CN103796835A - 具有多层涂层的微流体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了微流体装置，其由材料层和在该材料层之中或其上形成的具有至少一个小于500μm的特征尺寸的流体输送部件组成，所述材料层主要在耐化学性、热稳定性和生物相容性上有改善。耐化学性、热稳定性和生物相容性多层涂层提供在微流体装置上并与之接触，其中所述多层涂层包含主要由氧化铪或氧化锆构成的一个或多个薄膜层和主要由氧化钽构成的一个或多个薄膜层，所述多层涂层位于流体输送部件的表面上。本发明中使用的耐腐蚀性膜是特别有利的，因为其能够使用产生覆盖复杂几何结构的共形膜的原子层沉积膜形成法在微流体装置的流体输送部件的表面上形成，从而使耐腐蚀性膜能够在与反应物、分析物、油墨或在微流体装置中使用的其他流体接触的微流体装置的流体输送部件的所有表面上形成。

Description

具有多层涂层的微流体装置
发明领域
本发明主要涉及微流体装置领域，特别是其中将耐化学性薄膜层施加于该微流体装置的流体输送部件的微流体装置。
 
发明背景
微流体技术涉及控制微小量的液体或气体流动通过具有小的特征尺寸的液体输送部件的一组技术，使得液体流动通过所述输送部件的体积通常以纳升和皮升计。出于输送和分析这种极小体积流体的目的，微流体装置包括使用微流体技术的大量不同类型的装置。在范围的较低值端时，一些微流体装置也可以称为纳流体装置，并且本文中使用的术语微流体装置意在包括这种纳流体装置。
微流体装置中的流体输送通过以拓扑的基材部件形式的材料层中或其上形成的流体输送部件实现，所述拓扑的基材部件例如是提供让流体通过的装置的各个部件之间的流体输送和/或流体流通的通道、沟槽和孔隙。这样的流体输送部件通常具有至少一个小于500μm，更通常小于100μm的特征尺寸（例如通道或沟槽的长度、宽度或深度尺寸的至少一个，或孔隙的直径或长度，流体通过所述通道、沟槽或孔隙流动）。当此类典型的通道或沟槽和孔隙的特征尺寸在大约几十微米的范围内，则在有机（聚合物）基材或无机（例如硅晶圆）基材中的包含流体微通道和相互连接件的复杂网络的装置可以设置在几平方厘米尺寸内的微流体芯片上。
微流体装置可以与用于将微观体积的流体从一个位置输送至另一个位置的单一组件一样简单，或其可以由连接在一起的几个组件构成使得全部组件为流体连通。因此，微流体装置可以由单一微流体组件（用于实现特定目的的单一组件）或组件的组装件（以特定顺序组装以实现特定目的的多个部件）构成。已经开发的一些更熟悉的微流体装置是喷墨打印机（通常为用于打印油墨液滴阵列的微流体装置的集成阵列形式），包括按需滴式(drop on demand)打印机和连续式喷墨打印机，和“缩微晶片实验室”测定装置。微流体装置可以用于各种目的，包括混合、输送和递送特定化学试剂（液体和气体二者）至特定位置用于特定目的，包括血液分析、通过各种方法进行的DNA分析、化学分析、化学合成、图像形成等。
开发用于化学分析和其他潜在应用的微流体技术（是指微流体装置设计和理论、工程和制造）背后的驱动力之一是微量化学反应的时程由于与小流体体积相关的独特物理性质(physics)而很快，和微流体装置可以容易地自动化以完成常规测定和样品制备。出于控制小流体体积流动的目的，微流体装置使用二维或三维结构。这些结构可以是复杂平面、沟壕或沟槽、密封沟壕或通道、和孔隙或孔洞或其他复杂三维结构，例如流动分离器、流动分割器、流动阻隔器（用于引起混合）、控制流体流动的阀、和具有包括可移动元件的各种部件的其他各种类型的微观结构，所述可移动元件可以用于各种目的，例如泵抽流体和控制流体流动。
由于微流体装置涉及的极小尺寸和存在加速反应（由于与小流体体积相关的独特物理性质，微量反应发生更快），包括腐蚀反应，微流体装置具有与化学稳定性（在很多情况下，为装置的生物相容性）相关的独特技术挑战。要求用于构造微流体装置的材料的化学稳定性和热稳定性能确保在微流体装置中使用的极小体积流体在使用期间不被装置本身污染。此外，使用微流体流体输送部件本身的性能操控和改变在这些微流体输送部件中的流体本身的性质（通过例如由于流体输送部件与在微流体装置中滞留的流体相互作用而在流体相形成微量和纳量自组装结构）可能由于疏忽的由装置本身导致的流体污染而复杂化，导致不可复制的结果。这种疏忽的污染使分析方法复杂化，并还可能在微流体装置获得的分析结果中引入过度偏差。
在生物流体的所有分析中，高度优选微流体装置表面为高度生物相容和化学惰性的，并且对分析物和用于生物测定的任何试剂无污染。聚二甲基硅氧烷(PDMS)，一种用于制造微流体装置的常用材料，并且是高度生物相容的；然而，这种材料也是粘弹性的并且不是结构刚性的，由此导致在一些装置设计中的问题。PDMS也具有极高渗透性，使很多物质（包括气体、小分子和甚至聚合物）扩散进入和通过PDMS基体。换言之，用于微流体装置中的PDMS基体能够影响分析物中的材料浓度，因为分析物中的物质可以直接扩散进入该PDMS装置结构中。在流体和PDMS壁结构之间的界面发生的化学物质的浓度梯度提供用于将物质扩散进入PDMS壁结构中的有效的动力学致动力。用于微流体装置中的小流体体积将强烈地受到这些扩散过程的影响，并且对于微流体装置的可靠操作而言，这种情况是高度不期望的。
已知各种表面改性方法包括等离子处理的使用和另外的膜和涂层在微流体装置上的施加。Mukhopadhyay等人(Mukhopadhayay,S; Roy, S.S.; D’Sa, R.A.; Mathur, A. ; Holmes, R.J.; McLaughlin, J.A.; Nanoscale Research Letters, 2011, 6:411)例如研究在由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制造的微流体装置上使用各种表面改性（包括空气中的电介质势垒放电表面改性、使用低压RF等离子体的氮气等离子体处理、无定形氢化碳涂层、和掺杂Si的氢化无定形碳的涂层）以观察这种处理怎样影响所述装置中的流体流动。
微流体装置的生物应用也要求在这种装置上使用的任何膜或涂层显示出高度生物相容性。如果在活细胞和其他细胞结构的分析中使用微流体装置，则这尤其重要，所述活细胞和其他细胞结构的固有性质（例如酶活性或特定基材吸附）可能由于与结构的微流体装置材料的不利的相容性反应而变差。铪金属、氧化铪、锆金属、氧化锆、钽金属和氧化钽全部被检测过，并发现具有极高的生物相容性。Matsuno等人(Matsuno H, Yokoyama A, Watari F, Uo M, Kawasaki T, Biomaterials. 2001 Jun;22(11):1253-62) 发现这三种材料全部为生物相容性的。S. Mohammadi等人(Journal of Materials Science: Materials in Medicine  Volume 12, Number 7, 603-611, DOI: 10.1023/A:1011237610299 “Tissue response to hafnium “  S. Mohammadi, M. Esposito, M. Cucu, L. E. Ericson and P. Thomsen)特别研究了铪并发现相同的结果。Ta的生物相容性是熟知的(参见例如Robert J. Hartling “Biocompatibility of Tantalum”，在www.xmedics.com/tantalum_biocompatibility.htm和其中的参考文献中)并且其已经被用作支架的生物相容性耐腐蚀元件，所述生物相容性主要是由于在暴露于生物系统中的含水流体之后在钽金属表面上形成的极为化学惰性的氧化物的薄层。
铪金属、氧化铪、锆金属、氧化锆、钽金属和氧化钽的化学稳定性也是熟知的。Rai等人(D. Rai, Y. Xia, N.J. Hess, D.M. Strachan, and B.P. McGrail  J. Solution Chem, 30(11) (2001) 949-967)例如提供了关于无定形HfO2溶解性的信息。 相当的ZrO2溶解度曲线由Curti和Degueldre(E. Curti and C. Delgueldre, Radiochimica Acta, 90(9-11)(2002)801-804)得出，其基于ZrO2的溶解度文献的调查。Betrabet等人(Betrabet, H.S.; Johnson, W.B.; MacDonald, D.D.; Clark, W.A.T. “Potential-pH Diagrams for the Tantalum Water System at Elevated Temperatures”, Proc. Electrochem. Soc. 1984, 83-94)已研究了在具有Pourbaix图结构的钽金属-氧化钽体系中的化学稳定性。氧化物HfO2, ZrO2和Ta2O5各自已知为在含水流体中具有异常低的化学反应性和溶解性。另外，这三种氧化物—HfO2、ZrO2和Ta2O5—也已知为在与有机流体和几乎所有气体（除了卤化酸性气体如HF和HCl）接触时具有良好的稳定性。
在数字控制的、电子打印领域，喷墨打印已经被认为是主导性竞争者。喷墨打印的很多优点例如为其无冲击、低噪音特性、使用普通纸、和其避免调色剂转移和固定。喷墨打印机制可以按技术分类成按需滴式喷墨或连续式喷墨。按需滴式喷墨和连续式喷墨打印都使用由材料层和位于该材料层中或其上的液滴形成机件和喷嘴构成的打印头。所述打印头中的液滴形成机件、喷嘴和相关油墨通道以用于打印油墨液滴阵列的微流体装置的集成阵列形式提供。
一类数字控制的打印技术、按需滴式喷墨打印通常提供使用加压致动器（热的、压电的等）冲击记录表面的油墨液滴。加压致动器也称为液滴形成机件。致动器或液滴形成机件的选择性启用导致横跨打印头和打印介质之间的空间的油墨液滴的形成和喷出并击打打印介质。打印图像的形成通过控制单个油墨液滴的形成实现，如形成期望的图像所需要的。使用位于便捷位置的热致动器（电阻加热器）加热油墨，导致一定量油墨相变成气体蒸气泡。这增加了足以驱出油墨液滴的内部油墨压力。然后，随着加热元件冷却，蒸气泡崩解，所得真空从储器吸取流体以替换从喷嘴喷出的油墨。在热致动的按需滴式喷墨打印头中的电阻加热器在极其苛刻的环境中工作。它们连续地加热和冷却以使通常含有过热极限为约300°的水基油墨的液滴能够形成。在这些循环应力的条件下，在热油墨、溶解的氧气和可能的其他腐蚀性物质的存在下，所述加热器的电阻将增大并且最终由于侵蚀所述加热器或其保护层（化学腐蚀和空蚀）的机制加速的氧化和疲劳的结合而出故障。本领域技术人员已知由于在打印系统中在喷墨打印头的操作期间发生的用油墨、打印流体或清洁流体的空蚀过程和热活化的腐蚀过程，在热致动的按需滴式喷墨打印头的液滴形成机件中使用的耐加热元件可能故障。
为了防止按需滴式打印机中加热器材料上的氧化、腐蚀和空蚀效果，喷墨制造商使用堆叠的保护层，通常由Si3N4、SiC和Ta制成。在某些现有技术的装置中，保护层相对厚。授权于Anderson等人(assigned to Lexmark)的美国专利No. 6,786,575例如对于约0.1μm厚的加热器具有0.7μm的保护层—即对于约100 nm厚的加热器具有700 nm的保护层。美国专利公开2011/0018938公开了具有延伸通过基材的油墨流动孔隙的打印装置，其中所述孔隙的侧壁涂布有选自二氧化硅、氧化铝、氧化铪和氮化硅的涂层。唯一示例性的涂层为20,000 Angstrom (2000 nm)厚的二氧化硅涂层。
第二类数字控制打印技术是连续式喷墨打印机，通常称为“连续流式”或“连续式”喷墨打印机。这些打印机使用加压油墨源和邻近于来自加压油墨源的油墨的流动的微流体液滴形成机件以产生连续的油墨液滴流。连续式喷墨打印机的一些设计使用位于靠近油墨丝碎成单独的油墨液滴的位点的静电装置。使油墨液滴带电，然后通过偏斜电极导至合适位置。当不需要打印时，油墨液滴被导进油墨捕获机件（通常称为捕集器、遮断器或沟槽）。当需要打印时，油墨液滴被导向击打打印介质。可选地，可以使偏斜的油墨液滴击打打印介质，而在油墨捕集机件中收集非偏斜油墨液滴。
美国专利No. 1,941,001（于1933年12月26日授予Hansell）和美国专利No. 3,373,437（于1968年3月12日授予Sweet等人），各自公开了连续式喷墨喷嘴阵列，其中待打印的油墨液滴通过由材料层和液滴形成机件构成的打印头形成，液滴选择性地带电并向记录介质偏斜。这种技术称为双向偏斜连续式喷墨。
连续式流动喷墨的后期发展改进了液滴形成方法、液滴形成机件和液滴偏斜的方法。例如，美国专利No. 3,709,432（于1973年1月9日授予Robertson）公开了通过使用传感器用于促进工作流体丝以将工作流体碎成均匀间隔的油墨液滴的方法和装置，以及用于在工作流体丝碎成液滴之前控制其轨迹的方法。
美国专利No. 6,079,821（于2000年6月27日授予Chwalek等人）公开了连续式喷墨打印机和具有液滴形成机件的打印头，其使用不对称电阻加热器致动以形成并控制来自工作流体丝的各油墨液滴的轨迹。打印头包括加压油墨源和能够运行形成打印油墨液滴和非打印油墨液滴的不对称加热器。打印油墨液滴沿着最终击打打印介质的打印油墨液滴路径流动，同时非打印油墨液滴沿着最终击打捕集器表面的非打印油墨液滴路径流动。非打印油墨液滴再循环或通过捕集器中形成的油墨去除通道弃置。
尽管在Chwalek等人中公开的喷墨打印机在其预期目的方面运行得非常好，但使用加热器使油墨液滴形成并偏斜增大了该装置的能量和功率需求。本领域技术人员已知在喷墨打印头中花费的增大的能量和功率增大了由热致动腐蚀和空蚀过程导致的打印头故障的可能性，所述热致动腐蚀和空蚀过程在喷墨打印头与油墨、打印流体或清洁流体接触过程期间发生。
美国专利No. 6,588,888（于2003年7月8日授予Jeanmaire等人）公开了能够形成不同尺寸的液滴并具有用于提供打印和非打印液滴的可变液滴偏斜的液滴偏斜器系统的连续式喷墨打印机。由Jeanmaire公开的打印头包含多个喷嘴和在由环形加热器构成的各喷嘴上的液滴形成机件，所述环形加热器至少部分地形成或位于围绕相应喷嘴的打印头基材的硅材料层上或其中。各加热器主要由通过导体电力地连接至可控制电源的电阻加热元件构成。各喷嘴通过也在打印头中形成的油墨通道或液体室与油墨供应件流体连通。本领域技术人员已知，由于当喷墨打印头与在打印系统中使用的油墨、打印流体或清洁流体接触下运行时发生的热引起的腐蚀过程，作为所述液滴形成机件的一部分公开的热致动电阻加热元件可以变得无功能。
然后，已知由于暴露于打印系统中使用的油墨和其他流体，按需滴式打印头和连续式喷墨打印头在使用期间都经历腐蚀和磨损。按需滴式和连续式喷墨打印装置中的打印头与油墨连续接触并且已经发现按需滴式和连续式喷墨打印头因与打印装置中使用的油墨和其他流体的连续接触而随时间流逝而退化。例如，早在1977年Beach, Hilderbrandt和Reed就发现喷墨打印机中材料选择的重要性，因为其与耐腐蚀和耐磨损相关。B.L. Beach, C.W. Hilderbrandt, W.H. Reed; IBM Journal of Research and Development,  第21卷, 1977年1月, 第75-80页; “Materials Selection for an Inkjet Printer”。如前所述，按需滴式打印头和连续式喷墨打印头两者的所观察到的性能退化的常见解决方法是用耐腐蚀性的和/或耐磨损性的层或膜涂覆打印头。Lee、Eldridge、Liclican和Richardson提出使用钝化层解决连续式喷墨打印头中耐腐蚀和耐磨损问题，并发现含有硅、碳和氢的无定形膜对于改善耐腐蚀性和耐磨损性有效。含有硅、碳和氢的无定形膜也称为无定形碳化硅膜、无定形碳化硅层、碳化硅和SiC；M.H. Lee、J.M. Eldridge、L. Liclican、和R.E. Richardson Jr.; Journal of the Electrochemical Society 129(10), (1982), 2174-2178; “Electrochemical test to evaluate passivation layers:Overcoats of Si in Ink”。Gendler和Chang证明施加于喷墨打印头上的无定形碳化硅层上的油墨制剂的腐蚀效果。P.L. Gendler和L.S. Chang, Chem. Mater. 3 (1991)635-641; “Adverse Chemical Effects on the Plasma –Deposited Amorphous Silicon Carbide Passivation Layer of Thermal Ink-Jet Thin-Film Heaters”。本领域技术人员熟知包含液滴形成机件的喷墨打印头所需要的化学稳定性。打印头的化学稳定性的要求包括在完全浸没在打印系统中使用的油墨和任何其他另外的流体（例如清洁流体和图像稳定化流体）中时打印头的稳定性，所述清洁流体和图像稳定化流体含有本领域技术人员熟悉的聚合物、分散剂、表面活性剂、盐、溶剂、润湿剂、颜料、染料、媒染剂等。已知高度期望打印头具有免于来自扩散过程的阴离子和阳离子污染物的作用，所述扩散过程发生在打印头暴露于在打印系统中使用的含有阳离子和阴离子的油墨或其他流体时。这些要求适用于所有喷墨打印技术，包括按需滴式和连续式喷墨数字控制打印技术。
在美国专利No. 6,502,925中，Anagnostopoulos等人描述了由材料层和液滴形成机件构成的喷墨打印头。所述材料层由硅基材形成并包括喷嘴阵列和在其中形成的用于控制打印头运行的集成电路。硅基材具有一个或多个在其中形成的沿着喷嘴阵列的纵向的油墨通道，也称为油墨室。所述材料层也包含覆盖硅基材的一个或多个绝缘层，并且所述一个或多个绝缘层具有沿着基材长度形成于其中的喷嘴开口或孔系列或阵列，各喷嘴开口与油墨通道连通。喷嘴阵列的各喷嘴通过在打印头中形成的油墨通道、油墨通路或液体室与油墨供应件流体连通。包含喷嘴开口的区域形成常规平面以有利于打印头的保持。液滴形成机件（材料层的一部分）由电阻加热器元件（也称为电阻加热器）构成，并且至少一个液滴形成机件与各喷嘴开口或孔相连，以当油墨通过喷嘴开口或孔时不对称地或对称地加热油墨。本领域技术人员已知打印头的材料层和在该材料层中或其上的液滴形成机件也易发生化学腐蚀过程，还已知能够使打印头故障的另外途径涉及由于所述材料层或其任何元件的腐蚀引起的所述材料层和任何相关电路的故障。
具有喷墨打印头相关的作为液滴形成机件的一部分的材料层和热致动器或电阻加热器的喷墨打印头的使用寿命取决于多个因素，包括但不限于例如电介质击穿、腐蚀、疲乏、电迁移、污染、热错配、静电放电、材料相容性、层离和湿度。因此，引入打印头、液滴形成机件和液体室的材料层上的层、膜或涂层以用于提供足以抵挡上述不同类型故障模式的打印头牢固性。已经研究了各种类型的层、涂层和膜的耐腐蚀性。Anderson等人的美国专利6,786,575例如公开了包含碳化硅和氮化硅的钝化层的使用。层、涂层和膜的组合也称为组合层、组合涂层和组合膜。层、膜或涂层中的组合层为其中基本由一种材料构成的层覆盖并与第二种材料的第二层接触的层、膜或涂层，所述第二种材料是不同于第一种材料的化学组成。仅由两种不同材料的两个层、膜或涂层构成的组合层也称为双层。当使用三种不同材料并彼此覆盖时，组合层可以称为三层，等等。复杂涂层可以由多个组合层构成。例如，复杂膜、层或涂层可以由多个双层或多个组合层、组合膜或组合涂层构成。由不同材料的多个层构成的复杂涂层也称为堆叠制品或层合制品，其中至少存在两个可区别的、化学不同的材料。由两个或多个不同的化学可区别材料的层构成的膜有时也称为层合材料、层合膜、层合层、层合涂层、多层膜等。具有至少两个厚度小于100 nm的层的层合膜也称为微层合材料。微层合材料有时也称为纳米层合材料。
组合层，尤其是由多个双层构成的复杂的多层膜，已经被研究用于各种应用中的耐腐蚀性并具有混合的结果。例如，Matero等人开发了Al2O3-TiO2组合层（也称为Al2O3-TiO2双层）在304不锈钢上作为耐腐蚀涂层的用途，如R. Matero, M. Ritala, M. Leskalae, T. Salo, J. Aromaa, A. Forsen; J. Phys. IV 9 (1999) Pr8-493至Pr9-499; “Atomic Layer deposited thin films for corrosion protection”中所述。尽管发现单独的Al2O3和TiO2具有不满意的耐腐蚀性，但Al2O3-TiO2双层结构相对于双氧化物膜显示出改善的耐腐蚀性。然而，作者特别指出，他们发现“通过增加层数目没有改善性能的明显趋势”。Almomani和Aita研究了组合层在氧化铪-氧化铝体系即HfO2-Al2O3体系中用于生物医学植入的改善的耐腐蚀性，如M.A. Almomani和C.R. Aita, 在J. Vac. Sci. Technol. A, 27(3)(2009)449-455 “Pitting corrosion protection of stainless steel by sputter deposited hafnia, alumina, and hafnia-alumina nanolaminate films”中所述。
也已经研究了组合层的不同于提供化学耐腐蚀保护的功能。美国专利No. 7,426,067公开了微机械装置上各种层组合物或层组合的原子层堆积以提供例如物理保护以防磨损并提供电绝缘。在文献中已经讨论了控制在具有氧化铝夹层的氧化锆或氧化铪层合膜中的氧化锆和氧化铪的结晶以实现用于电容器和夹层电介质应用的原子光滑表面。Hausmann和Gordon [D. M Hausmann和R.G. Gordon在Journal of Crystal Growth, 249 (2003) 251-261; “Surface morphology and crystallinity control in the atomic layer deposition (ALD) of hafnium and zirconium oxide thin films”中]例如报道，阻止两个氧化铪或氧化锆的较厚层之间的晶体生长所需要的氧化铝层的最小数目为：在约100个氧化锆或氧化铪层（10 nm氧化锆或氧化铪）之间有约5个氧化铝层（0.5 nm氧化铝）。在文献中已经讨论了控制在具有氧化钽夹层的氧化铪层合膜中的氧化铪的结晶以实现用于电容器应用的光滑表面。Kukli, Ihanus, Ritala和Leskela [K. Kulki, J Ihanus, M. Ritala, M. Leskela, Appl. Phys. Lett. 68(26) 1996年6月24日 第3737页]报道当HfO2-Ta2O5纳米层合材料中的HfO2层的厚度大于10 nm时观察到HfO2结晶。
期望用于连续式喷墨打印的喷墨打印头应该在延长的时间段里无故障运行。上述的一种类型的故障可能需要更换打印头，涉及在打印头液滴形成机件中的热致动电阻加热元件的腐蚀、化学溶解和任选空蚀诱导的故障。还已知其他加热的和未加热的打印头表面（例如位于打印头的材料层任何位置的那些，包括并入打印头材料层的集成电路的表面，所述表面具有暴露于在打印系统中使用的油墨或其他流体的可能性）可能在暴露于数字控制打印系统中使用的油墨和流体时腐蚀。材料层上或邻近于材料层的表面的腐蚀能够导致打印头变得无功能。本领域技术人员认为，耐化学性更好和更热稳定的喷墨打印头是被高度期望的，其可以提供打印装置易于使用、设备维修和全部多功能化的实质性好处。耐化学性、热稳定性和生物相容性在其他类型的微流体装置（例如缩微晶片实验室和微反应器装置）中进一步有益。因此，需要具有耐化学性的、热稳定性的和生物相容性的微流体装置的改善的涂层。
 
发明概述
在铪金属、氧化铪、锆金属、氧化锆、钽金属和氧化钽的情况下，出于改善微流体装置性能目的而使用的膜是化学惰性的和生物相容的是不足够的。如果这些膜或涂层具有孔隙或缺陷，则这些缺陷将影响接触所述膜表面的任何流体的化学纯度，因为来自所述流体的物质可以扩散进入这些缺陷。在微流体装置中使用的小体积流体中的物质浓度强烈地受到与微流体装置本身相互作用的影响，因此强烈受到从所述流体进入装置结构中的物质扩散的影响。然后，使在微流体装置中使用的任何类型的膜或涂层中存在缺陷数目最小化以改善和提高微流体装置或组件的可靠操作是重要的。
因此本发明目的是提供由材料层和在该材料层之中或其上形成的流体输送部件构成的微流体装置，该流体输送部件具有至少一个小于500 μm的特征尺寸，所述材料层在耐化学性、热稳定性和生物相容性方面有大幅改善。本发明的目的是通过提供耐化学性、热稳定性和生物相容性多层涂层到微流体装置上并与之接触而实现，其中所述多层涂层包括主要由氧化铪或氧化锆构成的一个或多个薄膜层和主要由氧化钽构成的一个或多个薄膜层，所述多层涂层位于流体输送部件的表面上。
在一个实施方案中，所述多层涂层可以包含基本由氧化铪构成和基本由氧化钽构成的多个交替薄膜层，其位于微流体装置的流体输送部件的表面上。在本发明的另一个实施方案中，所述多层涂层可以包括基本由氧化锆构成和基本由氧化钽构成的多个交替薄膜层，其位于微流体装置的流体输送部件的表面上。在一个实施方案中，所述微流体装置可以为喷墨打印机的打印头中的液滴形成机件形式，并且在特定实施方案中，可以为连续流式喷墨打印机中使用的连续式喷墨打印头中的液滴形成机件。
本发明中使用的耐腐蚀性膜是尤其有利的，因为其能够使用产生覆盖复杂几何结构的共形膜(conformal films)的膜形成法在微流体装置的流体输送部件的表面上形成，从而使耐腐蚀性膜能够在与反应物、分析物、油墨或在微流体装置中使用的其他流体接触的微流体装置的流体输送部件的所有表面上形成。
本发明的另一方面是耐磨耗性(abrasion)层（例如含有硅、氮、碳和氧的层）以提供与本发明使用的耐化学性膜组合的机械保护膜的用途。此类耐磨耗性层可以提供成覆盖并与耐化学性膜的全部区域或可选地耐化学性膜的仅部分接触，或者可选地可以提供在耐化学性膜的全部区域或选择的部分的下方。
 
附图简述
在下方显示的本发明的优选实施方案的详细描述中，参照并非必须是按比例的附图，其中：
图1是使用按需滴式打印头的按需滴式喷墨打印机系统的示意图；
图2是使用连续式喷墨打印头的连续式喷墨打印系统的示意图；
图3a和3b是在一些不同类型的喷墨打印头中的喷嘴和液滴形成机件的截面侧视图，其中图3a显示热顶部发射式的按需滴式热喷墨喷嘴的示意截面图，并图3b显示热背倍发射式按需滴式热喷墨喷嘴的示意截面图。
图4是本发明的实施方案中使用的类型的连续式喷墨打印头的示意俯视图；
图5是在打印头上的本发明的实施方案中使用的多层耐腐蚀性膜的截面图，其中耐腐蚀性膜中的交替层为氧化铪和氧化钽。
图6是在已经涂有本发明的实施方案中的多层耐腐蚀性膜的连续式喷墨打印头中的喷嘴和液滴形成机件的截面侧视图；
图7是在打印头上的本发明的实施方案中使用的多层耐腐蚀性膜的截面图，其中，耐腐蚀性膜中的交替层为氧化锆和氧化钽；
图8是本发明的实施方案中的在具有粘结促进层的连续式喷墨打印头中的喷嘴和液滴形成机件的截面侧视图，所述打印头已经涂有多层耐腐蚀性膜；
图9是在具有粘结促进层的连续式喷墨打印头中的喷嘴和液滴形成机件的截面侧视图，所述打印头已经涂有本发明的多层耐腐蚀性膜和耐磨耗性膜。
 
发明详述
本发明将特别涉及形成根据本发明的装置和组合物的一部分的原件或与根据本发明的装置和组合物更直接地配合的元件。理解为，没有具体示出或描述的元件可采用本领域技术人员熟知的各种形式。
通常的微流体装置组件包括泵、阀、混合器、过滤器和分离器。微流体泵的实例包括：热毛细管泵，其中由热致动器供应的温度脉冲形成通道中的液滴的前端和后端之间的净压力失衡(net pressure imbalance)，因此导致液滴移动；基于蒸腾的微型泵，其中流体的液面（miniscus）在疏水性界面停住，该液面处的流体蒸发诱导流体泵出通过该体积的毛细管微流体通道；电渗泵，其中施加横跨毛细管（微流体流体通道）的长度的电场，并且由于所施加的导致可移动抗衡离子朝相反电荷电极迁移的电场，由流体和流体接触的表面上的表面电荷之间相互作用产生的双电层的扩散层中的可移动抗衡离子经受静电力。在电渗泵的情况下，双电层（也称为Gouy层，Gouy-Chapman层、Debye层）的抗衡离子层有效地形成携带大量液体的“护套”，使其朝相同方向移动。控制电渗泵抽性能的关键参数包括施加的电场（电压）、通道的截面尺寸、毛细管中固体表面上的表面电荷密度、与流体接触的微流体通道和工作流体的抗衡离子密度(pH)。特别地，与电渗泵中的流体接触的毛细管微流体通道的表面的特征是特别重要的，对于一些应用，期望在高电场抑制电渗流动。在后面的情况下，能够控制微流体装置中的表面电荷是重要的。微流体装置领域技术人员意识到，微流体装置的表面改性—包括等离子体基表面改性和薄膜和涂层的应用—是实现表面电荷控制的特别吸引人的方法。薄膜制造和设计领域中已知，由多层构成的薄膜可能具有通过材料的适当选择而控制和操控表面电荷（包括多层薄膜或涂层的最外表面）的优点。
微流体装置中使用的流体输送的其他独特方法包括液滴的电润湿，其中接地电位的导电液体的液滴位于具有疏水性表面的水平的电介质涂布的电极上，向电极施加电压，由于流体中的偶极重置，响应于所施加的电场，液滴变平并扩散。通过使用电介质涂布的电极的阵列可以实现流体输送，向所述电介质涂布的电极以特定序列施加电压，将所述特定序列设计以实现液滴在二维表面上运动的方式促进表面上的流体润湿和去湿。具有大介电常数的电介质材料有利于应用，例如电润湿。已知由电介质材料层构成的薄膜可以具有异常高的介电常数。
因此，很多方法用于设计和制造微流体泵，包括使用施加的压力差（例如Poiseuille流），使用毛细管力（例如热毛细管泵），使用电场（例如电渗和/或电泳流），和使用界面张力梯度（例如通过使用施加于流体或液滴的热梯度，依赖于Marangoni流动以实现流体泵抽或液滴输送的微流体装置）。还存在设计和制造微流体装置领域的技术人员所熟知的很多其他方法。
微流体装置中的流体混合可以通过主动和被动方法实现。主动方法包括使用具有静态场或交替场的电渗流，使用采用微磁珠的磁力搅拌，使用气泡诱导致动（其中操控气泡从而引起微流体装置中局部区域的混合），使用超声能以引起混合。还存在设计和制造微流体装置领域技术人员熟悉的混合的其他主动方法。用于在微流体装置中混合流体的被动方法包括使用复杂拓扑结构以通过随着流体围绕通道的拓扑结构流动而导致局部湍流来诱导具有低雷诺数的层流流体流动中的混合。可选地，通过使用所谓的“分开和再结合”法可以实现在微流体装置中完成的低雷诺数层流流动的混合，在该“分开和再结合”法中，使用具有多层对齐的多个平版印刷法步骤制造三维通道结构。三维通道结构用于将待混合的流体分成多股流，并且该多股流然后重新组装（或再结合）成由不同流体的交替层流构成的复杂流体。在所述微流体装置的通道中流动的这种复杂层流流体然后借助于使用横向流场力而进行混合，所述横向流场力可以被认为是诱导流动旋转并伴随可能的混沌流效应。这种横向流动力因此诱导复杂流体中的各层流之间物质的扩散，导致流体层流中各层的混合，结果是在整个流体体积中，流体中物质的分布变得随机化和均匀。
微流体装置中使用的阀可以是被动或主动设计的。在被动阀设计中，没有阀组装件或组件的可移动零件，并且阀的操纵要求在层流流态中经历流体输送的至少两种不同的流体，并且不同的流体通过阀孔口或出口的流动通过一种流体相对于另一种在各流体相互接触的空间位置的内部压力确定。主动阀设计使用可移动部件，其可以通过各种手段致动以实现可移动部件的运转以限制、阻碍或停止流体在阀组装件的空间位置中的输送。阀的可移动部件的致动通常通过应用某些种能量，包括电磁能、气动能、光能（例如光子通量）和热能、高频能等获得。
微流体装置中使用的分离器和过滤器可以是被动或主动设计的。这些微流体组件的功能是从微流体装置中的流体流动或在其中去除或分离颗粒。出于各种目的，分离器和过滤器可以用于从微流体装置中的流体流动中完全去除颗粒或它们可以用于固定颗粒在微流体装置中。例如，配备有磁体的分离器和过滤器可以用于固定磁珠，该磁珠否则将被流体流动运输通过微流体装置。可以将在微流体装置中使用的分离器和过滤器并入单一的组件设计中，或者可以将它们分隔成不同的微流体组件作为更大的微流体装置的一部分。被动分离器和过滤器设计在分离器或过滤器组装件或组件中没有移动零件。被动分离器的实例是具有被引入作为微流体装置一部分的固定永磁体或磁粒的磁性微流体分离器；离心式微流体装置和惰性微流体装置是其中通过基于流体经过的通道的设计操控流体流动而完成颗粒分离的微流体装置。被动微流体分离器和过滤器的操作需要至少一种流体流动的通道，该流体流动经历在层流流态中通过所述微流体装置或组件的流体输送。主动微流体分离器和过滤器装置或组件设计使用另外形式的能量（超过流体流动本身中含有的能量），施加来自外部能源的所述另外形式的能量以实现颗粒与微流体装置中流体流动的分离或固定。主动微流体分离器和过滤器的实例包括具有电磁体的磁力微流体分离器，其可以通电以实现磁粒与流体流动的分离；电液动颗粒过滤器和分离器，其为了保持微流体装置的流体通道内特定的颗粒尺寸目的而使用高频能实现微流体通道中热诱导涡流电流的形成；微流体超声分离器，其中通过使用沿着直流体通道内流体流动的某些平面聚集颗粒的驻波，使用超声能影响颗粒从微流体装置流体通道中的层流流体流动的分离。
已知从微流体装置中的流体流动去除颗粒的另外类型的微流体过滤器。例如，位于微流体装置和组件的微流体通道中的节流件内或与其邻近的颗粒的自组装件可以为微流体装置中的流体提供弯曲路径并导致流体中夹带的大于自组装颗粒组装件中的开口的颗粒保留在自组装颗粒组装件的表面上，而不含颗粒的流体通过自组装颗粒组装件。同样地，二维和三维部件的微型机械阵列可以用于为流体提供弯曲路径，并导致大于二维和三维部件中的开口的颗粒保留，而不含颗粒的流体通过该二维和三维部件。
微流体装置可以使用常规技术（例如用于硅基基材微型机械加工（抗蚀剂施加、显影、然后水基或等离子体基蚀刻步骤）的那些）在无机基材上制造。可选地，微流体装置可以使用模塑法，例如Whitesides等提出的那些（参见例如“Rapid prototyping of microfluidic switches in poly(dimethylsiloxane) and their actuation by electro-osmotic flow,”  Duffy, David C.; Schueller, Olivier J. A.; Brittain, Scott T.; Whitesides, George M.）Department of Chemistry and Chemical Biology,  Harvard University,  Cambridge,  MA,  USA.    Journal of Micromechanics and Microengineering  (1999),  9(3),  211-217.  出版者: Institute of Physics Publishing)从聚合物材料制造。使用的聚合物材料可以包括例如聚硅氧烷、聚丙烯酸或聚氨酯材料，并且在具体实施方案中为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚氨酯材料层。以形成主模开始的可以用于模塑PDMS微流体装置的系列步骤的实例为：步骤1，在硅晶圆上旋涂光致抗试剂（负性）；步骤2，通过暴露于UV光从铬掩膜转移图案至光致抗试剂层；步骤3，烘烤并使光致抗试剂显影；步骤4，去除未经历光致聚合的光致抗试剂的一部分；步骤5，通过使有图案的硅晶圆与PDMS聚合物混合物接触而将PDMS模塑到光致抗蚀剂主体上；步骤6，从所述有图案的硅晶圆主体固化并释放PDMS结构；步骤7，（组合）将所述固化的PDMS结构结合至合适的基材例如玻璃或硅晶圆片以待使用。
微流体装置可以在环境温度和压力下、在低于环境温度或压力下、或高于环境温度或压力下、或这些条件的任意组合下运行，其中环境温度和压力代表在该装置的周围房间环境中测量的温度和压力。另外，微流体装置可能暴露其中的流体可以包含宽范围的粘度、化学反应性和腐蚀性，取决于微流体装置期望的应用。
微流体装置的一个具体实施方案是液体发射装置（例如数字控制的按需滴式喷墨打印机）的液滴形成机件。按需滴式(DOD)液体发射装置已知是数字控制的喷墨打印系统中的油墨打印装置很多年了。早期装置基于压电致动器，例如美国专利No. 3,946,398和No. 3,747,120中公开的。目前普遍形式的喷墨打印、热喷墨（或“热喷泡”）使用电力的电阻加热器以形成导致液滴发射的蒸气气泡，如美国专利No. 4,296,421中讨论的。图1显示按需滴式喷墨打印系统10的一个图解实施例，其包括打印机内部组件的保护盖12。打印机包含在托盘中的记录介质供应件14。打印机包含一个或多个油墨槽16（此处示为有四种油墨），其供应油墨至打印头18。打印头18和油墨槽16安装在运送箱20上。打印机包括图像数据源22，其提供由控制器（未示出）解读的信号作为命令以从打印头18喷射油墨液滴。打印头可以与油墨槽成一体或分开。示例性的打印头描述于美国专利No. 7,350,902中。在通常的打印操作中，介质片从介质供应托盘中的记录介质供应件14移动至打印头18沉积油墨液滴到介质片上的区域。打印介质24累积在输出托盘中。图1的按需滴式喷墨打印机系统的概括描绘也适合用作按需滴式类型的数字控制喷墨打印机装置的概括描述的一部分。
在另一种数字控制喷墨打印方法（称为连续式喷墨）中，产生液滴的连续流，其一部分以成像方式引到图像记录元件的表面上，同时捕捉未成像液滴并使其返回油墨槽或油墨储器中。连续式喷墨打印机公开于美国专利号6,588,888；6,554,410；6,682,182；6,793,328；6,866,370；6,575,566和6,517,197中。在日期为2005年9月13日的美国专利No. 6,943,037中，Anagnostopolous等人描述了CMOS/MEMS集成的喷墨打印头和形成其的方法。均参照美国专利No. 6,943,037。
关于图2，连续式打印系统30包含图像源32，例如以页面描述语言形式或数字图像数据的其他形式提供光栅图像数据和轮廓图像数据的扫描机或计算机。这种图像数据通过图像处理单元34转换成半色调位图图像数据，所述图像处理单元34也在记忆中储存数据。多个液滴形成机件控制电路36从图像记忆读取数据，并施加时间变化的电脉冲至与打印头喷嘴40的一个或多个喷嘴相连的一个或多个液滴形成机件38。这些脉冲在适当的时间施加至适当的喷嘴的液滴形成机件，从而从连续式喷墨流形成的液滴将在记录介质42上合适的位置形成点，其由图像记忆中的数据标明。
记录介质42由记录介质输送系统44相对于打印头40移动，所述记录截至输送烯烃44由记录介质输送控制系统46电控制，并转而由微控制器48控制。图2中所示的记录介质输送系统仅为示意图，可能有很多不同的机械构造。例如，转移辊可以用作记录介质输送系统44以促进油墨液滴至记录介质42的转移。这样的转移辊技术在本领域中是已知的。在页面宽度打印头的情况下，最方便的是移动记录介质42越过固定打印头。然而，在扫描打印系统的情况下，通常最方便的是以相对光栅运动沿着一个轴（副扫描方向）移动打印头和沿着正交轴（主扫描方向）移动记录介质。
在压力下，油墨承装在油墨储器50中。在不打印状态下，由于阻碍液滴流并可以通过油墨再循环单元54使一部分油墨再循环的油墨捕集器52，连续式喷墨液滴流不能达到记录介质42。油墨再循环单元重置油墨并将其进料回到储器50。这种油墨再循环单元是本领域熟知的。适合最佳操作的油墨压力将取决于许多因素，包括喷嘴的几何结构和热性质以及油墨的热性质。恒定的油墨压力可以通过在控制油墨压力调节器56下施加压力至油墨储器50实现。可选地，油墨储器可以为未加压的，或甚至在减压（真空）下，并且在压力下使用泵来从油墨储器递送油墨至打印头40。在这种实施方案中，油墨压力调节器56可以包括油墨泵控制系统。
将油墨通过油墨通道57分配到打印头40。油墨优选流动通过蚀刻打印头40的材料层（例如硅基材）形成的狭缝或孔洞至其前表面，其中设置多个喷嘴和液滴形成机件，例如加热器。喷嘴和内部喷嘴孔具有小于100 μm的直径和长度（通常10 μm的直径和5 μm长度），因此打印头包括微流体装置的集成阵列。当打印头40由硅制造时，液滴形成机件控制电路36也可以与打印头集成在一起。打印头40还包含偏斜机件（未示于图2中），其产生选择用来打印的液滴（打印液滴）的轨迹和选择不用来打印而是偏离的液滴（非打印液滴）的轨迹。捕集器52，常称为沟槽（gutter），被设置用来拦截非打印液滴的轨迹，而不拦截打印液滴的轨迹。
在数字控制喷墨打印装置中使用的打印头由至少材料层和液滴形成机件构成。在本发明优选的实施方案中，材料层可以含有半导体材料（硅等）并可以含有集成电路，也称为集成致动器，其可以使用已知的半导体制造技术例如CMOS电路制造技术和微电机械结构(MEMS)制造技术形成。然而，在数字控制喷墨打印装置中使用的打印头的材料层可以使用任何按需滴式和连续式喷墨打印技术中通常已知的制造技术从任何材料形成，这是特别考虑的并因此在本公开的范围内。因此，材料层可以由有机和无机的多种材料或材料的组合构成，包括硅；金属例如不锈钢或镍；聚合物；陶瓷例如氧化铝或其他氧化物，例如打印头的制造中使用的那些，所述打印头含有例如锆钛酸铅等制成的压电元件；石英、玻璃石英或其他玻璃；或本领域已知的适合用作数字控制的喷墨打印装置中的打印头的材料层的任何其他材料。
尽管本发明中使用的微流体装置的材料层和相关的流体输送部件可以由这样的各种可用的材料构成，但在具体实施方案中，其中所述材料层和相关流体输送部件是硅基材料的本发明是特别有用的，其中硅是结构的基本材料。在特定实施方案中，微流体装置是喷墨打印头的一部分，该打印头由硅基CMOS-MEMS打印头制造技术制造并且该打印头引入了穿过硅的微流体流体通道，例如上文引用的美国专利No. 6,588,888和No. 6,943,037中教导的，考虑到硅-流体相互作用与这种装置是特别相关的。
喷墨打印头的液滴形成机件可以位于打印头的材料层中或其上。所述液滴形成机件可以位于至少一个喷嘴（也称为喷嘴开口或孔）的周围或附近。液滴形成机件因此可以邻近于至少一个或多个喷嘴。其中至少一个喷嘴位于其中或其上的材料层称为喷嘴板。喷嘴阵列也可以位于材料层上或其中，并且喷嘴板可以包括具有多个喷嘴的材料层，所述喷嘴位于该材料层中或其上。在材料层中或其上的排列在阵列中的多个喷嘴也称为喷嘴板。在喷墨打印技术中，很好理解喷嘴板上的喷嘴阵列有利于以成像方式打印到图像记录元件的表面上。材料层或喷嘴板中或其上的各喷嘴可以邻近于液滴形成机件，并且各喷嘴与油墨供应件通过液体室的手段流体连通。存在一个或多个邻近于提供与油墨供应件或油墨储器流体连通的喷嘴板的液体室。液体室起到转移油墨或其他系统流体至喷嘴的作用。液体室也称为流体室、油墨通道、油墨渠道、流体渠道、背侧通道或背侧油墨通道。承装油墨的液体室或流体室也可以在打印头的材料层上或其中，并因此被以压缩方式并入打印系统中。喷嘴板可以在打印头的材料层上或其中具有一个或多个液体室。通常，材料层中或其上并且可以作为打印头的材料层的一部分的喷嘴板由各种材料制造的一个或多个层构成，所述各种材料包括覆盖并与打印头的材料层接触的制造的金属箔或电镀金属、陶瓷、聚合物或电绝缘单层或多层。喷嘴板可以为导电性的、电绝缘的、导热性的或热绝缘的。在数字控制喷墨打印装置中使用的打印头的喷嘴板和材料层可以使用任何按需滴式和连续式喷墨打印技术中通常已知的制造技术从任何材料形成，这是特别考虑的并因此在本公开的范围内。
多个不同的喷嘴构造用于上述的各种类型的打印机中。图3a和3b示出一些代表性的用于按需滴式和连续式喷墨打印头的喷嘴结构。
图3a在截面侧视图中显示一类按需滴式喷墨打印机的液滴喷出器58（通常称为“顶部发射式装置”）的基本构造，并公开于例如于2003年6月24日授予Kitakami等人的美国专利No. 6,582,060中。液滴喷出器包括流体室60，其接收来自油墨槽16 (图1)通过未示出的流动通道的油墨。液滴形成装置62，例如快速加热邻近油墨形成蒸气泡的加热器，从流体室60的喷嘴64喷出油墨。喷嘴64可以具有各自小于100 μm的直径和长度（通常直径为10-15 μm，喷嘴孔长度为5 μm），并且室60和相关流体通道可以具有小于500 μm的特征长度、宽度或深度尺寸。液滴形成装置在形成相对于喷嘴64的流体室壁66的材料层69上形成。通常，壁66和液滴形成装置62使用半导体基制造方法形成，促进液滴形成装置与控制电子设备的电子耦合。流体室60的其他壁68，包括喷嘴面壁也可以使用半导体方法形成或者可选地可以从聚合物材料形成。
图3b示出另一种类型按需滴式打印机（通常称为“背部发射式装置”类型）中液滴喷出器58的截面侧视图，并例如公开在2003年5月13日授予Min等的美国专利No. 6,561,626中。在这种设计中，液滴形成机件62是在材料层71中制造的热喷泡加热器74，所述材料层71形成包括喷嘴64和围绕相关喷嘴64的加热器74的壁68。蒸气泡在流体室60中以与从喷嘴喷出的液滴方向相反的方向扩展。在这种构造中，材料层71与包含通道57的本体72结合，以为流体室60形成封闭结构。喷嘴64可以具有小于100 μm的直径和长度（通常直径为10-15μm并且喷嘴孔长度为5μm，如上所述），室60和流动通道57可具有小于500μm的特征长度、宽度或深度尺寸。
用于形成液滴的图3a和3b中示出的液滴喷出器58也可以用于连续式喷墨应用的打印头30（图2）中，其中为流体室60供应来自储器50（图2）的加压油墨以通过喷嘴产生油墨的连续式流动或连续流，并且适当地调节在热致动器元件中的能量的耗散方式。在图3a和3b中，喷嘴板和喷嘴形成作为材料层一部分的微流体流体输送部件，并且液滴形成机件也在材料层中。
图4示出具有如图3b中示出的液滴喷出器58的液滴喷出器的喷墨打印头40的一部分的示意俯视图。该图包括位于来自数字控制连续式喷墨打印装置的连续式喷墨打印头的材料层中或其上的液滴形成机件、热致动液滴形成元件、和喷嘴板中的喷嘴阵列的代表性结构。参照图4，打印头40包含多个形成在喷嘴板70中的喷嘴64。环形加热器74形式的热致动液滴形成装置62是至少部分形成于或位于喷嘴板70上，所述喷嘴板70包含围绕并邻近于相应的喷嘴64的打印头40的一部分材料层71（图3b）。尽管各加热器74可以径向远离相应喷嘴64的边缘，但加热器74优选设置成以同中心形式靠近相应喷嘴64。在优选的实施方案中，加热器74形成基本圆形或环形的形状。然而，具体地预期加热器74可以形成局部环形、方形或其他邻近于喷嘴64的形状。优选实施方案中的各加热器74主要由通过导体78电连接至接触板76的电阻加热元件构成。各喷嘴64通过油墨通道（也称为在打印头40的材料层中或其上形成的流体室（未示出））与油墨供应件50流体连接。具体地预期打印头40可以与供应件50相同的方式合并另外的油墨供应件以及另外的相应喷嘴64，以使用三种或更多种油墨颜色提供彩色打印。另外地，黑色和白色或单一颜色打印可以使用单一油墨供应件50和喷嘴64实现。
导体78和电接触板76可以至少部分形成或位于在打印头40上并提供机构控制电路36和加热器74之间的电连接。可选地，机构控制电路36和加热器74之间的电连接可以以任何熟知的方式完成。机构控制电路36可以为相对简单的装置（加热器74的可切换电源供应件74等）或相对复杂的装置（与能源供应件组合的逻辑控制器或可编程微加工器），其可以操作以期望的方式控制打印机的很多其他组件。
在使用所述连续式喷墨打印头的数字控制喷墨打印装置中，连续式喷墨打印头的结构和其操作的进一步解释在例如授予Jeanmaire等人的美国专利No. 6,588,888和No. 6,588,889中、授予Anagnostopoulos等人的美国专利No. 6,502,925中和其中引用的参考文献中给出。
在图3a, 3b和4中描述的热致动的液滴形成机件依赖于随着流体排出通过喷嘴，加热流体以引发液滴形成过程的能力。热致动装置用于很多上文进一步描述的其他微流体应用中，例如泵、用于双金属致动阀的加热元件、在微型化化学测试系统中用于温度稳定化的元件和微型化喷雾离子化的元件。具有作为微流体装置或另外的液滴形成机件的一部分的热致动器或电阻加热器的寿命取决于许多因素，包括但不限于例如电介质击穿、腐蚀、疲乏、电迁移、污染、热错配、静电放电、材料相容性、层离和湿度。电阻加热器（也称为加热器电阻器），例如用于微流体装置和特别是微流体液滴形成装置例如喷墨打印头中，可以暴露于所有这些故障机制。因此，将外来电阻器膜和多个保护层、膜或涂层用于提供加热器堆，其用于提供足够牢固以承受上述不同类型的故障模式的加热器电阻器。然而，加热器堆的总体厚度应该最小化，因为来自液滴形成机件的有效的液滴形成所需要的输入能量为加热器堆厚度的线性函数。从能量耗散和产能方面考虑，为了提供竞争性致动器装置，加热器堆不应该任意加厚来缓和故障，例如由于空蚀效应、阶梯覆盖问题、层离问题、静电放电等产生的故障。换言之，通过使用薄膜耐性层和保护层的过设计(over-design)而改善的热致动器、电阻加热器或加热器电阻器寿命可能产生无竞争性或甚至无功能的产品。
用于改善微流体装置中的热致动器可靠性目的的涂层、膜或薄层应该提供可接受的热传递并展现出可接受的热稳定性。熟知的确定涂层、膜或薄层对于改善微流体装置中使用的热致动器可靠性的适用性的因素之一涉及涂层、膜或薄层中流体渗透的位点数目。Almomani等人(M.A. Almomani和C.R. Aita, J. Vac. Sci. Technol. A, 27(3)(2009)449-455 “Pitting corrosion protection of stainless steel by sputter deposited hafnia, alumina, and hafnia-alumina nanolaminate films”)已经提出文献中的先前研究“得出的结论是就算厚单层膜也不能保护的主要原因是因为称为‘针孔’的固有中观生长结构为电解质提供快速输送通道通过所述膜至下面的基材表面。当三维岛(islands)在膜生长结合的初始成核阶段期间形成时，针孔在膜生长期间形成，并且开始彼此接触以形成更连续的膜。针孔存在于晶体和无定形膜两者中。” 针孔密度受到影响膜结构本身的因素的影响。相变，如在晶体生长期间或在从无定形或有序性不良膜转变成晶体和高度有序膜期间，在膜结构中产生体积变化的热诱导结晶，能够增大膜的针孔密度，从而影响膜对于流体渗透的敏感性。因此，用于改善微流体装置尤其是喷墨打印头中热致动器可靠性的薄膜的热稳定性是重要的。膜热稳定性的一个重要量度是无定形的、有序性不良的或结晶不良的膜开始结晶的温度。该温度称为结晶温度或结晶的温度。在结晶温度下，在所述膜中的物质具有充分的移动性以使原子重排，其能够产生所述膜中的中观缺陷或针孔的数目和尺寸的变化。在很多情况下，所述膜中的中观缺陷的数目和尺寸在膜结晶期间增加，从而劣化所述膜的耐化学性。因此，期望无定形或结晶不良的薄保护膜的结晶温度应该至少高于热致动器的峰值操作温度。在喷墨打印头的情况下，结晶温度应该至少高于作为液滴形成机件的一部分的任何热致动器的峰值操作温度。另外优选的是薄膜结晶温度足够高以使所述膜在制造装置期间使用的任何随后的处理步骤（例如耐磨损性或耐磨耗性叠层沉积）期间不结晶。从在半导体装置处理期间普遍遇到的温度的实施方面考虑，优选的是薄膜不显示在低于350oC下的结晶，并且膜、层或涂层（包括由单层或多层构成的不在低于350oC下结晶的膜）可以被认为是热稳定的。
为了解决与微流体装置例如喷墨打印头和其相关的液滴形成机件的腐蚀和电介质击穿相关的问题，已经发现具有异常的耐化学腐蚀性和电介质稳定性的膜、涂层和层可以从氧化铪（通常称为铪氧化物、二氧化铪或HfO2）或氧化锆（通常称为锆氧化物、二氧化锆或ZrO2）和氧化钽（通常称为钽氧化物、五氧化二钽或Ta2O5）制成，其中所述层分别各自地主要由氧化铪或氧化锆和氧化钽构成，并且优选地在除了打印头的材料层和液滴形成机件之外的打印头中并入的全部涂层中以特定厚度和序列安置。氧化铪、氧化锆和氧化钽分别是难熔金属铪、锆和钽的氧化物，并且这些难熔氧化物具有很多期望的性质，包括化学稳定性、低溶解度、生物相容性和异常的耐腐蚀性。在本文中出于方便考虑使用的术语“氧化铪层”、“氧化锆层”和“氧化钽层”等是指主要由此类指出的材料构成的层。此类层可以进一步以相容的少量包含其他材料，并且具体地考虑在层合结构中具有少量等价阳离子的铪、锆和钽的化学替代物。可以使用材料设计领域中熟知的具有合适电荷补偿的阳离子替代物，例如以调节层合结构的性质从而提供关于耐腐蚀性的期望的物理性质或其他期望性质，例如热传递或介电常数。特别地，铌或适当补偿五价钽阳离子的电荷和离子尺寸的阳离子的组合可以替代进入层合结构中。类似地，其他四价阳离子（例如锡）可以并入层合结构中以另外提供协调和调节层合材料性质以提供膜的期望的物理性质的手段。
在特定的实施方案中，本发明使用由薄膜层构成的多层涂层，所述薄膜层基本上由氧化铪或氧化锆构成并基本由氧化钽构成，其中以特定厚度和顺序设置的氧化铪或氧化锆层和氧化钽层的总厚度（即所有氧化铪或氧化锆层和氧化钽层的总厚度）为小于100 nm，更优选小于50 nm。如前所述，来自微流体装置例如喷墨打印头中的液滴形成机件的有效液滴形成所需要的输入能量为液滴形成机件和形成出液滴的油墨或流体之间设置的膜、涂层或层的总厚度的线性函数，并且液滴形成效率的测量已经显示出本发明的膜提供了优异的耐腐蚀性，而没有任何对液滴形成效率的可测量的影响。
由不同材料例如氧化铪和氧化钽的交替层构成的复杂的膜、涂层和层有各种名称，包括层合材料、微层合材料（micro-laminates）或微层合制品(microlaminates)、纳米层合材料（nicro-laminates）或纳米层合制品(nicrolaminates)、堆叠层、堆叠结构、交替层结构或交替层膜、堆叠层合材料、层合涂层、微层合膜等。锆与铪类似，是第IVb族元素的高原子重量成员，而钽是第Vb族元素的成员。因此，本发明中使用的多层涂层形成了由多层氧化物构成的复杂的层合材料，所述氧化物选自元素周期表不同族的高原子重量成员（即第IVb族和第Vb族）。当与根据本发明的两种不同薄膜层组合使用时，与使用等同总层厚度的单金属氧化物层相比，这样的层合材料提供了进一步的有利性能。
氧化铪（或氧化锆）和氧化钽电介质的交替层可以通过膜沉积领域技术人员已知的任何方法制备。这样的方法包括物理气相沉积法，如蒸发、电子束蒸发、离子束蒸发、弧熔融蒸发、使用AC和DC电压，采用具有产生氧化物膜的合适的靶和气体的平面形和柱形磁控管源的溅射沉积、使用合适的铪和钽的挥发性前体的化学气相沉积法、分子束外延（molecular beam epitaxy）、原子层沉积、原子层外延（atomic layer epitaxy）。由彼此接触的至少一层氧化铪和一层氧化钽构成的膜制品可以使用任何膜沉积领域中已知的制造或沉积技术从任何合适的起始原料形成，这是特别考虑的并因此在本公开的范围内。制备耐腐蚀性电介质层合膜的优选方法是原子层沉积，特别是当将耐腐蚀性膜用于复杂几何结构形式的流体输送部件表面上时。复杂的几何结构包括具有凹角部件和从在膜沉积法和涂布法中使用的气相源发出的气相物质的视距通量(line-of-sight fluxes)不能直接可见的其他部件的那些几何结构。
在优选的实施方案中，如图5中所示，材料层80被耐腐蚀性膜82涂布和保护，所述耐腐蚀性膜82包含基本由氧化铪84构成的至少一个层和基本由氧化钽86构成的一个层，其中氧化铪层和氧化钽层彼此覆盖并接触。在示例性的实施方案中，耐腐蚀性膜为由彼此接触的氧化铪84和氧化钽86的多个交替层构成的稳定的电介质膜，其中氧化铪层的总数n为至少3，并且氧化钽层的总数为n-1。氧化铪层的厚度各自优选地为至少2 nm并小于10 nm。任何氧化铪层与至少一个氧化钽层的厚度比率优选大于2（即优选富氧化铪层合材料）并小于100（以避免过度厚的层合材料，同时还提供充分的氧化钽层厚度），多层层合涂层的总厚度优选大于10 nm，并且各氧化铪层与至少一个氧化钽层接触。本发明的新颖特征是具有低涂层厚度（例如小于100 nm，优选小于50 nm）的耐腐蚀性层的使用，该耐腐蚀性层足以为微流体装置的流体输送部件以及热致动微流体装置的相关加热器元件提供腐蚀保护，同时还提供了优异的微流体装置性能，特别是喷墨喷射打印头微流体装置的液滴形成机件的性能。
图6示例了本发明一个实施方案的截面图。图6示出由材料层71和位于该材料层上或其中的电阻加热器74液滴形成机件构成的喷墨打印头喷嘴板70。材料层71用耐化学性层或膜82涂布，其中所述耐化学性层由至少一个薄膜层与至少一个主要由氧化钽构成的薄膜层接触构成，所述薄膜层主要由氧化铪或氧化锆构成。材料层71形成液体室60（包括喷嘴64）的壁的一部分。喷嘴64具有10μm的直径和5μm的喷嘴孔长度，并且室60具有350 μm的长度（深度）和主轴为120μm、副轴为30μm的椭圆截面，因此在材料层71中形成微流体流体输送部件，其中这样的流体输送部件的表面用耐化学性层82涂布。在一个优选实施方案中，耐化学性层82也覆盖电阻加热器热致动器74。在一个优选的实施方案中，耐化学性保护层82由多个交替层构成，所述交替层基本上由氧化铪或氧化锆构成和基本上由氧化钽构成，其中至少一个氧化铪或氧化锆层的厚度大于氧化钽层的厚度，从而形成由多层难熔金属氧化物构成的复杂层合材料，所述难熔金属选自元素周期表的不同族（即第IVb族和第Vb族元素）的高原子重量成员。
图7示出耐腐蚀性膜82的另一实施方案。该耐腐蚀性膜由至少一个基本上由氧化锆ZrO2构成的层88和至少一个主要由Ta2O5构成的层86的交替层的层合材料构成。在一个更优选的实施方案中，耐腐蚀性的稳定的电介质膜82包含彼此接触的氧化锆88和氧化钽86的多个交替层。各氧化锆层88的厚度优选为至少2 nm并小于10 nm。任何锆层与至少一个氧化钽层的厚度比率优选为大于2（即优选富氧化锆层合材料）并小于100（以避免极厚层合材料，同时还提供了足够的氧化钽层厚度）。在更优选的实施方案中，锆层总数n为至少3，氧化钽层总数为n-1，多层层合材料涂层的总厚度优选为大于10 nm，并且各氧化锆层与至少一个氧化钽层接触。本发明的新颖特征是具有低涂层厚度（例如小于100 nm，优选小于50 nm）的耐腐蚀性层的使用，该耐腐蚀性层足以为微流体装置的流体输送部件以及热致动微流体装置的相关加热器元件提供腐蚀保护，同时还提供了微流体装置优异的性能，特别是喷墨打印头微流体装置的液滴形成机件、热致动器和电阻加热器的性能。
尽管不希望被束缚于所涉及的物理和材料科学的特定理解，但认为在缺陷例如晶界处可发生通过材料层的流体输送。晶界或其他中观缺陷在结晶层中变得普遍，并且当层厚度超过约10 nm时，本发明的难熔氧化物倾向于结晶。不同的难熔氧化物层各自分别耐蚀刻腐蚀的；然而，材料层中的晶界形成位点，例如可以充当流体输送导管的针孔。认为当在打印头上涂布氧化铪（或氧化锆）和氧化钽层合膜时，观察到的热致动器的改善的可靠性是存在于层合膜中的中观缺陷或针孔的较低密度的结果。较低的缺陷密度归因于氧化铪和氧化钽各层如此薄以致于它们不能结晶的事实。还认为通过交替的氧化铪层和氧化钽层，两种材料的原子排布差别还抑制各材料的结晶，并因此在层合材料中的流体传导区域的总数最小化。还认为如果有在各材料层中形成的任何残存的流体传导区域，那么它们在彼此顶部对齐的机会很小，从而为流体扩散提供了弯曲路径，从而一层到另一层的流体输送不可能，致使对于腐蚀和化学溶解过程热致动器的可靠性改善。
在本发明的另一个优选的实施方案中，如图8所示，将粘结促进层用于改善由至少一对氧化铪或氧化锆和氧化钽的交替层构成的耐腐蚀性涂层对微流体装置的材料层中流体输送部件表面的粘结，所述粘结促进层位于层合涂层和材料层之间。所述粘结促进层可以覆盖打印头、材料层、液体室、喷嘴和喷嘴孔、或液滴形成机件。所述打印头、材料层、液体室、喷嘴和喷嘴孔、和液滴形成机件也可以称为基材并认为是粘结促进膜的基材。合适的粘结促进层可以为具有任何厚度但拥有必要特征的无机或有机膜—即含碳和不含碳膜—粘结促进层具有优异的粘结促进性并粘结于打印头以及由一个或多个氧化铪或氧化锆层和一个或多个氧化钽层构成的耐化学性保护层两者。当将粘结促进膜用于改进对在喷墨打印头中液滴形成机件的热致动器的粘附的目的时，较薄的粘结促进膜是优选的，不过认为一些应用可能需要几微米厚的粘结促进膜。因此，粘结促进膜的厚度最好由预期的应用确定。
粘结促进层不需要连续膜、涂层或层，可以优选位于和/或部分位于优选区域，从而使还称为基材的材料层和覆盖的非粘结促进膜、层或涂层之间的粘结得到最好的实现和增强。部分位于（在表面区域上不均匀地）或优选位于基材上的膜也称为有图案膜。有图案的粘结促进膜因此可以通过本领域中任何已知方法制造，从而在使用所述粘结促进膜期间改进并促进粘结。
在优选的实施方案中，粘结促进层基本上由厚度为至少0.2 nm的氧化硅构成。在膜形成的初始阶段，氧化硅层使表面存在羟基，其对于原子层沉积膜形成过程是特别有利的，从而产生耐腐蚀性膜到该表面的共价键。其他粘结促进膜是本领域中熟知的，包括聚合物膜、含硅硅烷基粘结促进剂或其他粘结促进剂或分子的自组装单层、在半导体制造方法领域中熟知的蒸气底漆膜(vapor priming films)，包括六甲基二硅氧烷基粘结促进膜、金属和金属氧化物粘结促进膜和分子基粘结促进膜。
可以施加活化和非活化粘结促进膜以使层合涂层能够粘结至微流体装置的材料层。在暴露于可以是化学的或物理的第二刺激之后，活化的粘结促进材料改善它们的粘结。这样的粘结促进膜可以是化学活化的、光化学活化的、热活化的、压力活化的、等离子体活化的或通过用于粘结促进的化学转化涂层领域熟知的化学转化法活化的、或通过任何该领域已知的其他手段活化以促进粘结，包括任何类型的等离子体处理、离子轰击、电子轰击、或暴露于其他光化辐射。由有机、无机或有时称为复合粘附促进材料的无机和有机材料的组合构成的有图案的和无图案的粘结促进层可以使用粘结促进膜和层的配置和沉积领域中已知的任何制造或沉积技术从任何合适的起始原料形成。
图8示例具有粘结促进层90的本发明的一个实施方案的截面图。由材料层71和位于该材料层上或其中的电阻加热器液滴形成机件74构成的喷墨打印头喷嘴板70在材料层71和耐化学性保护层82之间具有粘结促进层90。耐化学性层82由至少一个薄膜层与主要由氧化钽构成的至少一个薄膜层接触构成，该薄膜层主要由氧化铪或氧化锆构成，并且材料层71为液体室60（包括喷嘴64）的壁。与图6中类似地，喷嘴64具有10 μm的直径和5 μm的长度，室60具有350 μm的长度（深度）和主轴为120 μm、副轴为30 μm的椭圆截面，因此在材料层71中形成微流体流体输送部件。粘结促进层90位于耐化学性层合层82和材料层71之间，从而流体输送部件的表面涂有粘结促进层90和耐化学性层82。液体室60与含有油墨或在数字控制打印系统30中使用的其他流体的流体储器50（图2）流体接触。在优选的实施方案中，耐化学性层合层82覆盖粘结促进层90和由电阻加热器热致动器74构成的液滴形成机件62。耐化学性保护层82可以为包含几个交替层、膜、或涂层的组合层，所述交替层、膜、或涂层基本上由氧化铪或氧化锆构成和基本上由氧化钽构成，从而形成由多个难熔金属氧化物层构成的复杂层合材料，所述难熔金属选自元素周期表的不同族。
在本发明的其他实施方案中，在微流体装置上可以进一步提供耐磨损和磨耗性层、涂层或膜。在特定实施方案中，例如可以提供在打印头的至少一个表面上与该打印头接触的耐磨损和磨耗性层，所述打印头包含材料层、液滴形成机件、液体室、喷嘴和喷嘴孔、任选的粘结促进层、和耐腐蚀性层合涂层、膜或层，所述耐腐蚀性层合膜由至少一个氧化铪或氧化锆的薄膜层和至少一个氧化钽的薄膜层构成。耐磨损和磨耗性层优选地覆盖并与覆盖所述打印头的耐腐蚀性涂层接触以提供打印头、喷嘴板、喷嘴、液滴形成机件、和所述打印头、喷嘴板和液滴形成机件上存在的另外的任何集成电路或电子设备的保护。
所述耐磨损和磨耗性层、膜或涂层可以由本领域已知的任何材料构成以提供防止打印头上的磨损和磨耗。耐磨损和磨耗性材料通常落入两个不同的分类中： 1) 剪切模量大于打印头本身的至少一个元件的硬质材料，所述元件选自所述材料层、液滴形成机件、或存在于该材料层中或其上的集成电路，或2) 弹性模量基本上大于打印头的至少一个元件的刚性的能量吸收材料，所述元件选自所述材料层、液滴形成机件或集成电路。通常，剪切模量大于所述打印头上至少一个元件的硬质材料优选用于耐磨损和磨耗性涂层、层和膜。实际上，耐擦伤性测试，例如在其上沿着涂层表面拖动的触针开始产生涂层、膜或层的机械损伤和剥落的负载测试，适合于耐磨损和磨耗性层的表征。耐磨损和磨耗性层可以从厚度为100至600 nm厚的电介质材料，例如氮化硅或掺杂硅的类金刚石碳(Si-DLC)，形成。耐磨损和磨耗性层也可以从非电介质材料例如等离子体沉积的氮化钛、氮化锆或金属碳化物形成。
耐磨损和磨耗性层可以含有有机或无机化合物。化合物如聚合物或堆叠的分子组装件对于耐磨损和磨耗性是有利的。聚合物和/或树脂可以是有机的、无机的或两者的组合。耐磨损和磨耗性聚合物和树脂包括简单的脂族聚合物例如聚丁烯类、聚乙烯类；聚丙烯类等；衍生自乙烯基单体的聚合物和树脂；聚苯乙烯类；聚酯类；聚氨酯类；聚酰亚胺类；环氧化物类；聚酰胺树脂；聚醚醚酮聚合物和其他的热塑性基聚合物；纤维素聚合物；氨基树脂；丙烯酸树脂；聚碳酸酯；液体结晶聚合物等；氟碳基聚合物，其实例是VITON；含有任何类型的聚硅氧烷的聚合物链的硅酮基聚合物；纤维玻璃复合材料；缩醛树脂；酚醛树脂；用填料化合物改性的聚合物例如玻璃颗粒或纳米级颗粒添加剂例如碳纳米管；等。
耐磨损和磨耗性层也可以由层合材料组成，例如Aita描述的基于喷溅氧化锆—氧化铝层合材料的高度耐磨损性涂层。优选的耐磨损和磨耗性层基本上由化学计量为SixCy:fH的碳、硅和氢构成，其中2>x>y和2> (x/y)>1和(x+y) > f。另一种优选的耐磨耗性和耐磨损性涂层基本上由化学计量为SixCyNz:fH和x+y+z=1，x > (y+z)，0.6>y>0.1，0.6>z>0.05和(x+y+z)>f的硅、碳和氮构成。另外优选的耐磨损和磨耗性层为掺杂硅的类金刚石碳(Si-DLC)。由有机、无机或有时称为复合耐磨损和磨耗性促进材料的无机和有机材料的组合构成的耐磨损和磨耗性层，可以使用耐磨损和磨耗性膜和层的配置和沉积领域中已知的任何制造或沉积技术从任何合适的起始原料形成，这是特别考虑的并因此在本公开的范围内。
图9示例了具有耐磨损和磨耗性涂层的本发明的一个实施方案的截面图。由材料层71和位于材料层之上或其中的电阻加热器74液滴形成机件62构成的喷墨打印头喷嘴板70具有粘结促进层90和耐化学性保护层82，其中耐化学性层由至少一个氧化铪或氧化锆层构成，其与至少一个氧化钽层接触。粘结促进层90位于耐化学性层合层82和材料层71之间。该材料层形成液体室60的一个或多个壁的一部分，并包括喷嘴64和液滴形成机件62，典型地加热器74；与耐化学性层82和打印头材料层71两者接触的粘结促进层90。液体室60与含有油墨或在数字控制打印系统30中使用的其他流体的液体储器50（图2）流体连接。在一个优选的实施方案中，耐化学性层合层82覆盖粘结促进层90，由电阻加热器热致动器74构成的液滴形成机件62和耐化学性保护层82可以是基本上由氧化铪或氧化锆和氧化钽的交替层、膜或涂层构成的几个材料层的组合，从而形成由多个难熔氧化物层构成的更复杂的层合材料。耐化学性保护层82和粘结促进层90位于材料层71和耐磨损和磨耗性层92之间，其中耐化学性层82与耐磨损和磨耗性层92接触并且粘结促进层90与材料层71接触。图9示例了覆盖耐化学性层82所有表面，即液体室60的内表面和喷嘴板70外表面，的耐磨损和磨耗性层92。在其他的实施方案中，耐磨损和磨耗性层92可以选择性地仅提供至喷嘴板70的外表面（因此使得否则可能不能涂布这种内表面的涂布方法能够实行），因为液体室60的内表面可能不经历严重的物理磨损和磨耗，并且耐化学性层82足以提供对液体室60的内表面的耐化学性和足够的物理磨损和磨耗保护。
尽管图9中没有示出，但粘结促进层可以存在和位于耐化学性层82（由氧化铪或氧化锆和氧化钽的交替的层、膜或涂层构成，从而形成由多个难熔氧化物层构成的复杂层合材料）和耐磨损和磨耗性层92之间并与二者接触，从而提供改进的耐磨损和磨耗性层与耐化学性层的粘结。合适的粘合促进层可以为图8中用于粘结促进层90的上述无机或有机膜，在这种情况下被选择以具有有粘结促进膜的必要特性，具有优异的粘结促进性并粘结于耐磨损和磨耗性层以及耐化学性保护层两者。
在图9的示例中，打印头被粘结促进层90、耐化学性保护层合层82和耐磨损和磨耗性层92覆盖。这三个层可以提供用于打印头的可以防止该打印头各种故障的热稳定性、耐化学性和耐磨损和磨耗性涂层。所述耐化学性层合保护层有效防止所述流体或其他污染物不利地影响在所述打印头的材料层上或其中的液滴形成机件的电阻加热器热致动器的操作和电性质，并且耐磨损和磨耗性电阻保护层、膜或涂层提供机械磨耗方面和来自流体气泡塌陷冲击的保护。尽管图9示例了在耐化学性层82上涂布的耐磨耗性层92，但在本发明的其他实施方案中（例如在制造便利需要的情况下）这些层的顺序可以颠倒，并且在打印头的操作期间仍提供牢固结合的耐磨耗性和耐化学性。
 
发明实施例
用300nm铝或铝铜合金涂布硅晶圆。然后通过化学气相沉积用从四乙氧基硅烷制备的200 nm氧化硅涂布金属化晶圆。将氧化硅沉积在铝或铝铜合金上。这些硅晶圆作为硅晶圆基材用于评价各种膜包括层合膜的耐腐蚀性和机械性能。在实施例1A-1F和实施例2中，在所述基材晶圆上的200 nm氧化硅层为能够使耐腐蚀性表面涂层和膜很好地粘结至晶圆基材的粘结促进层。实施例1A-1F和实施例2中的晶圆基材的最外层，由SiO2粘结促进层构成，然后用耐腐蚀性膜涂布。评估的各种类型的耐腐蚀性膜在实施例1A至1F中给出。在实施例1A-1F和实施例2中，从所述晶圆切割基材和膜的试样。实施例1A-1F中的膜的耐腐蚀性通过膜试样暴露于热腐蚀剂测试溶液(pH11.8，在80oC下)达一段时间(48小时)然后眼睛计数样品上腐蚀冲击位点总数来评估。实施例2中的膜的机械性质通过测定负载评估，在该负载下，当用触针刮划时出现膜的机械性故障。用于膜评估的全部方法都是本领域技术人员已知的。实施例1A-1F和实施例2中的膜通过化学沉积法，例如Bau等人(S. Bau, S. Janz, T. Kieliba, C. Schetter, S. Reber, 和F. Lutz; WCPEC3-conference, Osaka, May 11-18(2003); “Application of PECVD-SiC as Intermediate Layer in Crystalline Silicon Thin-Film Solar Cells”)描述的那些或原子层沉积法，例如Liu等人(X. Lui, S. Ramanathan, A. Longdergan, A. Srivastava, E. Lee,T.E. Seidel, J.T. Barton, D. Pang, 和R.G. Gordon; J. Electrochemical Soc, 152(3) G213-G219, (2005); “ALD of Hafnium Oxide Thin Films from Tetrakis(ethylmethylamino)hafnium and Ozone”)描述的那些制备，并且这些制备方法是半导体制造领域中的那些技术人员所熟知的。
 
实施例1A-1F
该实施例例示了粘结促进层与由多个层（各自基本上由HfO2或Ta2O5构成）构成的改进的耐腐蚀性层合膜的组合使用，并例示了如本发明所述的耐腐蚀性层合材料的至少一种优选的组成。这个实施例也例示了本发明中难熔氧化物层的相对厚度、顺序和数目对于实现最优结果是重要的，还例示了观察到的层合膜的改善的耐腐蚀性和尤其是富氧化铪HfO2-Ta2O5层合层是新颖的并且不能被预测。
在实施例1A-1F中，上述硅晶圆基材的200 nm氧化硅层为能够使沉积在硅晶圆上的耐腐蚀性表面涂层和膜很好地粘结至晶圆基材的粘结促进层。然后用耐腐蚀性膜涂布实施例1A-1F中的晶圆基材的最外层，由SiO2粘结促进层构成。将各种类型的耐腐蚀性膜沉积用于评估，并且各膜在实施例1A至1F中给出。在实施例1A-1F中的膜使用Liu等人(X. Lui, S. Ramanathan, A. Longdergan, A. Srivastava, E. Lee, T.E. Seidel, J.T. Barton, D. Pang, 和R.G. Gordon; J. Electrochemical Soc, 152(3) G213-G219, (2005); “ALD of Hafnium Oxide Thin Films from Tetrakis(ethylmethylamino)hafnium and Ozone”)描述的方法通过原子层沉积法沉积，所述方法为半导体制造领域中的那些技术人员所熟知。从所述晶圆切割基材和膜的试样。膜的耐腐蚀性通过将膜试样表面暴露于热腐蚀剂测试溶液(pH11.8，在80oC下)达一段时间(48小时)然后眼睛计数试样上腐蚀冲击位点总数来评估。
表1显示出所评估的几种耐腐蚀性膜的相对耐腐蚀性。
表1
实施例   表面膜沉积 (最外层) 相对缺陷密度 (冲击/mm2)
1A HfO2 20 nm 23
1B 6nm HfO2+1 nm Ta2O5 + 6nm HfO2 + 1nm Ta2O5 + 6nm HfO2 4
1C 6nm HfO2+1 nm Ta2O5 + 6nm HfO2 + 1nm Ta2O5 + 6nm HfO2 +1nm Ta2O5 + 6nm HfO2 + 1nm Ta2O5 + 6nm HfO2 + 1nm Ta2O5 + 6nm HfO2 1
1D 6nm Ta2O5 + 1nm HfO2 + 6nm Ta2O5 + 1nm HfO2 + 6nm Ta2O5 +1nm HfO2 + 6nm Ta2O5 + 1nm HfO2 + 6nm Ta2O5+ 1nm HfO2 + 6nm Ta2O5 13
1E 6nm Ta2O5 + 1nm HfO2 + 6nm Ta2O5 + 1nm HfO2 + 6nm Ta2O5 14
1F Ta2O5 20 nm 24
实施例1A和1F与实施例1B -1E的比较例示了HfO2和Ta2O5的多层涂层和膜（层合膜）在测试后显示比相同总厚度的HfO2或Ta2O5的单层膜更低的缺陷密度。表1显示层合膜展现出明显比单独的由二元氧化物构成的膜更少的腐蚀冲击位点/mm2，因此例示了表1中描述的层合层比单独的HfO2或Ta2O5明显更耐腐蚀性。实施例1C和实施例1D的比较和实施例1B和实施例1E的另外的比较例示了基本上由HfO2和Ta2O5构成的多层膜中层的顺序和一致性在确定层合膜的耐腐蚀性能中是重要的。尽管对于实施例1B至1E的各层合膜，例示了相对于单独的HfO2或Ta2O5膜改进的耐腐蚀性，但当氧化铪层的厚度比氧化钽层厚度大时，还发现了改进的耐腐蚀性。在表1的实施例1D和1E，其中HfO2的层厚度小于Ta2O5的层厚度，例示了对于某些类型层合结构，层合结构中的层数没有强烈地影响这种特定类型的层合结构的耐腐蚀性。相比于此，实施例1B和1C清楚地显示出层合结构中层总数的增加提高了整个层合膜的耐腐蚀性，所述层合结构中HfO2的层厚度大于Ta2O5的层厚度。表1中的实施例之间的，具体地实施例对(1D,1E)和(1B, 1C)之间的性能比较例示了根据本发明的一个优选实施方案的富铪的HfO2-Ta2O5层合膜的改善的耐腐蚀性是不能预测的。
用于晶体氧化物相鉴定的实施例1A至1E的X射线衍射研究显示出仅有实施例1A为晶体。实施例1A含有晶体HfO2。实施例1B至1E通过X射线衍射没有显示出晶体氧化物相的任何证据。样品1B至1E的依赖温度的X射线研究显示出通过X射线衍射在最高达350oC的温度下没有观察到明显的结构变化，从而证明含有HfO2和Ta2O5的耐化学性和腐蚀耐性层合膜也是热稳定的。
 
实施例2
这个实施例例示了如本发明一个实施方案中所述的在耐化学性、耐腐蚀性层合膜上使用耐磨损和磨耗性涂层。
制造具有与实施例1C相同的多层耐腐蚀性膜的两个硅晶圆，并且将一个晶圆在320oC下用含有硅、氮和碳的400 nm耐磨耗性涂层涂覆。含有硅、氮和碳的再涂覆（overcoat）膜通过化学气相沉积法制备，如Bau等人(S. Bau, S. Janz, T. Kieliba, C. Schetter, S. Reber, and F. Lutz; WCPEC3-conference, Osaka, May 11-18(2003); “Application of PECVD-SiC as Intermediate Layer in Crystalline Silicon Thin-Film Solar Cells”)描述的那些。在硅晶圆基材上的200 nm硅氧化物层是厚度至少0.2 nm的粘结促进层并且使沉积在硅晶圆顶上的耐腐蚀性表面涂层和膜能够很好地粘结至晶圆基材。含硅、碳和氮的耐磨损和磨耗性涂层覆盖并与耐化学性和耐腐蚀性涂层（包含基本为氧化铪层和基本为氧化钽的层）接触。从所述晶圆切割基材和膜的试样。样品的X射线衍射研究未显示出该样品中存在任何结晶氧化物膜的证据。试样上的膜的机械性质通过测定负载评估，在该负载下，当用触针刮划时出现膜的机械性故障。400 nm厚的耐磨损和磨耗性涂层通过X射线衍射测定为不良结晶或无定形的，并通过X射线光电子能谱法(XPS)分析硅、碳和氮。所述涂层具有40原子百分比(原子%)碳、16原子%氮、6.5原子%氧和37.5原子%硅。在涂层中没有通过XPS可检测到的氢。如通过样品表面的机械剥落观察确定的，使用10 μm金刚石触针测定导致故障的负载。所述晶圆，其用含37.5原子% Si、40原子%碳、16原子%氮、和6.5原子%氧的400 nm厚涂层再涂覆，在与实施例1C相同的非再涂覆样品的负载物的约两倍出故障。这个样品例示了含有37.5原子% Si、40原子%碳、16原子%氮和6.5原子%氧的400 nm厚涂层是耐磨损和磨耗性涂层，其能够用于保护由HfO2和Ta2O5薄膜层构成的下层耐化学性层合膜。
 
实施例3
这个实施例例示粘结促进层与由多个层（各自基本由ZrO2或Ta2O5构成）构成的耐腐蚀性层合膜组合的使用。这个实施例还例示了耐腐蚀性层合膜，其中层合材料中的ZrO2薄膜层替换成HfO2，并且其中HfO2和ZrO2与Ta2O5一起在层合结构中都以薄膜形式存在。另外，该实施例例示了如本发明所述的至少一个另外的优选的耐腐蚀性层合材料的组成。
实施例3A-3E中的晶圆基材的最外层，由SiO2粘结促进层构成，然后用耐腐蚀性膜涂布。将各种类型的耐腐蚀性膜沉积用于评估，并且各膜在实施例3A至3E中给出。在实施例3A-3E中的膜使用Liu等人(X. Lui, S. Ramanathan, A. Longdergan, A. Srivastava, E. Lee, T.E. Seidel, J.T. Barton, D. Pang, and R.G. Gordon; J. Electrochemical Soc, 152(3) G213-G219, (2005); “ALD of Hafnium Oxide Thin Films from Tetrakis(ethylmethylamino)hafnium and Ozone”)描述的方法通过原子层沉积法沉积，所述方法为半导体制造领域中的那些技术人员所熟知。从所述晶圆切割基材和膜的试样。膜的耐腐蚀性通过膜试样暴露于热腐蚀剂测试溶液(pH11.8，在80oC下)达一段时间(48小时)然后眼睛计数试样上腐蚀冲击位点总数来评估。
表2显示出根据上述实施例1A-1F的方法评估的几种耐腐蚀性膜的相对耐腐蚀性。将所述膜沉积在上述硅晶圆基材上作为最外层并且在评估期间直接暴露于腐蚀剂测试溶液。
   
表2
实施例 表面膜描述(最外层) 相对缺陷密度 (冲击/mm2)
3A 6nm HfO2+1 nm Ta2O5 + 6nm HfO2 + 1nm Ta2O5 + 6nm HfO2 3
3B 6nm ZrO2+1 nm Ta2O5 + 6nm ZrO2 + 1nm Ta2O5 + 6nm ZrO2 3
3C 6nm HfO2+1 nm Ta2O5 + 6nm HfO2 + 1nm Ta2O5 + 6nm HfO2 +1nm Ta2O5 + 6nm HfO2 + 1nm Ta2O5 + 6nm HfO2 + 1nm Ta2O5 + 6nm HfO2 1
3D 6nm ZrO2+1 nm Ta2O5 + 6nm ZrO2 + 1nm Ta2O5 + 6nm ZrO2 +1nm Ta2O5 + 6nm ZrO2 + 1nm Ta2O5 + 6nm ZrO2 + 1nm Ta2O5 + 6nm ZrO2 3
3E 6nm HfO2+1 nm Ta2O5 + 6nm HfO2 + 1nm Ta2O5 + 6nm HfO2 +1nm Ta2O5 + 6nm ZrO2 + 1nm Ta2O5 + 6nm ZrO2 + 1nm Ta2O5 + 6nm ZrO2 2
实施例3A和3C是与实施例1B和1C相同的复制实施例。表2中的实施例3B和3D类似地例示了由彼此接触的氧化锆和氧化钽的多个交替层构成的电介质膜的耐腐蚀性。实施例3E例示了在ZrO2-Ta2O5耐腐蚀性电介质层合膜中HfO2换成ZrO2是允许的，同时仍然保持层合膜的耐腐蚀性，其中HfO250%摩尔替换成ZrO2示于实施例3E中。由于实施例3E例示了在实施例3C和实施例3D之间的居中性能（intermediate performance），因此预期在ZrO2-Ta2O5耐腐蚀性电介质层合膜中HfO2替换成ZrO2的水平可以在0.1 mol%至99.9 mol%HfO2之间的任何数，并且预期类似的居中结果。可选地，对于HfO2- Ta2O5耐腐蚀性电介质层合膜中的HfO2，在0.1 mol%至99.9 mol%ZrO2之间的任何数的替代水平都可以，同时还保持层合膜的耐腐蚀性。因此实施例3E例示了当在层合膜中氧化锆替换成氧化铪的替代水平为0.1 mol%至99.9 mol%时，在HfO2-ZrO2-Ta2O5体系中可以制备耐腐蚀性层合膜。这些膜的X射线衍射研究没有给出在膜中存在晶体氧化相的证据。样品3A至3E的依赖温度的X射线衍射研究显示出含氧化锆的膜(实施例3B、3D和3E)在300oC下结晶。实施例3A和3C没有显示出在350oC下结晶的任何证据，表明关于结晶，含HfO2和Ta2O5的耐化学性和耐腐蚀性层合膜具有更大范围的热稳定性。
 
实施例4
该实施例例示了由微流体装置的集成阵列构成的打印头的提高的寿命，所述微流体装置包含材料层；在该材料层中或其上形成的具有小于500 μm的特征尺寸的流体输送部件；和多层涂层，其包含基本由氧化铪构成的薄膜层和基本由氧化钽构成的薄膜层，所述多层涂层位于流体输送部件的表面上。
制造了由Aganostopoulos等人的美国专利No. 6,502,925 (Jan 7, 2003)所描述的类型的三个相同的CMOS/MEMS集成的喷墨打印头，其包含硅基材和在其上的硅基材料层，油墨通道在基材中形成并且液滴形成机件和喷嘴开口或孔在所述材料层中形成。所述喷嘴开口具有10 μm的直径和5 μm的喷嘴孔长度，并且所述油墨通道具有350 μm的长度（深度）和主轴为120 μm、副轴为30 μm的椭圆截面，因此在硅基材和其上的硅基材料中形成了微流体流体输送部件。打印头（本发明实施例4a）之一首先用具有与根据上述实施例1和3中描述的原子层沉积法的实施例1C相同组成的耐腐蚀性层合膜外涂覆，从而使所述材料层的表面（包括材料层中形成的流体输送部件的内表面）共形地用耐化学性层合膜涂布。在施加耐腐蚀性层合膜之后，将耐磨损和磨耗性膜通过外涂覆并覆盖具有含有硅、氮和碳的400 nm厚层的耐化学性层合膜根据上述实施例2中描述的方法施加于打印头的外表面，其与实施例2中描述的耐磨损和磨耗性涂层相同。所述含硅、氮和碳的外涂覆层或膜通过化学气相沉积法制备，如Bau等人(S. Bau, S. Janz, T. Kieliba, C. Schetter, S. Reber, and F. Lutz; WCPEC3-conference, Osaka, May 11-18(2003); “Application of PECVD-SiC as Intermediate Layer in Crystalline Silicon Thin-Film Solar Cells”)描述的那些。第二个打印头（对比实施例4b）仅用400 nm厚的耐磨损和磨耗性膜（即没有第一种涂层—根据本发明的耐化学性层合膜）外涂覆。第三个打印头（对比实施例3c）不用耐化学性层合膜或耐磨损和磨耗性膜涂覆。
实施例4a-4c的打印头各自在加速的测试条件下测试。打印头的热致动器以480kHz致动。施加于液滴形成机件的热致动器的电压为8V，并且用于单一加热器致动的单一加热器中的耗散能量为26纳焦。在室温下提供的所使用的测试流体含有在配制用于连续式喷墨应用的流体中，例如典型浓度下的Kodak PROSPER喷墨油墨（丙烯酸酯聚合物分散剂、甘油、聚丙二醇、三乙二醇、表面活性剂、杀虫剂和抗腐蚀剂），经常找到的典型组分，但出于加速测试的目的，具有相对高的碱金属阳离子浓度（K+浓度，约0.2重量%）。在60 psig下将测试流体施加于打印头，并在通过打印头喷射之后回收再用。在打印头的喷嘴阵列的各喷嘴中完成稳定喷射之后，致动更大阵列的加热器的512喷嘴部分并且连续运行直到故障。在运行期间，通过监测打印头描画的电流变化对时间的函数，检测加热器故障。
在测试期间发现，尽管在制备成有或没有耐磨损和磨耗性涂层的的对比实施例4b和4c的打印头的加热器寿命性能没有明显差异，但当与实施例4b和4c的参照打印头（其中没有耐化学性涂层）比较时，包含由根据本发明的至少一个HfO2薄膜层和至少一个Ta2O5薄膜层构成的耐腐蚀性层合涂层和耐磨损和磨耗性层的实施例4a显示出明显优越的加热器寿命性能。实施例4b和4c的参照打印头（具有和没有耐磨损和磨耗性层，但在两个实施例中都没有耐腐蚀性涂层）在打印头的液滴形成机件中的热致动器故障之前都运行45 ± 15小时，而具有耐腐蚀性涂层和耐磨损性涂层两者的实施例4a的打印头在测试期间在打印头的液滴形成机件中的热致动器故障之前运行超过200小时—打印头的液滴形成机件中的热致动器的寿命有大于4倍的改善。
 
部件列表
10                       打印系统
12                       盖
14                       记录介质供应件
16                       油墨槽
18                       打印头
20                       运送箱
22                       图像数据
24                       打印介质
30                       打印系统
32                       图像源
34                       图像处理单元
36                       机构控制电路
38                       液滴形成机件
40                       打印头
42                       记录介质
44                       记录介质输送系统
46                       记录介质输送控制系统
48                       微控制器
50                       油墨储器
52                       油墨捕集器
54                       再循环单元
56                       压力调节器
57                       通道
58                       液滴喷出器
60                       流体室
62                       液滴形成机件
64                        喷嘴
66                        壁
68                        多个壁
69                        材料层
70                        喷嘴板
部件列表续
71                        材料层
72                        本体
74                        加热器
76                        接触板
78                        导体
80                        材料层
82                        耐腐蚀性膜 
84                        氧化铪层
86                        氧化钽层
88                        氧化锆
90                        粘结层
92                      耐磨损性层

Claims (20)

1.微流体装置，其包括：
材料层；
流体输送部件，其在所述材料层之中或其上形成，具有至少一个小于500 μm的特征尺寸；和
多层涂层，其包含主要由氧化铪或氧化锆构成的一个或多个薄膜层和主要由氧化钽构成的一个或多个薄膜层，所述多层涂层位于所述流体输送部件表面上。
2.权利要求1所述的微流体装置，其中所述多层涂层至少包含彼此覆盖和接触的主要由氧化铪或氧化锆构成的第一薄膜层和主要由氧化钽构成的第二薄膜层。
3.权利要求2所述的微流体装置，其中主要由氧化钽构成的所述第二薄膜层覆盖主要由氧化铪或氧化锆构成的所述第一薄膜层，所述多层涂层进一步包含覆盖并接触主要由氧化钽构成的所述第二薄膜层的主要由氧化铪或氧化锆构成的另外的薄膜层。
4.权利要求2所述的微流体装置，其中主要由氧化铪或氧化锆构成的第一薄膜层覆盖主要由氧化钽构成的所述第二薄膜层，所述多层涂层进一步包含覆盖并接触主要由氧化铪或氧化锆构成的所述第一薄膜层的主要由氧化钽构成的另外的薄膜层。
5.权利要求2所述的微流体装置，其中主要由氧化铪或氧化锆构成的所述第一薄膜层的厚度大于主要由氧化钽构成的所述第二薄膜层的厚度。
6.权利要求5所述的微流体装置，其中主要由氧化铪或氧化锆构成的所述第一薄膜层的厚度与主要由氧化钽构成的所述第二薄膜层的厚度的比率大于或等于2并小于100。
7.权利要求5所述的微流体装置，其中主要由氧化铪或氧化锆构成的一个或多个薄膜层的每层和主要由氧化钽构成的一个或多个薄膜层的每层的厚度小于10纳米。
8.权利要求7所述的微流体装置，其中至少一个主要由氧化铪或氧化锆构成的薄膜层的厚度为至少2纳米。
9.权利要求7所述的微流体装置，其中所述多层涂层的总厚度为10纳米至小于100纳米。
10.权利要求7所述的微流体装置，其中所述多层涂层的总厚度为10纳米至小于50纳米。
11.权利要求1所述的微流体装置，其中所述多层涂层包含一个或多个基本上由氧化铪或氧化锆构成的薄膜层和一个或多个主要由氧化钽构成的薄膜层。
12.权利要求11所述的微流体装置，其中所述多层涂层包含一个或多个基本上由氧化铪构成薄膜层。
13.权利要求11所述的微流体装置，其中所述多层涂层包含一个或多个基本上由氧化锆构成的薄膜层。
14.权利要求1所述的微流体装置，其进一步包含：
粘结促进层，其位于所述材料层和所述多层涂层之间。
15.权利要求1所述的微流体装置，其中所述材料层包含硅基材料层。
16.权利要求1所述的微流体装置，其中所述材料层包含聚合物材料层。
17.权利要求16所述的微流体装置，其中所述材料层包含聚硅氧烷、聚丙烯酸或聚氨酯材料层。
18.权利要求17所述的微流体装置，其中所述材料层包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚氨酯材料层。
19.权利要求1所述的微流体装置，其中所述流体输送部件具有至少一个小于100 μm的特征尺寸。
20.权利要求1所述的微流体装置，其中所述流体输送部件包含在所述材料层中形成的，长度、宽度或深度中的至少一个小于100 μm的通道或沟槽，或直径或长度小于100 μm的的孔隙。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110023088A (zh) * 2017-01-31 2019-07-16 惠普发展公司，有限责任合伙企业 流体喷射装置中的原子层沉积氧化层
CN110520302A (zh) * 2017-03-29 2019-11-29 柯尼卡美能达株式会社 喷出用基板、液滴喷出头及液滴喷出装置
CN110755699A (zh) * 2019-09-18 2020-02-07 浙江省北大信息技术高等研究院 可植入的电渗微泵装置
CN112575313A (zh) * 2015-01-14 2021-03-30 安捷伦科技有限公司 具有原子层沉积涂层的部件及其制备方法
CN113351412A (zh) * 2020-03-04 2021-09-07 和淞科技股份有限公司 喷雾板结构及其应用
CN113352765A (zh) * 2020-03-06 2021-09-07 船井电机株式会社 微流体喷射芯片、喷射头与分配装置、及产生方法

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6041527B2 (ja) * 2012-05-16 2016-12-07 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッド
US9597873B2 (en) * 2012-09-12 2017-03-21 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Printhead protective coating
TWI646230B (zh) 2013-08-05 2019-01-01 扭轉生物科技有限公司 重新合成之基因庫
US9205651B2 (en) * 2014-01-21 2015-12-08 Xerox Corporation Subtractive three dimensional fabrication of an inkjet plate
US10518196B2 (en) * 2014-01-29 2019-12-31 General Electric Company Devices for separation of particulates, associated methods and systems
US9869013B2 (en) * 2014-04-25 2018-01-16 Applied Materials, Inc. Ion assisted deposition top coat of rare-earth oxide
WO2016126987A1 (en) 2015-02-04 2016-08-11 Twist Bioscience Corporation Compositions and methods for synthetic gene assembly
CA2975852A1 (en) 2015-02-04 2016-08-11 Twist Bioscience Corporation Methods and devices for de novo oligonucleic acid assembly
WO2016172377A1 (en) 2015-04-21 2016-10-27 Twist Bioscience Corporation Devices and methods for oligonucleic acid library synthesis
JP6982362B2 (ja) 2015-09-18 2021-12-17 ツイスト バイオサイエンス コーポレーション オリゴ核酸変異体ライブラリーとその合成
CN113604546A (zh) 2015-09-22 2021-11-05 特韦斯特生物科学公司 用于核酸合成的柔性基底
CN108369238A (zh) 2015-09-25 2018-08-03 惠普发展公司，有限责任合伙企业 用于微流控设备的流体通道
CN108603307A (zh) 2015-12-01 2018-09-28 特韦斯特生物科学公司 功能化表面及其制备
US9978686B1 (en) 2016-02-19 2018-05-22 The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration Interconnection of semiconductor devices in extreme environment microelectronic integrated circuit chips
AU2017315294B2 (en) 2016-08-22 2023-12-21 Twist Bioscience Corporation De novo synthesized nucleic acid libraries
CN110248724B (zh) 2016-09-21 2022-11-18 特韦斯特生物科学公司 基于核酸的数据存储
EA201991262A1 (ru) 2016-12-16 2020-04-07 Твист Байосайенс Корпорейшн Библиотеки вариантов иммунологического синапса и их синтез
CN110892485B (zh) 2017-02-22 2024-03-22 特韦斯特生物科学公司 基于核酸的数据存储
US10894959B2 (en) 2017-03-15 2021-01-19 Twist Bioscience Corporation Variant libraries of the immunological synapse and synthesis thereof
US10696965B2 (en) 2017-06-12 2020-06-30 Twist Bioscience Corporation Methods for seamless nucleic acid assembly
WO2018231864A1 (en) 2017-06-12 2018-12-20 Twist Bioscience Corporation Methods for seamless nucleic acid assembly
WO2019013825A1 (en) 2017-07-14 2019-01-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. MICROFLUIDIC VALVE
KR20200047706A (ko) 2017-09-11 2020-05-07 트위스트 바이오사이언스 코포레이션 Gpcr 결합 단백질 및 이의 합성 방법
US10894242B2 (en) 2017-10-20 2021-01-19 Twist Bioscience Corporation Heated nanowells for polynucleotide synthesis
EP3735459A4 (en) 2018-01-04 2021-10-06 Twist Bioscience Corporation DNA-BASED DIGITAL INFORMATION STORAGE
CN112639130B (zh) 2018-05-18 2024-08-09 特韦斯特生物科学公司 用于核酸杂交的多核苷酸、试剂和方法
CN108962766B (zh) * 2018-07-19 2021-01-22 通富微电子股份有限公司 封装结构及其形成方法
WO2020162927A1 (en) * 2019-02-06 2020-08-13 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fluid feed path wettability coating
SG11202109322TA (en) 2019-02-26 2021-09-29 Twist Bioscience Corp Variant nucleic acid libraries for glp1 receptor
CA3131691A1 (en) 2019-02-26 2020-09-03 Twist Bioscience Corporation Variant nucleic acid libraries for antibody optimization
US11731426B2 (en) 2019-06-18 2023-08-22 Hewlett-Packard Development Company L.P. Fluid feed hole corrosion detection
CA3144644A1 (en) 2019-06-21 2020-12-24 Twist Bioscience Corporation Barcode-based nucleic acid sequence assembly
KR20220066151A (ko) 2019-09-23 2022-05-23 트위스트 바이오사이언스 코포레이션 Crth2에 대한 변이체 핵산 라이브러리
KR20230016184A (ko) 2020-04-27 2023-02-01 트위스트 바이오사이언스 코포레이션 코로나바이러스에 대한 변이체 핵산 라이브러리
WO2022086866A1 (en) 2020-10-19 2022-04-28 Twist Bioscience Corporation Methods of synthesizing oligonucleotides using tethered nucleotides
CN114477967B (zh) * 2022-01-12 2022-12-20 西安理工大学 基于微流道的面曝光打印定向片晶氧化铝增强陶瓷的方法
WO2023164543A1 (en) * 2022-02-28 2023-08-31 Research Triangle Institute Methods, systems, and devices for determining a presence or concentration of a chemical in a sample based on image analysis
US20240166997A1 (en) * 2022-11-21 2024-05-23 Saint-Gobain Performance Plastics Corporation Cell culture surfaces and containers and methods for making and using them

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0140611A2 (en) * 1983-10-31 1985-05-08 Hewlett-Packard Company Thermal ink jet printhead assemblies
US4596994A (en) * 1983-04-30 1986-06-24 Canon Kabushiki Kaisha Liquid jet recording head
US6568799B1 (en) * 2002-01-23 2003-05-27 Eastman Kodak Company Drop-on-demand ink jet printer with controlled fluid flow to effect drop ejection
CN1813362A (zh) * 2003-06-26 2006-08-02 纳幕尔杜邦公司 在基底上形成填充介电材料的图案的方法
CN1907711A (zh) * 2005-08-05 2007-02-07 三星电子株式会社 加热器、喷墨打印头和喷墨打印头的制造方法
JP2009184176A (ja) * 2008-02-05 2009-08-20 Seiko Epson Corp ノズル基板、ノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置
CN101602288A (zh) * 2008-06-09 2009-12-16 兄弟工业株式会社 用于制造喷嘴板的方法和喷嘴板

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1941001A (en) 1929-01-19 1933-12-26 Rca Corp Recorder
US3373437A (en) 1964-03-25 1968-03-12 Richard G. Sweet Fluid droplet recorder with a plurality of jets
US3946398A (en) 1970-06-29 1976-03-23 Silonics, Inc. Method and apparatus for recording with writing fluids and drop projection means therefor
SE349676B (zh) 1971-01-11 1972-10-02 N Stemme
US3709432A (en) 1971-05-19 1973-01-09 Mead Corp Method and apparatus for aerodynamic switching
US4296421A (en) 1978-10-26 1981-10-20 Canon Kabushiki Kaisha Ink jet recording device using thermal propulsion and mechanical pressure changes
JPS6054859A (ja) * 1983-09-02 1985-03-29 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk プリント用インクジエツトノズル
JP3115720B2 (ja) * 1992-09-29 2000-12-11 キヤノン株式会社 インクジェット記録ヘッド、該記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置及び該記録ヘッドの製造方法
US6290337B1 (en) * 1996-10-31 2001-09-18 Hewlett-Packard Company Print head for ink-jet printing and a method for making print heads
US6079821A (en) 1997-10-17 2000-06-27 Eastman Kodak Company Continuous ink jet printer with asymmetric heating drop deflection
DE69924047T2 (de) 1998-04-28 2006-02-02 Canon K.K. Flüssigkeitsausstossverfahren
US6554410B2 (en) 2000-12-28 2003-04-29 Eastman Kodak Company Printhead having gas flow ink droplet separation and method of diverging ink droplets
US6588888B2 (en) 2000-12-28 2003-07-08 Eastman Kodak Company Continuous ink-jet printing method and apparatus
US6502925B2 (en) 2001-02-22 2003-01-07 Eastman Kodak Company CMOS/MEMS integrated ink jet print head and method of operating same
US6517197B2 (en) 2001-03-13 2003-02-11 Eastman Kodak Company Continuous ink-jet printing method and apparatus for correcting ink drop replacement
US6588889B2 (en) 2001-07-16 2003-07-08 Eastman Kodak Company Continuous ink-jet printing apparatus with pre-conditioned air flow
US7426067B1 (en) 2001-12-17 2008-09-16 Regents Of The University Of Colorado Atomic layer deposition on micro-mechanical devices
KR100438709B1 (ko) 2001-12-18 2004-07-05 삼성전자주식회사 잉크 젯 프린트 헤드
US6793328B2 (en) 2002-03-18 2004-09-21 Eastman Kodak Company Continuous ink jet printing apparatus with improved drop placement
US6682182B2 (en) 2002-04-10 2004-01-27 Eastman Kodak Company Continuous ink jet printing with improved drop formation
US6866370B2 (en) 2002-05-28 2005-03-15 Eastman Kodak Company Apparatus and method for improving gas flow uniformity in a continuous stream ink jet printer
US6575566B1 (en) 2002-09-18 2003-06-10 Eastman Kodak Company Continuous inkjet printhead with selectable printing volumes of ink
US6786575B2 (en) 2002-12-17 2004-09-07 Lexmark International, Inc. Ink jet heater chip and method therefor
US7350902B2 (en) 2004-11-18 2008-04-01 Eastman Kodak Company Fluid ejection device nozzle array configuration
JP4766658B2 (ja) * 2005-05-10 2011-09-07 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッドおよびその製造方法
JP4240233B2 (ja) * 2007-01-12 2009-03-18 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッド及びこれを有する液体噴射装置
WO2009134225A1 (en) * 2008-04-29 2009-11-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Printing device
EP2271497A4 (en) * 2008-04-30 2011-05-25 Hewlett Packard Development Co PROTECTIVE COVER FOR FEED SLIDE
JP2011206920A (ja) * 2010-03-26 2011-10-20 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4596994A (en) * 1983-04-30 1986-06-24 Canon Kabushiki Kaisha Liquid jet recording head
EP0140611A2 (en) * 1983-10-31 1985-05-08 Hewlett-Packard Company Thermal ink jet printhead assemblies
US6568799B1 (en) * 2002-01-23 2003-05-27 Eastman Kodak Company Drop-on-demand ink jet printer with controlled fluid flow to effect drop ejection
CN1813362A (zh) * 2003-06-26 2006-08-02 纳幕尔杜邦公司 在基底上形成填充介电材料的图案的方法
CN1907711A (zh) * 2005-08-05 2007-02-07 三星电子株式会社 加热器、喷墨打印头和喷墨打印头的制造方法
JP2009184176A (ja) * 2008-02-05 2009-08-20 Seiko Epson Corp ノズル基板、ノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置
CN101602288A (zh) * 2008-06-09 2009-12-16 兄弟工业株式会社 用于制造喷嘴板的方法和喷嘴板

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112575313A (zh) * 2015-01-14 2021-03-30 安捷伦科技有限公司 具有原子层沉积涂层的部件及其制备方法
CN110023088A (zh) * 2017-01-31 2019-07-16 惠普发展公司，有限责任合伙企业 流体喷射装置中的原子层沉积氧化层
CN110023088B (zh) * 2017-01-31 2021-09-03 惠普发展公司，有限责任合伙企业 流体喷射装置中的原子层沉积氧化层
CN110520302A (zh) * 2017-03-29 2019-11-29 柯尼卡美能达株式会社 喷出用基板、液滴喷出头及液滴喷出装置
CN110755699A (zh) * 2019-09-18 2020-02-07 浙江省北大信息技术高等研究院 可植入的电渗微泵装置
CN113351412A (zh) * 2020-03-04 2021-09-07 和淞科技股份有限公司 喷雾板结构及其应用
CN113352765A (zh) * 2020-03-06 2021-09-07 船井电机株式会社 微流体喷射芯片、喷射头与分配装置、及产生方法
CN115384190A (zh) * 2020-03-06 2022-11-25 船井电机株式会社 微流体喷射芯片、喷射头与分配装置
CN115384190B (zh) * 2020-03-06 2024-01-19 船井电机株式会社 微流体喷射芯片、喷射头与分配装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2753471B1 (en) 2016-10-19
EP2753471A1 (en) 2014-07-16
CN103796835B (zh) 2016-04-20
US20130065017A1 (en) 2013-03-14
US8840981B2 (en) 2014-09-23
WO2013036508A1 (en) 2013-03-14

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