CN101516513A - 双面流体构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流体构件，其特征在于，包括：由可被蚀刻的材料形成的至少一个衬底(32)和用于所述材料的蚀刻停止层(34)；用于检测流体的特性和/或用于激活所述流体且提供在所述蚀刻停止层的第一侧上的装置(38)；以及用于接收所述流体的装置(40)，其形成在该衬底中且提供在蚀刻停止层的第二侧上。

Description

双面流体构件
技术领域
本发明涉及流体构件领域，特别适用于生物分析装置。
背景技术
本发明使得首先有可能改进与MEMS功能和微电子功能相关的流体构件，如应用集成APS-CMOS技术(APS表示有源像素传感器)的毛细构件的制造，其次使得有可能改进这样的构件的集成和包装；其有利于实施、系统集成和应用。
本发明可特别应用于这样的流体构件中，其首先具有深的结构(储罐和/或毛细管和/或构件的封闭口)，其次具有电极结构。
CMOS技术制造的APS构件，例如从F.Mallard等的文献中可获知，其发表在“Biosensors and Bioelectronics”，2005年，第20卷，第1813-1820页中。
APS芯片包括有源区，其自身包括完全或部分地由电子处理微电子电路区包围的像素矩阵。所述区由电接触区包围。
因此，这些接触位于该构件的边缘上(在1、或2、或3或4个侧面上)。像素由有源区(光检测器)和用于预处理信号的电子功能区构成。因此，检测矩阵的检测表面区域(光检测器的所有表面区域的总和)的填充因数显著低于100％。
为了简化，以下仅对这样的芯片进行最小限度的描述。换句话说，仅对像素的有源区、光检测器和利用钝化材料(这里是氧化硅)沉积的电接触拾取(pick-up)区进行描述。
图1示出了相关的工艺堆叠(technological stacking)的剖视图。该图描绘的是单个检测器的结构，而不是检测器矩阵。
该图示出了中央区2，在其边缘处，接触4由覆盖有钝化(氧化物)层5的金属衬垫构成。这些衬垫的去钝化部分(图中未示出)使得能够拾取电接触。中间区6通常由用于电子处理来自中央检测区2的信号的功能元件(functions)构成。
为了将这种技术集成在流体构件中，可以采用如图2所述的原理。
芯片粘接于存储薄膜(memory film)支撑件12(PCB类型)，该存储薄膜支撑件包括两个金属水平：每个面上为一个金属水平，并包括使这两个面能够接触的通孔水平14。
形成与存储薄膜12的连通接触件16以拾取芯片的电接触。在整个这种连接上方沉积钝化树脂18并进行交联，以保护该构件的所有电部件(芯片上的接触件、连接线和存储薄膜的电表面)。
载有(或承载，bearing)该芯片的存储薄膜与帽(或罩，cap)20组装，其包括流体结构以形成流体腔，转移到该构件上。
这样的组件具有某些问题。
从构件的流体学角度出发，控制保护树脂18的沉积区是首要问题。
事实上，目的在于，该树脂覆盖全部金属表面，同时在芯片表面上却具有最小分布，否则会侵蚀有源区。
实践中，在这些接触和芯片的有源区之间需要设置至少500μm的缓冲区。这意味着芯片上大量的空间丧失。
另外，在芯片存储薄膜组件12的表面上方的树脂18的厚度是并非完全可重现的参数。这导致对该构件的流体深度的附加限制。这种限制显著地限制了对于减小流体腔体积的任何努力。
同样，对帽的转移的实施，意味着在所述帽和检测芯片的支撑件之间存在着转移区13，转移区必须密封，这导致对腔室的额外加宽。
由于树脂18的蔓延，形成钝化的非完全可重复特性，使得不能良好控制在该构件中流动的流体，并在这些构件的角落处施加有例如死区(dead zone)。
流体部件的体积(实际上定义为构造在帽20中的深度“p”)难以再现。此外，在该帽中难以形成小于几百μm，例如300μm的深度“p”。
以上事实，即引发流动微扰和芯片上的液体管脉厚度变化的流体环境的非可重现性，对于生物芯片(尤其是具有多个功能化区域的生物芯片)上的杂交作用的均匀性是有害的。
最后，该组件结构，在生物反应室中，强加有树脂或聚合物，它们的性质在开发生物方案中必须加以考虑。
组装之前的功能化(例如，通过生物探针)也造成一个问题。在芯片表面上存在金属(如电接触拾取衬垫)，同样使得应用氧化或还原步骤(用碱和酸)的任何生物功能化方案不可用。
A.M.Jorgensen等的文献(Sensors and actuators，B，90，2003，15-21)描述了在硅衬底背面上形成一个或多个光检测器，包括在该衬底的正面上的流体结构。另外，关于构件的流体连接，在其中形成检测器的电接触的一侧上实施穿透蚀刻(through etching)。这种蚀刻使得可以提供通向衬底正面的流体的通路。因此，在该衬底的背面上，具有检测器的接触衬垫，以及流体穿孔或通孔以形成流体构件的输入和输出。
在该文献中，该构件的流体部件形成在350μm厚的衬底上并且深度范围为72μm±4μm(例如蚀刻60min)。因此，在该流体部件下方保留有大约278μm的硅厚度。
形成的检测器收集来自该构件的流体部件的通过光子吸收而形成的电子空穴对。
如果是硅吸收，那么这些电子空穴对在该流体部件下方的大约10μm厚的层中形成。这些电子空穴对通过在该构件的背面中所形成的接点(iunction)而收集。因此，它们在由接点收集之前必须通过高厚度的硅(262μm)。
为了避免电子空穴对的再结合(或复合，recombination)，在该文献中依赖于利用具有高电阻率(＞500Ω·cm)的硅衬底。另外，如果在该衬底内要通过较大距离，那么光检测器则不能随意增加密度。例如，该文献的图4示出了1×2cm2的芯片，其具有9个电接触拾取，这意味着在该芯片上最多有4个检测器。
因此，在该文献中使用的光检测器技术是非典型的，并且仅能够形成一个构件，而导致某些局限性。
因此，提出了寻找另一种不具有这样的缺陷的装置的问题。
此外，在芯片切割之前，形成APS芯片(一般为CMOS)的最终步骤，通常为薄化衬底的步骤的实施，以便于包装步骤。衬底薄化为达到在例如700μm和100μm之间的厚度。
此外还寻找一种结构，以及一种能够形成该结构的方法，其中不会导致由转移技术的实施、尤其是流体相对于有源表面的对准(或校准，alignment)而造成的问题。
发明内容
本发明涉及一种芯片或一种流体构件或一种分析设备，包括：
-由可被蚀刻的材料形成的至少一个衬底、以及用于所述材料的蚀刻停止层(etch stop layer)，所述层具有第一和第二侧；
-用于检测流体的至少一种特性和/或用于激活所述流体的装置，该装置形成在所述蚀刻停止层的第一侧上，；
-用来接收(或容纳，receive)所述流体的流体部件，其形成在衬底中，位于蚀刻停止层的第二侧上。
用于检测流体的至少一种特性和/或用于激活所述流体的装置形成在蚀刻停止层的第一侧上：所述装置的一个和/或另一个可以形成在蚀刻停止层之中或之上，或者形成在位于该停止层上的一个层之中或之上。
用于检测流体特性的装置是指这样的装置，其使得可以表征所述流体的一种或多种物理和/或化学特性，例如温度、和/或光子活性、和/或pH、和/或盐度、和/或电化学势等。
用于激活流体的装置表示这样的装置，其使得可以改变所述流体的一种或多种物理和/或化学特性，例如，用于加热、和/或搅拌和/或照亮(lighting)该流体的装置。
根据本发明，包括停止层的构件的一个面，例如APS芯片的背面，用来在衬底的至少一部分中形成该装置的流体部件，而在其他情况下根据已知技术其被除去。该流体部件以及检测和/或激活部件由停止层隔开。所述停止层消除了流体部件和检测和/或激活部件之间的任何流体循环或连通。
根据本发明的构件进一步包括封闭该流体部件的帽。所述帽优先以密封方式布置。该密封可以在组装流体构件和帽之前，通过筛网印刷沉积环氧粘合剂而获得。这样的组装方法在本申请人名义下的专利申请WO-A-2004/112961中得以描述。
根据本发明的一种替换方式，帽和流体构件的组装(面向流体部件)是可反向的(reversible)。
根据本发明的另一种替换方式，帽包括在流体部件和任何外部流体元件之间能够实现流体交换的流体连通装置。这样的流体连通装置可以是，例如接线插座(connector socket)位于其顶上的通孔，使该流体构件能够连接至泵或蓄压器(pressurised reservoir)。
可替换地，该帽可由多个复合流体元件，如流体卡(fluidic card)(例如为“卡上实验室(lab on card)”类型)或微流构件构成。具体而言，所述微流构件是根据本发明的流体构件。
此外，表面层可以形成在停止层上，位于检测和/或激活装置的侧面。
根据一种具体实施方式，检测和/或激活装置形成在该流体构件的停止层上的表面层中。该层优先由半导体材料构成。停止层和衬底可以为三层的SOI(绝缘体上硅结构)衬底。
用于检测的装置可以至少部分地形成在该表面层之中或之上。
因此，SOI衬底可以用来形成根据本发明的芯片或流体构件或分析设备的检测器部件(例如在CMOS类型的技术中)。
因此，流体部件限定在芯片中或其下方，所述芯片例如在CMOS类型的技术中形成。
停止层(在SOI衬底情况中的掩埋氧化物)在背面上形成蚀刻停止层以限定该构件的流体部件在支撑件中的深度。后者(支撑件)例如由硅、或者更常见地由半导体材料形成。
用于检测的装置可以包括至少一个光检测器。
根据本发明的装置可以进一步包括钝化和/或硬化层(或加强层，stiffening layer)。该层例如由氧化硅形成，其直接位于用于检测和/或激活的装置上或者表面层上。
用于检测流体的电特性的装置例如可至少部分地形成在蚀刻停止层中。
这些装置的一部分与流体部件接触。
此外，还可以形成通过电润湿而激活流体的装置，如果需要，可具有电子装置用于控制通过电润湿而激活流体的装置。
流体的储罐也可以形成在衬底中。
可优选地，停止层(并且如果需要，形成在该停止层上的表面层)具有小于10μm的厚度。
在根据本发明的构件中，流体部件(其使得可以接收流体)可具有良好控制的深度，例如小于300μm或100μm。
用于检测和/或激活的装置可以连接至位于所述蚀刻停止层的第一侧上的去钝化电极。
本发明还使得可以形成高密度的检测器矩阵，其包括多个如上所述的构件，彼此相隔小于10μm的距离。
因此，根据本发明，形成流体部件的技术适合于微电子技术(例如CMOS类型微电子技术)。
对支撑件的半导体材料进行深蚀刻(deep etching)，使得从流体发射光子可到达形成在该构件另一面上的用于检测的装置。
根据本发明的芯片或构件可以包括硬化衬底。
此外，在用于接收流体的流体部件中，可以实施功能化(例如利用生物探针如核酸探针)。
本发明尤其获益于应用APS技术来形成高密度的检测器矩阵(间隔可小于10μm)的可能性，利用已引述的现有技术中所描述的技术这是不可能实现的。
另外，流体部件中的输入通孔(via-hole)并非贯通所使用的衬底的支撑件而形成。因此，在该构建的检测部件上可用的表面区域没有损失。这也使得可以在集中制造(collective manufacture)中在该流体部件上实施侵蚀性(progressive)化学步骤，而没有给出通向衬底另一面的通路(从而避免位于该另一面上的用于检测的装置的劣化)。
本发明使得可以利用SOI衬底和相关的CMOS技术。此外，其使得可以具有流体部件的有利的实施方式。
本发明还涉及一种形成至少一个流体构件的方法，包括：
a)选择由可被蚀刻的材料形成的衬底，其具有用于所述材料的蚀刻停止层；
b)在所述蚀刻停止层的第一侧上，形成用于检测流体的特性和/或用于激活所述流体的装置；
c)在衬底中，通过从蚀刻停止层的第二侧蚀刻所述衬底并在所述停止层上停止蚀刻，而形成流体部件，用于接收所述流体。
根据该方法的一种替换方式，所述方法使得可以实现流体构件的集中制造。因此，可以形成根据本发明的多个流体构件。该方法另外包括分离所述流体构件的最终步骤，该步骤集中实施从而使它们彼此独立。
本发明还涉及如上所述的构件或矩阵用于实施生物分析的用途。
附图说明
-图1和2示出了已知的APS-CMOS类型的设备，有和没有用于保护且限定流体部件的帽；
-图3A和3B示出了可以用于形成根据本发明的一种流体构件的构件或衬底；
-图4A示意性示出了在绝缘体上半导体类型的衬底上植入(implantation)CMOS组件；
-图4B示出了根据本发明处理的衬底，在流体部件的侧面上具有帽；
-图5A和5B示出了根据本发明的一种装置，具有金属电极和面向该构件的流体部件的接触拾取；
-图6示出了根据本发明的一种装置，在该构件的流体部件中具有金属电极，并且具有通过SOI衬底的氧化层而与该流体部件绝缘的CMOS结构；
-图7和8示出了根据本发明的装置，具有应用电润湿的转移装置。
具体实施方式
为了简化本发明的描述，通过对最小形式(例如具有两个植入区和两个电接触拾取的单个光检测器)的描绘，仅示出简化形式的检测芯片。本发明涵盖形成有一个或多个更复杂的构件。
在以下描述的不同实施方式中，停止层用来蚀刻流体构件的流体部件(或用于接收流体的装置)，所述停止层可以例如由半导体衬底的表面氧化形成，或者为在绝缘体类型构件上的SOI或半导体的绝缘层。
因此，在图3A中，示出了由硅制成的衬底70，在衬底上通过氧化获得表面层72。可替换地，层72可以是氮化硅Si3N4层。层72和衬底70形成单个衬底。
在图3B中，示出了SOI衬底30，其通常包括由半导体材料制成的支撑件32、由介电材料形成的层34、以及由半导体材料形成的表面层36。
在这两种情况下，可以在层72中或在由半导体材料形成的表面层36中以及如果需要在层34中，形成电和/或磁和/或热和/或其他检测和/或激活装置和/或MEMS类型装置。在衬底70或支撑件32中蚀刻流体部件的步骤中，层72或层34将用作停止层。结果是流体部件可容易地形成，其深度“d”仅由衬底或支撑件位于停止层下方的部分的厚度所决定，扣除衬底的任何局部薄化(partialthinning)。
例如，层72(或两个层34和36的组件)具有几μm，例如1μm至10μm的厚度，而衬底70或支撑件32具有小于几百μm的厚度，例如小于500μm、或10μm至50μm、或10μm至90μm、或者替代地10μm至300μm的厚度。
本发明使得可以利用流体部件在检测或激活部件上的调整而避免转移技术，以下在不同的实施例中进行阐释。
图4A示出了，在CMOS芯片的情况下，在根据本发明的装置的范围内，这可如何在SOI衬底上形成。
检测器38(这里基于源自CMOS技术的一种构件)形成在SOI衬底的表面半导体层36之中或之上，在停止层的第一侧上。电极37、39使得可以确保与该检测器接触。该组件布置在SOI衬底的正面41上。
形成芯片或检测器的方法可以是已知的应用于SOI衬底的方法。因此，已知的CMOS技术用来形成该芯片或检测器。
图4B示出了如何通过在SOI衬底的背面进行深蚀刻而将构件的流体部件或腔室40直接布置在芯片(停止层的第二侧)的下方。支撑件32被蚀刻，层34形成蚀刻停止层。
在背面43上实施深蚀刻之前，可在芯片的检测部件的正面41上形成钝化层。在深蚀刻步骤后将其去除。可以将硬化衬底以可去除方式或非可去除方式装配在正面41上，以防止在深蚀刻步骤中衬底32的任何脆化。
因此，根据本发明的装置的流体部件得到良好控制。实际上，通过根据本发明的方法，形成流体的步骤执行调整方法(或对准方法，alignment method)，如在微技术中使用的那些，其保证定位的精确性和集中制造。
相比于传统的流体深蚀刻方案(例如在随后转移到组件上的帽中进行深蚀刻，如在图2所示设备的情况下)，本发明使得可以省却精确控制蚀刻深度的阶段。实际上，在本发明中，这可停止在停止层(这里是氧化硅层34)上。
为了实现流体部件的封闭，帽49(优选平坦的)与流体构件组装。所述帽例如由玻璃、硅、塑料或金属制成。
这样的组件与使衬底功能化的方法相适应。
一旦在衬底具有电部件38一面的相对面上形成该流体部件或腔室时，则可在衬底的一面45(流体侧)上实施化学功能化步骤，而不会触及其另一面。
因此，这些步骤可以在流体部件40的侧面上实施，然后如果需要，将生物探针定位在该流体部件的基部。
由此形成的构件与用于将生物探针放置在流体部件内部的功能化化学(如在FR 2818662中描述的)相适应。
本发明使得可以有意地使用由半导体材料(这里为硅)制成的支撑件32，其在已知技术的范围内认为是不必要的，并且经常在芯片制造之后通过薄化衬底而去除。
本发明不必需要钝化接触拾取电极37、39，因为这些都位于衬底的面41上(在用于检测的停止层的一侧上)，与形成流体部件或腔室40的面43(在停止层的另一侧上)相对。此外，通过构建，在这两个面41、43之间或者在腔室40和检测部件之间没有形成流体连通。
对流体部件和停止层之间的界面区33的研究可容易地证实，并没有发生转移，除非(but that)单个及相同的衬底用于两个部件，首先是检测和/或激活部件，其次是流体部件。
此外，本发明避免了空间损失，而为使钝化树脂(如图2的树脂18)可以蔓延或者为了实现构件的流体部件的密封(特别是，由于转移步骤，例如在图2的情况下使得可以转移帽20的转移步骤)，这可能是不可避免的。
构件是CMOS类型或其他类型，其与所述构件的流体部件(面向每个芯片)的集中制造是相适应的。可以设想基于半导体的任何其他技术，例如NMOS或BiCMOS。
根据本发明的流体构件与“拾放”类型的电路转移技术(通过微珠等接触)完全相适应，这些技术对于硅芯片已经得到开发。这涉及将完成的构件转移到外部电路上。
本发明提供了一种该构件的包装和实施的实际简化(realsimplification)。
优选地，并且就实施“IC下方的流体”(其中IC表示集成电路)技术而言，对于实现两种功能(检测和流体学)的范围(或尺寸，dimensions)几乎相同。
本发明可以具有不同于以上说明的其他应用，但具有与前述应用相同的优点。在本发明范围内，也可以形成电检测(例如通过CMOS芯片)。
如图5A所示，在形成CMOS芯片过程中，金属水平之一可以通过蚀刻SOI衬底30正面的整个表面半导体层(参见图3B的结构)直至到达氧化硅层34(其在支撑件32上形成停止层)而形成。然后形成金属电极50，在最终构件中其面向流体部件或腔室40。
正如前面的实施方式，随后可进行构件的流体部件40的蚀刻，从SOI的背面开始，在芯片的氧化物34上以及在金属层上停止。电通孔(via-holes)52贯穿(through)层34而形成，以将电极50连接至钝化接触拾取56(其位于层34的另一面35上，不暴露于流体)。电极50，暴露于位于流体部件40中流体，使得可以具有获得所述流体部件的电特性的通路。
在具有电检测的该实施方式中，正面的表面半导体层36可以不被去除：因此，在图5B中，示出了这样一种实施方式，其中保留该表面半导体层36的一部分。在这种情况下，接触拾取56可以形成在该相同层36的正面上。
图5A的构件也可以从起始衬底如图3A的衬底(包括在表面上具有停止层的衬底70)获得。
根据另一种实施方式，在图6中示出，可以形成金属电极50，穿过层34从而与最终构件中的流体部件40接触。CMOS结构60形成在层36中，并通过SOI衬底的氧化层34而与该构件的流体部件绝缘。标号65指代在衬底正面41上的钝化层。接触拾取67、69也形成在正面上并且部分去钝化。
在图5A-6的情况下，这里同样地，对界面区33的检验足以表明，在检测部件上没有流体部件转移的痕迹。
通过电润湿的液滴或流体的转移和操控技术(例如从文献FR2841063或M.G.Polack等的文章“Electrowetting based actuation ofdroplets for integrated microfluidics”，Lab Chip，2002，2，96-101可获知)也可以用于形成根据本发明的装置。
在金属电润湿电极区域周围实现流体结构。与这样的构件组合以通过电润湿来转移流体，也可以形成用于分布试剂的储罐或甚至限定该构件的有源部件的封闭体积，或界定油的体积。
这里同样地，本发明可以用来简化这样的构件的包装和使用。
为此，如果仅需要电极矩阵而不需集成控制电子设备(electronic)如多路复用器，则半导体衬底70可以用作起始晶片，如图3A所示，来代替SOI衬底(图7)。
这可以是硅衬底70，其被氧化以获得期望厚度的介电层72，从而实现使电润湿装置绝缘的功能。然后在该氧化物72的表面上形成金属电极74，同时其无需钝化正面79。然后，如在其他实施方式中一样，衬底的背面，通过使用氧化硅72作为停止层，可以形成流体部件或流体结构。可以在背面上实施疏水性材料80的沉积，以便促进电润湿的效果。
图7的图示以截面示出了通过电润湿转移流体的简化芯片技术，流体结构在背面上。蚀刻该构件的流体部件的方法可以进行简化，因为其不参与反应容积的限定：所述容积由激活的电润湿电极的数量而限定。
流体部件可包括多个储罐：在图7中有三个储罐，标号为71、73、75。特定功能可以分配给确定的储罐：例如，储罐75可以是反应和液滴转移区，所述液滴可以来自于相邻的储罐71、73。
钝化和硬化氧化层77可以形成在衬底的正面上。
如果希望形成用于处理电极矩阵的电子装置，则可以在绝缘体衬底上的半导体的正面上利用CMOS技术，如同图4A-6。因此，图8再次示出了在绝缘体结构上的半导体，其具有三个水平32、34、36，如同图4A和4B，以及形成在绝缘层34正面上、覆盖背面上的疏水层80的电润湿电极74。
电子组件60，例如为CMOS类型，形成在半导体层36中。其他标号指代与图7中相同或相似的元件。
在使用绝缘体上半导体结构(SOI)衬底形成电极的情况下，这些可以不仅是金属，而且可替换地由掺杂半导体制成，例如由掺杂硅制成。
无论本发明的哪一种实施方式，都可以与电和光检测相结合。例如，这些检测技术中的一种和/或另一种可以与通过电润湿的转移电极相结合。可替换地，或者与光和/或电和/或通过电润湿功能的转移相结合，可以引入任何类型的检测器和/或致动器，例如在源于CMOS技术的MEMS技术中。
通常而言，流体部件在检测部件之后形成，因为优选最后形成具有最高拓扑的部件。但是也可以以相反顺序进行。
为了蚀刻流体部件，可以使用比在现有技术中所描述的(具体地，在以上引述的A.M.Jorgensen等的文献中)更加快速的蚀刻方法(4μm/min，代替该已知技术中的1μm/min)。
因此，对于支撑件(例如由硅制成)没有赋予特别的标准(尤其关于其电阻率)，并且没有对其进行改变(标准CMOS电阻率)。然而，已知技术中，这样的调整对于形成恰当的电子功能是必需的。
本发明使得可以(特别地)形成一种流体构件，其包括用于检测和/或激活的装置，以及形成流体部件以接收流体的装置(称为流体装置)，其特征在于：
-用于检测和/或激活的装置形成在由半导体材料形成的表面层之中或之上、或绝缘体上半导体类型的衬底的绝缘层之中或之上；
-流体部件布置在绝缘体上半导体类型的衬底的支撑部件中。

Claims (27)

1.流体构件，包括：
由可被蚀刻的材料形成的至少一个衬底(32，70)，以及用于所述材料的蚀刻的停止层(34，72)；
用于检测流体特性和/或用于激活所述流体的装置(38，50，52，56)，其形成在所述蚀刻停止层的第一侧上；
用于接收所述流体的流体部件(40)，其形成在所述衬底中，在所述蚀刻停止层的第二侧上。
2.根据权利要求1所述的构件，进一步包括封闭所述流体部件的帽(49)。
3.根据权利要求2所述的构件，其中，所述帽包括使得在所述流体部件和任何外部流体元件之间能够进行流体交换的流体连通装置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的构件，其中，所述用于检测所述特性和/或激活所述流体的装置形成在所述停止层上的表面层(36)中。
5.根据权利要求4所述的构件，其中，所述表面层、所述停止层和所述衬底构成SOI衬底。
6.根据权利要求4或5所述的构件，包括用于检测的装置，其至少部分形成在所述表面层(36)中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的构件，其中，所述用于检测的装置包括至少一个光检测器。
8.根据权利要求6或7所述的构件，其中，所述用于检测的装置为CMOS类型。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的构件，其中，所述停止层(72)由氮化硅或氧化硅制成。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的构件，进一步包括钝化层和/或硬化层(77)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的构件，包括用于检测流体的至少一种电特性的装置(50)。
12.根据权利要求11所述的构件，其中，所述用于检测至少一种电特性的装置与所述流体部件(40)相接触。
13.根据权利要求12所述的构件，其中，所述用于检测的电装置至少部分地形成在所述蚀刻停止层中。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的构件，包括用于通过电润湿来激活流体的装置(60，74，80)。
15.根据前一权利要求所述的构件，进一步包括用于控制所述用于通过电润湿来激活流体的装置(60，74，80)的电子装置(60)。
16.根据权利要求15所述的构件，进一步包括形成在所述衬底中的流体的储罐(71，73，75)。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的构件，其中，所述停止层、以及如果需要而形成在所述停止层上的所述表面层(36)具有小于10μm的厚度。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的构件，其中，所述流体部件(40)具有小于300μm的厚度。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的构件，其中，所述用于检测和/或激活的装置连接于位于所述蚀刻停止层的所述第一侧上的去钝化电极。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的构件，进一步包括辅助硬化衬底。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的构件，进一步包括利用生物探针，如核酸探针的功能化。
22.高密度的检测器矩阵，包括根据权利要求1至21中任一项所述的多个构件，所述多个构件彼此间隔小于10μm的距离。
23.根据权利要求1至21中任一项所述的构件或根据权利要求21所述的矩阵用于实施生物分析的用途。
24.形成至少一个流体构件的方法，包括：
a)选择由可被蚀刻的材料形成的衬底(32，70)，所述衬底提供有用于所述材料的蚀刻停止层(34，72)，与所述衬底集成地形成；
b)在所述蚀刻停止层的第一侧上，形成用于检测流体的特性和/或用于激活所述流体的装置(38，50，52，56)；
c)通过从所述蚀刻停止层的第二侧开始蚀刻所述衬底并在所述停止层上停止所述蚀刻，以在所述衬底中形成用于接收所述流体的流体部件(40)；
d)移动并密封一个帽以封闭所述流体部件(40)。
25.根据权利要求26所述的方法，其中，，在步骤a)之后在实施步骤b)之前是一个形成钝化层的步骤。
26.根据权利要求24或25所述的方法，进一步包括功能化所述流体部件的步骤。
27.根据权利要求24至26中任一项所述的形成多个流体构件的方法，包括分离所述流体构件的最终步骤。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102778558A (zh) * 2011-05-10 2012-11-14 北京伊康纳斯生物医药科技有限公司 一种侧向往返式免疫层析方法以及基于该方法的诊断试纸条与装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2307130A1 (fr) * 2008-06-27 2011-04-13 STMicroelectronics (Research & Development) Limited Dispositif d'analyse biologique de type pixel, biocapteur cmos et procedes de fabrication correspondants
FR2973720B1 (fr) 2011-04-08 2016-02-26 Commissariat Energie Atomique Dispositif de connexion d'une carte microfluidique
FR3003033B1 (fr) 2013-03-07 2015-04-17 Commissariat Energie Atomique Dispositif de prelevement d'un echantillon de liquide par capillarite et procede d'analyse associe
CA2912947C (en) * 2013-05-22 2017-06-20 Imec Vzw Compact fluid analysis device and method to fabricate

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4795537A (en) * 1987-04-10 1989-01-03 H.P.G. Research Ltd. Electrical conditioning system for electrodes in an electrolysis cell
US6136212A (en) * 1996-08-12 2000-10-24 The Regents Of The University Of Michigan Polymer-based micromachining for microfluidic devices
US6221654B1 (en) * 1996-09-25 2001-04-24 California Institute Of Technology Method and apparatus for analysis and sorting of polynucleotides based on size
JP4183789B2 (ja) * 1998-01-14 2008-11-19 株式会社堀場製作所 物理現象および／または化学現象の検出装置
WO2000042233A1 (en) * 1999-01-13 2000-07-20 Cornell Research Foundation, Inc. Monolithic fabrication of fluidic structures
DE60032772T2 (de) * 2000-09-27 2007-11-08 Stmicroelectronics S.R.L., Agrate Brianza Integrierter chemischer Mikroreaktor mit thermisch isolierten Messelektroden und Verfahren zu dessen Herstellung
FR2818662B1 (fr) 2000-12-22 2003-09-19 Commissariat Energie Atomique Procede d'immobilisation de sondes, en particulier pour realiser des puces biologiques
US20040033483A1 (en) * 2001-08-09 2004-02-19 Hiroaki Oka Cell diagnosing method, and device and apparatus use for it
JP2003279532A (ja) * 2002-03-22 2003-10-02 Horiba Ltd 化学濃度センサおよび化学濃度センサの製造方法
FR2841063B1 (fr) 2002-06-18 2004-09-17 Commissariat Energie Atomique Dispositif de deplacement de petits volumes de liquide le long d'un micro-catenaire par des forces electrostatiques
US7553448B2 (en) * 2002-06-20 2009-06-30 Bioveris Corporation Electrochemiluminescence flow cell and flow cell components
US20040258885A1 (en) * 2002-09-05 2004-12-23 Kreutter Nathan P. Etched dielectric film in microfluidic devices
US7338637B2 (en) * 2003-01-31 2008-03-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microfluidic device with thin-film electronic devices
FR2856047B1 (fr) * 2003-06-16 2005-07-15 Commissariat Energie Atomique Procede de collage de substrats micro-structures
US7309467B2 (en) * 2003-06-24 2007-12-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fluidic MEMS device
JP2005164549A (ja) * 2003-12-05 2005-06-23 Canon Inc 撹拌素子および撹拌方法
EP1614460A1 (en) * 2004-07-08 2006-01-11 Yamatake Corporation Substrate for biochips

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102778558A (zh) * 2011-05-10 2012-11-14 北京伊康纳斯生物医药科技有限公司 一种侧向往返式免疫层析方法以及基于该方法的诊断试纸条与装置
CN102778558B (zh) * 2011-05-10 2015-01-07 北京伊康纳斯生物医药科技有限公司 一种侧向往返式免疫层析方法以及基于该方法的诊断试纸条与装置

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