CN103189122B

CN103189122B - 聚合物微过滤器及其制造方法

Info

Publication number: CN103189122B
Application number: CN201180033055.7A
Authority: CN
Inventors: O·V·玛卡罗瓦; C-M·唐; P·T·阿姆斯图茨
Original assignee: Creatv Microtech Inc
Current assignee: Creatv Microtech Inc
Priority date: 2010-05-03
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2031-04-01
Also published as: CN103189122A; US11613115B2; WO2011139445A1; BR112012028293A2; EP2566598B1; EP2566598A4; EP3777994A1; CA2798246A1; JP2013537469A; BR112012028293A8; AU2011248929B2; BR112012028293B1; JP5837574B2; EP2566598A1; CA2798246C; AU2011248929A1; US20130059308A1

Abstract

一种微过滤器，包括由环氧基感光干膜形成的聚合物层和分别穿过聚合物层延伸的多个孔。还公开了一种微过滤器的形成方法。该方法包括提供设置在基底上的第一层环氧基感光干膜，将第一层通过掩模暴露在能量下，从而在第一层干膜中形成由掩模限定的图案，由暴露的第一层干膜形成含有穿过其延伸的多个孔的聚合物层，多个孔的分布由图案限定，以及从基底移除聚合物层。

Description

聚合物微过滤器及其制造方法

相关专利的交叉引用

本申请要求2010年5月3号提交的美国临时专利申请No.61/330819和2010年8月27号提交的美国临时专利申请No.61/377797的优先权，特此将其全部内容并入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及通常的过滤，特别是，聚合物微过滤器及其制造方法。

背景技术

可通过检测体液中存在某类细胞判断一些身体状况。特别是，指示或表明某些身体状况的细胞可能比在某些体液中发现的其他细胞较大和/或柔软性较差。因此，从体液的样本中收集这样较大的和/或柔软性较差的细胞，可基于这些收集的细胞判断身体状况。

可通过过滤体液收集比体液中其他细胞较大和/或柔软性差的细胞。例如，通过使体液流过具有开孔的过滤器可收集指示状况的目标细胞，所述开孔太小以至于目标细胞无法通过，但又足够大到可以使其他细胞通过。一旦完成收集，就可对目标细胞进行大量的分析。例如，这些分析可包括鉴别、计数、定性、和/或培养所收集的细胞。

发明内容

本发明的一方面，公开了一种微过滤器。该微过滤器包括由环氧基感光干膜形成的聚合物层，和分别穿过聚合物层延伸的多个孔。

本发明的另一方面，揭示了一种多层微过滤器。该过滤器包括第一聚合物层和第二聚合物层，该第一聚合物层由环氧基感光干膜形成并具有穿过其延伸的第一孔，以及该第二聚合物层由环氧基感光干膜形成并具有穿过其延伸的第二孔，其中第一孔和第二孔至少部分限定穿过第一层和第二层延伸的非线性通道。

本发明的再一方面，揭示了一种微过滤器的制造方法。该方法包括：提供设置在基底上的第一层环氧基感光干膜，将第一层通过掩模暴露在能量下，从而在第一层干膜中形成由掩模限定的图案，由暴露的第一层干膜形成聚合物层，该聚合物层具有穿过其延伸的多个孔，多个孔的分布被上述图案限定，以及从基底移除聚合物层。

本发明的再一方面，揭示了一种形成多层微过滤器的方法。该方法包括：由设置在基底上的第一层环氧基感光干膜形成含有多个第一孔的第一聚合物层，第二层环氧基感光干膜层压在第一聚合物层上，以及由第二层干膜形成含有多个第二孔的第二聚合物层。

本发明的再一方面，揭示了一种使用微过滤器的方法。该方法包括使液体流过由环氧基感光干膜形成的微过滤器的多个孔，其中，微过滤器具有用以过滤液体的足够的强度和柔韧性，以及其中，孔的尺寸设定为允许第一种体液细胞通过并阻止第二种体液细胞通过。

附图说明

文中参照附图描述本发明图示实施例，其中：

图1A-1E是剖视图，图示根据本发明实施例的微过滤器制造过程中的多个阶段；

图2A是流程图，图示根据本发明实施的微过滤器的制造过程；

图2B是流程图，图示根据本发明实施例在图2A图示的过程中由暴露的干膜形成微过滤器的过程；

图3A-3E是剖视图，图示根据本发明实施例的微过滤器120的制造过程中的多个阶段；

图4A-4D是剖视图，图示根据本发明实施例的微过滤器制造过程中的多个阶段；

图5A-5D是剖视图，图示根据本发明实施例由多层环氧基感光干膜制造多个微过滤器的过程中的多个阶段；

图6A和6B是剖视图，图示根据本发明实施例在形成微过滤器的过程中使用静电吸盘设备将干膜结构附接到支撑体的过程的多个阶段；

图7A和7B是剖视图，图示根据本发明实施例的由一卷干膜结构制造微过滤器的过程中的多个阶段；

图8A和8B是剖视图，图示根据本发明实施例的由多卷干膜结构制造微过滤器的过程的多个阶段；

图9A-9D是局部俯视图，图示根据本发明实施例的不同微过滤器的孔的分布；

图10A-10D是剖视图，图示根据本发明实施例的具有不同厚度和不同孔的形状、尺寸和分布的微过滤器；

图11是流程图，图示根据本发明实施例的多层微过滤器的制造过程1300；

图12A-12K是剖视图，图示根据本发明实施例的多层微过滤器制造过程中的多个阶段；

图12L是根据本发明实施例的多层微过滤器的俯视图；

图13A和13B是俯视图，图示图11的过程中的多个阶段；

图14A和14B是根据本发明实施例的多层微过滤器1420的剖视图；

图14C是图14A和14B的多层微过滤器1420的俯视图；

图15是根据本发明实施例的包括微过滤器和支撑体结构的微型过滤结构的剖视图；

图16是根据本发明实施例的经涂覆的微过滤器的剖视图；

图17A是流程图，图示根据本发明实施例使用微过滤器的过滤过程；

图17B是流程图，图示根据本发明实施例使用微过滤器的过滤过程。

具体实施方式

通常情况下，本发明的各方面涉及具有聚合物层的微过滤器，该聚合物层由环氧基感光干膜(epoxy-based photo-definable dry film)形成。微过滤器包括分别穿过聚合物层延伸多个孔。在某些实施例中，使干膜通过掩模暴露在能量下并使暴露的薄膜显影，由此可形成微过滤器。在一些实施例中，干膜可暴露在紫外线(UV)形式的能量下。在其他的实施例中，干膜可暴露在X射线形式的能量下。在某些实施例中，聚合物层具有用于过滤液体的充分的强度和柔韧性。在一些实施例中，孔的尺寸设定为允许第一种体液细胞通过并阻止第二种体液细胞通过。

具体地，在某些实施例中，微过滤器可用于检测体液。在一些实施例中，微过滤器可用于从体液中隔离并检测罕见细胞。在某些实施例中，微过滤器可用于从穿过微过滤器的血液中收集循环肿瘤细胞(CTCs)。在一些实施例中，使用微过滤器收集的细胞可用于后续过程，如细胞鉴别、列举、定性、培养等。

更具体地，在某些实施例中，环氧基感光干膜的多层可同时暴露在能量下，用于规模化生产微过滤器。在一些实施例中，提供一种由环氧基感光干膜层构成的堆叠结构，并且这一堆叠结构中所有的干膜层都同时暴露在能量下。在一些实施例中，以卷的形式提供包括设置在基底上的多个环氧基感光干膜的干膜结构。在这样的实施例中，可展开该结构的一部分使干膜暴露在能量下。在某些实施例中，多个卷的多个部分可同时暴露在能量下。

图1A-1E是剖视图，图示用于制造根据本发明实施例的微过滤器120的过程中的多个阶段。图2A是流程图，图示用于制造根据本发明实施例的微过滤器的过程200。图2A的示例过程将在下文中参照图1A-1E描述。图2A图示的过程的其他实施例将在下文中参照图3A-8B描述。

在图2A的区块220时，提供环氧基感光干膜100(下文中简称为“干膜100”)设置在基底180上的一个层。在一些实施例中，在区块220时，干膜100层压在基底180上。在某些实施例中，硅晶片涂有金属材料薄层，如铜，并且在区块220时干膜100层压在金属材料上。在其他的实施例中，在区块220时可获得并提供已与基底180附接的干膜100。文中使用的“环氧基感光”物质是指包括或由感光的环氧树脂形成的物质，例如，多官能环氧树脂、双酚A型环氧树脂、环氧化多官能双酚A甲醛酚醛树脂等。在美国专利号Nos.7449280、6716568、6391523和6558868中可发现感光的环氧树脂的示例，其全部内容并入本文作为参考。美国专利公开号Nos.2010/0068648和2010/0068649中也可发现感光的环氧树脂的示例，其全部内容并入本文作为参考。文中使用的“环氧基感光干膜”是包括或由环氧基感光物质形成的干膜。美国专利号Nos.7449280、6391523和6558868以及美国专利公开号Nos.2010/0068648和2010/0068649中可发现根据本发明实施例可使用的环氧基感光干膜的示例。另外，根据本发明实施例可使用的环氧基感光干膜的示例包括在DJ DevCorp公司用DuPont和SUEX^TM薄板生产的PERMX^TM系列的聚合物薄膜中，每个示例都包括在其他两层聚合物层之间的感光层。

在某些实施例中，基底180是薄的铜箔片。在一些实施例中，因为层压到干膜上的基底表面不光滑能造成干膜的表面不光滑，所以优选光滑的基底。在一些实施例中，优选铜薄膜作为基底，从而可在较短的时间内移除基底。在另一些实施例中，基底180可以是硅晶片、如Kapton牌的聚酰亚胺薄膜、或其他合适的材料。

如图1B和1C所示，干膜100通过掩模199暴露在能量下，从而在区块240时形成暴露的干膜110。图1B和1C图示的实施例中，干膜100通过光学掩模199和掩模图案198暴露在紫外线(UV)形式的能量下，该光掩模199具有能被UV光线穿透的掩模部197，以及该掩模图案198不能由UV光线穿透的材料薄膜形成。在另一些实施例中，干膜100可在区块240时通过X射线掩模暴露在X射线下，而不是通过光学掩模199暴露在UV光线下。

在图1A-1E图示的实施例中，干膜100是负性光刻胶。文中使用的“负性光刻胶”是感光物质，当暴露在诸如UV光线或X射线的能量下时，该感光物质变得聚合。根据本发明实施例可使用的负性光刻胶环氧基感光干膜的示例包括在Dupont公司生产的PERMX^TM系列的聚合物薄膜中，以及负性光刻胶干膜包括在DJDevCorP公司生产的SUEX^TM薄板中，其分别包括在其他两层聚合物层之间的感光层。PERMX^TM3000系列由Dupont成卷生产，其商用厚度包括10μm、14μm、25μm和50μm，但也可获得其他厚度。

如图1C中所示，通过掩模199暴露在UV光线下的暴露的干膜110的部分变得聚合，只有部分116未聚合。暴露的干膜100的聚合与未聚合的部分形成被光学掩模199限定的图案118。更具体地是，暴露的干膜110的图案118被光学掩模199的图案198限定，该图案198由UV光线不能穿透的材料形成。在某些实施例中，图案198可由UV光线不能穿透的材料薄膜形成，如铬薄膜。

在替代实施例中，可使用正性环氧基感光干膜替代负性干膜。在这样的实施例中，如下文参照图4A-4D所述，除了可以使用不同的掩模外，由正性干膜形成微过滤器的过程与参照图1A-2A描述的形成微过滤器的过程类似。文中使用的“正性光刻胶”是感光物质，其中，当该物质暴露在如UV光线或X射线的能量下时聚合连结剂(bonds)断裂。在某些实施例中，正性光刻胶可以是基于聚二甲基戊二酰亚胺的光刻胶(如MicroChem公司生产的PMGI、LOR)，不包括醋酸酯和二甲苯的光刻胶(如Shipley公司生产的系列)，或其他正性光刻胶。对于厚度大于几微米的光刻胶层，负性光刻胶通常比正性光刻胶更灵敏。大多数聚合物光刻胶属于正性光刻胶薄膜的范畴。可使用的干膜正性光刻胶的示例包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，以及甲基丙烯酸甲酯的合成聚合物。正性光刻胶的其他示例包括丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚酯纤维、如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(MYLAR^TM)、等。根据本发明的实施例，在某些实施例中，微过滤器可由非环氧基的感光干膜形成。在这样的实施例中，干膜可以是正性光刻胶或负性光刻胶。在另一些实施例中，微过滤器可由感光液体形成，而不是干膜。在这些实施例中，感光液体可以是正性光刻胶或负性光刻胶。在某些实施例中，感光液体可以是液态的聚酰亚胺。在这些实施例中，感光液态聚酰亚胺可以是正性光刻胶或负性光刻胶。

在区块260时，包括穿过微过滤器延伸的多个孔122的微过滤器120由暴露的干膜110形成。在某些实施例中，微过滤器120包括由环氧基感光干膜形成的聚合物层和穿过聚合物层延伸的多个孔。文中描述的本发明各实施例中，微过滤器包括一层或多层聚合物层以及分别穿过一层或多层聚合物层延伸的一个或多个孔。同样，文中使用的“孔”指的是在层或其他结构的外表面之间延伸的任何类型的通道、孔隙、槽、间隙、开口等。在图1A-1E图示的实施例中，孔122即孔隙122。

图1A-1E图示的实施例中，使暴露的干膜110显影，去除未聚合的部分116，从而形成具有孔隙122的微过滤器120。在某些实施例中，通过将显影剂施加到干膜110以溶解未聚合的部分116使暴露的干膜110显影。在一些实施例中，显影剂是水溶液，当暴露的干膜110浸没在显影剂中时，该水溶液溶解未聚合的部分116。在区块280时，如图1E所示，从基底180移除具有孔隙122的微过滤器120，从而形成自立式微过滤器120。在一些实施例中，微过滤器是一层或多层聚合物层结构，该一层或多层聚合物层包括在结构的外表面之间延伸的一个或多个孔，其中，所述结构具有足够的强度和柔韧性以过滤穿过一个或多个孔的液体。在某些实施例中，微过滤器可包括孔，该孔的尺寸足够小，从而当体液或包含体液的液体穿过过滤器时阻止一种或多种体液细胞穿过该孔，其中，孔的尺寸也足够小，从而阻止一种或多种其他类体液细胞穿过过滤器。文中使用的“体液细胞”是指可在病人体液内发现的任何细胞，如红或白血细胞、诸如CTCs和胎儿细胞的罕见细胞等。在一些实施例中，微过滤器包括孔，该孔的尺寸设定为允许大量的红血细胞通过并阻止大量的CTCs通过。在一些实施例中，由一层或多层环氧基感光干膜形成的微过滤器可以是聚合物微过滤器。

图2A图示的过程的不同实施例将参照图2B-8B在下文中描述。如上所述，在某些实施例中，基底180可以是铜箔片。在这些实施例中，在区块280的变形中，可使用硝酸、三氯化铁、或其他已知试剂从微过滤器120移除铜基底180。在某些实施例中，可使用试剂蚀刻掉铜基底180，从而将其从微过滤器120移除。在另一些实施例中，基底180可以是另外一种金属箔片，如铝，并可在区块280时用已知的方法移除。

图2B是流程图，图示根据本发明实施例在图2A的区块260时由暴露的干膜形成微过滤器的过程。在某些实施例中，形成微过滤器的过程260包括由暴露的干膜形成具有多个孔的聚合物层。在图2B的实施例中，在区块262时，对设置在基底180上的暴露的干膜110进行坚膜过程。在某些实施例中，坚膜过程包括将干膜110暴露在较高温度下，对以干膜110进行坚膜。在区块264时，如在上文中参照图1A-1E所述，通过将显影剂应用到干膜110使干膜110显影。在区块266时，对显影后的干膜110进行硬烤过程。在某些实施例中，硬烤过程包括将干膜110暴露在较高温度下。在图2B中图示的过程的一些具体实施例中，可省略区块266的硬烤过程。在这些实施例中，在区块262时通过坚膜暴露的干膜110形成微过滤器120，并在区块264时使干膜110显影。上文中参照图2B描述的过程可用于文中描述的任意实施例。另外，如上所述，文中描述的本发明的任意实施例中，由环氧基感光干膜形成微过滤器的聚合物层的过程可包括将干膜暴露在能量下，进行坚膜过程，使暴露的干膜显影，和/或坚膜暴露的干膜。

图3A-3E是剖视图，图示根据本发明实施例的微过滤器120的制造过程中的多个阶段。在图3A-3E图示的实施例中，基底是聚酰亚胺薄膜181。在区块220时，设置在聚酰亚胺薄膜181上的一层环氧基感光干膜100具有设置在干膜100的一部分和聚酰亚胺薄膜181之间的分离器182。图3A所示的实施例中，分离器182沿着干膜100的边缘设置在干膜100的一部分和聚酰亚胺薄膜181之间。在某些实施例中，分离器182可沿着干膜100的一个或多个边缘设置，或设置在干膜100和聚酰亚胺薄膜181之间的其他位置上。分离器182可由聚酰亚胺薄膜(如KAPTON薄膜)或能层压在干膜100上并能承受硬烤过程温度的其他合适材料形成。

如图3B-3C所示，干膜100暴露在能量下，以及如上文参照图1B-1D所述，微过滤器120在区块240和260时由暴露的干膜110形成。在某些实施例中，微过滤器120包括聚合物层，该聚合物层含有从其穿透的多个孔。在图3A-3E图示的实施例中，通过固定分离器182的暴露端并通过使用分离器182将聚酰亚胺薄膜181从微过滤器120剥落，将微过滤器120从聚酰亚胺薄膜181移除。如图3D所示，从聚酰亚胺层181移除干膜100后，如图3E所示，从干膜100移除分离器182，从而获得自立式微过滤器120。根据本发明实施例，从层181移除微过滤器120和从微过滤器120移除分离器182是在区块280的变形中实施的两个步骤。

在图2A图示的过程的替代实施例中，可用液态光刻胶代替干膜100。在这样的实施例中，在区块210的变形中，基底涂有金属物质的薄层，以及环氧基液态光致抗蚀剂旋转涂覆到金属物质上，从而在基底上提供一层环氧基感光物质。在某些实施例中，基底可以是硅晶片，金属物质可以是铜，以及液态光致抗蚀剂可以是环氧基感光液体。在一些实施例中，环氧基感光液体是液态的负性光刻胶，如SU-8。该环氧基感光物质层暴露在能量下，以及如上文参照图1B-1D所述，在区块240和260时微过滤器120由暴露的层形成。在区块280的变形中，通过使用上文描述的常规过程刻蚀掉金属基底，从基底释放微过滤器120。在某些实施例中，液态光刻胶可以使液态的负性光刻胶，如MicroChem公司生产的SU-8或

在图2A图示的过程的其他替代实施例中，可以使用液态负性光刻胶代替干膜100，且负性光刻胶和基底之间的正性光刻胶可以用作释放层。在这样的实施例中，为了在区块210的变形中在基底上提供一层环氧基感光物质，液态的正性光刻胶旋转涂覆在基底上，正性光刻胶以适当的剂量暴露在能量下(如UV光线)，从而实现涂层厚度，并且液态的环氧基负性光刻胶旋转涂覆在正性光刻胶上。在一些实施例中，正性光刻胶可在不使用掩模的情况下暴露在能量下。所述环氧基感光物质层暴露在能量下，以及如上文参照图1B-1D所述，在区块240和260时微过滤器120由暴露的层形成。在这样的实施例中，在区块280的变形中，通过使正性光刻胶显影从基底释放微过滤器120。在某些实施例中，可使用同种显影剂使正性和负性光刻胶显影。在其他的实施例中，可使用一种显影剂形成微过滤器120中的孔隙，并使用另一种显影剂从基底释放微过滤器。在替代实施例中，干膜正性光刻胶可代替液态的正性光刻胶用作释放层。可使用的干膜正性光刻胶的示例包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，和甲基丙烯酸甲酯的合成聚合物。

在其他实施例中，可结合正性光刻胶释放层使用负性环氧基感光干膜100。这样的实施例与上文描述的使用正性光刻胶释放层的实施例类似，除了在区块210时一层负性干膜100可层压在旋转涂覆的正性光刻胶上，而不是在旋转涂覆的液态负性光刻胶上。

图4A-4D是剖视图，示出了根据本发明实施例的微过滤器420的制造过程中的多个阶段。在图4A-4D图示的实施例中，在区块220时提供设置在基底180上的一层正性环氧基感光干膜400(下文中简称为“干膜400”)。在某些实施例中，在区块220时正性干膜400层压在基底180上。如图4B所示，在区块240时正性干膜400暴露在能量下，干膜400的聚合连结剂在通过掩模499暴露在能量(如UV光线)下的部分416处断裂，而非干膜400的暴露部分变得聚合，除此之外，其和上文参照图1B和1C的描述类似。暴露部分416和未暴露部分的图案418在暴露的干膜410中形成。如图4B所示，掩模499包括透明部分497和不透明的部分498。如上所述，图1B中的掩模199可与负性光刻胶一起使用，并构造为用于覆盖干膜100的部分，该部分具有形成在干膜100中的孔隙。在图4A-4D图示的实施例中，掩模499的不透明部分498被构造为覆盖除了将要形成孔的位置之外的正性干膜400的所有部分，从而使UV光线穿过掩模499，以在正性干膜400将要形成孔的位置处透射到正性干膜400。

在图4A-4D图示的实施例中，通过使用溶解干膜400的部分416的显影剂使干膜410显影，在区块260的变形中由暴露的干膜410形成微过滤器420，在干膜400的部分416处聚合连结剂断裂。如图4D所示，在区块280时从基底180移除具有孔422的微过滤器420，形成自立式聚合物微过滤器420。在一些实施例中，微过滤器420包括由环氧基感光干膜形成的聚合物层，以及包括穿过聚合物层延伸的多个孔。在一些实施例中，孔422即孔隙422。在一些实施例中，如上文所述，在区块280时可通过使正性光刻胶显影而从基底释放微过滤器420.

图5A-5D是剖视图，图示根据本发明实施例的由多层环氧基感光干膜制造多个微过滤器的过程中的多个阶段。在图2A图示过程的某些实施例中，在区块220时提供多个干膜结构501，其分别包括一层设置在基底580上的环氧基感光干膜500(下文中简称为“干膜500”)。在图5A-5D图示的实施例中，如图5A所示，在区块220时，通过在支撑体590上的堆叠结构501提供设置在基底580上的干膜500。

在一些实施例中，如图5A所示，在图2A的区块240时结构501堆叠中的干膜500同时通过X射线掩模599暴露在X射线形式的能量下。在一些实施例中，X射线的贯入深度远大于UV光线。与UV光线不同，X射线在厚度小于5mm的材料中不会分散，甚至在明显小于一微米的特征中也不会分散。在一些实施例中，X射线光刻技术通常可用在同步辐射束线。另外，X射线光刻技术可用于负性和正性光刻胶。图5A-5D图示的实施例中，干膜500都是负性光刻胶。在其他实施例中，干膜500都是正性光刻胶。在这样的实施例中，如上文参照图4B的掩模499所述，可使用构造为在正性光刻胶中形成多个孔的掩模。此外，在干膜500是正性光刻胶的实施例中，干膜500可附接到支撑体290并直接互相堆叠，而不用分别设置在各自的基底上。

如图5B所示，除了干膜500的部分516不聚合，通过掩模599暴露在X射线下的各干膜500的部分变得聚合。各干燥膜500的聚合和未聚合的部分形成被光学掩模599的图案598限定的图案518。在一些实施例中，掩模599包括X射线透明部分597，以及构造为用于基本阻挡X射线的图案598。在一些实施例中，图案598由金形成。另外，在一些实施例中，X射线透明部分597可以是石墨薄板或硅晶片。在图5A-5D图示的实施例中，各基底580传递透射到其上的大部分X射线能量。在某些实施例中，基底580由金属箔片形成。在这些实施例中，当箔片足够薄时，每个基底580可传递透射到其上的大部分X射线能量。在一些实施例中，可进行堆叠，随后同时暴露的结构501的数量取决于因X射线穿过金属箔片而导致的X射线剂量的减少。

在某些实施例中，在区块260的变形中，以上文参照图1A-1E所述的类似方式，使多个暴露的干膜510显影，从而形成多个微过滤器520，这些微过滤器分别具有多个孔522。在某些实施例中，孔522即孔隙522。在一些实施例中，可在区块260的变形中，实施图5B和5C图示的过程。在这样的实施例中，如图5B所示，结构501相互分离，并在区块262的变形中对设置在各基底580上的暴露的干膜510进行坚膜处理。在某些实施例中，如上所述，在区块264的变形中使各暴露的干膜510显影，从而如图5C所示在各干膜500中形成孔隙522。在一些实施例中，在区块266的变形中对设置在各基底580上的干膜510进行硬烤处理，从而形成具有孔隙522的微过滤器520。在其他实施例中，可省略硬烤处理。在某些实施例中，如上所述，在区块280的变形中可从微过滤器520化学移除基底580，从而如图5D所示获得具有孔隙522的自立式微过滤器520。在某些实施例中，微过滤器520分别是具有孔522的聚合物层。

如上所述，在某些实施例中，基底580可分别由金属箔片形成。在替代实施例中，基底580可以是基于聚合物的基底，该基底传递透射到其上的大部分X射线，并具有高出干膜500的坚膜温度的熔点。例如，在某些实施例中，基底580可由正性光刻胶形成。在这样的实施例中，基底580可暴露在诸如UV光线或X射线的能量下，该能量足以使正性光刻胶中的聚合连结剂断裂，从而在图2A的区块280时可使用显影剂化学移除基底580。在其他实施例中，基底580可以是聚酰亚胺薄膜，并可在区块280时通过从微过滤器520剥落聚酰亚胺基底580的方式被移除。

在替代实施例中，可堆叠多层环氧基感光干膜500(下文简称为“干膜500”)并同时将其暴露，而不需要使多层薄膜分别设置在对应的基底上。在这样的实施例中，在区块220的变形中，干膜500堆叠在支撑体590上，而不需要设置在邻近干膜500之间的基底。在区块240的变形中暴露堆叠的干膜500。在一些实施例中，可在区块260时实施图2B图示的过程。在这样的实施例中，可分离暴露的干膜510，并将其放置在单独的基底上，在该基底上暴露的干膜510在区块262的变形中经过了坚膜过程。在这样的实施例中，使用的基底能承受坚膜温度，并可溶于水或一种或多种化学物质中。当分别附接到基底时，使暴露的干膜510在区块264时显影，并可在区块266时经过硬烤处理。在区块280时，从由暴露的干膜510形成的微过滤器520移除基底580。

在某些实施例中，可使用粘结剂、夹具、或其他合适的机构或方法，将结构501附接到支撑体590。在一些实施例中，通过静电吸盘将结构501保持在支撑体上。图6A和6B是剖视图，图示根据本发明实施例的微过滤器形成过程中使用静电吸盘设备600将干膜结构501附接到支撑体的过程中的多个阶段。在图6A和6B图示的实施例中，如图6A所示，多个干膜结构501堆叠在支撑体690上，该多个干膜结构501分别包括设置在基底580上的一层环氧基感光干膜500。如图6A所示，支撑体690包括具有导管693的水冷却框架692，设置在框架692上的绝缘体664，以及设置在绝缘体664上的导体层662。此外，如图6A所示，透明的导体层660设置在结构501的堆叠上，从而，结构501的堆叠设置在导体层660和662之间。同样，如图6A所示，连接导体层的电路是开路，从而将数值为零的电压665施加到导体层。

如图6B所示，闭合导体层之间的电路并将数值非零的电压665施加在导体层660和662之间，使设备660将结构501压合在导体层660和662之间。随着设备600压合结构501时，如上文参照图5A-5D所述，可将X射线通过X射线掩模599施加到干膜500。在某些实施例中，如上文参照图6A和6B所述，可在图2A的区块220的变形中将结构501堆叠在设备600上并使用设备600压合结构501。虽然上文参照由分别设置在相应基底上的干膜形成微过滤器的方法已经对静电吸盘设备的使用进行了描述，但静电吸盘在替代实施例中还可用于压合与相应基底不附接的自立式聚合物薄膜的堆叠，如自立式干膜。在由多层干膜形成多个微过滤器的过程中，可堆叠并压合这样的自立式干膜。

图7A和7B是剖视图，图示根据本发明实施例的由一卷干膜结构制造微过滤器的过程中的多个阶段。图7A和7B图示的实施例中，干膜结构785以一卷702的干膜结构785的形式提供。干膜结构785包括设置在可移除基底782上的一层环氧基感光干膜700(下文简称为“干膜700”)。在一些实施例中，基底782可以是可化学溶解的金属箔片。在某些实施例中，金属箔片可包括如上所述可被刻蚀掉的铝或铜。在图7A和7B图示的实施例中，卷702的一部分设置在辊子774上，以及另一部分设置在辊子775上。干膜结构785的作业部787在辊子774和775之间延伸，并通过辊子770基本保持平坦，使其通过掩模199暴露在能量下。

在图2A图示的过程的某些实施例中，在区块220的变形中，从卷702展开干膜结构785的一部分并沿着箭头772的方向向前移动结构785的该部分，从而在支撑体791和掩模199之间形成结构785的作业部787，通过上述方式，提供设置在基底782上的一层环氧基感光干膜700。在一些实施例中，在区块220时提供的作业部787包括干膜700的一部分，该部分尚未通过掩模暴露在能量下形成图案。在某些实施例中，当向前移动结构785时，从结构785移除支撑体791和掩模199。

在图7A和7B图示的实施例中，在图2A的区块240的变形中，如图7B所示，将掩模199和支撑体791移动至接近结构785，以及干膜700通过掩模199暴露在能量下。如上所述，虽然使用不同种类的能量以及不同的掩模，但在图7A和7B所示的实施例中，掩模199是光学掩模且能量是UV光线。在图7A和7B图示的实施例中，干膜700是负性光刻胶。在其他实施例中，干膜700可以是正性光刻胶。在这样的实施例中，如上文参照图4B的掩模499所述，可使用构造为在正性光刻胶中形成孔隙的掩模。如上文参照其他实施例所述，干膜700通过掩模在能量下的暴露促使在干膜700上形成图案。在某些实施例中，如图7B所示，支撑体791挤压结构785，为暴露过程拉伸干膜700，从而使干膜700在暴露过程中具有附加张力和稳定性。在一些实施例中，在暴露干膜700后，如上文所述，可再次向前移动结构785，从而提供在区块220时尚未暴露的新的作业部787，并且如上文所述，可在区块240时暴露新的作业部787。在某些实施例中，向前移动结构785并暴露干膜700的过程可以持续重复。在一些实施例中，该过程可以一直重复直到干膜700所有部分的大多数部分都经过暴露过程为止。

在一些实施例中，在区块260的变形中，如上文参照其他实施例所述，可通过使暴露部分显影而由该干膜700的暴露部分形成具有孔的微过滤器。在这样的实施例中，可以在干膜700的暴露部分卷绕到辊子775上之前，使其显影，或可以在暴露干膜700的所有预期部分之后，使其显影。在一些实施例中，可在区块260时实施图2B图示的过程。在这样的实施例中，在区块262时可通过用于坚膜处理的烤炉向前移动干膜700的暴露部分，在区块264时可使干膜700的暴露部分显影，然后在区块266时进行硬烤处理。在其他实施例中，在暴露干膜700的所有预期部分之后，在区块262，264和266时进行所有处理。在某些实施例中，可省略硬烤处理。

在一些实施例中，如上文参照其他实施例所述，使暴露的干膜700显影后，在区块280时移除基底782。在某些实施例中，移除基底782后，从形成微过滤器的干膜卷切出各微过滤器。在某些实施例中，根据本发明实施例，由卷绕成卷的干膜形成微过滤器可简化微过滤器的制造过程，并使制造过程自动化。

图8A和8B是剖视图，图示根据本发明实施例由多卷干膜结构制造微过滤器的过程中的多个阶段。除了多个卷702的多层环氧基感光干膜700同时暴露在能量下，图8A和8B图示的实施例与图7A和7B图示的实施例类似。在这样的实施例中，在区块220的变形中，沿着箭头772的方向分别向前移动每个卷702的结构785，从而在支撑体891和掩模899之间提供一堆叠887的结构785，以此方式，提供分别设置在相应基底782上的多层环氧基感光干膜700。在图8A和8B图示的实施例中，在图2A的区块240的变形中，如图8B所示，将掩模899和支撑体891移动到堆叠887附近，以及将设置在掩模899和支撑体891之间的堆叠887中的干膜700的部分同时通过掩模899暴露在能量下。在图8A和8B所示的实施例中，干膜700分别是负性光刻胶。在其他实施例中，干膜700可以是正性光刻胶。在这样的实施例中，如上文参照图4B的掩模499所述，可使用构造为在正性光刻胶中形成多个孔的掩模。由干膜700形成微过滤器的后续方法与上文对图7A和7B图示实施例的描述类似。

在图8A和8B图示的实施例中，支撑体891设置在包括导管693的水冷却框架692上。另外，如图8B所示，结构785的作业部887可通过夹具860固定保持在支撑体891和掩模899之间的位置上。在替代实施例中，如上文参照其他实施例所述，可使用静电吸盘固定堆叠887。在一些实施例中，可根据精确度确定同时暴露的干膜700的数量，当暴露一堆特定数量的干膜时产生该精确度。在某些实施例中，如上所述，由多个卷的多层干膜形成微过滤器可简化微过滤器的制造和/或有利于大规模生产微过滤器。

在使用非环氧基干膜的实施例中，干膜可卷绕成不包括基底的卷。在这样的实施例中，每个卷702分别只包括干膜，而不包括基底。在使用环氧基干膜的实施例中，每个卷702可分别包括干膜700上的附加覆盖层。在这样的实施例中，基底782设置在干膜700的第一侧，且覆盖层设置在干膜700的相对一侧。在某些实施例中，根据本发明实施例的基于光刻技术的微型加工可实现高效大规模的、生产精度高度一致的微过滤器。在某些实施例中，根据本发明实例制造微过滤器可增加生产的微过滤器的孔隙度并改善孔的均匀性。

图9A-9D是局部俯视图，图示根据本发明实施例的不同的微过滤器的孔分布。在某些实施例中，可提供具有不同孔的尺寸、形状和分布的微过滤器。在一些实施例中，对于微过滤器的特殊应用来说，综合孔的尺寸、形状和分布比其他综合具有更多的优点。例如，当微型过滤如血液中的循环肿瘤细胞和胎儿细胞的罕见细胞时，在某些实施例中可优选具有7-8微米直径的圆形孔隙的微过滤器。在一些应用中，分别具有7-8微米直径的圆形孔隙的微过滤器可阻挡罕见细胞，而只保留很少比例的血液细胞。

在图9A和9B图示的实施例中，微过滤器910和912分别具有孔隙920和922的均匀分布。另外，孔隙920具有均匀的尺寸，孔隙922也具有均匀的尺寸。在图9C图示的实施例中，微过滤器914包括均匀的孔隙924，该孔隙924以几个分组分布在微过滤器914上。在图9D图示的实施例中，微过滤器916包括具有第一尺寸的多个孔隙926，以及具有第二尺寸的多个孔隙928。在其他实施例中，任一或多个孔隙920，922，924，926和928可以是其他任意类型的孔。可使用上文中描述的根据本发明实施例的任意一种微过滤器的制造过程制造微过滤器910、912、914和916的任意一种。另外，可使用上文中描述的根据本发明实施例的任意一种微过滤器制造过程形成具有多个不同横截面形状的孔。例如，在某些实施例中，可形成横截面为圆形、三角形、正方形、矩形、椭圆形、扁椭圆形、梯形、平行四边形等形状的孔。

可制造文中描述的根据本发明实施例的具有不同厚度和不同孔的形状、尺寸和分布的微过滤器。图10A-10D是剖视图，图示根据本发明实施例的具有不同厚度和不同孔的形状、尺寸和分布的微过滤器。图10A和10B示出了微过滤器1010和1012，通过上文描述的根据本发明实施例的其中一种过程分别形成微过滤器1010和1012。微过滤器1010包括分别具有宽度1040的多个孔隙1020。微过滤器具有与孔1020的宽度1040基本垂直的厚度1030。在图10A示出的实施例中，厚度1030并不明显大于宽度1040。在某些实施例中，为了减少样本穿过孔隙时所需的压力，优选微过滤器的厚度与微过滤器的一个或多个孔隙的宽度同一的等级上。在一些应用中，当微过滤器的厚度明显大于一些或所有孔隙的宽度时，为了使样本穿过微过滤器，需要在微过滤器上施加较大的压力，该压力明显大于当微过滤器的厚度与一些或所有的孔隙的宽度在同一等级上时的压力。用较大压力使样本穿过过滤器可能造成一个或多个孔隙的形状扭曲，或破坏微过滤器。

例如，为了微型过滤如血液中的CTCs和胎儿细胞的罕见细胞，在某些实施例中可优选8-14微米厚的微过滤器。在某些实施例中，这种应用下的微过滤器可包括孔隙，每个孔隙分别具有7-8微米的直径以及8-14微米的厚度。在其他实施例中，这种应用下的微过滤器可包括矩形孔，该孔具有5-7微米之间的宽度以及大于7微米的长度，其中，孔的长度和宽度都基本垂直于微过滤器的厚度。在某些实施例中，矩形孔可以是细长槽。在某些实施例中，可优选微过滤器中的孔的宽度在尺寸上接近微过滤器的厚度。在一些实施例中，微过滤器的厚度小于一些或所有孔的宽度的10倍。在其他实施例中，微过滤器的厚度在一些或所有孔的宽度10微米的范围内。在不是为了从血液中获得循环肿瘤细胞的一些情况下，可使用根据本发明实施例形成的微过滤器。在一些实施例中，所需的孔的几何形状、孔的尺寸、孔的分布、微过滤器的材料、微过滤器的厚度、微过滤器的尺寸等可以根据不同的应用而改变。在一些实施例中，可通过使用适合的掩模提供所需的孔的几何形状、尺寸、以及分布，如通过光学或X射线掩模。在某些实施例中，关于微过滤器的考虑因素包括制造微过滤器的材料的强度，该强度应足以防止过滤器材料断裂或孔的形状扭曲。

如图10B所示，微过滤器1012具有分别具有宽度1042的多个孔隙1022。微过滤器1012还具有与孔隙1022的宽度1042基本垂直的厚度1032。微过滤器1012的厚度1032大于微过滤器1010的厚度。在图10B图示的实施例中，孔隙1022具有均匀的尺寸，并分别与微过滤器1012的第一表面1050和第二表面1052基本垂直。在图10C图示的实施例中，微过滤器1014包括具有第一宽度1044的孔隙1024和具有第二宽度1046的孔隙1026，该第二宽度1046小于第一宽度1044。微过滤器1014还具有厚度1034。在图10D图示的实施例中，微过滤器1016包括横截面形状不一致的孔隙1028。各个孔隙1028在微过滤器1016的第一表面1054上具有第一开口并且在微孔过滤1016的第二表面1056上具有第二开口。如图10D所示，第一表面1054上的孔隙1028的宽度1048大于第二表面1056上的孔隙1028的宽度1049。微过滤器1016还具有厚度1036。

图12A-12K是剖视图，图示根据本发明实施例多层微过滤器1270的制造过程中的多个阶段。图12L是根据本发明实施例的多层微过滤器1270的俯视图。图11是流程图，图示根据本发明实施例的多层微过滤器1420的制造过程1100。图14A和14B是根据本发明实施例的多层微过滤器1420的剖视图。图14C是图14A和14B的多层微过滤器1420的俯视图。图11的示例过程将在下文中参照图12A-12F和图14A-14C描述。图13A和13B是图示图11过程中的多个阶段的俯视图。

在图11的区块1120时，第一微过滤器120由一层环氧基感光干膜形成在基底180上。在图12A-12L图示的实施例中，可通过上文描述的图2A中过程200的类似过程，第一微过滤器120在基底80上形成，在该过程中省略在区块280时从基底180移除微过滤器120。在某些实施例中，微过滤器120含有包括多个孔的聚合物层。在过程1100的某些实施例中，可使用包括用于在干膜100中形成细长槽的图案的掩模，替代包括用于在干膜100中形成多个孔隙的图案198的掩模199。在这样的实施例中，掩模可具有包括细长金属带的图案，从而当干膜100通过掩模暴露时可在干膜100中形成相应的细长槽。

图13A是根据本发明实施例在区块1120时形成的微过滤器120的俯视图。如图13A所示，微过滤器120包括多个细长槽1222，并设置在通过槽1222暴露的基底180上。图12A是沿着图13A中的线12A得到的微过滤器120的剖视图，以及图12B是沿着图13A中的线12B得到的微过滤器120的剖视图。如图所示，线12B与线12A垂直。

如图12C所示，在图11的区块1140时，一层环氧基感光干膜1210(下文简称为“干膜1210”)层压在微过滤器120上。在某些实施例中，干膜1210能跨过表面中形成的特征，该干膜层压在该表面上。在这样的实施例中，当层压在微过滤器120上时干膜1210没有明显地填平槽1222。下文中将描述，在区块1160时第二微过滤器1230由一层环氧基感光干膜1210形成。在某些实施例中，微过滤器1230含有包括多个孔的聚合物层。如图12D所示，如上文参照图2A的区块240所述，干膜1210通过掩模1290暴露在能量下，以形成具有图案1218的暴露的干膜1212，该图案1218包括聚合部分和未聚合部分1216。在图12A-12L图示的实施例中，干膜1210是负性光刻胶。在其他实施例中，干膜1210可以是正性光刻胶，并可使用构造为与正性光刻胶一起使用的不同掩模。在图12A-12L图示的实施例中，干膜120通过光学掩模1290暴露在紫外(UV)线形式的能量下，该光学掩模1290包括透射UV光线的掩模部分1295和具有不能透射UV光线的多个细长带的掩模图案1293。在替代实施例中，干膜1210可通过X射线掩模暴露在X射线下，而不是通过光学掩模1290暴露在UV光线下。

在图12A-12L图示的实施例中，如上文参照图2A和2B的区块260所述，在区块1160的变形中，包括穿过微过滤器1230延伸的多个槽1232的聚合物微过滤器1230由暴露的干膜1212形成。图13B是根据本发明实施例的第一和第二微过滤器120和1230的俯视图。如图13B所示，微过滤器1230包括多个细长槽1232，并设置在第一微过滤器120上，其通过细长槽1232暴露。如图13B所示，微过滤器1230的槽1232形成为与微过滤器120的槽1222基本垂直。图12E是沿着图13B的线12E得到的微过滤器120和1230的剖视图，以及图12F是沿着图13B的线12F得到的微过滤器120和1230的剖视图。如图所示，线12F与线12E垂直。

在某些实施例中，如上文参照图2A的区块280所述，形成第二微过滤器1230后，可从微过滤器120移除基底180，从而形成图14A-14C所示的多层微过滤器1420。在图14A-14C图示的实施例中，多层微过滤器1420包括设置在第一微过滤器120上的第二微过滤器1230。如图14C所示，多层微过滤器1420包括穿过多层微过滤器1420延伸的孔1240，其中，槽1222和1232相交。在某些实施例中，微过滤器1240具有包括多个孔的聚合物层。图14A是沿着图14C的线14A得到的微过滤器1420的剖视图，以及图14B是沿着图14C的线14B得到的微过滤器1420的剖视图。如图所示，线14B与线14A垂直。

在某些实施例中，如图12G-12L所示，可形成具有非线性通道1280的微过滤器1270，代替形成微过滤器1420。在这样的实施例中，如图12L所示，通过在第一和第二微过滤器120和1230上形成第三微过滤器1240并移除基底180，形成多层微过滤器1270。此外，在这样的实施例中，如图12F所示，在第一微过滤器120和基底180上形成第二微过滤器1230后，如图12G所示，一层环氧基感光干膜1215层压在第二微过滤器1230上。随后，如上文参照第二微过滤器1230的形成和图2A和2B的区块240和260的过程所述，由干膜1215形成第三微过滤器1240。如图12H所示，第三微过滤器1240包括多个细长槽1242，该细长槽1242与槽1232基本垂直且与槽1222基本平行。另外，在某些实施例中，槽1242从槽1222偏移，从而如图12H所示，槽1242不在槽1222的正上方。

在某些实施例中，形成第三过滤器1240后，如上文参照图2A的区块280所述，可从微过滤器120移除基底180，从而形成多层微过滤器1270。图12L是多层微过滤器1270的俯视图。图12J是沿着图12L的线12J得到的多层微过滤器1270的剖视图，以及图12K是沿着图12L的线12K得到的多层微过滤器1270的剖视图。如图所示，线12K与线12J垂直。

如图12L所示，多层微过滤器1270包括非线性通道1280，该非线性通道1280分别穿过微过滤器1240、1230和120延伸，从而从多层微过滤器1270的第一表面1272延伸到第二表面1274(见图12J)。在某些实施例中，各非线性通道1280由槽1242和1232相交处的第一孔1282、槽1232和1222相交处的第二孔1284、和连接第一孔和第二孔的槽1232的一部分限定。在多层微过滤器1270具有一个或多个非线性通道1280的实施例中，过滤路径大于当多层微过滤器1270只包括线性孔时的过滤路径。为了清楚性，图12L仅图示了选取的槽1232和1222和选取的非线性通道。在一些实施例中，各非线性孔1280通过槽1232与多个其他非线性通道1280相互连接。

在多层微过滤器1270的某些实施例中，微过滤器120、1230和1240可分别具有相同或不同的厚度，微过滤器的所有槽可以具有不同的尺寸和/或形状，多层微过滤器的不同微过滤器的所有槽可以具有不同的尺寸和/或形状。在一些实施例中，细长槽1242可具有5-7微米的宽度以及大于7微米的长度，其中，长度和宽度都垂直于微过滤器的厚度。可替代地或附加地，微过滤器厚度的槽可以是非线性的，并且相邻微过滤器的槽相互之间可以形成非90度的角定向。可替代或附加地，微过滤器120、1230和1240中的一个或多个可以包括多个孔隙而不是多个槽，该多个孔隙可以是如图9A-9D所示的任意孔隙，以及在一些实施例中，多层微过滤器1270可包括相叠设置的三个以上的微过滤器。此外，在某些实施例中，微过滤器120、1230和1240分别由同种环氧基感光干膜形成。

图15是根据本发明实施例的包括微过滤器和支撑结构的微型过滤结构的剖视图。在图15图示的实施例中，微型过滤结构1510包括具有多个孔隙1522并设置在支撑结构1530上的微过滤器1520，该支撑结构1530构造为使微过滤器1520具有结构强度。在某些实施例中，支撑结构1530可与微过滤器1520集成在一起。在一些实施例中，支撑结构1530是网格式支撑结构。在某些实施例中，可通过上文参照图12A-12F和图14A-14C所述的类似过程形成微型过滤结构1510。在这样的实施例中，微过滤器1520和支撑结构1530可分别由一层环氧基感光干膜形成，并使用适当的掩模形成图案。在这样的实施例中，微孔光滤器1520在支撑结构1520上形成，或支撑结构1530在微过滤器1520上形成。

在某些实施例中，聚合物微过滤器的表面功能化使微过滤器的表面具有在微过滤器的特别应用下所需的表面特性。用于改变聚合物微过滤器表面的技术包括对微过滤器表面进行等离子体处理，从而激活表面使化合物和/或有机材料附着在表面。在一些实施例中，使用另外一种表面改变技术在微过滤器上涂覆金属物质的薄层。

图16是根据本发明实施例的涂覆的微过滤器的剖视图。如上文参照图1A-1E、2A和2B所述，微过滤器120由一层环氧基感光干膜形成。在图16图示的实施例中，微过滤器120包括在微过滤器120的表面1650上的涂层1600。在某些实施例中，涂层1600可由金属物质、纳米颗粒胶体物质或有机物质形成。在这样的实施例中，这些表面涂层可用于附着分析物识别元素、DNA、适体、表面封闭剂等。在其他的实施例中，涂层1600可包括分析物识别元素、DNA、适体、表面封闭剂等。在某些实施例中，例如，表面涂层可用于附着诸如多肽、核酸、碳水化合物和油脂的大分子。例如，可用作分析物识别元素的多肽的示例包括抗体、用于抗体分析的抗原目标、受体(包括细胞受体)、结合蛋白、配体、或目标分析物的其他亲和试剂。例如，可用作分析物识别元素的核酸的示例包括任何长度的DNA、互补DNA、或RNA，该长度允许足够的结合特异性。在这样的实施例中，多核苷酸和寡聚核苷酸可用作分析物识别元素。在其他实施例中，神经节苷脂、适体、核酶、酶、抗生素或其他化合物可用作分析物识别元素。在某些实施例中，例如，分析物识别涂层或元素可包括生物粒子，如细胞、细胞碎片、病毒、噬菌体或组织。在一些实施例中，分析物识别涂层或元素可包括可附接到波导并对目标分析物表现出选择性结合活性的化学连接剂或其他的化学基团。

在一些实施例中，涂层1600可由包括金、镍等的金属物质形成。在某些实施例中，涂层1600包括涂覆在铬上的金。在一些实施例中，因为某些化合物和有机物质易于附着在金上，所以可优选由金形成涂层1600。在其他实施例中，涂层1600可由碳纳米管形成。在图16图示的实施例中，涂层1600设置在微过滤器120的一个表面上。在其他实施例中，微过滤器120的一个或多个表面可涂有涂层1600。在一些实施例中，微过滤器120可整体涂有涂层1600。涂层1600可设置在文中所述的根据本发明实施例的包括多层微过滤器的任意微过滤器的一个或多个表面上。在某些实施例中，涂层1600可设置在多层微过滤器其1420的一个或多个表面上。在其他实施例中，涂层1600可设置在多层微过滤器1270的一个或多个表面上。

在一些实施例中，当沉积在微过滤器的表面上时有利于实验的化合物和有机材料的示例包括具有不同官能度的自组装单层膜，该官能度包括胺、羧基、羟基、环氧基、醛基、和聚乙二醇(PEG)基。这些化合物和材料可使用包括溶液浸泡和气相沉积的硅烷化学沉积在微过滤器的表面上。在某些实施例中，例如，将PEG三乙氧基硅烷转移到氧化聚合物上使亲水性表面在控制状态下。在其他实施例中，可用抗生物素蛋白、生物素、蛋白质A、蛋白质B、抗体等官能化聚合物微过滤器的表面。

在某些实施例中，除了有利于附着化合物和/或有机材料，用金属物质涂覆微过滤器表面还具有其他的优点。在一些实施例中，例如，具有适当厚度的金属物质层可以通过微过滤器阻挡光的传输。在某些实施例中，阻挡光的传输的厚度为约40nm。在其他实施例中，该厚度因使用的物质不同而不同。此外，一般情况下，金属物质都具有导电性。在一些实施例中，当金属物质具有导电性时，涂层可降低或消除微过滤器表面的电荷。在替代实施例中，微过滤器可涂有聚对二甲苯的薄层。在其他实施例中，微过滤器可涂有氟化乙丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基(PFA)或其他类似材料的薄层。在这样的实施例中，用这些材料的其中一种涂覆微过滤器可减少非特异性结合；但是，当微过滤器通过显微镜成像用于分析时，这些材料的荧光性可能使它们不利。

在上文所述的本发明的实施例中，微过滤器可由1-500μm厚的环氧基感光干膜形成。在某些实施例中，可使用UV光线暴露干膜(即UV光刻技术)形成这样的微过滤器。在一些实施例中，可优选X射线(即X射线光可技术)用于暴露较厚的干膜，用于同时暴露多层堆叠的干膜，或者用于暴露较高剂量的光刻胶。在某些实施例中，较厚的微过滤器比较薄的微过滤器具有更高的结构强度，而且在过滤过程中需要使用更高的压力。

如上所述，在某些实施例中，环氧基感光干膜是形成根据本发明实施例的微过滤器的优选材料。在一些实施例中，作为形成用于医疗诊断的微过滤器的适合材料，环氧基感光干膜的特性是其可用UV光线进行感光，很明显其具有75Mpa的高抗拉强度，可层压在它本身上，可直接涂覆在基底上，并在可见光下不具有自体荧光性。另外，当使用上文描述的根据本发明实施例的过程形成微过滤器时，上文所述过程也可用于制造其他类具有图案的自立式聚合物薄膜。

根据本发明实施例形成的微过滤器具有多种可能性用途。在一些实施例中，这种微过滤器的示例用途包括用于医疗应用、水过滤应用、啤酒和葡萄酒的过滤应用、病原体检测应用等。

图17A是流程图，图示使用根据本发明实施例的微过滤器的过滤过程1700。在图17A的区块1720时，液体可穿过由环氧基感光干膜形成的微过滤器，根据上述本发明的任一实施例，该微过滤器具有多个孔。在某些实施例中，液体可被推挤过微过滤器。在其他实施例中，液体可被引过微过滤器。在一些实施例中，液体可一次或多次往返通过微过滤器。在某些实施例中，如图17A所示的过程可用于使用微过滤器的试验。在某些实施例中，该过程可用于从包括病人体液的溶液中过滤诸如CTCs的细胞。在一些实施例中，可通过两个或更多过滤器以较小缝隙相叠设置的方式，实施该过滤过程1700。在这样的实施例中，各层可具有相同的孔的几何形状和分布，或不同的孔的几何形状和/或分布。

图17B是流程图，图示使用根据本发明实施例的微过滤器的过滤过程1701。在图17A的区块1730时，根据上文所述的本发明任一实施例，由环氧基感光干膜形成的微过滤器定位在过滤器支架中。在某些实施例中，过滤器支架包括进口和出口，并围绕过滤器的边缘将微过滤器固定。在一些实施例中，液体可通过出口输入到过滤器支架中。在区块1750时，液体通过微过滤器。在某些实施例中，液体是体液或包括体液的溶液。在某些实施例中，通过在过滤器支架的出口处施加负压力将液体引过微过滤器，从而所有的或基本所有的液体被引过微过滤器的孔隙。在其他实施例中，液体被推挤过微过滤器。在区块1770时，从过滤器支架移除微过滤器。在一些实施例中，随后可使用过滤器对微过滤器收集到的任何细胞或其他材料、物质等进行处理和或分析。根据本发明实施例的过程的示例应用将在下文中描述。

在某些实施例中，上文所述的根据本发明实施例的由一层环氧基感光干膜形成的微过滤器可用于医学诊断和/或预诊。在某些实施例中，微过滤器可根据细胞尺寸从体液中收集某类细胞。在一些实施例中，微过滤器可用于从包含其他类细胞的生物样本中分离和检测罕见细胞。在一些实施例中，微过滤器可用于过滤液体样本，以及收集到的细胞可用于后续过程，如识别细胞、列举(细胞计数)、定性收集的细胞、培养收集的细胞、将细胞分成单个细胞或细胞组、或以其他方式使用细胞。最终富集的目标细胞可用于不同的定性和处理，如染色、标记的免疫荧光法、细胞计数、DNA、信使RNA、微小RNA分析、荧光原位杂交(FISH)、免疫组织化学、流式细胞仪、免疫细胞化学、图像分析、酶法测定、基因表达谱分析、序列分析、治疗的效率试验、富集细胞的培养和富集罕见细胞的治疗使用。另外，可选择性地回收消耗的血浆蛋白和白细胞，并用于其他分析，如炎症研究、基因表达谱等。

在某些实施例中，可将微过滤器固定在过滤器支架中用于医学诊断和/或预诊。在某些实施例中，过滤器支架可包括用于微过滤器的支撑体内的构造。在某些实施例中，过滤器支架可包括在过滤器上方和下方的垫片。在一些实施例中，微过滤器可用于收集血液中的循环肿瘤细胞(CTCs)。在这样的实施例中，通常情况下，从病人身上获取1-10ml范围的血压样本。然后，通过施加诸如抽吸力的负压力将该血液样本引过微过滤器。在某些实施例中，通过出口将血液牵引过微过滤器。在一些实施例中，除了在低压力或低速下外，通过推力使血液流过过滤器可能造成细胞破裂。

在某些实施例中，保留大部分细胞，该细胞的尺寸大于微过滤器的一个或多个孔隙的宽度。大多数白细胞是可变形的并能通过宽度小于白细胞尺寸的孔隙。在某些实施例中，几乎没有红细胞保留在微过滤器上。在一些实施例中，微过滤器包括直径7-8μm的孔隙，以富集循环肿瘤细胞和胎儿细胞；但是，微过滤器的孔隙的尺寸和形状也因用途不同而不同。

在一些实施例中，微过滤器收集的CTCs可在微过滤器上计数。在确定微过滤器的捕获率的实验中，使用肿瘤细胞系。用于证明过滤率的微过滤器是包括直径7-8μm孔隙的微过滤器，该孔隙互相相隔20微米并设置在直径9mm的区域内。微过滤器置于过滤器支架中。预染的MCF-7细胞线在7.5ml的整个血液中急增。为了捕获活的CTCs，用缓冲溶液以1：1的比例稀释血液。示例的缓冲溶液是磷酸盐缓冲盐水(PBS)。使用约10ml/分钟(min)的负压力，将样本引过微过滤器。然后，用缓冲溶液两次清洗过滤器。从支架移除微过滤器，并将其安装到显微镜幻灯片上进行计数。活的MCF-7细胞的回收率为85％±3％。如果由多聚甲醛温和固定血液，MCT-7的捕获率将增至98％±2％。

在某些实施例中，收集的CTCs可用于不同的分析和处理，如免疫荧光法、细胞计数、聚合酶链反应(PCR)、荧光原位杂交(FISH)、免疫组织化学、流式细胞仪、免疫细胞化学、图像分析、酶法测定、基因表达谱分析、治疗的效率试验、富集细胞的培养和富集罕见细胞的治疗使用。另外，在一些实施例中，可选择性地回收消耗的血浆蛋白和白细胞并用于其他分析，如炎症研究、基因表达谱等。

在某些实施例中，微过滤器可涂有阻挡CTCs上的表面标记物的抗体，从而进一步改进收集活的CTCs。在一些实施例中，有用的抗体可包括阻挡上皮细胞粘附分子(EpCAM)、人类表皮生长因子受体(HER2)、表皮生长因子受体(EGFR)、和MUC-1，但是并不局限于这些表面标记物。在上文所述的微过滤器涂有抗体的实施例中，微孔过滤可同时通过尺寸排阻和使用表面标记物捕获CTCs。在这样的实施例中，可提高活的CTCs的捕获率，7.5ml血液的实验时间可从数小时减少到几分钟。在其他实施例中，根据本发明实施例形成的微过滤器涂有肿瘤标记物识别试剂，用于在尺寸排阻法和表面标记物的基础上从癌症病人的周围血液中收集CTCs。

在一些实施例中，可直接在微过滤器上培养捕获的活的CTCs，从而增加CTCs的数量并用于评估CTCs的特征。在其他实施例中，可在培养或分类前回洗CTCs。在某些实施例中，捕获的CTCs可用于分析DNA、信使RNA、和微小RNA的表达式，从而实现获得基因信息的目的。在一些实施例中，也可排序CTCs的基因。

在其他实施例中，根据本发明实施例的由一层环氧基感光干膜形成的微过滤器可用于治疗应用中，在该治疗应用中，从癌症病人的血液中移除循环肿瘤细胞。循环肿瘤细胞是癌症从原来的位置扩散到其他位置的原因，如脑、肺、肝。大多数的癌症病人死于转移性癌。在某些实施例中，使用根据本发明实施例形成的微过滤器的微型过滤是从病人血液流中移除循环肿瘤细胞的合适方法，因为过滤速度快且当微过滤器用于过滤血液时只保留很少的白细胞并几乎不保留红细胞。

用于血液中的循环肿瘤细胞的微型过滤可以广泛用于诊断、预测和研究。为了收集循环肿瘤细胞，现有的研究报告使用随机的孔隙位置设置的径迹蚀刻过滤器，其中，有些孔隙重叠设置且有些孔隙不是直孔隙，以及使用微过滤器，其具有用反应性离子蚀刻形成的有序排列的孔隙。在本发明的某些实施例中，由环氧基感光干膜形成的微过滤器用于收集血液中的循环肿瘤细胞，该微过滤器具有精确设置的多个孔隙。

根据本发明实施例制造的微过滤器的另一示例应用是在妊娠11-12周时捕获母亲血液中的循环胎儿细胞。这种胎儿细胞包括早期胎儿的成核血红细胞。在怀孕妇女的周围血液中循环的胎儿细胞是用于无创性基因分析的潜在目标。它们包括上皮细胞(滋养细胞)，其直径在14-60μm之间，大于周围血液白血球。可通过使用DNA目标的PCR分析或基因的荧光杂交原位(FISH)分析，将先于基因诊断的富集循环胎儿细胞用于遗传性疾病的无创性产前诊断。

根据本发明实施例制造的微过滤器的另一示例应用是从血液样本中收集或富集基质细胞、间充质细胞、内皮细胞、上皮细胞、干细胞、非造血细胞等，收集尿液中的肿瘤或病原细胞，以及收集脊髓或脑脊液中的肿瘤细胞。另一种示例应用是使用微过滤器收集脊髓液中的肿瘤细胞。另一种示例应用是使用微过滤器捕获与乳胶珠或抗原导致的颗粒凝集相关的分析物，由此在膜表面捕获分析物/乳胶珠或凝集群。

根据本发明实施例形成的微过滤器的另一种示例应用是用于红血球变形能力测试。血红细胞是高度柔韧的细胞，其易于改变形状以通过孔隙。在一些疾病中，如镰状细胞性贫血、糖尿病、败血症和一些心血管疾病，细胞变得僵硬，再不能通过小的孔隙。通常情况下，正常的红细胞约7.5μm，能很容易通过3μm的孔隙膜，而具有其中一种疾病的细胞不能通过该孔隙膜。在变形能力测试中，具有5μm孔的微过滤器用作筛选屏障。使用血液样本，并将膜放置在恒定真空中。然后，测量细胞的过滤率，而且下降的过滤率表明下降的变形能力。

根据本发明实施例形成的微过滤器的另一种示例应用是分离白血球/血红细胞。富集白血球(白血细胞)的血细胞种群通常需用在研究或治疗中。白血球的典型来源包括整个周围血液、白血球去除或单采产品，或其他不常见的来源，如脐带血。血液中的血红细胞可溶解。然后，使血液流过具有小孔隙的微过滤器，从而保留白血球。另一种示例应用是将微过滤器用于细胞趋化。在研究白细胞对毒素的反应中，使用膜确定整个血液中的自然免疫力。因为免疫力是可转移的，该实验用于研究白血细胞的疫苗和药物。另一种示例应用是将微过滤器用于血液过滤和/或输血。在这样的应用中，可用微过滤器去除大栓子、血小板聚集和其他碎片。

根据本发明实施例形成的微过滤器的另一种示例应用是使用微过滤器捕获细胞，然后在过滤器支架(料筒)中培养细胞，或在将细胞从微过滤器反冲洗掉后培养细胞。另外，如根据上文所述的本发明实施例，可由聚合物光刻胶卷制造精密的微孔阵列。这样的阵列可用在不适用晶片尺寸的微过滤器的情况下。这种应用示例包括水过滤、肾透析等。

上文中已经描述了不同的实施例，应明白，它们只用作示例，而没有限定的作用。对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下可在形式和细节上做出不同改变。因此，本发明的广度和范围不应局限于上文描述的示例实施例，而只应根据权利要求书和它们的等效说明被限定。因而，本发明的实施例在所有方面都应视为具有阐释性而非限定性。另外，应明白，可同时实现上文参照不同示例实施例所述的任意特征、部件、元素等。

Claims

1.一种微过滤器，包括：

由环氧基感光干膜形成的第一聚合物层；以及

分别穿过所述第一聚合物层延伸的多个第一孔，

所述第一孔的尺寸设定为允许第一体液细胞通过并阻止第二体液细胞通过，并且

所述第一聚合物层形成自立式不附接微过滤器。

2.根据权利要求1所述的微过滤器，还包括第二聚合物层，其由环氧基感光干膜形成并具有穿过所述第二聚合物层延伸的第二孔，其中，所述第一孔和第二孔的至少一个限定穿过所述第一聚合物层和第二聚合物层延伸的非线性通道的至少一部分，

所述第一聚合物层和第二聚合物层形成自立式不附接微过滤器。

3.根据权利要求2所述的微过滤器，还包括：

第三聚合物层，其由环氧基感光干膜形成并具有穿过其延伸的第三孔，其中，所述第一孔、第二孔和第三孔的至少一个限定穿过所述第一聚合物层、第二聚合物层和第三聚合物层的非线性通道的至少一部分，

所述第一聚合物层、第二聚合物层和第三聚合物层形成自立式不附接微过滤器。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的微过滤器，还包括：

在所述聚合物层的至少一个的至少一个表面上的一种或多种分析物识别元素的涂层。

5.根据权利要求1所述的微过滤器，还包括：

第二聚合物层，其由环氧基感光干膜形成并具有均穿过其延伸的多个第二孔；

第三聚合物层，其由环氧基感光干膜形成并具有均穿过其延伸的多个第三孔，

其中，所述多个第一孔、多个第二孔和多个第三孔的至少一些形成均穿过所述第一聚合物层、第二聚合物层和第三聚合物层的多个非线性通道。

6.一种形成自立式微过滤器的方法，包括：

提供设置在基底上的第一层环氧基感光干膜；

将所述第一层环氧基感光干膜通过掩模暴露在能量下，从而在所述第一层环氧基感光干膜中形成由所述掩模限定的图案；以及

由所述暴露的第一层环氧基感光干膜形成第一聚合物层，其具有穿过第一聚合物层延伸的多个第一孔，所述多个第一孔的分布由所述图案限定，

移除所述基底。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，将所述第一层环氧基感光干膜通过掩模暴露在能量下的步骤包括：

使所述第一层环氧基感光干膜通过限定所述图案的光学掩模暴露在紫外线(UV)下。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，将所述第一层环氧基感光干膜通过掩模暴露在能量下的步骤包括：

使所述第一层环氧基感光干膜通过限定图案的X射线掩模暴露在X射线下。

9.根据权利要求6所述的方法，还包括在移除所述基底之前：

在所述第一聚合物层上层压第二层环氧基感光干膜；以及

由所述第二层环氧基感光干膜形成含有多个第二孔的第二聚合物层，所述多个第二孔穿过所述第二聚合物层延伸，

其中，穿过所述第一聚合物层和第二聚合物层延伸的非线性通道至少部分由所述第一孔的其中之一和所述第二孔的其中之一限定。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：

在所述第二聚合物层上层压第三层环氧基感光干膜；以及

由所述第三层环氧基感光干膜形成含有多个第三孔的第三聚合物层，所述多个第三孔穿过所述第三聚合物层延伸，

其中，穿过所述第一聚合物层、第二聚合物层和第三聚合物层延伸的非线性通道至少部分由所述第一孔的其中之一、所述第二孔的其中之一、以及所述第三孔的其中之一限定。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，还包括：

用一种或多种分析物识别元素对所述第一聚合物层、第二聚合物层和第三聚合物层中的至少一个的至少一个表面涂层。

12.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，还包括将分析物识别元素附接到所述第一聚合物层、第二聚合物层和第三聚合物的至少一者。

13.一种包括根据权利要求1至5中任一项所述的微过滤器的过滤方法，该方法包括：

使液体流过微过滤器的多个孔，其中，所述微过滤器包括过滤液体的具有孔的结构，所述孔的尺寸设定为主要允许液体中的第一体液细胞通过并基本阻止液体中的第二体液细胞通过。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

在使所述液体流过所述多个孔之前，将所述微过滤器定位在过滤器支架中或上。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括以下中的至少一种或多种：识别、免疫荧光法、例举、PCR、荧光原位杂交、免疫组织化学、图像分析、酶法测定、基因表达谱分析、治疗的效率试验、富集细胞的培养、和富集罕见细胞的治疗使用。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述液体中的第二体液细胞包括下组中的至少一种：循环肿瘤细胞、肿瘤细胞、白血细胞、母亲血液中的循环胎儿细胞、基质细胞、内皮细胞、上皮细胞、干细胞和非造血细胞。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，还包括：

将所述液体推挤过所述微过滤器结构；或

施加负压力以将液体引过所述微过滤器结构，

其中所述微过滤器结构允许所述第一体液细胞通过所述微过滤器结构，并且所述微过滤器结构阻止所述第二体液细胞通过所述微过滤器结构。