傳感器生長控制器的制造方法
【專利說明】傳感器生長控制器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2013年8月7日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)N0.61 /863，380的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)申請(qǐng)由此通過引用整體并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0002]可檢測具有高敏感度的生物分子目標(biāo)的低成本高吞吐量傳感器的發(fā)展是高度期望的。為了這樣的目的，生產(chǎn)能夠可再生產(chǎn)地實(shí)現(xiàn)這樣的敏感度的感測電極是非平凡的。因此，用于制造這樣的傳感器的替換的系統(tǒng)和方法針對(duì)復(fù)用檢測應(yīng)用可以是有益的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本文公開了用于控制在生物分子的檢測中用作傳感器的納米結(jié)構(gòu)微電極的生長的系統(tǒng)、裝置和方法。在電鍍納米結(jié)構(gòu)微電極時(shí)，傳統(tǒng)電鍍方法可能產(chǎn)生不均勻的大小和不一致的形態(tài)。這樣的不均勻生長由最大表面積電極具有最大的生長速率的趨向(由于它對(duì)于電流的更大要求)引起。在一些實(shí)現(xiàn)中，電鍍停止控制器通過個(gè)別地監(jiān)控電極電流并在它們到達(dá)指示電極的表面積的目標(biāo)電流時(shí)中斷到各個(gè)電極的電流來幫助調(diào)節(jié)最終電極表面積。
[0004]在一個(gè)方面中，用于電鍍電極的方法包括:使襯底與電解質(zhì)接觸，襯底具有多個(gè)工作電極;將電位施加到多個(gè)工作電極中的每一個(gè);監(jiān)控通過多個(gè)工作電極中的每一個(gè)的分開的電流;響應(yīng)于確定通過多個(gè)工作電極的第一電極的第一電流已經(jīng)到達(dá)預(yù)定義值而中斷通過第一工作電極的第一電流。在特定實(shí)現(xiàn)中，將電位施加到第一電極產(chǎn)生納米結(jié)構(gòu)微電極。在一些實(shí)現(xiàn)中，中斷第一電流包括移除施加到第一工作電極的電位，同時(shí)將電位連續(xù)地施加到多個(gè)電極引線的剩余工作電極。多個(gè)工作電極可以共用公共反電極，且公共反電極可被成形使得在多個(gè)工作電極中的每一個(gè)和公共反電極之間的電阻在多個(gè)工作電極當(dāng)中基本上是類似的。
[0005]在特定實(shí)現(xiàn)中，施加到多個(gè)工作電極中的每一個(gè)的電位由公共恒電位器控制。通過多個(gè)工作電極中的每一個(gè)的所測量的電流可指示它們的相應(yīng)工作電極的表面積。在特定實(shí)現(xiàn)中，該方法還包括確定通過多個(gè)電極引線的第二電極的第二電流已經(jīng)到達(dá)預(yù)定義值，并響應(yīng)于確定第二電流已經(jīng)到達(dá)預(yù)定義值，移除施加到第二電極引線的電位。在這樣的實(shí)現(xiàn)中，在施加到第二電極的電位被移除之后，第一電極的表面積基本上類似于第二電極的表面積。
[0006]在一些實(shí)現(xiàn)中，用于控制電極形態(tài)的方法包括將交替極性的第一波形施加到工作電極。如果確定通過工作電極的電流已經(jīng)到達(dá)預(yù)先確定范圍，則第一波形被移除且非交替極性的第二波形被施加到工作電極。這幫助在工作電極上產(chǎn)生密集的籽晶層，并便于在結(jié)果的納米結(jié)構(gòu)微電極中的精細(xì)結(jié)構(gòu)的形成。預(yù)先確定的范圍可指示工作電極的大小。在特定實(shí)現(xiàn)中，波形的第一極性具有比第二極性的持續(xù)時(shí)間更長的持續(xù)時(shí)間。第二波形可包括指數(shù)衰減，其具有沿著指數(shù)衰減分布的多個(gè)峰值。在一些實(shí)現(xiàn)中，用于電鍍電極的系統(tǒng)包括配置成執(zhí)行上面所述的方法的任何一個(gè)或其任何組合的控制電路。
[0007]在另一方面中，用于電鍍電極的系統(tǒng)包括實(shí)心支撐物，其具有分布在其表面上的多個(gè)工作電極和具有導(dǎo)電和絕緣區(qū)的反電極。導(dǎo)電區(qū)遠(yuǎn)離多個(gè)工作電極隔開一距離，且絕緣體覆蓋導(dǎo)電區(qū)的一部分，使得從特別的工作電極到反電極的部分的電流被有效地阻塞。這提供在多個(gè)工作電極中的每一個(gè)和反電極之間的基本上一致的有效電阻以減小在工作電極的大小(例如平均直徑)方面的不均勻度。反電極可被成形，例如它可包括彎曲或線性區(qū)段。反電極可配置成配合在陪替式培養(yǎng)皿內(nèi)。在特定實(shí)現(xiàn)中，多個(gè)工作電極中的每一個(gè)可操作地耦合到公共電位。絕緣體可覆蓋反電極的一部分或多個(gè)部分。在一些實(shí)現(xiàn)中，反電極還包括基本上平行于實(shí)心支撐物的平面部分和在一角度下從平面部分延伸的成角度的部分。反電極可形成為電解質(zhì)限制井的形狀。在一些實(shí)現(xiàn)中，護(hù)理點(diǎn)診斷裝置包括具有根據(jù)前述方法中的任何一個(gè)或其任何組合生產(chǎn)的電極的生物傳感器。
【附圖說明】
[0008]在考慮結(jié)合所附附圖理解的下面的詳細(xì)描述時(shí)，前述和其它目的和優(yōu)點(diǎn)將是明顯的，其中相似的附圖標(biāo)記始終指的是相似的部件，且其中:
圖1描繪目標(biāo)的電化學(xué)檢測的示意圖；
圖2描繪指示目標(biāo)的存在/缺乏的例證性電化學(xué)讀出；
圖3描繪例證性基于納米結(jié)構(gòu)微電極的電化學(xué)檢測器；
圖4描繪例證性電鍍停止控制器的示意圖；
圖5描繪用于使籽晶層在工作電極上生長的例證性波形；
圖6描繪用于使納米結(jié)構(gòu)微電極生長的例證性波形；
圖7描繪反電極的例證性配置；
圖8描繪用于接收、準(zhǔn)備和分析生物樣本的例證性藥筒系統(tǒng)；
圖9描繪用于分析檢測系統(tǒng)的例證性藥筒；
圖10描繪例證性自動(dòng)測試系統(tǒng)；
圖11描繪具有線性反電極的NME電鍍系統(tǒng)；
圖12描繪具有成形反電極的電鍍系統(tǒng)；
圖13描繪使用圖11的電鍍系統(tǒng)創(chuàng)建的NME;以及圖14描繪使用圖12的電鍍系統(tǒng)創(chuàng)建的NME。
【具體實(shí)施方式】
[0009]為了提供對(duì)本文所述的系統(tǒng)、裝置和方法的全面理解，將描述特定例證性實(shí)施方式。應(yīng)理解，雖然被示出用于在生物疾病標(biāo)記物的檢測的診斷系統(tǒng)中使用，但本文公開的系統(tǒng)、裝置和方法可被應(yīng)用于要求復(fù)用電化學(xué)分析的其它系統(tǒng)。
[0010]圖1-4描繪用于通過電化學(xué)方法來檢測目標(biāo)分析物(包括細(xì)胞、分子或組織組分)的例證性工具、傳感器、生物傳感器和技術(shù)。圖1描繪使用生物傳感器系統(tǒng)的核甘酸股的電化學(xué)檢測。系統(tǒng)700包括具有經(jīng)由銜接物704附接到電極702的相關(guān)聯(lián)的探針706的電極702。電極702可以是芯片100的工作電極中的任何一個(gè)。探針706是能夠結(jié)合到生物標(biāo)記物目標(biāo)(例如受體、配體)或以其它方式與生物標(biāo)記物目標(biāo)(例如受體、配體)交互作用以提供在樣本中的配體或受體的存在的指示的分子或一組分子，例如核酸(例如DNA、RNA、cDNA、mRNA、rRNA等)、寡核苷酸、縮氨酸核酸(PNA)、鎖核酸、蛋白質(zhì)(例如抗體、酶類等)或縮氨酸。銜接物704是例如通過化學(xué)鍵(例如硫醇鍵)將探針706栓到電極702的分子或一組分子。
[0011]在一些實(shí)現(xiàn)中，探針706是能夠通過一種或多種類型的化學(xué)鍵(例如互補(bǔ)堿基配對(duì)和氫鍵形成)來結(jié)合到目標(biāo)核酸序列的多核苷酸。這個(gè)結(jié)合也被稱為雜交或退火。例如，探針706可包括自然出現(xiàn)的核苷酸和核苷堿基(例如腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)和尿嘧啶(U))或修飾堿基(例如7-deazaguanosine和次黃苷)。在探針706中的堿基可由磷酸二酯鍵(phosphodiester bond)(例如DNA和RNA分子)或與其它類型的鍵連接。例如，探針706可以是縮氨酸核酸(PAN)寡聚物，其中組成堿基由縮氨酸鍵而不是磷酸二酯聯(lián)接(phosphodiester linkage)連接?？s氨酸核酸(PAN)寡聚物可包含由N_(2_氨乙基)甘氨酸單元組成的主鏈，所述N-(2-氨乙基)甘氨酸單元由縮氨酸鍵鏈接。縮氨酸核酸具有對(duì)互補(bǔ)核酸寡聚物的更高的結(jié)合親合性和增加的特異性，且相應(yīng)地可在診斷和其它感測應(yīng)用中特別有益，如在本文描述的。
[0012]在一些實(shí)現(xiàn)中，探針706具有與目標(biāo)標(biāo)記物712部分或全部互補(bǔ)的序列，例如所尋求的核酸序列。目標(biāo)標(biāo)記物712是用于檢測的分子，如將在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的。在一些實(shí)現(xiàn)中，探針706是能夠結(jié)合到被尋求被檢測到的目標(biāo)核酸的至少一部分的單股寡核苷酸。在特定方法中，探針706具有與目標(biāo)序列不互補(bǔ)的區(qū)，例如以調(diào)整在各股之間的雜交或用作在化驗(yàn)期間的非感測或陰性對(duì)照。探針706還可包含其它特征，例如縱向隔片、雙股區(qū)、單股區(qū)、聚(T)銜接物(poly(T)linker)和雙股復(fù)式結(jié)構(gòu)，作為剛性銜接物和PEG隔片。在特定方法中，電極702可配置有用于多個(gè)不同的目標(biāo)712的多個(gè)不同的探針706。
[0013]探針706包括便于探針706到電極702的結(jié)合的銜接物704。在特定方法中，銜接物704與探針706相關(guān)聯(lián)，并結(jié)合到電極702。例如，銜接物704可以是官能團(tuán)，例如硫醇、二硫酚、胺類、羧酸或氨基團(tuán)。例如，它可以是耦合到多核苷酸探針的5’端的4-巰基苯甲酸。在特定方法中，銜接物704與電極702相關(guān)聯(lián)并結(jié)合到探針706。例如，電極702可包括胺類、硅烷或硅氧烷官能團(tuán)。在特定方法中，銜接物704獨(dú)立于電極702和探針706。例如，銜接物704可以是溶液中的分子，其結(jié)合到電極702和探針706兩者。
[0014]在適當(dāng)?shù)臈l件下，例如在合適的雜交緩沖液中，探針706可雜交到互補(bǔ)目標(biāo)標(biāo)記物712以提供在樣本中的目標(biāo)標(biāo)記物712的存在的指示。在特定方法中，樣本是來自生物寄主的生物樣本。例如，樣本可以是組織、細(xì)胞、蛋白質(zhì)、流體、遺傳物質(zhì)、細(xì)菌物質(zhì)或病毒物質(zhì)、植物物質(zhì)、動(dòng)物物質(zhì)、人工培養(yǎng)的細(xì)胞或其它有機(jī)體或寄主。樣本可以是整個(gè)有機(jī)體或其組織的子集、細(xì)胞或組分部分，并可包括細(xì)胞或非細(xì)胞生物材料。流體和組織可包括但不限于血液、血漿、血