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TW201905205A - 整合的參考電極和流體施配器 - Google Patents

整合的參考電極和流體施配器

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TW201905205A
TW201905205A TW106141438A TW106141438A TW201905205A TW 201905205 A TW201905205 A TW 201905205A TW 106141438 A TW106141438 A TW 106141438A TW 106141438 A TW106141438 A TW 106141438A TW 201905205 A TW201905205 A TW 201905205A
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fluid
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sensor
gate
fluid dispenser
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TW106141438A
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TWI769194B (zh
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溫清華
黃睿政
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台灣積體電路製造股份有限公司
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Abstract

本揭露闡述一種包含一經整合參考電極及一流體施配器之設備。該參考電極包含一主體及一尖端。該流體施配器至少部分地環繞該參考電極之該尖端且包含一入口、一室及一出口。該流體施配器經組態以將一流體樣本自該入口接收至該室且透過該出口而形成該流體樣本之一液滴，使得該液滴與該參考電極之該尖端流體接觸且與藉由該參考電極而判定之一已知電位相關聯。

Description

整合的參考電極和流體施配器
本發明實施例係有關整合的參考電極和流體施配器。
生物感測器係用於感測及偵測生物分子之裝置且在電子、電化學、光學及機械偵測原理基礎上操作。包含電晶體之生物感測器係電感測生物實體或生物分子之電荷、光子及機械性質之感測器。該感測可藉由偵測生物實體或生物分子本身或透過指定反應物與生物實體/生物分子之間的相互作用及反應而執行。使用半導體製程，此等生物感測器可製造為積體電路(IC)及/或微機電系統(MEMS)。
本發明之一實施例係關於一種設備，該設備包括：一參考電極，其包括一主體及一尖端；及一流體施配器，其至少部分地環繞該參考電極之該尖端且包括一入口、一室及一出口，其中該流體施配器經組態以將一流體樣本自該入口接收至該室且透過該出口而形成該流體樣本之一液滴，使得該液滴與該參考電極之該尖端流體接觸且與藉由該參考電極而判定之一已知電位相關聯。 本發明之一實施例係關於一種系統，該系統包括：一參考電極，其包括一主體及一尖端；一流體施配器，其至少部分地環繞該參考電極之該尖端且包括一入口、一室及一出口，其中該流體施配器經組態以將一流體樣本自該入口接收至該室且透過該出口而形成該流體樣本之一液滴，使得該液滴與該參考電極之該尖端流體接觸且與藉由該參考電極而判定之一已知電位相關聯；及一探針卡，其經組態以固持該流體施配器及該參考電極，使得該流體施配器及該參考電極隨著該探針卡移動而一起移動。 本發明之一實施例係關於一種方法，該方法包括：將一電位施加至包括一主體及一尖端之一參考電極；將一流體樣本自一流體施配器之一入口施加至該流體施配器之一室中，其中該流體施配器至少部分地環繞該參考電極之該尖端；及透過該流體施配器之一出口而形成該流體樣本之一液滴，使得該液滴與該參考電極之該尖端流體接觸且與施加至該參考電極之該電位相關聯。
以下揭露提供用於實施所提供標的物之不同構件之諸多不同實施例或實例。以下闡述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等特定實例僅為實例且並非意欲為限制性的。舉例而言，以下說明中之在一第二構件上方形成一第一構件可包含其中第一構件與第二構件以直接接觸方式形成之實施例，且亦可包含其中可在第一構件與第二構件之間形成及/或放置額外構件使得第一構件與第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各種實例中重複參考編號及/或字母。此本質上並不指定所論述之各種實施例及/或組態之間的一關係。 此外，為便於說明，本文中可使用空間相對術語(諸如，「下面」、「下方」、「下部」、「上方」、「上部」及諸如此類)來闡述一個元件或構件與另一(其他)元件或構件之關係，如各圖中所圖解說明。除各圖中所繪示之定向之外，該等空間相對術語亦意欲囊括裝置在使用或操作中之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90°或處於其他定向)，且同樣可據此解釋本文中所使用之空間相對描述符。術語 除非另外定義，否則本文所使用之所有技術及科學術語皆具有與熟習本揭露所屬技術領域者通常所理解相同之含義。儘管類似或等效於本文中所闡述之方法及材料之任何方法及材料可用於根據本揭露之實施例之實踐或測試中，但目前闡述較佳之方法、裝置及材料。出於闡述及揭示結合本揭露可使用之出版物中所報告之材料及方法之目的，本文中所提及之所有專利及出版物以引用方式併入本文中。 如本文中所使用之字首語「FET」係指一場效電晶體。一FET類型係一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。MOSFET可具有構建於一基板(諸如一半導體晶圓)之平面表面中及平面表面上之平面結構。MOSFET亦可係三維的，諸如基於鰭狀物之MOSFET結構。 術語「BioFET」係指包含一層經固定捕獲試劑之一FET，該等經固定捕獲試劑充當表面受體以偵測生物源之一標靶分析物之存在。根據某些實施例，一BioFET係具有一半導體傳感器之一場效感測器。BioFET之一個優點係無標記操作之前景。特定而言，BioFET使得能夠避免昂貴且耗時之標記操作，諸如用(舉例而言)螢光或放射性探針來標記一分析物。本文中所闡述之一種特定類型之BioFET係一雙閘極背側感測BioFET。供由一BioFET偵測之分析物通常將具有生物源，諸如但不限於蛋白質、碳水化合物、脂質、組織碎片或其部分。一BioFET係亦可偵測任何化學化合物(在此項技術中稱為一「ChemFET」)之一較寬廣種類之FET感測器之部分。BioFET亦可偵測諸如質子或金屬離子等離子(在此項技術中稱為一ISFET)。本揭露適用於所有類型之基於FET之感測器(「FET感測器」)。本文中之一種特定類型之FET感測器係一雙閘極背側感測FET感測器(「DG BSS FET感測器」)。 「S/D」係指形成一FET之四個端子中之兩者之源極/汲極接面。 表達「高k」係指一高介電常數。在半導體裝置結構及製造製程之領域中，高k係指大於SiO2 之介電常數(亦即，大於3.9)之一介電常數。 術語「分析」通常係指涉及物理、化學、生物化學或生物分析之一製程或步驟，包含但不限於表徵、測試、量測、最佳化、分離、合成、加成、過濾、溶解或混合。 術語「測定」通常係指涉及對一化學分析物或一標靶分析物之分析之一製程或步驟且包含但不限於基於細胞之測定、生物化學測定、高輸送量測定及篩選、診斷測定、pH判定、核酸雜合測定、聚合酶活性測定、核酸及蛋白質定序、免疫測定(例如，抗體-抗原結合測定、酶聯免疫吸附測定及免疫定量聚合酶連鎖反應)、用於偵測基因之甲基化模式之酸式亞硫酸鹽甲基化測定、蛋白質測定、蛋白質結合測定(例如，蛋白質-蛋白質、蛋白質-核酸及蛋白質-配體結合測定)、酶測定、偶聯酶測定、動力學量測(例如，蛋白質摺疊之動力學及酶反應動力學)、酶抑制劑與活化劑篩選、化學發光及電致化學發光測定、螢光測定、螢光偏極及各向異性測定、吸光度及比色測定(例如，Bradford測定、Lowry測定、Hartree-Lowry測定、Biuret測定及BCA測定)、化學測定(例如，用於偵測環境污染物及污染物、奈米粒子或聚合物)及藥物研究測定。本文中所闡述之設備、系統及方法可使用或採用將利用FET感測器所闡述設計中之任一者而使用之此等測定中之一或多者。 術語「液體生檢」通常係指如與一受試者之組織樣本相比自一受試者之體液獲得之一生檢樣本。使用一體液樣本來執行測定之能力通常比使用一組織樣本更令人滿意。使用一體液樣本之較少侵入式方法就患者福祉、進行縱向疾病監測之能力及甚至在組織細胞不易於獲取(例如，在前列腺中)時獲得表達譜之能力而言具有廣泛意義。用於偵測液體生檢樣本中之標靶分析物之測定包含但不限於上文所闡述之彼等測定。作為一非限制性實例，可對一液體生檢樣本進行一循環腫瘤細胞(CTC)測定。 舉例而言，固定於一FET感測器上之一捕獲試劑(例如，一抗體)可用於使用一CTC測定來偵測一液體生檢樣本中之一標靶分析物(例如，一腫瘤細胞標記)。CTC係自一腫瘤流出至脈管系統且(例如)在血流中環流之細胞。通常，CTC以極低濃度存在於環流中。為測定CTC，CTC藉由此項技術中已知之各種技術而自患者血液或血漿富集。CTC可使用此項技術中已知之方法(包含但不限於基於細胞測量術(例如，流動式細胞測量術)之方法及基於之免疫組織化學法之方法)而被染色有特定標記。對於本文中所闡述之設備、系統及方法，CTC可使用一捕獲試劑而捕獲或偵測。在另一實例中，來自CTC之核酸、蛋白質或其他細胞周圍環境可被定為用於結合至一捕獲試劑或由一捕獲試劑偵測之標靶分析物之目標。 表達或含有CTC之標靶分析物之一增加可幫助識別具有可能對一特定療法(例如，與標靶分析物相關聯之一療法)作出反應之一癌症之受試者或允許對標靶分析物利用(例如)一抗體之一治療方案最佳化。CTC量測及定量可提供(例如)關於腫瘤之階段、對療法之回應、疾病惡化或其一組合之資訊。自偵測CTC上之標靶分析物獲得之資訊可用作(例如)一預測、預計或藥效生物標記。另外，用於一液體生檢樣本之CTC測定可單獨地使用或結合對固體生檢樣本之額外腫瘤標記分析一起使用。 術語「識別」通常係指基於一標靶分析物與一捕獲試劑(其身份係已知的)之結合而判定該標靶分析物之身份之製程。 術語「量測」通常係指基於一標靶分析物與一捕獲試劑之結合而判定該標靶分析物之量、定量、品質或性質之製程。 術語「定量」通常係指基於一標靶分析物與一捕獲試劑之結合而判定該標靶分析物之定量或濃度之製程。 術語「偵測」通常係指基於一標靶分析物與一捕獲試劑之結合而判定該標靶分析物存在或不存在之製程。偵測包含但不限於識別、量測及定量。 術語「化學品」係指一物質、化合物、混合物、溶液、乳劑、分散液、分子、離子、二聚物、諸如一聚合物或蛋白質之巨分子、生物分子、沈澱物、晶體、化學基或基團、粒子、奈米粒子、試劑、反應產物、溶劑或流體，其中之任一者可以固態、液態或氣態形式存在，且通常為一分析之受試者。 術語「反應」係指涉及至少一種化學品且通常涉及(在化學、生物化學及生物轉化作用之情形中)諸如共價鍵、非共價鍵、凡得瓦鍵、氫鍵或離子鍵等一或多個鍵之斷開或形成的一物理、化學、生物化學或生物轉化作用。術語「反應」包含諸如合成反應、中和反應、分解反應、置換反應、氧化還原反應、沈澱、結晶化、燃燒反應及聚合反應等典型化學反應，以及共價及非共價結合、相變、色變、相形成、溶解、光發射、光吸收或發射性質之改變、溫度改變或熱吸收或發射、構形改變及諸如一蛋白質之一巨分子之摺疊或解摺疊。 如本文中所使用之「捕獲試劑」係能夠結合可直接或間接附著至一實質上固體材料之標靶分析物或標靶試劑之一分子或化合物。捕獲試劑可係一化學品，且具體而言可係針對其存在一天然標靶分析物(例如，一抗體、多肽、DNA、RNA、細胞、病毒等)或針對其可製備一標靶分析物之任何物質，且捕獲試劑在一測定中可結合至一或多種標靶分析物。 如本文中所使用之「標靶分析物」係使用本揭露在測試樣本中將偵測之物質。標靶分析物可係一化學品，且具體而言可係針對其存在一天然捕獲試劑(例如，一抗體、多肽、DNA、RNA、細胞、病毒等)或針對其可製備一捕獲試劑之任何物質，且標靶分析物在一測定中可結合至一或多種捕獲試劑。「標靶分析物」亦包含任何抗原物質、抗體及其組合。標靶分析物可包含一蛋白質、一肽、一胺基酸、一碳水化合物、一激素、一類固醇、一維生素、一藥物(包含出於治療目的而受管控之藥物以及出於不法目的而受管控之藥物)、一細菌、一病毒及以上物質中之任一者之代謝物或以上物質中之任一者之抗體。 如本文中所使用之「測試樣本」意指含有使用本揭露將偵測及測定之標靶分析物之組合物、溶液、物質、氣體或液體。測試樣本可含有除標靶分析物之外的其他組分，可具有一液體或一氣體之物理屬性，且可具有包含(舉例而言)一移動之液體或氣體流之任何大小或體積。測試樣本可含有除標靶分析物之外的任何物質，只要該等其他物質不妨礙標靶分析物與捕獲試劑之結合或第一結合成分與第二結合成分之特定結合即可。測試樣本之實例包含但不限於天然及非天然樣本或其組合。天然測試樣本可為人造的或合成的。天然測試樣本包含與一受試者之身體中或身體上之任何地方隔離之體液，包含但不限於血液、血漿、血清、尿、唾液或痰、脊髓液、腦脊髓液、胸膜液、乳頭抽吸液、淋巴液、呼吸道液、腸道液及生殖泌尿道液、淚液、唾液、母乳、淋巴系統內之液體、精液、器官系統內液體、腹水、腫瘤囊腫液、羊水及其組合。天然測試樣本亦可包含環境樣本，諸如地下水或廢水、土壤抽出液、空氣、農藥殘留或食品相關之樣本。 所偵測物質可包含(例如)核酸(包含DNA及RNA)、激素、不同病原體(包含導致其宿主出現疾病或生病之一生物製劑，諸如一病毒(例如，H7N9或HIV)、一原生動物(例如，導致瘧疾之瘧原蟲)或一細菌(例如，大腸桿菌或結核分枝桿菌))、蛋白質、抗體、各種藥物或治療或者其他化學或生物物質，包含氫或其他離子、非離子分子或化合物、多醣、小化學化合物(諸如組合化學庫成員)及諸如此類。所偵測或所判定參數可包含但不限於(例如) pH改變、乳糖改變、改變之濃度、在一流體於一段時間內溢出裝置以偵測粒子(例如，稀疏之粒子)之情況下每單位時間之粒子，以及其他參數。 如本文中所使用，術語「固定」在相對於(例如)一捕獲試劑而使用時包含實質上將處於一分子水平之捕獲試劑附著至一表面。舉例而言，一捕獲試劑可使用吸附技術固定至基板材料之一表面，該等吸附技術包含非共價相互作用(例如，靜電力、凡得瓦力及疏水界面之脫水作用)及其中官能團或聯結物促進捕獲試劑至表面之附著之共價結合技術。使一捕獲試劑固定至一基板材料之一表面可係基於基板表面之性質、攜載捕獲試劑之介質及捕獲試劑之性質。在某些情形中，一基板表面可首先經修飾為具有結合至表面之官能團。該等官能團可然後結合至生物分子或者生物或化學物質以使生物分子或者生物或化學物質固定於其上。 術語「核酸」通常係指經由磷酸二酯鍵彼此連接之一組核苷酸且係指自然中存在之一天然核苷酸可連接之一天然核酸，諸如包括具有彼此連接之腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶及胸腺嘧碇中之任一者之去氧核苷酸之DNA及/或包括彼此連接之腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶及尿嘧啶中之任一者之核醣核苷酸之RNA。另外，非天然核苷酸及非天然核酸在本揭露之核酸之範疇內。實例包含肽核酸(PNA)、具有磷酸基之肽核酸(PHONA)、橋聯核酸/鎖核酸(BNA/LNA)及嗎啉基核酸。其他實例包含經化學修飾之核酸及核酸類似物，諸如甲基膦酸酯DNA/RNA、硫代膦酸酯DNA/RNA、胺基膦酸酯DNA/RNA及2’-O-甲基DNA/RNA。核酸包含可修飾之核酸。舉例而言，必要時，可標記一核酸中之一磷酸基團、一糖及/或一鹼。可使用用於此項技術中已知之核酸標記之任何物質來進行標記。物質之實例包含但不限於放射性同位素(例如，32P、3H及14C)、DIG、生物素、螢光燃料(例如，FITC、Texas、cy3、cy5、cy7、FAM、HEX、VIC、JOE、Rox、TET、Bodipy493、NBD及TAMRA)及發光物質(例如，吖啶酯)。 如本文中所使用之「適配體」係指結合至一特定標靶分子之寡核酸或肽分子。使用單股核酸(適配體)作為親和分子用於蛋白質結合之概念係基於在存在一標靶之情況下短序列摺疊為具有高親和力及特異性之結合標靶之獨特三維結構之能力。適配體可為針對結合至分子標靶之高親和力而選擇之寡核苷酸配體。 如本文中所使用之術語「抗體」係指免疫球蛋白家族中能夠以非共價方式、可逆地且以一特定方式結合一對應抗原之一多肽。舉例而言，一天然IgG抗體係包含由二硫鍵互連之至少兩條重(H)鏈及兩條輕(L)鏈之一四聚物。每一重鏈包含一重鏈可變區(在本文中縮寫為VH)及一重鏈恆定區。重鏈恆定區包含三個域：CH1、CH2及CH3。每一輕鏈包含一輕鏈可變區(在本文中縮寫為VL)及一輕鏈恆定區。輕鏈恆定區包含一個域CL。可將VH及VL區進一步細分成若干超變區(稱為互補決定區(CDR))與更保守之區域(稱為框架區(FR)二者間雜排列)。每一VH及VL包含三個CDR及四個FR，其自胺基端至羧基端按下列次序配置：FR1、CDR1、FR2、CDR2、FR3、CDR3及FR4。三個CDR構成可變域之約15%-20%。重鏈及輕鏈之可變區含有與一抗原相互作用之一結合域。抗體之恆定區可調介免疫球蛋白與宿主組織或因子(包括免疫系統之各種細胞(例如效應細胞)及經典補體系統之第一組分(C1q))之結合。 術語「抗體」包含但不限於單株抗體、人類抗體、人源化抗體、嵌合抗體及抗獨特型(抗Id)抗體(包含(例如)抗Id抗體至本發明實施例抗體)。該等抗體可具與任何同型物/類別(例如，IgG、IgE、IgM、IgD、IgA及IgY)或子類別(例如，IgG1、IgG2、IgG3、IgG4、IgA1及IgA2)。 術語「聚合物」意指由彼此重複地聯結之兩個或多於兩個建構組元(「mers」)構成之任何物質或化合物。舉例而言，一「二聚物」係其中兩個建構組元已結合在一起之一化合物。聚合物包含縮合聚合物及加成聚合物兩者。縮合聚合物之實例包含聚醯胺、聚酯、蛋白質、綿、絲、聚氨酯、纖維素及聚矽氧。加成聚合物之實例係聚乙烯、聚異丁烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯及聚苯乙烯。其他實例包含具有增強型電或光學性質(例如，一非線性光學性質)之聚合物，諸如導電性或光致折射聚合物。聚合物包含線性及支鏈聚合物兩者。例示性生物感測測試平台之 概述 圖1圖解說明根據某些實施例之可包含於一生物感測器測試平台100 中之組件之一概述。生物感測器測試平台100 包含一流體遞送系統102 、一感測器陣列104 及一控制器106 。流體遞送系統102 可將一或多個流體樣本遞送至一感測器陣列104 。控制器106 可用於將電訊號發送至感測器陣列104 及接收電訊號以執行一生物或化學感測器量測。控制器106 亦可用於將電訊號發送至流體遞送系統102 以(舉例而言)致動一或多個閥、泵浦及/或馬達。在另一實例中，可使用不同控制器來與流體遞送系統102 及感測器陣列104 通信。 流體遞送系統102 可包含經設計以將受控量之流體遞送至感測器陣列104 內之一或多個感測器之多種組件。每一流體可出於一不同目的而遞送。舉例而言，可遞送一第一流體以利用捕獲試劑使感測器陣列104 中之一或多個感測器之一表面功能化。可遞送一第二(及不同)流體以提供將由捕獲試劑捕獲之標靶試劑。可遞送其他流體以清洗感測器表面或提供用於執行感測器量測之一受控緩衝溶液。 流體遞送系統102 可包含用於保持將遞送至感測器陣列104 之各種流體之一或多個室。另外，流體遞送系統102 可包含用於將各種流體引導至流體遞送系統102 內或朝向感測器陣列104 之特定位置之流體通道之一網路。為控制流體之流動，流體遞送系統102 可包含一或多個閥、泵浦及/或馬達以提供流體上之一壓力差或力且致使流體流動。流體遞送系統102 之組件中之某些組件可為可易於處置且可易於替換的，從而允許使用相同流體遞送系統102 在不具有污染之情況下進行多個化學或生物測試。流體遞送系統102 可係具有其自身控制器之一手持式裝置。稍後參考圖6-9進一步詳細闡述包含經整合參考電極與流體施配器之一實例性流體遞送系統。 感測器陣列104 可包含一BioFET陣列，其中該陣列中之BioFET中之一或多者經功能化以偵測一特定標靶分析物。BioFET中之不同BioFET可使用不同捕獲試劑(用於偵測不同標靶分析物)而功能化。下文提供關於特定BioFET之一實例性設計及陣列化架構之一實例之進一步細節。 控制器106 可包含一或多個處理裝置(諸如一微處理器)，且可程式化以控制流體遞送系統102 及/或感測器陣列104 之操作。在某些實施例中，流體遞送系統102 及感測器陣列104 各自具有其自身可程式化控制器。下文將較詳細論述可自感測器陣列104 發送且由感測器陣列104 接收之電訊號。 首先提供關於感測器陣列104 之設計及操作之細節，後續接著提供關於一實例性流體測試平台之細節，該實例性流體測試平台利用一經整合參考電極與流體施配器來準確地將流體遞送至一感測器區且將一電位施加至流體樣本。因此，實例性流體測試平台可降低對流體施配器與參考電極之間的一對準之高準確性定位要求。此外，參考電極之自清潔可在不需要使用一清洗溶液之一額外清潔步驟之情況下藉由後續測試樣本而實現。雙閘極背側 FET 感測器 在某些實施例中，感測器陣列104 可包含一BioFET感測器陣列。BioFET感測器之一種實例性類型係一雙閘極背側FET感測器。雙閘極背側FET感測器利用半導體製造技術及生物捕獲試劑來形成陣列化感測器。雙閘極背側感測FET感測器具有兩個閘極電極，該兩個閘極電極中之每一者連接至一不同電節點。兩個閘極電極中之一第一者在本文中稱為一「前側閘極」，且兩個閘極電極中之第二者在本文中稱為一「背側閘極」。前側閘極及背側閘極兩者經組態使得在操作中，每一閘極可被充電及/或放電，從而各自藉此影響雙閘極背側感測FET感測器之源極/汲極端子之間的一電場。前側閘極係導電的、藉由一前側閘極介電質而與一通道區域分離，且經組態以藉由其耦合至之一電路而充電及放電。背側閘極藉由一背側閘極介電質而與通道區域分離，且包含放置於背側閘極介電質上之一經生物功能化感測層。背側閘極上之電荷量係是否已發生一生物辨識反應之一函數。在操作中，前側閘極經充電達介於電壓之一預定範圍內之一電壓。前側閘極上之電壓判定FET感測器之通道區域之一對應導電性。背側閘極上之電荷之一改變會改變通道區域之導電性。導電性之此改變指示一生物辨識反應。 FET感測器之一個優點係無標記操作之前景。特定而言，FET感測器使得能夠避免昂貴且耗時之標記操作，諸如用(舉例而言)螢光或放射性探針來標記一分析物。 參考圖2，圖解說明一例示性雙閘極背側感測FET感測器200 。雙閘極背側感測FET感測器200 包含形成於基板214 上方且藉由放置於基板214 上之一介入介電質215 與基板214 分離之一控制閘極202 。基板214 進一步包含一源極區域204 、一汲極區域206 及源極區域204 與汲極區域206 之間的一通道區域208 。在某些實施例中，基板214 具有介於約100 nm與約130 nm之間的一厚度。閘極202 、源極區域204 、汲極區域206 及通道區域208 可使用用以形成一FET之適合CMOS製程技術而形成。一隔離層210 放置於基板214 之與閘極202 相對之側上。在某些實施例中，隔離層210 具有約1 µm之一厚度。在本揭露中，基板214 之其上方放置有閘極202 之側稱為基板214 之「前側」。類似地，基板214 之其上放置有隔離層210 之側稱為「背側」。 一開口212 設置於隔離層210 中。開口212 可實質上與閘極202 對準。在其他實施例中，開口212 大於閘極202 且可在多個雙閘極背側感測FET感測器上方延伸。一界面層(未展示)可放置於通道區域208 之表面上之開口212 中。界面層可操作以提供用於定位一或多個受體及使一或多個受體固定以用於偵測生物分子或生物實體之一界面。下文提供關於界面層之進一步細節。 雙閘極背側感測FET感測器200 包含至汲極區域206 (Vd216 )、源極區域204 (Vs218 )、閘極結構202 (前側閘極220 )及/或主動區域208 (例如，背側閘極222 )之電接點。應注意，背側閘極222 不需要實體接觸基板214 或基板214 上方之任何界面層。因此，雖然一習用FET使用一閘極接點來控制源極與汲極之間的電晶體(例如，通道)之導電率，但雙閘極背側感測FET感測器200 允許形成於與FET裝置之閘極結構202 相對之一側上之受體控制導電率，而閘極結構202 提供用以控制導電率之另一閘極。在此雙閘極配置之情況下，雙閘極背側感測FET感測器200 可用於偵測開口212 周圍及/或開口212 中之環境中之一或多個特定生物分子或生物實體，如下文較詳細論述。 雙閘極背側感測FET感測器200 可連接至額外被動組件，諸如電阻器、電容器、電感器及/或熔絲。雙閘極背側感測FET感測器200 亦可連接至其他主動組件，包含P通道場效電晶體(PFET)、N通道場效電晶體(NFET)、金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、高壓電晶體及/或高頻率電晶體；其他適合組件；及/或其組合。進一步理解，雙閘極背側感測FET感測器200 中可添加額外構件，且針對雙閘極背側感測FET感測器200 之額外實施例，可替換或消除所闡述之該等構件中之某些構件。 參考圖3，圖解說明連接至位元線306 及字線308 之FET感測器304 之一例示性可定址陣列300 之一部分之一示意圖。注意，術語位元線及字線在本文中用於指示記憶體裝置中之陣列構造之類似物，然而，不存在記憶體裝置或一儲存陣列必定包含於陣列中之暗示。可定址陣列300 可類似於其他半導體裝置中所採用之陣列，諸如動態隨機存取記憶體(DRAM)陣列。舉例而言，上文參考圖2所闡述之雙閘極背側感測FET感測器200 可形成於一DRAM陣列中將發現一電容器之一位置中。示意圖300 僅為例示性的且將認識到，其他組態係可能的。 根據某些實施例，FET感測器304 可各自實質上類似於雙閘極背側感測FET感測器200 。FET302 經組態以提供FET感測器304 之一汲極端子與位元線306 之間的連接。以此方式，FET302 類同於一DRAM陣列中之存取電晶體。在某些實施例中，FET感測器304 係雙閘極背側感測FET感測器且各自包含由放置於一介電質層(其上覆於放置於一反應部位處之一FET主動區域上)上之一受體材料提供之一感測閘極及由放置於一介電質層(其上覆於FET主動區域上)上之一閘極電極(例如，多晶矽)提供之一控制閘極。 可定址陣列300 展示經設計以偵測由引入至FET感測器304 之生物分子或生物實體提供之小訊號改變之一陣列成型。使用位元線306 及字線308 之陣列化格式允許經減少數目個輸入/輸出墊，此乃因相同列或行中之不同FET之共同端子束縛在一起。放大器可用於增強訊號強度以改良具有示意圖300 之電路配置之裝置之偵測能力。在某些實施例中，當將電壓施加至特定字線308 及位元線306 時，將接通對應存取電晶體302 (例如，類似一切換器)。當相關聯FET感測器304 之閘極(例如，諸如雙閘極背側感測FET感測器200 之背側閘極222 )之電荷受生物分子存在影響時，FET感測器304 之一臨限電壓改變，藉此調變施加至背側閘極222 之一給定電壓之電流(例如，Ids )。電流(例如，Ids )或臨限電壓(Vt )之改變可用於指示對相關生物分子或生物實體之偵測。 參考圖4，呈現一例示性示意圖400 。例示性示意圖400 包含配置為可個別定址像素402 之一陣列401 之存取電晶體302 及FET感測器304 。陣列401 可包含任何數目個像素402 。舉例而言，陣列401 可包含128 × 128像素。其他配置可包含256 × 256像素或非正方形陣列，諸如128 × 256像素。 每一像素402 包含存取電晶體302 及FET感測器304 以及其他組件，該等其他組件可包含一或多個加熱器408 及一溫度感測器410 。在此實例中，存取電晶體302 係一n通道FET。一n通道FET412 亦可用作溫度感測器410 之一存取電晶體。在某些實施例中，FET302 與412 之閘極相連接，但此並非必需的。每一像素402 (及其相關聯組件)可使用行解碼器406 及列解碼器404 個別地定址。在某些實施例中，每一像素402 具有約10微米×約10微米之一大小。在某些實施例中，每一像素402 具有約5微米×約5微米之一大小或約2微米×約2微米之一大小。 行解碼器406 及列解碼器404 可用於控制n通道FET302 及412 之接通/關斷狀態。接通n通道FET302 會將一電壓提供至雙閘極背側感測FET感測器304 之一S/D區域。當FET感測器304 接通時，一電流Ids 流過FET感測器304 且可被量測。 加熱器408 可用於局部地增加一雙閘極背側感測FET感測器304 周圍之一溫度。加熱器408 可使用任何已知技術而構造，諸如在一高電流穿過其之情況下形成一金屬圖案。加熱器408 亦可為一熱電加熱器/冷卻器，如一帕耳帖(Peltier)裝置。加熱器408 可在特定生物測試期間用於(諸如)使DNA或RNA變性或為特定生物分子提供一結合環境。溫度感測器410 可用於量測雙閘極背側感測FET感測器304 周圍之局部溫度。在某些實施例中，可形成一控制環路以使用加熱器408 及自溫度感測器410 接收之回饋來控制溫度。在某些實施例中，加熱器408 可係允許像素402 內之組件之局部主動冷卻之一熱電加熱器/冷卻器。 參考圖5A，提供一實例性雙閘極背側感測FET感測器500 之一剖面。雙閘極背側感測FET感測器500 係上文先前所闡述之雙閘極背側感測FET感測器200 之一項實施方案。圖2之元件用圖2之元件編號標記且此處不再重複其說明。雙閘極背側感測FET感測器500 包含閘極202 、源極區域204 、汲極區域206 及通道區域208 ，其中源極區域204 及汲極區域206 形成於基板214 內。閘極202 、源極區域204 、汲極區域206 及通道區域208 形成一FET。應注意，圖5A之各種組件並非意欲按比例繪製且被擴大以便於可視化，如熟習此項技術者將理解。 在某些實施例中，雙閘極背側感測FET感測器500 耦合至金屬互連件502 之各種層，該等金屬互連件與各種經摻雜區域及形成於基板214 內之其他裝置電連接。金屬互連件502 可使用熟習此項技術者眾所周知之製作製程來製造。 雙閘極背側FET感測器500 可包含獨立於源極區域204 及汲極區域206 之一主體區域504 。主體區域504 可用於偏壓源極區域204 與汲極區域206 之間的主動區域208 中之一載子濃度。在某些實施例中，一負電壓偏壓可施加至主體區域504 以改良雙閘極背側FET感測器500 之敏感性。在某些實施例中，主體區域504 電連接至源極區域204 。在某些實施例中，主體區域504 電接地。 雙閘極背側FET感測器500 可耦合至基板214 內所製作之額外電路506 。電路506 可包含MOSFET裝置、電阻器、電容器及/或電感器以形成用以輔助雙閘極背側感測FET感測器500 之操作之電路。舉例而言，行解碼器406 及列解碼器404 可形成於電路506 中。電路506 可包含放大器、類比轉數位轉換器(ADC)、數位轉類比轉換器(DAC)、電壓產生器、邏輯電路及DRAM記憶體。額外電路506 之組件中之全部或某些組件可與雙閘極背側FET感測器500 整合於同一基板214 中。應理解，諸多FET感測器(各自實質上類似於雙閘極背側FET感測器500 )可整合於基板214 上且耦合至額外電路506 。在某些實施例中，額外電路506 之組件中之全部或某些組件設置於獨立於基板214 之另一半導體基板上。在某些實施例中，額外電路506 之某些組件與雙閘極背側FET感測器500 整合於同一基板214 中，且額外電路506 之某些組件設置於獨立於基板214 之另一半導體基板上。 仍參考圖5A之說明性實例，雙閘極背側感測FET感測器500 包含沈積於隔離層210 上方且沈積於通道區域208 上方之開口內之一界面層508 。在某些實施例中，界面層508 具有介於約20 Å與約40 Å之間的一厚度。界面層508 可係一高K介電質材料，諸如矽酸鉿、氧化鉿、氧化鋯、氧化鋁、五氧化二鉭、二氧化鉿-氧化鋁(HfO2 -Al2 O3 )合金或其任何組合。界面層508 可充當用於附著捕獲試劑之一支撐件，如稍後在針對於生物感測之章節中將較詳細地展示。一流體樣本512 提供於雙閘極背側感測FET感測器500 之反應部位上方，且一流體閘極510 置於流體樣本512 內。流體樣本512 可係含有捕獲試劑、標靶試劑、清洗溶液或者任何其他生物或化學物種之一緩衝溶液。 現在將闡述充當一pH感測器之雙閘極背側FET感測器500 之一實例性操作。簡要地，流體閘極510 用於提供至雙閘極背側感測FET感測器之「第二閘極」之一電接點。流體樣本512 提供於雙閘極背側感測FET感測器500 之反應部位上方，且流體閘極510 置於流體樣本512 內。溶液之pH與溶液中之氫離子[H+ ]之濃度有關。通道區域208 上方之界面層508 之表面附近之離子之累積會影響形成源極區域204 與汲極區域206 之間的一導電路徑之通道區域208 內之一反轉層之形成。此可藉由FET感測器之導電性之改變而量測。在某些實施例中，在閘極202 保持浮動時，流體閘極510 在感測期間用作電晶體之閘極。在某些實施例中，在閘極202 經偏壓處於一給定電位時，流體閘極510 在感測期間用作電晶體之閘極。舉例而言，在流體閘極510 經掃掠介於一電壓範圍之間時，閘極202 可取決於應用而經偏壓處於-2V與2V之間的一電位。在某些實施例中，在閘極202 於感測期間用作電晶體之閘極(例如，其電壓經掃掠跨越一電位範圍)時，流體閘極510 經偏壓處於一給定電位(例如，接地)。在某些實施例中，流體閘極510 可係可給流體樣本512 提供一穩定且已知電位之一參考電極。流體閘極510 可由鉑形成或可由在電化學分析中用於參考電極之其他常用材料形成。參考電極可係具有一穩定電位值之一Ag/AgCl電極。如下文詳細闡述，流體閘極510 之參考電極可係包含一經整合參考電極及一流體施配器之一設備之一部分，該流體施配器可將流體樣本512 遞送至雙閘極背側感測FET感測器500 之反應部位，從而在不需要進行額外定位志情況下，將由參考電極設定之一電位準確地施加至流體樣本512 。因此，設備可確保流體樣本512 與流體閘極510 之間的路徑之連續性。 圖5B展示溶液中結合至界面層508 之一表面之離子。界面層508 之一最頂部原子層繪示為各種[O- ]、[OH]及[OH2 + ]懸鍵。當離子在表面上累積時，總表面電荷會影響電晶體之臨限電壓。如本文中所使用，臨限電壓係一FET感測器之閘極與源極之間的形成FET感測器之源極與汲極之間的少數載子之一導電路徑所需之最小電位。總電荷亦與溶液之pH相關，此乃因正電荷之一較高累積表明一較低pH，而負電荷之一較高累積表明一較高pH。圖5C圖解說明因一n通道FET感測器中之不同pH值而產生的臨限電壓之一改變。整合的參考電極和流體施配器 參考圖5A中之實例性FET感測器圖解，在感測器表面上方遞送流體樣本512 以執行量測。如上文所闡述，降低對由流體施配器施加之流體樣本512 與與流體樣本512 流體接觸之流體閘極510 (例如，參考電極)之間的對準之高準確性定位要求係合意的。確保流體樣本512 與流體閘極510 (例如，參考電極)之間的流體接觸亦係合意的。 圖6圖解說明根據某些實施例之一系統600 之一實例。系統600 包含整合一參考電極604 及一流體施配器606 之一設備602 ，該流體施配器將流體樣本之一液滴608 遞送至一受測試裝置(DUT)610 且將一電位施加至液滴608 。系統600 可準確地對準流體施配器606 及參考電極604 。此外，參考電極604 之自清潔可在不需要使用一清洗溶液之一額外清潔步驟之情況下針對後續測試而實現。 在某些實施例中，系統600 包含一探針卡612 ，該探針卡經組態以固持流體施配器606 及參考電極604 使得流體施配器606 及參考電極604 隨著探針卡612 移動而一起移動。探針卡612 可係一電子測試系統(例如，控制器106 )與其上形成DUT610 之一裝置基板614 之間的一界面。 在某些實施例中，參考電極604 及流體施配器606 (以灰色所展示)一起整合。參考電極604 可係具有一穩定且已知電位之任何電極。參考電極604 之實例包含但不限於一Ag/AgCl參考電極、一Cu/Cu(II)參考電極、一Hg/Hg(II)電極、一飽和甘汞電極(SCE)、一標準氫電極(SHE)、一正規氫電極(NHE)、一可逆氫電極(RHE)、一動態氫電極(DHE)等。 在某些實施例中，參考電極604 包含一主體616 及一尖端618 。主體616 可係參考電極604 之一主要部分，其中藉由(舉例而言)與恆定濃度之反應物之一氧化還原反應而達到穩定且已知電極電位。舉例而言，主體616 可包含一金屬插塞620 及一填充溶液622 ，金屬插塞620 浸沒於填充溶液中。在某些實施例中，金屬插塞620 可藉由一帽蓋固持於主體616 之一端，使得金屬插塞620 之至少一部分保持處於填充溶液622 中，且填充溶液622 可含於一管(舉例而言，一玻璃或塑膠管)中。在Ag/AgCl參考電極之一實例中，金屬插塞620 可為銀(Ag)，且填充溶液622 可為取決於所要電極電位之各種濃度之氯化鉀(KCl)溶液。舉例而言，濃度介於自3 mol/kg (M)至飽和(＞ 3.5 M)之範圍內之一KCl溶液可在25℃下達到自+0.210 V至+0.197 V之一穩定電位。在Cu/Cu(II)參考電極之一實例中，金屬插塞620 可為銅(Cu)，且填充溶液622 可為硫酸銅(II) (Cu2 SO4 )溶液。舉例而言，一飽和Cu2 SO4 溶液可在25℃下達到+0.314 V之一穩定電位。 尖端618 可係參考電極604 之其中提供與填充溶液622 及流體樣本之液滴608 兩者接觸之一接面之一部分。在填充溶液622 與液滴608 之間可經由接面而實現離子傳導性，使得參考電極604 之穩定且已知電位可施加至液滴608 。在某些實施例中，尖端618 包含一熔塊624 經組態以在填充溶液622 與液滴608 之間形成一電路徑(例如，離子傳導性)。熔塊624 可由一多孔玻璃(例如，維柯(Vycor)玻璃)製成。在某些實施例中，除一多孔玻璃外，熔塊624 可由除一多孔玻璃之外的一材料製成且可經組態以防止填充溶液622 洩露至液滴608 中，亦即，一防漏或無洩漏熔塊。應瞭解，在某些實施例中，尖端618 可包含一隔膜、一膜片或可允許填充溶液622 與液滴608 之間的離子傳導性之任何其他適合結構。 在某些實施例中，流體施配器606 藉由至少部分地環繞參考電極604 之尖端618 而與參考電極604 整合在一起。流體施配器606 包含一入口626 、一室628 及一出口630 。流體施配器606 經組態以將一流體樣本自入口626 接收至室628 。流體樣本可係含有捕獲試劑、標靶試劑、清洗溶液或者任何其他生物或化學物種之一緩衝溶液。流體施配器606 進一步經組態以透過出口630 形成液滴608 。室628 可係可在將流體樣本施配至DUT610 上之前保持流體樣本的流體施配器606 之主要部分。入口626 及出口630 中之每一者可係形成室628 之一各別端上或連接至室628 之一各別端之一或多個開口。在某些實施例中，透過其形成液滴608 之出口630 環繞參考電極604 之尖端618 。上文所闡述設計可確保透過流體施配器606 之出口630 而形成之液滴608 與參考電極604 之尖端618 流體接觸。因此，藉由參考電極604 而判定之已知電位亦可與液滴608 相關聯。 在某些實施例中，探針卡612 包含具有一開口之一印刷電路板(PCB)632 ，設備602 可插入該開口中。在某些實施例中，PCB632 之尺寸可為130 cm × 115 cm × 0.3 cm (長度×寬度×厚度)。探針卡612 在開口中包含一環634 且經組態以使設備602 銜接於探針卡612 中之一所要位置處。探針卡612 亦包含經組態以在一電子測試系統(例如，控制器106 )與裝置基板614 上之DUT610 之間提供一電路徑之接點元件，諸如焊料636 及端子接腳638 。探針卡612 亦包含經組態以使探針卡612 在平行於裝置基板614 之一平面中以及在垂直於裝置基板614 之一方向上移動之移動機制(未展示)。當整合參考電極604 及流體施配器606 之設備602 銜接於探針卡612 中時，探針卡612 可使設備602 移動至DUT610 上方之精確位置以供在一所要位置處遞送液滴608 。如上文所闡述，根據某些實施例，液滴608 與參考電極604 之尖端618 之間的流體接觸同時可藉由配置至少部分地環繞參考電極604 之尖端618 之流體施配器606 而實現。因此，即使在自流體施配器606 遞送一相對少量之流體樣本之情況下，亦可實現液滴608 與參考電極604 之間的流體連續性。舉例而言，設備602 所施配之液滴608 之體積可小於100 nL，諸如，舉例而言，介於約50 nL與約100 nL之間。 一旦液滴608 置於DUT610 上，便形成液滴608 與DUT610 (例如，本揭露中所闡述之任一感測器或任何其他適合感測器)之間的流體接觸。因此，在DUT610 之測試期間液滴608 中可維持藉由參考電極604 而判定之一穩定且已知電位。 圖7A及圖7B分別圖解說明根據某些實施例之包含一經整合參考電極701 及一流體施配器702 之一例示性設備700 之一透視圖及一剖面圖。在某些實施例中，參考電極701 係包含一電極主體704 及一電極尖端706 之一Ag/AgCl參考電極。電極主體704 包含一銀插塞708 及作為一填充溶液之一KCl電解質710 。銀插塞708 可透過一帽蓋712 插入且固持於其中含有KCl電解質710 之一玻璃或塑膠管之頂部上。銀插塞708 之一上部部分可充當或連接至一電端子714 ，該電端子係參考電極701 之電輸入。一氯化銀(AgCl)層716 由於銀插塞708 與KCl電解質710 之間的一反應而形成於浸沒於KCl電解質710 中之銀插塞708 之一表面部分上。 電極尖端706 包含一熔塊718 ，該熔塊經組態以在KCl電解質710 與藉由流體施配器702 而形成的流體樣本之一液滴720 之間形成一電路徑(例如，離子傳導性)。在某些實施例中，熔塊718 係可防止KCl電解質710 洩漏至液滴720 中以避免污染流體樣本之一防漏或無洩漏熔塊。熔塊718 可插入至含有KCl電解質710 之一玻璃或塑膠管之一敞開端。在某些實施例中，熔塊718 之直徑可為約1 mm，且熔塊718 之高度可為約3 mm。 在某些實施例中，如圖7A中所展示，流體施配器702 完全地環繞參考電極701 之電極尖端706 。流體施配器702 包含一入口722 、一室724 及一出口726 。入口722 可係可將室724 連接至一外部流體樣本源(例如，一貯存器或一注射泵浦)之一管或任何流體連接器。因此，流體樣本可經由入口722 施加至室724 中。在某些實施例中，施加至室724 中之流體樣本之流率介於約5 uL/s與約100 uL/s之間，諸如20 uL/s。室724 形成於一外殼728 與參考電極701 之一外側表面之間。在某些實施例中，室724 之剖面(沿徑向方向)具有一環形形狀。在某些實施例中，流體施配器702 之外殼728 之直徑介於約2 mm與約5 mm之間，諸如5 mm，且外殼728 之高度介於約30 mm與約100 mm之間，諸如65 mm。出口726 形成於室724 之一端處或連接至室724 之一端。液滴720 藉由施加至儲存於室724 中之流體樣本之重力及/或外部壓力透過出口726 而形成。在某些實施例中，流體施配器702 中可包含用以控制出口726 之一開口之一機構(例如，一門)。液滴720 之體積可受流體施配器702 控制。在某些實施例中，液滴720 之體積可小於100 nL，諸如介於約50 nL與約100 nL之間。 在操作中，液滴720 透過流體施配器702 之出口726 而形成且處於一感測器730 上。液滴720 與參考電極701 之電極尖端706 (例如，熔塊718 )及感測器730 兩者流體接觸。液滴720 亦與藉由參考電極701 而判定之已知參考電位(例如，當KCl電解質710 之莫耳濃度為3 M時，在25℃下為+0.210 V)相關聯。感測器730 可係本揭露中所闡述之任何感測器。亦應瞭解，感測器730 可係利用具有一穩定參考電位之一流體樣本而測試之任何其他適合感測器。換言之，設備700 之應用不限於本揭露中所闡述之感測器，而是可擴展至任何適合感測器，諸如但不限於電流式感測器、電位式感測器及伏安式感測器。 圖8A-8D圖解說明根據某些實施例之包含經整合參考電極與流體施配器之各種例示性設備之剖面。如上文所闡述，流體施配器606 藉由至少部分地環繞參考電極604 之尖端618 而與參考電極604 一起整合於設備602 中。應瞭解，「至少部分地環繞」之意義可囊括不同方式，諸如圖8A-8B中所展示之實例。 在圖8A中，流體施配器完全地環繞參考電極之尖端802 。流體施配器之一室804 之一剖面(沿徑向方向)具有一環形形狀。在某些實施例中，流體施配器之出口可具有一單個環形開口。在某些實施例中，流體施配器之出口可包含沿一圓圈配置於室804 之一端處之複數個開口。在某些實施例中，室804 之剖面可沿軸向方向在不同高程處變化。在某些實施例中，室804 可僅朝向流體施配器之底部環繞參考電極。亦即，參考電極可不朝向流體施配器之頂部擴展。 在圖8B中，流體施配器環繞參考電極之尖端802 。不同於圖8A中之實例，流體施配器之室806 之剖面(沿徑向方向)不限於一環形形狀。在某些實施例中，室806 之外表面具有一卵形形狀，且室806 之內表面具有一圓形形狀。在某些實施例中，流體施配器之出口可具有呈與室806 之剖面相同之一平面形狀之一單個開口。在某些實施例中，流體施配器之出口可包含在室806 之一端處環繞參考電極之尖端802 之複數個開口。 在圖8C中，流體施配器完全地環繞參考電極之尖端802 。不同於圖8A中之實例，流體施配器之室808 之剖面(沿徑向方向)不限於一環形形狀。在某些實施例中，室808 之外表面具有一正方形形狀，且室808 之內表面具有一圓形形狀。在某些實施例中，流體施配器之出口可具有呈與室808 之剖面相同之一平面形狀之一單個開口。在某些實施例中，流體施配器之出口可包含在室808 之一端處環繞參考電極之尖端802 之複數個開口。 不同於圖8A-8C中之實例，在圖8D中，流體施配器部分地環繞參考電極之尖端802 。應瞭解，儘管流體施配器之室810 之剖面(沿徑向方向)圖解說明為一部分環形形狀，但在某些實施例中，部分地環繞參考電極之尖端802 之流體施配器之室之剖面可為任何形狀。亦應瞭解，圖8A-8D中所展示之實例係僅出於說明性目的且不限制設備602 之設計。設備602 可以任何適合方式整合參考電極604 及流體施配器606 ，只要流體施配器606 部分地環繞參考電極604 之尖端618 即可。 圖9圖解說明根據某些實施例之包含用於感測器表徵之經整合參考電極與流體施配器之另一例示性設備900 。設備900 中之參考電極包含具有一金屬插塞904 及一填充溶液906 之一主體902 。參考電極亦包含具有一熔塊910 之一尖端908 。 在圖6及圖7中所圖解說明之實施例中，流體施配器為沿軸向方向具有均勻直徑之一圓柱體。圖6及圖7之實施例中之流體施配器之出口與參考電極之尖端之底部表面齊平。在某些實施例中，設備900 之流體施配器包含一施配器主體912 及一施配器尖端914 。施配器主體912 為一圓柱體，且施配器尖端914 實質上為一圓錐體。如圖9中所展示，一入口916 連接至施配器主體912 之一端或形成於施配器主體912 之一端處，且一出口918 形成於施配器尖端914 之一尖端處。施配器主體912 之外殼與參考電極之間的一第一空間流體連接至施配器尖端914 內之一第二空間。第一及第二空間一起形成流體施配器之一室920 。因此，根據某些實施例，流體施配器之出口918 不與參考電極之尖端908 之底部表面齊平，而是處於參考電極之尖端908 之底部表面下方。由於施配器尖端914 朝向出口918 變得愈來愈窄，因此流體樣本之一液滴922 (舉例而言，與圖6及圖7中之實例相比，具有一較小體積)可由設備900 施配。然而，類似圖6及圖7中之實例，在圖9中，流體施配器環繞參考電極之尖端908 以確保透過出口918 而形成之液滴922 與參考電極之尖端908 流體接觸(例如，經由填充於施配器尖端914 內之第二空間中之流體樣本)。在某些實施例中，液滴922 亦與一基板926 上之一感測器924 流體接觸。 參考圖10，呈現一實例性方法1000 。方法1000 可由系統600 執行以將流體樣本之一液滴遞送至一感測器之一表面且將一電位自一參考電極施加至液滴。方法1000 中未圖解說明之與流體處置及電量測相關之其他操作可在方法1000 之所圖解說明操作之前、在所圖解說明操作之間或在所圖解說明操作之後執行。方法1000 之各種操作可以不同於下文所闡述之一次序執行。 在方塊1002 處，藉由一探針卡而固持整合一流體施配器及一參考電極之一設備。流體施配器可藉由至少部分地環繞參考電極之尖端而與參考電極整合在一起。經整合流體施配器與參考電極可藉由PCB處之一開口中之一環而銜接於探針卡之PCB中。 在方塊1004 處，移動探針卡，使得經整合流體施配器與參考電極一起移動至一感測器上方之一位置。探針卡之移動以及經整合流體施配器與參考電極可處於平行於形成感測器之基板之一平面中且在垂直於基板之一方向上。 在方塊1006 處，將一電位施加至參考電極。取決於參考電極(例如，金屬插塞及填充溶液)之類型，在參考電極之主體處可達到一穩定且已知參考電極電位。 在方塊1008 處，將一流體樣本自流體施配器之一入口施加至流體施配器之一室中，流體施配器部分地環繞參考電極之尖端。流體樣本可係含有捕獲試劑、標靶試劑、清洗溶液或者任何其他生物或化學物種之一緩衝溶液。 在方塊1010 處，透過流體施配器之一出口而形成流體樣本之一液滴，使得液滴與參考電極之尖端及感測器兩者流體接觸且與施加至參考電極之電位相關聯。液滴之大小及/或形狀可藉由流體施配器之室及/或出口之設計而判定。液滴之大小及/或形狀亦可基於流體樣本被透過出口推出時之(諸如，舉例而言)壓力、持續時間、間隔等為何而判定。液滴之體積可小於約100 nL，諸如介於約50 nL與約100 nL之間。 可執行其他操作以為一測定之每一階段提供完全流體遞送。舉例而言，在方塊1010 之後，可將另一流體樣本自入口施加至流體施配器之室中以替換室中之先前流體樣本。然後可透過流體施配器之出口形成新流體樣本之另一液滴。由於流體施配器與參考電極之整合，因此每當一新流體樣本施加至流體施配器中且形成與參考電極之尖端流體接觸之一新液滴時，參考電極(例如，尖端)便藉由新流體樣本而自動清潔而不需要使用一清洗溶液之一清潔步驟。亦即，參考電極之自清潔可基於經整合流體施配器與參考電極而實現。化學、生物學及界面 本揭露之設備、系統及方法可用於遞送用於偵測及/或監測各種實體之間的相互作用之各種流體。此等相互作用包含用以偵測一測試樣本中之標靶分析物之生物及化學反應。作為一實例，可監測包含物理、化學、生物化學或生物轉化作用之反應以偵測中間產物、副產物、產物及其組合之產生。另外，本揭露之設備、系統及方法可用於偵測各種測定中之此等反應，如本文中所闡述，包含但不限於液體生檢及螯合測定中所使用之循環腫瘤細胞測定，以偵測重金屬及其他環境污染物之存在。此等測定及反應可以一單個格式或以一陣列格式監測以偵測(例如)多種標靶分析物。利用 DGBSS FET 感測器之生物 感測實施例 參考圖11，使用上文在圖5中所闡述之雙閘極背側感測FET感測器執行一實例性生物感測測試。一探針DNA1104 (一捕獲試劑之一實例)經由一聯結分子1102 結合至界面層508 。聯結分子1102 可具有結合至界面層508 之一部分之一反應性化學基團。聯結分子之一實例包含硫醇。聯結分子亦可經由界面層508 之表面之矽烷化或藉由使界面層508 之表面暴露於氨(NH3 )電漿以在表面上形成反應性NH2 基團而形成。矽烷化製程涉及使界面層508 之表面循序暴露於不同化學物質以在界面層508 之表面上構建共價-結合之分子，如熟習此項技術者通常將理解。探針DNA1104 表示單股DNA。根據某些實施例，圖11中所圖解說明之雙閘極背側感測FET感測器係將存在於一晶片上之一感測器陣列內之一個FET。 探針DNA1104 可在使FET感測器經受一流體樣本1101 之前固定於界面層508 上。流體樣本1101 可使用系統600 遞送至FET感測器之表面。流體樣本1101 可包含強結合至其匹配探針DNA1104 之匹配單股DNA序列1106 。額外DNA之結合增加界面層508 上存在之負電荷且直接處於FET感測器之通道區域208 上方。 圖12A中概念性地圖解說明DNA結合。此處，具有一核酸序列TCGA之探針DNA結合至具有核酸序列AGCT之其互補匹配股。任何不匹配序列將不與探針DNA序列雜合。匹配DNA之結合增加構建於界面層508 之界面處之負電荷。在圖12A中所圖解說明之實例中，界面層508 為氧化鉿。 圖12B圖解說明在匹配DNA結合至界面層508 之表面時雙閘極背側感測FET感測器之臨限電壓之一移位。簡要地，將電壓施加至參考電極，直至FET感測器「接通」且電流在汲極區域206 與源極區域204 之間為止。參考電極可由如圖6-9中所闡述之參考電極表示。當界面層508 處因互補DNA結合而存在較多負電荷時，在通道區域208 內形成導電性反轉層需要一較高電壓。因此，根據某些實施例，在FET感測器導電且Ids 電流流動之前，可將一較高電壓施加至參考電極。臨限電壓之此差異可被量測並用於判定標靶匹配DNA序列之存在及其濃度。應理解，界面層508 處之一淨正累積電荷將致使臨限電壓減少而非增加。另外，如與一p通道FET相比，臨限電壓之改變針對一n通道FET將具有相反符號。 參考圖13，使用雙閘極背側感測FET感測器執行另一實例性生物感測測試。探針抗體1304 (捕獲試劑之另一實例)經由聯結分子1302 結合至界面層508 。聯結分子1302 可具有結合至界面層508 之一部分之一反應性化學基團。一流體樣本1301 可提供於探針抗體1304 上方以判定流體樣本1301 內是否存在匹配抗原。流體樣本1301 可使用系統600 遞送至FET感測器之表面。 參考圖14，圖解說明匹配之抗原與探針抗體1304 之結合製程。此處，匹配抗原將結合至經固定探針抗體，而不匹配抗原將不進行結合。類似於上文所闡述之DNA雜合製程，匹配抗原將改變界面層508 處存在之累積電荷。以實質上與上文參考圖12B已論述之方式相同之方式量測臨限電壓因來自結合至探針抗體之匹配抗體之累積電荷而發生之移位。 本文中闡述包含經整合參考電極與流體施配器之一設備之實施例。根據某些實施例，該設備包含一參考電極及一流體施配器。該參考電極包含一主體及一尖端。該流體施配器至少部分地環繞該參考電極之該尖端且包含一入口、一室及一出口。該流體施配器經組態以將一流體樣本自該入口接收至該室且透過該出口而形成該流體樣本之一液滴，使得該液滴與該參考電極之該尖端流體接觸且與藉由該參考電極而判定之一已知電位相關聯。 根據某些實施例，一種系統包含一參考電極、一流體施配器及一探針卡。該參考電極包含一主體及一尖端。該流體施配器至少部分地環繞該參考電極之該尖端且包含一入口、一室及一出口。該流體施配器經組態以將一流體樣本自該入口接收至該室且透過該出口而形成該流體樣本之一液滴，使得該液滴與該參考電極之該尖端流體接觸且與藉由該參考電極而判定之一已知電位相關聯。該探針卡經組態以固持該流體施配器及參考電極，使得該流體施配器及參考電極隨著探針卡移動而一起移動。 根據某些實施例，方法包含將一電位施加至包含一主體及一尖端之一參考電極。該方法亦包含將一流體樣本自一流體施配器之一入口施加至該流體施配器之一室中。該流體施配器至少部分地環繞該參考電極之該尖端。該方法進一步包含：透過該流體施配器之一出口而形成該流體樣本之一液滴，使得該液滴與該參考電極之該尖端流體接觸且與施加至該參考電極之該電位相關聯。 應瞭解，實施方式部分(而非發明摘要部分)意欲用於解釋申請專利範圍。發明摘要部分可陳述如發明人所預期之本揭露之一或多個但並非全部例示性實施例，且因此並不意欲以任何方式限制本揭露及隨附申請專利範圍。 應理解，本文中之措辭或術語係出於說明目的且並非為限制性的，使得熟習此項技術者將依據教示及指導而解釋本說明書之術語或措辭。 因此，本揭露之廣度及範疇不應受上文所闡述之例示性實施例中之任一者限制，而應僅根據隨附申請專利範圍及其等效內容來定義。
100‧‧‧生物感測器測試平台
102‧‧‧流體遞送系統
104‧‧‧感測器陣列
106‧‧‧控制器
200‧‧‧例示性雙閘極背側感測場效電晶體感測器/雙閘極背側感測場效電晶體感測器
202‧‧‧控制閘極/閘極/閘極結構
204‧‧‧源極區域
206‧‧‧汲極區域
208‧‧‧通道區域/主動區域
210‧‧‧隔離層
212‧‧‧開口
214‧‧‧基板
215‧‧‧介入介電質
216‧‧‧Vd
218‧‧‧Vs
220‧‧‧前側閘極
222‧‧‧背側閘極
300‧‧‧例示性可定址陣列/可定址陣列/示意圖
302‧‧‧場效電晶體/存取電晶體/n通道場效電晶體
304‧‧‧場效電晶體感測器/相關聯場效電晶體感測器/雙閘極背側感測場效電晶體感測器
306‧‧‧位元線
308‧‧‧字線
400‧‧‧例示性示意圖
401‧‧‧陣列
402‧‧‧可個別定址像素/像素
404‧‧‧列解碼器
406‧‧‧行解碼器
408‧‧‧加熱器
410‧‧‧溫度感測器
412‧‧‧n通道場效電晶體/場效電晶體
500‧‧‧實例性雙閘極背側感測場效電晶體感測器/雙閘極背側感測場效電晶體感測器/雙閘極背側場效電晶體感測器
502‧‧‧金屬互連件
504‧‧‧主體區域
506‧‧‧額外電路/電路
508‧‧‧界面層
510‧‧‧流體閘極
512‧‧‧流體樣本
600‧‧‧系統
602‧‧‧設備
604‧‧‧參考電極
606‧‧‧流體施配器
608‧‧‧液滴
610‧‧‧受測試裝置
612‧‧‧探針卡
614‧‧‧裝置基板
616‧‧‧主體
618‧‧‧尖端
620‧‧‧金屬插塞
622‧‧‧填充溶液
624‧‧‧熔塊
626‧‧‧入口
628‧‧‧室
630‧‧‧出口
632‧‧‧印刷電路板
634‧‧‧環
636‧‧‧焊料
638‧‧‧端子接腳
700‧‧‧例示性設備/設備
701‧‧‧經整合參考電極/參考電極
702‧‧‧流體施配器
704‧‧‧電極主體
706‧‧‧電極尖端
708‧‧‧銀插塞
710‧‧‧KCl電解質
712‧‧‧帽蓋
714‧‧‧電端子
716‧‧‧氯化銀(AgCl)層
718‧‧‧熔塊
720‧‧‧液滴
722‧‧‧入口
724‧‧‧室
726‧‧‧出口
728‧‧‧外殼
730‧‧‧感測器
802‧‧‧尖端
804‧‧‧室
806‧‧‧室
808‧‧‧室
810‧‧‧室
900‧‧‧例示性設備/設備
902‧‧‧主體
904‧‧‧金屬插塞
906‧‧‧填充溶液
908‧‧‧尖端
910‧‧‧熔塊
912‧‧‧施配器主體
914‧‧‧施配器尖端
916‧‧‧入口
918‧‧‧出口
920‧‧‧室
922‧‧‧液滴
924‧‧‧感測器
926‧‧‧基板
1101‧‧‧流體樣本
1102‧‧‧聯結分子
1104‧‧‧探針DNA/匹配探針DNA
1106‧‧‧匹配單股DNA序列
1301‧‧‧流體樣本
1302‧‧‧聯結分子
1304‧‧‧探針抗體
當連同附圖一起閱讀時，自以下詳細說明最佳地理解本揭露之態樣。應注意，根據工業中之標準方法，各種構件未按比例繪製。實際上，為論述之清晰起見，可任意地增加或減小各種構件之尺寸。 圖1係根據某些實施例之圖解說明一生物感測器測試平台之組件之一圖式。 圖2係根據某些實施例之一例示性雙閘極背側感測FET感測器之一剖面圖。 圖3係根據某些實施例之經組態呈一例示性可定址陣列之複數個FET感測器之一電路圖。 圖4係根據某些實施例之雙閘極FET感測器及加熱器之一例示性可定址陣列之一電路圖。 圖5A係根據某些實施例之一例示性雙閘極背側感測FET感測器之一剖面圖。 圖5B及圖5C圖解說明根據某些實施例之使用雙閘極背側感測FET感測器作為一pH感測器。 圖6圖解說明根據某些實施例之包含用於感測器表徵之一經整合參考電極及一流體施配器之一例示性系統。 圖7A及圖7B分別圖解說明根據某些實施例之包含經整合參考電極與流體施配器之一例示性設備之一透視圖及一剖面圖。 圖8A-8D圖解說明根據某些實施例之各自包含一經整合參考電極及一流體施配器之各種例示性設備之剖面。 圖9圖解說明根據某些實施例之包含用於感測器表徵之一經整合參考電極及一流體施配器之另一例示性設備。 圖10係根據某些實施例之使用包含一經整合參考電極及一流體施配器之設備之一例示性方法之一流程圖。 圖11係根據某些實施例之偵測DNA之一例示性雙閘極背側感測BioFET之一剖面圖。 圖12A圖解說明根據某些實施例之一受體表面上之DNA之結合機制。 圖12B圖解說明根據某些實施例之基於所匹配分析物結合之例示性雙閘極背側感測BioFET之臨限電壓之一改變。 圖13係根據某些實施例之其感測層上固定有抗體之一例示性雙閘極背側感測BioFET之一剖面圖。 圖14圖解說明根據某些實施例之一受體表面上之抗原與抗體之結合機制。

Claims (1)

  1. 一種設備，其包括： 一參考電極，其包括一主體及一尖端；及 一流體施配器，其至少部分地環繞該參考電極之該尖端且包括一入口、一室及一出口，其中該流體施配器經組態以將一流體樣本自該入口接收至該室且透過該出口而形成該流體樣本之一液滴，使得該液滴與該參考電極之該尖端流體接觸且與藉由該參考電極而判定之一已知電位相關聯。
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