CN105593409A

CN105593409A - 传感器生长控制器

Info

Publication number: CN105593409A
Application number: CN201480055255.6A
Authority: CN
Inventors: W.陈
Original assignee: Xagenic Inc
Current assignee: Xagenic Inc
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2016-05-18
Also published as: WO2015021338A1; EP3030699A4; EP3030699A1; US20180187326A1; US20150041328A1; CA2920523A1

Abstract

用于电镀电极的方法包括：使衬底与电解质接触，衬底包括多个工作电极；将电位施加到多个工作电极中的一个或多个工作电极；监控通过多个工作电极中的一个或多个工作电极的每一个的分开的电流；以及响应于确定通过多个工作电极的第一电极的第一电流已经到达预先确定值而中断通过第一工作电极的第一电流。

Description

传感器生长控制器

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年8月7日提交的美国临时申请No.61/863,380的优先权，该临时申请由此通过引用整体并入本文中。

背景技术

可检测具有高敏感度的生物分子目标的低成本高吞吐量传感器的发展是高度期望的。为了这样的目的，生产能够可再生产地实现这样的敏感度的感测电极是非平凡的。因此，用于制造这样的传感器的替换的系统和方法针对复用检测应用可以是有益的。

发明内容

本文公开了用于控制在生物分子的检测中用作传感器的纳米结构微电极的生长的系统、装置和方法。在电镀纳米结构微电极时，传统电镀方法可能产生不均匀的大小和不一致的形态。这样的不均匀生长由最大表面积电极具有最大的生长速率的趋向（由于它对于电流的更大要求）引起。在一些实现中，电镀停止控制器通过个别地监控电极电流并在它们到达指示电极的表面积的目标电流时中断到各个电极的电流来帮助调节最终电极表面积。

在一个方面中，用于电镀电极的方法包括：使衬底与电解质接触，衬底具有多个工作电极；将电位施加到多个工作电极中的每一个；监控通过多个工作电极中的每一个的分开的电流；响应于确定通过多个工作电极的第一电极的第一电流已经到达预定义值而中断通过第一工作电极的第一电流。在特定实现中，将电位施加到第一电极产生纳米结构微电极。在一些实现中，中断第一电流包括移除施加到第一工作电极的电位，同时将电位连续地施加到多个电极引线的剩余工作电极。多个工作电极可以共用公共反电极，且公共反电极可被成形使得在多个工作电极中的每一个和公共反电极之间的电阻在多个工作电极当中基本上是类似的。

在特定实现中，施加到多个工作电极中的每一个的电位由公共恒电位器控制。通过多个工作电极中的每一个的所测量的电流可指示它们的相应工作电极的表面积。在特定实现中，该方法还包括确定通过多个电极引线的第二电极的第二电流已经到达预定义值，并响应于确定第二电流已经到达预定义值，移除施加到第二电极引线的电位。在这样的实现中，在施加到第二电极的电位被移除之后，第一电极的表面积基本上类似于第二电极的表面积。

在一些实现中，用于控制电极形态的方法包括将交替极性的第一波形施加到工作电极。如果确定通过工作电极的电流已经到达预先确定范围，则第一波形被移除且非交替极性的第二波形被施加到工作电极。这帮助在工作电极上产生密集的籽晶层，并便于在结果的纳米结构微电极中的精细结构的形成。预先确定的范围可指示工作电极的大小。在特定实现中，波形的第一极性具有比第二极性的持续时间更长的持续时间。第二波形可包括指数衰减，其具有沿着指数衰减分布的多个峰值。在一些实现中，用于电镀电极的系统包括配置成执行上面所述的方法的任何一个或其任何组合的控制电路。

在另一方面中，用于电镀电极的系统包括实心支撑物，其具有分布在其表面上的多个工作电极和具有导电和绝缘区的反电极。导电区远离多个工作电极隔开一距离，且绝缘体覆盖导电区的一部分，使得从特别的工作电极到反电极的部分的电流被有效地阻塞。这提供在多个工作电极中的每一个和反电极之间的基本上一致的有效电阻以减小在工作电极的大小（例如平均直径）方面的不均匀度。反电极可被成形，例如它可包括弯曲或线性区段。反电极可配置成配合在陪替式培养皿内。在特定实现中，多个工作电极中的每一个可操作地耦合到公共电位。绝缘体可覆盖反电极的一部分或多个部分。在一些实现中，反电极还包括基本上平行于实心支撑物的平面部分和在一角度下从平面部分延伸的成角度的部分。反电极可形成为电解质限制井的形状。在一些实现中，护理点诊断装置包括具有根据前述方法中的任何一个或其任何组合生产的电极的生物传感器。

附图说明

在考虑结合所附附图理解的下面的详细描述时，前述和其它目的和优点将是明显的，其中相似的附图标记始终指的是相似的部件，且其中：

图1描绘目标的电化学检测的示意图；

图2描绘指示目标的存在/缺乏的例证性电化学读出；

图3描绘例证性基于纳米结构微电极的电化学检测器；

图4描绘例证性电镀停止控制器的示意图；

图5描绘用于使籽晶层在工作电极上生长的例证性波形；

图6描绘用于使纳米结构微电极生长的例证性波形；

图7描绘反电极的例证性配置；

图8描绘用于接收、准备和分析生物样本的例证性药筒系统；

图9描绘用于分析检测系统的例证性药筒；

图10描绘例证性自动测试系统；

图11描绘具有线性反电极的NME电镀系统；

图12描绘具有成形反电极的电镀系统；

图13描绘使用图11的电镀系统创建的NME；以及

图14描绘使用图12的电镀系统创建的NME。

具体实施方式

为了提供对本文所述的系统、装置和方法的全面理解，将描述特定例证性实施方式。应理解，虽然被示出用于在生物疾病标记物的检测的诊断系统中使用，但本文公开的系统、装置和方法可被应用于要求复用电化学分析的其它系统。

图1-4描绘用于通过电化学方法来检测目标分析物（包括细胞、分子或组织组分）的例证性工具、传感器、生物传感器和技术。图1描绘使用生物传感器系统的核甘酸股的电化学检测。系统700包括具有经由衔接物704附接到电极702的相关联的探针706的电极702。电极702可以是芯片100的工作电极中的任何一个。探针706是能够结合到生物标记物目标（例如受体、配体）或以其它方式与生物标记物目标（例如受体、配体）交互作用以提供在样本中的配体或受体的存在的指示的分子或一组分子，例如核酸（例如DNA、RNA、cDNA、mRNA、rRNA等）、寡核苷酸、缩氨酸核酸（PNA）、锁核酸、蛋白质（例如抗体、酶类等）或缩氨酸。衔接物704是例如通过化学键（例如硫醇键）将探针706栓到电极702的分子或一组分子。

在一些实现中，探针706是能够通过一种或多种类型的化学键（例如互补碱基配对和氢键形成）来结合到目标核酸序列的多核苷酸。这个结合也被称为杂交或退火。例如，探针706可包括自然出现的核苷酸和核苷碱基（例如腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U））或修饰碱基（例如7-deazaguanosine和次黄苷）。在探针706中的碱基可由磷酸二酯键（phosphodiesterbond）（例如DNA和RNA分子）或与其它类型的键连接。例如，探针706可以是缩氨酸核酸（PAN）寡聚物，其中组成碱基由缩氨酸键而不是磷酸二酯联接（phosphodiesterlinkage）连接。缩氨酸核酸（PAN）寡聚物可包含由N-(2-氨乙基)甘氨酸单元组成的主链，所述N-(2-氨乙基)甘氨酸单元由缩氨酸键链接。缩氨酸核酸具有对互补核酸寡聚物的更高的结合亲合性和增加的特异性，且相应地可在诊断和其它感测应用中特别有益，如在本文描述的。

在一些实现中，探针706具有与目标标记物712部分或全部互补的序列，例如所寻求的核酸序列。目标标记物712是用于检测的分子，如将在下面进一步详细描述的。在一些实现中，探针706是能够结合到被寻求被检测到的目标核酸的至少一部分的单股寡核苷酸。在特定方法中，探针706具有与目标序列不互补的区，例如以调整在各股之间的杂交或用作在化验期间的非感测或阴性对照。探针706还可包含其它特征，例如纵向隔片、双股区、单股区、聚(T)衔接物（poly（T）linker）和双股复式结构，作为刚性衔接物和PEG隔片。在特定方法中，电极702可配置有用于多个不同的目标712的多个不同的探针706。

探针706包括便于探针706到电极702的结合的衔接物704。在特定方法中，衔接物704与探针706相关联，并结合到电极702。例如，衔接物704可以是官能团，例如硫醇、二硫酚、胺类、羧酸或氨基团。例如，它可以是耦合到多核苷酸探针的5'端的4-巯基苯甲酸。在特定方法中，衔接物704与电极702相关联并结合到探针706。例如，电极702可包括胺类、硅烷或硅氧烷官能团。在特定方法中，衔接物704独立于电极702和探针706。例如，衔接物704可以是溶液中的分子，其结合到电极702和探针706两者。

在适当的条件下，例如在合适的杂交缓冲液中，探针706可杂交到互补目标标记物712以提供在样本中的目标标记物712的存在的指示。在特定方法中，样本是来自生物寄主的生物样本。例如，样本可以是组织、细胞、蛋白质、流体、遗传物质、细菌物质或病毒物质、植物物质、动物物质、人工培养的细胞或其它有机体或寄主。样本可以是整个有机体或其组织的子集、细胞或组分部分，并可包括细胞或非细胞生物材料。流体和组织可包括但不限于血液、血浆、血清、脑脊髓液、淋巴腺、眼泪、唾液、血液、粘液、淋巴液、关节液、脑脊髓液、羊水、羊膜脐带血、尿、阴道分泌物、精液、眼泪、牛奶和组织切片。样本可包含核酸，例如脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）或脱氧核糖核酸和核糖核酸的共聚物或其组合。在特定方法中，目标标记物712是被已知是寄主、病原体、疾病或性状所独有的核酸序列，且探针704提供对目标标记物712的序列的互补序列以允许在样本中的寄主序列的检测。

在特定方面中，提供对样本执行处理步骤（例如提纯和萃取）的系统、装置和方法。用于检测的分析物或目标分子（例如核酸）可以在细胞、细菌或病毒内部被隔绝。可处理样本以使被包括在样本中的各种组分、组织、细胞、碎片和分子分离、隔离或以其它方式使其易接近。处理步骤可包括但不限于提纯、匀化、细胞溶解和萃取步骤。处理步骤可使目标标记物（例如在样本中或来自样本的目标标记物712）分离、隔离或以其它方式使其易接近。

在特定方法中，目标标记物712是以从任何自然出现的这样的（such）原核生物、病原性或非病原性细菌（例如埃希氏杆菌属、沙门氏菌、梭状芽孢杆菌、衣原体等）、真核生物（例如原生动物、寄生虫、真菌和酵母）、病毒（例如疱疹病毒、HIV、流行性感冒病毒、爱泼斯坦－巴尔（Epstein-barr）病毒、乙型肝炎病毒等）、植物、昆虫和动物（包括人和在组织培养中的细胞）得到的DNA或RNA的形式的遗传物质。来自这些源的目标核酸可例如在来自动物（包括人）的体液的生物样本中找到。在特定方法中，样本从生物寄主（例如人患者）得到并包括非人类材料或有机体，例如细菌、病毒、其它病原体。

目标核酸分子（例如目标标记物712）可以可选地在检测之前被放大。目标核酸可以是以双股或单股形式。可使用变性剂来处理双股形式以通过方法（例如加热、碱处理）或通过酶处理在放大反应开始处使两股变为单股形式或部分单股形式。

一旦样本已经被处理以暴露目标核酸，例如目标分子712，样本溶液就可以如在本文所述的被测试以检测在探针706和目标分子712之间的杂交。例如，可应用如下面将更详细描述的电化学检测。如果目标分子712不存在于样本中，则本文所述的系统、装置和方法可检测目标分子的缺乏。例如在诊断细菌性病原体（例如沙眼衣原体（CT））的情况下，目标分子（例如来自沙眼衣原体的RNA序列）在样本中的存在将指示在生物寄主（例如人患者）中的细菌的存在，且在样本中的目标分子的缺乏指示寄主未感染有沙眼衣原体。类似地，其它标记物可用于其它病原体和疾病。

参考图1，系统700的探针706杂交到互补目标分子712。在特定方法中，杂交是通过互补碱基配对。在特定方法中，失配或不完全的杂交也可发生。“失配”一般指的是在杂交期间在两个不同的核酸股（例如探针和目标）之间的非互补核苷酸碱基的配对。互补配对通常被接受为A-T、A-U和C-G。本地环境的条件（例如离子强度、温度和pH）可影响在碱基之间的哪些失配可能出现的程度，其也可被称为杂交的“特异性”或“严格性”。其它因素（例如核苷酸序列的长度和探针的类型）也可影响杂交的特异性。例如，较长的核酸探针比较短的核酸探针具有对于失配的更高容忍。通常，蛋白质核酸探针比对应的DNA或RNA探针提供更高的特异性。

如附图所示，通过电化学技术来确定在样本中的目标标记物712的存在或缺乏。这些电化学技术允许检测极其低水平的核酸分子，例如从生物寄主得到的目标RNA分子。在由此通过引用整体并入本文中的美国专利No.7,361,470和7,741,033以及PCT申请No.PCT/US12/024015中进一步详细描述了电化学技术的应用。下面提供如应用于当前系统的这些技术的简要描述，应理解，电化学技术是例证性的和非限制性的，以及可设想用于与当前系统的其它系统、装置和方法使用的其它技术。

在图1的电化学应用中，溶液样本被施加于工作电极702。实际上，具有第一过渡金属络合物708和第二过渡金属络合物710的氧化还原对被添加到样本溶液。信号发生器或恒电位器用于将电信号施加到工作电极702，由于它与工作电极702和探针706的紧密关联而使第一过渡金属络合物708改变氧化状态。电子可接着转移到第二过渡金属络合物710，创建通过工作电极702、通过样本并回到信号发生器的电流。电流信号通过第一过渡金属络合物708和第二过渡金属络合物710的存在而放大，如下面将描述的。

第一过渡金属络合物708和第二过渡金属络合物710一起形成放大信号的电化学报告器系统。过渡金属络合物是由被多个带负电的或中性的配体围绕的中心过渡金属原子或离子（通常是阳离子）组成的结构，所述配体拥有可转移到中心过渡金属的孤立的电子对。过渡金属络合物（例如络合物708和710）包括在周期表中的IIA族元素和IIB族元素之间找到的过渡金属元素。在特定方法中，过渡金属是来自在元素周期表中的IIA族元素和IIB族元素之间的第四、第五或第六周期的元素。在一些实现中，第一过渡金属络合物708和第二过渡金属络合物710包括从包括钴、铁、钼、锇、钌和铼的族选择的过渡金属。在一些实现中，第一过渡金属络合物708和第二过渡金属络合物710的配体选自包括基于吡啶的配体、基于邻二氮杂菲（phenathroline）的配体、杂环配体、水合配体、芳香族配体、氯化物（Cl^?）、氨水（NH₃ ⁺）或氰化物（CN^?）的组。在特定方法中，第一过渡金属络合物108是过渡金属铵络合物。例如，如图1所示，第一过渡金属络合物108是Ru(NH₃)₆ ³⁺。在特定方法中，第二过渡金属络合物710是过渡金属氰酸盐络合物。例如，如图1所示，第二过渡金属络合物是Fe(CN)₆ ^3-。在特定方法中，第二过渡金属络合物710是氯化铱络合物，例如IrCl₆ ^2-或IrCl₆ ^3-。

在特定应用中，如果目标分子712存在于样本溶液中，则目标分子712将与探针706杂交，如在图1的右侧上所示的。第一过渡金属络合物108（例如Ru(NH₃)₆ ³⁺）是阳离子的，并由于静电吸引力而累积，因为核酸目标分子712在探针706处杂交。第二过渡金属络合物710（例如Fe(CN)₆ ^3?）是阴离子的，并从杂交的目标分子712和探针706被排斥。信号发生器（例如恒电位器）用于将电压信号施加到电极。当信号被施加时，第一过渡金属络合物708被还原（例如从Ru(NH₃)₆ ³⁺到Ru(NH₃)₆ ²⁺）。第二金属络合物710（例如Fe(CN)₆ ^3?）的还原在热力学上是更有利的，且相应地，电子（e^-）从第一过渡金属络合物708的还原形式穿梭到第二过渡金属络合物710以还原第二过渡金属络合物（例如Fe(CN)₆ ^3?到Fe(CN)₆ ^4?）并使原始的第一过渡金属络合物708（例如Ru(NH₃)₆ ³⁺）再生。这个催化穿梭过程在电位被施加时允许增加的电子流经工作电极702，并当目标分子712存在时放大响应信号（例如电流）。当目标分子712从样本缺乏时，所测量的信号显著减小。

图2的图表800描绘代表性电化学检测信号。信号发生器（例如恒电位器）用于在电极（例如图1的工作电极702）处施加电压信号。电化学技术（包括但不限于循环伏安法、电流测定法、计时安培分析法、差分脉冲伏安法、热量测定法和电位测定法）可用于检测目标标记物。在特定方法中，所施加的电位或电压随着时间的过去而改变。例如，电位可在两个电压点之间循环或斜坡变化，例如（such）从0mV到-300mV并回到0mV，同时测量结果的电流。相应地，图表800描绘在沿着水平轴的0mV和-300mV之间的对应电位处沿着垂直轴的电流。数据曲线802表示在缺乏目标标记物的情况下在电极（例如图1的工作电极702）处测量的信号。数据曲线704表示在存在目标标记物的情况下在电极（例如图1的工作电极702）处测量的信号。如可在数据图表804上看到的，在存在目标标记物的情况下记录的信号提供更高振幅的电流信号，特别是当比较峰值808与位于大约-100mV处的峰值806时。相应地，可区分标记物的存在和缺乏。

在特定应用中，单个电极或传感器配置有两个或更多的探针，其布置成紧接于彼此或者在室内的顶部上或极接近以便提供目标并控制在甚至更小的护理点大小配置中的标记物检测。例如，单个电极传感器可耦合到两种类型的探针，其配置成与两个不同的标记物杂交。在特定方法中，单个探针配置成使两个标记物杂交并检测两个标记物。在特定方法中，两种类型的探针可以按不同的比率耦合到电极。例如，第一探针可以在与第二探针的2:1的比率下存在于电极传感器上。相应地，传感器能够提供多个分析物的分立检测。例如，如果第一标记物存在，则将生成第一分立信号（例如电流）量值，如果第二标记物存在，则将生成第二分立信号量值，如果第一和第二标记物两者都存在，则将生成第三分立信号量值，以及如果任意一个标记物存在，则将生成第四分立信号量值。类似地，也可针对增加数量的多目标检测实现附加的探针。

图3描绘根据实现的使用用于核苷酸股的电化学检测的纳米结构微电极的检测系统。在由此通过引用整体并入本文中的美国申请No.13/061,465、美国专利No.7,361,470和7,741,033以及PCT申请No.PCT/US12/024015中进一步详细描述了纳米结构微电极。功能化检测单元300利用纳米结构微电极作为工作电极，这通过显著增加工作电极的表面积来增加系统的敏感度。使用本文所述的任何合适的方法将探针314连同在化学性质上与探针314相同的其它探针一起拴到工作电极306。探针314是特定于目标标记物320的，且可以是任何合适类型的探针，例如PNA探针。可使用任何合适的方法将探针314拴到工作电极306。例如，硫醇改性寡核苷酸可用于将探针314结合到具有金表面的工作电极306。当将目标标记物320引入到样本井（well）内时，可通过目标标记物320与探针314的选择性结合来形成络合物322。电化学试剂在应用于样本井时可与样本预先混合。在一些实现中，在时间间隔已经过去以允许目标标记物320与探针314的结合之后，样本从样本井被冲掉，且包含电化学试剂的溶液接着被添加到样本井以使得能够实现电化学检测。

图3还示出根据本文所述的各种实现的用于检测目标标记物的示例性系统。检测系统1000包括实心支撑物或衬底1002、引线1004、孔层1006、反电极1008、参考电极1010和从引线1004穿过孔1016延伸的工作电极1012。然而，可使用电极的任何合适的配置。如果样本包含所感兴趣的目标标记物，则络合物1014可形成工作电极1012的表面。

图3所示的检测系统1000合并例证性三电极恒电位器配置，然而应理解，可使用部件的任何合适的配置，且恒电位器的端子可以以任何合适的方式耦合到各种电极。反电极1008连接到控制放大器1018的输出端子。工作电极1014通过引线1004连接到互阻抗放大器（TIA）1020。TIA对工作电极呈现虚拟地。检测模块1022连接到TIA的输出。检测模块1022可配置成响应于任何输入波形而提供实时电流测量。参考电极101连接到控制放大器1018的反相端子。信号发生器1024连接到控制放大器1018的非反相端子。这个配置维持在工作电极处的恒定电位（相对于溶液），同时允许电流的准确测量。可使用附加的补偿网络和控制回路。这些电路对于本领域中的技术人员而言将是公知的并将适于特定的应用。

控制和通信单元1026可操作地耦合到检测模块1022和信号发生器1024。控制和通信单元1026可使输入波形与输出测量同步，并可接收输入和输出并将输入和输出存储在存储器中。在一些实现中，控制和通信单元1026是与检测系统通过接口连接的分开的单元。例如，检测系统1000可以是具有可与控制和通信单元1026通过接口连接的多个输入和输出端子的一次性的药筒。在一些实现中，控制和通信单元1026可操作地耦合到显示作为输入的函数的输出的显示单元。在一些实现中，控制和通信单元1026将输入和输出信息传输到远程目的地用于存储和显示。例如，控制和通信单元1026可以是移动装置或能够与移动装置通过接口连接。在一些实现中，可以使用任何合适的电源（包括电池或插电式AC电源）来给检测系统1000供电。

图4示出用于使纳米结构微电极（NME）402生长的电镀停止控制器400的例证性实施例。每一个工作电极402固定到耦合到用于使NME生长的电压源的实心支撑物或衬底，例如硅晶片、陪替式培养皿或载玻片（未示出）。工作电极402可以放置成与电解质接触（例如浸没在电解质溶液中）。在一些实现中，公共电位可例如由公共恒电位器施加到工作电极中的每一个。在一些实现中，每一个工作电极可具有它自己的恒电位器。每一个工作电极操作地耦合到通道控制器404，且每一个通道控制器具有电流传感器406（以确定穿过工作电极的电流）和控制器块408以阻塞或中断来自工作电极402的电位。系统可以可操作地耦合到控制并监控电镀处理的主机装置。成形反电极410在电镀过程期间由所有工作电极402共用，并被以这样的方式成形为使得在每一个生长的NME402和反电极410之间的有效电阻对于每一个工作电极402看起来基本上是类似的以防止不均匀的生长。施加到成形反电极的电位可由分开的接口控制，从而允许穿过一个或多个工作电极中的每一个的分开的电流被监控。

在一些实现中，控制器块404可确定通过它的对应工作电极402的电流已经超过预先确定值（或阈值）或已经到达预先确定范围，这指示对应的NME402达到特别的表面积。为了防止NME402进一步生长，控制器块408可从工作电极402移除所施加的电位。这个过程将继续，直到通过每一个NME402的所测量的所有电流都已经超过预先确定值或到达预先确定范围为止，从而确保所有NME40具有相似的形态并具有基本上相同的表面积。

在一些实现中，工作电极被清洁并在使NME生长之前被种晶。清洁电极并电镀籽晶层避免由于在工作电极中的不整齐和瑕疵而引起的在NME生长中的延迟。电镀过程可以以几个反向电位清洁脉冲开始以从工作电极剥去材料。在一些实施例中，脉冲在1到1.2V下是1-2秒长。在一些实施例中，对于金工作电极，2秒对于清洁是足够的，而基本上多于5秒将引起工作电极垫的移除。

图5示出用于对用于随后生长的NME的籽晶层的生长优化的例证性波形。在一些实现中，工作电极在95%占空比、1.4V_pp、1Hz方波的情况下被驱动。这形成具有很少或没有分支的非常密集的籽晶层。作为小分支形式，它们由反向电镀脉冲移除，这可能是由于它们与NME的批量生长比较的更大的表面积与体积比。在一些实现中，脉冲电镀量值和正偏移在几分钟的周期上逐渐增加。脉冲电镀花费的时间对电极的最终结构有大影响。脉冲电镀花费的过多的时间和/或在这个过程期间的过大的电位导致具有大密集核心的结构。以经验为主地，停止脉冲电镀的最佳时间是导致在900mV所施加的电位下每电极0.375到0.5μA的时间，这可用作预先确定范围以对籽晶层的大小进行限制。

在初始籽晶层被生长之后，电镀过程可切换到生成分支的NME的批量电镀过程。在一些实施例中，可使用固定DC电位、指数递减或具有尖脉冲的指数递减。固定DC电位和简单的指数递减都产生分支的NME。指数递减示出在电镀速度方面优于固定DC电位的一些改进而不使结构的质量退化。图6示出具有尖脉冲的例证性指数递减。具有带有添加的尖脉冲的指数递减的电镀轮廓示出了优于各种其它波形的在精细结构方面的改进。

虽然电镀停止控制器400确保恒定的电位与电极电流比，有效电极大小也可被优化以计及几何效应。这可通过相对于在芯片上的每一个工作电极402设计反电极410的形状和间隔使得到每一个工作电极402的有效距离是恒定的来实现。这进而维持在反电极410和特别的工作电极402之间的有效溶液电阻，使得电阻对于所有工作电极保持基本上恒定。这个设计对电镀方法进行改进，其利用在芯片的一端附近浸泡的反电极电线，这导致逐渐变细的电极大小，其中最大的生长电极离反电极最远。

在任何给定工作电极402和反电极410之间的有效电阻是从每一个工作电极402到反电极410上的每个点的积分的电导的倒数。当考虑这个距离时，可通过取得从给定工作电极到反电极上的所有点的距离的倒数的积分的倒数来确定最佳形状。虽然这产生平滑的曲线，但实际上，使用标准制造技术产生这个形状是困难的。作为替换，具有较少的弯曲的较简单的形式和绝缘中心区段设计成两者都限制所使用的导电材料（例如铂）的数量，并允许电极安装在陪替式培养皿内。图7示出反电极20和70的例证性实施例。实心支撑物10和60分别与反电极20和70间隔开。反电极20和70可被成形，并可例如具有弯曲或线性截面。反电极20具有阻塞从在实心支撑物10上的工作电极到反电极20的电流的绝缘区30、40和50。在一些实施例中，绝缘区可远离反电极的中心部分隔开相同的距离，如由绝缘体30和40所示的。在一些实施例中，绝缘体可阻塞通过反电极的中心部分的电流，如由绝缘体80所示的。

图11-14示出NME电镀设计和使用电镀设计制造的NME。图11示出具有悬挂在陪替式培养皿1154之上的线性反电极1152的NME电镀系统1150。图13示出使用电镀系统1150创建的NME1350、1352和1354。在使用这个系统产生的NME的大小方面存在显著的不同。例如，NME1350显著小于NME1352和1354。图12示出具有悬挂在陪替式培养皿1254之上的成形反电极1252的电镀系统1250。图14示出使用电镀系统1250创建的NME1450、1452、1454。与使用线性反电极1152产生的NME相反，NME1450、1452和1454具有基本上一致的大小。在图14中，NME1450、1452和1454在宽度方面都是大约100微米。

在一些实现中，电化学检测器被制造为具有多个管脚的独立芯片。管脚可以以任何合适的方式布置以与外部处理器通过接口连接，对于所述外部处理器，可以执行定量确定，例如阈值比较。电化学检测器包括生成指示器以传送检测的结果的读出装置。读出装置可以是任何合适的显示装置，例如LED指示器、触摸激活显示器、音频输出或这些的任何组合。可使用用于指示目标的存在或缺乏的任何合适的机制。例如，指示器可包括第一响应信号的振幅、基于第一响应信号而确定的第一目标标记物的浓度、基于响应信号选择的颜色编码指示器、基于特别的响应信号选择的符号、在用于对应的输入信号的多个值上的响应信号的图形表示和其任何合适的组合。

上面所述的系统、装置、方法和所有实施例可合并到药筒内以准备用于分析的样本并执行检测分析。图8描绘用于接收、准备和分析生物样本的药筒系统1600。例如，药筒系统1600可配置成从样本收集器或拭子移除生物样本的一部分，将样本输送到细胞溶解和分裂过程被执行的细胞溶解区，并将样本输送到用于确定各种标记物的存在的分析室并确定生物寄主的疾病状态。

图9描绘用于分析检测系统的药筒的实施例。药筒1700包括用于保持处理和分析系统（例如系统1600）的外部壳体1702。药筒1700允许内部处理和分析系统与其它仪器集成。药筒1700包括用于接收样本容器1704的容座1708。例如使用拭子从患者接收样本。拭子然后被放置到容器1704内。容器1704然后位于容座1708内。容座1708保持容器并允许样本在分析系统中被处理。在特定方法中，容座1708将容器1704耦合到端口1602，使得样本可从容器1704被引导并通过系统1600被处理。为了处理样本的容易，药筒1700还可包括附加的特征，例如端口1706。在特定方法中，端口1706对应于系统1600的端口（例如端口1602、1612、1626、1634、1638和1650）以针对端口打开或关闭或施加用于使样本移动通过系统1600的压力。

为了样本准备和样本分析，药筒可使用任何适当的格式、材料和大小刻度。在特定方法中，药筒使用微流体通道和室。在特定方法中，药筒使用宏流体（macrofluidic）通道和室。药筒可以是单层装置或多层装置。制造的方法包括但不限于光刻法、机器加工、微机器加工、模塑和压花。

图14描绘自动测试系统以提供处理和分析样本的容易。系统1800可包括用于接收药筒（例如药筒1700）的药筒接收器1802。系统1800可包括其它按钮、控件和指示器。例如，指示器1804是可由用户手动地键入或从药筒1700或药筒容器1704自动读取的患者ID指示器。系统1800可包括允许用户访问或记录相关的患者记录信息的“记录”按钮1812、打印结果的“打印”按钮1814、开始处理被化验物的“运行下一化验”按钮1818、选择过程步骤或以其它方式控制系统1800的“选择器”按钮1818和接通或断开系统的“电源”按钮1822。其它按钮和控件也可被提供以帮助使用系统1800。系统1800可包括过程指示器1810以提供指令或指示样本分析的进展。系统1800包括测试类型指示器1806和结果指示器1808。例如，系统1800当前针对如由指示器1806所示的衣原体进行测试，且该测试已经导致阳性结果，如由指示器1808所示的。系统1800可包括如适当的其它指示器（例如时间和日期指示器1820）以改进系统功能。

前述内容仅仅说明本公开的原理，且系统、装置和方法可由除了为了说明而不是限制的目的而呈现的所述实施例以外的实施例实践。应理解，虽然被示出用于在用于细菌且具体地用于沙眼衣原体的检测系统中使用，本文公开的系统、装置和方法可应用于在其它应用中使用的系统、装置和方法，所述其它应用包括但不限于其它细菌、病毒、真菌、朊病毒、植物物质、动物物质、蛋白质、RNA序列、DNA序列以及癌筛选和遗传测试（包括针对遗传病的筛选)。

本领域中的技术人员在浏览了本公开之后将想到变化和修改。所公开的特征可在具有本文所述的一个或多个其它特征的任何组合和子组合（包括多个从属的组合和子组合）中实现。上面所述或所示的各种特征（包括其任何部件）可组合或集成在其它系统中。而且，可省略或不实现特定特征。所引用的所有参考由此通过引用整体并入本文中并构成本申请的部分。

Claims

1.一种用于电镀电极的方法，所述方法包括：

使衬底与电解质接触，所述衬底包括多个工作电极；

将电位施加到所述多个工作电极中的一个或多个工作电极；

监控通过所述多个工作电极中的一个或多个工作电极的每一个的分开的电流；以及

响应于确定通过所述多个工作电极的第一电极的第一电流已经到达预先确定值而中断通过所述第一工作电极的所述第一电流。

2.如权利要求1所述的方法，其中将所述电位施加到所述第一电极产生纳米结构微电极。

3.如权利要求1所述的方法，其中中断所述第一电流包括移除施加到所述第一工作电极的所述电位，同时将所述电位连续地施加到所述多个电极引线的剩余工作电极。

4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述多个工作电极共用公共反电极。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述公共反电极被成形为使得在所述多个工作电极中的每一个和所述公共反电极之间的电阻在所述多个工作电极当中基本上是类似的。

6.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中施加到所述多个工作电极中的每一个的所述电位由公共恒电位器控制。

7.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中通过所述多个工作电极中的每一个的所测量的电流指示它们的相应工作电极的表面积。

8.如前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括：

确定通过所述多个电极引线的第二电极的第二电流已经到达预先确定值；以及

响应于确定所述第二电流已经到达所述预先确定值，移除施加到所述第二电极引线的电位，其中在施加到所述第二电极的所述电位被移除之后，所述第一电极的表面积基本上类似于所述第二电极的表面积。

9.一种用于控制电极形态的方法，所述方法包括：

将交替极性的第一波形施加到工作电极；

确定通过所述工作电极的电流已经到达预先确定范围，

响应于确定所述电流在预先确定范围内，从所述工作电极移除所述第一波形；以及

将非交替极性的第二波形施加到所述工作电极。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述预先确定范围指示所述工作电极的大小。

11.如权利要求9或10所述的方法，其中所述波形的第一极性具有比第二极性的持续时间更长的持续时间。

12.如权利要求9所述的方法，其中所述第二波形包括指数衰减，所述指数衰减具有沿着所述指数衰减分布的多个峰值。

13.一种用于电镀电极的系统，所述系统包括配置成执行根据前述权利要求中的任一项的方法的控制电路。

14.一种用于电镀电极的系统，所述系统包括：

实心支撑物；

多个工作电极，其分布在所述实心支撑物的表面上；

反电极，其中所述反电极包括：

　导电区，其远离所述多个工作电极隔开一距离；

　绝缘体，其覆盖所述导电区的一部分，使得从特别的工作电极到所述反电极的部分的电流被有效地阻塞。

15.如权利要求14所述的系统，其中所述反电极包括一个或多个弯曲区段。

16.如权利要求14所述的系统，其中所述反电极包括一个或多个线性区段。

17.如权利要求14所述的系统，其中在所述多个电极中的第一工作电极和所述反电极之间的有效电阻率基本上类似于在所述多个电极中的第二工作电极和所述反电极之间的有效电阻率。

18.如权利要求14-17中的任一项所述的系统，其中所述反电极配置成安装在陪替式培养皿内。

19.如权利要求14-18中的任一项所述的系统，其中所述多个工作电极中的每一个可操作地耦合到公共电位。

20.如权利要求14-19中的任一项所述的系统，其中所述绝缘体覆盖所述反电极的一个或多个部分。

21.如权利要求14-20中的任一项所述的系统，其中所述反电极还包括：

基本上平行于所述实心支撑物的平面部分；以及

在一角度下从所述平面部分延伸的成角度的部分。

22.如权利要求14-21中的任一项所述的系统，其中所述反电极形成为电解质限制井的形状。

23.一种包括具有根据前述权利要求中的任一项生产的电极的生物传感器的护理点诊断装置。