基于微传感器的测试装置制造方法
【专利摘要】提供一种流体测试带，包括在基材表面上形成的微传感器(如，微悬臂)和在基材表面上形成的试剂沉积位点，该试剂沉积位点可操作地控制试剂沉积物的大小和位置。还提供一种形成流体测试带的方法，包括在基材表面上形成微传感器并且在基材表面上形成试剂沉积位点，该试剂沉积位点可操作地控制试剂沉积物的大小和位置。优选地，试剂沉积位点包括由一个或多个沟槽以及在表面材料中的任选的围栏环绕的中心岛部分。还提供用于实施测试带制造方法的装置和计算机可读介质。
【专利说明】基于微传感器的测试装置 发明领域
[0001] 本发明涉及用于遏制在基于微传感器的测试带上的试剂化学品的表面图案结构 的集成。
[0002] 发明背景
[0003] 在医疗保健、工业测试和类似的领域中，很多化学和生物反应被用来提供诊断或 其他测试功能。为了提供所发生的反应的一个或多个参数的精确的检测，这些诊断测试通 常包括以受控的方式将一种或多种试剂引入到待测的流体（或彼此引入）。这样的诊断测 试的示例包括免疫测定法、凝血试验和类似测试。
[0004] 化学或生物诊断测试的一个特别示例是基于微传感器的测试带，其中包括微传感 器的测试带可以被浸在待测的流体里，或可以包括围绕该微传感器的测试反应室来遏制试 剂和待测流体，其中该测试反应室充满了被测流体和一种或多种试剂。该测试带试剂可以 在制造期间被沉积到测试带表面上，然后在使用前经与被测流体接触被活化或活化被测流 体。
[0005] 在这样的测试带传感器中，相对于测试微传感器，诸如在微传感器上或接近微传 感器，且相对于生物或化学样品的流动控制试剂的放置是特别有用的。通常，该放置必须以 高精度进行（例如，偏差〈25微米）。
[0006] 其中试剂在制造测试带的期间沉积，准备经与被测流体或类似物接触而活化，它 对减少形成测试带所需的处理步骤的数量是有利的，此后这些测试带可以数以百万计地制 造。而且，为确保结果的一致性，测试带的制造也应该是一致的。这对基于微传感器的测试 带是特别的情况，因为试剂沉积的公差可以是非常精密的。
[0007] 发明概述
[0008] 本发明的实施方案提供一种流体测试带，包括在基材表面上形成的微传感器和在 基材表面上形成的试剂沉积位点，该试剂沉积位点可操作地控制试剂沉积物的大小和位 置。流体测试带是本文用于包含地描述包括微传感器和放置试剂的一部分的位置的单片集 成测试传感器�？榈氖跤�。它们可以包括测试室或类似物，以允许基于微传感器的流体测 试带遏制在试剂和/或微传感器附近和在试剂和/或微传感器附近进行测试。它们可以是 可重复使用的或仅一次性使用的，并且可以与相应的电子读数装置一起使用，流体测试带 可以插入到电子读数装置中用于使用测试带获取读数。
[0009] 在一个（或多个）传感器附近可以提供不只一个沉积位点，例如其中多个传感器 操作，各自具有不同的试剂，或其中单一的传感器操作，具有多种试剂。根据反应的需求，每 个沉积位点可以在或不在单独的室或通道中。
[0010] 可选择地，沉积位点包括中心岛部分，其由不存在的表面材料的一部分环状围绕。 换言之，沉积位点可以包括中心岛部分，其通过至少一个沟槽（moat)来环状围绕。
[0011] 可选择地，试剂沉积位点可以邻近微传感器和/或以对微传感器的操作有利的预 先确定的形状来形成。
[0012] 可选择地，一个或多个沉积位点的预先确定的形状可以包括可操作地包围微传感 器的至少一部分或单独的微传感器的形状。
[0013] 可选择地，微传感器可以包括微悬臂，并且预先确定的形状包括包围微传感器的 灵敏部分的一部分，诸如基于微悬臂的微传感器的自由端的一部分。
[0014] 可选择地，不存在的表面材料的一部分可以包括沟槽。
[0015] 可选择地，流体测试带还包括至少一个围栏（fence)，其中围栏包括环状围绕不存 在的表面材料的一部分的表面材料的一部分。
[0016] 可选择地，所述至少一个围栏可以包括多个沟槽和围栏，沟槽和围栏每个的数目 在1到3的范围内。
[0017] 可选择地，所述至少一个沟槽可以包括在一个和三个之间的沟槽，并且所述至少 一个围栏可以包括在一个和三个之间的围栏。
[0018] 可选择地，微传感器是至少一个基于微悬臂的传感器，其可操作地检测被测流体 由于被测流体与沉积在沉积位点中的一种或多种试剂之间的反应而引起的变化。
[0019] 可选择地，试剂沉积位点可以包括固定的面积，诸如在100微米和600微米之间 宽。任何沟槽和/或围栏可以构成多达总沉积位点面积的40%。
[0020] 沉积位点可以取决于以下的一种或多种来形成：表面材料的接触角；沉积的试剂 流体的体积；表面材料的亲水性；表面材料的疏水性；表面材料的表面能；表面材料的表面 处理。
[0021] 所述至少一个沟槽可以包括不存在的表面材料的一部分。围栏和沟槽的数量可以 是不等的。最外的环的构造可以包括沟槽。中心岛部分可以包括厚度与其余基材基本上相 似的表面材料的预先确定的区域。沟槽可以包括除去表面材料的（环状）区域，其中本文 的"环状"可以表示"围绕的"（实际的形状可以是任意的，而不是圆形或任何其他规则包围 的形状，诸如椭圆形和类似形状。）。围栏可以包括未除去的表面材料的环状区域。
[0022] 可选择地，沉积位点可以通过将基材蚀刻、流动成型或冲压以形成中心岛部分和 至少一个沟槽或不存在的表面材料的部分来形成。沉积位点还可以由上述制造方法的组合 来形成。沉积位点可以同样被称为图案或图案结构。
[0023] 还提供一种形成流体测试带的方法，包括在基材表面上形成微传感器并且在基材 表面上形成试剂沉积位点，该试剂沉积位点可操作地控制试剂沉积物的大小和位置。
[0024] 还提供一种被设置成实施任何所描述的方法的测试带制造装置，以及提供一种包 括指令的计算机可读介质，当所述指令由处理器执行时使处理器实施任何所描述的方法。
[0025] 该方法还包括在形成沉积位点之前或之后对基材表面应用表面处理，该表面处理 可操作地加强沉积位点的操作。
[0026] 参考下文描述的实施方案，本发明的这些或其他方面将是明显的且被说明。
[0027] 本发明的实施方案提供在诸如聚合物的基材上放置试剂的改善的方法。
[0028] 附图简要说明
[0029] 参考附图，仅经由实施例来描述本发明的进一步细节、方面和实施方案。在附图 中，相同的附图标记被用来标识相同或功能相似的元件。图中的元件为了简单且清楚被图 示，且不一定按比例绘制的。
[0030] 图1包括显不在具有产生不同接触角的不同表面处理的聚合物表面材料上小的、 相同体积的（例如试剂）沉积物的沉积面积的变化的示例的显微镜图像；
[0031] 图2绘制图1中的沉积面积对接触角的变化；
[0032] 图3包括显示对在邻近测试带的微传感器的未改变的聚合物表面材料上相同体 积的沉积物的沉积位置和面积的变化的示例的显微镜图像；
[0033] 图4显示测量的凝血酶原时间（PT)对试剂沉积物的面积的变化；
[0034] 图5显示如图4相同的PT时间，但通过沉积宽度而不是面积相比较；
[0035] 图6显不邻近基于微悬臂的微传感器的、沉积在未改变的聚合物表面材料上的、 用于凝血试验的干燥的试剂的两个示例的位置和面积，该微传感器包括其中毛细通道被放 置越过单独的微传感器的指示；
[0036] 图7显示根据本发明的示例实施方案的用于改善试剂的沉积的准确度和一致性 的表面材料的构造（例如，图案结构）；
[0037] 图8显示根据本发明的示例实施方案的表面材料图案结构的效果，其中左侧图是 根据本发明图案化的，并且右侧图示是基本的孔结构；
[0038] 图9显示根据本发明的表面材料的构造的可替代的实施方案；
[0039] 图10显示沉积前和沉积后根据本发明的表面材料的构造的另一个示例实施方 案；
[0040] 图11显示根据本发明的表面材料的构造的又一示例实施方案。
[0041] 优选实施方案的详细描述
[0042] 因为本发明的所示实施方案可以在大多数情况下使用本领域技术人员已知的部 件和方法来实施，为了不混淆或转移本发明的教导，将不会在比被认为对本发明的基本概 念的理解和认识是必要的任何更大的程度上解释细节。
[0043] 本发明的实施方案提供用于遏制在基于微传感器的测试带上的试剂化学品的表 面图案结构的构造，特别地提供当测试带和微传感器是单片集成时的示例。所提供的遏制 通过在沉积期间对于一系列的亲水性或疏水性表面、相对湿度和温度（即动态接触角，因 为随着液滴开始在表面上展开，温度驱使边缘处的液滴蒸发，所以温度越高，蒸发越快并且 结果是（干燥的）液滴的较小面积。这实际上如同在表面材料上的接触角的变化，该接触 角的变化产生在制造测试带布置的环境中干燥的试剂的面积变化），提供各试剂的高度可 重复的位置、形状和表面积，给出使用根据本发明的实施方案的流体测试带进行临床测试 的准确度和精确度的改善。
[0044] 因此，本发明的实施方案可以减轻如表面缺陷、制造试剂液滴分配定向准确度的 变化和类似的这样的事情的存在或影响。所提供的遏制还可以通过允许试剂准确的更高体 积的沉积，对测试带制备过程的速度和产率给出改善，因此否定试剂的多个较低体积/层 沉积的需求。此外，图案结构的构造能够连同热板使用以加热基材材料来从而增加沉积的 试剂的干燥速度，因此允许更高的体积在给定的时间帧内被分配。
[0045] 图案结构还可以被用来引导试剂进入到不能位于另外的区域。例如，在使用具有 一个或多个悬臂状的传感器的测试带以测量反应的进度和/或最终结果的情况下，围绕悬 臂传感器或沿着悬臂的通道可以不覆盖和/或粘着在悬臂下到达。
[0046] 图案结构还可以有利地提供用于控制在沉积物的内部的试剂固体粒子的位置的 基线。这是因为在表面上展开的液滴中，大多数的固体粒子被驱使到边缘（给出所谓的"咖 啡环"沉积物的构造）。然而，通过提供遏制液滴，这也提供控制固体粒子被驱使的范围。而 且，本发明的实施方案可以提供在这样的条件下的另一个优点，因为控制沉积的范围可以 通过回流的流体沉积物防止固体粒子的部分被留下。其中沉积物是生物制剂，留在保护外 壳外部的固体粒子可能具有相比于保持在保护外壳内部的固体粒子的低的寿命稳定性，例 如，该保护外壳遏制糖类以保持寿命稳定性。此外，如果沉积的固体粒子包括能够变型的固 体粒子（例如蛋白质），当其未被该保护外壳（即，"保护壳"）完全密封时，将它们保持在保 护外壳内能够在流体沉积干燥之前或之后确保它们的完整。
[0047] 为了控制多个参数，可能需要控制涉及的一种或多种试剂的沉积，这可能极大地 影响在测试带中使用的反应。这些参数可以包括：所使用的表面材料或处理的类型、表面处 理的位置、表面积和表面均匀性。这些参数通常结合在一起并且一个变化易于产生其他变 化。通过创造图案化的沉积位点，有可能通过减少此互相依赖并且获得关于不同参数单独 的更大的控制来改善测试的一致性。
[0048] 为了理解改善的化学沉积位点的需要，理解沉积到表面上的流体的行为是重要 的。由不同材料制成的表面通常具有不同的表面能，并且因此分配在表面上的试剂对于相 同量的分配的试剂流体显现不同的接触角和不同的横向的液滴大小。在相同的材料上具有 一系列不同的表面能也是可能的，例如通过使用不同的表面处理或改变表面处理参数。 [0049] 沉积在表面材料上的流体的小液滴采用的形式取决于流体沉积在其上的表面材 料的表面能、流体与环境的性质。表面能可以使用接触角测量进行评估，其中亲水性或疏水 性表面分别给出小于或大于90度的接触角。
[0050] 为说明这点，在具有不同接触角的四个表面上制造化学品的沉积物。得到的沉积 物的显微镜图像在图1中显示，其中看到的图像是沉积在经历不同表面处理的四个聚合物 表面上的具有相同斑点体积的化学品的3X3斑点阵列。具体地是，显示：具有6°接触角 的示例110 ;具有24°接触角的示例120 ;具有30°接触角的示例130 ;具有56°接触角的 示例140。可以看出，对于任何给出的化学试剂，随着表面材料上的接触角减�。玫囊旱� 的直径增加，即液滴散布成更大的面积且更扁平的液滴。
[0051] 图1中液滴沉积物的形状和大小的显著的变化显示出对形成沉积位点的方法的 需要，该方法能够帮助控制在具有不同接触角的表面上沉积的化学品的面积的变化，并且 已发现产生适当形成的沉积位点提供了此问题的解决方案。沉积位点的特定构造可以根据 多个外部参数改变，如下文更详细的描述。图2显示了在沉积物直径对聚合物表面上的接 触角的图上所绘制的从图1中提取的数据。
[0052] 本发明的示例涉及一种基于微传感器的凝血试验以测量血液样品（即，血液是被 测流体）的凝血酶原时间（PT)。该示例可以由在基材（例如，模）上形成的、位于或将位 于毛细管通道中的微机械测试传感器（包括一个或多个传感器元件）组成。试剂可以邻近 一个或多个传感器元件来直接沉积并干燥，以使得血液沿着毛细管流动使接近微传感器的 试剂溶解，进行对血液样品的测试。在此示例中，试剂需要依据体积、面积和相对于毛细管 和微传感器的位置来控制以给出测试的高度精确性。沉积的试剂的位置和面积可能取决于 多个因素，包括：沉积物液体（即，试剂）处理装置的能力（例如，液滴体积分配的准确度， 液滴分配方向的准确度，以及类似的能力）；试剂沉积在其上的表面材料的亲水性/疏水性 (其可以被测量为水接触角（WCA));以及动态接触角（其是液滴由于环境温度和湿度以及 类似原因的蒸发程度）。这些要素可能是相当易变的，例如，液体处理装置的喷嘴可以具有 来自喷嘴的任意飞行路径（在设备的给定规范中）或额外的不准确可能由于喷嘴尖头的老 化和污染而发生。而且，微传感器在其上形成的基材的亲水性或表面能可以由于表面改性 而改变/引起变化，并且可以呈一定范围的值（例如，WCA在5到60之间），这取决于表面材 料或随后的表面材料处理（例如，应用具有不同表面特性的非常薄的覆盖层，或类似处理） 的化学键、厚度和稳定性。
[0053] 在根据本发明的实施方案的微传感器测试带的以下示例中，微传感器是微机械 的、基于悬臂的传感器，其中该悬臂具有被测流体（例如，血）之内操作的自由端，并且试剂 邻近该自由端被沉积，将被混入到接近于测试传感器的被测流体中。这样的测试传感器的 示例是如在W02005/054817公开的双压电晶片悬臂微传感器。然而，本发明不限于传感器 的特定形式。反而，它适用于单片集成有一种或多种试剂的沉积位置的微传感器的所有形 式。
[0054] 图3显示这样的基于微悬臂的测试带的四个示例，其中试剂303邻近微传感器 (未不出）被沉积在表面材料301上，其中在传感器和表面材料301之间具有微小的间隙 304。四个沉积物显示位置和表面积的大的以及细微的差异，其中NF表示沉积物对准的点 (即，在NF处沉积物液滴是"被瞄准的"）。此图包括显示了引起测试结果变化的具有相同 体积的试剂化学品沉积物的位置和表面积两者的变化的显微镜图像，并且甚至这些高度可 变的试剂沉积物仅通过导致非常慢的制造过程的多层沉积获得。
[0055] 图4显示高度变化的测量的用于INR(国际标准化比率）2. 2血液样品的重复测试 的凝血酶原时间（PT)对使用没有任何表面材料构造的微传感器测试带的试剂沉积物的面 积。
[0056] 图5显示相同的结果，但使用沉积宽度代替沉积面积相比较。
[0057] 两个图显示PT时间的大的变化，其分别取决于沉积位点面积和宽度的变化，即， 这些图形显示控制沉积位点大小的重要性，并因此显示本发明的实施方案的重要性。例 如，如果所有PT结果被用来计算测试的变动系数百分比（％CV)，所得的值为14.4%。在 视觉上，能够看出由于平均PT时间在两个显著的总体样本（401/402 ;501/502)的中心，并 且因此不代表数据。然而，如果结果通过试剂面积和宽度来选择，其中试剂沉积位点面积 >100000个像素，那么％ CV等于3. 1 %，这显示在通道内的试剂几何结构的变化产生了测定 的不精确。
[0058] 对于凝固测试的特殊用途的情况，为了创造成功的凝固测试，在试剂应沉积在其 上的表面材料上提供受控的低接触角是有利的。这改善了穿过测试带上的表面材料的沉积 的试剂化学品溶液和其他流体的最初位置和流动。如在图2中清楚地看到，在低接触角时， 接触角的小变化能够导致沉积直径并且因此试剂表面积的较大变化。对于在基于微传感器 的测试带上的试剂化学品的情况，控制其上沉积有试剂化学品的表面积是有利的，因为其 可以反过来控制如何将试剂释放到总测试带试剂室中的被测流体中。如果不独立控制试剂 的位置和体积，并且因此不独立控制被沉积的体积和所得沉积物的表面积，测试带将不太 一致和精确的。而且，试剂沉积物的表面积可能受沉积的试剂的体积影响。
[0059] 图6显不沉积在邻近基于微悬臂的微传感器405的未改变的表面材料301上的用 于凝血试验测定的干燥的试剂303的两个示例的位置和面积，该微传感器405在微传感器 和有关的沉积位点304之间具有间隙，该微传感器405包括毛细通道被放置越过相应的微 传感器的指示406以形成最终的测试带装置。在这两种情况下，试剂使用相同的液体分配 方法被沉积，并且是相同的试剂组成和体积。又一次，能够看到试剂沉积物是高度可变的。 因此，此图清楚地显示试剂沉积位点相对于微悬臂传感器405的位置，即邻近微悬臂的末 端，该微悬臂可操作地顺利扫过大量的被测流体，随后拉起由线406指示的区域中的毛细 管。能够看到被测流体借助微悬臂传感器405的运动，将与沉积在沉积位点上的试剂混合。 虽然微悬臂式传感器被示出，但本发明并不限于此。
[0060] 沉积物的表面积和位置变化的控制在某种程度上能够通过减慢制造过程和接受 测试带较差的产量来实现。这通过每通过一次沉积设备仅在每个测试带上沉积非常少量的 试剂，并且通过多次通过沉积头积累所需求的试剂的总量。然而，控制水平是低的，并且显 著地增加了生产成本和时间。
[0061] 如果化学品沉积物的位置是不正确的，大量沉积的化学品将距离实际需要到的地 方太远而不能影响测试-即，化学品沉积物的位置接近流体通道，流体通道可操作地引导 被测流体（与试剂结合）到在测试室中的实际的传感器。通过减少距离流体通道太远的化 学品的面积，能够看到沉积物的不准确的位置也将导致化学品的体积和表面积两者的可变 性。
[0062] 同时，试剂的表面积和体积的变化是测试可变性的来源，因为表面积影响化学品 能够被吸收到被测流体中的速度，并且在一个区域沉积的化学品的体积还影响在被测流体 中的化学品的吸收率和最终浓度。
[0063] 试剂沉积的准确度、均匀性和速度可以通过使用适当图案化的沉积位点改善。因 此，本发明的示例性实施方案通过提供沉积位点来提供一种现有技术中上文描述的问题的 解决方案，该沉积位点包括被至少一种沟槽同心地围绕的材料的岛，该沟槽界定岛的形状。 优选地，取决于试剂化学品、体积、可利用的表面材料沉积面积以及类似物，还提供同心围 绕第一围栏的沟槽和/或围栏。沟槽和围栏的总数量可以在1和5之间，优选地在1和3 之间，并且沟槽有可能比围栏多或少，或反之亦然。沟槽和围栏的数量，以及它们的形状和 尺寸根据不同的设计改变，并且对特定试剂化学品的它们的性能和表面材料的类型/性质 在下文中详细描述。
[0064] 将化学品沉积物保持在指定位置的最初的选择是将孔放在测试带表面材料中然 后用于遏制沉积的化学品。这样的构造的示例在图8中显示（在右边）。然而，对于亲水表 面材料，发现其对遏制试剂化学品不起作用，如所示。在图8的示例中，表面材料的亲水性 意味着当化学品到达孔的边缘，它不停止流动，同时它继续积极有利地传遍传感器的表面 材料。
[0065] 图7显示用于改善根据本发明的示例实施方案的试剂的沉积的准确度和一致性 的改变的表面材料的构造，即，图案化的沉积位点。在此实施方案中，沉积位点的构造包括 被多个"围栏"和"沟槽"围绕的中心圆形"岛"，其中"岛"是保留在原处的表面材料的区 域，"围栏"是保留在原处的表面材料的环形圈，以及"沟槽"是表面材料被除去（诸如通过 蚀刻、冲压或类似方法）的环形圈，其中"沟槽"在"岛"和"围栏"之间，或不同的"围栏"之 间。该构造的其他规模也被设想。在此示例中，表面材料是聚合物，但是本发明不限于任何 特定的表面材料。其他沉积位点的构造取决于特定用途的情况也被设想，如将在下文中详 细地描述。例如，如果接触角是上述预期的范围或分配的体积低于预期的范围，不具有围栏 结构的单一的岛和沟槽能够被使用。
[0066] 围栏可以至少部分地被蚀刻以产生相对于原始基材高度更低的高度。该图案还可 以在光可定义的聚合物中创造的或模制的或机械加工的。
[0067] 图8显示相比于简单的孔沉积位点的构造（在右侧），根据本发明的示例实施方案 的表面材料沉积位点的构造（包括具有围绕的沟槽和围栏的岛，在图的左侧）的效果。使 用的表面材料是亲水的（通过应用适当的表面处理），并且试剂流体是以基于水的。相同量 的流体被用于两种情况中。能够看到岛和沟槽的沉积位点的构造遏制试剂，而简单的孔构 造未遏制试剂。
[0068] 图9显示使用多个沟槽/围栏结构以遏制试剂流体沉积物的好处。特别地，该图图 示如何将流体沉积物可以紧紧地遏制，即使其由于非理想的条件破坏一个或多个沟槽/围 栏边界。例如，如果表面材料的接触角稍稍低于预期的有用的范围，这可能是有用的，因为 试剂的位置还被保持而面积的变化是最小的。在左侧的图910中，多个沟槽/围栏图案化 的沉积位点（具有中心岛、三个沟槽和三个围栏，全部呈矩形的但弯曲角的形状）在岛930 的边缘处遏制化学品沉积物，并且因此本身不需要外部的沟槽和围栏。
[0069] 然而，在右侧图920中，沉积位点的相同设计的图像被显示，其中相似的化学品沉 积物溢出中心岛，但是然后被多个沟槽/围栏结构中的一个沟槽或围栏904结构所遏制。 在这种情况下，如果岛和单一的沟槽被使用，沉积物最有可能没有被遏制。这样的条件可能 由于试剂流体的体积在某一临界值之上，表面污染桥接岛和第一围栏结构或类似物，有瑕 疵的制造或其他不理想的使用条件而发生。因此，多个沟槽/围栏的图案化的沉积位点的 冗余是有用的，特别地因为形成岛、沟槽和围栏的方法通常是蚀刻或冲压过程，所以不会有 对超过传感器芯片的额外的占地面积的冗余的额外的制造费用。于是，通过使用包括至少 一个岛和沟槽的适当的图案化沉积位点，大多数测试带可以快速制造，但还伴有适当的沉 积准确度。沟槽和围栏的数量与表面材料的WCA(例如，如果WCA低于某一数字，然后单一 的沟槽是足够的，但是如果它高于另一个数字，然后更多的沟槽/围栏是适当的）和/或沉 积的试剂（更）高的体积（无论是绝对的还是每滴沉积液滴/每次通过沉积头的）有关。 换言之，如果WCA低于对于期望的体积有用的遏制的范围，然后多个沟槽/围栏结构具有优 势。
[0070] 观察到特别的设计在此描述的成功或失败不是二元问题这一点是重要的。很多设 计能够遏制沉积物的特别指定的化学品，但是可能在充分高于预期体积的化学品沉积物下 或随着可以用于制造遏制试剂沉积的数以百万计的测试带的方法的充分可靠性无法完成。 于是，沉积位点的大小和围绕围栏和沟槽的数量可以根据特别的使用情况（例如，试剂类 型，试剂沉积体积，期望的沉积表面积和类似情况）来改变。因此，当在小面积上沉积更小 的体积，单一的岛能够足以捕获全部的沉积物。然而，随着更多沉积体积被需求，如所需要 的可以增加沟槽和围栏。安全边缘可以通过可能被严格要求的更多的沟槽/围栏提供。而 且，在许多使用情况下，为了限制例如全部的单片集成微传感器测试带系统的总面积，用于 沉积试剂的、靠近/邻近微传感器提供的面积可能是有限的和/或固定的。在这些情况下， 另一些沟槽和/或围栏的增加不得不减少可用于中心"岛"的面积，即，增加沟槽和/或围 栏"消耗"沉积位点的岛中心的面积。在这些条件下，已发现沟槽/围栏的面积相比于沉积 位点的面积的百分比总体上增加，沟槽/围栏的效率可能降低。因此，已发现将沟槽/围栏 保持在沉积位点总面积的10%和40%之间是有利的。
[0071] 如示例，其中总的沉积位点构造是在300到600微米宽之间，并且所使用的特别的 制造方法允许构造具有10微米的最小限定的大�。ヒ坏墓挡酆臀Ю缚梢允褂米艹粱� 点面积的10%到20 %，两个沟槽/围栏可以使用20 %到35%并且三个沟槽/围栏可以使 用总沉积位点面积的30%到45%。改变所使用的制造方法，以使得更小的（或实际上更大 的）最小限定的几何尺寸的应用可以改变由单独的围栏和沟槽占据的总沉积位点面积的 百分比。更小的工艺几何体通常增加制造成本，而使用更大的工艺几何体能够较低成本。当 生产根据本发明的实施方案的数以百万计的测试带时，制造成本可能是重要的因素，围栏/ 沟槽的数量可以被改变以解释例如，使用更低成本的工艺几何体。
[0072] 图10显示本发明的另一个优势，即在任何随机的位置形成任何随机的形状的沉 积位点，因此改善基于微传感器的测试带整体的性能的能力。这是因为优化试剂放置位置 和构造以例如，增加在微传感器附近的试剂和被测流体之间的相互作用的速率现在是可能 的。在图10显示的示例中，使用单一的岛，因为它足以保持试剂以所使用的沉积体积沉积， 然而沟槽/围栏可以被用于不同情形下，诸如更高的沉积体积、更低的WCA等。左侧图显示 在沉积发生前沉积位点502,而右侧图为沉积后，显示沉积的试剂303均匀地沉积在本发明 的不规则形状的沉积位点构造上。
[0073] 在图10中显示的示例中，其使用基于微悬臂405的传感器，该基于微悬臂405的 传感器在其末端1001处具有"最灵敏的"部分，沉积位点502(包括单一的岛和界定岛的沟 槽）被成形以使得沉积位点包围微悬臂的末端。从而试剂围绕该末端，因此当被测流体进 入在传感器之上的毛细管时，它与在悬臂的最灵敏的部分，末端1001周围的所有侧上的试 剂接触，并且加强此最灵敏的区域周围的反应，并且改善反应时间和类似情况。
[0074] 图11显示用于单一的微悬臂测试带的设计中的沉积位点的设计的进一步选择。 它们同样可以被用于其他的微传感器类型/构造。设计1到5是分别具有三个沟槽和两个 围栏的多沟槽/围栏设计。再次，由此图中可以看到可以使用不同形状的整体的沉积位点 (即，岛和各自的沟槽/围栏）。例如，设计1是圆滑的矩形，设计2是圆滑的正方形，设计 3是更加圆滑的正方形，设计4是长形的圆形，设计5是圆形。设计6包括仅两个沟槽和一 个围栏。
[0075] 许多方法可用来在基材上创造图案，但是使用光刻印刷、冲压和等离子蚀刻的微 加工是形成岛和一个或多个沟槽（围栏）的所有特别的可复制的方法。它们还特别适用于 由单片集成传感器和沉积位点形成的测试传感器带的大量制造。制造该设计的替代方法可 以包括，但不限于：光可定义的聚合物、聚合物的激光蚀刻、聚合物印迹/冲压、微机械和等 同的方法。
[0076] 本发明的示例实施方案包括形成测试带的方法和所得的测试带本身，该测试带可 以提供以下益处：
[0077] 均匀性-图案化的沉积位点迫使沉积体积（试剂的或其他流体的）进入到界定的 区域。沉积的区域均匀性因此被控制，而不管从测试带到测试带的表面亲水性或疏水性，和 /或在使用或制造期间周围环境的相对湿度的变化。这意味着从测试带到测试带，沉积的化 学品被正确地并准确地放置，并且在区域中几乎相同，以使得它可以在相似的时间尺度下 并以相同的浓度更加可重复地被吸收到被测流体中。
[0078] 位置-图案结构锁定沉积的化学品进入到界限分明的位置的位置，这在使用用于 遏制例如，被引入到被测流体中的试剂的沉积位点的微流体系统中是特别有利的，以使得 测试带能够检测被测流体-试剂反应的不同参数，该反应可能至少部分受限于试剂进入到 被测流体中的扩散速度。减少试剂化学品沉积物的位置的变化可以减少在各自的测试带上 形成的传感器对紧邻的物理变化的响应时间的变化。沉积的化学品位置的减少的变化确保 与被测流体接触的化学品的有效量的更低的变化，其中被测流体通过与微传感器基材对齐 的第二组件被引导。
[0079] 形状-表面图案结构能够被创造以故意引导沉积的化学品进入到预先确定的形 状中（这对所使用的测试是有利的）和/或进入到通过单独沉积无法获得的被限制的区 域，例如，如图10中看到的包围的形状，其能够提高基于微悬臂的微传感器的灵敏的区域 周围的反应强度。
[0080] 单片架构-其中被用在测试带上的特别的传感器可以至少部分地由如测试带相 同的基材材料形成（例如，当使用由具有不同的膨胀系数的聚合物形成的一个或多个微悬 臂传感器时，其通过热基致动器被激活并且使用运动传感器，诸如压阻或压电材料检测所 得的运动），该图案结构可以在相同材料中/上并且作为如用来形成传感器的相同方法的 一部分进行，因此显著地降低复杂性并消除额外的生产问题和费用。相同效果也可以在为 了创造图案化沉积位点而特定添加的材料层中达到，但是单片溶液的简单性使得它更有利 于在相同方法中生产测试传感器和沉积位点两者。
[0081] 表面处理-上述描述的沉积位点图案结构可以在测试带基材材料，诸如聚合物上 进行，该聚合物适用于表面处理以得到它的多种亲水的或疏水的表面性质。图案化沉积位 点可以防止依赖通常会被看作在非图案化的表面上的沉积物的大小和均匀性的变化的表 面处理确定（试剂）沉积物的最终表面积。这是说，本发明的示例实施方案允许待使用的 测试带基材材料的任何类型的表面处理（或表面处理的可变性），同时还提供均匀的沉积 面积。图案化沉积位点的面积可以被选择以最适应期望被看作的表面材料的接触角的相关 范围、待使用的沉积的试剂/流体的体积、或因此被使用的特定的表面处理。
[0082] 生产效率-图案化沉积位点可以确保在传感器测试带上的（试剂）化学品沉积物 能够快速进行，并且甚至用具有沉积的较低准确度的试剂化学品流体沉积设备进行（即， 用来创造测试带的流体沉积设备不需要太准确，因为沉积位点控制最终结果的形状）。与没 有根据本发明的示例实施例的沉积位点构造相比，根据本发明的示例实施例的沉积位点构 造能够更加容忍与所期望的位置的中心的沉积化学品的偏差。
[0083] 通过将湿的化学品的受控的沉积物提供到平坦的表面上，创造例如，具有在微流 体环境中适当准确地沉积的化学品的、具有形成在其上的功能性流体传感器（例如，MEMS 式悬臂流体探针）的改善的传感器测试芯片是可能的。这是因为这样的微流体传感器测试 芯片的完整的功能性系统的性能可以高度取决于（试剂）化学品沉积物，并且除了它的化 学组成之外，物理方面（大小、位置、面积）的控制可能在获得可重复的结果中是关键的。 [0084] 多个沉积位点能够被用来允许，例如多个流体邻近（一个或多个）传感器被沉积 在单独的、但紧密间隔的沉积位点上，因此允许在被测流体充满微传感器测试带后化学品 的混合发生。这可能对化学品是特别有利的，其中直到测试开始为止对防止组分混合是有 利的。
[0085] 此外，随着另一个带状元件的添加，具有多个沉积位点的多个传感器稍后被分成 单独的室。
[0086] 虽然，前文已在用于微流体测试传感器的试剂沉积方面进行描述，但它也被用于 流体要求准确沉积在基材上的任何其他条件中。
[0087] 在测试带上形成沉积位点所描述的方法也可以实施为计算机程序，该计算机程序 用于在控制测试带的制造过程的计算机系统上运行，至少包括可执行的代码部分，当运行 可编程的生产控制装置，诸如测试传感器生产设备时，该可执行的代码部分用于执行根据 本发明的实施方案的任一方法的步骤。
[0088] 计算机程序可以由一系列可执行的指示，诸如特定应用程序和/或操作系统构 成。该计算机程序可以例如包括以下的一种或多种：子程序、函数、程序、对象方法、对象实 现、可执行应用程序、支程序、小服务程序、源代码、目标代码、共享库/动态加载库和/或用 于在适当的计算机系统上执行的设计指令的其他序列。
[0089] 计算机程序可以被内部存储在计算机可读存储介质上或经由计算机可读传输介 质传送到计算机系统。全部或部分计算机程序可以被永久地，可移除地或远程地提供在计 算机可读介质上，该计算机可读介质结合于可编程装置，诸如信息处理系统。计算机可读 介质可以包括，例如并且不限于以下的任何一种或多种：包括磁盘和磁带存储介质的磁存 储介质；光存储介质，诸如光盘介质（例如，CD-ROM、CD-R、蓝光等）数字视频盘存储介质 (DVD、DVD-R、DVD-RW等）或高密度光介质（例如，蓝光等）；非易失性存储器的存储介质， 其包括基于半导体的存储器单元，诸如闪存存储器、EEPROM、EPROM、ROM ;铁磁数字存储器； MRAM ;易失性存储介质，其包括寄存器、缓冲器或高速缓存、主存储器、RAM、DRAM、DDR RAM 等；以及数据传输介质，其包括计算机网络、点对点通信设备、和载波传输介质以及类似物。 本发明的实施方案不限于所使用的计算机可读介质的形式。
[0090] 在前面的说明书中，参照本发明的实施方案的具体示例，已描述本发明。然而，将 明显的，在不脱离如在所附的权利要求中阐明的本发明的更宽范围内，可以在其中做出各 种修改和改变。
[0091] 又例如，示例或其部分，可以以物理电路的软件或代码表示或转换成诸如在任何 合适类型的硬件描述语言中的物理电路的逻辑表示的软件或代码表示来实施，其用于在控 制制造具有受控沉积位点的测试带或类似物中使用。
[0092] 然而，其他的修改、变型和替换也是可能的。因此，说明书和附图被认为是说明性 的而非限制性的意义。
[0093] 除非另有说明，如矛盾的或物理学或其他的实施方案防止这样的组合，下列权利 要求的特征可以以任何合适的和有利的安排被整合到一起。这就是说，特征的组合不受列 出的特定权利要求的形式，特别地从属权利要求的形式所限制。
【权利要求】
1. 一种流体测试带，包括： 微传感器，其在基材表面上形成；以及 试剂沉积位点，其在所述基材表面上形成，其可操作地控制试剂沉积物的大小和位置。
2. 如权利要求1所述的流体测试带，其中所述沉积位点包括中心岛部分，所述中心岛 部分由不存在的表面材料的一部分环状围绕。
3. 如权利要求1或2所述的流体测试带，其中所述试剂沉积位点邻近所述微传感器形 成。
4. 如任一前述权利要求所述的流体测试带，其中所述试剂沉积位点以对所述微传感器 的操作有利的预先确定的形状形成。
5. 如权利要求4所述的流体测试带，其中所述预先确定的形状包括可操作地包围所述 微传感器的至少一部分的形状。
6. 如权利要求4或5所述的流体测试带，其中所述微传感器包括微悬臂，并且所述预先 确定的形状包括包围所述微悬臂的灵敏端的一部分。
7. 如任一前述权利要求所述的流体测试带，其中不存在的表面材料的一部分包括沟 槽。
8. 如任一前述权利要求所述的流体测试带，还包括至少一个围栏，其中围栏包括环状 围绕不存在的表面材料的一部分的所述表面材料的一部分。
9. 如权利要求8所述的流体测试带，其中所述至少一个围栏包括多个沟槽和围栏，所 述多个沟槽和围栏每个的数目在1到3的范围内。
10. 如权利要求2所述的流体测试带，其中所述至少一个沟槽包括在一个和三个之间 的沟槽，并且所述至少一个围栏包括在一个和三个之间的围栏。
11. 如任一前述权利要求所述的流体测试带，其中所述微传感器是至少一种基于微悬 臂的传感器，其可操作地检测被测流体由于所述被测流体与沉积在所述沉积位点中的一种 或多种试剂之间的反应而引起的变化。
12. 如任一前述权利要求所述的流体测试带，其中所述试剂沉积位点包括固定的面积。
13. 如权利要求12所述的流体测试带，其中任何沟槽和/或围栏构成多达总沉积面积 的 40%。
14. 如任一前述权利要求所述的流体测试带，其中所述沉积位点取决于以下的一种或 多种来形成： 所述表面材料的接触角； 沉积的试剂流体的体积； 所述表面材料的亲水性； 所述表面材料的疏水性； 所述表面材料的表面能； 所述表面材料的表面处理。
15. 如任一前述权利要求所述的流体测试带，还包括在一个或多个微传感器附近的多 个沉积位点。
16. -种形成流体测试带的方法，包括： 在基材表面上形成微传感器；并且 在所述基材表面上形成试剂沉积位点，所述试剂沉积位点可操作地控制试剂沉积物的 大小和位置。
17. 如权利要求15所述的方法，还包括形成所述沉积位点以具有由不存在的表面材料 的一部分环状围绕的中心岛部分。
18. 如权利要求15或16所述的方法，还包括形成邻近所述微传感器的所述试剂沉积位 点。
19. 如权利要求15至17中任一项所述的方法，还包括以有利于所述微传感器对特定测 试的响应的预先确定的形状形成所述试剂沉积位点。
20. 如权利要求18所述的方法，其中所述预先确定的形状包括可操作地包围所述微传 感器的至少一部分的形状。
21. 如权利要求18或19所述的方法，其中所述微传感器包括微悬臂，并且所述预先确 定的形状包括包围所述微悬臂的灵敏端的一部分。
22. 如任一前述权利要求所述的方法，其中不存在的表面材料的一部分包括沟槽。
23. 如任一前述权利要求所述的方法，还包括形成至少一个围栏，其中围栏包括环状围 绕不存在的表面材料的一部分的所述表面材料的一部分。
24. 如权利要求22所述的方法，其中所述至少一个围栏包括多个沟槽和围栏，所述多 个沟槽和围栏每个的数目在1到3的范围内。
25. 如权利要求16所述的方法，其中所述至少一个沟槽包括在一个和三个之间的沟 槽，并且所述至少一个围栏包括在一个和三个之间的围栏。
26. 如任一前述权利要求所述的方法，其中所述微传感器是至少一种基于微悬臂的传 感器，其可操作地检测被测流体由于所述被测流体与沉积在所述沉积位点上和遏制在所述 沉积位点中的一种或多种试剂之间的反应而引起的变化。
27. 如任一前述权利要求所述的方法，其中所述试剂沉积位点包括固定的面积。
28. 如权利要求26所述的方法，其中任何沟槽和/或围栏的总面积构成总沉积面积的 10%和40%之间。
29. 如任一前述权利要求所述的流体测试带，其中所述沉积位点取决于以下的一种或 多种来形成： 所述表面材料的接触角； 沉积的试剂流体的体积； 所述表面材料的亲水性； 所述表面材料的疏水性； 所述表面材料的表面能； 所述表面材料的表面处理。
30. -种被设置成实施方法权利要求15至28中任一项的测试带制造装置。
31. -种计算机可读介质，包括指令，当所述指令由处理器执行时使所述处理器实施方 法权利要求15至28中任一项所述的方法。
【文档编号】G01N33/543GK104160275SQ201380009684
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年2月15日 优先权日:2012年2月16日
【发明者】罗伯特·伊博森, V·贾科夫, 理查德·杜恩 申请人:麦克罗威斯克有限公司
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