CN113614509B - 微流体通道背板及其制备方法、微流控检测芯片 - Google Patents

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Abstract

一种微流体通道背板(1A)，包括衬底(1)、设置于衬底(1)上的多条微流体通道(21)、加样通道(31)和富集通道(32)。多条微流体通道(21)中的每条微流体通道(21)包括第一端(211)和第二端(212)。加样通道(31)与多条微流体通道(21)的第一端(211)连通。富集通道(32)包括第一富集子通道(321)和第二富集子通道(322)。第一富集子通道(321)与多条微流体通道(21)的第二端(212)连通，第二富集子通道(322)的一端与第一富集子通道(321)连通。

Description

微流体通道背板及其制备方法、微流控检测芯片
技术领域
本公开涉及微流控技术领域，尤其涉及一种微流体通道背板及其制备方法、微流控检测芯片。
背景技术
微流控(Microfluidics)技术指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升(nL)到微升(μL))的一种技术。微流控芯片是微流控技术实现的主要平台。微流控芯片具有并行采集和处理样品、集成化高、高通量、分析速度快、功耗低、物耗少、污染小等特点。微流控芯片技术可以应用于生物基因工程、疾病诊断和药物研究、细胞分析、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定等领域。近年来，微流控芯片技术得到了快速发展。微流控芯片是当前微全分析系统(Miniaturized Total Analysis Systems)发展的热点领域。
发明内容
一方面，提供一种微流体通道背板。所述微流体通道背板包括衬底、设置于所述衬底上的多条微流体通道、加样通道和富集通道。所述多条微流体通道中的每条微流体通道包括第一端和第二端。所述加样通道与所述多条微流体通道的第一端连通。所述富集通道包括第一富集子通道和第二富集子通道。所述第一富集子通道与所述多条微流体通道的第二端连通，所述第二富集子通道的一端与所述第一富集子通道连通。
在一些实施例中，所述加样通道包括：第一加样子通道，和至少两个第二加样子通道。其中，所述第一加样子通道的一侧与所述多条微流体通道的第一端连通，另一侧与所述至少两个第二加样子通道中的每个第二加样子通道的一侧连通。所述第一加样子通道沿第一方向的尺寸，大于所述至少两个第二加样子通道中每个第二加样子通道沿所述第一方向的尺寸。所述第一方向平行于所述多条微流体通道排列的方向。沿所述第一方向，所述至少两个第二加样子通道间隔并列设置。
在一些实施例中，所述加样通道包括：两个第二加样子通道。所述两个第二加样子通道和所述第一加样子通道呈U形设置。
在一些实施例中，所述第一富集子通道沿第一方向延伸；所述第一方向平行于所述多条微流体通道排列的方向。所述第二富集子通道沿第二方向延伸；所述第二方向平行于每个所述微流体通道的延伸方向。
在一些实施例中，所述第一富集子通道和所述第二富集子通道呈L形或T形设置。
在一些实施例中，微流体通道背板包括：设置于所述衬底上的微流体通道层，以及设置于所述微流体通道层远离所述衬底一侧的支撑层。其中，所述多条微流体通道设置于所述微流体通道层中。所述支撑层中形成有第一凹槽、第二凹槽、以及位于所述第一凹槽和所述第二凹槽中的多个支撑柱，所述多个支撑柱之间具有间隙。其中，所述第一凹槽及位于其内的多个支撑柱之间的间隙形成所述加样通道；所述第二凹槽及位于其内的多个支撑柱之间的间隙形成所述富集通道。
在一些实施例中，所述流体通道层中，对应所述多条微流体通道的第一端远离所述衬底的一侧开设有第一连通开口，所述第一连通开口被配置为使得所述多条微流体通道的第一端与所述加样通道连通；所述微流体通道层中，对应所述多条微流体通道的第二端远离所述衬底的一侧开设有第二连通开口，所述第二连通开口被配置为使得所述多个微流体通道的第二端与所述富集通道的第一富集子通道连通；所述第一连通开口和所述第二连通开口沿第一方向延伸；所述第一方向平行于所述多条微流体通道排列的方向。
在一些实施例中，所述多条微流体通道中的每条微流体通道为一体成型的结构。所述微流体通道背板还包括：设置于所述微流体通道层靠近所述衬底一侧的地基层；所述地基层包括多条沟槽，所述多条沟槽中的至少一条沟槽上方形成有所述多条微流体通道中的至少一条微流体通道。
在一些实施例中，微流体通道背板，还包括：设置于所述支撑层远离所述衬底一侧的键合膜层。所述键合膜层被配置为，使得所述微流体通道背板与盖板键合。
在一些实施例中，微流体通道背板，还包括：设置于所述多条微流体通道靠近或远离所述衬底一侧的控制电极。所述控制电极在所述衬底上的正投影与所述多条微流体通道中的各条微流体通道在所述衬底上的正投影至少部分重叠；所述控制电极被配置为，传输控制信号，以控制流经所述多条微流体通道的微流体的富集倍率。
在一些实施例中，所述控制电极沿第一方向延伸；所述第一方向平行于所述多条微流体通道排列的方向。
在一些实施例中，微流体通道背板，还包括：设置于所述多条微流体通道靠近或远离所述衬底一侧的驱动电极。所述驱动电极在所述衬底上的正投影与所述加样通道在所述衬底上的正投影至少部分重叠。所述驱动电极被配置为，传输第一驱动信号，形成用于驱动微流体移动的电场。
另一方面，提供一种微流控检测芯片。所述微流控检测芯片包括：如上述任一实施例所述的微流体通道背板；及与所述微流体通道背板相对设置的盖板。
在一些实施例中，在所述微流体通道背板的加样通道包括第一加样子通道和两个第二加样子通道，且所述两个第二加样子通道和所述第一加样子通道呈U形设置的情况下，所述盖板开设有两个加样开口，所述两个加样开口分别与所述两个第二加样子通道连通。
在一些实施例中，所述盖板包括呈U形设置的检测通道，所述检测通道与所述微流体通道背板中富集通道的第二富集子通道的远离第一富集子通道的一端连通。
在一些实施例中，所述盖板开设有两个检测开口，所述两个检测开口分别设置于所述检测通道的两端，且与所述检测通道连通。所述两个检测开口被配置为，与外部检测设备耦接，以向流经所述检测通道的微流体施加第二驱动信号，与所述微流体通道背板中的被施加第一驱动信号的驱动电极配合形成用于驱动微流体移动的电场。
又一方面，提供一种微流体通道背板的制备方法，包括：提供衬底，在所述衬底的一侧形成微流体通道薄膜，所述微流体通道薄膜内形成有多条微流体通道；所述多条微流体通道中的每条微流体通道包括第一端和第二端。在所述微流体通道薄膜远离所述衬底的一侧形成支撑薄膜。图案化所述支撑薄膜，形成第一凹槽、第二凹槽、以及位于所述第一凹槽和所述第二凹槽内的多个支撑柱；所述第一凹槽及位于其内的多个支撑柱之间的间隙形成加样通道，所述第二凹槽及位于其内的多个支撑柱之间的间隙形成富集通道；所述富集通道包括相连通的第一富集子通道和第二富集子通道。继续向下刻蚀所述微流体通道薄膜；在对应所述多条微流体通道的第一端的位置处形成第一连通开口，以使所述多条微流体通道的第一端与所述加样通道连通；在对应所述多条微流体通道的第二端的位置处形成第二连通开口，以使所述多条微流体通道的第二端与所述富集通道的第一富集子通道连通。
在一些实施例中，所述的制备方法，还包括：在形成所述微流体通道薄膜之后，且在形成所述支撑薄膜之前，在所述微流体通道薄膜远离所述衬底的一侧形成导电薄膜。图案化所述导电薄膜，形成控制电极和驱动电极。其中，所述控制电极在所述衬底上的正投影，与所述多条微流体通道中的各条微流体通道在所述衬底上的正投影至少部分重叠。所述驱动电极在所述衬底上的正投影与所述加样通道在所述衬底上的正投影至少部分重叠。
在一些实施例中，所述在所述衬底的一侧形成微流体通道薄膜，所述微流体通道薄膜内形成有多条微流体通道，包括：在所述衬底的一侧形成地基层，所述地基层包括多条沟槽。在所述地基层远离所述衬底的一侧沉积微流体通道薄膜材料，沉积过程中，所述多条沟槽中的每条沟槽上一体成型形成一条微流体通道。
附图说明
为了更清楚地说明本公开中的技术方案，下面将对本公开一些实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例的附图，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。此外，以下描述中的附图可以视作示意图，并非对本公开实施例所涉及的产品的实际尺寸、方法的实际流程、信号的实际时序等的限制。
图1根据本公开一些实施例提供的一种微流体通道背板的俯视图；
图2为图1中B部分放大图；
图3为图2中的微流体通道背板沿A1-A1的剖面图；
图4根据本公开一些实施例提供的微流体通道背板中微流体通道的制作流程图；
图5根据本公开一些实施例提供的微流体通道背板中微流体通道的结构图；
图6图2中C部分的放大图；
图7根据本公开一些实施例提供的另一种微流体通道背板的俯视图；
图8为图7中的微流体通道背板沿A4-A4的剖面图；
图9根据本公开一些实施例提供的一种微流体通道背板制备方法的流程图；
图10根据本公开一些实施例提供的另一种微流体通道背板制备方法的流程图；
图11根据本公开一些实施例提供的又一种微流体通道背板制备方法的流程图；
图12根据本公开一些实施例提供的又一种微流体通道背板制备方法的流程图；
图13根据本公开一些实施例提供的一种盖板的俯视图；
图14根据本公开一些实施例提供的一种盖板的剖面图；
图15根据本公开一些实施例提供的一种盖板制备方法的流程图；
图16根据本公开一些实施例提供的另一种盖板制备方法的流程图；
图17根据本公开一些实施例提供的一种微流控检测芯片的俯视图；
图18根据本公开一些实施例提供的微流控检测芯片中检测单元的结构图；
图19根据本公开一些实施例提供的一种微流控检测芯片的剖面图；
图20根据本公开一些实施例提供的一种微流控检测芯片液滴移动的原理图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本公开一些实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开所提供的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非上下文另有要求，否则，在整个说明书和权利要求书中，术语“包括(comprise)”及其其他形式例如第三人称单数形式“包括(comprises)”和现在分词形式“包括(comprising)”被解释为开放、包含的意思，即为“包含，但不限于”。在说明书的描述中，术语“一个实施例(one embodiment)”、“一些实施例(some embodiments)”、“示例性实施例(exemplary embodiments)”、“示例(example)”、“特定示例(specific example)”或“一些示例(some examples)”等旨在表明与该实施例或示例相关的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施例或示例中。上述术语的示意性表示不一定是指同一实施例或示例。此外，所述的特定特征、结构、材料或特点可以以任何适当方式包括在任何一个或多个实施例或示例中。
以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在描述一些实施例时，可能使用了“耦接”和“连接”及其衍伸的表达。例如，描述一些实施例时可能使用了术语“连接”以表明两个或两个以上部件彼此间有直接物理接触或电接触。又如，描述一些实施例时可能使用了术语“耦接”以表明两个或两个以上部件有直接物理接触或电接触。然而，术语“耦接”或“通信耦合(communicatively coupled)”也可能指两个或两个以上部件彼此间并无直接接触，但仍彼此协作或相互作用。这里所公开的实施例并不必然限制于本文内容。
“A、B和C中的至少一个”与“A、B或C中的至少一个”具有相同含义，均包括以下A、B和C的组合：仅A，仅B，仅C，A和B的组合，A和C的组合，B和C的组合，及A、B和C的组合。
“A和/或B”，包括以下三种组合：仅A，仅B，及A和B的组合。
微流控技术可以将，在生物、化学、医学分析过程中用于样品反应、分离、检测的基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，制成微流控检测芯片。利用微流控检测芯片对待测样品进行控制，以实现对待测样品的检测。
如图1、图2和图17所示，本公开的一些实施例提供一种微流体通道背板1A，及包括该微流体通道背板1A的微流控检测芯片3A，该流控检测芯片3A可以实现在对待测样品进行检测前，对待测样品中的待测分子的浓度进行富集，以提高待测样品的检测精度。
需要说明的是，待测样品可以是液态物质，例如，血液样品，血液样品中的待测分子例如是血红蛋白、血小板、病原细胞等。
请参阅图1、图2和图3，微流体通道背板1A包括衬底1、设置于衬底1上的多条微流体通道21、加样通道31和富集通道32。
在一些实施例中，衬底1可以为玻璃基板、石英基板、硅基板等。
在一些实施例中，多条微流体通道21中的每条微流体通道包括第一端211和第二端212。加样通道31与多条微流体通道21的第一端211连通；富集通道32包括第一富集子通道321和第二富集子通道322。第一富集子通道321与多条微流体通道21的第二端212连通，第二富集子通道322的一端与第一富集子通道321连通。
示例性地，多条微流体通道21呈阵列式布置，形成微流体通道阵列。例如，如图1和图2所示，多条微流体通道21沿第一方向D1并列布置，每条微流体通道21沿第二方向D2延伸。其中，第一方向D1和第二方向D2相交叉，例如，第一方向D1和第二方向D2相互垂直。
示例性地，多条微流体通道21中的每条微流体通道21为纳米级通道，即每条微流体通道21的孔径尺寸小于1000nm，例如，每条微流体通道21的孔径尺寸范围可以在约1nm～50nm的范围内，或者在约50nm～100nm的范围内，或者在约100nm～1000nm的范围内。此外，当上述微流体通道21的内壁为非规则的或者弯曲的时，“孔径尺寸”可以指微流体通道21的最小孔径尺寸或者平均孔径尺寸。
在微流体通道21为纳米级通道的情况下，微流体通道21内壁的双电层将会在流道内相互重叠，与双电层电荷属性相同的物质不能通过该通道，而带相反电荷或中性物质则可以通过，即存在“电荷排斥富集机理”。因此，上述实施例提供的微流体通道背板1A中的微流体通道21利用“电荷排斥富集机理”可以实现样品分子浓度的富集。
在一些实施例中，如图2和图3所示，加样通道31和富集通道32设置于多条微流体通道21远离衬底1的一侧。其中，加样通道31与多条微流体通道21的第一端211连通，加样通道31用于将较低浓度的待测样品加入微流体通道背板1A内，并将较低浓度的待测样品输送至多条微流体通道21的第一端211。富集通道32与多条微流体通道21的第二端212连通，富集通道32用于接收经过多条微流体通道21富集后得到的较高浓度的待测样品。基于此，首先，上述实施例提供的微流体通道背板1A的加样通道31与多条微流体通道21的第一端211连通，第一富集子通道321与多条微流体通道21的第二端212连通。当将较低浓度的待测样品加入加样通道31后，在“电荷排斥富集机理”的作用下，多条微流体通道21对待测样品中的待测分子具有选择性，即仅允许待测样品中的待测分子通过，待测样品中的待测分子的浓度在多条微流体通道21的第一端211减小，在多条微流体通道21的第二端212增大。这样在第一富集子通道321中得到较高浓度的待测样品。其次，上述实施例提供的微流体通道背板1A的第二富集子通道322的一端与第一富集子通道321连通，这样使得，第一富集子通道321中富集得到的较高浓度的待测样品，在第二富集子通道322中聚集，从而更容易被检测。
在一些实施例中，如图1所示，加样通道31包括：第一加样子通道311，和至少两个第二加样子通道312。其中，第一加样子通道311的一侧与多条微流体通道21的第一端211连通，另一侧与至少两个第二加样子通道312中的每个第二加样子通道312的一侧连通。
第一加样子通道311沿第一方向D1的尺寸(可参照图1中所示的d1)，大于至少两个第二加样子通道312中每个第二加样子通道312沿第一方向D1的尺寸(可参照图1中所示的d2和d3)。并且沿第一方向D1，上述至少两个第二子加样通道312间隔并列设置。
基于此结构，在向加样通道31中加入待测样品时，可以从上述至少两个第二加样子通道312中的任一个或一些第二加样子通道312加入待测样品，其余的用作排气通道，这样可以避免待测样品中产生气泡，造成多条微流体通道21的堵塞。
示例性的，如图1所示，加样通道31包括：两个第二加样子通道312。这两个第二加样子通道312和第一加样子通道311呈U形设置。在加入待测样品时，这两个第二加样子通道312中的一个第二加样子通道312用于加入待测样品，另一个第二加样子通道312用作出气通道。
其中，该两个第二子加样通道312间隔并列设置。第一加样子通道311沿第一方向D1的尺寸等于d1。该两个第二加样子通道312沿第一方向D1的尺寸分别为d2和d3，d1大于d2，d1大于d3。
基于此结构，在向加样通道31中加入待测样品时，可以从两个第二加样子通道312中的一个第二加样子通道312加入待测样品，另一个用作排气通道，这样可以避免待测样品中产生气泡，造成多条微流体通道21的堵塞。
在一些实施例中，如图1所示，第一富集子通道321沿第一方向D1延伸，第二富集子通道322沿第二方向D2延伸。第一方向D1平行于多个微流体通道21排列的方向；第二方向D2平行于每个微流体通道21的延伸方向。这样便于第一富集子通道321与各条微流体通道21连通，第二富集子通道322向背离第一富集子通道321方向延伸，以便于第一富集子通道321与背板2A上的检测通道72连通。
示例性地，如图1所示，第一富集子通道321和第二富集子通道322呈L形，即第二富集子通道322的一端与第一富集子通道321的一端连通。这样的设置形式结构简单易实现。
示例性地，第一富集子通道321和第二富集子通道322呈T形，即第二富集子通道322的一端与第一富集子通道321的中间部分(即除了第一富集子通道321两端的位置)连通。
需要说明的是，以上是对第一富集子通道321和第二富集子通道322设置形式的示例性的介绍，二者的设置形式不限于此。
在一些实施例中，如图7和图8所示，本公开实施例提供的微流体通道背板1A，还包括：设置于多条微流体通道21靠近或远离衬底1一侧的控制电极61。控制电极61在衬底1上的正投影与多条微流体通道21中的各条微流体通道21在衬底上的正投影至少部分重叠。控制电极61被配置为，传输控制信号，以控制流经多条微流体通道21的微流体的富集倍率。
示例性地，如图8所示，控制电极61接栅电压VG，通过调节栅电压VG的大小控制多条微流体通道21上的电荷量。根据异种电荷相吸同种电荷相斥的原理，控制流经多条微流体通道21的微流体的富集倍率。例如，多条微流体通道21带有正电荷，待测样品分子带有负电荷，增大多条微流体通道21中的电荷量，增加待测样品分子的富集倍率。
示例性地，如图6所示，多个微流体通道21阵列排布，平行于多个微流体通道21排列的方向为第一方向D1，多个微流体通道21延伸的方向为第二方向D2。控制电极61沿第一方向D1延伸，即控制电极61平行于多个微流体通道21排列的方向，且经过各条微流体通道21。控制电极61具有一信号接入端611，信号接入端611用于接入控制信号(例如电压信号)。信号接入端611在第二方向D2的尺寸，可大于控制电极61在第二方向D2的尺寸，这样便于信号接入端611与外部用于提供控制信号的设备之间的连接。
在一些实施例中，如图7和图8所示，本公开实施例提供的微流体通道背板1A，还包括：设置于多条微流体通道21靠近或远离衬底1一侧的驱动电极62。驱动电极62在衬底1上的正投影与加样通道31在衬底1上的正投影至少部分重叠。驱动电极62被配置为，传输第一驱动信号，形成用于驱动微流体移动的电场。
示例性地，驱动电极62接入的第一驱动信号为第一电位信号。第一电位信号例如为地电位信号或其他恒定电位信号。
控制电极61和驱动电极62的材料包括：氧化铟锡、钼、铝、铜等导电材料中的任意一种。当然，控制电极61和驱动电极62的材料并不局限于前述的几种材料，在此不做限定。
控制电极61和驱动电极62的材料可以相同，可以不同，二者可以同层设置也可以不同层设置。
如图7所示，本公开实施例提供的微流体通道背板1A还包括检测单元8。示例性地，检测单元8靠近第二富集子通道322设置。例如，该检测单元8包括光学传感器，该光学传感器能够将其所接收到的光信号转换为相应的电信号，此时，可以通过对电信号进行分析，以得到该待测样品的性能。当然，检测单元8并不局限于光学传感器，其还可以为其他传感器等，在此不再一一赘述。
以上是对微流体通道背板1A所包括的各个部件或结构进行的示例性的介绍，基于上述的一个或多个实施例，下面对微流体通道背板1A的膜层结构进行示例性的介绍。
如图1、图2和图3所示，微流体通道背板1A，包括：设置于衬底1上的微流体通道层2，上述多条微流体通道21设置于微流体通道层2中。
在一些实施例中，如图5所示，多条微流体通道21中的每条微流体通道21为一体成型的结构。
示例性地，为了形成具有一体成型结构微流体通道21，如图4中的(c1)和(c2)部分所示，本公开实施例提供的微流体通道背板1A还包括：设置于微流体通道层2靠近衬底1一侧的地基层4；地基层4包括多条沟槽41，多条沟槽41中的至少一条沟槽41上方形成有多条微流体通道21中的至少一条微流体通道21。
例如，地基层4可以采用紫外曝光、电子束曝光、纳米压印和光刻剥离等图形化技术，另外，还可配合干刻、热腐蚀等加工工艺技术形成。
例如，多条微流体通道21可以通过沉积工艺得到。
在上述形成多条微流体通道21的过程中，对地基层4中的多条沟槽41的工艺精度要求较低，在精度要求较低的地基层4上通过沉积工艺形成高精度的多条微流体通道21，从而降低了对设备图形化精度的要求。
并且，上述微流体通道层2及多条微流体通道21是通过沉积工艺而自然生长形成的，并非通过刻蚀形成，因此，可以避免刻蚀均一性带来的不良，并且无需针对不同的沉积材料开发不同的刻蚀工艺。
另外，由于多条微流体通道21沉积过程中自然一体成型形成，形成为封闭通道，因此不需要进行背板和盖板的贴合即可形成封闭的通道，避免了贴合难度，提升了微流体通道的品质。
在一些实施例中，如图2和图3所示，微流体通道层2中，对应多个微流体通道21的第一端211远离衬底1的一侧开设有第一连通开口211a，第一连通开口211a被配置为使得多个微流体通道21的第一端211与加样通道31连通。即，加样通道31通过第一连通开口211a与多个微流体通道21的第一端211连通。
可以理解的是，加样通道31的尺寸数量级和第一连通开口211a的尺寸数量级均大于多个微流体通道21中每个微流体通道21的尺寸数量级，例如，加样通道31的尺寸数量级和第一连通开口211a的尺寸数量级均是微米级(大于1μm)，多个微流体通道21中每个微流体通道21的尺寸数量级是纳米级(小于1μm)。加样通道31通过第一连通开口211a与多个微流体通道21的第一端211连通，只需要完成加样通道31与第一连通开口211a的连通，即可完成加样通道31与多个微流体通道21中每个微流体通道21的连通，降低了加样通道31与多个微流体通道21的连通过程中的对位难度。
在一些实施例中，如图2和图3所示，微流体通道层2中，对应多个微流体通道21的第二端212远离衬底1的一侧开设有第二连通开口212a，第二连通开口212a被配置为使得多个微流体通道21的第二端212与富集通道32的第一富集子通道321连通。即，第一富集子通道321通过第二连通开口212a与多个微流体通道21的第二端212连通。
可以理解的是，第一富集子通道321的尺寸数量级和第二连通开口212a的尺寸数量级均大于多个微流体通道21中每个微流体通道21的尺寸数量级，例如，第一富集子通道321的尺寸数量级和第二连通开口212a的尺寸数量级均是微米级(即大于1μm)，多个微流体通道21中每个微流体通道21的尺寸数量级是纳米级。第一富集子通道321通过第二连通开口212a与多个微流体通道21的第二端212连通，只需要完成第一富集子通道321与第二连通开口212a的连通，即可完成第一富集子通道321与多个微流体通道21中每个微流体通道21的连通，降低了第一富集子通道321与多个微流体通道21连通过程中的对位难度。
在一些实施例中，如图2和图3所示，本公开实施例提供的微流体通道背板1A，还包括：设置于微流体通道层2远离衬底1一侧的支撑层3。当微流体通道背板1A与背板2A对位扣合形成微流控检测芯片3A时，支撑层3可以用于支撑盖板2A，防止微流体通道层2塌陷破坏多条微流体通道21的结构。
如图2和图3所示，支撑层3中形成有第一凹槽33、第二凹槽34、以及位于第一凹槽33和第二凹槽34中的多个支撑柱35，多个支撑柱35之间具有间隙36。所述第一凹槽33及位于其内的多个支撑柱35之间的间隙36形成上述加样通道31。第二凹槽34及位于其内的多个支撑柱35之间的间隙36形成所述富集通道32。
将待测样品加入第一凹槽33，待测样品通过多个支撑柱35之间的间隙36移动至第一连通开口211a，待测样品中的待测分子由第一连通开口211a通过各个微流体通道21，富集至第二连通开口212a，最后进入第二凹槽34。这样，支撑层3既可以用于保护多条微流体通道21的结构，防止微流体通道层2塌陷，又可以用于形成上述加样通道31和富集通道32。
示例性地，多个支撑柱35在第一凹槽33和第二凹槽34中均匀布置。
示例性地，多个支撑柱35的形状包括圆柱状、棱柱状、圆台状、棱台状或异形柱状等。例如，如图3和图6所示，多个支撑柱35为圆柱状。
示例性地，如图6所示，多个支撑柱35中的每个支撑柱35的半径L1为4～6μm，例如5μm。相邻两个支撑柱35之间的间隙36的宽度L2为3～5μm，例如4μm。相邻四个支撑柱35中位于对角线上的两个支撑柱35之间的间隙36的宽度L3为9～10μm，例如9.8μm。
如图1和图3所示，在一些实施例中，本公开实施例提供的微流体通道背板1A，还包括：设置于支撑层3远离衬底1一侧的键合膜层5；键合膜层5被配置为，使得微流体通道背板1A与盖板2A键合。
示例性地，可以通过键合膜层5中的分子和盖板2A中的分子键合连接，以使微流体通道背板1A与盖板2A键合。例如，键合膜层5采用的材料中和盖板2A采用的材料中掺杂有相同金属物质，例如，铁-硅合金或铜-硅合金。在进行微流体通道背板1A与盖板2A键合时，铁-硅合金或铜-硅合金形成的化学键，以使二者键合封装。
如图7和图8所示，在一些实施例中，在微流体通道背板1A包括控制电极61和驱动电极62的情况下，微流体通道背板1A的膜层结构中，还包括电极层6，电极层6设置于多条微流体通道21靠近或远离衬底1一侧。
如图13和14所示，本公开的实施例还提供一种微流控检测芯片的盖板2A，盖板2A上开设有两个加样开口71和检测通道72。两个加样开口71分别用于与微流体通道背板1A的两个第二加样子通道312连通。检测通道72用于与微流体通道背板1A中富集通道32的第二富集子通道322的远离第一富集子通道321的一端连通，并且检测通道72上修饰有用于对待检测样品进行检测的检测试剂74。
如图17和19所示，本公开的实施例还提供一种微流控检测芯片3A，包括：如上述任一实施例的微流体通道背板1A；及与微流体通道背板1A相对设置的盖板2A。
请参阅图17和图19，在一些实施例中，在微流体通道背板1A的加样通道31包括第一加样子通道311和两个第二加样子通道312，且两个加样子通道312和第一加样子通道311呈U形设置的情况下，盖板2A开设有两个加样开口71，两个加样开口71分别与两个第二加样子通道312连通。
在一些实施例中，如图17和图19所示，盖板2A包括呈U形设置的检测通道72，如图17所示，检测通道72与微流体通道背板1A中富集通道32的第二富集子通道322的远离第一富集子通道321的一端连通。
如图13和图17所示，在一些实施例中，盖板2A开设有两个检测开口73，两个检测开口73分别设置于检测通道72的两端，且与检测通道72连通；
两个检测开口73被配置为，与外部检测设备(图17中未示意出外部检测设备)耦接，以向流经所述检测通道的微流体施加第二驱动信号，与微流体通道背板1A中的被施加第一驱动信号的驱动电极62配合形成用于驱动微流体移动的电场。
如图20所示，待测样品的液滴Q从加样开口71加入加样通道31，待测样品分子由加样通道31通过多个微流体通道21富集至富集通道32的具体原理如下：如图20所示，待测样品液滴从加样开口71加入加样通道31，向驱动电极62施加驱动信号，驱动电极62传输第一驱动信号，将两个检测开口72与外部检测设备的第一信号端V1和第二信号端V2耦接，以向流经检测通道72的微流体施加第二驱动信号，两个检测开口72和驱动电极62配合形成用于驱动微流体移动的电场。待测样品分子在电场驱动下由加样通道31通过多个微流体通道21富集至富集通道32。如图17和图18所示，检测单元8对富集通道32中的待测样品分子进行检测。
例如，如图18所示，检测单元8可以包括对待测样品中不同物质进行检测的检测模块81，例如包括对特异性检测抗体进行检测的检测模块81。例如，检测单元8可以包括对待测样品中的物质依次进行检测的检测模块82。例如，检测单元8可以包括对待测样品中的物质进行光学检测的光学检测模块83。例如，检测单元8可以包括对待测样品中的物质进行电学检测的电学检测模块84。例如，检测单元8可以包括过滤筛选后的检测模块85。
如图11和图12所示，本公开的实施例又提供一种微流体通道背板的制备方法，包括S1～S4：
S1：如图10中的(a)所示，提供衬底1，在衬底1的一侧形成微流体通道薄膜02，微流体通道薄膜02内形成有多条微流体通道21；多条微流体通道21中的每条微流体通道21包括第一端211和第二端212。S2：如图10中的(b)所示，在微流体通道薄膜02远离衬底1的一侧形成支撑薄膜03。S3：如图10中的(c)所示，图案化支撑薄膜03，形成第一凹槽33、第二凹槽34、以及位于第一凹槽33和第二凹槽34内的多个支撑柱35。第一凹槽33及位于其内的多个支撑柱35之间的间隙36形成加样通道31；第二凹槽34及位于其内的多个支撑柱35之间的间隙36形成富集通道32；富集通道32包括相连通的第一富集子通道321和第二富集子通道322。S4：如图10中的(c)所示，继续向下刻蚀微流体通道薄膜02；在对应多个微流体通道21的第一端211的位置处形成第一连通开口211a，以使多个微流体通道21的第一端211与加样通道31连通；在对应多个微流体通道21的第二端212的位置处形成第二连通开口212a，以使多个微流体通道21的第二端212与富集通道32的第一富集子通道321连通。如图11和图12所示，在一些实施例中，本公开的实施例提供的微流体通道背板的制备方法，还包括S11～S12：
S11：在S1中，形成所述微流体通道薄膜之后，且在S2中，形成所述支撑薄膜之前，在微流体通道薄膜02远离衬底1的一侧形成导电薄膜06。
S12：图案化导电薄膜06，形成控制电极61和驱动电极62。其中，控制电极61在衬底1上的正投影，与多条微流体通道21中的各条微流体通道21在衬底1上的正投影至少部分重叠。驱动电极62在衬底1上的正投影与加样通道31在衬底1上的正投影至少部分重叠。如图4所示，在一些实施例中，S1：在所述衬底的一侧形成微流体通道薄膜，所述微流体通道薄膜内形成有多条微流体通道，本公开的实施例提供的微流体通道背板的制备方法，还包括S01～S02：
S01：如图4中的(b1)和(b2)所示，在衬底1的一侧形成地基层4，地基层4包括多条沟槽。
示例性地，以纳米压印工艺为例：直接采用成膜工艺在衬底1上形成特定厚度的地基膜层材料得到地基膜层。地基膜层的材料可以是二氧化硅、氮化硅无机材料，也可以是Al(铝)、Mo(钼)等金属材料，还可以是PR胶(光刻胶)等有机材料。地基膜层的厚度可以大约等于100μm。在地基膜层上涂压印胶；采用压印模板对压印胶进行压印并固化；脱模，得到图案化的压印胶；对未被压印胶覆盖的地基膜层进行刻蚀；如采用干刻工艺，将未被压印胶覆盖的地基膜层刻蚀掉，如图4中的(B)和(b)部分所示，以形成多条沟槽41，得到地基层4。
S02：如图4中的(c1)和(c2)所示，在地基层4远离衬底1的一侧沉积微流体通道薄膜02材料，沉积过程中，多条沟槽41中的每条沟槽41上一体成型形成一条微流体通道21。
示例性地，在形成有多条沟槽41的地基层4上，通过沉积工艺，使微流体通道层材料自然沉积生长。如图4中的(c1)和(c2)部分所示，在沉积过程中，微流体通道层材料逐渐附着于地基层4上，在多条沟槽41上方形成多条微流体通道21。例如，沉积工艺可以为PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)工艺，如溅射工艺等；沉积工艺也可以为CVD(Chemical VaporDeposition，化学气相沉积)工艺，如PECVD(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)、ALD(Atomic Layer Deposition，原子层沉积)工艺等。如图15和图16所示，本公开的实施例又提供一种盖板的制备方法，包括S1～S4：
S1：如图16中的(a)所示，制造带有检测通道凸起结构的模板。S2：如图16中的(b)所示，在模板上浇筑盖板材料，并揭下，形成带有检测通道的盖板。
S3：如图16中的(c)和(d)所示，在带有检测通道的盖板上形成两个加样开口71和两个检测开口72。
S4：在检测通道上修饰生化检测试剂。
最后将微流体通道背板1A和盖板2A键合形成微流控检测芯片3A。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种微流体通道背板，包括：
衬底；
设置于所述衬底上的多条微流体通道，所述多条微流体通道中的每条微流体通道包括第一端和第二端；
加样通道，所述加样通道与所述多条微流体通道的第一端连通；
富集通道，所述富集通道包括第一富集子通道和第二富集子通道；所述第一富集子通道与所述多条微流体通道的第二端连通，所述第二富集子通道的一端与所述第一富集子通道连通；
所述加样通道包括：第一加样子通道，和至少两个第二加样子通道；其中，
所述第一加样子通道的一侧与所述多条微流体通道的第一端连通，另一侧与所述至少两个第二加样子通道中的每个第二加样子通道的一侧连通；
所述第一加样子通道沿第一方向的尺寸，大于所述至少两个第二加样子通道中每个第二加样子通道沿所述第一方向的尺寸；所述第一方向平行于所述多条微流体通道排列的方向；
沿所述第一方向，所述至少两个第二加样子通道间隔并列设置。
2.根据权利要求1所述的微流体通道背板，其中，所述加样通道包括：两个第二加样子通道；
所述两个第二加样子通道和所述第一加样子通道呈U形设置。
3.根据权利要求1～2中任一项所述的微流体通道背板，其中，
所述第一富集子通道沿第一方向延伸；所述第一方向平行于所述多条微流体通道排列的方向；
所述第二富集子通道沿第二方向延伸；所述第二方向平行于每个所述微流体通道的延伸方向。
4.根据权利要求3所述的微流体通道背板，所述第一富集子通道和所述第二富集子通道呈L形或T形设置。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的微流体通道背板，包括：
设置于所述衬底上的微流体通道层，所述多条微流体通道设置于所述微流体通道层中；
设置于所述微流体通道层远离所述衬底一侧的支撑层，所述支撑层中形成有第一凹槽、第二凹槽、以及位于所述第一凹槽和所述第二凹槽中的多个支撑柱，所述多个支撑柱之间具有间隙；
其中，所述第一凹槽及位于其内的多个支撑柱之间的间隙形成所述加样通道；
所述第二凹槽及位于其内的多个支撑柱之间的间隙形成所述富集通道。
6.根据权利要求5所述的微流体通道背板，其中，
所述流体通道层中，对应所述多条微流体通道的第一端远离所述衬底的一侧开设有第一连通开口，所述第一连通开口被配置为使得所述多条微流体通道的第一端与所述加样通道连通；
所述微流体通道层中，对应所述多条微流体通道的第二端远离所述衬底的一侧开设有第二连通开口，所述第二连通开口被配置为使得所述多条微流体通道的第二端与所述富集通道的第一富集子通道连通；
所述第一连通开口和所述第二连通开口沿第一方向延伸；所述第一方向平行于所述多条微流体通道排列的方向。
7.根据权利要求5或6所述的微流体通道背板，所述多条微流体通道中的每条微流体通道为一体成型的结构；
所述微流体通道背板还包括：
设置于所述微流体通道层靠近所述衬底一侧的地基层；所述地基层包括多条沟槽，所述多条沟槽中的至少一条沟槽上方形成有所述多条微流体通道中的至少一条微流体通道。
8.根据权利要求5～7中任一项所述的微流体通道背板，还包括：
设置于所述支撑层远离所述衬底一侧的键合膜层；
所述键合膜层被配置为，使得所述微流体通道背板与盖板键合。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的微流体通道背板，还包括：
设置于所述多条微流体通道靠近或远离所述衬底一侧的控制电极；
所述控制电极在所述衬底上的正投影与所述多条微流体通道中的各条微流体通道在所述衬底上的正投影至少部分重叠；
所述控制电极被配置为，传输控制信号，以控制流经所述多条微流体通道的微流体的富集倍率。
10.根据权利要求9所述的微流体通道背板，其中，所述控制电极沿第一方向延伸；所述第一方向平行于所述多条微流体通道排列的方向。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的微流体通道背板，还包括：
设置于所述多条微流体通道靠近或远离所述衬底一侧的驱动电极；
所述驱动电极在所述衬底上的正投影与所述加样通道在所述衬底上的正投影至少部分重叠；
所述驱动电极被配置为，传输第一驱动信号，形成用于驱动微流体移动的电场。
12.一种微流控检测芯片，包括：
如权利要求1～11中任一项所述的微流体通道背板；及，
与所述微流体通道背板相对设置的盖板。
13.根据权利要求12所述的微流控检测芯片，其中，在所述微流体通道背板的加样通道包括第一加样子通道和两个第二加样子通道，且所述两个第二加样子通道和所述第一加样子通道呈U形设置的情况下，
所述盖板开设有两个加样开口，所述两个加样开口分别与所述两个第二加样子通道连通。
14.根据权利要求12或13所述的微流控检测芯片，其中，所述盖板包括呈U形设置的检测通道，所述检测通道与所述微流体通道背板中富集通道的第二富集子通道的远离第一富集子通道的一端连通。
15.根据权利要求14所述的微流控检测芯片，其中，所述盖板开设有两个检测开口，所述两个检测开口分别设置于所述检测通道的两端，且与所述检测通道连通；
所述两个检测开口被配置为，与外部检测设备耦接，以向流经所述检测通道的微流体施加第二驱动信号，与所述微流体通道背板中的被施加第一驱动信号的驱动电极配合形成用于驱动微流体移动的电场。
16.一种微流体通道背板的制备方法，包括：
提供衬底，在所述衬底的一侧形成微流体通道薄膜，所述微流体通道薄膜内形成有多条微流体通道；所述多条微流体通道中的每条微流体通道包括第一端和第二端；
在所述微流体通道薄膜远离所述衬底的一侧形成支撑薄膜；
图案化所述支撑薄膜，形成第一凹槽、第二凹槽、以及位于所述第一凹槽和所述第二凹槽内的多个支撑柱；所述第一凹槽及位于其内的多个支撑柱之间的间隙形成加样通道，所述第二凹槽及位于其内的多个支撑柱之间的间隙形成富集通道；所述富集通道包括相连通的第一富集子通道和第二富集子通道；
继续向下刻蚀所述微流体通道薄膜；在对应所述多条微流体通道的第一端的位置处形成第一连通开口，以使所述多条微流体通道的第一端与所述加样通道连通；在对应所述多条微流体通道的第二端的位置处形成第二连通开口，以使所述多条微流体通道的第二端与所述富集通道的第一富集子通道连通；
所述加样通道包括：第一加样子通道，和至少两个第二加样子通道；其中，
所述第一加样子通道的一侧与所述多条微流体通道的第一端连通，另一侧与所述至少两个第二加样子通道中的每个第二加样子通道的一侧连通；
所述第一加样子通道沿第一方向的尺寸，大于所述至少两个第二加样子通道中每个第二加样子通道沿所述第一方向的尺寸；所述第一方向平行于所述多条微流体通道排列的方向；
沿所述第一方向，所述至少两个第二加样子通道间隔并列设置。
17.根据权利要求16所述的制备方法，还包括：
在形成所述微流体通道薄膜之后，且在形成所述支撑薄膜之前，在所述微流体通道薄膜远离所述衬底的一侧形成导电薄膜；
图案化所述导电薄膜，形成控制电极和驱动电极；
其中，所述控制电极在所述衬底上的正投影，与所述多条微流体通道中的各条微流体通道在所述衬底上的正投影至少部分重叠；
所述驱动电极在所述衬底上的正投影与所述加样通道在所述衬底上的正投影至少部分重叠。
18.根据权利要求16或17所述的制备方法，其中，所述在所述衬底的一侧形成微流体通道薄膜，所述微流体通道薄膜内形成有多条微流体通道，包括：
在所述衬底的一侧形成地基层，所述地基层包括多条沟槽；
在所述地基层远离所述衬底的一侧沉积微流体通道薄膜材料，沉积过程中，所述多条沟槽中的每条沟槽上一体成型形成一条微流体通道。
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