TW201905432A - 流體輸送裝置 - Google Patents

流體輸送裝置

Info

Publication number
TW201905432A
TW201905432A TW106140721A TW106140721A TW201905432A TW 201905432 A TW201905432 A TW 201905432A TW 106140721 A TW106140721 A TW 106140721A TW 106140721 A TW106140721 A TW 106140721A TW 201905432 A TW201905432 A TW 201905432A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
fluid
wheel assembly
sensor
gate
fet
Prior art date
Application number
TW106140721A
Other languages
English (en)
Inventor
溫清華
黃睿政
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
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 台灣積體電路製造股份有限公司 filed Critical 台灣積體電路製造股份有限公司
Publication of TW201905432A publication Critical patent/TW201905432A/zh

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K99/0001—Microvalves
    • F16K99/0003—Constructional types of microvalves; Details of the cutting-off member
    • F16K99/0028—Valves having multiple inlets or outlets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/021—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids
    • B01L3/0217—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids of the plunger pump type
    • B01L3/022—Capillary pipettes, i.e. having very small bore
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/021—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids
    • B01L3/0217—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids of the plunger pump type
    • B01L3/0224—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids of the plunger pump type having mechanical means to set stroke length, e.g. movable stops
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502738—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by integrated valves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0606—Investigating concentration of particle suspensions by collecting particles on a support
    • G01N15/0637—Moving support
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3275—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G01N27/4145—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for biomolecules, e.g. gate electrode with immobilised receptors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/5308—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for analytes not provided for elsewhere, e.g. nucleic acids, uric acid, worms, mites
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/02—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a plurality of sample containers moved by a conveyor system past one or more treatment or analysis stations
    • G01N35/04—Details of the conveyor system
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/08—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a stream of discrete samples flowing along a tube system, e.g. flow injection analysis
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2006—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
    • G05D16/2066—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using controlling means acting on the pressure source
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0636—Integrated biosensor, microarrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0864—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices comprising only one inlet and multiple receiving wells, e.g. for separation, splitting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0409—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces centrifugal forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0622—Valves, specific forms thereof distribution valves, valves having multiple inlets and/or outlets, e.g. metering valves, multi-way valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0633—Valves, specific forms thereof with moving parts
    • B01L2400/0644—Valves, specific forms thereof with moving parts rotary valves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/01—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials specially adapted for biological cells, e.g. blood cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

提供一種流體測試平台及其操作的方法。流體裝置包含第一流體通道及與第一流體通道耦接的輪組件。輪組件包含與第一流體通道耦接的中心部分，且被設計用以輸送流體通過一或多個第二流體通道，上述第二流體通道從中心部分向外放射。輪組件亦包含排列為封閉的環的第三流體通道，以及與第三流體通道的外表面耦接的一或多個毛細管，且排列為從中心部分向外放射。輪組件被設計用以旋轉，以迫使流體從中心部分通過一或多個毛細管向外。

Description

流體輸送裝置
本發明實施例係關於一種流體輸送裝置及其使用方法。
生物感測器是用於感測及檢測生物分子的裝置，並且以電子、電化學、光學及機械檢測原理為基礎進行操作。包含電晶體的生物感測器為電性感測(electrically sense)生物實體(bio-entities)或生物分子的電荷、光子及機械性質的感測器。檢測可藉由檢測生物實體或生物分子本身，或通過特定的反應物與生物實體/生物分子之間的相互作用及反應進行。此類生物感測器可使用半導體製程製造，可快速地轉換電子訊號，且可容易地應用於積體電路(IC)及微機電系統(MEMS)。
生物樣品本身及生物感測器的相互作用可能為一挑戰。一般而言，包含生物樣品的流體是藉由移液管直接移至(pipetted)生物感測器的感測部分上。此方法造成大部分的流體樣品不被使用，且手動地裝載(load)每個感測區域為耗時的。其它流體輸送系統涉及使用幫浦，將流體通過管道輸送至感測器區域。這種系統高度依賴幫浦及所使用的每一個閥(valve)的精確運作，且在它們變小時將難以維持。
本發明實施例提供一種流體輸送裝置。流體輸送裝置包含具有入口及出口的第一流體通道，以及與第一流體通道的出口耦接的輪組件。輪組件包含與第一流體通道的出口耦接的中心部分。中心部分被設計用以輸送流體通過一或多個第二流體通道，上述第二流體通道從中心部分向外放射。輪組件亦包含排列為封閉的環的第三流體通道，其中一或多個第二流體通道各自與第三流體通道的內表面耦接。輪組件亦包含與第三流體通道的外表面耦接的一或多個毛細管，且排列為從中心部分向外放射。輪組件被設置用以旋轉，以迫使流體從中心部分通過一或多個毛細管向外。
本發明實施例亦提供一種流體測試平台。流體測試平台包含被設置用以容納第一流體的第一腔室、被設置用以容納第二流體的第二腔室、被設置用以在來自第一腔室的流體路徑及來自第二腔室的流體路徑之間進行選擇的多通閥、以及與多通閥的出口耦接的第一流體通道。流體測試平台亦包含與第一流體通道耦接的輪組件。輪組件包含與第一流體通道的出口耦接的中心部分。中心部分被設置用以輸送流體通過一或多個第二流體通道，上述第二流體通道從中心部分向外放射。輪組件亦包含排列為封閉的環的第三流體通道，其中一或多個第二流體通道各自與第三流體通道的內表面耦接。輪組件亦包含與第三流體通道的外表面耦接的一或多個毛細管，且排列為從中心部分向外放射。輪組件被設置用以旋轉，以迫使流體從中心部分通過一或多個毛細管向外。
本發明實施例更提供一種輸送流體至感測器的方法。上述方法包含使流體流經第一通道以及流入輪組件的中心部分，且旋轉輪組件以迫使流體從輪組件的中心部分向外。上述方法亦包含使流體通過一或多個排列於輪組件的外表面上的毛細管移動，其中移動的發生是因為輪組件的旋轉。上述方法亦包含形成流體的液滴於一或多個毛細管的其中之一的末端，以及朝具有感測器的基板降低輪組件，使得液滴與感測器接觸。
100‧‧‧生物感測測試平台
102‧‧‧流體輸送系統
104‧‧‧感測器陣列
106‧‧‧控制器
200‧‧‧雙閘極背側感測的FET感測器
202‧‧‧控制閘極
204‧‧‧源極區
206‧‧‧汲極區
208‧‧‧通道區
210‧‧‧隔離層
212‧‧‧開口
214‧‧‧基板
216‧‧‧Vd
218‧‧‧Vs
220‧‧‧前側閘極
222‧‧‧背側閘極
300‧‧‧可定址陣列
302‧‧‧FET
304‧‧‧FET感測器
306‧‧‧位元線
308‧‧‧字元線
400‧‧‧佈局
401‧‧‧陣列
402‧‧‧像素
404‧‧‧列解碼器
406‧‧‧行解碼器
408‧‧‧加熱器
410‧‧‧溫度感測器
412‧‧‧n通道FET
500‧‧‧雙閘極背側感測的FET感測器
502‧‧‧金屬內連線
504‧‧‧主體區
506‧‧‧附加電路
508‧‧‧介面層
510‧‧‧流體閘極
512‧‧‧溶液
600‧‧‧流體測試平台
602‧‧‧流體處理組件
604‧‧‧輪組件
606a、606 b、606c‧‧‧腔室
608a、608b、608c‧‧‧通道
610‧‧‧多通閥
612‧‧‧第一通道
614‧‧‧參考電極
616‧‧‧中心部分
618‧‧‧第二通道
620‧‧‧第三通道
621‧‧‧內表面
622‧‧‧漏斗區域
623‧‧‧外表面
624‧‧‧毛細管
626‧‧‧腔體
628‧‧‧廢液儲存槽
630‧‧‧液滴
632‧‧‧感測器陣列
634‧‧‧基板
702‧‧‧入口
704‧‧‧下部部分
706‧‧‧上部部分
708‧‧‧介面
710‧‧‧軸
800‧‧‧方法
802、804、806、808、810‧‧‧方塊
901‧‧‧流體樣品
902‧‧‧連接分子
904‧‧‧探針DNA
906‧‧‧單股DNA序列
1101‧‧‧樣品溶液
1102‧‧‧連接分子
1104‧‧‧探針抗體
以下將配合所附圖式詳述本揭露的一些態樣，應注意的是，依照工業上的標準實施，許多特徵並未按照比例繪製。實際上，許多特徵的尺寸可能任意的放大或縮小以便清楚說明。
第1圖係流體測試配置的組件的示意圖。
第2圖係示例性雙閘極背側感測的FET感測器(dual-gate back-side sensing FET Sensor)的剖面圖。
第3圖係配置於示例性可定址陣列(addressable array)中的多個FET感測器的電路示意圖。
第4圖係雙閘極FET感測器及加熱器的示例性可定址陣列的電路示意圖。
第5A圖係示例性雙閘極背側感測的FET感測器的剖面圖。
第5B及5C圖繪示使用雙閘極背側感測的FET感測器作為pH感測器。
第6圖係根據一些實施例中，用於輸送流體至感測器的流 體輪組件。
第7圖係根據一些實施例中，流體輪組件的側視圖。
第8圖係根據一些實施例中，使用流體輪組件的示例性方法的流程圖。
第9圖係示例性雙閘極背側感測的bioFET檢測DNA的剖面圖。
第10A圖繪示DNA於受體表面的結合機制。
第10B圖繪示根據匹配的(matched)分析物結合，示例性雙閘極背側感測的bioFET的閾值電壓的變化。
第11圖係具有抗體固定於其感測層上的示例性雙閘極背側感測的bioFET的剖面圖。
第12圖繪示受體上的抗原及抗體於受體上的結合機制。
以下公開許多不同的實施方法或是例子來實行本揭露之不同特徵，以下描述具體的元件及其排列的例子以闡述本揭露。當然這些僅是例子且非以此限定本揭露的範圍。例如，在描述中提及第一特徵形成於第二特徵上時，其可以包含第一特徵與第二特徵直接接觸的實施例，也可以包含有額外的特徵形成於第一特徵與第二特徵之間使得第一特徵與第二特徵並未直接接觸之實施例。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示，這些重複僅為了簡單清楚地敘述本揭露，不代表所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
此外，本文中可能用到與空間相關的用詞，像是“在...下方”、“之下”、“較低的”、“上方”、“較高的” 及類似的用詞，這些關係詞係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係，這些空間關係詞涵蓋使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖示中所描述的方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其它方位)，而其中使用的空間相關形容詞也可相似地照著解釋。
術語
除非另外定義，在此使用的所有技術及科學用語與本揭露所屬技術領域的技術人員通常理解的涵義相同。然而，在揭示的實施例的實施或測試中可使用與本文所述相似或等效的任何方法及材料；方法、裝置及材料於此描述。為了描述及揭示可能與本發明實施例有關的刊物中所報導的材料及方法，本文提及的所有專利及刊物都通過引用併入於此。
本文使用的首字母縮寫“FET”是指場效電晶體。一種相當常見類型的FET稱為金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。歷史上，MOSFET為建立於基板(例如半導體晶圓)的平面表面中及表面上的平面結構。然而，半導體製造的近期進展已可產生三維、鰭式MOSFET結構。
術語“bioFET”是指包含固定的捕捉試劑的層之FET，上述捕捉試劑的層作為表面受體以檢測生物來源的目標分析物的存在。在一實施例中，bioFET為具有半導體轉換器(transducer)的場效感測器。bioFET的優勢之一為無標記(label-free)操作的可能性。具體而言，bioFET能夠避免昂貴且耗時的標記操作，例如，以例如螢光或放射性探針標記分析物。本文描述的一種特定類型的bioFET為雙閘極背側感測的 bioFET。用於BioFET檢測的分析物通常為生物來源的，例如，蛋白質、碳水化合物、脂質、組織碎片或其部分，但不限於此。然而，在較一般的意義上，BioFET為更廣泛的FET感測器的一部分，其亦可檢測任何化學化合物(本技術領域中稱作為ChemFET)或任何其它元素，包含離子，例如質子或金屬離子(本技術領域中稱作為ISFET)。本發明實施例適用於所有類型的以FET為基礎(FET-based)的感測器(“FET感測器”)。本文中一特定類型的FET感測器為雙閘極背側感測的FET感測器(“DG BSS FET Sensor”)。
“S/D”是指形成FET四個端點中的兩個的源極/汲極接合(junction)。
“高介電常數(high-k)”是指高介電常數。在半導體裝置結構及製造製程的領域中，高介電常數是指大於SiO2的介電常數(即，大於3.9)的介電常數。
術語“分析(analysis)”通常是指涉及物理、化學、生化或生物分析的方法或步驟，其包含但不限於定性、測試、測量、最適化(optimization)、分離、合成、添加、過濾、溶解或混合。
術語“測定(assay)”通常是指涉及化學或目標分析物的分析之方法或步驟，其包含但不限於以細胞為基礎的測定、生化測定、高通量測定及篩選、診斷測定、pH判定、核酸雜交測定、聚合酶活性測定、核酸及蛋白質定序、免疫測定(例如，抗體-抗原結合測定，ELISA及iqPCR)、用於檢測基因甲基化模式的亞硫酸氫鹽甲基化(bisulfite methylation)測 定、蛋白質測定、蛋白質結合測定(例如，蛋白質-蛋白質、蛋白質-核酸及蛋白質-配體結合測定)、酶測定、酶偶聯測定、動力學測量(例如，蛋白質折疊的動力學及酶反應動力學)、酶抑制劑及活化劑篩選、化學發光及電化學發光測定、螢光測定、螢光偏振及各向異性測定、吸光度及比色測定(例如，Bradford測定、Lowry測定、Hartree-Lowry測定、Biuret測定及BCA測定)、化學測定(例如，用於檢測環境污染物及污染劑、奈米顆粒或聚合物)及藥物發現測定。本文描述的裝置、系統及方法可使用或採取這些測定中的一種或多種以與任一種描述設計的FET感測器一起使用。
術語“液態生物檢體(liquid biopsy)”通常是指相較於受試者的組織樣品，從受試者(subject)的體液取得的生物檢體樣品。使用體液樣品進行測定的能力通常比使用組織樣品更好。使用體液樣品的侵入性較低的方法在患者福利、進行縱向疾病監控的能力以及甚至當組織細胞不容易接近時(例如在前列腺中)取得表達概況(profile)的能力等方面具有廣泛的影響。用於檢測液體生物檢體樣品中的目標分析物的測定包含但不限於上述者。作為非限制性的例子，可對液體生物檢體樣品實行循環腫瘤細胞(circulating tumor cell，CTC)測定。
舉例而言，固定於FET感測器上的捕獲試劑(例如，抗體)可利用CTC測定使用於檢測液體生物檢體樣品中的目標分析物(例如，腫瘤細胞標記物)。CTC是從腫瘤中流入脈管系統且於例如血液中循環的細胞。一般而言，CTC以極低的濃度存在於循環中。為了測定CTC，CTC可藉由本技術領域 已知的各種技術從患者血液或血漿中濃化(enriched)。可使用本技術領域已知的方法對CTC進行特定標記物的染色，所述方法包含但不限於以細胞計數法(例如，流式細胞術)為基礎的方法及以IHC為基礎的方法。對於本文所述的裝置、系統及方法，可使用捕獲試劑捕獲或檢測CTC，或者來自CTC的核酸、蛋白質或其它細胞環境(milieu)可被標靶作為捕獲試劑結合或檢測的目標分析物。
當在CTC上或從CTC檢測到目標分析物時，例如，表達或包含CTC的目標分析物的增加，可能有助於辨識出具有可能對特定治療產生反應的癌症(例如，與目標分析物相關的癌症)之受試者，或允許以例如針對目標分析物的抗體最適化治療療法。CTC測量及定量可提供關於例如腫瘤的階段、對治療的反應、疾病進展或其組合的訊息。從檢測CTC上的目標分析物所獲得的訊息可用於，例如作為預後(prognostic)、預測或藥物動力學的生物指標物。此外，用於液體生物檢體樣品的CTC測定可單獨使用或與固體生物檢體樣品的額外腫瘤標記物分析組合使用。
術語“辨識”通常是指根據目標分析物與身份已知的捕獲試劑的結合以確定其身份的過程。
術語“測量”通常是指根據目標分析物與捕獲試劑的結合以確定其的多寡、數量、質量或性質的過程。
術語“定量”通常是指根據目標分析物與捕獲試劑的結合以確定目標分析物的量或濃度的過程。
術語“檢測”通常是指根據目標分析物結合至捕 獲試劑以確定靶分析物存在或不存在的過程。檢測包含但不限於辨識、測量及定量。
術語“化學物質”是指物質、化合物、混合物、溶液、乳液、分散體、分子、離子、二聚體、巨分子例如聚合物或蛋白質、生物分子、沉澱物、晶體、化學部分(moiety)或基團、顆粒、奈米顆粒、試劑、反應產物、溶劑或流體，其中任一種可以固體、液體或氣體狀態存在，且其通常為分析對象。
術語“反應”是指涉及至少一種化學物質的物理、化學、生化或生物轉化(transformation)，且通常涉及(在化學、生化及生物轉化的情況下)破壞或形成一種或多種鍵結，例如共價、非共價、凡德瓦力(van der Waals)、氫鍵或離子鍵。此用語包含典型的化學反應，例如合成反應、中和反應、分解反應、置換反應、還原一氧化反應、沉澱、結晶、燃燒反應及聚合反應，以及共價和非共價結合、相變、顏色改變、相生成、結晶、溶解、光發射、光吸收或發射性質的改變、溫度改變或熱吸收或發射、構形改變以及巨分子(例如蛋白質)的折疊或展開。
本文使用的“捕獲試劑”是能夠結合目標分析物或目標試劑的分子或化合物，其可直接或間接地貼附於實質上為固體的材料上。捕獲試劑可為化學物質，且具體為存在自然產生的目標分析物(例如，抗體、多肽、DNA、RNA、細胞、病毒等)或目標分析物為可製備的任何物質，且捕獲試劑可在測定中與一種或多種目標分析物結合。
本文使用的“目標分析物”是使用本發明實施例在測試樣品中被檢測的物質。目標分析物可為化學物質，且具體為存在自然產生的捕獲試劑(例如，抗體、多肽、DNA、RNA、細胞、病毒等)或捕獲試劑為可製備的任何物質，且目標分析物可在測定中與一種或多種捕獲試劑結合。“目標分析物”亦包含任何抗原物質、抗體及其組合。目標分析物可包括蛋白質、胜肽、胺基酸、碳水化合物、激素、類固醇、維生素、包含為治療目的而施用以及為非法目的而施用的藥物、細菌、病毒以及任一上述物質的代謝物或抗體。
本文使用的“測試樣品”是指使用本發明實施例進行檢測及測定之包含目標分析物的組合物、溶液、物質、氣體或液體。測試樣品可包含除了目標分析物之外的其它組成，可具有液體或氣體的物理屬性，且可具有任何尺寸或體積，包含，例如液體或氣體的移動流(moving stream)。只要其它物質不干擾目標分析物與捕獲試劑的結合或第一結合件與第二結合件的特異性結合，則測試樣品可含有除目標分析物以外的任何物質。測試樣品的例子包含但不限於自然存在及非自然存在的樣品或其組合。自然存在的測試樣品可為合成的(synthetic)或經合成的(synthesized)。自然存在的測試樣品包含從受試者身體內或身體上任何地方分離的體部或體液，包含但不限於血液、血漿、血清、尿液、唾液或痰液、脊髓液、腦脊髓液、胸膜積液、乳頭抽出液、淋巴液、呼吸道、腸道及生殖泌尿道的液體、淚液、唾液、母乳、淋巴系統液、精液、腦脊髓液、器官系統內液、腹水、腫瘤囊腫液、羊水及 其組合，以及環境樣品，例如地下水或廢水、土壤萃取物、空氣及農藥殘留物或食品相關的樣品。
檢測到的物質可包含例如核酸(包含DNA及RNA)、激素、不同病原體(包含對其宿主造成疾病或病症的生物試劑，如病毒(例如，H7N9或HIV)、原生動物(例如，導致瘧原蟲的瘧疾)或細菌(例如，大腸桿菌或結核分枝桿菌(Mycobacterium tuberculosis))、蛋白質、抗體、各種藥物或治療劑或其它化學或生物物質，包含氫或其它離子、非離子分子或化合物、多醣、小化學化合物如化學組合資料庫(chemical combinatorial library)成員等。檢測或判定的參數可包含但不限於，例如pH變化、乳糖變化、變化的濃度、每單位時間的顆粒，其中流體流過裝置上一段時間以檢測顆粒，例如稀疏的顆粒以及其它參數。
本文使用的術語“固定化”，當用於例如捕獲試劑時，其包含在分子尺度將捕獲試劑實質地貼附於表面。舉例而言，捕獲試劑可使用包含非共價交互作用(例如，靜電力、凡德瓦力及疏水介面的脫水)的吸附技術以及共價結合技術固定於基板材料的表面上，其中官能基或連接子(linker)有助於將捕獲試劑貼附至表面。可根據基板表面的性質、攜帶捕獲試劑的介質以及捕獲試劑的性質，將捕獲試劑固定至基板材料的表面。在一些情況下，基板表面可先經修飾以具有結合於表面的官能基，接著官能基可與生物分子或生物或化學物質結合以將它們固定於基板表面上。
術語“核酸”通常是指藉由磷酸二酯鍵彼此連接 的一組核苷酸，以及指與存在於自然中的自然產生的核苷酸連接的自然產生的核酸，例如，含有去氧核糖核苷酸的DNA，其具有任一彼此連接的腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶及胸腺嘧啶，及/或含有核糖核苷酸的RNA，其具有任一彼此連接的腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶及尿嘧啶。此外，非自然產生的核苷酸及非自然產生的核酸係於本發明實施例的核酸的範圍內。例子包含肽核酸(peptide nucleic acids，PNA)、具有磷酸基團的肽核酸(PHONA)、橋接的核酸/鎖核酸(BNA/LNA)及嗎啉基核酸(morpholino nucleic acid)。其它例子包含化學修飾的核酸及核酸類似物，例如，甲基膦酸酯(methylphosphonate)DNA/RNA、硫代磷酸酯(phosphorothioate)DNA/RNA、氨基磷酸酯(phosphoramidate)DNA/RNA及2’-O-甲基DNA/RNA。核酸包含可能被修飾的核酸。舉例而言，核酸中的磷酸基、糖及/或鹼可視需要被標記。可使用本領域已知的用於核酸標記的任何物質都進行標記。其例子可包含但不限於放射性同位素(例如，32P，3H及14C)、DIG、生物素、螢光染料(例如，FITC、Texas、cy3、cy5、cy7、FAM、HEX、VIC、JOE、Rox、TET、Bodipy493、NBD及TAMRA)以及發光物質(例如，吖啶酯(acridinium ester))。
本文使用的適體(aptamer)是指與特定目標分子結合的寡核酸或肽分子。使用單股核酸(適體)作為蛋白質結合的親和性分子的概念最初於1990年(Ellington and Szostak 1990,1992；Tuerk and Gold 1990)揭示，其係以在目標存在的情況下，短序列可折疊成以高親和性及特異性與目標結合的獨 特、三維結構的能力為基礎。Eugene W.M Ng et al.,2006揭示適體為被選擇用於與分子目標高親和性結合的寡核苷酸配體。
本文使用的術語“抗體”是指能夠非共價地、可逆地及以特異性方式結合對應的抗原的免疫球蛋白家族的多肽。舉例而言，自然產生的IgG抗體為包含藉由雙硫鍵相互連接的至少兩個重(H)鏈以及兩個輕(L)鏈的四聚體。每個重鏈由重鏈可變區(本文縮寫為VH)及重鏈恆定區組成。重鏈恆定區由三個結構域(domain)組成，即CH1、CH2及CH3。每個輕鏈由輕鏈可變區(本文縮寫為VL)及輕鏈恆定區組成。輕鏈恆定區由一個結構域CL組成。VH及VL區可進一步分為高度變異(hypervariability)區域，稱為互補決定區(complementarity determining region，CDR)，其散佈於較保守的區域，稱為框架區(FR)中。每個VH及VL由三個CDR及四個FR組成，從胺基末端至羧基末端由下列順序排列：FR1、CDR1、FR2、CDR2、FR3、CDR3及FR4。三個CDR構成約15-20%的可變結構域。重鏈及輕鏈的可變區包含與抗原相互作用的結合結構域。抗體的恆定區可介導免疫球蛋白對宿主組織或因子(包含免疫系統的各種細胞(例如，效應子細胞))及經典補體系統的第一組分(C1q)的結合。(Kuby,Immunology,4th ed.,Chapter 4.W.H.Freeman & Co.,New York,2000)。
術語“抗體”包含但不限於單克隆抗體、人類抗體、人源化抗體、嵌合抗體及抗獨特型(anti-idiotypic，抗-Id)抗體(包含例如，針對本發明實施例的抗體的抗-Id抗體)。抗體可為任何同型(isotype)/類(class)(例如，IgG、IgE、 IgM、IgD、IgA及IgY)或亞類(subclass)(例如，IgG1、IgG2、IgG3、IgG4、IgA1及IgA2)。
術語“聚合物”是指由兩個或多個彼此重複連接的結構單元(“mers”)組成的任何物質或化合物。例如，“二聚體”為其中兩個結構單元已結合在一起的化合物。聚合物包含縮合及加成聚合物。縮合聚合物的典型例子包含聚醯胺、聚酯、蛋白質、羊毛、絲綢、聚氨酯、纖維素及聚矽氧烷。加成聚合物的例子包含聚乙烯、聚異丁烯、聚丙烯腈、聚(氯乙烯)及聚苯乙烯。其它例子包含具有增強的電或光學性質的聚合物(例如，非線性光學性質)，例如導電或光折射聚合物。聚合物包含直鏈及支鏈的聚合物。
示例性生物感測測試平台的概述
第1圖顯示可包含於生物感測測試平台100中的組件的概述。生物感測測試平台100包含流體輸送系統102，被設計用以傳輸一種或多種流體樣品至感測器陣列104。控制器106可用於向感測器陣列104發送及接收電子訊號，以實行生物或化學感測測量。控制器106亦可用於將電子訊號發送至流體輸送系統102，以便例如致動(actuate)一或多個閥、幫浦或馬達。在另一例子中，不同的控制器可用於與流體輸送系統102及感測器陣列104通訊。
流體輸送系統102可包含設計用以將控制量的流體輸送至感測器陣列104內的一或多個感測器的各種組件。各種流體可被輸送以用於不同目的。舉例而言，可傳送第一流體使具有捕獲試劑的感測器陣列104中一或多個感測器的表面功 能化。可輸送不同的流體以提供待捕獲試劑捕獲的目標試劑。可輸送其它流體以清洗感測器表面，或提供用於實行感測器測量的控制的緩衝溶液。
流體輸送系統102可包含一或多個腔室，用於維持將輸送至感測器陣列104的各種流體。此外，流體輸送系統102可包含流體通道的網絡，用於將各種流體引導至流體輸送系統102內的特定位置或導向感測器陣列104。為了控制流體的流動，流體輸送系統102可包含一或多個閥、幫浦及/或馬達，以提供差壓(pressure differential)或力於流體並使其流動。流體輸送系統102的一些組件可為容易丟棄及更換的，可允許相同的流體輸送系統102被用於多個化學或生物測試而不會污染。流體輸送系統102可為具有其自己控制器的手持裝置。下文將參照第6圖及第7圖更詳細地描述示例性流體輸送系統。
感測器陣列104可包含bioFET的陣列，其中陣列中的一或多個bioFET被功能化以檢測特定的目標分析物。不同的感測器可使用不同的捕獲試劑進行功能化(用於檢測不同的目標分析物)。關於特定bioFET的示例設計及陣列構造，將於下文進一步詳細說明。
控制器106可包含一或多個處理裝置，例如微處理器，且可為可編程的(programmable)以控制流體輸送系統102及/或感測器陣列104的操作。在一些實施例中，流體輸送系統102及感測器陣列104各自具有它們的可編程控制器。控制器106本身的細節對於理解本文所述的實施例並不重要。然而，後文將更詳細地討論可從感測器陣列104發送及接收的各種電 子訊號。
首先提供關於感測器陣列104的設計及操作的細節，之後將詳細描述利用輪組件將精確量的流體輸送到小區域的示例性流體輸送系統。
雙閘極背側FET感測器
bioFET感測器的一種示例性類型為雙閘極背側FET感測器(dual gate back-side FET sensor)。雙閘極背側FET感測器利用半導體製造技術及生物捕獲試劑形成靈敏且易於陣列的感測器。雖然常規MOSFET具有連接至單一電節點的單一閘極電極，但雙閘極背側FET感測器具有兩個閘極電極，其各自連接至不同的電節點。兩個閘極電極中的第一個於此稱作為前側閘極，且兩個閘極電極中的第二個於此稱作為背側閘極。配置前側閘極及背側閘極兩者，使得在操作中各自可被充電及/或放電，從而各自影響雙閘極背側感測的FET感測器的源極/汲極端之間的電場。前側閘極為導電的、藉由前側閘極介電質與通道區分離，且被配置為藉由與其耦接(coupled)的電路進行充電及放電。背側閘極通常藉由背側閘極介電質與通道區分離，且包含設置於背側閘極介電質上的生物功能化感測層。背側閘極上的電荷量為生物識別反應(biorecognition reaction)是否發生的函數。在雙閘極背側感測的FET感測器的一般操作中，前側閘極被充電至預定電壓範圍內的電壓。前側閘極上的電壓決定FET感測器的通道區的相應導電性。背側閘極的相對小的電荷變化量改變了通道區的導電性。導電性的此種變化即表明生物識別反應。
FET感測器的一個優點為無標記操作的可能性。具體而言，FET感測器能夠避免昂貴且耗時的標記操作，例如，以例如螢光或放射性探針對分析物進行標記。
請參照第2圖，其顯示示例性雙閘極背側感測的FET感測器200。雙閘極背側感測的FET感測器200包含形成於基板214上的控制閘極202，且藉由設置於基板214上的中介介電質215與其分開。基板214可更包含源極區204、汲極區206以及位於源極區204及汲極區206之間的通道區208。在一實施例中，基板214具有在約100nm至約130nm之間的厚度。閘極202、源極區204、汲極區206及通道區208可利用合適的CMOS製程技術形成。閘極202、源極區204、汲極區206及通道區208形成FET。隔離層210設置在與閘極202相對的一側的基板214上。在一實施例中，隔離層210具有約1μm的厚度。於本文中，其上設置有閘極202的基板214的一側稱作為基板214的“前側”。類似地，其上設置有隔離層210的基板214的一側稱作為“背側”。
於隔離層210中提供開口212。開口212可大致上與閘極202對齊。在其它實施例中，開口212大於閘極202且可延伸於多個雙閘極背側感測的FET感測器上。介面層(未繪示)可設置於通道區208的表面上的開口212中。介面層可為可操作的以提供用於定位及固定一或多個受體，所述受體用於生物分子或生物實體(bio-entities)的檢測。關於介面層的進一步的細節將於本文中提供。
雙閘極背側感測的FET感測器200包含至汲極區 206(Vd 216)、源極區204(Vs 218)、閘極結構202(前側閘極220)及/或主動區208(例如，背側閘極222)的電性接觸物。應注意的是，背側閘極222不需實體地接觸基板214或基板214上的任何介面層。因此，雖然常規FET使用閘極接觸物以控制源極及汲極之間的半導體的傳導(例如，通道)，但雙閘極背側感測的FET感測器200使形成於FET裝置的相對側上的受體得以控制傳導，同時閘極結構202提供另一閘極以控制傳導。因此，雙閘極背側感測的FET感測器200可用於檢測開口212附近及/或開口212中的環境的一或多個特定的生物分子或生物實體，如使用本文的各種例子進一步所討論的。
雙閘極背側感測的FET感測器200可連接至附加的被動組件，例如電阻器、電容器、電感器及/或保險絲；以及其它主動組件，包含P通道場效電晶體(PFET)、N通道場效電晶體(NFET)、金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、高壓電晶體及/或高頻電晶體；其他合適的組件；及/或上述之組合。應進一步理解的是，對於雙閘極背側感測的FET感測器200的另外的實施例而言，可於雙閘極背側感測的FET感測器200中添加額外的特徵，且可取代或刪除所描述的一些特徵。關於雙閘極背側感測的FET感測器200的示例性製造程序的進一步細節可參見共有的美國專利公開號2013/0200438及美國專利公開號2014/0252421，其整體揭示的內容通過引用併入於此。
請參照第3圖，其顯示與位元線306及字元線308連接的FET感測器304的示例性可定址陣列(addressable array) 300的示意圖。應注意的是，術語位元線及字元線於本文中用以表示與記憶體裝置中的陣列構造的相似處，然而，並未暗指記憶體裝置或儲存陣列必須包含於陣列中。可定址陣列300與其它半導體裝置中所採用的可具有相似處，例如，動態隨機存取記憶體(DRAM)陣列。舉例而言，上述參照第2圖所述的雙閘極背側感測的FET感測器200，可形成於DRAM陣列中將存在電容器的位置。示意圖300僅為示例性的，且本技術領域具有通常知識者將可理解其它配置為可能的。
FET感測器304可各自與雙閘極背側感測的FET感測器200實質上相似。FET 302被配置以提供FET感測器304的汲極端與位元線306之間的連接。如此一來，FET 302類似於DRAM陣列中的存取電晶體。於此示例性實施例中，FET感測器304為雙閘極背側感測的FET感測器，且包含由受體材料所提供的感測閘極以及由閘極電極(例如，多晶矽)所提供的控制閘極，上述受體材料設置於覆蓋在反應位置的FET主動區上的介電層上，且上述閘極電極設置於覆蓋在FET主動區上的介電層上。
示意圖300顯示可能有利於檢測由導入FET感測器304的微小生物分子或生物實體提供的小的訊號改變的陣列形成。使用位元線306及字元線308的陣列格式使得輸入/輸出接墊的數量減少。可使用放大器以增強訊號強度以改善具有示意圖300的電路排列的裝置的檢測能力。在一實施例中，當特定的字元線308及位元線306確立時，對應的存取電晶體302將被開啟(例如，像是開關)。當相關聯的FET感測器304(例如，雙閘極背側感測的FET感測器200的背側閘極222)的閘極的電 荷受到生物分子存在的影響時，FET感測器304將傳送電子並誘發裝置的場效充電，從而調節電流(例如，Ids)。電流(例如，Ids)或閾值電壓(Vt)的改變可用以指明相關生物分子或生物實體的檢測。因此，具有示意圖300的裝置可實現生物感測器的應用，包含具有用於提升靈敏度的差動感測(differential sensing)的應用。
請參照第4圖，顯示示例性佈局(layout)400。示例性佈局400包含被排列作為分別可定址的像素402的陣列401的存取電晶體302及FET感測器304。陣列401可包含任何數量的像素402。例如，陣列401可包含128×128像素。其它排列可包含256×256像素或非矩形陣列，例如128×256像素。
每個像素402包含存取電晶體302及雙閘極背側感測的FET感測器304，以及可包含一或多個加熱器408及溫度感測器410的其它組件。在此例子中，存取電晶體302為n通道FET。n通道FET 412亦可作為溫度感測器410的存取電晶體。在此說明的例子中，FET 302及412的閘極共同耦接，雖然這不是必需的。可使用列解碼器(decoder)404及行解碼器406單獨地定址各個像素402(及其相關聯的組件)。在一例子中，各個像素402具有約10微米x約10微米的尺寸。在另一例子中，各個像素402具有約5微米x約5微米的尺寸，或具有約2微米x約2微米的尺寸。
行解碼器406及列解碼器404可用於確定n通道FET 302和412的開啟/關閉狀態。開啟n通道FET 302提供電流給雙閘極背側感測的FET感測器304的S/D區。當這些裝置開啟時， 電流Ids流過FET感測器304且可被測量。
加熱器408可用於局部地增加雙閘極背側感測的FET感測器304周圍的溫度。加熱器408可使用任何已知的技術加以建造，例如，形成具有高電流流經的金屬圖案。加熱器408亦可為熱電加熱器/冷卻器，像是帕耳帖(Peltier)裝置。加熱器408可使用於某些生物測試中，例如，使DNA或RNA變性，或為某些生物分子提供更理想的結合環境。溫度感測器410可用於測量雙閘極背側感測的FET感測器304周圍的局部溫度。在一實施例中，可建立控制迴路以使用加熱器408及從溫度感測器410接收的反饋進行溫度控制。在另一實施例中，加熱器408可為允許像素402內的組件局部主動冷卻的熱電加熱器/冷卻器。
請參照第5A圖，提供示例性雙閘極背側感測的FET感測器500的剖面示意圖。雙閘極背側感測的FET感測器500為雙閘極背側感測的FET感測器200的一種實施，因此先前於第2圖描述的元件以第2圖的元件編號標示，於此不再重複其描述。雙閘極背側感測的FET感測器500包括閘極202、源極區204、汲極區206及通道區208，其中源極區204及汲極區206形成於基板214內。閘極202、源極區204、汲極區206及通道區208形成FET。應注意的是，如同相關技術領域的通常知識者將可理解的，第5A圖的各種組件並未意圖按比例繪製，且為了方便觀看而誇大。
在一示例性實施例中，雙閘極背側感測的FET感測器500與金屬內連線502的許多層耦接，金屬內連線502與形成 於基板214內的各種摻雜區及其它裝置電性連接。金屬內連線502可使用相關技術領域具有通常知識者熟知的製程製造。
雙閘極背側FET感測器500可包含與源極區204及汲極區206分離的主體區504。主體區504可用於偏置(bias)源極區204及汲極區206之間的主動區208中的載子濃度。因此，可施加負電壓偏壓於主體區504，以改善雙閘極背側FET感測器500的靈敏度。在一實施例中，主體區504與源極區204電性連接。在另一實施例中，主體區504電性接地。
雙閘極背側FET感測器500可與基板214內製造的附加電路506耦接。附加電路506可包含任何數量的MOSFET裝置、電阻器、電容器或電感器，以形成用於輔助雙閘極背側感測的FET感測器500操作的電路。例如，行解碼器406及列解碼器404可形成於電路506中。電路506可包含，例如任何放大器、類比數位轉換器(analog to digital converter，ADC)、數位類比轉換器(digital to analog converter，DAC)、電壓產生器、邏輯電路及DRAM記憶體等。附加電路506的全部或部分組件可集成(integrate)於與雙閘極背側FET感測器500相同的基板214中。應理解的是，實質上類似於雙閘極背側FET感測器500的許多FET感測器，可集成於基板214上並與附加電路506耦接。在另一例子中，提供附加電路506的所有或部分組件於與基板214分離的另一半導體基板上。在又一例子中，附加電路506的一些組件集成於與雙閘極背側FET感測器500相同的基板214中，且附加電路506的一些組件設置於與基板214分離的另一半導體基板上。
繼續參照第5A圖的說明性示例，雙閘極背側感測的FET感測器500包含沉積於隔離層210上以及在通道區208上的開口內的介面層508。在一實施例中，介面層508具有在約20Å至約40Å之間的厚度。介面層508可為高介電常數(high-K)介質材料，例如，矽酸鉿(hafnium silicate)、氧化鉿(hafnium oxide)、氧化鋯(zirconium oxide)、氧化鋁(aluminum oxide)、五氧化鉭(tantalum pentoxide)、二氧化鉿-氧化鋁(HfO2-Al2O3)合金或上述之任何組合。介面層508可作為捕獲試劑貼附的支持物，此將於針對生物感測的部分中更詳細地討論。提供溶液512於雙閘極背側感測的FET感測器500的反應位置上，且放置流體閘極510於溶液512內。溶液512可為含有捕獲試劑、目標試劑、清洗溶液或任何其它生物或化學種類的緩衝溶液。
於此將描述作為pH感測器的雙閘極背側FET感測器500的示例性操作。簡言之，流體閘極510用以提供電性接觸於雙閘極背側感測的FET感測器的“第二閘極”。提供溶液512於雙閘極背側感測的FET感測器500的反應位置上，且放置流體閘極510於溶液512內。溶液的pH通常與溶液中的氫離子濃度[H+]有關。在通道區208上方的介面層508的表面附近的離子聚集將會影響在通道區208內反轉層(inversion layer)的形成，其形成源極區204及汲極區206之間的導電通路。此可藉由FET感測器的導電率的改變進行測量。在一實施例中，在感測期間，流體閘極510作為電晶體的閘極，而閘極202維持浮動。在另一實施例中，在感測期間，流體閘極510作為電晶體的閘極， 而閘極202被施加偏壓在一給定的電位。舉例而言，閘極202可根據應用被施加偏壓在-2V及2V之間的電位，而流體閘極510在一定範圍的電壓之間被掃描(swept)。在另一實施例中，在感測期間，流體閘極510被施加偏壓在一給定的電位(或接地)，而閘極202作為電晶體的閘極(例如，其電壓被掃描過一定範圍的電位)。流體閘極510可由鉑形成，或可由電化學分析中用於參考電極的任何其它常用的材料形成。最常見的參考電極為Ag/AgCl電極，其具有約0.230V的穩定電位值。
第5B圖顯示溶液中的離子結合至介面層508的表面。介面層508的最頂層的原子層被繪示成多種懸掛的[O-]、[OH]及[OH2 +]鍵。當離子聚集在表面上時，總表面電荷會影響電晶體的閾值電壓。如本文所使用的，閾值電壓是在FET感測器的源極及汲極之間形成少數載子的導電路徑所需之FET感測器的閘極及源極之間的最小電位。總電荷亦直接與溶液的pH值有關，因為較高的正電荷累積代表較低的pH值，而較高的負電荷累積則代表較高的pH值。第5C圖顯示由於n通道FET感測器中pH值不同而導致的閾值電壓變化。從圖中可以看出，閾值電壓增加59mV大略代表溶液的pH值增加1。換言之，當測量為開啟電晶體所需的電壓時，一個pH的變化產生59mV的總表面電荷當量(equivalent)。
流體測試平台
請參照第5A圖所示的示例性FET感測器，溶液512輸送至感測器表面上，以實行測量。溶液512的精確輸送對於避免浪費過多並未使用於感測測量的溶液可能為重要的。此 外，將溶液512僅輸送至感測器陣列內的一些感測器可能為理想的。
第6圖顯示根據一實施例，示例的流體測試平台600。流體測試平台可包含兩個主要部分：第一個為流體處理組件602，第二個為輪組件604。這些部分可一起操作以將給定流體的精確液滴(droplet)630輸送至基板634上的感測器陣列632的表面。根據一實施例，輪組件604以約600RPM至約1800RPM之間的速度旋轉，以從第一通道612吸取流體以及使流體向外朝向位在一或多個腔體626的末端的開口，上述腔體626圍繞輪組件604的外緣位移。
在一實施例中，流體處理組件602包含多個流體腔室606a~606c以容納可用於特定測定或其它生物/化學測試的各種流體。雖然圖示僅繪示三個腔室，但可理解的是，可包含任何數量的流體腔室。在一例子中，每個腔室藉由對應的流體通道608a~608c與多通閥(multi-way valve)610耦接。多通閥610可為電控閥，允許流體僅在通道608a~608c的其中之一與第一通道612之間流動。因此，多通閥610被設計為選擇位於腔室606a~606c的其中之一與輪組件604之間的流體路徑。此流體配置僅為一例子，亦可使用其它使用多於一個閥的流體配置。
每個腔室606a~606c可容納用於給定測試的不同溶液。例如，第一腔室606a可包含含有捕獲試劑以固定於感測器陣列632的表面上的溶液。第二腔室606b可包含含有待測試的樣品(其可以包含目標試劑)的溶液。第三腔室606c可包含緩衝溶液以作為清洗溶液並且在進行測量時覆蓋感測器表 面。每個腔室606a~606c可容納約1mL至約10mL之間的流體。較大的腔室606a~606c可容納約5mL至約25mL之間，或約10mL與約50mL之間的流體。
第一通道612與多通閥610的出口耦接，以接受來自腔室606a~606c中任一個的流體。根據一實施例，第一通道612包含在感測測量期間使用的參考電極614。參考電極614可與第5A圖的流體閘極510以相同方式操作。是以，參考電極614可為鉑電極或Ag/AgCl電極。在一實施例中，第一通道612具有在約2mm2至約4mm2之間的截面積。第一通道612可由例如不銹鋼的材料機械加工而成，或可形成於例如聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)或聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)的聚合物材料中。第一流體通道612的出口可與輪組件604的中心部分616耦接。
由於離心力的作用，輪組件604的旋轉使流體向外至組件的邊緣。此允許流體的移動而不需要分開的幫浦。在輪組件604旋轉的同時，流體可從第一通道612被抽取通過中心部分616，中心部分616可包含與輪組件604的其它部件一起旋轉的中空中心柱。在一實施例中，流體流過中心部分616的中空部分並進入一或多個第二通道618。第二通道618從中心部分616向外放射並與第三通道620的內表面621耦接，第三通道620以其中心軸與中心部分616對齊，排列為環(loop)。可使用任何數量的第二通道618將流體從中心部分616引導至第三通道620中。各個第二通道618及第三通道620可由固體材料形成，例如，不銹鋼。第三通道620可排列為具有總直徑在約3cm 至約7cm之間的環。第三通道620的內部流體直徑可在約1mm至約3mm之間。
根據一實施例，當輪組件604旋轉時，迫使流體持續地通過耦接至第三通道620的外表面623的漏斗區域622向外流入對應的毛細管624。輪組件604的外緣周圍可包含任何數量的毛細管624。在一實施例中，毛細管624從輪組件604的中心向外放射。毛細管624可為具有內徑範圍在約0.5mm至1mm之間的玻璃或不銹鋼毛細管。根據一實施例，每個毛細管624可具有實質上相同的內徑，使得在給定的輪組件604的旋轉速度下，液滴實質上同時形成於各個毛細管624的末端。
在一實施例中，毛細管624的遠端為腔體626。腔體626可具有類似杯子的形狀，且被包含以較佳地控制當流體到達毛細管624的末端時所形成的液滴的尺寸。每個腔體626可具有不同的尺寸以形成各種尺寸的液滴。腔體626可具有在約2μL至約20μL之間的流體體積。
在一實施例中，在流體已經被推進通過相應的毛細管624之後，流體液滴630在給定腔體626的末端形成。一旦流體液滴630形成，便可旋轉輪組件604，使得液滴630向下朝向感測器陣列632。接著可降低流體測試平台600或只降低輪組件604，直到液滴630與感測器陣列632的表面接觸。液滴630可具有小於1μL、小於100nL或小於10nL的流體體積。一但液滴630被傳送至感測器陣列632，流體測試平台600或僅傳送至輪組件604可提高遠離基板634。
在輪組件604的旋轉已減速或停止之後，腔體626 亦可用於維持形成的液滴630。因輪組件604的減速或停止而將離心力從流體移除之後，由於毛細作用力，毛細管624中的流體可被朝向第三通道620拉回。但腔體626內的流體具有較大的體積，使得毛細作用力不足以將腔體626內的流體拉回。因此，在一實施例中，腔體626的尺寸設計成可將液滴630維持在腔體626，即使在輪組件604的旋轉已減速或停止之後。
可形成多個流體液滴用於放置在感測器陣列中的各種感測器(或不同感測器陣列內的不同感測器)上。藉由使用從輪組件604向外放射的許多毛細管624，流體液滴可藉由輪組件604的旋轉，實質上同時地形成於對應的腔體626中的各個毛細管624的末端。一但所有液滴形成，則可藉由旋轉輪組件604將各個液滴放置於不同的感測器上，使目標液滴朝下以降低至感測器陣列632的表面上。在給定的液滴已降低至感測表面上之後，輪組件604可旋轉直到不同的毛細管624朝下以提供另一液滴至另一感測表面或至相同感測表面。在另一例子中，新的流體可被吸入輪組件604中，以新的溶液製造新的流體液滴。
輪組件604可包含與第三通道620的外表面623耦接的廢液儲存槽628。廢液儲存槽628可被包含以回收未被用於形成液滴的任何過量的流體。
根據一實施例，輪組件604的所有組件一起旋轉。於是，中心部分616、第二通道618、第三通道620、漏斗區域622、毛細管624、腔體626及廢液儲存槽628各個都以相同的角速度旋轉。可使用馬達(未繪示)以旋轉輪組件604。可使用 任何類型的電動馬達而未加限制。
可通過第一通道612及輪組件604的通道提供各種不同的流體。不同流體內的各種分析物對通道壁的非特異性結合可能造成不希望的污染。根據一實施例，至少第一通道612、第二通道618、第三通道620、漏斗區域622、毛細管624及腔體626的內壁以減少非特異性結合的材料塗佈。上述材料可用以增加內壁的疏水性。舉例而言，牛血清白蛋白(BSA)可用於塗佈各種通道的內壁並減少非特異性結合。
第7圖顯示流體測試平台600的側視圖，其聚焦於第一通道612與中心部分616耦接的區域。流體從第一通道612的入口702流經參考電極614，且向上至中心部分616。根據一實施例，中心部分616可包含兩個部分，靜止且耦接至第一通道612的下部部分704，以及與輪組件604的其餘部分一起旋轉的上部部分706。下部部分704及上部部分706均具有供流體流動的中空中心。
可在上部部分706及下部部分704之間的介面708處採用密封機構。可使用聚合物墊片(gasket)或通常用於形成防漏密封的任何其它材料實行密封。亦可在介面708或在介面708附近提供軸承結構(bearing structure)使上部部分706能夠以減少的摩擦力旋轉。於此側視圖中，輪組件604將在垂直地延伸穿過頁面的表面的軸710周圍旋轉，使得流體將向上流經中心部分616，且向外通過第二通道(未繪示於此圖中)流入第三通道620、毛細管624以及最終通過腔體626，以形成待輸送至感測器表面的液滴。
根據一實施例，輪組件604為可棄式且可更換的。此可減少使用流體測試平台600對將來的流體輸送的污染。在一例子中，於介面708移除輪組件604，且耦接新的輪組件至中心部分616的下部部分704上。
請參照第8圖，其顯示示例性方法800。方法800可藉由流體測試平台600加以實行，以將流體的液滴輸送至感測器陣列的表面。可在方法800所示的操作之前、之間或之後實行未於方法800中繪示的與流體處理及電測量相關的其它操作。方法800的各種操作可以以與所示順序不同的順序加以實行。
在方塊802，流體流入輪組件的中心部分。流體可先流經與中心部分耦接的第一通道。由於輪組件的旋轉，流體可能被吸入中心部分。流體可從一或多個腔室抽取，上述腔室藉由一或多個閥與第一通道耦接。流體的流速可根據輪組件的旋轉速度加以控制。
在方塊804，輪組件旋轉。方塊802及804的操作可實質上同時發生，使得輪組件旋轉造成流體流動。輪組件可使用電動馬達加以旋轉，例如，可使用感應馬達或步進馬達。根據一實施例，輪組件可以約600RPM至約1800RPM之間的速度旋轉。
在方塊806，流體流入沿著輪組件的外表面設置的毛細管中。當輪組件旋轉時，由於離心力，流體可持續地從輪組件的中心通過毛細管被往外推。
在方塊808，液滴形成於毛細管的末端。根據一實 施例，杯狀(cup-shaped)腔體設置於毛細管的末端以控制液滴的形狀及尺寸。一但液滴形成，輪組件可停止旋轉使液滴能夠輸送至感測器表面。液滴可具有小於1μL、小於100nL或小於10nL的流體體積。在一實施例中，每個毛細管具有相同的內徑及相同的長度，使得在毛細管末端形成的多個液滴實質上為同時形成。
在方塊810，輪組件朝感測器表面降低，使得液滴與感測器表面接觸。液滴可包含捕獲試劑、目標試劑、或可在測量期間作為在感測器表面上的穩定緩衝溶液。輪組件的旋轉可減慢或停止，以使液滴與感測器表面接觸。
可使用流體測試平台實行進一步的操作，以便為測定的各階段提供完整的流體輸送。在一例子中，可對在其末端有液滴形成的每個毛細管重複方塊810。當從給定毛細管的末端輸送液滴時，輪組件可旋轉以將每個毛細管定位為朝向下。在另一例子中，接續方塊810，輪組件可提高遠離感測器表面並旋轉以將任何過量的流體排出輪組件外或排出至與輪組件的一部分耦接的廢液儲存槽中。一但第一流體已充分地從輪組件的通道及毛細管移除，便可從另一流體腔室將第二流體吸入輪組件中。可藉由旋轉輪組件將第二流體吸入輪組件中。輪組件的旋轉可持續，直到第二流體的液滴形成於一或多個毛細管的末端。一但至少一液滴形成，輪組件可再次藉由降低至感測器表面上以將第二流體的液滴輸送至感測器。
輪組件可從流體測試平台的剩餘部分移除，以便被棄置。新的輪組件可取代流體測試平台上被棄置的組件，從 而允許實行多個測試而不會有污染的風險。
化學、生物及介面
如本發明實施例中所描述的設備、系統及方法可用於輸送各種流體以用於檢測及/或監測各種實體之間的相互作用。這些相互作用包含生物及化學反應以檢測測試樣品中的目標分析物。舉例而言，可監測包含物理、化學、生化或生物學轉化的反應以檢測中間物、副產物、產物及其組合的產生。此外，本發明實施例的設備、系統及方法可用於如本文所述的各種測定以檢測這些反應，包含但不限於用於，液態生物檢體及螯合測定中的循環腫瘤細胞測定，以檢測重金屬及其它環境污染物的存在。這樣的測定及反應可以單一形式或陣列形式進行監測，以檢測例如多個目標分析物。
DGBSS FET感測器的生物感測例子
請參照第9圖，其為使用前述第5圖所示的雙閘極背側感測的FET感測器以實行之示例性生物感測測試。探針DNA 904(捕獲試劑的例子)藉由連接分子902結合至介面層508。連接分子902可具有結合至介面層508的一部分的反應性化學基團。連接分子的例子包含硫醇(thiol)。連接分子亦可藉由介面層508的表面的矽烷化(silanization)或將介面層508的表面暴露於氨(NH3)電漿以於表面上形成反應性NH2基團加以形成。矽烷化製程涉及將介面層508的表面依序地暴露於不同的化學物質以在介面層508的表面上形成共價鍵結的分子，如同相關技術領域具有通常知識者一般所理解的。探針DNA 904代表單股DNA。根據一實施例，在實行方法800的任 一步驟之前，連接分子902結合至介面層508。在實行方法800的一何步驟之前，探針DNA 904亦可結合至連接分子902。在另一實例中，於方法800的方塊810中，探針DNA 904結合至連接分子902。根據一實施例，第9圖繪示的雙閘極背側感測的FET感測器為感測器陣列內的一個FET，其將存在於晶片上。
在將流體樣品901使用於FET感測器之前，可將探針DNA 904固定於介面層508上。可使用流體測試平台600將流體樣品901輸送至FET感測器的表面。流體樣品901可包含匹配的單股DNA序列906，其強烈地結合至與其匹配的探針DNA 904。額外的DNA的結合增加存在於介面層508上的負電荷，且正好在FET感測器的通道區208上方。
第10A圖概念性地繪示DNA結合。於此，具有核酸序列TCGA的探針DNA與其具有核酸序列AGCT的互補匹配股結合。任一不匹配的序列將不會與探針DNA序列雜交(hybridize)。匹配的DNA的結合增加在介面層508的介面聚集的負電荷。在第10A圖所示的例子中，介面層508為氧化鉿(hafnium oxide)。
第10B圖顯示當匹配的DNA結合至介面層508的表面時，雙閘極背側感測FET感測器的閾值電壓的偏移。簡言之，電壓施加於參考電極直到FET感測器“開啟”，且電流在汲極區206及源極區204之間流動。參考電極未於第9圖中繪示，但可由如第6圖及第7圖所示的參考電極614表示。當由於互補DNA的結合而在介面層508存在更多負電荷時，需要更高的電壓以於通道區208內形成導電反轉層。因此，根據一實施例， 在FET感測器導通且Ids電流流動之前，可施加較高的電壓於參考電極。可測量閾值電壓的此種差異，且不僅可用於確定目標匹配的DNA序列的存在，亦可確定其濃度。應理解的是，介面層508的淨正累積電荷將導致閾值電壓降低而非增加。此外，相較於p通道FET，閾值電壓的變化對於n通道FET將具有相反的正負號。
請參照第11圖，其為使用雙閘極背側感測的FET感測器以實行之另一示例性生物感測測試。探針抗體1104(捕獲試劑的另一例子)藉由連接分子1102結合至介面層508。連接分子1102可具有結合至介面層508的一部分的反應性化學基團。樣品溶液1101可提供於探針抗體1104上，以確定樣品溶液1101內是否存在匹配的抗原。可以使用流體測試平台600將樣品溶液1101輸送至FET感測器的表面。根據一實施例，在實行方法800的任一步驟之前，連接分子1102結合至介面層508。在實行方法800的任一步驟之前，探針抗體1104亦可結合至連接分子1102。在另一例子中，在方法800的方塊810中，探針抗體1104結合至連接分子1102。
請參照第12圖，其顯示匹配的抗原與探針抗體1104的結合過程。於此，匹配的抗原將與固定的探針抗體結合，而不匹配的抗原將不會結合。與上述DNA雜交過程相似的，匹配的抗原將改變在介面層508存在的累積電荷。由匹配的抗體結合至探針抗體的累積電荷造成的閾值電壓的移位以實質上與前述相同的方式進行測量，請參照第10B圖。
結語
本文描述流體輸送裝置的一些實施例。根據一實施例，流體輸送裝置包含具有入口及出口的第一流體通道，以及與第一流體通道的出口耦接的輪組件。輪組件包含與第一流體通道的出口耦接的中心部分。中心部分被設計用以輸送流體通過一或多個第二流體通道，上述第二流體通道從中心部分向外放射。輪組件亦包含排列為封閉的環的第三流體通道，其中一或多個第二流體通道各自與第三流體通道的內表面耦接。輪組件亦包含與第三流體通道的外表面耦接的一或多個毛細管，且排列為從中心部分向外放射。輪組件被設計用以旋轉，以迫使流體從中心部分通過一或多個毛細管向外。
在一實施例中，如前述之流體輸送裝置，更包含設置於第一流體通道內的電極。
在一實施例中，如前述之流體輸送裝置，其中一或多個毛細管各自包含杯狀結構，上述杯狀結構形成設置於毛細管的末端的腔體。
在一實施例中，如前述之流體輸送裝置，其中腔體容納約2微升至約20微升之間的流體。
在一實施例中，如前述之流體輸送裝置，其中輪組件更包含與第三流體通道耦接的廢液儲存槽。
在一實施例中，如前述之流體輸送裝置，其中輪組件被設計為可從第一流體通道移除的。
在一實施例中，如前述之流體輸送裝置，其中在第三流體通道的封閉的環之間所測量的輪組件的直徑在3cm至5cm之間。
根據另一實施例，流體測試平台包含被設計用以容納第一流體的第一腔室、被設計用以容納第二流體的第二腔室、被設計用以在來自第一腔室的流體路徑及來自第二腔室的流體路徑之間進行選擇的多通閥、以及與多通閥的出口耦接的第一流體通道。流體測試平台亦包含與第一流體通道耦接的輪組件。輪組件包含與第一流體通道的出口耦接的中心部分。中心部分被設計用以輸送流體通過一或多個第二流體通道，上述第二流體通道從中心部分向外放射。輪組件亦包含排列為封閉的環的第三流體通道，其中一或多個第二流體通道各自與第三流體通道的內表面耦接。輪組件亦包含與第三流體通道的外表面耦接的一或多個毛細管，且排列為從中心部分向外放射。輪組件被設計用以旋轉，以迫使流體從中心部分通過一或多個毛細管向外。
在一實施例中，如前述之流體測試平台，其中多通閥被設置以根據接收的電子訊號，在來自第一腔室的流體路徑及來自第二腔室的流體路徑之間進行選擇。
在一實施例中，如前述之流體測試平台，更包含設置於第一流體通道內的電極。
在一實施例中，如前述之流體測試平台，其中一或多個毛細管各自包含於毛細管的末端形成腔體的杯狀結構。
在一實施例中，如前述之流體測試平台，其中腔體容納約2微升至約20微升之間的流體。
在一實施例中，如前述之流體測試平台，其中輪組件更包含與第三流體通道耦接的廢液儲存槽。
在一實施例中，如前述之流體測試平台，其中輪組件被設計為可從第一流體通道移除的。
在一實施例中，如前述之流體測試平台，其中在第三流體通道的封閉的環之間所測量的輪組件的直徑在3cm至5cm之間。
描述一種示例性輸送流體至感測器的方法。上述方法包含使流體流經第一通道以及流入輪組件的中心部分，且旋轉輪組件以迫使流體從輪組件的中心部分向外。上述方法亦包含使流體通過一或多個排列於輪組件的外表面上的毛細管移動，其中移動的發生是因為輪組件的旋轉。上述方法亦包含形成流體的液滴於一或多個毛細管的其中之一的末端，以及朝具有感測器的基板降低輪組件，使得液滴與感測器接觸。
在一實施例中，如前述之輸送流體至感測器的方法，其中形成液滴包含形成具有小於10nL的尺寸的液滴。
在一實施例中，如前述之輸送流體至感測器的方法，更包含在朝具有感測器的基板降低輪組件之前，停止輪組件的旋轉。
在一實施例中，如前述之輸送流體至感測器的方法，更包含在液滴與感測器接觸之後，升高輪組件；旋轉輪處件直到液滴已通過一或多個毛細管被推出輪組件外；使第二流體流經第一通道且流入輪組件的中心部分；旋轉輪組件以迫使第二流體從輪組件的中心部分向外；使第二流體通過一或多個毛細管移動，其中移動的發生是因為輪組件的旋轉；形成第二流體的液滴於一或多個毛細管的其中之一的末端；朝具有感測 器的基板降低輪組件，使得第二流體的液滴與感測器接觸。
在一實施例中，如前述之輸送流體至感測器的方法，更包含從第一通道移除輪組件，且使另一輪組件與第一通道耦接。
前述內文概述了許多實施例的特徵，使本技術領域中具有通常知識者可以更佳的了解本發明實施例的各個方面。本技術領域中具有通常知識者應該可理解，他們可以很容易的以本發明實施例為基礎來設計或修飾其它製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與內文介紹的實施例相同的優點。本技術領域中具有通常知識者也應理解這些等效的結構並不會背離本發明實施例的精神與範圍，並可在未脫離本發明實施例之精神與範圍的前提下進行各種改變、替換及更動。
此外，應理解的是，本文中的用語或術語是用於描述之目的而非限制之目的，使得本技術領域中具有通常知識者可根據教示及指導理解本說明書的術語或用語。
本發明實施例的廣度及範圍不應被上述任何示例性實施例所限制，而應根據所附專利申請範圍及其等效範圍定義。

Claims (1)

  1. 一種流體輸送裝置，包括：一第一流體通道，具有一入口及一出口；以及一輪組件，與該第一流體通道的該出口耦接，該輪組件包括：一中心部分，與該第一流體通道的該出口耦接且被設置用以輸送流體通過一或多個第二流體通道，該一或多個第二流體通道從該中心部分向外放射；一第三流體通道，排列為一封閉的環，其中該一或多個第二流體通道各自與該第三流體通道的一內表面耦接；以及一或多個毛細管，與該第三流體通道的一外表面耦接，且排列為從該中心部分向外放射；其中該輪組件被設置用以旋轉，以迫使流體從該中心部分通過該一或多個毛細管向外。
TW106140721A 2017-06-28 2017-11-23 流體輸送裝置 TW201905432A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762526111P 2017-06-28 2017-06-28
US62/526,111 2017-06-28
US15/705,730 US10702869B2 (en) 2017-06-28 2017-09-15 Miniaturized fluid manipulation system
US15/705,730 2017-09-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201905432A true TW201905432A (zh) 2019-02-01

Family

ID=64734767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106140721A TW201905432A (zh) 2017-06-28 2017-11-23 流體輸送裝置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10702869B2 (zh)
CN (1) CN109126920A (zh)
TW (1) TW201905432A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI736926B (zh) * 2019-07-05 2021-08-21 漢民測試系統股份有限公司 注液裝置、半導體檢測系統及其檢測方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111760601B (zh) * 2020-07-03 2022-04-22 中国科学院合肥物质科学研究院 一种集成液路切换阀的微流控芯片及核酸检测方法
TWI739712B (zh) * 2021-02-02 2021-09-11 漢民測試系統股份有限公司 生物晶片測試系統

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003068906A1 (en) * 2002-02-12 2003-08-21 Cellectricon Ab Systems and methods for rapidly changing the solution environment around sensors
US9523642B2 (en) * 2012-11-09 2016-12-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Integrated electro-microfluidic probe card, system and method for using the same
US9885352B2 (en) * 2014-11-25 2018-02-06 Genia Technologies, Inc. Selectable valve of a delivery system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI736926B (zh) * 2019-07-05 2021-08-21 漢民測試系統股份有限公司 注液裝置、半導體檢測系統及其檢測方法
US11567125B2 (en) 2019-07-05 2023-01-31 Hermes Testing Solutions Inc. Injection device, semiconductor testing system and its testing method
US11656275B2 (en) 2019-07-05 2023-05-23 Hermes Testing Solutions Inc. Injection device, semiconductor testing system and its testing method

Also Published As

Publication number Publication date
CN109126920A (zh) 2019-01-04
US10702869B2 (en) 2020-07-07
US20190001333A1 (en) 2019-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11808731B2 (en) Bio-field effect transistor device
US20210109059A1 (en) On-chip heater
TWI723321B (zh) 生物場效電晶體感測器、微流體系統及其使用方法
US10984211B1 (en) Semiconductor device with bioFET and biometric sensors
US20230288369A1 (en) Differential Sensing With Biofet Sensors
US10702869B2 (en) Miniaturized fluid manipulation system
US20210263022A1 (en) Cartridge and analyzer for fluid analysis
TW201805610A (zh) 用於分析液體的盒體及分析器
US11243184B2 (en) Digital time-domain readout circuit method for BioFET sensor cascades
US20200371059A1 (en) Integrated reference electrode and fluid dispenser