LT6394B - System and method of analyse of liquid sample - Google Patents

System and method of analyse of liquid sample Download PDF

Info

Publication number
LT6394B
LT6394B LT2015052A LT2015052A LT6394B LT 6394 B LT6394 B LT 6394B LT 2015052 A LT2015052 A LT 2015052A LT 2015052 A LT2015052 A LT 2015052A LT 6394 B LT6394 B LT 6394B
Authority
LT
Lithuania
Prior art keywords
cmut
sensor
liquid
cmut sensor
elements
Prior art date
Application number
LT2015052A
Other languages
Lithuanian (lt)
Other versions
LT2015052A (en
Inventor
Gailius Vanagas
Darius VIRŽONIS
Gvidas ŠERGALIS
Almira Ramanavičienė
Arūnas RAMANAVIČIUS
Original Assignee
Kauno technologijos universitetas
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kauno technologijos universitetas filed Critical Kauno technologijos universitetas
Priority to LT2015052A priority Critical patent/LT6394B/en
Publication of LT2015052A publication Critical patent/LT2015052A/en
Publication of LT6394B publication Critical patent/LT6394B/en

Links

Abstract

Programmable, variable step system for applying a liquid biological solution on a surface of chosen individual array elements of CMUT sensors delivers variable amounts of material for sensor surface modification and for analyses. By changing nozzle of the solution dispensing device, solutions of different material can be applied or concentration of a material changed. The system according to the invention comprises a positioning device of the sample dispensing device, a sample dispensing device with a dispensing nozzle, whose dimensions depend on the liquid volume being dispensed on array elements of the sensor and the position of which is controlled by electric actuator or piezo-actuator. Surface of the CMUT cell array is modified. Afterwards on top of it a sample of a biological liquid solution is dispensed for obtaining the characterizing signal of the sample. CMUT cell sensor arrays are connected in series to the signal processing and measurement device for measuring electromechanical impedance of the CMUT sensor membrane.

Description

Išradimo sritisField of the Invention

Išradimas yra susijęs su automatinėms biologinių mėginių analizės sistemomis su CMUT jutikliais ir tokių sistemų naudojimo būdu skystų biologinių mėginių analizei.The invention relates to automated biological sample analysis systems with CMUT sensors and to the use of such systems for liquid biological sample analysis.

Technikos lygisState of the art

Mikroelektromechaninių sistemų (MEMS) prietaisai, tokie kaip mikro/nano gembės, plonasluoksniai rezonatoriai (FBAR), paviršiaus akustinių bangų (SAW) įtaisai ir talpiniai mikromontuojami ultragarso keitikliai (CMUT) šiandien yra naudojami kaip rezonansiniai, akustiniai arba gravimetriniai cheminiai ir biocheminiai jutikliai. CMUT struktūra sudaryta iš celių, kurios yra kondensatoriai su viena judančia plokštele (membrana), kuri yra sutapdinta su viršutiniu elektrodu, nuo struktūrinio pagrindo yra atskirta vakuumo tarpeliu ir izoliuojančiais laikikliais. Dažniausiai naudojama disko formos membrana, bet gali būti keturkampė, daugiakampė ar kitos formos. Vienos celės struktūra suformuojama ant silicio ar kitos medžiagos plokštelės, kuri atlieka ir apatinio elektrodo funkciją. Prie elektrodų prijungus įtampą, nepriklausomai nuo poliškumo, membrana dėl kuloninės sąveikos įlinksta į pagrindo pusę. Membranos vibravimas sužadinamas, membranos įlinkį keičiant kintančiu elektriniu lauku. CMUT elementą apkraunant papildoma mase, pasikeičia dinaminiai celės parametrai: rezonansinis dažnis ir elektromechaninis impedansas.Microelectromechanical systems (MEMS) devices such as micro / nano clamps, thin film resonators (FBARs), surface acoustic wave (SAW) devices and capacitive micromountable ultrasonic transducers (CMUTs) are used today as resonant, acoustic or gravimetric chemical and biochemical sensors. The CMUT structure is made up of cells, which are capacitors with a single moving plate (membrane) which is aligned with the top electrode, separated from the structural base by a vacuum gap and insulating brackets. The most commonly used is a disk-shaped membrane, but can be rectangular, polygonal, or other. The structure of a single cell is formed on a plate of silicon or other material which also functions as a bottom electrode. Applying voltage to the electrodes, regardless of polarity, the membrane tilts toward the base due to coulomb interaction. The membrane vibration is excited by changing the membrane deflection with an alternating electric field. When the CMUT element is loaded with additional mass, the dynamic cell parameters change: resonant frequency and electromechanical impedance.

CMUT jutikliai gali būti gaminami kaip vienmačiai arba dvimačiai masyvai, sudaryti iš atitinkama tvarka sujungtų celių. Celių masyvai vadinami elementais. Jutiklis gali turėti vieną ar daugelį elementų. Naudojant daugiaelementį jutiklį, vienu metu galima atlikti matavimus keliais kanalais, išlaikant mažus įtaiso matmenis. Tai sukuria potencialą atlikti daugiakanalius matavimus, kas yra didelis pranašumas, kai yra poreikis turėti didelį matavimo zondų skaičių mažame jutiklio plote.CMUT sensors can be manufactured as one-dimensional or two-dimensional arrays composed of cells connected in the appropriate order. Arrays of cells are called elements. The sensor may have one or many elements. With a multi-element sensor, multiple channels can be measured simultaneously, keeping the device small in size. This creates the potential for multi-channel measurements, which is a great advantage when there is a need for a large number of measuring probes in a small sensor area.

Skystų biologinių mėginių tyrimams CMUT jutiklių darbinis paviršius yra modifikuojamas naudojant molekules, kurios specifiškai sąveikauja su analite, kuri selektyviai prisijungia prie modifikuoto paviršiaus ir taip sudaro sąlygas atsirasti fizikiniams, cheminiams ir/arba biocheminiams pasikeitimams jutiklio paviršiuje. Tokiu būdu galima aptikti masės ir klampio pasikeitimus analizuojant rezonansinio dažnio, akustinės bangos sklidimo greičio ir slopimo pasikeitimus. įprastai, skystos medžiagos ant CMUT jutiklio yra nusodinamos pamerkimo, lašinimo, centrifugavimo, purškimo ir kitais būdais. Tačiau visi paminėti būdai yra labai netikslūs, kuomet mėginys turi būti užnešamas ant labai mažų, dešimčių ar šimtų mikrometrų dydžio, CMUT jutikliu elementų.For liquid biological assays, the CMUT sensor working surface is modified using molecules that specifically interact with the analyte that selectively binds to the modified surface, thereby allowing for physical, chemical, and / or biochemical changes on the sensor surface. In this way, changes in mass and viscosity can be detected by analyzing changes in resonant frequency, acoustic wave propagation speed and damping. conventionally, liquid materials are deposited on the CMUT sensor by dipping, dripping, centrifuging, spraying and other means. However, all of the above methods are very inaccurate when the sample has to be applied to very small, tens or hundreds of micrometers of CMUT sensor elements.

Artimiausias analogas yra atskleidžiamas patentinėje paraiškoje Nr. US 12/686,916. Šioje paraiškoje yra atskleidžiama skysto mėginio analizavimo sistema; joje naudojamas CMUT celių masyvas ir skysto mėginio analizavimo būdas minėtoje sistemoje. Sistemoje naudojamą CMUT jutiklį sudaro CMUT celės, turinčios funkcionalizuotą membraną, kurią virš pagrindo laiko atraminis rėmas, taip apibrėžiant vakuuminę ertmę po membrana. Su membrana ir pagrindu sutapdintais elektrodais žadinant keitiklį, membranos reakcija yra aptinkama elektrinio talpio, optinių, mechaninių įtempimų ar kito tipo detektoriais. Iš CMUT celių masyvų suformuoti jutikliai yra atskirti vienas nuo kito mechaniniais barjerais, kad būtų išvengta matavimo signalų trukdžių tarp CMUT masyvų. Skystų mėginių tyrimo, naudojant atskleistą sistemą, būdas apima skysto mėginio užnešimą ant CMUT prietaiso pamerkiant CMUT prietaisą į skystą mėginį, CMUT prietaiso džiovinimą, elektromechaninj išdžiovintos medžiagos aptikimą ant CMUT prietaiso, tos medžiagos masės nustatymą. Šio išradimo pagrindinis trūkumas yra tas, kad skystas mėginys yra nusodinamas ant visų analizavimo sistemos CMUT masyvų elementų vienu metu. Tai nesuteikia galimybių turėti atraminių kanalų biologinių mėginių analizei ir palyginimui. Palyginimas galimas tik atliekant tyrimus su kitu keitikliu, arba nuvalius keitiklį, kas padidina matavimo neapibrėžtumą dėl skirtingų matavimo sąlygų. Kitas trūkumas yra tai, kad analogą atskleidžiantis išradimas nenumato jutiklio selektyvumo tarp specifiškai ir nespecifiškai prie membranos prisijungusių medžiagų. Todėl tokios skysto mėginio analizavimo sistemos panaudojimas yra labai apribotas gaunamos informacijos prasme.The closest analogue is disclosed in patent application no. US 12 / 686,916. This application discloses a liquid sample analysis system; it employs a CMUT cell array and a method for analyzing a liquid sample in said system. The CMUT sensor used in the system consists of CMUT cells with a functionalized membrane supported by a support frame over the substrate, thus defining a vacuum cavity under the membrane. By excitation of the transducer with membrane and substrate-matched electrodes, the membrane reaction is detected by electrical capacitance, optical, mechanical stress or other types of detectors. Sensors formed from CMUT cell arrays are separated from each other by mechanical barriers to avoid interference of measurement signals between CMUT arrays. The method of testing liquid samples using the disclosed system includes applying a liquid sample to a CMUT device by dipping the CMUT device into a liquid sample, drying the CMUT device, electro-mechanically detecting the dried material on the CMUT device, and determining the mass of that material. A major disadvantage of the present invention is that the liquid sample is deposited onto all elements of the CMUT array of the analyzing system simultaneously. This does not provide a channel for analysis and comparison of biological samples. Comparison is only possible when testing with another converter or after cleaning the converter, which increases measurement uncertainty due to different measurement conditions. Another disadvantage is that the invention disclosing an analogue does not provide for sensor selectivity between membrane-bound and non-specifically bound substances. Therefore, the use of such a liquid sample analysis system is severely limited in terms of the information received.

Pateikiamas išradimas išsprendžia tikslaus skystų medžiagų užnešimo ant CMUT celių masyvų pagrindu veikiančių skystų biologinių mėginių tyrimų sistemų CMUT jutikliu individualių masyvų elementų problemą. Tai leidžia turėti daugiau negu vieną matavimo kanalą ir analizuoti skirtingus biologinius mėginius ar skirtingas jų koncentracijas vienu metu. Taip pat mūsų išradimas pagerina skysčio užnešimo ant CMUT jutikliu masyvų elementų valdomumą ir atsikartojamumą tiek užnešamo skysčio tūrio, tiek skysčiu padengiamo CMUT jutiklio masyvo ploto prasme. Tai leidžia atlikti žymiai sudėtingesnius matavimo algoritmus, pavyzdžiui turinčius eilę skirtingų skysčių užnešimo, džiovinimo ir plovimo etapų, tokių kaip modifikavimas antigenu, plovimas vandeniu, analitės su antikūnu užnešimas, plovimas vandeniu, džiovinimas ir matavimas. Tai sumažina matavimo neapibrėžtumą, padidina jutiklio signalo informatyvumą, pavyzdžiui nustatant specifinę ir nespecifinę analitės sąveiką su membrana.The present invention solves the problem of accurately depositing liquid materials on CMUT cell array based liquid biological assay systems with CMUT sensors on individual array elements. This allows you to have more than one measuring channel and analyze different biological samples or different concentrations at the same time. Also, our invention improves the controllability and repeatability of the fluid application on CMUT sensor array in terms of both the volume of liquid applied and the area of the liquid covered CMUT sensor. This allows for much more sophisticated measurement algorithms, such as a series of different fluid application, drying, and washing steps, such as antigen modification, water washing, antibody loading, water washing, drying, and measurement. This reduces measurement uncertainty, and increases the sensitivity of the sensor signal, for example, by detecting specific and non-specific interactions of the analyte with the membrane.

Trumpas išradimo aprašymasBrief Description of the Invention

Programuojama, kintamo žingsnio skystų biologinių tirpalų užnešimo sistema ant CMUT jutiklių pasirinktų individualių masyvų elementų paviršiaus gali užnešti skirtingus jutiklių elementų modifikavimo medžiagos ir analizuojamos medžiagos kiekius. Pakeitus ežektoriaus antgalį gali būti užnešami skirtingų medžiagų tirpalai arba keičiama medžiagų koncentracija. Tirpalų užnešimo sistema turi mėginio ežektoriaus pozicionavimo prietaisą su skysčio dozavimo ežektoriumi su dozavimo antgaliu, kurio matmenys priklauso nuo užnešamo ant CMUT jutiklio masyvų elementų skysčio tūrio, ir kurio padėtis yra valdoma elektrine arba pjezoelektrine pavara. CMUT ląstelių masyvo paviršius yra modifikuojamas, pavyzdžiui imobilizuojant ant jų aktyvų biocheminį elementą, pavyzdžiui antigeną, ir ant jo yra nusodinamas skysto biologinio tirpalo mėginys, pavyzdžiui antikūnas tam, kad būtų gautas mėginį charakterizuojantis signalas. CMUT jutiklio celių masyvai yra nuosekliai prijungti prie signalo matavimo ir apdorojimo prietaiso, matuojančio elektromechaninį CMUT jutiklių membranų impedansą, kuris yra tiesiogiai susijęs su susiformavusios po tirpalo užnešimo dangos fizikinėmis savybėmis, kaip pavyzdžiui Jungo moduliu, klampiu, tankiu. Kompiuterinis prietaisas yra naudojamas duomenų kaupimui ir apdorojimui. Prieš atliekant matavimus, CMUT jutiklių membranų paviršius yra modifikuojamas ant kiekvieno jutiklio CMUT jutiklio masyvo elemento užnešant tikslią modifikuojančio skysčio dozę, kuri yra valdoma keičiant ežektoriaus judėjimo greitį, jo antgalio galo atstumą iki jutiklio paviršiaus, keičiant jutiklio paviršiaus medžiagą, jutiklio ląstelių masyvus vieną nuo kito atribojant hidrofobiniais barjerais. Po to yra tiriama nusodinto skysto biologinio mėginio sąveika su specifinėmis analitės molekulėmis ant numatytų CMUT jutiklių membranų paviršių užnešant tikslią analitės dozę, kuri yra valdoma valdant ežektoriaus judėjimo greitį, jo antgalio galo atstumą iki jutiklio paviršiaus, keičiant jutiklio paviršiaus medžiagą, jutiklio masyvų elementus vieną nuo kito atribojant hidrofobiniais barjerais.A programmable, variable-step application system of liquid biological solutions on the surface of individual arrays of selected CMUT sensors can carry varying amounts of sensor element modifying material and analyte. Changing the ejector nozzle may result in solutions of different materials or changes in the concentration of the materials. The solution delivery system includes a sample ejector positioning device with a liquid dosing ejector with a dosing nozzle, the dimensions of which depend on the volume of liquid applied to the array elements of the CMUT sensor, and is controlled by an electric or piezoelectric actuator. The surface of the CMUT cell array is modified, for example, by immobilizing on it an active biochemical element, such as an antigen, and a sample of a liquid biological solution, such as an antibody, is deposited on it to produce a signal characterizing the sample. The CMUT sensor cell arrays are sequentially connected to a signal measuring and processing device that measures the electromechanical impedance of the CMUT sensor membranes, which is directly related to the physical properties of the resulting coating solution, such as the Jungian modulus, viscosity, density. A computer device is used to store and process data. Prior to measurements, the surface of the CMUT sensor membranes is modified by applying a precise dose of modifying fluid to each element of the CMUT sensor array, which is controlled by varying the ejector movement velocity, tip tip distance, sensor surface material, sensor cell arrays. separating by hydrophobic barriers. Thereafter, the interaction of the precipitated liquid biological sample with specific analyte molecules on the intended CMUT sensor membrane surfaces is investigated by applying an accurate dose of the analyte that is controlled by the ejector speed, tip tip distance, sensor surface material, sensor array elements. others were separated by hydrophobic barriers.

Trumas brėžinių aprašymasBrief description of the drawings

Kiti išradimo požymiai ir privalumai yra aprašomi detaliame išradimo aprašyme su nuoroda į žemiau pateiktus brėžinius. Pridedami brėžiniai yra sudedamoji išradimo aprašymo dalis. Brėžiniai ir schemos gali nebūtinai atitikti mastelį. Detalės, kurios nėra būtinos aiškinant veikimo prasmę ir neturi ryšio su šiuo aprašymu, nėra pateikiamos.Other features and advantages of the invention are described in the detailed description of the invention with reference to the drawings below. The accompanying drawings are an integral part of the invention. Drawings and diagrams may not necessarily be scalable. Details that are not necessary for an understanding of the meaning of the act and have no relation to this description are provided.

Pav. 1 yra pavaizduota CMUT jutiklio celės veikimo principą iliustruojanti schema;Fig. 1 is a diagram illustrating the operation of a CMUT sensor cell;

Pav. 2 yra pavaizduota CMUT jutiklis, suskirstytas į atskirus CMUT jutiklio masyvus, kurie yra atskirti vienas nuo kito hidrofobiniais barjerais;Fig. 2 shows a CMUT sensor divided into separate CMUT sensor arrays, which are separated by hydrophobic barriers;

Pav. 3a yra pavaizduotas vienas CMUT jutiklio masyvo elementas, ežektoriaus antgalis su išspaustu pusės sferos formos skysčio tūriu;Fig. Fig. 3a is a view showing one element of a CMUT sensor array, an ejector nozzle with an extruded half-spherical fluid volume;

Pav. 3b yra pavaizduotas vienas CMUT jutiklio masyvo elementas, ežektoriaus antgalis su išspaustu sferos formos skysčio tūriu;Fig. Figure 3b shows one element of a CMUT sensor array, an ejector nozzle with an extruded spherical fluid volume;

Pav. 4 yra pavaizduotas užnešto skysto biologinio mėginio matavimo atlikimo algoritmas;Fig. Fig. 4 shows an algorithm for measuring a applied liquid biological sample;

Pav. 5 yra pavaizduota matavimo sistemos struktūrinė schema;Fig. 5 is a schematic diagram of a measuring system;

Pav. 6 yra pavaizduota programuojamos automatinės, kintamo žingsnio tirpalų užnešimo sistemos schema.Fig. 6 is a schematic diagram of a programmable automated, variable step solution application system.

Prieš pateikiant detalų išradimo aprašymą su nuoroda į išradimo įgyvendinimo pavyzdžių brėžinius, atkreipiame dėmesį, kad identiški elementai yra pažymėti tokiais pačiais skaitmenimis visuose brėžiniuose.Before referring to the detailed description of the invention, with reference to the drawings of exemplary embodiments of the invention, it is to be noted that identical elements are denoted by the same numerals throughout the drawings.

Detalus išradimo aprašymasDetailed Description of the Invention

Pagal šį išradimą yra atskleidžiamas skystų biologinių mėginių tyrimui skirtas CMUT jutiklis, jutiklio elementų tikslus paviršių modifikavimo ir tikslus skystų biologinių tirpalų mėginių nusodinimo būdas, naudojant sistemą su CMUT jutikliais.According to the present invention there is disclosed a CMUT sensor for liquid biological sample assays, a precise surface modification of sensor elements and an accurate deposition of liquid biological solution samples using a system with CMUT sensors.

CMUT jutiklis (201, 304) yra sudarytas iš bent vieno masyvo elemento (202), apimančio bent vieną celę (101), kurios skersmuo yra pavyzdžiui 10 - 100 pm. Pageidautinai ląstelių skaičius viename elemente (202) yra daugiau negu viena. Bent viena celė (101) apima membraną (102), kuri izoliuojančiais laikikliais (103) yra atskirta nuo struktūrinio pagrindo (104), sudarant vakuumo tarpelį (105). Membranos viršutinis sluoksnis (106) gaminamas iš medžiagos, pavyzdžiui aukso, ant kurios technologiškai galima suformuoti aktyvų medžiagos sluoksnį (107), skirtą keitiklio membranos modifikavimui. Membranos forma, neapsiribojant pateiktais pavyzdžiais, gali būti disko formos, keturkampė, daugiakampė ar kitos formos. Bent vienas membranos sluoksnis (102) yra laidus elektros srovei ir yra naudojamas kaip viršutinis elektrodas (106). Tarp membranos (102) ir pagrindo (104) suformuojamas izoliacinis sluoksnis (103), elektrodų atskyrimui ir vakuuminis tarpelis (105) reikalingas membranos vibravimui. Jutikliu celės (101) yra suformuotos ant legiruoto silicio plokštelės (104), kuri atlieka apatinio elektrodo funkciją. Prie jutiklio elektrodų (104, 106) yra prijungiama įtampa, nepriklausomai nuo poliškumo. Membrana (102) dėl kuloninės sąveikos įlinksta į pagrindo pusę, o membranos vibravimas yra sužadinamas membranos įlinkį keičiant kintančiu elektriniu lauku. Mechaninės galios ir elektrinės impedanso dedamosios padidinimui CMUT celės (101) yra jungiamos lygiagrečiai, suformuojant jutiklio (201) elementų (202), apimančių vieną ar daugiau celių (101), masyvus. CMUT celės vibravimo dažnis, priklausomai nuo membranos konstrukcijos ir funkcinių medžiagų, apima 100 kHz + 60 MHz dažnių ruožą. CMUT masyvą apkraunant papildoma mase pasikeičia dinaminiai jutiklio parametrai: rezonansinis dažnis ir elektromechaninis impedansas. Tam, kad CMUT jutiklis (201) veiktų kaip cheminis ir/arba biologinis jutiklis, jo ląstelių (101) paviršius yra modifikuotas, t.y. padengtas aktyvios medžiagos sluoksniu (107) su kuriuo sąveikauja analizuojamos skystos medžiagos sudedamosios dalys. Dėl atsirandančių ryšių su analizuojamos medžiagos sudedamosiomis dalimis, vibruojančios membranos masė ir viskoelastinės savybės pasikeičia, tuo pačiu pakeisdamos sistemos rezonansinį dažnį, virpesių amplitudę ir rezonanso kokybę. Tokio tipo CMUT jutikliai pasižymi dideliu jautrumu (iki 10‘15g), membranų masės pokyčiams. Jutiklio (201) masyvų elementų (202, 303) paviršiaus modifikavimo skystos medžiagos užnešimui ir analizei jutikliu (201) skirtos skystos medžiagos užnešimo tikslumui pagerinti, ir užnešamų skystų medžiagų nutekėjimo į šalia esantį keitiklio elementą prevencijai, keitiklių elementai yra papildomai atskirti hidrofobinėmis pertvaromis (203). Hidrofobinės pertvaros gali būti suformuotos iš ultravioletine spinduliuote formuojamos polimerinės medžiagos, pavyzdžiui SU8, EpoCore, EpoClad ir kit, ar hidrofobinio PECVD silicio nitrido.The CMUT sensor (201, 304) comprises at least one array element (202) comprising at least one cell (101) having a diameter of, for example, 10 to 100 µm. Preferably, the number of cells per cell (202) is more than one. At least one cell (101) comprises a membrane (102) which is separated from the structural substrate (104) by insulating brackets (103) to form a vacuum gap (105). The membrane top layer (106) is made of a material, such as gold, on which a technologically active layer (107) can be formed for modification of the transducer membrane. The membrane shape may include, but is not limited to, disk-shaped, quadrangular, polygonal, or other forms. At least one membrane layer (102) is electrically conductive and serves as a top electrode (106). An insulating layer (103) is formed between the diaphragm (102) and the substrate (104), for electrode separation and a vacuum gasket (105) for vibration of the diaphragm. The sensor cells (101) are formed on a doped silicon wafer (104) which serves as a lower electrode. A voltage is applied to the sensor electrodes (104, 106) regardless of polarity. The membrane (102) is inclined towards the base due to the coulomb interaction, and the vibration of the membrane is induced by changing the membrane deflection by an alternating electric field. To increase mechanical power and electrical impedance components, CMUT cells (101) are connected in parallel to form arrays of sensor (201) elements (202) comprising one or more cells (101). The vibration frequency of the CMUT cell, depending on the membrane design and the functional materials, covers the 100 kHz + 60 MHz band. When the CMUT array is loaded with additional mass, the dynamic sensor parameters change: resonant frequency and electromechanical impedance. In order for the CMUT sensor (201) to function as a chemical and / or biological sensor, the surface of its cells (101) is modified, i.e., coated with an active substance layer (107) that interacts with the liquid constituents to be analyzed. As a result of the resulting connections with the constituents of the material being analyzed, the mass and viscoelastic properties of the vibrating membrane are altered, while altering the resonant frequency, oscillation amplitude and resonance quality of the system. This type of CMUT sensors exhibit high sensitivity (up to 10 '15 g) to changes in membrane mass. Further, the transducer elements are further separated by hydrophobic baffles (203) for surface modification of the sensor elements (202) for surface modification and analysis of the liquid material for sensing the liquid material by the sensor (201), and for preventing the transfer of liquid material to the adjacent transducer element. ). Hydrophobic partitions may be formed from ultraviolet polymeric material such as SU8, EpoCore, EpoClad and others, or hydrophobic PECVD silicon nitride.

Skysto mėginio, kaip pavyzdžiui skysto biologinio mėginio, tokio, kaip žmogaus ar gyvūno kraujo plazma, jos preparatas ar kito natūralaus biologinio skysčio preparatas, analizės procesas yra pradedamas minėto bent vieno CMUT jutiklio (201) bent vieno masyvo elemento (202, 303) paviršiaus modifikavimu (401). Tai yra atliekama ant jutiklio elemento (202, 303) paviršius užnešant paviršiaus modifikavimo molekulių (108) turintį tirpalą (205). Paviršiaus modifikavimui yra naudojamos skirtingos imobilizavimo metodikos (402), priklausomai nuo paviršiaus sluoksnio (auksas, silicio nitridas ir k.t.), ir viena iš jų (neapribojant kitų adekvačių imobilizavimo būdų naudojimo) yra tirpale esančių molekulių surišimas membranos paviršiuje glutaro aldehido garais. Po šios procedūros membrana plaunama ir džiovinama (402), jei tyrimai atliekami ore, arba po plovimo paliekama tirpale, jei sąveika su analite yra registruojama skystoje terpėje. Plovimo metu yra pašalinamos nespecifiškai paviršiuje jsimobilizavusios medžiagos. Tirpale esančios medžiagos yra imobilizuojamos (402) ant jutiklio (201) elementų (202, 303) paviršiaus naudojant papildomus fizikinius ir/ar cheminius procesus, pavyzdžiui džiovinamą, surišimą bifunkciniais reagentų garais ar tirpalu. Imobilizuojamų medžiagų perteklius pašalinamas nuo paviršiaus plaunant.The process of analyzing a liquid sample, such as a liquid biological sample such as human or animal blood plasma, a preparation thereof, or another natural biological fluid preparation, begins by modifying the surface of at least one array element (202, 303) of said at least one CMUT sensor (201). (401). This is accomplished by depositing a solution (205) containing the surface modification molecules (108) on the surface of the sensor element (202, 303). Surface modification involves different immobilization techniques (402) depending on the surface layer (gold, silicon nitride, etc.), and one of these (without prejudice to the use of other appropriate immobilization methods) is the binding of solution molecules to the membrane surface by glutaric aldehyde vapor. Following this procedure, the membrane is washed and dried (402) if assayed in air, or after washing, left in solution if interaction with the analyte is recorded in a liquid medium. Non-specific surface-immobilizing substances are removed during washing. The substances in the solution are immobilized (402) on the surface of the sensor (201) elements (202, 303) using additional physical and / or chemical processes, such as drying, bifunctional reagent vapor or solution binding. Excess immobilizers are removed from the surface by washing.

Aktyvaus modifikuojančio tirpalo kiekis ant jutiklio (201) elemento (202, 303) paviršiaus yra užnešamas ežektoriumi (204, 301, 30T, 614), kuris yra įtaisytas elektrinėmis pavaromis (601, 604, 608, 611) valdomame laikiklyje (618). Ežektoriaus judėjimo valdymas yra atliekamas programuojamomis pavaromis (501, 601, 604, 608, 611) per kompiuterinę priemonę (506). Tirpalo užnešimas yra atliekamas prilietimo būdu ant ežektoriaus antgalio išspaudžiant tokį tirpalo kiekį, kuris dėl skysčio paviršinių įtempimų yra apribojamas antgalio skersmeniu ir sudaro apytiksliai pusės sferos formos darinį (205, 302). Išspaudžiamo tirpalo tūris tokioje formoje gali būti valdomas keičiant ežektoriaus antgalio parametrus. Vienu atveju, norint užtikrinti kuo mažesnį išspaudžiamo tirpalo tūrį yra naudojamas hidrofobinis, atitinkamo skersmens ežektoriaus antgalis (204, 301), taip suformuojant pusės sferos formos vandens darinį ant ežektoriaus antgalio (204, 301) galo. Pavyzdžiui naudojant adatą iš hidrofobinės medžiagos, kurios išorinis skersmuo yra 0.8 mm, o vidinis skylės - 0.4 mm, galima suformuoti 0.4 mm skersmens pusės sferos formos lašą (205, 302). Ežektoriaus antgalį su 0.4 mm skersmens pusės sferos lašu vertikaliai pozicionuojant 1 mikrometro tikslumu nuo CMUT jutiklio masyvo elemento (202, 303) paviršiaus, vandens savybes turinčiu skysčiu galima modifikuoti 80 pm skersmens arba didesnį jutiklio elementą (202, 303). Sumažinus adatos skylės skersmenį iki 0.2 mm, pusės sferos lašu atitinkamai galima modifikuoti 56 pm skersmens arba didesnį jutiklio elementą (202, 303). Kitu atveju, kaip ežektoriaus antgalį naudojant, pavyzdžiui medicininę adatą (301'), kuri yra iš hidrofilinės medžiagos ir kurios išorinis skersmuo yra 0.8 mm, o vidinis - 0.4 mm, galima suformuoti pusės sferos formos lašą (302'). Ežektoriaus antgalį su 0.8 mm skersmens pusės sferos lašu vertikaliai pozicionuojant 1 mikrometro tikslumu nuo CMUT jutiklio elemento (202, 303) paviršiaus, vandens savybes turinčiu skysčiu galima modifikuoti 160 mikrometrų skersmens arba didesnį jutiklio elementą, sumažinus adatos skersmenį iki 0.4 mm, pusės sferos lašu atitinkamai galima modifikuoti 80 mikrometrų skersmens arba didesnį jutiklio elementą (202, 303). Minėtų matmenų adata formuoja ne mažesnę kaip 1 mm skersmens vandens sferą, kurios nusodinimas, pavyzdžiui lašinimo būdu, sudrėkintų žymiai didesnį jutiklio plotą.The amount of active modifying solution is applied to the surface of the sensor element (202) by means of an ejector (204, 301, 30T, 614), which is mounted in a holder (618) controlled by electric actuators (601, 604, 608, 611). The movement of the ejector is controlled by programmable actuators (501, 601, 604, 608, 611) via a computer tool (506). The application of the solution is accomplished by contacting the ejector nozzle by touching an amount of solution which, due to the surface tension of the liquid, is limited to the diameter of the nozzle and forms an approximately half-spherical derivative (205, 302). The volume of the ejected solution in this form can be controlled by changing the ejector nozzle parameters. In one case, a hydrophobic ejector nozzle (204, 301) of appropriate diameter is used to ensure a minimum volume of squeezable solution, thereby forming a semi-spherical water derivative on the end of the ejector nozzle (204, 301). For example, using a needle made of a hydrophobic material with an outer diameter of 0.8 mm and an inner hole of 0.4 mm, it is possible to form a 0.4 mm diameter half-spherical drop (205, 302). By vertically positioning the ejector nozzle with a 0.4 mm diameter half-sphere drop to within 1 micrometer of the surface of the CMUT sensor array element (202, 303), the water-capable fluid can modify the sensor element (202, 303) or more. By reducing the diameter of the needle hole to 0.2 mm, a half-sphere drop can be used to modify the sensor element (202, 303) or larger by 56 µm in diameter. Alternatively, using a ejector nozzle, for example, a medical needle (301 ') of hydrophilic material having an outer diameter of 0.8 mm and an inner diameter of 0.4 mm can be used to form a half spherical drop (302'). By positioning the ejector tip with a 0.8 mm diameter half-sphere drop vertically within 1 micrometer of the surface of the CMUT sensor element (202, 303), the water-like fluid can be modified with a 160 micrometer diameter or larger sensor element by reducing the needle diameter to 0.4 mm, respectively. a sensor element (202, 303) 80 microns in diameter or larger can be modified. The needle of said dimensions forms a sphere of water of at least 1 mm in diameter, the deposition of which, for example by dripping, would wet a much larger area of the sensor.

Prie jutiklio (201, 304) kiekvieno elemento (202, 303) ežektoriaus antgalis (204, 301) yra privedamas taip, kad suformuotas skysčio darinys (205, 302) priliestų CMUT keitiklio elemento (202, 303) paviršių. Nusodinto skysčio tūris papildomai gali būti valdomas valdant skysčio paviršiaus (202, 303) prilietimo trukmę prie CMUT elemento paviršiaus, sinchronizuojant ežektoriaus stūmoklio atitraukimą su pačio ežektoriaus atitraukimu. Tokiu būdu nusodintas tūris mažiau priklauso nuo ežektoriaus antgalio skersmens. Valdant prilietimo trukmę, galima individualizuoti kiekvieną jutiklio elementą jau jo naudojimo metu (nereikia keisti konstrukcijos bei fotošablonų), galima užnešti skirtingus analizuojamos medžiagos kiekius bei tūrius ant laisvai pasirinktų keitiklio elementų, tokiu būdu suformuojant atraminius kanalus ir kanalus medžiagų sąveikos parametrų išsibarstymo tyrimams. Kadangi skysčio sklidimo hidrofiliniame jutiklio elemento plote greitis yra ribotas, trumpesnis prilietimo laikas reiškia mažesnį nusodinto skysčio kiekį ir atvirkščiai. Praktiškai, mažiausias nusodinamas tūris yra apribotas mažiausia prilietimo trukme apie 10 ms. Skystį nusodinant trumpais prisilietimais, kurių trukmę sąlygoja maži jutikliu elementų matmenys ir (kaip pasekmė) mažas nusodinamo skysčio tūris, galima reikšmingai padidinti viso jutiklio modifikavimo greitį. Praktinė trumpiausia ežektoriaus antgalio pastatymo x-y ašių kryptimi trukmė yra apie 50 ms, z ašies kryptimi visas pastatymo ir prilietimo ciklas trunka 30 ms. Taip vienam elementui modifikuoti sugaištama apie ms, kas reiškia maksimalų 12.5 masyvų elementų (202, 303) per sekundę modifikavimo našumą.The ejector nozzle (204, 301) of each element (202, 303) is brought to the sensor (201, 304) such that the formed liquid derivative (205, 302) contacts the surface of the CMUT transducer element (202, 303). The volume of fluid deposited may additionally be controlled by controlling the contact time of the fluid surface (202, 303) with the surface of the CMUT element by synchronizing the ejector piston retraction with the ejector itself. The volume so deposited is less dependent on the diameter of the ejector nozzle. By controlling the duration of the touch, it is possible to personalize each sensor element during its use (no need to change design or photo templates), apply different amounts and volumes of analyte on freely selected transducer elements, thus forming support channels and channels for exploration of material interaction parameters. Due to the limited velocity of the fluid in the hydrophilic area of the sensor element, a shorter contact time means a smaller amount of the deposited liquid and vice versa. In practice, the minimum deposited volume is limited to a minimum contact time of about 10 ms. Liquid deposition in short touches, the duration of which is caused by the small dimensions of the sensor elements and (as a consequence) by the small volume of liquid deposited, can significantly increase the rate of modification of the entire sensor. The shortest practical placement of the ejector nozzle in the x-y axis is about 50 ms, while the z-axis has a total mounting and contact cycle of 30 ms. This saves about ms for one element modification, which represents a maximum modification performance of 12.5 arrays of elements (202, 303) per second.

Po modifikavimo žingsnio yra atliekami atraminiai matavimai (403), tam kad įvertinti po CMUT jutiklio paviršiaus modifikavimo pasikeitusį rezonansinį dažnį, virpesių amplitudę ir rezonanso kokybę. Tai svarbu nustatant selektyvią jutiklio reakciją į nespecifiškai ir specifiškai su membrana sąveikaujančias molekules.After the modification step, supporting measurements (403) are performed to evaluate the resonant frequency, oscillation amplitude and resonance quality changed after the CMUT sensor surface modification. This is important in determining the selective response of a sensor to non-specific and membrane-interacting molecules.

Ant modifikuoto jutiklio paviršiaus (108) yra užnešamas tirpalas su analite (109), kurios sąveika keitiklio (101) paviršiuje (108) yra registruojama (404). Analitės sąveika su CMUT keitiklių membranomis (405) gali būti kontroliuojama palaikant temperatūrą, naudojant katalizatorius, matuojant ir valdant sąveikos laiką arba kitomis panašiomis priemonėmis.A modified sensor surface (108) is provided with a solution containing the analyte (109), whose interaction at the transducer (101) surface (108) is recorded (404). The interaction of the analyte with the CMUT transducer membranes (405) can be controlled by maintaining the temperature, using catalysts, measuring and controlling the interaction time, or other similar means.

Analitės tirpalo kiekis ant keitiklio (201, 304) elemento (202, 303) paviršiaus yra užnešamas ežektoriumi, kuris yra įtaisytas elektrinėmis pavaromis (601, 604, 608, 611) valdomame laikiklyje (618). Ežektoriaus judėjimo valdymas yra atliekamas programuojamomis pavaromis (501, 601, 604, 608, 611) per kompiuterinę priemonę (506). Tirpalo užnešimas yra atliekamas prilietimo būdu. Ant ežektoriaus antgalio (204, 301) yra išspaudžiant toks tirpalo kiekis, kuris dėl skysčio paviršinių įtempimų yra apribojamas antgalio skersmeniu ir sudaro apytiksliai pusės sferos formos darinį (205, 302). Išspaudžiamo tirpalo tūris tokioje formoje gali būti valdomas keičiant ežektoriaus antgalio parametrus. Vienu atveju, norint užtikrinti kuo mažesnį išspaudžiamo tirpalo tūrį yra naudojamas hidrofobinis, atitinkamo skersmens ežektoriaus antgalis (301), taip suformuojant pusės sferos formos tirpalo darinį (302) ant ežektoriaus antgalio galo. Pavyzdžiui naudojant adatą iš hidrofobinės medžiagos, kurios išorinis skersmuo yra 0.8 mm, o vidinis skylės - 0.4 mm, galima suformuoti 0.4 mm skersmens pusės sferos formos lašą (302). Ežektoriaus antgalį su 0.4 mm skersmens pusės sferos lašu vertikaliai pozicionuojant 1 mikrometro tikslumu nuo CMUT elemento paviršiaus, vandens savybes turinčiu skysčiu galima modifikuoti 80 mikrometrų skersmens arba didesnį jutiklio masyvo elementą (202, 303), sumažinus adatos skylės skersmenį iki 0.2 mm, pusės sferos lašu atitinkamai galima modifikuoti 56 mikrometrų skersmens arba didesnį jutiklio masyvo elementą (202, 303). Kitu atveju, kaip ežektoriaus antgalį naudojant, pavyzdžiui medicininę adatą (30T), kuri yra iš hidrofilinės medžiagos ir kurios išorinis skersmuo yra 0.8 mm, o vidinis - 0.4 mm, galima suformuoti pusės sferos formos lašą (302'), dengiantį visą ežektoriaus antgalio galo perimetrą. Ežektoriaus antgalį su 0.8 mm skersmens pusės sferos lašu vertikaliai pozicionuojant 1 mikrometro tikslumu nuo CMUT elemento paviršiaus (303), vandens savybes turinčiu skysčiu galima modifikuoti 160 mikrometrų skersmens arba didesnį jutiklio elementą, sumažinus adatos skersmenį iki 0.4 mm, pusės sferos lašu atitinkamai galima modifikuoti 80 mikrometrų skersmens arba didesnį jutiklio elementą. Minėtų matmenų adata formuoja ne mažesnę kaip 1 mm skersmens vandens sferą, kurios nusodinimas, pavyzdžiui lašinimo būdu, sudrėkintų žymiai didesnį jutiklio plotą.The amount of analyte solution is applied to the surface of the transducer (201, 304) element (202, 303) by means of an ejector, which is mounted in a holder (618) controlled by electric actuators (601, 604, 608, 611). The movement of the ejector is controlled by programmable actuators (501, 601, 604, 608, 611) via a computer tool (506). Applying the solution is done by touch. On the ejector nozzle (204, 301), an amount of solution is extruded which, due to the superficial stresses of the liquid, is limited to the diameter of the nozzle and forms an approximately half-spherical derivative (205, 302). The volume of the ejected solution in this form can be controlled by changing the ejector nozzle parameters. In one embodiment, a hydrophobic ejector nozzle (301) of appropriate diameter is used to provide a minimum spherical volume of solution, thereby forming a half-spherical solution derivative (302) on the end of the ejector nozzle. For example, using a needle made of a hydrophobic material having an outer diameter of 0.8 mm and an inner hole of 0.4 mm, it is possible to form a 0.4 mm diameter half-spherical drop (302). By positioning the ejector tip with a 0.4 mm diameter half-sphere drop vertically within 1 micrometer of the CMUT element surface, a water-soluble fluid can modify the sensor array element (202, 303) 80 microns in diameter or larger by reducing the needle hole diameter to 0.2 mm, a sensor array element (202, 303) having a diameter of 56 micrometers or larger can be modified accordingly. Alternatively, using a ejector nozzle, for example, a medical needle (30T) of hydrophilic material having an outer diameter of 0.8 mm and an inner diameter of 0.4 mm, it is possible to form a half spherical drop (302 ') covering the entire end of the ejector nozzle. perimeter. By positioning the ejector tip with a 0.8 mm diameter half-sphere drop vertically to within 1 micrometer of the CMUT element surface (303), the water-like fluid can be modified with a 160 micrometer-diameter or larger sensor element by reducing the needle diameter to 0.4 mm, micrometer diameter or larger sensor element. The needle of said dimensions forms a sphere of water of at least 1 mm in diameter, the deposition of which, for example by dripping, would wet a much larger area of the sensor.

Prie keitiklio (304) kiekvieno elemento (303) ežektoriaus antgalis (301) yra privedamas taip, kad suformuotas skysčio darinys (302) priliestų CMUT elemento paviršių. Nusodinto skysčio tūris papildomai gali būti valdomas valdant skysčio paviršiaus (302) prilietimo trukmę prie CMUT elemento (303) paviršiaus, sinchronizuojant ežektoriaus stūmoklio atitraukimą su pačio ežektoriaus atitraukimu. Tokiu būdu nusodintas tūris mažiau priklauso nuo ežektoriaus antgalio skersmens. Valdant prilietimo trukmę, galima individualizuoti kiekvieną jutiklio masyvo elementą (303) jau jo naudojimo metu (nereikia keisti konstrukcijos bei fotošablonų), galima užnešti skirtingus analizuojamos medžiagos kiekius bei tūrius ant laisvai pasirinktų keitiklio elementų, tokiu būdu suformuojant atraminius kanalus ir kanalus reakcijos parametrų išsibarstymo tyrimams. Kadangi skysčio sklidimo hidrofiliniame jutiklio elemento plote greitis yra ribotas, trumpesnis prilietimo laikas reiškia mažesnį nusodinto skysčio kiekį ir atvirkščiai. Praktiškai, mažiausias nusodinamas tūris yra apribotas mažiausia prilietimo trukme apie 10 ms. Skystį nusodinant trumpais prisilietimais, kurių trukmę sąlygoja maži jutikliu elementų matmenys ir (kaip pasekmė) mažas nusodinamo skysčio tūris, galima reikšmingai padidinti viso jutiklio modifikavimo greitį. Praktinė trumpiausia ežektoriaus antgalio pastatymo x-y ašių kryptimi trukmė yra apie 50 ms, z ašies kryptimi visas pastatymo ir prilietimo ciklas trunka 30 ms. Taip vienam elementui modifikuoti sugaištama apie 80 ms, kas reiškia maksimalų 12.5 elementų per sekundę modifikavimo našumą.The ejector nozzle (301) of each element (303) is led to the transducer (304) such that the formed liquid derivative (302) contacts the surface of the CMUT element. The volume of deposited fluid may additionally be controlled by controlling the contact time of the fluid surface (302) with the surface of the CMUT element (303) by synchronizing the ejector piston retraction with the ejector itself. The volume so deposited is less dependent on the diameter of the ejector nozzle. By controlling the touch duration, each element of the sensor array (303) can be personalized during use (no need to change design or photo templates), different amounts and volumes of analyte can be deposited on freely selected transducer elements, thereby forming support channels and channels for scattering response . Because of the limited velocity of the fluid to pass through the hydrophilic area of the sensor element, a shorter contact time means less amount of fluid deposited and vice versa. In practice, the minimum deposited volume is limited to a minimum contact time of about 10 ms. Liquid deposition in short touches, the duration of which is due to the small size of the sensor elements and (as a consequence) the small volume of liquid deposited, can significantly increase the rate of modification of the entire sensor. In practice, the shortest placement of the ejector nozzle in the x-y axis is about 50 ms, while the z-axis has a total mounting and touch cycle of 30 ms. This takes about 80 ms to modify one element, which means a maximum modification performance of 12.5 elements per second.

Prieš atliekant matavimus (408), nereikalingi reakcijos produktai ir neįsimobilizavusios medžiagos gali būti pašalintos plaunant (406), arba naudojant kitas priemones. Susiformavusi struktūra ant jutiklio celių masyvų paviršiaus prieš atliekant matavimus gali būti papildomai plaunama, džiovinama ar kitaip apdorojama (407). Atliekami matavimai (408) apima bent elektromechaninio impedanso parametrų matavimus, matavimo duomenis išsaugant su matavimo įrenginiu sujungto kompiuterinio įrenginio duomenų saugojimo laikmenoje. Atlikus pilną matavimų ciklą, keitiklio (202, 303) paviršius gali būti nuvalomas (409), paruošiant naujam matavimui.Unnecessary reaction products and unmobilized materials may be removed by washing (406) or other means prior to measurements (408). The resulting structure on the surface of sensor cell arrays may be further washed, dried, or otherwise treated prior to measurement (407). The measurements (408) comprise at least measurements of the electromechanical impedance parameters, the measurement data being stored in a data storage medium of a computer device connected to the measuring device. After a complete measurement cycle, the surface of the converter (202, 303) can be cleaned (409), ready for a new measurement.

Be išvardintų priemonių, kurių pagalba yra pasiekiamas skystos modifikavimo medžiagos ir analitės tirpalo valdomo tūrio nusodinimas ant CMUT jutiklio elemento (202, 303), papildomai yra naudojami hidrofobiniai barjerai (203), apribojantys individualių CMUT jutiklių masyvų elementų (202, 303) plotą. Hidrofilinės medžiagos (pavyzdžiui, aukso) plotas (darbinis jutiklio elemento plotas) gali būti suformuotas ant CMUT keitiklio elemento, naudojant tiesioginės ar atvirkštinės fotolitografijos techniką. Hidrofilinės medžiagos plotas gali būti apribotas hidrofobine medžiaga (pavyzdžiui, fotopolimeru arba silicio nitridu). Tam, kad ežektoriumi suformuoto skysčio lašo dalis padengtų visą hidrofilinį jutiklio elemento (202, 303) plotą (kurio matmuo gali būti mažesnis už ežektoriaus antgaliu suformuoto lašo skersmenį), užtenka hidrofilinį paviršių paliesti suformuotos skysčio sferos (205, 302) ar pusiau sferos kraštu viename taške. Hidrofilinė sąveika tarp skysčio paviršiaus ir jutiklio paviršiaus suardys skysčio paviršinių jėgų sudarytą barjerą, ir dalis suformuoto lašo pasklis jutiklio darbiniame paviršiuje. Tuo pačiu metu jutiklio elemento darbinį paviršių ribojanti hidrofobine medžiaga (202) neleis skysčiui pasklisti didesniame plote, o nusodinto skysčio kiekis bus proporcingas jutiklio elemento darbinio paviršiaus matmenims bei hidrofiliškumo koeficientui. Taip bus pasiektas didesnis jutiklio modifikavimo tikslumas ir atsikartojamumas.In addition to the above-mentioned means for achieving controlled volume deposition of the liquid modifier and the analyte solution on the CMUT sensor element (202, 303), additional hydrophobic barriers (203) are used to limit the area of the individual CMUT sensor array elements (202, 303). The area of the hydrophilic material (such as gold) (working area of the sensor element) can be formed on the CMUT transducer element using direct or reverse photolithography technique. The area of the hydrophilic material may be limited to a hydrophobic material (such as a photopolymer or silicon nitride). In order to cover the entire hydrophilic area of the sensor element (202, 303) (which may be smaller than the diameter of the droplet formed by the ejector nozzle), it is sufficient to touch the hydrophilic surface with the edge of the fluid sphere (205, 302) at a point. The hydrophilic interaction between the surface of the liquid and the surface of the sensor will break the barrier formed by the surface forces of the liquid, and a portion of the formed drop will be dispersed on the surface of the sensor. At the same time, the hydrophobic material limiting the working surface of the sensor element (202) will prevent the fluid from spreading over a larger area, and the amount of fluid deposited will be proportional to the dimensions of the working surface of the sensor element and hydrophilicity. This will result in greater accuracy and repeatability of sensor modification.

Aprašyta skysčio nusodinimo prilietimu technika leidžia, naudojant įprastinių matmenų ir medžiagų ežektoriaus antgalį, skystį nusodinti žymiai mažesniame plote, nei kitais žinomais skysčių nusodinimo būdais. Mažesnis nusodinimo plotas reiškia mažesnius jutiklio masyvų elementų matmenis, o tai reiškia - ir mažesnius viso jutiklio matmenis. Kadangi CMUT jutiklių ląstelės yra gaminamos silicio mikromontavimo technologijomis, jų pagaminimo savikainą apibrėžia užimamas kristalo plotas. Kuo mažesni jutiklio matmenys, tuo jis pigesnis. Iš kitos pusės, nusodinimo plotą galima sumažinti nemažinant ežektoriaus antgalio matmenų.The described fluid deposition technique allows the liquid to be deposited in a much smaller area than other known liquid deposition methods by using an ejector nozzle of conventional dimensions and materials. A smaller deposition area means smaller dimensions of the sensor array elements, which also means a smaller overall sensor dimension. Because CMUT sensor cells are manufactured using silicon micromachining technology, their production cost is determined by the area of the crystal occupied. The smaller the sensor, the cheaper it is. On the other hand, the deposition area can be reduced without reducing the size of the ejector nozzle.

CMUT jutiklio (201, 304, 615) elementų paviršiaus modifikavimui ir analitės tirpalo analizei vykdyti naudojamas prietaisas apima bent rėminę konstrukciją (607, 617), kompiuteriu valdomas x ašies (601), y ašies (604), dozatoriaus pakėlimo/nuleidimo (608) ir dozatoriaus stūmoklio valdymo (611) pavaras, ežektoriaus laikiklį (613). Su šiomis pavaromis ir kreipiančiųjų (602, 603, 605, 606, 609, 610) pagalba dozatoriaus (613) poslinkis valdomas x ir y ašių kryptimis. Z ašies kryptimi dozatorius pakeliamas arba nuleidžiamas. Kompiuteriu valdomas dozatoriaus stūmoklio (612) poslinkis užtikrina tikslų tirpalo išspaudimą ant ežektoriaus antgalio galo ir vėlesnį jo užnešimą ant pasirinkto CMUT jutiklio (615) masyvų elemento (202, 303). CMUT jutiklis prie staliuko (616) yra tvirtinamas vakuuminio siurbtuko pagalba.The device used for surface modification of the elements of the CMUT sensor (201, 304, 615) and for analyzing the analyte solution comprises at least a frame structure (607, 617), a computer controlled x-axis (601), a y-axis (604), metering up / down (608). and actuator piston control (611) actuator, ejector holder (613). With these actuators and with the help of the guides (602, 603, 605, 606, 609, 610) the displacement of the dispenser (613) is controlled in the x and y axis directions. The metering unit is raised or lowered in the Z axis. The computer-controlled displacement of the dispensing plunger (612) ensures accurate squeezing of the solution on the tip of the ejector nozzle and subsequent application thereof to the array element (202, 303) of the selected CMUT sensor (615). The CMUT sensor is attached to the table (616) by means of a vacuum suction cup.

Elektromechaninio impedanso amplitudės ir dažnio matavimams naudojamas grandinių analizatorius arba specializuotas elektronikos blokas (504). Abiejų parametrų pokytis matuojamas tuo pačiu metu, todėl visa informacija surinkta matavimo metu, potencialiai yra patikimesnė ir geriau iliustruojanti reiškinį, negu atliekant vieno iš pasirinktų parametrų, pvz. rezonansinio dažnio, matavimus. Naudojamas elektronikos blokas turi vieną matavimo kanalą. Atskiri CMUT elementų masyvai (202, 303) (matavimo kanalai), prie elektronikos bloko (504) prijungiami per komutatorių (503). Grandinių analizatorius (504) ir tirpalų užnešimo prietaisas (501) yra valdomas kompiuterine priemone (506). Kompiuterinė priemonė taip pat naudojama matavimo proceso metu gaunamos informacijos rinkimui, saugojimui, interpretavimui ir apdorojimui. Reagentų ant keitiklio paviršiaus imobilizavimui, reakcijos proceso valdymui, nereikalingų reakcijos produktų pašalinimui naudojamos papildomos priemonės (plovimas, džiovinamas ir pan.) (505).A circuit analyzer or a specialized electronics unit (504) is used to measure the amplitude and frequency of the electromechanical impedance. The change in both parameters is measured at the same time, so that all information collected during the measurement is potentially more reliable and better illustrated than by performing one of the selected parameters, e.g. resonant frequency measurements. The electronics unit used has one measuring channel. The individual CMUT element arrays (202, 303) (measurement channels) are connected to the electronics unit (504) via a switch (503). The circuit analyzer (504) and the solution applicator (501) are controlled by computer means (506). A computer tool is also used to collect, store, interpret, and process information from the measurement process. Additional means (washing, drying, etc.) are used to immobilize reagents on the surface of the transducer, to control the reaction process, and to remove unnecessary reaction products (505).

Nors šio išradimo išpildymas yra ypatingai tinkamas tirpių biologinių medžiagų tirpalų analizei, turėtų būti savaime aišku, kad šis išradimas gali būti taikomas tiek skystų, tiek dujinių tiek ir kietų medžiagų analizei.Although the practice of the present invention is particularly suitable for the analysis of soluble biological material solutions, it should be understood that the present invention can be applied to the analysis of both liquid, gaseous and solid materials.

Claims (13)

Išradimo apibrėžtisDefinition of the Invention 1. Skystų mėginių analizės sistema, apimanti CMUT jutiklį, skystos medžiagos užnešimo priemonę, kompiuteriniu prietaisu valdomą ežektoriaus pozicionavimo prietaisą besiskirianti tuo, kad CMUT jutiklio (201, 304, 615) elementai (202, 303) yra mikrometrų skersmens diapazone, CMUT jutiklio elementai (202, 303) vienas nuo kito yra atskirti hidrofobinėmis pertvaromis (203), ir tuo, kad ežektoriaus antgalio pozicionavimo prietaisas apima kreipiančiąsias (602, 603; 605, 606; 60, 610), skirtas ežektoriaus laikiklio (613) padėties nustatymui.A liquid sample analysis system comprising a CMUT sensor, a fluid carrier, a computer controlled ejector positioning device, wherein the CMUT sensor (201, 304, 615) elements (202, 303) are within a micrometer diameter range, the CMUT sensor elements ( 202, 303) are separated from one another by hydrophobic baffles (203), and in that the ejector nozzle positioning device comprises guides (602, 603; 605, 606; 60, 610) for positioning the ejector holder (613). 2. Sistema pagal 1 punktą, besiskirianti tuo, kad CMUT jutiklio (201, 304, 615) elementai (202, 303) yra dešimčių-šimtų mikrometrų skersmens diapazone.2. A system according to claim 1, characterized in that the elements (202, 303) of the CMUT sensor (201, 304, 615) are in the range of tens to hundreds of micrometers in diameter. 3. Sistema pagal 1 punktą, besiskirianti tuo, kad ežektoriaus antgalis (301) yra hidrofobinis.3. The system of claim 1, wherein the ejector nozzle (301) is hydrophobic. 4. Sistema pagal 1 punktą, besiskirianti tuo, kad ežektoriaus antgalis (30T) yra hidrofilinis.4. The system of claim 1, wherein the ejector nozzle (30T) is hydrophilic. 5. Skystų medžiagų užnešimo, naudojant skystų mėginių analizės sistemą su CMUT jutikliu pagal bet kurj vieną 1-4 punktą, būdas, apimantis CMUT jutiklio paviršiaus modifikavimą, skysto mėginio užnešimą ant CMUT jutiklio, CMUT jutiklio džiovinimą, elektrinį medžiagos, išdžiovintos ant jutiklio, aptikimą ir išdžiovintos medžiagos masės nustatymą besiskiriantis tuo, kad CMUT jutiklio elementų masyvų paviršiaus modifikavimas yra atliekamas automatiškai, kur CMUT jutiklio kiekvieno elemento (202, 303) paviršiaus nusodinamo modifikavimo skysčio tūris yra valdomas; skystas tyrimų mėginys ant laisvai pasirenkamo individualaus CMUT jutiklio elemento (202, 303) yra nusodinamas skysto tyrimo mėginio prilietimu prie jutiklio elemento (202, 303) paviršiau, o skysto mėginio nusėdimo ant CMUT jutiklio elemento tūris yra valdomas; ir tuo, kad papildomai apima CMUT jutiklio elementų (202, 303) elektromechaninio impedanso matavimus po paviršiaus modifikavimo ir po skysto mėginio tikslaus užnešimo ant laisvai pasirinkto CMUT elemento paviršiaus, skysto mėginio sąveikos su CMUT celių membranomis (102) valdymą.A method of depositing liquid materials using a liquid sample analysis system with a CMUT sensor according to any one of claims 1 to 4, comprising modifying the surface of the CMUT sensor, applying a liquid sample to the CMUT sensor, drying the CMUT sensor, electrical detection of the material dried on the sensor. and determining the weight of the dried material, wherein the surface modification of the CMUT sensor array arrays is performed automatically, wherein the volume of the surface-deposited modification fluid of each CMUT sensor element (202, 303) is controlled; the liquid assay sample on the optional individual CMUT sensor element (202, 303) is deposited by touching the liquid assay sample onto the sensor element (202, 303) and the volume of the liquid sample deposition on the CMUT sensor element is controlled; and further comprising controlling the electromechanical impedance of the CMUT sensor elements (202, 303) after surface modification and after accurately depositing the liquid sample onto the surface of a freely selected CMUT element, controlling the interaction of the liquid sample with CMUT cell membranes (102). 6. Būdas pagal 5 punktą, besiskiriantis tuo, kad automatinis CMUT jutiklio elementų masyvų paviršiaus modifikavimas apima tikslaus skystos medžiagos tūrio užnešimą ežektoriumi vienu metu ir atskirai ant kiekvieno modifikuojamo elemento (202, 303), kur minėtas užnešimas yra atliekamas priliečiant skysčio tūrį atskiriamai prie CMUT jutiklio bent vieno elemento (202, 303) paviršiaus, ir kur minimalus prilietimo paviršiaus plotas yra ne didesnis negu CMUT jutiklio vieno elemento (202, 303) plotas.6. The method of claim 5, wherein the automatic surface modification of the CMUT sensor array arrays comprises ejecting a precise volume of liquid material simultaneously and individually on each modifier (202, 303), wherein said plurality is effected by contacting the volume of the liquid separately with the CMUT. the surface of at least one element (202, 303) of the sensor, and wherein the minimum contact surface area is not greater than the area of one element (202, 303) of the CMUT sensor. 7. Būdas pagal 5 punktą, besiskiriantis tuo, kad automatinis CMUT jutiklio elementų masyvų paviršiaus modifikavimas apima tikslaus skystos medžiagos tūrio užnešimą ežektoriumi paeiliui ir atskirai ant kiekvieno modifikuojamo elemento (202, 303), kur minėtas užnešimas yra atliekamas priliečiant skysčio tūrį atskiriamai prie CMUT jutiklio bent vieno elemento (202, 303) paviršiaus, ir kur minimalus prilietimo paviršiaus plotas yra ne didesnis negu CMUT jutiklio vieno elemento (202, 303) plotas.7. The method of claim 5, wherein the automatic surface modification of the array of CMUT sensor elements comprises ejecting a precise volume of liquid material in a sequential manner and individually on each modifiable element (202, 303), wherein said plurality is performed by contacting the liquid volume separately with the CMUT sensor. at least one surface of the element (202, 303), and wherein the minimum contact surface area is not greater than the area of one element (202, 303) of the CMUT sensor. 8. Būdas pagal bet kurį vieną iš 5-7 punktų, besiskiriantis tuo, kad CMUT jutiklio kiekvieno elemento (202, 303) paviršiaus nusodinamo modifikavimo skysčio tūris yra valdomas valdant bent ežektoriaus judėjimą sąlygojančias pavaras (601, 604, 608, 611) ir/arba CMUT jutiklio elementus (202, 303), ir/arba vieną nuo kito atskiriant barjerais (203), ir/arba keičiant paviršiaus drėkinimo kampą keičiant jutiklio elementų (202, 303) paviršiaus medžiagas.8. A method as claimed in any one of claims 5 to 7, wherein the volume of modifying fluid to be deposited on the surface of each element (202, 303) of the CMUT sensor is controlled by at least actuating actuators (601, 604, 608, 611) and / or separating the CMUT sensor elements (202, 303) and / or each other by barriers (203) and / or changing the surface wetting angle by changing the surface materials of the sensor elements (202, 303). 9. Būdas pagal 5 punktą, besiskiriantis tuo, kad prilietimu nusodinama tiksli skysto mėginio dozė ant CMUT jutiklio kiekvieno laisvai pasirenkamo individualaus elemento (202, 303) yra nusodinama ne didesniame minimaliame prilietimo paviršiaus plote negu CMUT jutiklio vieno elemento (202, 303) plotas.9. The method of claim 5, wherein the touch-deposited accurate dose of the liquid sample on each optional individual element (202, 303) of the CMUT sensor is deposited on a surface of no more than a single touch surface (202, 303) of the CMUT sensor. 10. Būdas pagal 5 arba 9 punktą, besiskiriantis tuo, kad ant CMUT jutiklio kiekvieno elemento (202, 303) paviršiaus nusodinamo skysto mėginio tūris yra valdomas valdant bent ežektoriaus judėjimą sąlygojančias pavaras (601, 604, 608, 611) ir/arba CMUT jutiklio elementus (202, 303), ir/arba vieną nuo kito atskiriant barjerais (203), ir/arba keičiant paviršiaus drėkinimo kampą keičiant jutiklio elementų (202, 303) paviršiaus medžiagas.Method according to claim 5 or 9, characterized in that the volume of the liquid sample deposited on the surface of each element (202, 303) of the CMUT sensor is controlled by controlling at least ejector actuators (601, 604, 608, 611) and / or the CMUT sensor. separating the elements (202, 303) and / or from each other by barriers (203) and / or changing the surface wetting angle by changing the surface materials of the sensor elements (202, 303). 11. Būdas pagal 5 punktą, besiskiriantis tuo, kad po skysto mėginio tikslaus užnešimo ant laisvai pasirinkto CMUT elemento paviršiaus, skysto mėginio sąveikos su CMUT celių membranomis (102) valdymas apima bent temperatūros palaikymą ir/arba katalizatoriaus naudojimą, ir/arba sąveikos laiko matavimą ir valdymą.11. The method of claim 5, wherein, after accurately depositing the liquid sample onto the surface of a freely selected CMUT element, controlling the interaction of the liquid sample with CMUT cell membranes (102) comprises at least maintaining temperature and / or using a catalyst and / or measuring the interaction time. and management. 12. Būdas pagal bet kurį vieną 5-11 punktų, besiskiriantis tuo, kad skystos medžiagos užnešimui ant CMUT jutiklio elementų (202, 303) ant ežektoriaus antgalio yra suformuojamas skystos medžiagos pusės sferos darinys (302, 302‘).A method according to any one of claims 5 to 11, characterized in that a liquid sphere derivative (302, 302 ') is formed on the ejector nozzle to deposit the liquid material on the CMUT sensor elements (202, 303). 13. Būdas pagal bet kurį vieną iš 5-12 punktų, besiskiriantis tuo, kad nusodinamos skystos medžiagos prilietimo prie CMUT jutiklio elemento paviršiaus trukmė yra apie 10 ms.13. A method as claimed in any one of claims 5 to 12, wherein the contact time of the deposited liquid material on the surface of the CMUT sensor element is about 10 ms.
LT2015052A 2015-07-03 2015-07-03 System and method of analyse of liquid sample LT6394B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2015052A LT6394B (en) 2015-07-03 2015-07-03 System and method of analyse of liquid sample

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2015052A LT6394B (en) 2015-07-03 2015-07-03 System and method of analyse of liquid sample

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LT2015052A LT2015052A (en) 2017-02-27
LT6394B true LT6394B (en) 2017-06-12

Family

ID=58094070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LT2015052A LT6394B (en) 2015-07-03 2015-07-03 System and method of analyse of liquid sample

Country Status (1)

Country Link
LT (1) LT6394B (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100180673A1 (en) 2009-01-16 2010-07-22 Matrix Sensors, Inc. Liquid analysis using capacitative micromachined ultrasound transducers

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100180673A1 (en) 2009-01-16 2010-07-22 Matrix Sensors, Inc. Liquid analysis using capacitative micromachined ultrasound transducers

Also Published As

Publication number Publication date
LT2015052A (en) 2017-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100975010B1 (en) Physical sensor using piezoelectric microcantilever and manufacturing method thereof
US6523392B2 (en) Microcantilever sensor
US7168294B2 (en) Embedded piezoelectric microcantilever sensors
US9146221B2 (en) High-density ion transport measurement biochip devices and methods
JP5833755B2 (en) Diagnostic test cartridge
US8349611B2 (en) Resonant sensors and methods of use thereof for the determination of analytes
US20160282312A1 (en) Method for Modifying the Surfaces of Resonant Sensors
WO2000066266A1 (en) Sensor for microfluid handling system
US7726175B2 (en) Embedded piezoelectric microcantilever sensors
US20050009171A1 (en) Device and method for analyzing ion channels in membranes
JP2004536694A (en) Method and device for promoting and enhancing target-receptor binding
JP5822953B2 (en) Method and microsystem for detecting an analyte present in a droplet
US20140364325A1 (en) Array of Sensors Functionalized with Systematically Varying Receptor Materials
US20130344502A1 (en) Vibrating microplate biosensing for characterising properties of behaviour biological cells
LT6394B (en) System and method of analyse of liquid sample
JP2002181839A (en) Liquid dispenser and micro-array production device
EP1531731B1 (en) Embedded piezoelectric microcantilever sensors
US20120227474A1 (en) Device comprising a resonator for detecting at least one substance of a fluid, method for producing said device and method for detecting at least one substance of another fluid
US20240053290A1 (en) Biosensors
Leichle et al. A closed-loop MEMS-based spotter integrating position sensors with nanometric precision for the control of droplet uniformity
CA2573025A1 (en) High density ion transport measurement biochip devices and methods
JP2009501928A (en) Substrate materials for fluid analysis
Castagna et al. Microcantilever Biosensor Array for Cancer Research: From Tumor Marker Detection to Protein Conformational State Analysis

Legal Events

Date Code Title Description
BB1A Patent application published

Effective date: 20170227

FG9A Patent granted

Effective date: 20170612

MM9A Lapsed patents

Effective date: 20190703