CN104162457A - 一种微流体器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微流体器件，用于控制和/或处理和/或检测微流体的一种或多种信号，其包括逻辑电路区域及流体区域，其中，在所述流体区域中包括至少一个贯穿所述器件的上下表面且允许所述微流体流过的流体通道。

Description

一种微流体器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种器件及其制造工艺，尤其涉及一种用于控制和/或处理和/或检测微流体的一种或多种信号的微流体器件及其制造工艺。
背景技术
目前，在生物、化学、材料等涉及流体操作的科学实验中，如样品DNA的制备、液相色谱、PCR反应、电泳检测等都是在液相环境中进行，样品制备、生化反应、结果检测等步骤都集成在生物器件上，实验所用流体的量就从毫升、微升级降至纳升或皮升级。因此需要能够精密控制与操作流体的微流体器件。
现有的流体器件往往是在器件的平面方向上布局流体，或在流体运动方向上的绝大部分路径排布在器件平面内。对于日趋精密的流量控制以及复杂的后续操作、结果检测、数据分析与存储等要求，现有的器件技术很难全部满足。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种能够提供精密测量的微流体器件。
为了实现上述目的，本发明提供一种微流体器件，用于控制和/或处理和/或检测微流体的一种或多种信号，其包括逻辑电路区域及流体区域，其特征在于，在所述流体区域中包括至少一个贯穿所述器件的上下表面且允许所述微流体流过的流体通道。
优选地，在本发明中，所述每个流体通道内的内壁上都附着有至少一个传感器，用于感测流过所述流体通道的微流体的一种或多种信号。
优选地，在本发明中，在所述流体区域内包括由mxn个流体通道组成的流体阵列，其中m，n为自然数。
优选地，在本发明中，所述逻辑电路区域中设置有具有行选择器及列选择器的逻辑电路，所述流体阵列中的每个流体通道的内壁上均附着有至少一个传感器，所述传感器与所述行选择器和/或列选择器相关联。
优选地，在本发明中，所述逻辑电路区域设置在所述流体区域的外围。
优选地，在本发明中，所述流体通道的孔径及密度被设计成使所述微流体经过所述流体通道分流之后的流量范围在0.01皮升至10毫升之间。
另外，本发明提供一种用于制造如前所述的微流体器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
-提供一衬底；
-在所述衬底上沉积材料层；
-通过微电子加工工艺对所述材料层进行图形化，以在所述流体区域内形成至少一个开口区域；
-通过通孔刻蚀技术或打孔技术对所述开口区域中的衬底进行刻蚀或打孔，以形成至少一个贯穿衬底上下表面的流体通道；
-去除所述材料层。
优选地，在本发明中，所述衬底的材料选自导体材料、半导体材料、绝缘材料及高分子材料中的一种或多种。
基于上述设置，本发明所提供的微流体器件包含贯穿于器件的通道阵列，能够对待处理微流体进行分流，形成更小量的流体，也可以对微流体进行检查，同时该器件还能够组合使用。
附图说明
图1为本发明一优选实施例提供的微流体器件的结构示意图；
图2a-2e为本发明一优选实施例提供的微流体器件制造工艺流程图；
图2f为图2e的立体图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例及附图对本发明的优点做进一步的描述。
请参见图1，为本发明一优选实施例提供的一种方形微流体器件100，其包括一大致呈方形的流体区域110及在流体区域110周围的逻辑电路区域120。流体区域110中包括一由mxn个贯穿器件上下表面的流体通道111组成的流体阵列，流体阵列中每个流体通道110的内壁上都设置有至少一个传感器和/或探针（未示出），用于控制、处理或检测流过其流体的一个或多个信号。逻辑电路区域120中则包括相互连接的逻辑电路（未示出）及存储器（未示出），逻辑电路中具有与前述传感器相关联的行选择器及列选择器，用于精确定位每个流体通道所检测到的信号，通过运算处理，从而提高信号强度及检测的灵敏度。检测结果被存放在存储器中。
优选地，流体通道111可垂直贯通于器件的表面。在其他优选实施例中，流体通道111也能与器件表面的法线呈一定夹角，该夹角为锐角。另外，流体通道的截面形状为圆形、矩形、三角形、椭圆形或为实现特定功能的其他形状，以及不规则形状。在通道阵列中，各通道截面可以具有一样的大小与形状，也可以是不同大小形状的组合。
基于上述设置，待检测的流体经过流体通道之后，被分流成更小的流量，通过对流体通道孔径和密度大小的设计，分流后流体的流量范围在0.01皮升至10毫升之间。
本发明所提供的微流体器件适用于多种科学领域，例如生物、材料、化学等，流体通道中所能检测的信号包括但不限于电学，磁学，电磁学，热学，光学，声学，生物学，化学，机电学，电化学，电光学，电学，热学，电化学机械，生物化学，生物力学，生物光学，生物热学，生物物理学，生物电力学，生物电化学，生物电光学，生物电热学，生物机械光学，生物热力学，生物热光学，生物电化学光学，生物机电光学，生物电热光学，生物电化力学，物理学或力学性质，或它们的组合。
如图2a-2e所示，为本发明微流体器件的制造方法过程图，其包括如下步骤：
-提供一衬底101；（图2a）
-在衬底101上沉积材料层102；（图2b）
-通过微电子加工工艺对材料层102进行图形化，以流体区域内形成至少一个开口区域103；（图2c）
-通过通孔刻蚀技术或打孔技术对开口区域103中的衬底进行刻蚀或打孔，以形成至少一个贯穿衬底上下表面的流体通道111；（图2d）
-去除材料层102。
在该制造过程中，衬底101的材料可以选自导体材料（如金属）、半导体材料（如硅、砷化镓）、绝缘材料（如玻璃、陶瓷）及高分子材料（如PDMS、PMMA）等的一种或多种。沉积材料层102为本领域常见沉积材料，如光刻胶等。
以硅衬底为例，通孔刻蚀技术的刻蚀速度通常刻蚀速率范围在0.1～20um/min，刻穿500um的硅衬底需要至少100分钟。刻蚀温度根据不同设备，衬底温度变化范围很大，通常为（-120到200摄氏度）。打孔技术在同样材料与厚度的衬底情况下，工艺温度、时间与刻蚀技术相近。基于不同的基材，本领域技术人员可以轻易理解的是，通孔刻蚀参数会略有不同，但是通过有限次实验，以上述条件范围为基础，均能实施本发明所提供的通孔刻蚀技术。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种微流体器件，用于控制和/或处理和/或检测微流体的一种或多种信号，其包括逻辑电路区域及流体区域，其特征在于，在所述流体区域中包括至少一个贯穿所述器件的上下表面且允许所述微流体流过的流体通道。
2.如权利要求1所述的微流体器件，其特征在于，所述每个流体通道内的内壁上都附着有至少一个传感器，用于感测流过所述流体通道的微流体的一种或多种信号。
3.如权利要求1所述的微流体器件，其特征在于，在所述流体区域内包括由mxn个流体通道组成的流体阵列，其中m，n为自然数。
4.如权利要求3所述的微流体器件，其特征在于，所述逻辑电路区域中设置有具有行选择器及列选择器的逻辑电路，所述流体阵列中的每个流体通道的内壁上均附着有至少一个传感器，所述传感器与所述行选择器和/或列选择器相关联。
5.如权利要求1所述的微流体器件，其特征在于，所述逻辑电路区域设置在所述流体区域的外围。
6.如权利要求1-5中任一项所述的微流体器件，其特征在于，所述流体通道的孔径及密度被设计成使所述微流体经过所述流体通道分流之后的流量范围在0.01皮升至10毫升之间。
7.一种用于制造如权利要求1-6所述的微流体器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
-提供一衬底；
-在所述衬底上沉积材料层；
-通过微电子加工工艺对所述材料层进行图形化，以在所述流体区域内形成至少一个开口区域；
-通过通孔刻蚀技术或打孔技术对所述开口区域中的衬底进行刻蚀或打孔，以形成至少一个贯穿衬底上下表面的流体通道；
-去除所述材料层。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述衬底的材料选自导体材料、半导体材料、绝缘材料及高分子材料中的一种或多种。
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