CN115052525A - 用于收集流体的微针和流体通道系统 - Google Patents

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Abstract

一种微针(100，200，300，720)，该微针包括在衬底(300，710)上沿着纵向轴线从顶端部延伸至底端部的长形本体(110，210，310)，其中，长形本体包括上部部分(120，220，320)和下部部分(130，230，330)。下部部分(130，230，330)包括延伸到衬底(300，710)中的内部毛细管孔洞(260，730)。长形本体(110，210，310)的上部部分(120，220，320)具有由至少三个本体侧部形成的半封闭内部空隙空间(140，240)，所述至少三个本体侧部中的两个本体侧部在尖锐边缘处连结，并且第三本体侧部设置有从长形本体(110，210，310)的下部部分(130，230，330)延伸到第三本体侧部的上端部的开口狭缝(150，250，350)。长形本体(110，210，310)的顶端部构造为斜面，以在所述边缘的顶部处产生尖的梢端，所述斜面延伸至第三本体侧部。上部部分的半封闭内部空隙空间(140，240)朝向长形本体(110，210，310)的底端部的内部毛细管孔洞敞开，并且长形本体的底端部连接至衬底(300，710)。

Description

用于收集流体的微针和流体通道系统
技术领域
本发明总体上涉及用于体液取样的微针和流体通道系统、以及包括至少一个微针和流体通道系统的芯片。本发明特别地涉及设置在衬底上的至少一个微针，该衬底具有包括内部毛细管孔洞的长形本体，其中，长形本体的顶端部构造为斜面，以在边缘的顶部处产生尖的梢端，并且其中，斜面设置有从毛细管孔洞延伸至本体侧部和斜面的开口狭缝。本发明还涉及用于将流体从微针毛细管孔洞经由流体通道输送至流体收集区域的流体通道系统，该流体通道系统包括多个通道、流体收集区域、第一液滴形成结构和第二液滴形成结构，该第一液滴形成结构设置成防止流体从第一通道移动到任何其他第一通道中。本发明还涉及用于经由至少一个微针和流体通道系统来收集流体的芯片。本发明还涉及使用微机电系统制造工艺制造包括至少一个微针和流体通道的芯片的方法。
背景技术
存在多种方法来进行体液取样，例如通过使用标准的皮下注射针进行液体取样。这是很麻烦的，并且存在改进的替代方案，比如通过使用中空微针。尽管对于微针存在许多应用领域，但是绝大多数公开的微针涉及各种形式的药物递送。
例如，用于药物递送目的的微型针阵列的概念可以追溯到70年代的US 3,964,482。科学文献中最早报道的微针之一是IEEE Trans Biomed Eng.1991年8月；38(8):758-68,Campbell(坎贝尔)等人的“A silicon-based,three-dimensional neural interface:manufacturing processes for an intercortical electrode array.(硅基三维神经接口：用于皮质内电极阵列的制造工艺)”中的一种异平面硅针阵列，该异平面硅针阵列在4.2mm×4.2mm的区域上具有100个1.5mm长的针。最终，就像20世纪后半叶属于微电子学那样，21世纪将属于生物传感技术。
集成电路(IC)对我们今天的日常生活已经产生了巨大的影响并且利用批量制造生物传感的相同的微型化和成本效益可能会使临床诊断和健康监测从昂贵的实验室转移至小型手持用户装置。待测量的分析物的取样是生物传感的先决条件。科学论文中描述的设计中的许多设计具有提取体液、比如血液或组织液ISF的目的。不同的体液需要不同的解决方案，例如利用血管系统中的自然“过压”成功提取血液已经得到了证明，而在没有负压的情况下通过扩散或其他机制成功提取ISF是罕见的，或者甚至是不存在的。术语“负压”和“欠压”在本公开中用作等同物。
与取样的方法无关，样品必须以受控的方式转移至传感装置。为了进一步改善利用率并防止失误，这可以优选地在集成单元中执行。
微流体系统适用于将在多个采样点处、比如微针处采样的体液输送到所需的位置。然而，大多数所描述的微流体系统配置成将流体输送通过完全填充的流体通道，并且对于体液的极低的流可能无法起到令人满意的作用。
为了以受控的方式将具有有限体积的流体样品从微针转移至流体收集区域，需要合适的流体通道系统的设计。
发明内容
本发明的目的是抛开先前已知的微针和流体通道系统的上述缺点和不足，并且为体液取样提供一种改进的解决方案。
为了改善对流体、比如ISF的提取，可以施加负压。然而，这很难在所有情况下使用，比如在结合从集成传感器收集读数的情况下。已经认识到的是，延伸穿过传感器组件的流体路径是必须的。另外，为了在有限的取样体积下操作并且进一步改善对流体的提取，需要改进微针和/或流体通道系统的设计，以增加从其中收集到的样品的体积和/或对如何将流体样品转移到流体收集区域进行进一步改进。
本发明的一个目的是提供一种具有流体通道的改进的微针，其允许容易地进行体液、比如组织液ISF的取样。
本发明的另一个目的是还提供一种用于将流体从微针经由流体通道输送至流体收集区域的流体通道系统，其允许容易地进行体液取样。
本发明的另一个目的是还提供一种用于经由至少一个微针和流体通道系统来收集流体的芯片，其允许容易地进行体液取样。
本发明的另一个目的是还提供一种用于经由至少一个微针和流体通道系统来收集流体的芯片，其允许对体液的极低的流进行取样。本发明的另一个目的是提供一种使用微机电系统制造工艺制造包括至少一个微针和流体通道的芯片的方法。
本发明的目的在由所附权利要求中限定的设置在衬底上的微针、流体通道系统、芯片和/或方法中得到满足。
在第一方面，本发明涉及一种设置在衬底上的微针。该微针包括在衬底上沿着纵向轴线从顶端部延伸至底端部的长形本体。长形本体包括上部部分和下部部分。长形本体的下部部分包括延伸到衬底中的内部毛细管孔洞。长形本体的上部部分具有由至少三个本体侧部形成的半封闭内部空隙空间，所述至少三个本体侧部中的两个本体侧部在尖锐边缘处连结，并且第三本体侧部设置有从长形本体的下部部分延伸至第三本体侧部的上端部的开口狭缝。
长形本体的顶端部构造为斜面，以在所述边缘的顶部处产生尖的梢端，所述斜面延伸至第三本体侧部。长形本体的上部部分的半封闭内部空隙空间朝向长形本体的底端部的内部毛细管孔洞敞开。长形本体的底端部连接至衬底。
通过提供具有开口的斜面，流体路径在相对于微针的纵向方向的垂直方向上延伸至微针的边缘。
这具有允许与微针接触的流体更容易到达内部毛细管孔洞从而允许通过微针输送的流体的量增加的优点。这还具有允许将体液的极低的流、比如沿着内部毛细管孔洞的一侧或内部拐角的流输送通过微针的优点。
在实施方式中，开口狭缝可以定位在扁平本体侧部的中央处。
这具有允许扁平本体侧部处的组织中的流体更容易到达内部毛细管孔洞的优点。插入皮肤中的微针可以使组织移位，由此压靠扁平本体侧部的移位组织提供流体。
在实施方式中，开口狭缝可以居中地位于扁平本体侧部处。例如，居中可以为位于本体侧部的绝对中心处，开口狭缝越过本体侧部的中央延伸的替代方案也是可能的。
在实施方式中，开口狭缝可以定位成偏离本体侧部的中央。
在实施方式中，从半封闭内部空隙空间延伸至第三本体侧部的至少一个表面可以是弯曲的。
这具有允许弯曲表面处的流体更容易到达内部毛细管孔洞的优点。这还具有允许将流体沿着弯曲表面的预定区域导引至毛细管孔洞的优点。
在实施方式中，从半封闭内部空隙空间延伸至第三本体侧部的所有表面的至少一部分可以是弯曲的。
在实施方式中，从半封闭内部空隙空间延伸至第三本体侧部的所有表面可以通过弯曲表面侧部被连接。
在实施方式中，从半封闭内部空隙空间延伸至第三本体侧部的至少一个表面可以通过弯曲表面侧部被连接。
这具有允许弯曲表面处的流体更容易到达内部毛细管孔洞的优点。这还具有允许流体经由弯曲表面的预定区域优先到达内部毛细管孔洞的优点。
在实施方式中，长形本体可以包括三个本体侧部。
这具有允许微针具有形成穿刺几何形状的两个扁平本体侧部、并且第三本体侧部包括开口狭缝且构造成将流体导引至内部毛细管孔洞的优点。
在实施方式中，长形本体可以具有三个本体侧部。由此，可以设计切割边缘和更尖锐的微针。
在实施方式中，长形本体可以具有三角形或大致三角形的横截面。由此，可以设计切割边缘和更尖锐的微针。
在实施方式中，微针的梢端形成在两个本体侧部连结处。
在实施方式中，可以在尖锐边缘处连结的两个本体侧部通过弯曲表面连结至第三本体侧部。
这具有允许弯曲表面将流体经由第三本体侧部处的开口狭缝导引至内部毛细管孔洞的优点。
在实施方式中，微针可以包括在微针的外表面上延伸的脊部，其中，脊部在垂直于纵向轴线的方向上延伸。
这具有允许流体经由至少一个脊部更容易到达内部毛细管孔洞的优点。这还具有允许微针穿透皮肤以使组织远离脊部之间的凹槽从而允许流体聚集在脊部之间的优点。
在实施方式中，上部部分可以具有第一横截面面积，并且下部部分可以具有第二横截面面积，其中，第二横截面面积可以大于第一横截面面积。
与沿着整个长形本体具有第二横截面面积的微针相比，这具有允许微针在减少不适感的情况下穿透皮肤的优点。这还具有允许下部部分处的更大横截面从而允许提高微针的结构完整性的优点。
在实施方式中，微针可以包括划分上部部分和下部部分的划分平面，其中，划分平面的至少一部分与衬底平面不平行。
在实施方式中，微针可以包括划分上部部分和下部部分的划分平面，其中，划分平面与衬底平面不平行。
这具有允许长形本体的上部部分包括切割边缘和开口狭缝的优点，其中，切割边缘和开口狭缝终止于距衬底平面不同的距离处。这还具有允许长形本体在划分平面处的几何形状以期望的方式使组织变形和/或将流体经由开口狭缝导引至内部毛细管孔洞的优点。
在实施方式中，上部部分与下部部分之间的划分平面可以平行于斜面。
这具有允许斜面的制造和长形本体在划分平面处的几何形状被简化的优点。这还具有下述优点：允许斜面穿透皮肤并且允许长形本体的与划分平面相关的部分随后穿过皮肤的平面，以便以类似的方式使组织变形，从而限制不适和损伤。
在实施方式中，微针可以包括将长形部分与衬底连接的弯曲部分。
这具有允许提高长形部分的稳定性的优点。
在实施方式中，延伸至第三本体侧部的斜面可以通过成角度部分与第三本体侧部连接。
在实施方式中，延伸至第三本体侧部的斜面可以通过弯曲的部分与第三本体侧部连接。
在实施方式中，延伸至第三本体侧部的斜面可以通过突出的凸出部与第三本体侧部连接。
在实施方式中，微针可以一体地形成在传感器组件的第一衬底上，该传感器组件包括第一衬底、第二衬底和传感器。这种传感器组件在共同未决的专利申请SE1950886-0中公开，该专利申请通过参引并入本文中。第一衬底包括限定流体路径的至少一个毛细管孔洞。流体路径从所述第一衬底的顶侧部至所述第一衬底的底侧部上的流体通道延伸穿过所述第一衬底。第二衬底布置成与第一衬底连接，并且第一衬底的流体通道与形成在第二衬底中的第一金属化过孔(via)和第二金属化过孔流体连通。从而使流体路径延伸通过第一金属化过孔和第二金属化过孔。该传感器包括第一电极和第二电极。第一电极和第二电极布置在与第一衬底的流体通道流体连通的第二衬底上。第一电极与第一金属化过孔电接触，并且第二电极与第二金属化过孔电接触。
在实施方式中，传感器组件可以包括至少一个微针或多个微针。
在实施方式中，第二衬底可以布置成在与多个微针、至少一个微针或多个微针相反的一侧上与第一衬底连接。
在实施方式中，第一电极可以定形状为螺旋形的，并且第二电极可以定形状为螺旋形的，并且其中，第一电极和第二电极的螺旋形状是嵌套的。
在实施方式中，传感器位于第二衬底的指向第一衬底的一侧上。
在实施方式中，传感器可以至少部分地位于第二衬底的指向第一衬底的一侧上。
在实施方式中，传感器可以至少部分地位于过孔中。
在实施方式中，过孔还可以包括可以延伸穿过第二衬底的信号路径，并且传感器可以布置成与该信号路径电连接。
在实施方式中，过孔可以是中空的，从而在第二衬底的两个相反侧部之间提供流体连通。
在实施方式中，传感器可以是电化学传感器。电化学传感器在本领域中是已知的。一种已知类型的电化学葡萄糖传感器是克拉克(Clark)生物传感器。该传感器基于氧电极上的葡萄糖氧化酶(GOx)薄层。读数是GOx在与底物葡萄糖进行酶促反应期间消耗的氧气量。可以在“安东尼.P.F.特纳的《生物传感器：感测与灵敏度》，化学学会评论，卷42，编号8，2013年4月21日，第3175至第3648页(Anthony P.F.Turner:Biosensors:sense andsensibility,Chem.Soc.Rev.,Volume 42,Number 8,21April 2013,pages 3175-3648)”中找到对生物传感器、例如克拉克(Clark)型传感器的更详细描述。所描述的传感器可以适用于本发明中。在这样的实施方式中，传感器的至少一个电极涂覆有酶，比如氧化还原酶。能够用于本发明中的酶是以氧为受体作用于电子供体上的氧化还原酶。这种酶在国际生物化学和分子生物学联合会(International Union of Biochemistry and MolecularBiology)的酶命名法中通常被分类为EC 1.X.X.X组。一种优选的酶是葡萄糖氧化酶(EC1.1.3.4)，以及另一种是葡萄糖脱氢酶(EC1.1.1.47)。
在实施方式中，过孔的侧部还可以包括具有特定表面能的物质。由此，流体的流动行为可以通过其与特定表面能的相互作用来控制。
在实施方式中，过孔的壁表面还可以制造成是疏水性的，比如通过涂覆有疏水性物质。
在实施方式中，过孔的壁表面还可以制造成是亲水性的，比如通过涂覆有亲水性物质。
在实施方式中，毛细管孔洞在远端端部中的横截面面积可以大于毛细管孔洞在近端端部中的横截面面积。
在实施方式中，流体通道还可以包括减小的横截面面积，以便进一步加强流体通道中的流体流动。
术语“横截面面积”是指物体的横截面的面积。横截面是物体与平面的相交部。在比较不同的横截面面积的情况下，应当理解的是，除非另有说明，否则各相交平面是平行的。
在实施方式中，第一衬底还可以包括位于与微针、至少一个微针或多个微针相同侧上的框架，其中，该框架至少部分地围绕第一衬底上的具有多个微针的区域。
在实施方式中，框架在从衬底延伸的方向上的高度可以等于或高于多个微针的高度。
在实施方式中，微针的毛细管孔洞的横截面面积可以沿着纵向方向从远端端部朝向近端端部逐渐减小。这有助于借助于作用在毛细管孔洞中的流体上的毛细管力而增强通过毛细管孔洞的流体流动。
在实施方式中，毛细管孔洞的横截面(与纵向方向交叉)还可以包括至少一个倒圆拐角。这有助于毛细管孔洞的润湿，毛细管孔洞的湿润对流体流动具有积极影响。
在实施方式中，毛细管孔洞可以具有三角形横截面。已经证明三角形横截面提供了在毛细管孔洞中的非常好的流体流动。本申请中的三角形横截面包括具有大致三角形形状的横截面，即具有凸形或凹形形状或直线形状的边缘、具有锐角的拐角和具有钝角的拐角以及倒圆拐角。
在实施方式中，毛细管孔洞可以具有下述横截面：所述横截面包括沿着内壁的多个尖锐拐角和边缘，从而产生例如呈多尖星形多边形、花瓣环、MEMS梳状驱动结构、锯齿结构、内摆线形状、星形形状、双角形状或三尖形状的形式的横截面。
在实施方式中，毛细管孔洞的壁可以包括亲水性表面，亲水性表面增强了毛细管孔洞中的流体流动。
在实施方式中，流体通道可以构造成向毛细管孔洞提供相对于大气压力而言的负压，从而增强通过毛细管孔洞的流体流动。例如，可以利用连接至流体通道的注射器或真空泵来产生负压。也可以利用连接至流体通道的如在WO2019/020327中所描述的抽吸施加装置来产生负压，WO2019/020327通过参引并入本文中。
在实施方式中，微针的长形本体还可以包括沿相对于纵向方向的径向方向延伸的横向孔，其中，横向孔与毛细管孔洞流体连通。这具有减小毛细管孔洞堵塞的风险的作用。
在实施方式中，第二衬底可以通过阳极键合/直接结合的方式操作性地连接至第一衬底，这在不存在粘合剂堵塞流体通道的风险的情况下提供了强且不漏流体的密封。
在实施方式中，包括一个或更多个根据本发明的微针的芯片可以结合到传感器组件中，比如在共同未决的申请SE1950886-0中所描述的传感器组件，该申请通过参引并入本文中。这种芯片或传感器组件还可以包括在测量装置中。测量装置还可以包括抽吸装置、比如在WO2019/020327中公开的抽吸装置，该抽吸装置设置成在与一个或多个微针相反的一侧上与芯片或传感器组件连接并且与微针的毛细管孔洞流体连通，从而通过微针和芯片和/或传感器组件的流体通道提供压力差。
在实施方式中，一体地形成在第一衬底上的一个或多个微针可以包括长形本体，该长形本体在衬底上沿着纵向轴线从具有斜面的远端端部延伸至近端端部。长形本体可以包括毛细管孔洞，毛细管孔洞沿长形本体的纵向方向延伸的并且限定了流体路径。近端端部可以与衬底一体地连接，并且毛细管孔洞可以与第一衬底的流体通道流体连通。此外，毛细管孔洞在远端端部中的横截面面积可以大于毛细管孔洞在近端端部中的横截面面积。
斜面被称为相对于毛细管孔洞的纵向轴线的斜切表面。
在实施方式中，一个或多个微针和/或第一衬底可以包含硅。
在实施方式中，一个或多个微针和/或第一衬底可以包含大部分硅。
在实施方式中，一个或多个微针和/或第一衬底可以由硅制成。
在实施方式中，上部部分的半封闭内部空隙空间的至少一个侧部和长形本体的底端部的内部毛细管孔洞的至少一个侧部可以形成连续表面。
在实施方式中，上部部分的半封闭内部空隙空间的至少两个侧部和长形本体的底端部的内部毛细管孔洞的至少两个侧部可以形成连续表面。
在实施方式中，上部部分的半封闭内部空隙空间的所有侧部可以与长形本体的底端部的内部毛细管孔洞的侧部形成相应的连续表面。
在实施方式中，长形本体的底端部的毛细管孔洞可以在至少一个侧部上与长形本体的上部部分的内部空隙空间连续地合并。
在实施方式中，长形本体的底端部的毛细管孔洞可以在至少两个相邻的侧部上与长形本体的上部部分的内部空隙空间连续地合并。
在实施方式中，上部部分的内部空隙空间与底端部的内部毛细管孔洞之间的开口的面积可以与内部毛细管孔洞的面积相等或相似。
在实施方式中，上部部分的内部空隙空间与底端部的内部毛细管孔洞之间的开口可以与内部毛细管孔洞对准。
上部部分的内部空隙空间与底端部的内部毛细管孔洞之间的开口可以例如是上部部分的内部空隙空间与底端部的内部毛细管孔洞两者共有的区域，其中，上部部分的内部空隙空间与底端部的内部毛细管孔洞当在沿着微针的纵向轴线的方向上观察时相接。
在实施方式中，上部部分的半封闭内部空隙空间可以是底端部的内部毛细管孔洞的延续。
在实施方式中，内部毛细管孔洞可以基本上直地延伸穿过衬底。
在实施方式中，内部毛细管孔洞在衬底的一个侧部上的尺寸可以与内部毛细管孔洞在衬底的相反侧部上的尺寸相同。内部毛细管孔洞在衬底的一个侧部上的尺寸也可以在内部毛细管孔洞在衬底的相反侧部上的尺寸的1％、5％、10％、25％、50％或100％以内。该尺寸可以是直径，但也可以是横截面面积。
在实施方式中，内部毛细管孔洞的横截面面积可以在延伸穿过衬底时线性地增加。
在实施方式中，内部毛细管孔洞的侧部可以是直的。
在实施方式中，内部毛细管孔洞的侧部可以在延伸穿过衬底时是直的。
在实施方式中，内部毛细管孔洞可以在与微针相反的一侧上、在衬底的边界上形成边缘。
在实施方式中，内部毛细管孔洞的横截面可以是三角形、方形、水滴形状、星形形状或圆形。
在第二方面，本发明涉及一种流体通道系统，该流体通道系统用于将流体从多个入口经由流体通道输送到流体收集区域，该流体通道系统包括流体收集区域和至少一个区段。每个区段包括第一部段和第二部段，其中，在每个区段中，第一部段包括至少两个入口通道，每个入口通道将入口与第二部段连接。在每个区段中，第二部段经由连接通道将第一部段的至少两个入口通道与流体收集区域连接，其中，在每个区段中，至少两个入口通道合并到连接通道中。
每个区段在至少两个入口通道之间包括至少一个第一液滴形成结构。所述至少一个第一液滴形成结构设置成通过经由通道壁几何形状减小空气的流体界面面积并扩大与通道壁接触的流体界面面积来收集从一个入口通道朝向不同于所述一个入口通道的另一入口通道移动的流体。
每个连接通道包括第二液滴形成结构，其中，第二液滴形成结构布置在连接通道的设置有通向流体收集区域的出口的端部处，并且第二液滴形成结构布置成收集从至少一个连接通道移动的流体。
流体通道至少由至少两个入口通道和至少一个连接通道限定。
这具有允许改善从入口收集有限的量的流体的优点。这还具有允许将体液的极低的流或零星的流、比如沿着流体通道的一侧或内部拐角的流输送通过流体通道系统的优点。
在实施方式中，至少一个第一液滴形成结构可以布置成将收集到的流体朝向连接通道释放。
在实施方式中，至少一个第一液滴形成结构可以布置成经由相接结构将收集的流体朝向连接通道释放。相接结构可以例如是从连接通道的壁朝向液滴形成结构挤出的通道壁。该通道壁可以具有曲率或不具有曲率。
在实施方式中，流体通道系统还可以包括至少两个区段。
在实施方式中，流体通道系统可以包括至少三个区段。
这具有允许微针的能够连接至流体通道系统的毛细管孔洞的数目增加的优点。这还具有对用于将流体从微针毛细管孔洞输送到流体收集区域的流体通道的体积和/或长度进行限制从而限制流体通道系统中保留的流体的量的优点。
在实施方式中，每个第一部段可以经由连接通道将至少三个入口与流体收集区域连接。
这具有允许流体通道系统的入口的数目增加的优点。
在实施方式中，每个区段可以包括多个第一部段，其中，多个第一部段中的每一个第一部段均与所述第一部段类似。
在实施方式中，用于每两个入口通道的每个第一液滴形成结构可以包括以小于180°的角度、比如小于120°、90°、45°、30°、15°或10°的角度连结的两个相邻的弯曲壁。
在实施方式中，至少一个第一液滴形成结构可以在至少两个入口之间、在流体通道的壁的至少一部分处包括表面处理区域，其中，表面处理区域设置成将流体导引至流体收集区域。
这具有允许将从入口的流体的部分流导引至流体收集区域并导引远离另一入口的优点。这还具有下述优点：对于流体的较小的流，限制保留在流体通道系统中的流体的量，从而允许进入流体通道系统到达流体收集区域的少量流体的量增加。
在实施方式中，每个第二液滴形成结构可以包括以小于180°的角度、比如小于120°、90°、45°、30°、15°或10°的角度连结的两个相邻的弯曲壁。
在实施方式中，至少一个第二液滴形成结构可以在第二通道的壁处包括表面处理区域，该表面处理区域设置成保持流体朝向流体收集区域流动。
这具有下述优点：允许朝向流体收集区域流动的流体在每个第二液滴形成结构处形成流体的液滴，从而可以从流体收集区域接近并收集流体液滴。这还具有下述优点：允许流体收集区域朝向环境敞开，并且允许易于接近由任何第二液滴形成结构形成的液滴，同时限制流体与环境之间的不期望的相互作用的量、比如蒸发的量。
在实施方式中，至少一个第二液滴形成结构可以包括设置成与收集到的流体相互作用并且限制不期望的反应的化学物质，比如与血液相互作用的柠檬酸盐。与收集到的流体相互作用的化学物质可以包括在第二液滴形成结构处的表面层中。
在实施方式中，至少一个入口通道可以包括将入口与第一液滴形成结构连接的第一入口通道部分，其中，第一入口通道部分几何形状包括以小于180°的角度连结的至少两个相邻的壁，其中，入口通道部分纵向地连接至入口。
由此，可以改善流体从入口通过入口通道朝向液滴形成结构的转移。流体的转移可以是间歇流和低容积流、拐角流、Concus-Finn流以及部分展开的流和充分展开的流。
在实施方式中，每个入口通道可以包括将入口与第一液滴形成结构连接的第一入口通道部分，其中，第一入口通道部分几何形状包括以小于180°的角度连结的至少两个相邻的壁，其中，入口通道部分纵向地连接至入口。
在实施方式中，入口可以例如是孔洞或上游连接通道的一部分。
这具有允许流沿着第一入口通道部分的预定侧到达第一液滴形成结构的优点。第一液滴形成结构可以设置成允许沿着第一入口通道部分的预定侧或内部拐角的流穿过包括第一液滴形成结构在内的第一通道的区域，并且设置成限制沿着第一入口通道部分的其他侧或内部拐角的流。
在实施方式中，连接通道的横截面面积可以从入口到流体收集区域减小。
在实施方式中，连接通道的宽度可以从入口到流体收集区域减小。减小通道宽度可以通过光刻掩模设计来实现。
在实施方式中，连接通道的深度可以从入口到流体收集区域减小。减小通道深度可以通过光刻掩模设计来实现。
在实施方式中，通过借助于光刻掩模设计来减小通道宽度并且由于对减小的通道宽度进行处理而减小了通道深度，每个连接通道可以具有横截面面积从衬底后侧入口到流体收集区域减小的渐缩式通道几何形状。
这具有允许流体沿着连接通道的至少一侧或内部拐角流动并且允许在流体收集区域处的端部处、在第二液滴形成结构处形成流体液滴的优点。这还具有允许较少量的流体完全填充第二通道的位于流体收集区域处的端部的优点。
在实施方式中，流体收集区域还可以包括出口端口，其中，出口端口设置成允许提取在流体收集区域中收集的流体。
这具有下述优点：允许进入流体通道系统的流体随着时间的推移汇集在第二液滴形成结构处，之后，在第二液滴形成结构处收集的流体可以经由出口端口被接近并从流体通道系统被提取。这还具有下述优点：允许设置成提供主动流体流的装置、比如提供负压的泵经由出口端口与流体通道系统相接，并且从流体通道系统主动地输送在第二液滴形成结构处收集的流体。
在实施方式中，通道的至少一部分可以具有亲水内表面。
亲水表面也可以被称为高能表面。
具有亲水内表面的部分可以是任何一个入口通道、任何一个连接通道、多个入口通道、多个连接通道、所有入口通道、所有连接通道的一部分。该部分还可以是一个区段、多个区段或所有区段的一部分。类似地，该部分还可以是一个部段、多个部段或所有部段的一部分。该部分可以是收集区域、多个收集区域或所有收集区域的一部分。
在实施方式中，通道的至少一个侧部可以具有亲水内表面。
在实施方式中，穿过流体通道系统的通道的至少一个侧部可以具有亲水内表面。
在实施方式中，通道的横截面通道壁的至少两个相邻的壁可以具有亲水表面。
具有亲水内表面的通道壁可以是任何一个入口通道、任何一个连接通道、多个入口通道、多个连接通道、所有入口通道、所有连接通道的一部分。通道壁还可以是一个区段、多个区段或所有区段的一部分。类似地，通道壁还可以是一个部段、多个部段或所有部段的一部分。通道壁可以是收集区域、多个收集区域或所有收集区域的一部分。
通过使至少两个相邻的壁亲水，可以改善拐角流。
术语“拐角流”是指沿着形成于至少两个表面或壁的连结处的边缘或拐角的流体流或者位于形成于至少两个表面或壁的连结处的边缘或拐角处的流体流。
通过在通道中具有亲水内表面，可以改善填充。从而可以改善拐角流、中间流和充分展开的流。在实施方式中，高能表面可以包括结合到衬底的后侧部、从而将流体系统除了出口端口上方之外覆盖的高能表面材料。
在实施方式中，流体通道系统还可以包括附接至具有通道系统的衬底的盖。盖可以设置成操作为流体系统上方的覆盖件。
在实施方式中，盖或覆盖件可以覆盖衬底的后侧部，从而将流体系统除了出口端口上方之外覆盖。
在实施方式中，盖或覆盖件可以包括高能表面材料。盖或覆盖件可以例如是玻璃。盖或覆盖件可以例如通过粘合或胶合附接至衬底。
在实施方式中，盖或覆盖件可以包括覆盖流体通道系统的至少一部分的高能材料。盖或覆盖件可以例如包括疏水材料，该疏水材料可以被处理成在表面、比如在覆盖流体通道系统的表面的一部分上是亲水的。疏水材料可以例如是塑料，并且亲水处理可以例如是表面处理或添加亲水材料。盖或覆盖件可以例如通过粘合或胶合附接至衬底。
在第三方面，本发明涉及一种用于经由至少一个微针收集流体的芯片。该芯片可以包括根据本文中描述的与其相关的任意实施方式的至少一个微针。所述至少一个微针一体地形成在公共衬底的第一侧部上，其中，每个近端端部与衬底一体地形成，并且每个毛细管孔洞与根据本文中描述的与其相关的任意实施方式的流体通道系统在衬底的第二侧部上流体连通。该芯片设置成在微针与流体接触时将所述流体通过所述微针和流体通道系统被动地输送到流体收集区域。
这具有允许与流体接触的至少一个微针将流体的流导引到内部毛细管孔洞中并经由流体通道系统导引至流体收集区域的优点。这还具有下述优点：允许体液的极低的流、比如沿着内部毛细管孔洞和/或流体通道的一侧和/或内部拐角的流进入微针并且被输送通过流体通道系统。
在实施方式中，芯片的流体通道可以包括具有小于90度的角度θ的方向变化。通过避免流体通道的急剧弯曲，流体流动被增强。
在实施方式中，芯片的流体通道的壁可以包括具有小于90度的角度θ的方向变化。通过避免流体通道的壁的急剧弯曲，流体流动被增强。
在实施方式中，芯片还可以包括基部衬底，该基部衬底包括与流体通道流体连通的流体端口，并且该流体端口在基部衬底的后侧中敞开。这为取样的流体提供了可以连接至第二衬底层、传感器元件或其他流体通道的接入点。
在实施方式中，流体端口可以包括沿端口的纵向方向朝向基部衬底或第二衬底的后部增大的区域。这改善了与其他流体通道比如导管或注射器的流体密封连接。
在实施方式中，基部衬底可以通过阳极键合/直接结合的方式可操作性地连接至衬底，这在不存在粘合剂堵塞流体通道的风险的情况下提供了强且不漏流体的密封。
在实施方式中，芯片上的至少一个微针可以被与至少一个微针的远端端部齐平的边缘围绕。这具有使测试对象的可拉伸材料、例如软组织在与至少一个微针的远端端部接合期间被张紧的效果。
在实施方式中，芯片上的至少一个微针可以被比至少一个微针的远端端部高的边缘围绕。这样，该边缘可以从第一衬底延伸得比至少一个微针的远端端部更远。这具有使测试对象的可拉伸材料、例如软组织在与至少一个微针的远端端部接合期间被张紧的效果。
在实施方式中，出口端口可以位于芯片的中心位置处。
在第四方面，本发明涉及一种使用微机电系统制造工艺制造包括至少一个微针和流体通道的芯片的方法。该方法包括：在硅晶片衬底上生长牺牲氧化物层、利用图案化的光致抗蚀剂掩盖牺牲氧化物层、根据图案化的光致抗蚀剂去除牺牲氧化物层、使用深反应离子蚀刻方法根据去除的牺牲氧化物层的图案来蚀刻硅晶片、以及使用蚀刻剂将其余的牺牲氧化物层去除。
在一个实施方式中，用于去除牺牲氧化物层的蚀刻剂可以是液体蚀刻剂、等离子体蚀刻剂或其组合。液体蚀刻剂可以例如包括氢氟酸或缓冲氧化物蚀刻剂。
在一个实施方式中，芯片可以包含硅。
附图说明
通过以下参照附图对实施方式的详细描述，对本发明的上述及其他特征和优点的更透彻的理解将是明显的，在附图中：
图1是微针的示意性立体图。
图2a是根据实施方式的从上方示出的微针。
图2b是根据实施方式的从上方示出的微针。
图2c是根据实施方式的从上方示出的微针。
图2d是根据实施方式的从上方示出的微针。
图2e是根据实施方式的从上方示出的微针。
图2f是根据实施方式的微针的横截面。
图3a是微针的示意性立体图。
图3b是微针的示意性立体图。
图3c是微针的示意性立体图。
图4是从上方示出的流体通道系统的示意图。
图5是根据实施方式的从上方示出的流体通道系统的示意图。
图6a是根据实施方式的从上方示出的流体通道系统的示意图。
图6b是根据实施方式的流体通道系统的一部分的示意性立体图。
图7是示意性芯片的截面图。
图8是制造芯片的方法的示意图。
具体实施方式
本发明基于所公开的见解。在仔细检查时，显然需要对现有技术中用于体液的取样的微针和/或流体通道系统的设计进行改善。
图1是根据本发明的实施方式的微针100的示意性立体图，该微针100具有沿着纵向轴线从顶端部延伸至底端部的长形本体110。长形本体包括上部部分120和下部部分130。长形本体110的上部部分120具有由三个本体侧部形成的半封闭内部空隙空间140，所述至少三个本体侧部中的两个本体侧部在尖锐边缘处连结，并且第三本体侧部设置有从长形本体110的下部部分130延伸至第三本体侧部的上端部的开口狭缝150。长形本体110的顶端部构造为斜面，以在边缘的顶部处产生尖的梢端，斜面延伸至第三本体侧部。长形本体110的上部部分120的半封闭内部空隙空间140朝向长形本体110的底端部130的内部毛细管孔洞敞开。长形本体110的下部部分130的内部毛细管孔洞延伸穿过微针100，并且还可以延伸到其上可以设置有微针100的衬底中。
图2a是根据实施方式的微针200的沿着纵向轴线的俯视图。微针200具有由三个本体侧部形成的半封闭内部空隙空间240，所述三个本体侧部中的两个本体侧部在尖锐边缘处连结，并且第三本体侧部设置有开口狭缝250。长形本体的上部部分的半封闭内部空隙空间240在此被图示为具有三角形横截面，并且开口狭缝250定位于扁平本体侧部的中央处。所示出的开口狭缝250的宽度小于内部空隙空间240的宽度。
图2b是根据实施方式的微针200的沿着纵向轴线的俯视图。微针200具有由三个本体侧部形成的半封闭内部空隙空间240，所述三个本体侧部中的两个本体侧部在尖锐边缘处连结，并且第三本体侧部设置有开口狭缝250。长形本体的上部部分的半封闭内部空隙空间240在此被图示为具有三角形横截面和开口狭缝250。所示出的开口狭缝250的宽度大于内部空隙空间240的宽度。
图2c是根据实施方式的微针200的沿着纵向轴线的俯视图。微针200具有由三个本体侧部形成的半封闭内部空隙空间240，所述三个本体侧部中的两个本体侧部在尖锐边缘处连结，并且第三本体侧部设置有开口狭缝250。长形本体的上部部分的半封闭内部空隙空间240在此被图示为具有三角形横截面和开口狭缝250。在本附图中，下部部分230可以被视为：上部部分220具有第一横截面面积，并且下部部分230具有第二横截面面积，其中，第二横截面面积大于第一横截面面积。由此，下部部分230可以在上部部分220外侧延伸。在本附图中，下部部分230以均匀的方式在上部部分220外侧延伸。
图2d是根据实施方式的微针200的沿着纵向轴线的俯视图。微针200具有由三个本体侧部形成的半封闭内部空隙空间240，所述三个本体侧部中的两个本体侧部在尖锐边缘处连结，并且第三本体侧部设置有开口狭缝250。长形本体的上部部分的半封闭内部空隙空间240在此被图示为具有三角形横截面和开口狭缝250。在本附图中，下部部分230可以被视为：上部部分220具有第一横截面面积，并且下部部分230具有第二横截面面积，其中，第二横截面面积大于第一横截面面积。由此，下部部分230可以在上部部分220外侧延伸。在本附图中，下部部分230关于第三本体侧部在上部部分220外侧延伸。
图2e是根据实施方式的微针200的沿着纵向轴线的俯视图。微针200具有由三个本体侧部形成的半封闭内部空隙空间240，所述三个本体侧部中的两个本体侧部在尖锐边缘处连结，第三本体侧部设置有开口狭缝250，并且两个本体侧部通过弯曲表面连结至第三本体侧部。长形本体的上部部分的半封闭内部空隙空间240在此被图示为具有三角形横截面和开口狭缝250。
在本附图中，从半封闭内部空隙空间240延伸至第三本体侧部的表面是弯曲的。在其他示例中，从半封闭内部空隙空间240延伸至第三本体侧部的所有表面的仅一部分或者至少一个表面的一部分是弯曲的。
在本附图中，下部部分230可以被视为：上部部分220具有第一横截面面积，并且下部部分230具有第二横截面面积，其中，第二横截面面积大于第一横截面面积。由此，下部部分230可以在上部部分220外侧延伸。在本附图中，下部部分230以均匀的方式在上部部分220外侧延伸。下部部分230的各侧部在此通过弯曲表面连结。在其他示例中，至少一个连结部或多个连结部可以通过弯曲表面制成，而其他连结部可以在尖锐边缘处连结。
除了所示的具有三角形横截面的内部空隙空间之外，其他形状的内部空隙空间也是可能的，比方说例如毛细管孔洞可以具有包括沿着内壁的多个尖锐拐角和边缘的横截面，从而产生例如呈多尖星形多边形、花瓣环、MEMS梳状驱动结构、锯齿结构、内摆线形状、星形形状、双角形状或三尖形状的形式的横截面。
图2f是根据实施方式的微针200的沿着微针200的纵向轴线示出的微针200的横截面。所图示的微针200包括具有圆形横截面形状的毛细管孔洞260。半封闭内部空隙空间也可以具有圆形形状。
内部边缘也可以是具有凸形形状或凹形形状或直线形状的边缘，具有锐角的拐角和具有钝角的拐角以及倒圆的拐角也是可能的。
内部空隙空间和/或毛细管孔洞的壁也可以包括亲水表面，以增强空间或孔中的流体流动。
图3a是根据本发明的实施方式的设置在衬底上的微针300的示意性立体图，该微针300具有沿着纵向轴线从顶端部延伸至底端部的长形本体310。长形本体包括上部部分320和下部部分330。长形本体310的上部部分320具有由三个本体侧部形成的半封闭内部空隙空间340，所述三个本体侧部中的两个本体侧部在尖锐边缘处连结，并且第三本体侧部设置有从长形本体310的下部部分330延伸至第三本体侧部的上端部的开口狭缝350。长形本体310的顶端部构造为斜面，以在边缘的顶部处产生尖的梢端，该斜面延伸至第三本体侧部。长形本体310的上部部分320的半封闭内部空隙空间340朝向长形本体310的底端部330的内部毛细管孔洞敞开。长形本体310的下部部分330的内部毛细管孔洞延伸穿过微针300，并且还可以延伸到其上供设置微针300的衬底中。
图3b是根据本发明的实施方式的设置在衬底上的微针300的示意性立体图，该微针300具有沿着纵向轴线从顶端部延伸至底端部的长形本体310。长形本体包括上部部分320和下部部分330。长形本体310的上部部分320具有由三个本体侧部形成的半封闭内部空隙空间340，所述三个本体侧部中的两个本体侧部在尖锐边缘处连结，并且第三本体侧部设置有从长形本体310的下部部分330延伸至第三本体侧部的上端部的开口狭缝350。长形本体310的顶端部构造为斜面，以在边缘的顶部处产生尖的梢端，该斜面延伸至第三本体侧部。长形本体310的上部部分320的半封闭内部空隙空间340朝向长形本体310的底端部330的内部毛细管孔洞敞开。长形本体310的下部部分330的内部毛细管孔洞延伸穿过微针300，并且还可以延伸到其上供设置微针300的衬底中。在本附图中，下部部分330可以被视为：上部部分320具有第一横截面面积，并且下部部分330具有第二横截面面积，其中，第二横截面面积大于第一横截面面积。由此，下部部分330可以在上部部分320外侧延伸。在本附图中，下部部分330关于第三本体侧部在上部部分320外侧延伸。
图3c是根据本发明的实施方式的设置在衬底上的微针300的示意性立体图，该微针300具有沿着纵向轴线从顶端部延伸至底端部的长形本体310。长形本体包括上部部分320和下部部分330。长形本体310的上部部分320具有由三个本体侧部形成的半封闭内部空隙空间340，所述三个本体侧部中的两个本体侧部在尖锐边缘处连结，并且第三本体侧部设置有从长形本体310的下部部分330延伸至第三本体侧部的上端部的开口狭缝350。这两个本体侧部还通过弯曲表面连结至第三本体侧部，并且从半封闭内部空隙空间延伸至第三本体侧部的表面是弯曲的。长形本体310的顶端部构造为斜面，以在边缘的顶部处产生尖的梢端，该斜面延伸至第三本体侧部。长形本体310的上部部分320的半封闭内部空隙空间340朝向长形本体310的底端部330的内部毛细管孔洞敞开。长形本体310的下部部分330的内部毛细管孔洞延伸穿过微针300，并且还可以延伸到其上供设置微针300的衬底中。
在本附图中，下部部分330可以被视为：上部部分220具有第一横截面面积，并且下部部分330具有第二横截面面积，其中，第二横截面面积大于第一横截面面积。由此，下部部分330可以在上部部分320外侧延伸。在本附图中，下部部分330关于第三本体侧部在上部部分320外侧延伸。上部部分320和下部部分330被划分平面划分。在本附图中，划分平面的至少一部分与衬底平面不平行。在其他示例中，划分平面也可以与衬底基本上平行，划分平面也可以与微针的斜面平行。
在本附图中，延伸至第三本体侧部的斜面通过成角度部分与第三本体侧部连接。成角度部分可以例如与衬底大致平行。延伸至第三本体侧部的斜面也可以通过弯曲部分与第三本体侧部连接。
在另外的示例中，长形本体可以通过弯曲部分与衬底连接。
在另外的示例中，微针还可以包括在微针的外表面上延伸的脊部。脊部可以在垂直于微针的纵向轴线的方向上延伸。在另外的实施方式中，脊部可以在与微针的纵向轴线平行的方向上延伸。在另外的实施方式中，脊部可以布置为关于微针的纵向轴线延伸的螺旋部。
开口狭缝例如可以位于本体侧部、比如扁平本体侧部的中央。开口狭缝也可以偏离本体侧部的中央定位。
从半封闭内部空隙空间延伸至第三本体侧部的至少一个表面或者所有表面的至少一部分可以是弯曲的。在一些示例中，从半封闭内部空隙空间延伸至第三本体侧部的至少一个表面或甚至所有表面可以通过弯曲表面侧部被连接。
如所示出的，长形本体可以包括三个本体侧部。长形本体也可以实现有更多的侧部，例如四个侧部或五个侧部。具有甚至更多侧部的另外的示例是可能的，这些更多的侧部可以是均匀间隔的或非对称地间隔的。例如，具有偶数个侧部——其中，每隔一个侧部长于其他侧部——的长形本体是可能的。
长形本体的两个本体侧部可以在尖锐边缘处连结，而在尖锐边缘处连结的两个本体侧部通过弯曲表面连结至第三本体侧部。在尖锐边缘处连结的本体侧部也可以通过弯曲表面分别与第三本体侧部和第四本体侧部连结。
微针可以包括在长形本体的外表面上延伸的脊部，其中，脊部在垂直于纵向轴线的方向上延伸。
在包括多个区段的图示中，参照物可以位于不同区段中的相应位置处。
在另外的示例中，一个或多个微针和/或第一衬底可以包含硅。一个或多个微针和/或第一衬底也可以包括大部分硅或者由硅制成。
在另外的示例中，上部部分的半封闭内部空隙空间的至少一个侧部或两个侧部以及长形本体的底端部的内部毛细管孔洞的至少一个侧部可以形成连续表面。在其他示例中，上部部分的半封闭内部空隙空间的所有侧部可以与长形本体的底端部的内部毛细管孔洞的侧部形成相应的连续表面。
在另外的示例中，长形本体的底端部的毛细管孔洞可以在至少一个侧部上与长形本体的上部部分的内部空隙空间连续合并。长形本体的底端部的毛细管孔洞也可以在至少两个相邻侧部上与长形本体的上部部分的内部空隙空间连续合并。
在另外的示例中，上部部分的内部空隙空间与底端部的内部毛细管孔洞之间的开口的面积可以与内部毛细管孔洞的面积相等或类似。上部部分的内部空隙空间与底端部的内部毛细管孔洞之间的开口也可以与内部毛细管孔洞对准。
在另外的示例中，上部部分的半封闭内部空隙空间可以是底端部的内部毛细管孔洞的延续。内部毛细管孔洞也可以基本上直地延伸穿过衬底。内部毛细管孔洞在衬底的一个侧部上的尺寸可以与内部毛细管孔洞在衬底的相反侧部上的尺寸相同。内部毛细管孔洞在衬底的一个侧部上的尺寸也可以在内部毛细管孔洞在衬底的相反侧部上的尺寸的1％、5％、10％、25％、50％或100％以内。该尺寸可以是直径，但也可以是横截面面积。
在另外的示例中，内部毛细管孔洞的横截面面积可以在延伸穿过衬底时线性地增加。内部毛细管孔洞的侧部也可以是直的或者在延伸穿过衬底时是直的。
在另外的示例中，内部毛细管孔洞可以在与微针相反的一侧上、在衬底的边界上形成边缘。
在另外的示例中，内部毛细管孔洞的横截面可以是三角形、方形、水滴形状、星形形状或圆形。
图4是根据实施方式的从上方示出的流体通道系统400的示意图。流体通道系统400布置成用于将流体从多个入口442经由流体通道输送到流体收集区域410。所示的流体通道系统400包括一个区段430，其中，区段430包括第一部段440和第二部段450。
在区段430中，第一部段440包括五个入口通道441，每个入口通道441将入口442与第二部段450连接。在区段430中，第二部段450经由连接通道451将第一部段440的五个入口通道441与流体收集区域410连接。在区段430中，五个入口通道441合并到连接通道451中。
区段430在五个入口通道441的每个入口通道之间包括四个第一液滴形成结构431。四个第一液滴形成结构431设置成通过经由通道壁几何形状减小相对于空气的流体界面面积并扩大相对于通道壁的流体界面面积来收集从一个入口通道朝向不同于所述一个入口通道的另一个入口通道移动的流体。
连接通道451包括第二液滴形成结构432。第二液滴形成结构432布置在连接通道451的设置有通向流体收集区域410的出口的端部处，并且第二液滴形成结构432设置成收集从连接通道451移动的流体。
图5是根据实施方式的从上方示出的流体通道系统500的示意图。流体通道系统500布置成用于将流体从多个入口经由流体通道输送到流体收集区域510。流体通道系统500包括至少一个区段，其中，每个区段包括第一部段540和第二部段550。
在每个区段中，第一部段540包括至少两个入口通道541，每个入口通道541将入口与第二部段550连接。在每个区段中，第二部段550经由连接通道551将第一部段540的至少两个入口通道541与流体收集区域510连接。在每个区段中，至少两个入口通道541汇合到连接通道551中。
每个区段在至少两个入口通道541之间包括至少一个第一液滴形成结构531。至少一个第一液滴形成结构531布置成通过经由通道壁几何形状减小空气的流体界面面积并扩大通道壁的流体界面面积来收集从一个入口通道朝向不同于所述一个入口通道的另一个入口通道移动的流体。
每个连接通道551包括第二液滴形成结构532。第二液滴形成结构532布置在连接通道551的设置有通向流体收集区域510的出口的端部处，并且第二液滴形成结构532设置成收集移动自至少一个连接通道551的流体。
流体通道具有至少两个入口通道541和至少一个连接通道551。在本附图中，存在有十个区段。每个区段设置有五个入口通道541、四个第一液滴形成结构531和一个连接通道551。
图6a是根据实施方式的从上方示出的流体通道系统600的示意图。流体通道系统600设置成用于将流体从多个入口642经由流体通道输送到流体收集区域610。流体通道系统600包括至少一个区段，其中，每个区段包括第一部段640和第二部段650。
在每个区段中，第一部段640包括至少两个入口通道641，每个入口通道641将入口642与第二部段650连接。在每个区段中，第二部段650经由连接通道651将第一部段640的至少两个入口通道641与流体收集区域610连接。在每个区段中，至少两个入口通道641汇合到连接通道651中。
每个区段在至少两个入口通道641之间包括至少一个第一液滴形成结构631。至少一个第一液滴形成结构631设置成通过经由通道壁几何形状减小相对于空气的流体界面面积并扩大相对于通道壁的流体界面面积来收集从一个入口通道朝向不同于所述一个入口通道的另一个入口通道移动的流体。
每个连接通道651包括第二液滴形成结构。第二液滴形成结构布置在连接通道651的设置有通向流体收集区域610的出口的端部处，并且第二液滴形成结构布置成收集移动自至少一个连接通道651的流体。
流体通道具有至少两个入口通道641和至少一个连接通道651。在本附图中，存在十个区段。每个区段设置有五个入口通道641、四个第一液滴形成结构631和一个连接通道651。
图6b是以立体图示出的根据与图6a所示的实施方式类似的实施方式的流体通道系统600的示意图的一部分。
该通道系统还可以具有至少一个第一液滴形成结构，该第一液滴形成结构可以布置成将收集到的流体朝向连接通道释放。
此外，通道系统可以布置成使得至少一个第一液滴形成结构布置成经由相接结构将收集到的流体朝向连接通道释放。相接结构可以例如是从连接通道的壁朝向液滴形成结构挤出的通道壁。该通道壁可以具有曲率或者不具有曲率。
通道系统可以包括一个、两个、至少两个、至少三个、多个或任何适合数目的区段，比如五个、六个、七个、八个、九个或十个区段。具有甚至更多个区段的设计也是可能的。
第一部段也可以经由连接通道将三个或更多个入口连接至流体收集区域。每个区段又可以包括多个第一部段，其中，所述多个第一部段中的每一个第一部段与所述第一部段类似。用于每两个入口通道的第一液滴形成结构也可以布置成包括以小于180°、比如小于120°、90°、45°、30°、15°或10°的角度连结的两个相邻的弯曲壁。
第一液滴形成结构还可以在至少两个入口之间、在流体通道的壁的至少一部分上包括表面处理区域，其中，表面处理区域布置成将流体导引至流体收集区域。
第二液滴形成结构还可以包括以小于180°、比如小于120°、90°、45°、30°、15°或10°的角度连结的两个相邻的弯曲壁。第二液滴形成结构还可以在第二通道的壁处包括表面处理区域，该表面处理区域布置成保持流体朝向流体收集区域流动。第二液滴形成结构还可以包括设置成与收集到的流体相互作用并且限制不期望的反应的化学物质，比如与血液相互作用的柠檬酸盐。与收集到的流体相互作用的化学物质可以包括在第二液滴形成结构的表面层中。
入口通道还可以包括将入口与第一液滴形成结构连接的第一入口通道部分，其中，第一入口通道部分的几何形状包括以小于180°的角度连结的至少两个相邻的壁，其中，入口通道部分纵向地连接至入口。入口通道也可以包括将入口与第一液滴形成结构连接的第一入口通道部分，其中，第一入口通道部分的几何形状包括以小于180°的角度连接的至少两个相邻的壁，其中，入口通道部分纵向地连接至入口。入口可以例如是孔洞或上游连接通道的一部分。
连接通道的横截面面积可以从入口到流体收集区域减小。为了减小连接通道的横截面面积，连接通道的深度可以从入口到流体收集区域减小，并且/或者连接通道的宽度可以从入口到流体收集区域减小。连接通道也可以具有横截面面积从衬底后侧入口到流体收集区域减小的渐缩式通道几何形状。
流体收集区域还可以设置成包括出口端口，其中，出口端口设置成允许提取在流体收集区域中收集的流体。
通道系统中的通道或通道壁的至少一部分可以具有亲水内表面。通道或通道壁的具有亲水内表面的部分可以是下述各者的一部分：任何一个入口通道、任何一个连接通道、多个入口通道、多个连接通道、所有入口通道、所有连接通道。该部分还可以是一个区段、多个区段或所有区段的一部分。类似地，该部分还可以是一个部段、多个部段或所有部段的一部分。该部分可以是收集区域、多个收集区域或所有收集区域的一部分。例如，通道的至少一个侧部可以具有亲水内表面、穿过流体通道系统的通道的至少一个侧部可以具有亲水内表面、和/或通道的横截面通道壁的至少两个相邻的壁可以具有亲水表面。
流体通道系统还可以包括附接至具有通道系统的衬底的盖。盖可以设置成操作为流体系统上的覆盖件。盖或覆盖件可以覆盖衬底的后侧部，从而将流体系统除了出口端口上方之外覆盖。盖或覆盖件也可以包括高能表面材料。盖或覆盖件可以例如是玻璃。盖或覆盖件可以例如通过粘合或胶合附接至衬底。盖或覆盖件也可以包括覆盖流体通道系统的至少一部分的高能材料。盖或覆盖件可以例如包括疏水材料，该疏水材料可以被处理成在表面、比如在覆盖流体通道系统的表面的一部分上是亲水的。疏水材料可以例如是塑料，并且亲水处理可以例如是表面处理或添加亲水材料。
图7是用于经由至少一个微针收集流体的示意性芯片700的横截面图。本附图图示有多个微针。
芯片700具有根据本文中所公开的任何实施方式的微针，所述微针一体地形成在公共衬底710的第一侧部上。微针720的每个近端端部与衬底710一体地形成，并且每个毛细管孔洞730与根据本文中所公开的任何实施方式的流体通道系统750的入口740在衬底710的第二侧部上流体连通。
芯片700布置成在微针720与流体接触时将所述流体通过所述微针720和流体通道系统750被动地输送到流体收集区域。
图8是使用微机电系统制造工艺800制造芯片的方法的示意图，该芯片包括至少一个根据本文中所公开的任何实施方式的微针和根据本文中所公开的任何实施方式的流体通道。
所示的制造方法包括以下步骤：在硅晶片衬底上生长810牺牲氧化物层、利用图案化的光致抗蚀剂掩盖820牺牲氧化物层、根据图案化的光致抗蚀剂去除830牺牲氧化物层、使用深反应离子蚀刻方法根据去除的牺牲氧化物层的图案来蚀刻840硅晶片、以及使用蚀刻剂将其余的牺牲氧化物层去除850。
用于去除牺牲氧化物层的蚀刻剂可以例如是液体蚀刻剂、等离子体蚀刻剂或其组合。液体蚀刻剂可以例如包括氢氟酸或缓冲氧化物蚀刻剂。
因此，提供了允许与微针接触的流体更容易到达内部毛细管孔洞、从而允许要被输送通过微针和用于输送流体的通道系统的流体的量增加的微针、通道系统、芯片以及制造方法，从而可以提供一种用于体液取样的改进的解决方案。
虽然已经描述了具体的实施方式，但本领域技术人员将理解的是，可以在如所附权利要求限定的范围内设想各种改型和变型。

Claims (23)

1.一种微针(100，200，300，720)，所述微针(100，200，300，720)设置在衬底(300，710)上，所述微针(100，200，300，720)包括：
长形本体(110，210，310)，所述长形本体(110，210，310)在所述衬底上沿着纵向轴线从顶端部延伸至底端部，其中：
所述长形本体包括上部部分(120，220，320)和下部部分(130，230，330)；
所述长形本体的所述下部部分包括延伸到所述衬底中的内部毛细管孔洞(260，730)；
所述长形本体的所述上部部分具有由至少三个本体侧部形成的半封闭内部空隙空间(140，240)，所述至少三个本体侧部中的两个本体侧部在尖锐边缘处连结并且第三本体侧部设置有开口狭缝(150，250，350)，所述开口狭缝(150，250，350)从所述长形本体的所述下部部分延伸至所述第三本体侧部的上端部；
所述长形本体的所述顶端部构造为斜面，以在所述边缘的顶部处产生尖的梢端，所述斜面延伸至所述第三本体侧部；
所述长形本体的所述上部部分的所述半封闭内部空隙空间朝向所述长形本体的所述底端部的内部毛细管孔洞敞开；并且
所述长形本体的所述底端部连接至所述衬底。
2.根据权利要求1所述的微针，其中，所述开口狭缝定位在平坦本体侧部的中央处。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的微针，其中，从所述半封闭内部空隙空间延伸至所述第三本体侧部的至少一个表面是弯曲的。
4.根据权利要求3所述的微针，其中，从所述半封闭内部空隙空间延伸至所述第三本体侧部的所有表面的至少一部分是弯曲的。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的微针，其中，所述长形本体包括三个本体侧部。
6.根据权利要求5所述的微针，其中，在尖锐边缘处连结的所述两个本体侧部通过弯曲表面连结至第三本体侧部。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的微针，还包括在所述微针的外表面上延伸的脊部，其中，所述脊部在垂直于所述纵向轴线的方向上延伸。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的微针，其中，所述上部部分具有第一横截面面积，并且所述下部部分具有第二横截面面积，其中，所述第二横截面面积大于所述第一横截面面积。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的微针，还包括划分所述上部部分与所述下部部分的划分平面，其中，所述划分平面的至少一部分与衬底平面不平行。
10.根据权利要求9所述的微针，其中，所述上部部分与所述下部部分之间的所述划分平面与所述斜面平行。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的微针，还包括将所述长形部分与所述衬底连接的弯曲部分。
12.一种流体通道系统(400，500，600，750)，所述流体通道系统(400，500，600，750)用于将流体从多个入口(442，642，740)经由流体通道输送到流体收集区域(410，510，610)，所述流体通道系统包括所述流体收集区域和至少一个区段(430)，其中，每个区段包括第一部段(440，540，640)和第二部段(450，550，650)，其中，在每个区段中，所述第一部段包括至少两个入口通道(441，541，641)，每个入口通道将入口与所述第二部段连接，其中，在每个区段中，所述第二部段经由连接通道(451，551，651)将所述第一部段的至少两个入口通道与所述流体收集区域连接，其中，在每个区段中，所述至少两个入口通道合并到所述连接通道中；其中
每个区段在所述至少两个入口通道之间包括至少一个第一液滴形成结构(431，531，631)，其中，所述至少一个第一液滴形成结构设置成通过经由通道壁几何形状减小空气的流体界面面积并扩大通道壁的流体界面面积来收集从一个入口通道朝向不同于所述一个入口通道的另一个入口通道移动的流体；
每个连接通道包括第二液滴形成结构(432，532)，其中，所述第二液滴形成结构布置在所述连接通道的设置有通向所述流体收集区域的出口的端部处，并且所述第二液滴形成结构布置成收集从至少一个连接通道移动的流体；并且
其中，所述流体通道至少由至少两个入口通道和至少一个连接通道限定。
13.根据权利要求12所述的流体通道系统，其中，所述至少一个第一液滴形成结构布置成向将收集到的流体朝向所述连接通道释放。
14.根据权利要求12或13所述的流体通道系统，包括至少两个区段。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的流体通道系统，其中，每个第一部段经由所述连接通道将至少三个入口连接至所述流体收集区域。
16.根据权利要求12至15中的任一项所述的流体通道系统，其中，每两个入口通道之间的每个第一液滴形成结构包括以小于180°的角度、比如小于120°、90°、45°、30°、15°或10°的角度连结的两个相邻的弯曲壁。
17.根据权利要求12至16中的任一项所述的流体通道系统，其中，每个第二液滴形成结构包括以小于180°的角度、比如小于120°、90°、45°、30°、15°或10°的角度连结的两个相邻的弯曲壁。
18.根据权利要求12至17中的任一项所述的流体通道系统，其中，每个入口通道包括将所述入口与所述第一液滴形成结构连接的第一入口通道部分，其中，所述第一入口通道部分的几何形状包括以小于180°的角度连结的至少两个相邻的壁，其中，所述入口通道部分纵向地连接至所述入口。
19.根据权利要求12至18中的任一项所述的流体通道系统，其中，所述连接通道的横截面面积从所述入口到所述流体收集区域减小。
20.根据权利要求12至19中的任一项所述的流体通道系统，其中，所述流体收集区域包括出口端口，其中，所述出口端口布置成允许提取在所述流体收集区域中收集的流体。
21.根据权利要求12至20中的任一项所述的流体通道系统，其中，通道的至少一部分具有亲水内表面。
22.一种芯片(700)，所述芯片(700)用于经由至少一个微针(720)收集流体，所述芯片包括：
至少一个根据权利要求1至11中的任一项所述的微针，所述微针一体地形成在公共衬底(710)的第一侧部上，其中，每个近端端部与所述衬底一体地形成，并且每个毛细管孔洞(730)与根据权利要求12至21中的任一项所述的流体通道系统(750)的入口(740)在所述衬底的第二侧部上流体连通，
其中，所述芯片设置成在微针与流体接触时将所述流体通过所述微针和所述流体通道系统被动地输送到所述流体收集区域。
23.一种使用微机电系统制造工艺制造根据权利要求22所述的包括至少一个微针和流体通道的芯片的方法(800)，所述方法(800)包括：
在硅晶片衬底上生长(810)牺牲氧化物层；
利用图案化的光致抗蚀剂掩盖(820)所述牺牲氧化物层；
根据所述图案化的光致抗蚀剂去除(830)所述牺牲氧化物层；
使用深反应离子蚀刻方法根据经去除的所述牺牲氧化物层的图案来蚀刻(840)所述硅晶片；
通过使用蚀刻剂将其余的牺牲氧化物层去除(850)。
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