이가 관찰되었다. 테스트된 구성은 동심 개방형 지점 배열(예를 들어, 도 3a 및 도 3b에 도시됨), 동심 개방형 삼엽형 배열(예를 들어, 도 4a 및 도 4b에 도시됨), 및 동심 펜타 배열(예를 들어, 도 5a 및 도 5b에 도시됨)이었다. 동심 개방형 지점 배열에서는 배양 시간이 증가함에 따라 %CV의 감소가 관찰되었다. 동심 개방형 삼엽형 배열에서는 배양 시간이 1시간에서 2시간으로 증가함에 따라 %CV의 증가가 관찰되었다. 동심 펜타 배열에서는 배양 시간이 1시간에서 2시간으로, 그리고 2시간에서 3시간으로 증가함에 따라 %CV의 증가가 관찰되었다.
또 다른 실험에서는, 서로 다른 전극 구성에서 전기화학적 셀의 서로 다른 지점에 걸쳐 서로 다른 작업 전극 구역 대 보조 전극 구역 비율에서의 이득 차이가 관찰되었다. 테스트된 구성은 비동심 10-지점 배열, 동심 개방형 지점 배열(예를 들어, 도 3a 및 3b에 도시됨) 및 동심 개방형 삼엽형 배열(예를 들어, 도 4a 및 4b에 도시됨)이었다.아래 표 23에 요약된 결과는 비동심 레이아웃에 비해 동심 개방형 배열에서 최소 이득과 최대 이득 사이의 확산이 감소함을 나타내고 있다. 따라서, 작업 전극 구역의 동심 배열은 웰의 모든 지점 또는 위치에 걸쳐 일관된 이득을 유지하는 데 있어 이점을 제공할 수 있다.
[표 23]
실시형태들에서, 대략 등거리에 있는 동심 전극 구성은 위에서 전반에 걸쳐 설명한 바와 같이 ECL 절차에 특정 이점을 제공할 수 있다. 이들 디자인의 대칭성으로 인해(예를 들어, 도 1c, 도 3a 내지 도 3f, 도 6a 내지 도 7f 참조), 각각의 지점 또는 작업 전극 구역은 웰의 전체 기하학적 형태에 의해 유사하게 영향을 받는다. 예를 들어, 도 2c와 관련하여 논의된 바와 같이, 웰을 채우는 유체에서의 메니스커스 효과는 동심으로 배열된 작업 전극 구역들 각각에 대해 대략 동일할 것이다. 이는 메니스커스가 방사형 효과이고 동심원으로 배열된 작업 전극 구역이 웰 중심에서 대략 등거리에 위치하기 때문에 발생한다. 추가적으로, 위에서 논의된 바와 같이, 물질 전달 효과는 상이한 작업 전극 구역들 사이에서 균등화될 수 있다. 궤도 또는 회전 흔들림 동안 시간에 따른 물질 전달 효과로 인해 웰 내 물질의 분포는 웰 중심으로부터의 거리에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 작업 전극 구역의 동심 배열은 웰 전체에 고르지 않은 물질 분포로 인해 발생할 수 있는 변화를 줄이거나 최소화하는 역할을 한다. 추가적으로, 각각의 작업 전극 구역은 보조 전극으로부터 대략 등거리에 위치하기 때문에, 그렇지 않으면 불평등한 거리로 인해 발생할 수 있는 전압전류법 효과가 감소되거나 최소화될 수 있다.
이전 및 다음 개시내용은 작업 전극 구역 및 보조 전극을 포함하는 전기화학적 셀을 제공한다. 다양한 디자인들이 제시되고 논의된다. 일부 실시예들에서, 전극 배열(예를 들어, 동심 배열, 격리 배열, 및 등거리 배열) 및 이에 의해 제공되는 이점이 논의된다. 추가 실시예들에서, 전극 조성(예를 들어, Ag, Ag/AgCl, 및/또는 전체에 걸쳐 개시된 임의의 다른 재료(예를 들어, 금속 산화물, 금속/금속 산화물 커플 등)) 및 이들에 의해 제공되는 이점이 논의된다. 본원에서 논의된 실시형태들의 범위는 다른 재료(예를 들어, 탄소, 탄소 복합재, 및/또는 기타 탄소 기반 재료 등)의 전극과도 함께 사용되는 다양한 전극 배열 및 패턴 예(예를 들어, 도 3a 내지 도 8d 및 도 37 내지 도 43d에 도시됨)를 포함하는 것으로 이해된다. 본원에 설명된 전기화학적 셀 전극 배열 및 기하학적 형태에 의해 생기는 이점들은 본원에 설명된 임의의 재료로 이루어진 전극을 포함하는 실시형태에서 실현될 수 있다. 또한, 본원에서 논의된 바와 같이, Ag, Ag/AgCl, 및/또는 전체에 걸쳐 개시된 임의의 다른 재료(예를 들어, 금속 산화물, 금속/금속 산화물 쌍 등)를 사용하여 전극을 형성하는 전기화학적 셀에 의해 생기는 이점들은 다른 작업 전극 구역 배열을 포함하는 실시형태에서도 실현될 수 있다(예를 들어, 2010년 11월 30일에 특허 허여된 미국 특허 제7,842,246호의 도 3a 내지 도 4e 참조, 이의 전체 내용은 본원에 포함된다).
실시형태들에서, 본원에 기술된 전기화학적 셀에는 개별적으로 주소지정이 가능한 전극이 제공될 수 있다. 전반적으로 논의된 바와 같이, 본 개시내용에 따른 전기화학적 셀은 특정 위치 설정 및 패턴화에 따라 배열된 작업 전극 및 보조 전극을 포함한다. 도 9과 관련하여 전술한 바와 같이, 예를 들어 실시형태들에서, 개별 웰의 전기화학적 셀들은 선택적으로 주소지정될 수 있다(예를 들어, 전기적으로 여기됨). 추가 실시형태들에서, 도 37, 도 38a 내지 도 38c, 도 39a 내지 도 39l, 도 40a 내지 도 40n, 도 41a 내지 도 41m, 도 42a 내지 도 42i, 및 도 43a 내지 도 43d와 관련하여 아래에서 논의되는 바와 같이, (예를 들어, 개별 웰 내의) 개별 전기화학적 셀 내의 개별 전극들은 선택적으로 주소지정될 수 있다. 이 디자인은 전기화학적 셀의 기판에 있는 임의의 전극(및 전극들의 임의의 조합)을 그 기판에 있는 각각의 다른 전극과 독립적으로 전기적으로 주소지정할 수 있게 한다.
도 37은 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 개별적으로 주소지정 가능한 전극들을 갖는 전기화학적 셀을 예시한다. 전기화학적 셀(1001)은 복수의 작업 전극 구역(1002) 및 적어도 하나의 보조 전극(1003)을 포함한다. 이 도면에 예시된 실시형태에서, 전기화학적 셀(1001)은 10개의 작업 전극 구역(1002) 및 하나의 보조 전극(1003)을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 더 적거나 더 많은(예를 들어, 6, 7, 8, 12 등) 작업 전극 구역(1002)이 대안적으로 제공될 수 있고/있거나 복수의(예를 들어, 2, 4, 5 등) 보조 전극이 제공될 수 있다. 개별적으로 주소지정 가능한 전극 전기화학적 셀에 대한 다음 논의는 도 37에 예시된 10개의 작업 전극 구역 디자인(전체에 걸쳐, 10개 지점 디자인이라고도 함)를 참조한다. 10개 지점 디자인에서, 작업 전극들은 웰 내의 그들의 위치, 예를 들어 1 지점, 2 지점, 3 지점 등으로 지칭될 수 있다. 그러나, 개별적으로 주소지정 가능한 전극 전기화학적 셀과 관련된 본원에 개시된 기기, 시스템, 및 방법은 특정 10개 지점 디자인으로 제한되지 않는다는 것이 이해되며, 적어도 본원에 개시된 것(예를 들어, 도 3a 내지 도 8c에 도시된 것과 같은 것)을 포함하는 전극 구역들의 다른 패턴 및 위치 설정에 적절하게 적용될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 작업 전극 구역은 전체 전극을 포함할 수 있고, 다른 실시형태에서는 하나 초과의 작업 전극 구역이 단일 전극 내 및/또는 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 아래에서 논의되는 웰 전극 구조체(3101)에 의해 형성된 전기화학적 셀(1001)의 경우와 마찬가지로, 작업 전극 구역들은 서로 전기 절연된 개별 작업 전극들에 의해 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 작업 전극 구역은 하나 이상의 전도성 재료로 형성된 단일 전극으로 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 예를 들어 도 21a 내지 도 21f와 관련하여 위에서 논의된 바와 같은 작업 전극 구역들은 단일 작업 전극의 부분들을 분리함으로써 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 단일 작업 전극은 하나 이상의 전도성 재료로 형성될 수 있고, 작업 전극 구역은 전기 유전체와 같은 절연 재료를 사용하여 단일 작업 전극의 영역들("구역들")을 전기 절연시킴으로써 형성될 수 있다. 본원에 논의된 바와 같이, 전기화학적 셀(1001)은 개별적으로 전기 절연된 작업 전극들을 갖는 웰 전극 구조체(3101)로 형성되지만, 웰 전극 구조체(3101)의 특징들, 요소들, 및 양태들은 본원에 논의된 다른 양태들에 따른 작업 전극 구역, 예를 들어 단일 전극의 절연 구역에 의해 형성된 작업 전극 구역을 달성하기 위해 수정되거나 변경될 수 있다는 것이 이해된다.
도 38a 및 도 38b는 본원에 개시된 실시형태들에 따른, 개별적으로 주소지정 가능한 전극 전기화학적 셀들을 포함하는 웰들을 갖는 다중-웰 플레이트의 부분들을 예시한다. 도 38a는 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 상부 사시도이다. 도 38a는 웰 패턴으로 배열된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 웰(3003)을 획정하는 상부 플레이트 개구(3002)를 갖는 상부 플레이트(3001)를 도시하며, 각 웰은 아래에서 더 논의되는 바와 같이 웰 영역에 의해 한정된다. 도 38a는 도 38b에 도시된 바와 같이 기판(3100)을 포함하는 기부 플레이트(3010)도 예시하고 있다.
도 38b는 기판(3100) 및 이의 상부면(3190)을 예시한다. 도 38a에 예시된 예시적인 다중-웰 검정 플레이트(2000)에서, 상부면(3190)은 상부 플레이트(3001)에 정합된다. 도 38b는 복수의 웰 전극 구조체(3101)를 형성하는 데 도움이 되는 기판(3100)의 상부면(3190)에서 볼 수 있는 다양한 요소를 예시한다. 웰 전극 구조체(3101)의 추가 요소 및 추가 설명이 아래에 제공된다. 웰 전극 구조체(3101)는 복수의 작업 전극 구역(1002) 및 적어도 하나의 보조 전극(1003)을 포함하는 전기화학적 셀(1001)(도 37)을 획정하는 데 도움을 준다.
도 38c는 기판(3100) 및 이의 바닥면(3210)을 예시한다. 기판(3100)의 바닥 표면(3210)은 복수의 전극 접점(3201)을 특징으로 하며, 이는 아래에 설명된 바와 같이 전극 접점 그룹으로 배열되고 웰 전극 구조체(3101)의 일부를 형성한다.
도 38a 내지 도 38c는 96개 웰(3003)의 12×8 배열을 갖는 다중-웰 검정 플레이트(2000)를 예시한다. 각각의 웰(3003)은 웰 전극 구조체(3101)에 대응한다. 추가 실시형태들에서, 임의의 적절한 수의 웰(3003) 및 웰 전극 구조체(3101)가 제공될 수 있다. 추가적으로, 도 38a 내지 도 38c에 제시된 다중-웰 검정 플레이트(2000)는 본원에 설명된 웰 전극 구조체(3101)의 한 가지 사용의 예일 뿐이다. 본 명세서에 설명된 웰 전극 구조체(3101)는 예를 들어 카트리지 판독기, 플레이트 기반 분석기, 측면 유동 기반 테스트 장치 등을 포함하는 다양한 응용 분야를 위한 전기화학적 셀(1001)을 형성하는 데 사용될 수 있다.
실시형태들에서, 웰 전극 구조체(3101)는 다양한 방식, 예를 들어 순차 스크린 인쇄 프로세스, 에칭, 증착, 리소그래피, 및/또는 전극 형성을 위한 다른 방법을 통해 기판(3100) 상에 형성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 웰 전극 구조체(3101)는 기판(3100) 상에 층별로 인쇄될 수 있지만, 다른 방법도 고려될 수 있다. 실시형태들에서, 전체적으로 설명된 전극은 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB)뿐만 아니라 얇은 연성 PCBS, 예를 들어 플렉스 회로와 같은 하나 이상의 회로에 구현될 수 있다. 도 39a 내지 도 39l은 웰 전극 구조체(3101) 및 적층 프로세스의 양태들을 예시한다.
도 39a 내지 도 42d는 절연되고 개별적으로 주소지정이 가능한 작업 전극(3102) 및 보조 전극(3103)을 갖는 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 기판(3100)에 대한 디자인 및 레이아웃을 설명한다. 또한, 아래 논의 중에 논의된 디자인 및 레이아웃을 달성하기 위한 다양한 제조 프로세스가 설명된다. 스크린 인쇄 기술은 본 명세서에 개시된 레이아웃 및 디자인을 갖는 기판(3100) 제조의 일례를 제공한다. 다양한 유형의 인쇄, 증착, 리소그래피, 에칭, 잉크젯 인쇄, 플렉소, 그라비어, 및 기타의 것을 포함하는 대안적인 제조 방법이, 여기에 논의된 실시형태들의 범위를 벗어남이 없이, 여기에 설명된 구조를 제조하는 데 사용될 수 있다. 추가적으로, 여기에 설명된 레이아웃 및 디자인은 특정 제조 기술, 예를 들어 인쇄 회로 기판 또는 연성 인쇄 회로 기판(플렉스 회로)에 적합할 수 있는 다양한 재료의 기판(3100)에 적용될 수 있다. 실시형태들에서, 대안적인 제조 방법은 제조 목적을 위해 대안적인 치수를 포함하거나, 사용하거나, 요구할 수 있다.
기판(3100)을 생성하는 데 사용되는 적층 프로세스에 대한 다음 논의에서 다양한 치수가 논의된다. 도 39a 내지 도 39l과 관련하여 아래에서 논의되는 바와 같이, 공칭 치수에 대해 논의된다. 이러한 치수에 대한 설명(공칭이라는 용어의 사용 여부와 관계없이)에는 제조 공차 및 한계에 따른 변형이 포함되어 있는 것으로 이해된다. 또한 근사치라는 용어는 치수를 설명하는 데에도 사용된다. 아래에서 사용되는 바와 같이, 대략적이라 함은 다양한 구조체의 설명된 기능을 방해하지 않는 제조 공차를 넘어서는 치수의 변화를 의미한다.
도 39a 내지 도 39l과 관련하여 아래에 설명된 치수는 허용된 공간에 필요한 모든 특징부들이 특징부들 간에 간섭 없이 배치할 수 있도록 선택된다. 간섭은 물리적 간섭(예: 의도하지 않은 방식으로 교차하는 두 가지 특징)뿐만 아니라 전기적 간섭(예: 의도하지 않은 방식으로 서로 전기적으로 영향을 미치는 두 가지 특징)을 의미할 수도 있다. 아래에 설명된 치수는 제조 공차 및 한계를 고려하여 선택되었다. 이러한 관심은 단일 레이어 생산 내의 제조 공차, 예를 들어 인쇄용 다양한 스크린 및 템플릿을 제조하는 데 관련된 공차뿐만 아니라 스크린 또는 템플릿을 사용하여 하나 이상의 특징을 인쇄하는 데 관련된 공차와 관련된다. 관심을 두는 허용 오차는 또한, 다수의 레이어에 걸친 제조 허용 오차, 예를 들어 한 레이어와 후속 레이어의 정렬과 관련된 인쇄 간 정합 허용 오차와도 관련된다. 이러한 유형의 제조 오차로 인해, 공차 또는 오차 누적 가능성을 고려해야 한다. 예를 들어, 최종 제품에서 두 특징부가 특정 거리만큼 떨어져 있어야 한다는 요건을 충족시키기 위해서는, 단일 레이어 내에서의 제조 프로세스의 변화를 떠맡기 위해 두 특징부 사이의 공칭 거리가 해당 특정 거리보다 커야 할 수도 있다. 또한, 이러한 기능이 인쇄물의 서로 다른 레이어에 있는 경우, 잠재적인 인쇄 간 정합 오차도 고려하여 공칭 거리를 선택해야 한다.
도 39a는 기판(3100)의 상부면(3190)의 일부에 대한 전극 패턴을 예시한다. 예시된 부분은 기판(3100)의 상부면(3190) 상에 배치된 4개의 웰 전극 구조체(3101)의 특징부들을 보여주고 있다. 하나의 웰 전극 구조체(3101)에 속하는 특징부들은 점선 테두리로 윤곽선을 그려 표시되어 있다. 아래에 논의된 바와 같이, 웰 전극 구조체(3101)의 특징부들은 기판(3100)의 상부면(3190) 및 바닥면(3210)에 패턴화된다. 웰 전극 구조체(3101) 각각은 복수의 작업 전극(3102) 및 보조 전극(3103)을 포함하는 전극 그룹(3104)을 포함한다. 작업 전극(3102)은 전기화학적 셀(1001)의 작업 전극 구역(1002)을 형성하는 전극 구조체이다. 위에서 논의된 바와 같이, 전기화학적 셀(1001)에서, 작업 전극 구역(1002)은 개별적으로 전기 절연된 작업 전극, 예를 들어 작업 전극(3102)에 의해 형성된다. 추가 실시형태들에서, 위에서 논의된 바와 같이, 작업 전극 구역(1002)은 본 명세서에 논의된 다른 원리 및 개념에 따라 형성될 수 있다. 보조 전극(3103)은 전기화학적 셀(1001)의 보조 전극(1003)을 구성하는 전극 구조체이다. 복수의 작업 전극(3102) 각각은 패턴화 프로세스와 관련하여 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이 보조 전극(3103) 및 나머지 복수의 작업 전극(3102)으로부터 전기 절연된다.
웰 주연부(3105)에 의해 획정된 웰 영역(3106) 내에 전극 그룹(3104)이 배치된다. 기판(3100)이 상부 플레이트(210)에 부착될 때, 웰 영역(3106)은 상부 플레이트 개구(3002)에 대응하도록 구성되어 웰(3003)의 바닥을 형성한다.
도 39b는 기판(3100)의 바닥면(3210)의 일부에 대한 전극 접촉 패턴을 예시한다. 전극 접촉 그룹(3204)(4개가 도시됨) 각각은 각각의 웰 전극 구조체(3101)의 전극 접촉 그룹(3204)에 대응한다. 하나의 웰 전극 접점 그룹(3204)에 속하는 특징부들은 점선 테두리로 윤곽선을 그려 표시되어 있다. 각 전극 접점 그룹(3204)은 복수의 작업 전극 접점(3202) 및 보조 전극 접점(3203)을 포함하는 복수의 전극 접점을 포함한다. 전극 접점 그룹(3204)은 웰 영역(3106) 외부에 배치된다.
기판(3100)의 상부면(3190) 상에 패턴화된 웰 전극 구조체(3101)의 부분들은 복수의 비아 그룹(3206)으로 배열된 복수의 비아(3205)에 의해 기판의 바닥면(3210) 상의 웰 전극 구조체(3101)의 부분들에 연결되며, 각각의 비아 그룹(3206)은 각각의 웰 전극 구조체(3101)의 전극 접점 그룹(3204) 및 전극 그룹(3104)에 대응한다. 비아 그룹(3206)은 아래와 같이 전극 접점 그룹(3204)과 전극 그룹(3104) 사이의 전기 연결을 제공한다.
웰 전극 구조체(3101) 각각은 상부면(3190) 상에 패턴화된 복수의 전기 트레이스(3107)를 포함하는 전극 트레이스 그룹을 추가로 포함한다. 각 전극 트레이스(3107)는 다음과 같이 비아(3205)와 작업 전극(3102) 또는 보조 전극(3103) 사이에 전기적 연결을 제공한다. 전기 트레이스(3107) 각각은 비아(3205)(도 39b에 도시됨)에 전기적으로 연결되고 웰 영역(3106) 외부에 배치된 비아 접촉점(3110)(도 39a에 도시됨), 접촉점(3110)으로부터 웰 영역(3106) 안으로 연장되는 전기 브리지(3109), 및 웰 영역(3106) 내부의 대응하는 전극인 작업 전극(3102)과 전기 브리지(3109)에 전기적으로 연결된 전극 접촉점(3108)을 포함한다. 전극 트레이스 그룹은 또한 적어도 하나의 보조 전극 트레이스(3112)를 포함하며, 이 보조 전극 트레이스는 비아(3205)(도 39b에 도시됨)에 전기적으로 연결되고 웰 영역(3106) 외부에 배치된 비아 접촉점(3110)(도 39a에 도시됨), 접촉점(3110)으로부터 웰 영역(3106) 안으로 연장되는 전기 브리지(3109), 및 대응하는 보조 전극(3103)와 전기 브리지(3109)에 전기적으로 연결된 전극 접촉점(3108)을 포함한다. 따라서, 대응하는 비아(3205)를 통해 각각의 작업 전극(3102)과 대응하는 작업 전극 접점(3202)과의 사이에 그리고 대응하는 비아 접촉점(3110), 대응하는 전기 브리지(3109), 및 대응하는 전극 접촉점(3108)을 포함하는 대응하는 전극 트레이스(3107)와의 사이에 연속적인 전기 경로가 확립된다. 마찬가지로, 대응하는 비아(3205)를 통해 각각의 보조 전극(3103)과 대응하는 보조 전극 접점(3203)과의 사이에 그리고 대응하는 비아 접촉점(3110), 대응하는 전기 브리지(3109), 및 대응하는 전극 접촉점(3108)을 포함하는 대응하는 보조 전극 트레이스(3112)와의 사이에 연속적인 전기 경로가 확립된다.
일 실시형태에서, 웰 전극 구조체(3101)는 다음과 같이 배치될 수 있다. 보조 전극(3103)은 웰 영역(3106)의 대략 중앙에 배치될 수 있다. 보조 전극(3103)의 영역은 웰 영역(3106)의 중심을 포함할 수 있다. 보조 전극(3103)은 웰 영역(3106)과 대략 동심일 수 있다. 작업 전극들(3102)은 보조 전극(3103)으로부터 대략 등거리에 원형으로 배치될 수 있다. 작업 전극들은 복수의 작업 전극 간격(3111)으로 서로 원형으로 분리될 수 있다. 실시형태들에서, 복수의 작업 전극 간격(3111) 중 적어도 하나는, 보조 전극(3103)을 보조 전극 접점(3203)에 연결하는 복수의 전극 트레이스(3112)의 한 보조 전극 트레이스(3112)의 전기 브리지(3109)를, 그 안에 또는 그를 관통하여 배치할 수 있게 하는 크기로 설정될 수 있다. 따라서, 보조 전극 트레이스(3112)의 전기 브리지(3109)는 인접한 작업 전극들(3102)에 걸쳐 있다. 복수의 작업 전극 간격(3111) 중 적어도 하나의 크기 결정에는, 예를 들면, 적어도 2개의 인접한 작업 전극을 나머지 작업 전극들(3102)에 비해 더 긴 거리로 서로 떨어지게 위치시키는 것(두 작업 전극 사이에 간극을 생성)이 포함될 수 있다. 이 실시예에서, 작업 전극(3102)은 C형 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 복수의 작업 전극 간격(3111) 중 적어도 하나는 복수의 작업 전극 간격(3111)의 나머지 부분보다 클 수 있다. 다른 실시형태들에서, 모든 인접한 작업 전극들(3102) 사이의 거리는, 각각의 인접한 쌍 사이에 또는 그 사이를 통해 하나 이상의 보조 전극 트레이스(3112)의 하나 이상의 전기 브릿지(3109)를 배치할 수 있게 하기에 충분한, 각각의 인접한 쌍 사이의 거리와 동일(또는 대략 동일)할 수 있다. 이 실시예에서, 작업 전극들이 동심원 모양을 형성한다. 이러한 실시예들은 원형 웰에 관한 것이지만, 다른 웰 모양(예를 들어 정사각형, 직사각형, 타원형 등)도 고려된다.
따라서, 도 39a 및 도 39b에서 설명된 바와 같이, 각각의 웰 전극 구조체(3101)는 전극 그룹(3104), 복수의 전극 트레이스(3107) 및 보조 트레이스(3112)를 포함하는 전기 트레이스 그룹, 전극 접점 그룹(3204), 및 비아 그룹(3206)을 포함한다. 웰 전극 구조체(3101)는 본원에 논의된 바와 같이 전기화학적 셀(1001)을 형성할 수 있다.
도 39c 내지 도 39j는 본원에 개시된 실시형태들에 따른 웰 전극 구조체(3101)의 구성과 관련된 개별 레이어들을 예시한다.
도 39c는 기판에 형성된 구멍들의 패턴을 예시한다. 구멍들(3115)은 웰 영역(3106) 외부의 기판(3100)에 형성된다. 구멍(3115)은 레이저 절단되거나, 미세 드릴링되거나, 임의의 다른 적합한 방법에 의해 형성될 수 있다. 중복성(redundancy)을 위해, 구멍(3115)은 쌍으로 형성되는데, 한 쌍이 각 비아(3205)에 대응한다.
구멍(3115)의 공칭 직경 범위는 직경이 약 0.004 인치 내지 0.010 인치일 수 있다. 구멍(3115)은 웰 영역으로부터 약 0.019 인치만큼 떨어져 있다. 구멍(3115)의 위치 설정은 기판(3100)이 상부 플레이트(3001)에 부착될 때 웰 영역(3106)과 상부 플레이트 개구(3002) 사이의 정합에서 약 0.019 인치의 잠재적 변화를 허용한다.
도 39d는 구멍(3115)을 채워서 비아(3205)를 형성하기 위해 기판의 바닥면에 도포되는 층의 패턴을 예시한다. 기판(3100)의 바닥면(3210)에 전도성 층이 도포된다. 전도성 층은 구멍(3115)을 통해 흘러 이를 채워서 전기 전도성 비아(3205)를 형성한다. 전도성 층은, 각각이 구멍(3115) 쌍 중 하나에 대응하는 복수의 비아 지점(3207)에 배치된다. 실시형태들에서, 비아 지점(3207)을 형성하는 전도성 층은 은 또는 다른 전도성 재료, 예컨대, 일례로 다른 금속(예를 들어, 금, 백금, 니켈, 강철, 이리듐, 구리, 알루미늄), 전도성 잉크, 전도성 합금 등일 수 있다.
비아 지점(3207)은 비아 지점(3207)의 가장자리와 구멍(3115)의 가장자리 사이의 공칭 치수(3901)가 약 0.015 인치인 대략 원형으로 구성된다. 구멍들(3115)이 쌍으로 배열되기 때문에, 구멍(3115)의 가장자리와 지점의 가장자리 사이의 거리는 다양할 수 있고, 같은 자리에서 약 0.018 인치 정도로 클 수 있다. 공칭 치수(3901)에 대해 약 0.0015 인치의 공칭 값을 선택하는 것은 비아 지점(3207)을 형성하는 전도성 층과 구멍(3115) 사이의 잠재적인 정합 오차를 떠맡는 것이다.
도 39e는 전극 접점 그룹을 형성하기 위해 기판의 바닥면에 도포되는 층의 패턴을 예시한다. 전극 접촉 그룹(3204)은 기판(3100)의 바닥면(3210)에 도포된 전도성 층으로부터 형성된다. 전극 접점 그룹(3204) 각각은 복수의(이 예에서는 10개) 작업 전극 접점(3202) 및 적어도 하나의(이 예에서는 1개) 보조 전극 접점(3203)을 포함한다. 도 39e는 4개의 전극 접촉 그룹(3204)을 갖는 기판(3100)의 바닥면(3210)의 일부를 예시한다. 단일 전극 접점 그룹(3204)에 속하는 전극 접점들이 도 39e에 굵은 윤곽선으로 표시되어 있는데, 작업 전극 접점(3202)은 굵은 실선으로 윤곽이 그려져 있고 보조 전극 접점(3203)은 굵은 점선으로 윤곽이 그려져 있다. 다른 전극 접촉 그룹(3204) 각각은 동일한 패턴으로 배열되고 위치된다. 웰 내 지점들의 개별 주소지정 가능성을 유지하기 위해, 전극 접점 그룹의 전극 접점들은 서로 전기 절연된다. 실시형태들에서, 전극 접촉 그룹(3204)은 예를 들어 전도성 탄소 또는 임의의 다른 적합한 재료의 층으로부터 형성될 수 있다. 추가 실시형태들에서, 모든 작동 접점(3202)과 모든 보조 전극 접점(3203) 사이의 전기 절연을 유지하는 다른 전극 접점 그룹 배열들이 본 개시내용의 범위를 벗어남이 없이 채용될 수 있다.
작업 전극 접점(3202)과 적어도 하나의 보조 전극 접점(3203)은 이들 사이에 약 0.012 인치의 공칭 치수(3902)를 갖도록 구성된다. 공칭 치수(3902)는 두 개의 전극 접점을 서로 연결시킬 수 있는 - 이는 절연에 해로울 수 있음 - 잠재적인 인쇄 오차를 떠맡는 역할을 한다. 작업 전극 접점(3203) 및 적어도 하나의 보조 전극 접점(3203)은 약 0.008 인치의 공칭 치수(3903)만큼 비아 지점(3207)을 넘어 연장되도록 구성될 수 있다. 작업 전극 접점(3202)과 적어도 하나의 보조 전극 접점(3203) 및 비아 지점(3207) 사이의 이러한 "오버행"은 도 39d의 층과 도 39e의 층 사이의 정합에서의 잠재적인 오차를 떠맡는 역할을 한다.
도 39f는 전극 트레이스 그룹을 형성하기 위해 기판의 상부면에 도포되는 층 패턴을 예시한다. 도 39f는 기판(3100)의 상부면(3190)에 도포된 전도성 층으로부터 형성된 4개의 전극 트레이스 그룹화(3113)를 예시한다. 도 39f에는 단일 전극 트레이스 그룹(3113)을 둘러싸는 점선이 도시되어 있다. 전극 트레이스 그룹(3113) 각각은 복수의 전기 트레이스(3107) 및 적어도 하나의 보조 전극 트레이스(3112)를 포함한다. 각 전극 트레이스 그룹(3113)은 웰 전극 구조체(3101)에 속하며 비아(3205)와 전극 그룹(3104) 사이에 전기적 연결을 제공한다. 전극 트레이스 그룹(3113)을 형성하는 전도성 층은 예를 들어 전도성 은을 포함할 수 있다. 실시형태들에서, 전도성 은은 구멍(3115) 내로 흘러들어서, 기판(3100)의 바닥면(3210)에 도포된 전도성 은에 연결되어, 비아(3205)의 형성을 완료할 수 있다. 추가 실시형태들에서, 전도성 은 대신에 임의의 다른 적합한 전도성 재료, 예컨대, 일례로 다른 금속(금, 백금, 니켈, 강철, 이리듐, 구리, 알루미늄 등), 전도성 합금 등이 사용될 수 있다.
도 39f에 예시된 전도성 층은 해당 전도성 층의 가장자리와 구멍(3115)의 가장자리 사이에 약 0.015 인치의 공칭 치수(3905)를 갖게 하여 구성된다. 공칭 치수(3905)에 대해 약 0.0015 인치의 공칭 값을 선택하는 것은 전극 트레이스 그룹(3113)을 형성하는 전도성 층과 구멍(3115) 사이의 잠재적인 정합 오차를 떠맡는 것이다. 또한, 전극 트레이스 그룹(3113)의 특징부들 사이의 공칭 치수(3906)는 약 0.013 인치일 수 있다. 공칭 치수(3906)는 전극 트레이스 그룹(3113)을 형성하는 전도성 층을 인쇄할 때의 잠재적 오차를 떠맡는다.
도 39g는 보조 전극(3103)을 형성하기 위해 기판의 상부면에 도포되는 층 패턴을 예시한다. 전도성 층은 기판(3100)의 상부면(3190)에 도포되어 각각의 웰 전극 구조체(3101)에 대해 적어도 하나의 보조 전극(3103)을 형성한다. 적어도 하나의 보조 전극(3103)을 형성하는 전도성 층은, 예를 들면, 다수의 금속 산화 상태를 갖는 금속 산화물, 예를 들어, 산화망간, 또는 기타 금속/금속 산화물 쌍, 예를 들어, 은/산화은, 니켈/산화니켈, 아연/산화아연, 금/산화금, 구리/산화구리, 백금/산화백금을 포함하여, 탄소 및/또는 Ag-AgCl 및/또는 기타 화학적 혼합물을 포함할 수 있다.
보조 전극(3103)을 형성하는 도 39g에 예시된 전도성 층은 도 39f의 전도성 층을 약 0.008 인치의 공칭 치수(3907)만큼 넘어 연장되도록 구성된다. 공칭 치수(3907)는 도 39f의 전도성 층과 도 39g의 전도성 층 사이의 잠재적인 정합 오차를 떠맡는다.
도 39h는 전극 트레이스 그룹(3113)의 일부를 형성하기 위해 기판의 상부면에 도포되는 층 패턴을 예시한다. 전도성 층이 기판(3100)의 상부면(3190)에 도포되어 전극 트레이스 그룹(3113)을 형성한다. 전극 트레이스 그룹(3113)은 서로 위에 있는 2개의 전도성 층으로 형성된다. 이들 중 첫 번째는 도 39f와 관련하여 설명된다. 도 39h에 도시된 두 번째는 전기 트레이스(3107) 전체에 걸쳐 보조 전극 트레이스(3112)의 비아 접점 지점(3110)에 도포된다. 실시형태들에서, 전극 트레이스(3107) 및 보조 전극 트레이스(3112)의 제2 층을 형성하는 전도성 층은 탄소 또는 전체에 설명된 전도성 재료 중 하나 이상과 같은 임의의 다른 적합한 전도성 재료로 형성될 수 있다.
도 39h에 예시된 전도성 층은 인접 비아 접점 지점들(3110) 사이의 약 0.012 인치의 공칭 치수(3908)와 인접 전극 접점 지점들(3108) 사이의 약 0.010 인치의 공칭 치수(3909)를 갖게 구성된다. 공칭 치수(3908 및 3909)는 전극 트레이스(3107) 및 보조 전극 트레이스(3112)를 형성하는 전도성 층을 인쇄할 때의 잠재적 오차를 떠맡는다. 도 39h에 예시된 전도성 층은 도 39h의 전도성 층의 가장자리와 도 39f의 전도성 층의 가장자리 사이에 약 0.002 인치의 공칭 치수(3910)를 갖도록 더 구성된다. 공칭 치수(3910)는 도 39f의 어떤 층도 도 39h의 층을 너머로 노출되지 않도록 하기 위해 도 39h의 전도성 층과 도 39f의 전도성 층 사이의 잠재적인 정합 오차를 떠맡는 오버행을 제공한다.
도 39i는 작업 전극(3102)을 형성하기 위해 기판의 상부면에 도포되는 층 패턴을 예시한다. 전도성 층이 기판(3100)의 상부면(3190)에 도포되어 작업 전극(3102)을 형성한다. 작업 전극(3102)의 전도성 층은 전극 트레이스 그룹(3113)의 2개의 전도성 층을 덮는다(도 39f, 도 39h). 실시형태들에서, 작업 전극(3102)을 형성하는 전도성 층은 탄소 잉크로 형성되거나, 또는 전체에 걸쳐 설명된 임의의 전도성 재료와 같은 임의의 다른 적합한 전도성 재료로 형성될 수 있다.
도 39i에 예시된 전도성 층은 인접한 작업 전극들(3102) 사이에 약 0.014 인치의 공칭 치수(3911)를 갖고 구성된다. 공칭 치수(3911)는 작업 전극(3102)을 형성하는 전도성 층을 인쇄할 때의 잠재적 오차를 떠맡는 것이다.
도 39a 내지 도 39l과 관련하여 설명된 바와 같이, 각 작업 전극(3102)은 각각의 다른 작업 전극(3102) 및 각각의 보조 전극(3103)으로부터 전기 절연되고, 각 보조 전극(3103)은 각각의 다른 보조 전극(3103) 및 각각의 작업 전극(3102)으로부터 전기 절연된다. 또한, 각 작업 전극(3102) 또는 보조 전극(3103)과 연관된, 전극 트레이스(3107), 보조 전극 트레이스(3112), 비아(3205), 작업 전극 접점(3202), 및 보조 전극 접점(3203)도 마찬가지로, 연관되지 않은 다른 모든 작업 전극(3102) 또는 보조 전극(3103)(및 이들과 연관된 연결된 구성요소들)으로부터 절연된다. 이러한 절연은 도 39a 및 도 39l과 관련하여 설명된 바와 같이 생산 프로세스 동안 절연된 구성요소들의 물리적 분리를 통해 달성된다.
도 39j는 작업 전극(3102)과 보조 전극(3103)을 물리적으로 절연하기 위해 기판의 상부면에 도포되는 층을 예시한다. 위에 설명된 바와 같이, 작업 전극(3102)과 보조 전극(3103)은 물리적 절연을 생성하는 적층 및 인쇄 프로세스로 인해 서로 전기 절연된다. 이 구성요소들 사이의 전기 절연은 유전체 또는 비전도성 층(3119)에 의해 생성된 물리적 절연에 의해 더욱 촉진된다. 유전체 또는 비전도성 층(3119)은 작업 전극(3102)과 보조 전극(3103)을 물리적으로 절연시키기 위해 기판(3100)의 상부면(3190)에 도포된다. 유전체 또는 비전도성 층(3119)은 기판의 상부면(3190)을 덮되, 이전에 도포된 층들 사이의 간극은 채우고, 노출된 작업 전극(3102) 및 보조 전극(3103)에 대응하는 도 39g 및 도 39i의 전도성 층의 부분들만 남겨두면서, 덮는다. 실시형태들에서, 유전체 층은 작업 전극(3102) 및 보조 전극(3103) 위에 융기된 층에 도포되되, 이 전극들을 유전체 층 또는 비전도성 층(3119)의 만입부의 바닥에 남겨둔 채로, 도포된다. 따라서, 유전체 층 또는 비전도성 층(3119)은, 적어도 부분적으로, 본원에 논의된 "지점"을 생성하는 역할을 할 수 있다. 따라서, 유전체 층 또는 비전도성 층(3119)은, 적어도 부분적으로, 작업 전극(3102)과 보조 전극(3103) 사이에 물리적 장벽을 생성하는 역할을 할 수 있다. 이러한 특징은 도 39k와 관련하여 추가로 예시된다.
도 39j에 예시된 유전체 층 또는 비전도성 층(3119)은 작업 전극(3102)과 해당 작업 전극(3102)의 노출된 부분(예를 들어, 작업 전극 구역(1002)) 사이 및 보조 전극(3103)과 해당 보조 전극(3103)의 노출된 부분 사이에 약 0.007 인치의 공칭 치수(3912)를 갖고 구성된다. 공칭 치수(3912)는 유전체 층 또는 비전도성 층(3119)과 도 39i의 층 사이의 정합에 있어서의 잠재적인 오차를 떠맡아서, 유전체 층 또는 비전도성 층(3119)의 노출된 부분들이 작업 전극(3102) 및 보조 전극(3103)을 지나 연장되지 않도록 한다. 또한, 도 39j의 전도성 층은 약 0.027 인치의 공칭 직경(3913)을 갖는 작업 전극(3102)의 일부를 노출시키고 약 0.068 인치의 공칭 직경(3914)을 갖는 보조 전극(3103)의 일부를 노출시키도록 구성된다. 공칭 직경(3913, 3914)은 특정 전극 크기를 달성하기 위해 선택될 수 있고, 선택된 전극 크기를 달성하기 위해 그에 따라 변경될 수 있다.
도 39k는 기판의 상부면에 도포된 접착층을 예시한다. 접착층(3121)은 다른 모든 층이 도포된 후에 기판(3100)에 최상층으로서 도포된다. 접착층(3121)은 웰 영역(3106)에 접착제가 없도록 하는 패턴으로 기판(3100)에 도포된다. 그런 다음, 기판(3100)은 상부 플레이트 개구들(3002)이 웰 영역들(3106)에 대응하여 웰들(3003)을 획정하도록 상부 플레이트(3001)와 결합된다. 접착층(3121)은 도포 전에 올바른 패턴으로 다이 컷팅(예를 들어, 웰 영역(3106)과 연관된 재료 제거)되는 접착제 재료의 별개 섹션일 수 있다. 접착층(3121)이 먼저 상부판(3001)에 정합되어 도포되고, 그 다음 접착층(3121)이 있는 상부판(3001)이 기판(3100)에 정합되어 접착될 수 있다. 실시형태들에서, 접착층(3121)이 먼저 기판(3100)에 도포되고, 그 다음 접착층(3121)이 있는 기판(3100)이 상부 플레이트(3001)에 적용될 수 있다.
웰 전극 구조체(3101)는 기판(3100) 상의 모든 작업 전극(3102)과 모든 보조 전극(3103)이 서로 전기 절연되도록(예를 들어, 각 작업 전극(3102)이 나머지 작업 전극과 전기 절연되고, 기판(3100) 상의 각 보조 전극(3103)이 나머지 보조 전극과 전기 절연되고, 각 작업 전극(3102)이 그 각각의 보조 전극(3103)과 전기 절연되도록) 구성된다. 위에 설명된 다양한 층의 위치 설정 및 패턴화는 각 작업 전극(3102) 및 각 보조 전극(3103)과 관련된 모든 전도성 요소(트레이스, 접점 등)가 서로 분리되어 전기 절연되도록 하는 것이다. 이러한 절연은 선택된 전극 그룹(3104)의 각 작업 전극(3102)이 선택된 전극 그룹(3104)의 복수의 작업 전극(3102) 중 나머지 작업 전극(3102)의 통전과 별도로 통전되도록 구성된다는 것을 의미한다. 또한, 전체 기판의 각 작업 전극(3102)은 기판의 나머지 작업 전극(3102)과 독립적으로 통전되도록 구성된다. 기판(3100) 또는 개별 웰 전극 구조체(3101)의 작업 전극들(3102)은 개별적으로 통전되거나 또는 주소지정될 수 있고/있거나 임의의 조합으로 주소지정되거나 통전될 수 있다.
기판(3100)의 층들은, 위에서 논의된 바와 같이, 위에 설명된 절연을 달성하기 위해 선택된 공칭 치수를 갖고 구성된다. 공칭 치수는 기판(3100)의 다양한 특징부들 및 양태들 모두가 본원에 설명된 절연 특성을 손상시키지 않고 서로 근접하게 위치될 수 있게 하도록 선택될 수 있다. 공칭 치수는 제조 공차를 수용하기 위해 그리고 제조된 기판이 본원에서 논의된 기능적 요건들을 충족시킬 가능성을 높이기 위해 선택된다. 본원에서 논의된 공칭 치수는 단지 예일 뿐이며, 본원에서 논의된 특성들을 갖는 기판(3100)을 제작하는 치수 설정의 한 예를 제공하는 것이다. 추가 실시형태들에서, 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 필요 기능을 생성하기 위해 대안적인 공칭 치수가 채용될 수 있다.
도 39l은 위에서 논의된 층들 각각이 추가된 후dml 기판(3100)의 단면을 예시한다. 도 39l은 유전층(3119)(도 39j와 관련하여 논의된 특징부에 대응함), 제1 전극 트레이스 전도성 층(3503)(도 39f와 관련하여 논의된 전극 트레이스(3107/3112) 특징부에 대응함), 보조 전극 전도성 층(3504)(도 39g와 관련하여 논의된 보조 전극(3103) 특징부에 대응함), 제2 전극 트레이스 전도 층(3502)(도 39h와 관련하여 논의된 전극 트레이스(3107/3112) 특징부에 대응함), 및 작업 전극 전도성 층(3501)(도 39i와 관련하여 논의된 작업 전극(3102) 특징부에 대응함)을 예시한다. 이들 층의 두께의 예시 값들이 아래 표 24에 나타나 있다. 제공된 값은 예시일 뿐이며, 제조 프로세스 공차에 따라 1%, 5%, 10% 등으로 달라질 수 있다. 추가 실시예들에서, 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 및 그 이상으로 변하는 값을 포함하여 대안적 값이 본 개시내용의 범위를 벗어남이 없이 사용될 수 있다.
[표 24]
도 40a 내지 도 40n은 본원에 개시된 실시형태들에 따른 (개별적으로 주소지정 가능한 전극 전기화학적 셀을 형성하는) 다수의 작업 전극 구조체를 포함하는 기판의 구성의 양태들을 예시한다. 도 40a 내지 도 40n은 이러한 구조를 형성하기 위한 하나 이상의 프로세스(예를 들어, 작업 전극 구조체에 필요한 다양한 층을 인쇄하고, 각각의 스크린을 사용함으로써 생성되는 인쇄 패턴을 인쇄하는 스크린 인쇄 프로세스)에 사용될 수 있는 (예를 들어, 스크린에 의해 형성된) 다양한 패턴을 예시한다.
도 40a 및 도 40b는 각각 기판의 바닥면에 제1 전도성 층을 인쇄할 때 제1 스크린(4001)을 사용함으로써 생성되는 제1 스크린(비아 지점 스크린)(4001) 및 제1 인쇄 패턴(비아 지점 패턴)(4002)을 예시한다. 도 40b의 패턴들은 도 39d에 예시된 특징부들에 대응한다. 도 40a는 복수의 비아 지점 구멍(4207)을 포함하는 비아 지점 스크린 패턴(4101)을 예시한다. 비아 지점 스크린 패턴(4101)은 예를 들어 스테인레스강, 폴리에스테르 등으로 제조될 수 있는 비아 지점 스크린(4001) 상에 패턴화된다. 비아 지점 스크린(4001)은 기판을 마스킹하여 스크린 인쇄 잉크가 비아 지점 구멍(4207)을 통과하여 도 40b에 도시된 바와 같이 복수의 비아 지점(3207)을 생성하도록 구성된다. 비아 지점 스크린(4001)의 사용을 통해 생성된 비아 지점 패턴(4002)에 대한 추가 세부 사항은 도 39d와 관련하여 위에 제공되어 있다. 도 40a에 예시된 바와 같이, 비아 지점 스크린 패턴(4101)은 12웰 × 8웰 플레이트의 96웰에 대응하는 비아 지점(3207)의 인쇄를 위해 구성될 수 있다. 추가 실시형태들은 더 작은 플레이트(예를 들어, 48개의 웰 플레이트 등) 및/또는 다수의 플레이트(예를 들어, 2, 3, 4 또는 이보다 많은 96개의 웰 플레이트)에 걸쳐 비아 지점 스크린 패턴(4101)을 인쇄하도록 구성된 스크린을 포함할 수 있다.
도 40c 및 도 40d는 각각 기판의 바닥면에 제2 전도성 층을 인쇄할 때 제2 스크린(4003)을 사용함으로써 생성된 제2 스크린(전극 접점 스크린)(4003) 및 제2 인쇄 패턴(전극 접점 패턴)(4004)을 예시한다. 도 40d의 패턴들은 도 39e에 예시된 특징부들에 대응한다. 도 40c는 복수의 전극 접점 구멍(4203)을 포함하는 전극 접점 스크린 패턴(4103)을 예시한다. 전극 접점 스크린 패턴(4103)은 예를 들어 스테인레스강, 폴리에스테르 등으로 제조될 수 있는 전극 접점 스크린(4003) 상에 패턴화된다. 전극 접점 스크린(4003)은 기판을 마스킹하여 스크린 인쇄 잉크가 전극 접점 구멍(4203)을 통과하여 도 40d에 도시된 바와 같이 복수의 작업 전극 접점(3202) 및 보조 전극 접점(3203)을 생성하도록 구성된다. 전극 접점 스크린(4003)의 사용을 통해 생성된 전극 접점 패턴(4004)에 대한 추가 세부 사항은 도 39e와 관련하여 위에 제공되어 있다. 도 40c에 예시된 바와 같이, 전극 접점 스크린 패턴(4103)은 12웰 × 8웰 플레이트의 96개 웰에 대응하는 작업 전극 접점(3202) 및 보조 전극 접점(3203)의 인쇄를 위해 구성될 수 있다. 추가 실시형태들은 더 작은 플레이트(예를 들어, 48개의 웰 플레이트 등) 및/또는 다수의 플레이트(예를 들어, 2, 3, 4 또는 이보다 많은 96개의 웰 플레이트)에 걸쳐 전극 접점 패턴(4004)을 인쇄하도록 구성된 스크린을 포함할 수 있다.
도 40e 및 도 40f는 각각 제3 스크린(전극 트레이스 기부 스크린)(4005)과, 기판의 상부면에 제1 전도성 층을 인쇄할 때 제3 스크린을 사용함에 따라 생성된 제3 인쇄 패턴(전극 트레이스 기부 패턴)(4006)을 예시한다. 도 40f의 패턴들은 도 39f에 예시된 특징부들에 대응한다. 도 40e는 복수의 전극 트레이스 홀(4105) 및 복수의 보조 전극 트레이스 홀(4115)을 포함하는 전극 트레이스 기부 스크린 패턴(4104)을 예시한다. 전극 트레이스 기부 스크린 패턴(4104)은 예를 들어 스테인레스강, 폴리에스테르 등으로 제조될 수 있는 전극 트레이스 기부 스크린(4005) 상에 패턴화된다. 전극 트레이스 기부 스크린(4005)은 기판을 마스킹하여 스크린 인쇄 잉크가 전극 트레이스 구멍(4105)과 보조 전극 트레이스 구멍(4115)을 통과하여 도 40f에 도시된 바와 같이 복수의 전극 트레이스(3107)와 보조 전극 트레이스(3112)를 생성하도록 구성된다. 전극 트레이스 기부 스크린(4005)의 사용을 통해 생성된 전극 트레이스 패턴(4006)에 대한 추가 세부 사항은 도 39f와 관련하여 위에 제공되어 있다. 도 40e에 예시된 바와 같이, 전극 접점 기부 스크린 패턴(4104)은 12웰 × 8웰 플레이트의 96개 웰에 대응하는 복수의 전극 트레이스(3107) 및 보조 전극 트레이스(3112)의 인쇄를 위해 구성될 수 있다. 추가 실시형태들은 더 작은 플레이트(예를 들어, 48개의 웰 플레이트 등) 및/또는 다수의 플레이트(예를 들어, 2, 3, 4 또는 이보다 많은 96개의 웰 플레이트)에 걸쳐 전극 트레이스 패턴(4006)을 인쇄하도록 구성된 스크린을 포함할 수 있다.
도 40g 및 도 40h는 각각 기판의 상부면에 제2 전도성 층을 인쇄할 때 제4 스크린(4007)을 사용함으로써 생성된 제4 스크린(보조 전극 스크린)(4007) 및 제4 인쇄 패턴(보조 전극 패턴)(4008)을 예시한다. 도 40h의 패턴들은 도 39g에 예시된 특징부들에 대응한다. 도 40g는 복수의 보조 전극 구멍(4107)을 포함하는 보조 전극 스크린 패턴(4106)을 예시한다. 보조 전극 스크린 패턴(4106)은 예를 들어 스테인레스강, 폴리에스테르 등으로 제조될 수 있는 보조 전극 스크린(4007) 상에 패턴화된다. 보조 전극 스크린(4007)은 기판을 마스킹하여 스크린 인쇄 잉크가 보조 전극 구멍(4107)을 통과하여 도 40h에 도시된 바와 같이 복수의 보조 전극(3103)을 생성하도록 구성된다. 보조 전극 스크린(4007)의 사용을 통해 생성된 보조 전극 패턴(4008)에 대한 추가 세부 사항은 도 39g와 관련하여 위에 제공되어 있다. 도 40g에 예시된 바와 같이, 보조 전극 스크린 패턴(4106)은 12웰×8웰 플레이트의 96개 웰에 대응하는 복수의 보조 전극(3103)의 인쇄를 위해 구성될 수 있다. 추가 실시형태들은 더 작은 플레이트(예를 들어, 48개의 웰 플레이트 등) 및/또는 다수의 플레이트(예를 들어, 2, 3, 4 또는 이보다 많은 96개의 웰 플레이트)에 걸쳐 전극 트레이스 패턴(4008)을 인쇄하도록 구성된 스크린을 포함할 수 있다.
도 40i 및 도 40j는 각각 제5 스크린(전극 트레이스 상부 스크린)(4009)과, 기판의 상부면에 제3 전도성 층을 인쇄할 때 제5 스크린을 사용함에 따라 생성된 제5 인쇄 패턴(전극 트레이스 상부 패턴)(4010)을 예시한다. 도 40j의 패턴들은 도 39h에 예시된 특징부들에 대응한다. 도 40j는 복수의 전극 트레이스 구멍(4109) 및 복수의 보조 전극 트레이스 구멍(4119)을 포함하는 전극 트레이스 상부 스크린 패턴(4108)을 예시한다. 전극 트레이스 상부 스크린 패턴(4108)은 예를 들어 스테인레스강, 폴리에스테르 등으로 제조될 수 있는 전극 트레이스 상부 스크린(4009) 상에 패턴화된다. 전극 트레이스 상단 스크린(4009)은 기판을 마스킹하도록 구성되며, 도 40j에 도시된 바와 같이, 스크린 인쇄 잉크가 전극 트레이스 구멍(4109)과 보조 전극 지점 구멍(4119)을 통과하여 복수의 전극 트레이스(3107)의 제2 층과 보조 전극 트레이스(3112)의 비아 접촉점(3171)을 형성하게 하도록 구성된다. 전극 트레이스 상부 스크린(4009)의 사용을 통해 생성된 전극 트레이스 상부 패턴(4010)에 대한 추가 세부 사항은 도 39h와 관련하여 위에 제공되어 있다. 도 40j에 예시된 바와 같이, 전극 트레이스 상부 스크린 패턴(4010)은 복수의 전극 트레이스(3107)의 제2 층의 인쇄 및 12웰×8웰 플레이트의 96개 웰에 대응하는 비아 접점 지점(3171)의 인쇄를 위해 구성될 수 있다. 추가 실시형태들은 더 작은 플레이트(예를 들어, 48개의 웰 플레이트 등) 및/또는 다수의 플레이트(예를 들어, 2, 3, 4 또는 이보다 많은 96개의 웰 플레이트)에 걸쳐 전극 트레이스 상부 패턴(4010)을 인쇄하도록 구성된 스크린을 포함할 수 있다.
도 40k 및 도 40l은 각각 제6 스크린(작업 전극 스크린)(4011)과, 기판의 상부면에 제4 전도성 층을 인쇄할 때 제6 스크린을 사용함으로써 생성된 제6 인쇄 패턴(작업 전극 패턴)(4012)을 예시한다. 도 40l의 패턴들은 도 39i에 예시된 특징부들에 대응한다. 도 40e는 복수의 작업 전극 구멍(4107)을 포함하는 작업 전극 스크린 패턴(4106)을 예시한다. 작업 전극 스크린 패턴(4106)은 예를 들어 스테인레스강, 폴리에스테르 등으로 제조될 수 있는 작업 전극 스크린(4011) 상에 패턴화된다. 작업 전극 스크린(4011)은 기판을 마스킹하여 스크린 인쇄 잉크가 작업 전극 구멍(4107)을 통과하여 도 40l에 도시된 바와 같이 복수의 작업 전극(3102)을 생성하도록 구성된다. 작업 전극 스크린(4011)의 사용을 통해 생성된 작업 전극 패턴(4012)에 대한 추가 세부 사항은 도 39i와 관련하여 위에 제공되어 있다. 도 40k에 예시된 바와 같이, 작업 전극 스크린 패턴(4106)은 12웰×8웰 플레이트의 96개 웰에 대응하는 복수의 작업 전극(3102)의 인쇄를 위해 구성될 수 있다. 추가 실시형태들은 더 작은 플레이트(예를 들어, 48개의 웰 플레이트 등) 및/또는 다수의 플레이트(예를 들어, 2, 3, 4 또는 이보다 많은 96개의 웰 플레이트)에 걸쳐 작업 전극 패턴(4012)을 인쇄하도록 구성된 스크린을 포함할 수 있다.
도 40m 및 도 40n은 각각 제7 스크린(절연 스크린)(4013)과, 기판의 상부면에 제5 층을 인쇄할 때 제7 스크린을 사용함으로써 생성된 제7 인쇄 패턴(절연 패턴)(4014)을 예시한다. 도 40n의 패턴들은 도 39j에 예시된 특징부들에 대응한다. 도 40m은 작업 전극 절연 구멍(4109) 및 복수의 보조 전극 절연 구멍(4120)을 포함하는 절연 스크린 패턴(4118)을 예시한다. 절연 스크린 패턴(4118)은 예를 들어 스테인레스강, 폴리에스테르 등으로 제조될 수 있는 절연 스크린(4013) 상에 패턴화된다. 절연 스크린(4013)은 기판을 마스킹하여 비전도성 층(3119)이 작업 전극(3102) 및 보조 전극(3103)의 위치를 제외한 모든 위치에서 기판에 적용되게 하도록 구성된다. 절연 스크린(4013)의 사용을 통해 생성된 절연 패턴(4014)에 대한 추가 세부 사항은 도 39j와 관련하여 위에 제공되어 있다. 절연 스크린(4013)은 도 39j와 관련하여 위에서 논의된 절연 패턴(4014)의 치수 요건에 따라 치수가 정해진다. 도 40m에 예시된 바와 같이, 절연 스크린 패턴(4118)은 12웰×8웰 플레이트의 96개 웰에 대응하는 비전도성 층(3119)을 도포할 수 있게 하기 위해 기판을 마스킹하도록 구성될 수 있다. 추가 실시형태들은 더 작은 플레이트(예를 들어, 48개 웰 플레이트 등) 및/또는 다수의 플레이트(예를 들어, 2, 3, 4개 또는 그 이상의 96개 웰 플레이트)용으로 구성된 스크린을 포함할 수 있다.
도 41a 내지 도 41m은 본원에 개시된 실시형태들에 따른 다수의 작업 전극 구조체(개별적으로 주소지정 가능한 전극 전기화학적 셀을 형성함)를 포함하는 기판의 다양한 도면을 예시한다.
도 41a는 기판(3100)의 상부면(3190)을 예시하며, 모든 전도성 층을 보여주고 있다. 도 41b는 기판(3100)의 상부면(3190)을 예시하며, 유전층에 의해 덮이는 다른 모든 층과 함께 가시 층만을 보여주고 있다. 도 41c 및 도 41d는 각각 도 41a 및 도 41b의 부분들을 확대한 도면으로, 각각 모든 전도성 층과 오직 가시 층만을 보여주면서 기판(3100)의 상부면(3190)을 보여주고 있다.
도 41a에서 볼 수 있고 도 41c에서 더 자세히 볼 수 있는 바와 같이, 절연된 작업 전극(3102) 및 보조 전극(3103)에 필요한 특징부들 모두를 기판(3100)에 맞추려면 기하학적 형태와 치수 결정을 신중하게 고려해야 한다. 도 39a 내지 도 39l과 관련하여 논의된 특징부 치수 및 위치는 단락 또는 기타 간섭(전기적 또는 기타 간접)이 제조 정밀도에 의해 제공되는 한계 내에서 방지될 수 있게 전기 전도성 특징부들 사이에 적절한 거리가 유지되도록 선택된다. 특정 특징부의 크기와 치수는 제한될 수 있고, 예를 들어, 전체 기판 크기와 웰 크기는 해당 산업계에서 표준화되어 있다. 특정 특징부의 크기 및 치수는 다중-웰 플레이트의 전기화학적 기능을 최대화하거나, 증대시키거나, 최적화하거나, 아니면 개선하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 위에서 논의된 바와 같이, 보조 전극(3103)의 표면적과 작업 전극(3102)의 표면적 간의 특정 비율을 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해서는 이러한 전극들을 특정 크기로 하는 것이 필요하다. 추가 특징부들의 크기와 치수는 제약 조건들 및 기능적 요건들을 수용하도록 설계되거나 선택될 수 있다.
예를 들어, 상부 플레이트(3001)를 기판(3100)에 부착하기 위해 위치시킬 때 공차를 제공하기 위해 비아(3205)를 작업 전극(3102)으로부터 충분히 멀리 떨어지게 위치시키는 것이 유리하다. 위에서 논의된 바와 같이, 상부 플레이트(3001)는 접착층(3121)을 거쳐 기판(3100)에 부착된다. 비아(3205)가 웰 영역(3106)에서 멀리 떨어진 접착층(3121) 아래에 위치하는 경우에는, 기판(3100)에 대한 상부 플레이트(3001)의 잘못된 정합으로 인해 상부 플레이트 개구(3002)의 영역이 비아(3205)를 포함하는 상황 - 이는 잠재적으로 유체 누출이나 전기 단락 또는 간섭을 일으킬 수 있음 - 이 발생할 가능성이 적다. 그러나 비아(3205)와 웰 영역(306) 사이의 거리를 증가시키는 것은 하나의 웰 전극 구조체(3101)의 비아(3205)가 제2 웰 전극 구조체(3101)의 비아(3205)를 간섭하지 않도록 보장하는 것과 균형을 이루어야 한다.
실시형태들에서, 이러한 과제를 해결하기 위해, 웰 전극 구조체(3101)의 원형 풋프린트들(4901)은 중첩되도록 구성된다. 본원에서 사용되는, 웰 전극 구조체(3101)의 원형 풋프린트(4901)는 단일 웰 전극 구조체(3101)의 특징부들 모두를 포함하는 영역을 제공하는 가장 작은 직경의 원을 말한다. 위에서 설명한 비아들(3205)(및 이와 연관된 비아 접촉점(3110))의 위치 지정, 예를 들어, 각각의 웰 전극 구조체(3101)의 비아들(3205) 사이의 잠재적인 간섭을 줄이면서 비아들(3205)과 이들에 대응하는 웰 영역들(3106) 사이의 거리를 증가시키는 것을 수용하기 위해, 원형 풋프린트(4901)는 중첩되도록 구성된다. 하나의 웰 전극 구조체(3101)로부터의 하나 이상의 비아(3205)(및/또는 이와 연관된 하나 이상의 비아 접촉점(3110)의 적어도 일부)는 인접 웰 전극 구조체(301)의 원형 풋프린트(4901) 내에 위치된다. 실시형태들에서, 이 패턴은, 각각의 웰 전극 구조체(3101)가 하나 이상의 인접 웰 전극 구조체(3101)의 원형 풋프린트와 중첩되는 원형 풋프린트(4901)를 갖도록, 기판(3100) 전체에 걸쳐 반복될 수 있다. 실시형태들에서, 각각의 웰 전극 구조체(3101)는 이웃하는 웰 전극 구조체(3101) 각각과 중첩되는 원형 풋프린트(4901)를 가질 수 있다.
도 41e는 기판(3100)의 바닥면(3210)을 예시하며, 모든 전도성 층을 보여주고 있다. 도 41f는 기판(3100)의 바닥면(3210)을 예시하며, 최종 층에 의해 덮이는 다른 모든 층과 함께 가시 층만을 보여주고 있다. 도 41g 및 도 41h는 각각 도 41e 및 도 41f의 부분들을 확대한 도면으로, 각각 모든 전도성 층과 오직 가시 층만을 보여주면서 기판(3100)의 바닥면(3210)을 보여주고 있다. 도 41e 내지 도 41h에 예시된 바와 같이, 전술한 바와 같은 비아(3205) 배치의 결과는 기판(3100)의 바닥면(3210)까지 전달된다. 각 전극 접점 그룹(3204)(작업 전극 접점(3202) 및 보조 전극 접점(3203) 포함)의 배치, 치수, 및 크기는 비아(3205)의 배치에 의해 적어도 부분적으로 결정된다. 작업 전극 접점(3202) 및 보조 전극 접점(3203)의 크기는 아래에 설명된 바와 같이 플레이트 전기 커넥터의 작동 및 구조에 따라 추가로 결정될 수 있다. 실시형태들에서, 전극 접촉 그룹(3204)의 원형 풋프린트(4911)는 하나 이상의 이웃하는 전극 접촉 그룹(3204)의 원형 풋프린트(4911)와 겹칠 수 있다. 실시형태들에서, 각각의 전극 접촉 그룹(3204)의 원형 풋프린트(4911)는 모든 이웃하는 전극 접촉 그룹(3204)의 원형 풋프린트(4911)와 겹칠 수 있다.
도 41i는 도 39j와 관련하여 설명된 적층 프로세스 후의 기판(3100)의 상태에 대응하는, 기판(3100)의 상부면(3190)의 평면도이다. 도 41j는 도 39b와 관련하여 설명된 적층 프로세스 후의 기판(3100)의 상태에 대응하는, 기판(3100)의 바닥면(3210)의 평면도이다. 도 41k는 도 41j의 확대 사시도에 대응하는, 기판(3100)의 바닥면(3210)의 일부분의 확대 사시도이다. 도 41l은 도 41i의 사시도에 대응하는, 기판(3100)의 상부면(3190)의 사시도이다. 도 41m은 도 41l의 확대도에 대응하는, 기판(3100)의 상부면(3200) 일부분의 확대 사시도이다.
개별적으로 주소지정이 가능한 전극을 갖는 다중-웰 검정 플레이트는 도 38a 내지 도 41m과 관련하여 위에 설명되어 있다. 본원에 설명된 다중-웰 검정 플레이트에 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 하나 이상의 변형이 제공될 수 있다. 도 42a 내지 도 46b는 위에서 논의된 디자인에 대한 여러 변형을 예시한다. 도 42a 내지 도 46b와 관련하여 제시된 추가적 또는 다른 특징부들 각각은 이전에 설명된 실시형태들 중 임의의 것에 적절하게 통합될 수 있다.
도 42a 내지 도 42i는 배향 중립적 플레이트 장입을 수용하는 특징부를 갖는 전극 구조 패턴을 예시한다. 본원에 논의된 바와 같이, 배향 중립적 플레이트 장입은 하나 이상의 플레이트 배향을 수용하는 플레이트 장입 방법을 포함할 수 있다. 본원에 설명된 바와 같이, 다수의 다중-웰 검정 플레이트는 본질적으로 직사각형이다. 일부 다중-웰 검정 플레이트는 이들이 장입되는 기구 또는 기기가 한 배향으로 장입될 때에는 다중-웰 검정 플레이트를 수용하도록 구성되지만 180도 회전된 배향으로 장입될 때는 그렇지 않도록 구성될 수 있다. 본원에 논의된 바와 같이, 배향 중립적 디자인은 다중- 웰 플레이트의 장입 또는 판독을 적어도 두 가지 배향으로 허용한다. 직사각형 다중-웰 검정 플레이트의 경우, 다중-웰 검정 플레이트는 제1 배향으로 삽입될 때와 제1 배향과 (수평 X-Y 평면에서) 180도 다른 제2 배향으로 삽입 또는 장입될 때 작동하도록 구성될 수 있다. 정사각형 다중-웰 검정 플레이트를 포함할 수 있는 실시형태들에서, 배향 중립적 디자인은 4가지 배향으로 삽입되거나 장입될 때 기능적인 디자인을 포함할 수 있으며, 각 배향은 다른 배향과 90도 다르다. 따라서, 배향 중립적 플레이트 장입 작업에는 다중-웰 검정 플레이트를 검정 시스템 또는 기타 적합한 기구에 제1 배향이나 혹은 제1 배향과 180도 다른 제2 배향으로(또는, 예를 들어 정사각형 플레이트의 경우, 네 가지 배향 중 임의의 한 배향으로) 장입하거나 삽입하는 작업이 포함된다.
배향 중립적 장입 방법에서는, 전극 접점들이 검정 기구의 전기 커넥터들과 올바르게 정렬되기 때문에, 허용되는 플레이트 배향들 중 어느 배향에서도 전압 전위의 생성 및 측정은 유효한 전기적 검정 조건 또는 의도된 검정 전기적 조건을 제공한다. "유효한 전기적 검정 조건" 및 "의도된 검정 전기적 조건"은, 예를 들어, 실질적으로(예를 들어, 15%, 10%, 5%, 3%, 또는 1% 이내) 의도된 전압 전위에서, 의도된 작업 전극과 보조 전극 사이에 생성된 전압 전위에 따라 생성된 검정 테스트 조건을 포함할 수 있다. 따라서, 웰 전극 구조체의 1-지점 작업 전극과 이에 대응하는 보조 전극 사이의 특정 전압 전위의 영향을 측정하려고 하는 경우, 1-지점 작업 전극과 이에 대응하는 보조 전극 사이에 실질적으로 특정 전압 전위가 인가되고 응답이 측정되면, 유효한 전기적 검정 조건 또는 의도된 검정 전기적 조건이 얻어진다. 예를 들어, 특정 전압 전위와 실질적으로 다른(예를 들어, 20% 이상 다른) 전압 전위가 의도된 1-지점 작업 전극과 이에 대응하는 보조 전극 사이에 인가되어 응답이 측정되거나, 예를 들어, 다중-웰 검정 플레이트의 다른 부분에 인가된 전압 전위가 의도된 작업 전극에서의 검정 결과에 영향을 미치는 경우에는, 유효하지 않은 전기적 검정 조건이 얻어질 수 있다. "유효한 전기적 검정 조건" 및 "의도된 검정 전기적 조건"이라는 용어는 또한, 예를 들어, 다중-웰 검정 플레이트가 검정 기구 또는 기기에 장입되거나 삽입될 때 의도되거나 설계되거나 예상되는 방식으로 확립된 전기 연결을 포함할 수도 있다. "유효한 전기적 검정 조건" 또는 "의도된 검정 전기적 조건"은 다중-웰 검정 플레이트가 검정 기구 또는 기기에 장입되거나 삽입될 때 확립될 수 있고, 다중-웰 검정 플레이트의 전극 접점과 검정 기구 또는 기기의 전기 커넥터 사이의 전기 연결이 해당 검정 기구 또는 기기에 대해 의도된 방식으로 확립된다. 예를 들어, 검정 기구 또는 기기와 연관된 전기 커넥터는 하나의 웰 전극 구조체와 연관된 작업 전극 및 보조 전극과 접촉하도록 구성된 하나 이상의 전기 접촉 핀 또는 패드 세트를 가질 수 있다. "유효한 전기적 검정 조건" 또는 "의도된 검정 전기적 조건"은, 각 전기 접촉 핀 또는 패드 세트가 대응하는 웰 전극 구조체와는 적절한 전기 연결을 만들지만 의도되지 않거나 설계되지 않은 추가 웰 전극 구조체와는 전기 연결을 확립하지 않을 때, 확립될 수 있다. 다중-웰 검정 플레이트의 전극들이 검정 기구에 부적절하게 연결된 때에는, 예를 들어, 작업 전극과 이에 대응하지 않는 보조 전극(예를 들어, 보조 전극이 전혀 없거나, 표적 작업 전극과 연관되지 않은 보조 전극만) 사이에 전압 전위가 인가된 때에는, 유효하지 않은 전기적 검정 조건 또는 의도되지 않은 검정 전기적 조건이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 작업 전극이나 보조 전극에 의도되지 않은 추가 전기 연결이 확립되어서 의도되지 않은 통전이 일어나고/일어나거나 의도된 통전이 방해받는 경우, 유효하지 않은 전기적 검정 조건 또는 의도되지 않은 검정 전기적 조건이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 시스템이 (동일하거나 상이한 웰 전극 구조체의) 특정 작업 전극에나 혹은 작업 전극과 추가 작업 전극의 조합에 주소지정하도록 구성된 경우, 유효하지 않은 전기적 검정 조건 또는 의도되지 않은 검정 전기적 조건이 발생할 수 있다.
아래에서 논의되는 바와 같이, 도 42s 내지 도 42i의 배향 중립적 전극 구조 패턴은 배향 중립성을 달성하기 위해 버스 바를 채용한다. 도 42a는 기판(3100)의 상부면(3190)의 일부에 대한 전극 패턴을 예시하는 반면, 도 42b는 기판(3100)의 바닥면(3210)의 일부에 대한 전극 접촉 패턴을 예시한다. 도 42c 내지 도 42i는 배향 중립적 플레이트 장입을 수용하도록 구성된 전극 구조 패턴과 배향 특정 플레이트 장입을 위해 구성된 전극 구조 패턴 간의 비교를 제공한다.
이제 도 42c 및 도 42d를 참조하면, 배향 특정인 전극 구조 패턴의 일부 결과가 예시되어 있다. 도 42c는 복수의 작업 전극 접점(3202) 및 보조 전극 접점(3203A)을 포함하는 복수의 전극 접점을 포함하는 전극 접점 그룹들(3204) 사이의 접점을 예시한다. 작업 전극 접점(3202A) 및 보조 전극 접점(3203A)은 각각 동일한 웰 전극 구조체(3101)에 속한다. 인접 웰 전극 구조체(3101)에 속하는 보조 전극 접점(3203)도 예시되어 있다. 다중-웰 검정 플레이트가 기구 내부에 위치될 때, 작업 전극 접점(3202)은 작업 전극 커넥터(4201A)와 정렬되어 접촉하고, 보조 전극 접점(3203A)은 보조 전극 커넥터(4201B)와 정렬되어 접촉한다. 이 패턴은 분석 판독 기구에 존재하는 모든 작업/보조 전극 커넥터(4201A 및 4201B)에서 반복된다. 작업/보조 전극 커넥터(4201A) 및 보조 전극 커넥터(4201B)는 아래에 더 자세히 설명되는 바와 같이 접촉 핀(예를 들어, 스프링 장착 핀, 포고 핀 등), 접촉 패드, 및/또는 임의의 다른 적합한 접촉 기반 커넥터일 수 있다. 다중-웰 검정 플레이트를 도 42d에 도시된 바와 같이 반대 배향으로 삽입하는 경우(예를 들어, X-Y 평면에서 180도 회전), 작업 전극 커넥터(4201A)는 작업 전극 접점(3202C)과 정렬되어 접촉하지만, 보조 전극 커넥터(4201B)는 적절한 보조 전극 접점(3203C)과 접촉하지 못하고 대신에 인접 웰 전극 구조체(3101)의 보조 전극 접점(3203D)과 접촉한다. 이러한 정렬 불량으로 인해 검정 기구의 오작동이나 판독 오차가 발생할 수 있다.
도 42a는 기판(3100)에 대한 배향 중립적 전극 패턴을 예시하며, 이는 도 39a에 도시된 전극 패턴과 대부분 유사하다. 도 42a는 전극 패턴의 모든 층을 예시한다. 도 42b는 기판(3100)의 바닥면(3210)의 일부에 대한 배향 중립적 전극 접촉 패턴을 예시한다. 명시적으로 언급된 경우를 제외하고, 도 39a 및 도 39b와 동일한 식별자를 갖는 도 42a 및 도 42b의 특징부들은 구조와 기능이 실질적으로 유사하다. 예시된 부분은 기판(3100)의 상부면(3190) 상에 배치된 4개의 웰 전극 구조체(3101A)의 특징부들을 보여주고 있다. 하나의 웰 전극 구조체(3101A)에 속하는 특징부들은 점선 테두리로 윤곽선을 그려 표시되어 있다. 도 42a의 웰 전극 구조체(3101A)는 2개의 인접 웰 전극 구조체들(3101A) 사이에 공유되는 버스 바(3109A), 추가 비아 지점(3207A), 및 추가 보조 전극 접점(3203A)(도 42b에 도시됨)을 포함한다는 점에서 도 39a의 웰 전극 구조체(3101A)와 다르다. 추가 비아 지점(3207A)은 비아 지점(3207)과의 구조적 유사성(예를 들어, 전극 접점의 기부 층을 형성함)으로 인해 그렇게 지칭된다. 도 42a 및 도 42b에 예시된 바와 같이, 추가 비아 지점(3207A)은 기판(3100)의 임의의 비아(3115)와 연관되지 않을 수 있다. 버스 바(3109A)(확장된 전기 브리지(3109A)라고도 함)는 제1 웰 전극 구조체(3101A)의 비아 지점(3207)으로부터 제1 웰 전극 구조체(3101A)의 중심에 있는 웰 영역(3106)을 통해, 제2 웰 전극 구조체(3101A)의 비아 지점(3207)으로, 그리고 제2 웰 전극 구조체(3101A)의 중심에 있는 웰 영역(3106)을 통해, 제2 웰 전극 구조체(3101A)의 추가 비아 지점(3207A)으로 연장된다. 따라서, 비아 지점(3207/3207A)과 이에 따른 보조 전극 접점(3203/3203A) 사이에 연속적인 전기 경로가 확립된다. 보조 전극 접점(3203/3203A) 사이의 연속적인 전기 경로는 추가로 보조 전극 트레이스(3112)를 통해 보조 전극(3103)과 전기적으로 연결된다. 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 추가 비아 지점(3207A)은 대부분의 경우 인접 웰 전극 구조체(3101A)로부터의 비아 지점(3207)이고 다중-웰 플레이트에 새로운 구조를 반드시 추가할 필요가 없다는 점에 유의해야 할 것이다. 또한 아래에 설명된 바와 같이, 웰 전극 구조체(3101A)의 패턴의 반복 특성으로 인해, 버스 바(3109A)는 웰 전극 구조체(3101A)의 단일 행에 있는 모든 보조 전극(3103) 및 보조 전극 접점(3203/3203A)에 대한 버스 바 역할을 할 수 있다.
도 42b는 기판(3100)의 바닥면(3210)의 일부에 대한 배향 중립적 전극 접촉 패턴을 예시한다. 전극 접점 그룹(3204A)(4개가 도시됨) 각각은 각각의 웰 전극 구조체(3101A)의 전극 접점 그룹(3204)에 대응한다. 하나의 웰 전극 접점 그룹(3204A)에 속하는 특징부들은 점선 테두리로 윤곽선을 그려 표시되어 있다. 각 전극 접점 그룹(3204A)은 복수의 작업 전극 접점(3202) 및 2개의 보조 전극 접점(3203/3203A)을 포함하는 복수의 전극 접점을 포함한다. 보조 전극 접점(3203)은 도 39b에 도시된 것과 동일하고, 반면에 보조 전극 접점(3203A)은 해당 전극 접점 그룹(3204A)에 대한 추가 보조 전극 접점(3203A)(대응하는 추가 비아 지점(3207A)을 가짐)이다. 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 보조 전극 접점(3203A)은 대부분의 경우 인접 웰 전극 구조체(3101A)로부터의 보조 전극 접점(3203)이고 다중-웰 플레이트에 새로운 구조를 반드시 추가할 필요가 없다는 점에 유의해야 할 것이다.
실시형태들에서, 버스 바(3109A)를 달성하기 위해, 인쇄 프로세스의 변경이 적용될 수 있다. 기판(3100)의 바닥면(3210)에는 버스 바(3109A), 추가 비아 지점(3207A), 및 추가 보조 전극(3203A)이 형성될 수 있다. 버스 바(3109A)는 상부 층(3188) 및 바닥 층(3189)을 갖도록 형성될 수 있다. 버스 바(3109A)의 바닥 층(3189)과 추가 비아 지점(3207A)은 도 39d, 도 40a, 및 도 40b를 참조하여 설명된 바와 같이 비아 지점(3207)을 포함하는 전도성 층을 추가하는 단계에서 형성될 수 있다. 따라서, 버스 바(3109A)의 바닥층(3189) 및 추가 비아 지점(3207A)은 비아 지점(3207)과 동일한 재료(예를 들어, 은 또는 다른 전도성 금속)로 인쇄될 수 있다. 버스 바(3109A)의 상부 층(3188) 및 추가 보조 전극(3203A)은 도 39e, 도 40c, 및 도 40d를 참조하여 설명된 바와 같이 전극 접점 그룹(3204)을 포함하는 전도성 층을 추가하는 단계에서 형성될 수 있다. 따라서, 버스 바(3109A)의 상부 층(3188) 및 추가 보조 전극(3203A)은 전극 접촉 그룹(3204)과 동일한 재료(전도성 탄소 또는 임의의 다른 적합한 재료)로 인쇄될 수 있다. 추가 실시형태들에서, 버스 바(3109A), 추가 비아 지점(3207A), 및 추가 보조 전극(3203A)이 제조 프로세스 중 임의의 적절한 시간에 임의의 적절한 층에 추가될 수 있다.
도 42b의 배향 중립적 전극 접점 패턴의 결과가 도 42e 및 도 42f에 예시되어 있다. 도 42e에 예시된 바와 같이, 다중-웰 검정 플레이트가 기구 내부에 위치될 때, 작업 전극 접점(3202)은 작업 전극 커넥터(4201A)와 정렬되어 접촉하고, 보조 전극 접점(3203A)은 보조 전극 커넥터(4201B)와 정렬되어 접촉한다. 이 패턴은 분석 판독 기구에 존재하는 모든 작업 전극 커넥터(4201A 및 4201B)에서 반복된다. 위에서 논의된 바와 같이, 보조 전극 접점들(3203A)은 모두 서로 연결된다. 다중-웰 검정 플레이트를 도 42d에 도시된 바와 같이 반대 배향으로 삽입하면, 작업 전극 커넥터(4201A)가 작업 전극 접점(3202C)과 정렬되어 접촉하고, 보조 전극 커넥터(4201B)가 보조 전극 접점(3203C)과 접촉한다. 각각의 보조 전극 접점(3203C)은 서로 연결되어 있으므로 오작동이나 판독 오차가 일어나지 않는다.
도 42g는 추가적인 보조 전극 접점(3203A)을 통합하는 배향 중립적 전극 접점 패턴(4004A)을 예시한다. 도 39b의 전극 접촉 패턴에서, 각각의 웰 전극 구조체(3101)는 웰 영역(3106)의 한 측면에 위치된 단일 보조 전극 접점(3203)에 대응한다. 이 디자인에서, 웰 전극 구조체(3101)의 패턴이 반복될 때, 각 웰 전극 구조체(3101)의 보조 전극 접점(3203)은 인접 웰 전극 구조체(3101)의 패턴의 간극에 배치된다. 각각의 웰 전극 구조체(3101)의 원형 풋프린트(4911)는 도 41g 및 도 41h와 관련하여 논의된 바와 같이 인접 풋프린트(4911)와 중첩될 수 있다 따라서, 배향 중립적 전극 접점 패턴(4004A)은 패턴의 일단에서 간극을 채우기 위해 단지 몇 개의 추가적인 보조 전극 접점(3203A)의 추가만 필요할 수 있다. 8개의 행(4309)의 12개의 열(4310)을 갖는 96개 웰 플레이트에서, 도 42e에 도시된 바와 같이 8개의 추가 보조 전극 접점(3203A)을 추가하는 것이 필요할 수 있다. 배향 중립적 다중-웰 플레이트에서, 특정 행(4309)에 대한 각각의 보조 전극 접점(3203/3203A)은 버스 바 역할을 하는 연장된 전기 브리지(3109A)에 의해 내부적으로 연결될 수 있다.
도 42h 및 도 42i는 다양한 전극 커넥터 패턴에 대한 배향 중립적 웰 전극 구조체(3101A)의 패턴의 작동을 예시한다. 도 42h는 웰 전극 구조체(3101A)의 2×2 섹터(4311) 및 대응하는 섹터 전기 커넥터(4211)를 예시한다. 섹터 전기 커넥터(4211)는 웰 전극 구조체(3101A)의 전극 접점 그룹(3204A)의 2×2 섹터에 대응하는 배향 중립적 패턴으로 배열된 작업 전극 커넥터(4201A) 및 보조 전극 커넥터(4201B)를 갖는다. 도 42h에서 볼 수 있는 바와 같이, 섹터(4311)의 배향을 역전시키는 것은 적절한 정렬 및 플레이트 판독을 허용하고, 섹터 전기 커넥터(4211)가 적절하게 접촉하는 것은 방해하지 않는다.
도 42i는 웰 전극 구조체(3101A)의 2개의 열(4310A/4310B)과, 대응하는 열형(columnar) 전기 커넥터(4212)를 예시한다. 열형 전기 커넥터(4212)는 웰 전극 구조체(3101A)의 전극 접점 그룹(3204A)의 8웰 열에 대응하는 배향 중립적 패턴으로 배열된 작업 전극 커넥터(4201A) 및 보조 전극 커넥터(4201B)를 갖는다. 도 42i에서 볼 수 있는 바와 같이, 열(4310A/4310B)의 배향을 역전시키는 것은 적절한 정렬 및 플레이트 판독을 허용하고, 열형 전기 커넥터(4212)가 적절하게 접촉하는 것은 방해하지 않는다.
도 43a 내지 도 43d는 배향 중립적 플레이트 장입을 수용하는 특징부를 갖는 전극 구조 패턴을 예시한다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 도 43a 내지 도 43d의 전극 구조 패턴은 중심 위치 보조 전극 접점을 사용하여 배향 중립성을 달성한다. 도 43a는 기판(3100)의 바닥면(3210)의 일부에 대한 전극 접촉 패턴을 예시한다. 도 43b는 전체 기판에 걸친 배향 중립적 전극 구조 패턴을 예시하는 반면에, 도 43c 및 도 43d는 배향 중립적 플레이트 장입을 수용하도록 구성된 전극 구조 패턴과 배향 특정 중립적 플레이트 장입을 위해 구성된 전극 구조 패턴 간의 비교를 제공한다.
도 43a는 도 39b에 도시된 전극 접점 패턴과 대부분 유사한, 기판(3100)의 바닥면(3210)의 일부에 대한 배향 중립적 전극 패턴을 예시한다. 명시적으로 언급된 경우를 제외하고, 도 39b와 동일한 식별자를 갖는 도 43a의 특징부들은 구조와 기능이 실질적으로 유사하다. 예시된 부분은 기판(3100)의 상부면(3190) 상에 배치된 4개의 웰 전극 구조체(3101B)의 특징부들을 보여주고 있다. 하나의 웰 전극 구조체(3101B)에 속하는 특징부들은 점선 테두리로 윤곽선을 그려 표시되어 있다. 도 43a의 웰 전극 구조체(3101B)는 추가 중심 위치 보조 전극 접점(3203B), 추가 비아 지점(3207B), 및 추가 중심 위치 보조 전극 접점(3203B)과 보조 전극 접점(3203) 사이에서 연장되는 버스 바(3209B)를 포함한다는 점에서 도 39a의 웰 전극 구조체(3101)와 다르다. 추가 비아 지점(3207B)은 비아 지점(3207)과의 구조적 유사성(예를 들어, 전극 접점의 기부 층을 형성함)으로 인해 그렇게 지칭된다. 도 43a에 예시된 바와 같이, 추가 비아 지점(3207B)은 기판(3100)의 임의의 비아(3115)와 연관되지 않을 수 있다. 도 43a의 배향 중립적 전극 패턴은 예를 들어 도 39a와 비교하여 기판(3100)의 상부면(3190)에 대한 변경을 필요로 하지 않는다.
버스 바(3209B)는 각각의 웰 구조체(3101B)에 대해 추가 중심 위치 보조 전극 접점(3203B)과 보조 전극 접점(3203) 사이에 전기 경로를 제공하는 기능을 한다. 추가적인 중심 위치 보조 전극 접점(3203B)은 웰 영역(3106)의 중심에 또는 그 근처에 배치된다. 추가적인 중심 위치 보조 전극 접점(3203B)은 웰 영역(3106) 내에서 중심에 위치할 수 있다. 따라서 추가 중심 보조 전극 접점(3203B)은 기판(3100)의 상부면(3190)에 위치된 보조 전극(3103)과 반대 또는 대향하는 위치에서 기판(3100)의 바닥면(3210)에 위치될 수 있다. 따라서, 아래에서 논의되는 바와 같이, 웰 전극 구조체(3101B)(및 추가 중심 위치 보조 전극 접점(3203B))의 중심과 정렬되는 핀 또는 다른 전기 접점은 버스 바(3209B), 보조 전극 접점(3203), 및 보조 전극 트레이스(3112)를 거쳐 보조 전극(3103)과 전기 접촉하게 된다.
실시형태들에서, 추가적인 중심 위치 보조 전극(3203B)을 달성하기 위해, 인쇄 프로세스의 변경이 적용될 수 있다. 기판(3100)의 바닥면(3210)에 버스 바(3109B), 추가 비아 지점(3207B), 및 추가 중심 위치 보조 전극(3203B)이 형성될 수 있다. 버스 바(3109B)는 상부 층(3288) 및 하부 층(3289)을 갖도록 형성될 수 있다. 버스 바(3109B)의 바닥 층(3289)과 추가 비아 지점(3207B)은 도 39d, 도 40a, 및 도 40b를 참조하여 설명된 바와 같이 비아 지점(3207)을 포함하는 전도성 층을 추가하는 단계에서 형성될 수 있다. 따라서, 버스 바(3109B)의 바닥층(3289) 및 추가 비아 지점(3207B)은 비아 지점(3207)과 동일한 재료(예를 들어, 은 또는 기타 전도성 금속)로 인쇄될 수 있다. 버스 바(3109B)의 상부 층(3288) 및 추가 중심 위치 보조 전극(3203B)은 도 39e, 도 40c, 및 도 40d를 참조하여 설명된 바와 같이 전극 접점 그룹(3204)을 포함하는 전도성 층을 추가하는 단계에서 형성될 수 있다. 따라서, 버스 바(3109B)의 상부 층(3288) 및 추가 보조 전극(3203B)은 전극 접촉 그룹(3204)과 동일한 재료(전도성 탄소 또는 임의의 다른 적합한 재료)로 인쇄될 수 있다. 추가 실시형태들에서, 버스 바(3109B), 추가 비아 지점(3207B), 및 추가 보조 전극(3203B)은 제조 프로세스 중 임의의 적절한 시간에 임의의 적절한 층에 추가될 수 있다.
도 43b는 기판(3100)의 바닥면(3210) 전체에 걸쳐 추가 보조 전극 접점(3203B)을 통합하는 배향 중립적 전극 접점 패턴(4004B)을 예시한다. 배향 중립적 전극 접점 패턴(4004B)에서, 각각의 웰 전극 구조체(3101B)는 2개의 보조 전극 접점(3203, 3203B)을 가질 수 있거나, 또는 중심 위치 보조 전극 접점(3203B)만을 가질 수 있다. 배향 중립적 전극 접점 패턴(4004A)과 달리, 행(4309)의 보조 전극 접점들(3203B)은 서로 전기 절연된 상태로 유지된다.
도 43c 및 도 43d는 다양한 전극 커넥터 패턴에 대한 배향 중립적 웰 전극 구조체(3101B)의 패턴의 작동을 예시한다. 도 43c는 웰 전극 구조체(3101B)의 2×2 섹터(4313)와, 대응하는 섹터 전기 커넥터(4213)를 예시한다. 섹터 전기 커넥터(4213)는 웰 전극 구조체(3101B)의 전극 접점 그룹(3204B)의 2×2 섹터에 대응하는 배향 중립적 패턴으로 배열된 작업 전극 커넥터(4201A) 및 보조 전극 커넥터(4201B)를 갖는다. 도 43c에서 볼 수 있는 바와 같이, 섹터(4313)의 배향을 역전시키는 것은 섹터 전기 커넥터(4213)가 적절하게 접촉하는 것을 방해하지 않을 것이다.
도 43d는 웰 전극 구조체(3101B)의 2개의 열(4310A/4310B)과, 대응하는 열형 전기 커넥터(4214)를 예시한다. 열형 전기 커넥터(4214)는 웰 전극 구조체(3101B)의 전극 접점 그룹(3204B)의 8웰 열에 대응하는 배향 중립적 패턴으로 배열된 작업 전극 커넥터(4201A) 및 보조 전극 커넥터(4201B)를 갖는다. 이러한 배향 중립적 패턴은 추가 중심 위치 보조 전극 접점(3203B)에 대응하는, 작업 전극 커넥터(4201A)의 대체로 중앙에 위치된 보조 전극 커넥터(4201B)를 포함한다. 또한, 원래 위치되었던 보조 전극 접점(3203)에 대응되었을 수 있는 커넥터는 제외될 수 있다. 도 43d에서 볼 수 있는 바와 같이, 열(4310A/4310B)의 배향을 역전시키는 것은 열형 전기 커넥터(4214)가 적절하게 접촉하는 것을 방해하지 않을 것이다.
도 44a 내지 도 44c는 본원에 논의된 실시형태들에 일치하는 열형 전기 커넥터(4200)를 예시한다. 열형 전기 커넥터(4200)는 도 9a에 도시된 바와 같은 플레이트 전기 커넥터(902)와 유사할 수 있다. 열형 전기 커넥터(4200)는 접촉 핀(5201A 및 5201B)(도 44b 및 도 4c에 도시됨)에 대응하는 복수의 접촉 리드(7201A 및 7201B) 및 관련 회로(4202)를 포함한다. 접촉 핀(5201A/5201B)은 스프링 장착 핀, 포고 핀, 또는 임의의 다른 적합한 핀 유형 전기 접점일 수 있다. 접촉 핀(5201A)은 본원에 논의된 바와 같이 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 작업 전극 접점(3202)과 정렬되어 접촉하도록 구성된다. 접촉 핀(5201B)은 본원에 논의된 바와 같이 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 보조 전극 접점(3203)과 정렬되어 접촉하도록 구성된다. 열형 전기 커넥터(4200)는 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 8개 웰(하나의 열)에 동시에 주소지정하도록 구성된다. 복수의 접촉 핀(5201A/5201B)은 웰 전극 구조체(3101)를 갖는 기판(3100)의 전극 접촉 그룹(3204)의 전극 접점들에 대응하도록 위치되고 구성된다. 복수의 접촉 핀(5201A/5201B)은 열형 전기 커넥터(4200)의 회로(4202)를 통해 적절한 플레이트 판독 장치(예를 들어 [0180] 단락 참조)에 연결된다. 도 44a 내지 도 44c에 예시된 바와 같이, 열형 전기 커넥터(4200)는 8개의 웰 전극 구조체(3101)에 대응하는 복수의 접촉 핀(5201A/5201B)을 포함할 수 있다.
실시형태들에서, 예를 들어, 도 44a에 도시된 바와 같이, 웰 전극 구조체 내 동일한 위치를 갖는 특정 전극들에 대응하는 접촉 핀들(5201A)은 회로(4202)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 각 웰 전극 구조체(3101)(A, B, C, D, E, F, G, H로 표시됨)의 제1 위치(1로 표시됨)에서 작업 전극 접점(3202)과 접촉하도록 구성된 접촉 핀(5201A)은 그 각각의 웰 전극 구조체(3101)에서 제1 작업 전극 접점(3202)과 접촉하도록 구성되고, 각각의 다른 웰 전극 구조체(3101) 내 제1 작업 전극 접점(3202)과 접촉하도록 구성된 각각의 다른 접촉 핀(5201A)에 추가로 연결된다. 따라서, 단일 전기 신호는 동일한 위치를 갖는 모든 작업 전극(3102)(열형 전기 커넥터(4200)에 의해 접촉된 8개의 웰 전극 구조체들의 그룹에 있는 것)을 여기시키거나 그에 주소지정할 수 있다. 보조 전극 접점들(3203)과 정렬되어 접촉하도록 구성된 접촉 핀들(5201B)은 서로 전기적으로 연결되지 않는다.
일 실시형태에서, 총 88개의 접촉 핀(5201A/5201B)이 제공된다. 이 예시적인 실시형태에서, 88개의 접촉 핀(5201A) 중 80개가 단일 전기화학적 셀 내의 작업 전극(3102)에 대해 제공되고(8개 웰 모두의 10개 개별 지점, 예를 들어 8개의 지점 1s, 2s 등 모두에 대해 각각 하나씩), 나머지 8개의 접촉 핀(5201B)은 8개의 보조 전극(3103) 각각에 대해 제공된다. 이러한 방식으로, 각각의 보조 전극(3103)은 개별적으로 전력 공급될 수 있고 8웰 섹터로부터의 개별 작업 전극(3102) 각각은 개별적으로 통전될 수 있다(예를 들어, 모든 8개의 웰에 대해 지점 1을 통전, 모든 8개의 웰에 대해 지점 2를 통전 등등). 이 88핀 디자인의 경우, 실시형태들에서, 서브세트의 작업 전극들(3102)만이 8웰 섹터에서 동시에 통전되도록 보조 전극들(3103) 중 8개보다 적은 수의 보조 전극이 활용될 수 있다. 예를 들어, 작업 전극들(3102) 중의 지점들 중 하나(예를 들어, 지점 1)에 전위를 인가함으로써, 보조 전극 접촉 핀(5201B) 1개가 접지에 연결되고 나머지 7개가 부동하는 경우, 접지된 보조 전극(3102)이 있는 웰(3003)로부터의 작업 전극(3102)(지점 1)에만 통전되는 반면에 다른 전극에는 통전되지 않는다. 다른 예도 또한 사용될 수 있다(예를 들어, 2, 3, 4개 등의 보조 전극 접촉 핀(5201B)을 접지하고 나머지 것들을 부동 상태로 남겨둠).
실시형태들에서, 각각의 접촉 핀(5201A/5201B)은 각각의 다른 접촉 핀(5201A/5201B)으로부터 전기 절연될 수 있으며, 이는 기판의 각 전극(작업 전극 및 보조 전극)을 개별적으로 주소지정하거나 임의의 조합으로 주소지정할 수 있게 한다. 또 다른 실시형태들에서, 임의의 수의 웰 전극 구조를 동시에 처리하기 위해 임의의 수의 접촉 핀(5201A/5201B)이 제공될 수 있다. 따라서, 열형 전기 커넥터(4200)는 8개의 웰 전극 구조체를 동시에 주소지정하도록 구성되는 반면, 추가 플레이트 전기 커넥터는 더 적은 수(예를 들어, 4, 2, 1개 등의 서브세트 또는 "섹터")를 주소지정하거나 또는 더 많은 수(예를 들어, 12, 16, 24, 32, 36, 40, 48, 56, 60, 64, 72, 80, 84, 88, 96개 등의 섹터)를 주소지정하도록 구성될 수 있다. 또한, 이러한 플레이트 전기 커넥터들은 예를 들어 2×2, 4×1 등의 다르게 한 배향으로 배열될 수 있다. 섹터들은 예를 들어 도 9a 및 도 9b 및 이와 관련된 설명을 참조하여 전체적으로 더 자세히 설명된다. 추가 실시형태들에서, 접촉 핀(5201A/5201B)은 웰 전극 구조의 배열에 관계없이 임의의 다른 적절한 조합으로 서로 전기적으로 연결되거나 절연될 수 있다. 예를 들어, 커넥터를 가로지르는 모든 접촉 핀(5201A)은 전기적으로 연결될 수 있는 반면, 커넥터를 가로지르는 모든 접촉 핀(5201B)은 또한 전기적으로 연결된다. 이 배열은 모든 작업 전극과 보조 전극(3202/3203)에 동시에 통전한다. 다른 배열에서, 개별 웰 전극 구조체(3101)로부터의 작업 전극들(3202)에 대응하는 모든 접촉 핀들(5201A)이 연결될 수 있고, 이는 각 웰(3003)의 모든 지점들에 동시에 통전되게 하는 동시에 다른 지점들에는 통전되지 않게 할 수 있다.
열형 전기 커넥터(4200)는 전극 접촉 패턴(4004)으로의 연결에 적합한 핀 배열을 포함한다는 점에 유의해야 한다. 또한, 배향 중립적 전극 접촉 패턴(4004A)은 또한 열형 전기 커넥터(4200)의 핀 배열과 호환 가능한데, 왜냐하면 버스 바(3109A)는 각각의 웰 전극 구조체(3101)에 대한 보조 전극 접점(3203)에 대응하는 단일 접촉 핀(5201B)이 어느 배향에서든지 보조 전극(3103)에 전기적으로 연결되기 때문이다.
추가 실시형태들에서, 접촉 핀(5201A/5201B)은 필요에 따라 임의의 추가적인 또는 다른 웰 전극 구조체(3101)를 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 열형 전기 커넥터(4200)는 열형 전기 커넥터(4212(도 42i) 및 4214(도 43d))의 배향 중립적 패턴을 제공하도록 변경될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 열형 전기 커넥터(4200)는, 예를 들어 그룹당 추가 보조 전극 접점(예를 들어, 2, 3, 4개 이상 등) 및/또는 그룹당 더 많거나 더 적은 작업 전극 접점을 포함하여, 다양한 전극 접점 그룹을 수용하는 데 필요할 수 있는 만큼 더 많거나 더 적은 핀을 포함할 수 있다.
따라서, 열형 전기 커넥터(4200)는 임의 크기의 플레이트(예를 들어, 48개 웰, 96개 웰 등)의 작업 전극과 보조 전극의 임의의 조합이 주소지정될 수 있게 하도록 제공될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 주어진 다중-웰 플레이트의 각각의 작업 전극(3102) 및 각각의 보조 전극(3103)은 서로 전기 절연된다. 따라서, 적절한 수의 절연된 접촉 핀들이 제공된 열형 전기 커넥터(4200)는 다중-웰 플레이트(2000)의 임의의 수의 작업 전극(3202) 및 보조 전극(3103)을 임의의 조합으로 주소지정하는 데 사용될 수 있다.
도 45a 내지 도 45f는 본원에 논의된 실시형태들에 일치하는 섹터 전기 커넥터(5200/5200A/5200B)를 예시한다. 섹터 전기 커넥터(5200/5200A/5200B)는 도 9a에 도시된 바와 같은 플레이트 전기 커넥터(902)와 유사할 수 있다. 섹터 전기 커넥터(5200/5200A/5200B)는 복수의 접촉 핀(5201A/5201B) 및 관련 회로를 포함한다. 접촉 핀(5201A/5201B)은 스프링 장착 핀, 포고 핀, 또는 임의의 다른 적합한 핀 유형 전기 접점일 수 있다. 접촉 핀(5201A)은 본원에 논의된 바와 같이 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 작업 전극 접점(3202)과 정렬되어 접촉하도록 구성된다. 접촉 핀(5201B)은 본원에 논의된 바와 같이 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 보조 전극 접점(3203)과 정렬되어 접촉하도록 구성된다. 섹터 전기 커넥터(5200/5200A/5200B)는 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 2×2 섹터에 있는 4개의 웰(3003)을 동시에 주소지정하도록 구성된다. 복수의 접촉 핀(5201A/5201B)은 웰 전극 구조체(3101)를 갖는 기판(3100)의 전극 접촉 그룹(3204)의 전극 접점들에 대응하도록 위치되고 구성된다. 복수의 접촉 핀(5201A/5201B)은 섹터 전기 커넥터(5200/5200A/5200B)의 회로를 통해 적절한 플레이트 판독 장치(예를 들어 [0132] - [0141] 단락 참조)에 연결된다.
도 45a 및 도 45b는 전극 접촉 패턴(4004)에 따라 구성된 다중-웰 검정 플레이트(2000)를 주소지정하도록 구성된 섹터 전기 커넥터(5200)를 예시한다. 전극 접촉 패턴(4004A)의 배향 중립적 특성은 또한 섹터 전기 커넥터(5200)에 의해 수용될 수 있다. 도 45c 및 도 45d는 배향 중립적 전극 접촉 패턴(4004A)에 따라 구성된 다중-웰 검정 플레이트(2000)를 주소지정하도록 구성된 섹터 전기 커넥터(5200A)를 예시한다. 섹터 전기 커넥터(5200A)의 접촉 핀들(5201A/5201B)의 배열은, 전극 접점 패턴(4004B)에 따라 구성된 다중-웰 검정 플레이트(2000)에 주소지정하도록 구성된 섹터 전기 커넥터(5200B)를 예시하는 도 42h, 도 45e, 및 도 45f에 도시된 배향 중립적 섹터 전기 커넥터(4211)의 전기 커넥터(4201A/4201B)에 대응한다. 섹터 전기 커넥터(5200B)의 접촉 핀(5201A/5201B)의 배열은 도 43c에 도시된 배향 중립적 섹터 전기 커넥터(4213)의 전기 커넥터(4201A/4201B)에 대응한다.
실시형태들에서, 섹터 전기 커넥터(5200/5200A/5200B)의 접촉 핀들(5201A/5201B) 사이의 전기 연결은 열형 전기 커넥터(4200)에 대해 위에서 설명한 것과 유사한 조합으로 이루어질 수 있다. 다음 실시예들은 섹터 전기 커넥터(5200/5200A/5200B) 중 임의의 것에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 섹터 전기 커넥터(5200/5200A/5200B)의 모든 접촉 핀(5201A/5201B)은 서로 절연될 수 있고, 이는 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 임의의 작업 전극(3102)과 임의의 보조 전극(3103)을 적절한 다중화와 더불어 임의의 조합으로 통전할 수 있게 한다. 실시형태들에서, 2×2 섹터의 각 웰(3003)의 동일한 위치들에 있는 작업 전극들(3202)과 연관된 접촉 핀들(5201A)은 전기적으로 연결될 수 있는 반면에 보조 전극들(3202)과 연관된 접촉 핀들(5201B)은 절연 상태로 유지되는데, 이는 단일 웰(3003) 내 작업 전극들(3202)의 임의 조합에 통전되게 하고 다른 세 개의 웰(3003) 중 임의의 웰 내의 동일한 조합에 통전되게 한다. 실시형태들에서, 단일 웰(3003)의 모든 작업 전극(3202)과 연관된 접촉 핀들(5201A)은 전기적으로 연결될 수 있지만 각각의 다른 웰(3003)의 작업 전극들(3202)과 연관된 접촉 핀들(5201)로부터 절연될 수 있고, 이는 단일 웰(3003)의 모든 작업 전극들(3202)을 다른 웰(3003)과 별개로 동시에 통전할 수 있게 한다. 실시형태들에서, 2×2 섹터의 모든 작업 전극(3202)과 연관된 접촉 핀들(5201A)이 전기적으로 연결될 수 있고, 2×2 섹터의 모든 보조 전극(3202)과 연관된 접촉 핀들(5201B)이 전기적으로 연결될 수 있고, 이는 2×2 섹터의 모든 작업 전극들(3202)이 동시에 통전되게 한다.
추가 실시형태들에서, 섹터 전기 커넥터(5200/5200A/5200B)의 접촉 핀들(5201A/5201B)은 임의의 주어진 시간에 더 많거나 더 적은 웰 전극 구조체들(3101)을, 3×3, 4×4, 8×8, 8×12, 8×2, 8×4, 4×2 배열 및 기타 적절한 배열을 포함하여, 수용하도록 배열될 수 있다.
추가 실시형태들에서, 접촉 핀(5201A/5201B)은 필요에 따라 임의의 추가적인 또는 다른 웰 전극 구조체(3101)를 수용하도록 구성될 수 있다. 실시형태들에서, 섹터 전기 커넥터(5200/5200A/5200B)는, 예를 들어 그룹당 추가 보조 전극 접점(예를 들어, 2, 3, 4개 또는 그 이상 등) 및/또는 그룹당 더 많거나 더 적은 작업 전극 접점을 포함하여, 다양한 전극 접점 그룹을 수용하는 데 필요할 수 있는 만큼 더 많거나 더 적은 핀을 포함할 수 있다. 섹터 전기 커넥터(5200/5200A/5200B)는 임의의 크기(예를 들어, 48개 웰, 96개 웰 등)의 플레이트에 있는 작업 전극과 보조 전극의 임의의 조합이 주소지정되게 하도록 제공될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 주어진 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 각각의 작업 전극(3102) 및 각각의 보조 전극(3103)은 서로 전기 절연된다. 따라서, 적절한 수의 절연된 접촉 핀들이 제공된 섹터 플렉스 전기 커넥터(5200/5200A/5200B)는 다중-웰 플레이트(2000)의 임의의 수의 작업 전극(3202) 및 보조 전극(3103)을 임의의 조합으로 주소지정하는 데 사용될 수 있다.
도 46a 내지 도 46e는 본 발명의 실시형태에 따른 섹터 플렉스 전기 커넥터를 예시한다. 열형 전기 커넥터(4200) 및 섹터 전기 커넥터(5200/5200A/5200B)는 도시된 바와 같이 각각 88개의 접촉 핀 및 44개의 접촉 핀을 가질 수 있다. 88개 또는 44개의 스프링 장착 접촉 핀을 사용하면 모두가 접촉되어 압축될 때 상당한 양의 힘이 생성될 수 있다. 예를 들어, 열형 전기 커넥터(4200)와 섹터 전기 커넥터(5200/5200A/5200B)는 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 일부에만 접촉하기 때문에, 각각의 커넥터에 의해 가해지는 힘은 중심을 벗어난 힘과 관련된 바람직하지 않은 효과(비틀림, 휨 등)를 야기할 수 있다. 따라서, 일부 실시형태에서는 다중-웰 검정 플레이트(2000)에 더 작은 힘을 부여하는 커넥터를 사용하는 것이 유리할 수 있다.
도 46a는 본 발명의 실시형태에 따른 섹터 플렉스 전기 커넥터의 기판을 예시한다. 도 46b는 본 발명의 실시형태에 따른 섹터 플렉스 전기 커넥터 기판 상에 배치된 회로의 양측을 예시한다. 도 46c는 본 발명의 실시형태에 따른 섹터 플렉스 전기 커넥터 상에 배치된 접촉 핀들을 예시한다. 도 46d는 본 발명의 실시형태에 따른 섹터 플렉스 전기 커넥터를 사용하기 위한 예시적인 시스템을 예시한다.
섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)는 도 9a에 도시된 바와 같은 플레이트 전기 커넥터(902)와 유사할 수 있다. 섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)는 복수의 접촉 패드(6202A/6202B) 및 관련 회로(6202)를 포함한다. 접촉 패드(6202A/6202B)는 그 위에 배치된 접촉 핀들(6201A/6201B)을 포함한다. 접촉 핀들(6201A/6201B)의 모양의 일 실시형태가 도 46e에 예시되어 있다. 각 접촉 핀(6201A/6201B)은 실질적으로 원통형인 기부(7110), 테이퍼형 중앙부(7111), 및 돔형 접촉부(7112)를 포함한다. 접촉 핀(6201A)은 본원에 논의된 바와 같이 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 작업 전극 접점(3202)과 정렬되어 접촉하도록 구성된다. 접촉 핀(6201B)은 본원에 논의된 바와 같이 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 보조 전극 접점(3203)과 정렬되어 접촉하도록 구성된다. 섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)는 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 4개의 웰(2×2 섹터)을 동시에 주소지정하도록 구성된다(다른 구성은 아래에서 논의되는 바와 같이 추가 실시형태에 의해 주소지정 가능함).
복수의 접촉 핀들(6201A/6201B)은 웰 전극 구조체(3101)를 갖는 기판(3100)의 전극 접촉 그룹(3204)의 전극 접점들에 대응하도록 위치되고 구성된다. 복수의 접촉 핀(6201A/6201B)은 섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)의 회로(6202)를 통해 적절한 플레이트 판독 장치(예를 들어, [0132]-[0141] 단락 참조)에 연결될 수 있다. 도 46a 내지 도 46e에 예시된 바와 같이, 섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)는 4개의 웰 전극 구조체(3101)에 대응하는 복수의 접촉 핀(6201A/6201B)을 포함할 수 있다.
도 46a는 섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)의 기판(6205)을 예시한다. 기판(6205)은, 예를 들어, PCB에 적합한 임의의 재료로 이루어진 가요성 PCB일 수 있다. 기판(6205)은 기판(6205)의 전체 깊이를 관통해 절단된 채널(6209)을 포함한다. 채널(6209)은 도 46a에 예시된 바와 같이 열쇠 구멍 모양일 수 있거나, 임의의 다른 적절한 모양일 수 있다. 채널(6209)은 주위가 절단되어 접촉 패드(6202A/6202B) 및 접촉 패드 탭(6211)을 한정한다. 접촉 패드 탭(6211)은 일반적으로 접촉 패드(6202A/6202B)보다 좁고, 접촉 패드(6202A/6202B)를 기판(6205)의 나머지 부분에 연결한다. 채널(6209)은 패드 탭(6211)과 접촉 패드(6202A/6202B)가 서로 독립적으로 굽혀지거나 구부러질 수 있게 한다.
도 46b는 기판(6205) 상의 전기 연결을 예시한다. 각각의 접촉 패드(6202A/6202B)에 대응하는 전기 접점들(6203A/6203B)이 기판(6205) 상에 (예를 들어, 회로 인쇄 기술 또는 다른 적절한 기술에 의해) 배치된다. 전기 접점(6203A/6202B)은 적절한 전도성 재료로 이루어질 수 있다. 전기 접점(6203A/6203B)은 적합한 회로(6204)에 의해 연결 리드(6207)에 연결되며, 연결 리드는 검정 기구 또는 기기와 인터페이스하도록 구성되거나 검정 기구 또는 기기와 인터페이스하도록 구성된 커넥터에 부착되도록 구성된다.
도 46c는 각각의 접촉 패드(6202A/6202B) 상에 배치되고 그로부터 연장되며 각각의 전기 접점(6203A/6203B)에 전기적으로 연결된 접촉 핀들(6201A/6201B)을 예시한다. 접촉 패드(6202A) 상에 배치되고 전기 접점(6203A)에 전기적으로 연결된 접촉 핀들(6201A)은 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 작업 전극 접점들(3202)과 정렬되도록 구성된다. 접촉 패드(6202B) 상에 배치되고 전기 접점(6203B)에 전기적으로 연결된 접촉 핀들(6201B)은 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 보조 전극 접점들(3203)과 정렬되도록 구성된다.
실시형태들에서, 예를 들어, 도 46a 내지 도 46c에 도시된 바와 같이, 웰 전극 구조체(3101) 내 동일한 위치를 갖는 특정 전극들에 대응하는 접촉 핀들(6201A)은 회로(6202)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 각각의 웰 전극 구조체(3101)의 제1 위치에서 작업 전극 접점(3202)과 접촉하도록 구성된 접촉 핀들(6201A)을 수용하도록 구성된 전기 접점(6203A1)은 그의 웰 전극의 구조체(3101) 내 제1 위치에서 각각의 다른 전기 접점(6203A1)에 추가로 연결된다. 따라서, 단일 전기 신호는 동일한 위치를 갖는 모든 작업 전극(3202)(섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)에 의해 접촉된 4개의 웰 전극 구조체들의 섹터에 있는 것)을 여기시키거나 그에 주소지정할 수 있다. 보조 전극(3203)과 정렬되어 접촉하도록 구성된 접촉 패드들(6203B)은 서로 전기적으로 연결되지 않아서, 각 섹터 내 4개의 웰 전극 구조체(3101) 각각의 선택적 결합을 허용한다.
일 실시형태에서, 총 44개의 접촉 핀(6201A/6201B)이 제공된다. 이 예시적인 실시형태에서, 44개의 접촉 핀(6201A) 중 40개가 전기화학적 셀의 작업 전극(3102)에 대해 제공되고(모두 4개의 웰의 10개의 개별 지점, 예를 들어, 8개의 지점 1s, 2s 등 모두에 대해 각각 하나씩), 나머지 4개의 접촉 핀(6201B)이 4개의 보조 전극(3103) 각각에 대해 제공된다. 이러한 방식으로, 각각의 보조 전극(3103)은 개별적으로 전력 공급될 수 있고 4웰 섹터로부터의 개별 작업 전극(3102) 각각은 개별적으로 통전될 수 있다(예를 들어, 모든 8개의 웰에 대해 지점 1을 통전, 모든 8개의 웰에 대해 지점 2를 통전 등등). 이 44핀 디자인의 경우, 실시형태들에서, 서브세트의 작업 전극들(3102)만이 4웰 섹터에서 동시에 통전되도록 보조 전극들(3103) 중 4개보다 적은 수의 보조 전극이 활용될 수 있다. 예를 들어, 작업 전극들(3102) 중의 지점들 중 한 지점(예를 들어, 지점 1)에 전위를 인가함으로써, 보조 전극 접촉 핀(6201B) 1개가 접지에 연결되고 나머지 3개가 부동하는 경우, 접지된 보조 전극(3102)이 있는 웰(3003)으로부터의 작업 전극(3102)(지점 1)에만 통전되는 반면에 다른 전극에는 통전되지 않을 것이다. 다른 예도 또한 사용될 수 있다(예를 들어, 2, 3, 4개 등의 보조 전극 접촉 핀(6201B)을 접지하고 나머지 것들을 부동 상태로 남겨둠). 이 실시형태에 따르면, 단일 웰 전극 구조체(3101) 내의 작업 전극들(3102)의 임의의 조합이 주소지정될 수 있다. 이 동일한 조합은 나머지 3개의 웰 전극 구조체(3101) 중 임의의 것(또는 전부)에 주소지정될 수 있다.
추가 실시형태들(도시되지 않음)에서, 각각의 접촉 핀(6201A/6201B)은 각각의 다른 접촉 핀(6201A/6201B)으로부터 전기 절연될 수 있으며, 이는 기판의 각 전극(작업 전극 및 보조 전극)을 개별적으로 주소지정하거나 임의의 조합으로 주소지정할 수 있게 한다. 또 다른 실시형태들에서, 임의의 수의 웰 전극 구조체를 동시에 주소지정하기 위해 임의의 수의 접촉 핀(6201A/6201B)이 제공될 수 있다. 따라서, 섹터 전기 커넥터(6200)는 4개의 웰 전극 구조체를 동시에 주소지정하도록 구성되는 반면, 추가 플렉스 전기 커넥터는 더 적은 수(예를 들어, 2 또는 1개 웰(3003)의 서브세트 또는 "섹터")를 주소지정하거나 또는 더 많은 수(예를 들어, 12, 16, 24, 32, 36, 40, 48, 56, 60, 64, 72, 80, 84, 88, 96개 등의 섹터)를 주소지정하도록 구성될 수 있다. 또한, 이러한 플레이트 전기 커넥터들은 예를 들어 2×2, 4×1, 8×1, 8×2 등의 다르게 한 배향으로 배열될 수 있다. 섹터들은 예를 들어 도 9a 및 도 9b 및 이와 관련된 설명을 참조하여 전체적으로 더 자세히 설명된다. 추가 실시형태들에서, 접촉 핀(6201A/6201B)은 웰 전극 구조체(3101)의 배열에 관계없이 임의의 다른 적절한 조합으로 서로 전기적으로 연결되거나 절연될 수 있다. 예를 들어, 커넥터를 가로지르는 모든 접촉 핀(6201A)이 전기적으로 연결될 수 있고 이와 동시에 커넥터를 가로지르는 모든 접촉 핀(6201B)도 전기적으로 연결된다. 이 배열은 모든 작업 전극과 보조 전극(3202/3203)에 동시에 통전한다. 다른 배열에서, 개별 웰 전극 구조체(3101)로부터의 작업 전극들(3202)에 대응하는 모든 접촉 핀들(6201A)이 연결될 수 있고, 이는 각 웰(3003)의 모든 지점들에 동시에 통전되게 하는 동시에 다른 지점들에는 통전되지 않게 할 수 있다.
섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)는 전극 접촉 패턴(4004)으로의 연결에 적합한 핀 배열을 포함한다는 점에 유의해야 한다. 또한, 배향 중립적 전극 접촉 패턴(4004A)은 또한 섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)의 핀 배열과 호환 가능한데, 왜냐하면 버스 바(3109A)는 각각의 웰 전극 구조체(3101)에 대한 보조 전극 접점(3203)에 대응하는 단일 접촉 핀(6201B)이 어느 배향에서든지 보조 전극(3103)에 전기적으로 연결되기 때문이다.
추가 실시형태들에서, 접촉 핀(6201A/6201B)은 필요에 따라 임의의 추가적인 또는 다른 웰 전극 구조체(3101)(예를 들어, 배향 중립적 전극 접촉 패턴(4004A 및 4004B))을 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)는 섹터 전기 커넥터(4213(도 43c) 및 4211(도 42h))의 배향 중립적 패턴을 제공하도록 변경될 수 있다. 실시형태들에서, 섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)는 열형 전기 커넥터(4212(도 42i) 및 4214(도 43d))의 열형 배열을 수용하도록 변경될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)는, 예를 들어 그룹당 추가 보조 전극 접점들(예를 들어, 2, 3, 4개 또는 그 이상 등) 및/또는 그룹당 더 많거나 더 적은 작업 전극 접점을 포함하여, 다양한 전극 접점 그룹을 수용하는 데 필요할 수 있는 만큼 더 많거나 더 적은 핀을 포함할 수 있다. 도 46a 내지 도 46e와 관련하여 본원에 설명된 방법 및 가요성 커넥터 구조에 따라 구현되는 전기 커넥터 및 패턴(적어도 전기 커넥터(902, 4200, 4211, 4212, 4213, 4214, 5200/5200A/5200C) 및 여기에 설명된 변형을 포함)이 명시적으로 개시되어 있다는 것이 이해된다.
따라서, 섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)는 임의의 크기의 플레이트(예를 들어, 48개 웰, 96개 웰 등)의 작업 전극과 보조 전극의 임의의 조합이 주소지정되게 하도록 제공될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 주어진 다중-웰 플레이트의 각각의 작업 전극(3102) 및 각각의 보조 전극(3103)은 서로 전기 절연된다. 따라서, 적절한 수의 절연된 접촉 핀들이 제공된 섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)는 다중-웰 플레이트(2000)의 임의의 수의 작업 전극(3202) 및 보조 전극(3103)을 임의의 조합으로 주소지정하는 데 사용될 수 있다.
도 46d는 다중-웰 검정 플레이트(2000)와 함께 섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)(또는 섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)의 가요성 구조를 사용하는 임의의 전기 커넥터)를 사용하도록 구성된 시스템의 예를 예시한다. 다중-웰 검정 플레이트(2000)는, 예를 들어 내용 전체가 본원에 참조로 포함된 2019년 5월 7일자로 특허 허여된 미국 특허 제10,281,678호에 설명된 바와 같이, 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 밑면에 있는 전극 접점 패턴(4004/4004A/4004B)을 노출된 채로 남겨두는 플레이트 캐리지 프레임에 의해 지지된다. 플레이트 캐리지 프레임은 위에서 설명한 대로 노출된 전극 접점(3202/3203)을 접점 핀(6201A/6201B)과 정렬하기 위해 수평면의 액추에이터를 통해 이동된다. 그런 다음 접촉 시스템(7000)이 작동되어 섹터 플렉스 전기 커넥터(6200)가 노출된 전극 접촉부(3202/3203)와 접촉하게 된다. 접촉 시스템(7000)의 작동은 가요성 패드(7001)를 섹터 플렉스 전기 커넥터(6200) 안으로 눌러 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 밑면에 있는 전극 접점(3202/3203)과 접촉시키는 액추에이터(7002)의 결합을 포함한다. 액추에이터(7002)는, 예를 들어, 유압 액추에이터, 스테퍼 모터, 모터/연동 시스템, 또는 제어된 움직임을 제공하도록 구성된 임의의 다른 적절한 액추에이터를 포함할 수 있다. 가요성 패드(7001)는 엘라스토머, 고무, 또는 임의의 다른 적절한 가요성 재료를 포함할 수 있다. 섹터 플렉스 전극 전기 장치(6200)의 유연한 특성으로 인해, 이 결합 방법은 접촉 핀을 사용하는 커넥터에 비해 더 적은 힘을 다중-웰 검정 플레이트(2000)에 가할 수 있으므로 이와 관련된 일부 문제를 피하거나 줄일 수 있다.
도 44a 내지 도 46e는 작업 전극(3102)과 보조 전극(3103)의 다양한 조합을 주소지정(또는 통전 또는 응답 신호 전송)하는 데 사용될 수 있는 몇 가지 예시적인 전기 커넥터를 예시한다. 위에 논의된 전기 커넥터 및 전극 조합은 단지 예시일 뿐이며, 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 특성은 작업 전극(3102) 및 보조 전극(3103)의 임의의 조합을 주소지정하되, 나머지 작업 전극(3102) 또는 보조 전극(3103)을 주소지정하지 않고도, 주소지정할 수 있게 한다. 주소지정되도록 선택된 작업 전극(3102) 및 보조 전극(3103)은 선택된 작업 전극 및 선택된 보조 전극으로 지칭될 수 있다. 선택된 작업 전극 및 보조 전극(3102/3103)은 한 세트의 웰 전극 구조체들(3101)로부터 선택될 수 있다. 각각의 웰 전극 구조 내에서, 선택된 작업 전극(3102)은 지정된 작업 전극(3102)으로 지칭될 수 있다. 선택된 작업 전극(3102)의 일부 예시적인 조합은 단일 웰 전극 구조체(3101) 내의 모든 작업 전극들(3102), 한 세트의 웰 전극 구조체들(3101) 내 동일한 위치에 위치한 지정된 작업 전극들(3102)(예를 들어, 1 위치, 2 위치, 3 위치 등의 지정된 작업 전극(3102)의 모든 작업 전극뿐만 아니라 1 위치, 2 위치, 및 5 위치의 모든 작업 전극(3102)과 같은 조합 등)을 포함할 수 있고, 여기서, 한 세트의 웰 전극 구조체들(3101)은 2×2, 4×4, 8×8, 또는 N×N 섹터, 8×1 또는 8×2 또는 8×N 열, 또는 12×1, 12×2 또는 12×N 행을 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 본 발명은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(또는 매체들) 및/또는 컴퓨터 판독 가능 저장 디바이스를 포함할 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현될 수 있다. 그러한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 또는 디바이스는 프로세서로 하여금 본원에 설명된 하나 이상의 방법론들을 수행하게 하기 위한 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어들을 저장할 수 있다. 일 실시형태에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 또는 디바이스는 명령 실행 디바이스에 의해 사용되도록 한 명령어들을 유지 및 저장할 수 있는 유형의 디바이스를 포함한다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 또는 디바이스의 예들은, 예컨대 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, RAM(random access memory), ROM(read-only memory), 소거 가능한 프로그래밍 가능 판독 전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), SRAM(static random access memory), 휴대용 CD-ROM(compact disc read-only memory), DVD(digital versatile disk), 메모리 스틱 등을 예로 들 수 있지만 이에 국한되지 않는, 전자 저장 디바이스, 자기 저장 디바이스, 광학 저장 디바이스, 전자기 저장 디바이스, 반도체 저장 디바이스, 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 (전술한 바와 같은) 컴퓨터 판독 가능 저장 매체, 또는 예를 들어 동축 케이블, 동선, 및 광섬유를 포함할 수 있는 컴퓨터 판독 가능 전송 매체 둘 다 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 전송 매체는 또한, 전기파, 자기파, 또는 전자기파를 포함하여, 고주파, 적외선, 무선, 또는 기타 매체 동안 생성되는 것들과 같은 음향파 또는 광파의 형태를 취할 수 있다.
본 출원에서 사용될 수 있는 것과 같은 용어 "컴퓨터 시스템"은 고정형 및/또는 휴대용 컴퓨터 하드웨어, 소프트웨어, 주변기기들, 모바일, 및 저장 디바이스들의 다양한 조합을 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 협력적으로 수행하도록 네트워크화되거나 아니면 링크되는 복수의 개별 컴포넌트들을 포함할 수 있거나, 하나 이상의 독립형 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 본 출원의 컴퓨터 시스템의 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트들은 데스크톱, 랩톱, 및/또는 서버와 같은 고정형 및 휴대용 장치를 포함할 수 있거나 이러한 장치 안에 포함될 수 있다. 모듈은 일부 "기능"을 구현하는 디바이스, 소프트웨어, 프로그램, 또는 시스템의 컴포넌트일 수 있으며, 이는 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어, 전자 회로 등등으로 구현될 수 있다.
본 개시내용의 추가 실시형태들은 적어도 다음을 포함한다.
실시형태 1은 다중-웰 검정 플레이트이고, 이 다중-웰 검정 플레이트는, 웰 패턴으로 배열된 다중-웰 검정 플레이트의 웰들을 획정하는 상부 플레이트 개구를 갖는 상부 플레이트 - 각 웰은 하나의 웰 영역에 의해 획정됨 -; 상부 플레이트에 정합되는 상부면 및 바닥면을 갖는 기판을 포함하는 기부 플레이트; 및 복수의 웰 전극 구조체를 포함하고, 복수의 웰 전극 구조체 각각은, 상부면에 패턴화되며 보조 전극 및 복수의 작업 전극을 갖는 전극 그룹 - 복수의 작업 전극은 보조 전극 및 복수의 작업 전극 중 나머지 작업 전극으로부터 전기 절연됨 -; 및 전극 그룹에 대응하는 바닥면에 패턴화되며 복수의 전극 접점을 포함하는 전극 접점 그룹 - 복수의 전극 접점은 대응하는 작업 전극에 전기적으로 연결되는 복수의 작업 전극 접점과, 보조 전극에 전기적으로 연결되는 보조 전극 접점을 포함함 ― 을 포함한다.
실시형태 2는 실시형태 1의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 선택된 전극 그룹의 각각의 작업 전극은 선택된 전극 그룹의 복수의 작업 전극 중 나머지 작업 전극의 전기 통전과 별개로 전기 통전되도록 구성된다.
실시형태 3은 실시형태 1 또는 실시형태 2의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 선택된 전극 그룹의 복수의 작업 전극은 별개로 전기 통전되도록 구성된다.
실시형태 4는 실시형태 1 내지 실시형태 3의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 각각의 웰 전극 구조체는 복수의 웰 전극 구조체 중 나머지 것들로부터 전기 절연된다.
실시형태 5는 실시형태 1 내지 실시형태 4의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 상부면은 상부면 상의 웰 패턴에 대응하는 접착제 층을 더 포함하고, 웰 영역에는 접착제가 없다.
실시형태 6은 실시형태 1 내지 실시형태 5의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 전극 그룹은 웰 영역 내에 배치되고, 전극 접점 그룹은 웰 영역 외부에 배치되며, 복수의 웰 전극 구조체 각각은, 복수의 전극 접점에 전기적으로 연결되며 기판을 관통하는 복수의 비아를 포함하는 비아 그룹을 더 포함한다.
실시형태 7은 실시형태 1 내지 실시형태 6의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 복수의 웰 전극 구조체 각각은, 상부면에 패턴화되며 복수의 비아를 전극 그룹에 전기적으로 연결하는 복수의 전극 트레이스를 포함하는 전극 트레이스 그룹을 더 포함한다.
실시형태 8은 실시형태 1 내지 실시형태 7의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 복수의 비아는 각각 웰 영역의 약 0.019 인치 외부에 배치된다.
실시형태 9는 실시형태 1 내지 실시형태 8의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 복수의 비아는 복수의 전극 접점 각각을 복수의 전극 트레이스 각각과 연결하는 2개의 비아를 포함한다.
실시형태 10은 실시형태 1 내지 실시형태 9의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 복수의 전극 접점 각각은, 복수의 비아 중 대응하는 비아로부터 적어도 약 0.015 인치 연장되는 제1 전기 전도성 층과, 제1 전기 전도성 층으로부터 적어도 약 0.0008 인치 연장되는 제2 전기 전도성 층을 포함한다.
실시형태 11은 실시형태 1 내지 실시형태 10의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 복수의 전기 트레이스는 웰 영역 외부에 배열된 전극 접점 그룹과 웰 영역 내부에 배열된 전극 그룹 사이의 전기 연결을 제공한다.
실시형태 12는 실시형태 1 내지 실시형태 11의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 복수의 전극 트레이스 각각은 웰 영역 외부의 복수의 비아 중 대응하는 비아와 전기적으로 통하며 복수의 비아 중 대응하는 비아로부터 적어도 약 0.015 인치 연장되는 비아 접촉점, 비아 접촉점으로부터 웰 영역으로 연장되는 전기 브리지, 및 웰 영역 내부의 전기 브리지에 연결된 전극 접촉점을 포함한다.
실시형태 13은 실시형태 1 내지 실시형태 12의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 복수의 전극 트레이스 각각은, 제1 전기 전도성 층과, 제1 전기 전도성 층을 넘어 적어도 약 0.002 인치 연장되는 제2 전기 전도성 층을 포함하고, 제1 전기 전도성 층에서, 복수의 전극 트레이스 각각은 복수의 전극 트레이스의 나머지 부분으로부터 적어도 약 0.013 인치 떨어져 배치되고, 제2 전기 전도성 층에서, 복수의 전극 트레이스 각각은 복수의 전극 트레이스의 나머지 부분으로부터 적어도 약 0.010 인치 떨어져 배치된다.
실시형태 14는 실시형태 1 내지 실시형태 13의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 보조 전극은 웰 영역의 대략 중심에 배치되고, 작업 전극은 보조 전극으로부터 대략 등거리에 원형으로 배열된다.
실시형태 15는 실시형태 1 내지 실시형태 14의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 작업 전극은 복수의 작업 전극 간격만큼 서로 원형으로 분리되고, 복수의 작업 전극 간격 중 적어도 하나는 보조 전극을 보조 접점에 연결하는 복수의 전극 트레이스의 보조 전극 트레이스를 그 안에 배치할 수 있게 하는 크기로 되어 있다.
실시형태 16은 실시형태 1 내지 실시형태 15의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 보조 전극은 보조 전극에 대응하는 전극 접촉점을 지나 적어도 약 0.008 인치 연장되는 제3 전기 전도성 층을 포함한다.
실시형태 17은 실시형태 1 내지 실시형태 16의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 복수의 작업 전극 각각은 대응하는 작업 전극과 연관된 전극 접촉점 위에 배치된 제4 전도성 층을 포함한다.
실시형태 18은 실시형태 1 내지 실시형태 17의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 복수의 작업 전극 각각은 복수의 작업 전극의 나머지 부분으로부터 적어도 약 0.0014 인치 떨어져 배치된다.
실시형태 19는 실시형태 1 내지 실시형태 18의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 기판의 상부면은, 복수의 전극 웰 구조체 각각의 전극 그룹을 노출시키고 기판의 상부면의 나머지 부분을 덮는 패턴으로 배치된 제1 절연층을 더 포함한다.
실시형태 20은 실시형태 1 내지 실시형태 19의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 복수의 웰 전극 구조체는 48개의 웰 전극 구조체를 포함한다.
실시형태 21은 실시형태 1 내지 실시형태 20의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 복수의 웰 전극 구조체는 96개의 웰 전극 구조체를 포함한다.
실시형태 22는 실시형태 1 내지 실시형태 21의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 전극 접점 그룹은 배향 중립적 패턴으로 배열된다.
실시형태 23은 실시형태 1 내지 실시형태 22의 플레이트로서, 보조 전극 접점과 인접 웰 전극 구조체의 인접 보조 전극 접점 사이의 전기 연결을 제공하도록 구성되며 기판의 바닥면에 패턴화된 버스 바를 더 포함한다.
실시형태 24는 실시형태 1 내지 실시형태 23의 플레이트로서, 보조 전극 접점과 기판의 상부면에 배치된 보조 전극 반대편의 기판의 바닥면에 배치된 추가 중심 보조 전극 접점 사이의 전기적 연결을 제공하도록 구성되며 기판의 바닥면에 패턴화된 버스 바를 더 포함한다.
실시형태 25는 실시형태 1 내지 실시형태 24의 플레이트이고, 이 실시형태에서, 적어도 하나의 보조 전극은 Ag/AgCl을 포함한다.
실시형태 26은 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법으로서, 다중-웰 검정 플레이트는 웰 패턴으로 배열된 복수의 웰; 각각이 복수의 웰의 하나의 웰에 대응하는 복수의 웰 전극 구조체를 포함하고, 복수의 웰 전극 구조체 각각은, 웰의 바닥에 패턴화되며 보조 전극 및 복수의 작업 전극을 갖는 전극 그룹을 포함하며, 복수의 작업 전극은 보조 전극 및 복수의 작업 전극 중 나머지 작업 전극으로부터 전기 절연되고; 이 방법은 선택된 웰 전극 구조체와 연관된 선택된 보조 전극과 선택된 작업 전극 사이에 전압 전위를 생성하는 단계; 선택된 웰 전극 구조체의 미통전(unenergized) 작업 전극들의 실질적인 전기 절연을 유지하는 단계; 및 전압 전위에 대한 응답을 측정하는 단계를 포함한다.
실시형태 27은 실시형태 26의 방법으로서, 복수의 선택된 웰 전극 구조체로부터 선택된 작업 전극과 대응하는 보조 전극 사이에 복수의 전압 전위를 생성하는 단계; 복수의 선택된 웰 전극 구조체 각각 내의 미통전 작업 전극들의 실질적인 전기 절연을 유지하는 단계; 및 복수의 전압 전위에 대한 복수의 응답을 측정하는 단계를 더 포함한다.
실시형태 28은 실시형태 26 또는 실시형태 27의 방법이고, 이 실시형태에서, 복수의 전압 전위를 생성하는 단계와 복수의 응답을 측정하는 단계가 실질적으로 동시에 수행된다.
실시형태 29는 실시형태 26 내지 실시형태 28의 방법으로서, 복수의 응답을 측정하는 단계에 후속하여, 복수의 선택된 웰 전극 구조체 각각의 미통전 작업 전극들에 대해 순차적으로, 복수의 선택된 웰 전극 구조체들 각각으로부터의 각각의 미통전 작업 전극 접점들과 대응하는 보조 전극들 사이에 순차적인 복수의 전압 전위를 생성하는 단계; 복수의 선택된 웰 전극 구조체 각각 내의 미통전 작업 전극들의 실질적인 전기 절연을 유지하는 단계; 및 순차적인 복수의 전압 전위에 대한 복수의 응답을 측정하는 단계를 더 포함한다.
실시형태 30은 실시형태 26 내지 실시형태 29의 방법으로서, 선택된 웰 전극 구조체와 연관된 선택된 보조 전극과 제2 선택된 작업 전극 사이에 제2 전압 전위를 생성하는 단계; 선택된 웰 전극 구조체의 미통전 작업 전극들의 실질적인 전기 절연을 유지하는 단계; 및 제2 전압 전위에 대한 제2 응답을 측정하는 단계를 더 포함한다.
실시형태 31은 실시형태 26 내지 실시형태 30의 방법이고, 이 실시형태에서, 다중-웰 검정 플레이트는, 대응하는 작업 전극에 전기적으로 연결되는 복수의 작업 전극 접점 및 보조 전극에 전기적으로 연결되는 보조 전극 접점을 포함하는 복수의 전극 접점을 포함하며 다중-웰 검정 플레이트의 바닥면에 패턴화되는 전극 접점 그룹을 더 포함하고, 전압 전위를 생성하는 단계는 복수의 전극 접점을, 복수의 전극 접점에 대응하도록 배열된 복수의 핀을 포함하는 플레이트 전기 커넥터와 접촉시키는 단계, 복수의 전극 접점 중 선택된 전극 접점에 전압을 인가하는 단계를 포함하고, 선택된 전극 접점은 복수의 작업 전극 중 선택된 작업 전극에 전기적으로 연결된다.
실시형태 32는 실시형태 26 내지 실시형태 31의 방법으로서, 선택된 웰 전극 구조체와 연관된 단 하나의 선택된 보조 전극과 단 하나의 선택된 작업 전극 사이에 전압 전위를 생성하는 단계를 더 포함한다.
실시형태 33은 실시형태 26 내지 실시형태 32의 방법으로서, 전극 그룹의 복수의 작업 전극 모두보다 적은 복수의 선택된 작업 전극과 선택된 보조 전극 사이에 전압 전위를 생성하는 단계를 더 포함한다.
실시형태 34는 실시형태 26 내지 실시형태 33의 방법으로서, 복수의 웰 중 적어도 하나의 웰에 생물학적 샘플을 침적시키는 단계를 더 포함한다.
실시형태 35는 실시형태 26 내지 실시형태 34의 방법으로서, 전압 전위를 생성하도록 구성된 기구에 다중-웰 검정 플레이트를 장입하는 단계를 더 포함하고, 다중- 웰 검정 플레이트는 제1 배향 또는 제1 배향과 180도 다른 제2 배향에서 배향 중립적으로 장입되도록 구성된다.
실시형태 36은 실시형태 26 내지 실시형태 35의 방법이고, 이 실시형태에서, 다중-웰 검정 플레이트는 제1 다중-웰 검정 플레이트이고, 이 방법은 제1 다중-웰 검정 플레이트를, 제1 배향으로 전압 전위를 생성하도록 구성된 기구에 장입하는 단계; 및 제2 다중-웰 검정 플레이트를 제1 배향과 180도 다른 제2 배향으로 기구에 장입하는 단계를 더 포함하고, 전압 전위는 제1 배향의 제1 다중-웰 검정 플레이트와 제2 배향의 제2 다중-웰 검정 플레이트에 유효한 검정 전기 상태를 생성한다.
실시형태 37은 실시형태 26 내지 실시형태 35의 방법이고, 이 실시형태에서, 선택된 작업 전극은 선택된 웰 전극 구조체의 작업 전극 모두를 포함한다.
실시형태 38은 실시형태 26 내지 실시형태 36의 방법이고, 이 실시형태에서, 선택된 작업 전극은 전극 웰 구조체 세트로부터 선택되고, 작업 전극 세트는 웰 전극 구조체 세트의 각 웰 전극 구조체로부터의 동일한 수의 지정된 작업 전극들을 포함하고, 작업 전극 세트의 지정된 작업 전극들은 웰 전극 구조체 세트의 각 웰 전극 구조체 내 동일한 각각의 위치에 위치한다.
실시형태 39는 실시형태 26 내지 실시형태 37의 방법이고, 이 실시형태에서, 전극 웰 구조체 세트는 2×2, 4×4, 또는 8×8 섹터의 전극 웰 구조체들을 포함한다.
실시형태 40은 실시형태 26 내지 실시형태 38의 방법이고, 이 실시형태에서, 전극 웰 구조체 세트는 8×1열 또는 12×1행의 전극 웰 구조체들을 포함한다.
실시형태 41은 실시형태 26 내지 실시형태 39의 방법이고, 이 실시형태에서, 지정된 작업 전극들은 각각의 웰 전극 구조체 내 하나의 선택된 작업 전극, 또는 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 또는 9개의 선택된 작업 전극의 조합을 포함한다.
실시형태 42는 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법이고, 이 방법은 기판에 복수의 구멍을 형성하는 단계; 기판의 제1 측에 제1 전도성 재료 층을 도포하는 단계 - 제1 전도성 층은 복수의 구멍을 채워 복수의 비아를 형성함 -; 기판의 제1 측에 제2 전도성 재료 층을 도포하는 단계 - 제2 전도성 층은 제1 전도성 층 위에 덮어 씌워져서 복수의 전극 접점을 형성함 -; 기판의 제2 측에 제3 전도성 재료 층을 도포하는 단계 - 제3 전도성 층은 복수의 전기 트레이스를 형성하고, 복수의 전기 트레이스는 복수의 비아를 복수의 보조 전극 및 복수의 작업 전극에 연결함 -; 기판의 제2 측에 제4 전도성 재료 층을 도포하는 단계 - 제4 전도성 층은 복수의 보조 전극을 형성함 -; 기판의 제2 측 상의 제3 전도성 층 위에 제5 전도성 재료 층을 도포하는 단계; 기판의 제2 측에 제6 전도성 재료 층을 도포하는 단계 - 제6 전도성 층은 복수의 작업 전극을 형성함 -; 기판의 제2 측에 절연 재료 층을 도포하는 단계 - 절연 층은 복수의 보조 전극 및 복수의 작업 전극을 노출시키며, 기판의 제2 측의 나머지 부분을 절연함 -; 및 웰 패턴으로 배열된 다중-웰 검정 플레이트의 웰들을 획정하는 상부 플레이트 개구들을 갖는 상부 플레이트에 기판을 부착하는 단계 - 각 웰은 하나의 웰 영역에 의해 획정됨 - 를 포함한다.
실시형태 43은 실시형태 42의 방법이고, 이 실시형태에서, 복수의 보조 전극, 복수의 작업 전극, 복수의 전기 트레이스, 복수의 비아, 및 복수의 전극 접점이 복수의 웰 전극 구조체에 배열되고, 각각의 웰 전극 구조체는, 복수의 작업 전극 중 나머지 작업 전극 및 복수의 보조 전극으로부터 전기 절연된 복수의 보조 전극 중 하나의 보조 전극을 가지며 제2 측에 패턴화된 전극 그룹; 대응하는 작업 전극에 전기적으로 연결된 복수의 전극 접점 중의 작업 전극 접점과, 보조 전극에 전기적으로 연결된 보조 전극 접점을 포함하는 전극 접점 그룹; 전극 접점 그룹 중 대응하는 것에 연결된 복수의 비아 중의 비아들을 포함하는 비아 그룹; 및 비아 그룹의 대응 비아를 전극 그룹의 대응 전극에 연결하는 복수의 전기 트레이스 중의 전기 트레이스들을 포함하는 전기 트레이스 그룹을 포함한다.
실시형태 44는 실시형태 42 내지 실시형태 43의 방법이고, 이 실시형태에서, 보조 전극은 복수의 작업 전극 중 원형으로 배열된 작업 전극 그룹으로 둘러싸여 있다.
실시형태 49는 실시형태 42 내지 실시형태 44의 방법이고, 이 실시형태에서, 복수의 구멍을 형성하는 단계는 웰 영역으로부터 적어도 약 0.019 인치 떨어져 배치된 구멍 쌍들을 형성하는 단계를 포함한다.
실시형태 45는 실시형태 42 내지 실시형태 45의 방법이고, 이 실시형태에서, 제1 전도성 층을 도포하는 단계는 비아 둘레에 제1 전도성 층을 실질적으로 원형인 패턴으로 도포하는 단계를 포함한다.
실시형태 47은 실시형태 42 내지 실시형태 46의 방법이고, 이 실시형태에서, 실질적으로 원형인 패턴은 대응하는 비아로부터 적어도 약 0.0015 인치 연장된다.
실시형태 48은 실시형태 42 내지 실시형태 47의 방법이고, 이 실시형태에서, 제2 전도성 층을 도포하는 단계는 제2 전도성 층을 제1 전도성 층의 경계로부터 약 0.008 인치 연장하는 단계를 포함한다.
실시형태 49는 실시형태 42 내지 실시형태 43의 방법이고, 이 실시형태에서, 제3 전도성 층을 도포하는 단계는 웰 영역 외부에 위치하는 복수의 비아와 웰 영역 내부에 위치하는 복수의 작업 전극 및 복수의 보조 전극 사이에 전기적 연결을 제공하는 단계를 포함한다.
실시형태 50은 실시형태 42 내지 실시형태 49의 방법이고, 이 실시형태에서, 제3 전도성 층을 도포하는 단계는 복수의 전기 트레이스 중 상이한 것들에 대응하는 제3 전도성 층의 부분들 사이에 적어도 약 0.013 인치를 유지하는 단계, 및 제3 전도성 층을 복수의 비아 중 대응하는 비아로부터 적어도 약 0.015 인치 연장하는 단계를 포함한다.
실시형태 51은 실시형태 42 내지 실시형태 50의 방법이고, 이 실시형태에서, 제4 전도성 층을 도포하는 단계는 원형인 작업 전극 그룹의 중심에 복수의 보조 전극을 위치시키는 단계를 포함한다.
실시형태 52는 실시형태 42 내지 실시형태 51의 방법이고, 이 실시형태에서, 제5 전도성 층을 도포하는 단계는 제5 전도성 층을 제3 전도성 층으로부터 약 0.002 인치 연장하는 단계를 포함한다.
실시형태 53은 실시형태 42 내지 실시형태 52의 방법이고, 이 실시형태에서, 제5 전도성 층을 도포하는 단계는 복수의 전기 트레이스 중 상이한 것들에 대응하는 제5 전도성 층의 부분들 사이에 적어도 약 0.010 인치를 유지하는 단계를 포함한다.
실시형태 54는 실시형태 42 내지 실시형태 53의 방법이고, 이 실시형태에서, 제6 전도성 층을 도포하는 단계는 작업 전극을 적용하는 단계와, 복수의 작업 전극 중의 인접 작업 전극들 사이에 약 0.014 인치의 간극을 유지하는 단계를 포함한다.
실시형태 55는 실시형태 42 내지 실시형태 54의 방법이고, 이 실시형태에서, 절연층을 도포하는 단계는 절연층을 복수의 작업 전극의 가장자리로부터 안쪽으로 약 0.007 인치 연장하는 단계를 포함한다.
실시형태 56은 기판을 실시형태 42 내지 실시형태 55의 방법이고, 이 실시형태에서, 기판을 상부 플레이트에 접착하는 단계는 웰 영역 외부의 기판의 제2 측에 접착제를 도포하는 단계를 포함한다.
실시형태 57은 전기화학적 분석을 수행하기 위한 전기화학적 셀로서, 이 전기화학적 셀은, 셀의 표면 상에 배치되며 패턴을 획정하는 복수의 작업 전극 구역; 및 표면 상에 배치된 적어도 하나의 보조 전극을 포함하며, 복수의 작업 전극 구역 각각은 서로 전기 절연되고 보조 전극으로부터 전기 절연된다.
실시형태 58은 실시형태 57의 셀이고, 이 실시형태에서, 패턴은 단락이 방지되도록 작업 전극 구역들 사이에 충분한 거리를 제공하도록 구성된다.
실시형태 59는 실시형태 57 또는 실시형태 58의 셀이고, 이 실시형태에서, 복수의 작업 전극 구역의 개별 작업 전극 구역은 전기 통전되도록 함과 동시에 복수의 작업 전극 구역의 나머지 구역을 미통전 상태로 유지하도록 구성된다.
실시형태 60은 실시형태 57 내지 실시형태 59의 셀이고, 이 실시형태에서, 복수의 작업 전극 구역의 개별 작업 전극 구역에 전기를 통전시키는 것은 개별 작업 전극 구역과 보조 전극 사이에 전압 전위를 생성하는 것을 포함한다.
실시형태 61은 실시형태 57 내지 실시형태 60의 셀이고, 이 실시형태에서, 복수의 작업 전극 구역의 개별 작업 전극 구역에 전기를 통전하는 것은 상이한 개별 작업 전극 구역들과 보조 전극 사이에 복수의 전압 전위를 생성하는 것을 포함한다.
실시형태 62는 실시형태 57 내지 실시형태 61의 셀이고, 이 실시형태에서, 전기화학적 셀은 플레이트의 일부이다.
실시형태 63은 실시형태 57 내지 실시형태 62의 셀이고, 이 실시형태에서, 전기화학적 셀은 카트리지의 일부이다.
실시형태 64는 실시형태 57 내지 실시형태 63의 셀이고, 이 실시형태에서, 전기화학적 셀은 유동 셀의 일부이다.
실시형태 65는 실시형태 57 내지 실시형태 64의 셀이고, 이 실시형태에서, 보조 전극은 전기화학적 셀의 중심에 배치되고, 작업 전극은 보조 전극으로부터 대략 등거리에 원형으로 배열되고, 원형에는 보조 전극 트레이스의 통과를 허용하여 보조 전극이 보조 전극 접점에 연결되도록 구성된 간극이 포함된다.
실시형태 66은 실시형태 57 내지 실시형태 65의 셀이고, 이 실시형태에서, 전기화학적 분석은 전기화학발광(ECL) 분석을 포함한다.
실시형태 67은 실시형태 57 내지 실시형태 66의 셀이고, 이 실시형태에서, 적어도 하나의 보조 전극은 Ag/AgCl을 포함한다.
실시형태 68은 다중-웰 검정 플레이트와 검정 기구 사이에 인터페이스를 제공하도록 구성된 전기 커넥터이고, 이 전기 커넥터는 다중-웰 검정 플레이트의 바닥면에 작업 전극 접점들의 패턴에 따라 배열된 제1 복수의 전극 커넥터; 다중-웰 검정 플레이트의 바닥면에 보조 전극 접점들의 패턴에 따라 배열된 제2 복수의 전극 커넥터; 및 제1 복수의 전극 커넥터 및 제2 복수의 전극 커넥터를 검정 기구에 연결하도록 구성된 복수의 회로를 포함한다.
실시형태 69는 실시형태 68의 전기 커넥터이고, 이 실시형태에서, 제1 복수의 전극 커넥터와 제2 복수의 전극 커넥터는 서로 전기 절연되어 있다.
실시형태 70은 실시형태 68 또는 실시형태 69의 전기 커넥터이고, 이 실시형태에서, 제1 복수의 전극 커넥터는 전극 커넥터 세트들로 나누어지고, 각 전극 커넥터 세트는 다중-웰 검정 플레이트의 단일 웰의 작업 전극 접점들과 연결되도록 배열된 개별 커넥터들을 가지며, 각 전극 커넥터 세트 내의 동일한 위치들에 위치한 개별 전극 커넥터들은 서로 전기적으로 연결되고 다른 개별 전극 커넥터들과 전기 절연되며, 제2 복수의 전극 커넥터는 서로 전기 절연된다.
실시형태 71은 실시형태 68 내지 실시형태 70의 전기 커넥터이고, 이 실시형태에서, 제1 복수의 전극 커넥터와 제2 복수의 전극 커넥터는 각각 접촉 핀들을 포함한다.
실시형태 72는 실시형태 68 내지 실시형태 71의 전기 커넥터이고, 이 실시형태에서, 제1 복수의 전극 커넥터와 제2 복수의 전극 커넥터는 각각 접촉 패드들을 포함한다.
실시형태 73은 실시형태 68 내지 실시형태 72의 전기 커넥터이고, 이 실시형태에서, 제1 복수의 전극 커넥터 각각과 제2 복수의 전극 커넥터 각각은 서로 전기 절연되어 있다.
실시형태 74는 실시형태 65 내지 실시형태 73의 전기 커넥터이고, 이 실시형태에서, 전극 커넥터는 각 전극 커넥터 세트의 다중-웰 검정 플레이트의 제1 복수의 전극 커넥터 및 제1 복수의 관련 작업 전극의 개별의 것들에는 통전시키되 다중-웰 검정 플레이트의 다른 개별 전극 커넥터들 및 제2 복수의 관련 작업 전극에는 통전시키지 않도록 구성된다.
실시형태 75는 실시형태 68 내지 실시형태 74의 전기 커넥터이고, 이 실시형태에서, 전극 커넥터는 각 전극 커넥터 세트 내 동일한 위치들에 위치한 개별 전극 커넥터들과 각 전극 커넥터 세트의 다중-웰 검정 플레이트의 제1 복수의 관련 작업 전극에는 통전시키되 다중-웰 검정 플레이트의 다른 개별 전극 커넥터들 및 제2 복수의 관련 작업 전극에는 통전시키지 않도록 구성된다.
실시형태 76은 실시형태 68 내지 실시형태 75의 전기 커넥터이고, 이 실시형태에서, 제2 복수의 전극 커넥터는 제1 배향 또는 제1 배향과 180도 다른 제2 배향에서 배향 중립적 방식으로 다중-웰 검정 플레이트와 접촉하도록 구성된다.
실시형태 77은 하나 이상의 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법으로서, 다중-웰 검정 플레이트는 웰 패턴으로 배열된 복수의 웰; 복수의 웰 전극 구조체를 포함하고, 복수의 웰 전극 구조체 각각은 다중-웰 검정 플레이트의 바닥에 배향 중립적 패턴으로 패턴화된 전극 접점 그룹으로서, 보조 전극과 전기적으로 통하는 보조 전극 접점과, 복수의 작업 전극과 전기적으로 통하는 복수의 작업 전극 접점을 갖는, 전극 접점 그룹을 포함하며; 이 방법은, 하나 이상의 다중-웰 검정 플레이트 중 제1 다중-웰 검정 플레이트를, 전압 전위를 생성하도록 구성된 기구에 장입하는 단계, 제1 다중-웰 검정 플레이트의 선택된 웰 전극 구조체와 연관된 선택된 보조 전극과 선택된 작업 전극 사이에 전압 전위를 생성하는 단계; 및 전압 전위에 대한 응답을 측정하는 단계를 포함하며, 전압 전위는 유효한 검정 전기 상태를 생성한다.
실시형태 78은 실시형태 77의 방법이고, 이 실시형태에서, 다중-웰 검정 플레이트의 장입은 배향 중립적 장입 작업으로 수행되고, 전압 전위는 배향 중립적 장입 작업의 제1 배향 및 제2 배향 중 어느 하나에서 유효한 검정 전기 상태를 생성한다.
실시형태 79는 실시형태 77 내지 실시형태 78의 방법으로서, 제1 다중-웰 검정 플레이트를, 제1 배향으로 전압 전위를 생성하도록 구성된 기구에 장입하는 단계; 및 제2 다중-웰 검정 플레이트를 제1 배향과 180도 다른 제2 배향으로 기구에 장입하는 단계를 더 포함하고, 전압 전위는 결과적으로 제1 배향의 제1 다중-웰 검정 플레이트와 제2 배향의 제2 다중-웰 검정 플레이트에 유효한 검정 전기 상태를 생성한다.
실시형태 80은 다중-웰 검정 플레이트이고, 이 다중-웰 검정 플레이트는, 웰 패턴으로 배열된 다중-웰 검정 플레이트의 웰들을 획정하는 상부 플레이트 개구를 갖는 상부 플레이트 - 각 웰은 하나의 웰 영역에 의해 획정됨 -; 상부 플레이트에 정합되는 상부면 및 바닥면을 갖는 기판을 포함하는 기부 플레이트; 및 복수의 웰 전극 구조체를 포함하고, 복수의 웰 전극 구조체 각각은, 상부면에 패턴화된 전극 그룹; 및 전극 그룹에 대응하는 배향 중립적 패턴으로 바닥면에 패턴화되며 복수의 전극 접점을 포함하는 전극 접점 그룹을 포함하고, 복수의 전극 접점은 대응하는 작업 전극에 전기적으로 연결되는 복수의 작업 전극 접점과, 보조 전극에 전기적으로 연결되는 보조 전극 접점을 포함한다.
실시형태 81은 실시형태 80의 플레이트로서, 보조 전극 접점과 인접 웰 전극 구조체의 인접 보조 전극 접점 사이의 전기 연결을 제공하도록 구성되며 기판의 바닥면에 패턴화된 버스 바를 더 포함한다.
실시형태 82는 실시형태 80 또는 실시형태 81의 플레이트로서, 보조 전극 접점과 보조 전극 반대편에 배치된 추가 중심 보조 전극 접점 사이에 전기 연결을 제공하도록 구성되며 기판의 바닥면에 패턴화된 버스 바를 더 포함한다.
본원에서 사용된 용어는 단지 특정 실시형태들을 설명하기 위한 것이지, 발명을 제한하려는 것이 아니다. 본원에서 사용된 바와 같이, 단수 형태("a", "an", 및 "the")는 맥락상 명확하게 달리 표시하지 않는 한은 복수 형태도 포함하도록 의도된 것이다. "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는 본 명세서에서 사용될 때에는 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 하나 또는 그 초과의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 컴포넌트들, 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다.
위에서 설명된 실시형태들은 예시적인 예들이고, 본 발명은 이러한 특정 실시형태들로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본원에서 설명된 다양한 실시형태들은 발명의 설명 및 첨부 도면에 구체적으로 제시된 조합들과는 상이한 조합들로 조합될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 실시예의 여하에 따라서는, 본원에서 설명된 프로세스들 또는 방법들 중의 임의의 것의 어떤 행위들 또는 이벤트들은 상이한 순서로 수행될 수 있거나, 추가될 수 있거나, 병합될 수 있거나, 또는 모두 제외(예를 들어, 모든 설명된 행위들 또는 이벤트들이 방법들 또는 프로세스들을 수행하는 데 필요하지 않을 수 있음)될 수 있다는 것도 이해되어야 한다. 또한, 그의 실시형태들의 어떤 특징들은 명확성을 위해 단일 모듈 또는 유닛에 의해 수행되는 것으로 설명되지만, 본원에서 설명된 특징들 및 기능들은 유닛들 또는 모듈들의 임의의 조합에 의해 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 당업자는 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정을 가할 수 있다.
본 개시내용에 따른 다양한 실시형태들이 위에 설명되었지만, 그 실시형태들은 단지 예시와 예로서 제시된 것이지 제한으로 제시된 것이 아님을 이해해야 한다. 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 형태 및 세부 사항에 대해 다양한 변경이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시내용의 외연 및 범위는 전술한 예시적인 실시형태들 중 임의의 것에 의해 제한되지 않아야 하고, 단지 첨부된 청구범위 및 이의 균등물들에 따라 정의되어야 한다. 본원에서 논의된 각 실시형태의 각각의 특징과, 본원에 인용된 각 참고 문헌의 각각의 특징은 임의의 다른 실시형태의 특징과 조합하여 사용될 수 있다는 것도 이해될 것이다. 달리 말하면, 다중-웰 플레이트의 양태들은 본원에 설명된 다른 방법들과의 임의의 조합으로 사용될 수 있거나, 그 방법들이 별개로 사용될 수 있다. 본원에 논의된 모든 특허 및 간행물은 그 전체가 본원에 원용되어 포함된다.
Claims (82)
- 다중-웰 검정 플레이트로서,
웰 패턴으로 배열된 상기 다중-웰 검정 플레이트의 웰들을 획정하는 상부 플레이트 개구를 갖는 상부 플레이트 - 각 웰은 하나의 웰 영역에 의해 획정됨 -;
상기 상부 플레이트에 정합되는 상부면 및 바닥면을 갖는 기판을 포함하는 기부 플레이트; 및
복수의 웰 전극 구조체를 포함하고, 상기 복수의 웰 전극 구조체 각각은,
상기 상부면에 패턴화되며 보조 전극 및 복수의 작업 전극을 갖는 전극 그룹 - 상기 복수의 작업 전극은 상기 보조 전극 및 상기 복수의 작업 전극 중 나머지 작업 전극으로부터 전기 절연됨 -; 및
상기 전극 그룹에 대응하는 바닥면에 패턴화되며 복수의 전극 접점을 포함하는 전극 접점 그룹 - 상기 복수의 전극 접점은 대응하는 작업 전극에 전기적으로 연결되는 복수의 작업 전극 접점과, 상기 보조 전극에 전기적으로 연결되는 보조 전극 접점을 포함함 ― 을 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
선택된 전극 그룹의 각각의 작업 전극은 상기 선택된 전극 그룹의 상기 복수의 작업 전극 중 나머지 작업 전극의 전기 통전과 별개로 전기 통전되도록 구성된, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
선택된 전극 그룹의 복수의 작업 전극은 별개로 전기 통전되도록 구성된, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
각각의 웰 전극 구조체는 상기 복수의 웰 전극 구조체 중 나머지 것들로부터 전기 절연된, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
상기 상부면은 상기 상부면 상의 상기 웰 패턴에 대응하는 접착제 층을 더 포함하고, 상기 웰 영역에는 접착제가 없는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제5항에 있어서,
상기 전극 그룹은 상기 웰 영역 내에 배치되고, 상기 전극 접점 그룹은 상기 웰 영역 외부에 배치되며, 상기 복수의 웰 전극 구조체 각각은,
상기 복수의 전극 접점에 전기적으로 연결되며 상기 기판을 관통하는 복수의 비아를 포함하는 비아 그룹을 더 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제6항에 있어서,
상기 복수의 웰 전극 구조체 각각은, 상기 상부면에 패턴화되며 상기 복수의 비아를 상기 전극 그룹에 전기적으로 연결하는 복수의 전극 트레이스를 포함하는 전극 트레이스 그룹을 더 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제6항에 있어서,
상기 복수의 비아는 각각 상기 웰 영역의 약 0.019 인치 외부에 배치된, 다중-웰 검정 플레이트. - 제6항에 있어서,
상기 복수의 비아는 상기 복수의 전극 접점 각각을 복수의 전극 트레이스 각각과 연결하는 2개의 비아를 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제6항에 있어서,
상기 복수의 전극 접점 각각은,
상기 복수의 비아 중 대응하는 비아로부터 적어도 약 0.015 인치 연장되는 제1 전기 전도성 층과, 상기 제1 전기 전도성 층으로부터 적어도 약 0.0008 인치 연장되는 제2 전기 전도성 층을 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제6항에 있어서,
복수의 전기 트레이스는 상기 웰 영역 외부에 배열된 상기 전극 접점 그룹과 상기 웰 영역 내부에 배열된 상기 전극 그룹 사이의 전기 연결을 제공하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제6항에 있어서,
복수의 전극 트레이스 각각은,
상기 웰 영역 외부의 상기 복수의 비아 중 대응하는 비아와 전기적으로 통하며 상기 복수의 비아 중 대응하는 비아로부터 적어도 약 0.015 인치 연장되는 비아 접촉점, 상기 비아 접촉점으로부터 상기 웰 영역으로 연장되는 전기 브리지, 및 상기 웰 영역 내부의 상기 전기 브리지에 연결된 전극 접촉점을 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제12항에 있어서,
상기 복수의 전극 트레이스 각각은,
제1 전기 전도성 층, 및
상기 제1 전기 전도성 층을 넘어 적어도 약 0.002 인치 연장되는 제2 전기 전도성 층을 포함하고,
상기 제1 전기 전도성 층에서, 상기 복수의 전극 트레이스 각각은 상기 복수의 전극 트레이스의 나머지 부분으로부터 적어도 약 0.013 인치 떨어져 배치되고, 상기 제2 전기 전도성 층에서, 상기 복수의 전극 트레이스 각각은 상기 복수의 전극 트레이스의 나머지 부분으로부터 적어도 약 0.010 인치 떨어져 배치된, 다중-웰 검정 플레이트. - 제12항에 있어서,
상기 보조 전극은 상기 웰 영역의 대략 중심에 배치되고, 상기 작업 전극은 상기 보조 전극으로부터 대략 등거리에 원형으로 배열된, 다중-웰 검정 플레이트. - 제12항에 있어서,
상기 작업 전극은 복수의 작업 전극 간격만큼 서로 원형으로 분리되고, 상기 복수의 작업 전극 간격 중 적어도 하나는 상기 보조 전극을 상기 보조 접점에 연결하는 상기 복수의 전극 트레이스의 보조 전극 트레이스를 그 안에 배치할 수 있게 하는 크기로 되어 있는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제15항에 있어서,
상기 보조 전극은 상기 보조 전극에 대응하는 상기 전극 접촉점을 지나 적어도 약 0.008 인치 연장되는 제3 전기 전도성 층을 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제15항에 있어서,
상기 복수의 작업 전극 각각은 대응하는 작업 전극과 연관된 상기 전극 접촉점 위에 배치된 제4 전도성 층을 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제17항에 있어서,
상기 복수의 작업 전극 각각은 상기 복수의 작업 전극의 나머지 부분으로부터 적어도 약 0.0014 인치 떨어져 배치된, 다중-웰 검정 플레이트. - 제15항에 있어서,
상기 기판의 상기 상부면은, 상기 복수의 전극 웰 구조체 각각의 상기 전극 그룹을 노출시키고 상기 기판의 상기 상부면의 나머지 부분을 덮는 패턴으로 배치된 제1 절연층을 더 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
상기 보조 전극은 인접 웰 전극 구조체의 보조 전극과 전기적으로 연결되는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
상기 보조 전극 접점은 상기 작업 전극 접점들의 중심에 배치된, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
상기 전극 접점 그룹은 배향 중립적 패턴으로 배열된, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
상기 보조 전극 접점과 인접 웰 전극 구조체의 인접 보조 전극 접점 사이의 전기 연결을 제공하도록 구성되며 상기 기판의 상기 바닥면에 패턴화된 버스 바를 더 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
상기 보조 전극 접점과 상기 기판의 상기 상부면에 배치된 상기 보조 전극 반대편의 상기 기판의 상기 바닥면에 배치된 추가 중심 보조 전극 접점 사이의 전기적 연결을 제공하도록 구성되며 상기 기판의 상기 바닥면에 패턴화된 버스 바를 더 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 보조 전극은 Ag/AgCl을 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법으로서, 상기 다중-웰 검정 플레이트는,
웰 패턴으로 배열된 복수의 웰;
상기 복수의 웰의 하나의 웰에 각각 대응하는 복수의 웰 전극 구조체를 포함하며, 상기 복수의 웰 전극 구조체 각각은,
상기 웰의 바닥에 패턴화되며 보조 전극 및 복수의 작업 전극을 갖는 전극 그룹을 포함하며, 상기 복수의 작업 전극은 상기 보조 전극 및 상기 복수의 작업 전극 중 나머지 작업 전극으로부터 전기 절연되고;
상기 방법은
선택된 웰 전극 구조체와 연관된 선택된 보조 전극과 선택된 작업 전극 사이에 전압 전위를 생성하는 단계;
상기 선택된 웰 전극 구조체의 미통전 작업 전극들의 실질적인 전기 절연을 유지하는 단계; 및
전압 전위에 대한 응답을 측정하는 단계를 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제26항에 있어서,
복수의 선택된 웰 전극 구조체로부터 선택된 작업 전극과 대응하는 보조 전극 사이에 복수의 전압 전위를 생성하는 단계;
상기 복수의 선택된 웰 전극 구조체 각각 내의 미통전 작업 전극들의 실질적인 전기 절연을 유지하는 단계; 및
상기 복수의 전압 전위에 대한 복수의 응답을 측정하는 단계를 더 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제27항에 있어서,
상기 복수의 전압 전위를 생성하는 단계와 상기 복수의 응답을 측정하는 단계가 실질적으로 동시에 수행되는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제27항에 있어서,
상기 복수의 응답을 측정하는 단계에 후속하여, 상기 복수의 선택된 웰 전극 구조체 각각의 상기 미통전 작업 전극들에 대해 순차적으로,
상기 복수의 선택된 웰 전극 구조체들 각각으로부터의 각각의 상기 미통전 작업 전극 접점들과 대응하는 보조 전극들 사이에 순차적인 복수의 전압 전위를 생성하는 단계;
상기 복수의 선택된 웰 전극 구조체 각각 내의 상기 미통전 작업 전극들의 실질적인 전기 절연을 유지하는 단계; 및
상기 순차적인 복수의 전압 전위에 대한 복수의 응답을 측정하는 단계를 더 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제26항에 있어서,
상기 선택된 웰 전극 구조체와 연관된 상기 선택된 보조 전극과 제2 선택된 작업 전극 사이에 제2 전압 전위를 생성하는 단계;
상기 선택된 웰 전극 구조체의 상기 미통전 작업 전극들의 실질적인 전기 절연을 유지하는 단계; 및
상기 제2 전압 전위에 대한 제2 응답을 측정하는 단계를 더 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제26항에 있어서,
상기 다중-웰 검정 플레이트는, 대응하는 작업 전극에 전기적으로 연결되는 복수의 작업 전극 접점 및 상기 보조 전극에 전기적으로 연결되는 보조 전극 접점을 포함하는 복수의 전극 접점을 포함하며 상기 다중-웰 검정 플레이트의 바닥면에 패턴화되는 전극 접점 그룹을 더 포함하고, 상기 전압 전위를 생성하는 단계는
상기 복수의 전극 접점을, 상기 복수의 전극 접점에 대응하도록 배열된 복수의 핀을 포함하는 플레이트 전기 커넥터와 접촉시키는 단계, 상기 복수의 전극 접점 중 선택된 전극 접점에 전압을 인가하는 단계를 포함하고, 상기 선택된 전극 접점은 상기 복수의 작업 전극 중 선택된 작업 전극에 전기적으로 연결되는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제26항에 있어서,
상기 선택된 웰 전극 구조체와 연관된 단 하나의 선택된 보조 전극과 단 하나의 선택된 작업 전극 사이에 전압 전위를 생성하는 단계를 더 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제26항에 있어서,
상기 전극 그룹의 상기 복수의 작업 전극 모두보다 적은 복수의 선택된 작업 전극과 상기 선택된 보조 전극 사이에 전압 전위를 생성하는 단계를 더 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제26항에 있어서,
상기 복수의 웰 중 적어도 하나의 웰에 생물학적 샘플을 침적시키는 단계를 더 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제26항에 있어서,
전압 전위를 생성하도록 구성된 기구에 상기 다중-웰 검정 플레이트를 장입하는 단계를 더 포함하고, 상기 다중- 웰 검정 플레이트는 제1 배향 또는 상기 제1 배향과 180도 다른 제2 배향에서 배향 중립적으로 장입되도록 구성되고,
상기 전압 전위는 상기 제1 배향 및 상기 제2 배향에서 유효한 검정 전기 상태를 생성하는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제26항에 있어서,
상기 다중-웰 검정 플레이트는 제1 다중-웰 검정 플레이트이고, 상기 방법은
상기 제1 다중-웰 검정 플레이트를, 제1 배향으로 전압 전위를 생성하도록 구성된 기구에 장입하는 단계; 및
제2 다중-웰 검정 플레이트를 상기 제1 배향과 180도 다른 제2 배향으로 상기 기구에 장입하는 단계를 더 포함하고,
상기 전압 전위는 상기 제1 배향의 상기 제1 다중-웰 검정 플레이트와 상기 제2 배향의 상기 제2 다중-웰 검정 플레이트에 유효한 검정 전기 상태를 생성하는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제27항에 있어서,
상기 선택된 작업 전극은 선택된 웰 전극 구조체의 작업 전극 모두를 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제27항에 있어서,
상기 선택된 작업 전극은 전극 웰 구조체 세트로부터 선택되고, 작업 전극 세트는 웰 전극 구조체 세트의 각 웰 전극 구조체로부터의 동일한 수의 지정된 작업 전극들을 포함하고, 상기 작업 전극 세트의 상기 지정된 작업 전극들은 상기 웰 전극 구조체 세트의 각 웰 전극 구조체 내 동일한 각각의 위치에 위치하는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제38항에 있어서,
상기 전극 웰 구조체 세트는 2×2, 4×4, 또는 8×8 섹터의 전극 웰 구조체들을 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제38항에 있어서,
상기 전극 웰 구조체 세트는 8×1열 또는 12×1행의 전극 웰 구조체들을 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제38항에 있어서,
상기 지정된 작업 전극들은 각각의 웰 전극 구조체 내 하나의 선택된 작업 전극, 또는 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 또는 9개의 선택된 작업 전극의 조합을 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법으로서,
기판에 복수의 구멍을 형성하는 단계;
상기 기판의 제1 측에 제1 전도성 재료 층을 도포하는 단계 - 상기 제1 전도성 층은 상기 복수의 구멍을 채워 복수의 비아를 형성함 -;
상기 기판의 상기 제1 측에 제2 전도성 재료 층을 도포하는 단계 - 상기 제2 전도성 층은 상기 제1 전도성 층 위에 덮어 씌워져서 복수의 전극 접점을 형성함 -;
상기 기판의 제2 측에 제3 전도성 재료 층을 도포하는 단계 - 상기 제3 전도성 층은 복수의 전기 트레이스를 형성하고, 상기 복수의 전기 트레이스는 상기 복수의 비아를 복수의 보조 전극 및 복수의 작업 전극에 연결함 -;
상기 기판의 상기 제2 측에 제4 전도성 재료 층을 도포하는 단계 - 상기 제4 전도성 층은 상기 복수의 보조 전극을 형성함 -;
상기 기판의 상기 제2 측 상의 상기 제3 전도성 층 위에 제5 전도성 재료 층을 도포하는 단계;
상기 기판의 상기 제2 측에 제6 전도성 재료 층을 도포하는 단계 - 상기 제6 전도성 층은 상기 복수의 작업 전극을 형성함 -;
상기 기판의 상기 제2 측에 절연 재료 층을 도포하는 단계 - 상기 절연 층은 상기 복수의 보조 전극 및 상기 복수의 작업 전극을 노출시키며, 상기 기판의 상기 제2 측의 나머지 부분을 절연함 -; 및
웰 패턴으로 배열된 상기 다중-웰 검정 플레이트의 웰들을 획정하는 상부 플레이트 개구들을 갖는 상부 플레이트에 상기 기판을 부착하는 단계 - 각 웰은 하나의 웰 영역에 의해 획정됨 - 를 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법. - 제42항에 있어서,
상기 복수의 보조 전극, 상기 복수의 작업 전극, 상기 복수의 전기 트레이스, 상기 복수의 비아, 및 상기 복수의 전극 접점이 복수의 웰 전극 구조체에 배열되고, 각각의 웰 전극 구조체는,
상기 복수의 작업 전극 중 나머지 작업 전극 및 상기 복수의 보조 전극으로부터 전기 절연된 상기 복수의 보조 전극 중 하나의 보조 전극을 가지며 상기 제2 측에 패턴화된 전극 그룹;
대응하는 작업 전극에 전기적으로 연결된 상기 복수의 전극 접점 중의 작업 전극 접점과, 상기 보조 전극에 전기적으로 연결된 보조 전극 접점을 포함하는 전극 접점 그룹;
상기 전극 접점 그룹 중 대응하는 것에 연결된 상기 복수의 비아 중의 비아들을 포함하는 비아 그룹; 및
상기 비아 그룹의 대응 비아를 상기 전극 그룹의 대응 전극에 연결하는 상기 복수의 전기 트레이스 중의 전기 트레이스들을 포함하는 전기 트레이스 그룹을 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법. - 제42항에 있어서,
상기 보조 전극은 상기 복수의 작업 전극 중 원형으로 배열된 작업 전극 그룹으로 둘러싸여 있는, 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법. - 제42항에 있어서,
상기 복수의 구멍을 형성하는 단계는 상기 웰 영역으로부터 적어도 약 0.019 인치 떨어져 배치된 구멍 쌍들을 형성하는 단계를 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법. - 제42항에 있어서,
상기 제1 전도성 층을 도포하는 단계는 상기 비아 둘레에 상기 제1 전도성 층을 실질적으로 원형인 패턴으로 도포하는 단계를 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법. - 제46항에 있어서,
상기 실질적으로 원형인 패턴은 대응하는 비아로부터 적어도 약 0.0015 인치 연장되는, 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법. - 제47항에 있어서,
상기 제2 전도성 층을 도포하는 단계는 상기 제2 전도성 층을 상기 제1 전도성 층의 경계로부터 약 0.008 인치 연장하는 단계를 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법. - 제42항에 있어서,
상기 제3 전도성 층을 도포하는 단계는 상기 웰 영역 외부에 위치하는 상기 복수의 비아와 상기 웰 영역 내부에 위치하는 상기 복수의 작업 전극 및 상기 복수의 보조 전극 사이에 전기적 연결을 제공하는 단계를 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법. - 제44항에 있어서,
상기 제3 전도성 층을 도포하는 단계는 상기 복수의 전기 트레이스 중 상이한 것들에 대응하는 상기 제3 전도성 층의 부분들 사이에 적어도 약 0.013 인치를 유지하는 단계, 및 상기 제3 전도성 층을 상기 복수의 비아 중 대응하는 비아로부터 적어도 약 0.015 인치 연장하는 단계를 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법. - 제42항에 있어서,
상기 제4 전도성 층을 도포하는 단계는 원형인 작업 전극 그룹의 중심에 상기 복수의 보조 전극을 위치시키는 단계를 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법. - 제42항에 있어서,
상기 제5 전도성 층을 도포하는 단계는 상기 제5 전도성 층을 상기 제3 전도성 층으로부터 약 0.002 인치 연장하는 단계를 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법. - 제42항에 있어서,
상기 제5 전도성 층을 도포하는 단계는 상기 복수의 전기 트레이스 중 상이한 것들에 대응하는 상기 제5 전도성 층의 부분들 사이에 적어도 약 0.010 인치를 유지하는 단계를 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법. - 제42항에 있어서,
상기 제6 전도성 층을 도포하는 단계는 상기 작업 전극을 도포하는 단계와, 상기 복수의 작업 전극 중의 인접 작업 전극들 사이에 약 0.014 인치의 간극을 유지하는 단계를 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법. - 제42항에 있어서,
상기 절연층을 도포하는 단계는 상기 절연층을 상기 복수의 작업 전극의 가장자리로부터 안쪽으로 약 0.007 인치 연장하는 단계를 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법. - 제42항에 있어서,
상기 기판을 상기 상부 플레이트에 접착하는 단계는 상기 웰 영역 외부의 상기 기판의 상기 제2 측에 접착제를 도포하는 단계를 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법. - 전기화학적 분석을 수행하기 위한 전기화학적 셀로서, 상기 전기화학적 셀은,
상기 셀의 표면 상에 배치되며 패턴을 획정하는 복수의 작업 전극 구역; 및
상기 표면 상에 배치된 적어도 하나의 보조 전극을 포함하며, 상기 복수의 작업 전극 구역 각각은 서로 전기 절연되고 보조 전극으로부터 전기 절연된, 전기화학적 분석을 수행하기 위한 전기화학적 셀. - 제53항에 있어서,
상기 패턴은 단락이 방지되도록 상기 작업 전극 구역들 사이에 충분한 거리를 제공하도록 구성된, 전기화학적 분석을 수행하기 위한 전기화학적 셀. - 제53항에 있어서,
상기 복수의 작업 전극 구역의 개별 작업 전극 구역은 전기 통전되도록 함과 동시에 상기 복수의 작업 전극 구역의 나머지 구역을 미통전 상태로 유지하도록 구성된, 전기화학적 분석을 수행하기 위한 전기화학적 셀. - 제59항에 있어서,
상기 복수의 작업 전극 구역의 개별 작업 전극 구역에 전기를 통전시키는 것은 상기 개별 작업 전극 구역과 상기 보조 전극 사이에 전압 전위를 생성하는 것을 포함하는, 전기화학적 분석을 수행하기 위한 전기화학적 셀. - 제59항에 있어서,
상기 복수의 작업 전극 구역의 개별 작업 전극 구역에 전기를 통전하는 것은 상이한 개별 작업 전극 구역들과 상기 보조 전극 사이에 복수의 전압 전위를 생성하는 것을 포함하는, 전기화학적 분석을 수행하기 위한 전기화학적 셀. - 제57항에 있어서,
상기 전기화학적 셀이 플레이트의 일부인, 전기화학적 분석을 수행하기 위한 전기화학적 셀. - 제57항에 있어서,
상기 전기화학적 셀이 카트리지의 일부인, 전기화학적 분석을 수행하기 위한 전기화학적 셀. - 제57항에 있어서,
상기 전기화학적 셀이 플로우 셀의 일부인, 전기화학적 분석을 수행하기 위한 전기화학적 셀. - 제57항에 있어서,
상기 보조 전극이 상기 전기화학적 셀의 중심에 배치되고, 상기 작업 전극이 상기 보조 전극으로부터 대략 등거리에 원형으로 배열되고, 상기 원형에는 보조 전극 트레이스의 통과를 허용하여 상기 보조 전극이 보조 전극 접점에 연결되도록 구성된 간극이 포함되는, 전기화학적 분석을 수행하기 위한 전기화학적 셀. - 제57항에 있어서,
상기 전기화학적 분석은 전기화학발광(ECL) 분석을 포함하는, 전기화학적 분석을 수행하기 위한 전기화학적 셀. - 제57항에 있어서,
상기 적어도 하나의 보조 전극은 Ag/AgCl을 포함하는, 전기화학적 분석을 수행하기 위한 전기화학적 셀. - 다중-웰 검정 플레이트와 검정 기구 사이에 인터페이스를 제공하도록 구성된 전기 커넥터로서,
다중-웰 검정 플레이트의 바닥면에 작업 전극 접점들의 패턴에 따라 배열된 제1 복수의 전극 커넥터;
상기 다중-웰 검정 플레이트의 상기 바닥면에 보조 전극 접점들의 패턴에 따라 배열된 제2 복수의 전극 커넥터; 및
상기 제1 복수의 전극 커넥터 및 상기 제2 복수의 전극 커넥터를 상기 검정 기구에 연결하도록 구성된 복수의 회로를 포함하는, 전기 커넥터. - 제68항에 있어서,
상기 제1 복수의 전극 커넥터와 상기 제2 복수의 전극 커넥터가 서로 전기 절연된, 전기 커넥터. - 제68항에 있어서,
상기 제1 복수의 전극 커넥터는 전극 커넥터 세트들로 나누어지고, 각 전극 커넥터 세트는 상기 다중-웰 검정 플레이트의 단일 웰의 작업 전극 접점들과 연결되도록 배열된 개별 커넥터들을 가지며,
각 전극 커넥터 세트 내의 동일한 위치들에 위치한 개별 전극 커넥터들은 서로 전기적으로 연결되고 다른 개별 전극 커넥터들과 전기 절연되며,
상기 제2 복수의 전극 커넥터는 서로 전기 절연된, 전기 커넥터. - 제68항에 있어서,
상기 제1 복수의 전극 커넥터와 상기 제2 복수의 전극 커넥터는 각각 접촉 핀들을 포함하는, 전기 커넥터. - 제68항에 있어서,
상기 제1 복수의 전극 커넥터와 상기 제2 복수의 전극 커넥터는 각각 접촉 패드들을 포함하는, 전기 커넥터. - 제69항에 있어서,
상기 제1 복수의 전극 커넥터 각각과 상기 제2 복수의 전극 커넥터 각각이 서로 전기 절연된, 전기 커넥터. - 제73항에 있어서,
상기 전극 커넥터는 각 전극 커넥터 세트의 상기 다중-웰 검정 플레이트의 상기 제1 복수의 전극 커넥터 및 제1 복수의 관련 작업 전극의 개별의 것들에는 통전시키되 상기 다중-웰 검정 플레이트의 다른 개별 전극 커넥터들 및 제2 복수의 관련 작업 전극에는 통전시키지 않도록 구성된, 전기 커넥터. - 제74항에 있어서,
상기 전극 커넥터는 각 전극 커넥터 세트 내 동일한 위치들에 위치한 상기 개별 전극 커넥터들과 각 전극 커넥터 세트의 상기 다중-웰 검정 플레이트의 제1 복수의 관련 작업 전극에는 통전시키되 상기 다중-웰 검정 플레이트의 다른 개별 전극 커넥터들 및 제2 복수의 관련 작업 전극에는 통전시키지 않도록 구성된, 전기 커넥터. - 제68항에 있어서,
상기 제2 복수의 전극 커넥터는 제1 배향 또는 상기 제1 배향과 180도 다른 제2 배향에서 배향 중립적 방식으로 다중-웰 검정 플레이트와 접촉하도록 구성된, 전기 커넥터. - 하나 이상의 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법으로서, 다중-웰 검정 플레이트 각각은,
웰 패턴으로 배열된 복수의 웰; 및
상기 복수의 웰의 하나의 웰에 각각 대응하는 복수의 웰 전극 구조체를 포함하며, 상기 복수의 웰 전극 구조체 각각은,
다중-웰 검정 플레이트의 바닥에 배향 중립적 패턴으로 패턴화된 전극 접점 그룹으로서, 보조 전극과 전기적으로 통하는 보조 전극 접점과, 복수의 작업 전극과 전기적으로 통하는 복수의 작업 전극 접점을 갖는, 상기 전극 접점 그룹을 포함하고,
상기 방법은
상기 하나 이상의 다중-웰 검정 플레이트 중 제1 다중-웰 검정 플레이트를, 전압 전위를 생성하도록 구성된 기구에 장입하는 단계;
상기 제1 다중-웰 검정 플레이트의 선택된 웰 전극 구조체와 연관된 선택된 보조 전극과 선택된 작업 전극 사이에 전압 전위를 생성하는 단계; 및
상기 전압 전위에 대한 반응을 측정하는 단계를 포함하며, 상기 전압 전위는 유효한 검정 전기 상태를 생성하는, 하나 이상의 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제77항에 있어서,
상기 제1 다중-웰 검정 플레이트의 장입은 배향 중립적 장입 작업으로 수행되고, 상기 전압 전위는 상기 배향 중립적 장입 작업의 제1 배향 및 제2 배향 중 어느 하나에서 유효한 검정 전기 상태를 생성하는, 하나 이상의 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 제77항에 있어서,
상기 제1 다중-웰 검정 플레이트를, 제1 배향으로 전압 전위를 생성하도록 구성된 기구에 장입하는 단계; 및
상기 하나 이상의 다중-웰 검정 플레이트의 제2 다중-웰 검정 플레이트를 상기 제1 배향과 180도 다른 제2 배향으로 상기 기구에 장입하는 단계를 더 포함하고,
상기 전압 전위는 결과적으로 상기 제1 배향의 상기 제1 다중-웰 검정 플레이트와 상기 제2 배향의 상기 제2 다중-웰 검정 플레이트에 유효한 검정 전기 상태를 생성하는, 하나 이상의 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법. - 다중-웰 검정 플레이트로서,
웰 패턴으로 배열된 다중-웰 검정 플레이트의 웰들을 획정하는 상부 플레이트 개구를 갖는 상부 플레이트 - 각 웰은 하나의 웰 영역에 의해 획정됨 -;
상기 상부 플레이트에 정합되는 상부면 및 바닥면을 갖는 기판을 포함하는 기부 플레이트; 및
복수의 웰 전극 구조체를 포함하고, 상기 복수의 웰 전극 구조체 각각은,
상기 상부면에 패턴화된 전극 그룹; 및
상기 전극 그룹에 대응하는 배향 중립적 패턴으로 상기 바닥면에 패턴화되며 복수의 전극 접점을 포함하는 전극 접점 그룹을 포함하고, 상기 복수의 전극 접점은 대응하는 작업 전극에 전기적으로 연결되는 복수의 작업 전극 접점과, 보조 전극에 전기적으로 연결되는 보조 전극 접점을 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제80항에 있어서,
상기 보조 전극 접점과 인접 웰 전극 구조체의 인접 보조 전극 접점 사이의 전기 연결을 제공하도록 구성되며 상기 기판의 상기 바닥면에 패턴화된 버스 바를 더 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제80항에 있어서,
상기 보조 전극 접점과 상기 보조 전극 반대편에 배치된 추가 중심 보조 전극 접점 사이에 전기 연결을 제공하도록 구성되며 상기 기판의 상기 바닥면에 패턴화된 버스 바를 더 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트.
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