CN107635664B - 具有抗湿、排气区域的微流体设备 - Google Patents

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Abstract

微流体设备和用于制造该微流体设备的方法，包括具有闭合部分的微流体通道，该闭合部分包括：由潮湿区域形成的液体通路；以及沿着液体通路并与液体通路邻接地延伸的抗湿区域。抗湿区域被构造为提供排气口，以沿着抗湿区域排放气体。

Description

具有抗湿、排气区域的微流体设备
背景技术
本发明一般而言涉及微流体设备领域，特别是微流体芯片，以及相关设备及其操作和制造其的方法。微流体一般是指微加工的设备，其被用于泵送、采样、混合、分析和将液体分成剂量。其突出特征源于液体在微米长度尺度表现出的特殊行为。微流体中的流体流通常是层流的。通过制造横向维度在微米范围内的结构，可以达到远低于一纳升的体积。在大尺度(由于反应物的扩散)而受限的反应可以加速。最后，液体的平行流可以有可能被精确和可重复地控制，从而允许在液体/液体和液体/固体界面处发生化学反应和梯度。因而，微流体被用于生命科学中的各种应用。
许多微流体设备已经使用芯片接口和闭合的流路径。闭合的流路径便于将功能元件(例如，加热器、混合器、泵、UV检测器、阀门等)集成到一个设备中，同时最小化与泄漏和蒸发相关的问题。
发明内容
在本发明的一方面，一种微流体设备包括定义具有闭合部分的微流体通道的基板。闭合部分包括由潮湿区域形成的液体通路。闭合部分还包括沿着潮湿区域并与潮湿区域邻接地(contiguously)延伸的抗湿区域。抗湿区域被构造为提供排气口，以沿着抗湿区域排出来自潮湿区域的气体。抗湿区域有利地被构造为允许气体被排出。
在相关方面，抗湿区域是第一抗湿区域，并且微流体通道的闭合部分还包括与第一抗湿区域相对的、沿着液体通路并与液体通路邻接地延伸的第二抗湿区域。第二抗湿区域被构造为提供排气口，以沿着第二抗湿区域排出来自潮湿区域的气体。
在相关方面，液体通路的潮湿区域由底壁并且在布置在液体通路的每一侧上的侧壁之间形成，并且抗湿区域在侧壁中的一个侧壁和液体通路之间延伸。抗湿区域有利地提供排气，因为它沿着微流体通道的侧壁并与微流体通道的侧壁邻接地延伸。抗湿区域有利地提供：液体限制、排气和无泄漏的部件配合。
在相关方面，液体通路的潮湿区域至少由微流体通道的底壁和侧壁形成，并且抗湿区域沿着微流体通道的侧壁并与微流体通道的侧壁邻接地延伸。
在相关方面，微流体设备还包括一个或多个非闭合部分，使得气体可以沿着抗湿区域从闭合部分向一个或多个非闭合部分排出。
在相关方面，微流体设备还包括连接到微流体通道的第二多个微流体通道。第二微流体通道中的每一个具有闭合通道部分，并且第二多个微流体通道中的每一个包括由潮湿区域形成的液体通路。至少一个抗湿区域被构造为提供排气口。第二多个微流体通道在其一端连接到微流体通道中，以形成闭合通道部分的交点。
在相关方面，抗湿区域包括黑硅。黑硅有利于排气以及与表面和材料配合。
在另一个相关方面，抗湿区域使液体通路与邻近结构配合。
在另一个相关方面，微流体设备还包括具有搁置在抗湿区域上的区域的结构，并且抗湿区域被构造为防止液体在液体通路和邻近结构之间的泄漏。
在另一方面，微流体设备还包括由公共的抗湿区域分开的两条液体通路。公共的抗湿区域沿着两条液体通路中的每一条并与两条液体通路中的每一条邻接地延伸。
在本发明的一方面，一种使微流体设备排气的方法包括：使液体沿着液体通路上的潮湿区域前进，以冲洗微流体通道中的气体；以及使来自微流体通道的闭合部分的气体沿着抗湿区域排放，其中抗湿区域沿着液体通路并与液体通路邻接地延伸。
在本发明的另一方面，一种制造微流体设备的方法包括：在基板中形成微流体通道，微流体通道具有闭合部分；使用闭合部分中的潮湿区域形成液体通路；以及在闭合部分中形成抗湿区域，抗湿区域沿着液体通路并与液体通路邻接地延伸，抗湿区域被构造为提供排气口，以沿着抗湿区域排放来自潮湿区域的气体。
现在将通过非限制性示例并参考附图来描述体现本发明的设备和方法。附图中绘出的技术特征不一定是按比例的。而且，一些部件可能被描述为不接触以便于理解附图，但在操作中它们可以非常好地意味着接触。
附图说明
本发明的这些和其它目的、特征及优点将从以下结合附图阅读的说明性实施例的详细描述中变得显而易见。附图的各种特征不是按比例的，因为图示是为了清楚地帮助本领域技术人员结合详细描述理解本发明。在附图中：
图1是根据本公开的实施例的微流体芯片的一部分的简化表示的等轴测视图；
图2是垂直于微流体通道的主轴的图1设备的横向横截面图；
图3是类似于图2的视图的图1设备的横向横截面图，并且还示出了当液体打湿液体通路时的典型液体截面；
图4示出了刚好在潮湿表面的上方的穿过图1设备的水平截面；
图5-图7是根据另一个实施例的微流体芯片的一部分的简化表示的横截面图，其中两条液体通路由同一个抗湿区域分开；
图8绘出了根据本公开的实施例的、作为图2实施例的变体的简化表示的横截面图，其中，液体通路的潮湿区域在基板的底壁顶部上的材料层(氧化物或金属)上形成；
图9和图10是根据其它实施例的微流体设备的简化表示的横向横截面图，其中抗湿、排气区域沿着通道的侧壁延伸；
图11A-图11D是包括通道的交点的微流体设备的简化表示的俯视图，并且示出了如何将液体插入其中并将通道打湿直到交点，同时压缩空气通过抗湿区域被排出，如在根据本公开的实施例中那样；
图12示出了根据实施例的微流体设备的一部分的简化表示的横截面图，其中通道主要在盖子结构的空腔中提供。
图13示出了根据实施例的微流体芯片的一部分的横截面图，其中通道主要由盖子结构的空腔提供，该空腔还表现出毛细管泵。
图14示出了根据实施例的微流体芯片的一部分的俯视图，其中通道再次主要由盖子结构的空腔提供，该空腔还表现出毛细管泵；以及
图15是图示根据本公开的一个或多个实施例的制造微流体设备的方法的步骤的流程图。
具体实施方式
参考图1至图13，首先描述本发明的一般方面，其涉及微流体设备1。该设备包括一个或多个微流体通道10，这些微流体通道可以设置在微流体设备的表面上，或者作为在设备1的两部分之间形成的空腔，如图中所示出的。微流体通道的至少一部分12例如由盖子结构30闭合。这个通道部分表现出由潮湿区域形成的液体通路14和抗湿(即，不潮湿)区域16，其中抗湿区域16沿着液体通道14并与液体通道14邻接地延伸。例如，在图1中，液体通路14至少在通道的所绘出的部分12中由盖子结构30覆盖。设备的其它部分可以是非闭合的，即，提供孔，以便允许液体从顶部被引入通道。
此外，抗湿区域还被构造为能够排气。因此，当液体打湿液体通路并沿着液体通路前进时被压缩的、围绕液体的气体(例如，空气)可以沿着抗湿区域16被排出，例如，经由在抗湿区域上方提供的体积或空间。在另一个示例中，如果抗湿区域具有阻挡液体但可渗透气体的针状结构或者类似的网状结构，那么气体可以通过抗湿区域的厚度被排出。
因而，抗湿区域具有双重目的。它们不仅允许液体25保持限制到液体通路14，而且还使得有可能更容易地排放气体(例如，空气)，以便液体能够在设备中平滑地传播，甚至在闭合(即，被覆盖)通道部分中，以及即使当闭合通道部分具有死端时，也能够在设备中平滑地传播。在闭合通道中，并且如果没有如本文所述的排气口，那么液体需要压缩通道中的气体，这会减慢液体进展并有可能停止毛细管流动(在死端的情况下)。本公开解决了上述问题，并且使得有可能提供新的芯片设计，并允许在以前的设计中将不可能的液体移动和混合。将参考图11A-图11D更具体地讨论这一点。此外，可以使用抗湿区域来结合表面和/或使部件和材料配合，以防止泄漏。例如，本文所述的实施例使用硅/聚合物混合芯片，其中抗湿区域由黑硅制成，这使得有可能限制液体、冲洗气体并且使设备的部件配合(而不涉及键合或粘合剂)。当处理硅时，硅允许高的精度级别。
要注意的是，虽然本文讨论的大多数实施例针对微流体芯片，但是本发明的概念原则上也可以应用于微流体探针头，微流体探针头通常用于以非接触、扫描的方式在表面上定位液体和化学物质/生物化学物质。例如，在一些实际应用中，要被冲洗的气体将有可能是空气，但是如果需要，也可以使用其它气体，具体而言是氮。
在本文讨论的大多数实施例中，液体通路被两个抗湿、通气区域16包围，这两个区域沿着液体通路并与液体通路邻接地延伸，并且这两个区域彼此相对。应当理解的是，这两个相对的区域16实际上可以属于一个连续的抗湿区域，如图11D中所示。依赖于期望的通道设计，可以涉及一个或多个抗湿区域，这导致沿着(一个或多个)通道延伸的一个或两个抗湿部分。
现在参考图1-图8，液体通路14的潮湿区域在通道10的侧壁17或闭合通道部分12之间由设备1的底壁15形成。侧壁17布置在(一个或多个)液体通路14的每一侧上。抗湿区域16例如在侧壁17之一和液体通路14之间延伸。因此，在外部抗湿区域16的上方提供体积，该体积在操作中将不(至少不完全)由液体25填充(参见例如图3、图6和图8)，使得当液体填充通路时，可以沿着抗湿区域充分地冲洗气体。
在一个实施例中，横向通道壁17包括硅，要注意的是，基部基板5通常也由硅制成。潮湿表面可以由SiO2或更一般地说氧化物或金属(例如，钯)制成，如在下面更详细地讨论的。在实际的实施例中，横向通道壁17可以是从通道的底壁15突出的侧向结构20的壁，如图1-图8中所示。例如，盖子结构30可以搁置在侧向结构20上，以使通道(或通道的至少一部分)闭合。
更具体地参考图5-图7，在根据本公开的另一个实施例50中，两条液体通路14(图1)可以在同一个通道空腔内形成，每条通路由相应的潮湿区域16形成。潮湿区域可以例如在通道空腔的底壁15上形成。两条液体通路14可以由沿着两条液体通路14中的每一条并与两条液体通路14中的每一条邻接地延伸的同一个潮湿区域16分开。外部抗湿区域16(如图6中所示)可以被提供，以将液体L限制在相应的通路14上。
现在参考图9-图10，在另一个实施例60中，液体通路14的潮湿区域被成形(例如，呈U形或V形)。它可以例如由微流体通道的底壁62和侧壁64形成，或者由底壁62和两个侧壁64形成，如图9-图10中所示。在这种情况下，抗湿、排气区域16可以有利地沿着微流体通道的侧壁64并与微流体通道的侧壁64邻接地延伸。在这里，抗湿区域被构造为允许气体被排放。抗湿区域设置在基部结构5中。如图9-图10中进一步看到的，抗湿区域设置在基部结构5和盖子结构30的界面处。
而且，在替代实施例中，抗湿区域可以在盖子结构30中提供。如前所述，抗湿、排气区域16可以由黑硅或任何类似的针状表面结构或更一般地任何精细结构化的表面制成。黑硅等的优点是它排斥液体。在界面处使用抗湿区域的情况下(如图9-图10中)，或者对于使部件配合来说，这尤其有利，它除了抗湿特性(以及因此液体限制特性)还防止液体泄漏。而且，气体可以通过抗湿区域的厚度被冲洗，使得抗湿区域有可能有三个目的：液体限制、气体排放和无泄漏的部件配合。
黑Si可以可选地通过薄的氟碳膜(也在侧壁上)来增强，以使该层更疏水(与水的接触角大于130°)。在这里，使用深反应离子蚀刻工艺(DRIE，也称为Bosch工艺)形成黑Si。这种工艺与晶片级高通量制造兼容，并且可以使用光致抗蚀剂、金属或氧化物层来掩蔽潮湿区域(无黑Si)。该工艺蚀刻Si并形成针状结构，同时在针的侧壁上留下碳氟化合物膜(C4F8)，使得该结构更加疏水。这些针状结构和氟碳膜是脆性的，并且在光刻后和切割后的光致抗蚀剂清洁期间可以被折断(break)或洗掉。因此，本公开提出首先使用光致抗蚀剂膜作为掩模蚀刻氧化物和/或金属层、部分地切割晶片(剩余的光致抗蚀剂在切割期间充当对于潮湿区域的保护)，然后使用有机溶剂清洁光致抗蚀剂，最后在氧化物和/或金属作为掩模的情况下对整个晶片应用DRIE，以将Si区域转换成黑Si。因为后一步骤是在切单芯片(例如，通过部分切割的简单折断)之前的最后一步，所以脆性疏水区域的完整性不受影响。
现在参考图11A-图11D中，在根据本公开的微流体设备70的另一个实施例中，一个或多个通道在其一个或多个其它部分18上不闭合。例如，液体通路14可以在部分18(例如，孔)上不被盖子结构30覆盖。因此，在操作中，气体可以从闭合部分12、沿着(一个或多个)抗湿区域、然后通过非闭合部分18被排放。
如前所述，本公开启用新的芯片设计。例如，微流体通道的闭合部分12可以具有死端(未示出)。还有，排气区域16可以允许气体被排放。要注意的是，在毛细管驱动的系统中，具有死端的微流体通道可能是特别令人感兴趣的，因为在盖子区域上构图排气口通常不是那么微不足道，并且微流体芯片的边缘上的排气口潜在地会是故障的来源(诸如液体从通道泄漏到外部，或者液体从外部泄漏到通道)，这会造成通道的污染等。而且，如果需要在具有排气口的微流体芯片上分析临床样品，那么排气口会引入生物安全问题，因为有可能有一些样本通过排气口离开芯片，从而死端有潜在的好处。
如图11A-图11D中所示，两个微流体通道11可以在闭合的交点19处重新结合。即，每个通道11可以具有从闭合部分12延伸到一个或多个非闭合部分(或孔)18的液体通路14。一个微流体通道部分12可以在其一端通向另一个通道部分，以形成液体通路的交点19。在图11A-图11D所示的示例中，通道设计可以被认为是由与直的通道11相交的弯曲通道形成的。直的通道具有一个液体孔，而弯曲通道接合两个液体孔18。虽然在图11A-图11D的示例中通道交点19闭合(即，由盖子结构30覆盖)，但是，即使当液体经由每个孔18被同时插入时，气体也仍然可以沿着抗湿区域16被排放。相同的原理可以扩展到三个或更多个微通道的交点。要注意的是，在图11A-图11D中，每个通道部分在每一侧上具有两个抗湿区域部分，即使该设备仅表现出一个连续的抗湿区域。
如图11A-图11D中进一步所示，并且根据另一方面，实施例可以包括操作微流体设备70的方法，该方法基本上利用以下现象。首先，因为液体25可以打湿(潮湿的)液体通路14，所以它自然地在液体通路14上前进。这又造成微流体通道11中周围气体的推动和冲洗。同时，被液体推动的气体从闭合部分12沿着抗湿区域通过(一个或多个)排气区域16排放。气体可以明显地通过孔18被排放，如图11A-图11D中所绘出的，和/或通过边缘(未示出)上的开口被排放。液体可以经由孔18被引入或者，在变体(未示出)中，可以从与设备70的通道流体相通的邻近的结构(管道、通孔等)被馈送。
如前面简要说明的，(一个或多个)抗湿区域16(或其中的至少一些)可以有利地被布置和设计成用于使液体通路与邻近结构配合。邻近结构可以例如是侧向结构壁(图1-图8中所示)，如前所述。它也可以是覆盖或遮盖通道的结构，如盖子结构(图9、图10、图12-图14中所示)。具体地说，设备可以使用黑Si来根据需要使结构配合(例如使表面和材料结合)以确保无泄漏的配合。使用黑Si来配合两个结构导致两个部件接触或被夹住，而不需要键合、胶合、粘合剂、层压等。例如，一个部件的重量足以使该部件搁置或压在另一个部件上。两个部件也可以通过将它们彼此靠近地放置在共同的载体上经由黑Si区域来配合。就此而言，黑Si也可以用于使区域配合，其目的是使部件配合，与排气区域16无关。
在图9、图10、图12-图14中所示的实施例中，设备80包括具有搁置在抗湿、排气区域16上的区域的结构30(例如，盖子结构)。抗湿区域可以相应地防止液体在液体通路14和结构30之间的泄漏。结构30可以例如是塑料盒或塑料芯片(图12-图14)或盖子结构30(图9、图10)。要注意的是，在图13中，部件5和部件30没有被表示为“接触”。更确切地说，在基部芯片5的表面和邻近结构30之间绘出了小的间隙，以便于理解附图。再次，使用黑Si是特别有利的，当顶部结构的区域不完全平坦时使用黑Si尤其有利。由于在塑料模制过程中可能的厚度变化，顶部结构的区域可能确实不是完全平坦的。例如，生物试剂可以在硅芯片5(具有潮湿区域/抗湿区域)上或在塑料芯片上沉积、集成或构图，然后两个芯片5、30可以在不使用可能损害试剂的任何粘合剂或温度的情况下配合(图13、图14)。用移液管吸取的(pipetted)液体沿着硅芯片上的潮湿区域传播而不俘获空气(或气体)，然后桥接到塑料芯片30(例如，由亲水性PMMA制成)，在塑料芯片30处毛细管泵结构40拉动液体。这种实现可以被扩展到几个平行的通道，如图6中所示，以用于多路复用目的。
在实践中，邻近的结构30的自身重量可以是足够的，而不必将该结构键合到基部芯片5。但是，可以在结构30的距离通道相当远的区域添加粘合剂，以防止通道的污染。以这种方式，确保结构30不会脱落。也可以从边缘或从背面施加粘合剂，以使干扰最小化。也可以从背面施加胶带。在变体中，结构30可以被机械地夹紧，例如，顶部塑料部件和底部塑料部件可以夹在一起。
液体通路14的潮湿区域优选地包括氧化物、金属或甚至氧化物和金属的组合。参考图8，液体通路14的潮湿区域可以例如由金属层21(例如，钯)提供。还可以使用氧化硅(氧化硅可以例如通过热氧化从硅基板制造)。但是，要注意的是，可以使用热生长的(>5nm)或在硅(例如，Si晶片)上自然形成的原生氧化物(2nm-3nm)作为潮湿表面。可替代地，也可以使用由金属结构和氧化物结构的组合制成的潮湿区域。氧化物层或金属层21可以各自被用作黑硅形成的掩模。但是，使用金属是有利的，因为它也可用作电极，例如用于“液体门控”(即，使用电位控制液体打湿微通道和/或在微通道中通过)、介电泳或其它类型的电刺激或检测。例如，在图8中，盖子结构30可以由环氧类DF-1050干膜抗蚀剂或塑料材料(诸如PMMA)的50μm膜制成。侧向间隔结构20也可以由通过光刻构图的相同的干膜抗蚀剂(50μm厚)或通过切割管芯或电子牵伸切割器切割的双侧带制成。层21可以例如是50nm的钯层，该层搁置在本体Si基板5的顶部上的200nm SiO2层上。
可以观察到的是，液体在更宽的亲水图案上流动得更快，并且可以进一步遵循弯曲的路径。在本公开的上下文中实现这两件事情。溶液中的表面活性剂可以显著地增加流速。但是，液体将更多地朝着侧向方向前进。因此，对于具有表面活性剂的溶液，额外的侧向间隔可能是有益的，如图8中所示。
根据另一方面，本公开也可以被体现为制造如上所述的微流体设备1的方法。实质上，这种方法围绕在第一层(例如，基板)5和第二层30(例如，用于基板5的盖子结构30)中的一个(或甚至每一个)上制造抗湿区域16，以形成抗湿、排气区域16，其中第一层可以例如具有已经在该层上加工的微通道空腔。如前面所提到的，抗湿区域16可以在盖子结构30上而不是在承载通道的层上制造。但是，这可能会造成放置的问题。在一个优选实施例中，制造包括获得黑硅，以形成(一个或多个)抗湿区域16。
在一个实施例中，潮湿区域可以由SiO2制成。本文讨论制造方法的示例。假设基板包括硅，硅可以被氧化，以在其上形成SiO2层。然后，可以蚀刻SiO2层的区域并将被蚀刻的区域转换成黑硅，以获得期望的抗湿区域。黑Si转换可以例如使用反应离子蚀刻过程，其中SiO2层的周围(未蚀刻)区域充当反应离子蚀刻过程的掩模。要注意的是，蚀刻SiO2可能不足以获得永久性抗湿区域。硅在一段时间内可以是疏水的，但是将有可能形成原生氧化物并使表面再次亲水。因此，可以使用反应离子蚀刻将Si区(被蚀刻的SiO2)转化成黑Si，其中周围的SiO2层充当掩模。在变体中，可以获得用于液体通路的金属层，该金属层也充当掩模。
现在关于图14的设备并且参考图15描述详细的制造方法100。首先，如方框104中，提供Si晶片。如方框108中，晶片被热氧化，以在晶片上获得SiO2层。如方框112中，使用光刻来构图通道空腔(用光致抗蚀剂)。这些光刻步骤通常包括光致抗蚀剂涂覆、烘烤、曝光和显影。如方框116中，SiO2层的区域被蚀刻，以获得用于后续Si蚀刻的掩模。如方框120中，光致抗蚀剂可以被移除。如方框124中，可以执行自限制的各向异性Si(湿)蚀刻，以获得通道空腔。如方框128中，然后执行热氧化，以获得也位于通道空腔内的SiO2层。如方框132中，执行光刻应用，以准备后续的金属构图，并且然后执行金属构图136。一般而言，金属构图是可选的。但是，对于一些应用，例如对于利用电检测/控制的微流体应用来说，金属构图会是有利的。如方框140所示，使用附加的光刻步骤来构图抗湿区域。如方框144中，蚀刻SiO2层的一个或多个区域，以准备抗湿区域。如方框148中，在这个点进行部分切割是明智的，以避免稍后阶段的污染。要注意的是，在切割之前，在通道中仍然存在一些光致抗蚀剂，以便作为通道的保护层。如方框152中，光致抗蚀剂可以通过例如剥离光致抗蚀剂来移除。如方框156中，经蚀刻的SiO2区(Si)被转变成黑硅，以获得抗湿区域。黑Si转换可以再次使用反应离子蚀刻，其中SiO2/金属层的周围(未蚀刻)区域充当掩模。然后，如方框160中，部分切割的芯片可以被切单。如方框164中，执行最后的组装步骤和包装步骤。如果必要，那么邻近的结构可以被放置、夹紧或胶合。
上述实施例是参考附图描述的，并且可以适应多种变体。可以设想上述特征的若干组合，从而导致各种优点。例如，以下特征中的任何两个或更多个可以被组合：
-可以在微通道部分的旁边创建成对的非潮湿区域；
-抗湿区域可以由黑硅制成。黑Si提供“针状”结构，该结构有可能通过薄的氟碳膜(也在侧壁上)增强，以使这个层非常疏水；
-潮湿区域可以由Si/SiOx或金属(诸如钯)制成。除了金属的其它示例之外，也可以使用铝；
-对于基于硅的晶片，黑Si也可以在其它区域(例如，与邻仅结构(诸如盖子层)接触的区域)形成，以防止泄漏。特别地，黑Si可以在盖子结构和微通道的侧壁的顶表面之间构图，以除了排气能力之外还防止泄漏；
-抗湿区域可以在侧壁与潮湿流路径之间延伸，以使空气体积(在黑Si中及黑Si顶部上)与液体在微通道中共存，亲水流路径在底部和顶部盖子层之间形成，使得微通道是自排气的；
-微流体结构也可以在盖子层上形成。在这里，黑Si可以充当基板和盖子层之间的不可打湿的疏水屏障。例如，可以设计注射成型的塑料微流体芯片，该芯片用具有黑Si区域的平面Si盖子、构图的金属和传感器等密封；以及
-多种液体可以在交点处合并(闭合或被覆盖)，而不在它们之间俘获空气。
本文所述的一些方法可以用于制造微流体芯片。结果所得的芯片可以由制造商以原始晶片形式(即，作为具有多个未包装芯片的单个晶片，但是这些芯片已经被覆盖(例如，被膜)以闭合通道的部分)、作为裸芯片(再次，被覆盖)或以封装形式分发。在后一种情况下，芯片安装在单芯片包装(诸如塑料载体)中或多芯片包装中。在任何情况下，芯片都可以与其它芯片或其它元件集成。
虽然已经参考有限数量的实施例、变体和附图描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，在不背离本发明的范围的情况下，可以做出各种改变并且可以替换等同物。特别地，在不背离本发明的范围的情况下，在给定的实施例、变体或附图中陈述的特征(类似设备或类似方法)可以与另一个实施例、变体或附图中的另一个特征组合或代替该特征。可以相应地预期仍然落入所附权利要求的范围的、关于上述实施例或变体中的任何一个描述的特征的各种组合。此外，在不背离本发明的范围的情况下，可以进行许多细微的修改，以使特定的情况或材料适应本发明的教导。因此，意图是本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围的所有实施例。此外，可以预期除上面明确提到的之外的许多其它变体。例如，除硅以外的其它材料可以用于基部基板。例如，可以使用黑锗，黑锗可以通过具有高纵横比的等离子体蚀刻工艺获得，并且黑锗也显示出超疏水性。还可以使用热压花在塑料上使用结构图案来调节潮湿特性(疏水性、亲水性)，然后在塑料表面上使用等离子体聚合或其它表面涂覆技术，以使其超疏水。
根据本公开的实施例，本发明被体现为微流体设备。该设备包括一个或多个微流体通道，例如，在微流体设备的表面上形成或开槽。微流体通道的至少一部分闭合，即，通道在这部分中具有闭合的横截面。例如，通道可以至少在该截面中被盖子结构覆盖，以闭合那个截面。这个截面包括由潮湿区域形成的液体通路和沿着液体通路并与液体通路邻接地延伸的抗湿区域，从而将液体限制在潮湿区域上。为了允许气体被排放，抗湿区域还被构造为排气口。因而，当液体打湿液体通路并沿着液体通路前进时被冲洗的、围绕液体的气体(例如，空气)可以通过由抗湿区域启用的排气口排出。
在本公开的实施例中，上述设备可以表现出以下特征中的一个或多个：
-抗湿区域是第一抗湿区域，并且微流体通道的该部分还包括第二抗湿区域，第二抗湿区域与第一抗湿区域相对的、沿着液体通路并与液体通路邻接地延伸，并被构造为提供排气口，以沿着第二抗湿区域排放气体；
-液体通路的潮湿区域由底壁形成，在布置在液体通路的每一侧上的侧壁之间，抗湿区域在侧壁中的一个侧壁与液体通路之间延伸；
-侧向通道壁可以包括硅；
-液体通路的潮湿区域至少由微流体通道的底壁和侧壁形成，并且抗湿区域沿着微流体通道的侧壁并与微流体通道的侧壁邻接地延伸；
-微流体设备还包括一个或多个非闭合部分，使得在操作中，气体可以从闭合部分沿着抗湿区域排出到一个或多个非闭合部分；
-微流体设备还包括两个微流体通道，每个微流体通道都根据所述微流体通道，使得设备包括两个闭合的通道部分，每个闭合的通道部分包括由潮湿区域形成的液体通路和至少一个抗湿区域，抗湿区域被构造为提供排气口，并且两个通道部分中的一个在其一端通向所述两个通道部分中的另一个，以形成闭合通道部分的交点；
-抗湿区域可以包含黑硅；
-□抗湿区域使液体通道与邻近的结构配合；
-微流体设备还可以包括具有搁置在抗湿区域上的区域的结构，其被构造为防止液体在液体通路与邻近的结构之间的泄漏；
-液体通路的潮湿区域可以包括以下之一：氧化物、金属以及金属和氧化物的组合；
-液体通路的潮湿区域可以包括金属，该金属是钯；
-微流体设备还可以包括由同一个抗湿区域分开的两条液体通路，该抗湿区域沿着两条液体通路中的每一条并与两条液体通路中的每一条邻接地延伸；
-微流体通道的该部分可以具有死端；以及
-设备可以是微流体芯片。
例如，下面描述的大多数实施例在其每一侧上使用沿着液体通路延伸的抗湿、排气区域。抗湿区域可以例如在侧壁和形成液体通路的(潮湿)底表面之间延伸。在变体中，抗湿区域可以沿着微流体通道的潮湿侧壁延伸，例如，在侧向结构的顶表面上。因此，可以在与盖子结构的界面处设置抗湿区域。通道空腔和抗湿区域可以以其它方式在基部基板(例如，晶片)中或在盖子结构中或两者中被加工或构图。而且，盖子结构可以具有孔，以允许液体被移液管吸取并排放被冲洗的气体。抗湿、排气区域有利地由黑硅制成，其具有许多优点，不仅用于排气，而且还用于使表面和材料配合。
根据另一方面，本发明可以被体现为操作诸如以上实施例中的任一个中所描述的微流体设备的方法，其中使液体打湿液体通路并在液体通路上前进，由此冲洗微流体通道中的气体，使得气体可以从覆盖部分沿着抗湿区域被排放。优选地，该方法还包括在使液体打湿液体通路并在液体通路上前进之前经由一个或多个非闭合部分插入所述液体。
根据最后一方面，本公开还可以被体现为制造如上所述的微流体设备的方法。要注意的是，这种方法可以包括：在基板和用于所述基板的盖子结构中的一个或每个上制造抗湿区域，以形成所述抗湿区域。
优选地，制造抗湿区域包括获得黑硅，以形成抗湿区域。更优选地，基板包括硅，并且制造方法还包括：使基板氧化，以在基板上形成SiO2层；蚀刻SiO2层的区域；并将经蚀刻的区域转换成黑硅，以获得所述抗湿区域，其中转换经蚀刻的区域使用反应离子蚀刻过程，SiO2层的周围未蚀刻的区域充当反应离子蚀刻过程的掩模。
为了说明的目的，已经给出了本发明的各种实施例的描述，但并不旨在是详尽的或限于所公开的实施例。在不背离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。选择本文使用的术语是为了最好地解释实施例的原理、实际应用或优于在市场上找到的技术的技术改进，或者使本领域的其他普通技术人员能够理解本文公开的实施例。

Claims (24)

1.一种微流体设备，包括：
基板，定义具有闭合部分的微流体通道，该闭合部分包括：
液体通路，由潮湿区域限定，其中所述液体通路的潮湿区域至少由所述微流体通道的底壁和侧壁形成，以允许液体沿液体通道前进和流动；以及
抗湿区域，沿着所述液体通路并与所述液体通路邻接地延伸，所述抗湿区域沿着所述微流体通道的侧壁并与该侧壁邻接地延伸，并且所述抗湿区域沿着平行于由潮湿区域限定的液体路径的侧壁延伸，所述抗湿区域被构造为提供排气口，以沿着所述抗湿区域排出来自所述潮湿区域的气体，其中所述排气口与所述潮湿区域和所述抗湿区域连通，并向所述微流体通道外部排气。
2.如权利要求1所述的微流体设备，其中所述抗湿区域是第一抗湿区域，并且所述微流体通道的闭合部分还包括与所述第一抗湿区域相对的、沿着所述液体通路并与所述液体通路邻接地延伸的第二抗湿区域，并且所述第二抗湿区域被构造为提供排气口，以沿着所述第二抗湿区域排出来自所述潮湿区域的气体。
3.如权利要求1所述的微流体设备，其中所述液体通路的潮湿区域由底壁、以及布置在所述液体通路的每一侧上的侧壁之间形成，所述抗湿区域在所述侧壁中的一个侧壁和液体通路之间延伸。
4.如权利要求3所述的微流体设备，其中所述侧壁包括硅。
5.如权利要求1-4之一所述的微流体设备，还包括：
一个或多个非闭合部分，使得气体能够沿着所述抗湿区域从所述闭合部分向所述一个或多个非闭合部分排出。
6.如权利要求5所述的微流体设备，包括连接到所述微流体通道的第二多个微流体通道，所述第二多个微流体通道中的每一个微流体通道具有闭合通道部分，所述第二多个微流体通道中的每一个微流体通道包括由潮湿区域形成的液体通路和被构造为提供排气口的至少一个抗湿区域，并且其中所述第二多个微流体通道在其一端连接到所述微流体通道中，以形成闭合通道部分的交点。
7.如权利要求1-4之一所述的微流体设备，其中所述抗湿区域包括黑硅。
8.如权利要求1至4之一所述的微流体设备，其中所述抗湿区域使所述液体通路与邻近结构配合。
9.如权利要求8所述的微流体设备，还包括：
一结构，该结构搁置在所述抗湿区域之上，并且所述结构被构造为防止液体在所述液体通路和所述邻近结构之间泄漏。
10.如权利要求1-4之一所述的微流体设备，其中所述液体通路的潮湿区域包括以下之一：氧化物、金属以及金属和氧化物的组合。
11.如权利要求10所述的微流体设备，其中所述液体通道的潮湿区域包括金属，所述金属是钯。
12.如权利要求1-4之一所述的微流体设备，还包括：
由公共的抗湿区域分开的两条液体通路，该公共的抗湿区域沿着两条液体通路中的每一条并与两条液体通路中的每一条邻接地延伸。
13.如权利要求1-4之一所述的微流体设备，其中所述微流体通道的闭合部分具有死端。
14.如权利要求1-4之一所述的微流体设备，其中所述设备是微流体芯片。
15.一种使微流体设备排气的方法，包括：
使液体沿着液体通路上的潮湿区域前进，以冲洗微流体通道中的气体，其中所述液体通路的潮湿区域至少由所述微流体通道的底壁和侧壁形成；以及
使来自所述微流体通道的闭合部分的气体沿着抗湿区域排放，其中所述抗湿区域沿着液体通路并与所述液体通路邻接地延伸，所述抗湿区域沿着所述微流体通道的侧壁并与该侧壁邻接地延伸，并且所述抗湿区域沿着平行于由潮湿区域限定的液体路径的侧壁延伸，所述抗湿区域被构造为提供排气口，以沿着所述抗湿区域排出来自所述潮湿区域的气体，其中所述排气口与所述潮湿区域和所述抗湿区域连通，并向所述微流体通道外部排气。
16.如权利要求15所述的方法，还包括：
在使液体沿着所述液体通路上的潮湿区域前进之前，经由所述微流体通道的一个或多个非闭合部分插入所述液体。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述抗湿区域是第一抗湿区域，并且所述方法还包括：
沿着所述微流体通道的闭合部分中的第二抗湿区域从所述潮湿区域排出气体，所述第二抗湿区域与所述第一抗湿区域相对地沿着所述液体通路并与所述液体通路邻接地延伸。
18.如权利要求15至17之一所述的方法，其中两液体通路由公共的抗湿区域分开，该公共的抗湿区域沿着两条液体通路中的每一条并与所述两条液体通路中的每一条邻接地延伸。
19.一种制造微流体设备的方法，包括：
在基板中形成微流体通道，所述微流体通道具有闭合部分；
使用所述闭合部分中的潮湿区域限定液体通路，其中所述液体通路的潮湿区域至少由所述微流体通道的底壁和侧壁形成，以允许液体沿液体通道前进和流动；以及
在所述闭合部分中形成抗湿区域，所述抗湿区域沿着液体通路并与所述液体通路邻接地延伸，所述抗湿区域沿着所述微流体通道的侧壁并与该侧壁邻接地延伸，并且所述抗湿区域沿着平行于由潮湿区域限定的液体路径的侧壁延伸，所述抗湿区域被构造为提供排气口，以沿着所述抗湿区域排放来自所述潮湿区域的气体，其中所述排气口与所述潮湿区域和所述抗湿区域连通，并向所述微流体通道外部排气。
20.如权利要求19所述的方法，还包括：
在基板和用于基板的盖子结构中的一个或每一个上制造抗湿区域，以形成抗湿区域。
21.如权利要求19-20之一所述的方法，还包括：
形成用于所述抗湿区域的黑硅。
22.如权利要求19-20之一所述的方法，其中基板包括硅，所述方法还包括：
使所述基板，以在所述基板上形成SiO2层；
蚀刻所述SiO2层的区域；以及
将经蚀刻的区域转换成黑硅，以获得抗湿区域，其中转换经蚀刻的区域使用反应离子蚀刻过程，所述SiO2层的周围未蚀刻区域是用于所述反应离子蚀刻过程的掩模。
23.如权利要求19-20之一所述的方法，其中所述抗湿区域是第一抗湿区域，并且所述方法还包括：
形成所述微流体通道的闭合部分的第二抗湿区域，所述第二抗湿区域与第一抗湿区域相对地沿着液体通路并与所述液体通路邻接地延伸，并且所述第二抗湿区域被构造为提供排气口，以沿着所述第二抗湿区域排放来自所述潮湿区域的气体。
24.如权利要求19至20中任一项所述的方法，其中两条液体通路由公共的抗湿区域分开，该公共的抗湿区域沿着两条液体通路中的每一条并与所述两条液体通路中的每一条邻接地延伸。
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