CN108465492B - 一种微流控芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种微流控芯片及其制作方法，涉及微流控技术领域，为解决传统的微流控芯片存在应用限制，实用性较差的问题。所述微流控芯片包括：相对设置的第一基板和第二基板；位于所述第一基板和所述第二基板之间的多个反应腔室，所述多个反应腔室包括至少两个不同尺寸的反应腔室；位于所述第一基板和所述第二基板之间的驱动单元，所述驱动单元用于驱动所述多个反应腔室中的液滴运动。本发明提供的微流控芯片用于实现微流控技术。

Description

一种微流控芯片及其制作方法
技术领域
本发明涉及微流控技术领域，尤其涉及一种微流控芯片及其制作方法。
背景技术
微流控技术是指使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)的技术，涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程等领域。微流控芯片是微流控技术实现的主要平台，微流控芯片的特征主要是其容纳流体的有效结构(例如：通道、反应室和其它某些功能部件)至少在一个纬度上为微米级尺度，利用微流控芯片能够实现很多常规方法难以完成的微加工和微操作。
但是由于传统的微流控芯片所包括的各反应腔室的容纳空间统一，使得利用一个微流控芯片只能够实现固定体积的流体反应，而无法针对不同的检测条件，提供不同容纳空间的反应腔室，可见，传统的微流控芯片存在应用限制，实用性较差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微流控芯片及其制作方法，用于解决传统的微流控芯片存在应用限制，实用性较差的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的第一方面提供一种微流控芯片，包括：
相对设置的第一基板和第二基板；
位于所述第一基板和所述第二基板之间的多个反应腔室，所述多个反应腔室包括至少两个不同尺寸的反应腔室；
位于所述第一基板和所述第二基板之间的驱动单元，所述驱动单元用于驱动所述多个反应腔室中的液滴运动。
进一步地，所述微流控芯片还包括：位于所述第一基板朝向所述第二基板的表面的介质层，以及位于所述介质层与所述第二基板之间的多个挡墙，所述多个挡墙限定出所述多个反应腔室。
进一步地，所述至少两个不同尺寸的反应腔室所对应的介质层与所述第二基板之间的距离各不相同。
进一步地，所述驱动单元包括：
多个独立的驱动电极，多个所述驱动电极与所述多个反应腔室一一对应；
薄膜晶体管阵列，所述薄膜晶体管阵列包括的多个漏极与多个所述驱动电极一一对应连接，所述薄膜晶体管阵列用于向多个所述驱动电极施加电信号。
进一步地，所述微流控芯片还包括：覆盖所述驱动电极的疏水层。
进一步地，所述微流控芯片还包括：填充在所述多个反应腔室内的油层。
基于上述微流控芯片的技术方案，本发明的第二方面提供一种微流控芯片的制作方法，用于制作上述微流控芯片，所述制作方法包括：
在第一基板和第二基板之间形成驱动单元；
在所述第一基板和所述第二基板之间形成多个反应腔室，所述多个反应腔室包括至少两个不同尺寸的反应腔室；所述驱动单元用于驱动所述多个反应腔室中的液滴运动。
进一步地，所述在所述第一基板和所述第二基板之间形成多个反应腔室的步骤具体包括：
在所述第一基板上形成介质层；
在所述介质层背向所述第一基板的表面形成多个挡墙，所述多个挡墙限定出所述多个反应腔室。
进一步地，所述在所述第一基板上形成介质层的步骤具体包括：
在所述第一基板上形成介质薄膜；
对所述介质薄膜进行构图，形成具有至少两种厚度的介质层；
所述在所述介质层背向所述第一基板的表面形成多个挡墙的步骤具体包括：
在所述介质层上形成隔离层薄膜；
对所述隔离层薄膜进行构图，形成多个挡墙；
所述制作方法还包括：
将所述第二基板与所述第一基板对盒，所述至少两个不同尺寸的反应腔室所对应的介质层与所述第二基板之间的距离各不相同。
进一步地，所述在第一基板和第二基板之间形成驱动单元的步骤具体包括：
在形成所述多个挡墙之前，在所述介质层上形成薄膜晶体管阵列和与所述薄膜晶体管阵列包括的多个漏极一一对应连接的多个独立的驱动电极，多个所述驱动电极与所述多个反应腔室一一对应。
本发明提供的技术方案中，在第一基板和第二基板之间包括多个反应腔室，且多个反应腔室中包括至少两个不同尺寸的反应腔室；上述微流控芯片在实际应用时，可根据要操控的液滴的体积，选取合适尺寸的反应腔室，从而将液滴传输至相应的反应腔室内，以完成液滴的取样、混合、运输、检测等操作。因此，本发明实施例提供的技术方案通过设计不同尺寸的反应腔室，实现针对不同的检测条件，提供不同尺寸的反应腔室，从而实现对不同液滴体积的精准控制，使得对各种不同体积的液滴所进行的微操作更加准确，而且利用一个微流控芯片能够实现对多种体积的液滴的微操作，很好的解决了传统的微流控芯片存在应用限制，实用性较差的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的微流控芯片的平面图；
图2为图1中沿A1-A2方向的截面示意图；
图3a～图3h为本发明实施例提供的微流控芯片的制作流程示意图。
附图标记：
1-第一基板， 2-第二基板，
3-反应腔室， 4-液滴，
5-介质层， 51-介质薄膜，
52-光刻胶， 521-光刻胶全保留区域，
522-光刻胶半保留区域， 523-光刻胶去除区域，
6-挡墙， 61-隔离层薄膜，
7-驱动电极， 8-疏水层，
91-第一进样区， 92-第二进样区，
93-第三进样区。
具体实施方式
为了进一步说明本发明实施例提供的微流控芯片及其制作方法，下面结合说明书附图进行详细描述。
请参阅图1和图2，本发明实施例提供了一种微流控芯片，包括：相对设置的第一基板1和第二基板2，位于第一基板1和第二基板2之间的多个反应腔室3，以及位于第一基板1和第二基板2之间的驱动单元；其中多个反应腔室3包括至少两个不同尺寸的反应腔室3；驱动单元用于驱动多个反应腔室3中的液滴4运动。
具体地，上述微流控芯片还包括流体通道和其它某些功能部件，其中流体通道内也设置有驱动单元，在实际工作时，驱动单元能够施加电信号，从而改变微流控芯片中的介质层5与位于该介质层5上的液滴4之间的固液表面张力，控制单个或多个离散的液滴4在微流控芯片中运动，实现液滴4的产生、分裂及运输等操作。进一步地，还可以通过驱动单元控制液滴4在反应腔室3内的运动，从而实现液滴4的检测、反应等功能。
根据上述微流控芯片的具体结构和工作方式可知，本发明实施例提供的微流控芯片中，在第一基板1和第二基板2之间包括多个反应腔室3，且多个反应腔室3中包括至少两个不同尺寸的反应腔室3；上述微流控芯片在实际应用时，可根据要操控的液滴4的体积，选取合适尺寸的反应腔室3，从而将液滴4传输至相应的反应腔室3内，以完成液滴4的取样、混合、运输、检测等操作。因此，本发明实施例提供的微流控芯片通过设计不同尺寸的反应腔室3，实现针对不同的检测条件，提供不同尺寸的反应腔室3，从而实现对不同液滴体积的精准控制，使得对各种不同体积的液滴4所进行的微操作更加准确，而且利用一个微流控芯片能够实现对多种体积的液滴4的微操作，很好的解决了传统的微流控芯片存在应用限制，实用性较差的问题。
值得注意，图1中与第一进样区91对应的一排反应腔室3具有相同的尺寸；与第二进样区92对应的一排反应腔室3具有相同的尺寸；与第三进样区93对应的一排反应腔室3具有相同的尺寸；且与第一进样区91对应的反应腔室3的尺寸、与第二进样区92对应的反应腔室3的尺寸以及与第三进样区93对应的反应腔室3的尺寸各不相同。
进一步地，如图2所示，上述实施例提供的微流控芯片还包括：位于第一基板1朝向第二基板2的表面的介质层5，以及位于介质层5与第二基板2之间的多个挡墙6，多个挡墙6限定出多个反应腔室3。
具体地，形成的介质层5可选为覆盖第一基板1的整层介质层5，然后可以通过在介质层5上形成多个挡墙6来限定出多个反应腔室3。由挡墙6限定的多个反应腔室3中，可以包括多个尺寸相同的反应腔室3，也可以包括不同尺寸的反应腔室3，实际应用时，可以根据不同的检测条件，选用尺寸满足需求的反应腔室3。值得注意，上述微流控芯片中相邻的反应腔室3能够共用同一块挡墙6。
进一步地，上述多个反应腔室3中包括至少两个不同尺寸的反应腔室3，所述至少两个不同尺寸的反应腔室3所对应的介质层5与第二基板2之间的距离各不相同。
具体地，上述多个反应腔室3的腔室壁均包括介质层5、挡墙6和第二基板2，反应腔室3对应的尺寸即为该反应腔室3对应的介质层5、挡墙6和第二基板2围成的空间，因此，可以通过设置挡墙6在介质层5上围成的面积，或者通过设置介质层5与第二基板2之间的距离来确定反应腔室3的尺寸。更详细地说，当所述至少两个不同尺寸的反应腔室3所对应的介质层5与第二基板2之间的距离各不相同时，可以通过如下具体方式实现：在第一基板1上形成具有至少两种厚度的介质层5，在介质层5上形成多个挡墙6，由挡墙6限定的各反应腔室3所对应的介质层5的面积相同，且由挡墙6限定的各反应腔室3所对应的介质层5的厚度不均一，这样就能够实现由挡墙6限定的多个反应腔室3中，包括至少两个不同尺寸的反应腔室3，且所述至少两个不同尺寸的反应腔室3所对应的介质层5与第二基板2之间的距离各不相同，如图2所示。
上述实施例提供的微流控芯片中的驱动单元存在多种结构，下面给出一种驱动单元的具体结构，并对其工作过程进行详细说明。
驱动单元包括：如图2所示，多个独立的驱动电极7和薄膜晶体管阵列；其中，多个独立的驱动电极7与多个反应腔室3一一对应；薄膜晶体管阵列包括的多个漏极与多个驱动电极7一一对应连接，图中未示出，薄膜晶体管阵列用于向多个驱动电极7施加电信号。
具体地，上述薄膜晶体管阵列中包括与多个驱动电极7一一对应的多个薄膜晶体管，各薄膜晶体管的漏极与对应的驱动电极7连接，各薄膜晶体管的栅极和源极通过导线引出，与驱动芯片邦定在一起，通过对驱动芯片设定相应的程序，实现通过驱动芯片控制薄膜晶体管阵列向各驱动电极7施加电信号，从而实现对反应腔室3内液滴4的驱动功能。值得注意，多个独立的驱动电极7可以一一对应位于多个反应腔室3内。
进一步地，请继续参阅图2，上述实施例提供的微流控芯片还包括：覆盖驱动电极7的疏水层8。
具体地，为了更好的控制反应腔室3内的液滴4运动，可以在各反应腔室3的内壁上形成疏水层8。更优选的，可以将疏水层8覆盖在反应腔室3内的驱动电极7上，这样所形成的疏水层8不仅能够实现疏水功能，使液滴4能够更好的被驱动，还能够对反应腔室3内的驱动电极7，以及与驱动电极7连接的薄膜晶体管阵列起到保护作用。上述形成疏水层8的方法有多种，例如：可以采用疏水材料，通过涂布工艺在驱动电极7上形成疏水层8，但不仅限于此。
进一步地，上述实施例提供的微流控芯片还包括：填充在多个反应腔室3内的油层。
具体地，在某些特殊的情况下，例如：用于微操作的液滴4为对温度敏感的材料，或者用于微操作的液滴4不容易被驱动电极7驱动时，可以在用于进行微操作的反应腔室3内填充油层，以降低液滴4运动的阻力，使液滴4更容易被驱动；而且，对于对温度敏感的液滴4材料，例如在高温环境中容易挥发的液滴材料，在反应腔室3内填充油层后，能够更好的避免液滴4挥发，更有利于液滴4的稳定性。
本发明实施例还提供一种微流控芯片的制作方法，用于制作上述实施例提供的微流控芯片，该微流控芯片的制作方法包括：
在第一基板1和第二基板2之间形成驱动单元；
在第一基板1和第二基板2之间形成多个反应腔室3，多个反应腔室3包括至少两个不同尺寸的反应腔室3；驱动单元用于驱动多个反应腔室3中的液滴4运动。
具体地，上述第一基板1和第二基板2可选为玻璃基板，在第一基板1和第二基板2之间形成多个反应腔室3，并在第一基板1和第二基板2之间形成用于驱动多个反应腔室3中的液滴4运动的驱动单元。
采用本发明实施例提供的微流控芯片的制作方法制作的微流控芯片包括多个反应腔室3，且多个反应腔室3中包括至少两个不同尺寸的反应腔室3，因此，在利用由本发明实施例提供的制作方法制作的微流控芯片进行微操作时，能够针对不同的检测条件，提供不同尺寸的反应腔室3，这样不仅使得对液滴4所进行的各种微操作更加准确，而且利用一个微流控芯片能够实现对多种体积的液滴4的微操作，很好的解决了传统的微流控芯片存在应用限制，实用性较差的问题。
进一步地，上述在第一基板1和第二基板2之间形成多个反应腔室3的步骤具体包括：
在第一基板1上形成介质层5；
具体地，如图3a～图3d所示，可利用无机材料，通过涂布工艺在第一基板1上形成介质薄膜51，然后对介质薄膜51进行构图，形成具有至少两种厚度的介质层5；更详细地说，以形成具有三种厚度的介质层5为例，在第一基板1上形成介质薄膜51后，在介质薄膜51上涂布光刻胶52(如图3a所示)，对光刻胶52进行曝光、显影，形成光刻胶全保留区域521，光刻胶半保留区域522和光刻胶去除区域523(如图3b所示)，其中光刻胶全保留区域521对应介质层5中具有第一种厚度的部分，光刻胶半保留区域522对应介质层5中具有第二种厚度的部分，光刻胶去除区域523对应介质层5中具有第三种厚度的部分，对光刻胶去除区域523对应的介质薄膜51进行刻蚀，形成介质层5中具有第一种厚度的部分，然后将光刻胶半保留区域522的光刻胶52去除，并对光刻胶半保留区域522对应的介质薄膜51进行刻蚀，形成介质层5中具有第二种厚度的部分(如图3c所示)，然后将光刻胶全部保留区域521的光刻胶52剥离，形成介质层5中具有第三种厚度的部分(如图3d所示)。
在介质层5背向所述第一基板1的表面形成多个挡墙6，所述多个挡墙6限定出所述多个反应腔室3。
具体地，在完成上述介质层5的制作后，可利用树脂材料，通过涂布工艺在介质层5背向第一基板1的表面形成隔离层薄膜61(如图3f所示)，然后对隔离层薄膜61进行构图，以形成多个挡墙6(如图3g所示)。更详细地说，可利用感光树脂材料形成隔离层薄膜61，然后直接对该隔离层薄膜61进行曝光和显影，形成位于介质层5上的多个挡墙6。
上述实施例提供的微流控芯片的制作方法还包括：
将第二基板2与第一基板1对盒，所述至少两个不同尺寸的反应腔室3所对应的介质层5与第二基板2之间的距离各不相同(如图3h所示)。
具体地，在形成多个挡墙6后，可将第二基板2与第一基板1对盒，从而完成微流控芯片的制作。值得注意的是，第一基板1与第二基板2平行。
进一步地，上述在第一基板1和第二基板2之间形成驱动单元的步骤具体包括：
在形成多个挡墙6之前，在介质层5上形成薄膜晶体管阵列和与薄膜晶体管阵列包括的多个漏极一一对应连接的多个独立的驱动电极7，多个驱动电极7与多个反应腔室3一一对应，多个驱动电极7可一一对应位于多个反应腔室3内(如图3e所示)。
具体地，在形成介质层5之后，可在介质层5上形成薄膜晶体管阵列和多个驱动电极7，并使得薄膜晶体管阵列中包括的多个漏极与多个驱动电极7一一对应连接。
进一步地，在形成驱动电极7之后，形成挡墙6之前，还可以在各驱动电极7上形成疏水层8(如图3e所示)。
具体地，可利用疏水材料，通过涂布工艺形成覆盖全部驱动电极7的整层疏水层薄膜，然后再对整层疏水层薄膜进行构图，形成覆盖各驱动电极7的疏水层8。
进一步地，在完成第一基板1与第二基板2之间的对盒后，还可以在多个反应腔室3内填充油层，以提升微流控芯片的工作性能。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件″上″或″下″时，该元件可以″直接″位于另一元件″上″或″下″，或者可以存在中间元件。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种微流控芯片，其特征在于，包括：
相对设置的第一基板和第二基板；
位于所述第一基板和所述第二基板之间的多个反应腔室，所述多个反应腔室包括至少两个不同尺寸的反应腔室；
位于所述第一基板和所述第二基板之间的驱动单元，所述驱动单元用于驱动所述多个反应腔室中的液滴运动；
所述微流控芯片还包括：位于所述第一基板朝向所述第二基板的表面的介质层，以及位于所述介质层与所述第二基板之间的多个挡墙，所述多个挡墙限定出所述多个反应腔室；
所述至少两个不同尺寸的反应腔室所对应的介质层与所述第二基板之间的距离各不相同；
挡墙限定的各反应腔室所对应的介质层的面积相同。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述驱动单元包括：
多个独立的驱动电极，多个所述驱动电极与所述多个反应腔室一一对应；
薄膜晶体管阵列，所述薄膜晶体管阵列包括的多个漏极与多个所述驱动电极一一对应连接，所述薄膜晶体管阵列用于向多个所述驱动电极施加电信号。
3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片还包括：覆盖所述驱动电极的疏水层。
4.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片还包括：填充在所述多个反应腔室内的油层。
5.一种微流控芯片的制作方法，其特征在于，用于制作如权利要求1～4任一项所述的微流控芯片，所述制作方法包括：
在第一基板和第二基板之间形成驱动单元；
在所述第一基板和所述第二基板之间形成多个反应腔室，所述多个反应腔室包括至少两个不同尺寸的反应腔室；所述驱动单元用于驱动所述多个反应腔室中的液滴运动；
所述在所述第一基板和所述第二基板之间形成多个反应腔室的步骤具体包括：
在所述第一基板上形成所述介质层；
在所述介质层背向所述第一基板的表面形成多个所述挡墙，多个所述挡墙限定出所述多个反应腔室；
所述在所述第一基板上形成介质层的步骤具体包括：
在所述第一基板上形成介质薄膜；
对所述介质薄膜进行构图，形成具有至少两种厚度的介质层；
所述在所述介质层背向所述第一基板的表面形成多个挡墙的步骤具体包括：
在所述介质层上形成隔离层薄膜；
对所述隔离层薄膜进行构图，形成多个挡墙；
所述制作方法还包括：
将所述第二基板与所述第一基板对盒，所述至少两个不同尺寸的反应腔室所对应的介质层与所述第二基板之间的距离各不相同；
挡墙限定的各反应腔室所对应的介质层的面积相同。
6.根据权利要求5所述的微流控芯片的制作方法，其特征在于，所述在第一基板和第二基板之间形成驱动单元的步骤具体包括：
在形成所述多个挡墙之前，在所述介质层上形成薄膜晶体管阵列和与所述薄膜晶体管阵列包括的多个漏极一一对应连接的多个独立的驱动电极，多个所述驱动电极与所述多个反应腔室一一对应。
7.根据权利要求6所述的微流控芯片的制作方法，其特征在于，在形成多个独立的所述驱动电极之后，所述制作方法还包括：
形成覆盖多个独立的所述驱动电极的疏水层。
8.根据权利要求5所述的微流控芯片的制作方法，其特征在于，在将所述第二基板与所述第一基板对盒之后，所述制作方法还包括：
在所述多个反应腔室内填充油层。
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