CN102917793A

CN102917793A - 用于制造微流控芯片的方法以及相关的芯片和盘

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Publication number: CN102917793A
Application number: CN2011800261472A
Authority: CN
Inventors: A-M·戈内-阿吉里; C·南特伊
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: University of Paris Thackeray; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2031-05-24
Also published as: US8747604B2; CA2799160A1; FR2960453B1; FR2960453A1; US20130071305A1; EP2576056B1; CA2799160C; WO2011147842A1; CN102917793B; EP2576056A1

Abstract

本发明涉及制造微流控芯片（1）的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：提供与无机二氧化硅凝胶层（12）结合的盘（11），所述无机二氧化硅凝胶的通式为：（HSiO_3/2）_2n其中n是整数，并提供盖（13）；化学活化所述二氧化硅凝胶层（12）和所述盖（13），以使得所述凝胶层（12）和所述盖（13）亲水；机械结合凝胶层（12）和所述盖（13）以形成芯片（1），使得所述凝胶层（12）在所述盘（11）和所述盖（13）之间形成中间层；退火所述芯片（1），使得所述二氧化硅凝胶层（12）转化成由SiO₂基质组成的中间层（120）用于刚性地固定所述盘（11）到所述盖（13）。本发明还涉及相关的芯片和盘。

Description

用于制造微流控芯片的方法以及相关的芯片和盘

技术领域

本发明涉及一种包括盘和盖的微流控芯片，所述盖包括至少一个微流控通道。

本发明还涉及相关的制造方法以及盘。

背景技术

如图1所示，已知的微流控芯片（用在英语术语中有时也被本领域技术人员称为“芯片上的实验室”或“芯片上实验室”）是用于生物或化学分析的装置，其包括至少一个最小厚度（大约几十到几百微米）的微型化的盘1，所述微型化的盘例如由下列物质构成：

-玻璃（亦即，坚硬、易碎并且透明的物质，玻璃体结构，基本上由碱性硅酸盐形成）；

-塑料（亦即，该材料由通过聚合或缩聚得到的大分子构成，并通常具有被模制或模型化的性能）；或

-硅或二氧化硅（硅氧化物），

在盘上刻蚀至少一个微通道2（其开口直径为微米数量级）或纳米通道2（其开口直径为百纳米数量级），所述微通道或纳米通道使用任何可能的手段将样品的流体经由入口21传输至不同的储层或不同的传感器3（布置成分析样品中包含的流体或分子），流体接着经由出口22流出。

微流控芯片具有多个应用领域，例如：

-生物技术，包括特别是蛋白组学和基因组学；

-生物医学，包括特别是在例如用于疾病的早期诊断或用于一类纳米药物的芯片的分离分析研究；

-生态学、毒理学（例如关于食品质量、水质量或空气质量）或农业、存在健康问题的领域，特别地关于日常生活中纳米颗粒和离子（例如重金属）的影响；以及

-用于新药原位合成的药理学。

应当理解，所有这些应用领域均基于在微流控芯片中的生物分析或化学分析，亦即，在由芯片形成的受限且完全受控的微观环境中，在小于一升（10^-6L）的流体体积中进行。

包括玻璃或硅的微流控芯片的若干制造技术是已知的。

第一个已知技术在于，在非常高的温度下制造通过熔化方法获得的全玻璃芯片，所述非常高的温度亦即，在玻璃化转变温度以上的温度Tv，即，材料从坚硬固态转变成粘性态或橡胶态的温度——例如，对于基于钠-铝硼硅酸盐的玻璃（已知的例如商标名Pyrex）：

Tv≈700°C

或对于二氧化硅：

Tv≈1410°C。

有利地，关于该第一个技术参考由S.C.Jacobson等人在Anal.Chem.67(1995),p.2059-2063上的出版物。

第二个已知技术（特别地公开在US6129854中）在于制造包括浸在碳酸钠浴中的玻璃元件的芯片。相比第一个技术，第二个技术的制造温度非常低，因为其低于100°C。

第三个技术在于在环境温度下制造包括通过用于密封的聚合物粘合剂（因此是包含碳原子的有机物）粘合的玻璃元件的芯片。现有的用于玻璃的粘合剂通常是由于存在玻璃化引发剂而粘附至玻璃的溶胶-凝胶。有利地，对于溶胶-凝胶的原理参考如下出版物：

-J-P.Boilot、M.Canva、C.Sanchez、B.Lebeau、F.Chaput、Y.Levy、J.Zyss，Applications of hybrid materials in the field of optics，Hybridmaterials，Arago series，French Observatory for Advanced Technologies（Masson），17，181，1996；和

-F.Chaput、J.P.Boilot、F.Devreux、M.Canva、A.Brun and P.Georges，Gels for optics，for Science，1993年九月，pp.46-53。

第四个技术在于制造包括玻璃元件的芯片，所述玻璃元件具有通过薄非结晶硅（aSi-H）的半导体层方式阳极焊接的基于钠(Na₂O)的助焊剂。该技术在于在强电场（从几百到几千伏特每厘米）和中等温度（通常最大到450°C）的同时作用下在玻璃和薄半导体层之间产生共价键。几十纳米的绝缘层产生并确保机械粘合到玻璃和半导体层之间的界面。

然而，这些技术存在缺陷。

第一个技术消耗能量很多，并且当芯片包括细密的纳米结构（例如，尺寸小于40nm的玻璃纳米通道2）时不能执行此技术，因为玻璃在非常高的温度下蠕变，因此导致纳米结构的破坏。

电路3的集成也几乎是不可能的，由于它们受限于具有非常高熔点的材料（构成芯片的玻璃的Tv以上）。

另外，需要使用制造工具，所述制造工具的膨胀系数在玻璃的膨胀系数以下且支持非常高的制造温度。

另外，在第二个制造技术中焊接剂的使用难以制造集成了微型/纳米结构或具有若干材料的电路的芯片，使得该技术几乎不能在工业上进行。

由第三个技术得到的碳粘合剂具有低化学惰性、低机械阻力和低电绝缘（因为其是有机材料）并结合有粘合剂的低击穿电压。

第四个制造技术具有显著降低制造温度的优点，制造温度随着应用的电位并随着粘合时间在100°C和450°C之间变化。然而，相对于例如通过第一个技术获得的全玻璃芯片而言，由第四个技术制造的芯片的最终性能大大降低。

该芯片中的电绝缘事实上并不像全玻璃芯片中的一样好：通道的导电的非结晶硅（a-Si）的侧壁与芯片中流通的样品接触。因此在一些情况下能够发生天电干扰电化学反应。

另外，在界面的破裂区域并不稀少，在破裂区中间层的暴露导致的破坏与由于上述天电干扰电化学反应导致的破坏相同。

最后，在芯片中的集成电路能被用于制造芯片所需的电场破坏。

在使用的极端条件中，芯片具有非常有限的大约数小时的储存时间。

包括替代玻璃或二氧化硅的聚合物材料，例如聚二甲硅氧烷（PDMS）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的微流控芯片的低温制造技术也是已知的。

该制造技术相对易懂，由于组成芯片的元件的粘合在环境温度下发生，并随后进行简单的脱气退火。

在芯片中电路3的集成也很容易。

然而，主要包括聚合物材料的芯片也有缺陷。

所用的聚合物事实上总是多孔的，其太容易机械变形以至于不能集成尺寸在100nm以下的纳米结构（其最低杨氏模量导致其在相当大的应力下相对变形）。

最后，由聚合物材料制得的芯片随时间非常地化学不稳定。此差的化学惰性因此阻碍了对极端离子介质（亦即，低浓度或非常高浓度的）细粒的任何使用。

发明内容

本发明目的在于弥补这些缺陷中的至少一个。

为此目的，根据本发明提出一种微流控芯片，其包括：

-盘，和

-包括至少一个微流控通道的盖，

其特征在于所述微流控芯片进一步包括在盘和盖之间的由无机SiO₂基质形成的单独中间层。

本发明通过如下在单独的或在可能的技术结合中的特征有利地完成：

-层的厚度在100nm和10μm之间，并优选地在300nm和400nm之间；

-在盖中包括至少一个电路的芯片；和/或在盖上的至少一个电路通过无机SiO₂基质连接到盖。

本发明还涉及相关的制造方法以及盘。

因此，本发明还涉及微流控芯片的制造方法，其特征在于其包括如下步骤：

-提供连接到无机二氧化硅凝胶层的盘，无机二氧化硅凝胶的通式为：

（HSiO_3/2）_2n

其中n是自然整数，并提供盖；

-化学活化二氧化硅凝胶层和盖以使凝胶层和盖亲水；

-机械结合凝胶层和盖以形成芯片，使得凝胶层在盘和盖之间形成中间层；

-使芯片退火，使得二氧化硅凝胶层转化成由盘和盖的SiO₂连接基质形成的中间层。

所述方法有利地通过一个或多个的如下特征完成：

-芯片（1）的最大退火温度Tr是：

20°C<Tr<Min（Tv_盘，Tv_盖）

其中Min是数学运算符取最小值，以及

Tv_盘和Tv_盖分别是盘和盖的玻璃化转变温度；

-芯片的最大退火温度Tr是：

100°C≤Tr≤450°C

-在退火步骤中，退火温度从20°C以每分钟几摄氏度的速度演变到Tr以允许在SiO₂基质中的二氧化硅凝胶无破裂的情况下转化；

-使用空气/O₂等离子体进行二氧化硅凝胶层的化学活化步骤；使用氨浴或硫酸浴进行盖的化学活化步骤，使在凝胶的表面和盖的表面能够形成化学-OH基团；

-无机凝胶是无机二氧化硅凝胶，其通式为：

（HSiO_3/2）_2n

其中n是自然整数。

-所述方法包括如下步骤：

-在盖中形成至少一个微流控通道；和/或

-在盖中形成至少一个电路；和/或

-在凝胶与盖的机械结合步骤之前，至少一个电路由于化学活化的二氧化硅凝胶层结合到盖上，。

优选地，盘和盖由玻璃制的，例如基于钠-铝硼硅酸盐的玻璃（已知的例如Pyrex牌）。

新颖地使用无机二氧化硅凝胶层（亦即，不包含碳原子），因为其与所有现有的用于玻璃的粘合剂都不同。无机二氧化硅凝胶不包含玻璃化引发剂。

本发明有许多优势。

其允许制造这样的芯片，该芯片具有相似于全部由玻璃型材料制得的芯片的结构。

当盘和盖由玻璃制得时，根据本发明的芯片完全受益于玻璃优越的性能，尤其：

-用于清楚观察的高光学透明度，

-高机械阻力，显示出高杨氏模量和高抗断强度（取决于使用的玻璃的类型）

-低孔隙度，其使得芯片完全适用于非常低浓度情况下的化学分析应用（例如分析低浓度的毒素），避免了从芯片外部的任何污染和危险产物向外部的任何泄漏。

-对大多数化学化合物的化学惰性（除了氢氟酸的衍生物）。各种化学溶液因此能在微通道中流通。例如，由于对芯片的制造进行化学处理，流体通道的表面自然地亲水。此特异性对于分析生物样品很重要。然而，需要时也可以通过流通适合的溶液处理流体通道使其疏水。最终，芯片能够经受化学清洗并能够通过在其表面简单流通适合的液体使之生物钝化以自由地得到生物相容性对于本领域技术人员是已知的。此处所述芯片的化学惰性特征的优点很清楚；

-良好的电绝缘型，尤其允许电路的正确动作并应用外部强电场（如在芯片上的毛细管电泳的情况中）。

根据本发明的芯片因此能使用于分析溶液中或气态形式中的危险的生物化合物和化学化合物的及其后续工作。

根据本发明的芯片具有多个应用领域，例如：

-生物技术，包括特别是蛋白组学和基因组学；

-生物医学，包括特别是例如用于疾病的早期诊断或用于一类纳米药物以及药物的控制扩散的芯片的分离分析研究（例如血糖测量仪）；

-用于新药原位合成的药理学。

当所述芯片包括纳米通道或纳米槽时，所述芯片能够经受强电场以浓缩在纳米通道或纳米槽中的生物分子或蛋白质，用于在即使是非常小的颗粒上形成生物过滤器，例如用于水处理，或者用于通过解离水制造氢气。

根据本发明的芯片的相对低的制造温度使得玻璃可与不支持高温的材料结合，并因此增加了在芯片中能与玻璃结合的材料的选择。

相对低的制造温度降低了制造每个芯片的能量消耗。

即使在强电场下暴露到电泳后以及在极端pH情况中，根据本发明的芯片在若干个月的期间内机械稳定并且化学稳定。根据本发明的芯片能多次使用。

根据本发明的芯片能包括三层，其容易地在形成芯片的层中的一个中集成纳米结构、传感器或电路。

附图说明

如下纯说明性的、非限制性的说明将显示本发明的其他特征、目的和优点，如下说明应当结合附图加以考虑，在附图中：

图1A，如上所述，显示已知的微流控芯片的纵向截面图；

图1B，如上所述，显示已知的包括电路的微流控芯片的纵向截面图；

图2A显示根据本发明的微流控芯片的纵向截面图；

图2B显示根据本发明的微流控芯片的分解视图；

图3示意性地显示根据图2的芯片的可能的制造方法的主要步骤；

图4示意性地显示可用于本发明的无机二氧化硅凝胶的可能的分子构造；

图5示意性地显示特别是在无机二氧化硅凝胶层和盖之间的氢键的形成；

图6示意性地显示根据本发明的包括电路的芯片的可能的制造方法的主要步骤；

图7示意性地显示根据图6的电路的不同实施例；

图8示意性地显示根据本发明的包括通过粘合连接的电路的芯片的可能的制造方法的主要步骤；

图9A显示包括两条通道的芯片的平面图；

图9B示意性地显示根据图9A的芯片的截面图；

图10A显示根据图9的芯片的电阻的演变，图10B显示经受极端情况无破坏的芯片。

所有附图中，相似元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图3示意性地显示根据本发明的微流控芯片1（示意性地表示在图2A和2B中）的可能的制造方法的主要步骤。

微流控芯片1的可能的制造方法包括如下主要步骤。

步骤E1包括提供连接到单独的无机二氧化硅凝胶层12的盘11并提供盖13。

盘11和盖13能是任意类型的材料，例如：

-玻璃（亦即，坚硬、易碎并且透明的物质，玻璃体结构，基本上由碱性硅酸盐形成），

-塑料材料（亦即，该材料由通过聚合或缩聚得到的大分子构成，并通常具有被模制或模型化的性能），或

-硅或二氧化硅。

优选地，盘11和盖13由玻璃，例如基于钠-铝硼硅酸盐的玻璃（已知的例如商标名Pyrex）制得。

二氧化硅凝胶层12包括不含碳原子的无机二氧化硅凝胶，其通式为：

（HSiO_3/2）_2n （式1）

其中n是大于或等于1的自然整数。

通式式1的化合物通常被本领域技术人员称作氢倍半硅氧烷或HSQ（Hydrogen SilsesQuioxane）。

HSQ具有低绝缘常数，其赋予HSQ电绝缘性能，如由Balkhanov在Phyl.Trans.R.Soc.A(2006)364，p.201的文章中所公开的。

图4中示意性地显示可用于本发明的HSQ的实施例。

图4的（a）显示HSQ的基本平面构造（英语中称为“梯型HSQ”），该结构公开于例如Albrecht和Blanchette在期刊“Journal of theElectrochemical Society”中的文章（出现在1998,No.145,pp.4019-4025中），并由Tokyo Ohka Kogyo公司销售。

图4的（b）显示HSQ的笼状构造（例如由Dow Corning公司以商标名FOX15销售），其中，在通式式1中n=4。

其他可用的HSQ例如从Frye和Collins发表于期刊“Journal of theAmerican Chemical Society”（1970，No.92，p.5586及随后页）的文章中可知。该文章特别地公开了根据通式式1（其中例如n=4、5、6、7或8）的其他的HSQ低聚物。

在凝胶层12到盘11的结合步骤中，凝胶通过离心，例如通过涂布在旋转器上而沉积在盘11上。明显的是在盘11上的凝胶也可能蒸发。

完成步骤E1后，就得到用于形成根据本发明的芯片1的连接到无机二氧化硅凝胶层12的盘11。

在没有化学活化的情况下，尤其当盘11或盖13由玻璃制得时，无机二氧化硅凝胶层12不具有向盘11或盖13的最小粘附力。

由于此原因，所述方法包括化学活化二氧化硅凝胶层12和盖13的步骤E2以使凝胶层12和盖13亲水，由此产生层12到盖13的一些粘附力，如在下文所显现的。

通过氧等离子体进行凝胶层12的活化步骤，这确保在表面存在-OH基团，如图3显示，确保其亲水特性。

盖13的活化步骤通过常规的在表面产生-OH基团的活化方法进行，确保其亲水特性。其包括例如将盖13浸入70°C/80°C的H₂O/NH₄OH/H₂O₂浴中1小时。该方法公开于例如由Bhattacharya等人在“Applied Surface Science”（出版于2007,No.253,pp.4220-4225）的出版物中。

盖13也能浸入例如硫酸浴中。

所述方法还包括凝胶层12和盖13的机械结合步骤E3以形成芯片1，使得凝胶层12在盘11和盖13之间形成单独的中间层。

在步骤E3中，因为凝胶层12和盖13都亲水，在无机二氧化硅凝胶层12和盖13之间形成氢键1213（也被本领域技术人员称作“H键”或“Van der Walls键”），如图5中示意性所示的。

在步骤E3中得到的氢键通过氢键的桥接使得分子粘合。所得分子粘合与根据背景技术中所描述的第一个技术在高温下所得的粘合相似，而根据本发明的方法仅使用一层不包含玻璃化引发剂的无机二氧化硅凝胶层12。

分子粘合在环境温度或20°C下发生。

所述方法进一步包括芯片1的退火步骤E4，使得单独的二氧化硅凝胶层12转化成由盘11和盖13的SiO₂连接基质形成的中间层120。在退火中，氢键1213转化成共价键，亦即，在原子之间每对电子的键。

芯片1的最大退火温度Tr是：

20°C<Tr<Min（Tv_盘，Tv_盖）

其中Min是数学运算符取最小值，以及

Tv_盘和Tv_盖分别是盘11的玻璃化转变温度和盖13的玻璃化转变温度。

这样的退火温度Tr允许无机二氧化硅凝胶转化成SiO₂基质，避免盘11和盖13的蠕变。

在盘11和盖13由玻璃，例如基于钠-铝硼硅酸盐的玻璃制得的情况下，

Tv_盘=Tv_盖=700°C。

在此情况下，芯片1的最大退火温度Tr优选的是：

50°C≤Tr≤600°C，

且非常优选的是：

100°C≤Tr≤450°C。

有利地，

150°C≤Tr≤300°C。

因此，芯片1能够有资格作为“三层”芯片，即包括盘11的第一层，包括中间层120的第二层，以及包括盖13的第三层。

当盘11和盖13由玻璃制得时，所得三层芯片具有等同于根据背景技术中的第一个技术获得的由玻璃制得的芯片的物理化学特性。

然而，考虑到由二氧化硅凝胶形成的中间层120完全绝缘，芯片具有与全玻璃芯片相似的电学性质，即使盘11包括非玻璃材料。

在所有情况下，根据本发明的芯片以小于盘11的玻璃化转变温度且小于盖13的玻璃化转变温度的制造温度得到。所述制造的能量消耗因此小于现有技术中的能量消耗。

另外，因为最大退火温度Tr小于盘11和盖13的最小玻璃化转变温度，所述方法可包括在凝胶12和盖13的机械结合步骤以及退火步骤之前在盖13中形成至少一个微流控通道2的步骤E0。微通道2在退火步骤E4中将不会破坏。

盖13有利地包括至少一个微流控通道2，尤其是其一个通道2的开口具有小于100nm的直径，例如40nm。通道2的纳米结构事实上在优选的温度在300°C下不受退火的影响。

在盖13中通道2的形成对于本领域技术人员而言并不困难，为了清楚和简洁起见，此处不对其进一步详细描述。每个通道2通过例如使用硫酸、氨（液体）、氢氟酸得到，和/或例如直接在盖13的材料中通过光刻和活性离子刻蚀得到。通道2可是简单的纵向通道，以十字或“Y”字的形式，当然也可具有其他形式，特别地可包括储层（réservoir），例如以微腔的形式。

另外，因为温度Tr相对较低，所述方法能够包括在盖13中至少一个电路3的形成步骤E0’，如图6所示。如上所述，步骤E0’先于凝胶12和盖13的机械结合步骤。

在盖13中电路3的形成使用常规的微电子方法，所述方法对于本领域技术人员而言并不困难，为了清楚和简洁起见，此处不对其进一步详细描述。电路3例如通过使用硫酸、氨（液体）、氢氟酸得到，和/或直接在盖的材料中通过光刻和活性离子刻蚀得到，这些技术例如以非限制性实施例的方式联系到已知的用于沉积金属以形成电轨迹（例如用于控制芯片1上的温度）或形成磁性电极的方法。

如下描述给出一些已知电路的可能的实施例。

通过如上文所述的电路3形成的用于测量温度，特别是实时测量温度的传感器是已知的。

图7A显示用于测量纳米流体的包括金属电极3的网络的微型电导仪31。该微型电导仪31公开于例如G.Velve Casquillas在“Microelectronic Engineering”84(2007)p.1194-1197的文章中。图7B显示联接到由Y型通道2形成的化学反应室33的微型热量计32。该微型热量计32公开于例如G.Velve Casquillas在“MicroelectronicEngineering”85(2008)pp.1367-1369的文章中。

如图7C和7D所示，包括电极的电化学传感器也是已知的。

在图7C中，芯片1能够包括例如包括位于电泳分离的交叉37的下游的三个微电极34、35和36的传感器3，用于多巴胺和肾上腺素类的神经传递介质的电化学检测。该传感器公开于例如Castano-

的“Talanta”80(2009)pp.24-30的文章中。源自微电极34、35和36的测量的电信号能在放置在芯片上的紧密的电子设备中分析。图7D显示集成在包括三十二个电极的网络的多路复用芯片中的用于电化学的电极3的另一实施例，例如用于电化学发光实验。

等效电极也能够用于测量化学溶液或生物溶液的电导率。

图7E示意性地显示通过称为纳米压印的技术得到的光子纳米传感器38（分辨率30nm），纳米压印技术能够与多层堆垛的树脂的活性离子刻蚀方法结合以得到具有非常大形成系数的纳米图案。

图7F和7G表示通过上述结合技术得到的已知的光学捕获纳米结构的网络。

图7F显示等离子结构39的实施例（亦即，能够使用通过电子共同振荡发出的电磁波传递光信号）。图7G显示压印在氧化物凝胶中的线型光子晶体的网络40的实施例。

如图8所示，所述方法可包括由于化学活化的二氧化硅凝胶层121将至少一个电路30结合到盖13上的结合步骤E0”。层121与层12的组成相同，并以与层12相同的方式化学活化，得到在电路30与盖13之间的分子粘合，如图5所示。在退火步骤E4中，层121以与中间层120相同的方式在同样的时间转化成SiO₂基质。

电路30能是任意类型的可在微电子技术中利用的传感器。电路30能包括纳米电路，例如纳米电极和光学纳米结构。

粘附的电路30能够结合到如前文所述的电路3和/或通道2中。

与不同的电路3和30结合的用于连接到源自电路3或30的信号的分析电子设备的连接器的形成对于本领域技术人员而言并不困难，为了清楚和简洁起见，此处不对其进一步详细描述。

实施例：

如下描述给出制造芯片1的实施例。

关于用于提供盖13的步骤E1，首先在盖13上进行如下的步骤E0、E0’和/或E0”：

-形成至少一个微流控通道2；和/或

-形成至少一个电路3；和/或

-通过化学活化的二氧化硅凝胶层120结合至少一个电路30。

显而易见，在层120和盖13之间的结合与本发明所述的层12和盘11之间结合是相同的：以此方式，层120的活化与本发明所述的层12的活化相同，其中通过氨浴化学活化盖13。

盘11和盖13具有大约5cm（2英寸）的直径。通过增加最后的切割步骤，过渡到在较大基材（例如4到10英寸）上制造若干芯片是容易可行的。盘11和盖13的厚度通常可在200μm和1mm之间。厚度越薄，接触越容易，但是盘和盖就越易碎。

关于用于提供盘11的步骤E1，为了连接层12和盘11，在0.45μm下经过滤的少量（例如一滴）HSQ溶液沉积在盘11上，进而放置在转盘上。过滤HSQ溶液以避免任何对粘合有害的灰尘。

HSQ层12通过以5000rpm离心30秒（在2000rpm以固定的加速度）而得到。

获得的层12的厚度通常在100nm和10μm之间，通常小于1微米，例如在300nm和400nm之间。

连接到HSQ层12的盘11在加热板上在150°C退火两分钟。

关于步骤E2，层12上表面的化学活化通过连接到层12的盘11浸入富氧等离子体（300毫托）30秒得到。

盖13由于浸入80°C的浴（NH₃（28%）/H₂O₂/H₂O 1:1:5）大约一小时从而被化学活化，随后用去离子水冲洗两分钟。盖也能够浸入例如硫酸浴中。

一旦步骤E2完成，层12和盖13的机械结合步骤E3应当相对快速地进行。步骤E3中的环境湿度不应超过50%以随后得到适宜的粘合。有利地，步骤E3在20°C下进行。

在步骤E3中，层12和盖13的机械结合能够通过手动按压完成。对于大表面，例如可使用以商标名Nanonex NXR2500市购的压印，由于两个柔软的膜的系统，其在盘11和盖13上施加均匀的压力。

在低压（小于10巴或1MPa）下完成结合。施加的压力取决于盖13上通道图案2或电路3的密度。

退火步骤E4缓慢。通常需要在300°C十小时的时长以将HSQ转化成二氧化硅基质。

退火在经典烤箱中在50cm3/sec的氮气流速下发生。

在步骤E4中，退火温度从20°C以每分钟几摄氏度的速度演变到Tr（最大退火温度，特别是承受温度）以在SiO₂基质中的二氧化硅凝胶在不破裂的情况下能够转化。

因此，退火温度演变的速度在20°C和200°C之间是7°C/min，在200°C和250°C之间是5°C/min，以及在250°C和300°C（Tr）之间是3°C/min，随后在300°C经过10小时，最后通过关掉加热烤箱缓慢降低温度。

如果芯片优选的机械阻力较低（在仅几巴的压力下的机械阻力），可以降低退火温度，例如仅在150°C进行一次退火。

对于150°C的退火温度Tr，优选地，在150°C下二十小时的范围是优选的，在20°C和150°C之间的演变速度为1°/min。

如果芯片的优选机械阻力仍较低，可以缩短退火范围的时间长度，例如在约150°C进行仅10小时的一个范围，或甚至仅5小时。重要的是最后得到SiO₂基质。

图9A和图9B显示包含两个弯曲微通道2的芯片，一个弯曲微通道连接到阳极，另一个弯曲微通道连接到阴极。每个微通道形成直径2μm的开口，并且在通道2的肘部4的水平处通过盖13的材料和/或由二氧化硅凝胶退火形成的二氧化硅基质间隔开仅10μm。将一种经常用于生物学的溶液，特别是缓冲溶液，此处为磷酸盐缓冲溶液（PBS），以pH 6.6、50mM的浓度投入每个通道2中（经由入口21接着出口22）。

图10A显示在以1M伏特/cm通过10μm区域的情况下，芯片没有表现出退化的迹象。

图10B显示在平均值为109Ohms的芯片的电阻，或者比例如根据现有技术中第四个技术的芯片大两个数量级的芯片的电阻。这显示了中间层120的绝缘特性的证据。

因此根据本发明的芯片的使用寿命至少为若干月。

Claims

1.一种微流控芯片（1），其包括：

-盘（11）；

-包括至少一个微流控通道（2）的盖（13），其特征在于所述微流控芯片进一步包括在所述盘（11）和所述盖（13）之间的由无机SiO₂基质形成的单独中间层（120）。

2.根据权利要求1所述的芯片，其中由SiO₂基质形成的所述层（120）通过权利要求5到10中任一项所述的方法得到。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的芯片，其中所述层（120）的厚度在100nm和10μm之间，优选地在300nm和400nm之间。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的芯片，其包括

-在所述盖（13）中的至少一个电路（3）；和/或

-在所述盖（13）上的至少一个电路（30），其通过无机SiO₂基质连接到所述盖。

5.微流控芯片（1）的制造方法，其特征在于其包括如下步骤：

-提供（E1）连接到无机二氧化硅凝胶层（12）的盘（11），所述无机二氧化硅凝胶的通式为：

（HSiO_3/2）_2n

其中n是自然整数，以及提供（E1）盖（ 13）；

-化学活化（E2）所述二氧化硅凝胶层（12）和所述盖（13），以使所述凝胶层（12）和所述盖（13）亲水；

-机械结合（E3）所述凝胶层（12）和所述盖（13），以形成芯片（1）使得所述凝胶层（12）在所述盘（11）和所述盖（13）之间形成中间层；

-使所述芯片（1）退火（E4），使得所述二氧化硅凝胶层（12）转化成由所述盘（11）和所述盖（13）的SiO₂连接基质形成的中间层（120）。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述芯片（1）的最大退火温度Tr是：

20°C<Tr<Min（Tv_盘，Tv_盖）

其中Min是数学运算符取最小值，以及

Tv_盘和Tv_盖分别是所述盘（11）的玻璃化转变温度和所述盖（13）的玻璃化转变温度。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述芯片（1）的所述最大退火温度Tr是：

100°C≤Tr≤450°C。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的方法，其中在所述退火步骤中，所述退火温度从20°C以每分钟几摄氏度的速度演变到Tr以允许在所述SiO₂基质中的所述二氧化硅凝胶无破裂的情况下转化。

9.根据权利要求5到8中任一项所述的方法，其中

-使用空气/O₂等离子体进行二氧化硅凝胶层（12）的所述化学活化步骤；以及

-使用氨浴或硫酸浴进行所述盖（13）的所述化学活化步骤以允许在所述凝胶（12）的表面和所述盖（13）的表面形成化学-OH基团。

10.根据权利要求5到9中任一项所述的方法，其包括如下步骤：

-在所述盖（13）中形成至少一个微流控通道（2）；和/或

-在所述盖（13）中形成至少一个电路（3）；和/或

-在所述凝胶（12）与所述盖（13）的所述机械结合步骤之前，至少一个电路（30）由于化学活化的所述二氧化硅凝胶层（120）结合到所述盖（13）上。

11.一种盘（11），其厚度在200μm和1mm之间并连接到无机二氧化硅凝胶层（12），所述无机二氧化硅凝胶层的厚度在100nm和10μm之间以形成根据权利要求5到10中任一项所述的方法得到的根据权利要求1到4中任一项所述的芯片（1）。