CN110961167A - 一种微流道网络芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微流道网络芯片，涉及电子技术领域，包括八层结构，其中中间层模具和中间流道层相互交替布设，在中间层模具层设置有汇总蓄液池，制备出具有较大深宽比、侧壁陡峭、表面平整的微型化微流道网络。可以构建适用于多种微小样本的高通量、微型化、高性能微流道网络芯片，能够适用于多种终端应用，可以广泛应用于生物、化学、医学分析等科研及工程领域。

Description

一种微流道网络芯片

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种微流道网络芯片。

背景技术

微流道网络能够最大限度的把生化分析实验室功能转移、集成到几个平方厘米的芯片上。并且因为其体积小、便于携带、环境污染小、分析速度快、所需样品计量少等优点，给生命科学、医学、化学、新药开发、食品、环境卫生等领域的技术变革有巨大的推动作用。因为需求强烈，目前该技术正处于迅猛发展期。

但本申请发明人在实现本发明实施例中技术方案的过程中，发现上述现有技术至少存在如下技术问题：

传统的高可靠性、长寿命金属作为模具材料，对于涉及到微小尺度的特殊微流体性质控制，表面粗糙度、曲率控制、微小立体结构高保形还有所欠缺。

发明内容

本发明实施例通过提供一种微流道网络芯片，用以解决传统的高可靠性、长寿命金属作为模具材料，对于涉及到微小尺度的特殊微流体性质控制，表面粗糙度、曲率控制、微小立体结构高保形还有所欠缺的问题，实现了高通量、微型化和自动化的技术效果。

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种微流道网络芯片，所述芯片包括：

第一层，所述第一层位于最上层，且所述第一层上设置有标记封印层和外部进液区；

第二层，所述第二层设置在所述第一层的下方，且所述第二层设置有进液接口层模具，所述进液口模具阵列排布着第一进液通孔，所述第一进液通孔数量与该芯片进液通道数总和相同；

第三层，所述第三层设置在所述第二层的下方，且所述第三层设置有中间层模具零件，所述中间层模具零件阵列排布进液通孔结构，其中，所述进液通孔结构和所述第一进液通孔相对应设置；

第四层，所述第四层设置在所述第三层的下方，且所述第四层设置有第一流道入口、第一阻拦槽结构、及第一流道网络，且所述第一流道入口、第一阻拦槽结构及第一流道网络相连通；

第五层，所述第五层设置在所述第四层的下方，且所述第五层阵列排布第二进液通孔，所述第二进液通孔数量为该芯片进液通道数总和减去所述第二层进液通道数；

第六层，所述第六层设置在所述第五层下方，设置有第二流道入口、第二阻拦槽结构及第二流道网络，且所述第二流道入口、第二阻拦槽结构及第二流道网络与所述第二进液通孔连通；

第七层，所述第七层设置在所述第六层下方，且所述第七层阵列排布第三进液通孔，所述第三进液通孔数量为该芯片进液通道数总和减去所述第二层进液通道数与所述第三层进液通道数总和；

第八层，所述第八层设置在所述第七层下方，设置有第三流道入口、第三阻拦槽结构及第三流道网络，且所述第三流道入口、第三阻拦槽结构及第三流道网络与所述第三进液通孔连通。

优选的，所述第三层还包括：

第一汇总蓄液池，所述第一汇总蓄液池设置在所述第三层上，辅助不同液体集的同步输运。

优选的，所述第五层还包括：

第二汇总蓄液池，所述第二汇总蓄液池设置在所述第五层上，辅助不同液体集的同步输运。

优选的，所述第七层还包括：

第三汇总蓄液池，所述第三汇总蓄液池设置在所述第七层上，辅助不同液体集的同步输运。

优选的，所述芯片还包括：

第一外部导管接头，所述第一外部导管接头设置在所述第一层上，且穿过所述外部进液区，与所述第一进液通孔连通。

优选的，所述芯片还包括：

第二外部导管接头，所述第二外部导管接头设置在所述第一层上，且穿过所述外部进液区，与所述第二进液通孔连通。

优选的，所述芯片还包括：

第三外部导管接头，所述第三外部导管接头设置在所述第一层上，且穿过所述外部进液区，与所述第三进液通孔连通。

优选的，所述芯片还包括：

密封粘附结构，所述密封粘附结构设置在所述芯片每一层的边沿处，将所述芯片每一层之间进行密封。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

本发明提供一种微流道网络芯片，包括八层结构，其中中间层模具和中间流道层相互交替布设，在中间层模具层设置有汇总蓄液池，制备出具有较大深宽比、侧壁陡峭、表面平整的微型化微流道网络。可以构建适用于多种微小样本的高通量、微型化、高性能微流道网络芯片，能够适用于多种终端应用，可以广泛应用于生物、化学、医学分析等科研及工程领域。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种微流道网络芯片的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种微流道网络芯片第一层结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种微流道网络芯片第二层结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种微流道网络芯片第三层结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种微流道网络芯片第四层结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种微流道网络芯片第五层结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种微流道网络芯片第六层结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种微流道网络芯片第七层结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种微流道网络芯片第八层结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种微流道网络芯片分层结构剖面图；

图11为本发明实施例提供的一种微流道网络芯片的整体结构图；

图12为本发明实施例提供的一种微流道网络芯片批量制备第一模具示意图。

附图标记说明：1、批量制备1号模具晶圆，2、同一批次1号模具晶圆制备工艺中制造出的一种单层结构模具(1a号模具)，3、蓄液池结构， 4、阻拦槽结构(立起来的)阵列，5、条形结构阵列，6、圆柱阻拦槽结构 (立起来的)阵列，7、通孔，8、汇总蓄液池结构，9、更高流量通道的通孔，10、同一批次1号模具晶圆制备工艺中制造出的一种单层结构模具(1b 号模具)，11、密封粘附结构，12、标记封印层，13、外部进液区，14、外部进液接口层模具，15、电镀等电化学方式制备的材料及结构，16、衬背材料，17、中间层模具零件，18、电铸等电化学方式制备的材料及结构， 19、通孔结构，20、蓄液池，21、中间流道层模具零件，22、阻拦槽结构， 23、流道入口，24、及流道网络，25、中间层模具零件，26、中间流道层模具零件，27、中间层模具零件，28、流道层模具零件，29、导管接头， 30、多层结构微流道网络芯片。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种微流道网络芯片，用以解决传统的高可靠性、长寿命金属作为模具材料，对于涉及到微小尺度的特殊微流体性质控制，表面粗糙度、曲率控制、微小立体结构高保形还有所欠缺的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案总体思路如下：第一层，所述第一层位于最上层，且所述第一层上设置有标记封印层和外部进液区；第二层，所述第二层设置在所述第一层的下方，且所述第二层设置有进液接口层模具，所述进液口模具阵列排布着第一进液通孔，所述第一进液通孔数量与该芯片进液通道数总和相同；第三层，所述第三层设置在所述第二层的下方，且所述第三层设置有中间层模具零件，所述中间层模具零件阵列排布进液通孔结构，其中，所述进液通孔结构和所述第一进液通孔相对应设置；第四层，所述第四层设置在所述第三层的下方，且所述第四层设置有第一流道入口、第一阻拦槽结构、及第一流道网络，且所述第一流道入口、第一阻拦槽结构及第一流道网络相连通；第五层，所述第五层设置在所述第四层的下方，且所述第五层阵列排布第二进液通孔，所述第二进液通孔数量为该芯片进液通道数总和减去所述第二层进液通道数；第六层，所述第六层设置在所述第五层下方，设置有第二流道入口、第二阻拦槽结构及第二流道网络，且所述第二流道入口、第二阻拦槽结构及第二流道网络与所述第二进液通孔连通；第七层，所述第七层设置在所述第六层下方，且所述第七层阵列排布第三进液通孔，所述第三进液通孔数量为该芯片进液通道数总和减去所述第二层进液通道数与所述第三层进液通道数总和；第八层，所述第八层设置在所述第七层下方，设置有第三流道入口、第三阻拦槽结构及第三流道网络，且所述第三流道入口、第三阻拦槽结构及第三流道网络与所述第三进液通孔连通。制备出具有较大深宽比、侧壁陡峭、表面平整的微型化微流道网络。可以构建适用于多种微小样本的高通量、微型化、高性能微流道网络芯片，能够适用于多种终端应用，可以广泛应用于生物、化学、医学分析等科研及工程领域。

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

本发明实施例提供了一种微流道网络芯片，请参考图1和图11，所述芯片包括：

第一层，所述第一层位于最上层，且所述第一层上设置有标记封印层12 和外部进液区13；

具体而言，如图2所示，最上层的标记封印层12表面可以于表面印制出种类、名称或者定量刻度标记，并且该层留有外部进液区13。

第二层，所述第二层设置在所述第一层的下方，且所述第二层设置有进液接口层模具14，所述进液口模具阵列排布第一进液通孔16，所述第一进液通孔16数量与该芯片进液通道数总和相同；

具体而言，如图3所示，接下来的一层即所述第二层为外部进液接口层模具14，阵列排布的第一进液通孔16，该层通孔数量为该芯片进液通道数总和。

第三层，所述第三层17设置在所述第二层的下方，且所述第三层17设置有中间层模具零件，所述中间层模具零件阵列排布进液通孔结构19，其中，所述进液通孔结构19和所述第一进液通孔16相对应设置；

优选的，所述第三层还包括：第一汇总蓄液池，所述第一汇总蓄液池设置在所述第三层上，辅助不同液体集的同步输运。

具体而言，如图4所示，所述第三层17为中间层模具零件，阵列排布着的进液通孔结构19，该层通孔数量为该芯片进液通道数总和，同时还对特殊液体集合设计有第一汇总蓄液池20，以辅助不同液体集的同步输运、避免异种液体集的相互干扰；

第四层，所述第四层21设置在所述第三层17的下方，且所述第四层21 设置有第一流道入口23、第一阻拦槽结构22、及第一流道网络24，且所述第一流道入口23、第一阻拦槽结构22及第一流道网络24相连通；

具体而言，如图5所示，所述第四层21为中间流道层模具，为方便特殊标记物的采集和过滤，微流道网络内部布置了第一流道入口23、第一阻拦槽结构22、及第一流道网络24，以实现固定尺寸标记物的拦截与过滤。

第五层，所述第五层25设置在所述第四层21的下方，且所述第五层阵列排布第二进液通孔191，所述第二进液通孔191数量为该芯片进液通道数总和减去所述第二层进液通道数；

优选的，所述第五层还包括：第二汇总蓄液池，所述第二汇总蓄液池设置在所述第五层上，辅助不同液体集的同步输运。

具体而言，如图6所示，所述第五层25为中间层模具零件上，阵列排布的第二进液通孔191，该层通孔数量为该芯片进液通道数总和减去上一层进液通道数，同时还对特殊液体集合设计有第二汇总蓄液池201，以辅助不同液体集的同步输运、避免异种液体集的相互干扰。

第六层，所述第六层26设置在所述第五层25下方，设置有第二流道入口231、第二阻拦槽结构221及第二流道网络241，且所述第二流道入口231、第二阻拦槽结构221及第二流道网络241与所述第二进液通孔连通；

具体而言，如图7所示，所述第六层26为中间流道层模具零件，为方便特殊标记物的采集和过滤，微流道网络内部布置了第二流道入口231、第二阻拦槽结构221、及第二流道网络241，以实现固定尺寸标记物的拦截与过滤。

第七层，所述第七层27设置在所述第六层下方，且所述第七层阵列排布第三进液通孔192，所述第三进液通孔数量192为该芯片进液通道数总和减去所述第二层进液通道数与所述第三层进液通道数总和；

优选的，所述第七层还包括：第三汇总蓄液池，所述第三汇总蓄液池设置在所述第七层上，辅助不同液体集的同步输运。

具体而言，如图8所示，所述第七层27为中间层模具零件，阵列排布着的第三进液通孔结构192，该层通孔数量为该芯片进液通道数总和减去前几层进液通道数，同时还对特殊液体集合设计有第三汇总蓄液池202，以辅助不同液体集的同步输运、避免异种液体集的相互干扰；

第八层，所述第八层设置在所述第七层下方，设置有第三流道入口232、第三阻拦槽结构222及第三流道网络242，且所述第三流道入口232、第三阻拦槽结构222及第三流道网络242与所述第三进液通孔192连通。

具体而言，如图9所示，所述第八层28为流道层模具零件，为方便特殊标记物的采集和过滤，微流道网络内部布置了流道入口232、阻拦槽结构222、及流道网络242，以实现固定尺寸标记物的拦截与过滤。

需要说明的是，本申请实施例提供的八层结构，如图10所示，是一个多层结构的示例，不是只有绝对的八层。如果需要，可以加更多层，利用这些层叠的结构，达到减小长程微流道过程的空间尺寸的技术效果。

优选的，所述芯片还包括：第一外部导管接头29，所述第一外部导管接头29设置在所述第一层上，且穿过所述外部进液区13，与所述第一进液通孔连通；第二外部导管接头291，所述第二外部导管接头291设置在所述第一层上，且穿过所述外部进液区13，与所述第二进液通孔连通；所述第三外部导管接头292设置在所述第一层上，且穿过所述外部进液区13，与所述第三进液通孔连通。

优选的，所述芯片还包括：密封粘附结构11，所述密封粘附结构11设置在所述芯片每一层的边沿处，将所述芯片每一层之间进行密封。

具体而言，如图1所示，液体通过外部导管接头29穿透外部进液区13，进入芯片的外部进液通孔16，逐层并流经芯片各层阵列排布的进液通孔结构 19，到了某一中间流道层后，通过对应的流道入口23，穿过对应的流道网络 24，流经各种阻拦槽结构22，以实现固定尺寸标记物的拦截与过滤，并且每一层流道层之间，均通过各夹层中间层上的密封粘附结构11的协助，进行低漏率密封。

如图12所示，为第一模具示意图，可以利用半导体工艺流程与技术进行不同结构、种类模具的批量制备，例如同批次可以制备出“1a号模具2”、“1b 号模具10”。其中模具中的通孔位置可以提前定位预留如1a号模具2中的通孔7、1b号模具10中的通孔9，在完成了利用第三模具该层注塑工艺后，将注塑成型的该层芯片零件打出通孔，其中，方法可以是激光烧蚀、深刻蚀、针形工具物理穿刺等，同时可以采用高选择比表面处理方案对通孔结构界面进行处理，如浸没式氧化、等离子体处理，以方便层与层之间的液体线路贯通。

为方便特殊标记物的采集和过滤，微流道网络内部对于特定体积物质具有过滤拦截功能的模具，如“1a号模具2”，布置了阻拦槽结构，包括4、圆弧阻拦槽结构阵列，5、条形阻拦结构阵列、6、圆柱阻拦槽结构阵列。阻拦槽尺寸及结构，将根据特定标记物关键尺寸范围进行设计，以实现固定尺寸标记物的拦截与过滤。

为了实现微流道网络的封装及液体流道密封，在部分盖板零件，如“1b 号模具10”，上正面，或者正反两面可以带有粘附材料11。同时盖板零件上会布置有利于液体汇总流出芯片的蓄液池结构8，和更高流量通道的通孔9。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

本发明提供一种微流道网络芯片，包括八层结构，其中中间层模具和中间流道层相互交替布设，在中间层模具层设置有汇总蓄液池，制备出具有较大深宽比、侧壁陡峭、表面平整的微型化微流道网络。可以构建适用于多种微小样本的高通量、微型化、高性能微流道网络芯片，能够适用于多种终端应用，可以广泛应用于生物、化学、医学分析等科研及工程领域。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种微流道网络芯片，其特征在于，所述芯片包括：

第一层，所述第一层位于最上层，且所述第一层上设置有标记封印层和外部进液区；

第二层，所述第二层设置在所述第一层的下方，且所述第二层设置有进液接口层模具，所述进液口模具阵列排布着第一进液通孔，所述第一进液通孔数量与该芯片进液通道数总和相同；

第三层，所述第三层设置在所述第二层的下方，且所述第三层设置有中间层模具零件，所述中间层模具零件阵列排布进液通孔结构，其中，所述进液通孔结构和所述第一进液通孔相对应设置；

第四层，所述第四层设置在所述第三层的下方，且所述第四层设置有第一流道入口、第一阻拦槽结构、及第一流道网络，且所述第一流道入口、第一阻拦槽结构及第一流道网络相连通；

第五层，所述第五层设置在所述第四层的下方，且所述第五层阵列排布第二进液通孔，所述第二进液通孔数量为该芯片进液通道数总和减去所述第二层进液通道数；

第六层，所述第六层设置在所述第五层下方，设置有第二流道入口、第二阻拦槽结构及第二流道网络，且所述第二流道入口、第二阻拦槽结构及第二流道网络与所述第二进液通孔连通；

第七层，所述第七层设置在所述第六层下方，且所述第七层阵列排布第三进液通孔，所述第三进液通孔数量为该芯片进液通道数总和减去所述第二层进液通道数与所述第三层进液通道数总和；

第八层，所述第八层设置在所述第七层下方，设置有第三流道入口、第三阻拦槽结构及第三流道网络，且所述第三流道入口、第三阻拦槽结构及第三流道网络与所述第三进液通孔连通。

2.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述第三层还包括：

第一汇总蓄液池，所述第一汇总蓄液池设置在所述第三层上，辅助不同液体集的同步输运。

3.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述第五层还包括：

第二汇总蓄液池，所述第二汇总蓄液池设置在所述第五层上，辅助不同液体集的同步输运。

4.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述第七层还包括：

第三汇总蓄液池，所述第三汇总蓄液池设置在所述第七层上，辅助不同液体集的同步输运。

5.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片还包括：

第一外部导管接头，所述第一外部导管接头设置在所述第一层上，且穿过所述外部进液区，与所述第一进液通孔连通。

6.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片还包括：

第二外部导管接头，所述第二外部导管接头设置在所述第一层上，且穿过所述外部进液区，与所述第二进液通孔连通。

7.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片还包括：

第三外部导管接头，所述第三外部导管接头设置在所述第一层上，且穿过所述外部进液区，与所述第三进液通孔连通。

8.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片还包括：

密封粘附结构，所述密封粘附结构设置在所述芯片每一层的边沿处，将所述芯片每一层之间进行密封。

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