KR20240126861A - 전기화학 셀 디바이스 및 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
다중-웰 검정 플레이트가 제공된다. 다중-웰 검정 플레이트는 적어도 복수의 웰을 정의하는 상부 플레이트와 웰 전극 구조(3101)가 패턴화된 기판(3100)을 갖는 베이스 플레이트를 포함한다. 웰 전극 구조는 각각 작동 전극 버스 바(3190) 및 보조 전극 패턴(3191)의 일부를 포함하는 복수의 섹터 전기 구조로 배열된다. 기판은 하부 표면(3210)에 패터닝된 적어도 하나의 작동 전극 접점(3204) 및 하부 표면에 배치된 보조 전극 접촉 패턴(3291)을 더 포함하고, 보조 전극 접촉 패턴은 절개부(3295)를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2022년 1월 4일에 출원된 미국 가출원 번호 63/296,287의 우선권을 주장하며, 이 출원의 개시는 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
기술분야
본 명세서의 실시예는 화학적, 생화학적 및 생물학적 검정 및 분석의 수행에서 전기화학 셀(electrochemical cell)들을 사용하는 시스템, 장치 및 방법, 그리고 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
검정은 타겟 엔티티(예를 들어, 분석물)의 존재, 양 또는 기능적 활동을 정성적으로 평가하거나 정량적으로 측정하기 위한 화학, 실험 의학, 약리학, 환경 생물학, 분자 생물학 등의 조사(분석) 절차이다. 검정 시스템은 전기화학 속성 및 절차를 사용하여 타겟 엔티티를 정성적 및 정량적으로 평가할 수 있다. 예를 들어, 검정 시스템은 전기화학 프로세스에 의해 야기되는 타겟 엔티티를 포함하는 샘플 영역에서 전위, 전류 및/또는 휘도를 측정하고 측정된 데이터에 대해 다양한 분석 절차(예를 들어, 전위차법, 전기량법, 전압전류법, 광학 분석 등)를 수행함으로써 타겟 엔티티를 평가할 수 있다.
전기화학 속성 및 절차를 활용하는 검정 시스템은 전기화학 프로세스를 개시 및 제어하고 결과 데이터를 측정하기 위한 하나 이상의 전극들(예를 들어, 작동 전극, 상대 전극 및 기준 전극)을 갖는 샘플 영역(예를 들어, 웰, 다중-웰 플레이트의 웰 등)을 포함할 수 있다. 전극의 설계 및 구성에 따라, 검정 시스템은 참조 시스템과 비참조 시스템으로 분류될 수 있다. 예를 들어, 작동 전극은 관심 반응이 일어나는 검정 시스템의 전극이다. 작동 전극은 샘플 영역에서 전위차, 전류 흐름 및/또는 전기장을 설정하기 위해 상대 전극과 함께 사용된다. 전위차는 작동 전극과 상대 전극의 계면 전위들 사이에서 분할될 수 있다. 비참조 시스템에서 작동 전극에 적용된 계면 전위(전극에서 반응을 유도하는 힘)는 제어되거나 알려지지 않는다. 참조 시스템에서, 샘플 영역은 작동 전극과 상대 전극과 분리된 참조 전극을 포함한다. 기준 전극은 알려진 전위(예를 들어, 환원 전위)를 가지며, 이는 샘플 영역에서 발생하는 반응 동안에 참조될 수 있다.
이러한 분석 시스템의 한 예는 전기화학발광(ECL) 면역검정(immunoassay)이다. ECL 면역검정은 전기화학으로 자극될 때 광을 방출하도록 설계된 ECL 라벨을 사용하는 프로세스를 포함한다. 테스트 중인 재료를 유자하고 있는 샘플 영역에 위치된 전극에 전압이 가해지면 광이 발생한다. 전압은 주기적인 산화 및 환원 반응을 트리거하여 광을 생성하고 방출한다. ECL에서 ECL을 담당하는 전기화학 반응은 작동 전극과 상대 전극 사이에 전위차를 적용함으로써 구동된다.
본 명세서의 실시예에 따라 다중-웰 검정 플레이트(multi-well assay plate)가 개시된다. 다중-웰 검정 플레이트는 웰 패턴으로 배열된 다중-웰 검정 플레이트의 웰을 정의하는 상부 플레이트 개구를 갖는 상부 플레이트-각각의 웰은 웰 영역으로 정의됨-, 상부 표면과 하부 표면을 갖는 기판-상부 표면이 상부 플레이트에 정합됨-, 및 복수의 웰 전극 구조를 형성하는 복수의 섹터 전극 구조-복수의 섹터 전극 구조 각각은 복수의 웰 전극 구조를 형성하는 복수의 섹터 전극 구조를 포함하고, 복수의 섹터 전극 구조 각각은 상부 표면에 증착된 적어도 하나의 작동 전극 버스 바 및 상부 표면에 증착된 보조 전극 패턴의 일부를 포함함-; 적어도 하나의 작동 전극 버스바와 전기적으로 연통되는 하부 표면에 패턴화된 적어도 하나의 작동 전극 접점; 및 보조 전극 패턴과 전기적으로 연통되도록 하부 표면에 배치되는 보조 전극 콘택 패턴을 포함하고, 보조 전극 콘택 패턴은 제1 복수의 절개부 및 제2 복수의 절개부를 포함한다. 제1 복수의 절개부는 적어도 하나의 작동 전극 접점을 수용하도록 구성되고, 제2 복수의 절개부는 복수의 절연 구역(isolation zone)을 생성하도록 구성된다.
본 실시예에 따르면, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법이 개시된다. 다중-웰 검정 플레이트는 웰 패턴으로 배열된 복수의 웰, 복수의 웰에 대응하는 복수의 웰 전극 구조를 형성하는 복수의 섹터 전극 구조-복수의 섹터 전극 구조 각각은 복수의 작동 전극 구역을 형성하는 다중-웰 검정 플레이트의 기판 상부 표면에 증착된 적어도 하나의 작동 전극 버스 바; 및 상부 표면에 증착되어 복수의 보조 전극 구역을 형성하는 보조 전극 패턴의 일부를 포함함-, 보조 전극 패턴과 연통되며, 제1 복수의 절개부 및 제2 복수의 절개부를 포함하는 보조 전극 접촉 패턴, 제1 복수의 절개부에서 다중-웰 검정 플레이트의 하부 표면에 배치되고 대응하는 작동 전극 버스 바에 전기적으로 연결된 복수의 작동 전극 접점, 및 제2 복수의 절개부 내에 배치된 복수의 절연 구역을 포함한다. 방법은 선택된 섹터 전극 구조와 관련된 적어도 하나의 작동 전극 버스 바에 의해 형성된 복수의 작동 전극 구역과 선택된 섹터 전극 구조와 관련된 복수의 보조 전극 구역 사이에 전압 전위를 생성하는 단계, 선택된 섹터 전극 구조의 복수의 작동 전극 구역과 나머지 섹터 전극 구조의 나머지 작동 전극 구역 사이에 실질적인 전기 절연을 유지하는 단계 및 전압 전위에 대한 응답을 측정하는 단계를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 복수의 웰을 포함하는 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법이 개시된다. 방법은 기판에 복수의 홀을 형성하는 단계, 기판의 제1 측에 제1 전도성 재료의 층을 적용하는 단계-제1 전도성 층은 상기 복수의 홀을 채워 복수의 비아를 형성하고, 복수의 작동 전극 접촉 베이스 및 보조 전극 접촉 패턴 베이스를 제공함-, 기판의 제1 측에 제2 전도성 재료의 층을 적용하는 단계-제2 전도성 층은 제1 전도성 층 위에 높이고 복수의 작동 전극 접점과, 제1 복수의 절개부와 제2 복수의 절개부를 갖는 보조 전극 접점 패턴을 형성하고, 작동 전극 접점은 상기 제1 복수의 절개부 내에 형성되고, 절연 구역은 상기 제2 복수의 절개부로 형성됨-, 기판의 제2 측에 제3 전도성 재료의 층을 적용하는 단계-제3 전도성 층은 복수의 작동 전극 버스 바 베이스 및 보조 전극 패턴 베이스를 형성함-, 기판의 제2 측에 제4 전도성 재료의 층을 적용하는 단계- 제4 전도성 층은 복수의 작동 전극 버스 바 탄소 층을 형성함-, 복수의 작동 전극 버스 바를 형성하는 기판의 제2 측에 제4 전도성 층 위에 놓이는 재료의 제5 전도성 층을 적용하는 단계, 기판의 제2 측에 보조 전극 패턴 베이스를 오버레이하는 제6 전도성 재료의 층을 적용하는 단계-제6 전도성 층은 보조 전극 패턴을 형성함-, 기판의 제2 측에 절연 재료의 층을 적용하는 단계-절연 층은 복수의 보조 전극 구역 및 복수의 작동 전극 구역을 노출시키고, 복수의 웰의 나머지 부분을 절연함-, 웰 패턴으로 배열된 다중-웰 검정 플레이트의 웰을 정의하는 상부 플레이트 개구를 갖는 상부 플레이트에 기판을 부착하는 단계를 포함하고, 각 웰은 웰 영역으로 정의된다.
본 실시예에 따르면, 상부 표면과 하부 표면을 갖는 기판이 개시된다. 기판은 전기화학 분석을 수행하기 위해 상부 표면에 배치된 복수의 전기화학 셀-복수의 전기화학 셀 각각은 셀의 표면에 배치된 하나 이상의 작동 전극 구역-하나 이상의 작동 전극 구역 각각은 서로 전기적으로 연통됨-, 및 셀의 표면에 배치된 하나 이상의 보조 전극을 포함함-, 및 하부 표면에 배치되며, 적어도 하나의 보조 전극과 전기적으로 연통되는 보조 전극 접촉 패턴을 포함하고, 보조 전극 접촉 패턴은 제1 복수의 절개부와 제2 복수의 절개부를 포함하고, 제1 복수의 절개부는 하나 이상의 작동 전극 구역과 전기적으로 연통되는 적어도 하나의 작동 전극 접점을 수용하도록 구성되고, 제2 복수의 절개부는 복수의 절연 구역을 생성하도록 구성된다.
본 개시의 하나 이상의 양태의 세부사항은 첨부 도면 및 이하의 설명에 기재되어 있다. 본 개시에 설명된 기술의 다른 피쳐(feature), 목적 및 이점은 설명, 도면 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 피쳐 및 장점은 첨부된 도면에 예시된 바와 같은 본 발명의 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 명세서에 포함되고 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 또한 본 명세서에 기재된 다양한 실시예의 원리를 설명하고 당업자가 본 명세서에 기재된 다양한 실시예를 만들고 사용할 수 있도록 하는 역할을 한다. 도면이 반드시 축척에 맞게 그려지는 것은 아니다.
도 1a 내지 도 1c는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 전기화학 셀의 몇몇 뷰들을 예시한다.
도 2a는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 다중 샘플 영역들을 포함하는 다중-웰 플레이트의 평면도를 예시한다.
도 2b는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 다수의 샘플 영역들을 포함하는 검정 디바이스에서 사용하기 위한 다중-웰 플레이트를 예시한다.
도 2c는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 도 1c의 다중-웰 플레이트의 샘플 영역의 측면도를 예시한다.
도 3a 내지 3f, 4a 내지 4f, 5a 내지 5c, 6a 내지 6f, 7a 내지 7f 및 8a 내지 8d는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 도 1a 내지 1c의 전기화학 셀 또는 도 2a 내지 2c의 다중-웰 플레이트에서 사용하기 위한 전극 설계의 몇몇 예들을 예시한다.
도 9a 및 9b는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 검정 디바이스의 예를 예시한다.
도 10a 및 10b는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 보조 전극에 대한 감쇠(decay) 시간을 예시한다.
도 11은 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 펄스 파형(pulsed waveform)을 사용하여 전기화학 분석 및 절차를 수행하는 프로세스를 예시한다.
도 12a 및 12b는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 펄스 파형의 예를 도시한다.
도 13은 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 펄스 파형을 사용하여 ECL 분석 및 절차를 수행하는 프로세스를 예시한다.
도 14는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 펄스 파형을 사용하여 ECL 분석을 수행하는 프로세스를 예시한다.
도 15는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 펄스 파형을 사용하여 ECL 분석을 수행하는 프로세스를 예시한다.
도 16은 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 웰을 제조하는 프로세스를 예시한다.
도 17a 내지 17f 및 18a는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 웰을 제조하는 프로세스의 예시적인 단계를 예시한다.
도 18b는 본 개시에 따른 웰의 실시예를 예시한다.
도 19a 내지 19d는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 테스트가 수행된 전극 구성의 여러 예를 예시한다.
도 20a 및 20b는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 전극을 갖는 전기화학 셀을 예시한다.
도 21a 내지 21d는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 전기화학 셀를 포함하는 웰을 갖는 다중-웰 플레이트의 부분을 예시한다.
도 22a 내지 22o는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 전기화학 셀의 구성의 양태를 예시한다.
도 23a 내지 23pp는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 다중 전기화학 전지를 포함하는 기판의 구성의 양태를 예시한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 전기화학 셀의 몇몇 뷰들을 예시한다.
도 2a는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 다중 샘플 영역들을 포함하는 다중-웰 플레이트의 평면도를 예시한다.
도 2b는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 다수의 샘플 영역들을 포함하는 검정 디바이스에서 사용하기 위한 다중-웰 플레이트를 예시한다.
도 2c는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 도 1c의 다중-웰 플레이트의 샘플 영역의 측면도를 예시한다.
도 3a 내지 3f, 4a 내지 4f, 5a 내지 5c, 6a 내지 6f, 7a 내지 7f 및 8a 내지 8d는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 도 1a 내지 1c의 전기화학 셀 또는 도 2a 내지 2c의 다중-웰 플레이트에서 사용하기 위한 전극 설계의 몇몇 예들을 예시한다.
도 9a 및 9b는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 검정 디바이스의 예를 예시한다.
도 10a 및 10b는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 보조 전극에 대한 감쇠(decay) 시간을 예시한다.
도 11은 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 펄스 파형(pulsed waveform)을 사용하여 전기화학 분석 및 절차를 수행하는 프로세스를 예시한다.
도 12a 및 12b는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 펄스 파형의 예를 도시한다.
도 13은 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 펄스 파형을 사용하여 ECL 분석 및 절차를 수행하는 프로세스를 예시한다.
도 14는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 펄스 파형을 사용하여 ECL 분석을 수행하는 프로세스를 예시한다.
도 15는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 펄스 파형을 사용하여 ECL 분석을 수행하는 프로세스를 예시한다.
도 16은 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 웰을 제조하는 프로세스를 예시한다.
도 17a 내지 17f 및 18a는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 웰을 제조하는 프로세스의 예시적인 단계를 예시한다.
도 18b는 본 개시에 따른 웰의 실시예를 예시한다.
도 19a 내지 19d는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 테스트가 수행된 전극 구성의 여러 예를 예시한다.
도 20a 및 20b는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 전극을 갖는 전기화학 셀을 예시한다.
도 21a 내지 21d는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 전기화학 셀를 포함하는 웰을 갖는 다중-웰 플레이트의 부분을 예시한다.
도 22a 내지 22o는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 전기화학 셀의 구성의 양태를 예시한다.
도 23a 내지 23pp는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 다중 전기화학 전지를 포함하는 기판의 구성의 양태를 예시한다.
이제 본 발명의 특정 실시예가 도면을 참조하여 설명된다. 다음의 상세한 설명은 본질적으로 예시일 뿐이며 본 발명 또는 그의 적용 및 사용을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 선행 기술 분야, 배경, 간략한 요약 또는 다음의 상세한 설명에 제시된 명시적 또는 묵시적 이론에 얽매이려는 의도가 없다.
본 발명의 실시예는 보조 전극 설계를 포함하는 전기화학 셀 및 전기화학 셀을 포함하는 전기화학 분석 장치 및 디바이스에 관한 것이다. 실시예에서, 보조 전극은 안정한 계면 전위를 제공하는 레독스 커플(redox couple)(예를 들어, Ag-AgCl)을 포함하도록 설계된다. 특정 실시예에서, 레독스 커플을 생성하는 다른 방식도 고려되지만, 재료, 화합물 등이 도핑되어 레독스 커플을 생성할 수 있다. 안정적인 계면 전위를 정의하는 환원-산화 커플을 갖는 보조 전극들은 보조 전극들이 이중-기능 전극들로 작용할 수 있게 한다. 즉, 하나 이상의 보조 전극들은 상대 전극과 기준 전극으로 동시에 동작한다. 보조 전극들은 이중-기능 전극들로 동작하기 때문에, 전기화학 셀에서 보조 전극들이 차지하는 공간이 줄어들어 전기화학 셀에 추가적인 구성 및 작동 전극 구역들의 수가 포함될 수 있다.
실시예에서, 하나 이상의 보조 전극들의 활용은 또한 전기화학 분석 프로세스, 예를 들어 ECL 프로세스 동안 전기화학 분석 장치 및 디바이스에 대한 판독 시간을 개선한다. 기존의 비참조 ECL 시스템에서는 보조 전극에서 전위의 가변성에 대한 공차(tolerance)를 제공하기 위해 최대 ECL을 제공하는 전압을 통과하는 느린 전압 램프를 사용하는 것이 일반적이다. 레독스 커플을 포함하는 보조 전극과 같은 본 발명의 보조 전극들의 사용은 이 전위에 대한 개선된 제어를 제공하고 짧은 전압 펄스 또는 빠른 전압 램프와 같은 보다 효율적이고 빠른 파형의 사용을 가능하게 한다.
도 1a는 본 실시예에 따른 전기화학 셀(100)의 예를 예시한다. 도 1a에 예시된 바와 같이, 전기화학 셀(100)은 하나 이상의 화학 반응을 일으키기 위해 전기 에너지가 사용되는 작동 공간(101)을 정의한다. 작동 공간(또는 샘플 영역)(101) 내에서, 전기화학 셀(100)은 하나 이상의 보조 전극들(102) 및 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)을 포함할 수 있다. 보조 전극(102) 및 작동 전극 구역(104)은 이온 매질(103)과 접촉할 수 있다. 전기화학 셀(100)은 보조 전극(102) 및 작동 전극 구역(104)을 통해 전기 에너지를 도입함으로써 야기되는 환원-산화(레독스) 반응을 통해 동작할 수 있다. 일부 실시예에서, 이온 매질(103)은 물 또는 염과 같이 이온이 용해되는 다른 용매와 같은 전해질 용액을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 이온 매질(103) 또는 작동 전극 구역(104)의 표면은 산화 환원 반응 동안 광자를 생성하고 방출하는 발광 종을 포함할 수 있다. 전기화학 셀(100)의 동작 중에, 보조 전극(102) 및 작동 전극 구역(104) 중 하나 이상에 외부 전압이 인가되어 이 전극들에서 레독스 반응이 일어나도록 할 수 있다.
본명세서에 기재된 바와 같이, 사용시 보조 전극은 전극에서 발생하는 레독스 반응에 의해 정의될 수 있는 전극 전위를 가질 것이다. 특정 비제한적 실시예들에 따르면, 전위는 (i) 전극의 표면에 한정된 환원-산화(레독스) 커플 또는 (ii) 용액 중의 환원-산화(레독스) 커플에 의해 정의될 수 있다. 본명세서에 기재된 바와 같이, 레독스 커플 은 레독스 반응을 통해 상호전환하는 한 쌍의 원소들, 화학 물질들 또는 화합물들, 예를 들어, 전자 공여체인 하나의 원소, 화학 물질 또는 화합물 및 전자 공여체인 하나의 원소, 화학 물질 또는 전자 수용체인 화합물을 포함한다. 안정적인 계면 전위를 정의하는 환원-산화 커플이 있는 보조 전극은 이중 기능 전극으로 사용할 수 있다. 즉, 하나 이상의 보조 전극들(102)은 작동 전극들(3전극 시스템에서 기준 전극의 기능)에서 전위를 정의하고 제어하는 기능을 제공하면서 고전류 흐름을 제공함으로써 3 전극 전기화학 시스템에서 상대 및 기준 전극들(3 전극 시스템에서 상대 전극의 기능) 모두와 관련된 기능을 제공할 수 있다. 하나 이상의 보조 전극들(102)은 하나 이상의 보조 전극들(102)이 위치하는 전기화학 셀(100)에서 발생하는 레독스 반응들 동안 하나 이상의 작동 전극 구역들(104) 중 하나 이상에 전위차를 제공함으로써 상대 전극으로 동작할 수 있다. 하나 이상의 보조 전극들(102)의 화학 구조 및 조성에 기초하여, 하나 이상의 보조 전극들(102)은 또한 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)과의 전위차를 결정하기 위한 기준 전극으로서 동작할 수 있다.
실시예들에서, 보조 전극(102)은 보조 전극(102)이 기준 전극으로서 기능할 수 있도록 하는 화학적 조성들을 갖는 요소들 및 합금들의 화학적 혼합물로 형성될 수 있다. 화학 혼합물(예를 들어, 보조 전극의 화학 조성에서 요소들과 합금의 비율들)은 전기화학 셀(100)에서 발생하는 환원-산화 반응들을 통해 정량화할 수 있는 양의 전하가 생성되도록 화학 혼합물의 환원 동안 안정한 계면 전위를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)의 화학적 혼합물은 화학적 혼합물의 환원 동안 안정한 계면 전위를 제공하는 산화제를 포함할 수 있고, 화학적 혼합물 내의 산화제의 양은 전기화학 반응들 중에 발생하는 전기화학 셀에서 전체 환원-산화 반응들을 제공하는 데 필요한 산화제의 양과 크거나 동일하다. 실시예들에서, 보조 전극(102)은 화학 혼합물의 환원 동안 계면 전위를 제공하는 화학 혼합물로 형성되어, 정량화 가능한 양의 전하가 전기화학 셀(100)에서 발생하는 환원-산화 반응들을 통해 생성된다. 보조 전극(102)의 화학적 혼합물은 전기화학 셀(100)의 동작, 예를 들어 생물학적, 화학적 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석, 예컨대 ECL 생성 및 분석, 동안 레독스 반응들을 지원하는 산화제를 포함하다.
실시예에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)의 화학적 혼합물 중 산화제의 양은, 예를 들어, ECL 생성과 같은 하나 이상의 생물학적, 화학적 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석 동안 전기화학 셀(100)에서 일어나는 전체 레독스 반응에 필요한 산화제의 양보다 크거나 같다. 예를 들어, 초기 생물학적, 화학적, 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석을 위한 레독스 반응이 발생한 후에도 하나 이상의 보조 전극들(102)에 충분한 양의 화학적 혼합물이 남아 있을 것이며, 따라서 후속 생물학적, 화학적 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석 전반에 걸쳐 발생하는 하나 이상의 추가적인 레독스 반응을 허용할 것이다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)의 화학적 혼합물에서 산화제의 양은 적어도 하나 이상의 보조 전극들(102)의 노출된 표면 영역(영역의 표면 영역이라고도 함)에 대한 하나 이상의 작동 전극 영역(104)의 노출된 표면 영역의 비율에 기초한다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 하나 이상의 보조 전극들(102)의 노출된 표면 영역(영역의 표면 영역이라고도 함)은 이온 매질(103)에 노출된 하나 이상의 보조 전극들(102)의 2차원(2D) 단면 영역을 지칭한다. 즉, 도 1b에 예시된 바와 같이, 보조 전극(102)은 전기화학 셀(100)의 바닥 표면에서 Z 방향으로 연장되는 3차원(3D) 형상으로 형성될 수 있다. 보조 전극(102)의 노출된 표면 영역은 X-Y 평면에서 취한 2D 단면 영역에 대응할 수 있다. 실시예들에서, 2D 단면 영역은 보조 전극(102)의 임의의 지점, 예를 들어 바닥 표면(120)과의 계면에서 취해질 수 있다. 도 1b는 규칙적인 형상의 실린더인 보조 전극(102)을 예시하지만, 보조 전극(102)은 규칙적이든 불규칙적이든 임의의 형상을 가질 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)의 노출된 표면 영역은 예를 들어 도 1b에 기술된 보조 전극(102)의 2D 단면 영역과 유사하게 이온 매질(103)에 노출되는 하나 이상의 보조 전극 구역들(104)의 2D 단면 영역을 지칭한다. 특정 실시예들에서, 영역의 표면 영역(노출된 표면 영역)은 z-차원에서 임의의 높이 또는 깊이를 설명하는 전극의 실제 표면을 포함하는 실제 표영역과 구별될 수 있다. 이러한 예들을 사용하여 영역의 표면영역은 실제 표면 영역보다 작거나 같다.
실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)은 레독스 커플에 대한 표준 환원 전위이거나 그 근처에 있는 계면 전위를 제공하는 레독스 커플을 포함하는 화학적 혼합물로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)은 은(Ag)과 염화은(AgCl)의 혼합물, 또는 다른 적절한 금속/금속 할라이드 커플들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, Ag-AgCl의 혼합물로 형성된 하나 이상의 보조 전극들(102)은 약 0.22V인 Ag-AgCl에 대한 표준 환원 전위이거나 그 근처인 계면 전위를 제공할 수 있다. 화학적 혼합물들의 다른 예들은 다중 금속 산화 상태를 갖는 금속 산화물, 예를 들어 망간 산화물, 또는 다른 금속/금속 산화물 커플들, 예를 들어 은/산화은, 니켈/산화니켈, 아연/산화아연, 금/금 산화물, 구리/산화구리, 백금/산화백금 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 화학적 혼합물은 약 0.1V에서 약 3.0V 범위의 계면 전위를 제공할 수 있다. 표 1은 하나 이상의 보조 전극들(102)에 포함될 수 있는 화학 혼합물들에 대한 레독스 커플들의 환원 전위들의 예를 나열한다. 당업자는 환원 전위들의 예들이 대략적인 값들이고 예를 들어 화학적 조성, 온도, 화학적 혼합물 내의 불순물들 또는 기타 조건들에 기초하여 +/- 5.0%만큼 변할 수 있음을 이해할 것이다.
| 레독스 커플 | 근사 환원 전위 (V) |
| Ag - AgCl | 0.22 |
| Ag - Ag2O | 1.17 |
| Ag - Ag2O3 | 1.67 |
| Ag - AgO | 1.77 |
| Mn - MnO2 | 1.22 |
| Ni - NiO2 | 1.59 |
| Fe - Fe2O3 | 0.22 |
| Au - AuCl2 | 1.15 |
| Pt - PtCl6 | 0.73 |
| Au - AuCl4 | 0.93 |
| Pt - PtCl4 | 0.73 |
실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들에서 레독스 커플의 화학적 혼합물은 특정 범위 내에 속하는 레독스 커플의 몰비에 기초할 수 있다. 일부 실시예들에서, 화학적 혼합물은 특정 범위, 예를 들어 대략 1과 같거나 이상인 Ag 대 AgCl의 몰비를 갖는다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)은 레독스 반응에 관여하는 하나 이상의 화학적 모이어티들의 전부가 산화되거나 환원될 때까지 제어된 계면 전위를 유지할 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)은 약 1.56×10-5 내지 5.30×10-4 C/mm2의 전극 표면 영역의 전하를 통과시키는 동안 -0.15V 내지 -0.5V의 계면 전위를 유지하는 레독스 커플을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)은 대략 1.4V 내지 2.6V의 범위에서 ECL을 생성하기 위해 레독스 커플의 레독스 반응 전체에 걸쳐 대략 0.5mA에서 4.0mA의 전류를 통과시키는 레독스 커플을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)은 대략 1.4V 내지 2.6V의 범위에서 ECL을 생성하기 위해 레독스 반응 전체에 걸쳐 대략 2.39mA의 평균 전류를 통과시키는 레독스 커플을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)은 레독스 커플의 산화제의 양이 전기화학 분석을 완료하기 위해 보조 전극을 통과하는 데 필요한 전하의 양보다 크거나 같을 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)은 대략 3.07×10-7 내지 3.97×10-7 몰들의 산화제를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)은 노출된 표면 영역의 mm2당 약 1.80×10-7 내지 2.32×10-7 몰들의 산화제를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)은 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)의 총(또는 집계) 노출 표면 영역 mm2당 적어도 약 3.7×10-9 몰들의 산화제를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들은 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)의 총(또는 집계) 노출 표면 영역 mm2당 적어도 대략 5.7×10-9몰의 산화제를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)은 전압 또는 전위가 인가될 때 레독스 커플에서 종의 반응이 하나 이상의 보조 전극들(102)에서 발생하는 우세한 레독스 반응인 레독스 커플을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 인가된 전위는 물을 환원시키거나 물의 전기분해를 수행하는 데 필요한 정의된 전위 미만이다. 일부 실시예들에서, 전류의 1% 미만이 물의 환원과 관련되어 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)의 영역(노출된 표면 영역) 단위당 전류의 1 퍼센트 미만이 물의 환원과 관련된다.
실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)(및 하나 이상의 작동 전극 구역들(104))은 임의의 유형의 제조 프로세스, 예를 들어 인쇄, 증착, 리소그래피, 식각 등을 사용하여 형성될 수 있다. 실시예들에서, 금속/금속 할라이드의 화학적 혼합물의 형태는 제조 프로세스에 의존한다. 예를 들어, 하나 이상의 보조 전극들(102)(및 하나 이상의 작동 전극 구역들(104))이 인쇄되는 경우, 화학적 혼합물은 잉크 또는 페이스트의 형태일 수 있다. 일부 실시예들에서, 도핑 프로세스를 이용하여 하나 이상의 추가 물질들이 하나 이상의 보조 전극들(102) 및/또는 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)에 추가될 수 있다.
작동 전극 구역들(104)은 관심 반응이 발생할 수 있는 전극 상의 위치일 수 있다. 관심 반응들은 본질적으로 화학적, 생물학적, 생화학적, 전기적(또는 이러한 유형의 반응 중 둘 이상의 조합)일 수 있다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 전극(보조 전극 및/또는 작동 전극)은 반응이 일어날 수 있는 연속/인접 영역일 수 있고, 전극 "구역"은 특정한 관심 반응이 일어나는 전극의 일부(또는 전체)일 수 있다. 특정 실시예들에서, 작동 전극 구역(104)은 전체 전극으로 구성될 수 있고, 다른 실시예들에서, 하나 이상의 작동 전극 구역(104)이 단일 전극 내에 및/또는 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 작동 전극 구역들(104)은 개별 작동 전극들에 의해 형성될 수 있다. 이 예에서, 작동 전극 구역들(104)은 하나 이상의 전도성 재료들로 형성된 단일 전극으로서 구성될 수 있다. 다른 예에서, 작동 전극 구역들(104)은 단일 작동 전극의 일부들을 분리함으로써 형성될 수 있다. 이 예에서, 단일 작동 전극은 하나 이상의 전도성 재료들로 형성될 수 있고, 작동 전극 구역들은 유전체와 같은 절연 재료들을 사용하여 단일 작동 전극의 영역들("구역들")을 전기적으로 분리함으로써 형성될 수 있다. 임의의 실시예에서, 작동 전극 구역들(104)은 금속, 금속 합금, 탄소 화합물, 도핑된 금속 등과 같은 임의의 유형의 전도성 재료 및 전도성 재료들과 절연 재료들의 조합으로 형성될 수 있다.
실시예들에서, 작동 전극 구역들(104)은 전도성 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 작동 전극 구역들(104)은 금, 은, 백금, 니켈, 강철, 이리듐, 구리, 알루미늄, 전도성 합금 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 작동 전극 구역들(104)은 산화물 코팅된 금속들(예를 들어, 산화알루미늄 코팅된 알루미늄)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 작동 전극 구역들(104)은 탄소, 탄소 블랙, 흑연 탄소, 탄소 나노튜브, 탄소 피브릴, 흑연, 탄소 섬유 및 이들의 혼합물들과 같은 탄소계 재료들로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 작동 전극 구역들(104)은 전도성 탄소-고분자 복합체들, 매트릭스에 분산된 전도성 입자(예를 들어, 탄소 잉크, 탄소 페이스트, 금속 잉크), 및/또는 전도성 고분자로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 아래에 더 상세히 개시되는 바와 같이, 작동 전극 구역들(104)은 탄소 잉크들 및 은 잉크들의 스크린 인쇄를 사용하여 제조된 탄소 및 은 층들로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 작동 전극 구역들(104)은 반도체 재료들(예를 들어, 실리콘, 게르마늄) 또는 반도체 필름, 예컨대 인듐 주석 산화물(ITO), 안티몬 주석 산화물(ATO) 등으로 형성될 수 있다.
실시예들에서, 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 보조 전극들(102) 및 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)은 전기화학 셀을 포함하는 장치 및 디바이스들에 의해 수행되는 전기화학 특성들 및 분석(예를 들어, ECL 분석)을 개선하기 위해 상이한 전극 설계들(예를 들어, 상이한 크기들 및/또는 형상들, 상이한 수의 보조 전극들(102) 및 작동 전극 구역들(104), 전기화학 셀(100) 내의 상이한 위치 및 패턴들 등)으로 형성될 수 있다. 도 1c는 다수의 작동 전극 구역들을 포함하는 전기화학 셀(100)을 위한 전극 설계(150)의 일례를 예시한다. 도 1c에 예시된 바와 같이, 전기화학 셀(100)은 열(10)개의 작동 전극 구역들(104) 및 단일 보조 전극(102)을 포함할 수 있다. 전극 설계의 다양한 다른 예들은 도 3a 내지 3f, 4a 내지 4f, 5a 내지 5c, 6a 내지 6f, 7a 내지 7f 및 8a 내지 8d를 참조하여 아래에서 논의된다.
실시예들에서, 전기화학 셀(100) 내의 작동 전극 구역들(104)의 구성 및 배치는 작동 전극 구역들(104) 사이의 인접성 및/또는 작동 전극 구역들(104)과 하나 이상의 보조 전극들(102) 사이의 인접성에 따라 정의될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인접성은 인접한 작동 전극 구역들(104) 및/또는 하나 이상의 보조 전극들(102)의 상대적인 수로 정의될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인접성은 작동 전극 구역들(104) 및/또는 하나 이상의 보조 전극들(102) 사이의 상대적 거리로 정의될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인접성은 작동 전극 구역들(104) 및/또는 하나 이상의 보조 전극들(102)로부터 전기화학 셀의 둘레와 같은 전기화학 셀(100)의 다른 피쳐(feature)까지의 상대적 거리로서 정의될 수 있다.
본 명세서에 따른 일부 실시예들에서, 예를 들어, 다른 비율들(예를 들어, 1 이하 또는 그 보다 큰 비율)이 전기화학 셀(100) 로서 고려되지만, 하나 이상의 보조 전극 구역들(102)의 노출된 표면 영역에 대한 하나 이상의 작동 전극들(104)의 노출된 표면 영역의 집계 비율이 1보다 크도록, 개별의 전기화학 셀(100)의 하나 이상의 보조 전극들(102) 및 하나 이상의 작동 전극 영역들(104)은 개별의 크기들을 갖도록 형성될 수 있다. 본 명세서에 따른 일부 실시예들에서, 예를 들어, 하나 이상의 보조 전극들(102) 및/또는 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)의 각각은 다른 형상들(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 타원형, 클로버 또는 기타 규칙적이거나 불규칙한 기하학적 모양)이 가능하지만, 실질적으로 원형을 정의하는 표면 영역을 갖는 원형 형상으로 형성될 수 있다.
본 명세서에 따른 실시예들에서, 예를 들어, 하나 이상의 보조 전극들(102) 및/또는 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)은 웨지 형상(wedged-shape)의 표면 영역을 갖는 웨지 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 하나 이상의 보조 전극들(102) 및/또는 하나 이상의 작동 전극 영역들(104)은 상이한 치수들을 갖는 2개의 대향 경계들 및 2개의 대향 경계들을 연결하는 2개의 측 경계들을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 대향 경계들은 넓은 경계와 좁은 경계를 포함할 수 있으며, 여기서 넓은 경계는 좁은 경계보다 길이가 더 길다. 일부 실시예들에서, 넓은 경계 및/또는 좁은 경계는 뭉툭(blunt)할 수 있으며, 예를 들어 측 경계들에 대한 연결에서 둥근 코너들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 넓은 경계 및/또는 좁은 경계는 날카로울 수 있으며, 예를 들어 측 경계들에 대한 연결부에서 각진 코너일 수 있다. 실시예들에서, 웨지 형상은 전기화학 셀의 바닥 표면(120)에서 이용 가능한 영역을 최대화하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 전기화학 셀의 작동 영역(101)이 원형인 경우, 웨지 형상을 갖는 하나 이상의 작동 전극 영역들(104)은 넓은 경계가 작동 영역(101)의 외부 둘레에 인접하고 좁은 경계가 작동 영역(101)의 중심에 인접하도록 하나 이상의 작동 전극 구역(104)이 배열될 수 있다.
실시예들에서, 전기화학 셀(100)은 전기화학 분석을 수행하기 위한 장치 또는 디바이스에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전기화학 셀(100)은 아래에 기술된 바와 같이 ECL 면역검정과 같은 전기화학 분석을 수행하는 검정 디바이스를 위한 웰의 일부를 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전기화학 셀(100)은 분석 디바이스 또는 장치에 사용되는 카트리지, 예를 들어, 흐름 세포측정기에서 흐름 셀을 형성할 수 있다. 당업자는 전기화학 셀(100)이 제어된 레독스 반응이 수행되는 임의의 유형의 장치 또는 디바이스에 이용될 수 있음을 인식할 것이다.
도 2a 내지 2c는 본 명세서의 실시예에 따른 생물학적, 화학적 및/또는 생화학적 분석을 위한 검정 디바이스에서 사용하기 위한 보조 전극 설계를 포함하는, 전기화학 셀(예를 들어, 전기화학 셀(100))을 포함하는 샘플 영역("웰")(200)의 몇몇 뷰들을 예시한다. 당업자는 도 2a 내지 2c가 검정 디바이스의 웰의 한 예를 예시하고 도 2a 내지 2c에 예시된 기존 컴포넌트가 제거될 수 있고 및/또는 추가 컴포넌트들이 본 명세서에 기술된 실시예들의 범위를 벗어나지 않고 추가될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 도 1 및 도 2에 도시된 웰(200)은 2A-2C는 본질적으로 원형이지만 다른 웰 형상도 포함될 수 있다. 예를 들어 정사각형 웰, 코너가 둥근 정사각형 웰, 타원형 웰, 직사각형 웰, 코너가 둥근 직사각형 웰, 삼각형 웰, 육각형 웰 등이 있다.
평면도인 도 2a에 예시된 바와 같이, 다중-웰 플레이트(208)(도 2b에 예시됨)의 베이스 플레이트(206)는 다중-웰들(200)을 포함할 수 있다. 베이스 플레이트(206)는 각각의 웰(200)의 바닥을 형성할 수 있고 다중-웰 플레이트(208)의 베이스 플레이트(206)의 표면 상에 및/또는 그 내부에 배치된 하나 이상의 작동 전극 구역들(104) 및 하나 이상의 보조 전극들(102)을 포함할 수 있다. 사시도인 도 2b에 예시된 바와 같이, 다중-웰 플레이트(208)는 탑 플레이트(210) 및 베이스 플레이트(206)를 포함할 수 있다. 탑 플레이트(210)는 탑 플레이트(210)의 상부 표면으로부터 베이스 플레이트(206)까지 연장되는 웰(200)을 정의할 수 있고, 베이스 플레이트(206)는 각각의 웰(200)의 바닥 표면(207)을 형성한다. 동작 시, 테스트 중인 재료를 홀딩하는 웰(200)에 위치된 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)과 하나 이상의 보조 전극들(102) 양단에 전압이 인가될 때 발광이 발생한다. 인가된 전압은 광자(광) 생성 및 방출을 유발하는 주기적인 산화 및 환원 반응을 촉발한다. 그런 다음 테스트 중인 재료를 분석하기 위해 방출된 광자가 측정될 수 있다.
작동 전극 구역(104)에서 발생하는 반응이 전자를 수용하는지 또는 공급하는지에 따라, 작동 전극 구역(104)에서의 반응은 각각 환원 또는 산화이다. 실시예들에서, 작동 전극 구역들(104)은 예를 들어 결합제들과 같은 검정 시약들을 전극에 고정하기 위해, 유도체화되거나 변형될 수 있다. 예를 들어, 작동 전극 구역들(104)은 항체, 항체 단편, 단백질, 효소, 효소 기질, 억제제, 보조인자, 항원, 합텐, 지질단백질, 지방당류, 박테리아, 세포, 세포 이하 성분, 세포 수용체, 바이러스, 핵산, 항원, 지질, 당단백질, 탄수화물, 펩티드, 아미노산, 호르몬, 단백질 결합 리간드, 약제 및/또는 이들의 조합들을 부착하도록 수정될 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어 작동 전극 구역들(104)은 폴리머, 엘라스토머, 젤, 코팅, ECL 태그, 레독스 활성 종(예를 들어, 트리프로필아민, 옥살레이트), 무기 물질들, 화학적 작용기들, 킬레이트제들, 링커들 등을 포함하나 이에 제한되지는 않는 비생물학적 엔티티들을 부착하도록 수정될 수 있다. 시약들은 수동 흡착, 특이적 바인딩을 포함하는 다양한 방법들에 의해 및/또는 전극 표면에 존재하는 작용기에 대한 공유 결합(covalent bond)들의 형성을 통해 하나 이상의 작동 전극 구역들(104) 상에 고정될 수 있다.
예를 들어, ECL 종은 웰(200) 내의 유체에서 관심 물질의 존재를 결정하기 위한 분석 측정을 위해 ECL을 방출하도록 유도될 수 있는 작동 전극 구역들(104)에 부착될 수 있다. 예를 들어, ECL을 방출하도록 유도될 수 있는 종(ECL-활성 종)이 ECL 라벨들로 사용되었다. ECL 라벨들의 예는 다음과 같다: (i)금속이 유래한 유기금속 화합물, 예를 들어 RuBpy(트리스-비피리딜-루테늄) 부분과 같은 Ru 함유 및 Os 함유 유기 금속 화합물을 포함하여 부식 및 산화에 저항하는 귀금속 및 ii) 루미놀 및 관련 화합물들. ECL 프로세스에서 ECL 라벨에 참여하는 종은 본 명세서에서 ECL 공반응물들이라고 한다. 일반적으로 사용되는 공반응물들은 RuBpy의 ECL용 트리이소프로필아민(TPA), 옥살레이트 및 과황산염과 루미놀의 ECL용 과산화수소와 같은 3급 아민이 포함한다. ECL 라벨들에서 생성된 광은 진단 절차들에서 리포터 신호로 사용될 수 있다. 예를 들어, ECL 라벨은 항체 또는 핵산 프로브와 같은 결합제에 공유 결합될 수 있다; 결합 상호작용에서 결합제의 참여는 ECL 라벨로부터 방출된 ECL을 측정함으로써 모니터링될 수 있다. 또는, ECL 활성 화합물의 ECL 신호는 화학적 환경을 나타낼 수 있다.
실시예들에서, 작동 전극 구역들(104) 및/또는 보조 전극들(102) (또는 웰(200)의 다른 컴포넌트들)은 또한 작동 전극 구역들(104) 및/또는 보조 전극들 표면에 대한 전기화학 프로세스들(예를 들어, 시약, ECL 종, 라벨 등)에서 사용되는 물질들의 부착(예를 들어, 흡수)을 개선하는 물질들 및/또는 프로세스들로 처리(예를 들어, 전처리)될 수 있다. 일부 실시예들에서, 작동 전극 구역들(104) 및/또는 보조 전극들(102)(또는 웰(200)의 다른 컴포넌트들)은 작동 전극 구역들(104) 및/또는 보조 전극들(102)(또는 웰(200)의 다른 컴포넌트들)의 표면이 친수성 속성들(본 명세서에서 "하이 바인드" 또는 "HB"라고 지칭됨)을 나타내도록 하는 프로세스(예를 들어, 플라즈마 처리)를 사용하여 처리될 수 있다. 일부 실시예들에서, 작동 전극 구역들(104) 및/또는 보조 전극들(102) (또는 웰(200)의 다른 컴포넌트들)은 처리되지 않거나 작동 전극 구역들(104) 및/또는 보조 전극들(102)(또는 웰(200)의 다른 컴포넌트들)의 표면이 소수성 속성들(본 명세서에서는 "표준" 또는 "표준"이라고 지칭됨)을 나타내도록 하는 프로세스를 사용하여 처리될 수 있다.
도 2b의 다중-웰 플레이트(208) 부분의 측단면도인 도 2c에 예시된 바와 같이, 다수의 웰들(200)이 다중-웰 플레이트(208)에 포함될 수 있으며-그 중 3개는 도2c에 도시되어 있다. 각각의 웰(200)은 전기화학 셀(100)의 경계를 형성하는 하나 이상의 측벽들(212)을 포함하는 탑 플레이트(210)에 의해 형성될 수 있다. 하나 이상의 측벽들(212)은 탑 플레이트(210)의 바닥 표면에서 탑 플레이트(210)의 상부 표면까지 연장된다. 웰들(200)은 위에 설명된 바와 같은 이온 매질과 같은 하나 이상의 유체들(250)을 보유하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 하나 이상의 웰들(200)은 하나 이상의 유체들(250) 대신에 또는 추가로 가스 및/또는 고체를 유지하도록 구성될 수 있다. 실시예들에서, 탑 플레이트(210)는 접착제(214) 또는 다른 연결 재료 또는 디바이스를 사용하여 베이스 플레이트(206)에 고정될 수 있다.
다중-웰 플레이트(208)는 임의 개수의 웰들(200)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2a 및 2b에 예시된 바와 같이, 다중-웰 플레이트(208)는 96개의 웰들(200)을 포함할 수 있다. 당업자는 다중-웰 플레이트(208)가 규칙적 또는 불규칙한 패턴으로 형성된, 예를 들어 6개의 웰들, 24, 384, 1536등의 임의의 개수의 웰들(200)을 포함할 수 있음을 인식할 것이다. 다른 실시예들에서, 다중-웰 플레이트들(208)은 단일-웰 플레이트 또는 생물학적, 화학적 및/또는 생화학적 분석 및/또는 검정을 수행하기에 적합한 임의의 다른 장치로 대체될 수 있다. 웰들(200)이 도 2a 내지 2c에 원형 구성(따라서 실린더를 형성함)으로 도시되어 있지만, 타원, 사각형 및/또는 다른 정다각형 또는 불규칙한 다각형을 포함하는 다른 모양도 고려된다. 또한, 다중-웰 플레이트(108)의 형상 및 구성은 다양한 형태들을 취할 수 있으며 이들 도들에 예시된 바와 같이 반드시 직사각형 배열로 제한되지는 않는다.
일부 실시예들에서, 위에서 논의된 바와 같이, 다중-웰 플레이트(108)에 사용되는 작동 전극 구역들(104) 및/또는 보조 전극들(102)은 비다공성(소수성)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 작동 전극 구역들(104) 및/또는 보조 전극들(102)은 다공성 전극들(예를 들어, 탄소 섬유 매트 또는 피브릴, 소결 금속 및 여과막, 종이 또는 기타 다공성 기판에 증착된 금속 필름)일 수 있다. 다공성 전극들로 구성될 때, 작동 전극 구역들(104) 및/또는 보조 전극들(102)은i) 전극 표면으로의 대량 수송을 증가시키고(예를 들어, 전극 표면 상의 분자들에 대한 용액 내 분자들의 결합 동역학들을 증가시키기 위해); ii) 전극 표면의 입자들을 캡처하고; 및/또는 iii) 웰에서 액체를 환원하기 위해 전극들을 통한 용액들의 여과를 사용할 수 있다.
위에서 논의된 실시예들에서, 웰들(200)의 각각의 보조 전극들(102)은 화학 혼합물의 환원 동안 정의된 전위를 제공하는 화학 혼합물로 형성되어 정량화할 수 있는 양의 전하가 웰(200)에서 발생하는 환원-산화 반응 전반에 걸쳐 생성된다. 보조 전극들(102)의 화학적 혼합물은 예를 들어 ECL 생성 및 분석과 같은 생물학적, 화학적 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석 중에 사용될 수 있는 환원-산화 반응을 지원하는 산화제를 포함한다. 실시예에서, 보조 전극(102)의 화학적 혼합물에서 산화제의 양은 보조 전극을 통과할 전하량에 필요한 산화제의 양 및/또는 ECL 생성과 같은 하나 이상의 생물학적, 화학적, 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석 동안 적어도 하나의 웰(200)에서 작동 전극에서 전기화학 반응을 유도하는 데 필요한 전하의 양 보다 크거나 같다. 이와 관련하여, 초기 생물학적, 화학적 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석을 위해 레독스 반응이 발생한 후에도 보조 전극(102)에 충분한 양의 화학적 혼합물이 남아 있을 것이기에, 따라서 후속 생물학적, 화학적 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석 전반에 걸쳐 하나 이상의 추가 레독스 반응들이 발생할 수 있다. 다른 실시예들에서, 보조 전극(102)의 화학적 혼합물에서 산화제의 양은 보조 전극의 노출된 표면 영역에 대한 복수의 작동 전극 구역들 각각의 노출된 표면 영역의 비율에 적어도 부분적으로 기초한다.
실시예들에서, 웰(200)의 하나 이상의 보조 전극들(102)은 위에서 논의된 바와 같이 레독스 커플을 포함하는 화학적 혼합물로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 웰(200)의 하나 이상의 보조 전극들(102)은 은(Ag)과 염화은(AgCl)의 혼합물 또는 다른 적합한 금속/금속 할라이드 커플들을 포함하는 화학 혼합물로 형성될 수 있다. 화학 혼합물의 다른 예는 다중 금속 산화 상태들을 갖는 금속 산화물, 예를 들어 망간 산화물, 또는 다른 금속/금속 산화물 커플들, 예를 들어 은/산화은, 니켈/산화니켈, 아연/산화아연, 금/금 산화물, 구리/산화구리, 백금/산화백금 등을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 보조 전극들(102)(및 작동 전극 구역들(104))은 임의의 유형의 제조 프로세스, 예를 들어 인쇄, 증착, 리소그래피, 식각 등을 사용하여 형성될 수 있다. 실시예들에서, 금속/금속 할라이드의 화학적 혼합물의 형태는 제조 프로세스에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 보조 전극들을 인쇄하는 경우, 화학적 혼합물은 잉크 또는 페이스트 형태일 수 있다.
ECL 생성과 같은 특정 애플리케이션들에 대해, 보조 전극들(102)의 다양한 실시예들은 충분히 높은 농도의 액세스가능한 레독스 종을 포함함으로써 ECL 측정 전반에 걸쳐 전극의 분극화를 방지하도록 적응될 수 있다. 보조 전극들(102)은 정의된 Ag 대 AgCl의 비율을 갖는 Ag-AgCl 화학 혼합물(예를 들어, 잉크, 페이스트 등)을 사용하여 다중-웰 플레이트(208) 상에 보조 전극들(102)을 인쇄함으로써 형성될 수 있다. 실시예에서, 보조 전극의 화학적 혼합물에서 산화제의 양은 적어도 부분적으로 보조 전극의 화학적 혼합물에서 Ag 대 AgCl의 비율을 기반으로 한다. 실시예에서, Ag 및 AgCl을 갖는 보조 전극의 화학적 혼합물은 약 50퍼센트 이하, 예를 들어 34퍼센트, 10퍼센트 등의 AgCl을 포함한다.
일부 실시예들에서, 웰(200) 내의 하나 이상의 보조 전극들(102)은 웰(200) 내의 총 작동 전극 영역 mm2당 적어도 약 3.7×10-9 몰들의 산화제를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 웰(200) 내의 하나 이상의 보조 전극들(102)은 웰 내의 총 작동 전극 영역 mm2당 적어도 약 5.7×10-9몰들의 산화제를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102) 및 작동 전극 구역들(104)은 하나 이상의 웰들(200)을 포함하는 검정 장치에 의해 수행되는 전기화학 분석(예를 들어, ECL 분석)을 개선하기 위해 상이한 전극 설계(예를 들어, 상이한 크기들 및/또는 형상들, 상이한 수의 보조 전극들(102) 및 작동 전극 구역들(104), 웰 내의 상이한 위치 및 패턴들 등)으로 형성될 수 있으며, 그 예는 도 3a 내지 3f, 4a 내지 4f, 5a 내지 5c, 6a 내지 6f, 7a 내지 7f 및 8a 내지 8d를 참조하여 아래에서 논의된다. 본 명세서에 따른 실시예들에서, 예를 들어, 각각의 웰(200)의 하나 이상의 보조 전극들(102) 및 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)은 각각의 크기들을 갖도록 형성될 수 있어서, 보조 전극들(102)의 노출된 표면 영역에 대한 작동 전극 구역들(104)의 노출된 표면 영역의 집합체의 비율이 1보다 크도록 하지만, 다른 비율들(예를 들어, 1 이하 또는 그 보다 큰 비율)도 고려된다. 본 명세서에 따른 실시예에서, 예를 들어, 보조 전극들(102) 및/또는 작동 전극 구역들(104)의 각각은 실질적으로 원형을 정의하는 표면 영역을 갖는 원형 형상으로 형성될 수 있지만, 다른 모양(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 타원형, 클로버 또는 기타 규칙적이거나 불규칙한 기하학적 모양)이 가능하다. 본 명세서에 따른 실시예들에서, 예를 들어, 보조 전극들(102) 및/또는 작동 전극 영역들(104)은 웨지형 표면 영을 갖는 웨지형으로 형성될 수 있고, 여기서 웰(200)의 측벽에 인접한 웨지형 표면 영역의 제1 측 또는 단부는 웰(200)의 중심에 인접한 웨지형 표면 영역의 제2 측 또는 단부보다 크다. 다른 실시예들에서 웨지형 표면 영역의 제2 측 또는 단부는 웨지형 표면의 제1 측 또는 단부보다 크다. 예를 들어, 보조 전극들(102) 및 작동 전극 영역들(104)은 보조 전극들(102) 및 작동 전극 영역들(104)에 대해 이용 가능한 공간을 최대화하는 패턴으로 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102) 및/또는 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)은 웨지 형상을 갖도록 형성될 수 있고, 여기서 치수가 다른 두 개의 대향 경계들과 두 개의 대향 경계들을 연결하는 두 개의 측 경계들이 있다. 예를 들어, 두 개의 대향 경계들은 넓은 경계와 좁은 경계를 포함할 수 있으며, 여기서 넓은 경계는 좁은 경계보다 길이가 더 길다. 일부 실시예들에서, 넓은 경계 및/또는 좁은 경계는 뭉툭(blunt)할 수 있으며, 예를 들어 측면 경계들에 대한 연결부에서 둥근 코너들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 넓은 경계 및/또는 좁은 경계는 날카로울 수 있으며, 예를 들어 측 경계들에 대한 연결부에서 각진 코너들일 수 있다. 실시예들에서, 웨지 형상은 전기화학 셀의 바닥 표면(120)에서 이용 가능한 영역을 최대화하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 전기화학 셀의 작동 영역(101)이 원형인 경우, 넓은 경계는 작동 영역(101)의 외주에 인접하도록 웨지 형상을 갖는 하나 이상의 작동 전극 영역(104)이 배열될 수 있으며, 좁은 경계는 작동 영역(101)의 중심에 인접한다.
본 명세서에 따른 실시예들에서, 각각의 웰(200)의 보조 전극들(102) 및 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)은 상이한 배치 구성들 또는 패턴들에 따라 웰(200)의 바닥에 형성될 수 있다. 상이한 포지셔닝 구성 또는 패턴들은 하나 이상의 웰(200)을 포함하는 검정 디바이스에 의해 수행되는 전기화학 분석(예를 들어, ECL 분석)을 개선할 수 있으며, 그 예는 도 3a 내지 3f, 4a 내지 4f, 5a 내지 5c, 6a 내지 6f, 7a 내지 7f 및 8a 내지 8d를 참조하여 아래에서 논의된다. 보조 전극들(102) 및 작동 전극 구역들(104)은 원하는 기하학적 패턴에 따라 웰 내에 위치될 수 있다. 예를 들어, 보조 전극들(102) 및 작동 전극 영역들(104)은 작동 전극 구역들(104)의 총 수 중에서 각각 작동 전극 구역들(104)에 서로 인접하는 작동 전극 구역들(104)의 수를 최소화하는 패턴으로 형성될 수 있다. 이는 보조 전극들(102)에 인접하여 더 많은 작동 전극 구역들이 위치되도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 3a 내지 3f에 예시되고 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 작동 전극 구역들(104)은 서로 인접한 작동 전극 구역들(104)의 수를 최소화하는 원형 또는 반원 형상으로 형성될 수 있다.
다른 예에서, 도 3a 내지 3f에 예시된 바와 같이, 개별의 웰(200)의 보조 전극(102) 및 작동 전극 영역(104)은 패턴으로 형성될 수 있고, 여기서 서로 인접한 작동 전극 구역들(104)의 수는 2개 이하이다. 예를 들어, 작동 전극 구역들(104)은 최대 2개의 작동 전극 구역들(104)이 인접하도록 웰(예를 들어, 측벽(212))의 파라미터에 인접한 원형 또는 반원형 패턴으로 형성될 수 있다. 이 예에서, 작동 전극 구역들(104)은 2개의 작동 전극 구역들(104)이 단지 하나의 인접한 또는 이웃하는 작동 전극 구역(104)을 갖도록 불완전한 원형을 형성한다. 다른 예에서, 개별의 웰(200)의 보조 전극들(102) 및 작동 전극 구역들(104)은 패턴으로 형성될 수 있으며, 여기서 작동 전극 구역들(104) 중 적어도 하나는 작동 전극 구역들(104)의 총 수 중에서 3개 이상의 다른 작동 전극 구역들(104)에 인접한다. 예를 들어, 아래에서 상세히 설명되는 도 5a 내지 도 5c에 예시된 바와 같이, 보조 전극들(102) 및 작동 전극 구역들(104)은 별 모양 패턴으로 형성될 수 있으며, 여기서 인접한 보조 전극들(102) 및/또는 작동 전극 구역들(104)의 수는 별 모양 패턴의 지점들 수에 따라 다르다.
본 명세서에 따른 실시예에서, 개별의 웰(200)의 보조 전극들(102) 및 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)은 패턴으로 형성될 수 있으며, 여기서 패턴은 작동 전극 구역들(104)의 각각으로의 물질의 대량 수송을 개선하도록 구성된다. 예를 들어, 궤도 흔들림 또는 혼합 동안, 웰(200)의 중심에 있는 구역으로의 물질의 대량 수송은 중심에서 떨어진 구역에 비해 상대적으로 느릴 수 있으며, 패턴은 웰(200)의 중심에 배치된 작동 전극 구역들(104)의 수를 최소화하거나 제거함으로써 대량 수송을 개선하도록 구성될 수 있다. 즉, 동작들 중에, 웰들(200)은 웰들(200) 내에 함유된 유체들을 혼합 또는 조합시키기 위해 궤도 운동 또는 "흔들림"을 겪을 수 있다. 궤도 운동은 예를 들어 웰들(200)의 측벽들(212)(둘레) 근처에서 더 많은 액체 및 더 빠른 액체 운동을 야기하는 와류(vortex)가 웰들(200) 내에서 발생하도록 야기할 수 있다. 예를 들어, 아래에서 상세히 설명하는 도 2a 내지 2f, 3a 내지 3f, 5a 내지 5f, 6a 내지 6f 및 7a 내지 7d에서 예시된 바와 같이, 작동 전극 구역들(104)은 원형 또는 반원 형태로 형성될 수 있고 웰(200)의 둘레 근처에 위치할 수 있다.
본 명세서에 따른 실시예들에서, 개별의 웰들(200)의 보조 전극들(102) 및 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)은 패턴으로 형성될 수 있으며 여기서 패턴은 다중-웰 플레이트(108)의 하나 이상의 웰들(200)에 액체를 도입함으로써 야기되는 메니스커스 효과들을 감소시키도록 구성된다. 예를 들어, 도 2c에 예시된 바와 같이, 웰(200) 내의 유체(250)는 웰(200) 내의 곡선형 상부 표면 또는 메니스커스(252)를 형성할 수 있다. 곡면형 상부 표면은 표면 장력, 정전기 효과 및 유체 운동(예를 들어, 궤도 흔들림으로 인한) 등과 같은 여러 요인들에 의해 야기될 수 있다. 메니스커스 효과들로 인해 발광 중에 방출되는 광자들(광)은 액체를 통과하는 광자 광학 경로에 따라 다양한 광학 효과들(예를 들어, 굴절, 확산, 산란 등)을 겪는다. 즉, 광이 웰(200) 내의 물질들로부터 방출됨에 따라, 액체의 상이한 레벨들은 광이 액체를 통해 이동하고 액체를 빠져나가는 위치에 의존하는 방출된 광에서 상이한 광학 효과들(예를 들어, 굴절, 확산, 산란 등)을 야기할 수 있다. 패턴은 웰(200)의 각각의 측벽(212)으로부터 거의 동일한 거리에 작동 전극 구역들(104) 각각을 배치함으로써 메니스커스 효과들을 완화할 수 있다. 이와 같이, 작동 전극 구역들(104)로부터 방출된 광자는 액체를 통해 유사한 광학 경로를 이동한다. 다시 말해서, 패턴은 모든 작동 전극 구역들(104)이 메니스커스 효과에 의해 동일하게 영향을 받도록, 예를 들어 메니스커스의 잠재적인 이질적 효과들 최소화하도록, 보장한다. 따라서, 작동 전극 구역들(104)이 웰(200) 내의 액체의 높이에 대해 상이한 위치들에 위치된다면, 방출된 광은 상이한 광학적 왜곡들을 겪을 수 있다. 예를 들어, 아래에서 상세히 설명하는 도 3a 내지 3f, 4a 내지 4f, 6a 내지 6f, 7a 내지 7f 및 8a 내지 8d에 예시된 바와 같이, 작동 전극 구역들(104)은 원형 또는 반원 형태로 형성될 수 있고 웰(200) 둘레 근처에 위치될 수 있다. 이와 같이, 작동 전극 구역들(104)에서 방출된 광은 동일한 광학적 왜곡을 겪을 수 있고 동일하게 어드레싱될 수 있다.
본 명세서에 따른 실시예들에서, 개별의 웰들(200)의 보조 전극들(102) 및 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)은 다중-웰 플레이트(208)의 하나 이상의 웰들(200)에서의 액체들(예를 들어, 오비탈 쉐이커를 사용하여 원통형 웰들에 형성된 와류)의 혼합 동안 작동 전극 구역들에 대한 대량 수송 차이들을 최소화하도록 구성된 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 패턴은 각각의 웰(200)의 중심에 또는 그 근처에 배치된 작동 전극 구역들(104)의 수를 최소화하거나 제거함으로써 와류 효과들을 감소시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 아래에서 상세히 설명하는 도 2a 내지 2f, 3a 내지 3f, 5a 내지 5f, 6a 내지 6f, 7a 내지 7d 및 8a에 예시된 바와 같이, 작동 전극 구역들(104)은 원형 또는 반원형 형상으로 형성될 수 있고 웰(200)의 둘레 근처에 위치될 수 있다.
실시예에서, 개별의 웰(200)의 보조 전극(102) 및 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)은 지오메트릭 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 지오메트릭 패턴은 작동 전극 구역들(104)의 원형 또는 반원형 패턴을 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 작동 전극 구역들(104)은 웰(200)의 측벽으로부터 대략 동일한 거리에 배치될 수 있고, 보조 전극들(102)은 작동 전극 구역들(104)의 원형 또는 반원형 패턴에 의해 정의된 둘레(전체 둘레 또는 단지 그것의 일부) 내에 배치될 수 있지만, 다른 형상들 및/또는 패턴들도 고려된다. 예를 들어, 웰(200)이 정사각형 모양의 웰로 구현될 때, 작동 전극 구역들(104)은 웰(200) 둘레의 전체 또는 단지 일부 둘레에 정사각형 또는 직사각형 형상의 링 패턴으로 배열될 수 있다.
다른 실시예에서, 예를 들어 지오메트릭 패턴은 작동 전극 구역들(104)이 별형의 패턴을 정의하는 패턴을 포함할 수 있고, 여기서 보조 전극(102)은 별 모양 패턴의 2개의 인접한 지점들을 정의하는 2개의 인접한 작동 전극 구역들(104) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 별형 패턴의 "지점들"을 형성하는 보조 전극들(102)과 별형 패턴의 내부 구조를 형성하는 작동 전극 구역들(104)로 별형 패턴이 형성될 수 있다. 예를 들어, 아래에서 상세히 설명하는 도 5a 내지 5c에 예시된 바와 같이, 5개 지점 별 패턴에서 보조 전극들(102)은 별 모양 패턴의 5개 "지점들"을 형성할 수 있고 작동 전극 구역들(104)은 내부 "팬타곤" 구조를 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 별 패턴은 또한 하나 이상의 동심원 원들로 정의될 수 있고, 여기서 아래에서 상세히 설명하는 도 5a 내지 5c에 예시된 바와 같이 하나 이상의 작동 전극들(104) 및/또는 하나 이상의 보조 전극들은 하나 이상의 동심 원들 주위에 원형 패턴으로 배치될 수 있다.
도 3a 및 3b는 개방형 링 패턴으로 배치된 원형 작동 전극 구역들(104)을 갖는 웰(200)의 전극 설계(301)의 실시예들을 예시한다. 도 3a에 예시된 모범적이고 비제한적인 실시예에 따르면, 웰(200)의 바닥(207)은 단일 보조 전극(102)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 하나(1)보다 많은 보조 전극(102)이 웰(200)에 포함될 수 있다(예를 들어, 2, 3, 4, 5개 등). 실시예들에서, 보조 전극(102)은 대략 원형으로 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 보조 전극(102)은 다른 형상들(예를 들어, 직사각형들, 정사각형들, 타원형들, 클로버들, 또는 임의의 다른 규칙적이거나 불규칙한 지오메트릭 형상)을 갖도록 형성될 수 있다.
실시예들에서, 웰(200)은 10개의 작동 전극 구역들(104)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 10개 미만 또는 그 이상의 작동 전극 구역들(104)이 웰(200)에 포함될 수 있다(예를 들어, 1, 2, 3, 4개 등). 실시예들에서, 작동 전극 구역들(104)은 대략적인 원형 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 작동 전극 구역들(104)은 다른 형상들(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 타원형, 클로버, 또는 임의의 다른 규칙적이거나 불규칙한 지오메트릭 형상)을 갖도록 형성될 수 있다.
작동 전극 구역들(104)은 거리 "D1"에서 웰(200)의 둘레 "P"에 인접한 반원형 또는 실질적으로 "C형상" 패턴으로 서로에 대해 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 거리 D1은 작동 전극 구역들(104)의 경계와 둘레 P 사이의 최소 거리일 수 있다. 즉, 작동 전극 구역들(104)의 각각은 웰(200)의 둘레(P)로부터 동일한 거리 D1에 위치될 수 있고 작동 전극 구역들(104)의 각각은 거리 "D2" 만큼 서로 동일하게 이격된다. (작동 전극(WE-WE) 피치라고도 지칭됨). 일부 실시예들에서, 거리 D2는 2개의 인접한 작동 전극 구역들(104)의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 일부 실시예들에서, 2개의 작동 전극 구역들(104A, 104B)은 갭 "G"를 형성하도록 서로 충분한 거리만큼 이격될 수 있다. 특정 실시예들에서, 갭 G은 전기 트레이스들 또는 접점들이 작동 전극 구역들(104)과 전기적으로 간섭하지 않고 보조 전극(102)에 전기적으로 결합되도록 하여, 보조 전극(102) 및 작동 전극 구역들(104)의 전기적 절연을 유지할 수 있다. 예를 들어, 갭 G는 전기 트레이스가 인접한 작동 전극 구역(104) 사이에 형성될 수 있도록 충분한 거리로 형성될 수 있다.
특정 실시예들에서, 거리 D1은 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)과 웰(200)의 둘레 P 사이에서 동일하지 않을 수 있다. 추가 실시예들에서, 거리 D2는 2개 이상의 작동 전극 구역들(104) 사이에서 동일하지 않을 수 있다. 보조 전극(102)은 작동 전극 구역들(104)의 각각으로부터 동일한 거리 "D3"(WE-보조 피치라고도 함)에서 C자형 패턴의 중심에 위치할 수 있으며, 다른 실시예들에서 거리 D3는 보조 전극(102)에 대해 측정된 작동 전극 구역들(104) 중 하나 이상에 대해 변할 수 있다. 특정 실시예들에서, 예시된 바와 같이, 거리 D1, 거리 D2, 거리 D3 및 거리 G는 개별의 피쳐(feature)(예를 들어, 작동 전극 영역(104), 보조 전극(102) 또는 둘레 P)의 둘레 상의 가장 가까운 상대 지점으로부터 측정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 거리 D3은 작동 전극 구역들(104)의 경계와 보조 전극의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 당업자는 거리가 반복 가능한 패턴, 예를 들어 지오메트릭 패턴을 생성하기 위해 피쳐 상의 임의의 상대 지점으로부터 측정될 수 있음을 인식할 것이다.
이들 도면들은 단일 보조 전극(102)을 도시하지만, 도 3c에 예시된 바와 같이 둘 이상이 포함될 수도 있다. 또한, 보조 전극(102)이 웰(200)의 대략적인(또는 실제) 중심에 배치된 것으로 이들 도면들에 도시되어 있지만, 보조 전극(102)은 도 3d에 예시된 바와 같이 웰(200)의 다른 위치에도 배치될 수 있다. 또한, 이들 도면들은 열(10)개의 작동 전극 구역들(104)을 예시하지만, 도 3e 및 3f에 예시된 바와 같이 더 많거나 적은 수의 작동 전극 구역들(104)이 포함될 수 있다.
실시예들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작동 전극 구역들(104)의 크기는 달라질 수 있다. 예를 들어, 표 2에 보이는 바와 같이 작동 전극 영역들(104) 각각의 크기는 동일할 수 있고, 보조 전극(102)의 크기는 그 직경이 달라지는 것과 같이 달라질 수 있다. 당업자는 표 2에 포함된 치수들은 대략적인 값이며 제조 공차들과 같은 조건들에 따라 예를 들어 +/- 5.0%만큼 달라질 수 있음을 인식할 것이다.
| WE 구역 직경 (인치) |
WE 구역 노출된 표면 영역 (제곱인치) |
총 WE 스팟 영역 (10개 스팟- 제곱인치) |
보조 전극 직경 (인치) |
보조 전극 노출된 표면 영역 (제곱인치) |
WE/보조 전극 영역 비율 |
스팟 에지 대 플레이트 벽 (인치) |
D2 (인치) |
| 0.037 | 0.00106 | 0.0106 | 0.048 | 0.00181 | 5.85 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.037 | 0.00106 | 0.0106 | 0.044 | 0.00152 | 6.96 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.037 | 0.00106 | 0.0106 | 0.040 | 0.00126 | 8.42 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.037 | 0.00106 | 0.0106 | 0.036 | 0.00102 | 10.39 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.037 | 0.00106 | 0.0106 | 0.032 | 0.00080 | 13.16 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.037 | 0.00106 | 0.0106 | 0.028 | 0.00062 | 17.18 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.020 | 0.00031 | 0.0031 | 0.040 | 0.00126 | 2.50 | 0.0280 | 0.0290 |
| 0.020 | 0.00031 | 0.0031 | 0.060 | 0.00283 | 1.11 | 0.0280 | 0.0290 |
| 0.020 | 0.00031 | 0.0031 | 0.080 | 0.00503 | 0.62 | 0.0280 | 0.0290 |
| 0.020 | 0.00031 | 0.0031 | 0.100 | 0.00785 | 0.40 | 0.0280 | 0.0290 |
| 0.020 | 0.00031 | 0.0031 | 0.120 | 0.01131 | 0.28 | 0.0280 | 0.0290 |
| 0.020 | 0.00031 | 0.0031 | 0.140 | 0.01539 | 0.20 | 0.0280 | 0.0290 |
| 0.028 | 0.00062 | 0.0074 | 0.125 | 0.01227 | 0.60 | 0.0200 | 0.0150 |
| 0.028 | 0.00062 | 0.0074 | 0.100 | 0.00785 | 0.94 | 0.0200 | 0.0150 |
| 0.028 | 0.00062 | 0.0074 | 0.060 | 0.00283 | 2.61 | 0.0200 | 0.0150 |
| 0.028 | 0.00062 | 0.0074 | 0.040 | 0.00126 | 5.88 | 0.0200 | 0.0150 |
| 0.028 | 0.00062 | 0.0074 | 0.030 | 0.00071 | 10.46 | 0.0200 | 0.0150 |
| 0.028 | 0.00062 | 0.0074 | 0.025 | 0.00049 | 15.05 | 0.0200 | 0.0150 |
도 4a 및 4b는 도 3a 및 3b를 참조하여 위에서 설명한 것과 마찬가지로 개방형 링 패턴으로 웰에 배치된 비원형 형상 작동 전극 구역들(104)을 갖는 웰(200)의 전극 설계(401)의 비제한적인 예시적인 실시예들을 예시한다. 실시예들에서, 비원형 형상 작동 전극 구역들(104)은 웰(200) 내의 영역의 개선된 사용을 허락할 수 있다. 비원형 형상 작동 전극 구역들(104)의 사용은 더 큰 작동 전극 구역들(104)이 웰(200) 내에 형성되도록 및/또는 더 많은 작동 전극 구역들(104)이 웰(200) 내에 형성되도록 할 수 있다. 이러한 비원형 형상들을 형성함으로써, 작동 전극 구역들(104)은 웰(200) 내에서 더 단단하게 패킹될 수 있다. 이와 같이, 보조 전극(102)에 대한 작동 전극 영역들(104)의 비율들이 최대화될 수 있다. 추가적으로, 작동 전극 구역들(104)이 더 크게 형성될 수 있기 때문에, 작동 전극 구역들(104)은 더 확실하게 제조, 예를 들어 더 확실하게 인쇄될 수 있다.
도 4a에 예시된 바와 같이, 웰(200)은 단일 보조 전극(102)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 하나(1)보다 많은(예를 들어, 2, 3, 4, 5개 등) 보조 전극(102)이 웰(200)에 포함될 수 있다. 실시예들에서, 보조 전극(102)은 대략 원형 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 보조 전극(102)은 다른 형상들(예를 들어, 직사각형들, 정사각형들, 타원형들, 클로버들, 또는 임의의 다른 규칙적이거나 불규칙한 지오메트리 형상)을 갖도록 형성될 수 있다.
실시예들에서, 웰(200)은 열(10)개의 작동 전극 구역들(104)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 10개 미만 또는 그 이상의 작동 전극 구역들(104)이 웰(200)에 포함될 수 있다(예를 들어, 1, 2, 3, 4개 등). 작동 전극 구역들(104)의 각각은 비원형 형상, 예를 들어 웨지 형상 또는 하나 이상의 코너들이 둥글거나 반경 형식의(radiused) 삼각형 형상을 갖도록 형성될 수 있지만, 다른 실시예들에서는 코너들이 둥글지 않아서 삼각형들과 같은 다각형 모양들을 형성한다.
작동 전극 구역들(104)은 거리 "D1"에서 웰(200)의 둘레 "P"에 인접한 반원형 또는 실질적으로 "C자형" 패턴으로 서로에 대해 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 거리 D1은 작동 전극 구역들(104)의 경계와 둘레 P 사이의 최소 거리일 수 있다. 즉, 작동 전극 구역들(104)의 각각은 웰(200)의 둘레 P로부터 동일한 거리 D1에 위치될 수 있고 작동 전극 구역들(104)의 각각은 거리 "D2"만큼 서로 동일하게 이격된다. 일부 실시예들에서, 거리 D2는 2개의 인접한 작동 전극 구역들(104)의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 일부 실시예들에서, 2개의 작동 전극 구역들(104A, 104B)은 갭 "G"를 형성하도록 서로에게서 충분한 거리만큼 이격될 수 있다. 특정 실시예들에서, 거리 D1은 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)과 웰(200)의 둘레 P 사이에서 동일하지 않을 수 있다. 추가 실시예들에서, 거리 D2는 2개 이상의 작동 전극 구역들(104) 사이에서 동일하지 않을 수 있다. 보조 전극(102)은 작동 전극 구역들(104) 각각으로부터 동일한 거리 "D3"으로 C자형 패턴의 중심에 위치될 수 있지만, 다른 실시예들에서 거리 D3은 보조 전극(102)에 대해 측정된 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)에 대해 달라질 수 있다. 특정 실시예들에서, 예시된 바와 같이, 거리 D1, 거리 D2, 거리 D3 및 거리 G는 개별의 피처의 둘레 상의 가장 가까운 지점(예를 들어, 작동 전극 영역들(104), 보조 전극(102) 또는 둘레P)으로부터 측정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 거리 D3은 작동 전극 구역들(104)의 경계와 보조 전극의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 당업자는 거리들이 반복 가능한 패턴, 예를 들어 지오메트릭 패턴을 생성하기 위해 도면 상의 임의의 상대 지점으로부터 측정될 수 있음을 인식할 것이다.
이들 도면들은 단일 보조 전극(102)을 도시하지만, 도 4c에 예시된 바와 같이 둘 이상이 포함될 수도 있다. 또한, 보조 전극(102)이 웰(200)의 대략적인(또는 실제) 중심에 배치된 것으로 이들 도면들에 도시되어 있지만, 보조 전극(102)은 도 4d에 도시된 바와 같이 웰(200)의 다른 위치들에도 배치될 수 있다. 추가로, 이들 도면들은 열(10)개의 작동 전극 구역들(104)을 예시하지만, 도 4e 및 4f에 예시된 바와 같이 더 많거나 적은 수의 작동 전극 구역들(104)이 포함될 수 있다.
특정 실시예들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작동 전극 구역들(104)의 크기는 동일할 수 있다. 다른 실시예들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작동 전극 구역들(104)의 크기는 달라질 수 있다. 일 예에서, 보조 전극(102)의 크기는 일정할 수 있고, 작동 전극 구역(104)의 크기는 예를 들어 보조 전극(102)의 반경을 다르게 함으로써 달라질 수 있다. 표 3은 도 4a 내지 4f에 예시된 실시예들에 대한 작동 전극 구역들(104) 및 보조 전극(102)에 대한 치수들의 예들을 포함한다. 당업자는 표 3에 포함된 치수들이 대략적인 값들이며 예를 들어 제조 공차들과 같은 조건들에 따라 +/- 5.0%만큼 달라질 수 있음을 이해할 것이다.
| WE 구역 직경 (인치) |
WE 구역 노출된 표면 영역 (제곱인치) |
총 WE 스팟 영역 (10개 스팟- 제곱인치) |
보조 전극 직경 (인치) |
보조 전극 노출된 표면 영역 (제곱인치) |
WE/보조 전극 영역 비율 | 스팟 에지 대 플레이트 벽 (인치) |
D2 (인치) |
| - | 0.00158 | 0.0158 | 0.048 | 0.00181 | 8.73 | 0.0200 | 0.0120 |
| - | 0.00156 | 0.0156 | 0.048 | 0.00181 | 8.63 | 0.0200 | 0.0120 |
| - | 0.00154 | 0.0154 | 0.048 | 0.00181 | 8.49 | 0.0200 | 0.0120 |
| - | 0.00139 | 0.0139 | 0.048 | 0.00181 | 7.68 | 0.0200 | 0.0120 |
| - | 0.00114 | 0.0114 | 0.048 | 0.00181 | 6.29 | 0.0200 | 0.0120 |
| - | 0.00114 | 0.0114 | 0.100 | 0.00785 | 1.45 | 0.0200 | 0.0120 |
| - | 0.00114 | 0.0114 | 0.080 | 0.00503 | 2.27 | 0.0200 | 0.0120 |
| - | 0.00114 | 0.0114 | 0.060 | 0.00283 | 4.03 | 0.0200 | 0.0120 |
| - | 0.00114 | 0.0114 | 0.050 | 0.00196 | 5.80 | 0.0200 | 0.0120 |
| - | 0.00114 | 0.0114 | 0.040 | 0.00126 | 9.06 | 0.0200 | 0.0120 |
| - | 0.00114 | 0.0114 | 0.035 | 0.00096 | 11.84 | 0.0200 | 0.0120 |
| - | 0.00114 | 0.0114 | 0.030 | 0.00071 | 16.11 | 0.0200 | 0.0120 |
도 5a 및 5b는 원형인 작동 전극 구역들(104)이 별 모양 패턴으로 배치된 작동 전극 구역들(104)을 갖는 웰(200)의 전극 설계(401)의 비제한적이고 예시적인 실시예들을 예시한다. 도 5a에 예시된 바와 같이 웰(200)은 다섯(5)개의 보조 전극들(102)을 포함할 수 있으며, 보조 전극들(102)의 각각은 대략 원형(다른 개수의 보조 전극들, 다른 모양들 등도 고려되지만)으로 형성될 수 있다. 이 예에서, 웰(200)은 또한 열(10)개의 작동 전극 구역들(104)을 포함할 수 있고, 작동 전극 구역들(104)의 각각은 대략 원형 형상으로 형성될 수 있다. 별 모양 패턴은 서로에 대해 내부 원과 외부 원 중 하나에 위치하는 복수의 작동 전극 구역들(104)에 의해 생성될 수 있으며, 여기서 외부 원에 위치된 작동 전극 구역(104)의 각각은 내부 원에 위치된 2개의 인접한 작동 전극 구역들(104)에 대해 각도 중간점에 배치된다. 내부 원의 작동 전극 구역들(104)의 각각은 웰(200)의 중심으로부터 거리 "R1"로 이격될 수 있다. 외부 원의 작동 전극 구역들(104)의 각각은 웰(200)의 중심으로부터 거리 "R2"로 이격될 수 있다. 별 모양 패턴에서, 각각의 보조 전극(102)은 외부 원에 위치하는 2개의 작동 전극 구역들(104)에 대해 동일한 거리 "D4"에 위치될 수 있다.
특정 실시예들에서, 예시된 바와 같이, 거리 R1, 거리 R2 및 거리 D4는 개별의 도면의 둘레 상의 가장 가까운 지점으로부터 측정될 수 있다(예를 들어, 작동 전극 구역(104), 보조 전극(102) 또는 둘레 P). 당업자는 거리가 반복 가능한 지오매트릭 패턴을 생성하기 위해 피쳐 상의 임의의 상대 지점으로부터 측정될 수 있음을 인식할 것이다.
이들 도면들은 열(10)개의 작동 전극 구역들(104)을 예시하지만, 도 5c에 예시된 바와 같이 더 많거나 적은 수의 작동 전극 구역들(104)이 포함될 수 있다. 추가로, 도 5a 내지 5c는 원형 형상의 작동 전극 구역(104)을 예시하지만, 작동 전극 구역들(104)은 다른 형상들(예를 들어, 직사각형들, 정사각형들, 타원형들, 클로버들 또는 임의의 다른 규칙적이거나 불규칙한 지오매트릭 형상)을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 실시예들은 예를 들어 웨지형 작동 전극 구역들 및/또는 보조 전극들 등을 포함하는 별 모양 패턴과 같은 전극 구성들의 하이브리드 설계들을 포함할 수 있다.
특정 실시예들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작동 전극 구역들(104)의 크기는 동일할 수 있다. 다른 실시예들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작동 전극 구역들(104)의 크기는 달라질 수 있다. 일 예에서, 작동 전극 구역들(104)의 크기는 일정할 수 있고, 보조 전극(102)의 크기는 표 4에 보인 바와 같이 직경이 달라지는 것과 같이 달라질 수 있다. 당업자는 표 4에 포함된 치수들이 대략적인 값들이며 제조 공차들과 같은 조건들에 따라 예를 들어 +/- 5.0%만큼 달라질 수 있음을 이해할 것이다.
| WE 구역 직경 (인치) |
WE 구역 노출된 표면 영역 (제곱인치) |
총 WE 스팟 영역 (10개 스팟- 제곱인치) |
보조 전극 직경 (인치) |
보조 전극 노출된 표면 영역 (제곱인치) |
WE/보조 전극 영역 비율 | 스팟 에지 대 플레이트 벽 (인치) |
D2 (인치) |
| 0.0420 | 0.00139 | 0.01385 | 0.030 | 0.00354 | 3.92 | 0.0200 | 0.0125 |
| 0.0420 | 0.00139 | 0.01385 | 0.027 | 0.00287 | 4.83 | 0.0200 | 0.0125 |
| 0.0420 | 0.00139 | 0.01385 | 0.024 | 0.00226 | 6.13 | 0.0200 | 0.0125 |
| 0.0420 | 0.00139 | 0.01385 | 0.021 | 0.00173 | 8.01 | 0.0200 | 0.0125 |
| 0.0420 | 0.00139 | 0.01385 | 0.018 | 0.00127 | 10.91 | 0.0200 | 0.0125 |
| 0.0420 | 0.00139 | 0.01385 | 0.015 | 0.00089 | 15.65 | 0.0200 | 0.0125 |
도 6a 및 6b는 폐쇄된 링 패턴으로 배치된 비원형 형상 작동 전극 구역들(104)을 갖는 웰(200)의 전극 설계(601)의 예시적이고 비제한적인 실시예들을 예시한다. 도 6a에 예시된 바와 같이, 웰(200)은 단일 보조 전극(102)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 하나(1)보다 많은(예를 들어, 2, 3, 4, 5개 등) 보조 전극(102)이 웰(200)에 포함될 수 있다. 실시예들에서, 보조 전극(102)은 대략 원형 형상으로 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 보조 전극(102)은 다른 형상들(예를 들어, 직사각형들, 정사각형들, 타원형들, 클로버들, 또는 임의의 다른 규칙적이거나 불규칙한 지오메트릭 형상)을 갖도록 형성될 수 있다.
실시예들에서, 웰(200)은 또한 열(10)의 작동 전극 구역들(104)을 포함할 수 있다. 작동 전극 구역들(104)은 비원형 형상, 예를 들어 웨지 형상 또는 하나 이상의 둥글거나 반경형식의 코너들을 갖는 삼각형 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 폐쇄형 링 패턴에서, 작동 전극 구역들(104)은 각각 거리 "D1"에서 웰(200)의 둘레 "P"에 인접한 패턴에 있도록 웰(200)의 둘레 주위에 원형 형상으로 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 거리 D1은 작동 전극 구역들(104)의 경계와 둘레 P 사이의 최소 거리일 수 있다. 즉, 작동 전극 구역들(104)의 각각은 웰(200)의 둘레 P로부터 동일한 거리 D1에 위치될 수 있고 작동 전극 구역들(104)의 각각은 거리 "D2"만큼 서로 동일하게 이격될 수 있다. 일부 실시예들에서, 거리 D2는 2개의 인접한 작동 전극 구역들(104)의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 특정 실시예들에서, 거리 D1은 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)과 웰(200)의 둘레 P 사이에서 동일하지 않을 수 있다. 보조 전극(102)은 작동 전극 구역들(104)의 각각으로부터 동일한 거리 "D3"으로 C자형 패턴의 중심에 위치할 수 있지만, 다른 실시예들에서 거리 D3은 보조 전극(102)에 대해 측정된 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)에 대해 달라질 수 있다. 일부 실시예들에서, 거리 D3는 작동 전극 구역들(104)의 경계와 보조 전극의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 특정 실시예들에서, 예시된 바와 같이, 거리 D1, 거리 D2 및 거리 D3은 개별의 피쳐(예를 들어, 작동 전극 구역(104), 보조 전극(102) 또는 둘레 P)의 둘레 상의 가장 가까운 지점으로부터 측정될 수 있다. 당업자는 거리가 반복 가능한 패턴, 예를 들어 지오매트릭 패턴을 생성하기 위해 피쳐 상의 임의의 상대 지점으로부터 측정될 수 있음을 인식할 것이다.
이들 도면들은 단일 보조 전극(102)을 도시하지만, 도 6c에 예시된 바와 같이 둘 이상이 포함될 수도 있다. 또한, 보조 전극(102)이 웰(200)의 대략적인(또는 진정한) 중심에 배치된 것으로 이들 도면들에 도시되어 있지만, 보조 전극(102)은 도 6d에 도시된 바와 같이 웰(200)의 다른 위치들에도 배치될 수 있다. 또한, 이들 도면들은 열(10)개의 작동 전극 구역들(104)을 예시하지만, 도 6e 및 6f에 예시된 바와 같이 더 많거나 적은 수의 작동 전극 구역들(104)이 포함될 수 있다.
특정 실시예들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작동 전극 구역들(104)의 크기는 동일할 수 있다. 다른 실시예들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작동 전극 구역들(104)의 크기는 달라질 수 있다. 일 예에서, 보조 전극(102)의 크기는 일정할 수 있고, 작동 전극 구역들(104)의 크기는 보조 전극(102)의 반경이 달라지는 것과 같이 달라질 수 있다. 표 5는 도 6a 내지 6f에 예시된 실시예들에 대한 작동 전극 구역들(104) 및 보조 전극들(102)에 대한 치수들의 예들을 포함한다. 당업자는 표 5에 포함된 치수들이 대략적인 값들이고 제조 공차들과 같은 조건들에 따라 예를 들어 +/- 5.0%만큼 달라질 수 있음을 인식할 것이다.
| WE 구역 직경 (인치) |
WE 구역 노출된 표면 영역 (제곱인치) |
총 WE 스팟 영역 (10개 스팟- 제곱인치) |
보조 전극 직경 (인치) |
보조 전극 노출된 표면 영역 (제곱인치) |
WE/보조 전극 영역 비율 | 스팟 에지 대 플레이트 벽 (인치) |
| 0.00219 | 0.0219 | 0.048 | 0.00181 | 12.08 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.00218 | 0.0218 | 0.048 | 0.00181 | 12.06 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.00217 | 0.0217 | 0.048 | 0.00181 | 11.98 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.00214 | 0.0214 | 0.048 | 0.00181 | 11.83 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.00202 | 0.0202 | 0.048 | 0.00181 | 11.17 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.00182 | 0.0182 | 0.048 | 0.00181 | 10.04 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.00182 | 0.0182 | 0.082 | 0.00528 | 3.44 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.00182 | 0.0182 | 0.075 | 0.00442 | 4.11 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.00182 | 0.0182 | 0.068 | 0.00363 | 5.00 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.00182 | 0.0182 | 0.055 | 0.00238 | 7.65 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.00182 | 0.0182 | 0.040 | 0.00126 | 14.46 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.00182 | 0.0182 | 0.030 | 0.00071 | 25.70 | 0.0200 | 0.0120 |
도 7a 및 도 7b는 원형 전극을 갖는 폐쇄형 링 설계를 갖는 웰(200)의 전극 설계(701)의 예시적이고 비제한적인 실시예들을 예시한다. 도 7a에 예시된 바와 같이, 웰(200)은 단일 보조 전극(102)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 하나 (1) 이상의 보조 전극(102)이 웰(200)에 포함될 수 있다(예를 들어, 2, 3, 4, 5개 등). 실시예들에서, 보조 전극(102)은 대략적인 원형 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 보조 전극(102)은 다른 형상(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 타원형, 클로버, 또는 임의의 다른 규칙적이거나 불규칙한 기하학적 형상)을 갖도록 형성될 수 있다.
실시예들에서, 웰(200)은 10개의 작동 전극 구역들(104)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 10개 미만 또는 그 이상의 작동 전극 구역들(104)이 웰(200)에 포함될 수 있다(예를 들어, 1, 2, 3, 4개 등). 실시예에서, 작동 전극 구역들(104)은 대략적인 원형 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 작동 전극 구역들(104)은 다른 형상(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 타원형, 클로버, 또는 임의의 다른 규칙적이거나 불규칙한 기하학적 형상)을 갖도록 형성될 수 있다.
폐쇄형 링 패턴에서, 작동 전극 구역들(104)은 각각 거리 "D1"에서 웰(200)의 둘레 "P"에 인접한 패턴에 있도록 웰(200)의 둘레 주위에 원형 형상으로 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 거리 D1은 작동 전극 구역들(104)의 경계와 둘레 P 사이의 최소 거리일 수 있다. 즉, 작동 전극 구역들(104)의 각각은 웰(200)의 둘레 P로부터 동일한 거리D1에 위치될 수 있고 작동 전극 구역들(104)의 각각은 거리 "D2"(작동 전극(WE-WE) 피치라고도 함)만큼 서로 동일하게 이격되어 있다. 일부 실시예들에서, 거리 D2는 2개의 인접한 작동 전극 구역들(104)의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 특정 실시예들에서, 거리 D1은 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)과 웰(200)의 둘레 P 사이에서 동일하지 않을 수 있다. 추가 실시예들에서, 거리 D2는 2개 이상의 작동 전극 구역들(104) 사이에서 동일하지 않을 수 있다.
보조 전극(102)은 작동 전극 영역들(104)의 각각으로부터 동일한 거리 "D3"(WE-보조 피치로 지칭됨)에서 링 패턴의 중심에 위치할 수 있으며, 다른 실시예들에서, 거리 D3는 보조 전극(102)에 대해 측정된 바와 같이 작동 전극 구역들(104)들 중 하나 이상에 대해 변할 수 있다. 일부 실시예에들서, 거리 D3는 작동 전극 구역들(104)의 경계와 보조 전극의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 특정 실시예들에서, 예시된 바와 같이, 거리 D1, 거리 D2 및 거리 D3는 각각의 피쳐(예를 들어, 작동 전극 구역(104), 보조 전극(102), 또는 둘레 P)의 둘레 상의 가장 가까운 상대 지점으로부터 측정될 수 있다. 당업자는 거리가 반복 가능한 패턴, 예를 들어 기하학적 패턴을 생성하기 위해 피쳐 상의 임의의 상대 지점으로부터 측정될 수 있음을 인식할 것이다.
추가 예들에서, 작동 전극 구역 대 보조 전극 거리(WE-보조 거리)는 작동 전극 구역(104)의 중심에서 보조 전극(102)의 중심까지 측정될 수 있다. WE-보조 거리들의 예는 10 스팟 개방형 동심 설계의 경우 0.088" 날카로운 모서리가 있는 10 삼엽형(trilobe) 개방형 동심 설계의 경우 0.083", 둥근 모서리가 있는 10 삼엽형 개방형 동심 설계의 경우 0.087", 날카로운 모서리가 있는 10 삼엽형 폐쇄 동심원 설계의 경우 0.080", 둥근 모서리가 있는 10 삼엽형 폐쇄 동심 설계의 경우 0.082", 그리고 10개 지점 폐쇄 동심 설계의 경우 0.086"을 포함한다. 펜타 설계에서, WE-보조 거리는 내부 작동 전극 구역(104)과 보조 전극(102) 사이에 0.062"이고 외부 작동 전극 구역(104)과 보조 전극(102) 사이에 0.064"일 수 있다. 본 명세서에 제공된 WE-보조 거리 값은 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고 5%, 10%, 15% 및 25% 이상 변할 수 있다. 실시예들에서, WE-보조 거리 값은 작동 전극 구역(104) 및 보조 구역(102)의 크기 및 구성에 따라 변할 수 있다.
이들 도면들은 단일 보조 전극(102)을 도시하지만, 도 7c에 도시된 바와 같이 둘 이상이 포함될 수도 있다. 또한, 보조 전극(102)이 이들 도면에서 웰(200)의 대략적인(또는 실제) 중심에 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 보조 전극(102)은 도 7d에 도시된 바와 같이 웰(200)의 다른 위치에도 배치될 수 있다. 추가로, 이들 도면은 10개의 작동 전극 구역들(104)을 예시하지만, 도 7e 및 도 7f에 예시된 바와 같이 더 많거나 적은 수의 작동 전극 구역들(104)이 포함될 수 있다.
특정 실시예들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작동 전극 구역들(104)의 크기는 동일할 수 있다. 다른 실시예들에서, 보조 전극(102) 및/또는 작동 전극 구역들(104)의 크기는 변경될 수 있다. 일례에서, 작동 전극 구역들(104)의 크기는 일정할 수 있고, 보조 전극(102)의 크기는 표 6에 나타낸 바와 같이 직경을 변경하는 것과 같이 변경될 수 있다. 당업자는 표 6에 포함된 치수가 대략적인 값이며 제조 공차와 같은 조건에 따라 예를 들어 +/- 5.0%만큼 변할 수 있음을 인식할 것이다.
| WE 구역 직경 (인치) |
WE 구역 노출된 표면 영역 (제곱인치) |
총 WE 스팟 영역 (10개 스팟- 제곱인치) |
보조 전극 직경 (인치) |
보조 전극 노출된 표면 영역 (제곱인치) |
WE/보조 전극 영역 비율 | 스팟 에지 대 플레이트 벽 (인치) |
D2 (인치) |
| 0.041 | 0.00131 | 0.0131 | 0.048 | 0.00181 | 7.25 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.041 | 0.00131 | 0.0131 | 0.044 | 0.00152 | 8.63 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.041 | 0.00131 | 0.0131 | 0.040 | 0.00126 | 10.44 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.041 | 0.00131 | 0.0131 | 0.036 | 0.00102 | 12.89 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.041 | 0.00131 | 0.0131 | 0.032 | 0.00080 | 16.32 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.041 | 0.00131 | 0.0131 | 0.028 | 0.00062 | 21.30 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.040 | 0.00130 | 0.0130 | 0.048 | 0.00181 | 7.18 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.036 | 0.00100 | 0.0100 | 0.048 | 0.00181 | 5.52 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.032 | 0.00080 | 0.0080 | 0.048 | 0.00181 | 4.42 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.028 | 0.00060 | 0.0060 | 0.048 | 0.00181 | 3.31 | 0.0200 | 0.0120 |
| 0.024 | 0.00050 | 0.0050 | 0.048 | 0.00181 | 2.76 | 0.0200 | 0.0120 |
도 8a 내지 8d도 원형 작동 전극 구역들 및 복합형 보조 전극들(102)을 갖는 폐쇄형 링 설계를 갖는 웰(200)의 전극 설계(801)의 예시적이고 비제한적인 실시예들을 예시한다. 도 8a에 예시된 바와 같이, 웰(200)은 2개의 복합형 보조 전극들(102)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 도 8d에 도시된 바와 같이 2개보다 적은(또는 더 많은) 보조 전극들(102)이 웰(200)에 포함될 수 있다. 실시예들에서, 보조 전극들(102)은 상술한 바와 같이 "기어", "톱니", "고리", "와셔" 모양, "장방형" 모양, "쐐기" 모양 등과 같은 복잡한 모양으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도8b에 예시된 바와 같이, 보조 전극들(102)의 내부는 작동 전극 구역들(104)에 대응하는 외부 반원형 공간들(802)(예를 들어, "기어" 또는 "톱니바퀴" 형상)을 갖는 원형으로 형성될 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어 도 8c에 도시된 바와 같이, 보조 전극들(102)의 외부는 작동 전극 영역들(104)에 대응하는 내부 반원형 공간들(804)(예를 들어, "와셔" 형상)을 갖는 중공 링 형상으로 형성될 수 있다.
실시예들에서, 웰(200)은 10개의 작동 전극 구역들(104)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 10개 미만 또는 10개 초과의 작동 전극 구역들(104)이 웰(200)에 포함될 수 있다(예를 들어, 1, 2, 3, 4개 등). 실시예들에서, 작동 전극 구역들(104)은 대략적인 원형 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 작동 전극 구역들(104)은 다른 형상들(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 타원형, 클로버, 또는 임의의 다른 규칙적이거나 불규칙한 기하학적 형상)을 갖도록 형성될 수 있다.
실시예들에서, 작동 전극 구역들(104)은 2개의 보조 전극들(102) 사이에 원형 형상으로 위치할 수 있다. 이 구성에서 외부 반원형 공간들(802) 및 내부 반원형 공간들(804)은 2개의 보조 전극들(102)이 작동 전극 구역들을 부분적으로 둘러싸도록 허용한다. 2개의 보조 전극들(102)의 외부는 작동 전극 구역들(104)로부터 거리 "D1"로 이격될 수 있으며, 여기서 D1은 내부 반원형 공간의 중간점에서 작동 전극 구역들(104)의 경계까지 측정된다. 일부 실시예들에서, 거리 D1은 2개의 보조 전극들(102)의 외부와 작동 전극 구역들(104) 사이의 최소 거리일 수 있다. 특정 실시예들에서, 거리 D1은 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)과 2개의 보조 전극들(102)의 외부 사이에서 동일하지 않을 수 있다. 작동 전극 구역들(104) 각각은 거리 "D2"만큼 서로 동일하게 이격될 수 있다. 일부 실시예들에서, 거리 D2는 2개의 인접한 작동 전극 구역들(104)의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 추가 실시예들에서, 거리 D2는 2개 이상의 작동 전극 구역들(104) 사이에서 동일하지 않을 수 있다. 2개의 보조 전극들(102)의 내부는 작동 전극 구역들(104)로부터 거리 "D3"로 이격될 수 있으며, 여기서 D3은 외부 반원형 공간의 중간점으로부터 작동 전극 구역들(104)의 에지까지 측정된다. 일부 실시예들에서, 거리 D3는 작동 전극 구역들(104)의 경계와 보조 전극의 경계 사이의 최소 거리일 수 있다. 특정 실시예들에서, 거리 D1은 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)과 2개의 보조 전극들(102)의 내부 사이에서 동일하지 않을 수 있다.
특정 실시예들에서, 예시된 바와 같이, 거리 D1, 거리 D2 및 거리 D3는 각각의 피쳐의 둘레 상의 가장 가까운 상대 지점으로부터 측정될 수 있다. 당업자는 거리가 반복 가능한 기하학적 패턴을 생성하기 위해 피쳐 상의 임의의 상대 지점으로부터 측정될 수 있음을 인식할 것이다.
전술한 바와 같이, 전기화학 셀(100)은 전기화학 분석을 수행하기 위한 디바이스 및 장치에 이용될 수 있다. 예를 들어, 전술한 웰들(200)을 포함하는 다중-웰 플레이트(208)는 생물학적, 화학적 및/또는 생화학적 검정 및/또는 분석의 성능을 돕는 임의 유형의 장치, 예를 들어, ECL 분석을 수행하는 장치에 사용될 수 있다. 도 9a 내지 9b는 웰들(200)을 포함하는 다중-웰 플레이트(208)가 본 명세서예에 따른 전기화학 분석 및 절차들에 사용될 수 있는 일반화된 검정 장치(900)를 예시한다. 당업자는 도 9a 내지 9b가 검정 장치의 일례를 예시하고 도 9a 내지 9b에 예시된 기존 컴포넌트가 제거될 수 있고 및/또는 추가 컴포넌트가 본 명세서에 기술된 실시예들의 범위를 벗어나지 않고 검정 장치(900)에 추가될 수 있음을 인식할 것이다.
도 9a 내지 9b에 예시된 바와 같이, 다중-웰 플레이트(208)는 플레이트 전기 커넥터(902)에 전기적으로 결합될 수 있다. 플레이트 전기 커넥터(902)는 전압/전류 소스(904)에 결합될 수 있다. 전압/전류 소스(904)는 플레이트 전기 커넥터(1502)를 통해 다중-웰 플레이트(208)의 웰들(200)(예를 들어, 전기화학 셀들(100))에 제어된 전압 및/또는 전류를 선택적으로 공급하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 플레이트 전기 커넥터(1502)는 다중-웰 플레이트(208)의 전기 접점들과 매칭 및/또는 정합하도록 구성될 수 있고, 이는 하나 이상의 보조 전극들(102) 및/또는 하나 이상의 작동 전극 구역들(102)에 결합되어 다중-웰 플레이트(208)의 웰들(200)에 전압 및/또는 전류가 공급되도록 한다.
일부 실시예들에서, 플레이트 전기 커넥터(902)는 하나 이상의 웰들(200)이 동시에 활성화되도록(작동 전극 구역들 및 보조 전극 중 하나 이상 포함) 구성될 수 있거나, 둘 이상의 작동 전극 구역들 및/또는 보조 전극이 개별적으로 활성화될 수 있다. 특정 실시예들에서, 과학적 분석을 수행하는 데 사용되는 디바이스는 하나 이상의 장치(예를 들어, 플레이트들, 플로우 셀들 등)에 전기적으로 결합될 수 있다. 디바이스와 하나 이상의 장치들 사이의 결합은 장치의 전체 표면(예를 들어, 플레이트의 전체 바닥) 또는 장치의 일부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 플레이트 전기 커넥터(902)는 하나 이상의 웰들(200)이, 예를 들어, 웰들(200) 중 하나에 선택적으로 인가되는 전압 및/또는 전류 및 검출기(910)로부터 판독된 신호를 선택적으로 어드레싱할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 9b에 예시된 바와 같이, 다중-웰 플레이트(208)는 "A" 내지 "H"로 라벨링된 로우(row)들 및 "1" 내지 "12"로 라벨링된 컬럼들로 배열된 96개의 웰들(200)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 플레이트 전기 커넥터(902)는 로우들 A 내지 H 중 하나 또는 컬럼들 1 내지 12 중 하나에서 모든 웰들(200)을 연결하는 단일 전기 스트립을 포함할 수 있다. 이와 같이, 로우들 A 내지 H 중 하나 또는 컬럼들 1 내지 12 중 하나에 있는 모든 웰들(200)은, 예를 들어, 전압/전류 소스(904)에 의해 전압 및/또는 전류가 동시에 공급되도록 활성화될 수 있다. 마찬가지로, 로우들 A 내지 H 중 하나 또는 컬럼들 1 내지 12 중 하나에 있는 모든 웰들(200)은 예를 들어 검출기들(910)에 의해 판독된 신호와 같이 동시에 판독될 수 있다.
일부 실시예들에서, 플레이트 전기 커넥터(902)는 로우들 A 내지 H 및 컬럼들 1 내지 12에서 개별 웰들(200)을 연결하는 개별 전기 연결들, 수직 전기 라인들(952) 및 수평 전기 라인들(950)의 매트릭스를 포함할 수 있다. 플레이트 전기 커넥터(902)(또는 전압/전류 공급 공급원(904))는 수직 전기 라인들(952) 및 수평 전기 라인들(950)에 대한 전기 연결을 선택적으로 확립하는 스위치 또는 다른 전기 연결 디바이스를 포함할 수 있다. 이와 같이, 로우들 A 내지 H 중 하나 또는 컬럼들 1 내지 12 중 하나에 있는 하나 이상의 웰들(200)은 예를 들어 도 9b에 예시된 바와 같이 전압/전류 소스(904)에 의해 공급될 전압 및/또는 전류와 같이 개별적으로 활성화될 수 있다. 마찬가지로, 로우들 A 내지 H 중 하나 또는 컬럼들 1 내지 12 중 하나에 있는 하나 이상의 웰들(200)은 예를 들어 검출기들(910)에 의해 판독된 신호에 의해 개별적으로 동시에 판독될 수 있다. 이 예에서, 개별적으로 활성화되는 하나 이상의 웰들(200)은 하나 이상의 웰들(200), 예를 들어 웰 A1, 웰 A2 등의 인덱스에 기초하여 선택된다.
일부 실시예들에서, 플레이트 전기 커넥터(902)는 하나 이상의 작동 전극 구역들(104) 및/또는 하나 이상의 보조 전극들(102)이 동시에 활성화되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 플레이트 전기 커넥터(902)는 웰들(200)의 각각의 보조 전극들(102) 및/또는 작동 전극 구역들(104) 중 하나 이상이 보조 전극들(102) 및/또는 작동 전극 구역들(104)의 개별 전극에 선택적으로 인가된 전압 및/또는 전류 및 검출기(910)로부터 판독된 신호를 선택적으로 어드레싱하되도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같은 웰들(200)과 유사하게, 각각의 웰(200)에 대해, 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)은 플레이트 전기 커넥터(902)가 웰(200)의 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)의 각각에 대해 전기적으로 연결되도록 하는 별도의 전기 접점을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 각각의 웰(200)에 대해, 하나 이상의 보조 전극들(102)은 플레이트 전기 커넥터(902)가 웰(200)의 하나 이상의 보조 전극들(102)의 각각에 전기적으로 연결되도록 하는 별도의 전기 접점을 포함할 수 있다.
예시되지 않았지만, 플레이트 전기 커넥터(902)(또는 검정 장치(900)의 다른 컴포넌트)는 특정 웰들(200), 보조 전극들(102), 및/또는 작동 전극 구역들(104)이 전압/전류 소스(904)에 선택적으로 전기적으로 결합되어 전압 및/또는 전류가 선택적으로 인가될 수 있도록 하는 임의의 수의 전기 컴포넌트들, 예를 들어 전기 라인들, 스위치들, 멀티플렉서들, 트랜지스터들 등을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 예시되지는 않았지만, 플레이트 전기 커넥터(902)(또는 검정 장치(900)의 다른 컴포넌트들)는 특정 웰들(200), 보조 전극들(102), 및/또는 작동 전극 구역들(104)이 신호를 검출기(910)로부터 선택적으로 판독할 수 있도록 하는 임의의 수의 전기 컴포넌트들, 예를 들어 전기 라인들, 스위치들, 멀티플렉서들, 트랜지스터들 등을 포함할 수 있다.
공급되는 전압 및/또는 전류를 제어하기 위해, 특정 실시예들에서, 컴퓨터 시스템 또는 시스템들(906)이 전압/전류 소스(904)에 결합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 전압/전류 소스(904)는 컴퓨터 시스템의 도움 없이, 예를 들어 수동으로 전위 및/또는 전류를 공급할 수 있다. 컴퓨터 시스템(906)은 웰들(200)에 공급되는 전압 및/또는 전류를 제어하도록 구성될 수 있다. 마찬가지로, 실시예들에서, 컴퓨터 시스템들(906)은 전기화학 프로세스들 및 절차들 동안 측정된 데이터의 저장, 분석, 표시, 전송 등에 활용될 수 있다.
다중-웰 플레이트(208)는 하우징(908) 내에 수용될 수 있다. 하우징(908)은 검정 장치(900)의 컴포넌트들을 지지하고 포함하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 하우징(908)은 검정 장치(900)의 동작을 수용하기 위해 실험 조건(예를 들어, 기밀, 차광 등)을 유지하도록 구성될 수 있다.
실시예들에서, 검정 장치(900)는 검정 장치(900)의 전기화학 프로세스들 및 절차들과 관련된 데이터를 측정, 캡처, 저장, 분석 등을 수행하는 하나 이상의 검출기들(910)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출기들(910)은 광자-검출기들(912)(예를 들어, 카메라들, 포토다이오드들 등), 전압계, 전류계, 전위차계, 온도 센서 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 검출기들(910) 중 하나 이상은 검정 장치(900)의 다른 컴포넌트들, 예를 들어 플레이트 전기 커넥터(902), 전압 전류 소스(904), 컴퓨터 시스템들(906), 하우징(908) 등에 통합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 검출기들(910) 중 하나 이상은 다중-웰 플레이트(208)에 통합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 히터, 온도 제어기들 및/또는 온도 센서들은 아래에 설명된 바와 같이 웰들(200) 각각의 전극 설계에 통합될 수 있다.
실시예들에서, 하나 이상의 포토-검출기들(912)은 예를 들어 필름, 광전자 증배관, 포토다이오드, 애벌런치 포토다이오드, 전하 결합 디바이스("CCD") 또는 기타 광자 검출기 또는 카메라일 수 있다. 하나 이상의 포토-검출기(912)는 순차적 방출들을 검출하기 위한 단일 검출기일 수 있거나 방출된 광의 단일 또는 다중 파장들에서 동시 방출을 검출하고 공간적으로 해결하기 위해 다중 검출기를 포함할 수 있다. 방출되고 검출되는 광은 가시광선일 수도 있고 적외선이나 자외선과 같은 비가시광선으로 방출될 수도 있다. 하나 이상의 포토-검출기들(912)은 고정식이거나 이동식 일 수 있다. 방출된 광 또는 다른 방사선은 예를 들어, 다중-웰 플레이트(208)의 임의의 컴포넌트 상에 또는 인접하게 위치된 렌즈들, 거울들 및 광섬유 광 가이드들 또는 광 도관들(단일, 다중, 고정 또는 이동식)을 사용하여 하나 이상의 포토-검출기들(912)로 이동하는 동안 조정되거나 수정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 작동 전극 구역들(104) 및/또는 보조 전극들(102)의 표면은 그 자체로 광의 전달을 안내하거나 허용하는 데 이용될 수 있다.
실시예에서, 하나 이상의 포토-검출기들(912)은 검정 장치(900)의 동작들 중에 방출되는 광자들을 캡처하기 위해 웰들(200)의 이미지들을 캡처하는 하나 이상의 카메라들(예를 들어, 전하 결합 디바이스들(CCDs), 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 이미지 센서들 등).을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 포토-검출기들(912)은 다중-웰 플레이트(208)의 모든 웰들(200)의 이미지들을 캡처하는 단일 카메라, 웰들(200)의 서브세트의 이미지들을 캡처하는 단일 카메라, 모든 웰들(200)의 이미지들을 캡처하는 다중 카메라, 또는 웰들(200)의 서브세트의 이미지들을 캡처하는 다수의 카메라들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중-웰 플레이트(208)의 각 웰(200)은 웰(200)의 이미지들을 캡처하는 카메라를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중-웰 플레이트(208)의 각각의 웰(200)은 각각의 웰(200)에서 단일 작동 전극 구역(104) 또는 작동 전극 구역들(104)의 서브세트의 이미지들을 캡처하는 다수의 카메라들을 포함할 수 있다. 임의의 실시예에서, 컴퓨터 시스템(906)은 하나 이상의 포토-검출기들(912)에 의해 캡처된 이미지를 분석하고 ECL 분석을 수행하기 위해 휘도 데이터를 추출하는 로직을 포함하는 하드웨어, 소프트웨어 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨터 시스템(906)은 이미지가 다중-웰들(200), 다중 작동 전극 구역들(104) 등에 대한 데이터를 포함하는 경우 웰들(200) 중 하나 이상, 작동 전극 구역들(104) 중 하나 이상 등을 포함하는 이미지의 일부에 포커싱하기 위해 예를 들어, 이미지를 분할하고 향상시키기 위한 로직을 포함하는 하드웨어, 소프트웨어 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 따라서, 검정 장치(900)는 광자-검출기(912)가 다수의 작동 전극 구역들(104)으로부터의 모든 광을 포착할 수 있기 때문에 유연성을 제공할 수 있고, 컴퓨터 시스템(906)은 이미징 처리를 사용하여 각각의 작동 전극 구역(104)에 대한 발광 데이터를 분석할 수 있다. 이와 같이, 분석 장치(900)는 다양한 모드, 예를 들어 싱글플렉스 모드(예를 들어, 1개의 작동 전극 구역), 10-플렉스 모드(예를 들어, 10-작동 전극 구역 웰(200)에 대한 모든 작동 전극 구역들(104)), 또는 일반적으로 다중 모드(예를 들어, 단일 웰(200) 내에서 또는 동시에 다수의 웰들(200) 사이를 포함하는 모든 작동 전극 영역의 서브세트, 예를 들어 다중 10 작동 전극 영역 웰들에 대한 5개의 작동 전극 구역들(104)이 동시에)에 동작할 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 광자-검출기(912)는 화학적 발광 중에 방출되는 광자들을 검출하고 측정하기 위한 하나 이상의 포토다이오드들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중-웰 플레이트(208)의 각각의 웰(200)은 웰(200)에서 방출되는 광자들을 검출하고 측정하기 위한 포토다이오드을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중-웰 플레이트(208)의 각각의 웰(200)의 단일 작동 전극 구역(104) 또는 각각의 웰(200)의 작동 전극 구역들(104)의 서브세트로부터 방출된 광자들을 검출하고 측정하기 위한 다중 포토다이오드들을 포함할 수 있다. 이와 같이 검정 장치(900)는 다양한 모드들로 동작할 수 있다. 예를 들어, 순차적 또는 "시간-분해" 모드에서, 검정 장치(900)는 전압 및/또는 전류를 5개의 작동 전극 구역들(104)에 개별적으로 인가할 수 있다. 포토다이오드들은 이어서 5개의 작들 전극 구역들(104) 각각으로부터 오는 광을 순차적으로 검출/측정할 수 있다. 이는 5개의 작동 전극 구역들(104) 각각에 대해 순차적으로 반복될 수 있다. 마찬가지로, 이 예에서, 순차 동작 모드는 동일한 웰(200) 내의 작동 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 상이한 웰들(200)에 위치한 작동 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 다수의 웰들(200)의 서브세트 또는 "섹터들" 내에 위치한 작동 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 이들의 조합이 가능하다. 마찬가지로, 일부 실시예들에서, 검정 장치(900)는 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)이 전압 및/또는 전류의 인가에 의해 동시에 활성화되고 방출된 광자들이 다중화하기 위해 다중 포토다이오드들에 의해 검출 및 측정되는 다중화 모드에서 동작할 수 있다. 멀티플렉스 동작 모드는 동일한 웰(200) 내의 작동 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 상이한 웰들(200)에 위치한 작동 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 서브세트와 함께 위치된 작동 전극 구역들(104) 또는 다중-웰 플레이트(208)로부터의 웰들(200)의 "섹터"에 대해 수행될 수 있으며, 또는 이들의 조합이 가능하다. 본 명세서에 사용된 용어 "섹터"는 그룹으로 어드레싱 가능한 웰(200)을 의미할 수 있다. 섹터는 모든 구성에서 하나의 웰 또는 다중-웰을 포함할 수 있다. 웰의 섹터는 서로 연속된 하나 이상의 웰, 예를 들어, 2×1, 2×2, 3×3, 4×4, 8×8 및/또는 기타 크기 또는 형상의 웰의 어레이를 포함하며 다중-웰 플레이트 내의 웰 양태 사이의 전기 통신을 통해 또는 다중-웰 플레이트와 접촉하도록 설계된 하드웨어를 통해 배열된 전기 통신을 통해 동시에 어드레싱 가능하다.
전술한 실시예들에서, 작동 전극 구역들(104)은 작동 전극 구역들(104)에 공급된 전압이 제거된 후에 방출된 광자들의 강도가 자연적으로 감소하는 것을 경험한다. 즉, 작동 전극 구역들(104)에 전압을 인가하면 레독스 반응이 일어나고 광자들은 적용된 전압과 레독스 반응을 겪는 물질들에 의해 결정된 강도로 방출된다. 인가된 전압이 제거되면 레독스 반응을 겪은 물질은 물질들의 화학적 특성들에 따라 일정 기간 동안 감소하는 강도로 광자들을 계속 방출한다. 이와 같이, 작동 전극 구역들(104)이 순차적으로 활성화될 때, 검정 장치(900)(예를 들어, 컴퓨터 시스템(906))는 순차적 작동 전극 구역들(104) 활성화에 지연을 구현하도록 구성될 수 있다. 검정 장치(900)(예를 들어, 컴퓨터 시스템(906))는 이전에 점화된 작동 전극 구역들(104)로부터의 광자들이 현재 활성화된 작동 전극 구역들(104)로부터 방출된 광자들과 간섭하는 것을 방지하기 위해 순차적인 작동 전극 구역들(104)을 활성화하는 지연을 결정 및 구현할 수 있다. 예를 들어, 도 10a는 다양한 전압 펄스 동안 ECL의 감쇠를 보여주고 도 10b는 50ms의 펄스를 사용하는 ECL 감쇠 시간을 예시한다. 도 10b의 예에서, 강도 데이터는 1800mV에서 50ms 길이의 전압 펄스 동안 및 종료 후에 여러 이미지들을 취함으로써 결정되었다. 시간적 해상도를 개선하기 위해 17ms마다 이미지 프레임들이 취해졌다(또는 광자들이 검출됨). 도 10b에 예시된 바와 같이 50ms 전압 펄스는 3개의 프레임들로 이미지화되었다(예를 들어, 이미지 1-3; 3×17ms=51ms). 임의의 방출된 광자들, 예를 들어, 이미지 3 이후의 ECL 신호는 작동 전극 구역(104)이 꺼진 후 광자들의 강도(예를 들어, ECL)의 감쇠로 인한 것일 것이다. 도 10b에서, 이미지 4는 작동 전극 구역(104)이 꺼진 후 추가적인 ECL 신호를 캡처했으며, 이는 이 화학 작용에 대한 구동력(예를 들어, 인가된 전압 전위)이 비활성화된 후에 약간의 지속적인 광 생성 화학 작용이 있을 수 있음을 시사한다. 즉, 작동 전극 구역(104)이 1800mV 전압 펄스의 종료 후 1ms 동안 0mV로 전환되기 때문에, 분극의 효과는 지연에 영향을 미치지 않을 가능성이 높다. 실시예에들서, 검정 장치(900)(예를 들어, 컴퓨터 시스템(906))는 서로 다른 전압 펄스들에 대한 이러한 데이터를 활용하여 순차적 작동 전극 구역들(104)의 활성화를 지연시키도록 구성될 수 있다. 이와 같이 지연 구현은 검정 장치(900)가 작동 전극 구역들(104) 및/또는 웰들(200) 사이의 누화를 최소화하고, ECL 동작을 수행할 때 높은 처리량을 갖는 것 등을 허용한다.
임의의 실시예에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)의 활용은 검정 장치(900)의 동작을 개선한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)의 활용은 검출기들(910)에 대한 판독 시간들을 향상시킨다. 예를 들어, 하나 이상의 보조 전극들(102)에서 Ag-AgCl을 사용하면 몇 가지 이유들로 ECL의 판독 시간들이 향상된다. 예를 들어, 레독스 커플(이 특정 실시예에서, Ag-AgCl)을 갖는 전극(예를 들어, 보조 전극(102))의 사용은 전기화학 분석 프로세스들이 전압 램프들보다는 전압 펄스들을 이용하는 것을 가능하게 하는 안정한 계면 전위를 제공할 수 있다. 전압 펄스들을 사용하면 전체 펄스 파형이 파형의 전체 지속시간 동안 ECL을 생성하는 전압 전위에 적용될 수 있기 때문에 판독 시간들이 향상된다. 아래의 표들 7 및 8은 하나 이상의 보조 전극들(102)을 이용하는 검정 장치(900)의 다양한 구성에 대한 개선된 판독 시간들(초 단위)을 포함한다. 이 표들의 예들은 96-웰 플레이트의 모든 웰(단일 작동 전극(또는 단일 작동 전극 영역) 또는 10개의 작동 전극들(또는 10개의 작동 전극 구역들)을 포함하는 각 웰)에 대한 총 판독 시간들이다. 이 판독 시간들 경우, 모든 96개 웰들의 모든 작동 전극(또는 작동 전극 구역들)(실험에 따라 1 또는 10개)에 대해 분석을 수행하였다. 아래 표 7에서 "공간적"은 모든 작동 전극 구역들(104)이 동시에 활성화되고 이를 해결하기 위해 이미지들이 캡처되고 처리되는 동작 모드를 의미한다. "시간 분해(time-resolve)"는 위에서 설명한 순차 모드를 의미한다. 시간 분해는 ECL 이미지 컬렉션에 대한 조정들을 허용하는 추가 이점을 갖는다(예를 들어, 동적 범위를 조정하기 위한 비닝 조정 등). "전류 플레이트 RT(Current Plate RT)" 컬럼은 비보조 전극들(예를 들어, 탄소 전극들)의 판독 시간들을 포함한다. 표의 마지막 세 컬럼들은 비보조 전극 판독 시간들과 보조 전극(예를 들어, Ag-AgCl) 판독 시간들 간의 판독 시간 차이를 포함한다. 시간 분해 측정들의 경우(표 7 및 표 8 모두에서 웰당 10개의 작동 전극 구역들이 있는 이 예들을 사용) 서브플렉스(subplex)에 대한 판독 시간은 1개의 작동 전극 구역(WE)과 10개의 WE 판독 시간들 사이에 있다. "B" 실험의 경우 비보조 전극 플레이트들이 시간 분해 모드에서 동작할 수 없기 때문에 판독 시간 개선이 계산되지 않는다. 표 8은 위에서 논의된 바와 같이 검정 장치(900)가 포토다이오드들을 포함하는 유사한 데이터를 포함한다. 당업자는 표들 7 및 8에 포함된 값이 대략적인 값이며 검정 장치의 동작 조건들 및 파라미터들과 같은 조건들에 따라 예를 들어 +/- 5.0%만큼 변할 수 있음을 인식할 것이다.
| 50ms | 100ms | 200ms | ||||||||
| 실험 (Exp.) | 작동 전극 설계/동작 모드 (WE/WE 모드 수) |
50ms 펄스 |
100ms 펄스 |
200ms 펄스 |
전류 플레이트 RT (비보조 전극) |
전류 노출 |
오버헤드 | 보조 전극의 판독시간 개선 |
보조 전극의 판독시간 개선 |
보조 전극의 판독시간 개선 |
| 실험 1A | 1-WE / 10-WE 공간 | 66 | 71 | 81 | 157 | 96 | 61 | 91 | 86 | 76 |
| 실험 1B | 10-WE 시간 분해 | 114 | 162 | 258 | n/a | n/a | n/a | |||
| 실험 2A | 1-WE / 10-WE 공간 | 45 | 47 | 49 | 92 | 48 | 44 | 47 | 45 | 43 |
| 실험 2B | 10-WE 시간 분해 | 57 | 69 | 93 | n/a | n/a | n/a | |||
| 실험 3A | 1-WE / 10-WE 공간 | 51 | 52 | 52 | 69 | 18 | 51 | 18 | 17 | 17 |
| 실험 3B | 10-WE 시간 분해 | 54 | 57 | 63 | n/a | n/a | n/a |
| 검출기 유형 | 작동 전극 설계 (WE 수) |
50ms 펄스 | 50ms 펄스 | 50ms 펄스 |
| 포토다이오드 | 1-WE | 66 | 71 | 81 |
| 포토다이오드 | 10-WE (시간 분해) | 114 | 162 | 258 |
표들 7 및 8에서 "WE"는 작동 전극들 또는 작동 전극 구역들을 의미할 수 있다.
대조적으로, ECL 애플리케이션들의 전압 램프로, 전압이 인가되지만 ECL이 생성되지 않는 기간들이 있다(예를 들어, 램프 시작 부분 및/또는 램프 끝 부분). 이 파형으로, 전위가 인가되고 있음에도 불구하고 ECL이 생성되지 않는 기간들이 있다. 달리 말하면, 램프 파형을 적용할 때, 전위가 적용되는 ECL이 생성되지 않는 전체 파형 지속시간의 백분율들(예를 들어, 5%, 10%, 15% 등)이 있다. 이러한 백분율들은 전극들을 형성하는 데 사용되는 재료의 유형들, 전극들의 상대 및 절대 크기들 등을 비롯한 여러 요인에 따라 달라질 수 있다.
전술한 임의의 실시예들에서, 상이한 크기들 및 구성을 갖는 작동 전극 구역들(104)의 활용은 검정 장치(900)에 다양한 이점들을 제공한다. ECL 애플리케이션의 경우 최적의 작동 전극 크기들 및 위치들은 애플리케이션의 정확한 특성과 ECL 검출에 사용되는 광자 검출기 유형에 따라 달라질 수 있다. 작동 전극들에 고정된 결합제를 사용하는 결합 검정들에서 결합 용량, 결합 효율 및 속도는 일반적으로 작동 전극 영역들의 크기가 증가함에 따라 증가한다. 이미징 검출기를 사용하는 ECL 기기(예를 들어, CCD 또는 CMOS 디바이스들)의 경우 바인딩 용량 및 효율성에 대한 더 큰 작동 전극 구역들의 이점은 광이 더 작은 작동 전극 영역들에서 생성되고 더 적은 수의 이미징 디바이스 픽셀들에 이미징될 때 총 광자들 수 측면에서 이러한 디바이스들의 향상된 감도로 균형을 이룰 수 있다. 작동 전극 구역들(104)의 위치는 검정 장치(900)의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 일부 실시예들에서, 스팟 위치, 크기 및 지오메트리는 웰 측벽들에서 광자의 반사, 산란 또는 손실의 양에 영향을 미칠 수 있으며 검출된 원하는 광의 양과 관심 있는 작동 전극 영역에서 나온 것으로 검출된 원하지 않는 광(예를 들어, 인접한 작동 전극 영역들 또는 웰들의 미광)의 양 모두에 영향을 미칠 수 있다. 일부 실시예에서, 검정 장치(900)의 성능은 작동 전극 구역들(104)이 웰(200)의 중심에 위치하지 않고 작동 전극 구역들(104)이 웰(200)의 중심으로부터 균일한 거리에 위치하는 설계를 가짐으로써 개선될 수 있다. 일부 실시예에서, 웰(200) 내에서 방사상 대칭 위치에 위치되어 있는 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)은 광학적 집광 및 메니스커스 상호작용이 위에서 논의된 바와 같이 웰(200) 내의 하나 이상의 작동 전극 구역들(104) 모두에 대해 동일하기 때문에 검정 장치(900)의 동작을 개선할 수 있다. 고정된 거리(예를 들어, 원형 패턴)로 배열되는 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)은 검정 장치가 단축된 펄스 파형, 예를 들어 감소된 펄스 폭을 이용할 수 있게 한다. 실시예들에서, 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)이 하나 이상의 보조 전극들(102)(예를 들어, 작동 전극 구역이 그들 사이에 개재되지 않음)로서 가장 가까운 이웃을 갖는 설계는 검정 장치(900)의 성능을 개선한다.
실시예들에서, 위에 간략히 설명된 바와 같이, 검정 장치 900(예를 들어, 컴퓨터 시스템(906))은 주기, 주파수 및 진폭이 변하는 다른 파형들도 고려되지만(예를 들어, 네거티브 램프 톱니 파형, 사각 파형, 사각 파형 등) 펄스 파형, 예를 들어 직류, 교류, DC 에뮬레이션 AC 등의 전압 및/또는 전류 공급하기 위해 전압/전류 소스(904)를 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 파형들은 다양한 듀티 사이클들, 예를 들어 10%, 20%, 50%, 65%, 90% 또는 0과 100 사이의 다른 백분율을 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(906)은 이하에서 더 설명되는 바와 같이 펄스 파형의 크기 및 펄스 파형의 지속시간을 선택적으로 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 위에서 논의된 바와 같이, 컴퓨터 시스템(906)은 하나 이상의 웰들(200)에 펄스 파형을 선택적으로 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 모든 웰들(200)에 전압 및/또는 전류가 공급될 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어, 펄스 파형이 선택된 웰들(200)에 공급될 수 있다(예를 들어, 웰의 서브세트의 그룹화와 같은 개별 또는 섹터 기반, 예를 들어 4, 16개 등). 예를 들어, 위에서 논의된 바와 같이, 웰들(200)은 개별적으로 어드레싱가능하거나 둘 이상의 웰들의 그룹에서 어드레싱가능하다. 실시예에서, 컴퓨터 시스템(906)은 또한 전술한 방식으로 작동 전극 구역들(104) 및/또는 보조 전극들(102) 중 하나 이상에 펄스 파형을 선택적으로 제공하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 개별적으로 어드레싱가능하거나 둘 이상의 보조 전극들의 그룹에서 어드레싱가능함). 예를 들어, 펄스 파형은 웰(200) 내의 모든 작동 전극 구역들(104)에 공급되고 및/또는 웰(200) 내의 하나 이상의 선택된 작동 전극 구역들(104)로 어드레싱될 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어 펄스 파형은 모든 보조 전극들(102)에 공급될 수 있고 및/또는 하나 이상의 선택된 보조 전극들(102)에 어드레싱될 수 있다.
실시예들에서, 전압/전류 소스(904)에 의해 공급되는 펄스 파형은 검정 장치(900)의 전기화학 분석 및 절차들을 개선하도록 설계될 수 있다. 도 11은 본 명세서의 실시예에 따른 펄스 파형을 사용하여 검정 장치를 동작시키기 위한 프로세스(1100)를 보여주는 흐름도를 도시한다.
동작(1102)에서, 프로세스(1100)는 웰 내의 하나 이상의 작동 전극 구역들(104) 또는 하나 이상의 보조 전극들(102)에 전압 펄스를 인가하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(906)은 전압 펄스를 하나 이상의 작동 전극 구역들(104) 또는 하나 이상의 보조 전극들(102)에 공급하도록 전압/전류 소스(904)를 제어할 수 있다.
실시예들에서, 펄스 파형은 직류, 교류, DC 에뮬레이팅 AC 등과 같은 다양한 파형 유형들을 포함할 수 있지만, 다양한 주기, 주파수 및 진폭의 다른 파형도 고려된다(예를 들어, 네거티브 램프 톱니 파형들, 사각 파형들, 사각 파형들 등). 이러한 파형들은 다양한 듀티 사이클들, 예를 들어 10%, 20%, 50%, 65%, 90% 또는 0과 100 사이의 다른 백분율을 포함할 수 있다. 도 12a 및 12b는 펄스 파형의 두 가지 예를 보여준다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 펄스 파형은 시간 T 동안 전압 V를 갖는 구형파일 수 있다. 예시적인 전압 펄스는 예를 들어 500ms에서 1800mV, 500ms에서 2000mV, 500ms에서 2200mV, 500ms에서 2400mV, 100ms에서 1800mV, 100ms에서 2000mV, 100ms에서 2200mV, 100ms에서 2400mV, 50ms에서 1800mV, 50ms에서 2000mV, 50ms에서 2200mV, 50ms에서 2400mV 등을 포함한다. 도 12a 및 12b는 펄스 파형의 예들을 예시하지만, 당업자는 펄스 파형이 미리 정의된 기간 동안 전위가 정의된 전압(또는 전압들 범위)으로 상승되는 임의의 구조를 가질 수 있음을 인식할 것이다. 당업자는 본 명세서에 기술된 전압들 펄스들 및 펄스 파형들(예를 들어, 지속시간들, 듀티 사이클 및 볼트 단위의 펄스 높이)에 대한 파라미터들이 대략적인 값이고 전압/전류원의 작동 파라미터와 같은 조건에 따라 예를 들어 +/- 5.0%만큼 변할 수 있음을 인식할 것이다.
동작(1104)에서, 프로세스(1100)는 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)과 하나 이상의 보조 전극들(102) 사이의 전위차를 측정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 검출기(910)는 웰들(200)내의 작동 전극 구역들(104)과 보조 전극들(102) 사이의 전위차를 측정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 검출기들(910)은 측정된 데이터를 컴퓨터 시스템들(906)에 공급할 수 있다.
동작(1106)에서, 프로세스(1100)는 측정된 전위차들 및 다른 데이터에 기초하여 분석을 수행하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템들(906)은 전위차 및 기타 데이터에 대한 분석을 수행할 수 있다. 분석은 위차분석법(potentiometry), 전기량분석법(coulometry), 전압전류법, 광학 분석(아래에서 자세히 설명) 등과 같은 프로세스 또는 절차일 수 있다. 실시예들에서, 펄스 파형을 사용하면 특정 유형들의 분석이 수행될 수 있다. 예를 들어, 인가된 전위가 특정 레벨을 초과할 때 활성화되는 샘플에서 다양한 레독스 반응들이 발생할 수 있다. 특정 전압의 펄스 파형을 사용함으로써, 검정 장치(900)는 이들 레독스 반응들 중 일부를 선택적으로 활성화하고 다른 것은 활성화하지 않을 수 있다.
일 실시예에서, 본 명세서에 제공된 개시는ECL 검정을 수행하기 위한 방법에 적용될 수 있다. ECL 분석을 수행하기 위한 방법의 특정 예는 본 명세서에 참조로 포함된 미국 특허 번호 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 공개된 PCT 출원 WO87/06706 및 WO98/12539에 제공되어 있다.
실시예들에서, 전압/전류 소스(904)에 의해 공급되는 펄스 파형은 ECL 분석 동안 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 개선할 수 있다. 도 13은 본 명세서에 따라 펄스 파형들을 사용하여 ECL 장치를 동작시키기 위한 프로세스(1300)를 보여주는 흐름도를 도시한다.
동작(1302)에서, 프로세스(1300)는 전압 펄스를 ECL 장치의 웰에 있는 하나 이상의 작동 전극 구역들(104) 또는 보조 전극(102)에 인가하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(906)은 하나 이상의 작동 전극 구역들(104) 또는 하나 이상의 보조 전들(102)에 전압 펄스를 공급하기 위해 전압/전류 소스(904)를 제어할 수 있다. 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)은 레독스 커플을 포함할 수 있고, 전압 또는 전위가 인가될 때 레독스 커플에서 종들의 반응은 하나 이상의 보조 전극들(102)에서 발생하는 우세한 레독스 반응이다. 일부 실시예들에서, 인가된 전위는 물을 환원시키거나 물의 전기분해를 수행하는 데 필요한 규정된 전위 미만이다. 일부 실시예들에서, 전류의 1% 미만이 물의 환원과 관련되어 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)의 단위 영역(노출된 표면 영역)당 1퍼센트 미만의 전류는 물의 환원과 연관된다.
실시예들에서, 펄스 파형은 직류, 교류, DC 에뮬레이팅 AC 등과 같은 다양한 파형 유형들을 포함할 수 있지만, 다양한 주기, 주파수 및 진폭의 다른 파형도 고려된다(예를 들어, 네거티브 램프 톱니 파형들, 사각 파형들, 사각 파형 등). 위에서 논의된 도 12a 및 12b는 펄스 파형들의 두 가지 예들을 예시한다. 펄스 파형은 시간 T 동안 전압 V를 갖는 사각파형일 수 있다.
동작(1304)에서, 프로세스(1300)는 일정 기간 동안 전기화학 셀로부터 발광 데이터를 캡처하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 광자-검출기들(912)은 웰들(200)로부터 방출된 발광 데이터를 캡처하고 발광 데이터를 컴퓨터 시스템(906)에 통신할 수 있다. 일 실시예에서, 광자-검출기가 ECL 데이터를 수집하도록 허용하는 기간이 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 광자-검출기들(912)은 다중-웰 플레이트(208)의 모든 웰들(200)의 이미지를 캡처하는 단일 카메라 또는 웰들(200)의 서브세트의 이미지를 캡처하는 다중 카메라들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중-웰 플레이트(208)의 각 웰(200)은 웰(200)의 이미지들을 캡처하는 카메라를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중-웰 플레이트(208)의 각 웰(200)은 각 웰(200)에서 단일 작동 전극 구역(104) 또는 작동 전극 구역들(104)의 서브세트의 이미지들을 캡처하는 다수의 카메라들을 포함할 수 있다. 따라서, 검정 장치(900)는 카메라가 다수의 작동 전극 구역들(104)로부터의 모든 광을 캡처 할 수 있고 컴퓨터 시스템(906)이 각 작동 전극 구역(104)에 대한 발광 데이터를 분석하기 위해 이미징 처리를 사용할 수 있기 때문에 유연성을 제공할 수 있다. 이와 같이, 검정 장치(900)는 다양한 모드, 예를 들어 싱글플렉스 모드(예를 들어, 1개의 작동 전극 구역), 10플렉스 모드(예를 들어, 10-작동 전극 구역 웰(200)에 대한 모든 작동 전극 구역들(104)), 또는 일반적인 다중 모드(예를 들어, 단일 웰(200) 내에서 또는 동시에 다수의 웰들(200) 사이를 포함하는 모든 작동 전극 구역의 서브세트.) 이와 같이, 분석 장치(900)는 예를 들어 싱글플렉스 모드(예를 들어, 1개의 작동 전극 구역), 10-플렉스 모드 (예를 들어, 10개의 작동 전극 구역 웰(200)에 대한 모든 작동 전극 구역들(104)), 또는 일반적인 다중 모드 (예를 들어, 동시에 다수의 10개의 작동 전극 구역 웰들을 위한 5개의 작동 전극 구역들(104) 같은 단일 웰(200) 내에서 또는 동시에 다수의 웰(200) 사이를 포함하는 모든 작동 전극 구역들의 서브세트)와 같은 다양한 모드들에서 동작할 수 있다. 이와 같이, 검정 장치(900)는 다양한 모드들에서 동작할 수 있다. 이와 같이, 검정 장치(900)는 다양한 모드, 예를 들어 싱글플렉스 모드(예를 들어, 1 작동 전극 구역), 10-플렉스 모드(예를 들어, 10-작동 전극 구역 웰(200)에 대한 모든 작동 전극 구역들(104)), 또는 일반적으로 다중 모드(예를 들어, 단일 웰(200) 내에서 또는 동시에 다수의 웰(200) 사이를 포함하는 모든 작동 전극 구역들의 서브세트, 예를 들어 동시에 다수의 10개의 작동 전극 구역 웰을 위한 5개의 작동 전극 구역(104))에서 동작할 수 있다.
일부 실시예들에서, 다중-웰 플레이트(208)의 각각의 웰(200)은 웰(200)에서 방출되는 광자들을 검출하기 위한 포토다이오드를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 다중-웰 플레이트(208)의 각각의 웰(200)은 단일 작동 전극 영역(104) 또는 각각의 웰(200)의 작동 전극 영역(104)의 서브세트로부터 방출된 광자를 검출하고 측정하기 위한 다중 포토다이오드를 포함할 수 있다. 이와 같이 검정 장치(900)는 다양한 모드들로 동작할 수 있다. 예를 들어, 검정 장치(900)는 전압 및/또는 전류를 다중-웰 플레이트(208)로부터의 하나 이상의 작동 전극 구역들(104), 예를 들어 5개의 작동 전극 구역들(104)에 개별적으로 인가할 수 있다. 작동 전극 구역들(104)은 단일 웰(200) 내에 위치할 수 있고, 상이한 웰들(200)에 위치하며, 이들의 조합일 수 있다. 포토다이오드들은 이어서 5개의 작동 전극 구역들(104) 각각으로부터 나오는 광을 순차적으로 검출/측정할 수 있다. 예를 들어, 전압 및/또는 전류가 제 1의 5개의 작동 전극 구역들(104) 인가될 수 있고 방출된 광자들은 대응하는 포토다이오드에 의해 검출되고 측정될 수 있다. 이는 5개의 작동 전극 구역들(104) 각각에 대해 순차적으로 반복될 수 있다. 마찬가지로 이 예에서 순차 작동 모드는 동일한 웰(200) 내의 작동 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 상이한 웰들(200)에 위치한 작동 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있으며, 웰들(200)의 서브세트 또는 "섹터들"에 위치한 작동 전극 구역들(104) 및 이들의 조합에 대해 수행될 수 있다. 마찬가지로, 일부 실시예들에서, 검정 장치(900)는 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)이 전압 및/또는 전류의 인가에 의해 동시에 활성화되는 멀티플렉스 모드에서 동작할 수 있고, 방출된 광자들은 멀티플렉싱하기 위해 다중 포토다이오드에 의해 검출 및 측정될 수 있다. 멀티플렉스의 동작 모드는 동일한 웰(200) 내의 작동 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 상이한 웰들(200)에 위치한 작동 전극 구역들(104)에 대해 수행될 수 있고, 다중-웰 플레이트(208)로부터 웰들(200)의 서브세트 또는 "섹터들"에 위치한 작동 전극 구역들(104), 이들의 조합에 대해 수행될 수 있다.
실시예들에서, 펄스 파형을 적용하여 ECL을 생성함으로써 판독 시간 및/또는 노출 시간이 ECL 데이터를 보다 빠르고 효율적으로 생성, 수집, 관찰 및 분석함으로써 개선될 수 있다. 또한, 예를 들어 동적 범위 확장(DRE), 비닝(binning) 등을 개선함으로써 ECL 수집, 수집, 관찰 및 분석을 개선하기 위해 서로 다른 노출 시간(또는 동일한 노출 시간)을 활용할 수 있는 다양한 노출 접근법이 사용될 수 있다(예를 들어, 단일 노출, 이중 노출, 삼중 노출(또는 그 이상)). 예를 들어, 위에서 논의된 바와 같이, 하나 이상의 보조 전극들(102)의 활용은 검정 장치(900)의 동작을 향상시킨다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들(102)의 활용은 검출기들(910)에 대한 판독 시간들을 향상시킨다. 예를 들어, 하나 이상의 보조 전극들(102)에서 Ag-AgCl을 사용하면 몇 가지 이유들로 ECL의 판독 시간들이 향상된다. 예를 들어, 레독스 커플(이 특정 실시예에서, Ag-AgCl)을 갖는 전극(예를 들어, 보조 전극(102))의 사용은 전기화학 분석 프로세스들이 전압 램프들보다는 전압 펄스를 이용하는 것을 가능하게 하는 안정한 계면 전위를 제공할 수 있다. 전압 펄스들을 사용하면 전체 펄스 파형이 파형의 전체 지속시간 동안 ECL을 생성하는 전압 전위에 적용될 수 있기 때문에 판독 시간들이 향상된다. 또한 "시간-분해" 또는 순차 모드는 ECL 이미지 컬렉션에 대한 조정들을 허용하는 추가 이점이 있다(예를 들어, 동적 범위를 조정하기 위한 비닝 조정 등). 또한, 위에서 논의된 바와 같이, 검정 장치(900)(예를 들어, 컴퓨터 시스템(906))는 서로 다른 전압 펄스들에 대한 이러한 데이터를 활용하여 순차적 작동 전극 구역들(104)의 활성화를 지연시키도록 구성될 수 있다. 이와 같이 지연 구현은 검정 장치(900)가 작동 전극 구역들(104) 및/또는 웰들(200) 사이의 누화를 최소화하고, ECL 동작을 수행할 때 높은 처리량을 갖는 것 등을 허용한다.
동작(1306)에서, 프로세스(1300)는 발광 데이터에 대한 ECL 분석을 수행하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템들(906)은 발광 데이터에 대한 ECL 분석을 수행할 수 있다. 일부 실시예에서, 발광 데이터, 예를 들어, 작동 전극 구역(104) 및/또는 보조 전극(102)의 바인딩 표면 상의 주어진 표적 엔티티로부터 발생하는 신호, 예를 들어 바인딩 도메인은 값들의 범위를 가질 수 있다. 이러한 값들은 아날로그 신호를 제공하기 위해 정량적 측정들(예를 들어, ECL 강도)과 상관 관계가 있을 수 있다. 다른 실시예들에서, 분석 물질이 존재하거나 존재하지 않음을 나타내기 위해 각 작동 전극 구역(104)으로부터 디지털 신호(예 또는 아니오 신호)를 얻을 수 있다. 통계 분석은 두 기술 모두에 사용될 수 있으며 정량적 결과를 제공하기 위해 복수의 디지털 신호들을 변환하는 데 사용될 수 있다. 일부 분석물들은 임계 농도를 나타내는 디지털 있음/없음 신호가 필요할 수 있다. 아날로그 및/또는 디지털 형식들은 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 다른 통계적 방법들, 예를 들어 농도 구배에 대한 결합의 통계적 분석을 통해 농도들을 결정하는 기술이 이용될 수 있다. 다양한 웰들(200)에서 사용되는 다수의 상이한 특이적 결합제 및/또는 상이한 작동 전극 구역들(104)으로 농도 구배를 갖는 데이터의 다중 선형 어레이들이 생성될 수 있다. 농도 구배들은 상이한 농도들의 결합제들을 제시하는 별개의 결합 도메인들로 구성될 수 있다.
실시예들에서, 대조 검정 용액들 또는 시약들, 예를 들어 판독 버퍼들이 웰들(200)의 작동 전극 구역들에서 활용될 수 있다. 대조 검정 용액들 또는 시약들은 신호 변동(예를 들어, 다중-웰 플레이트(208)의 열화, 변동(fluctuation), 노후화, 열 시프트들, 전자 회로부의 노이즈 및 광자검출 디바이스의 노이즈 등으로 인한 변동들)을 제어하기 위해 각 분석에 균일성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 동일한 분석물에 대해 다수의 중복 작동 전극 구역들(104)(동일한 결합제들 또는 동일한 분석물에 특이적인 상이한 결합제들 함유)이 이용될 수 있다. 또 다른 예에서, 공지된 농도의 분석물이 이용될 수 있거나 대조 검정 용액들 또는 시약들이 공지된 양의 ECL 라벨에 공유 결합될 수 있거나 용액 중의 공지된 양의 ECL 라벨이 사용된다.
실시예들에서, 프로세스(1300)에서 수집 및 생성된 데이터는 다양한 애플리케이션들에서 사용될 수 있다. 수집 및 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 노출될 때 복수의 핵산 프로브들의 용도는 임상 또는 연구 샘플들을 식별하는 데 쉽게 사용될 수 있는 시그니처 DNA 지문에 사용될 수 있다. 수집 및 생성된 데이터는 조건(예를 들어, 질병, 방사선 레벨 등), 유기체들(예를 들어, 박테리아, 바이러스들 등) 등의 존재를 식별하는 데 사용될 수 있다.
상기는 예시적인 프로세스(1300)의 예시적인 흐름을 설명한다. 도 13에 예시된 프로세스는 예시일 뿐이며, 본 명세서에 개시된 실시예의 범위를 벗어나지 않고 변형이 존재한다. 상술한 바와 같이, 단계는 설명된 것과 다른 순서로 수행될 수 있고, 추가 단계가 수행될 수 있고, 및/또는 더 적은 수의 단계가 수행될 수 있다. 실시예에서, 펄스 파형을 보조 전극과 함께 사용하면 ECL 분석에 다양한 이점이 생긴다. 보조 전극을 사용하면 램프를 사용하지 않고도 발광을 더 빨리 생성할 수 있다.
실시예들에서, 전압/전류 소스(904)에 의해 공급되는 펄스 파형은 ECL 분석을 개선하기 위해 ECL 장치가 시간에 따라 상이한 발광 데이터를 캡처할 수 있도록 설계될 수 있다. 도 14는 본 명세서의 실시예에 따라, 펄스 파형들을 사용하는 ECL 장치를 동작시키기 위한 또 다른 프로세스(1800)를 도시하는 흐름도를 묘사한다.
동작(1802)에서, 프로세스(1800)는 전압 펄스를 ECL 장치의 웰에 있는 하나 이상의 작동 전극 구역들(104) 또는 보조 전극(102)에 인가하는 것을 포함하며, 전압 펄스는 웰에서 환원-산화 반응을 야기한다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(906)은 하나 이상의 작동 전극 구역들(104) 또는 보조 전극(102)에 하나 이상의 전압 펄스들을 공급하기 위해 전압/전류 소스(904)를 제어할 수 있다.
실시예들에서, 전압 펄스는 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)과 하나 이상의 보조 전극들(102) 사이에 환원-산화 반응을 야기하도록 구성될 수 있다. 위에서 논의한 바와 같이, 하나 이상의 보조 전극(102)의 미리 정의된 화학적 조성(예를 들어, Ag:AgCl의 혼합물)에 기초하여, 하나 이상의 보조 전극들(102)은 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)과의 전위 차이를 결정하기 위한 기준 전극들로서 및 작동 전극 구역들(104)에 대한 상대 전극들로서 동작할 수 있다. 예를 들어, 미리 정의된 화학 혼합물(예를 들어, 화학 조성에서 원소들과 합금들의 비율)은 전하의 정량화할 수 있는 양이 웰(200)에서 발생하는 환원-산화 반응 전체에 걸쳐 생성되도록, 화학적 혼합물의 환원 동안 계면 전위를 제공할 수 있다. 즉, 레독스 반응 동안 통과된 전하의 양은 예를 들어, 작동 전극 구역들(104)에서 전류를 측정함으로써 정량화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극(102)은 AgCl이 소모되었을 때, 보조 전극(102)에서의 계면 전위가 수분 환원의 전위로 더 음으로 시프트할 것이기 때문에, 인가된 전위 차이에서 통과될 수 있는 총 전하량을 지시할 수 있다. 이는 작동 전극 구역(104) 전위가 AgCl 환원 동안 발생된 산화 반응들을 차단하는 더 낮은 전위(인가된 전위 차이를 유지함)로 시프트하도록 야기한다.
실시예들에서, 펄스 파형은 직류, 교류, DC 에뮬레이팅 AC 등과 같은, 다양한 파형 유형들을 포함할 수 있지만, 다양한 주기, 주파수 및 진폭의 다른 파형들이 또한 고려된다(예를 들어, 음의 램프 톱니 파형들, 사각 파형들, 직사각형 파형들 등). 위에서 논의된 도 12a 및 12b는 펄스 파형들의 두 가지 예들을 예시한다. 펄스 파형은 시간 T 동안, 전압 V를 갖는 구형파일 수 있다.
동작(1804)에서, 프로세스(1800)는 제1 기간에 걸쳐 제1 환원-산화 반응으로부터 제1 발광 데이터를 캡처하는 단계를 포함한다. 동작(1806)에서, 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 광자-검출기들(910)은 웰들(200)로부터 방출된 제1 및 제2 발광 데이터를 캡처하고 제1 및 제2 발광 데이터를 컴퓨터 시스템(906)에 통신할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 웰들(200)은 발광 데이터를 캡처하기 위해 광자-검출기들(912)에 대한 상이한 시간 기간들을 요구하는 관심 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 광자-검출기들(912)은 2개의 상이한 시간의 기간들에 걸쳐 ECL 데이터를 캡처할 수 있다. 예를 들어, 시간 기간들 중 하나는 짧은 시간 기간(예를 들어, ECL에서 생성된 광의 짧은 카메라 노출 시간)일 수 있고, 시간 기간들 중 하나는 더 긴 시간일 수 있다. 이러한 시간의 기간들은 예를 들어, ECL 생성 전반에 걸친 광포화의 영향을 받을 수 있다. 거기서부터, 캡처된 광자들에 따라, 검정 장치(900)는 긴 노출, 짧은 노출 또는 이 둘의 조합을 사용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 검정 장치(900)는 장시간 노출, 또는 길고 짧은 노출의 합을 사용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 캡처된 광자들이 광자-검출기들(912)의 동적 범위 위에 있는 경우, 검정 장치(900)는 짧은 노출을 사용할 수 있다. 이를 조정/최적화함으로써 우리는 잠재적으로 이러한 동적 범위를 한두 배 정도 증가시킬 수 있다. 특정 실시예들에서, 동적 범위는 개선될 수 있지만 다양한 다중-펄스 및/또는 다중-노출 방식들을 구현한다. 예를 들어, 짧은 노출 후 더 긴 노출이 취해질 수 있다(예를 들어, 단일 작동 전극, 단일 작동 전극 구역, 둘 이상의 단일 작동 전극들 또는 작동 전극 구역들(단일 웰 내에 또는 다중-웰들에 걸쳐)의 노출, 단일 웰의 노출, 둘 이상의 웰들의 노출, 또는 섹터, 또는 둘 이상의 섹터들 등). 이러한 예들에서, 노출이 포화되지 않는 한 더 긴 노출을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 이 경우에서, 예를 들어, 더 짧은 노출은 이용될 수 있다. 이러한 조정들을 함으로써(수동으로 또는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 알고리즘, 컴퓨터 판독가능 매체, 컴퓨팅 디바이스 등의 도움을 통해), 동적 범위는 개선될 수 있다. 다른 예들에서, 제1, 짧은 펄스(예를 들어, 50ms이지만, 다른 지속기간들이 또한 고려됨)는 전극 또는 2개 이상의 전극들의 집합체에 인가된 후 각 전극 또는 전극들의 집합체에 대해 제2의, 더 긴 펄스(예를 들어, 200ms이지만, 다른 지속기간들이 또한 고려됨)가 인가될 수 있다. 다른 접근법들은 하나 이상의 제1의, 짧은 펄스들(예를 들어, 50ms이지만, 다른 지속기간들이 또한 고려됨)을 사용하는 전체 플레이트(예를 들어, 96개 웰들)를 판독한 다음 제2, 더 긴 펄스(예를 들어, 200ms이지만, 다른 지속기간들이 또한 고려됨)를 제2로 전체 플레이트를 판독하는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 이산 펄스들에 추가하여, 복합 또는 하이브리드 함수들은 예를 들어, 전이 영역들(예를 들어, 펄스들 사이를 전이하는 동안)에서 응답들을 결정 및/또는 모델링하기 위해 이들, 또는 다른 지속기간들을 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 위의 예들에서, 더 긴 펄스는 더 짧은 펄스 전에 먼저 사용될 수 있다. 또한, 파형들 및/또는 캡처 윈도우들은 또한 동적 범위를 개선하도록 조정될 수 있다.
또한, 추가 정보가 하나 이상의 개별 작동 전극들 및/또는 작동 전극 구역들에 대해 공지된 경우(예를 들어, 특정 작동 전극 구역은 높은 분석물질을 함유하는 것으로 알려져 있음), 노출 시간들은 판독 및/또는 샘플을 채취하기 전에 이 정보를 이용함으로써 카메라 포화를 방지하도록 최적화되어질 수 있다. 위의 높은 분석 물질 예를 사용하면, 신호들이 동적 범위에서 높을 것으로 예상되기 때문에, 더 짧은 노출 시간이 사용될 수 있고(및 낮은 신호가 예상되는 전극들의 경우 그 반대), 따라서 노출 시간들, 펄스 지속기간들 및/또는 펄스 강도는 전체 판독 시간들을 개선하기 위해 개별 웰들, 전극들 등에 대해 사용자 정의 및/또는 최적화될 수 있다. 또한, 하나 이상의 ROI들로부터의 픽셀들은 시간 경과에 따른 ECL 곡선을 얻기 위해 연속적으로 샘플링될 수 있으며, 이는 노출 시간을 자르고 채도 이상으로 ECL 생성 곡선을 외삽하는(extrapolate) 방식을 결정하도록 추가로 사용될 수 있다.
추가 기술들은 또한 파형 및/또는 노출이 일정하게 유지되도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 ROI들 내의 픽셀들의 강도가 측정될 수 있으며, 픽셀 포화가 관찰되는 경우, ECL 생성 및/또는 측정의 다른 양태들은 판독 및/또는 판독 시간들을 최적화하도록 이용될 수 있다(예를 들어, 전류-ECL 상관관계, 포화 전극 및/또는 전극의 부분에 대한 추정된 ECL을 업데이트하는 데 사용될 수 있는, ROI 주변의 다크 마스크 영역들을 뒤집는 다크 마스크 방식들 등). 이러한 솔루션들은 상대적으로 짧은 시간의 기간들(예를 들어, 밀리초) 동안 파형들 및/또는 노출의 지속기간들을 조정하기 위해 빠른 분석 및/또는 반응 시간들을 필요로 하지 않는다. 예를 들어, 이는 ECL 생성 및/또는 캡처들이 동일하거나 유사한 방식으로 수행될 수 있고 분석이 마지막에 수행될 수 있기 때문이다.
다른 기술들은 또한 동적 범위를 개선하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 전기화학발광(ECL) 애플리케이션에 적용하면, ECL 라벨들이 형광을 내기 때문에, 사전-플래시(pre-flash) 및/또는 사전-노출은 라벨이 하나 이상의 웰들, 작동 전극들, 작동 전극 구역들 등에 얼마나 있는지와 관련된 정보를 얻도록 수행될 수 있다. 사전-플래시 및/또는 사전-노출에서 얻은 정보는 동적 범위 및/또는 판독 시간들의 추가 개선들을 실행하기 위해 노출 및/또는 펄스 지속기간들을 최적화하도록 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 특히 ECL과 관련하여, 상관관계는 전류와 하나 이상의 전극들 및 ECL 신호 사이에 존재할 수 있기 때문에, 신호의 시그니처는 카메라 노출 시간들 및/또는 적용된 파형들(예를 들어, 파형 중지, 파형 감소, 파형 증가 등)을 알릴 수 있다. 이는 전류와 ECL 신호 사이의 더 나은 상관관계를 제공하기 위해 전류 측정들의 정밀도와 업데이트 속도 및 전류 경로들의 최적화를 개선하도록 추가로 최적화될 수 있다.
동적 범위의 추가 개선들은 특정 실시예들에 따라 특정 이미징 디바이스들에 대해 실현될 수 있다. 예를 들어, ECL 애플리케이션에서 CMOS-기반 이미징 디바이스를 사용하면, 관심의 특정 영역(ROI)들은 노출 시간들을 최적화하기 위해 하나 이상의 노출들 내에서 샘플링되고 다른 시점에서 판독될 수 있다. 예를 들어, ROI(예를 들어, 작동 전극 및/또는 작동 전극 구역의 일부 또는 전체)는 고정된 또는 가변적인 수의 픽셀들 또는 전극들 영역의 특정 샘플 백분율(예를 들어, 1%, 5%, 10% 등이지만, 다른 백분율들이 또한 고려됨)을 포함할 수 있다. 이 예에서, 픽셀들 및/또는 샘플 백분율은 노출 동안 일찍 판독될 수 있다. ROI들에서 판독된 신호에 따라, 노출 시간들은 특정 작동 전극들, 작동 전극 구역들, 웰들 등에 대해 조정 및/또는 최적화될 수 있다. 비제한적인 예시적인 예에서, 단일 작동 전극 구역에 대한 픽셀의 1%가 특정 노출 시간(예를 들어, 3초, 3초보다 크거나 작은 다른 지속 시간도 고려되지만) 동안 강한 신호를 나타내는 경우, 노출 지속시간은 줄어들 수 있으며(예를 들어, 2초, 3초보다 크거나 작은 다른 기간도 고려 가능함) 그 반대도 마찬가지이다(예를 들어, 신호가 약한 경우 기간이 늘어날 수 있음). 이러한 조정들은 수동으로 또는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 알고리즘, 컴퓨터 판독가능 매체, 컴퓨팅 디바이스 등의 도움을 통해 이루어질 수 있다.
실시예들에서, 상이한 펄스 파형들은 또한 제1 기간 및 제2 기간들 동안 사용될 수 있다. 실시예들에서, 펄스 파형들은 진폭(예를 들어, 전압), 지속기간(예를 들어, 시간 주기) 및/또는 파형 유형(예를 들어, 사각형, 톱니 등)이 상이할 수 있다. 상이한 펄스 파형들을 사용하는 것은 다중 유형들의 전기-활성 종들이 상이한 활성화 전위들을 필요로 하고 상이한 파장들에서 광을 방출할 수 있는 ECL 라벨들로 사용되는 경우 유리할 수 있다. 예를 들어, 이러한 ECL 라벨들은 루테늄, 오스뮴, 하슘, 이리듐 등에 기초하는 복합물들일 수 있다.
동작(1808)에서, 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 값들은 아날로그 신호를 제공하기 위해 정량적 측정들(예를 들어, ECL 강도)과 상관관계가 있을 수 있다. 다른 실시예들에서, 디지털 신호(예 또는 아니오 신호)는 분석물이 존재하는지 여부를 나타내기 위해 각 작동 전극 구역(104)으로부터 얻어질 수 있다. 통계 분석은 두 기술들 모두에 사용될 수 있으며 정량적 결과를 제공하기 위해 복수의 디지털 신호들을 변환하는 데 사용될 수 있다. 일부 분석물들은 임계 농도를 나타내는 디지털 있음/없음 신호를 필요로 할 수 있다. 아날로그 및/또는 디지털 형식들은 개별적으로 또는 조합하여 이용될 수 있다. 다른 통계적 방법들, 예를 들어, 농도 구배(concentration gradient)를 통한 결합의 통계적 분석을 통해 농도들을 결정하는 기술이 이용될 수 있다. 농도 구배들을 갖는 데이터의 다중 선형 어레이들은 상이한 웰들(200)에서 사용되는 다수의 상이한 특이적 결합제들 및/또는 상이한 작동 전극 구역들(104)로 생성될 수 있다. 농도 구배들은 결합제들의 상이한 농도들을 제시하는 별개의 결합 도메인들로 구성될 수 있다.
실시예들에서, 대조 검정 용액들 또는 시약들, 예를 들어, 판독 버퍼들은 웰들(200)의 작동 전극 구역들에서 이용될 수 있다. 대조 검정 용액들 또는 시약들은 신호 변형을 제어하기 위해 각 분석에 균일성을 제공할 수 있다(예를 들어, 성능 저하들, 변형들, 다중-웰 플레이트(208)의 노후화, 열 시프트들, 전자 회로부의 노이즈 및 광자검출 디바이스의 노이즈 등으로 인한 변형들). 예를 들어, 동일한 분석물에 대한 다중 중복 작동 전극 구역들(104)(동일한 결합제들 또는 동일한 분석물에 특이적인 상이한 결합제들 함유)이 이용될 수 있다. 또 다른 예에서, 공지된 농도의 분석물들은 이용될 수 있거나 대조 검정 용액들 또는 시약들은 공지된 양의 ECL 라벨에 공유 링크될 수 있거나 용액의 공지된 양의 ECL 라벨이 사용된다.
실시예들에서, 프로세스(1800)에서 수집 및 생성된 데이터는 다양한 애플리케이션들에서 이용될 수 있다. 수집 및 생성된 데이터는 예를 들어, 임상 또는 연구 정보 수집으로 구성된 데이터베이스 형태로 저장될 수 있다. 수집 및 생성된 데이터는 또한 신속한 포렌식 또는 개인 식별을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 인간 DNA 샘플에 노출될 때 복수의 핵산 프로브들의 사용은 임상 또는 연구 샘플들을 식별하는 데 쉽게 사용할 수 있는 시그니처 DNA 지문에 사용될 수 있다. 수집 및 생성된 데이터는 조건들(예를 들어, 질병들, 방사선 레벨 등), 유기체들(예를 들어, 박테리아, 바이러스 등) 등의 존재를 식별하는 데 사용될 수 있다.
실시예들에서, 위의 프로세스(1800)는 2개의 기간들 동안 발광 데이터를 캡처하는 단계를 포함하지만, 프로세스(1800)는 임의의 수의 시간 기간들 동안, 예를 들어, 3개의 시간 기간, 4개의 시간 기간, 5개의 시간 기간 등 동안 발광 데이터를 캡처하는 데 이용될 수 있다. 이 실시예에서, 상이한 펄스 파형들은 또한 일부 시간 기간들 또는 모든 시간 기간들에 대해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 펄스 파형들은 진폭(예를 들어, 전압), 지속기간(예를 들어, 시간 기간) 및/또는 파형 유형(예를 들어, 사각형, 톱니 등)이 상이할 수 있다.
상기는 예시적인 프로세스(1800)의 예시적인 흐름을 설명한다. 도 14에 예시된 프로세스는 예시일 뿐이며, 본 명세서에 개시된 실시예들의 범위를 벗어나지 않고 변형들이 존재한다. 단계들은 설명된 것과 상이한 순서로 수행될 수 있고, 추가 단계들이 수행될 수 있으며, 및/또는 더 적은 단계들이 수행될 수 있다.
실시예들에서, 전압/전류 소스(904)에 의해 공급되는 펄스 파형들의 상이한 구성들은 ECL 분석 동안 방출되는 ECL을 개선하기 위해 함께 이용될 수 있다. 도 15는 본 명세서의 실시예에 따라, 펄스 파형들을 사용하여 ECL 장치를 동작시키기 위한 또 다른 프로세스(1900)를 도시하는 흐름도를 묘사한다.
동작(1902)에서, 프로세스(1900)는 제1 전압 펄스를 ECL 장치의 웰에 있는 하나 이상의 작동 전극 구역들(104) 또는 보조 전극(102)에 인가하는 단계를 포함하고, 제1 전압 펄스는 웰에서 제1 환원-산화 반응이 발생하도록 야기한다. 동작(1904)에서, 프로세스(1900)는 제1 기간에 걸쳐 제1 환원-산화 반응으로부터 제1 발광 데이터를 캡처하는 단계를 포함한다.
동작(1906)에서, 프로세스(1900)는 제2 전압 펄스를 웰의 하나 이상의 작동 전극 구역들 또는 보조 전극에 인가하는 단계를 포함하고, 제2 전압 펄스는 웰에서 제2 환원-산화 반응이 발생하도록 야기한다. 동작(1908)에서, 프로세스(1900)는 제2 기간에 걸쳐 제2 환원-산화 반응으로부터 제2 발광 데이터를 캡처하는 단계를 포함하며, 여기서 제1 시간 기간은 제2 시간 기간과 동일하지 않다.
일 실시예에서, 제1 전압 펄스 및/또는 제2 전압 펄스에 대한 전압 레벨(진폭 또는 크기) 또는 펄스 폭(또는 지속기간)은 제1 환원-산화 반응이 발생하도록 야기하는 데 선택될 수 있고, 여기서 제1 발광 데이터는 발생하는 제1 환원-산화 반응에 대응한다. 일 실시예에서, 전압 레벨(진폭 또는 크기) 또는 펄스 폭(또는 지속기간)은 제2 환원-산화 반응이 발생하도록 야기하기 위해 제1 전압 펄스 및/또는 제2 전압 펄스에 대해 선택될 수 있고, 여기서 제2 발광 데이터는 발생하는 제2 환원-산화 반응에 대응한다. 일 실시예에서, 제1 전압 펄스 및 제2 전압 펄스 중 적어도 하나의 크기는 상대 전극의 화학적 조성에 적어도 부분적으로 기초하여 선택될 수 있다.
동작(1910)에서, 프로세스(1900)는 제1 발광 데이터 및 제2 발광 데이터에 대한 ECL 분석을 수행하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템들(906)은 발광 데이터에 대한 ECL 분석을 수행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 작동 전극 구역들(104) 및/또는 보조 전극(102)의 결합 표면, 예를 들어, 결합 도메인 상의 주어진 타겟 엔티티로부터 발생하는 발광 데이터, 예를 들어, 신호들은 값들의 범위를 가질 수 있다. 이러한 값들은 아날로그 신호를 제공하기 위해 정량적 측정들(예를 들어, ECL 강도)과 상관관계가 있을 수 있다. 다른 실시예들에서, 디지털 신호(예 또는 아니오 신호)는 분석물이 존재하는지 여부를 나타내기 위해 각 작동 전극 구역(104)으로부터 얻어질 수 있다. 통계 분석은 두 기술들 모두에 사용될 수 있으며 정량적 결과를 제공하기 위해 복수의 디지털 신호들을 변환하는 데 사용될 수 있다. 일부 분석물들은 임계 농도를 나타내는 디지털 있음/없음 신호가 필요할 수 있다. 아날로그 및/또는 디지털 형식들은 개별적으로 또는 조합하여 이용될 수 있다. 다른 통계적 방법들, 예를 들어, 농도 구배를 통한 결합의 통계적 분석을 통해 농도들을 결정하는 기술이 이용될 수 있다. 농도 구배들을 갖는 데이터의 다중 선형 어레이들은 다양한 웰들(200)에서 사용되는 다수의 상이한 특이적 결합제들 및/또는 상이한 작동 전극 구역들(104)로 생성될 수 있다. 농도 구배들은 결합제들의 상이한 농도들을 제시하는 별개의 결합 도메인들로 구성될 수 있다.
실시예들에서, 대조 검정 용액들 또는 시약들, 예를 들어, 판독 버퍼들은 웰들(200)의 작동 전극 구역들에서 이용될 수 있다. 대조 검정 용액들 또는 시약들은 신호 변형을 제어하기 위해 각 분석에 균일성을 제공할 수 있다(예를 들어, 성능 저하들, 변형들, 다중-웰 플레이트(208)의 노후화, 열 시프트들, 전자 회로부의 노이즈 및 광자검출 디바이스의 노이즈 등으로 인한 변형). 예를 들어, 동일한 분석물에 대한 다중 중복 작동 전극 구역들(104)(동일한 결합제들 또는 동일한 분석물에 특이적인 상이한 결합제들 함유)이 이용될 수 있다. 또 다른 예에서, 공지된 농도의 분석물들은 이용될 수 있거나 대조 검정 용액들 또는 시약들이 공지된 양의 ECL 라벨에 공유 링크될 수 있거나 용액의 공지된 양의 ECL 라벨이 사용된다.
실시예들에서, 프로세스(1900)에서 수집 및 생성된 데이터는 다양한 애플리케이션들에서 이용될 수 있다. 수집 및 생성된 데이터는 예를 들어, 임상 또는 연구 정보 수집으로 구성된 데이터베이스 형태로 저장될 수 있다. 수집 및 생성된 데이터는 또한 신속한 포렌식 또는 개인 식별을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 인간 DNA 샘플에 노출될 때 복수의 핵산 프로브들의 용도는 임상 또는 연구 샘플들을 식별하는 데 쉽게 사용될 수 있는 시그니처 DNA 지문에 사용될 수 있다. 수집 및 생성된 데이터는 조건들(예를 들어, 질병들, 방사선 레벨 등), 유기체들(예를 들어, 박테리아, 바이러스 등) 등의 존재를 식별하는 데 사용될 수 있다.
상기는 예시적인 프로세스(1900)의 예시적인 흐름을 설명한다. 도 15에 예시된 프로세스는 예시일 뿐이며, 본 명세서에 개시된 실시예들의 범위를 벗어나지 않고 변형들이 존재한다. 단계들은 설명된 것과 상이한 순서로 수행될 수 있고, 추가 단계들이 수행될 수 있으며, 및/또는 더 적은 단계들이 수행될 수 있다.
전술된 임의의 프로세스들(1300, 1800 및 1900)에서, 전압 펄스들은 하나 이상의 작동 전극 구역들(104) 및/또는 하나 이상의 보조 전극들(102)에 선택적으로 인가될 수 있다. 예를 들어, 전압 펄스들은 다중-웰 플레이트(208)의 하나 이상의 웰들(200)에서 모든 작동 전극 구역들(104) 및/또는 보조 전극들(102)에 공급될 수 있다. 마찬가지로, 예를 들면, 전압 펄스들은 다중-웰 플레이트(208)의 하나 이상의 웰들(200)에서 작동 전극 구역들(104) 및/또는 보조 전극들(102)의 선택된(또는 "어드레싱가능한") 세트에 공급될 수 있다(예를 들어, 구역별 기준, 웰별 기준, 섹터별 기준(예를 들어, 하나 이상의 웰들의 그룹들) 등).
본 명세서에 기술된 시스템들, 디바이스들 및 방법들은 다양한 상황들에서 인가될 수 있다. 예를 들어, 시스템들, 디바이스들 및 방법들은 ECL 측정 및 판독기 디바이스들의 다양한 양태들을 개선하는 데 적용될 수 있다. 예시적인 플레이트 판독기는 둘 모두 Meso Scale Diagnostics, LLC.에서 구입 가능한 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), 및 2019년 7월 16일 출원된 "검정 장치, 방법 및 시약", Krivoy 등의, 미국 특허 번호 6,977,722 및 미국 가특허 출원 번호 62/874,828 및 국제특허공개번호 WO 2021/011630에 설명된 플레이트 판독기를 포함하며, 이들 문헌 각각은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다. 다른 예시적인 디바이스는 2019년 7월 16일에 출원된 Wohlstadter 등의 "그래픽 사용자 인터페이스 시스템"이라는 명칭의 미국 특허 번호 10,936,163 및 2020년 7월 15일에 출원된 Krivoy 등의 "검정 장치, 방법 및 시약"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 16/929,757에 설명되어 있으며, 이들 문헌 각각은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.
예를 들어, 본 명세서에 기술된 바와 같이 ECL을 생성하기 위해 하나 이상의 전압 펄스들을 인가함으로써, 판독 시간 및/또는 노출 시간은 ECL 데이터를 보다 신속하고 효율적으로 생성, 수집, 관찰 및 분석함으로써 개선될 수 있다. 또한 향상된 노출 시간(예를 들어, 단일 노출, 서로 다른 노출 시간(또는 동일한 노출 시간)을 활용하는 이중(또는 그 이상) 노출)은 예를 들어 동적 범위 확장(DRE), 비닝(binning) 등을 개선함으로써 ECL 생성, 수집, 관찰 및 분석을 개선하는 데 도움이 된다. 예를 들어, 실시예에서, 발광 데이터를 캡처하기 위해 서로 다른 기간을 요구하는 관심 물질이 있다. 따라서, 방출된 광자들은 예를 들어, ECL 생성 전반에 걸쳐 광포화 레벨들에 의해 영향을 받을 수 있는, 다중 상이한 기간들의 시간에 걸쳐 ECL 데이터로 캡처될 수 있다. 동적 범위는 개선될 수 있지만 다양한 다중-펄스 및/또는 다중-노출 방식들을 구현한다. 예를 들어, 짧은 노출은 후에 더 긴 노출을 취해질 수 있다(예를 들어, 단일 작동 전극, 단일 작동 전극 구역, 둘 이상의 단일 작동 전극들 또는 작동 전극 구역들(단일 웰 내 또는 다중-웰들에 걸쳐)의 노출, 단일 웰, 둘 이상의 웰들의 노출, 또는 하나의 섹터 또는 두 개 이상의 섹터들 등). 이러한 예들에서, 이는 노출이 포화되지 않는 한 더 긴 노출을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 이 경우에서, 예를 들어, 더 짧은 노출이 이용될 수 있다. 이러한 조정들을 수행함으로써(수동으로 또는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 알고리즘, 컴퓨터 판독가능 매체, 컴퓨팅 디바이스 등의 도움을 통해), 위에서 자세히 논의된 바와 같이, 동적 범위가 개선될 수 있다.
또한, 본 명세서에 기술된 시스템들, 디바이스들 및 방법들은 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 제어 로직을 전술한 판독기들과 같은, 하드웨어 기기들에 최적화할 수 있도록 다양한 방식들로 활용될 수 있다. 예를 들어, 전술한 시스템들, 디바이스들 및 방법들은 ECL의 보다 빠르고 효율적인 생성, 수집, 관찰 및/또는 분석을 허용하기 때문에, 기기들은 ECL 분석을 수행하는 데 필요한 하드웨어의 비용을 낮추기 위해 개선된 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 제어 로직을 통해 최적화될 수 있다(예를 들어, 저렴한 렌즈, 기기들을 구동하는 더 적고 저렴한 모터들 등). 본 명세서에 제공된 예들은 단지 예시일 뿐이며 이러한 기기들에 대한 추가 개선들이 또한 고려된다.
전술한 바와 같이 실시예들에서, 다중-웰 플레이트(208)의 웰들(200)은 ECL 분석을 수행하기 위한 하나 이상의 유체들(예를 들어, 시약들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유체들은 ECL 공반응물들(예를 들어, TPA), 판독 버퍼들, 방부제(preservative)들, 첨가제(additive)들, 부형제(excipient)들, 탄수화물들, 단백질들, 세제들, 폴리머들, 염들, 생체 분자들, 무기 화합물들, 지질들 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, ECL 프로세스들 동안 웰(200) 내의 유체들의 화학적 속성들은 전기화학/ECL 생성을 변경할 수 있다. 예를 들어, 유체의 이온 농도와 전기화학/ECL 생성 사이의 관계는 상이한 액체 유형들, 판독 버퍼들 등에 따라 달라질 수 있다. 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들은 전술한 바와 같이, 통과되는 전류에 관계없이 일정한 계면 전위를 제공할 수 있다. 즉, 전류 대 전위의 플롯은 고정된 전위에서 무한 전류를 생성할 것이다.
일부 실시예들에서, (예를 들어, 다중-웰 플레이트(208)의 웰들(200)에서) 이용되는 유체들은 NaCl(예를 들어, 염들)과 같은 이온 화합물들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 웰들(200)에 포함된 유체들의 더 높은 NaCl 농도들은 ECL 프로세스들 전반에 걸쳐 대조 ECL 생성을 개선할 수 있다. 예를 들어, Ag-AgCl과 같은 레독스 커플을 갖는 보조 전극(102)의 전류 대 전위 플롯들은 정의된 기울기를 갖는다. 일부 실시예들에서, 기울기는 웰들(200)에 포함된 유체의 염 조성 및 조화에 의존한다. Ag+가 환원됨에 따라, 보조 전극(102)의 레독스 커플 내의 전하 균형은 균형을 이룰 필요가 있을 수 있고, 유체로부터의 이온이 전극 표면으로 확산될 것을 요구한다. 일부 실시예들에서, 염들의 조성은 전류 대 전위 곡선의 기울기를 변경할 수 있으며, 그 다음 이는 통과되는 전류에 대해 예를 들어, Ag-AgCl을 포함하는 보조 전극(102)의 계면에서 기준 전위에 영향을 미친다. 이와 같이, 실시예들에서, 염들과 같은, 이온의 농도는 인가된 전압에 대해 생성된 전류를 최대화하기 위해 수정 및 제어될 수 있다.
실시예들에서, ECL 프로세스들 동안 웰(200) 내의 유체들의 부피는 전기화학/ECL 생성을 변경할 수 있다. 일부 실시예들에서, 웰(200) 내의 유체들의 부피 사이의 관계는 전기화학 셀(100)의 설계에 의존할 수 있다. 예를 들어, 비교적 두꺼운 유체 층에 의해 분리된, 작동 전극 구역들(104) 및 보조 전극(102)은 보다 이상적인 전기화학 거동, 예를 들어, 공간적으로 일관된 계면 전위들을 가질 수 있다. 반대로, 둘 다 커버되는 상대적으로 얇은 유체 층에 의해 분리되는, 작동 전극 구역들(104)과 보조 전극(102)은 두 전극들 모두를 가로지르는 계면 전위들의 공간 구배들로 인해 비이상적인 전기화학 거동을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 작동 전극 구역들(104) 및 하나 이상의 보조 전극들(102)의 설계 및 레이아웃은 작동 전극 구역들(104)과 보조 전극(102) 사이의 공간 거리를 최대화하기 위한 것일 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 예시된 바와 같이, 작동 전극 구역들(104) 및 보조 전극(102)은 공간적 거리, D1을 최대화하도록 위치될 수 있다. 공간적 거리는 작동 전극 구역들(104)의 수 감소, 작동 전극 구역들(104)의 노출 표면 영역 감소, 보조 전극(102)의 노출 표면 영역 감소 등을 야기함으로써 최대화될 수 있다. 논의되지는 않았지만, 공간적 거리의 공간적 거리 최대화는 도 3a 내지 3f, 4a 내지 4f, 5a 내지 5c, 6a 내지 6f, 7a 내지 7f 및 8a 내지 8d에 예시된 설계들에 적용될 수 있다.
실시예들에서, 전술한 다중-웰 플레이트(208)는 검정 장치에서, ECL 검정들과 같은, 검정들을 수행하는 데 사용하기 위한 하나 이상의 키트들의 일부를 형성할 수 있다. 키트는 검정 모듈, 예를 들어, 다중-웰 플레이트(208) 및 결합제들, 효소들, 효소 기질들 및 검정 수행에 유용한 다른 시약들로 구성된 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 검정 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예들은 전체 셀들, 셀 표면 항원들, 세포내 입자들(예를 들어, 소기관들 또는 막 조각들), 바이러스들, 프리온들, 먼지 진드기들 또는 그 조각들, 바이로이드들, 항체들, 항원들, 합텐들, 지방산들, 핵산들(및 합성 유사체들), 단백질들(및 합성 유사체들), 지단백질들, 다당류들, 지질다당류들, 당단백질들, 펩티드들, 폴리펩티드들, 효소들(예를 들어, 포스포릴라제들, 포스파타제들, 에스테라제들, 트랜스-글루타미나제들, 트랜스퍼라제들, 옥시다제들, 리덕타제들, 데하이드로게나제들, 글리코시다제들, 단백질 처리 효소들(예를 들어, 프로테아제들, 키나제들, 단백질 포파타제들, 유비퀴틴-단백질 리가제들 등), 핵산 처리 효소들(예를 들어, 폴리머라제들, 뉴클레아제들, 인테그라제들, 리가제들, 헬리카제들, 텔로머라제들 등)), 효소 기질들(예를 들어, 위에 열거된 효소들의 기질들), 제2 메신저들, 세포 대사물들, 호르몬들, 약리학적 제제들, 진정제들, 바르비튜레이트들, 알칼로이드들, 스테로이드들, 비타민들, 아미노산들, 당들, 렉틴들, 재조합 또는 파생 단백질들, 비오틴, 아비딘, 스트렙타비딘, 발광 라벨들(바람직하게는 전기화학발광 라벨들), 전기화학발광 공작용물질들, pH 버퍼들, 차단 제제들, 방부제들, 안정 제제들, 세제들, 건조제들, 흡습 제제들, 판독 버퍼들 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 이러한 검정 시약들은 라벨링되지 않거나 라벨링될 수 있다(바람직하게는 발광 라벨, 가장 바람직하게는 전기화학발광 라벨). 일부 실시예들에서, 키트는 ECL 검정 모듈, 예를 들어, 다중-웰 플레이트(208), 및 다음으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 검정 컴포넌트를 포함할 수 있다: (a) 적어도 하나의 발광 라벨(바람직하게는 전기화학발광 라벨); (b) 적어도 하나의 전기화학발광 공반응물들; (c) 하나 이상의 결합제들; (d) pH 버퍼; (e) 하나 이상의 차단 시약들; (f) 방부제들; (g) 안정 제제들; (h) 효소들; (i) 세제들; (j) 건조제들 및 (k) 흡습제들.
도 16은 본 실시예에 따라, 작동 및 보조 전극들을 포함하는 웰들을 제조하기 위한 프로세스(2000)를 도시하는 흐름도를 묘사한다. 예를 들어, 프로세스(2000)는 하나 이상의 작동 전극 구역들(104) 및 하나 이상의 보조 전극들(102)을 포함하는 다중-웰 플레이트(208)의 하나 이상의 웰들(200)을 제조하는 데 이용될 수 있다.
동작(2002)에서, 프로세스(2000)는 기판 상에 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)을 형성하는 단계를 포함한다. 실시예들에서, 하나 이상의 작동 전극들은 임의의 유형의 제조 프로세스, 예를 들어, 스크린-인쇄, 3차원(3D) 인쇄, 증착, 리소그래피, 식각 및 이들의 조합들을 사용하여 형성될 수 있다. 실시예들에서, 하나 이상의 작동 전극 구역들(104)은 증착되고 패터닝될 수 있는 다중-층 구조들로 형성될 수 있다.
실시예들에서, 하나 이상의 작동 전극들은 반응이 발생할 수 있는 연속/인접한 영역일 수 있고, 전극 "구역"은 특정 관심의 반응이 일어나는 전극의 부분(또는 전체)일 수 있다. 특정 실시예들에서, 작동 전극 구역은 전체 작동 전극을 포함할 수 있고, 다른 실시예들에서, 하나보다 많은 작동 전극 구역은 단일 작동 전극 내에 및/또는 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 작동 전극 구역들은 개별 작동 전극들에 의해 형성될 수 있다. 이 예에서, 작동 전극 구역들은 하나 이상의 전도성 재료들로 형성된 단일 작동 전극으로 구성될 수 있다. 또 다른 예에서, 작동 전극은 단일 작동 전극의 부분들을 분리함으로써 형성될 수 있다. 이 예에서, 단일 작동 전극은 하나 이상의 전도성 재료들로 형성될 수 있고, 작동 전극 구역들은 유전체와 같은 절연 재료들을 사용하여 단일 작동 전극의 영역들("구역들")을 전기적으로 분리함으로써 형성될 수 있다. 임의의 실시예에서, 작동 전극은 금속들, 금속 합금들, 탄소 화합물들 등과 같은 임의의 유형의 전도성 재료들 및 전도성 및 절연 재료들의 조합들로 형성될 수 있다.
동작(2004)에서, 프로세스(2000)는 기판 상에 하나 이상의 보조 전극들(102)을 형성하는 단계를 포함한다. 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들은 임의의 유형의 제조 프로세스, 예를 들어 스크린-인쇄, 3차원(3D) 인쇄, 증착, 리소그래피, 식각 및 이들의 조합들을 사용하여 형성될 수 있다. 실시예들에서, 보조 전극들(102)은 증착 및 패터닝될 수 있는 다중-층 구조들로 형성될 수 있다. 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들은 화학 혼합물의 환원 동안 계면 전위를 제공하는 화학 혼합물로 형성될 수 있도록, 정량화할 수 있는 양의 전하가 웰에서 발생하는 환원-산화 반응들 전체에 걸쳐 생성된다. 하나 이상의 보조 전극들은 환원-산화 반응을 지원하는 산화제를 포함하고, 이는 예를 들어, ECL 생성 및 분석과 같은, 생물학적, 화학적 및/또는 생화학적 검정들 및/또는 분석 동안 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 보조 전극들의 화학적 혼합물에서 산화제의 양은 ECL 생성과 같은, 하나 이상의 생물학적, 화학적 및/또는 생화학적 검정들 및/또는 분석 동안 적어도 하나의 웰에서 발생하는 것인 환원-산화 반응("레독스")의 전체에 필요한 산화제의 양보다 크거나 같다. 이와 관련하여, 하나 이상의 보조 전극들에 충분한 양의 화학적 혼합물은 초기 생물학적, 화학적 및/또는 생화학적 검정들 및/또는 분석을 위해 레독스 반응들이 발생한 후에도 여전히 남아 있을 것이므로, 따라서 후속 생물학적, 화학적 및/또는 생화학적 검정들 및/또는 분석을 통해 하나 이상의 추가 레독스 반응들이 발생하도록 한다. 또 다른 실시예에서, 하나 이상의 보조 전극들의 화학적 혼합물 중 산화제의 양은 보조 전극의 노출된 표면 영역에 대한 복수의 작동 전극 구역들의 각각의 노출된 표면 영역의 비율에 적어도 부분적으로 기초한다.
예를 들어, 하나 이상의 보조 전극들은 은 Ag과 염화은 AgCl의 혼합물 또는 다른 적합한 금속/금속 할라이드 커플들을 포함하는 화학적 혼합물로 형성될 수 있다. 화학 혼합물들의 다른 예들은 다중 금속 산화 상태들을 갖는 금속 산화물들, 예를 들어, 망간 산화물, 또는 다른 금속/금속 산화물 커플들, 예를 들어, 은/산화은, 니켈/산화니켈, 아연/산화아연, 금/산화금, 구리/산화구리, 백금/산화백금 등을 포함할 수 있다.
동작(2006)에서, 프로세스는 하나 이상의 작동 전극들로부터 하나 이상의 보조 전극들을 전기적으로 절연하기 위해 전기 절연 재료를 형성하는 단계를 포함한다. 실시예들에서, 전기 절연 재료는 임의의 유형의 제조 프로세스, 예를 들어, 스크린-인쇄, 3D 인쇄, 증착, 리소그래피, 식각 및 이들의 조합들을 사용하여 형성될 수 있다. 전기 절연 재료들은 유전체들을 포함할 수 있다.
동작(2008)에서, 프로세스(2000)은 기판 상에 추가 전기 컴포넌트들을 형성하는 단계를 포함한다. 실시예들에서, 하나 이상의 보조 전극들은 임의의 유형의 제조 프로세스, 예를 들어, 스크린-인쇄, 3D 인쇄, 증착, 리소그래피, 식각 및 이들의 조합들을 사용하여 형성될 수 있다. 추가 전기 컴포넌트들은 관통 구멍(through hole)들, 전기 트레이스들, 전기 접점들 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 관통 구멍들은 작동 전극 구역들(104), 보조 전극들(102) 및 전기 절연 재료들을 형성하는 층들 또는 재료들 내에 형성되어, 전기 접점이 다른 전기 컴포넌트들과의 단락을 생성하지 않고 작동 전극 구역들(104) 및 보조 전극들(102)과 이루어질 수 있도록 한다. 예를 들어, 하나 이상의 추가 절연 층들은 전기 트레이스들을 절연시키면서 결합되는 전기 트레이스들을 지지하기 위해 이 기판 상에 형성될 수 있다.
실시예들에서, 추가 전기 컴포넌트들은 전기 히터, 온도 제어기 및/또는 온도 센서를 포함할 수 있다. 전기 히터, 온도 제어기 및/또는 온도 센서는 전기화학 반응, 예를 들어, ECL 반응을 도울 수 있고, 전극 성능은 온도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 스크린-인쇄 저항 히터는 전극 설계에 통합될 수 있다. 저항 히터는 내장형이든 외장형이든 관계없이, 온도 제어기 및/또는 온도 센서에 의해 전원이 공급되고 제어될 수 있다. 이들은 자기-조절형이며 일정한 전압이 인가될 때 특정 온도를 생성하도록 공식화되었다. 잉크들은 검정 또는 플레이트 판독 동안 온도를 제어하는 데 도움이 될 수 있다. 잉크들(및/또는 히터)은 또한 검정 동안 상승된 온도들이 필요한 경우(예를 들어, PCR 컴포넌트를 사용한 검정들에서)에도 유용할 수 있다. 온도 센서는 또한 실제 온도 정보를 제공하기 위해 전극(작동 및/또는 보조 전극)에 인쇄될 수 있다.
도 17a 내지 17f는 본 실시예에 따라, 하나 이상의 웰들(200)에 작동 전극 구역들(104) 및 보조 전극들(102)을 형성하는 프로세스의 비제한적인 예를 예시한다. 도 17a 내지 17f는 2개의 웰들의 형성을 예시하지만(도 18a에 예시된 바와 같이), 당업자는 도 17a 내지 17f에 예시된 프로세스가 임의의 수의 웰들(200)에 인가될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 도 17a 내지 17f는 도 7a 내지 7f에 예시된 전극 설계(701)와 유사한 전극 설계에서 보조 전극들(102) 및 작동 전극 구역들(104)의 형성을 예시하지만, 당업자는 도 17a 내지 17f에 예시된 프로세스가 본 명세서에 기술된 전극 설계에 이용될 수 있음을 이해할 것이다.
보조 전극`(102), 작동 전극 구역(104) 및 다른 전기 컴포넌트들을 제조하는 프로세스는 아래에서 논의되는 스크린-인쇄 프로세스들을 이용하여 수행될 수 있으며, 여기서 상이한 재료들은 잉크들 또는 페이스트를 사용하여 형성된다. 실시예들에서, 보조 전극들(102) 및 작동 전극 구역들(104)은 임의의 유형의 제조 프로세스, 예를 들어, 3D 프린팅, 증착, 리소그래피, 식각 및 이들의 조합들을 사용하여 형성될 수 있다.
도 17a에 예시된 바와 같이, 제1 전도성 층(2102)은 기판(2100) 상에 인쇄될 수 있다. 실시예들에서, 기판(2100)은 웰(200)의 컴포넌트들에 대한 지지를 제공하는 임의의 재료(예를 들어, 절연 재료들)로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 전도성 층(2102)은 금속, 예를 들어, 은으로 형성될 수 있다. 제1 전도성 층(2102)의 다른 예들은 금, 은, 백금, 니켈, 강철, 이리듐, 구리, 알루미늄, 전도성 합금 등과 같은 금속들을 포함할 수 있다. 제1 전도성 층(2102)의 다른 예들은 산화물 코팅된 금속들(예를 들어, 산화알루미늄 코팅된 알루미늄)을 포함할 수 있다. 제1 전도성 층(2102)의 다른 예들은 탄소, 탄소 블랙, 흑연 탄소, 탄소 나노튜브들, 탄소 피브릴들, 흑연, 탄소 섬유들 및 이들의 혼합물들과 같은 탄소-기반 재료들을 포함할 수 있다. 제1 전도성 층(2102)의 다른 예들은 전도성 탄소-폴리머 복합체들을 포함할 수 있다.
기판(2100)은 또한 기판(2100)의 컴포넌트들을 연결하고 전기 연결들이 컴포넌트들에 만들어질 수 있는 위치들을 제공하기 위해 하나 이상의 관통 구멍들 또는 다른 유형의 전기 연결들(예를 들어, 트레이스들, 전기 접점들 등)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시된 바와 같이, 기판(2100)은 제1 관통 구멍들(2104) 및 제2 관통 구멍들(2106)을 포함할 수 있다. 제1 관통 구멍들(2104)은 제1 전도성 층(2102)과 전기적으로 절연될 수 있다. 제2 관통 구멍들(2106)은 제1 전도성 층(2102)에 전기적으로 결합될 수 있다. 더 적거나 더 큰 수들의 구멍은 또한 고려된다. 예를 들어, 관통 구멍들은 작동 전극 구역들(104), 보조 전극들(102) 및 전기 절연 재료들을 형성하는 층들 또는 재료들 내에 형성되어 전기 접점이 다른 전기 컴포넌트들과의 단락을 생성하지 않고 작동 전극 구역들(104) 및 보조 전극들(102)과 이루어질 수 있도록 한다. 예를 들어, 하나 이상의 추가 절연 층들은 전기 트레이스들을 절연시키면서 결합되는 전기 트레이스들을 지지하기 위해 기판 상에 형성될 수 있다.
도 17b에 예시된 바와 같이, 제2 전도성 층(2108)은 제1 전도성 층(2102) 상에 인쇄될 수 있다. 실시예들에서, 제2 전도성 층(2108)은 은(Ag)과 염화은(AgCl)의 혼합물 또는 다른 적합한 금속/금속 할라이드 커플들을 포함하는 화학적 혼합물로 형성될 수 있다. 화학적 혼합물들의 다른 예들은 위에서 논의한 바와 같은 금속 산화물들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 전도성 층(2108)은 제1 전도성 층(2102)의 대략적인 치수로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 전도성 층(2108)은 제1 전도성 층(2102)보다 크거나 작은 치수로 형성될 수 있다. 제2 전도성 층(2108)은 정의된 Ag 대 AgCl의 비율을 갖는 Ag-AgCl 화학적 혼합물(예를 들어, 잉크, 페이스트 등)을 사용하여 제2 전도성 층(2108)을 인쇄함으로써 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 보조 전극의 화학적 혼합물에서 산화제의 양은 적어도 부분적으로 보조 전극의 화학적 혼합물에서 Ag 대 AgCl의 비율에 기초한다. 실시예에서, Ag 및 AgCl을 갖는 보조 전극의 화학적 혼합물은 대략 50% 이하의 AgCl, 예를 들어, 34%, 10% 등을 포함한다. 예시되지는 않았지만, 하나 이상의 추가 개재 층들(예를 들어, 절연 층들, 전도성 층들 및 이들의 조합)은 제2 전도성 층(2108)과 제1 전도성 층(2102) 사이에 형성될 수 있다.
도 17c에 예시된 바와 같이, 제1 절연 층(2110)은 제2 전도성 층(2108) 상에 인쇄될 수 있다. 제1 절연 층(2110)은 예를 들어, 유전체, 폴리머들, 유리 등 임의의 유형의 절연 재료로 형성될 수 있다. 제1 절연 층(2110)은 제2 전도성 층(2108)의 두 부분들('스팟들')을 노출시키는 패턴으로 형성되어 두 개의 보조 전극들(102) 사이에 형성할 수 있다. 노출된 부분들은 보조 전극들(102)의 원하는 형상 및 크기에 대응할 수 있다. 실시예들에서, 보조 전극들(102)은 도 3a 내지 3f, 4a 내지 4d, 5a 내지 5c, 6a 내지 6f, 7a 내지 7f 및 8a 내지 8d를 참조하여 예를 들어, 전술된 전극 설계들에서 설명된 것과 같이 임의의 수, 크기 및 모양으로 형성될 수 있다.
도 17d 및 도 17e에 예시된 바와 같이, 제3 전도성 층(2112)은 절연 층(2110) 상에 인쇄된 후, 이후에, 제4 전도성 층(2114)은 제3 전도성 층(2112) 상에 인쇄될 수 있다. 실시예들에서, 제3 전도성 층(2112)은 금속, 예를 들어, Ag로 형성될 수 있다. 실시예들에서, 제4 전도성 층(2114)은 복합 재료, 예를 들어, 탄소 복합의 형태로 형성될 수 있다. 제1 전도성 층(2102)의 다른 예들은 금, 은, 백금, 니켈, 강철, 이리듐, 구리, 알루미늄, 전도성 합금 등과 같은 금속들을 포함할 수 있다. 제1 전도성 층(2102)의 다른 예들은 산화물 코팅된 금속들(예를 들어, 산화알루미늄 코팅된 알루미늄)을 포함할 수 있다. 제1 전도성 층(2102)의 다른 예들은 탄소, 탄소 블랙, 흑연 탄소, 탄소 나노튜브들, 탄소 피브릴들, 흑연, 탄소 섬유들 및 이들의 혼합물들과 같은 다른 탄소-기반 재료들을 포함할 수 있다. 제1 전도성 층(2102)의 다른 예들은 전도성 탄소-폴리머 복합체들을 포함할 수 있다. 제3 전도성 층(2112) 및 제4 전도성 층(2114)은 작동 전극 구역들의 베이스를 형성하고 제1 관통 구멍들(2104)에 전기 결합을 제공하는 패턴으로 형성될 수 있다. 실시예에서, 관통 구멍은 예를 들어 도 3a 내지 3f, 4a 내지 4f, 5a 내지 5c, 6a 내지 6f, 7a 내지 7f 및 8a 내지 8d를 참조하여 위에서 설명된 전극 설계에 설명된 것과 같이 임의의 수, 크기 및 형상으로 형성될 수 있다.
도 17f에 예시된 바와 같이, 제2 절연 층(2116)이 제4 전도성 층(2114) 상에 인쇄될 수 있다. 제2 절연 층(2116)은 예를 들어, 유전체와 같은 임의의 절연 재료로 형성될 수 있다. 제2 절연 층(2116)은 제4 전도전 층(2114)의 복수의 부분(예를 들어, 20개의 부분)을 노출시키는 패턴으로 형성될 수 있으며, 이에 의해 도 18a에 도시된 바와 같이 각 웰(200)에 대해 10개의 작동 전극 구역(104)을 형성한다. 노출된 부분은 작동 전극 구역(104)의 원하는 형상 및 크기에 대응할 수 있다. 실시예들에서, 작동 전극 구역(104)은 예를 들어, 도 3a 내지 3f, 4a 내지 4f, 5a 내지 5c, 6a 내지 6f, 7a 내지 7f 및 8a 내지 8d를 참조하여 전술한 전극 설계들에 기술된 바와 같이, 임의의 수, 크기 및 형상으로 형성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 설명된 층들 중 하나 이상은 특히 층들(예를 들어, 탄소-기반 층들 등)의 오염을 최소화하기 위해 형성될 수 있다.
전술한 방법에서, 보조 전극들(102) 사이의 전도성은 절연 층(2110)에 의해 마스킹된 전도성 층(2108)을 통해 유지된다. 이 설계는 보조 전극들(102) 사이의 전도성 연결이 작동 전극 구역들(104) 아래에서 실행되도록 허용한다. 도 18b는 도 17a 내지 17f 및 22a와 관련하여 전술한 것과 다소 유사한 제조 방법에 의해 제조된 웰들(200)의 추가 실시예를 예시한다. 도 18b에 도시된 바와 같이, 작동 전극 구역들(104)은 갭을 갖는 원형 패턴, 예를 들어, C자형으로 배열될 수 있다. 각 웰(200)은 예를 들어, 10개의 작동 전극 구역들을 가질 수 있다. 추가 실시예들에서, 임의의 적절한 수의 작동 전극 구역들은 포함될 수 있다. 작동 전극 구역(104) 패턴의 갭은 전도성 트레이스(2120)가 2개의 웰들(200)의 보조 전극들(102) 사이를 흐르도록 허용한다. 전도성 트레이스(2120)가 보조 전극들(102) 사이를 흐르고 이들을 가로지르지 않기 때문에, 보조 전극들(102), 작동 전극 구역들(104) 및 전도성 트레이스(2120)는 제조 프로세스 동안 동일한 층에 인쇄될 수 있다. 예를 들어, 개별적으로 어드레싱가능한 작동 전극 구역들(104)을 포함하는 실시예들에서, 보조 전극들(102), 작동 전극 구역들(104) 및 전도성 트레이스(2120)의 각각은 기판의 동일한 층 상에 개별 피쳐들로서 인쇄될 수 있다. 도 18b에 묘사된 전극들의 C자형 설계는 이중-웰 레이아웃에서의 사용에 제한되지 않는다. 상이한 수의 웰들을 포함하는 다른 레이아웃들은 본 명세서의 실시예들과 일치한다. 예를 들어, 단일 웰 레이아웃은 C자형 전극 레이아웃을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 4개 이상의 웰들(200)은 C자형 전극 레이아웃으로 배치될 수 있고 레이아웃에서 각 웰(200)의 보조 전극들(102)을 연결하는 다중 전도성 트레이스들(2120)을 가질 수 있다.
실시예에서, 본 명세서에 기술된 전기화학 셀에는 섹터 어드레싱 가능한 가능한 웰이 제공될 수 있다. 전체적으로 논의된 바와 같이, 본 개시에 따른 전기화학 샐은 특정 위치설정 및 패턴화에 따라 배열된 작동 전극 및 보조 전극을 포함한다. 실시예에서, 다중-웰 검정 플레이트(multi-well assay plate)는 그룹, 예를 들어 섹터로 어드레싱 가능한 하나 이상의 웰을 포함될 수 있다. 따라서, 섹터의 다수의 웰(및 그 안의 하나 이상의 개별 스팟)은 동시에 처리될 수 있다(예를 들어, 전기적으로 활성화되거나 여기됨). 다중-웰 검정 플레이트는 다중 섹터의 웰을 포함할 수 있으며, 각 섹터의 웰은 동시에 어드레싱 가능할 수 있다. 섹터 어드레싱 가능한 다중-웰 검정 플레이트와 일치하는 실시예는 다중-웰 검정 플레이트의 도 20a 및 20b, 21a 내지 21d, 22a 내지 22o 및 23a 내지 23pp의 다른 섹터와 관련하여 아래에서 논의된다. 실시예에서, 아래 설명된 바와 같이, 주어진 섹터의 작동 전극 구역은 서로 전기적으로 연통하여 동시 어드레싱 가능성을 촉진한다.
일부 실시예에서, 개별적으로 절연된 작동 전극 영역을 포함하는 다중 검정 플레이트는 다중-웰 검정플레이트와 플레이트 판독기 시스템 사이의 전기적 연결을 용이하게 하도록 설계된 장치에서 만들어진 특정 하드웨어 및/또는 소프트웨어 배열로 인해 섹터 어드레싱 가능하다.
도 20a 및 20b는 본 명세서에 포함된 실시예에 따른 작동 전극 구역을 갖는 전기화학 셀을 예시한다. 도 20a는 단일 스팟 전기화학 셀(1000)을 예시하는 반면, 도 20b는 다중 스팟 전기화학 셀(1001)을 예시한다. 전기화학 셀(1000)은 단일 작동 전극 구역(1002), 적어도 하나의 보조 전극 구역(1003), 및 전기화학 셀 경계(1004)를 포함한다. 전기화학 셀(1001)은 복수의 작동 구역(1002), 적어도 하나의 보조 전극 구역(1003), 및 전기화학 셀 경계(1004)를 포함한다. 예에서, 도 20b의 전기화학 셀(1001)은 4개의 작동 전극 구역(1002) 및 2개의 보조 전극 구역(1003)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 대안적으로 더 적거나 더 많은 작동 전극 구역(1002)이 제공될 수 있다(예를 들어, 1, 2, 3, 6, 7, 8개 등). 전기화학 셀에 대한 다음의 논의는 4개의 작동 전극 구역 설계 전기화학 셀(1001) 및 단일 작동 전극 구역 전기화학 셀(1000)(전체적으로 4-스팟 설계 및 1스팟 설계이라고도 함) 모두를 언급한다. 그러나, 전극 전기화학 셀과 관련하여 본 명세서에 개시된 디바이스, 시스템 및 방법은 특정 단일 및 4개의 작동 전극 구역 설계에 제한되지 않으며 적어도 본 명세서에 개시된 것을 포함하는 전극 구역의 다른 패턴 및 위치에 적절하게 적용될 수 있다는 것으로 이해된다.
위에서 논의된 바와 같이, 작동 전극 구역은 전체 전극을 포함할 수 있고, 다른 실시예에서, 2개 이상의 작동 전극 구역은 단일 전극 또는 2개 이상의 전극 내부 및/또는 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 예를 들어 도 22a를 참조하여 아래에 설명된 웰 전극 구조(3101)에 의해 형성된 전기화학 셀(1001) 및 전기화학 셀(1000)에서, 다중 작동 전극 구역(1002)은 작동 전극 구역(1002)을 형성하기 위해 단일 작동 전극의 표면 영역, 영역 또는 부분을 개별적으로 절연함으로써 형성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 동일한 작동 전극을 공유하는 다수의 작동 전극 구역(1002)은 서로 전기적으로 연통될 수 있다. 이 예에서, 단일 작동 전극은 하나 이상의 전도성 재료로 형성될 수 있고, 작동 전극 영역(1002)은 유전체와 같은 절연 재료를 사용하여 단일 작동 전극의 영역("구역")을 전기적으로 절연함으로써 형성될 수 있다. 실시예에서, 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 다중-웰 검정 플레이트는 여러 웰 섹터를 포함할 수 있으며, 섹터의 각 작동 전극 구역(1002)은 공통 작동 전극을 통해 전기적으로 연통된다. 추가 실시예에서, 웰의 섹터는 검정 플레이트를 통해 직접 전기 연결되지 않는 다중 작동 전극 구역(1002)을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 섹터 어드레싱 가능성은 플레이트 판독기 또는 본 명세서에 설명된 검정 플레이트를 사용하도록 구성된 다른 시스템에 의한 다중 작동 전극 구역(1002)의 동시 활성화를 통해 달성될 수 있다.
유사하게, 전기화학 셀(1000/10001)의 보조 전극 구역(1003)은 더 크고 연속적인 보조 전극 패턴 또는 구조의 개별적으로 절연된 표면 영역("구역")으로부터 형성될 수 있다. 따라서, 연속적인 보조 전극 패턴 또는 구조의 다중 보조 전극 구역(1003)은 각각 서로 전기적으로 연통될 수 있다. 아래에 설명된 바와 같이, 다중 보조 전극 영역(1003)은 다중-웰 검정 플레이트의 섹터별로 절연될 수 있고 및/또는 검정 플레이트의 다른 모든 보조 전극 구역(1003)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 21a 내지 21d는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 전기화학 셀을 포함하는 웰을 갖는 다중-웰 검정 플레이트의 부분을 예시한다. 도 21a는 다중-웰 플레이트(2000)의 상부 사시도이다. 도 21a는 웰 패턴으로 배열된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 웰(3003)을 정의하는 상부 플레이트 개구(3002)를 갖는 상부 플레이트(3001)를 도시하며, 각 웰은 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 웰 영역에 의해 정의된다. 도 21a는 또한 도 21b에 도시된 바와 같이 기판(3100)을 포함하는 베이스 플레이트(3010)를 도시한다.
도 21b 및 21c는 기판(3100) 및 그 상부 표면(3180)을 예시한다. 도 21a에 예시된 예시적인 다중-웰 검정 플레이트(2000)에서, 상부 표면(3180)은 상부 플레이트(3001)에 정합된다. 도 21b 및 도 21c는 복수의 섹터 전극 구조(3150) 및 웰 전극 구조(3101)를 형성하기 위해 결합되는 기판(3100)의 상부 표면(3180)에서 볼 수 있는 다양한 요소를 예시한다. 섹터 전극 구조(3150) 및 웰 전극 구조(3101)의 추가 요소 및 추가 설명이 아래에 제공된다. 섹터 전극 구조(3150) 및 웰 전극 구조(3101)는 복수의 작동 전극 구역(1002) 및 적어도 하나의 보조 전극 구역(1003)을 포함하는 전기화학 셀(1000/1001)(도 20a/20b)을 정의하는 데 도움을 준다. 도 21b는 1-스팟 전기화학 셀(1000)을 정의하는 웰 전극 구조(3101)를 예시하는 반면, 도 21c는 4-스팟 전기화학 셀(1001)을 정의하는 웰 전극 구조(3101)를 예시한다.
도 21d는 기판(3100) 및 그 하부 표면(3210)을 도시한다. 기판(3100)의 하부 표면(3210)은 후술되는 바와 같이 섹터 전극 구조(3150) 및 웰 전극 구조(3101)의 일부를 형성하는 복수의 작동 전극 접점(3204)를 특징으로 한다. 도 21d는 보조 전극 접촉 패턴(3291)을 추가로 예시한다.
도 21a 내지 21c는 384개 웰(3003)의 16×24 배열을 갖는 다중-웰 플레이트(2000)를 예시한다. 본 명세서에 논의된 바와 같이, 384개의 웰은 각각 16개(4×4) 웰의 24개 섹터에 배열될 수 있다. 다음 논의는 여러 곳에서 특히 384 웰 플레이트의 배열을 언급한다. 그러나 본 개시는 이러한 특정 배열에 제한되지 않으며 임의의 다른 적합한 섹터화된 웰의 배열을 포함한다. 예를 들어, 384 웰 플레이트에서, 더 적은 웰을 갖는 더 많은 섹터(예를 들어, 8(2×4) 웰 × 48 섹터, 4(1×4 또는 2×2) 웰 × 96 섹터 등), 더 많은 웰을 갖는 더 적은 섹터(예를 들어, 24(6×4) 웰 × 16 섹터, 32(8×4) 웰 × 12 섹터, 64(8×8) 웰 × 6 섹터 등)은 본 발명의 실시예와 일치한다. 또한, 본 며엣서에 기술된 섹터화된 다중-웰 검정 플레이트는 더 많거나 더 적은 총 웰, 예를 들어 96개 웰을 포함할 수 있다. 24 섹터/16 웰 배열과 관련하여 본 명세서에서 논의된 피쳐는 대안적인 섹터 배열 배열을 갖는 검정 플레이트를 용이하게 하기 위해 채용되거나 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 다중-웰 검정 플레이트(2000)는 코너가 둥근 사각형 웰을 포함한다. 이러한 형상은 단지 예일 뿐이며, 추가 실시예는 본 명세서에 논의된 바와 같이 임의의 적합한 형상의 웰을 포함할 수 있다.
각각의 웰(3003)은 웰 전극 구조(3101)에 대응한다. 또한, 웰(3003) 및 웰 전극 구조(3101)는 후술하는 바와 같이 섹터 전극 구조(3150)에 의해 정의된 섹터로 그룹화될 수 있다. 추가 실시예에서, 임의의 적절한 수의 웰(3003) 및 웰 전극 구조(3101)가 제공될 수 있다. 추가로, 도 21a 내지 21c에 제시된 다중-웰 플레이트(2000)는 본 명세서에 설명된 웰 전극 구조(3101)의 한 가지 사용의 단지 예이다. 본 명세서에 설명된 웰 전극 구조(3101)는 예를 들어 카트리지 판독기, 플레이트 기반 분석기, 측방향 흐름 기반 테스트 디바이스 등을 포함하는 다양한 애플리케이션 위한 전기화학 셀(1000/1001)을 형성하는 데 사용될 수 있다.
실시예에서, 웰 전극 구조(3101)는 다양한 방식으로, 예를 들어 순차적인 스크린 인쇄 프로세스, 스텐실링, 식각, 증착, 리소그래피 및/또는 전극 형성을 위한 기타 방법론을 통해 기판(3100) 상에 형성될 수 있다. 이러한 예에서, 웰 전극 구조(3101)는 기판(3100) 상에 층별로 인쇄될 수 있지만, 다른 방법도 사용될 수 있다. 실시예에서, 전체적으로 설명된 전극은 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB)과 같은 하나 이상의 회로에 구현될 수 있다. 따라서 아래 논의에서는 스크린 인쇄 프로세스를 통해 제조된 대로 4×4 방식으로 배열된 16개 웰의 24개 섹터를 사용하는 384웰 플레이트를 설명할 수 있지만, 본 명세서에 기술된 바와 같은 다른 제조 기술 및 다른 웰/섹터 배열은 본 개시의 범위 내에 포함된다. 또한, 다른 층화 프로세스가 적절하게 서로 결합되어 사용될 수 있는데, 예를 들어 일부 층은 스크린 인쇄될 수 있고 다른 층은 스텐실링 등을 통해 인쇄될 수 있다.
추가적으로, 아래에 논의되는 전도성 및 비전도성 층은 임의의 적절한 재료, 예를 들어 탄소, 탄소 복합재, 은, 금, 염화은을 전도성 재료로서 포함할 수 있고 적절한 경우 다양한 비전도성 절연 유전체 재료(예를 들어, 유전체 잉크, 폴리머 기반 코팅 또는 필름 등)도 포함할 수 있다. 아래에 논의되는 실시예에서, 특정 층에 대한 특정 재료가 논의된다. 이는 단지 예로서 제공되며, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 다른 재료가 채용될 수 있다.
도 22a 내지 22o는 섹터 전극 구조(3150)와 웰 전극 구조(3101) 및 층화 프로세스의 측면을 도시한다. 도 22a 내지 22o와 관련하여 아래에 논의된 층화 프로세스는 스크린 인쇄 프로세스를 포함한다. 특정 스크린 인쇄 프로세스에서 스크린 인쇄는 차단 재료를 사용하여 부분이 불투과성인 스크린이나 메쉬를 사용할 수 있다. 스크린을 기판 위에 놓고 잉크나 기타 물질을 스크린을 통해 밀어 넣어 기판에 패턴을 형성한다. 스크린 인쇄는 생산 방법 중 하나일 뿐이며, 아래에 설명된 패턴과 층을 인쇄하는 데 다른 층화 인쇄 프로세스가 사용될 수 있습니다.
기판(3100)을 생성하는 데 사용되는 층화 프로세스에 대한 다음 논의에서 다양한 치수가 논의된다. 도 22a 내지 22o와 관련하여 아래에 논의된 바와 같이 공칭 치수가 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. 아래에 사용된 근사화란 다양한 구조의 설명된 기능을 방해하지 않는 제조 공차를 넘어서는 치수의 변화를 나타낸다. 예를 들어 근사화 치수는 10% 이하, 5% 이하, 3% 이하, 2% 이하 및/또는 1% 이하로 달라질 수 있다.
도 22a 내지 22o와 관련하여 아래에 설명된 치수는 형상들 사이의 간섭 없이 허용되는 공간에 필요한 모든 형상의 배열을 허용하도록 선택된다. 간섭은 물리적 간섭, 예를 들어 의도하지 않은 방식으로 교차하는 두 개의 피쳐 및 전기적 간섭, 예를 들어 의도하지 않은 방식으로 서로 전기적으로 영향을 미치는 두 개의 피쳐를 지칭할 수 있다. 아래 설명된 치수는 제조 공차 및 한계를 고려하여 선택된 비제한적이고 예시적인 치수이다. 이러한 우려는 단일 층 생산 내의 제조 공차, 예를 들어 다양한 스크린 및 인쇄용 템플릿 제조에 관련된 공차뿐만 아니라 스크린 또는 템플릿을 사용하여 하나 이상의 피쳐를 인쇄하는 데 관련된 공차와 관련된다. 우려되는 공차는 여러 ?H에 걸친 제조 공차(예를 들어, 한 층과 후속 층의 정렬과 관련된 인쇄 간 정합 공차)와도 관련된다. 이러한 유형의 제조 오류로 인해 공차 또는 오류 누적 가능성을 고려해야 한다. 예를 들어 최종 제품에서 두 피쳐가 특정 거리만큼 떨어져 있어야 한다는 요구 사항을 충족하려면, 단일 층 내에서 제조 프로세스의 차이를 설명하기 위해 두 피쳐 사이의 공칭 거리가 특정 거리보다 더 커야 할 수도 있다. 또한 이러한 피쳐가 인쇄물의 서로 다른 층에 있는 경우 잠재적인 인쇄 간 등록 오류도 고려하여 공칭 거리를 선택해야 한다.
도 22a는 기판(3100)의 상부 표면(3180)의 일부에 대한 전극 패턴을 예시한다. 예시된 부분은 기판(3100)의 상부 표면(3180) 상에 배치된 여러 개의 웰 전극 구조(3101) 및 여러 개의 섹터 전극 구조(3150)의 피쳐를 도시한다. 하나의 웰 전극 구조(3101)에 속하는 피쳔느 점선 테두리로 윤곽선으로 도시되어 있다. 하나의 섹터 전극 구조(3150)에 속하는 피쳐도 점선 경계로 도시된다. 아래에 설명된 바와 같이, 웰 전극 구조(3101) 및 섹터 전극 구조(3150)의 피쳐는 기판(3100)의 상부 표면(3180) 및 하부 표면(3210)(도 22c에 도시됨) 상에 패턴화된다. 각각의 섹터 전극 구조(3150)는 도 22b에 더 자세히 도시된 하나 이상의 웰 전극 구조(3101)를 포함한다. 섹터 전극 구조(3150) 각각은 하나 이상의 전극 버스 바(3190) 및 기판(3100)에 걸쳐 있는 보조 전극 패턴(3191)의 일부를 포함하며, 이는 아래에서 추가로 설명된다.
도 22b는 여러 웰 전극 구조(3101)의 확대도를 예시한다. 웰 전극 구조(3101) 각각은 복수의 작동 전극 구역(1002) 및 하나 이상의 보조 전극 구역(1003)을 포함하는 전극 구역 그룹(3104)을 포함한다. 작동 전극 구역(1002)은 아래에 설명된 바와 같이 기판(3100)의 표면에서 작동 전극 버스 바(3190)의 부분을 절연함으로써 형성된다. 보조 전극 구역(1003)은 후술하는 바와 같이 보조 전극 패턴(3191)의 일부를 절연함으로써 형성된다.
전극 그룹(3104)은 웰 주변부(3105)에 의해 정의된 웰 영역(3106) 내에 배치된다. 웰 주변부(3105)는 전기화학적 셀 경계(1004)에 대응한다. 기판(3100)이 상부 플레이트(3001)에 부착될 때, 웰 영역(3106)은 상부 플레이트 개구(3002)에 대응하도록 구성되어 웰(3003)의 하부를 형성한다.
도 22a 및 22b에 도시된 바와 같이, 섹터 전극 구조(3150)의 각각의 웰 전극 구조(3101)의 작동 전극 구역(1002)은 (작동 전극 버스 바(3190)를 통해) 서로 전기적으로 연통되고, 섹터 전극 구조(3150)의 각각의 웰 전극 구조(3101)의 보조 전극 구역(1003)은 (보조 전극 패턴(3191)을 통해) 서로 전기적으로 연통된다. 이 구조는 섹터 전극 구조(3150)의 모든 작동 전극 구역(1002)이 함께 또는 동시에 어드레싱되고, 여기되고 및/또는 에너지화되는 것을 허용한다. 따라서 상호연결된 보조 전극 구역(1003)은 모든 여기된 작동 전극 구역(1002)에 대한 상대 전극 또는 접지 전극의 역할을 할 수 있다. 도 22a는 16개 웰의 4×4 섹터를 예시한다. 실시예에서, 384 웰 플레이트는 6×4 섹터 배열의 섹터들로 배열될 수 있다. 이러한 패터닝은 단지 예시일 뿐이며, 섹터에는 더 많거나 더 적은 웰이 포함될 수 있다.
도 22c는 기판(3100)의 하부 표면(3210)의 일부에 대한 전극 접촉 패턴을 예시한다. 전극 접촉 패턴은 섹터 전극 구조(3150)에 따라 배열된다. 각각의 섹터 전극 구조(3150)는 작동 전극 접점(3204) 및 기판(3100)의 하부 표면(3210) 상에 패턴화된 보조 전극 접촉 패턴(3291)의 일부를 포함한다. 작동 전극 접점(3204)는 각각 섹터 전극 구조(3150)의 전극 버스 바(3190)에 대응한다. 보조 전극 접촉 패턴(3291)은 보조 전극 패턴(3191)에 대응된다.
기판(3100)의 상부 표면(3180) 상에 패턴화된 섹터 전극 구조(3150)의 부분은 복수의 비아(예를 들어, 전도체로 채워진 홀)에 의해 기판의 하부 표면(3210) 상의 섹터 전극 구조(3150)의 부분에 연결된다. 비아는 두 가지 다른 유형, 즉 작동 전극 비아(3205)와 보조 전극 비아(3206)를 포함한다. 작동 전극 비아(3205)는 작동 전극 접점(3204)를 기판(3100)의 상부 표면(3180) 상의 각각의 전극 버스 바(3190)에 연결한다. 도 21c에 도시된 바와 같이, 4쌍의 작동 전극 비아(3205)(섹터 전극 구조(3150)의 각각의 전극 버스 바(3190)에 대해 하나씩)는 작동 전극 접점(3204)를 각각의 전극 버스 바(3190)에 연결할 수 있다. 보조 전극 비아(3206)는 보조 전극 접촉 패턴(3291)과 기판(3100) 상부 표면(3180)의 보조 전극 패턴(3191)을 연결한다. 보조 전극 비아(3206)는 로우로, 예를 들어 섹터 전극 구조(3150)의 각 로우 사이에 제공되는 보조 전극 비아(3206)의 하나의 로우로 제공될 수 있다. 보조 전극 비아(3206)의 각 로우는 세 쌍의 보조 전극 비아(3206)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 비아는 도 22c에 도시된 것과는 다른 패턴 또는 양으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 비아는 쌍이 아닌 단독으로 제공될 수 있다. 추가 실시예에서는 더 많거나 더 적은 비아가 제공될 수 있다. 본 명세서에 설명된 비아는 보조 전극 콘택 패턴(3291)을 보조 전극 패턴(3191)에 연결하고, 작동 전극 콘택(3204)을 각각의 전극 버스 바(3190)에 연결하는 기능을 제공한다. 이 기능을 달성할 수 있는 임의의 적절한 수의 비아가 본 개시의 범위 내에 있을 수 있다.
예시 목적으로, 도 22ㅊ는 기판(3100)을 사용하는 다중-웰 검정 플레이트와의 전기 연결에 사용될 수 있는 핀 접촉 포인트의 예시적인 패턴을 추가로 도시한다. 플레이트 판독기 또는 기타 기구에 사용되는 경우, 기구의 접촉 핀은 작동 전극 접점(3204) 및 보조 전극 패턴(3191)과 접촉하여 배치된다. 기구는 접촉 핀을 통해 다중-웰 검정 플레이트의 다양한 웰과 작동 전극 구역을 전기적으로 어드레싱하도록 구성된다. 도 22c는 예시적인 기구의 접촉 핀이 기판(3100)의 하부 표면(3210)과 접촉할 수 있는 위치를 보여주는 핀 접촉 포인트(3971, 3972, 3973)의 예시적인 패턴을 예시한다. 도 22c는 웰의 단일 섹터에 대한 핀 접촉 포인트 배열을 예시하여, 작동 전극 접점(3204)와 접촉하도록 구성된 작동 전극 핀 접점(3971) 및 보조 전극 접촉 패턴(3291)과 접촉하도록 구성된 보조 전극 핀 접점(3972)를 보여준다. 본 명세서에 설명된 실시예와 일치하는 384 웰 다중-웰 검정 플레이트는 서로 다른 접촉 핀 배열을 갖는 플레이트 판독기와 함께 사용하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 여러 개의 서로 다른 유형 및 설계의 플레이트와 함께 사용). 예를 들어, 일부 플레이트 판독기는 대체 플레이트 설계의 전극 접점에 사용되는 추가 전극 핀을 포함할 수 있다. 이러한 핀은 추가 작동 전극 핀 접촉 포인트(3973)에서 기판과 접촉할 수 있다. 실시예에서, 본 명세서의 실시예와 일치하는 다중-웰 검정 플레이트는 이러한 추가 작동 전극 핀 접촉 포인트(3973)의 배치를 수용하기 위해 추가 작동 전극 핀과 보조 전극 접촉 패턴(3291) 사이의 접촉을 허용하지 않으면서 보조 전극 접촉 패턴(3291)에 절개부(3295)(예를 들어, 공간, 갭 및/또는 공극)를 포함할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 본 명세서의 실시예에 따른 다중-웰 검정 플레이트는 다양한 수 또는 배열의 웰을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서의 실시예에 따른 다중-웰 검정 플레이트는 교대하는 접촉 핀 배열을 갖는 판독기 또는 시스템을 수용하기 위해 서로 다른 전극 접촉 패턴으로 구성될 수 있다.
따라서, 도 22a 내지 22c에 설명된 바와 같이, 각 섹터 전극 구조(3150)는 적어도 복수의 전극 버스 바(3190), 보조 전극 패턴(3191)의 일부, 보조 전극 접촉 패턴(3291)의 일부, 작동 전극 접점(3204), 및 복수의 작동 전극 비아(3205)를 포함한다. 보조 전극 비아(3206)는 각각의 섹터 전극 구조(3150) 내에 포함되지 않으며 섹터 전극 구조(3150)보다 더 적은 수의 보조 전극 비아(3206)가 있을 수 있다. 각각의 웰 전극 구조(3101)는 전극 그룹(3104)(하나 이상의 작동 전극 구역(1002) 및 하나 이상의 보조 전극 구역(1003)을 포함함)을 포함한다. 웰 전극 구조(3101)는 본 명세서에 논의된 바와 같이 전기화학 셀(1001)을 형성할 수 있다.
도 22d 내지 22m은 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 섹터 전극 구조(3150) 및 웰 전극 구조(3101)의 구성과 관련된 개별 층을 도시한다.
도 22d 및 22dd는 기판에 형성된 홀의 패턴을 예시한다. 도 22d는 평면도를 도시하고, 도 22d는 사시도를 도시한다. 홀(3115, 3116)은 기판(3100)에 형성된다. 홀(3115/3116)은 레이저 절단, 미세 드릴링 또는 기타 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다. 홀(3115)은 쌍으로 형성되며, 한 쌍은 중복 목적으로 각 쌍의 작동 전극 비아(3205)에 대응한다. 홀(3116)은 또한 쌍으로 형성되며, 한 쌍은 보조 전극 비아(3206)의 각 쌍에 대응한다. 홀(3115) 쌍은 로우 또는 컬럼으로 형성될 수 있으며, 각 로우 또는 컬럼은 4쌍의 홀로 구성된 6개 세트를 포함하고, 여기서 4개 쌍의 각 세트는 섹터 전극 구조(3150)에 대응하고 각 쌍은 작동 전극 버스 바(3190)(미도시) 및 작동 전극 접점(3204)(미도시)에 대응한다. 기판(3100)은 홀(3115)의 4개의 로우 또는 컬럼을 포함할 수 있으며, 각 로우 또는 컬럼은 4쌍의 홀로 구성된 6개의 세트를 포함하여 각각 4쌍씩 총 24개의 홀 세트를 제공할 수 있다. 기판(3100)은 보조 전극 패턴(3191) 및 보조 전극 접촉 패턴(3291)에 대응하여 쌍으로 배열된 홀(3116)을 더 포함할 수 있다. 기판(3100)은 보조 전극 패턴(3191) 및 보조 전극 콘택 패턴(3291)에 대응하는 9쌍 이상의 홀(3116)을 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 보조 전극 패턴(3191) 및 보조 전극 접촉 패턴(3291)은 기판(3100)의 상부 표면(3180) 및 하부 표면(3210)에 걸쳐 각각 연속되어 있다. 따라서, 보조 전극 패턴(3191)과 보조 전극 콘택 패턴(3291)을 연결하기 위한 홀(3116)의 많은 적합한 수 및 패턴(예를 들어, 단일, 쌍, 삼중 등뿐만 아니라 더 많거나 더 적은 로우 및/또는 컬럼의 홀(3116))이 제공될 수 있다.
도 22e는 작동 전극 비아(3205) 및 보조 전극 비아(3206)를 형성하기 위해 홀(3115)을 채우기 위해 기판(3100)의 하부 표면(3210)에 적용된 층의 패턴을 예시한다. 전도성 층은 기판(3100)의 하부 표면(3210)에 적용된다. 전도성 층은 홀(3115, 3116)을 통해 흐르고 이를 채워 전기 전도성 작동 전극 비아(3205) 및 전기 전도성 보조 전극 비아(3206)를 형성한다. 전도전 층은 작동 전극 접촉 베이스(3284)와 보조 전극 접촉 패턴 베이스(3281)를 형성하도록 배치된다. 실시예에서, 도 22e의 전도성 층은 은 또는 다른 전도성 재료, 예를 들어 기타 금속(예를 들어, 금, 백금, 니켈, 강철, 이리듐, 구리, 알루미늄), 전도성 잉크, 전도성 합금 등일 수 있다.
전도성 층은 작동 전극 접촉 베이스(3284)를 형성한다. 각각의 작동 전극 접촉 베이스(3284)는 확장된 원형 단부와 원형 단부 사이의 브릿지 또는 커넥터를 갖는 긴 도그본(dogbone) 형상이다. 각각의 작동 전극 접촉 베이스(3284)는 섹터 전극 구조(3150)에 대응하고, 전기 전도성 층으로 채워질 때 섹터 전극 구조의 전극 버스 바(3190)에 대응하는 작동 전극 비아(3205)를 형성하는 4쌍의 홀(3115)을 포함한다. 더 자세히 설명하면, 총 24개의 작동 전극 접촉 베이스(3284)가 기판(3100)의 하부 표면(3210)에 제공된다.
전도전 층은 보조 전극 접촉 패턴 베이스(3281)를 더 형성한다. 보조 전극 접촉 패턴 베이스(3281)는 기판(3100)의 하부 표면(3210)에 걸쳐 보조 전극 접촉 패턴(3291)의 연속적인 베이스를 형성한다. 보조 전극 접촉 패턴 베이스(3281)는 패턴 베이스(3281)의 갭 또는 공극 나타내는 복수의 규칙적으로 이격된 절개부(3295)를 포함한다. 보조 전극 접촉 패턴 베이스(3281)는 6×7(또는 7×6) 패턴의 절개부(3295)를 포함할 수 있다. 각 절개부(3295)는 패턴 베이스(3281)의 갭을 나타내며, 보조 전극 콘택 패턴 베이스(3281)에 의해 완전히 또는 부분적으로 둘러싸일 수 있다. 본 명세서에서 '완전히 둘러싸인다'는 것은 절개부(3295)의 주변부 전체가 보조 전극 콘택 패턴(3291)에 의해 점유되거나 경계를 이루는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 절개부(3295)의 임의의 포인트에서 임의의 방향으로 그려진 선은 보조 전극 콘택 패턴(3291)과 교차하게 된다. 예를 들어, 절개부(3295A)은 완전히 둘러싸여 있다. 본 명세서에서 '부분적으로 둘러싸여 있다'는 것은 절개부(3295)의 주변부 중 일부가 보조 전극 접촉 패턴(3291)에 의해 점유되거나 경계를 이루는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 부분적으로 둘러싸여 있다는 것은 주변부의 40% 초과, 50% 초과, 60% 초과, 70% 초과, 80% 초과, 90% 초과, 95% 초과 및/또는 99% 초과(그러나 100% 미만)가 주변 바디에 의해 점유되거나 경계를 이루는 예를 의미할 수 있다. 예를 들어, 절개부(3295B)은 부분적으로 둘러싸여 있다. 절개부(3295)은 핀치된(pinched) 타원(또는 핀치된 타원의 절반)의 형태를 취할 수 있으며, 직선형 변과 둥근 단부를 갖고, 각 직선형 변을 따라(선택적으로 각 직선형 변의 중앙에) 오목한 부분(원형 또는 기타 모양)이 있다. 보조 전극 콘택 패턴 베이스(3281)의 단부에는 절개부(3295)가 반쪽의 오목한 타원형으로 형성되고, 보조 전극 콘택 패턴 베이스(3281)에 의해 부분적으로 둘러싸일 수 있다. 핀치된 타원의 측에 있는 만입부는 보조 전극 핀 접촉 포인트(3972)을 수용하도록, 예를 들어 접촉 중 잠재적인 등록 오류를 설명하기 위해 더 큰 접촉 면적을 제공하도록 형성될 수 있다. 절개부부(3295)는 작동 전극 접촉 베이스(3284)의 위치를 수용할 수 있고(즉, 제1 복수의 절개부부(3295)에 의해) 게다가 전술한 바와 같이, 추가 전극 접촉 핀 포인트(3973)에 의해 접촉될 수 있는 (예를 들어, 제2 복수의 절개부(3295)에 의해) 절연 구역(isolation zone: 3285)으로도 지칭되는 비전도성 영역(3285)을 제공할 수 있다. 추가 실시예에서, 작동 전극 접촉 베이스(3284) 및 추가 전극 접촉 핀 포인트(3973)에 대한 간격을 여전히 제공하는 절개부(3295)에 대한 대안적인 형상도 고려된다.
절개부(3295)의 전부 또는 일부 내에 배치된 작동 전극 접촉 베이스(3284)는 접촉 포인트를 제공하여 작동 전극 버스 바(3190)의 활성화를 허용하기 위해 하나 이상의 작동 전극 접촉 핀의 제1 또는 활성 세트와의 전기 통신을 설정하도록 구성된다. 절개부(3295)의 전부 또는 일부 내에 배치된 비전도성 영역(3285)은 접촉 포인트을 제공하여 하나 이상의 작동 전극 접촉 핀의 비활성 세트가 다중-웰 검정 플레이트의 임의의 피쳐에 에너지를 공급하는 것을 방지하기 위해 하나 이상의 작동 전극 접촉 핀의 제2 또는 비활성 세트를 절연하도록 구성된다. 실시예에서, 비전도성 영역(3285) 및 작동 전극 접촉 베이스(3284)는 예를 들어 도 22e에 도시된 바와 같이 절개부(3295)의 교번하는 컬럼에 배치될 수 있다. 추가 실시예에서, 비전도성 영역(3285) 및 작동 전극 접촉 베이스(3284)는 활성 및 비활성 작동 전극 접촉 핀을 적절하게 수용하기 위해 서로 다른 패턴으로 배치될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 작동 전극 접촉 핀의 "활성" 및 "비활성" 상태는 다중-웰 검정 플레이트(2000)와의 접촉에 따라 결정되는 전극 핀의 상태를 의미한다. 작동 전극 접촉 베이스(3284)는 작동 전극 접촉 핀 세트를 활성 상태로 만들도록 구성되어, 작동 전극 버스 바(3190)와 전기적으로 연동되도록 하여, 활성 작동 전극 접촉 핀이 검정 시스템에 의해 활성화될 때(예를 들어, 전압이 공급될 때) 작동 전극 버스 바(3190)의 활성화를 허용한다. 비전도성 영역(3285)은 작동 전극 접촉 핀 세트를 비활성으로 만들도록 구성되어, 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 전극과 절연되어 전기적으로 연결되지 않도록 하여, 비활성 작동 전극 접촉 핀이 검정 시스템에 의해 활성화(예를 들어, 전압 공급)되는 경우에도 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 임의의 양태에 에너지를 공급하는 것을 방지한다.
따라서, 보조 전극 접촉 패턴 베이스(3281)를 사용하는 다중-웰 검정 플레이트(2000)는 다중-웰 검정 플레이트(2000)에 의해 요구되는 것보다 대체 접촉 핀 패턴으로 설계되거나 구성된 검정 시스템과의 사용을 허용하도록 구성될 수 있다. 보조 전극 접촉 패턴(3281)은 검정 시스템의 하나 이상의 작동 전극 접촉 핀을 비활성 상태로 만들고 하나 이상의 작동 전극 접촉 핀을 활성 상태로 만들도록 구성된다. 실시예에서, 보조 전극 접촉 패턴(3281)은 검정 시스템의 하나 이상의 보조 전극 접촉 핀을 비활성 상태로 만들고 하나 이상의 보조 전극 접촉 핀을 활성 상태로 만들도록 추가로 구성될 수 있다.
작동 전극 접촉 베이스(3284)의 단부는 0.040인치의 공칭 치수(3905)만큼 보조 전극 접촉 패턴 베이스(3281)로부터 떨어져 설정된다. 공칭 치수(3905)는 작동 전극 접촉 베이스(3284)가 보조 전극 접촉 패턴 베이스(3281)와 겹치지 않도록 보장하기 위해 스크린 인쇄의 공차 한계 내에 있다.
도 22f는 작동 전극 접점(3204) 및 보조 전극 접촉 패턴(3291)을 형성하기 위해 기판의 하부 표면에 적용되는 탄소 층을 예시한다. 예를 들어, 이전에 적용된 전도성 층이 홀(3115 및 3116)을 완전히 채우지 않은 경우 탄소 층은 또한 비아(3205, 3206)가 완전히 채워지는 것을 보장하는 역할을 한다. 전도성 층은 기판(3100)의 하부 표면(3210)에 적용된다. 전도성 층은 탄소로 만들어지고 작동 전극 접점(3204)를 제공하도록 구성되며, 각 작동 전극 접점(3204)는 4쌍의 작동 전극 비아(3205)를 둘러싼다. 더욱 상세하게는, 총 24개의 작동 전극 접점(3204)가 기판(3100)의 하부 표면(3210) 상에 위치될 수 있다. 추가적으로, 탄소 전도성 층은 보조 전극 접촉 패턴(3291)을 제공한다.
작동 전극 접점(3204)의 단부는 0.015인치의 공칭 치수(3909)만큼 보조 전극 접점 패턴(3291)으로부터 떨어져 설정된다. 공칭 치수(3909)는 작동 전극 접점(3204)가 보조 전극 접촉 패턴(3291)과 중첩되지 않도록 보장하기 위해 스크린 인쇄의 공차 한계 내에 있다.
도 22f에 예시된 탄소 층은 도 22e의 은 전도 층을 덮도록 구성된다. 도 22f의 탄소 층은 도 22e의 은 전도성 층의 경계/경계들을 넘어 연장되도록 구성된다. 작동 전극 접점(3204)의 작동 전극 접촉 베이스(3284)의 공칭 확장은 대략 0.010인치이고 보조 전극 접촉 패턴 베이스(3281) 위의 보조 전극 접촉 패턴(3291)의 공칭 확장은 대략 0.015인치이다. 이들 값은 0.008 인치의 인쇄 간 정합 공차를 초과하므로 층 간 등록과 관련하여 스크린 인쇄 프로세스의 공차 한계 내에서 도 22f의 탄소 층으로 도 22e의 은 전도성 층을 완전히 덮는 것을 보장한다. 따라서, 작동 전극 콘택(3204) 및 보조 전극 접촉 패턴(3291)을 제공하는 탄소 층은 작동 전극 접촉 베이스(3284) 및 보조 전극 접촉 패턴 베이스(3281)와 관련하여 전술한 것과 동일한 형상으로 정의된다.
도 22g 및 도 22gg는 작동 전극 버스 바 베이스(3990) 및 보조 전극 패턴 베이스(3980)를 형성하기 위해 기판(3100)의 상부 표면(3180)에 은으로 이루어진 전도성 층 패턴을 적용한 것을 예시한 것이다. 작동 전극 버스 바 베이스(3990)는 아래에 추가로 설명되는 작동 전극 버스 바(3190)의 기초를 제공한다. 각 작동 전극 버스 바 베이스(3990)는 한 쌍의 작동 전극 비아(3205)에 대응하고 대응하는 작동 전극 비아(3205)로부터 양쪽 방향으로 측방향으로 연장되도록 구성된다. 작동 전극 버스 바 베이스(3990)는 임의의 적합한 형상일 수 있다. 실시예에서, 작동 전극 버스 바 베이스(3990)는 실질적으로 직사각형이고 길이를 따라 일정한 간격으로 직사각형에 더 큰 폭을 제공하는 일련의 연장부를 포함한다. 따라서, 실질적으로 직사각형인 작동 전극 버스 바 베이스(3990)의 긴 측면은 총안 모양이다. 확장된 연장부는 아래에 더 자세히 설명되는 바와 같이 개별 웰 전극 구조(3101)에 대응할 수 있다.
작동 전극 버스바 베이스(3990)는 로우 당 4개의 작동 전극 버스바 베이스(3990)씩 24 로우로 구성되어 총 96개의 작동전극 버스바 베이스(3990)가 된다. 작동 전극 버스 바 베이스(3990)는 섹터 전극 구조(3150)로 그룹화될 수 있다. 각각의 섹터 전극 구조(3150)는 4개의 연속적인 로우로부터 각각 하나씩, 4개의 작동 전극 버스 바 베이스(3990)를 포함할 수 있다. 따라서, 기판(3100)은 4×6 패턴의 섹터 전극 구조(3150)를 포함할 수 있다. 섹터 전극 구조(3150)의 4개의 작동 전극 버스 바 베이스(3990)에 대응하는 4개의 작동 전극 비아(3205) 쌍은 기판(3100)의 하부 표면(3210)에 위치된 단일 작동 전극 접점(3204)에 대응할 수 있다(하나는 검은색으로 표시됨). 따라서, 섹터 전극 구조(3150)의 4개의 작동 전극 버스 바 베이스(3990)는 서로 전기적으로 연통되어 4개의 작동 전극 버스 바 베이스(3990) 각각의 동시 어드레싱을 허용할 수 있다.
보조 전극 패턴 베이스(3980)는 전도성 은의 연속 패턴이다. 보조 전극 패턴 베이스(3980)는 작동 전극 버스 바 베이스(3990)를 수용하도록 구성된 복수의 개구(3981)로 전체 기판(3100)을 덮는 실질적으로 직사각형의 전도성 은 시트를 포함한다. 각각의 작동 전극 버스바 베이스(3990)는 보조 전극 패턴 베이스(3980)에 대응하는 개구(3981)를 갖는다. 각각의 개구(3981)의 형상은 작동 전극 버스 바 베이스(3990)의 총안형 직사각형 형상의 더 큰 버전이다.
실시예에서, 전도성 은은 홀(3115/3116)으로 흘러들어 기판(3100)의 하부 표면(3210)에 적용된 전도성 은에 연결되어 비아(3205, 3206)의 형성을 완료할 수 있다. 추가 실시예에서, 예를 들어, 다른 금속(금, 백금, 니켈, 강철, 이리듐, 구리, 알루미늄과 같은), 전도성 합금 등과 같은 임의의 다른 적합한 전도성 재료가 전도성 은 대신에 사용될 수 있다.
도 22g 및 22gg는 본 명세서에 기술된 섹터형 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 4-스팟 실시예를 형성하기 위해 기판(3100)에 적용되는 전도성 은 층을 예시한다. 추가 실시예에서, 예를 들어 섹터화된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 1-스팟 실시예를 형성하기 위해, 대안적인 전도성 은 층이 적용될 수 있다. 1-스팟 실시예의 전도성 은 층은 대안적인 치수를 갖는 4-스팟 실시예의 것과 유사한 피쳐를 가질 수 있다. 1-스팟 전도성 은 층은 예를 들어 도 23fff에 예시되어 있다.
도 22h는 작동 전극 버스 바 탄소 층(3991)을 형성하기 위해 작동 전극 버스 바 베이스(3990)의 상부 표면에 적용되는 전도성 탄소 층 패턴을 예시한다. 작동 전극 버스 바 탄소 층(3991)을 형성하는 도 22h에 예시된 전도성 층은 작동 전극 버스 바 베이스(3990) 너머로 연장되도록 구성된다. 공칭 치수는 도 22h의 전도성 층과 도 22g의 전도성 층 사이의 잠재적인 정합 오류를 설명한다. 따라서, 작동 전극 버스바 탄소 층(3991)의 형상은 작동 전극 버스바 베이스(3990)의 총안형 직사각형 형상에 대응한다.
도 22h는 본 명세서에 기술된 바와 같이 섹터화된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 4-스팟 실시예를 형성하기 위해 기판(3100)에 적용되는 전도성 탄소 층을 예시한다. 추가 실시예에서, 예를 들어 섹터화된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 1-스팟 실시예를 형성하기 위해 대체 전도성 탄소 층이 적용될 수 있다. 1-스팟 실시예의 전도성 탄소 층은 다른 치수를 제외하고 4-스팟 실시예의 것과 유사한 피?x르 가질 수 있다. 1-스팟 전도성 탄소 층은 예를 들어 도 23hhh에 예시되어 있다.
도 22i는 보조 전극 패턴(3191)을 형성하기 위해 기판(3100)의 상부 표면(3180)에 적용된 염화은(AgCl)의 전도성 층을 예시한다. 보조 전극 패턴(3191)은 보조 전극 패턴 베이스(3980)와 중첩되며, 보조 전극 패턴 베이스(3980)를 넘어 연장된다. 공칭 치수는 도 22i의 전도성 층과 도 22g의 전도성 층 사이의 잠재적인 정합 오류를 설명한다. 따라서, 보조 전극 패턴(3191)은 작동 전극 버스 바(3190)를 수용하기 위해 (개구(3981)에 대응하는) 복수의 총안형 직사각형 개구(3982)를 갖는 실질적으로 직사각형 윤곽을 포함하는 보조 전극 패턴 베이스(3980)의 형상에 대응한다.
도 22i는 본 명세서에 기술된 바와 같이 섹터화된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 4-스팟 실시예를 형성하기 위해 기판(3100)에 적포된 전도성 AgCl 층을 예시한다. 추가 실시예에서, 예를 들어 섹터화된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 1-스팟 실시예를 형성하기 위해 대체 전도성 AgCl 층이 적용될 수 있다. 1-스팟 실시예의 전도성 AgCl 층은 다른 치수를 제외하고 4-스팟 실시예의 것과 유사한 피쳐를 가질 수 있다. 1-스팟 전도성 은 층은 예를 들어 도 23jjj에 예시되어 있다.
도 22j는 작동 전극 버스 바(3190)를 형성하기 위해 작동 전극 버스 바 탄소 층(3991)의 상부 표면에 적용되는 제2 전도성 탄소 층 패턴을 예시한다. 작동 전극 버스 바(3190)를 형성하는 도 22j에 도시된 전도성 탄소 층은 작동 전극 버스 바 탄소 층(3991) 너머로 연장되도록 구성된다. 공칭 치수는 도 22j의 전도성 층과 도 22h의 전도성 층 사이의 잠재적인 정합 오류를 설명한다. 따라서, 작동 전극 버스 바(3190)의 형상은 작동 전극 버스 바 탄소 층(3991)의 총안형 직사각형 형상에 대응한다.
도 22j는 본 명세서에 기술된 바와 같이 섹터화된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 4-스팟 실시예를 형성하기 위해 기판(3100)에 적용된 제2 전도성 탄소 층을 예시한다. 추가 실시예에서, 예를 들어 섹터화된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 1-스팟 실시예를 형성하기 위해, 대안적인 제2 전도성 탄소 층이 적용될 수 있다. 1-스팟 실시예의 제2 전도성 탄소 층은 다른 치수를 제외하고 4-스팟 실시예의 것과 유사한 피쳐를 가질 수 있다. 1-스팟 제2 전도성 탄소 층은 예를 들어 도 23lll에 예시되어 있다.
도 22k는 4개 스폿 실시예에서 작동 전극 구역(3102) 및 보조 전극 구역(3103)을 형성할 기판 표면의 부분을 물리적으로 절연하기 위해 기판(3100)의 상부 표면(3180)에 적용되는 유전체 층을 예시한다. 도 22k는 도 20b에 따른 4-스팟 웰 실시예에 적용된 유전체 층을 예시한다. 기판(3100)의 각 웰 전극 구조(3101)는 유전체 마스크(3195)를 포함한다. 따라서, 각각의 섹터 전극 구조(3150)는 16개의 유전체 마스크(3195)를 포함할 수 있다. 추가 실시예에서, 섹터 전극 구조(3150)는 더 많거나 더 적은 웰 전극 구조(3101)를 포함할 수 있고, 이에 따라 더 많거나 더 적은 유전체 마스크(3195)를 포함할 수 있다. 각각의 유전체 마스크(3195)는 한 쌍의 연장부(3950), 4개의 탭(3951), 4개의 작동 전극 개구(3196) 및 한 쌍의 만입부(3953)를 갖는 직사각형 코어(3954)를 포함한다. 직사각형 코어(3954)는 유전체 마스크(3195)가 적층되는 작동 전극 버스 바(3190)의 총안부에 대응하는 2개의 대향 측면에 연장부(3950)를 포함한다. 직사각형 코어(3954)의 나머지 2개의 대향 측면은 만입부(3953)를 포함한다. 직사각형 코어(3954)의 각 코너는 코어로부터 멀리 연장되는 탭(3951)을 추가로 포함한다. 마지막으로, 각각의 유전체 마스크(3195)는 복수의 작동 전극 개구(3196)를 포함한다. 도 22k에 도시된 바와 같이, 유전체 마스크(3195)는 각각 4개의 작동 전극 개구(3196)를 포함하여 4개의 스폿 전기화학 셀(1001)의 4개의 작동 전극 구역(1002)을 형성할 수 있다.
상부 플레이트(3001)가 기판(3100)에 부착될 때, 상부 플레이트(3001)의 개구(3002)는 웰(3003)을 정의한다. 도 22l은 기판(3100) 및 정의된 웰(3003)을 예시한다. 상부 플레이트(3001)의 각 개구(3002)는 웰 전극 구조(3101)에 대응한다. 개구(3002)는 웰(3003)을 정의하는 웰 벽(3004)을 포함한다. 웰(3003)을 둘러싸고 상부 플레이트(3001)를 기판(3100)에 접착하도록 제공되는 접착 에지(3005)도 예시되어 있다. 각각의 웰(3003)은 복수(이 경우에는 4개)의 작동 전극 구역(3102)과 유전체 마스크(3195)를 적용한 후에 노출된 상태로 유지되는 하나 이상(이 경우에는 2개)의 보조 전극 구역(3103)을 포함한다. 실시예에서, 예를 들어 도 22l에 도시된 바와 같이, 보조 전극 구역 영역에 대한 작동 전극 구역 영역의 비율은 대략적으로 3.24이다(본 명세서에 사용된 바와 같이, 대략적으로는 5%, 3%, 1% 미만만큼 달라질 수 있음을 나타낸다)
도 22m은 1-스팟 실시예에서 작동 전극 구역(3102) 및 보조 전극 구역(3103)을 형성할 기판 표면의 부분을 물리적으로 절연하기 위해 기판(3100)의 상부 표면(3180)에 적용되는 유전체 층을 예시한다. 도 22m은 도 20a에 따른 1-스팟 웰 실시예에 적용된 유전체 층을 예시한다. 기판(3100)의 각 원스팟 웰 전극 구조(3301)는 유전체 마스크(3175)를 포함한다. 따라서, 각각의 섹터 전극 구조(3350)는 16개의 유전체 마스크(3175)를 포함할 수 있다. 추가 실시예에서, 섹터 전극 구조(3150)는 더 많거나 더 적은 웰 전극 구조(3101)를 포함할 수 있고, 이에 따라 더 많거나 더 적은 유전체 마스크(3175)를 포함할 수 있다. 각각의 유전체 마스크(3175)는 유전체 마스크(3195)와 유사하며, 한 쌍의 연장부(3750), 4개의 탭(3751), 작동 전극 개구(3176) 및 한 쌍의 만입부(3753)를 갖는 직사각형 코어(3754)를 포함한다. 직사각형 코어(3754)는 유전체 마스크(3175)가 적층되는 작동 전극 버스 바(3190)의 총안부에 대응하는 2개의 대향 측에 연장부(3750)를 포함한다. 직사각형 코어(3754)의 나머지 2개의 대향 측은 만입부(3753)를 포함한다. 직사각형 코어의 각 코너는 코어로부터 멀리 연장되는 탭(3751)을 추가로 포함한다. 마지막으로, 각각의 유전체 마스크(3175)는 단일 작동 전극 개구(3176)를 포함한다. 도 22m에 도시된 바와 같이, 유전체 마스크(3175)는 각각 하나의 작동 전극 개구(3176)를 포함하여 1 스팟 전기화학 셀(1000)의 하나의 작동 전극 구역(1002)을 형성한다.
상부 플레이트(3001)가 기판(3100)에 부착될 때, 상부 플레이트(3001)의 개구(3002)는 웰(3003)을 정의한다. 도 22n은 기판(3100) 및 정의된 웰(3003)을 예시한다. 상부 플레이트(3001)의 각 개구(3002)는 웰 전극 구조(3301)에 대응한다. 개구(3002)는 웰(3003)을 정의하는 웰 벽(3004)을 포함한다. 웰(3003)을 둘러싸고 상부 플레이트(3001)를 기판(3100)에 접착하도록 제공되는 접착 에지(3005)도 예시되어 있다. 각각의 웰(3003)은 하나의 작동 전극 구역(3102) 및 유전체 마스크(3175)를 적용한 후에 노출된 상태로 유지되는 하나 이상(이 경우에는 4개)의 보조 전극 구역(3103)을 포함한다. 실시예에서, 예를 들어 도 22n에 도시된 바와 같이, 보조 전극 구역 영역에 대한 작동 전극 구역 영역의 비율은 대략적으로 3.78이다(본 명세서에 사용된 바와 같이, 대략적으로는 5%, 3%, 1% 미만만큼 달라질 수 있음을 나타낸다).
웰 전극 구조(3101/3301)는 특정 섹터 전극 구조(3150)의 작동 전극 구역(3102) 및 보조 전극 구역(3103)이 다른 각각의 작동 전극 구역(3102) 및 보조 전극 구역(3103)과 전기 연통되도록 구성된다. 서로 다른 섹터 전극 구조(3150)의 작동 전극 구역(3102)은 서로 절연되어 있다. 서로 다른 섹터 전극 구조(3150)의 보조 전극 구역(3103)은 서로 전기적으로 연통된다.
기판(3100)의 층은 전술한 바와 같이 전술한 기능을 달성하기 위해 선택된 공칭 치수로 구성된다. 공칭 치수는 기판(3100)의 다양한 피쳐 및 양태 모두가 본 명세서에 설명된 절연 속성을 손상시키지 않고 서로 근접하게 위치되도록 선택될 수 있다. 공칭 치수는 제조 공차를 수용하고 제조된 기판이 본 명세서에 설명된 기능적 요구 사항을 충족할 가능성을 높이기 위해 선택된다. 본 명세서에 논의된 공칭 치수는 단지 예일 뿐이며, 본 명세서에 논의된 특성을 갖는 기판(3100)을 생성하는 치수 설정의 한 예를 제공한다. 추가 실시예에서, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 필요한 기능을 생성하기 위해 대안적인 공칭 치수가 채용될 수 있다.
도 22o는 위에서 논의된 층 각각이 1-스팟 실시예에서 추가된 후의 기판(3100)의 단면을 예시한다. 도 22o는 유전체 층(5000)(도 22n과 관련하여 논의된 유전cp 마스크(3175)에 대응함), 홀(3115)(도 22d와 관련하여 논의된 홀(3115)에 대응함), 제1 하부 표면 전도성 층(5001)(도 22e와 관련하여 논의된 작동 전극 접촉 베이스(3284) 및 보조 전극 접촉 패턴 베이스(3281)에 대응함), 제2 하부 표면 전도성 층(5002)(도 22f와 관련하여 논의된 작동 전극 접점(3204) 및 보조 전극 접촉 패턴(3291)에 대응함), 제1 전극 트레이스 전도성 층(5003)(도 22g와 관련하여 논의된 작동 전극 버스 바 베이스(3990) 및 보조 전극 패턴 베이스(3980) 피쳐에 대응함), 제1 작동 전극 전도성 층(5004)(도 22h와 관련하여 논의된 작동 전극 버스 바 탄소 층(3991) 피쳐에 대응함), 제2 작동 전극 전도성 층(5005)(도 22j의 작동 전극 버스 바(3190)에 대응함), 및 보조 전극 전도성 층(5006)(도 22i와 관련하여 논의된 보조 전극 패턴(3191)에 대응함)을 예시한다. 이들 층의 두께의 예시 값은 아래 표 9에 도시되어 있다. 제공된 값은 예시일 뿐이며 제조 프로세스 공차에 따라 1%, 5%, 10% 등으로 달라질 수 있다. 추가 예에서, 1%, 5%, 10%, 15%, 20% 등으로 변하는 값을 포함하여 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 대체 값이 사용될 수 있다.
| 두께(mils) | 두께(microns) | |
| 유전체층(5000) | 0.5 | 13 |
| 제1 하부 표면 전도성 층(5001) | 0.4 | 10 |
| 제2 하부 표면 전도성 층(5002) | 0.4 | 10 |
| 제1 전극 트레이스 전도성 층(5003) | 0.3 | 8 |
| 제1 작동 전극 전도성 층(5004) | 0.4 | 10 |
| 제2 작동 전극 전도성 층(5005) | 0.4 | 10 |
| 보조 전극 전도성 층(5006) | 0.4 | 10 |
| 기판(3100) | 4.8 | 122 |
도 23a 내지 23pp는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 다중 작동 전극 구조(개별적으로 어드레싱 가능한 다중 전극 전기화학 셀을 형성함)를 포함하는 기판 구성의 양태를 예시한다. 도 23a 내지 23pp는 이러한 구조를 형성하기 위해 하나 이상의 프로세스에 사용될 수 있는 다양한 패턴(예를 들어, 스크린에 의해 형성됨)을 예시한다(예를 들어, 작동 전극 구조에 필요한 다양한 층과 각 스크린의 사용으로 인한 인쇄 패턴을 인쇄하는 스크린 인쇄 프로세스).
도 23a, 23b 및 23bb는 각각 제1 하부 표면 전도성 스크린(4001), 기판의 하부 표면에 제1 전도성 층을 인쇄할 때 제1 하부 표면 전도성 스크린(4001)을 사용하여 생성된 하부 표면 전도성 층(5001), 및 하부 표면 전도성 층(5001)을 예시한다. 도 23b의 패턴은 도 22e에 예시된 피쳐에 대응한다. 도 23a는 제1 하부 표면 전도성 스크린(4001)을 예시한다. 제1 하부 표면 도전성 스크린 패턴(4101)은 제1 하부 표면 도전성 스크린(4001) 상에 제공되며, 예를 들어 스테인레스 스틸, 나일론, 폴리에스터 등으로 제조될 수 있다. 제1 하부 표면 전도성 스크린 패턴(4101)은 기판을 마스킹하고 스크린 인쇄된 잉크가 제1 하부 표면 전도성 스크린 패턴(4101)을 통과하도록 구성되어, 도 23b에 도시된 바와 같이, 작동 전극 접촉 베이스(3284) 및 보조 전극 접촉 패턴 베이스(3281)를 형성하는 하부 표면 전도성 층(5001)을 생성한다. 제1 하부 표면 전도성 스크린(4001)을 사용하여 생성된 하부 표면 전도성 층(5001)의 추가 세부사항은 도 22e와 관련하여 위에 제공되어 있다. 도 23a에 예시된 바와 같이, 제1 하부 표면 전도성 스크린 패턴(4101)은 16웰 × 24웰 플레이트의 384웰에 대응하는 작동 전극 접촉 베이스(3284) 및 보조 전극 접촉 패턴 베이스(3281)를 인쇄하기 위해 구성될 수 있다. 추가 실시예는 더 작은 플레이트(예를 들어, 96 웰 플레이트 등)에 걸쳐 및/또는 다수의 플레이트(예를 들어, 2, 3, 4 또는 그 이상의 384 웰 플레이트)에 걸쳐 비아 탭 스크린 패턴(4101)을 인쇄하도록 구성된 스크린을 포함할 수 있다. 도 23a에는 제1 하부 표면 전도성 스크린(4001)에 대한 예시적인 치수가 추가로 예시되어 있다. 도면에서 예시된 치수는 예시용으로만 제공되는 공칭 치수이다.
도 23c, 23d 및 23dd는 각각 제2 스크린(제2 바닥면 전도성 스크린)(4003), 기판(3100)의 하부 표면(3210)에 제2 하부 표면 전도성 층(5002)을 인쇄할 때 제2 스크린(4003)을 사용함으로써 생성되는 제2 인쇄 패턴(제2 하면 도전층(5002)에 대응)(4004) 및 제2 하부 표면 전도성 층(5002)을 각각 예시한다. 도 23d의 패턴은 도 22f에 예시된 피쳐에 대응한다. 도 23c는 제2 스크린 패턴(제2 하부 표면 전도성 스크린 패턴)(4103)을 예시한다. 제2스크린 패턴(4103)은 제2스크린(4003) 상에 제공되며, 예를 들어 스테인레스 스틸, 나일론, 폴리에스테르 등으로 제작될 수 있다. 제2 스크린(4003)은 기판을 마스킹하고 스크린 인쇄된 잉크가 제2 스크린 패턴(4103)을 통과하여 하부 표면 전도성 층(5002)을 증착하도록 구성되어, 도 23d에 도시된 바와 같이, 작동 전극 접점(3204) 및 보조 전극 접점 패턴(3291)을 형성한다. 제2 스크린(4003)을 사용하여 생성된 제2 인쇄 패턴(4004)의 추가 세부사항은 도 22f와 관련하여 위에 제공되어 있다. 도 23c에 예시된 바와 같이, 제2 스크린 패턴(4103)은 16 웰 × 24 웰 플레이트의 384 웰에 대응하는 작동 전극 접점(3204) 및 보조 전극 접점 패턴(3291)의 인쇄를 위해 구성될 수 있다. 추가 실시예는 더 작은 플레이트(예를 들어, 96 웰 플레이트 등)에 걸쳐 및/또는 다수의 플레이트(예를 들어, 2, 3, 4 또는 그 이상의 384 웰 플레이트)에 걸쳐 제2 인쇄 패턴(4004)을 인쇄하도록 구성된 스크린을 포함할 수 있다. 도 23c에는 제1 하부 표면 전도성 스크린(4001)에 대한 예시적인 치수가 추가로 예시되어 있다. 도면에 예시된 치수는 예시용으로만 제공되는 공칭 치수이다.
도 23e, 23f 및 23f는 각각 제3 스크린(버스바 베이스 스트린)(4005), 기판(3100)의 상부 표면(3180)에 제1 전극 트레이스 전도성 층(5003)을 인쇄할 때 제3 스크린(4005)을 사용함으로써 생성되는 제3 인쇄 패턴(제1 전극 트레이스 전도성 층(5003)에 대응하는 버스 바 트레이스 베이스 패턴)(4006) 및 제1 전극 트레이스 전도성 층(5003)을 예시한다. 도 23f의 패턴은 도 22g 및 22g에 예시된 피쳐에 대응한다. 도 23e는 제3 스크린 패턴(버스 바 기본 스크린 패턴)(4104)을 예시한다. 제3스크린 패턴(4104)은 제3스크린(4005) 상에 제공되며, 스테인레스 스틸, 나일론, 폴리에스테르 등으로 제작될 수 있다. 제3 스크린(4005)은 도 23f에 도시된 바와 같이 기판을 마스킹하고 스크린 인쇄된 잉크가 제3 스크린 패턴(4104)을 통과하도록 구성되어, 작동 전극 버스 바 베이스(3990)와 보조 전극 패턴 베이스(3980)를 형성한다. 제3 스크린(4005)을 사용하여 생성된 제3 인쇄 패턴(4006)의 추가 세부사항은 도 22g 및 22gg와 관련하여 위에 제공되어 있다. 도 23e에 예시된 바와 같이, 제3 스크린 패턴(4104)은 16웰 × 24웰 플레이트의 384웰에 대응하는 작동 전극 버스 바 베이스(3990) 및 보조 전극 패턴 베이스(3980)의 인쇄를 위해 구성될 수 있다. 추가 실시예는 더 작은 플레이트(예를 들어, 96웰 플레이트 등)에 걸쳐 및/또는 다수의 플레이트(예를 들어, 2, 3, 4 또는 그 이상의 384웰 플레이트)에 걸쳐 제3 패턴(4006)을 인쇄하도록 구성된 스크린을 포함할 수 있다.
도 23e, 23f 및 23ff는 본 명세서에 기술된 바와 같이 섹터화된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 4-스팟 실시예를 형성하기 위한 패턴 및 층을 예시한다. 추가 실시예에서, 예를 들어 섹터화된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 1-스팟 실시예를 형성하기 위해, 대안적인 패턴 및 층이 사용될 수 있다. 도 23fff는 1-스팟 제1 전극 트레이스 전도성 층(5003)을 예시한다. 1-스팟 실시예에서, 제1 전극 트레이스 전도성 층(5003)은 다른 치수를 갖는 4-스팟 실시예의 것과 유사한 피쳐를 가질 수 있다.
도 23g, 23h, 23hh는 각각 제4 스트린(버스 바 베이스 스트린)(4007), 기판의 상부 표면에 제1 작동 전극 전도성 층(5004)을 인쇄할 때 제4 스크린(4007)을 사용하여 생성된 제4 인쇄 패턴(버스 바 베이스 패턴)(4008), 및 제1 작동 전극 전도성 층(5004)의 사시 뷰를 예시한다. 도 23h의 패턴은 도 22h에 예시된 피쳐에 대응한다. 도 23g는 제4 스크린 패턴(버스 바 기본 스크린 패턴)(4106)을 예시한다. 제4 스크린 패턴(4106)은 제4스크린(4007) 상에 제공되며, 스테인레스 스틸, 나일론, 폴리에스테르 등으로 제작될 수 있다. 도 23h에 도시된 바와 같이, 제4 스크린(4007)은 기판(3100)을 마스킹하고 스크린 인쇄된 잉크가 제4 스크린 패턴(4106)을 통과하여 제1 작동 전극 전도성 층(5004)을 형성하도록 구성되어, 작동 전극 버스 바 탄소 층(3991)을 형성한다. 제4 스크린(4007)을 사용하여 생성된 제4 인쇄 패턴(4008)의 추가 세부사항은 도 22h와 관련하여 위에 제공되어 있다. 도 23g에 예시된 바와 같이, 제4 스크린 패턴(4106)은 16웰 × 24웰 플레이트의 384 웰에 대응하는 작동 전극 버스 바 탄소 층(3991)의 인쇄를 위해 구성될 수 있다. 추가 실시예는 더 작은 플레이트(예를 들어, 96 웰 플레이트 등)에 걸쳐 및/또는 다수의 플레이트(예를 들어, 2, 3, 4 또는 그 이상의 384 웰 플레이트)에 걸쳐 제4 패턴(4008)을 인쇄하도록 구성된 스크린을 포함할 수 있다.
도 23g, 23h 및 23hh는 본 명세서에 기술된 바와 같이 섹터화된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 4-스팟 실시예를 형성하기 위한 패턴 및 층을 예시한다. 추가 실시예에서, 예를 들어 섹터화된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 1-스팟 실시예를 형성하기 위해, 대안적인 패턴 및 층이 사용될 수 있다. 도 23hhh는 1-스팟 제1 작동 전극 전도성 층(5004)을 예시한다. 1-스팟 실시예에서, 제1 작동 전극 전도성 층(5004)은 다른 치수를 갖는 4-스팟 실시예의 것과 유사한 피쳐를 가질 수 있다.
도 23i, 23j 및 23jj는 각각 제5 스크린(보조 전극 패턴 스크린)(4009), 기판(3100)의 상부 표면(3180)에 보조 전극 전도성 층(5006)을 인쇄할 때 제5 스크린(4009)을 사용하여 생성된 제5 인쇄 패턴(보조 전극 패턴)(4010), 및 보조 전극 전도성 층(5006)을 예시한다. 도 23j의 패턴은 도 22I에 도시된 피쳐에 대응한다. 도 23j는 제5 스크린 패턴(보조 전극 스크린 패턴)(4108)을 예시한다. 제5스크린 패턴(4108)은 제5스크린(4009) 상에 제공되며, 스테인레스 스틸, 나일론, 폴리에스테르 등으로 제작될 수 있다. 제5스크린(4009)은 기판을 마스킹하고, 스크린 인쇄된 잉크가 제5스크린 패턴(4108)을 통과하여 보조 전극 도전층(5006)을 형성하여 보조 전극 패턴(3191)을 형성하도록 구성된다. 제5 스크린(4009)을 사용하여 생성된 제5 인쇄 패턴(4010)의 추가 세부사항은 도 22i와 관련하여 위에 제공되어 있다. 도 23j에 도시된 바와 같이, 제5스크린 패턴(4108)은 16웰 × 24웰 플레이트의 384웰에 대응하는 보조 전극 패턴(3191)을 인쇄하기 위해 구성될 수 있다. 추가 실시예는 더 작은 플레이트(예를 들어, 96 웰 플레이트 등)에 걸쳐 및/또는 다수의 플레이트(예를 들어, 2, 3, 4 또는 그 이상의 384 웰 플레이트)에 걸쳐 제5 패턴(4010)을 인쇄하도록 구성된 스크린을 포함할 수 있다.
도 23i, 23j 및 23jj는 본 명세서에 기술된 바와 같이 섹터화된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 4-스팟 실시예를 형성하기 위한 패턴 및 층을 예시한다. 추가 실시예에서, 예를 들어 섹터화된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 1-스팟 실시예를 형성하기 위해, 대안적인 패턴 및 층이 사용될 수 있다. 도 23jjjj는 1-스팟 보조 전극 전도성 층(5006)을 예시한다. 1-스팟 실시예에서, 보조 전극 전도성 층(5006)은 다른 치수를 제외하고 4-스팟 실시예와 유사한 피?x르 가질 수 있다.
도 23k, 23l, 23ll은 각각 제6 스크린(버스 바 스크린)(4011), 기판(3100)의 상부 표면(3180)에 제2 작동 전극 전도성 층(5005)을 인쇄할 때 제6 스크린을 사용함으로써 생성되는 제6 인쇄 패턴(버스 바 패턴)(4012), 및 제2 작동 전극 전도성 층(5005)의 뷰를 예시한다. 도 23l의 패턴은 도 22j에 예시된 피쳐에 대응한다. 도 23k는 제6 스크린 패턴(버스 바 스크린 패턴)(4110)을 예시한다. 제6 스크린 패턴(4110)은 제6 스크린(4011) 상에 제공되며, 스테인레스 스틸, 나일론, 폴리에스테르 등으로 제작될 수 있다. 제6 스크린(4011)은 기판을 마스킹하고 스크린 인쇄된 잉크가 제6 스크린 패턴(4110)을 통과하여 도 23i에 도시된 바와 같이 제2 작동 전극 전도성 층(5005)을 생성하여 다수의 작동 전극 버스 바(3190)를 형성하도록 구성된다. 제6 스크린(4011)을 사용하여 생성된 제6 인쇄 패턴(4012)의 추가 세부사항은 도 22i와 관련하여 위에 제공되어 있다. 도 23k에 예시된 바와 같이, 제6스크린 패턴(4110)은 16웰×24웰 플레이트의 384웰에 대응하는 복수의 작동 전극 버스 바(3190)의 인쇄를 위해 구성될 수 있다. 추가 실시예는 더 작은 플레이트(예를 들어, 96 웰 플레이트 등)에 걸쳐 및/또는 다수의 플레이트(예를 들어, 2, 3, 4 또는 그 이상의 384 웰 플레이트)에 걸쳐 제6 패턴(4012)을 인쇄하도록 구성된 스크린을 포함할 수 있다.
도 23k, 23l 및 23ll은 본 명세서에 기술된 바와 같이 섹터화된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 4-스팟 실시예를 형성하기 위한 패턴 및 층을 예시한다. 추가 실시예에서, 예를 들어 섹터화된 다중-웰 검정 플레이트(2000)의 1-스팟 실시예를 형성하기 위해, 대안적인 패턴 및 층이 사용될 수 있다. 도 23lll은 1-스팟 제2 작동 전극 전도성 층(5005)을 예시한다. 1-스팟 실시예에서, 제2 작동 전극 전도성 층(5005)은 다른 치수를 갖는 4-스팟 실시예의 것과 유사한 피쳐를 가질 수 있다.
도 23m, 23n 및 23nn은 각각 제7 스크린(4개 스팟 유전체 스크린)(4013), 기판(3100)의 상부 표면(3180)에 4 스팟 유전체 층(5010)을 인쇄할 때 제7 스크린(4013)을 사용함으로써 생성되는 제7 인쇄 패턴(4 스팟 유전체 패턴)(4014), 및 4개의 스팟 유전체 층(5010)을 예시한다. 도 23n의 패턴은 도 22k에 도시된 피쳐에 대응한다. 도 23m은 제7 스크린 패턴(4개 스팟 유전체 스크린 패턴)(4112)을 예시한다. 제7스크린 패턴(4112)은 제7스크린(4013)에 패터닝되며, 예를 들어 스테인레스 스틸, 나일론, 폴리에스테르 등으로 제작될 수 있다. 제7 스크린(4013)은 기판을 마스킹하고 스크린 인쇄 잉크(예를 들어, 유전체 재료)를 허용하도록 구성되어, 도 23n에 도시된 바와 같이 제7 스크린 패턴(4112)을 통과하여 유전체 층을 생성하여 기판(3100)에 표면 절연을 제공한다. 제7 스크린(4013)을 사용하여 생성된 제7 인쇄 패턴(4014)의 추가 세부사항은 도 22k 및 도 22l과 관련하여 위에 제공되어 있다. 도 23m에 예시된 바와 같이, 제7 인쇄 패턴(4014)은 16 웰 × 24 웰 플레이트의 384 웰에 대응하는 4개의 스팟 유전체 층(5010)을 제공하도록 구성될 수 있다. 추가 실시예는 더 작은 플레이트(예를 들어, 96 웰 플레이트 등) 및/또는 다중 플레이트(예를 들어, 2, 3, 4 또는 그 이상의 384 웰 플레이트)를 위해 구성된 스크린을 포함할 수 있다.
도 23o, 23p, 23pp는 각각 제8 스크린(1 스팟 유전체 스크린)(4015), 기판(3100)의 상부 표면(3180)에 1 스팟 유전체 층(5000)을 인쇄할 때 제8 스크린(4015)을 사용하여 생성된 제8 인쇄 패턴(원 스팟 유전체 패턴)(4014), 및 1 스팟 유전체 층(5000)을 예시한다. 도 23o의 패턴은 도 22m에 예시된 피쳐에 대응한다. 도 23o는 제8 스크린 패턴(1 스팟 유전체 스크린 패턴)(4114)을 예시한다. 제8스크린 패턴(4114)은 제8스크린(4015) 상에 패터닝되며, 예를 들어 스테인레스 스틸, 나일론, 폴리에스터 등으로 제작될 수 있다. 제8 스크린(4015)은 기판을 마스킹하고 스크린 인쇄 잉크(예를 들어, 유전체 재료)를 허용하도록 구성되어, 도 23p에 도시된 바와 같이 제8 스크린 패턴(4114)을 통과하여 유전체 층(5000)을 생성하여 기판(3100)에 표면 절연을 제공한다. 제8 스크린(4015)을 사용하여 생성된 제8 인쇄 패턴(4016)의 추가 세부사항은 도 22m 및 도 22n과 관련하여 위에 제공되어 있다. 도 23o에 도시된 바와 같이, 제8 인쇄 패턴(4016)은 16 웰 × 24 웰 플레이트의 384 웰에 대응하는 1 스팟 유전층(5000)을 제공하도록 구성될 수 있다. 추가 실시예는 더 작은 플레이트(예를 들어, 96 웰 플레이트 등) 및/또는 다중 플레이트(예를 들어, 2, 3, 4 또는 그 이상의 384 웰 플레이트)를 위해 구성된 스크린을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 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. 이러한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 또는 디바이스는 프로세서가 본 명세서에 설명된 하나 이상의 방법론을 수행하게 하기 위한 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어를 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독가능 저장 매체 또는 디바이스치는 명령어 실행 디바이스에 의한 사용을 위한 명령어를 보유하고 저장할 수 있는 유형의 디바이스를 포함한다. 컴퓨터로 판독 가능 저장 매체 또는 디바이스의 예는, 이러한 예에만 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 소거 가능한 프로그래밍 가능한 판독 전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 휴대용 콤팩트 디스크 판독 전용 메모리(CD-ROM), 디지털 다용도 디스크(DVD), 메모리 스틱과 같은 전자 저장 디바이스, 자기 저장 디바이스, 광 저장 디바이스, 전자기 저장 디바이스, 반도체 저장 디바이스, 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(전술한 바와 같음) 또는 예를 들어 동축 케이블, 구리 와이어 및 광섬유를 포함할 수 있는 컴퓨터 판독 가능 송신 매체 모두를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 송신 매체는 또한 무선 주파수, 적외선, 무선 또는 전기, 자기 또는 전자기파를 포함하는 기타 매체 중에 생성되는 것과 같은 음향 또는 광파의 형태를 취할 수 있다.
본 출원에서 사용될 수 있는 "컴퓨터 시스템"이라는 용어는 고정 및/또는 휴대용 컴퓨터 하드웨어, 소프트웨어, 주변장치, 모바일 및 저장 디바이스의 다양한 조합을 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 네트워크로 연결되거나 그렇지 않으면 공동으로 수행하도록 연결된 복수의 개별 컴포넌트를 포함할 수 있거나 하나 이상의 독립형 컴포넌트를 포함할 수 있다. 본 출원의 컴퓨터 시스템의 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트는 데스크탑, 랩탑 및/또는 서버와 같은 고정 및 휴대용 디바이스를 포함할 수 있고 또는 그 안에 포함될 수 있다. 모듈은 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어, 전자 회로 등으로 구현될 수 있는 일부 "기능"을 구현하는 디바이스, 소프트웨어, 프로그램 또는 시스템의 컴포넌트일 수 있다.
본 개시의 추가 실시예는 적어도 다음을 포함한다.
실시예 1은다중-웰 검정 플레이트로서, 이는 웰 패턴으로 배열된 다중-웰 검정 플레이트의 웰을 정의하는 상부 플레이트 개구를 갖는 상부 플레이트-각각의 웰은 웰 영역에 의해 정의됨-; 상부 표면과 하부 표면을 갖는 기판을 포함하는 베이스 플레이트-상부 표면은 상부 플레이트와 정합됨-; 및 복수의 웰 전극 구조를 형성하는 복수의 섹터 전극 구조를 포함하고, 복수의 섹터 전극 구조 각각은: 상부 표면에 증착된 적어도 하나의 작동 전극 버스바 및 상부 표면에 증착된 보조 전극 패턴의 일부; 적어도 하나의 작동 전극 버스바와 전기적으로 연통되는 하부 면에 패턴화된 작동 전극 접점; 및 보조 전극 패턴과 연통되는 보조 전극 접촉 패턴을 포함한다.
실시예 2는 실시예 1의 플레이트로서, 제1 섹터 전극 구조의 적어도 하나의 작동 전극 버스 바는 복수의 섹터 전극 구조 중 나머지 것의 적어도 하나의 작동 전극 버스 바의 전기 통전과 별개로 전기적으로 통전되도록 구성된다.
실시예 3은 실시예 1 또는 2의 플레이트로서, 각각의 섹터 전극 구조의 적어도 하나의 작동 전극 버스 바는 동시에 전기적으로 통전되도록 구성된 복수의 작동 전극 버스 바를 포함한다.
실시예 4는 실시예 1 내지 3의 플레이트로서, 상부 표면은 상부 표면 상의 웰 패턴에 대응하는 접착 층을 더 포함하고, 웰 영역에는 접착제가 없다.
실시예 5는 실시예 1 내지 4의 플레이트로서, 작동 전극 접점은 적어도 하나의 비아를 통해 적어도 하나의 작동 전극 버스 바와 전기적으로 연통된다.
실시예 6은 실시예 5의 플레이트로서, 적어도 하나의 비아는 적어도 하나의 작동 전극 버스 바에 포함된 복수의 작동 전극 버스 바에 각각 대응하는 복수의 비아를 포함한다.
실시예 7은 실시예 6의 플레이트로서, 복수의 비아는 복수의 작동 전극 접점 각각을 복수의 작동 전극 버스 바 각각과 연결하는 2개의 비아를 포함한다.
실시예 8은 실시예 1 내지 13의 플레이트로서, 보조 전극은 웰 영역의 대략 중앙에 배치되고, 작동 전극은 보조 전극으로부터 거의 등거리에 원형으로 배열된다.
실시예 9는 실시예 1 내지 8의 플레이트로서, 각각의 웰 전극 구조는 적어도 하나의 작동 전극 버스 바 중 하나로부터 형성된 4개의 작동 전극 구역을 포함한다.
실시예 10은 실시예 1 내지 9의 플레이트로서, 각각의 웰 전극 구조는 보조 전극 패턴으로부터 형성된 2개의 보조 전극 구역을 포함한다.
실시예 11은 실시예 1 내지 8의 플레이트로서, 각각의 웰 전극 구조는 적어도 하나의 작동 전극 버스 바 중 하나로부터 형성된 하나의 작동 전극 구역을 포함한다.
실시예 12는 실시예 1 내지 8 및 11의 플레이트로서, 각각의 웰 전극 구조는 보조 전극 패턴으로부터 형성된 4개의 보조 전극 구역을 포함한다.
실시예 13은 실시예 1 내지 12의 플레이트로서, 기판의 상부 표면은 각각의 웰 전극 구조의 작동 전극 구역 및 보조 전극 구역을 노출시키고 각각의 웰 내 기판의 상부 표면의 나머지 부분을 덮는 패턴으로 배치된 절연 층을 더 포함한다.
실시예 14는 실시예 1 내지 13의 플레이트로서, 복수의 섹터 전극 구조는 24개의 섹터 전극 구조를 포함한다.
실시예 15는 실시예 1 내지 14의 플레이트로서, 웰 패턴은 각각 16개의 웰을 포함하는 24개의 섹터 전극 구조로 구성된 384개의 웰의 16×24 배열을 포함합니다.
실시예 16은 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법으로서, 다중-웰 검정 플레이트는: 웰 패턴으로 배열된 복수의 웰; 복수의 웰에 대응하는 복수의 웰 전극 구조를 형성하는 복수의 섹터 전극 구조-복수의 섹터 전극 구조의 각각은: 복수의 작동 전극 구역을 형성하는 상부 표면에 배치된 적어도 하나의 작동 전극 버스 바; 및 상부 표면에 증착되어 복수의 보조 전극 구역을 형성하는 보조 전극 패턴의 일부를 포함함-; 적어도 하나의 작동 전극 버스 바와 전기적으로 연통되는 하부 표면에 패턴화된 작동 전극 접점; 및 보조 전극 패턴과 연통되는 보조 전극 접촉 패턴을 포함하고; 방법은: 선택된 섹터 전극 구조와 관련된 적어도 하나의 작동 전극 버스 바에 의해 형성된 복수의 작동 전극 구역과 선택된 섹터 전극 구조와 관련된 복수의 보조 전극 구역 사이에 전압 전위를 생성하는 단계; 선택된 섹터 전극 구조의 복수의 작동 전극 구역과 나머지 섹터 전극 구조의 나머지 작동 전극 구역 사이에 실질적인 전기 절연을 유지하는 단계; 및 전압 전위에 대한 응답을 측정하는 단계를 포함한다.
실시예 17은 실시예 16의 방법으로서, 전압 전위 생성과 응답 측정은 실질적으로 동시에 수행된다.
실시예 18은 실시예 16 내지 17의 방법으로서, 응답을 측정한 후, 이전에 에너지가 공급되지 않은 나머지 섹터 전극 구조의 작동 전극 구역에 대해 순차적으로: 섹터 전극 구조의 나머지 각각에 순차적인 전압 전위를 생성하는 단계; 현재 에너지가 공급된 섹터 전극 구조와 현재 에너지가 공급되지 않은 섹터 전극 구조의 실질적인 전기적 절연을 유지하는 단계; 및 순차적 전압 전위에 대한 복수의 응답을 측정하는 단계를 더 포함한다.
실시예 19는 실시예 16 내지 18의 방법으로서, 다중-웰 검정 플레이트는 대응하는 작동 전극 버스 바에 전기적으로 연결된 다중-웰 검정 플레이트의 하부 표면에 증착된 복수의 작동 전극 접점 및 상기 보조 전극 패턴과 전기적으로 연결된 하부 표면에 증착된 보조 전극 접촉 패턴을 추가로 포함하고, 전압 전위를 생성하는 단계는: 작동 전극 접점을 하나 이상의 작동 전극 접촉 핀과 접촉시키고, 보조 전극 패턴을 하나 이상의 보조 전극접촉 핀과 접촉시키는 단계, 및 하나 이상의 작동 전극 접촉 핀과 하나 이상의 보조 전극 접촉 핀에 걸쳐 전압을 인가하는 단계를 포함한다.
실시예 20은 실시예 16 내지 19의 방법으로서, 복수의 웰 중 적어도 하나의 웰에 생물학적 샘플을 증착하는 단계를 더 포함한다.
실시예 21은 복수의 웰을 포함하는 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법으로서, 방법은: 기판에 복수의 홀을 형성하는 단계; 기판의 제1 측에 제1 전도성 재료의 층을 적용하는 단계-제1 전도전 층은 복수의 홀을 채워 복수의 비아를 형성하고, 복수의 작동 전극 접촉 베이스 및 보조 전극 접촉 패턴 베이스를 제공함-; 기판의 제1 측에 제2 전도성 재료의 층을 적용하는 단계-제2 전도전 층은 제1 전도전 층 위에 오버레되어 복수의 작동 전극 접점과 보조 전극 접촉 패턴을 형성함-; 기판의 제2 측에 제3 전도성 재료의 층을 적용하는 단계-제3 전도성 층은 복수의 작동 전극 버스 바 베이스 및 보조 전극 패턴 베이스를 형성함-; 기판의 제2 측에 제4 전도성 재료의 층을 적용하는 단계-제4 전도전 층은 복수의 작동 전극 버스 바 탄소 층을 형성함-; 복수의 작동 전극 버스 바를 형성하는 기판의 제2 측에 제4 전도성 층 위에 놓이는 제5 전도성 재료의 층을 적용하는 단계; 기판의 제2 측에 보조 전극 패턴 베이스 위에 놓이는 제6 전도성 재료의 층을 적용하는 단계-제6 전도전 층은 보조 전극 패턴을 형성함-; 기판의 제2 측에 절연 재료의 층을 적용하는 단계-절연 층은 복수의 보조 전극 구역 및 복수의 작동 전극 구역을 노출시키고, 복수의 웰의 나머지 부분을 절연시킴-; 및 웰 패턴으로 배열된 다중-웰 검정 플레이트의 웰을 정의하는 상부 플레이트 개구를 갖는 상부 플레이트에 기판을 부착하는 단계를 포함하고, 각 웰은 웰 영역에 의해 정의된다.
실시예 22는 실시예 21의 방법으로서, 복수의 비아는 작동 전극 접점과 작동 전극 버스 바를 연결하는 작동 전극 비아와, 보조 전극 접촉 패턴과 보조 전극 패턴을 연결하는 보조 전극 비아를 포함한다.
실시예 23은 실시예 21 및 22의 방법으로서, 복수의 작동 전극 구역은 각 웰에 대응하는 4개의 작동 전극 구역을 포함한다.
실시예 24는 실시예 21 및 22의 방법으로서, 복수의 작동 전극 구역은 각 웰에 대응하는 하나의 작동 전극 구역을 포함한다.
실시예 25는 실시예 21 내지 24의 방법으로서, 상부 플레이트에 기판을 접착하는 단계는 웰 영역 외부의 기판의 제2 측에 접착제를 적용하는 단계를 포함한다.
실시예 26은 전기화학 분석을 수행하기 위한 복수의 전기화학 셀을 포함하는 기판으로서, 복수의 전기화학 셀은: 셀의 표면에 배치된 하나 이상의 작동 전극 구역; 및 셀의 표면에 배치된 적어도 하나의 보조 전극을 포함하고, 하나 이상의 작동 전극 구역 각각은 서로 전기적으로 연통된다.
실시예 27은 실시예 26의 기판으로서, 복수의 전기화학 셀은 섹터로 배열되고, 각 섹터는 전기화학 셀의 그룹을 포함하며, 섹터의 전기화학 셀의 그룹 내의 하나 이상의 작동 전극 구역은 서로 전기적으로 연통된다.
실시예 28은 실시예 26 및 27의 기판으로서, 각 섹터의 하나 이상의 작동 전극 구역은 서로의 섹터의 작동 전극 구역으로부터 절연된다.
실시예 29는 실시예 26 내지 28의 기판으로서, 기판은 플레이트의 일부이다.
실시예 30은 실시예 26 내지 28의 기판으로서, 기판은 카트리지의 일부이다.
실시예 31은 실시예 26 내지 28의 기판으로서, 기판은 흐름 셀의 일부이다.
실시예 32는 실시예 26 내지 31의 기판으로서, 전기화학적 분석은 전기화학발광(ECL) 분석을 포함한다.
실시예 33은 다중-웰 검정 플레이트로서, 이는 웰 패턴으로 배열된 다중-웰 검정 플레이트의 웰을 정의하는 상부 플레이트 개구를 갖는 상부 플레이트-각 웰은 웰 영역으로 정의됨-; 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 기판을 포함하며, 상부 표면은 상부 플레이트에 정합되는 베이스 플레이트; 및 복수의 웰 전극 구조를 형성하는 복수의 섹터 전극 구조를 포함한다. 복수의 섹터 전극 구조 각각은 복수의 웰 전극 구조를 형성하는 복수의 섹터 전극 구조를 포함하고, 복수의 섹터 전극 구조 각각은 상부 표면에 증착된 적어도 하나의 작동 전극 버스 바 및 상부 표면에 증착된 보조 전극 패턴의 일부를 포함한다. 검정 플레이트는 적어도 하나의 작동 전극 버스 바와 전기적으로 연통되는 바닥 표면에 패턴화된 적어도 하나의 작동 전극 접점; 및 상기 보조 전극 패턴과 전기적으로 연통되는 보조 전극 접촉 패턴을 더 포함합니다. 보조 전극 접촉 패턴은 제1 복수의 절개부 및 제2 복수의 절개부를 포함한다. 제1 복수의 절개부는 적어도 하나의 작동 전극 접점을 수용하도록 구성되고, 제2 복수의 절개부는 복수의 절연 구역을 생성하도록 구성된다.
실시예 34는 실시예 33의 다중-웰 검정 플레이트로서, 적어도 하나의 작동 전극 접점은 제1의 복수의 작동 전극 핀과 전기 접촉을 이루도록 구성되고, 복수의 절연 구역은 보조 전극 패턴 및 적어도 하나의 작동 전극 버스 바로부터 제2 복수의 전극 핀 접점을 전기적으로 절연하도록 구성된다.
실시예 35는 실시예 33 또는 34의 다중-웰 검정 플레이트로서, 제1 복수의 절개부와 제2 복수의 절개부 중 각각의 절개부는 보조 전극 패턴의 갭을 나타내고 보조 전극 패턴에 의해 둘러싸여 있다.
실시예 36은 실시예 33 내지 35 중 어느 하나의 다중-웰 검정 플레이트로서, 제1 복수의 절개부와 제2 복수의 절개부는 교번하는 배열로 배치된다.
실시예 37은 실시예 33 내지 36 중 어느 하나의 다중-웰 검정 플레이트로서, 제1 섹터 전극 구조의 적어도 하나의 작동 전극 버스 바는 복수의 섹터 전극 구조 중 나머지 것의 적어도 하나의 작동 전극 버스 바의 전기 통전과 별개로 전기적으로 통전되도록(electrically energized) 구성된다.
실시예 38은 실시예 33 내지 37 중 어느 하나의 다중-웰 검정 플레이트로서, 각각의 섹터 전극 구조의 적어도 하나의 작동 전극 버스 바는 동시에 전기적으로 통전되도록 구성된 복수의 작동 전극 버스 바를 포함한다.
실시예 39는 실시예 33 내지 38 중 어느 하나의 다중-웰 검정 플레이트로서, 상부 표면은 상부 표면 상의 웰 패턴에 대응하는 접착 층을 더 포함하고, 웰 영역에는 접착제가 없다.
실시예 40은 실시예 33 내지 39 중 어느 하나의 다중-웰 검정 플레이트로서, 작동 전극 접점은 적어도 하나의 비아를 통해 적어도 하나의 작동 전극 버스 바와 전기적으로 연통된다.
실시예 41은 실시예 33 내지 40 중 어느 하나의 다중-웰 검정 플레이트로서, 보조 전극 패턴과 전기적으로 연결되는 보조 전극 구역은 웰 영역의 대략 중앙에 배치되고, 적어도 하나의 작동 전극 버스 바에 전기적으로 연결된 작동 전극 구역은 보조 전극으로부터 대략 등거리에 있는 원으로 배열된다.
실시예 42는 실시예 33 내지 41 중 어느 하나의 다중-웰 검정 플레이트로서, 각각의 웰 전극 구조는 적어도 하나의 작동 전극 버스 바 중 하나로부터 형성된 4개의 작동 전극 구역을 포함한다.
실시예 43은 실시예 33 내지 42 중 어느 하나의 다중-웰 검정 플레이트로서, 각각의 웰 전극 구조는 보조 전극 패턴으로부터 형성된 2개의 보조 전극 구역을 포함한다.
실시예 44는 실시예 33 내지 43 중 어느 하나의 다중-웰 검정 플레이트로서, 각각의 웰 전극 구조는 적어도 하나의 작동 전극 버스 바 중 하나로부터 형성된 하나의 작동 전극 구역을 포함한다.
실시예 45는 실시예 33 내지 44 중 어느 하나의 다중-웰 검정 플레이트로서, 각각의 웰 전극 구조는 보조 전극 패턴으로부터 형성된 4개의 보조 전극 구역을 포함한다.
실시예 46은 실시예 33 내지 45 중 어느 하나의 다중-웰 검정 플레이트로서, 기판의 상부 표면은 각각의 웰 전극 구조의 작동 전극 구역 및 보조 전극 구역을 노출시키고 각각의 웰 내의 기판의 상부 표면의 나머지 부분을 덮는 패턴으로 배치된 절연 층을 더 포함한다.
실시예 47은 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법이다. 다중-웰 검정 플레이트는 웰 패턴으로 배열된 복수의 웰; 복수의 웰에 대응하는 복수의 웰 전극 구조를 형성하는 복수의 섹터 전극 구조-복수의 섹터 전극 구조 각각은 복수의 작동 전극 구역을 형성하는 다중-웰 검정 플레이트의 기판 상부 표면에 증착된 적어도 하나의 작동 전극 버스 바를 포함함-; 및 상기 상부 표면에 증착되어 복수의 보조 전극 구역을 형성하는 보조 전극 패턴의 일부를 하고, 보조 전극 접촉 패턴은 상기 보조 전극 패턴과 연통되고, 제1 복수의 절개부 및 제2 복수의 절개부를 포함하고, 복수의 작동 전극 접점은 제1 복수의 절개부의 다중-웰 검정 플레이트의 하부 표면에 배치되고 대응하는 작동 전극 버스 바에 전기적으로 연결되며, 복수의 절연 구역은 제2 복수의 절개부 내에 배치된다. 방법은 선택된 섹터 전극 구조와 관련된 적어도 하나의 작동 전극 버스 바에 의해 형성된 복수의 작동 전극 구역과 선택된 섹터 전극 구조와 관련된 복수의 보조 전극 구역 사이에 전압 전위를 생성하는 단계, 선택된 섹터 전극 구조의 복수의 작동 전극 구역과 나머지 섹터 전극 구조의 나머지 작동 전극 구역 사이에 실질적인 전기 절연을 유지하는 단계 및 전압 전위에 대한 응답을 측정하는 단계를 포함한다.
실시예 48은 실시예 47의 방법으로서, 전압 전위 생성과 응답 측정은 실질적으로 동시에 수행된다.
실시예 49는 실시예 48의 방법으로서, 응답을 측정한 후, 이전에 에너지가 공급되지 않은 나머지 섹터 전극 구조의 작동 전극 구역에 대해 순차적으로: 섹터 전극 구조의 나머지 각각에 순차적인 전압 전위를 생성하는 단계; 현재 에너지가 공급된 섹터 전극 구조와 현재 에너지가 공급되지 않은 섹터 전극 구조의 실질적인 전기적 절연을 유지하는 단계; 및 순차적 전압 전위에 대한 복수의 응답을 측정하는 단계를 더 포함한다.
실시예 50은 실시예 48 또는 49의 방법으로서, 전압 전위를 생성하는 단계는: 복수의 작동 전극 접점을 하나 이상의 활성 작동 전극 접촉 핀과 접촉시키는 단계, 상기 복수의 절연 구역을 하나 이상의 비활성 작동 전극 접촉 핀과 접촉시키는 단계, 보조 전극 패턴을 하나 이상의 보조 전극 접촉 핀과 접촉시키는 단계, 및 하나 이상의 활성 작동 전극 접촉 핀과 하나 이상의 보조 전극 접촉 핀에 걸쳐 전압을 인가하는 단계를 포함한다.
실시예 51은 실시예 48 내지 50 중 어느 하나의 방법으로서, 방법은 전기화학발광(ECL) 분석을 위해 수행된다.
실시예 52는 복수의 웰을 포함하는 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법이다. 방법은 기판에 복수의 홀을 형성하는 단계, 기판의 제1 측에 제1 전도성 재료의 층을 적용하는 단계-제1 전도전 층은 상기 복수의 홀을 채워 복수의 비아를 형성하고, 복수의 작동 전극 접촉 베이스 및 보조 전극 접촉 패턴 베이스를 제공함-, 기판의 제1 측에 제2 전도성 재료의 층을 적용하는 단계-상기 제2 전도전 층은 상기 제1 전 도전층 위에 놓여 복수의 작동 전극 접점과, 제1 복수의 절개부와 제2 복수의 절개부를 갖는 보조 전극 접촉 패턴을 형성하고, 상기 작동 전극 접점은 상기 제1 복수의 절개부 내에 형성되고, 절연 구역은 상기 제2 복수의 절개부로 형성됨-, 기판의 제2 측에 제3 전도성 재료의 층을 적용하는 단계-상기 제3 전도전 층은 복수의 작동 전극 버스 바 베이스와 보조 전극 패턴 베이스를 형성함-, 기판의 제2 측에 제4 전도성 재료의 층을 적용하는 단계-제4 전도성 층은 복수의 작동 전극 버스 바 탄소 층을 형성함-, 복수의 작동 전극 버스 바를 형성하는 기판의 제2 측에 제4 전도성 층 위에 놓이는 제5 전도성 재료의 층을 적용하는 단계, 상기 기판의 제2 측에 상기 보조 전극 패턴 베이스를 오버레이하는 재료의 제6 전도전 층을 적용하는 단계-제6 전도전 층은 보조 전극 패턴을 형성함-, 기판의 제2 측에 절연 재료의 층을 적용하는 단계-절연 층은 복수의 보조 전극 구역 및 복수의 작동 전극 구역을 노출시키고, 복수의 웰의 나머지 부분을 절연함-, 및 웰 패턴으로 배열된 다중-웰 검정 플레이트의 웰을 정의하는 상부 플레이트 개구를 갖는 상부 플레이트에 기판을 부착하는 단계를 포함하고, 각 웰은 웰 영역으로 정의된다.
실시예 53은 실시예 52의 방법으로서, 상기 복수의 비아는 작동 전극 접점과 작동 전극 버스 바를 연결하는 작동 전극 비아와, 보조 전극 접촉 패턴과 보조 전극 패턴을 연결하는 보조 전극 비아를 포함한다.
실시예 54는 실시예 52 또는 53의 방법으로서, 복수의 작동 전극 구역은 각 웰에 대응하는 4개의 작동 전극 구역을 포함한다.
실시예 55는 실시예 53 또는 54의 방법으로서, 복수의 작동 전극 구역은 각 웰에 대응하는 하나의 작동 전극 구역을 포함한다.
실시예 56은 실시예 53 내지 55 중 어느 하나의 방법으로서, 상부 플레이트에 기판을 접착하는 단계는 웰 영역 외부의 기판의 제2 측에 접착제를 적용하는 단계를 포함한다.
실시예 57은 상부 표면과 하부 표면을 갖는 기판이다. 기판은 전기화학 분석을 수행하기 위해 상부 표면에 배치된 복수의 전기화학 셀-복수의 전기화학 셀의 각각은: 셀의 표면에 배치된 하나 이상의 작동 전극 구역-나 이상의 작동 전극 구역 각각은 서로 전기적으로 연통됨-, 및 셀 표면에 배치된 하나 이상의 보조 전극을 포함함-, 및 하부 표면에 배치되며, 상기 적어도 하나의 보조 전극과 전기적으로 연통되는 보조전극 접촉 패턴을 포함하고, 상기 보조 전극 접촉 패턴은 제1 복수의 절개부와 제2 복수의 절개부를 포함하고, 제1 복수의 절개부는 하나 이상의 작동 전극 구역과 전기적으로 연통되는 적어도 하나의 작동 전극 접점을 수용하도록 구성되고, 제2 복수의 절개부는 복수의 절연 구역을 생성하도록 구성된다.
실시예 58은 실시예 57의 기판으로서, 상기 복수의 전기화학 셀은 섹터로 배열되고, 각 섹터는 전기화학 셀의 그룹을 포함하며, 섹터의 전기화학 셀의 그룹 내의 하나 이상의 작동 전극 구역은 서로 전기적으로 연통된다.
실시예 59는 실시예 58의 기판으로서, 각 섹터의 하나 이상의 작동 전극 구역은 서로의 섹터의 작동 전극 구역으로부터 절연된다.
실시예 60은 실시예 58 또는 59의 기판으로서, 기판은 플레이트, 카트리지 또는 플로우 셀의 일부이다.
실시예 61은 실시예 57 내지 60 중 어느 하나의 기판으로서, 전기화학적 분석은 전기화학발광(ECL) 분석을 포함한다.
본 출원에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 본 명세서에서 사용된 단수형 용어("a", "an" 및 "the")는 문맥상 명백하게 다르게 나타내지 않는 한 복수형도 포함하는 것으로 의도된다. "포함하다(includes)" 및/또는 "포함하는(including)"이라는 용어는 본 명세서에서 사용될 때 명시된 피쳐, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 컴포넌트의 존재를 지정하지만, 하나 이상의 다른 피쳐, 정수, 단계, 동작, 요소, 컴포넌트 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 더 이해될 것이다.
상술한 실시예는 예시적인 것이며, 본 발명이 이들 특정 실시예에 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 명세서에 개시된 다양한 실시예는 설명 및 첨부된 도면에 구체적으로 제시된 조합과 다른 조합으로 조합될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 예에 따라, 본 명세서에 기술된 임의의 프로세스 또는 방법의 특정 동작 또는 이벤트가 상이한 순서로 수행될 수 있고, 추가, 병합 또는 함께 생략될 수 있음을 이해해야 한다(예를 들어, 기술된 모든 동작 또는 이벤트는 방법 또는 프로세스를 수행하는 데 필요하지 않을 수 있다). 또한, 본 명세서의 실시예의 특정 피쳐는 명확성을 위해 단일 모듈 또는 유닛에 의해 수행되는 것으로 설명되지만, 본 명세서에 설명된 피쳐 및 기능은 유닛 또는 모듈의 임의의 조합에 의해 수행될 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 다양한 변경 및 수정이 영향을 받을 수 있다.
본 발명에 따른 다양한 실시예들이 위에서 설명되었지만, 그것들은 단지 예시 및 예로서 제시된 것이며 제한이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 형태 및 세부 사항에 대한 다양한 변경이 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명의 폭과 범위는 위에서 설명된 예시적인 실시예에 의해 제한되어서는 안 되며 첨부된 청구범위 및 그 등가물에 따라서만 정의되어야 한다. 또한 본 명세서에서 논의된 각 실시예의 각 피쳐 및 본 명세서에 인용된 각 참고문헌의 각 피쳐는 임의의 다른 실시예의 피쳐와 조합하여 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 달리 말하면, 상기 다중-웰 플레이트의 양태는 본 명세서에 기술된 다른 방법과 임의의 조합으로 사용될 수 있거나 상기 방법은 개별적으로 사용될 수 있다. 본 명세서에서 논의된 모든 특허 및 간행물은 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
Claims (29)
- 다중-웰 검정 플레이트에 있어서,
웰 패턴으로 배열된 다중-웰 검정 플레이트의 웰을 정의하는 상부 플레이트 개구를 갖고, 각각의 웰은 웰 영역에 의해 정의되는, 상부 플레이트;
상부 표면 및 하부 표면을 갖는 기판을 포함하고, 상기 상부 표면은 상기 상부 플레이트에 정합된, 베이스 플레이트;
복수의 웰 전극 구조를 형성하는 복수의 섹터 전극 구조로서, 상기 복수의 섹터 전극 구조의 각각은 상기 상부 표면에 증착된 적어도 하나의 작동 전극 버스 바 및 상기 상부 표면에 증착된 보조 전극 패턴의 일부를 포함하는, 상기 복수의 섹터 전극 구조;
상기 적어도 하나의 작동 전극 버스 바와 전기적으로 연통되는 하부 표면에 패턴화된 적어도 하나의 작동 전극 접점; 및
상기 보조 전극 패턴과 전기적으로 연통되도록 상기 하부 표면에 배치된 보조 전극 콘택 패턴으로서, 상기 보조 전극 접촉 패턴은 제1 복수의 절개부 및 제2 복수의 절개부를 포함하는, 상기 보조 전극 접촉 패턴을 포함하고,
상기 제1 복수의 절개부는 상기 적어도 하나의 작동 전극 접점을 수용하도록 구성되고, 상기 제2 복수의 절개부는 복수의 절연 구역을 생성하도록 구성되는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 작동 전극 접점은 제1 복수의 작동 전극 핀과 전기 접촉을 이루도록 구성되고, 상기 복수의 절연 구역은 상기 보조 전극 패턴 및 상기 적어도 하나의 작동 전극 버스 바로부터 상기 제2 복수의 전극 핀 접점을 전기적으로 절연하도록 구성되는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
상기 제1 복수의 절개부와 상기 제2 복수의 절개부 중에서 각각의 절개부는 상기 보조 전극 패턴의 갭을 나타내고 상기 보조 전극 패턴에 의해 둘러싸여 있는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
상기 제1 복수의 절개부와 제2 복수의 절개부는 교번하는 배열로 배치되는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
제1 섹터 전극 구조의 상기 적어도 하나의 작동 전극 버스 바는 상기 복수의 섹터 전극 구조 중 나머지 것의 상기 적어도 하나의 작동 전극 버스 바의 전기 통전과 별개로 전기적으로 통전되도록 구성되는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
각각의 섹터 전극 구조의 상기 적어도 하나의 작동 전극 버스 바는 동시에 전기적으로 통전되도록 구성된 복수의 작동 전극 버스 바를 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
상기 상부 표면은 상기 상부 표면 상의 웰 패턴에 대응하는 접착층을 더 포함하고, 상기 웰 영역에는 접착제가 없는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
상기 작동 전극 접점은 적어도 하나의 비아를 통해 상기 적어도 하나의 작동 전극 버스 바와 전기적으로 연통되는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
상기 보조 전극 패턴과 전기적으로 연결되는 보조 전극 구역은 상기 웰 영역의 대략 중앙에 배치되고, 상기 적어도 하나의 작동 전극 버스 바에 전기적으로 연결된 작동 전극 구역은 상기 보조 전극으로부터 대략 등거리에 있는 원으로 배열되는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
각각의 웰 전극 구조는 상기 적어도 하나의 작동 전극 버스 바 중 하나로부터 형성된 4개의 작동 전극 구역을 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
각각의 웰 전극 구조는 상기 보조 전극 패턴으로부터 형성된 2개의 보조 전극 구역을 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
각각의 웰 전극 구조는 상기 적어도 하나의 작동 전극 버스 바 중 하나로부터 형성된 하나의 작동 전극 구역을 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
각각의 웰 전극 구조는 상기 보조 전극 패턴으로부터 형성된 4개의 보조 전극 구역을 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 제1항에 있어서,
상기 기판의 상기 상부 표면은 각각의 웰 전극 구조의 작동 전극 구역 및 보조 전극 구역을 노출시키고 각각의 웰 내 상기 기판의 상기 상부 표면의 나머지 부분을 덮는 패턴으로 배치된 절연 층을 더 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트. - 웰 패턴으로 배열된 복수의 웰;
상기 복수의 웰에 대응하는 복수의 웰 전극 구조를 형성하는 복수의 섹터 전극 구조로서, 상기 복수의 섹터 전극 구조의 각각은 복수의 작동 전극 구역을 형성하는 상기 다중-웰 검정 플레이트의 기판의 상부 표면에 증착된 적어도 하나의 작동 전극 버스 바, 및 상기 상부 표면에 증착되어 복수의 보조 전극 구역을 형성하는 보조 전극 패턴의 일부를 포함하는, 상기 복수의 섹터 전극 구조;
상기 보조 전극 패턴과 연통되며, 제1 복수의 절개부 및 제2 복수의 절개부를 포함하는 보조 전극 접촉 패턴;
상기 제1 복수의 절개부에서 상기 다중-웰 검정 플레이트의 하부 표면에 배치되고 대응하는 작동 전극 버스 바에 전기적으로 연결된 복수의 작동 전극 접점; 및
상기 제2 복수의 절개부 내에 배치된 복수의 절연 구역을 포함하는, 다중-웰 검정 플레이트를 사용하는 방법에 있어서, 상기 방법은
선택된 섹터 전극 구조와 연관된 적어도 하나의 작동 전극 버스 바에 의해 형성된 상기 복수의 작동 전극 구역과 상기 선택된 섹터 전극 구조와 연관된 상기 복수의 보조 전극 구역 사이에 전압 전위를 생성하는 단계;
상기 선택된 섹터 전극 구조의 상기 복수의 작동 전극 구역과 나머지 섹터 전극 구조의 나머지 작동 전극 구역 사이에 실질적인 전기 절연을 유지하는 단계; 및
상기 전압 전위에 대한 응답을 측정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제15항에 있어서,
상기 전압 전위를 생성하는 단계와 상기 응답을 측정하는 단계는 실질적으로 동시에 수행되는, 방법. - 제16항에 있어서,
상기 응답을 측정한 후, 이전에 에너지가 공급되지 않은 상기 나머지 섹터 전극 구조의 작동 전극 구역에 대해 순차적으로:
상기 나머지 섹터 전극 구조의 각각에 순차적인 전압 전위를 생성하는 단계;
현재 에너지가 공급된 섹터 전극 구조와 현재 에너지가 공급되지 않은 섹터 전극 구조의 실질적인 전기적 절연을 유지하는 단계; 및
상기 순차적 전압 전위에 대한 복수의 응답을 측정하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제16항에 있어서,
상기 전압 전위를 생성하는 단계는
상기 복수의 작동 전극 접점을 하나 이상의 활성 작동 전극 접점 핀과 접촉시키는 단계,
상기 복수의 절연 구역을 하나 이상의 비활성 작동 전극 접촉 핀과 접촉시키는 단계,
상기 보조 전극 패턴을 하나 이상의 보조 전극 접촉 핀과 접촉시키는 단계, 및
상기 하나 이상의 활성 작동 전극 접촉 핀과 상기 하나 이상의 보조 전극 접촉 핀에 걸쳐 전압을 인가하는 단계를 포함하는, 방법. - 제16항에 있어서,
상기 방법은 전기화학발광(ECL) 분석을 위해 수행되는, 방법. - 복수의 웰을 포함하는 다중-웰 검정 플레이트를 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은
기판에 복수의 홀을 형성하는 단계;
상기 기판의 제1 측에 제1 전도성 재료의 층을 적용하는 단계로서, 상기 제1 전도성 층은 상기 복수의 홀을 채워 복수의 비아를 형성하고, 복수의 작동 전극 접촉 베이스 및 보조 전극 콘택 패턴 베이스를 제공하는, 단계;
상기 기판의 상기 제1 측에 제2 전도성 재료의 층을 적용하는 단계로서, 상기 제2 전도성 층은 상기 제1 전도성 층 위에 오버레이되어 복수의 작동 전극 접점과, 제1 복수의 절개부와 제2 복수의 절개부를 갖는 보조 전극 접촉 패턴을 형성하고, 상기 작동 전극 접점은 상기 제1 복수의 절개부 내에 형성되고, 절연 구역은 상기 제2 복수의 절개부로 형성되는, 단계;
상기 기판의 제2 측에 제3 전도성 재료의 층을 적용하는 단계로서, 상기 제3 전도성 층은 복수의 작동 전극 버스 바 베이스 및 보조 전극 패턴 베이스를 형성하는, 단계;
상기 기판의 상기 제2 측에 제4 전도성 재료의 층을 적용하는 단계로서, 상기 제4 전도성 층은 복수의 작동 전극 버스 바 탄소 층을 형성하는, 단계;
복수의 작동 전극 버스 바를 형성하는 상기 기판의 상기 제2 측에 제4 전도성 층을 오버레이하는 제5 전도성 재료의 층을 적용하는 단계;
상기 기판의 상기 제2 측에 상기 보조 전극 패턴 베이스를 오버레이하는 제6 전도성 재료의 층을 적용하는 단계로서, 상기 제6 전도성 층은 보조 전극 패턴을 형성하는, 단계;
상기 기판의 상기 제2 측에 절연 재료의 층을 적용하는 단계로서, 상기 절연 층은 복수의 보조 전극 구역 및 복수의 작동 전극 구역을 노출시키고, 상기 복수의 웰의 나머지 부분을 절연시키는, 단계; 및
웰 패턴으로 배열된 상기 다중-웰 검정 플레이트의 상기 웰을 정의하는 상부 플레이트 개구를 갖는 상부 플레이트에 상기 기판을 부착하는 단계로서, 각각의 웰은 웰 영역에 의해 정의되는, 단계를 포함하는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 복수의 비아는 상기 작동 전극 접점과 상기 작동 전극 버스 바를 연결하는 작동 전극 비아와, 상기 보조 전극 접촉 패턴과 상기 보조 전극 패턴을 연결하는 보조 전극 비아를 포함하는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 복수의 작동 전극 구역은 각각의 웰에 대응하는 4개의 작동 전극 구역을 포함하는, 방법. - 제21항에 있어서,
상기 복수의 작동 전극 구역은 각각의 웰에 대응하는 하나의 작동 전극 구역을 포함하는, 방법. - 제21항에 있어서,
상기 상부 플레이트에 상기 기판을 접착하는 단계는 상기 웰 영역 외부의 상기 기판의 상기 제2 측에 접착제를 적용하는 단계를 포함하는, 방법. - 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 기판에 있어서, 상기 기판은
전기화학 분석을 수행하기 위해 상기 상부 표면에 배치된 복수의 전기화학 셀로서, 상기 복수의 전기화학 셀은 각각은
상기 셀의 표면에 배치된 하나 이상의 작동 전극 구역으로서, 상기 하나 이상의 작동 전극 구역의 각각이 서로 전기적으로 연통된, 상기 하나 이상의 작동 전극 구역, 및
상기 셀의 상기 표면에 배치된 적어도 하나의 보조 전극을 포함하는, 상기 복수의 전기화학 셀; 및
상기 하부 표면에 배치되며 상기 적어도 하나의 보조전극과 전기적으로 연통되는 보조 전극 접촉 패턴으로서, 상기 보조 전극 접촉 패턴은 제1 복수의 절개부와 제2 복수의 절개부를 포함하고, 상기 제1 복수의 절개부는 상기 하나 이상의 작동 전극 구역과 전기적으로 연통되는 적어도 하나의 작동 전극 접점을 수용하도록 구성되고, 상기 제2 복수의 절개부는 복수의 절연 구역을 생성하도록 구성된, 상기 보조 전극 접촉 패턴을 포함하는, 기판. - 제25항에 있어서,
상기 복수의 전기화학 셀은 섹터로 배열되고, 각각의 섹터는 전기화학 셀의 그룹을 포함하고, 섹터의 상기 전기화학 셀의 그룹 내의 상기 하나 이상의 작동 전극 구역은 서로 전기적으로 연통되는, 기판. - 제26항에 있어서,
각각의 섹터의 상기 하나 이상의 작동 전극 구역은 서로의 섹터의 작동 전극 구역으로부터 절연되는, 기판. - 제26항에 있어서,
상기 기판은 플레이트, 카트리지 또는 플로우 셀의 일부인, 기판. - 제25항에 있어서,
상기 전기화학적 분석은 전기화학발광(ECL) 분석을 포함하는, 기판.
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|---|---|---|---|
| PA0105 | International application |
Patent event date: 20240628 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
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