專(zhuān)利名稱(chēng)：組合的光學(xué)和電學(xué)傳感器盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器盒，例如可置換的或者一次性的盒。更具體而言，本發(fā)明涉及可 以提供對(duì)樣品流體中的目標(biāo)基團(tuán)執(zhí)行受抑全內(nèi)反射(FTIR)測(cè)量和電學(xué)測(cè)量?jī)烧叩膫鞲衅?盒。此外本發(fā)明還涉及用于制造這種傳感器盒的方法。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備和方法例 如可以用于分子診斷、生物樣品分析或者化學(xué)樣品分析。
背景技術(shù)：
最近已經(jīng)提出受抑全內(nèi)反射(FTIR)作為檢測(cè)磁性標(biāo)記在生物活性基板上的結(jié)合 的方法。全內(nèi)反射是在光線相對(duì)于表面的法線以一大于臨界角度的角度撞擊介質(zhì)邊界時(shí)發(fā) 生的光學(xué)現(xiàn)象。如果折射率低于邊界的另一側(cè)，則沒(méi)有光可以穿過(guò)，因此所有的光被有效反 射。臨界角度是大于其時(shí)發(fā)生全內(nèi)反射的入射角度。全內(nèi)反射的副作用為橫過(guò)邊界表面的 倏逝波的出現(xiàn)，倏逝波是隨距離呈現(xiàn)指數(shù)衰減的近場(chǎng)駐波。衰減長(zhǎng)度可以為自表面11 一些 波長(zhǎng)距離，例如在100和lOOOnm之間。納米粒子(尤其是磁性納米粒子)在這一倏逝波中 的存在導(dǎo)致了稱(chēng)為受抑全內(nèi)反射的現(xiàn)象。圖1中圖示了 FTIR讀出方法的原理。基于FTIR 的系統(tǒng)已經(jīng)展示了在一些測(cè)試條件下檢測(cè)接近納米摩爾水平的分子濃度的能力。提供光學(xué)基板10，其優(yōu)選注塑成型并具有第一主表面11，該主表面11上可以結(jié)合 具有在200和lOOOnm之間尺寸的磁珠12，例如納米珠子。表面11是由倏逝波13探測(cè)的光 學(xué)平坦表面，該倏逝波13通過(guò)將由光源15產(chǎn)生的準(zhǔn)直激光或者LED光束14從底部照射表 面11而生成，為了全內(nèi)反射，光束14以大于臨界角度的角度來(lái)照射表面11。當(dāng)沒(méi)有珠子 12存在時(shí)，光從該表面反射并被例如光電探測(cè)器或者陣列探測(cè)器16(例如CCD)的成像設(shè)備 16收集。當(dāng)珠子12結(jié)合于表面11時(shí)，倏逝波13耦合到珠子12，并被散射或者吸收，因而 檢測(cè)不到?？墒沟没?0的表面11的不同區(qū)域?qū)Σ煌锓N類(lèi)敏感。被成像設(shè)備16捕 獲的光的總量將與結(jié)合于表面11的珠子12的數(shù)量成比例減少。可提供電磁體17用于吸引磁珠12，和/或用于在執(zhí)行測(cè)量步驟之前移除未結(jié)合的 珠子12。用于FTIR檢測(cè)的光學(xué)基板10是很便利的，由于幾個(gè)原因 它簡(jiǎn)單并且很廉價(jià)。它可以例如通過(guò)簡(jiǎn)單的注塑成型而被大量地制造。 它可以由聚苯乙烯材料制造，聚苯乙烯材料與通常用于孔板的材料相同。以這一 方式，在孔板中生長(zhǎng)的分析物可以更加容易地轉(zhuǎn)移到一次性的點(diǎn)護(hù)理(point-of-care)的
盒中o然而，它也具有缺點(diǎn)它具有有限的功能。該盒只能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)基團(tuán)的光學(xué)檢測(cè)。有 時(shí)候光學(xué)檢測(cè)自身是不夠的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供具有用于光學(xué)FTIR檢測(cè)的光學(xué)基板的改進(jìn)的傳感 器盒，該傳感器盒可以由低成本的制造技術(shù)制造。
以上目的通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備來(lái)完成。在第一方面中，本發(fā)明提供一種傳感器盒，其具有包括光學(xué)基板和至少一個(gè)電學(xué) 結(jié)構(gòu)的盒基板，所述光學(xué)基板用于基于受抑全內(nèi)反射光學(xué)檢測(cè)樣品流體中的目標(biāo)基團(tuán)。本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于獲得廉價(jià)和簡(jiǎn)單的傳感器盒，例如生物傳感器盒，其在 單獨(dú)的基板中將光學(xué)讀出和電學(xué)功能(例如讀出)相組合。光學(xué)讀出可具體是FTIR。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器盒中，該至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)可提供在光學(xué)基板的光 學(xué)平坦表面上。以此方式，無(wú)源電極可沉積在該光學(xué)基板上。光學(xué)基板可注塑成型。注塑成型具有的優(yōu)點(diǎn)在于其是制造非常廉價(jià)的一次性盒的 適當(dāng)方法。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器盒中，可在該光學(xué)基板和該至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)之間 提供透明的電子器件基板。電子設(shè)備，例如GMR感應(yīng)元件，可整合在該透明的電子器件基板 中。電子設(shè)備可與該透明的電子器件基板上的該至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)連接。透明的電子器件 基板可借助于光學(xué)膠合劑與光學(xué)基板膠合。該至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)可是圖案化電極層?？蛇x地，該至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)可是薄膜 基板的形式。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器盒還可包括在盒基板的頂部上的射流部分。射流通道 可形成在該射流部分中。射流部分可注塑成型，注塑成型是獲得這種射流部分的廉價(jià)并容易的方式。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器盒中，射流部分可借助于雙面膠帶裝配在盒基板的 頂部上。該射流通道可形成在膠帶中。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器盒包括一起裝配在射流通道相對(duì)側(cè)上的該光學(xué)基板 和該至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)。生物結(jié)合層可提供在光學(xué)基板上，并且其它生物試劑，例如干燥納米粒子標(biāo)記或 者干燥緩沖試劑，可提供在電學(xué)基板上的該射流通道的相對(duì)側(cè)。根據(jù)這種實(shí)施例的傳感器盒包括具有不同功能的至少兩個(gè)基板。該兩個(gè)基板具有 截然不同的技術(shù)處理，并對(duì)于生物功能化的表面具有光學(xué)最小化，并優(yōu)選沒(méi)有，額外的處理步驟。可在該光學(xué)基板和載有該至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)的電學(xué)基板之間提供雙面膠帶。射 流通道可形成在該膠帶中?？蛇x地，可例如經(jīng)由注塑成型或者經(jīng)由形成刻膠層(resist layer)圖案而將射流通道提供在電學(xué)基板中或其上。根據(jù)仍可選實(shí)施例，例如經(jīng)由注塑成 型而將射流通道提供在光學(xué)基板中。在另一實(shí)施例中，提供一種傳感器盒，其中生物活性層沉積在該光學(xué)基板上。在第二方面中，本發(fā)明提供一種傳感器，其包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器盒； 光源，其用于以大于全內(nèi)反射臨界角度的角度來(lái)提供光束至該傳感器盒的該光學(xué)基板的光 學(xué)平坦表面上；以及光學(xué)檢測(cè)器，其用于檢測(cè)該光束在該光學(xué)平坦表面上被反射的部分。此 外，該傳感器可包括用于驅(qū)動(dòng)該至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置。在第三方面中，本發(fā)明提供一種用于制造傳感器盒的方法，該方法包括在適于 FTIR檢測(cè)的光學(xué)基板上提供至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)。提供該至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)可包括在該光學(xué)基板的光學(xué)平坦表面上提供該至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)，例如通過(guò)濺射。可選地，提供該至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)可包括在電子器件基板上提供該至少一個(gè)電學(xué) 結(jié)構(gòu)，并將該電子器件基板附接至該光學(xué)基板?？蓤?zhí)行將該電子器件基板附接至該光學(xué)基 板以在該光學(xué)基板和該電子器件基板之間提供射流通道。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法可還包括在該電子器件基板上或中提供例如GMR傳感 器芯片或者溫度傳感器元件的電子設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法可還包括在該光學(xué)基板上提供包括射流通道的射流部 分。 在第四方面中，本發(fā)明提供根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器盒在將光學(xué)檢測(cè)流體樣品 中的目標(biāo)基團(tuán)和電學(xué)處理該流體樣品相組合的用途。該光學(xué)檢測(cè)可是FTIR檢測(cè)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，該電學(xué)處理可是電學(xué)檢測(cè)流體樣品中的目標(biāo)基團(tuán)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，該流體樣品的該電學(xué)處理可包括流體樣品的加熱或者流體 樣品中珠子的移動(dòng)，兩者中的任意。在第五方面中，本發(fā)明提供一種確定流體樣品中的目標(biāo)基團(tuán)的方法，該方法包括 測(cè)量該流體樣品的光學(xué)特性并對(duì)該流體樣品執(zhí)行電學(xué)動(dòng)作。在第六方面中，本發(fā)明提供一種一次性設(shè)備，其包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器
品.o在另一方面中，本發(fā)明提供一種讀取設(shè)備，其適于容納如本發(fā)明的任意盒實(shí)施例 中的組合的光學(xué)和電學(xué)盒。該讀取設(shè)備包括光發(fā)生器、用于FTIR讀出的檢測(cè)器，以及電子 控制和測(cè)量裝置，該裝置與該盒中的該至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)組合使用。本發(fā)明的具體和優(yōu)選方面在所附獨(dú)立和從屬權(quán)利要求中給出。從屬權(quán)利要求的特 征可以與獨(dú)立權(quán)利要求的特征以及其它從屬權(quán)利要求的特征恰當(dāng)?shù)亟M合，而非僅僅如權(quán)利 要求中所明確給出的。本發(fā)明的上述和其它特性、特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)結(jié)合附圖進(jìn)行的下述詳細(xì)描述而變 得顯而易見(jiàn)，附圖通過(guò)示例方式說(shuō)明本發(fā)明的原理。這一描述僅僅是由于示例原因而給出， 而不限制本發(fā)明的范圍。下文引用的參考圖示是指附圖。


圖1圖示了通過(guò)如現(xiàn)有技術(shù)已知的受抑全內(nèi)反射(FTIR)的磁性標(biāo)記檢測(cè)的原 理；圖2圖示了本發(fā)明的實(shí)施例，其中在光學(xué)基板上提供有圖案化金屬層；圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的大面積的電子器件固定于玻璃上(large-area electronics-on-glass)的技術(shù)和光學(xué)讀出基板的組合；圖4圖示了本發(fā)明的實(shí)施例，其中GMR芯片整合至提供于光學(xué)基板上的電子器件 基板；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在電學(xué)有源基板上的插入式設(shè)備的3D藝術(shù)效 果；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的作為插入式設(shè)備安裝在光學(xué)基板上的具有硅芯 片(例如，GMR芯片)的傳感器盒的橫截面；
圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器盒，其包括光學(xué)基板和“大面積電子器件” 玻璃頂部部分，其一起組裝在微射流通道的相對(duì)側(cè)；圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)基板和包含(硅)芯片的電學(xué)頂部部分的組 合；圖9圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有包含電極的塑料頂部部分的光學(xué)基板的組
1=1 o在不同附圖中，相同的附圖標(biāo)記涉及相同或者類(lèi)似的元件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明將結(jié)合具體實(shí)施例并參考特定附圖予以描述，但是本發(fā)明不限于此，而僅 由權(quán)利要求限定。權(quán)利要求中的任意附圖標(biāo)記不應(yīng)理解為限制范圍。所描述的附圖僅僅是 示意性的而非限制性的。在附圖中，某些元件的尺寸出于說(shuō)明目的可被擴(kuò)大且不按比例繪 制。在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中使用術(shù)語(yǔ)“包括”時(shí)，不排除其它元件或者步驟。在提到 單數(shù)名詞時(shí)使用不定冠詞或者定冠詞，例如“一”或者“一個(gè)”，“該”，這包括多個(gè)該名詞，除 非另外明確指出。此外，說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中的術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等是用在相似元件之間進(jìn)行區(qū) 分，而不一定用于按等級(jí)在時(shí)間上、空間上描述的順序或者以任何其它方式描述的順序。將 理解，在適當(dāng)情形下這樣使用的術(shù)語(yǔ)可以互換，且此處所描述的本發(fā)明實(shí)施例能夠按照與 此處所描述或說(shuō)明不同的順序來(lái)操作。此外，說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中的術(shù)語(yǔ)頂部、底部、在……上方、在……之下等被用于 描述的目的而不一定用于描述相對(duì)位置。應(yīng)理解，在適當(dāng)情形下這樣使用的術(shù)語(yǔ)可互換，且 此處描述的本發(fā)明實(shí)施例能夠在除此處所描述或說(shuō)明的取向之外的其它取向操作。整個(gè)說(shuō)明書(shū)中提及的“一個(gè)實(shí)施例”或者“一實(shí)施例”是指，結(jié)合該實(shí)施例所描述 的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，整個(gè)說(shuō)明書(shū)中各種場(chǎng)合 出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”或者“在一實(shí)施例中”不一定都指代相同實(shí)施例，而可指代 不同實(shí)施例。此外，該具體特征、結(jié)構(gòu)或特性可以按任意合適方式組合于一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例 中，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從本公開(kāi)內(nèi)容所顯而易見(jiàn)的。類(lèi)似地應(yīng)理解，在本發(fā)明示例性實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的各種特征有時(shí)被一起 分組在單個(gè)實(shí)施例、圖或其描述內(nèi)，其目的是精簡(jiǎn)公開(kāi)內(nèi)容并幫助理解本發(fā)明各方面中的 一個(gè)或多個(gè)方面。然而，這種公開(kāi)的方法不應(yīng)解讀為反映這樣的意圖，即所要求的發(fā)明需要 比每項(xiàng)權(quán)利要求中所確切記載更多的特征。相反，如以下權(quán)利要求反映的，發(fā)明方面在于少 于單個(gè)前文所公開(kāi)實(shí)施例的全部特征。因此，詳細(xì)說(shuō)明之后的權(quán)利要求由此明確地被包含 在此詳細(xì)說(shuō)明之內(nèi)，每項(xiàng)權(quán)利要求各自代表本發(fā)明的個(gè)別實(shí)施例。此外，盡管此處描述的一些實(shí)施例包含其它實(shí)施例所包含的一些特征但不包含其 它特征，但是不同實(shí)施例的特征的組合也應(yīng)落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，并形成不同實(shí)施例，本 領(lǐng)域技術(shù)人員將理解這一點(diǎn)。例如，在下述權(quán)利要求中，任一所要求的實(shí)施例可以按任意組 合被使用。在此處提供的描述中，諸多具體細(xì)節(jié)被列出。然而應(yīng)理解，可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例。在其它情形中，未詳細(xì)地示出公知方法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以 便不會(huì)模糊對(duì)此描述的理解。所提供的以下術(shù)語(yǔ)或者定義只是為了幫助理解本發(fā)明。該定義不應(yīng)解釋為具有比 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的理解更小的范圍。在本發(fā)明中術(shù)語(yǔ)“探針”涉及與目標(biāo)基團(tuán)特定結(jié)合的結(jié)合分子。在本發(fā)明的上下 文中設(shè)想的探針包括能夠與潛在目標(biāo)基團(tuán)選擇性結(jié)合的生物活性基團(tuán)，例如但不限制于完 整的抗體、例如Fab片段的抗體片段、單鏈抗體、單變量域、VHH、重鏈抗體、肽、表位、膜受體 或者任意類(lèi)型的受體或者其一部分、基板誘捕突變酶、完整的抗原分子(半抗原)或者抗原 片段、寡肽、寡核苷酸、模擬表位、核酸和/或其混合物?？贵w可以復(fù)活為非蛋白質(zhì)化合物以 及蛋白質(zhì)或者肽。探針典型地是結(jié)合對(duì)的免疫反應(yīng)性部分或者親和反應(yīng)部分。探針的種類(lèi) 由被檢測(cè)的目標(biāo)基團(tuán)的種類(lèi)決定。通常，探針基于與目標(biāo)基團(tuán)的特定相互作用而研發(fā)出來(lái)， 所述特定相互作用例如但不限于，抗原-抗體結(jié)合、互補(bǔ)核苷酸序列、碳水化合物凝集素、 互補(bǔ)肽序列、配體受體、輔酶、酶抑制劑-酶等。在本發(fā)明中，探針的功能是與目標(biāo)基團(tuán)進(jìn)行 特定的相互作用以允許其檢測(cè)。因而，探針與納米粒子對(duì)象附接，該納米粒子可以是磁性或 者可磁化的對(duì)象，例如磁性粒子。例如在目標(biāo)基團(tuán)是蛋白質(zhì)的情況下，探針可以是反分析物 抗體?？蛇x地，例如在目標(biāo)基團(tuán)是核苷酸序列的情況下，探針可以是互補(bǔ)寡核苷酸序列。在本發(fā)明的第一方面中，提供一種用于確定樣品流體中的目標(biāo)基團(tuán)的存在和/或 數(shù)量的傳感器盒。傳感器盒包括光學(xué)基板和至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)，所述光學(xué)基板適于基于受 抑全內(nèi)反射(FTIR)光學(xué)檢測(cè)樣品流體中的目標(biāo)基團(tuán)。光學(xué)基板是其折射率高于其周?chē)?料(例如空氣或者樣品液體)折射率的透明基板。光學(xué)基板例如可由玻璃、聚苯乙烯或者 PMMA制造。光學(xué)基板可提供有用于與目標(biāo)基團(tuán)特定結(jié)合的一個(gè)或多個(gè)探針。在本發(fā)明的 實(shí)施例中，電學(xué)結(jié)構(gòu)可是用于電學(xué)檢測(cè)樣品流體性質(zhì)的電學(xué)結(jié)構(gòu)，例如電化學(xué)檢測(cè)或者電 解質(zhì)檢測(cè)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，電學(xué)結(jié)構(gòu)可是用于輔助電學(xué)系統(tǒng)的無(wú)源電極結(jié)構(gòu)，例如潤(rùn) 濕檢測(cè)(電阻性的，電容性的)、樣品流體的焦耳加熱、流體溫度測(cè)量、用于將珠子從一個(gè)位 置移動(dòng)到另一個(gè)的微磁性致動(dòng)、用于具有有限引腳陣列的驅(qū)動(dòng)或者讀出的有源或無(wú)源矩陣 結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，電學(xué)結(jié)構(gòu)可是例如包括特定傳感器元件的有源電子結(jié)構(gòu)，例如 GMR傳感器芯片或者電子處理。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可提供用于驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)的 驅(qū)動(dòng)裝置。該驅(qū)動(dòng)裝置可包括預(yù)編程以對(duì)該至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)應(yīng)用預(yù)先確定的驅(qū)動(dòng)方案的 控制器。在本發(fā)明的實(shí)施例中，該至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)可用于電學(xué)檢測(cè)。執(zhí)行電學(xué)檢測(cè)在點(diǎn) 護(hù)理設(shè)備的幾個(gè)通常使用的檢測(cè)技術(shù)中(例如心臟測(cè)試)可是有利的 電化學(xué)檢測(cè)(氧化還原反應(yīng))。 電解質(zhì)檢測(cè)(通過(guò)離子選擇性膜)。此外，在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，使用(無(wú)源)電極或者甚至有源的盒內(nèi)電子器件 可以更加容易地實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單輔助系統(tǒng) 潤(rùn)濕檢測(cè)(電阻性的，電容性的)。 流體的焦耳加熱。 流體溫度測(cè)量。 用于將珠子從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)的微磁性致動(dòng)。
用于具有有限引腳陣列的驅(qū)動(dòng)或者讀出的矩陣結(jié)構(gòu)(無(wú)源，有源)。在適于FTIR讀出的傳感器盒中提供電學(xué)結(jié)構(gòu)的方法的第一實(shí)施例是將圖案化導(dǎo) 電(例如金屬性)層20沉積在光學(xué)基板10的光學(xué)平坦表面11上。以此方式，無(wú)源電極可 以沉積在光學(xué)(例如塑料)基板10上。該圖案化導(dǎo)電層20可以提供為與光學(xué)基板10的 光學(xué)平坦表面11直接接觸。這在圖2中示意性地示出。這種圖案化電極層20例如可通 過(guò)經(jīng)由壓制在光學(xué)平坦表面上的蔭罩的濺射沉積而制成(也稱(chēng)為接觸掩模；一種光刻法形 式，通過(guò)照射與覆蓋有成像光刻膠層的基板直接接觸的光掩膜而獲得待印刷的圖像)。通過(guò) 這一技術(shù)可獲得下至大約10 y m的線寬。根據(jù)如圖2圖示的這一第一實(shí)施例的方法的優(yōu)點(diǎn)是其相當(dāng)?shù)亓畠r(jià)和簡(jiǎn)單。因而所 獲得的設(shè)備也廉價(jià)，因此對(duì)于一次性的物品，例如一些類(lèi)型的生物傳感器設(shè)備是非常便利 的。缺點(diǎn)是只可以制造無(wú)源結(jié)構(gòu)(即，只有電極而沒(méi)有有源電子器件)，并且分辨率是有限 的(大約10 P m)。 在進(jìn)一步的實(shí)施例中，這可以通過(guò)將大面積電子器件技術(shù)與較早提出的光學(xué)基板 10相組合而解決。大面積電子器件是在薄基板，例如玻璃基板，任選柔性基板上制作的電 子設(shè)備。這一基板進(jìn)一步地稱(chēng)為“電子器件基板”。用薄膜晶體管和其它設(shè)備制作的大電子 電路可以容易地在大基板上被形成圖案，該大基板可以上至幾米寬并，如果柔性的話，幾km 長(zhǎng)?？梢灾苯拥厥挂恍┰O(shè)備形成圖案，很像噴墨打印機(jī)沉積墨水。然而，對(duì)于大多數(shù)半導(dǎo)體， 必須使用光刻技術(shù)來(lái)使該設(shè)備形成圖案。圖3中示出了一例子。電子器件30可是(高分辨率)無(wú)源電子器件，但是也可包 括有源電子設(shè)備，例如晶體管、二極管和光電二極管?？梢允褂肔TPS(低溫多晶硅)處理來(lái) 在透明的，例如玻璃，薄基板31上制造有源電子結(jié)構(gòu)(厚度在0. 4mm的量級(jí))?？蛇x地，可 以使用其它技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)大面積電子器件30，例如無(wú)定形Si (a-Si)，微晶Si, CdSe或者基于 有機(jī)半導(dǎo)體的薄膜晶體管(TFT)技術(shù)、基于二極管的技術(shù)(例如PIN或者Shottky 二極管) 或者金屬_絕緣體_金屬(MIM) 二極管技術(shù)。透明的電子器件基板31使用例如透明的折射率匹配膠合劑32來(lái)與適于光學(xué) (FTIR)讀出的光學(xué)基板10膠合。光學(xué)基板10例如可注塑成型。對(duì)于膠合劑32，可以選擇 已知的光學(xué)膠合劑，例如UV-固化聚合物。電子器件基板的材料(例如玻璃)的折射率和 光學(xué)基板的材料(例如塑料)的折射率可以匹配以防止在光學(xué)基板10和電子器件基板31 之間界面處的光學(xué)像差或折射。在進(jìn)一步的實(shí)施例中(在圖中未示出)，電子器件可是薄膜基板的形式，例如 聚酰亞胺基板，其優(yōu)選通過(guò)從例如玻璃載板的載板的釋放或者轉(zhuǎn)移技術(shù)而實(shí)現(xiàn)_例子是 Philips EPLAR技術(shù)和來(lái)自Seiko-Epson的Suffla技術(shù)。薄膜基板，例如聚酰亞胺基板，也 可包括用于內(nèi)部和外部耦合光的光學(xué)結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，薄膜基板應(yīng)用于光學(xué)基 板10的光學(xué)平坦表面11。在傳感器盒(例如生物傳感器盒)中需要專(zhuān)門(mén)的傳感器元件或者電子處理的另一 實(shí)施例中，可以將單獨(dú)的設(shè)備40(例如GMR傳感器芯片)整合至可為透明的電子器件基板 31(例如玻璃基板)中。出于這一目的，在基板31中例如通過(guò)蝕刻或者機(jī)械加工來(lái)制造一 小孔。在該孔中放置單獨(dú)的設(shè)備40。設(shè)備40可以經(jīng)由線接合41與盒的電子器件基板31 上電子線路30的其余部分連接。圖4示出了一例子。
在可選實(shí)施例中(未在圖中明確圖示)，可使用倒裝芯片、將芯片固定于玻接上 (chip-on-glass)或者其它表面安裝技術(shù)來(lái)將單獨(dú)的設(shè)備附接于例如玻璃基板的電子器件 基板的表面，或者可經(jīng)由連接箔連接。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，如圖6到9所圖示，包括射流通道61和/或腔室的射流部 分60可提供在如以上關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例所描述的組合的光學(xué)/電學(xué)傳感器盒基板上。根 據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，雙面膠帶50可以用于將射流部分60裝配在傳感器盒基板10，31的頂部。 這一膠帶50可以以如此方式被形成圖案以使射流通道61在需要時(shí)與電學(xué)或者電子連接 (例如接合線41)分離。圖5示出了在電學(xué)基板技術(shù)中插入式芯片40的3D藝術(shù)效果。根 據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，這一例子設(shè)想在相同的一次性傳感器盒中的GMR傳感器腔室51和具有受 控加熱的PCR(聚合酶鏈反應(yīng))腔室52，該傳感器盒包括用于FTIR感應(yīng)的光學(xué)基板10和至 少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)31，40。在又一實(shí)施例中，電子設(shè)備40，例如GMR傳感器芯片或者處理元件，可提供在光學(xué) (例如塑料)基板10其本身中，而不是在電子器件基板31中?？稍诠鈱W(xué)(例如塑料)基 板10中制作一空腔或者貫穿基板的孔。電子設(shè)備，例如芯片40，可以插入并借助于線接合 41與沉積在光學(xué)基板10上的導(dǎo)電(例如金屬)引線框20線接合，該光學(xué)基板可以注塑成 型并作為載體。導(dǎo)電引線框20在光學(xué)基板上的沉積可通過(guò)任意適當(dāng)?shù)某练e方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，例 如經(jīng)由濺射或者蒸發(fā)或者波印刷(wave-printing)，等等。例如芯片的電子設(shè)備40可以通 過(guò)使用圓頂封裝體(glob-top)材料62安裝在光學(xué)(例如塑料)基板10中。這例如可這 樣執(zhí)行將自上而下提供有貫穿基板孔的光學(xué)基板10的光學(xué)平坦表面11放置在另一平坦 表面上，插入例如芯片的電子設(shè)備40，并用圓頂封裝體材料62填充該孔。在圓頂封裝體材 料將與樣品流體接觸的地方，可使用生物相容性圓頂封裝體材料(例子是NamicsChipcoat 8462-21)。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的盒的實(shí)施例的橫截面，其具有適于FTIR測(cè)量的 光學(xué)基板10和在光學(xué)基板10中的插入式電子設(shè)備40，例如如GMR傳感器芯片的硅芯片。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，通過(guò)使用雙面膠帶50將射流部分60與組合的光學(xué)/電學(xué)基板10，20 相連接，線接合41可以與射流通道61分離。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在單獨(dú)混合盒中的電學(xué)與光學(xué)檢測(cè)的組合具有很多優(yōu)點(diǎn) 可以將點(diǎn)護(hù)理檢測(cè)技術(shù)組合例如磁性標(biāo)記免疫分析可以與膽固醇的電化學(xué)檢 測(cè)相組合。 例如潤(rùn)濕檢測(cè)或者受控加熱的分析設(shè)備方法可以整合至適于磁性標(biāo)記光學(xué)檢測(cè) 的盒中。受控加熱例如可以通過(guò)將焦耳加熱器和溫度傳感器組合在大面積電子器件基板 (例如大面積的電子器件固定于玻璃上的基板)上而制成。應(yīng)用例如是控制分析溫度或者 整合PCR以用于DNA/RNA擴(kuò)增。 可以執(zhí)行整合的微磁性致動(dòng)，例如經(jīng)由電極結(jié)構(gòu)的3相驅(qū)動(dòng)來(lái)將珠子從一個(gè)腔 室移動(dòng)至下一個(gè)(輸送帶結(jié)構(gòu))，或者通過(guò)放射狀組織的電極結(jié)構(gòu)來(lái)在腔室中制造珠子混
o 由于盒中的有源電子器件整合至基板上，因此傳感器盒的輸出/輸入引腳的數(shù) 量可以保持有限。例如使用加熱器陣列的受控加熱和溫度傳感器可以由同一引腳上的多路 復(fù)用電信號(hào)，或者經(jīng)由矩陣驅(qū)動(dòng)技術(shù)(有源/無(wú)源矩陣)驅(qū)動(dòng)。在本發(fā)明的所有實(shí)施例中，電學(xué)功能被添加至適于執(zhí)行基于FTIR的光學(xué)測(cè)量的光學(xué)基板10。然而，在以上描述的所有實(shí)施例中，傳感器基板11經(jīng)受處理(包括一個(gè)或多個(gè)化 學(xué)或者物理處理步驟)。底部的光學(xué)(例如塑料)基板10也是用于結(jié)合生物層(例如寡核 苷酸、抗體、酶、等等)的基板。結(jié)合可以經(jīng)由例如共價(jià)結(jié)合和物理吸附(例如經(jīng)由電荷) 的各種機(jī)制而發(fā)生。生物制劑(特定的和非特定的兩者)的結(jié)合對(duì)于基板的性質(zhì)通常非常 敏感。同樣，基板的疏水/親水性通常需要調(diào)整以便在盒中獲得適當(dāng)?shù)奈⑸淞髁鲃?dòng)。為此， 如果將基板10的附加處理最小化，其將是有利的。這意味著如果在基板10的初始準(zhǔn)備之 后(例如通過(guò)注塑成型)，提供盡可能少的附加處理，其將是有利的。光學(xué)基板可提供有一 個(gè)或多個(gè)用于與目標(biāo)基團(tuán)特定結(jié)合的探針。對(duì)于對(duì)光學(xué)基板10盡可能少的附加處理的問(wèn)題的解決方法是通過(guò)將用于FTIR測(cè) 量的光學(xué)基板10與至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)或者元件一起裝配在射流通道的相對(duì)側(cè)上而將它們 組合至單獨(dú)的設(shè)備中。這一裝配可以以任意適當(dāng)?shù)姆绞酵瓿?，例如通過(guò)膠合或者通過(guò)使用 雙面膠帶。以此方式，不同的技術(shù)和不同的功能被集成在一起。光學(xué)基板10可以包括用于 經(jīng)由特定生物耦合與納米粒子標(biāo)記相結(jié)合的生物結(jié)合位點(diǎn)。裝配在射流通道相對(duì)側(cè)的適當(dāng) 基板上的電學(xué)結(jié)構(gòu)或者元件可包括其它生物成分，例如干燥緩沖試劑、或者(凝固)干燥功 能化納米粒子標(biāo)記。電學(xué)結(jié)構(gòu)或者元件可用于通過(guò)生成適當(dāng)?shù)拇艌?chǎng)或者電場(chǎng)來(lái)改進(jìn)納米粒 子標(biāo)記的再分散。此外，電學(xué)結(jié)構(gòu)或者元件可用于檢測(cè)納米粒子標(biāo)記或者干燥試劑的再分 散效率(例如，通過(guò)電阻或者電容測(cè)量)。在一個(gè)實(shí)施例中，圖7示出的光學(xué)基板10組合有“大面積電子器件”(LAE)頂部部 分31，例如玻璃頂部部分。借助于雙面膠帶50，光學(xué)基板10和電學(xué)基板31被裝配在一起。 射流通道結(jié)構(gòu)61可以形成在膠帶50中，例如通過(guò)將膠帶50激光切割。在未在圖7中圖示 的可選實(shí)施例中，光學(xué)基板10和大面積電子器件頂部部分31可以被裝配在一起，例如借助 于適當(dāng)?shù)恼澈蟿┠z合在一起，該粘合劑可以提供有足夠的厚度使其可提供有一個(gè)或多個(gè)微 射流通道61。這種粘合劑例如可是光刻膠類(lèi)型的材料，例如環(huán)氧樹(shù)脂(例如SU8)，其例如 可通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂布而提供并可借助于照射穿過(guò)具有期望圖案的掩膜并顯影而提供有微射流 通道61，例如將光刻膠類(lèi)型的材料固化或者交聯(lián)。在未在圖7中圖示的又一實(shí)施例中，射流 通道結(jié)構(gòu)61可以形成在光學(xué)基板10中，例如在光學(xué)基板10的形成期間，例如在其注塑成 型期間，并且具有射流通道的光學(xué)基板10可附接(例如膠合)至大面積電子器件頂部部分 31。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，幾種其它組合也是可能的。圖8中示出了光學(xué)基板10與包含 例如硅芯片(例如GMR芯片40)的電子設(shè)備的電學(xué)基板80的組合。電子設(shè)備40可提供在 電學(xué)基板80中或其上。圖8中的微射流通道61通過(guò)用于裝配光學(xué)基板10和電子器件基 板80的雙面膠帶50而形成。然而其也可以通過(guò)光學(xué)基板10的注塑成型形成，或者通過(guò)將 刻膠(例如SU8)在基板10，80之一上形成圖案(優(yōu)選在電學(xué)基板80上)而形成。在圖9圖示的又一實(shí)施例中，示出的光學(xué)基板10具有包括電極91和微射流通道 61的頂部部分90 (例如塑料頂部部分)。頂部部分90可被注塑成型從而提供射流通道61。 生物活性層可以沉積在光學(xué)基板10上，該光學(xué)基板也可注塑成型。這例如可以經(jīng)由噴墨印 刷而完成。光學(xué)基板10可以由利于結(jié)合生物制劑的適當(dāng)聚合體(例如聚苯乙烯)制成。頂 部部分90可以任意適當(dāng)方式附接至光學(xué)基板10，例如借助于適當(dāng)?shù)恼澈蟿？蛇x地，可以使用被形成圖案以與頂部部分90中的流體通道61相一致的雙面膠帶50。應(yīng)注意的是所示出和所討論的實(shí)施例不是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例可能性的窮盡列表。 功能化基板的另一組合也是可能的，其中針對(duì)生物結(jié)合的基板受到最小化(或者無(wú))處理 以生成進(jìn)一步的檢測(cè)功能。改進(jìn)生物結(jié)合的處理(例如清潔、化學(xué)功能化、充電、親水性/ 疏水性)對(duì)于結(jié)合表面當(dāng)然仍是可能的。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的所有實(shí)施例，在頂部基板上的電子器件可是(高分辨率)無(wú)源 電子器件，但是在可選實(shí)施例中可包括有源電子設(shè)備，例如晶體管、二極管和光電二極管。 例如LTPS(低溫多晶硅)處理可用于在例如玻璃基板的電子器件基板上制造有源電子結(jié) 構(gòu)?？蛇x地，可用其它技術(shù)實(shí)現(xiàn)大面積電子器件，例如無(wú)定形Si (a-Si)、微晶Si、CdSe或者 基于有機(jī)半導(dǎo)體的薄膜晶體管(TFT)技術(shù)、基于二極管的技術(shù)(例如PIN或者Shottky 二 極管)或者金屬-絕緣體-金屬(MIM) 二極管技術(shù)。通常，LAE技術(shù)可應(yīng)用于剛性的(玻 璃，塑料)和柔性的(金屬，塑料膜，聚酰亞胺)基板。可以整合至頂部基板(電子器件基板)的功能的例子包括用于PCR和執(zhí)行解鏈 曲線的加熱器，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流線圈，用于產(chǎn)生電場(chǎng)的電極，測(cè)量光學(xué)信號(hào)的光電二極 管，用于控制微射流泵和閥的電極，等等。這些例子無(wú)論如何不會(huì)排除也可包括在頂部基板 中的任意未列出的功能。應(yīng)理解，盡管已經(jīng)針對(duì)根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在此描述了優(yōu)選實(shí)施例、特定構(gòu)造和配 置以及材料，不過(guò)可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化或修改而不脫離由所附權(quán)利要求所限 定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
一種傳感器盒，其具有包括光學(xué)基板(10)和至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)的盒基板，所述光學(xué)基板用于基于受抑全內(nèi)反射光學(xué)檢測(cè)樣品流體中的目標(biāo)基團(tuán)。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器盒，其中，所述至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)(20，30)提供在所述光 學(xué)基板(10)的光學(xué)平坦表面(11)上，并且其中，所述光學(xué)基板是注塑成型，在所述光學(xué)基 板(10)和所述至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)(30)之間具有透明的電子器件基板(31)，并且電子設(shè)備 (40)整合在所述透明的電子器件基板(31)中。
3.如權(quán)利要求2所述的傳感器盒，其中，所述電子設(shè)備(40)是GMR感應(yīng)元件，并且其 中，所述電子設(shè)備與所述透明的電子器件基板(31)上的所述至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)連接，其 中，所述透明的電子器件基板借助于光學(xué)膠合劑與所述光學(xué)基板膠合，并且其中，所述至少 一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)是圖案化電極層。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器盒，還包括在所述盒基板(10，20;10，31， 30;10，31，30，40)的頂部上的射流部分(60)，其中，射流通道(61)形成在所述射流部分 (60)中，并且其中，所述射流部分是注塑成型的，并且其中，所述射流部分(60)借助于雙面 膠帶(50)裝配在所述盒基板(10,20 ；10,31,30 ；10,31,30,40)的頂部上，其中，所述射流 通道(61)形成在所述膠帶(50)中。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器盒，其中，所述光學(xué)基板(10)和所述至少一 個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)(20，30) —起裝配在射流通道(61)的相對(duì)側(cè)上，其中，生物結(jié)合層提供在所述 光學(xué)基板(10)上，并且其它生物試劑提供在所述電學(xué)基板(31)上的所述射流通道(61)的 相對(duì)側(cè)上，其中，包括用于驅(qū)動(dòng)所述至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置。
6.如權(quán)利要求4或5中任一項(xiàng)所述的傳感器盒，其中，在所述光學(xué)基板(10)和載有所 述至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)(30)的電學(xué)基板(30)之間提供雙面膠帶(50)，其中，射流通道(61) 形成在所述膠帶(50)中，并且其中，射流通道提供在所述電學(xué)基板中或其上，或者可選地 在所述光學(xué)基板中。
7.—種傳感器，其包括如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器盒；光源，其用于以大 于全內(nèi)反射臨界角度的角度來(lái)提供至所述傳感器盒的所述光學(xué)基板(10)的光學(xué)平坦表面 (11)上的光束；以及光學(xué)檢測(cè)器(16)，其用于檢測(cè)所述光束在所述光學(xué)平坦表面(11)上被 反射的部分。
8.一種用于制造傳感器盒的方法，所述方法包括在適于FTIR檢測(cè)的光學(xué)基板上提供 至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，包括在所述光學(xué)基板的光學(xué)平坦表面(11)上提供所述至 少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，包括在電子器件基板上提供所述至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)，并 將所述電子器件基板附接至所述光學(xué)基板，其中，執(zhí)行將所述電子器件基板附接至所述光 學(xué)基板，使得在所述光學(xué)基板和所述電子器件基板之間提供射流通道，所述方法還包括在 所述電子器件基板上或其中提供電子設(shè)備。
11.如權(quán)利要求8-10所述的方法，還包括在所述光學(xué)基板上提供包括射流通道的射流 部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的傳感器盒用于將光學(xué)檢測(cè)流體樣品中的目標(biāo) 基團(tuán)和電學(xué)處理所述流體樣品相組合的用途。
13.一種確定流體樣品中的目標(biāo)基團(tuán)的方法，所述方法包括測(cè)量所述流體樣品的光學(xué) 特性并對(duì)所述流體樣品執(zhí)行電學(xué)動(dòng)作。
14.一種一次性設(shè)備，其包括如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的傳感器盒。
15.一種讀取設(shè)備，其適于容納如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的組合的光學(xué)和電學(xué)盒， 所述讀取設(shè)備包括光發(fā)生器和用于FTIR讀出的檢測(cè)器，以及與所述盒中的所述至少一個(gè) 電學(xué)結(jié)構(gòu)組合使用的電子控制和測(cè)量裝置。
全文摘要
一種傳感器盒，其具有包括光學(xué)基板和至少一個(gè)電學(xué)結(jié)構(gòu)的盒基板，所述光學(xué)基板用于基于受抑全內(nèi)反射光學(xué)檢測(cè)樣品流體中目標(biāo)基團(tuán)。以此方式，光學(xué)讀出和電學(xué)功能，例如讀出，以簡(jiǎn)單而廉價(jià)的方式組合在單獨(dú)的基板中。同樣，提供制造這種傳感器盒的方法。
文檔編號(hào)G01N21/77GK101868711SQ200880117144
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2008年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月22日
發(fā)明者A·H·J·伊明克, M·F·吉利斯, M·T·約翰遜, M·W·G·蓬吉 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司