Устройства детектирования света с защитной облицовкой и относящиеся к ним способы Российский патент 2021 года по МПК G01N21/09 G01N21/64 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[0001] По настоящей заявке на патент испрашивается приоритет предварительной заявки на патент США №62/609,889, поданной 22 декабря 2017 г., озаглавленной «Light Detection Devices with Protective Liner and Methods of Manufacturing Same» («Устройства детектирования света с защитной облицовкой и способы их изготовления»), и нидерландской Заявки №2020612, поданной 19 марта 2018 г., озаглавленной «Light Detection Devices with Protective Liner and Methods of Manufacturing Same» («Устройства детектирования света с защитной облицовкой и способы их изготовления»). Содержание каждой из вышеуказанных заявок во всей полноте включено в настоящую заявку посредством ссылки.

Уровень техники

[0001] Различные протоколы биологических или химических исследований предусматривают проведение большого числа управляемых реакций на локальных несущих поверхностях или в пределах заранее образованных реакционных камер. Затем можно вести наблюдение за указанными реакциями или детектировать их, причем последующий анализ может способствовать определению или выявлению свойств химических субстанций, участвующих в реакции. Например, при проведении некоторых мультиплексных анализов, неизвестный аналит, имеющий распознаваемую метку (например, флуоресцентную метку), может быть подвергнут воздействию тысяч известных зондов в контролируемых условиях. Каждый из известных зондов может быть помещен в соответствующую лунку микропланшета. Любые наблюдаемые химические реакции между известными зондами и неизвестным аналитом, происходящие в пределах лунок, могут позволить идентифицировать аналит или выявить его свойства. В число других примеров таких протоколов входят такие известные технологии секвенирования ДНК, как секвенирование путем синтеза (СПС) или циклическое секвенирование.

[0002] В некоторых традиционных протоколах флуоресцентного детектирования применяют оптическую систему для направления света возбуждения на флуоресцентно-меченые аналиты, а также для детектирования сигналов флуоресценции, которые могу исходить от аналитов. Однако такие оптические системы могут иметь относительно высокую стоимость и занимать относительно большую площадь поверхности стола. Например, в состав таких систем могут входить расположенные в определенном порядке линзы, фильтры и источники света.

[0003] В других предложенных системах детектирования управляемые реакции происходят на локальных несущих поверхностях или в пределах заранее образованных реакционных камер, созданных на электронном твердотельном детекторе света или формирователе изображений (например, детекторе на основе комплементарных структур металл-оксид-полупроводник (КМОП) или детекторе на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС)), что не предусматривает применения крупного оптического блока для детектирования флуоресцентных излучений. Однако такие твердотельные системы формирования изображения могут иметь некоторые ограничения. Например, доставка по текучей среде реагентов (например, флуоресцентно-меченых молекул) к аналитам, расположенным на электронном устройстве таких систем, может быть затруднена. Например, в некоторых ситуациях раствор реагента может повредить электронное устройство и вызвать коррозию или иное ухудшение характеристик его компонентов.

Раскрытие сущности изобретения

[0004] В соответствии с одним аспектом, предложено устройство. Устройство содержит реакционную структуру, образующую множество реакционных углублений для вмещения реакционного раствора с рН не выше приблизительно 5 или рН не ниже приблизительно 8 и по меньшей мере одного реакционного центра, генерирующего световые излучения под действием падающего света возбуждения после обработки реакционным раствором. Устройство также содержит основу устройства, расположенную под реакционной структурой. Основа устройства содержит множество датчиков света и схему устройства, электрически соединенную с датчиками света с возможностью передачи сигналов данных по результатам детектирования фотонов датчиками света. Основа устройства также содержит множество световодов с вводными областями, принимающих свет возбуждения и световые излучения по меньшей мере из одного соответствующего реакционного углубления, при этом световоды проходят в основу устройства от вводных областей в направлении по меньшей мере одного соответствующего датчика света и содержат по меньшей мере один фильтрующий материал, отфильтровывающий свет возбуждения и пропускающий световые излучения по меньшей мере к одному соответствующему датчику света. Устройство дополнительно содержит экранирующий слой, проходящий вокруг каждого световода и расположенный между каждым световодом и схемой устройства. Основа устройства также содержит защитный слой, проходящий вокруг каждого световода и расположенный между каждым световодом и экранирующим слоем, предотвращающий взаимодействие между реакционным раствором, проходящим через реакционную структуру и световод, и схемой устройства. Защитный слой химически инертен к реакционному раствору.

[0005] В некоторых примерах защитный слой примыкает к множеству световодов в пределах основы устройства. В некоторых таких примерах схема устройства создана в пределах диэлектрических слоев основы устройства, причем экранирующий слой расположен между защитным слоем и диэлектрическими слоями, при этом экранирующий слой примыкает к диэлектрическим слоям.

[0006] В некоторых примерах защитный слой также проходит между верхней поверхностью основы устройства и промежуточными зонами реакционной структуры, проходящими вокруг реакционных углублений. В некоторых таких примерах экранирующий слой проходит между защитным слоем и верхней поверхностью основы устройства.

[0007] В некоторых примерах защитный слой содержит диоксид кремния, оксид металла, нитрид металла или их комбинацию. В некоторых примерах защитный слой содержит диоксид кремния, оксинитрид кремния, монооксид кремния, карбид кремния, оксикарбид кремния, нитрокарбид кремния, диоксид кремния, оксид металла, нитрид металла или их комбинацию. В некоторых таких примерах рН реакционного раствора не ниже приблизительно 8. В некоторых примерах рН реакционного раствора не выше приблизительно 5, при этом защитный слой содержит карбид кремния, оксикарбид кремния, нитрокарбид кремния, оксид металла, нитрид металла или их комбинацию. В некоторых примерах защитный слой образует непроницаемый для жидкости барьерный слой. В некоторых примерах экранирующий слой включает в себя нитридкремниевый экранирующий слой.

[0008] В некоторых примерах схема устройства содержит взаимосоединенные проводящие элементы, при этом защитный слой предотвращает окисление проводящих элементов реакционным раствором. В некоторых примерах толщина защитного слоя составляет от приблизительно 5 нанометров до приблизительно 100 нанометров. В некоторых примерах реакционная структура содержит по меньшей мере один реакционный центр, иммобилизованный на реакционной структуре в пределах каждого из множества реакционных углублений, при этом реакционный раствор может вызывать реакцию и/или образовывать продукт реакции по меньшей мере в одном реакционном центре, генерирующем световые излучения под действием падающего света возбуждения. В некоторых таких примерах указанный по меньшей мере один реакционный центр содержит по меньшей мере один аналит, при этом реакционный раствор содержит по меньшей мере одну флуоресцентно-меченую молекулу.

[0009] В некоторых примерах схема устройства основы устройства образует схемы на основе комплементарных структур металл-оксид-полупроводник (КМОП).

[0010] В еще одном аспекте настоящего раскрытия предложен биосенсор. Биосенсор содержит любое из раскрытых выше устройств. Биосенсор также содержит проточную ячейку, прикрепленную к устройству. Проточная ячейка содержит реакционный раствор и по меньшей мере один проточный канал, связанный по текучей среде с множеством реакционных углублений реакционной структуры с возможностью направления в них реакционного раствора.

[0011] В еще одном аспекте настоящего раскрытия предложен способ. Способ содержит шаг, на котором формируют множество канавок в пределах основы устройства, содержащей множество датчиков света и схему устройства, электрически соединенную с датчиками света с возможностью передачи сигналов данных по результатам детектирования фотонов датчиками света, при этом множество канавок проходит от верхней поверхности основы устройства и в направлении по меньшей мере одного соответствующего датчика света. Способ также содержит шаги, на которых: наносят экранирующий слой поверх основы устройства так, чтобы экранирующий слой проходил, по меньшей мере, в пределах множества канавок, и наносят защитный слой поверх экранирующего слоя, так, чтобы защитный слой проходил по меньшей мере в пределах множества канавок. Способ дополнительно содержит шаг, на котором наполняют множество канавок поверх нанесенного защитного слоя по меньшей мере одним фильтрующим материалом для формирования множества световодов, при этом указанный по меньшей мере один фильтрующий материал отфильтровывает свет по меньшей мере с первой длиной волны и пропускает через себя свет со второй длиной волны к указанному по меньшей мере к одному соответствующему датчику света. Способ также содержит шаг, на котором формируют реакционную структуру поверх множества световодов и защитного слоя, при этом реакционная структура образует множество реакционных углублений, соответствующих по меньшей мере одному световоду, для вмещения реакционного раствора с рН не выше приблизительно 5 или рН не ниже приблизительно 8 и по меньшей мере одного реакционного центра, генерирующего световые излучения со второй длиной волны под действием падающего света возбуждения с первой длиной волны после обработки реакционным раствором. Защитный слой химически инертен к реакционному раствору.

[0012] В некоторых примерах защитный слой содержит диоксид кремния, оксинитрид кремния, монооксид кремния, карбид кремния, оксикарбид кремния, нитрокарбид кремния, диоксид кремния, оксид металла, нитрид металла или их комбинацию, причем экранирующий слой включает в себя нитридкремниевый экранирующий слой. В некоторых примерах нанесение экранирующего слоя поверх основы устройства дополнительно включает в себя нанесение экранирующего слоя поверх верхней поверхности основы устройства, при этом нанесение защитного слоя поверх основы устройства дополнительно включает в себя нанесение защитного слоя поверх части экранирующего слоя, проходящей поверх верхней поверхности основы устройства.

[0013] В некоторых примерах способ дополнительно содержит шаг, на котором пропускают реакционный раствор с рН не выше приблизительно 5 или рН не ниже приблизительно 8 поверх реакционной структуры.

[0014] Следует понимать, что все комбинации раскрытых выше аспектов и дополнительных идей, подробнее раскрытых ниже (при отсутствии взаимного противоречия между такими идеями), считаются частью раскрытого в настоящей заявке объекта изобретения.

[0015] Указанные и иные объекты, отличительные признаки и преимущества раскрываемого здесь изобретения станут очевидны из нижеследующего описания осуществления различных аспектов раскрываемого изобретения при его совместном рассмотрении с прилагаемыми чертежами.

Краткое описание чертежей

[0016] Указанные и прочие отличительные признаки, аспекты и преимущества предлагаемого изобретения станут более понятны при рассмотрении нижеследующего раздела «Осуществление изобретения» совместно с прилагаемыми чертежами, которые не обязательно выполнены в масштабе, и на которых аналогичные номера позиций обозначают аналогичные аспекты на всех чертежах, из которых:

[0017] ФИГ. 1 изображает, в одном примере, поперечный разрез биосенсора по настоящему раскрытию.

[0018] ФИГ. 2 изображает, в одном примере, вид сверху устройства детектирования биосенсора с ФИГ. 1.

[0019] ФИГ. 3 изображает, в одном примере, поперечный разрез части устройства детектирования с ФИГ. 2, иллюстрирующий часть реакционной структуры и ее световод.

[0020] ФИГ. 4 изображает, в одном примере, увеличенную часть поперечного разреза с ФИГ. 3.

[0021] ФИГ. 5 изображает, в одном примере, увеличенную часть поперечного разреза с ФИГ. 4 с реакционным раствором на реакционной структуре.

[0022] ФИГ. 6 изображает, в одном примере, увеличенную часть поперечного разреза с ФИГ. 4 во время события детектирования света.

[0023] ФИГ. 7 изображает, в одном примере, увеличенную часть поперечного разреза с ФИГ. 4 с несплошностями в реакционной структуре и световоде.

[0024] ФИГ. 8 изображает, в одном примере, увеличенную часть поперечного разреза с ФИГ. 7 с несплошностями в реакционной структуре, световоде и экранирующем слое.

[0025] ФИГ. 9 - принципиальная схема, иллюстрирующая, в одном примере, способ изготовления устройства детектирования света по настоящему раскрытию.

[0026] ФИГ. 10 изображает, в одном примере, формирование канавки в основе устройства детектирования света.

[0027] ФИГ. 11 изображает, в одном примере, формирование экранирующего слоя в пределах канавки в основе устройства с ФИГ. 10.

[0028] ФИГ. 12 изображает, в одном примере, формирование защитного слоя поверх экранирующего слоя на ФИГ. 11.

[0029] ФИГ. 13 изображает, в одном примере, формирование световода с первым фильтрующим материалом поверх защитного слоя на ФИГ. 12.

Осуществление изобретения

[0030] Аспекты настоящего раскрытия, а также некоторые их примеры, отличительные признаки, преимущества и детали, более подробно разъяснены ниже на неограничивающих примерах, проиллюстрированных на прилагаемых чертежах. Описания общеизвестных материалов, производственных инструментов, технологий обработки и т.п. опущены, чтобы избежать неоправданного усложнения понимания важных деталей. При этом следует понимать, что раздел «Осуществление изобретения» и конкретные примеры, указывающие аспекты раскрываемого изобретения, носят исключительно иллюстративный и ни в коей мере не ограничивающий характер. Из настоящего раскрытия специалистам в данной области техники будет понятно, что возможны различные замены, модификации, дополнения и/или компоновки без отступления от существа и/или объема идей, лежащих в основе изобретения.

[0031] Выражения, означающие приблизительность, в контексте настоящего описания могут служить для смягчения любой количественно выраженной характеристики, которая может варьироваться без изменения основной функции, к которой она относится. Соответственно, значение, смягчаемое такими словами, как, например, «приблизительно» («около») или «по существу», не ограничено указанным точным значением. Например, указанные слова могут означать допуск не выше ±5%, например, не выше ±2%, не выше ±1%, не выше ±0,5%, не выше ±0,2%, не выше ±0,1%, не выше ±0,05%. В некоторых случаях выражения, означающие приблизительность, могут относиться к точности измерения данного значения каким-либо прибором.

[0032] Используемая в настоящей заявке терминология служит исключительно для раскрытия частных примеров и не носит ограничивающего характера. Подразумевается, что используемые в настоящей заявке слова в единственном числе также включают в себя множественное число, если иное явно не следует из контекста. Кроме того, ссылки на «один пример» не следует толковать как исключающие существование дополнительных примеров, также содержащих указанные отличительные признаки. Более того, если явно не указано обратное, слова «содержать» (в любой форме, например «содержит» и «содержащий»), «иметь» (в любой форме, например, «имеет» и «имеющий»), «включать в себя» (в любой форме, например, «включает в себя» и «включающий в себя») и «вмещать» («содержать») (в любой форме, например, «вмещает» и «вмещающий») используются как глаголы связи без ограничительного смысла. Таким образом, любой пример, который «содержит», «имеет», «включает в себя» или «вмещает» один или несколько шагов или элементов, содержит эти один или несколько элементов, но это не означает, что он содержит только эти один или несколько шагов или элементов. В контексте настоящей заявки слова «может» и «может быть» указывают на возможность того или иного события при той или иной совокупности обстоятельств, на обладание указанным свойством, характеристикой или функцией и/или придают другому глаголу значение наличия способности, потенциала или возможности совершения действия, обозначаемого таким глаголом. Соответственно, использование слов «может» или «может быть» указывает на то, что предмет, обозначаемый словом, к которому они относятся, явно является пригодным, способным или подходящим для указанной роли, функции или области применения, с учетом того, что при некоторых обстоятельствах предмет, к которому относятся указанные слова, может не быть пригодным, способным или подходящим. Например, в некоторых обстоятельствах можно ожидать того или иного события или способности, а в других обстоятельствах это событие или способность могут отсутствовать - на это различие и указывают слова «может» и «может быть».

[0033] Раскрытые в настоящей заявке примеры могут найти применение в различных биологических или химических способах и системах для научного или коммерческого анализа. В частности, раскрытые здесь примеры могут найти применение в различных способах и системах, где нужно выявить какое-либо событие, свойство, качество или характеристику, являющуюся признаком предусмотренной реакции. Например, в число раскрытых здесь примеров входят устройства детектирования света, биосенсоры и их компоненты, а также системы биоанализа, работающие с биосенсорами. В некоторых примерах указанные устройства, биосенсоры и системы могут включать в себя проточную ячейку и один или несколько датчиков света, соединенные между собой (с возможностью отсоединения или без нее) в по существу единую структуру.

[0034] Указанные устройства, биосенсоры и системы биоанализа могут быть выполнены с возможностью осуществления множества предусмотренных реакций, которые могут быть детектированы по отдельности или совместно. Устройства, биосенсоры и системы биоанализа могут быть выполнены с возможностью осуществления многочисленных циклов, в которых указанное множество предусмотренных реакций происходит параллельно. Например, устройства, биосенсоры и системы биоанализа можно использовать для секвенирования плотного набора фрагментов ДНК путем многократных циклов ферментативной манипуляции и детектирования/получения света или изображения. Устройства, биосенсоры и системы биоанализа (например, за счет одного или нескольких картриджей) могут включать в себя один или несколько микрофлюидных каналов, доставляющих реагенты или иные компоненты реакции в реакционном растворе в реакционный центр устройств, биосенсоров и систем биоанализа. В некоторых примерах реакционный раствор может быть по существу кислым, например, с рН не выше приблизительно 5, или не выше приблизительно 4, или не выше приблизительно 3. В некоторых других примерах реакционный раствор может быть по существу основным/щелочным, например, с рН не ниже приблизительно 8, или не ниже приблизительно 9, или не ниже приблизительно 10. В контексте настоящей заявки слово «кислотность» и его различные грамматические формы относятся к значению рН ниже приблизительно 7, при этом слова «основность», «щелочность» и их различные грамматические формы относятся к значению рН выше приблизительно 7.

[0035] В некоторых примерах реакционные центры созданы или разнесены заранее определенным образом, например, по равномерной или повторяющейся схеме. В некоторых других примерах реакционные центры распределены бессистемно. Любой из реакционных центров может соответствовать одному или нескольким световодам и датчикам света, детектирующим свет из соответствующего реакционного центра. В некоторых примерах реакционные центры расположены в реакционных углублениях или камерах, которые могут, как минимум, частично пространственно ограничивать предусмотренные реакции в себе.

[0036] В контексте настоящей заявки «предусмотренная реакция» включает в себя изменение по меньшей мере одного химического, электрического, физического или оптического свойства (или качества) интересующей химической или биологической субстанции, например, интересующего аналита. В частных примерах предусмотренная реакция представляет собой событие положительного связывания, например, включение флуоресцентно-меченой биомолекулы в интересующий аналит. В более широком смысле, предусмотренная реакция может представлять собой химическое превращение, химическое изменение или химическое взаимодействие. Предусмотренная реакция также может представлять собой изменение в электрических свойствах. В частных примерах предусмотренная реакция включает в себя включение флуоресцентно-меченой молекулы в аналит. Аналит может представлять собой олигонуклеотид, а флуоресцентно-меченая молекула может представлять собой нуклеотид. Предусмотренная реакция может быть детектирована, когда свет возбуждения направляют к олигонуклеотиду с меченым нуклеотидом, и флуорофор излучает флуоресцентный сигнал, которые может быть детектирован. В других примерах детектируемая флуоресценция является результатом хемилюминесценции или биолюминесценции. Предусмотренная реакция также может увеличивать резонансный перенос энергии флуоресценции (или Ферстеровский резонансный перенос энергии) (РПЭФ), например, за счет приближения донорного флуорофора к акцепторному флуорофору, уменьшать РПЭФ за счет пространственного разделения донорного и акцепторного флуорофоров, увеличивать флуоресценцию за счет пространственного разделения гасителя и флуорофора, или уменьшать флуоресценцию за счет совмещения гасителя и флуорофора.

[0037] В контексте настоящей заявки «реакционный раствор», «компонент реакции» или «реактант» включает в себя любое вещество, которое можно использовать для получения по меньшей мере одной предусмотренной реакции. Например, в число компонентов реакции входят реагенты, ферменты, образцы, прочие биомолекулы и буферные растворы. Компоненты реакции могут быть доставлены в реакционный центр в растворе и/или иммобилизованы в реакционном центре. Компоненты реакции могут непосредственно или опосредованно взаимодействовать с другим веществом, например, интересующим аналитом, иммобилизованным в реакционном центре. Как сказано выше, реакционный раствор может быть по существу кислым (т.е. обладать относительно высокой кислотностью) (например, иметь рН не выше приблизительно 5, рН не выше приблизительно 4 или рН не выше приблизительно 3) или по существу щелочным/основным (т.е. обладать относительно высокой щелочностью/основностью) (например, иметь рН не ниже приблизительно 8, рН не ниже приблизительно 9 или рН не ниже приблизительно 10).

[0038] В контексте настоящей заявки термин «реакционный центр» означает ограниченную область, где может происходить по меньшей мере одна предусмотренная реакция. Реакционный центр может включать в себя несущие поверхности реакционной структуры или подложку, на которой может быть иммобилизовано вещество. Например, реакционный центр может включать в себя поверхность реакционной структуры (которая может быть расположена в канале проточной ячейки) с компонентом реакции, например, колонией нуклеиновых кислот на ней. В некоторых таких примерах нуклеиновые кислоты в составе колонии имеют одну и ту же последовательность, являясь, например, клональными копиями одноцепочечной или двухцепочечной матрицы. При этом в некоторых примерах реакционный центр может содержать только одну молекулу нуклеиновой кислоты, например, в одноцепочечной или двухцепочечной форме.

[0039] Множество реакционных центров может быть распределено бессистемно вдоль реакционной структуры или расположено в заранее определенном порядке (например, бок о бок в матрице, например, в микроматрице). Реакционный центр также может включать в себя реакционную камеру или углубление, как минимум частично ограничивающее собой пространственную область или объем с возможностью пространственного ограничения предусмотренной реакции. В контексте настоящей заявки значение термина «реакционная камера» или «реакционное углубление» включает в себя ограниченную пространственную область несущей структуры (которая зачастую связана по текучей среде с проточным каналом). Реакционное углубление может быть по меньшей мере частично отделено от окружающей среды или иных пространственных областей. Например, реакционные углубления в составе множества могут быть отделены друг от друга общими стенками, например, детекторной поверхностью. В частности, реакционные углубления могут представлять собой, например, наноразмерные лунки, в том числе - выемку, ямку, лунку, канавку, полость или углубление, ограниченное внутренними поверхностями поверхности детектирования и содержащее отверстие или проем (т.е. открытое с одной стороны), обеспечивающее возможность связи по текучей среде между наноразмерными лунками и проточным каналом.

[0040] В некоторых примерах реакционные углубления реакционной структуры имеют такие размеры и выполнены такой формы по отношению к твердым телам (в том числе, полутвердым телам), что твердые тела могут быть в них вставлены полностью или частично. Например, реакционные углубления могут быть по размеру и форме выполнены с возможностью вмещения захватной гранулы. Захватная гранула может нести на себе клонально амплифицированные ДНК или иные вещества. Или же реакционные углубления могут иметь такие размеры и такую форму, чтобы вмещать приблизительное число гранул или твердых подложек. В еще одном примере реакционные углубления могут быть наполнены пористым гелем или веществом, обеспечивающим возможность управления диффузией или фильтрации текучих сред или растворов, которые могут течь в реакционные углубления.

[0041] В некоторых примерах датчики света (например, фотодиоды) связаны с соответствующими реакционными центрами. Датчик света, связанный с реакционным центром, выполнен с возможностью детектирования световых излучений из соответствующего реакционного центра по меньшей мере одному световоду, когда в соответствующем реакционном центре произошла предусмотренная реакция. В некоторых случаях множество датчиков света (например, несколько пикселей устройств детектирования света или съемочного устройства) может быть связано с единственным реакционным центром. В других случаях единственный датчик света (например, единственный пиксель) может быть соотнесет с единственным реакционным центром или группой реакционных центров. Датчик света, реакционный центр и иные особенности биосенсора могут быть выполнены с возможностью непосредственного детектирования как минимум части света датчиком света без отражения света.

[0042] В контексте настоящей заявки «биологическая или химическая субстанция» включает в себя биомолекулы, исследуемые образцы, интересующие аналиты и прочие химические соединения. Биологическая или химическая субстанция может быть использована для детектирования, идентификации или анализа другого химического соединения (соединений) или служить промежуточными средствами для изучения или анализа другого химического соединения (соединений). В частных примерах биологическая или химическая субстанция включает в себя биомолекулу. В контексте настоящей заявки термин «биомолекула» обозначает по меньшей мере одно из следующего: биополимер, нуклеозид, нуклеиновую кислоту, полинуклеотид, олигонуклеотид, белок, фермент, полипептид, антитело, антиген, лиганд, рецептор, полисахарид, углевод, полифосфат, клетку, ткань, организм или фрагмент чего-либо вышеперечисленного или иного биологически активного химического соединения (соединений), например, аналогов или миметиков вышеуказанных веществ. В дополнительном примере биологическая или химическая субстанция или биомолекула включает в себя фермент или реагент, применяемый в сопряженной реакции для детектирования продукта другой реакции, например, фермент или реагент, применяемый для детектирования пирофосфата в реакции пиросеквенирования. Ферменты и реагенты, которые могут быть использованы для детектирования пирофосфатов, раскрыты, например, в патентном документе US 2005/0244870 А1, содержание которого во всей полноте включено в настоящее описание посредством ссылки.

[0043] Биомолекулы, образцы, а также биологическая или химическая субстанция могут быть природного происхождения или синтетическими, и могут находиться во взвешенном состоянии в растворе или смеси в пределах реакционного углубления или области. Биомолекулы, образцы, а также биологическая или химическая субстанция также могут быть связаны с материалом в твердой фазе или с гелем. Биомолекулы, образцы, а также биологическая или химическая субстанция также могут включать в себя фармацевтическую композицию. В некоторых случаях биомолекулы, образцы, а также интересующая биологическая или химическая субстанция могут именоваться «мишени», «зонды» или «аналиты».

[0044] В контексте настоящей заявки «биосенсор» представляет собой устройство, включающее в себя реакционную структуру с множеством реакционных центров, выполненное с возможностью детектирования предусмотренных реакций, происходящих в реакционных центрах или возле них. Биосенсор может включать в себя твердотельное устройство детектирования света или «формирования изображения» (например, устройство детектирования света на базе ПЗС или КМОП) иопционально прикрепленную к нему проточную ячейку. Проточная ячейка может включать в себя по меньшей мере один проточный канал, связанный по текучей среде с реакционными центрами. В одном конкретном примере биосенсор выполнен с возможностью соединения по текучей среде и электрического соединения с системой биоанализа. Система биоанализа может доставлять реакционный раствор в реакционные центры согласно заранее заданному протоколу (например, секвенирования путем синтеза) и осуществлять множество событий формирования изображения. Например, система биоанализа может направлять потоки реакционных растворов вдоль реакционных центров. По меньшей мере один из реакционных растворов может включать в себя четыре типа нуклеотидов с одинаковыми или разными флуоресцентными метками. Нуклеотиды могут образовывать связи с реакционными центрами, например, с соответствующими олигонуклеотидами в реакционных центрах. Далее система биоанализа может осветить реакционные центры посредством источника света возбуждения (например, таких твердотельных источников света, как светоизлучающие диоды (светодиоды)). Свет возбуждения может иметь заранее заданную длину или длины волн, в том числе - диапазон длин волн. Флуоресцентные метки, возбуждаемые падающим светом возбуждения, могут подавать сигналы излучения (например, свет с длиной или длинами волн, отличными от света возбуждения и, возможно, друг от друга), которые могут детектировать датчики света.

[0045] В контексте настоящей заявки термин «иммобилизованный» применительно к биомолекуле или биологической или химической субстанции означает по существу прикрепление биомолекулы или биологической или химической субстанции на молекулярном уровне к поверхности, например, к поверхности детектирования устройства детектирования света или реакционной структуры. Например, биомолекула или биологическая или химическая субстанция может быть иммобилизована на поверхности реакционной структуры методами адсорбции, в том числе - за счет нековалентных взаимодействий (например, электростатических сил, вандервальсовых сил и обезвоживания гидрофобных поверхностей раздела) и методов ковалентного связывания, при котором функциональные группы или линкеры облегчают прикрепление биомолекул к поверхности. Иммобилизация биомолекул или биологической или химической субстанции на поверхности может быть обусловлена свойствами поверхности, жидкой среды, несущей биомолекулу или биологическую или химическую субстанцию, а также собственными свойствами биомолекул или биологической или химической субстанции. В некоторых случаях поверхность может быть функционализирована (например, химически или физически модифицирована) для облегчения иммобилизации биомолекул (или биологической или химической субстанции) на поверхности.

[0046] В некоторых примерах нуклеиновые кислоты могут быть иммобилизованы на реакционной структуре, например, на поверхностях реакционных углублений в ней. В частных примерах устройства, биосенсоры, системы биоанализа и раскрытые в настоящем описании способы могут предусматривать применение природных нуклеотидов, а также ферментов, способных взаимодействовать с природными нуклеотидами. В число природных нуклеотидов входят, например, рибонуклеотиды или дезоксирибонуклеотиды. Природные нуклеотиды могут быть в моно-, ди- или трифосфатной форме с основанием, выбранным из следующих: аденин (A), тимин (Т), урацил (U), гуанин (G) или цитозин (С). При этом следует понимать, что можно использовать неприродные нуклеотиды, модифицированные нуклеотиды или аналоги вышеуказанных нуклеотидов.

[0047] Как сказано выше, биомолекула или биологическая или химическая субстанция может быть иммобилизована в реакционном центре в реакционном углублении реакционной структуры. Эта биомолекула или биологическая субстанция может быть физически зафиксирована или иммобилизована в пределах реакционных углублений за счет неподвижной посадки, адгезии, ковалентной связи или улавливания. В число примеров материалов или твердых тел, которые могут быть размещены в пределах реакционных углублений, входят полимерные гранулы, таблетки, агарозный гель, порошки, квантовые точки или иные твердые тела с возможностью сжатия и/или удерживания в пределах реакционной камеры. В некоторых вариантах реализации реакционные углубления могут быть покрыты или наполнены слоем гидрогеля, способного к ковалентному связыванию олигонуклеотидов ДНК. В частных примерах сверхструктура нуклеиновой кислоты, например, шарик ДНК, может быть расположена в реакционном углублении или у него, например, путем прикрепления к внутренней поверхности реакционного углубления или за счет нахождения в жидкости в пределах реакционного углубления. Шарик ДНК или иная сверхструктура нуклеиновой кислоты может быть создана, а затем размещена в реакционном углублении или у него. Или же шарик ДНК может быть синтезирован на месте у реакционного углубления. Субстанция, иммобилизованная в реакционном углублении, может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии.

[0048] ФИГ. 1-8 иллюстрируют поперечный разрез части биосенсора 100, сформированного в одном примере. Показано, что биосенсор 100 может включать в себя проточную ячейку 102, непосредственно или опосредованно соединенную с устройством 104 детектирования света. Проточная ячейка 102 может быть прикреплена к устройству 104 детектирования света. В иллюстрируемом примере проточная ячейка 102 прикреплена непосредственно к устройству 104 детектирования света с помощью одного или нескольких фиксирующих механизмов (например, адгезива, связующего материала, крепежных элементов и т.п.). В некоторых примерах проточная ячейка 102 может быть съемно соединена с устройством 104 детектирования света.

[0049] Биосенсор 100 и/или устройство 104 детектирования может быть выполнено для проведения биологического или химического анализа для получения любой относящейся к нему информации или данных. В частных примерах биосенсор 100 и/или устройство 104 детектирования может содержать систему секвенирования нуклеиновых кислот (или секвенатор), выполненную для различных видов применения, в том числе, помимо прочего, для независимого секвенирования, ресеквенирования целых геномов, или целевых участков генома, или для метагеномики. Система секвенирования может быть выполнена для анализа ДНК или РНК. В некоторых примерах биосенсор 100 и/или устройство 104 детектирования выполнено с возможностью осуществления большого числа параллельных реакций в пределах биосенсора 100 и/или устройства 104 детектирования для получения относящейся к ним информации.

[0050] Проточная ячейка 102 может включать в себя один или несколько проточных каналов, направляющих раствор в реакционные центры 114 или к ним на устройстве 104 детектирования, как подробнее разъяснено ниже. В связи с этим, проточная ячейка 102 и/или биосенсор 100 могут включать в себя систему хранения текучей среды/раствора (не показана), выполненную с возможностью хранения разнообразных компонентов реакции или реактантов, например - применяемых для проведения в них предусмотренных реакций, или быть связаны по текучей среде с такой системой. Система хранения текучей среды также может быть выполнена с возможностью хранения текучих сред для промывки или очистки сети текучей среды и биосенсора 100 и/или устройства 104 детектирования, а также, потенциально, для разбавления реактантов. Например, система хранения текучей среды может включать в себя разнообразные емкости для хранения образцов, реагентов, ферментов, иных биомолекул, буферных растворов, водных, масляных и иных неполярных растворов и т.п. Как сказано выше, текучая среда или раствор на реакционной структуре 126 может быть относительно кислым (например, с рН не выше приблизительно 5) или основным/щелочным (например, с рН не ниже приблизительно 8). Кроме того, система хранения текучей среды также может включать в себя емкости для приема отходов из биосенсора 100 и/или устройства 104 детектирования.

[0051] В иллюстрируемом примере устройство 104 детектирования света включает в себя основу 125 устройства и реакционную структуру 126, лежащую поверх основы 125 устройства, как показано на ФИГ. 1 и 3-8. В частных примерах основа 125 устройства включает в себя множество расположенных друг над другом слоев (например, кремниевый слой или подложку, диэлектрический слой, металлодиэлектрические слои и т.п.). Основа 125 устройства может включать в себя сенсорную матрицу 124 датчиков 140 света и направляющую матрицу световодов 118, как показано на ФИГ. 3. На ФИГ. 1 и 3-8 показано, что реакционная структура 126 может включать в себя матрицу реакционных углублений 108 по меньшей мере с одним соответствующим реакционным центром 114, созданным на ней (например, иммобилизованным на ее поверхности). В некоторых примерах устройство 104 детектирования света выполнено так, что каждый датчик 140 света соответствует единственному световоду 118 и/или единственному реакционному углублению 108 (и, потенциально, ориентирован на них) с возможностью приема фотонов только из них. При этом в других примерах единственный датчик 140 света может принимать фотоны через более чем один световод 118 и/или из более чем одного реакционного углубления 108. Таким образом, единственный датчик 140 света может формировать один пиксель или более одного пикселя.

[0052] Как показано на ФИГ. 2, матрица реакционных углублений 108 и/или световодов 118 (и, потенциально, датчиков 140 света) может быть создана по определенной повторяющейся схеме так, что по меньшей мере некоторые из углублений 108 и/или световодов 118 (и, потенциально, датчиков 140 света) отстоят друг от друга на равное расстояние по определенной схеме. В других примерах реакционные углубления 108 и/или световоды 118 (и, потенциально, датчики 140 света) могут быть расположены бессистемно, и/или по меньшей мере некоторые реакционные углубления 108 и/или световоды 118 (и, потенциально, датчики 140 света) могут отстоять друг от друга на разные расстояния.

[0053] Как показано на ФИГ. 1 и 2, реакционная структура 126 устройства 104 детектирования может образовывать детекторную поверхность 112 с возможностью протекания по ней и нахождения на ней реакционного раствора, как подробнее разъяснено ниже. Детекторная поверхность 112 реакционной структуры 126 может представлять собой верхнюю открытую поверхность устройства 104 детектирования. Детекторная поверхность 112 может включать в себя поверхности углублений 108 и промежуточные зоны 113, проходящие между углублениями 108 и вокруг них. Ниже подробнее разъясняется, что основа 125 устройства 104 детектирования может включать в себя защитный слой 130, образующий гладкую плоскую (например, планарную) поверхность, лежащую под несущей структурой и минимизирующую изменения топографии поверхности, образованные в детекторной поверхности 112, в частности - в промежуточных зонах 113 детекторной поверхности 112. В частных примерах промежуточные зоны 113 детекторной поверхности 112 могут представлять собой части поверхности, являющиеся гладкими и планарными, благодаря чему реакционный раствор и/или иные биологические или химические субстанции не остаются на них и/или не возникают ошибки из-за загрязнения ближних нанолунок. Характеристики гладкости и/или плоскостности промежуточных зон 113 детекторной поверхности 112, обеспеченные конфигурацией нижележащего защитного слоя 130, могут быть выше, чем в примерах без защитного слоя 130. Кроме того, в некоторых примерах гладкость и/или плоскостность промежуточных зон 113 детекторной поверхности 112, обеспеченные конфигурацией нижележащего защитного слоя 130, могут повышать устойчивость устройства 104 детектирования по сравнению с примерами без защитного слоя 130.

[0054] Детекторная поверхность 112 устройства 104 детектирования света может быть функционализирована (например, химически или физически модифицирована так, чтобы приспособить ее для осуществления предусмотренных реакций). Например, детекторная поверхность 112 может быть функционализирована и может включать в себя множество реакционных центров 114 с одной или несколькими биомолекулами, иммобилизованными на ней как показано на ФИГ. 1, 3 и 4. Как сказано выше, детекторная поверхность 112 может включать в себя матрицу реакционных углублений 108 (например, открытых с одной стороны реакционных камер). Каждое из реакционных углублений 108 может включать в себя один или несколько реакционных центров 114. Реакционные углубления 108 могут быть образованы, например, за счет изменения глубины (или толщины) вдоль детекторной поверхности 112. В других примерах детекторная поверхность 112 может быть по существу планарной.

[0055] Как показано на ФИГ. 3 и 4, реакционные центры 114 могут быть распределены по той или иной схеме вдоль детекторной поверхности 112, например, в пределах реакционных углублений 108. Например, реакционные центры 114 могут быть расположены в ряд по горизонтали и вертикали вдоль реакционных углублений 108 аналогично микроматрице. При этом следует понимать, что возможно применение различных схем расположения реакционных центров 114. Реакционные центры 114 могут включать в себя биологическую или химическую субстанцию, излучающую световые сигналы, как подробнее разъяснено ниже. Например, биологическая или химическая субстанция в реакционных центрах 114 может генерировать световые излучения под действием света 101 возбуждения. В частных примерах реакционные центры 114 включают в себя кластеры или колонии биомолекул (например, олигонуклеотидов), иммобилизованных на детекторной поверхности 112 в пределах реакционных углублений 108. Реакционные центры 114 могут генерировать световые излучения под действием падающего света возбуждения после обработки реакционным раствором. Например, реакционный раствор может вызывать реакцию и/или образовывать продукт реакции в реакционных центрах 114 (но, потенциально, не в других реакционных центрах реакционной структуры 126 устройства 104), генерирующий световые излучения под действием света возбуждения.

[0056] Как показано на ФИГ. 1, в одном примере проточная ячейка 102 включает в себя по меньшей мере одну боковую стенку и проточную крышку 110. Указанная по меньшей мере одна боковая стенка может быть соединена с детекторной поверхностью 112 и проходить между проточной крышкой 110 и детекторной поверхностью 112. Проточная ячейка 102 может быть выполнена с возможностью образования проточного канала 119 между проточной крышкой 110 и детекторной поверхностью 112 устройства 104 детектирования света. В некоторых примерах проточный канал 119 может иметь высоту (между проточной крышкой 110 и детекторной поверхностью 112) в диапазоне от приблизительно 50 до приблизительно 400 мкм (микрон), или, в частности, от приблизительно 80 до приблизительно 200 мкм. В одном примере высота проточного канала 119 составляет приблизительно 100 мкм. Проточная крышка 110 может содержать материал, прозрачный для света 101 возбуждения, распространяющегося изнутри биосенсора 100 в сторону/в проточный канал 119, как показано на ФИГ. 1. Отметим, что свет 101 возбуждения может подходить к проточной крышке 110 под любым углом, а также под одинаковыми или разными углами.

[0057] Свет 101 возбуждения может излучаться любым источником освещения (не показан), который может входить или не входить в состав системы биоанализа, биосенсора 100 или устройства 104 детектирования света. В некоторых примерах система освещения может включать в себя источник света (например, один или несколько светодиодов) и, потенциально, множество оптических компонентов для освещения по меньшей мере реакционной структуры 126 устройства 104 детектирования. В число примеров источников света могут входить лазеры, дуговые лампы, светодиоды или лазерные диоды. Например, оптические компоненты могут представлять собой отражатели, светоделители, делители пучка, коллиматоры, линзы, фильтры, клины, призмы, зеркала, детекторы и т.п. В одном частном примере система освещения выполнена с возможностью направления света 101 возбуждения в реакционные центры 114 в пределах углублений 108 реакционной структуры 126 устройства 104 детектирования. В некоторых примерах система освещения может излучать свет 101 возбуждения в диапазоне длин волн, например, в диапазоне от приблизительно 300 нм до приблизительно 700 нм, или, в частности, в диапазоне от приблизительно 400 нм до приблизительно 600 нм. В некоторых примерах система освещения может излучать свет 101 возбуждения с конкретной длиной волны или длинами волн, возбуждающий излучение биологической или химической субстанцией (субстанциями) в реакционных центрах 108 (например, в результате реакции, вызванной реакционным раствором, и/или от продукта реакции, созданного реакционным раствором в реакционных центрах 114) световых излучений с отличающейся длиной или длинами волн. В одном примере, в котором реакционные центры 108 содержат флуорофоры, возбуждаемые светом с длинами волн зеленой области, длина волны света возбуждения может составлять приблизительно 532 нм, а длины волн указанных световых излучений - приблизительно 570 нм или более.

[0058] На ФИГ. 1 также показано, что проточная крышка 110 может содержать по меньшей мере одно отверстие 120, выполненное с возможностью создания соединения по текучей среде с проточным каналом 119 и, потенциально, иные отверстия (не показаны). Например, иные отверстия могут вести из картриджа или рабочей станции, содержавшей реакционный раствор или другую биологическую или химическую субстанцию. Проточный канал 119 может быть выполнен (например, по размеру и форме) с возможностью направления текучей среды или раствора, например, реакционного раствора, вдоль детекторной поверхности 112.

[0059] На ФИГ. 3 и 4 пример устройства 104 детектирования показан более подробно, чем на ФИГ. 1. В частности, на ФИГ. 3 и 4 показаны единственный датчик 140 света, единственный световод 118 для направления и пропускания световых излучений по меньшей мере из одного связанного с ним реакционного центра 114 к датчику 140 света, и соответствующая схема 146 для передачи сигналов, в основе которых лежат световые излучения (например, фотоны), детектированные датчиком 140 света. Следует понимать, что прочие датчики 140 света сенсорной матрицы 124 (ФИГ. 1 и 2) и соответствующие компоненты могут быть выполнены идентичным или аналогичным образом. При этом следует понимать, что устройство 104 детектирования света не обязательно должно быть изготовлено единообразно по всему объему. Напротив, один или несколько датчиков 140 света и/или соответствующие компоненты могут быть изготовлены неодинаково или иметь разные соотношения относительно друг друга.

[0060] Схема 146 может включать в себя взаимосоединенные проводящие элементы (например, проводники, дорожки, перемычки, соединительные провода и т.п.), выполненные с возможностью проведения электрического тока, например, передачи сигналов данных по результатам детектирования фотонов. В некоторых примерах схема 146 может включать в себя микросхему. Устройство 104 детектирования света и/или основа 125 устройства могут содержать по меньшей мере одну интегральную схему с матрицей датчиков 140 света. Схема 146, расположенная в пределах устройства 104 детектирования, может быть выполнена с возможностью осуществления по меньшей мере одного из следующих действий: усиление сигнала, преобразование в цифровую форму, хранение и обработка. Схема 146 может собирать (и, потенциально, анализировать) детектированные световые излучения и генерировать сигналы данных для передачи данных детектирования в систему биоанализа. Схема 146 также выполнена с возможностью дополнительной обработки аналоговых и/или цифровых сигналов в устройстве 104 детектирования света.

[0061] Изготовление основы 125 устройства и схемы 146 можно осуществлять с применением способов изготовления интегральных схем, например, способов, применяемых для изготовления приборов или схем с зарядовой связью (ПЗС) или приборов или схем на основе комплементарных структур металл-оксид-полупроводник (КМОП). Например, как показано на ФИГ. 3, основа 125 устройства может представлять собой устройство на основе КМОП, содержащее множество расположенных друг над другом слоев, включающее в себя сенсорную основу 141, которая может представлять собой кремниевый слой (например, подложку) в некоторых примерах. Сенсорная основа 141 может включать в себя датчик 140 света и сформированные на ней вентили 143. Вентили 143 выполнены с возможностью электрического соединения с датчиком 140 света. Если устройство 104 детектирования света выполнено как показано на ФИГ. 3, датчик 140 света выполнен с возможностью электрического соединения со схемой 146 через вентили 143, например.

[0062] По меньшей мере часть схемы 146 может быть расположена в пределах слоев подложки устройства в составе основы 125 устройства 104 детектирования, через/в которые может проходить каждый из световодов 118. В некоторых примерах каждый из слоев подложки может включать в себя взаимосоединенные проводящие элементы, образующие по меньшей мере часть схемы 146 устройства, и диэлектрик 142, прилегающий к проводящим элементам схемы 146 (и, потенциально, окружающий их), как показано на ФИГ. 3. Проводящие элементы схемы 146 могут быть заделаны в диэлектрик 142. На ФИГ. 3 также показано, что световоды 118 могут проходить через диэлектрик 142 и могут отстоять от схемы 146. Возможно применение различных металлических элементов и/или диэлектриков, например тех, что пригодны для изготовления интегральных схем (изготовления КМОП). В некоторых примерах проводящие элементы/схема 146 могут представлять собой металлические элементы, например, элементы из W (вольфрама), Cu (меди), Al (алюминия) или их комбинации (при этом следует понимать, что возможно применение иных материалов и конфигураций). В некоторых примерах диэлектрик может представлять собой SiO2 (при этом следует понимать, что возможно применение иных материалов и конфигураций).

[0063] В контексте настоящей заявки, если не указано иное, термин «слой» не ограничен значением «единый сплошной массив материала». Например, сенсорный слой 141 и/или слои устройства в составе основы 125 устройства могут включать в себя несколько подслоев из других материалов и/или могут включать в себя покрытия, адгезивы и т.п. Кроме того, один или несколько слоев (или подслоев) могут быть модифицированы (например, путем травления, осаждения на них материала и т.п.) для создания раскрытых в настоящем описании признаков.

[0064] Как показано на ФИГ. 3 и 4, реакционная структура 126 может содержать один или несколько слоев, образующих проходящие в них реакционные углубления 104. Реакционная структура 126 может проходить вдоль верхней наружной поверхности основы 125 устройства. В иллюстрируемом примере реакционная структура 126 расположена непосредственно вдоль верхней наружной поверхности первого облицовочного слоя 154 и первого и второго фильтрующих материалов 116, 115 основы 125 устройства, подробнее раскрытых ниже. При этом в других примерах между реакционной структурой 126 и основой 125 устройства может быть расположен промежуточный слой. Реакционная структура 126 может включать в себя один или несколько материалов с возможностью пропускания через себя сигналов 101 света возбуждения и излучаемых световых сигналов из реакционных центров 114 (после обработки реакционным раствором) в пределах углублений 108 в отверстие 158 одного или нескольких световодов 118, соответствующих тому или иному реакционному углублению 108. В некоторых примерах реакционная структура 126 может включать в себя один или несколько слоев или иной элемент, предотвращающий перекрестные помехи или попадание излучаемого света из того или иного реакционного центра 114/реакционных углублений 108 на несоответствующий им чувствительный элемент 140.

[0065] Реакционная структура 126 может содержать множество разных слоев, как показано на ФИГ. 3 и 4. В иллюстрируемом примере реакционная структура 126 может включать в себя первый реакционный слой 160, проходящий поверх (непосредственно или опосредованно) основы 125 устройства (например, поверх первого облицовочного слоя 154) и отверстий 158 световодов 118 (например, первого и второго фильтрующих материалов 116, 115) основы 125 устройства, как показано на ФИГ. 3 и 4. На ФИГ. 3 и 4 также показано, что в иллюстрируемом примере реакционная структура 126 дополнительно включает в себя второй слой 162, проходящий поверх (непосредственно или опосредованно) первого слоя 160. Реакционная структура 126 в иллюстрируемом примере также включает в себя третий слой 164, проходящий поверх (непосредственно или опосредованно) второго слоя 162, и четвертый слой 166, проходящий поверх (непосредственно или опосредованно) третьего слоя 162. Реакционные углубления 108 могут проходить по меньшей мере в третий слой 164.

[0066] Четвертый слой 166 может образовывать внутренние поверхности (например, боковые стенки и нижнюю стенку) реакционных углублений 108 за счет прохождения по впадине (например, полости или пустоте) в третьем слое 162, как показано на ФИГ. 3 и 4. Четвертый слой 166, и, потенциально, второй слой 162, могут образовывать детекторная поверхность 112, как показано на ФИГ. 3 и 4. В некоторых случаях четвертый слой 166, и, потенциально, второй слой 162 могут быть выполнены с возможностью создания твердой поверхности, обеспечивающей возможностью иммобилизации на ней химикатов, биомолекул или иных интересующих аналитов. Например, любой из реакционных центров 114 может включать в себя кластер биомолекул, иммобилизованных на детекторной поверхности 112, которая может включать в себя четвертый слой 166, и, потенциально, второй слой 162. Таким образом, четвертый слой 166, и, потенциально, второй слой 162, могут содержать материал, обеспечивающий возможность иммобилизации на них реакционных центров 114. Первый слой 160 и четвертый слой 166 (и, потенциально, второй слой 162 и третий слой 166) могут содержать материал, по меньшей мере по существу прозрачный для света 101 возбуждения и света, излучаемого реакционными центрами 114. Кроме того, четвертый слой 166, и, потенциально, второй слой 162, могут быть физически или химически модифицированы для облегчения иммобилизации биомолекул и/или для облегчения детектирования световых излучений.

[0067] В качестве примера и как показано на ФИГ. 3 и 4, первый слой 160 и третий слой 166 могут содержать первый материал, а второй слой 162 и четвертый слой 168 могут содержать второй материал, отличный от первого материала. В некоторых из таких примеров первый материал представляет собой SiN, а второй материал - ТаО. При этом реакционная структура 126 может содержать отличные от указанных слои (например, разные слои, меньшее число слоев и/или дополнительные слои) и/или отличные от указанных материалы.

[0068] Как показано на ФИГ. 3 и 4, основа 125 устройства 104 детектирования может включать в себя первый экранирующий слой 150, проходящий поверх (непосредственно или опосредованно) расположенных друг над другом слоев (например, металлодиэлектрических слоев) основы 125 устройства, например, поверх диэлектрика 142 и проводящих компонентов 146 схемы. Первый экранирующий слой 150 может включать в себя материал, выполненный с возможностью блокирования, отражения и/или значительного ослабления света 101 возбуждения и/или световых излучений из реакционных центров 114 (например, световых сигналов, проходящих из проточного канала 119). Исключительно в качестве примера, первый экранирующий слой 150 может содержать вольфрам (W).

[0069] Первый экранирующий слой 150 может содержать по меньшей мере одно сквозное отверстие, находящееся по меньшей мере частично на одной линии по меньшей мере с одним соответствующим световодом 118. Первый экранирующий слой 150 может включать в себя матрицу таких отверстий. В некоторых примерах первый экранирующий слой 150 может проходить полностью вокруг отверстия. Световые сигналы от света 101 возбуждения и/или световые излучения из реакционных центров 114 могут быть блокированы, отражены и/или значительно ослаблены во избежание прохождения световых сигналов через основу 125 устройства за пределами световодов 118 и детектирования их датчиками 140 света. В некоторых примерах первый экранирующий слой 150 проходит непрерывно между соседними отверстиями или световодами 118 и/или отверстиями, проходящими в него. В некоторых других примерах первый экранирующий слой 150 не проходит непрерывно между соседними отверстиями или световодами 118, то есть в первом экранирующем слое 150 есть одно или несколько других отверстий, которые могут пропускать через себя свет 101 возбуждения и/или световые излучения из реакционных центров 114.

[0070] В некоторых примерах основа 125 устройства 104 детектирования может включать в себя второй экранирующий слой 152, проходящий поверх (непосредственно или опосредованно) первого экранирующего слоя 150, как показано на ФИГ. 3 и 4. Второй экранирующий слой 152 может включать в себя противоотражающий материал и/или материал, предотвращающий загрязнение нижележащих частей основы 125 устройства. Исключительно в качестве примера, второй экранирующий слой 152 может содержать SiON. В некоторых примерах второй экранирующий слой 152 может быть выполнен с возможностью предотвращения взаимодействия загрязнителя, например, натрия, с первым экранирующим слоем 150, диэлектриком 142 и/или проводящими (например, металлическими) элементами схемы 146 устройства. В некоторых примерах второй экранирующий слой 152 может повторять очертание первого экранирующего слоя 150. Например, второй экранирующий слой 152 может содержать по меньшей мере одно сквозное отверстие, находящееся по меньшей мере частично на одной линии по меньшей мере с одним соответствующим световодом 118, как показано на ФИГ. 3 и 4. Второй экранирующий слой 152 может включать в себя матрицу таких отверстий. В некоторых примерах второй экранирующий слой 152 может проходить вокруг отверстий. В некоторых примерах второй экранирующий слой 152 проходит непрерывно между соседними световодами 118 и/или отверстиями, проходящими в него. В некоторых других примерах второй экранирующий слой 152 не проходит непрерывно между соседними световодами 118 и/или отверстиями, проходящими в него, то есть во втором экранирующем слое 152 есть одно или несколько других отверстий, как показано на ФИГ. 3 и 4.

[0071] В некоторых примерах устройство 104 детектирования света может включать в себя облицовочный слой 154, проходящий поверх основы 125 устройства и вокруг световодов 118, как показано на ФИГ. 3 и 4. Облицовочный слой 154 может представлять собой сплошной конформный слой, сформированный на основе 125 устройства. Облицовочный слой 154 может обладать способностью вступать в химическую реакцию с реакционным раствором. Например, состав (например, вода и/или масло), и/или относительно высокая кислотность (например, рН не выше приблизительно 5), или относительно высокая основность (например, рН не ниже приблизительно 8) реакционного раствора обеспечивает возможность его вступления в химическую реакцию с материалом облицовочного слоя 154 при контакте с ним и растворения или отщепления материала иным образом (то есть травления облицовочного слоя 154). Таким образом, за время экспозиции реакционный раствор может проникать путем травления (протравливаться) через облицовочный слой 154 и, в итоге, вступать во взаимодействие со схемой 146 устройства и вызывать ее коррозию или иным образом влиять на ее функционирование. Например, облицовочный слой 154 может представлять собой нитридкремниевый слой (или иным образом содержать SiN), при этом относительно сильнокислый или основной реакционный раствор может травить SiN при вступлении с ним в контакт. Таким образом, нитридкремниевый облицовочный слой 154 может быть неэффективен в части предотвращения проникновения через него реакционного раствора путем травления (протравливания), что приводит к вступлению реакционного раствора во взаимодействие со схемой 146 устройства (например, вызыванию им коррозии проводящих (например, металлических) компонентов схемы 146 устройства). Иные материалы, образующие облицовочный слой 154, могут быть аналогичным образом способны вступать в химическую реакцию с реакционным раствором, например, из-за их состава и/или относительно высокой кислотности или основности, и, в связи с этим, быть неспособны предотвращать проникновение через них со временем реакционного раствора путем травления (протравливание).

[0072] Облицовочный слой 154 может не содержать сформированных отверстий. При этом первый облицовочный слой 154 может содержать по меньшей мере одну внутреннюю несплошность, пору, трещину, разрыв или нечто подобное, пропускающее через себя поток жидкости или раствора, например, реакционного раствора, как подробнее разъяснено ниже. Например, плотность облицовочного слоя 154 может быть относительно низкой, в связи с чем его внутренние несплошности могут образовывать путь через облицовочный слой 154, по которому реакционный раствор может проходить к диэлектрику 142 и, в конечном итоге, к проводящим (например, металлическим) компонентам схемы 146 устройства. Таким образом, облицовочный слой 154 может быть неэффективен в части предотвращения прохождения через него реакционного раствора и, в конечном итоге, вступлению реакционного раствора во взаимодействие со схемой устройства. В некоторых примерах, из-за плотности облицовочного слоя 154 или наличия в нем внутренних несплошностей, он может не быть непроницаемым для жидкости.

[0073] В иллюстрируемых примерах облицовочный слой 154 проходит между вторым экранирующим слоем 152 и защитным слоем 130 на самой верхней части основы 125 устройства и вдоль световодов 118 между диэлектрическими слоями 142 и защитным слоем 130. Облицовочный слой 154 может быть выполнен как противоотражающий слой или отражающий слой (например, для обеспечения прохождения света, излучаемого из реакционных центров 114, через световоды 118), предотвращающий загрязнение слой (например, для предотвращения загрязнения натрием основы 125 устройства) и/или адгезивный слой (например, для сцепления фильтрующего материала 116 световодов 118 с диэлектриком 142). В некоторых примерах облицовочный слой 154 может быть выполнен как предотвращающий загрязнение слой, предотвращающий проникновение любых ионных форм в слои устройства (например, металлодиэлектрические слои). В некоторых примерах облицовочный слой 154 содержит SiN. В некоторых примерах облицовочный слой 154 содержит слой SiN.

[0074] Как показано на ФИГ. 3 и 4, облицовочный слой 154 может иметь по существу постоянную толщину. В других примерах толщина облицовочного слоя 154 может быть непостоянной. Например, части облицовочного слоя 154, проходящие поверх верхней части основы 125 устройства могут быть первой толщины, а части облицовочного слоя 154, проходящий вокруг световодов 118, могут быть второй толщины, большей или меньшей чем первая толщина. В еще одном примере толщина частей облицовочного слоя 154, проходящих вокруг световодов 118, может быть разной на разной глубине в пределах основы 125 устройства (например, может убывать по ходу вглубь основы 125 устройства). В некоторых примерах толщина облицовочного слоя 154 может составлять от приблизительно 10 нм до приблизительно 100 нм. В иллюстрируемом примере толщина облицовочного слоя 154 составляет приблизительно 50 нм.

[0075] На ФИГ. 3 показано, что основа 125 устройства также может включать в себя второй облицовочный слой 155, образованный в пределах слоев устройства и под световодами 118. Второй облицовочный слой 155 может быть по существу аналогичен первому облицовочному слою 154 или схож с ним, за исключением его положения в пределах основы 125 устройства. В некоторых примерах второй облицовочный слой 155 может проходить непосредственно под защитным слоем 130 вдоль дна световодов 118, как показано на ФИГ. 3. Таким образом, облицовочный слой 154 и второй облицовочный слой 155 могут проходить полностью вокруг световодов 118, за исключением отверстий 158 световодов 118 под углублениями 108. Второй облицовочный слой 155 может образовывать дно световодов 118.

[0076] Как сказано выше, основа 125 устройства 104 детектирования может содержать защитный облицовочный слой 130 между каждым из световодов 118 и схемой 146 устройства, как показано на ФИГ. 3 и 4. Защитный слой 130 может проходить поверх (непосредственно или опосредованно) облицовочного слоя 154 на верху основы 125 устройства и вдоль световодов 118, как показано на ФИГ. 3 и 4. В некоторых других примерах (не показаны), защитный слой 130 может не проходить поверх (непосредственно или опосредованно) верха основы 125 устройства под реакционной структурой 126, а проходить только вдоль/вокруг световодов 118 в пределах основы устройства 126 (т.е. между диэлектриком 142 и фильтрующим материалом 116).

[0077] Защитный слой 130 может проходить полностью вокруг фильтрующего материала 116 световодов 118, за исключением отверстий 158 в них. Например, защитный слой 130 может проходить вокруг боковых поверхностей световодов 118 и под световодами 118 (между облицовочным слоем 154 и вторым облицовочным слоем 155 и фильтрующим материалом 116). Защитный слой 130 также может быть создан на основе 125 устройства (например, непосредственно поверх облицовочного слоя 154) и реакционной структуре 126. При этом защитный слой 130 может также быть создан поверх верхней части основы 125 устройства и может быть расположен между основой 125 устройства и реакционной структурой 126.

[0078] Защитный слой 130 может представлять собой слой сплошного покрытия. Защитный слой 130 может не содержать заранее или специально сформированных отверстий или иных пустот, которые пропускали бы через себя поток жидкости или раствора, например, реакционного раствора. Защитный слой 130 также может не содержать какие-либо внутренние несплошности, поры, трещины, разрывы или нечто подобное, которые пропускали бы через себя поток жидкости или раствора, например, реакционного раствора, или предотвращать их образование, как подробнее раскрыто ниже. Таким образом, защитный слой 130 может представлять собой непроницаемый для жидкости барьерный слой. В настоящем описании «непроницаемый для жидкости слой» означает слой, который может предотвращать прохождение через него какой-либо жидкости или раствора (например, реакционного раствора), например, предотвращающий прохождение через него по меньшей мере 99 об.% реакционного раствора, контактирующего с защитным слоем 130 под атмосферным давлением. Защитный слой 130 также может быть химически инертен к реакционному раствору, в связи с чем не происходит травление реакционным раствором (который может обладать относительно высокой кислотностью или относительно высокой основностью, как раскрыто выше) защитного слоя 130, или происходит его травление со скоростью менее приблизительно одного (1) ангстрема () толщины защитного слоя 130 в час при приблизительно 100 градусах Цельсия и при приблизительно атмосферном давлении, когда реакционный раствор контактирует с защитным слоем 130. Например, состав защитного слоя 130 может не вступать в химическую реакцию или вступает в химическую реакцию только в относительно малой степени с составом реакционного раствора (который может обладать относительно высокой кислотностью или относительно высокой основностью), в связи с чем не происходит травление реакционным раствором защитного слоя 130 или происходит его травление со скоростью менее приблизительно одного (1) ангстрема () толщины защитного слоя 130 в час при приблизительно 100 градусах Цельсия и при приблизительно атмосферном давлении, когда реакционный раствор контактирует с защитным слоем 130. Облицовочный слой 154 может, таким образом, включать в себя слой, устойчивый к травлению реакционным раствором (рН которого может быть не выше приблизительно 5 или не ниже приблизительно 8, например), для предотвращения проникновения через него (со временем) реакционного раствора и, в итоге, его взаимодействия со схемой 146 устройства, вызывающего ее коррозию или иным образом влияющего на ее функционирование. Защитный слой 130, таким образом, выполнен с возможностью предотвращения взаимодействия жидкости или раствора (например, реакционного раствора), который может проникнуть через реакционную структуру 126 к защитному слою 130 или через реакционную структуру 126 и фильтрующий материал 116 световода 118 к защитному слою 130, со схемой 146 устройства (и облицовочным слоем 154 (при его наличии) и диэлектриком 142).

[0079] Толщина защитного слоя 130 может быть непостоянной. Например, части защитного слоя 130, проходящие поверх верхней части основы 125 устройства, могут быть первой толщины, а части защитного слоя 130, проходящие вокруг световодов 118 и/или под световодами 118, могут быть второй толщины, большей или меньшей чем первая толщина. В еще одном примере толщина частей защитного слоя 130, проходящих вокруг световодов 118, может быть разной на разной глубине световодов 118 в пределах основы 125 устройства. В таком примере толщина частей защитного слоя 130, проходящих вокруг световодов 118, может постепенно убывать (т.е. становиться более узкой или тонкой) по мере прохождения в основу 125 устройства от отверстия 158 световодов 118. Защитный слой 130 может представлять собой конформный слой покрытия. В примере, проиллюстрированном на ФИГ. 3, толщина защитного слоя 130 по существу постоянная. В некоторых примерах толщина облицовочного слоя 154 может составлять от приблизительно 10 нм до приблизительно 1 микрона, от приблизительно 5 нм до приблизительно 100 нм, или от приблизительно 50 нм до приблизительно 100 нм. В иллюстрируемом примере толщина облицовочного слоя 154 составляет приблизительно 50 нм.

[0080] Защитный слой 130 может содержать любой материал, который может предотвращать взаимодействие любого раствора или жидкости, например, реакционного раствора, которые могут проникнуть через реакционную структуру 126 или реакционную структуру 126 и световод 118, со схемой 146 устройства и пропускать свет, излучаемый из реакционных центров 114 (после обработки реакционным раствором), через себя и по меньшей мере к одному соответствующему датчику 140 света (через по меньшей мере один соответствующий световод 118). Например, защитный слой 130 может содержать любой материал, пропускающий свет, излучаемый из реакционных центров 114, не отфильтровываемый фильтрующим материалом 116, через себя, и химически инертный к реакционному раствору. Например, защитный слой 130 может содержать любой материал, не вступающий в химическую реакцию или вступающий в химическую реакцию только в относительно малой степени с реакционным раствором (рН которого может быть не выше приблизительно 5 или не ниже приблизительно 8, например), в связи с чем не происходит травление реакционным раствором защитного слоя 130 или происходит его травление со скоростью менее приблизительно одного (1) ангстрема () толщины защитного слоя 130 в час при приблизительно 100 градусах Цельсия и при приблизительно атмосферном давлении, когда реакционный раствор контактирует с защитным слоем 130. Например, защитный слой 130 может содержать по меньшей мере один оксид, по меньшей мере один нитрид или их комбинацию. В некоторых примерах защитный слой 130 может содержать диоксид кремния, оксид металла, нитрид металла или их комбинацию. В некоторых примерах защитный слой 130 может содержать диоксид кремния, оксинитрид кремния, монооксид кремния, карбид кремния, оксикарбид кремния, нитрокарбид кремния, диоксид кремния, оксид металла, нитрид металла или их комбинацию. В некоторых примерах рН реакционного раствора не ниже приблизительно 8, при этом защитный слой 130 содержит диоксид кремния, оксинитрид кремния, монооксид кремния, карбид кремния, оксикарбид кремния, нитрокарбид кремния, диоксид кремния, оксид металла, нитрид металла или их комбинацию. В некоторых примерах рН реакционного раствора не выше приблизительно 5, при этом защитный слой 130 содержит карбид кремния, оксикарбид кремния, нитрокарбид кремния, оксид металла, нитрид металла или их комбинацию. Отметим, что возможность применения той или иной толщины, способа формирования и материала защитного слоя 130 и их выполнение (независимо друг от друга или совместно) могут быть обусловлены необходимостью обеспечения того, чтобы защитный слой 130 в итоге предотвращал взаимодействие какого-либо раствора или жидкости, например, реакционного раствора, который может проникнуть через реакционную структуру 126 или реакционную структуру 126 и световод 118, со схемой 146 устройства (и облицовочным слоем 154 (при его наличии) и диэлектриком 142).

[0081] Как сказано выше, световоды 118 могут проходить от отверстия 158 в основу 125 устройства, например, через диэлектрические слои 142 и по меньшей мере к одному детектору 140 света. В частных примерах, световоды 118 выполнены продолговатыми и проходят от места вблизи по меньшей мере одного соответствующего реакционного углубления 108 (от отверстия 158 в нем) в направлении по меньшей мере одного соответствующего датчика 140 света в пределах сенсорной основы 141. Световоды 118 могут проходить в продольном направлении по центральной продольной оси. Световоды 118 могут быть выполнены в трехмерной форме, обеспечивающей возможность того, что и/или способствующей тому, что свет, излучаемый из реакционного центра (центров) 114 по меньшей мере одного соответствующего реакционного углубления 108, поступает по меньшей мере к одному соответствующему датчику 140 света, например, по существу по форме цилиндра или усеченного конуса с круглым отверстием 158. Продольная ось световодов 118 может проходить через геометрический центр поперечного сечения. При этом в других примерах возможны иные геометрические формы. Например, поперечное сечение световодов 118 может быть по существу квадратным или восьмиугольным.

[0082] Световоды 118 могут содержать фильтрующий материал 116, выполненный с возможностью отфильтровывания света 101 возбуждения или диапазона длин волн, включающего в себя длину волны света 101 возбуждения, и пропускания световых излучений по меньшей мере из одного реакционного центра 114 по меньшей мере одного соответствующего реакционного углубления 108 (или излучений с длинами волн в диапазоне, включающем в себя длину волны указанных световых излучений) через себя и в направлении по меньшей мере одного соответствующего датчика 140 света. Таким образом, световоды 118 могут представлять собой поглощающий фильтр (например, органический поглощающий фильтр) с возможностью поглощения фильтрующим материалом 116 света с определенной длиной волны (или диапазоном длин волн) и пропускания через себя света по меньшей мере с одной заранее определенной длиной волны (или диапазоном длин волн). Исключительно в качестве примера, длина волны света возбуждения может составлять приблизительно 532 нм, при этом длина волны световых излучений из указанного по меньшей мере одного реакционного центра 114 может составлять приблизительно 570 нм или более, при этом фильтрующий материал 116 может поглощать свет с длинами волн приблизительно 532 нм или менее 570 нм и пропускать свет с длинами волн приблизительно 570 нм или более. Каждый из световодов 118 матрицы может включать в себя по существу один и тот же фильтрующий материал 116, либо отличные друг от друга световоды 118 могут включать в себя отличные друг от друга фильтрующие материалы 116.

[0083] Таким образом, каждый световод 118 может быть выполнен, относительно окружающего материала основы 125 устройства (например, диэлектрика 142), так, что он образует световодную конструкцию. Например, световоды 118 могут иметь показатель преломления по меньшей мере приблизительно 2. В некоторых примерах световод 118 выполнен так, что оптическая плотность (ОП) или мера поглощения света возбуждения составляет по меньшей мере приблизительно 4 ОП. В частности, выбор фильтрующего материала 116 световодов 118 и размеры световода 118 могут обеспечивать достижение по меньшей мере приблизительно 4 ОП. В дополнительных частных примерах световод 118 может быть выполнен с возможностью достижения по меньшей мере приблизительно 5 ОП или по меньшей мере приблизительно 6 ОП.

[0084] В исходном состоянии, в реакционных центрах 114 одного или нескольких реакционных углублений 114 реакционной структуры 126 устройства 104 или биосенсора 100 может не происходить предусмотренная реакция, на что схематично указывает отсутствие затушевывания/рисунка на ФИГ. 4. Как сказано выше, реакционный центр 114 может содержать биологическую или химическую субстанцию, иммобилизованную на детекторной поверхности 112 или, в частности, на поверхностях основания и/или боковых поверхностях реакционных углублений 108. В частных примерах реакционные центры 114 расположены вблизи отверстия 158 по меньшей мере одного соответствующего световода 118 с возможностью прохождения предопределенных световых излучений, излучаемых из реакционных центров 114 после того, как произойдет предусмотренная реакция за счет обработки реакционным раствором, через реакционную структуру 126, через отверстие 158 и фильтрующий материал 116 по меньшей мере одного соответствующего световода 118, через защитный облицовочный слой (и, потенциально, первый и второй экранирующие слои 154, 155), и по меньшей мере к одному соответствующему датчику 140 света.

[0085] Биологическая или химическая субстанция единственного реакционного центра 114 может быть аналогичной или идентичной (например, колонией аналитов (например, ол иго нуклеотидов) с общей последовательностью). При этом в других примерах единственный реакционный центр 114 и/или реакционное углубление может содержать разные биологические или химические субстанции. До того, как произойдет предусмотренная реакция, реакционные центры 114 могут содержать по меньшей мере один аналит (например, интересующий аналит). Например, аналит может представлять собой олигонуклеотид или их колонию (например, интересующий олигонуклеотид). Олигонуклеотиды могут иметь по существу общую последовательность и образовывать связь с заранее определенной или конкретной флуоресцентно-меченой биомолекулой, например, флуоресцентно-меченым нуклеотидом.

[0086] При этом, до того, как произойдет предусмотренная реакция, флуорофоры флуоресцентно-меченой биомолекулы не внедрены в биологическую или химическую субстанцию (например, олигонуклеотид) в реакционных центрах 114 или не связаны с ней, как показано на ФИГ. 4. Для достижения или получения предусмотренной реакции (то есть внедрения флуоресцентно-меченой биомолекулы в биологическую или химическую субстанцию в реакционных центрах 114), может быть создан поток реакционного раствора 170 по проточной ячейке к реакционной структуре 126, как показано на ФИГ. 5. Реакционный раствор может содержать один или несколько реагентов для секвенирования, применяемых, например, для пересадки, кластеризации, расщепления, внедрения и/или считывания ДНК. При этом реакционный раствор 170 может представлять собой любой раствор. В некоторых примерах реакционный раствор 170 может представлять собой жидкость. Например, реакционный раствор 170 может представлять собой раствор на водной основе и/или состоять из масла; при этом следует понимать, что реакционный раствор 170 может содержать любую другую жидкость. Реакционный раствор 170 может включать в себя одну или несколько составляющих, которые могут вступить в реакцию со схемой 146, вызвать ее коррозию, растворение, ухудшение характеристик или иным образом привести к потере ее работоспособности или снижению эффективности в качестве схемы (то есть в части передачи сигналов или электронов). Например, реакционный раствор 170 может представлять собой водный раствор, который может окислить металлические части схемы 146, если вступите ними во взаимодействие.

[0087] В одном примере реакционный раствор 170 содержит нуклеотиды одного или нескольких типов, по меньшей мере некоторые из которых флуоресцентно-мечены, при этом реакционный раствор 170 также содержит одну или несколько биомолекул, например, ферменты-полимеразы, внедряющие нуклеотиды в растущий олигонуклеотид в реакционном центре 114, тем самым помечая олигонуклеотид флуоресцентной меткой. В данном варианте осуществления по проточной ячейке может поступать промывной раствор для удаления любых свободных нуклеотидов, которые не были внедрены в олигонуклеотиды. Далее реакционные центры 114 могут быть освещены светом 101 возбуждения по меньшей мере с первой длиной волны, в результате чего возникает флуоресценция со второй и/или с третьей длиной волны в тех реакционных центрах 114, где произошло внедрение флуоресцентно-меченого нуклеотида. Реакционные центры 114, в которых флуоресцентно-меченый нуклеотид не внедрен, не излучают свет под действием падающего света 101 возбуждения.

[0088] Как показано в примере, проиллюстрированном на ФИГ. 5, реакционный раствор 170 может быть подан в пределы реакционных углублений 108 для достижения предусмотренных реакций, например, образования связи по меньшей мере одной флуоресцентно-меченой молекулы с биологической или химической субстанцией, иммобилизованной в реакционных центрах 114, или внедрения в нее. В некоторых примерах биологические или химические субстанции могут представлять собой аналит, а флуоресцентно-меченая молекула может содержать по меньшей мере один флуорофор, образующий связь с аналитом или внедряющийся в него. В таких примерах аналит может включать в себя олигонуклеотид, при этом указанная по меньшей мере одна флуоресцентно-меченая молекула включает в себя флуоресцентно-меченый нуклеотид.

[0089] Реакционные центры 114 могут быть выполнены с возможностью генерирования одинаковых световых излучений после предусмотренной реакции и поглощения света 101 возбуждения флуоресцентно-мечеными молекулами, связанными с ними или внедренными в них из реакционного раствора 170, если биологические или химические субстанции (например, олигонуклеотиды) в реакционных центрах 114 являются аналогичными или идентичными, например, имеют одну и ту же последовательность. Реакционные центры 114 могут быть выполнены с возможностью генерирования разных световых излучений после предусмотренных реакций и поглощения света 101 возбуждения флуоресцентно-мечеными молекулами, связанными с ними или внедренными в них, из реакционного раствора 170, если биологические или химические субстанции (например, олигонуклеотиды) в реакционных центрах 114 не являются аналогичными или идентичными, например, имеют разные последовательности. Фильтрующий материал 116 световодов 118 может быть выбран или выполнен с возможностью пропускания таких световых излучений через себя и к датчикам 140 света, при этом предотвращая прохождение других световых излучений и/или света возбуждения через себя к датчикам 140 света.

[0090] Как показано на ФИГ. 6, после того, как реакционный раствор 170 вступил в реакцию с биологическими или химическими субстанциями (например, олигонуклеотидами) в реакционных центрах 114, произошли предусмотренные реакции в реакционных центрах 114, содержащих флуоресцентно-меченые молекулы, например, флуорофоры, излучающие свет с заранее установленной длины волны или диапазоном длин волн, будучи возбуждены светом 101 возбуждения (то есть когда свет 101 возбуждения падает на реакционные центры 114). Таким образом, конфигурация света 101 возбуждения может зависеть от флуоресцентно-меченых молекул реакционного раствора 170 (или наоборот), и/или реакции, возбуждаемой реакционным раствором 170 в реакционных центрах 114, и/или продукта реакции, создаваемого реакционным раствором 170 в реакционных центрах 114. Как показано на ФИГ. 6, реакционные центры 114 могут излучать световые сигналы 172 с длиной волны, отличной от длины волны света 101 возбуждения, будучи возбуждены светом 101 возбуждения, после того, как произойдет предусмотренная реакция в результате обработки реакционным раствором.

[0091] На ФИГ. 6 показано, что излучение света 172 из реакционных центров 114 (после обработки реакционным раствором) может происходить во всех направлениях (например, изотропно), например, с возможностью направления части излучаемого света 172 в указанный по меньшей мере один соответствующий световод 118 и части света 172 в проточный канал 119 или реакционную структуру 126. В отношении части, направляемой в световод 118, устройство 104 (например, его световоды 118) выполнено с возможностью облегчения детектирования фотонов указанным по меньшей мере одним соответствующим датчиком 140 света. В частности, излучаемый свет 172 из реакционных центров 114, проходящий через отверстие соответствующего световода 118, пройдет через его фильтрующий материал 116 к датчику 140 света. Свет 101 возбуждения при этом будет поглощен, или иным образом будет предотвращено его прохождение через световод 118 к датчику 140 света фильтрующим материалом 116, как показано на ФИГ. 6. Схема 146 устройства, электрически соединенная с датчиками 140 света, передает сигналы данных по результатам детектирования фотонов датчиками 140 света. Таким образом, только при условии наличия предусмотренной реакции в реакционном центре 114 в результате обработки реакционным раствором, излучаемый свет 172 будет детектирован датчиками 140 света во время события детектирования света.

[0092] Как показано на ФИГ. 6, часть излучаемого света 172 из реакционного центра (центров) 114, проходящая в указанный по меньшей мере один соответствующий световод 118, может проходить непосредственно через фильтрующий материал 116 и к указанному по меньшей мере одному соответствующему датчику 140 света. Например, по меньшей мере большая часть излучаемого света 172 из реакционного центра (центров) 114, проходящая в указанный по меньшей мере один соответствующий световод 118 через отверстие 158, может пройти непосредственно (например, линейно или по существу линейно) через фильтрующий материал 116 к указанному по меньшей мере одному соответствующему датчику 140 света. Небольшое количество излучаемого света 172 из реакционного центра (центров) 114, проходящее в указанный по меньшей мере один соответствующий световод 118, может идти под углом с возможностью прохождения через защитный слой 130, облицовочный слой 154 и в диэлектрические слои 142. Этот свет может быть отражен схемой 146 или иными металлическими или отражающими конструкциями, заделанными в диэлектрические слои 142, и, потенциально, обратно в соответствующий световод 118 (и, потенциально, по меньшей мере к одному соответствующему датчику 140 света). В некоторых примерах защитный слой 130 и/или облицовочный слой 154 могут быть прозрачными для света, например прозрачными или по существу прозрачными, по меньшей мере для излучаемого света 172 из реакционного центра (центров) 114.

[0093] ФИГ. 7 и 8 иллюстрируют пример устройства 104, содержащего трещины или иные несплошности 178 в реакционной структуре 126 и фильтрующем материале 116 световода 118. Как показано на ФИГ. 7 и 8, реакционная структура 126, и, потенциально, фильтрующий материал 116 по меньшей мере одного световода 118 может содержать трещины или иные несплошности 178, проходящие от детекторной поверхности 112 к защитному слою 130. Несплошности 178 могут проходить от детекторной поверхности 112 через реакционную структуру 126 к защитному слою 130 и/или проходить от детекторной поверхности 112 через реакционную структуру 126 и фильтрующий материал 116 к защитному слою 130. Таким образом, несплошности 178 могут создавать возможность прохождения потока раствора или жидкости от детекторной поверхности 112 в устройство 104 детектирования и взаимодействия с защитным слоем 130.

[0094] Следует отметить, что несплошности 178 или иные пути могут не быть такими очерченными и/или непрерывными, как изображенные несплошности 178. Напротив, несплошности 178 представляют собой любой путь, по которому жидкость или раствор может пройти через реакционную структуру 126 (т.е. от детекторной поверхности 112) к защитному слою 130. Например, любой путь, проходящий через реакционную структуру 126 от детекторной поверхности 112 (например, проходящий через первый слой 160, второй слой 162, третий слой 164 и четвертый слой 166 (при их наличии)) к защитному слою 130, может, в итоге, создавать возможность взаимодействия жидкости или раствора (например, реакционного раствора) с защитным слоем 130. В еще одном примере любой путь, проходящий через реакционную структуру 126 от детекторной поверхности 112 (например, проходящий через первый слой 160, второй слой 162, третий слой 164 и четвертый слой 166 (при их наличии)) и по меньшей мере один световод 118 (например, проходящий через отверстие 158 и фильтрующий материал 116) к защитному слою 130, может, в итоге, создавать возможность взаимодействия жидкости или раствора (например, реакционного раствора) с защитным слоем 130. Несплошности 178 представляют собой любые такие пути.

[0095] Формирование несплошностей 178, проходящих через реакционную структуру 126 и/или через реакционную структуру 126 и по меньшей мере один световод 118, может быть вызвано любым процессом или механизмом. Например, формирование несплошностей 178, проходящих через реакционную структуру 126 и/или через реакционную структуру 126 и по меньшей мере один световод 118, возможно на этапе (этапах) изготовления устройства 104 и/или во время использования устройства 104. Один из частных режимов формирования несплошностей 178 может быть обусловлен разными коэффициентами теплового расширения материалов устройства 104, которые могут стать причиной формирования несплошностей 178 на этапе (этапах) изготовления устройства 104 и/или во время использования устройства 104. В еще одном примере формирование несплошностей 178 может быть вызвано ошибками, либо они могут возникнуть естественным путем в процессе формирования реакционной структуры 126 и/или световодов 118. В еще одном примере несплошности 178 могут быть сформированы реакционным раствором (или какой-либо иной жидкостью или раствором) как результат его реакции с реакционной структурой 126 и/или световодами 118 и его проникновения через них путем травления (протравливания через них). Это только некоторые примеры режимов формирования несплошностей 178, при этом формирование несплошностей 178 может быть результатом любого образа действия.

[0096] Как также раскрыто на ФИГ. 8 и выше, облицовочный слой 154 может содержать несплошности 179, которые проходят через него и могут пропускать через себя поток раствора или жидкости. Несплошности 179 облицовочного слоя 154 могут представлять собой относительно малые внутренние несплошности, поры, трещины или нечто подобное. Образование несплошностей 179 облицовочного слоя 154 возможно на этапе изготовления облицовочного слоя 154 или устройство 104, и/или во время использования устройства 104, например. Причиной образования несплошностей 179 облицовочного слоя 154 могут быть разность коэффициентов теплового расширения между материалом облицовки 154 и другими частями устройства 104, например. В еще одном примере причиной несплошностей 179 облицовочного слоя 154 может быть способ его формирования. В некоторых примерах несплошности 179 облицовочного слоя 154 могут быть результатом взаимодействия жидкости или раствора с облицовочным слоем 154, а также агрессивного, корродирующего или иного действия, ухудшающего характеристики облицовочного слоя 154 (из-за которого он пропускает через себя жидкость или раствор). Выше указаны только некоторые примеры причин возникновения несплошностей 179 облицовочного слоя 154, при этом формирование любых несплошностей 179 может быть результатом любого образа действия. В некоторых примерах облицовочный слой 154 может состоять из материала, способного вступать в химическую реакцию с реакционным раствором, в связи с чем реакционный раствор может проникать путем травления (протравливаться) через облицовочный слой 154 (и, в итоге, повреждать схему 146). В некоторых таких вариантах облицовочный слой 154 может не содержать несплошности 179 или содержать их.

[0097] Если несплошности 178 имеют место, и реакционный раствор 170 (или какая-либо другая жидкость или раствор) попадает на реакционную структуру 126 (например, будучи подан на детекторная поверхность 112 или в пределы реакционных углублений 108), реакционный раствор 170 (или иные жидкость или раствор) может быть способен течь, впитываться, проникать или иным образом проходить в пределах несплошностей 178 или через них, или иным образом через реакционную структуру 126, и, потенциально, через фильтрующий материал 116 световодов 118, как показано на ФИГ. 8. Как также раскрыто на ФИГ. 8, если защитный слой 130 отсутствует, несплошности 179 облицовочного слоя 154 позволяют проникшему таким образом реакционному раствору 170 (или иной жидкости или раствору) продолжить движение через устройство 104 детектирования к диэлектрику 142 и, в итоге, взаимодействовать со схемой 146. В другом примере проникший реакционный раствор 170 (или иная жидкость или раствор) может вступить в химическую реакцию с облицовочным слоем 154 и проникнуть через него путем травления, и продолжить движение через устройство 104 детектирования к диэлектрику 142 и, в итоге, взаимодействовать со схемой 146. Как сказано выше, реакционный раствор 170 может быть относительно сильнокислым (например, с рН не выше приблизительно 5) или относительно сильноосновным (например, с рН не ниже приблизительно 8), при этом облицовочный слой 154 может содержать SiN, относительно легко подверженный травлению таким реакционным раствором. Как также сказано выше, реакционный раствор 170 (или иные жидкость или раствор) может ухудшать характеристики или иным образом приводить к потере работоспособности схемы 146 или снижению эффективности ее проводящих и/или металлических частей. Например, реакционный раствор 170 может вступать в химическую реакцию с проводящими и/или металлическими частями схемы 146 и окислять их.

[0098] При этом, как показано на ФИГ. 8, защитный слой 130 может быть выполнен с возможностью формирования монолитного сплошного барьерного слоя (без пустот, трещин или иных несплошностей), предотвращающего взаимодействие какого-либо реакционного раствора 170, проникающего через реакционную структуру 126, и, потенциально, через фильтрующий материал 116 световодов 118, через несплошности 178 или иным образом, со схемой 146 устройства 104. Защитный слой 130 также может быть выполнен химически инертным к реакционному раствору, в связи с чем не происходит травление реакционным раствором (который может обладать относительно высокой кислотностью или относительно высокой основностью, как раскрыто выше) защитного слоя 130, или происходит его травление со скоростью менее приблизительно одного (1) ангстрема () толщины защитного слоя 130 в час при приблизительно 100 градусах Цельсия и при приблизительно атмосферном давлении, когда реакционный раствор контактирует с защитным слоем 130. Таким образом, несмотря на возможное наличие несплошностей 179 или иных путей через реакционную структуру 126, и/или несплошностей 179 или иных путей через фильтрующий материал 116, защитный слой 130 предотвращает течение реакционного раствора 170 в несплошности 179 облицовочного слоя 154 / через них и, в итоге, его взаимодействие со схемой 146 устройства (и, тем самым, ухудшение ее характеристик). Как сказано выше, способ формирования, толщина и материал защитного слоя 130 могут быть, независимо друг от друга или с учетом друг друга, выполнены с возможностью обеспечения отсутствия в защитном слое 130 каких-либо несплошностей, пропускающих через себя какой-либо раствор или жидкость (например, реакционный раствор), при этом защитный слой 130 химически инертен к реакционному раствору и, в связи с этим, устойчив к травлению (реакционным раствором).

[0099] ФИГ. 9-13 иллюстрируют пример способа 200 изготовления устройства детектирования света, например, устройства 104 детектирования света на ФИГ. 1-8. Поэтому аналогичные номера позиций, в начале которых стоит «2», а не «1», служат для обозначения аналогичных компонентов, признаков, функций, процессов или функций, при этом то, что было раскрыто выше, равным образом применимо и к способу, в связи с чем повторное раскрытие будет опущено для краткости и ясности. В способе 200, например, могут быть задействованы конструкции и признаки различных примеров (например, системы и/или способы), речь о которых шла в настоящем описании. В различных примерах некоторые шаги могут быть опущены или добавлены, объединены, они могут выполняться одновременно, параллельно, могут быть разбиты на несколько шагов, выполняться в другом порядке, либо некоторые шаги или серии шагов могут неоднократно выполняться повторно.

[0100] Как показано на ФИГ. 9 и 10, способ 200 формирования устройства 204 может включать в себя формирование (на шаге 270 на ФИГ. 9) множества (например, матрицы) канавок 280 в пределах основы 225 устройства. Множество канавок может проходить от наружной/внешней верхней поверхности основы 225 устройства и в направлении по меньшей мере одного соответствующего датчика 240 света (по толщине основы 225 устройства). Как сказано выше, основа 225 устройства может включать в себя матрицу датчиков 240 света и схему 246 устройства, электрически соединенную с датчиками 240 света, передающую сигналы данных по результатам детектирования фотонов датчиками 240 света. Основа 225 устройства может быть создана или получена любым способом. Например, способ 200 может включать в себя получение основы 225 устройства в заранее смонтированном или изготовленном состоянии, либо формирование или изготовление основы 225 устройства до формирования на шаге 270 множества канавок 280.

[0101] Как сказано выше, основа 225 устройства может быть изготовлена с применением технологий изготовления интегральных схем, например, технологий изготовления КМОП. Например, основа 225 устройства может включать в себя несколько слоев подложки (например, диэлектрических слоев 242) с различными модифицированными функциональными средствами (например, металлическими элементами), заделанными в нее и образующими схему 246 устройства. Множество канавок 280 может быть сформировано в слоях подложки (например, в диэлектрических слоях 242) так, чтобы оно соответствовало частям основы 225 устройства, которые будут включать в себя, после выполнения способа 200, световоды 218. Несмотря на то, что на ФИГ. 10 изображена только одна канавка 280, как раскрыто выше, основа 225 устройства может включать в себя матрицу световодов 218, в связи с чем может быть сформирована матрица канавок 280.

[0102] На ФИГ. 10 показано, что канавки 280 могут проходить через отверстия в первом экранирующем слое 250 и/или втором экранирующем слое 252, и через диэлектрик 242 в направлении по меньшей мере одного соответствующего датчика 240 света. Как показано на ФИГ. 10, внутренние поверхности основы 225 устройства, например, ее диэлектрик 242, могут ограничивать собой канавки 280 для образования в них световодов 218. Канавки 280 могут проходить ко второму облицовочному слою 255, проходящему через диэлектрик 242. Таким образом, второй облицовочный слой 255 может образовывать дно канавок 280. На ФИГ. 10 также показано, что в первом экранирующем слое 250 и/или втором экранирующем слое 252 могут быть сформированы и другие отверстия в промежуточных зонах 213 основы 225 устройства.

[0103] Канавки 280 могут быть сформированы любым способом (способами) или методом (методами), посредством которых удаляют части диэлектрика 242 (и, потенциально, части первого экранирующего слоя 250 и/или второго экранирующего слоя 252). Например, канавки 280 могут быть сформированы одним или несколькими способами избирательного травления и/или реактивного ионного травления. В одном примере канавки 280 могут быть сформированы путем нанесения по меньшей мере одной маски (не показана) на основу 225 устройства и удаления материала (например, травлением) частей диэлектрика 242 (и, потенциально, частей первого экранирующего слоя 250 и/или второго экранирующего слоя 252).

[0104] Как показано на ФИГ. 9 и 11, после формирования множества канавок 280, способ 200 может включать в себя шаг, на котором наносят (на шаге 272 на ФИГ. 9) первый облицовочный слой 254 поверх верхней поверхности основы 225 устройства и в пределах множества канавок 280. В некоторых примерах первый облицовочный слой 254 может быть сформирован поверх боковых стенок множества канавок 280, но не поверх второго облицовочного слоя 255 на дне канавок 280. В некоторых других примерах первый облицовочный слой 254 может быть сформирован поверх второго облицовочного слоя 255 на дне канавок 280, но впоследствии удален. Первый облицовочный слой 254 может быть нанесен поверх второго экранирующего слоя 252 на верхней поверхности основы 225 устройства, и, потенциально, поверх любых отверстий в первом экранирующем слое 250 и/или втором экранирующем слое 252 в промежуточных зонах 213 основы 225 устройства так, чтобы второй экранирующий слой 252 проходил поверх диэлектрика 242 в таких отверстиях, как показано на ФИГ. 11.

[0105] Первый облицовочный слой 254 может быть сформирован любым способом (способами) или методом (методами). Например, первый облицовочный слой 254 может быть сформирован по меньшей мере одним способом химического осаждения (например, плакирования, химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ), плазмостимулированного ХОГФ (ПСХОГФ) или атомно-слоевого осаждения (АСО)), способом физического осаждения, посредством механизма роста, эпитаксиального наращивания или их комбинации. В некоторых примерах первый облицовочный слой 254 может быть сформирован конформно поверх поверхности основы 225 устройства и в пределах канавок 280 (например, поверх боковых стенок и, потенциально, нижней поверхности канавок 280). Первый облицовочный слой 254 может иметь по существу постоянную толщину, либо его толщина может быть непостоянной. Как сказано выше, первый облицовочный слой 254 (и/или, потенциально, второй облицовочный слой 255) может содержать несплошности (в результате формирования и/или после использования устройства 204), проходящие через него и пропускающие через себя поток раствора или жидкости (см. ФИГ. 8). Выше также раскрыто, что первый облицовочный слой 254 может вступать в химическую реакцию с реакционным раствором (который может быть относительно сильнокислым или основным/щелочным), в связи с чем реакционный раствор проникает через него путем травления (протравливается).

[0106] После формирования первого облицовочного слоя 254 на основе 225 устройства (и в пределах канавок 280), первый облицовочный слой 254 может быть дополнительно обработан. Например, по меньшей мере часть первого облицовочного слоя 254, проходящая поверх верхней поверхности основы 225 устройства (т.е. промежуточные зоны 213 первого облицовочного слоя 254) может быть обработана для обеспечения плоскостности/планаризации, сглаживания или улучшения рельефа ее поверхности иным образом. В некоторых таких примерах по меньшей мер, часть первого облицовочного слоя 254, проходящая поверх верхней поверхности основы 225 устройства (т.е. промежуточные зоны 213 первого облицовочного слоя 254) может быть подвергнута травлению и/или полированию (например, химическому и/или механическому полированию/планаризации) для планаризации наружной поверхности первого облицовочного слоя 254.

[0107] Как показано на ФИГ. 9 и 12, способ 200 может включать в себя шаг, на котором наносят (на шаге 274 на ФИГ. 9) защитный слой 230 поверх основы 225 устройства с возможностью его прохождения в пределах множества канавок 280. В некоторых примерах способ 200 может включать в себя шаг, на котором наносят (на шаге 274 на ФИГ. 9) защитный слой 230 поверх основы 225 устройства с возможностью его прохождения в пределах множества канавок 280 и поверх верхней поверхности основы 225 устройства. В некоторых примерах защитный слой 230 может быть сформирован поверх боковых стенок множества канавок 280 и дна канавок 280. Защитный слой 230 может быть сформирован поверх первого облицовочного слоя 254 и второго облицовочного слоя 255.

[0108] Защитный слой 230 может быть сформирован любым способом (способами) или методом (методами). Например, защитный слой 230 может быть сформирован по меньшей мере одним способом химического осаждения (например, плакирования, химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ), плазмостимулированного ХОГФ (ПСХОГФ) или атомно-слоевого осаждения (АСО)), способом физического осаждения, посредством механизма роста, эпитаксиального наращивания или их комбинации. В некоторых примерах защитный слой 230 может быть сформирован конформно поверх поверхности основы 225 устройства и в пределах канавок 280 (например, поверх боковых стенок и, потенциально, нижней поверхности канавок 280). Защитный слой 230 может иметь по существу постоянную толщину, либо его толщина может быть непостоянной. Как сказано выше, защитный слой 230 может быть сформирован так, что он не содержит (в результате формирования и/или после использования устройства 204) какие-либо несплошности, которые проходят через него и которые могут пропускать через себя поток раствора или жидкости (см. ФИГ. 8). Толщина, материал и/или способ (способы) формирования защитного слоя 230 могут обеспечивать выполнение защитного слоя 230 в виде непроницаемого для жидкости барьерного слоя. Например, можно применить любой способ, формирующий защитный слой 230 в виде прочного, сильно уплотненного слоя с низкой концентрацией дефектов. В некоторых частных примерах защитный слой 230 формируют способом атомно-слоевого осаждения (АСО) или химического осаждения из газовой фазы, стимулированного плазмой высокой плотности (ХОГФ). В результате, защитный слой 230 может представлять собой непроницаемый для жидкости барьерный слой, предотвращающий взаимодействие какой-либо жидкости или раствора, например, реакционного раствора, со схемой 246 устройства в слоях основы 225 устройства.

[0109] Как также сказано выше, защитный слой 230 может быть сформирован так, что он будет химически инертен к реакционному раствору, в связи с чем не происходит травление реакционным раствором (который может обладать относительно высокой кислотностью или относительно высокой основностью, как раскрыто выше) защитного слоя 230, или происходит его травление со скоростью менее приблизительно одного (1) ангстрема () толщины защитного слоя 230 в час при приблизительно 100 градусах Цельсия и при приблизительно атмосферном давлении, когда реакционный раствор контактирует с защитным слоем 230. Например, состав защитного слоя 230 может не вступать в химическую реакцию или вступает в химическую реакцию только в относительно малой степени с составом реакционного раствора (который может обладать относительно высокой кислотностью или относительно высокой основностью), в связи с чем не происходит травление реакционным раствором защитного слоя 230 или происходит его травление со скоростью менее приблизительно одного (1) ангстрема () толщины защитного слоя 230 в час при приблизительно 100 градусах Цельсия и при приблизительно атмосферном давлении, когда реакционный раствор контактирует с защитным слоем 230. Защитный слой 230 может, таким образом, включать в себя слой, устойчивый к травлению реакционным раствором (рН которого может быть не выше приблизительно 5 или не ниже приблизительно 8, например) для предотвращения проникновения через него (со временем) реакционного раствора и, в итоге, его взаимодействия со схемой 246 устройства, вызывающего ее коррозию или иным образом влияющего на ее функционирование. Таким образом, защитный слой 230 может быть сформирован с возможностью предотвращения взаимодействия жидкости или раствора (например, реакционного раствора), которые могут проникнуть через реакционную структуру 226 к защитному слою 230 или через реакционную структуру 226 и фильтрующий материал 216 световода 218 к защитному слою 230, со схемой 246 устройства (и облицовочным слоем 254 (при наличии) и диэлектриком 242).

[0110] Как показано на ФИГ. 9 и 13, после формирования защитного слоя 230, способ 200 может содержать шаг, на котором наполняют (на шаге 276 на ФИГ. 9) множество облицованных канавок 280 по меньшей мере одним фильтрующим материалом 216 для формирования множества световодов 218. Как сказано выше, указанный по меньшей мере один фильтрующий материал 216 может отфильтровывать свет с первой длиной волны (например, свет возбуждения) и пропускает через себя свет со второй длиной волны (например, излучаемый свет из реакционных центров) по меньшей мере к одному соответствующему датчику 240 света. В некоторых примерах количество фильтрующего материала 216, наносимого на основу 225 устройства, может превышать располагаемый объем в пределах облицованных канавок 280. Поэтому возможен перелив первого фильтрующего материала 216 из облицованных канавок 280 и его прохождение вдоль верха основы 225 устройства, например, поверх первого облицовочного слоя 254. В других примерах операция 276 наполнения может включать в себя выборочное наполнение каждой облицованной канавки 280 во избежание выхода фильтрующего материала 216 на поверхность или его перелива из канавки 280 (например, его прохождения поверх верха основы 225 устройства).

[0111] В некоторых примерах наполнение (на шаге 276 на ФИГ. 9) фильтрующим материалом 216 может включать в себя вжимание (например, с помощью компонента наподобие ракеля) фильтрующего материала 216 в облицованные канавки 280. Способ 200 может также опционально содержать шаг, на котором удаляют фильтрующий материал 216 с защитного слоя 230 и, в некоторых случаях, части фильтрующего материала 216 в пределах световодов 218. Фильтрующий материал 216 может быть удален из пределов световодов 218 так, чтобы отверстие 258 световодов 218 было расположено на глубине под защитным слоем 230, как показано на ФИГ. 13. Одна или несколько частей фильтрующего материала 216 могут быть удалены разнообразными способами. Например, операция удаления может включать в себя по меньшей мере одно из следующего: травление или химическую полировку частей фильтрующего материала 216.

[0112] Как также раскрыто на ФИГ. 9 и 13, после формирования защитного слоя 230 на основе 225 устройства (и в пределах канавок 280), защитный слой 230 может быть дополнительно обработан. Например, по меньшей мере, часть защитного слоя 230, проходящая поверх верхней поверхности основы 225 устройства (т.е. промежуточные зоны 213 защитного слоя 230), может быть обработана для обеспечения плоскостности/планаризации, сглаживания или улучшения рельефа ее поверхности иным образом. В некоторых таких примерах по меньшей мере часть защитного слоя 230, проходящая поверх верхней поверхности основы 225 устройства (т.е. промежуточные зоны 213 защитного слоя 230), может быть подвергнута травлению и/или полированию (например, химическому и/или механическому полированию/планаризации) для планаризации наружной поверхности защитного слоя 230.

[0113] После формирования световодов 218 посредством фильтрующего материала 216, способ 200 может включать в себя шаг, на котором формируют (на шаге 278 на ФИГ. 9) реакционную структуру поверх множества световодов 218 и поверх защитного слоя 230 на верхней поверхности основы 225 устройства (см. ФИГ. 3 и 4). Как сказано выше, реакционная структура, созданная поверх множества световодов 218 и поверх защитного слоя 230 на верхней поверхности основы 225 устройства, может содержать множество реакционных углублений, каждое из которых соответствует по меньшей мере одному световоду, для вмещения по меньшей мере одного реакционного центра и реакционного раствора. В некоторых примерах реакционный раствор с рН не выше приблизительно 5 или рН не ниже приблизительно 8 подают поверх реакционной структуры с образованием на ней реакционных центров. Реакционные центры могут генерировать световые излучения под действием падающего света возбуждения после обработки реакционным раствором. Например, реакционный раствор может вызывать реакцию и/или образовывать продукт реакции в реакционных центрах, генерирующий световые излучения под действием света возбуждения. Как также сказано выше, реакционная структура может содержать множество слоев. По существу, формирование (на шаге 278 на ФИГ. 9) реакционной структуры может включать в себя формирование множества слоев поверх множества световодов 218 и поверх защитного слоя 230 на верхней поверхности основы 225 устройства (см. ФИГ. 3 и 4). Реакционная структура может быть сформирована любым способом (способами) или методом (методами).

[0114] Таким образом, защитный слой 230 может служить нижележащей подложкой для реакционной структуры. Как сказано выше, планаризованная верхняя поверхность защитного слоя 230 может сводить к минимуму вынужденный перепад рельефа детекторной поверхности реакционной структуры, в частности - в промежуточных зонах 213 детекторной поверхности. В частных примерах обработка защитного слоя 230 может обеспечить планарную и/или гладкую поверхность промежуточных зон 213 детекторной поверхности реакционной структуры, благодаря чему реакционный раствор или какие-либо другие биологические или химические субстанции не остаются на ней и/или не возникают ошибки из-за загрязнения ближних нанолунок. Плоскостность промежуточных зон 213 детекторной поверхности, обеспеченная по меньшей мере частично путем обработки нижележащего защитного слоя 230, позволяет повысить устойчивость устройства детектирования 204 по сравнению с примерами, не содержащими обработанный защитный слой 230.

[0115] Способ 200 может опционально содержать шаг, на котором создают по меньшей мере один реакционный центр по меньшей мере в одном реакционном углублении сформированной реакционной структуры путем подачи реакционного раствора с рН не выше приблизительно 5 или рН не ниже приблизительно 8 поверх реакционной структуры и/или прикрепляют к устройству 204 проточную ячейку (см. ФИГ. 1), подающую реакционный раствор с рН не выше приблизительно 5 или рН не ниже приблизительно 8 поверх реакционной структуры. Создание реакционных центров может происходить до или после присоединения проточной ячейки к устройству 204. Реакционные центры могут быть расположены по заранее определенной схеме вдоль реакционных углублений. Соответствие реакционных центров может быть установлено (например, один центр - одному датчику света, один центр - нескольким датчикам света, или несколько центров - одному датчику света) заранее определенным образом. В других примерах реакционные центры могут быть сформированы вдоль реакционных углублений произвольным образом. Как раскрыто в настоящем описании, реакционные центры могут включать в себя биологические или химические субстанции, иммобилизованные на детекторной поверхности в пределах реакционных углублений. Биологические или химические субстанции могут быть способны излучать световые сигналы под действием света возбуждения. Таким образом, указанный по меньшей мере один реакционный центр может генерировать световые излучения под действием падающего света возбуждения только после обработки реакционным раствором. Например, реакционный раствор может вызывать реакцию и/или образовывать продукт реакции по меньшей мере в одном реакционном центре, генерирующем световые излучения под действием света возбуждения. В частных примерах реакционные центры содержат кластеры или колонии биомолекул (например, олигонуклеотидов), иммобилизованные на детекторной поверхности в пределах реакционных углублений.

[0116] Следует понимать, что приведенное выше описание носит иллюстративный, а не ограничивающий характер. Например, вышеописанные примеры (и/или их аспекты) можно применять в комбинации друг с другом. Кроме того, могут быть внесены многочисленные изменения для того, чтобы сделать идеи различных примеров пригодными для применения в той или иной ситуации или для того или иного материала, без отступления от объема этих идей. Несмотря на то, что в настоящем описании могут быть указаны размеры и типы материалов, это сделано для того, чтобы исключительно для примера охарактеризовать параметры некоторых из множества примеров осуществления, но не для того, чтобы ограничить все примеры. После ознакомления с вышеприведенным описанием, специалистам в данной области техники могут прийти на ум множество других примеров. В связи с этим следует понимать, что объем указанных различных примеров определяют по прилагаемой формуле изобретения, а также в соответствии с полным объемом ее возможных эквивалентов.

[0117] В прилагаемых пунктах формулы изобретения термины «включающий в себя» и «в котором» используются в качестве простых и доступных эквивалентов терминов «содержащий» и «отличающийся тем, что». Кроме того, в нижеследующих пунктах формулы изобретения слова «первый», «второй», «третий» и т.д. служат ориентировочными обозначениями и не предназначены для установления каких-либо численных, конструктивных или иных требований к их объектам.

Формы выражения «основанный на», «в основе которого лежит» и т.п. в настоящем описании обозначают взаимосвязи, при которых в основе какого-либо элемента частично или полностью лежит другой. Формы слова «образованный», «заданный» означают взаимосвязи, при которых элемент частично или полностью образован или задан чем-либо. Кроме того, ограничения нижеследующих пунктов формулы не сформулированы как «средство плюс функция» и не должны толковаться в соответствии с шестым пунктом §112 Раздела 35 Свода законов США, за исключением случаев, когда такие ограничения пунктов явным образом содержат выражение «средство для», после чего указана та или иная функция без дополнительной структуры. Следует понимать, что достижение раскрытых выше целей и преимуществ не обязательно может быть обеспечено любым конкретным примером. Так, например, специалистам в данной области техники будет понятно, что раскрытые в настоящем описании устройства, системы и способы могут быть осуществлены или реализованы таким путем, который позволяет достичь или оптимизировать одно из указанных здесь преимуществ или группу преимуществ без обязательного достижения других указанных в настоящем описании или предполагаемых целей или преимуществ.

[0118] Несмотря на то, что в настоящем описании детально раскрыто только ограниченное число конкретных примеров, следует понимать, что раскрытое изобретение не сводится к таким примерам. Напротив, раскрытое здесь изобретение может быть модифицировано для внесения любого числа вариантов, изменений, замен или эквивалентных решений, не раскрытых в настоящем описании, но соответствующих сущности и объему настоящего раскрытия. Также следует понимать, что, несмотря на то, что раскрыто несколько примеров, аспекты раскрытия могут включать только один или некоторые из раскрытых примеров. Кроме того, несмотря на то, что в некоторых раскрытых примерах указано некое количество элементов, следует понимать, что такие примеры могут быть реализованы на практике с количеством элементов, меньшим или большим чем то, что указано.

[0119] Следует понимать, что все комбинации изложенных выше и дополнительных идей, подробнее раскрытых ниже (если такие идеи не противоречат друг другу) считаются частью раскрытого в настоящей заявке объекта изобретения. В частности, предполагается, что все комбинации заявленного объекта изобретения, указанные в конце настоящего раскрытия, являются частью раскрытого в настоящей заявке объекта изобретения.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства детектирования света. Устройство содержит реакционную структуру, образующую множество реакционных углублений для вмещения реакционного раствора и реакционного центра, основу устройства, расположенную под реакционной структурой и содержащую множество датчиков света, схему устройства, электрически соединенную с датчиками света, облицовочный слой, проходящий вокруг каждого световода и расположенный между каждым световодом и схемой устройства и защитный слой, проходящий вокруг каждого световода и расположенный между каждым световодом и облицовочным слоем. Реакционный центр выполнен с возможностью генерирования световых излучений под действием света возбуждения после обработки реакционным раствором. Световоды проходят в основу устройства от вводных областей в направлении соответствующего датчика света. Защитный слой предотвращает взаимодействие между реакционным раствором, проходящим через реакционную структуру и световод, и схемой устройства. Технический результат заключается в предотвращении возможности повреждения или коррозии электронных компонентов и увеличении срока службы устройства. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Устройство детектирования света, содержащее:

реакционную структуру, образующую множество реакционных углублений для вмещения реакционного раствора с pH не выше приблизительно 5 или pH не ниже приблизительно 8 и по меньшей мере одного реакционного центра, выполненного с возможностью генерирования световых излучений под действием падающего света возбуждения после обработки реакционным раствором; и

основу устройства, расположенную под реакционной структурой, содержащую:

множество датчиков света;

схему устройства, электрически соединенную с датчиками света с возможностью передачи сигналов данных по результатам детектирования фотонов датчиками света;

множество световодов с вводными областями, выполненные с возможностью приема света возбуждения и световых излучений по меньшей мере из одного соответствующего реакционного углубления, при этом световоды проходят в основу устройства от вводных областей в направлении по меньшей мере одного соответствующего датчика света и содержат по меньшей мере один фильтрующий материал, выполненный с возможностью отфильтровывания света возбуждения и пропускания света излучения по меньшей мере к одному соответствующему датчику света;

облицовочный слой, проходящий вокруг каждого световода и расположенный между каждым световодом и схемой устройства; и

защитный слой, проходящий вокруг каждого световода и расположенный между каждым световодом и облицовочным слоем, предотвращающий взаимодействие между реакционным раствором, проходящим через реакционную структуру и световод, и схемой устройства, причем защитный слой химически инертен к реакционному раствору.

2. Устройство по п. 1, в котором защитный слой примыкает к множеству световодов внутри основы устройства.

3. Устройство по п. 2, в котором схема устройства выполнена внутри диэлектрических слоев основы устройства, причем облицовочный слой расположен между защитным слоем и диэлектрическими слоями, причем облицовочный слой примыкает к диэлектрическим слоям.

4. Устройство по п. 1, в котором защитный слой также проходит между верхней поверхностью основы устройства и промежуточными зонами реакционной структуры, проходящими вокруг реакционных углублений.

5. Устройство по п. 4, в котором облицовочный слой проходит между защитным слоем и верхней поверхностью основы устройства.

6. Устройство по п. 1, в котором защитный слой содержит диоксид кремния, оксид металла, нитрид металла или их комбинацию.

7. Устройство по п. 1, в котором защитный слой содержит диоксид кремния, оксинитрид кремния, монооксид кремния, карбид кремния, оксикарбид кремния, нитрокарбид кремния, оксид металла, нитрид металла или их комбинацию.

8. Устройство по п. 7, в котором pH реакционного раствора не ниже приблизительно 8.

9. Устройство по п. 1, в котором pH реакционного раствора не выше приблизительно 5, причем защитный слой содержит карбид кремния, оксикарбид кремния, нитрокарбид кремния, оксид металла, нитрид металла или их комбинацию.

10. Устройство по п. 1, в котором облицовочный слой включает в себя нитридкремниевый облицовочный слой.

11. Устройство по п. 1, в котором защитный слой включает в себя непроницаемый для жидкости барьерный слой.

12. Устройство по п. 1, в котором схема устройства содержит взаимосоединенные проводящие элементы, при этом защитный слой предотвращает окисление проводящих элементов реакционным раствором.

13. Устройство по п. 1, в котором толщина защитного слоя составляет от приблизительно 5 нанометров до приблизительно 100 нанометров.

14. Устройство по п. 1, в котором реакционная структура содержит по меньшей мере один реакционный центр, иммобилизованный на реакционной структуре внутри каждого из множества реакционных углублений, причем реакционный раствор может вызывать реакцию и/или образовывать продукт реакции по меньшей мере в одном реакционном центре, генерирующем световые излучения под действием падающего света возбуждения.

15. Устройство по п. 14, в котором указанный по меньшей мере один реакционный центр содержит по меньшей мере один аналит, причем реакционный раствор содержит по меньшей мере одну флуоресцентно-меченую молекулу.

16. Устройство по п. 1, в котором схема устройства основы устройства образует схемы на основе комплементарных структур металл-оксид-полупроводник (КМОП).

17. Биосенсор, содержащий:

устройство по п. 1; и

проточную ячейку, прикрепленную к устройству, содержащую реакционный раствор и по меньшей мере один проточный канал, связанный по текучей среде с множеством реакционных углублений реакционной структуры с возможностью направления в них реакционного раствора.

18. Способ изготовления устройства детектирования света, содержащий шаги, на которых:

формируют множество канавок внутри основы устройства, содержащей множество датчиков света и схему устройства, электрически соединенную с датчиками света с возможностью передачи сигналов данных по результатам детектирования фотонов датчиками света, при этом множество канавок проходит от верхней поверхности основы устройства и в направлении по меньшей мере одного соответствующего датчика света;

наносят облицовочный слой поверх основы устройства так, чтобы облицовочный слой проходил по меньшей мере внутри множества канавок;

наносят защитный слой поверх облицовочного слоя так, чтобы защитный слой проходил по меньшей мере внутри множества канавок;

наполняют множество канавок поверх нанесенного защитного слоя по меньшей мере одним фильтрующим материалом для формирования множества световодов, при этом указанный по меньшей мере один фильтрующий материал отфильтровывает свет по меньшей мере с первой длиной волны и пропускает через себя свет со второй длиной волны к указанному по меньшей мере одному соответствующему датчику света; и

формируют реакционную структуру поверх множества световодов и защитного слоя, при этом реакционная структура образует множество реакционных углублений, соответствующих по меньшей мере одному световоду, для вмещения реакционного раствора с pH не выше приблизительно 5 или pH не ниже приблизительно 8 и по меньшей мере одного реакционного центра, генерирующего световые излучения со второй длиной волны под действием падающего света возбуждения с первой длиной волны после обработки реакционным раствором, причем защитный слой химически инертен к реакционному раствору.

19. Способ по п. 18, в котором защитный слой содержит диоксид кремния, оксинитрид кремния, монооксид кремния, карбид кремния, оксикарбид кремния, нитрокарбид кремния, оксид металла, нитрид металла или их комбинацию, причем облицовочный слой включает в себя нитридкремниевый облицовочный слой.

20. Способ по п. 18, в котором нанесение облицовочного слоя поверх основы устройства дополнительно включает в себя нанесение облицовочного слоя поверх верхней поверхности основы устройства, причем нанесение защитного слоя поверх основы устройства дополнительно включает в себя нанесение защитного слоя поверх части облицовочного слоя, проходящей поверх верхней поверхности основы устройства.

21. Способ по п. 18, дополнительно содержащий шаг, на котором пропускают реакционный раствор с pH не выше приблизительно 5 или pH не ниже приблизительно 8 поверх реакционной структуры.