CN110087749B - 微流体过滤装置和捕获通孔中物体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微流体过滤装置和通过所述装置捕获通孔中物体的方法。用于捕获物体(例如，红细胞)的微流体过滤装置可包括过滤器结构，该过滤器结构具有从过滤器结构的第一侧延伸到过滤器结构的第二侧并以重复模式布置的多个通孔，通孔的大小可以捕获物体。该装置还包括基板，该基板包括支撑过滤器结构的至少一部分的多个叶片；多个电极，包括与每个通孔相关联的一个电极组，每个电极组包括至少一对与之相关的电极。每个通孔并与其相关的通孔对准，以将电力施加到在通孔中捕获的物体，以及与多个电极中的每个电极的电连接。

Description

微流体过滤装置和捕获通孔中物体的方法

相关申请的交叉引用

本发明要求2016年9月13日提交的美国临时申请No.62/394,096的权益，该临时申请通过引用整体并入本发明。

技术领域

本发明公开的实施方案涉及使用微流体芯片中的微流体过滤器结构分离、分析、操纵和提取感兴趣的物体（例如细胞或微珠）的方法和装置。

背景技术

从含有感兴趣的细胞和非感兴趣的细胞的细胞样品中分离感兴趣的细胞提出了各种挑战。例如，从母体血液中分离循环胎儿细胞（CFC），其含有对于非侵入性产前诊断不感兴趣的其他母体和胎儿细胞，由于母体血液中胎儿红细胞的稀少性而提出了挑战。

从血液中分离罕见的循环肿瘤细胞（CTC）进行液体活检存在同样的问题。在这些情况下，已经尝试了各种方法来提取和分析感兴趣的细胞用于下游遗传分析和诊断测定，但是提取的成功和纯度非常差。另外，这种检测和提取系统的吞吐量仍然很低，这是非侵入性测试领域的另一个挑战。例如，一些分离目的细胞的方法利用在载玻片或平板上铺板或铺展的细胞样品，用于分析、分离和提取细胞用于进一步分析。然而，所采用的扩散方法存在挑战，因为细胞通常在多于一层中聚集在一起并且彼此重叠，使得很难识别每个细胞的边界以确定细胞是否是感兴趣的细胞。其他方法通常捕获感兴趣的细胞和不感兴趣的细胞，并且这些方法不能精确且准确地鉴定不感兴趣的细胞。此外，这些方法不能精确和可控地去除不感兴趣的独立周围细胞。

发明内容

本发明的一些实施方案提供一种多层微流体装置，其配置成使用基于形态学的分离来捕获和分离目标细胞。在一些方面，所述多层微流体装置可包括第一层，所述第一层包括微流体过滤器结构，例如微流体过滤器材料或微流体过滤膜，设置在包括支撑结构（例如基板）的第二层上。例如，所述过滤膜可以作为薄膜沉积在所述基底上，或者所述过滤膜可以旋涂在所述基板上。微流体芯片可包括一个或多个多层微流体装置。尽管上述实施例是双层微流体装置，但是其他实施例也是可能的。例如，本发明描述的多层微流体装置可包括微流体过滤器结构，其包括1、2、3或更多层。又如，本发明所述的多层微流体装置可包括具有一个或多个层的支撑结构。

本发明描述的实施方案可以包括至少一个微流体过滤器结构，其被配置为从包含感兴趣的细胞的样品中分离感兴趣的细胞，同时将细胞定位在过滤器结构的不同的精确限定的位置，该位置在空间上与过滤器结构的其他不同的精确限定的位置分开。本发明描述的微流体装置的实施方案包括过滤器结构，例如微流体过滤材料或微流体过滤膜，当染色样品流过或经过微流体装置时，其自动产生单层细胞。在一些方面，所述过滤器结构包括过滤膜，所述过滤膜包括多个通孔，所述多个通孔的形状和尺寸特别适于捕获感兴趣的细胞，同时允许不感兴趣的细胞穿过过滤膜中的通孔，从而保持不被捕获。通孔具体地以预定且重复的网格状图案布置。

本发明所述的通孔包括在过滤膜的第一侧上的第一开口，在过滤膜的第二相对侧上的第二开口，以及在第一和第二开口之间穿过过滤膜的通道。通道可包括过滤膜内部的一个或多个侧壁。本发明所述的通孔允许物体通过过滤膜转移。例如，通孔可以允许最初存在于过滤膜一侧的物体通过过滤膜转移到过滤膜的相对侧上的区域。在一些情况下，通孔不允许感兴趣的物体穿过过滤膜，并将感兴趣的物体保留在过滤膜的一侧。以这种方式保留的物体可以在过滤膜的一侧产生单层感兴趣的物体。

在此描述的过滤膜中形成的通孔的开口的形状可以变化。如下面将详细描述的，过滤膜的第一侧上的通孔的开口可以具有圆形形状。其他形状也是可能的。例如，在一些实施方式中，过滤膜包括具有通常为矩形形状的开口的通孔。如下面将详细描述的，具有矩形形状的开口可以优选地促进样品流过过滤膜并捕获过滤膜中的感兴趣物体。另外，本发明所述的通孔的开口还可包括倒角或圆角，其有利地促进含有感兴趣的细胞的样品通过通孔的平稳流动。在一个非限制性示例中，过滤膜的第一侧中的通孔的开口具有带有四个角或边缘的大致矩形形状，并且一个或多个角被倒角或倒圆。在过滤膜的第二相对侧中的通孔的开口也可以具有大致矩形的形状，并且可以包括或不包括倒角或圆角。

本发明所述的过滤膜的实施方案可包括具有通道或侧壁的通孔，所述通道或侧壁通常垂直于过滤膜的第一侧和第二侧。在本发明所述的过滤膜的其他实施方案中，通孔具有锥形侧壁，所述锥形侧壁以一定角度在过滤膜的第一侧和第二侧之间延伸穿过过滤器结构的内部。在一个非限制性实施方案中，通孔的成角度侧壁的特征具有双重功能：一个是物理流体动力学捕获器，防止捕获的细胞或珠子进一步横向或定向运动，另一个是过滤或隔离膜。如果通孔不包括锥形侧壁，则通孔可以仅用于防止某些细胞流过过滤膜，但是不会用作目标尺寸的细胞或珠子的流体动力捕获器或捕获网格，因此将它们保持并固定在通孔内或部分地固定在通孔内。在圆形通孔的一个非限制性实例中，过滤膜的厚度和通孔侧壁的角度决定了过滤膜的捕获和固定特性，以及通孔底部的最小直径，确定其过滤或隔离属性。通过独立地选择锥形侧壁的角度和通孔的最小尺寸（沿x轴和y轴测量），可以在非圆形通孔中实现类似的效果。

在一个非限制性方面，通孔包括侧壁，该侧壁相对于过滤膜的第一侧和第二侧的垂直线成一定角度逐渐变细。此外，本发明所述的过滤膜可以由至少在光的可见光谱中机械和化学稳定、化学和电子惰性、亲水和透明的材料构成或形成。在一些方面，支撑基板还可包括由基板材料形成或形成在基板材料中的支撑叶片。支撑叶片可以配置成为邻近支撑基板设置的过滤膜提供结构完整性，并且可以限定过滤膜中的一个过滤区域的形状和尺寸。在过滤膜的一些部分悬挂在支撑基底上但不与支撑基板直接接触的实施方案中，支撑叶片可以为悬浮在支撑基板上的过滤膜部分提供结构完整性。在一些实施方案中，本发明所述的支撑结构中的叶片还可以限定成像细胞计数过程的视场（“FOV”），其中叶片限定的视场的形状和大小通常匹配一个过滤膜的过滤区域的形状和大小。

本发明描述的微流体芯片的实施例可以通过向与通孔相关联的多个电极施加电压来操纵在特定通孔中捕获的物体，从而提供增强的和选择性的过滤装置和方法。操纵通孔中的物体可以包括改变物体或物体的一部分的物理尺寸（例如，拉伸，变形或加长物体或物体的一部分）和/或从过滤膜上丢弃物体（例如，分割或销毁物体）。与每个通孔相关联的多个电极可以包括与每个通孔相关联并与每个通孔对准的一个电极组，以将电力施加到在相应通孔中捕获的物体。所述电极组包括至少一对电极，所述电极与相应的通孔精确对准并且被配置为将电力施加到在相应的通孔中捕获的物体。在下面详细描述的一些情况下，该对电极中的第一电极位于相应通孔的第一侧上，并且该对电极中的第二电极位于相应通孔的第二相对侧上。在下面详细描述的其他情况下，该对电极中的第一电极和第二电极都位于相应通孔的第一侧上。每对电极与单个通孔相关联，所述单个通孔在过滤膜中具有明显的精确限定的位置，使得与每个通孔相关联的一对电极在过滤膜中也具有明显的精确限定的位置。这使得能够精确控制施加到每对电极的电信号，该电信号被配置为向特定通孔施加电力，而与构造成将电力施加到过滤膜中的其他通孔的其他电极对无关。

在本发明公开的过滤膜的一些实施例中，在通孔捕获物体的情况下，通过电极施加到通孔的电信号也应用到通孔捕获的物体上。捕获的物体可以是不感兴趣的物体，例如不是感兴趣的细胞或细胞材料。本发明描述的微流体芯片的实施例可以向捕获的物体施加电压，并且精确地控制施加到捕获的物体的电压的大小，使得可以操纵与特定通孔相关联的物体。例如，在通孔中捕获的物体是细胞的情况下，可以通过施加电力来操纵物体，所述电力通过施加排斥细胞的电力来沿特定方向吸引细胞或细胞的一部分。基于施加到与所述通孔关联的电极对的电压来施加电力以分裂细胞，或分离细胞，或通过电力来破坏细胞。本发明所述的微流体芯片可以控制施加到每个电极对的电压，并因此控制每个通孔，独立于装置中的其他电极对和/或通孔，从而增强细胞分选和过滤装置，其中在过滤器中捕获的选定细胞目标是从过滤膜上去除而过滤膜中捕获的其他细胞保持不受影响。在一个示例性实施方案中，被鉴定为不感兴趣的捕获细胞被选择针对性地从过滤膜移除，而不会影响、移除或破坏其他被捕获的被鉴定为感兴趣的细胞。

本发明的一个创新之处在于提供一种装置，包括具有多个通孔的过滤器结构，所述通孔从过滤器结构的第一侧延伸到过滤器结构的第二侧并且以重复图案布置，每个通孔在过滤器结构的第一侧具有第一开口，在过滤器结构的第二侧上具有第二开口，以及穿过第一开口和第二开口之间的过滤器结构的通道，第一开口和第二开口的尺寸设计成捕获通孔中的物体。该装置还包括基板，该基板包括支撑过滤器结构的至少一部分的多个叶片，该过滤器结构相对于多个叶片设置，使得过滤器结构的第二侧与多个叶片相邻，多个电极，包括与每个通孔相关联的一个电极组，每个电极组包括与每个通孔相关联的至少一对电极，每个电极组与其相关的通孔对准，以将电力施加到被捕获的物体上。每个电极组和相关的通孔在过滤器结构中具有明显的精确限定的位置，以及与所述多个电极中的每一个的电连接、所述电连接和所述多个电极的电连接，所述电连接和所述多个电极共同配置为从连接到所述装置的控制器向所述多个电极发送电信号，所述控制器独立地控制通过所述每个电极组施加的电力到相关通孔中的物体。在各种实施例中，所述装置可以包括一个或多个其他方面/特征。例如，对于每个对电极和相关的通孔，所述对电极的第一电极可以位于过滤器结构的第一侧上的通孔中，并且所述对电极的第二电极可以位于过滤器结构的第二侧上的通孔。对于每个对电极和相关的通孔，所述对电极的第一电极和第二电极都可以位于过滤器结构的第一侧上。对于每个对电极和相关的通孔，所述对电极的第一电极和第二电极都可以位于过滤器结构的第二侧上。所述对电极中的每个电极可以是环形的。每个通孔可以是椭圆形的。所述对电极中的每个电极可以是菱形的。每个通孔可以是圆形的。在一些实施方案中，所述电极组包括三个电极。在一些实施方案中，所述电极组包括四个电极。在一些实施方式中，所述电极组被配置为将电力施加到相关通孔中的物体以使通孔中的物体碎裂。在一些实施方案中，所述电极组经配置以将电力施加到相关联的通孔中的物体以改变所述通孔中的物体的形状。在一些实施方案中，所述电极组经配置以将电力施加到相关联的通孔中的物体以从所述通孔移除物体。在一些实施方案中，所述电极组经配置以施加电力以将物体吸引到相关联的通孔中。在一些实施方式中，电连接包括列连接结构，其包括电连接到列连接线的列接触垫，以及电连接到列连接线的多个列引线，所述多个列线各自连接到至少一个电极与每个通孔对齐。

在一些实施例中，所述电连接包括行连接结构，所述行连接结构包括电连接到行连接线的行接触垫，多个行引线电连接到行连接线，多个行引线连接到与每个通孔对准的至少一个电极。在一些实施方案中，过滤器结构形成于基板上。在一些实例中，过滤器结构的厚度在约1μm至约20μm的范围内。在一些示例中，第二开口小于第一开口，并且其中第一开口和第二开口具有介于约4μm和约10μm之间的第一尺寸以及介于约4μm和约10μm之间的第二尺寸。

本发明另一方面提供一种装置，具有捕获位于多个孔中的每一个孔中多个红细胞大小的物体的捕获装置，所述捕获装置具有第一侧和第二侧并且以已知的模式布置，所述捕获装置的支撑装置，所述捕获装置的第二侧邻近于所述支撑装置设置，以及用于将独立可控的电力施加到多个孔中每一个相关的一个孔中的装置。在一些实施方式中，用于施加电力的装置定位在所述捕获装置的第一侧上以及所述捕获装置的第二侧上。在一些实施方式中，用于施加电力的装置定位在所述捕获装置的第一侧上。在一些实施方式中，用于施加电力的装置位于所述捕获装置的第二侧上。

在一些实施方式中，用于向多个孔中的每个孔施加可独立控制的电力的装置是环形电极，并且多个孔可以是椭圆形的。在一些实施方式中，用于施加可独立控制的电力的装置是菱形电极，并且多个孔可以是圆形的。在一些实施方式中，施加可独立控制的电力包括多个电极，所述多个电极包括与所述多个孔中的每个孔相关联的一个电极组，所述一个电极组包括一对电极。在一些装置中，所述电极组包括三个电极。在一些装置中，所述电极组包括四个电极。在一些实施方式中，所述电极组被配置为将电力施加到相关孔中的物体以使通孔中的物体碎裂。在一些实施方式中，所述电极组被配置为将电力施加到相关孔中的物体以改变物体的形状。在一些实施方式中，所述电极组被配置为将电力施加到相关通孔中的物体以从孔中移除物体。在一些实施方案中，所述电极组经配置以施加电力以将物体吸引到相关联的孔。

本发明另一方面提供一种捕获通孔中的物体的方法，该方法包括捕获通孔中的物体的装置，该装置包括具有从过滤器结构的第一侧延伸到第二侧的多个通孔的过滤器结构，过的滤器结构以重复图案布置，每个通孔在过滤器结构的第一侧上具有第一开口，在过滤器结构的第二侧上具有第二开口，以及穿过所述过滤器结构的第一开口和第二开口的通道，第一开口和第二开口的尺寸适于捕获通孔中的物体，所述装置还包括具有多个叶片的基板，所述叶片支撑过滤器结构的至少一部分，相对于多个叶片布置的过滤器结构，使得过滤器结构的第二侧与多个叶片相邻，使用多个电极（包括与每个通孔相关联的一个电极组）向捕获的物体施加电力。每个电极组包括与每个通孔相关联的至少一对电极，每一个电极组与其相关的通孔对齐，以向通孔中捕获的物体施加电力，每一个电极组和相关的通孔在过滤器结构中具有独特的、精确定义的位置。在一些实施方式中，电力包括向相关通孔中的物体施加电力以使通孔中的物体碎裂。在一些实施方式中，电力包括向相关通孔中的物体施加电力以改变通孔中物体的形状。在一些实施方式中，电力包括施加电力以将物体吸引到相关联的通孔中。在一些实施方式中，施加电力包括向相关通孔中的物体施加电力以从通孔移除物体。

附图说明

在下文中将结合附图来描述所公开的方面，提供这些附图是为了说明而不是限制所公开的方面，其中相同的标号表示相同的部件。

图1A为根据本发明第一实施例的用于捕获和定位感兴趣细胞的微流体装置的第一侧的透视图。

图1B为图1A中所示的微流体装置的第二相对侧的透视图。

图2示为根据本发明另一实施例的用于捕获和定位目标细胞的微流体装置的示意图。

图3A为根据本发明一实施例的微流体装置的示意性局部横截面侧视图，所述微流体装置具有包括可电控通孔的滤膜。

图3B为根据本发明另一实施例的具有包括可电控通孔的过滤膜的微流体装置的示意性局部横截面侧视图。

图4为本发明的微流体装置捕获、分离、分析和收获感兴趣细胞的方法的示例流程图。

图5为本发明的制造具有包括可电控通孔的过滤膜的微流体装置的示例流程图。

图6A，7A，8A，9A，10A，11A，12A，13A，14A，15A，16A，17A，18A，19A，20A，21A和22A是一实施例的根据图5所示流程图制造一微流体装置的各个阶段的示意图。

图6B，7B，8B，9B，10B，11B，12B，13B，14B，15B，16B，17B，18B，19B，20B，21B和22B是另一实施例的根据图5所示流程图制造另一微流体装置的各个阶段的示意图。

图23为本发明另一实施例的具有包括可电控通孔的过滤膜的微流体装置的示意性局部俯视图。

图24为用于制造微流体装置的示例性过程的流程图，所述微流体装置具有包括如图23所述的可电控通孔的过滤膜。

图25A至25I为制造图23所示的微流体装置的各个阶段的示意图。

图26为本发明另一实施例的制造具有包括可电控通孔的滤膜的微流体装置的流程图。

图27A至27K是制造图26所示微流体装置的各个阶段的示意图。

图28A和图28B是制造本发明另一实施例的微流体装置的过程的示意图。

具体实施方式

除非另外定义，否则本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。本发明提及的所有专利，申请，公开申请和其他出版物均通过引用整体并入。如果本节中提出的定义与通过引用并入本发明的专利，申请，公开申请和其他出版物中所述的定义相抵触或不一致，则本节中阐述的定义优先于通过引用并入本发明的定义。

此外，说明书和权利要求中的术语：顶部，底部，上方，下方等用于描述目的，而不一定用于描述相对位置。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本发明描述的实施例能够以不同于本发明描述或示出的其他取向操作。

如本发明所用，除非另有说明，否则单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数形式。例如，“一个”过滤膜包括一个或多个过滤膜。如本发明所用，术语“微流体装置”或“微流体芯片”通常是指在一些实施方案中，在微观尺度上可以通过其输送材料，特别是流体传播材料（例如液体）的装置，并且在一些实施方案中在纳米尺度上。因此，本发明描述的微流体芯片可包括微米级特征，纳米级特征及其组合。在这种装置上递送的样品可以是单独的流体或具有悬浮组分的流体，例如细胞和颗粒。

示例性微流体芯片可包括尺寸为毫米级或更小尺寸的结构或功能特征，其能够以约5mL/min或更低的流速操纵流体。本发明所述的微流体芯片的尺寸和形状可以基于微流体芯片所针对的特定应用的需要来选择。在一个示例中，微流体芯片包括以网格状图案布置的多个过滤器。可以基于微流体芯片所针对的特定应用的需要来选择在微流体芯片中制造的过滤器的尺寸和形状。在另一个实例中，微流体芯片包括由包含叶片的基板支撑的单个过滤膜，其中叶片限定所述过滤膜的区域。在又一个示例中，微流体芯片包括由不包含叶片的基板支撑的单个过滤膜。在一些情况下，微流体芯片包括额外的特征，例如但不限于通道，流体贮存器，反应室，混合室，分离区域和支撑结构。

微流体芯片可以单独存在或者可以是微流体系统的一部分，例如但不限于，微流体系统可以包括：泵和阀，用于将流体（例如，样品，试剂，缓冲液等）引入系统和/或通过系统;检测设备或系统；数据存储系统；用于控制装置内的流体输送和/或方向的控制系统，在适用的情况下使用传感器监测和控制装置中的流体所经受的环境条件，例如温度，压力，电流等。这种系统中的阀门和流动可以是压力或真空驱动。

如本发明所用，术语“过滤器”和“过滤膜”是指将感兴趣的物体与不感兴趣的其他物体分开的材料。本发明公开的过滤膜的实施方案可使用基于形态学的分离获得目标细胞。本发明公开的方法和装置优选地使用集成在微流体装置中的过滤膜，例如微流体芯片。在本发明所述的实施例中，过滤膜通过将感兴趣的物体保持在过滤膜中的通孔中来分离感兴趣的物体，而不感兴趣的物体穿过过滤膜中的流体动力学捕集器的通孔。感兴趣的物体可以是但不限于细胞，珠子或微珠。本发明所述的过滤膜的实施方案可包括单层材料，或包括多层，例如两层，三层或更多层。

分离感兴趣的细胞可以包括捕获过滤膜中的细胞，同时将细胞定位在过滤膜的不同的精确限定的位置，该位置在空间上与过滤膜的其他不同的精确限定的位置分开。除感兴趣的细胞外，样品可含有非细胞物质和/或不感兴趣的细胞。本发明所述的过滤膜的实施方案捕获一些，大部分或全部感兴趣的细胞，使得感兴趣的细胞可以从含有许多细胞的样品中分离，其中至少一些细胞可以是不感兴趣的细胞。应当理解，本发明所述的过滤膜不限于捕获细胞和微珠，然而，使得过滤膜可以捕获包含在具有感兴趣物体物理特征（例如，形态，大小等）的样品中的其他类型的物体。其不同于不感兴趣的物体的物理特征。在一些实施方案中，过滤膜还可以用于成像装置和细胞计数过程，以检测已经在过滤膜中捕获的细胞的精确位置，评估捕获的细胞的特征以确定它们是否是感兴趣的细胞，并且收获或者采集已经确定对下游分析感兴趣的细胞，例如遗传和/或诊断分析。

如本发明所用，术语“通孔”是指贯穿一个结构，例如过滤膜的开口或凹槽。本发明所述的过滤膜可包括多个通孔，其特定形状和尺寸适于捕获和保留感兴趣的细胞，同时允许不感兴趣的细胞穿过过滤膜中的通孔，从而保持未被捕获。例如，本发明公开的方法和装置可用于胎儿细胞分选和从母体血液样品中分离，用于非侵入性产前诊断。在一个方面，本发明公开的方法和装置分离和分析此类细胞用于下游遗传分析和诊断测定。

在一个示例中，所述结构包括第一侧和第二侧，并且通孔包括在第一侧和第二侧之间完全延伸穿过所述结构的侧壁。通孔允许物体通过结构移动。例如，通孔可以允许最初存在于结构的一侧上的物体通过结构移动到结构的相对侧上的区域。在某些情况下，通孔不允许物体穿过结构，并将物体保持在结构的一侧。不通过通孔移动并保留在通孔中的物体可以部分地或完全地定位在通孔内。这里描述的通孔可以具体地成形和定尺寸为将感兴趣的物体与不感兴趣的其他物体分开。通孔也可以称为孔，井，流体动力阱，过滤孔或代表通过过滤膜的通道的其他术语，然而，在整个本发明中，这些特征将被称为“通孔”。在本发明所述的实施例中，通孔有助于物体与不感兴趣的物体分离和保持。通孔可以设计成具有与感兴趣物体的形状和尺寸相对应的特定尺寸。以这种方式，可以在通孔中捕获感兴趣的物体的单个实例（例如，单个单元），同时允许不感兴趣的物体完全穿过通孔或者禁止进入（或保留在其中）通孔。如上所述，感兴趣的物体可以是但不限于细胞，珠子或微珠。通孔可以设计成任何形状或尺寸，例如它们可以具有大致圆形，矩形，椭圆形或其他横截面形状。每个通孔的形状和尺寸可以基于由过滤膜捕获的感兴趣物体来确定。

发明所公开的集成微流体装置的实施例还可以包括与多个通孔的每个通孔相关联的多个电极，其中与特定通孔相关联的每个多个电极与特定通孔精确对齐，并且配置成向在特定通孔中捕获的物体施加电力。如下文所述，与每个通孔相关联的电极数量可能有所不同。在一个实施例中，两个电极与单个通孔对齐，并且配置成向通孔中捕获的物体施加电力。在其他实施例中，三个、四个或更多电极与单个通孔对齐，并配置为向通孔中捕获的物体施加电力。如本发明所用，术语“电极/通孔对”是指滤膜中的通孔以及与该通孔（以及可能被捕获在该通孔中的任何物体）相关并配置为对该通孔施加电力的多个电极。每个电极/通孔对还包括导电线路，所述导电线路被配置成从控制器向多个电极发送电信号。每个多个电极与在滤膜中具有不同的、精确定义的位置的单个通孔相关联，使得与每个通孔相关联的多个电极在滤膜中也具有不同的、精确定义的位置。这样就可以精确控制施加到与单个通孔相关联的每个电极上的电信号，而独立于与滤膜中其他通孔相关联的其他电极。这样，可以在每个通孔上施加电信号，例如电压，并且可以对每个通孔独立控制电信号。

在一个通孔捕获了一个细胞、微生物或其他物体（无论它是感兴趣的物体还是不感兴趣的物体）的情况下，应用于通孔的电信号（例如电压）也应用于在通孔中捕获的物体，例如细胞。本发明所述的微流控芯片的实施例可以对捕获的单元施加电压，并精确地控制施加到捕获的单元的电压的大小，从而可以操纵与特定通孔相关联的单元，例如，电力在特定方向上吸引细胞或细胞的一部分，电力在特定方向上排斥细胞或细胞的一部分，电力根据施加在与通孔相关的一个或多个电极上的电压破坏细胞。或者与通孔相关的更多电极。在锥形侧壁角度中表现出的滤膜的流体动力学方面的重要性在此实现，特别是对于电极功能的施加电压不会成为不必要地长时间间隔地应用于捕获的感兴趣的细胞以继续保留。电极发出的局部电阻加热是对导电电极持续施加电压的一种可能结果，局部加热可能有害于良好的、理想的以及所需的稀有电池。因此，过滤器孔的流体动力学捕获效应最大限度地减少了对电极的不必要或过度激活超过其初始引导效应（即通过施加吸引力或排斥力）朝向过滤器通孔的需要，然后其作为有效的捕获网格而没有任何来自相邻电极的通孔的进一步电力要求。本发明描述的过滤器系统和方法的这种特性导致最小化或消除对捕获的期望细胞的任何潜在的热损伤效应。

在一个实施例中，在通孔中捕获的物体被确定为不感兴趣的物体。与通孔相关联的多个电极可施加电压以使物体变形（例如，拉伸，延长或改变物体的一部分的横截面直径），允许整个物体穿过通孔并从滤膜中取出，从而完全清除通孔。或者，与通孔相关联的多个电极可施加电压并使物体碎裂，使得一些或所有碎片穿过通孔并离开过滤膜，从而部分地清除通孔或者完全。本发明所述的微流体芯片可以独立于其他电极/通孔对控制施加到每个电极/通孔对的电压偏置，从而在单个装置中增强细胞分选和过滤，其中，在过滤膜中选择性捕获细胞的目标是从过滤膜中移除过滤膜中捕获的不受影响的其他细胞。应理解，本发明的方面和实施方案包括“由......组成”和/或“基本上由方面和实施方案组成”。

在以下描述中，给出了具体细节以提供对示例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些示例。例如，电气组件/设备可以以框图示出，以免不必要的细节模糊示例。在其他情况下，可以详细示出这些组件，其他结构和技术以进一步解释这些示例。

从以下结合附图的描述，本发明的其他目的，优点和特征将变得显而易见。

带过滤膜的集成微流控芯片

本发明描述了用于非侵入性分离细胞（例如但不限于胎儿有核红细胞（“RBC”））的集成微流体芯片。

集成微流体芯片可包括单个过滤器或多个过滤器。在包括单个过滤器的微流体芯片的实施方案中，过滤器可包括由基底支撑的片材或过滤材料层（“过滤膜”）。本发明所述的过滤膜可包括单个片材或材料层，或可包括多个片材或材料层。在包括多个过滤器的微流体芯片的实施例中，多个过滤器可以布置成网格状结构。本发明描述的微流体芯片的一些实施方案还可包括结合部分或亲和分子。例如，在设计用于捕获胎儿有核红细胞的系统中，该系统可包括特异性结合细胞特异性抗原或非胎儿细胞特异性抗原的结合部分或亲和分子，用于胎儿细胞的阳性选择或不需要的细胞阴性选择。

在一些实施方案中，集成微流体芯片可包括至少一个透明且在显微镜下可视化的过滤膜。过滤器包括多个通孔，这些通孔以重复的网格图案布置，并且被配置成捕获并保持并同时将感兴趣的细胞定位在过滤膜上的精确限定的，可清楚区分的位置（每个位置对应于单个通孔）。在一些实施例中，通孔具体地布置成规则且重复的网格图案，其中每个通孔可基于滤膜上的唯一的预定X，Y坐标精确定位。在一些实施方案中，每个过滤膜可包括数千个通孔（例如，8,000或更多），因此能够捕获和成像数千个细胞。

图1A和1B分别示出了根据一个实施例的示例性微流体芯片100的第一侧视图和第二侧视图。在该非限制性示例中，微流体芯片100是双层结构，包括支撑层和滤光层。在这种情况下，支撑层包括基板110，并且过滤层包括过滤膜120。基板110包括第一侧112和相对的第二侧114。如下面将详细描述的，基板110还包括在第一侧112和第二侧114之间延伸的叶片130。在所示的示例中，过滤膜120邻近，悬挂在基板110的侧面112上并由基板110的侧面112支撑。过滤膜120的一部分由位于侧面112上的叶片130的一部分支撑。在图1B中，例如，通过过滤膜120可看到支撑过滤膜120的叶片130。叶片130限定过滤膜120的六边形过滤区域125。具有不同形状的区域125是可能的。在其他实施例中（图1B中未示出），微流体芯片包括多个六边形过滤膜120，每个过滤膜120设置在基板110的一个六边形区域125上或内。

基板110可以由任何合适的材料形成，并且具有任何合适的尺寸以支撑过滤膜120。在一些情况下，基板110是硅晶片。硅晶片可以是市售的常规尺寸的晶片，其被加工以获得基板110的所需尺寸。例如，标准硅晶片可以减薄到具有大约400微米的厚度。可以基于微流体芯片所针对的特定应用的需要来选择支撑材料110的厚度。

过滤膜120包括以规则重复图案布置的多个通孔，其中每个通孔位于过滤膜120的不同的，精确限定的x，y位置。可以基于过滤膜120被设计为捕获的感兴趣物体（例如，感兴趣的细胞）来具体选择每个通孔的尺寸，形状和相对间距，使得捕获单个感兴趣的细胞。在每个通孔中。通孔可以具有通常为矩形形状，通常为圆形形状或任何其他合适形状的开口。

过滤膜120可以通过任何合适的方式形成，如下面参考图5至22B更详细地描述的。在一个非限制性方面，通过在基板110上沉积非常薄的一层或多层材料来形成过滤膜120。过滤膜120可以形成为具有用于微流体芯片100的特定应用的任何合适的厚度。在一些情况下，过滤膜120设置在基板110的顶部或底部表面上，邻近或悬挂在其上，并且沿着过滤器的z轴测量的厚度大于或等于5微米的膜。例如，过滤膜120可具有约20微米的厚度。在其他实例中，沿过滤膜的z轴测量，过滤膜120具有约1微米，约2微米，约3微米，约4微米或约5微米的厚度。根据本发明所述方法形成的非常薄的过滤膜的厚度仍然相对较强，并且优选地足够刚硬以承受与流过过滤膜的样品流体相关的压力。这些特性在将多于一个样品应用于单个过滤膜的应用中，或者在必须以相对高的压力将样品施加到过滤膜上以确保有效且准确地捕获过滤膜内目标细胞的应用中特别有益。

过滤膜120可以由与基板110类似的材料或不同的材料制成。在示例性实施方式中，本发明描述的过滤膜包括氮氧化硅，例如但不限于SiON或SiO₂。然而，任何材料可能是合适的，其为所需的细胞捕获应用提供所寻求的透明度和所要求的强度和物理性质。例如，在一些实施例中，过滤材料120对可见光谱中的光是透明的（例如，波长约为400纳米至约700纳米）。在一些实施例中，过滤器材料120对超出可见光谱的光是透明的，包括但不限于具有近红外（NIR）和近紫外（NUV）光谱中的波长的光。包括透明材料的过滤膜的一个非限制性优点是在过滤膜中捕获的细胞可以从基底110的任一侧成像，例如从基底110的第一侧112或第二侧114成像。

在一些实施例中，滤膜120包括在光源照射下不发荧光和/或抑制背景荧光的一种或多种材料。在一些实施方案中，在过滤膜中捕获和分离细胞之前，期间或之后，可以用核染色剂，生物标记物和/或荧光染料标记或染色细胞。这种荧光分子或染料在被具有特别相应的光波长的光源照射或激发时可产生相应的光特征或光谱。因此，使用特定荧光分子或染料可以产生存在于捕获细胞上或捕获细胞内的特定核酸，抗体或基于抗体的片段探针的指示物，其可以使用显微镜或其他成像平台成像。抑制或消除滤膜120自身的背景荧光的一个非限制性优点是总背景荧光保持低，以避免在成像过程（例如成像细胞计数）期间干扰捕获细胞的基于荧光或光的指示剂的成像。

在一些实施例中，过滤膜120由选择为机械和化学稳定以及化学和电惰性的材料形成。过滤膜120包括机械强度或刚度，以在细胞样品流过并流过微流体芯片时承受来自流体流动的压力。优选地，本发明所述的过滤膜120具有足够的结构完整性和刚性，以限制或避免在流体或重力流的压力下弯曲，下垂或破裂。例如，可以选择过滤材料，其承受大于或等于3psi的压力，这是由于流过和/或通过过滤膜的流体而产生的。

另外，过滤膜120可由具有特定机械性质的材料形成，以承受微操纵器的插入，同时从过滤膜收集，移除和/或拔除感兴趣的细胞或不感兴趣的细胞。例如，显微操纵器可以包括微型针，该微型针被配置为采集在过滤膜的每个通孔中捕获的脆弱细胞。在每个通孔中插入和移除针可以在给定通孔的侧壁上施加向外的力，因此可以选择过滤膜以承受该力，使得过滤膜不会破裂也不会使通孔变形。

另外，具有所需孔和构造的过滤膜对于某些应用可以是不透明或半透明的，例如由诸如硅的材料制成。本发明所述的过滤膜可以通过特定的化学或电化学过程产生或形成所需的厚度，范围从几微米到几十微米或可能几百微米，然后是分离剥离技术，然后通过特定的粘合技术阳极粘合或附着。可以是具有多种材料的基板，或者是具有不同形状和/或尺寸的硅，有机聚合物，玻璃或塑料的材料层。

因此，本发明所述的过滤膜可以多次使用以捕获样品中的感兴趣细胞或同一样品的多个部分，代表了对现有过滤装置的显着改进。例如，可以将样品的第一部分施加到过滤膜120，捕获样品的第一部分中的第一感兴趣细胞子集。在下面详细描述的实施方式中，其中与通孔相关联的电极可以向通孔施加电力，可以分析在通孔中捕获的物体，确定为不感兴趣的物体，然后单独地对准和控制。为了清理通孔（例如，不感兴趣的物体可以在特定方向上变形，以允许物体穿过通孔并离开滤膜，破碎和/或破坏，使得物体不再占据通孔等）。随后，可以将样品的第二部分施加到相同的滤膜120，在滤膜120的通孔中捕获感兴趣的细胞的第二子集，所述通孔未被物体占据（无论是感兴趣的细胞还是其他细胞，不受欢迎的物体）。可以重复该过程，直到整个样品已经施加到相同的过滤膜120上，或者直到确定在过滤膜120中捕获了足够数量的感兴趣的细胞。过滤膜120的成像，过滤膜中的物体的操纵以及其他过程可以以规则的间隔或在将下一个样品部分施加到过滤膜之前进行。在一些情况下，在该捕获过程结束时，微流体芯片100将在单个过滤膜120中具有非常高密度的感兴趣细胞，其中每个感兴趣的细胞在不同的单个通孔中被隔离，精确地，定义了滤膜120的x，y位置。在一个实例中，通过过滤膜120将单层感兴趣的细胞保持在基底110的侧面112上的适当位置，并提供独特的平台，从该平台分析，识别和提取来自微流体芯片100的感兴趣的细胞。

在一些实施例中，过滤膜120由具有亲水性质的材料形成，与疏水性质相反。过滤膜120的亲水性使得流体样品能够平稳地流过通孔。在一些实施方案中，处理过滤膜120的第一侧上的表面以获得亲水特性。在其他实施方式中，过滤膜120由具有所需亲水特性的一种或多种材料形成。优选地，过滤膜的亲水性质可以防止细胞在流过过滤膜120时聚集在一起，从而减少将样品（和不感兴趣的细胞）推过过滤膜通孔所需的压力或力。在捕获过程期间施加在过滤膜120上的压力或力的减少代表了对现有过滤器系统的显着改进，因为本发明所述的滤膜120的实施例在一个或多个捕获过程中不太可能穿孔、弯曲、变形、膨胀或以其他方式降解，从而导致单个滤膜120的寿命更长，并且能够将单个滤膜120用于多个捕获过程。

在一些实施例中，示例性微流体芯片100的基板110通常采用固体或半固体基板，其可以是平面结构，即基本上平坦或具有至少一个平坦表面。合适的基底可以由多种材料中的任何一种或材料的组合制成。通常，平面基板使用微加工领域中常见的固体基板制造，例如基于二氧化硅的基板，例如玻璃，石英，硅或多晶硅，以及其他已知的基板，即砷化镓，以确保优异的可制造性。并反复增强目标尺寸。在这些基板的情况下，常用的微加工技术，例如光刻技术，湿化学蚀刻，微机械加工，即钻孔，铣削，等离子体蚀刻等，可以容易地应用于微流体芯片和基板的制造中。下面将参考图5至22B更详细地描述这种制造工艺的说明性实施例。或者，聚合物基底材料可用于制造本发明的装置，包括例如聚二甲基硅氧烷（PDMS），聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），聚氨酯，聚氯乙烯（PVC），聚苯乙烯，聚砜，聚碳酸酯等。在这种聚合物材料的情况下，可以使用注塑或压花方法来形成基材。在这种情况下，可以使用任何上述材料和方法制造原始模具。组装的微流体芯片可以用等离子体处理以改变所需的后组装的表面润湿能力，或者优选首先进行处理然后组装。

根据下面详细描述的方法，基板110可以形成或制造为包括多个支撑叶片130。在一些实施例（未示出）中，各个过滤膜120保持或设置在由叶片130限定的六边形区域内。在图1A和1B所示的实施例中，在第一侧112和第二侧114之间的基板110中形成的叶片130限定单个过滤膜120的六边形过滤区域125。例如，如图1A和1B所示，叶片130形成蜂窝状单元140的图案。设置在基板110的侧面112上的过滤膜120覆盖每个蜂窝单元140。每个蜂窝单元140（在图1A中的基板110的侧面114上可见并且通过图1B中的过滤膜120可见）限定了过滤膜120的六边形过滤区域125。然而，由叶片130形成的单元图案不限于图1A中所示的蜂窝图案。例如，叶片130可以形成正方形单元（参见图2），矩形单元（未示出）或任何其他合适形状的单元的图案。

在一些实施例中，叶片130的尺寸和制造尺寸设计成为过滤膜120提供支撑。例如，叶片130可以以允许过滤膜120由于流体流动而承受一定量的压力的方式支撑过滤膜120。在基板110中不存在叶片130的情况下，由于将相同量的流体施加到过滤膜的较大的无支撑表面区域，过滤膜120可能下垂，弯曲或破裂。在一些方面，叶片130优选地为过滤膜120提供进一步的支撑和结构完整性，而不是由基板110的侧面112、114提供的支撑和结构完整性，从而使每个滤膜120的中间不会由于流过和/或通过过滤膜120的流体的压力而下垂、弯曲或断裂。此外，形成蜂窝单元140的叶片130可以优选地限定视场（FOV），用于在成像细胞计数过程或其他分析期间对每个六边形过滤区域125进行成像，如下文所述，参考图4。

图2示出了根据另一个实施方案的示例性微流体芯片200。在该非限制性示例中，微流体芯片200可以类似于具有支撑层和过滤层的微流体芯片100，但是过滤器区域225是方形的。在这种情况下，支撑层包括基板210，并且过滤层包括过滤膜220。基板210包括框架形外部部分215和包括叶片230的内部部分216。过滤膜220定位在内部部分216中并且接触叶片230。在该非限制性示例中，过滤膜是透明的，使得叶片230通过过滤膜220可见。叶片230形成方形过滤区域的图案。其他配置也是可能的。在图2所示的示例中，叶片具有沿微流体芯片200的x轴和y轴测量的约0.1240毫米的厚度。

叶片230限定过滤膜220的方形过滤区域225。然而，应该理解，微流体芯片200可以设计成具有任何合适形状（例如，六边形，正方形或任何其他形状）的过滤区域225。优选地，可以选择过滤区域225的数量，尺寸和形状的特征，以基于微流体芯片200的预期应用最大化对特定感兴趣细胞的捕获。

过滤膜220包括第一侧212（图2中未示出）和相对的第二侧214。过滤膜220包括以规则重复图案布置的多个通孔，例如，一个过滤区域225A的近视图示出了过滤膜220中的多个通孔205。通孔205在过滤膜220的第一侧212和第二侧214之间延伸，从而允许物体移位通过过滤膜220。每个通孔205的尺寸，形状和相对间隔可以基于感兴趣的细胞被特别选择，过滤膜被设计成捕获和保留，使得感兴趣的单个细胞被捕获并保留在每个通孔中。通孔可以具有通常为矩形形状，通常为圆形形状或任何其他合适形状的开口。

本发明所述的过滤膜的一个非限制性优点是当样品流过过滤膜时自动产生单层细胞的能力，这在载玻片上使用样品镀层是不可能的。由于过滤膜中通孔的特殊设计尺寸，形状和材料特性，过滤膜可以配置成防止样品中的一个感兴趣的细胞模糊，重叠或位于另一个潜在的顶部感兴趣的细胞。因此，利用本发明描述的微流体芯片的实施例的成像系统不需要花费成像资源（例如高分辨率成像资源）来确定特定细胞边界所在的位置，以追踪细胞轮廓以将两个紧密间隔的细胞彼此区分开，或者在实际研究和确认一个可能的感兴趣细胞是感兴趣的细胞之前，确定物体实际上是否是两个或更多个细胞聚集在一起-常规细胞培养中通常需要的活性。

在图2所示的非限制性示例中，基板210包括沿着微流体芯片200的x轴和y轴测量的约8毫米乘约8毫米的外部部分215。基板210具有沿微流体芯片200的z轴测量的约0.3毫米的厚度。其他厚度也是可能的。在该示例中，内部部分216沿着微流体芯片200的x轴和y轴测量约为5毫米乘约5毫米。

在一些情况下，由叶片230限定的方形过滤区域225可以被称为过滤膜220的“活动区域”。直接设置在叶片230上方并与叶片230接触的过滤膜220的区域不被认为是过滤膜220的“活动区域”，因为这些区域中的通孔的第二开口可能被叶片230部分或完全阻挡，使得流过这些通孔的流体降低或完全阻塞。在该示例性实施方式中，微流体芯片的叶片230限定了以5×5网格布置的25个过滤区域225。叶片230可以在过滤膜220中限定少于25个过滤区域，例如9个过滤区域（与9个过滤区域排列在3×3网格中）或16个过滤区域（如同16个过滤区域以4×4排列）。一些实现包括超过25个过滤区域，例如64或100个过滤区域。其他配置也是可能的。在该非限制性示例中，滤膜220的每个过滤器区域225限定了沿着微流体芯片200的x轴和y轴测量的约0.9毫米乘约0.9毫米的活动区域。

如在25个过滤区域之一的过滤区域225A的特写视图中所示，过滤膜220包括以规则的重复图案布置的矩形通孔，例如通孔205。然而，应当理解，本发明所述的任何过滤膜，不仅是图2中所示的过滤膜，可以包括在微流体芯片200中，这取决于在特定应用中寻求捕获，成像和分析的细胞。过滤膜220中的矩形通孔约5μm高（沿微流体芯片200的y轴测量）约10μm长（沿微流体芯片200的x轴测量）。具有其他形状和尺寸的通孔是可能的，例如，通孔可以是约4μm高（沿着微流体芯片的y轴测量）8μm长（沿着微流体芯片的x轴测量）。

过滤膜220的每个通孔205在空间上与其他通孔分开或偏移约20μm的水平间距（沿微流体芯片的x轴测量）和约10μm的垂直间距（在微流体芯片的y轴）。可以优选地选择偏移尺寸以最大化过滤膜220中的通孔的数量而不牺牲过滤膜220的结构完整性，从而最大化可以在过滤膜220中捕获的细胞的数量。在一些实施例中，通孔尺寸保持在间距尺寸的50%。如上所述，这些通孔尺寸和间隔是示例，并且基于要在微流体芯片200中隔离的感兴趣的物体（例如细胞或微珠）的具体尺寸和形状，其他配置是可能的。例如，每个通孔可以从其他通孔偏移约16μm的水平间距（沿着滤膜420的x轴测量）和约8μm的垂直间距（沿着过滤膜420的y轴测量）。微流体芯片200中的每个通孔205的尺寸，形状和相对间隔可以基于过滤膜220被设计为捕获的感兴趣物体（例如细胞）来具体选择，使得单个感兴趣的物体是在每个通孔205中捕获。

在一个示例中，矩形通孔205的尺寸可以被设计成捕获并保持通孔中的单个红细胞，基于一般的盘状红细胞。在另一个示例中，矩形通孔205的尺寸可以被设定为允许成熟的盘形红细胞（例如母体红细胞）穿过通孔205，同时单个胎儿有核红细胞被捕获并保持在单个通孔205中，基于球形和胎儿有核红细胞的稍大的尺寸。因此，可以基于感兴趣的细胞的形状和大小来具体选择每个通孔的特征和尺寸。此外，可以选择单个过滤膜上的通孔密度，以及通孔相对于彼此的相对位置或排列，以优化在过滤膜中保留或“捕获”的感兴趣细胞的数量。优选地，可以旋转，翻转或移动本发明所述的过滤膜中的通孔的取向，以使暴露于样品中的细胞的通孔的数量最大化，从而最大化由过滤膜捕获目标细胞的数量。

在图2所示的实施例中，该实施例中的矩形通孔205优选地包括圆角或倒角。包括圆角的矩形通孔增强了流过过滤膜220的流体。不受任何特定理论的束缚，可以认为圆角或倒角去除通过通孔220的流体流中的死点，如果通孔的角包括尖锐的角边缘，则通常会发生死点。这些尖锐的角落拐角可能导致角落内或周围的流体和/或细胞积聚。以这种方式，本发明所述的通孔的实施例可优选地允许流体顺畅地流过过滤器。在一些实施例中，延伸穿过过滤膜的通孔的侧壁可以优选地相对于过滤膜的表面成角度或渐缩（未示出）。不受任何特定理论的束缚，可以认为锥形侧壁允许感兴趣的细胞更自由和一致地进入通孔，同时还抑制感兴趣的细胞完全穿过通孔，从而促进通孔中细胞的捕获。

在其他实施例中，通孔205可以具有通常为圆形的开口。圆形通孔可以被特别设计和配置成基于所寻找的细胞，微珠或其他物体的已知特征（例如但不限于尺寸和形态）捕获任何期望的细胞，微珠或其他物体。通过改变通孔的形状和尺寸，可以设计和制造多个过滤膜，用于隔离特别寻求的细胞或物体。在一个非限制性实例中，过滤膜设计成包括圆形孔，其形状和尺寸适于捕获特异性鉴定的目标细菌细胞。在一个非限制性示例中，圆形通孔具有约10μm的直径。其他尺寸也是可能的。例如，圆形通孔可具有约5μm的直径或约7μm的直径。在一个示例性实施方式中，圆形通孔具有约6.5μm的直径。

带滤膜的微流控芯片具有电可控通孔

现在将描述包括与多个通孔的每个通孔相关联的多个电极的集成微流体装置的实施例。每个多个电极与其相应的通孔精确对准，并且被配置为将电力施加到在相应的通孔中捕获的物体。在以下实施例中，两个电极与单个通孔对准并且被配置为将电力施加到在通孔中捕获的物体，但是与通孔相关联并且被配置为向通孔施加电力的电极的数量可以变化。在一些实施例中，例如，三个，四个或更多个电极与单个通孔对准，并且被配置为将电力施加到在通孔中捕获的物体。如本发明所用，术语“电极/通孔对”是指过滤膜中的通孔，并且多个电极与该通孔相关联并且被配置为向该通孔施加电力（以及可以在该通孔中捕获的任何物体）。每个电极/通孔对还包括导电线，该导电线被配置为从控制器将电信号传送到多个电极。每个多个电极与单个通孔相关联，所述单个通孔在过滤膜中具有明显的，精确限定的位置，使得与每个通孔相关联的多个电极在过滤膜中也具有明显的，精确限定的位置。这使得能够精确控制施加到与单个通孔相关联的每个电极的电信号，而与与滤膜中的其他通孔相关联的其他电极无关。以这种方式，可以在每个通孔上施加电信号，例如电压置，并且可以针对每个通孔独立地控制电信号。

在通孔捕获细胞，微珠或其他物体（无论是感兴趣的物体还是不感兴趣的物体）的情况下，施加到通孔的电信号（例如，电压）也是应用于通孔中捕获的物体，例如细胞。本发明描述的微流体芯片的实施例可以向捕获的单元施加电压，并且精确地控制施加到捕获的单元的电压的大小，使得可以操纵与特定通孔相关联的单元，例如，电力吸引在特定方向上的细胞或细胞的一部分，电力在特定方向上排斥细胞或细胞的一部分，电力使细胞破碎，或电力基于施加到细胞的电破坏细胞。或者与通孔相关的更多电极。在一个示例性实施例中，在通孔中捕获的物体被确定为不感兴趣的物体。与通孔相关联的多个电极可施加电压以使物体变形（例如，拉伸，延长或改变物体的一部分的横截面直径），允许整个物体穿过通孔并从过滤膜中取出，从而完全清除通孔。或者，与通孔相关联的多个电极可施加电压并使物体碎裂，使得一些或所有碎片穿过通孔并离开过滤膜，从而部分或者完全地清除通孔。本发明所述的微流体芯片可以独立于其他电极/通孔对控制施加到每个电极/通孔对的电压，从而在单个装置中增强细胞分选和过滤，其中在过滤膜中捕获的选定细胞被靶向以从过滤膜中移除，同时捕获的其他细胞保持不受影响。

在锥形侧壁角中表现出的过滤膜的流体动力学方面的重要性在此实现，特别是对电极功能施加电压的情况下，不必多余地长时间间隔地施加到捕获的感兴趣细胞上以继续保留。由电极发射的局部电阻加热是对导电电极持续施加电压的可能结果，并且局部加热可能对之后良好地、期望地和稀有细胞的选择有害。因此，过滤器孔的流体动力学捕获效应最大限度地减少了对电极的不必要或过度激活超过其初始引导效应（即通过施加吸引力或排斥力）朝向过滤器通孔的需要，然后其作为有效的捕获网格而没有任何来自相邻电极的通孔的进一步电力要求。本发明所述的过滤系统和方法的这种特性导致最小化或消除对捕获的所需细胞的任何潜在的热损伤效应。

图3A和3B示出了具有带有可电控通孔的过滤膜的示例性微流体芯片300a和300b的横截面侧视图。图3A和3B是示意图，并未按比例绘制。尽管将参考微流体芯片300a和300b描述具有可电控通孔的滤膜，但应理解，微流体芯片300a和300b的特征可以在根据本发明描述的微流体芯片中实现，包括但不限于上面参考图1A，1B和2描述的微流体芯片100和微流体芯片200。

微流体芯片300a和300b分别包括通孔305a和305b，其具有沿微流体芯片的x轴和y轴测量的大致圆形横截面。微流体芯片300a和300b包括多个电极/通孔对。更具体地，微流体芯片300a包括多个到第一电极340a，多个第二电极350a，以及将第一电极340a和第二电极350a耦合到控制器（未示出）的多个电连接360。微流体芯片300b包括多个第一电极340b，多个第二电极350b，以及将第一电极340b和第二电极350b耦合到控制器（未示出）的多个电连接360。每个第一电极和第二电极（例如，微流体芯片300a中的第一电极340a和第二电极350a以及微流体芯片300b中的第一电极340b和第二电极350b）与单个通孔关联（例如，微流体芯片300a中的通孔305a和微流体芯片300b中的通孔305b），从而限定电极/通孔对。通过相对于通孔精确地对准和定位电极，电极/通孔对能够精确且独立地控制施加到通孔的电压和其中的任何内容。微流体芯片300a和300b中的支撑层包括具有叶片330的基板，如下面参考图5至22B详细描述的，并且过滤层包括过滤膜（微流体芯片300a中的过滤膜320a和微流体芯片300b中的过滤膜320b）。在这些示例性实施方式中，微流体芯片300a和微流体芯片300b中的过滤膜定位在叶片330上并与叶片330接触。

在该非限制性示例中，过滤膜是透明的，使得叶片330通过过滤膜可见。微流体芯片300a和300b基本相同，然而，通孔305a和305b具有不同的尺寸和取向，并且电极340a和350a具有与电极340b和350b不同的形状和配置，如将在参考文献中描述的。参考图5至22B详细描述的示例性制造方法。出于说明微流体芯片300a和微流体芯片300b共有的特征的目的，以下描述将参考图3A说明微流体芯片300a的某些特征，但应理解，微流体芯片300a的所述方面也适用于微流体芯片300b。

参照图3A，通孔305a包括在过滤膜320的第一侧312和第二侧314之间延伸的侧壁307a，从而允许物体通过过滤膜320移动。如图所示，第一侧312和第二侧314还分别包括设置在每侧的第一电极340a和第二电极350a。第一电极340a包括在第一电极的顶表面和第一电极的底表面之间延伸的侧壁345a（与滤膜320的第一侧312相邻）。第一电极340a的侧壁345a与每个相应的通孔305a的侧壁307a对齐，从而允许物体通过第一电极340a移动并进入其相应的通孔305a。一旦进入通孔305a，物体可以移动通过滤膜320或被捕获并保持在通孔305a中，如上所述。第二电极350a还包括在第二电极的顶表面（邻近滤膜320的第二侧314）和第二电极的底表面之间延伸的侧壁355a。

参照图3B，通孔305b包括在过滤膜320b的第一侧312和第二侧314之间延伸的侧壁307b，从而允许物体通过过滤膜320b移动。如图所示，第一侧312和第二侧314还分别包括设置在每侧的第一电极340b和第二电极350b。第一电极340b包括在第一电极的顶表面和第一电极的底表面之间延伸的侧壁345b（与滤膜320b的第一侧312相邻）; 第二电极350b还包括在第二电极的顶表面（邻近滤膜320的第二侧314）和第二电极的底表面之间延伸的侧壁355b。

第二电极350a的侧壁355a也与其相应的通孔305a的侧壁307a对齐，从而允许物体通过通孔305a然后穿过第二电极350a移动。在一个非限制性实施方案中，通孔的成角度侧壁的特征具有双重功能：一个是物理流体动力学捕获器，防止捕获的细胞或珠子进一步横向或定向运动，另一个是过滤或隔离膜。如果通孔不包括锥形侧壁，则通孔可以仅用于防止某些细胞流过过滤膜，但是不会用作目标尺寸的细胞或珠子的流体动力捕获器或捕获网格，因此将它们保持并固定在通孔内或部分地固定在通孔内。在圆形通孔的一个非限制性实例中，膜的厚度和通孔侧壁的角度决定了过滤膜的捕获和固定特性，以及通孔底部的最小直径，确定其过滤或隔离属性。通过独立地选择锥形侧壁的角度和通孔的最小尺寸（沿x轴和y轴测量），可以在非圆形通孔中实现类似的效果。

虽然图3A和3B中所示的实施例描绘了设置在过滤膜的第一侧上的第一电极（在这些非限制性示例中，定位成与过滤膜的顶表面直接接触），和设置在过滤膜的第二侧，第二相对侧（在这些非限制性实例中，定位成与过滤膜的相对的底表面直接接触）上的第二电极。其他构造也是可能的。例如，第一电极和第二电极都可以设置在滤膜的同一侧上，如参考图23至25I所述。具有设置在过滤膜的同一侧上的第一和第二电极的微流体芯片的实施方案可以破碎和/或破坏在相应的通孔中捕获的细胞。

本发明所述的微流体芯片可以通过向与通孔相关联的多个电极施加电压来操纵在特定通孔中捕获的物体，从而提供增强的和选择性的过滤方法。操纵通孔中的物体可以包括改变物体或物体的一部分的物理尺寸（例如，拉伸，变形或加长物体或物体的一部分）和/或从滤膜上丢弃物体（例如，分割或销毁物体）。微流体芯片300a包括多个通孔305a，每个通孔305a在滤膜320a内具有明显且精确限定的位置。每个通孔305a与第一电极340a和第二电极350a相关联，一起限定电极/通孔对。而且，每个第一电极340a和每个第二电极350a电连接到电连接360，从而允许电压施加到与选定的通孔相关联的第一和第二电极340a和350a，独立于任何其他电极/设备中的通孔对。优选地，通过独立地控制与通孔相关联的第一电极340a和第二电极350a，可以选择性地操纵位于过滤膜中的不同的，精确限定的位置处的特定通孔中的物体。

在一些实施例中，在每个电极/通孔对中存在用于第一电极340a和第二电极350a的一个电连接360。电连接360允许独立地控制与所选通孔相关联的第一电极340a和第二电极350a。具体地，可以在每个电极/通孔对中的第一电极340a和第二电极350a上施加电压，以选择性地吸引，排斥，破坏，破碎，扭曲或以其他方式操纵在每个通孔305中捕获的物体或细胞。可以操纵或以其他方式调节电极两端的电压，并且取决于跨越第一电极和第二电极以及在通孔中捕获的细胞（或其他物体）施加的电压，可以选择性地从通孔移除细胞或选择性地移除保留在通孔中的细胞。不受任何特定理论的束缚，可以认为将电压调节到精确控制的量将使得能够在对给定通孔中捕获的细胞或物体进行物理操纵后进行特别寻找。例如，在第一大小的电压下，电力可以在特定方向上吸引或赶走物体（或物体的一部分），从而清除通孔中的物体。在第二大小的电压下，电力将物体分成碎片，然后可以使碎片通过通孔并从滤膜中流出，从而部分地或完全地清除先前占据的通孔。在第三大小的电压下，电力可能破坏或溶解通孔中包含的物体，从而清除被捕获物体的通孔。在第四大小的电压下，电力可以拉长或以其他方式操纵物体的物理形状，从而允许物体穿过物体并清除物体的通孔。取决于试图用电压操纵的物体的特性，可以选择第一，第二，第三和第四幅度的电压为相同的电压但是施加不同的时间长度，或者可以选择第一，第二，第三和第四幅度的电压不同。前述内容是作为由于电力引起的物体操纵的示例而呈现的，并且基于调节电压来清除物体的通孔的其他形式是可能的。将参照图4描述使用具有第一电极和第二电极的微流控芯片的示例性过程，与参考图3所述的类似。上述与电极对所需细胞的有害加热效应最小化相关的优点适用于这些示例。

图4是说明使用本发明所述的微流体芯片从样品中获得感兴趣细胞（例如胎儿有核RBC，滋养细胞或其他感兴趣细胞）的一个示例性过程400的流程图。如图4所示，方法400可以包括一个或多个操作410-470所示的一个或多个功能、操作或动作。

需要注意的是，所述示例可以被描述为一个过程，其被描绘为程序流程图，流程图，有限状态图，结构图或框图。尽管程序流程图可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或同时执行，并且可以重复该过程。另外，操作的顺序可以被重新安排。一个过程在其操作完成时终止，过程可以对应于方法，功能，过程，子例程，子程序等。当进程对应于软件功能时，其终止对应于函数返回到调用函数或主函数。

本发明所述的过滤膜的实施方案可以从含有成熟（非有核）母体红细胞和胎儿有核红细胞的母体血液样品中分离或过滤胎儿有核红细胞。在母体血液中循环的胎儿有核红细胞非常罕见，一些估计在1000万中低至1。成熟的人类红细胞是椭圆形双凹面圆盘并且通常缺乏细胞核。相反，胎儿有核红细胞比成熟的母体红细胞稍大，并且通常是球形的而不是圆盘形的。本发明所述的基于形态学的选择过滤器的实施方案包括具有特定形状，大小和排列的通孔，使得样品中的大部分或全部成熟红细胞（RBC）穿过过滤器中的通孔，而一些，大多数或所有胎儿有核红细胞被保留或“捕获”在通孔中。然而，由于红细胞形态的变化，一些母体红细胞也可以被捕获在过滤器中的通孔中，即使它们不是感兴趣的细胞。为了说明的目的，以下描述提供了非侵入性产前检测（NIPT）和用于非侵入性产前诊断的胎儿有核红细胞的分离，鉴定和收获的方法。尽管本发明公开的示例性实施方案可以描述从母体血液样品中分离胎儿有核红细胞用于非侵入性产前诊断，但是本领域技术人员将理解，本发明描述的方法和装置的原理和概念可应用于非侵入性产前检测之外。因此，本发明描述的方法和系统的实施例可以用于许多应用中，包括但不限于非侵入性产前检测。例如，本发明公开的方法和装置可以被配置用于分离微珠，肿瘤细胞用于肿瘤学，或任何其他病理状况，其中一种细胞可根据大小、形态、核染色和/或生物标志物鉴定与另一种细胞进行区分。

本发明公开的方法和装置的实施方案可以使用基于形态学的分离，亲和力和/或基于生物标记的检测和鉴定以及基于电压的细胞分选和过滤来获得感兴趣的细胞。通过根据本发明描述的实施方案在集成微流体芯片上组合这些过程，方法400解决了与从细胞样品中分离感兴趣的特定细胞相关的长期挑战。与流式细胞术中使用的荧光激活细胞分选（“FACS”）不同，参考方法400公开的实施方案是基于可视化的方法，其类似于在显微镜平台上进行的成像细胞计数，但优选地解决了与先前基于成像细胞计数的相关的系统和方法的缺点。方法400可以是部分或全部自动化的，这为本发明中描述的实施例增加了另一个益处。

细胞计数，包括流式细胞术和成像细胞计数，是细胞特征的测量和/或鉴定。细胞计数方法被配置为测量许多参数中的任何一个，包括例如细胞大小，细胞计数，细胞形状和结构，细胞周期阶段，DNA含量，以及细胞表面上或细胞内特定蛋白质的存在或不存在。有许多应用可以使用不同的细胞计数方法。例如，细胞计数可用于表征和计数血液样品中的血细胞，细胞生物学研究和医学诊断以表征病理性疾病（例如，癌症和AIDS）中的细胞。成像细胞计数法是一种通过使用光学显微镜对大量细胞进行静态成像来操作的细胞计数法。在分析之前，可以通过用核染色剂，生物标记物和/或荧光染料标记细胞来染色细胞以增强对比度或检测特定分子。

本发明所述的微流体芯片的实施方案可优选地用于成像细胞计数，以在单个图像中形成感兴趣的特定区域中的所有捕获细胞的表征（例如，获得图像或拍照）。在一个非限制性方面，特定感兴趣区域是微流体芯片的单个过滤膜的多个区域中的一个区域。在另一个非限制性方面，特定感兴趣区域是布置在包括一个单个过滤膜的微流体芯片中的一个过滤膜。在另一个实例中，感兴趣的特定区域是布置在微流体芯片中的多个过滤膜的一个过滤膜。由于过滤膜中通孔的精确定义和重复的网格图案，每个捕获的和流体动力学保留的细胞的精确位置可以使用其在过滤膜中的相应通孔的独特位置来识别。在一个实施方案中，以这种方式捕获和同时定位感兴趣的细胞允许分析感兴趣的细胞以验证捕获的细胞实际上是感兴趣的细胞。例如，在用核染色，特定生物标记物和/或荧光染料染色和/或标记细胞样品的情况下，用于识别细胞的用户定义特征，可以容易地识别具有这些特征的捕获细胞，并且它们的位置可以容易返回以用于随后的更详细的捕获细胞分析或用于操纵或提取捕获的细胞。在另一个实施方案中，以这种方式捕获和同时定位感兴趣的细胞允许感兴趣的细胞经历细胞裂解和DNA提取的步骤以用于下游遗传分析。例如，可以评估捕获的，分离的和分选的目标细胞的核酸分子的核苷酸序列或基因的表达。另外，如上面参考图3所述，可以优选地操纵在过滤膜中的通孔中捕获的被确定为不是感兴趣的细胞的特定物体（例如，扭曲，拉伸，延长或碎裂）以从通孔中排出物体，从而在随后的样品过滤步骤中清除通孔以接收另一物体（例如感兴趣的细胞）。将样品应用于过滤器，分析过滤期间在过滤膜中捕获的物体，以及通过针对那些特定物体进行操作和/或破坏而去除被识别为不感兴趣的特定物体的过程可以重复多次，因此，导致在过滤膜上捕获大量密切的目标物体，用于以后的收获和下游遗传和/或诊断测试。

本发明描述的过滤器的实施方案可优选地用于使用对目标细胞特异的生物标志物区分所捕获的目标细胞（在该非限制性实例中，胎儿有核红细胞（fnRBC））与不感兴趣的捕获细胞。例如，在样品通过过滤器之前或之后和在过滤膜中捕获细胞，可以用核染色，特定生物标记物和/或荧光染料对细胞进行染色和/或标记，用于捕获的细胞的子集（例如，捕获的胎儿有核红细胞的阳性选择和非胎儿有核红细胞的捕获细胞的阴性选择）阳性或阴性选择。本发明描述的过滤器的实施方案可以优选地使用不感兴趣的细胞的鉴定来移除或以其他方式操纵不感兴趣的细胞。例如，可以基于所述标准执行与通孔相关联的电极的精确电操作。可以独立地操纵被识别为具有不感兴趣的捕获细胞的通孔以产生电压，其去除或破坏特异性识别的不需要的细胞。

如本发明所用，“显微镜平台”是指配置成执行细胞成像的系统和/或设备。在一个方面，显微镜平台包括荧光显微镜。显微镜平台可包括配置有可调节或多倍放大物镜（例如，10x，40x，60x等）的成像装置，以及配置成基于通过成像装置镜头接收的光获得图像的图像传感器。在一些实施方案中，成像装置包括视场（“FOV”），其被配置成匹配微流体芯片的过滤膜的至少一个区域的尺寸和形状，其由支撑过滤膜的基板的叶片所限定。在一些实施例中，显微镜平台可以被配置为沿着包括多个过滤区域的微流体过滤膜扫描并获得每个过滤区域的至少一个图像，其中每个过滤区域的尺寸对应于成像装置的视场。

参考图4，方法400可以从操作410“提供样本”开始。操作410之后可以进行操作420“将样品应用于集成在微流体芯片上的过滤膜”。操作420之后可以是操作430“标记样品中的细胞”。操作430之后可以是操作440“分离样品中感兴趣的细胞。“在一些情况下，操作420和操作440同时执行。操作440之后可以是可选操作450“在过滤膜中捕获的成像细胞”。操作450之后可以是操作460“移除不感兴趣的物体”。“接下来的方法可以转移到可选操作470“收获确认的感兴趣细胞”。

在操作410“提供样品”，可以提供包含感兴趣的细胞的样品。例如，含有一个或多个胎儿有核细胞的母体样本，如红血球，可从孕妇体内获得，采用标准抽血法。孕妇样本可在孕早期（妊娠前三个月），妊娠中期（妊娠期约4-6个月）或妊娠晚期（妊娠期约7-9个月）采集。在一些实施方案中，即使在妊娠终止后，也从怀孕的人类母亲获得血液样品。通常，获得的样品是血液样品。

在操作420“样品应用于集成在微流体芯片上的滤膜”，可以使用具有适合于选择胎儿有核血细胞的本发明所述的过滤膜的微流体芯片的实施方案。在一些实施方案中，在该非限制性实施例中使用的微流体芯片和过滤膜基本上类似于图1A至3B中描绘的微流体芯片。因此，在一些实施方案中，当成熟红细胞通过具有允许成熟红细胞通过但不是胎儿有核红细胞的大小和/或形状的过滤孔时，可以捕获胎儿有核红细胞。

在一些实施方案中，过滤膜可以涂覆有选择性结合胎儿有核细胞的结合部分或亲和分子，例如胎儿有核红细胞。例如，可以使用特异性结合胎儿有核红细胞的抗体来包被过滤膜，从而保留胎儿有核红细胞，同时成熟红细胞通过过滤膜。

在一些实施方案中，在操作420施加到过滤膜的样品可以由不感兴趣的细胞（例如，有核的母体红细胞）支配（>50%）。在某些情况下，应用于过滤膜的样品的有核胎儿细胞，核胎儿细胞至少占样本中的全部细胞的2%、3%、4%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或95%。在一些实施方案中，本发明公开的微流体芯片的实施方案的使用已经除去来自样品的至少50%、60%、70%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、99.6%、99.7%、99.8%或99.9%的所有不需要的分析物（例如，母体细胞，例如血小板和白细胞，成熟的红细胞）。

在操作430“标记样品中的细胞”，可以在染色过程中用染料直接或间接标记细胞。可以使用荧光显微术中使用的任何荧光染料。例如，有核胎儿红细胞可以用指示细胞某些特征的染料直接或间接标记。在一些实施例中，操作430的标记过程可以在操作420之前，期间或之后执行。在一些实施方案中，可以使用染色DNA的染料，例如吖啶橙（AO），溴化乙锭，苏木精，尼罗蓝，Hoechst，番红花素或DAPI。在一些实施方案中，可以使用细胞类型特异性染料，例如，特异性标记胎儿细胞或非胎儿细胞的染料。细胞类型特异性染料可用于直接或间接标记细胞，例如，通过细胞类型特异性抗体。所涉及的标记策略可以顺序进行或同时进行。

可以使用多种荧光分子或染料中的任何一种来标记本发明提供的方法中的细胞，包括但不限于Alexa Fluor 350，AMCA，Alexa Fluor 488，异硫氰酸荧光素（FITC），GFP，RFP，YFP，BFP，CFSE，CFDA-SE，DyLight 288，SpectrumGreen，Alexa Fluor 532，罗丹明，罗丹明6G，Alexa Fluor 546，Cy3染料，四甲基罗丹明（TRITC），SpectrumOrange，Alexa Fluor555，Alexa Fluor 568，丽丝胺罗丹明B染料，Alexa Fluor 594，Texas Red染料，SpectrumRed，Alexa Fluor 647，Cy5染料，Alexa Fluor 660，Cy5.5染料，Alexa Fluor680，藻红蛋白（PE），碘化丙啶（PI），Peridinin叶绿素蛋白（PerCP），PE-Alexa Fluor 700，PE-Cy5（TRI-COLOR），PE-Alexa Fluor 750，PE-Cy7，APC，APC-Cy7，Draq-5，PacificOrange，Amine Aqua，Pacific Blue，Alexa Fluor 405，Alexa Fluor 430，Alexa Fluor500，Alexa Fluor 514，Alexa Fluor-555，Alexa fluor-568，Alexa Fluor-610，AlexaFluor-633，DyLight 405，DyLight 488，DyLight 549，DyLight 594，DyLight 633，DyLight649，DyLigh t 680，DyLight 750或DyLight 800。这种荧光分子或染料在被具有特别相应的光波长的光源照射或激发时可产生相应的光特征或光谱。因此，使用特定荧光分子或染料可产生存在于胎儿细胞上或胎儿细胞内的特定核酸，抗体或基于抗体的片段探针的指示物。

在一些实施方案中，胎儿生物标志物可用于在图4的操作430处标记一个或多个胎儿细胞。例如，这可以通过基于在胎儿发育期间差异表达的基因（例如，DYS1，DYZ，CD-71，MMP14）的相对表达来区分胎儿和母体细胞来进行。在本发明的一个实施方案中，检测一种或多种基因的转录物或蛋白质表达，包括MMP14，CD71，GPA，HLA-G，EGFR，CD36，CD34，HbF，HAE9，FB3-2，H3-3，促红细胞生成素受体，HBE，AFP，APOC3，SERPINC1，AMBP，CPB2，ITIH1，APOH，HPX，β-hCG，AHSG，APOB，J42-4-d，2,3-生物磷酸甘油酸酯（BPG），碳酸酐酶（CA），或胸苷激酶（TK）用于富集，纯化，计数，鉴定，检测或区分胎儿细胞。表达可包括从这些基因或蛋白质表达的转录物。在本发明的一个实施方案中，表达一种或多种基因，包括MMP14，CD71，GPA，HLA-G，EGFR，CD36，CD34，HbF，HAE 9，FB3-2，H3-3，促红细胞生成素受体，HBE，AFP。AHSG，J42-4-d，BPG，CA或TK用于鉴定，纯化，富集或计数胎儿有核细胞，例如胎儿有核红细胞。

在本发明的另一个实施方案中，称为滋养细胞的胎儿细胞是使用本发明所述的过滤器分离的目标细胞。可以标记对滋养细胞特异的生物标志物并用于区分胎儿滋养层细胞（在过滤器中捕获并且是感兴趣的物体）来自母体细胞（其也在过滤器中捕获但不是感兴趣的物体）。可用于标记，鉴定，检测或区分胎儿滋养层细胞的生物标志物包括但不限于细胞角蛋白5,6,7,8,10,13,14,18,19; CD147，CD47，CD105，CD141，CD9，HAI-1，CD133，HLA-G，人胎盘催乳素，PAI-1和IL-35。其他生物标志物不是胎儿滋养层细胞特异性但可用于标记，鉴定，检测或区分感兴趣的母体细胞中感兴趣的胎儿细胞，包括但不限于CD68，CD105，胎盘碱性磷酸酶（PLAP），NDOG，GB25，β-hCG和3B-羟基-5-烯类固醇脱氢酶。上述生物标记物列表提供了用于标记，鉴定，检测或区分胎儿细胞与母体细胞的合适生物标记物的实例，并且不旨在限制本发明所述的方法和装置，其可以捕获和鉴定任何感兴趣的细胞，无论感兴趣的细胞是否具有生物标记物，其用于从其他物体中区分过滤器中捕获的感兴趣的细胞，所述其他物体是从过滤膜中捕获但不是感兴趣的细胞。

在操作440“分离样品中感兴趣的细胞”，可以使用本发明参考图1A至3B描述的微流体芯片和过滤膜的实施方案分离感兴趣的细胞，例如胎儿细胞。分离感兴趣的细胞可包括将感兴趣的单个细胞定位在滤膜中的不同的，精确限定的位置，例如单个通孔。如上所述，当胎儿有核红细胞留在过滤器的单个通孔中时，每个胎儿有核红细胞可以与样品中的其他细胞（其他胎儿有核红细胞，非有核胎儿细胞，母体细胞等）分离。而其他不感兴趣的细胞（例如成熟的母体红细胞）穿过过滤膜的通孔并且不保留在过滤膜中。因此，隔离操作440可以与操作420同时执行。

在操作450中“在过滤膜中捕获的成像细胞”在操作420和/或操作440处在过滤器中捕获的细胞被成像用于下游的进一步分析和基因测试。在一些实施例中，在操作450处的成像还包括使用具有视场（FOV）的显微镜平台对过滤膜的多个过滤区域的每个过滤区域进行成像，所述视场与由如下叶片限定的单个过滤区域的尺寸相匹配。微流体芯片中的基板，如参考图1A，1B和2所述。

在一些实施方案中，细胞样品用荧光团标记或染色，所述荧光团是在光激发下可以重新发光的荧光化学化合物。细胞样品可以用多种荧光团标记或染色，每种荧光团设计成在光激发时发出特定颜色的光。显微镜平台的实施例包括照明源，其配置成用特定波长的光照射过滤器中的荧光染色细胞，所述特定波长的光被荧光团吸收，使得它们发射更长波长的光（即，与吸收的颜色不同的光）。可以基于用于荧光染色细胞样品的核染色和/或生物标记鉴定来选择特定波长。在一些实施方案中，显微镜平台还包括检测器或传感器，其配置成检测用于标记荧光染色细胞的荧光团的光谱发射特征。单个荧光团（颜色）的分布可以通过显微镜平台成像。可以使用几个单色图像来开发几种荧光团的多色图像。在一个实施方案中，显微镜平台配置成具有多个照射源或改变捕获细胞的照射以引起多种不同染料的荧光。

在操作460“去除不感兴趣的物体”，细胞和/或其他不感兴趣的物体在过滤膜中被捕获，但使用本发明所述的微流控芯片和滤膜的实施例（参照图3A和3B）选择性地和精确地从滤膜上去除不感兴趣的部分。在确认捕获的物体是在操作440或操作450中不感兴趣的物体的情况下，可以执行操作460以从其相应的通孔中破坏，分段或以其他方式移除捕获的物体。一旦移除了不感兴趣的物体，现在通孔被清除不需要的物体，从而允许在该通孔中捕获感兴趣的物体（例如，感兴趣的细胞）。例如，在操作440，将细胞定位在过滤膜中的不同的，精确限定的位置，例如单个通孔。如上所述，当胎儿有核红细胞保留在过滤膜的单个通孔中时，每个胎儿有核红细胞可以与样品中的其他细胞分离。然而，由于细胞形状或尺寸的变化或由制造缺陷导致的通孔的变化，过滤膜的一些通孔可以捕获不感兴趣的其他细胞（例如成熟的母体红细胞）。因此，一些通孔包含感兴趣的细胞，而一些通孔包含在操作440之后不感兴趣的细胞或其他物体。

在非限制性实施方案中，用于移除不感兴趣的物体的微流体芯片和过滤膜基本上类似于图3A和3B中所示的微流体芯片。通过选择性地和独立地在电极上施加电压差以选择性地吸引，排斥，破坏，破碎和/或以其他方式移除不感兴趣的物体，可以将电压施加到与每个通孔相关联的电极。如上所述，一些通孔可以包含不感兴趣的细胞（例如，成熟材料RBC或非胎儿有核RBC的其他物体），如操作430和/或450中所确定的。可以基于过滤膜内的通孔的位置容易地确定不感兴趣的每个物体的清晰且精确限定的位置。通过在电极上施加电压差，可以将电压偏置施加到这些特定的，识别的物体上。这将对位于与电极/通孔对相对应的通孔中的物体施加电压，允许对一个特定物体进行电气和/或物理操纵，而无需操纵被附近通孔捕获的其他物体（例如感兴趣的细胞）。

通过操纵和控制施加到电极/通孔对的电压，可以物理地改变位于通孔中的物体。在保留物体是不感兴趣的细胞的一些实施方案中，包含在通孔中的细胞被破碎或破碎成多个片。然后细胞碎片可以通过通孔，从而从滤膜上除去不感兴趣的细胞。在另一个实施例中，由于电压差而施加在细胞上的吸引力或排斥力可以将细胞拉出或推出通孔，从而从过滤膜上除去不需要的细胞。在又一个实施方案中，施加的电压差使细胞结构破坏到使细胞在通孔内裂解的程度。在每种情况下，可以操纵和控制施加到电极/通孔对的电压，以从过滤膜上去除和/或丢弃所识别的不需要的细胞。因此，微流控芯片中每个电极/通孔对的独特、精确定义的位置能够增强和自动操作、识别和移除不感兴趣的捕获物体，以及识别和移除感兴趣的细胞。虽然前面的描述是参考通过电压操纵不感兴趣的细胞进行的，但是应该理解，基于微流体芯片所针对的特定应用的需要，相同的过程可适用于感兴趣的细胞。上述与锥形通孔侧壁的流体动力捕获和保持效应以及电极对所需电池的电阻加热效应最小化相关的优点在这里适用。

在一个非限制性实施例中，可以在操作460期间移除物体（诸如不感兴趣的单元）之后重复操作410-450。以这种方式重复方法400或方法400中的某些操作可导致微流体芯片具有在微流体芯片的过滤膜中捕获大量目标细胞。因此，在操作460的每次迭代之后，在不感兴趣的物体被移除之后，通过在相同的微流体芯片上重复方法400或方法400的某些操作，可以获得具有最大感兴趣细胞密度的微流体芯片。

在可选操作470“收集确认的感兴趣细胞”，从过滤膜上除去被识别为感兴趣细胞的捕获物，用于遗传和/或诊断分析。例如，在操作470，接下来收获在操作450处被识别为感兴趣的细胞的细胞。在一些实施例中，微操纵器可用于在操作470期间从通孔收获和/或采集感兴趣的细胞。例如，显微操纵器可以包括针，该针被配置为采集捕获在过滤膜的每个单独通孔中的细胞。针尖和运动可以设计成不刺穿过滤膜。在每个通孔中插入和移除针可以在给定通孔的侧壁上施加向外的力，因此可以选择过滤膜的材料，尺寸和通孔密度以承受该力，使得过滤器膜不破裂或通孔不变形。在一些情况下，过滤膜的这些有利的机械性质允许使用者重复使用相同的过滤膜来处理单个样品，例如，通过在操作450之后并且在收获之前将额外部分的样品施加到过滤膜上。在操作470捕获感兴趣的细胞。在一些方面，在操作470中收获确认的感兴趣细胞仅在大量通孔保留确认的感兴趣细胞后进行。因此，除了操纵和移除不感兴趣的物体（例如细胞）之外，微流体芯片内的每个通孔的独特，精确限定的位置使得能够提取和/或操纵感兴趣的捕获细胞。

实施例1-制造具有电可控通孔的微流体芯片的方法

图5为制造具有如本发明所述的可电控通孔的微流体芯片的示例性过程500的流程图。图6A至22B示出了这种制造工艺500的相应阶段的示例性俯视示意图。图6A，7A，8A，9A，10A，11A，12A，13A，14A，15A，16A，17A，18A，19A，20A，21A和22A示出了具有大致环形电极的微流体芯片通常为椭圆形或椭圆形通孔，而图6B，7B，8B，9B，10B，11B，12B，13B，14B，15B，16B，17B，18B，19B，20B，21B和22B示出了微流体芯片具有菱形或菱形电极和通常为圆形的通孔。其他电极和通孔形状以及形状的组合也是可能的。图6A至22B是示意图，并未按比例绘制。本发明公开的特征和方面旨在是说明性的并且可以在尺寸上被夸大以更好地说明每个代表性附图中描述的实施例的特定方面。

虽然各个电极和通孔的形状和尺寸可以与图6A至22B中所示的非限制性示例不同，但是制造本发明所述的微流体芯片的实施例的方法涉及类似的特征。因此，下面参考图6A，7A，8A，9A，10A，11A，12A所示的具有环形电极和椭圆形通孔的微流体芯片，描述制造具有可电控通孔的微流体芯片的方法。但是应该理解，可以进行相同或基本相似的过程以开发具有不同形状和不同尺寸的微流体芯片，但是，可以进行相同或基本相似的过程。电极和通孔，例如图6B，7B，8B，9B，10B，11B，12B，13B，14B，15B，16B，17B，18B，19B，20B，21B和22B中所示的电极和通孔，或任何其它合适的电极和通孔组态。另外，图5流程图中所示的步骤优选地以所示顺序执行；然而，如本领域技术人员将理解的，它们也可以以其他顺序执行，并且可以进行各种取代和替换。在下面的讨论中，将进一步详细讨论一些可能的取代和替换。此外，虽然在以下对过程500的描述中省略，但是可以周期性地并且根据需要执行适当的清洁步骤以为后续处理步骤准备给定层和/或基于先前处理的步骤清洁层。

如本发明所用，术语“晶片”将用于描述不完整的微流体芯片，术语“微流体芯片”将用于描述完成的集成微流体芯片。例如，图6A至22B各自示出了制造集成微流体芯片的阶段的一个实施例，其中晶片600指的是过程500中的每个阶段。例如，图3A示出了使用过程500制造的完成的微流体芯片300a的一个实施例，其中图6A，7A，8A，9A，10A，11A，12A，13A，14A，15A，16A，17A，18A中的每一个都是图19A，20A，21A和22A表示制造过程的至少一个阶段，其以图3A的微流体芯片300a结束。

过程500开始于框501，其中提供基板602，如图6A所示。基板602可以由任何合适的材料形成，并且具有任何合适的尺寸以支撑稍后在过程500中形成的过滤膜。在一些情况下，基板602是硅晶片。硅晶片可以是市售的常规尺寸的晶片，其被加工以获得基板602的所需尺寸。例如，标准硅晶片可以减薄到具有大约400微米的厚度。可以基于微流体芯片所针对的特定应用的需要来选择基板602的厚度。在一些实施例中，基板602可以是固体或半固体基板，其可以是平面结构，即基本上平坦的或具有至少一个平坦表面。平面基板可以使用微加工领域中常见的固体基板制造，例如，基于二氧化硅的基板，例如玻璃，石英，硅或多晶硅，以及其他已知的基板，例如砷化镓，以确保优异的可制造性和反复增强目标尺寸。微加工技术，例如光刻技术，湿化学蚀刻，微机械加工（钻孔，铣削等），可以应用于制造本发明所述的微流体芯片的部分，例如基板。或者，聚合物基底材料可用于制造本发明的装置，包括例如聚二甲基硅氧烷（PDMS），聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），聚氨酯，聚氯乙烯（PVC），聚苯乙烯，聚砜，聚碳酸酯等。在这种聚合物材料的情况下，可以使用注塑或压花方法来形成基材。在这种情况下，可以使用任何上述材料和方法制造原始模具。组装好的微流控芯片可以用等离子体处理以改变所需后组装处的表面湿润能力，或者最好先处理后组装。

在形成电极的情况下，工艺500继续进行子工艺502。例如，框502表示电极的形成，该电极基本上类似于参考图3A描述的第二电极350a。在框502中形成电极，在框503处开始，在基板602上沉积导电层603，如图7A所示。导电层603可以由具有所追求的电特性的任何合适的材料形成。示例性导电材料包括金，铂，氧化铟锡，氮化钛等。可以使用诸如物理气相沉积（PVD，例如，溅射），等离子体增强化学气相沉积（PECVD），热化学气相沉积（热CVD），电子束蒸发或沉积技术的沉积技术来执行导电材料的沉积。将所选导电材料的薄层旋涂到基板602上。

子过程502继续到模块504，其在光刻胶层606中限定电极图案608a。光刻胶层606可以沉积在导电层603上，如图8A所示，并且使用常规光刻技术（例如但不限于硬掩模，光致抗蚀剂，曝光，显影和其他合适的技术）图案化。在使用光致抗蚀剂在导电层603中限定电极图案608a的一个示例实施例中，通过PVD，PECVD，热CVD或旋涂将光致抗蚀剂层606沉积到导电层603上。接下来，在光致抗蚀剂层606上施加限定电极图案608a的掩模（未示出）。在一个实施例中，施加到光致抗蚀剂层606的掩模是环形电极的负像，使得预期的环形电极图案608a被负掩模覆盖。在另一实施例中，掩模是菱形电极图案608b的负像（图9B中示出）。其他配置也是可能的。在又一个实施例中，电极导电线图案607也可在应用于光致抗蚀剂层606的掩模中形成图案。

施加到光致抗蚀剂606的掩模被配置为允许曝光意图去除的光致抗蚀剂层的区域，从而将光致抗蚀剂层的材料留在电极图案608a（和电极导线图案607，如果适用的话）上。然后将晶片600暴露于光，这引起化学变化，使得通过显影步骤去除光致抗蚀剂层606的暴露区域。通过将显影溶液施加到微流体芯片的表面来执行显影步骤，该溶液被配置为去除光致抗蚀剂层606的暴露区域。得到的晶片600在图9A和9B中示出，其中光致抗蚀剂层606在导电层603上限定电极图案608a。在另一个非限制性实施方案中，可以使用剥离技术进行电极结构的图案化。

子过程502继续到模块505形成电极604a。在一些实施例中，模块505包括用于电通信和选择性控制的导线607的形成，如上所述。通过蚀刻掉或去除不会形成成品电极604a的一部分的导电层603的部分来执行电极604a的形成，其中这些部分被定义为未被光致抗蚀剂层606覆盖的区域。蚀刻可以通过多种方法进行，包括例如化学，物理，等离子或湿法蚀刻工艺，其中蚀刻去除导电层603的未受剩余光致抗蚀剂层606保护的区域。在该步骤中，基板602可以用作蚀刻停止，由此当蚀刻工艺到达基板602时停止蚀刻工艺。所得到的晶片600在图10A和10B中示出，其中电极604a保持被光致抗蚀剂层606覆盖（图案化成电极图案608a），并且基板层602暴露在别处。

子过程502继续到模块506，去除限定电极图案608a的光致抗蚀剂层606，以暴露电极604a。在模块505中蚀刻之后，电极604a包括导电层603留下的剩余材料。在一些实施例中，在模块506中去除光致抗蚀剂层606的剩余部分是通过应用液体抗蚀剂去除来执行的，其中光致抗蚀剂层606被改变使得其可以容易地从剩余的导电层603移除。在另一个实施例中，可以通过灰化去除光致抗蚀剂层606。一旦去除了光致抗蚀剂层606的剩余部分，就完成了由所选导电材料形成的电极604a，如图11A和11B所示。

图11A和11B描绘了设置在基板602上的两个示例性电极形状（例如，环形电极604a和菱形电极604b）。成品电极604a和604b包括合适的导电材料并由导电层602形成。形成电极604a和604b的过程可以代表用于形成第二电极350a和/或350b的过程，如参考图3A和3B所述。此外，导电线605（在概念上示为从每个电极604a和604b引出的线和箭头）也在相同的处理步骤中由导电层603中的相同或类似的导电材料形成。在一些实施例中，包括下面参考图26至28B描述的进一步处理步骤以形成电连接（未示出），该电连接被配置为将电流施加到导电线605以控制每个单独电极604a和/或604b，如上参考图4的框460所述。

过程500接下来移动到子过程510，其中制造具有通孔的过滤膜。在一些实施例中，过滤膜和通孔基本上类似于本发明中参考图1A至图4描述的那些。例如，在子过程510期间形成的过滤膜可以基本上类似于过滤膜220，过滤膜220具有在过滤膜220的第一侧212和第二相对侧214之间延伸的通孔205。在另一个实例中，在子过程510期间形成的过滤膜可以基本上类似于过滤膜320a，过滤膜320a具有在过滤膜320a的第一侧312和第二侧314之间延伸的通孔305a。再一个例子，在子过程510期间形成的过滤膜可以基本上类似于过滤膜320b，过滤膜320b具有在过滤膜320b的第一侧312和第二侧314之间延伸的通孔305b。其他配置也是可能的。

子过程510在模块511开始沉积过滤膜层610，如图12A和12B所示。过滤膜层610可以形成过滤膜的全部或一部分，该过滤膜基本上类似于参考图1A，1B描述的过滤膜120，参考图2描述的过滤膜220，过滤膜320a，其描述为参考图3A，参考图3B描述的过滤膜320b，或如本发明所述的另一种过滤膜。

过滤膜层610可以包括任何合适的介电材料，其为预期的细胞捕获应用提供合适的透明度，强度和其他物理性质，如上面参考图1A和1B更详细地描述的。过滤膜层610应具有最小的应力特性，以承受在样品流体流动和/或通孔或其内容物的物理操纵期间施加的机械力。在从外部光源激发时，过滤膜层610还应在可见光范围内（例如，约400nm至约700nm的波长）显示出最小的荧光。过滤膜层610可以由氮氧化硅形成，例如但不限于SiON或SiO₂。但是，其他材料也是可能的。光学和荧光性质可以根据细胞分离和过滤过程的特定系统，染料，分析或操作要求而变化。此外，可以选择用于形成过滤膜层610的材料（例如，但不限于硅或碳/聚合物基膜）以满足可能由系统施加的流动要求和压力波动。此外，所选择的材料可以表现出合适的润湿性质，使得它是所制造的微流体芯片的特定应用所需的亲水性或疏水性。以上参考图1描述了根据本发明公开的至少一个实施例的这些特征的具体要求。

一旦为过滤膜层610选择合适的材料，可以使用诸如物理气相沉积（PVD）的沉积技术来执行材料的沉积，例如，溅射，等离子增强化学气相沉积，热化学气相沉积，电子束蒸发或旋转涂布。过滤膜层610可以形成为具有用于微流体芯片的特定应用的任何合适的厚度。在一些实施例中，过滤膜层610具有沿过滤膜层610的z轴测量的大于或等于5微米的厚度。在一个非限制性示例中，过滤膜层610具有沿过滤膜层610的z轴测量的约20微米的厚度。在一个非限制性示例中，过滤膜层610具有大约的厚度。滤膜层610的精确厚度可根据所制造的微流控芯片的特殊应用所需的特性确定。

子过程510继续到模块512，其中光致抗蚀剂层611可以沉积在过滤膜层610上，如图13A和13B所示，并且使用常规光刻技术（例如但不限于硬掩模，光刻胶，曝光，显影和其他合适的技术）。在使用光致抗蚀剂限定滤膜层610中的通孔615a的一个示例实施例中，通过物理气相沉积法，等离子体增强化学气相淀积，热化学气相沉积或旋涂将光致抗蚀剂层611沉积到过滤膜层610上。

子过程510继续到模块513，其中在光致抗蚀剂层611中限定通孔，如图14A和14B所示。掩模层（未示出）可以沉积在光致抗蚀剂层611上并通过如上结合模块504所述的光刻技术图案化，以在光致抗蚀剂层611中限定通孔图案612a。然后，通过在光致抗蚀剂层611中曝光和显影由掩模曝光的光致抗蚀剂材料，在光致抗蚀剂层611中限定并形成通孔图案612a和612b。在框513处形成并且在图14A和14B中示出的通孔图案仅延伸穿过光致抗蚀剂层611，并且不延伸穿过滤膜层610。因此，如图14A和14B所示，通过形成在光致抗蚀剂层611中的通孔图案612a和612b可以看到过滤膜层610。通孔图案612a和612b限定了要在微流体芯片的过滤膜中形成的多个通孔的最终形状和尺寸。因此，尽管在图14A中描绘了大致椭圆形的通孔图案612a，并且在图14B中描绘了大致圆形的通孔图案612b，但是具有其他形状的通孔图案是可能的（例如，矩形，正方形等），如上所述。参考图1A至图4。

子过程510继续到模块514，其中通孔615a和615b形成在过滤膜层610中，如图15A和15B所示。通过蚀刻掉或去除过滤膜层610的与光致抗蚀剂层611中的通孔图案612a和612b对应的部分来形成通孔615a和615b。具体地，在模块514中去除的过滤膜层610的部分是在框513的显影阶段期间当光致抗蚀剂层611的部分被去除时曝光的过滤膜层610的部分。蚀刻可以通过多种方法完成，包括但不限于化学，物理，等离子体或湿法蚀刻工艺，其中蚀刻去除过滤膜层610的未被光致抗蚀剂层611的部分蚀刻保护的区域。保留在过滤膜层610上方。在模块514中，基板602可以用作蚀刻停止，由此当蚀刻工艺到达基板602时停止蚀刻工艺。在模块514处的蚀刻步骤之后，在过滤膜层610中限定具有用于特定过滤应用的期望尺寸和形状的通孔615a和615b。因此，如图15A和15B所示，通过形成在过滤膜层610中的通孔615a和615b可以看到基板602。另外，参考图15A实施例，上述过程导致以规则重复图案布置的多个通孔615a，其中每个通孔615a位于不同的，精确限定的x，y过滤膜层610的位置。类似地，参考图15B的实施例，上述过程导致以规则重复图案布置的多个通孔615b，其中每个通孔615b位于过滤膜层610不同的，精确限定的x，y位置处。

子过程510继续到模块515，去除光致抗蚀剂层610。以与在模块506中执行的基本相同的方式去除光致抗蚀剂层610。如图16A和16B所示，一旦去除了光致抗蚀剂层610，就显露出过滤材料层610，其包括在过滤膜层610的第一表面和过滤膜层610的第二表面之间延伸的通孔615a或615b。过滤膜层610和形成在过滤膜层610中的通孔615a或615b的组合代表过滤膜的一个实施方案或过滤膜的一部分，如上文参考图1A至图4所述。

图16A和16B还描绘了可通过光学透明过滤膜层610看到的电极604a和604b以及导电线605。通过在上述处理步骤期间的精确处理和对准，通孔615a和615b可以与电极604a和604b精确对准。在图16A所示的示例性实施方式中，精确对准导致位于一个环形电极604a的中心上方的单个通孔615a。在图16B所示的示例实施方式中，精确对准导致位于两个菱形电极604b之间的单个通孔615b。这种精确对准允许基于它们在过滤膜层610内的不同的，精确限定的位置精确地识别单个电极/通孔对（其形成过滤膜或如本发明所述的过滤膜的一部分，包括但不限于过滤上面参照图1A至4）描述的膜。通过相对于其对应的通孔精确地对准和定位电极，电极/通孔对能够精确且独立地控制施加到每个通孔的电压及其中的任何内容，如上面参考图3A至图4所述。

一旦通孔615a形成在过滤膜层610中，过程500继续进行子过程520，其中形成电极640a，其可以在功能上类似于参照图3A描述的第一电极340a。子过程520的步骤基本上类似于子过程502的步骤，然而，导电材料层620沉积在过滤膜层610上而不是基板602上。此外，电极640a或640b的特征，材料和性质可以与电极604a或604b的特征，材料和性质基本相似。子过程520在模块521处开始，其中导电材料层620沉积在过滤膜层610上，如图17A和17B所示。导电材料层620的沉积基本上类似于模块503的沉积步骤。子过程520继续到模块522，其中光致抗蚀剂层631沉积在导电材料层620上，如图17A所示。光致抗蚀剂层631的沉积可以以与上面参考光致抗蚀剂层611描述的基本类似的方式执行。

子过程520继续到模块523，其中使用光刻技术将光致抗蚀剂层631图案化，如上所述，以限定电极图案630a，电极图案630b和导电线635。图18A说明一个实例布置，其中导电材料层620沉积在过滤材料层610的表面上且包括在导电材料层620顶部上的光致抗蚀剂层631中图案化的电极图案630a。图18B说明另一实例布置，其中导电材料层620沉积在过滤材料层610的表面上且包括在导电材料层620顶部上的光致抗蚀剂层631中图案化的电极图案630b。

子过程520继续到模块524，通过蚀刻过程形成电极640a和640b，该过程基本上类似于模块505的形成步骤。在一些实施例中，可以在适当时使用剥离技术代替蚀刻技术。在一些实施例中，导电线645在相同的处理步骤中形成。蚀刻工艺可以被配置为蚀刻整个暴露的导电材料层620。在一些实施例中，过滤膜层610可以用作蚀刻停止层。在一些实施例中，可以包括下面参考图26至28B描述的进一步处理步骤以形成电连接（未示出），该电连接被配置为向导电线645施加电压以独立地控制各个电极640a，640b。如上面参考图4的模块460所述。在形成电极640a，640b时，子过程520继续到模块525，去除光致抗蚀剂层631。可以以与模块506中基本相似的方式执行去除光致抗蚀剂层631，从而揭示下面的电极640a，640b，如图19A和19B所示。

图19A至19B各自示出了根据过程500直到模块525制造的晶片600。图19A和19B显示了加工晶圆600至工艺500的模块525的俯视图。图20A示出了图19A中所示的处理晶片600的局部横截面侧视图，图20B示出了图19B中所示的处理晶片600的局部横截面侧视图。图19A和20A中所示的晶片600与图19B和20B中所示的晶片600基本相同，然而，通孔615a和615b具有不同的尺寸和取向，电极640a和604a的形状和配置与电极640b和604b不同。出于说明图19A和20A以及图19B和20B中所示的晶片600的共同特征的目的，以下描述将参考图19A和20A说明晶片600的某些特征，但是可以理解，图19A和20A中所描述的晶圆600的所述方面也适用于图19B和20B中所描述的晶圆600。

如图所示，在制造工艺500的这一点上，晶圆600包括基板602，其上设置有过滤膜675。过滤膜675包括过滤膜层610，过滤膜层610具有由步骤511至514形成的通孔615a，其中通孔615a在过滤膜层610的第一表面690和过滤材料层610的第二相对表面691之间延伸。过滤膜675还包括两个电极604a和两个电极640a，它们与两个相应的通孔615a精确对准。电极604a设置在基板602和过滤膜层610的第二表面691之间，而电极640a设置在过滤膜层610的第一表面690上。此外，电极604a和640a分别电连接到导电线605和645（在适用的情况下），用于向相应的电极施加电流或电压。以这种方式，根据本发明所述的实施例，可以基于过滤膜675中的每个通孔的不同且精确限定的位置独立地且单独地控制与单个通孔615a相关联的两个电极604a和640a之间的电压。

一旦形成电极640a和640b并且去除光致抗蚀剂层631，过程500继续进行子过程540，其中叶片670形成在基板602中。叶片670可以基本上类似于上面参考图1A至3B描述的叶片130,230和330。图22A和22B示出了晶片600的俯视图，描绘了完整的微流体芯片，其中叶片670在过滤膜675中限定了过滤区域680，该过滤区域通常是具有圆形边缘的正方形。由叶片670限定在过滤膜675中的过滤区域680可以基本上类似于如上参照图1A至图2所述的过滤区域125和/或225。其他配置也是可能的，例如叶片限定了没有圆形边缘的方形过滤区域（例如，如图2所示）或六边形过滤区域（例如，如图1A和1B所示）。在一个实施例中，子过程540从过滤材料层610的第二表面691开始执行。这可以基于第一表面690到第二表面691对齐来完成，其中保护层650设置在过滤材料层610的第一表面690上以保护其上的特征，其从过滤材料层610的第二表面691开始执行子工艺540。

子工艺540于模块541，从图21A和21B所示的保护层650的沉积。图21A和21B所示为相对于图20A和20B所示的晶圆600翻转180度的晶圆600的部分横截面侧视图。因此，例如，在图21A的顶部附近示出的晶片600中的过滤膜675的第一表面690在图21A的底部附近示出。保护层650可以是任何合适的材料，其功能是保护电极640a、640b和过滤膜675的第一表面690。保护层650还配置为在随后的处理步骤中容易地去除，而不改变或影响电极640a、640b或过滤膜675。

子工艺540继续到模块542，其中使用光刻技术（如上所述）对光致抗蚀剂层660进行图案化以定义叶片670。然后，子过程540移动到模块543，其中通过蚀刻未图案化的基板602来形成叶片670。去除未图案化的基板602的蚀刻技术可以类似于在电极604a或640a的形成中和/或在形成通孔615a中使用的蚀刻技术。在一些实施例中，使用等离子体干法蚀刻。在其他实施例中，湿蚀刻化学与硬掩模一起使用以去除未图案化的基板602的部分。例如，可以使用SiN硬掩模，并且可以使用氢氧化钾（KOH）和异丙醇（IPA）混合物作为湿蚀刻剂。在形成叶片670时，子过程540继续到模块544，去除光致抗蚀剂层660。可以以与框506中基本相似的方式执行去除光致抗蚀剂层660。

在去除光致抗蚀剂层660之后，子过程540继续到模块545，去除保护层650。可以从晶片600的最靠近第一表面690的一侧（对应于图21A和21B的底部处的晶片600的侧面）执行保护层650的移除。保护层650可以由可蚀刻材料（例如光致抗蚀剂，聚酰亚胺，其他聚合物材料，除了载体晶片或与功能晶片结合的另一基板，具有中间和可去除的粘合剂层，例如Crystal Bond蜡）形成。可以通过干式化学蚀刻除去，例如通过将保护层650暴露于气态或蒸汽蚀刻剂（例如衍生自氧等离子体或下游氧等离子体的蒸汽）一段时间，该时间段有效地去除所需量的材料。在粘合的基底的情况下，施加的热量可以释放粘合的晶片，并且可以应用典型的氧等离子体或表面清洁来清洁表面并去除任何残留物质。也可以使用其他蚀刻方法，例如湿法蚀刻和/或等离子体蚀刻。在去除保护层650之后，晶片600的最靠近第一表面690的一侧（对应于图21A和21B的底部处的晶片600的侧面）被适当地清洁以去除可能影响的任何残余材料。完成的微流体芯片的流体流动，光学，电学或机械特性。

一旦形成叶片670，过程500继续到模块550，将晶片600切割成单独完成的微流体芯片。晶片切割可以使用各种技术来完成，包括但不限于激光切割或使用锯片的机械锯切。在一些实施例中，使用隐形切割来完成切割，隐形切割是基于激光的切割技术，其中通过沿预定切割线扫描激光束将缺陷引入晶片，然后扩展下面的载体（未示出）诱导晶片破裂和分离成单独的微流体芯片。隐形切割可以优选地允许晶片表面保持清洁并且最小化由于在切割工艺期间可能施加的振动对微流体芯片的损坏。然后可以使用合适的包装技术包装各个微流体芯片以保护微流体芯片。

在图3A和3B中示出了具有与根据过程500制造的过滤膜中的通孔对准的电极的示例性完成的微流体芯片。通过过程500制造的微流体芯片的特征和功能基本上类似于贯穿本发明描述的微流体芯片的特征和功能，包括但不限于参考图1A至图4描述的微流体芯片。

实施例2-制造具有电可控通孔的微流体芯片的方法

图23示出了具有过滤膜2205的示例性微流体芯片2200的俯视图，过滤膜2205包括具有可电控通孔2215的过滤材料层2210。图23是示意图，并未按比例绘制。在该非限制性示例中，微流体芯片2200类似于具有支撑层和具有可电控通孔的过滤层的微流体芯片300a和/或300b，然而，该非限制性实施例中的通孔2215具有椭圆形或卵形的并且微流控芯片2200包括多个电极/通孔对。每个电极/通孔对包括通孔2215，第一电极2204a和第二电极2204b。在该示例性实施方式中的每个电极/通孔对中，电极2204a和2204b设置在过滤膜2205的同一侧（与参考图3A至22B描述的示例性实施方式相反，其中每个电极/通过孔对包括设置在过滤膜一侧的第一电极和设置在过滤膜的第二相对侧的第二电极）。电极2204a和2204b相对于通孔2215定位，以允许物体（例如电池）通过分隔电极2204a和2204b的孔或开口进入通孔2215。因此，在该实施例中，电极2204a和2204b设置在过滤膜层2210的同一单个表面上。不受任何特定理论的束缚，可以理解，将与单个通孔相关联的所有电极定位在通孔的同一侧（布置在通孔通过的滤膜的同一单个表面上），从而产生一种微流控芯片，该芯片特别适合于溶解、破坏或粉碎在通孔。

图24是说明制造具有可电控通孔的微流体芯片的一个示例性过程2400的流程图，所述通孔基本上类似于参照图3A至图22B描述的电极/通孔对。图25A至25I示出了制造工艺2400的各阶段的沿图23的线A-A截取的示例性局部横截面侧视图。图25A至25I是示意图，并未按比例绘制。这里公开的特征和方面旨在是说明性的并且可以在尺寸上被放大以更好地说明实施例的特定方面。

虽然各个电极和通孔的形状和尺寸可以不同于图3A至图22B中所示的非限制性示例，但是本发明描述的制造微流体芯片的实施例的方法涉及类似的特征。因此，下面参考具有多个电极/通孔对的微流体芯片描述制造具有可电控通孔的微流体芯片的方法，每个电极/通孔对包括具有半圆形状的两个电极和如参照图23所述的椭圆形通孔，但应理解，可以进行相同或基本相似的工艺以开发具有不同形状和不同尺寸的电极和通孔的微流体芯片。另外，图24流程图中所示的步骤优选地以所示顺序执行；然而，如本领域技术人员将理解的，它们也可以以其他顺序执行，并且可以进行各种取代和替换。在下面的讨论中，将进一步详细讨论一些可能的取代和替换。此外，虽然在以下过程2400的描述中省略，但是可以周期性地并且根据需要执行适当的清洁步骤以为后续处理步骤准备给定层和/或基于先前处理的步骤清洁层。

如本发明所用，术语“晶片”将用于描述不完整的微流体芯片，术语“微流体芯片”将用于描述完成的集成微流体芯片。例如，图25A至25I各自示出了制造集成微流体芯片220的阶段的一个实施例，其中晶片2500指的是过程2400中的每个阶段。例如，图23示出了使用过程2400制造的完成的微流体芯片2200的一个实施例，其中图25A至25I中的每一个代表制造过程的至少一个阶段，其以图23的微流体芯片2200结束。

过程2400开始于模块2401，其中提供基板2202，如图25A所示。基板2202可以由任何合适的材料形成，并且具有任何合适的尺寸以支撑稍后在过程2400中形成的过滤膜。基板2202可以与参考图5至22B所述的基板602基本相似。在一些情况下，基板2202是硅晶片。可以基于微流体芯片所针对的特定应用的需要来选择基板2202的厚度。基板2202可以使用微制造技术制造，该微制造技术基本上类似于参考图5的框501描述的那些。

过程2400继续到模块2402，过滤膜层2210沉积在基板220的表面上。过滤膜层2210可基本上类似于参照图5至22B描述的过滤膜层610。例如，过滤膜层2210可以包括任何合适的介电材料，其为预期的细胞捕获应用提供合适的透明度，强度和其他物理性质，如上面参考图1A和1B更详细地描述的。以上参考图1A和1B描述了根据本发明公开的至少一个实施方案的这些性质的具体要求。

一旦为过滤膜层2210选择合适的材料，就可以以与参照图5的模块511所述的基本相似的方式进行材料的沉积。例如，可以使用诸如物理气相沉积，等离子体增强化学气相淀积，热化学气相沉积，电子束蒸发或旋涂的沉积技术来形成过滤膜层2210。过滤膜层2210可以形成为具有用于微流体芯片的特定应用的任何合适的厚度。过滤膜层2210包括第一表面2212和第二相对表面2214。

然后，过程2400移动到模块2403，其中导电材料层2203沉积在过滤膜层2210的第一表面2212上，如图25A所示。导电材料层2203的沉积基本上类似于参考图5的模块503描述的导电层503的沉积。导电材料层2203可以由具有所追求的电特性的任何合适的材料形成。示例性导电材料包括金，铂，氧化铟锡，氮化钛等。可以使用如上所述的沉积技术进行导电材料的沉积。

然后，过程2400移动到模块2404，其中第一光致抗蚀剂层2211沉积在导电材料层2203上，如图25A所示。第一光致抗蚀剂层2211的沉积可以以与上面参考图8A和8B的光致抗蚀剂层606所述的基本类似的方式执行。在一个示例实施例中，第一光致抗蚀剂层2211被配置为在导电材料层2203中限定电极图案2204a和2204b。在沉积第一光致抗蚀剂层2211之后，在第一光致抗蚀剂层2211上施加限定电极图案2220的掩模（未示出）。在一个实施例中，施加到光致抗蚀剂层2211的掩模是半圆形电极2204a，2204b的负极，使对应于半圆形电极2204a、2204b的部分的电极图案2220的部分被负像掩模覆盖。其他配置也是可能的。

然后，过程2400移动到模块2405，其中在第一光致抗蚀剂层2211中形成电极图案2220。施加到第一光刻胶2211的掩模被配置为允许第一光刻胶层2211的要被去除的区域的曝光，从而留下第一光刻胶层2211的材料形成电极图案2220。然后将晶片2500曝光，这引起化学变化，使得通过显影步骤去除第一光刻胶层2211的曝光区域。通过将显影溶液施加到微流体芯片的表面来执行显影步骤，该溶液被配置为去除第一光刻胶层2211的暴露区域。得到的晶片2500在图25B中示出，其中剩余的第一光致抗蚀剂层2211限定电极图案2220。在另一个非限制性实施方案中，可以使用剥离技术进行电极结构的图案化。

过程2400继续到模块2406，第二光致抗蚀剂层2225沉积在电极图案2220和导电材料层2203上，如图25C所示。第二光致抗蚀剂层2225的沉积可以以与上面参考第一光致抗蚀剂层2211所述的基本类似的方式执行。然而，第二光致抗蚀剂层2225被配置为通过在光致抗蚀剂层2225中限定通孔图案2230而在过滤膜层2210中限定通孔2215。在沉积第二光刻胶层2225之后，在第二光刻胶层2225上施加限定通孔图案2230的掩模（未示出）。在一个实施例中，施加到第二光致抗蚀剂层2225的掩模是通孔的负像，使得将对应于通孔2215的通孔图案2230的部分被负像掩模覆盖。其他配置也是可能的。

然后，过程2400移动到模块2407，在第二光致抗蚀剂层2225中形成通孔图案2230。在第二光刻胶中形成通孔图案2230的工艺基本上类似于第一光刻胶2211中的电极图案的形成（例如，曝光掩模光刻胶层并执行显影步骤以去除掩模）。得到的晶片2500在图25D中示出，其中剩余的第二光致抗蚀剂层2225限定通孔图案2230。

然后，过程2400移动到模块2408，形成通孔2215。通过蚀刻掉或去除晶片的部分来完成通孔2215的形成，晶片的部分被限定为未被第二光刻胶层2225覆盖的区域。在这方面，导电层2203的不形成成品电极2204a或2204b的一部分的部分也被蚀刻掉或去除。然后，蚀刻掉滤光膜层2210的与通孔图案2230对应的部分。具体地，在模块2408中去除的过滤膜层2210的部分是在模块2407的显影阶段期间当光致抗蚀剂层2225的部分被去除时暴露的过滤膜层2210的部分，如图25E所示。在模块2408中，基板2202可以用作蚀刻停止，由此当蚀刻工艺到达基板2202时停止蚀刻工艺。在一些实施例中，允许蚀刻到基板2202中（例如，过蚀刻），因为与通孔2215对准的基板2202的部分是牺牲的并且可以在随后的处理步骤中被去除。在模块2408处的蚀刻步骤之后，在过滤膜层2210中限定具有用于特定过滤应用的期望尺寸和形状的通孔2215。因此，如图25E所示，通过形成在过滤膜层2210中的通孔2215可以看到基板2202。另外，上述过程导致以规则重复图案布置的多个通孔2215，其中每个通孔2215位于过滤膜层2210中的不同的，精确限定的x，y位置。所得到的晶片2200在图25E中示出，其中通孔2215形成在滤膜2210中，并且电极图案2220保持被形成在第二光致抗蚀剂层2225中的通孔图案2230覆盖。

过程2400继续到模块2409，去除第二光致抗蚀剂层2225，以暴露电极图案2220，如图25F所示。在一些实施例中，在模块2409中移除第二光刻胶层2225的剩余部分是通过应用液体抗蚀剂去除来执行的，其中第二光刻胶层2225被改变使得其可以容易地被移除而剩余的第一光刻胶层2211定义电极图案2220保持不变。在另一个实施例中，可以通过灰化去除第二光刻胶层2225。一旦去除了第二光刻胶层2225的剩余部分，限定电极图案2220的第一光刻胶层2211保持不变，以用于随后的处理和电极2204a和2204b的形成。

过程2400继续到模块2410，形成电极2204a和2204b。电极2204a和2204b的形成通过蚀刻掉或去除将不形成成品电极2204a和2204b的一部分的导电材料层2203的部分来执行，其中这些部分被定义为保持未被第一光致抗蚀剂层2211覆盖的区域。蚀刻可以以与在模块2408中执行的蚀刻基本相似的方式执行，其中蚀刻去除未被保留的第一光致抗蚀剂层2211保护的导电材料层2203的区域。在该步骤中，过滤膜层2210可以用作蚀刻停止，由此当蚀刻过程到达过滤膜层2210时停止蚀刻过程。得到的晶片2500在图25G中示出，其中电极2204a和2204b保持被第一光致抗蚀剂层2211覆盖（图案化成电极图案2220）。应注意，蚀刻步骤可蚀刻到在通孔2215中暴露的基板2202的已经在模块2409中处理的部分中，然而，基板2202的这些部分是牺牲的，并且基板2202的过蚀刻是允许的。在过程2400的这个阶段，过滤膜2205包括多个通孔2215，每个通孔2215与一对电极，电极2204a和2204b相关联，设置在通孔2215的同一单侧并且被配置为电气在对电极2204a，2204b施加电压时控制通孔2215。

过程2400继续到模块2411，去除限定电极图案2220的第一光致抗蚀剂层2211，以暴露电极2204a和2204b。在模块2410中蚀刻之后，电极2204a和2204b包括导电材料层2203留下的剩余材料。在一些实施例中，在模块2411中以与基板2409中的第二光刻胶层2225的移除基本类似的方式执行移除模块2411中的第一光刻胶层2211的剩余部分，其中第一光刻胶层2211被改变使得其可以容易地从剩余的导电材料层2203中移除。一旦去除了第一光刻胶层2211的剩余部分，就完成了由所选导电材料形成的电极2204a和2204b，如图25H所示。

图25H和23描绘了设置在过滤膜层2210的同一单侧上以形成过滤膜2205的示例性电极形状（例如，半圆形电极2204a和2204b）。成品电极2204a和2204b包括合适的导电材料并由导电材料层2203形成。在一些实施例中，包括下面参照图26至28B描述的进一步处理步骤以形成电连接（未示出），该电连接被配置为施加电流以控制每个单独电极2204a和2204b，如上文参考图4中模块460所述。

通过在上述处理步骤期间的精确处理和对准，多个通孔2215的每个通孔2215与一对电极，电极2204a和2204b精确对准。在图25A至25I所示的示例实施方式中，精确对准导致与一对并排电极2204a和2204b相关联的单个通孔2215。这种精确对准允许基于它们在过滤膜层2210内的不同的，精确限定的位置精确地识别单个电极/通孔对（其形成如本发明所述的过滤膜或过滤膜的一部分，包括但不限于过滤上面参照图1A至22B描述的膜）。通过相对于其相应的通孔精确地对准和定位每个电极，电极/通孔对能够精确且独立地控制施加到每个通孔的电压及其中的任何内容，如上面参考图3A至4所述。

一旦形成电极2204a或2204b并且移除第一光致抗蚀剂层2211，过程2400继续到模块2412，其中制造叶片2270。叶片2270可以基本上类似于上面参考图1至3B和21A至22B描述的叶片130,230,330和670。由叶片2270限定在过滤膜2205中的过滤区域2280可以基本上类似于过滤区域125和/或225和/或680，如上面参考图1A，1B，2,22A和22B所述。其他配置也是可能的，例如限定没有圆形边缘的方形过滤区域的叶片（例如，如图2所示）或六边形过滤区域（例如，如图1A和1B所示）。

用于制造叶片2270的模块2412处的过程基本上类似于子过程540。在一个实施例中，从过滤膜层2210的第二表面2214开始执行模块2412。这可以基于第一表面2212到第二表面2214对准来实现，其中保护层（未示出）设置在过滤膜层2210的第一表面2212上以保护其上的特征。如在图5的子过程540中，模块2412开始于沉积任何合适材料的保护层，该保护层用于保护电极2204a和2204b以及过滤膜层2210的第一表面2212。如图5的子过程540中所述，沉积并图案化光致抗蚀剂层（未示出），以限定叶片2270。然后通过蚀刻未图案化的基板2202形成叶片2270。然后以与块544中基本类似的方式去除光致抗蚀剂。还以基本类似于图5的模块545的方式去除保护层。在去除保护层之后，适当地清洁对应于过滤膜层2210的第一侧2212的晶片2500的侧面以去除可能影响完成的微流体芯片的流体流动，光学，电学或机械特性的任何残余材料。

一旦形成叶片2270，过程2400任选地继续到模块2413，将晶片2500切割成单独的完整微流体芯片。然后可以使用合适的包装技术包装各个微流体芯片以保护微流体芯片。

在图23中示出了具有与根据过程2400制造的过滤膜中的通孔对准的电极的示例性完成的微流体芯片。通过过程2400制造的微流体芯片的特征和功能基本上类似于贯穿本发明描述的微流体芯片的特征和功能，包括但不限于参考图1A至图4和图5至图22B描述的微流体芯片。

实施例3-制造具有电可控通孔的微流体芯片的方法

图26是说明制造具有可电控通孔的微流体芯片的一个示例性过程2600的流程图，所述通孔基本上类似于参考图3A，3B，20A，20B和23描述的电极/通孔对。图27A至27K示出了制造工艺2600的相应阶段的示例性局部横截面侧视图图示。图27A至27K是示意图，并未按比例绘制。本发明公开的特征和方面旨在是说明性的并且可以在尺寸上被夸大以更好地说明每个代表性附图中描述的实施例的特定方面。

虽然各个电极和通孔的形状和尺寸可以与图26至27K中所示的非限制性示例不同，但是制造本发明所述的微流体芯片的实施例的方法涉及类似的特征。因此，下面参考图26至27K所述的具有电极线和圆形通孔的微流体芯片制造具有可电控通孔的微流体芯片的方法，但是应该理解为相同或者可以进行基本相似的过程以开发具有不同形状和不同尺寸的电极和通孔的微流体芯片。另外，图26流程图中所示的步骤优选地以所示顺序执行；然而，如本领域技术人员将理解的，它们也可以以其他顺序执行，并且可以进行各种取代和替换。

在下面的讨论中，将进一步详细讨论一些可能的取代和替换。此外，虽然在以下对过程2600的描述中省略，但是可以周期性地并且根据需要执行适当的清洁步骤以为后续处理步骤准备给定层和/或基于先前处理的步骤清洁层。

如本发明所用，术语“晶片”将用于描述不完整的微流体芯片，术语“微流体芯片”将用于描述完成的集成微流体芯片。例如，图27A至27J各自示出了制造集成微流体芯片的阶段的一个实施例，其中晶片2700指的是过程2600中的每个阶段。例如，图27J和27K分别示出了使用过程2600制造的完成的微流体芯片2790和2795的实施例，其中，图27A至27I中的每一个表示制造过程的至少一个阶段，该阶段以图27J中的微流控芯片2790和图27K中的微流控芯片2795结束。

过程2600开始于模块2601，其中提供基板2702，如图27A所示。基板2702可以由任何合适的材料形成，并且具有任何合适的尺寸以支撑稍后在过程2600中形成的过滤膜。基板2702可以与参考图5至22B描述的基板602或参考图23至25I描述的基板2202基本相似。在一些情况下，基板2702是硅晶片。可以基于微流体芯片所针对的特定应用的需要来选择基板2702的厚度。基板2702可以使用微制造技术制造，该微制造技术基本上类似于参考图5的模块501描述的那些。

在模块2602处，将过滤膜层2710沉积在基板2702的表面上。过滤膜层2710可基本上类似于参照图5至22B描述的过滤膜层610或考图23至25I描述的过滤膜层2210。例如，过滤膜层2710可以包括任何合适的介电材料，其为预期的细胞捕获应用提供合适的透明度，强度和其他物理性质，如上面参考图1A和1B更详细地描述的。以上参考图1A和1B描述了根据本发明公开的至少一个实施方案的这些性质的具体要求。

一旦选择合适的材料用于过滤膜层2710，就可以以与参考图5的模块511所述的基本相似的方式进行材料的沉积。例如，可以使用诸如物理气相沉积，等离子增强化学气相沉积，热化学气相沉积，电子束蒸发或旋涂的沉积技术来形成过滤膜层2710。过滤膜层2710可以形成为具有用于微流体芯片的特定应用的任何合适的厚度。过滤膜层2710包括第一表面2712和第二相对表面2714。

在一些实施例中，一旦沉积过滤膜层2710，也可以处理过滤膜层2710以形成通孔（未示出）。例如，圆形通孔可以形成在过滤膜层2710中，如上面参考图5的子过程510所描述的，并且将在下面参考图27J更详细地描述。在其他实施例中，直到稍后的处理步骤，通孔不形成在过滤膜层2710中，如下面参考图27K更详细地描述的。在任一实施例中，电极的形成和处理遵循相同的过程。因此，除非另有说明，否则以下描述不区分图27J或图27K实施例。

然后，过程2600移动到子过程2610，其中形成列连接结构2720，如图27B所示。例如，子过程2610表示列连接结构的形成，该列连接结构包括通过列垂直引线2722a-2722n和列连接线2723与列电极2725a-2725n电连通的列接触垫2721。通过形成列连接结构2720，可以选择性地且独立地将电流或电压施加到每个列电极2725a-2725n。因此，列垂直引线2722a-2722n可以被配置为向每个单独的列电极2725a-2725n施加电流，从而控制每个列电极2725a-2725n处的电压，如上面参考图4的模块460所述。图27B所示的实施例描绘了包括五列垂直引线的四乘四网格状图案，每列垂直引线具有四个列电极，其中16个通孔中的一个（未示出）位于列电极之间。沿着器件的x轴的相邻列垂直引线。

其他配置也是可能的，例如，16乘16的网格或2乘2的网格。

子过程2610在块2611开始，在过滤膜层2710的第一表面2712上沉积第一导电材料层2703，如图27A所示。第一导电材料层2703的沉积基本上类似于图5的模块503中描述的导电层503的沉积，或者基本上类似于图24的模块2403中描述的导电层2203的沉积。第一导电材料层2703可以由具有所追求的电特性的任何合适的材料形成。示例性导电材料包括金，铂，氧化铟锡，氮化钛等。可以使用如上所述的沉积技术进行导电材料的沉积。

然后，子过程2610移动到模块2612，其中光致抗蚀剂层2706沉积在第一导电材料层2703上，如图27A所示。光致抗蚀剂层2706的沉积可以以与上面参考图8的光致抗蚀剂层606描述的基本类似的方式执行，或者以与上面参考图25A的光致抗蚀剂层2211描述的基本类似的方式执行。在沉积光致抗蚀剂层2706之后，在光致抗蚀剂层2706上施加限定列连接图案（未示出）的掩模（未示出）。将在后续处理步骤中处理列连接模式以形成列连接结构2720。在图27B所示的实施例中，掩模在光致抗蚀剂层2706中限定列连接图案，其包括列接触垫2721，列垂直引线2722a-2722n，列电极2725a-2725n和列连接线2723。在一个实施例中，施加到光致抗蚀剂层2706的掩模是列连接图案的负极，使得预期的列连接图案被负像掩模覆盖。其他配置也是可能的。然后对具有施加到光致抗蚀剂层2706的掩模的晶片2700进行曝光和显影，使得剩余的光致抗蚀剂层2706限定列连接图案。在另一个非限制性实施例中，可以使用剥离技术来执行列连接结构的图案化。

子过程2610继续到模块2613，形成列连接结构2720。列连接结构2720的形成是通过蚀刻或去除不形成成品列连接结构2720的部分的第一导电层2703来完成的，其中部分被定义为仍然被光致抗蚀剂层2706覆盖的区域。蚀刻可以通过多种方法进行，包括如上所述，其中蚀刻去除第一导电层2703的未受剩余光致抗蚀剂层2706保护的区域。在该步骤中，过滤膜层2710可以用作蚀刻停止，由此当蚀刻过程到达过滤膜层2710时停止蚀刻过程。

子过程2610继续到模块2614，去除限定列连接图案的光致抗蚀剂层2706，以暴露列连接结构2720。列连接结构2720包括在模块2612中蚀刻之后第一导电层2703留下的剩余材料。一旦去除光致抗蚀剂层2706的剩余部分，就完成由所选导电材料形成的列连接结构2720，如图27B所示。得到的晶片2700包括设置在过滤膜层2710的第一侧2712上的列连接结构2720，并包括通过列垂直引线2722a-2722n和列连接线2723与列电极2725a-2725n电连通的列接触垫2721，其中过滤膜层2710暴露在别处。

然后，过程2600移动到模块2620，在列连接结构2720和过滤膜层2710上沉积第一互导电介质（IMC1）层2730，如图27C所示。IMC1层2730的沉积基本上类似于模块2602中描述的过滤膜层2710的沉积。IMC1层2730可以由具有所追求的电特性的任何合适的材料形成。实例包括但不限于氧化硅，氧氮化硅，氮化硅，全部来自有机或无机前体，或来自旋涂电介质材料或前体。可以使用如上所述的沉积技术来执行介电材料的沉积。

然后，过程2600随着IMC1层2730的平坦化而移动到模块2630。平坦化被配置为平滑IMC1层2730的暴露表面以校正由IMC1层的沉积导致的不均匀特征或不规则性。在一些实施例中，可以通过化学机械平坦化（CMP）技术执行平坦化。

一旦IMC1层2730被平坦化，过程2600继续到子过程2640，其中形成行连接结构2740，其可以在功能上类似于参考图27B描述的列连接结构2720。子过程2640的步骤基本上类似于子过程2610的步骤，然而，第二导电材料层2704沉积在IMC1层2730上而不是过滤膜层2710上。此外，行连接结构2740的特征，材料和特性可以与列连接结构2720的特征，材料和特性基本类似。然而，行连接结构2740包括通过行水平引线2742a-2742n和行连接线2743与行电极2745a-2745n电连通的行接触垫2741。通过形成行连接结构2740，可以选择性地且独立地将电流或电压施加到每个行电极2745a-2745n。因此，行水平引线2742a-2742n可以被配置为向每个单独的行电极2745a-2745n施加电流，从而控制每个行电极2745a-2745n处的电压偏置，如上面参考图4的模块460所述。图27D所示的实施例描绘了一个四乘四的网格状图案，包括五行水平引线，每行水平引线具有四个行电极，其中16个通孔中的一个（未示出）位于行电极之间。沿着设备的y轴的相邻行水平引线。其他配置也是可能的，例如，16乘16的网格或2乘2的网格。

子过程2640开始于模块2641，其中第二导电材料层2704沉积在IMC1层2730的表面上。第二导电材料层2704的沉积基本上类似于模块2611中描述的第一导电材料层2703的沉积。第二导电材料层2704可以由具有所追求的电特性的任何合适的材料形成。示例性导电材料包括金，铂，氧化铟锡，氮化钛等。可以使用如上所述的沉积技术进行导电材料的沉积。

然后，子过程2640移动到模块2642，其中光致抗蚀剂层（未示出）沉积在第二导电材料层上。可以以与上面参考光致抗蚀剂层2706描述的基本类似的方式执行光致抗蚀剂层的沉积。在沉积光致抗蚀剂层之后，在光致抗蚀剂层上施加限定行连接图案（未示出）的掩模（未示出）。将在后续处理步骤中处理行连接模式以形成行连接结构2740。在图27D所示的实施例中，掩模限定光刻胶层中的行连接图案，其包括行接触垫2741，行水平引线2742a-2742n，行电极2745a-2745n和行连接线2743。在一个实施例中，施加到光致抗蚀剂层的掩模是行连接图案的负极，使得预期的行连接图案被负像掩模覆盖。其他配置也是可能的。然后对具有施加到光致抗蚀剂层的掩模的晶片2700进行曝光和显影，使得剩余的光致抗蚀剂层限定行连接图案。在另一个非限制性实施例中，可以使用剥离技术来执行行连接结构的图案化。

子过程2640继续到块2643，形成行连接结构2740。通过蚀刻掉或去除第二导电材料层的不会形成完成的行连接结构2740的一部分来执行行连接结构2740的形成，其中这些部分被定义为保持未被光致抗蚀剂层覆盖的区域。蚀刻可以通过多种方法进行，包括如上所述，其中蚀刻去除第二导电材料层2704的未受剩余光致抗蚀剂层保护的区域。在该步骤中，IMC1层2730可以用作蚀刻停止，由此当蚀刻过程到达IMC1层2730时停止蚀刻过程。

子过程2640继续到模块2644，去除限定行连接图案的光致抗蚀剂层，以暴露行连接结构2740。在模块2644中蚀刻之后，行连接结构2740包括第二导电材料层2704留下的剩余材料。一旦去除了光致抗蚀剂层的剩余部分，就完成了由所选导电材料形成的行连接结构2740，如图27D和图27E所示。图27F示出了沿图27E中所示的线A-A截取的晶片2700的局部剖视图。如图27D至27F所示，所得到的晶片2700包括行连接结构2740，行连接结构2740设置在IMC1层2730上，并包括与行电极2745a-2745n电连通的行接触垫2741，通过行水平引线2742a-2742n和行连接线2743，其中IMC1层2730暴露在别处。

图27D示出了晶片2700的俯视图，其仅示出了IMC1层2730上的行连接结构2740。图27E示出了晶片2700的类似俯视图，然而，图27E的示意图示出了列连接结构2720相对于行连接结构2740的对准。在一个实施例中，IMC1层2730是透明的，从而允许列行结构2720通过IMC1层2730可见。如图27E所示，行连接结构2740和列连接结构2720精确对准，以在晶片2700上形成网格状图案。在示出的实施例中，列连接线2723沿晶片2700的第一边缘定位，行连接线2743沿晶片2700的第二边缘定位，其中第一和第二边缘形成大致直角。其他配置也是可能的。以这种方式，列连接结构2720被配置为控制沿着每个列垂直引线2722a-2722n施加到精确识别的列电极2725a-2725n的电流或电压。行连接结构2740被配置为控制沿着每个行水平引线2742a-2742n施加到精确识别的行电极2745a-2745n的电流或电压。通过沿给定列垂直引线和给定行水平引线选择性地施加电流或电压，可以识别和控制包括一个列电极2725和一个行电极2745的一对电极。在一些实施例中，通孔（未示出）定位在网格状图案的每个开口中，并且通过选择性地控制给定的列电极和给定的行电极，施加到与给定列电极相关联的通孔的电压并且还控制给定的行电极。可以对捕获，保留或设置在通孔内的任何内容施加电压偏置，如上面参考图4的操作460更详细地描述的。

然后，过程2600移动到模块2650，在行连接结构2740和IMC1层2730上沉积第二互导电介质（IMC2）层2735，如图27G所示。IMC2层2735的沉积基本上类似于IMC1层2730的沉积。IMC2层2735可以由具有所追求的电特性的任何合适的材料形成。实例包括但不限于氧化硅，氧氮化硅，氮化硅，全部来自有机或无机前体，或来自旋涂电介质材料或前体。可以使用如上所述的沉积技术来执行介电材料的沉积。然后，过程2600随着IMC2层2735的平坦化而移动到块2655。平坦化被配置为以与在IMC1层2730上执行的基本类似的方式平滑IMC2层2735的暴露表面。

过程2600继续到模块2660，其中硬掩模层2750沉积到IMC2层2735上，如图27G所示。可以使用诸如物理气相沉积，等离子增强气相沉积，热化学气相沉积，电子束蒸发的沉积技术或者将所选择的硬掩模材料的薄层旋涂到基板IMC2层2735上来执行硬掩模层2450的沉积。在一些实施例中，硬掩模层2750的材料耐氢氟酸（HF）。示例性硬掩模材料包括非晶硅（a-Si）。其他材料也是可能的。

过程2600继续到模块2665，其中光致抗蚀剂层2755沉积在硬掩模层2750上，如图27G所示。可以以与上面参考光致抗蚀剂层2706描述的基本类似的方式执行光致抗蚀剂层2755的沉积。然而，光致抗蚀剂层2755被配置为通过在光致抗蚀剂层2755中限定通孔图案2760来在硬掩模层2750中限定通孔2765。在沉积光致抗蚀剂层2755之后，在光致抗蚀剂层2755上施加限定通孔图案2760的掩模（未示出）。在一个实施例中，施加到光致抗蚀剂层2755的掩模是通孔2765的负极，使得预期的通孔图案2760被负掩模覆盖。其他配置也是可能的。

然后，工艺2600移动到模块2670，其中在光致抗蚀剂层2755中形成通孔图案2760。在光致抗蚀剂层2755中形成通孔图案2760的工艺基本上类似于光致抗蚀剂层2706中的列连接图案的形成（例如，曝光掩模光致抗蚀剂层并执行显影步骤以去除掩模）。

过程2600移动到块2675，在硬掩模层2750中形成通孔图案2760，如图27G和27H所示。通过蚀刻掉或去除硬掩模层2750的部分来执行硬掩模2750中的通孔图案2760的形成，所述硬掩模层2750被限定为未被光致抗蚀剂层2755覆盖的区域。具体地，在模块2675中去除的硬掩模2750的部分是当在模块2770的显影阶段期间去除光致抗蚀剂层2755的部分时暴露的硬掩模层2750的部分。在模块2675中，IMC2层2735可以用作蚀刻停止，由此当蚀刻过程到达IMC2层2735时停止蚀刻过程。

得到的晶片2700在图27G和27H中示出，其中剩余的光致抗蚀剂层2755限定硬掩模层2750中的通孔图案2760。图27G是示出了直到模块2675制造的晶片2700的局部示意性横截面侧视图，其包括进入光致抗蚀剂层2755和硬掩模2750的通孔图案2760。图27H示出了根据图27G的晶片2700的局部俯视图，其中通孔图案2760位于行电极2745a-2745n和列电极2722a-2722n之间，并且IMC2层2735可在通孔图案2760中看到。

过程2600继续到模块2680，去除限定通孔图案2760的光致抗蚀剂层2755，以暴露硬掩模层2750。图案化的硬掩模层2750包括在模块2675中蚀刻之后硬掩模层2750留下的剩余材料。一旦去除了光致抗蚀剂层2755的剩余部分，就可以在硬掩模层2750中形成通孔图案2760。

然后，过程2600移动到块2685，在IMC1层2730和IMC2层2735中形成通孔2765，如图27I到27K所示。通过蚀刻掉或去除IMC1层2730和IMC2层2735的部分来执行通孔2765的形成，IMC1层2730和IMC2层2735被限定为保持未被具有通孔图案2760的硬掩模层2750覆盖的区域。在这方面，IMC1层2730和IMC2层2735的不形成晶片2700的一部分的部分被蚀刻掉或去除。具体地，在块2685中去除的IMC1层2730和IMC2层2735的部分是在形成通孔图案期间当去除硬掩模层2750的部分时暴露的IMC1层2730和IMC2层2735的部分。在模块2675处，硬掩模层2750中的2760。在一些实施例的模块2685中，过滤膜层2710可以用作蚀刻停止，由此当蚀刻过程到达滤膜层2710时停止蚀刻过程，如图27J所示。在这种情况下，通孔（未示出）可能先前已在过滤膜层2710中处理，并因此在膜块2785中形成通孔2765期间暴露。在其他实施例中，基板2702可以用作蚀刻停止，由此当蚀刻工艺到达基板2702时停止蚀刻工艺，如图27K所示。在这种情况下，在IMC1层2730和IMC2层2735中形成通孔2765期间，可以在模块2685中形成通孔2715。

如图27I所示，过程2600继续到模块2690，其中列和行电极2725a-2725n和2745a-2745n分别暴露在通孔2765内。在一个实施例中，通过扩大通孔2765来执行电极的暴露，从而将通孔2765中的每个电极的一部分暴露于周围环境。暴露一部分电极的一种实施方式是将晶片2700浸入稀HF酸中。稀HF酸将除去IMC1层2730和IMC2层2735的一部分，但将使电极不受影响。通过使用硬掩模层2750，由硬掩模层2750保护的IMC2层2735的表面不被HF酸改变。这仅允许暴露在通孔2765内的IMC1层2730和IMC2层2735的区域与HF酸接触。这样，可以扩大每个通孔2765的直径。可以基于微流体芯片所针对的特定应用的需要来选择在IMC1层2730和IMC2层2735中制造的通孔2765的尺寸和形状。应注意，图27I中所示的实施例与图27J基本类似，其中过滤器层2710在模块2685中用作蚀刻停止，因此过滤器层2710可通过通孔2765看到。在所示实施例中，过滤膜层2710中未示出通孔。在一些实施例中，通孔可以在子工艺2610之前形成在过滤膜层2710中，而在其他实施例中，可以在暴露列电极和行电极2725a-2725n和2745a-2745n之后处理通孔。

一旦列电极和行电极暴露，过程2600继续到模块2695，移除硬掩模层2750以暴露IMC2层2735并继续完成晶片2700。晶片2700包括在将晶片2700浸入氢氟酸之后留下多层堆叠的剩余材料。在一些实施例中，通过对下面的层选择性的化学过程（即，干等离子体或湿化学）来执行硬掩模层2750的剩余部分的去除。一旦去除了硬掩模层2750的剩余部分，就完成了由各个导电材料层形成的列电极2725a-2725n和行电极2745a-2745n，如图27I至27K所示。

通过在上述处理步骤期间的精确处理和对准，通孔可以与电极2725a-2725n和2745a-2745n精确对准。在图27K所示的示例实施方式中，精确对准导致与至少一个列电极和行电极相关联的单个通孔2715。这种精确对准允许基于它们在过滤膜层2710内的不同的，精确限定的位置（其对应于如本发明所述的过滤膜）精确地识别单个电极/通孔对。通过相对于其对应的通孔精确地对准和定位每个电极，电极/通孔对能够精确且独立地控制施加到每个通孔的电压及其中的任何内容，如上面参考图3A至图4所述。例如，第一电信号可以被传送到列控制垫2721，列控制垫2721被配置为在列连接线2723上发送电压到多列垂直引线2722a-2722n中选定的一个。类似地，第二电信号可以被传送到行控制垫2741，行控制垫2741被配置为将行连接线2743上的电压发送到多行水平引线2742a-2742n中的所选择的一个。以这种方式，将电压施加到位于栅极垂直引线和行水平引线交叉的栅极上的电极。这使得能够精确且独立地控制施加到每个通孔的电压偏置及其中的任何内容。

图28A和28B示出了制造微流体芯片的另一个实施例，该微流体芯片基本上类似于图27J中所示的微流体芯片2790和/或图27K中所示的微流体芯片2795。图28A和28B中所示的微流体芯片包括两个基板2800a和2800b，其中每个基板包括一个行连接结构（例如，一个行连接结构基本上类似于行连接结构2740）和一个列连接结构（例如，一个列连接结构基本上类似于列连接结构2720）。

如图28A所示，提供第一基板2802a，其具有压印或嵌入第一基板2802a中的列连接结构2820。如图28B所示，提供第二基板2802b，其具有压印或嵌入在第二基板2802b中的行连接结构2840和IMC1层2830。然后对准并粘合两个基板，使得列连接结构2820和行连接结构2840定位并且在功能上类似于上面参考图27I和27K所述的那些。在一些实施例中，第一基板和第二基板2802a和2802b是用于压印或嵌入导电金属层的合适材料，并且选择的材料可以粘合在类似材料上，例如几微米厚的薄玻璃基板可以是用过的。行和列连接结构2820和2840可以是如上述实施例中所述的合适的导电材料，在所示实施例中，过滤膜层2810中未示出通孔。

一旦第一基板和第二基板2802a和2802b结合在一起，就通过第一基板2802a和/或第二基板2802b蚀刻通孔图案，如上所述，以暴露行和列电极。不受任何特定理论的束缚，据信在湿法蚀刻基板之前局部激光损坏玻璃基板的技术可以在曝光区域中增强局部ER超过30倍。在一个实施例中，可以通过第一基板2802a和第二基板2802b完全蚀刻通孔，从而形成穿硅通孔，使得垂直电连接完全穿过第一基板2802a和第二基板2802b。在另一个实施例中，蚀刻可以部分地通过一个或两个基板2802a和2802b执行，或者完全通过一个基板执行并且部分地通过另一个基板执行。通过金属接触垫2821和2841执行电极到控制系统的电连接，金属接触垫2821和2841基本上类似于图27A到27K所示实施例的列接触垫2721和/或行接触垫2741。不受任何特定理论的束缚，据信以这种方式在薄玻璃基板上的制造增强并促进晶片级制造和包装。

列连接结构2820被配置为控制沿着每个列垂直引线2822a-2822n施加到精确识别的列电极2825a-2825n的电流或电压。行连接结构2840被配置为控制沿着每个行水平引线2842a-2842n施加到精确识别的列电极2845a-2845n的电流或电压。行控制垫2841被配置为将行连接线2843上的电压发送到多行水平引线2842a-2842n中所选择的一个。列控制垫2821被配置为在列连接线2823上发送电压到多列垂直引线2822a-2822n中选定的一个。

应注意，图28A和28B是示意性表示，并未按比例绘制。本发明公开的特征和方面旨在是说明性的并且可以在尺寸上被放大以更好地说明每个代表性附图中描述的实施例的特定方面。

所属领域的技术人员将进一步了解，结合本发明中所揭示的实施方案而描述的各种说明性逻辑块，模块，电路和过程步骤可实施为电子硬件，计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上面已经在功能方面对各种说明性的组件，块，模块，电路和步骤进行了总体描述。将此功能性实施为硬件还是软件取决于特定应用和强加于整个系统的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以不同方式实现所描述的功能，但是这种实现决策不应被解释为导致脱离本实施例的范围。本领域普通技术人员将理解，一部分或一部分可包括小于或等于整体的东西。例如，像素集合的一部分可以指代那些像素的子集合。

结合本发明中所揭示的实施方案而描述的方法或过程的步骤可直接体现于硬件中，由处理器执行的软件模块中或两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器，闪存，ROM存储器，EPROM存储器，EEPROM存储器，寄存器，硬盘，可移动磁盘，CD-ROM或本领域中已知的任何其他形式的非暂时性存储介质中。示例性计算机可读存储介质耦合到处理器，使得处理器可以从计算机可读存储介质读取信息并将信息写入计算机可读存储介质。在替代方案中，存储介质可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端，相机或其他设备中。在替代方案中，处理器和存储介质可以作为分立组件驻留在用户终端，相机或其他设备中。

本发明包括标题以供参考，并有助于定位各个部分。这些标题不旨在限制关于其描述的概念的范围。这些概念可以在整个说明书中具有适用性。

本发明公开的实施例的先前描述是为了使本领域技术人员能够制造或使用本发明所述的实施例。对这些实施的各种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且本发明定义的一般原则可应用于其他实施，而不背离实施例的精神或范围。因此，所公开的实施例不旨在限于本发明所示的实施方式，而是与符合本发明公开的原理和新颖特征的最宽范围相一致。

Claims (19)

1.一种装置，包括：过滤器结构，所述过滤器结构包括多个通孔，所述通孔从所述过滤器结构的第一侧延伸到所述过滤器结构的第二侧并且以重复图案排列，每个所述通孔在所述过滤器结构的第一侧具有第一开口，在所述过滤器结构的第二侧上的具有第二开口，在第一开口和第二开口之间具有穿过所述过滤器结构的通道，第一开口和第二开口的尺寸适于捕获通孔中的物体，所述通孔包括在所述过滤器结构的第一侧和第二侧之间延伸的侧壁；

基板，包括支撑过滤器结构的至少一部分的多个叶片，过滤器结构相对于多个叶片设置，使得过滤器结构的第二侧与多个叶片相邻，多个叶片形成过滤区域，设置在基板的侧面上的过滤膜覆盖所述过滤区域，基板包括框架形外部部分和包括叶片的内部部分；

多个电极，包括与每个通孔相关联的一个电极组，每个电极组包括与每个通孔相关联的至少一对电极，每个电极组与其相关的通孔对准以向被捕获的物体施加电力在通孔中，每个电极组和相关的通孔在过滤器结构中具有明显的，精确限定的位置；对于每对电极和相关联的通孔，所述一对电极中的第一电极位于所述过滤器结构的第一侧上的所述通孔上，并且所述一对电极中的第二电极位于所述过滤器结构的第二侧上的所述通孔的延伸的侧壁的下方；和

多个电极中的每一个的电连接，所述电连接和多个电极共同配置为从连接到设备的控制器向多个电极传输电信号，以独立控制通过每个电极组向相关通孔中的物体施加电力；

所述电连接包括列连接结构，所述列连接结构包括电连接到列连接线的列接触垫，以及电连接到所述列连接线的多个列引线，多个列线各自连接至少一个与每个通孔对齐的电极；

所述电连接包括行连接结构，所述行连接结构包括电连接到行连接线的行接触垫，电连接到所述行连接线的多个行引线，多个行线各自连接至少一个与每个通孔对齐的电极。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述一对电极中的每个电极是环形的。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述通孔为椭圆形。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述一对电极中的每个电极是菱形的。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述通孔是圆形的。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电极组包括三个电极。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电极组包括四个电极。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电极组被配置为向所述相关通孔中的物体施加电力以使所述通孔中的物体碎裂。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电极组被配置为向所述相关通孔中的物体施加电力以改变所述通孔中的物体的形状。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电极组被配置为将电力施加到所述相关通孔中的物体以从所述通孔移除物体。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电极组被配置为施加电力以将物体吸引到所述相关联的通孔中。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述过滤器结构形成在所述基板上。

13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述过滤器结构的厚度在1μm至20μm的范围内。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二开口小于所述第一开口，并且其中所述第一开口和所述第二开口具有介于4μm与10μm之间的第一尺寸和介于4μm与10μm之间的第二尺寸。

15.一种捕获通孔中物体的方法，该方法包括：在包括过滤器结构的装置的通孔中捕获物体，所述过滤器结构具有从过滤器结构的第一侧延伸到过滤器的第二侧的多个通孔，在每个通孔中，每个通孔具有在过滤器结构的第一侧上的第一开口，在过滤器结构的第二侧上的第二开口，以及在第一开口和第一开口之间穿过过滤器结构的通道，第一开口和第二开口的尺寸适于捕获通孔中的物体，所述通孔包括在所述过滤器结构的第一侧和第二侧之间延伸的侧壁；该装置还包括具有多个叶片的基板，所述多个叶片支撑过滤器结构的至少一部分，所述过滤器结构相对于所述多个叶片设置，叶片使得过滤器结构的第二侧与多个叶片相邻，多个叶片形成过滤区域，设置在基板的侧面上的过滤膜覆盖所述过滤区域，基板包括框架形外部部分和包括叶片的内部部分；使用包括与每个通孔相关联的一个电极组的多个电极向所捕获的物体施加电力，每个电极组包括与每个通孔相关联的至少一对电极，每个电极组与其相关联的通孔对齐，以向通孔中捕获的物体施加电力，每个电极组和相关的通孔在过滤器结构中具有明显的精确限定的位置；对于每对电极和相关联的通孔，所述一对电极中的第一电极位于所述过滤器结构的第一侧上的所述通孔上，并且所述一对电极中的第二电极位于所述过滤器结构的第二侧上的所述通孔的延伸的侧壁的下方；

所述电连接包括列连接结构，所述列连接结构包括电连接到列连接线的列接触垫，以及电连接到所述列连接线的多个列引线，多个列线各自连接至少一个与每个通孔对齐的电极；

所述电连接包括行连接结构，所述行连接结构包括电连接到行连接线的行接触垫，电连接到所述行连接线的多个行引线，多个行线各自连接至少一个与每个通孔对齐的电极。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，施加所述电力包括向相关通孔中的物体施加电力以使通孔中的物体碎裂。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，施加所述电力包括向相关通孔中的物体施加电力以改变通孔中的物体的形状。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，施加电力包括施加电力以将物体吸引到相关联的通孔中。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，施加电力包括向相关通孔中的物体施加电力以从通孔移除物体。

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