TW202014248A - 用於微流體裝置之奈米圖案化表面及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種製造微流體裝置(200、201、300)之方法可包括將光阻劑層沉積至第一基板(210、270、310)上，選擇性移除光阻劑以暴露第一基板(210、270、310)之部分，蝕刻第一基板(210、270、310)之暴露部分以形成奈米孔陣列(240、340)，用金屬氧化物塗覆每一奈米孔(240、340)，及用第一材料塗覆每一奈米孔(240、340)上之金屬氧化物以增加DNA、蛋白質及多核苷酸與金屬氧化物之結合。可將第二材料之一層沉積在奈米孔(240、340)之間之間隙區域上以抑制DNA、蛋白質及多核苷酸與該等間隙區域之結合。可將第二基板(220、320)黏合至第一基板(210、270、310)以將奈米孔陣列(240、340)封閉於空腔中。

Description

用於微流體裝置之奈米圖案化表面及其製造方法
相關申請案之交互參照
本申請案主張根據專利法於2018年6月14日提出申請之美國臨時申請案第62/685,105號之優先權益，該申請案之內容之全文皆以引用方式併入本文中。
本揭示內容概言之係關於用於生物分子分析、且特定而言基因測序之圖案化微流體裝置及製造圖案化微流體裝置之方法。
生物樣品之組成及量通常很複雜。生物樣品中生物分子之分析通常涉及將樣品分成上千萬或數億個樣品進行定量測定。已開發出許多不同之分配方法，包括表面圖案化(包括表面化學及結構圖案化)、微滴、連續或不連續流動以及物理力下之分離(例如電泳)。其中，表面圖案化係選擇性捕獲及分配生物樣品中之生物分子用於生物分析之最有效手段之一。此外，由於其在空間及/或時間上控制生物反應之能力，微流體已與表面圖案化相結合，以達成對生物分子分析之高靈敏度及特異性。例如，對於基於光學偵測之大規模平行基因測序應用，可以捕獲自基因體DNA樣品生成之數百萬個短DNA片段，並將其分配至微流體裝置之圖案化表面上，使得該等DNA片段在空間上彼此分離，以便於藉由例如合成、連接或單分子實時成像進行測序。該等基因測序技術可用於測序整個基因體或基因體之小部分，如外顯子體或基因之預選子集。
各種大規模平行基因測序技術在DNA固定化學、集群及DNA測序原理方面可能係不同的。例如，對於基於橋擴增或模板步移之合成測序，可以共價捕獲DNA分子並將其分配至分別具有聚合物水凝膠塗層或短連接體分子之平坦基板上。對於基於排除擴增之合成測序，可以選擇性地捕獲DNA分子並將其分配在具有聚合物水凝膠塗層之圖案化奈米孔基板上。對於連接測序，經由滾環複製擴增生成之DNA奈米球可以靜電捕獲至圖案化之帶正電荷之表面上(例如，胺矽烷塗覆之表面)。對於基於單分子偵測之合成測序，可以將DNA分子共價連接至表面。
本揭示內容之實施例代表了相對於微流體裝置及其製造方法之現有技術之進步。根據本文提供之描述應明瞭該等及其他優點以及額外之發明特徵。
本揭示內容之實施例揭示與圖案化微流體裝置相關之系統及方法，該圖案化微流體裝置之表面含有促進與DNA、蛋白質及/或核苷酸結合之區域，以及抑制與DNA、蛋白質及/或核苷酸結合之區域。本揭示內容之一些實施例係關於用於製造前述圖案化微流體裝置之製造製程。該等圖案化微流體裝置之用途尤其包括DNA測序應用。
在一些實施例中，揭示之圖案化微流體裝置具有包括兩種不同化學物質之表面，一種促進DNA結合，另一種抑制DNA結合。此使得能夠在表面上選擇性地結合及分配DNA片段。具有包括兩種不同化學物質之表面之該等圖案化微流體裝置在偵測DNA分子及確定DNA測序時允許相對高之雜訊比。此外，如本文所述，使用兩種不同之化學物質可以經由將DNA分子限制在介電塗覆之奈米孔內來提供螢光成像之增強。
本揭示內容之一些實施例提供製造微流體裝置之方法。該方法可以包括以下步驟：將光阻劑層沉積至第一基板上，選擇性地移除光阻劑以暴露第一基板之於光阻劑層下之部分，及蝕刻第一基板之暴露部分以形成奈米孔陣列。該方法可進一步包括將金屬氧化物層沉積在光阻劑上，使得奈米孔陣列中之每個奈米孔塗覆有金屬氧化物，並且沉積第一材料層，使得奈米孔陣列中之每個奈米孔塗覆有第一材料。第一材料可以經構形以增加DNA、蛋白質及/或多核苷酸與金屬氧化物之結合。該方法亦可包括將第二材料層沉積在奈米孔之間之間隙區域上。第二材料可以經構形以抑制DNA、蛋白質及/或多核苷酸與間隙區域之結合。該方法亦可包括將第二基板黏合至第一基板，以將奈米孔陣列封閉在形成於第一與第二基板之間及/或內部之空腔中。如本文使用之術語「空腔」係指黏合後至少部分由第一及第二基板之內表面界定之三維空間，而「通道」係指在第一及/或第二基板中產生之有時為U形之地板，或係指在前述基板地板中形成之可單獨尋址之通道。
在一些實施例中，選擇性移除光阻劑以暴露第一基板之部分包括使用奈米壓印選擇性移除光阻劑。在一些該等實施例中，使用奈米壓印包括提供具有圖案化奈米柱陣列之模具，並將模具壓入第一基板上之光阻劑層中，使得在光阻劑固化並將模具與光阻劑分離之後，奈米柱陣列在光阻劑中壓印相應之壓印陣列。
第一材料可為以下中之一或多者：呈現一級胺之有機磷酸酯、呈現環氧基之有機磷酸酯、含有不飽和基團之有機磷酸酯、呈現一級胺之矽烷、呈現環氧基之矽烷或含有不飽和基團之矽烷。該方法之一些實施例包括將雙功能連接體放置在一或多個奈米孔陣列中(例如，當第一材料係呈現一級胺之矽烷或呈現一級胺之有機磷酸酯時)。雙功能連接體可為BS3或胺反應性聚合物。
第二材料可為以下中之一或多者：呈現聚乙二醇之矽烷、呈現聚乙二醇之有機磷酸酯或聚(乙烯基膦)酸。將第二基板黏合至第一基板可包括使用膠、UV可固化膠、聚合物膠帶或壓敏膠帶中之一或多者黏合第一及第二基板。在一些實施例中，將第二基板黏合至第一基板包括使用雷射輔助黏合，其中將(例如，金屬或金屬氧化物之)黏合層佈置在第一與第二基板之間。
本揭示內容之一些實施例提供製造微流體裝置之方法。該方法可包括以下步驟：將金屬氧化物層沉積至第一基板上，將光阻劑層沉積在金屬氧化物層上，選擇性移除光阻劑以暴露金屬氧化物層之於光阻劑層下之部分，及蝕刻金屬氧化物層之暴露部分以形成奈米孔陣列。該方法可進一步包括沉積第一材料層，使得奈米孔陣列中之每一奈米孔塗覆有第一材料。第一材料可經構形以增加DNA、蛋白質及/或多核苷酸與金屬氧化物之結合。該方法亦可包括將第二材料層沉積在奈米孔之間之間隙區域上。第二材料可經構形以抑制DNA、蛋白質及/或多核苷酸與間隙區域之結合。另外，該方法可包括將第二基板黏合至第一基板以將奈米孔陣列封閉在第一及第二基板之間及/或內部之空腔中。
在一些實施例中，選擇性移除光阻劑以暴露第一基板之部分包括使用奈米壓印選擇性移除光阻劑。在一些該等實施例中，使用奈米壓印包括將具有圖案化奈米柱陣列之模具壓入第一基板上之光阻劑層中，使得在光阻劑固化並將模具與光阻劑分離之後，奈米柱陣列在光阻劑中壓印相應之壓印陣列。
第一材料可為以下中之一或多者：呈現一級胺之有機磷酸酯、呈現環氧基之有機磷酸酯、含有不飽和基團之有機磷酸酯、呈現一級胺之矽烷、呈現環氧基之矽烷或含有不飽和基團之矽烷。前述方法之一些實施例包括將雙功能連接體放置在一或多個奈米孔陣列中(例如，當第一材料係呈現一級胺之矽烷或呈現一級胺之有機磷酸酯時)。雙功能連接體可為BS3或胺反應性聚合物。
第二材料可為以下中之一或多者：呈現聚乙二醇之矽烷、呈現聚乙二醇之有機磷酸酯或聚(乙烯基膦)酸。將第二基板黏合至第一基板可包括膠、UV可固化膠、聚合物膠帶或壓敏膠帶中之一或多者黏合第一及第二基板使用。在一些實施例中，將第二基板黏合至第一基板包括使用雷射輔助黏合，其中(例如，金屬或金屬氧化物之)黏合層佈置在第一與第二基板之間。
本揭示內容之一些實施例提供微流體裝置。微流體裝置可包括第一基板，其在第一內表面及外周表面部分上具有第一圖案化奈米孔陣列；及第二基板，其具有通道及帶有末端表面之側壁。可將第二基板之末端表面黏合至第一基板之外周表面部分，使得第一及第二內表面界定黏合之第一及第二基板內之氣密空腔。
在一些實施例中，第二基板在第二內表面上具有第二圖案化奈米孔陣列。第二圖案化奈米孔陣列可以使用奈米球微影或另一種合適之製程來製造。第一圖案化奈米孔陣列或第二圖案化奈米孔陣列可以佈置在第一或第二內表面中之一或多個通道內。第一基板可以具有由玻璃、玻璃陶瓷、矽或二氧化矽製成之基底。另外或或者，第二基板可以由玻璃、玻璃陶瓷或純二氧化矽製成。在一些實施例中，第一基板及/或第二基板可以由透明玻璃陶瓷製成。在一些實施例中，氧化物層(例如，二氧化矽、二氧化鈦或氧化鋁)沉積在基底表面上。
本揭示內容之一些實施例提供微流體裝置。微流體裝置可具有第一基板，其在第一內表面及外周表面部分上具有第一圖案化奈米孔陣列；及第二基板，其具有第二內表面及帶有末端表面之側壁。第二基板之末端表面可黏合至第一基板之外周表面部分，使得第一及第二內表面界定黏合之第一及第二基板內之氣密空腔。
在一些實施例中，第二基板在第二內表面上具有第二圖案化奈米孔陣列。第一圖案化奈米孔陣列或第二圖案化奈米孔陣列可佈置在第一或第二內表面中之一或多個通道內。第一基板可具有由玻璃、玻璃陶瓷、矽或二氧化矽製成之基底。金屬氧化物層可沉積在基底表面上。沉積之金屬氧化物可為SiO2 、Al2 O3 、ZnO2 、Ta2 O5 、Nb2 O5 、SnO2 、In2 O3 、TiO2 (例如a-TiO2 、r-TiO2 )、銦錫氧化物、銦鋅氧化物及ZrO2 中之一或多者。
在一些實施例中，第二基板在第二內表面上具有第二圖案化奈米孔陣列。第一圖案化奈米孔陣列及/或第二圖案化奈米孔陣列可佈置在第一或第二內表面中之一或多個通道內。在一些實施例中，一或多個通道之深度為40微米至500微米。
微流體裝置之一些實施例包括在第一或第二基板一端之入口及在第一或第二基板之與第一端相對之另一端之出口。金屬氧化物膜之厚度可以在1奈米至500奈米之範圍內。在一些實施例中，金屬氧化物膜對於波長在400奈米至750奈米範圍內之光係透明的。
其他特徵及優點將在隨後之詳細描述中闡述，並且熟習此項技術者根據該描述將部分容易地明瞭該等特徵及優點，或藉由實踐如本文所述之實施例認識到該等特徵及優點，包括隨後之詳細描述、申請專利範圍以及附圖。
應理解，前面之一般描述及下面之詳細描述僅僅係示例性的，並且意欲提供理解申請專利範圍之性質及特徵之概述或框架。附圖包括在內以提供進一步理解，並且納入並構成本說明書之一部分。附圖圖解說明一或多個實施例，並且與描述一起用於解釋各個實施例之原理及操作。
第1圖係顯示包括兩個可單獨尋址之通道105之圖案化流通槽100之示意圖。在每個通道105之至少一個通道表面上，有圖案化表面110、入口埠120及出口埠130，其中之每一個可以在相同或不同之表面上。黑色區域140顯示流通槽之兩個基板結合在一起以形成氣密之區域。
在一些實施例中，圖案化微流體裝置具有具兩種不同化學物質之圖案化表面。在一些實施例中，圖案化微流體裝置包括至少一個通道。例如，圖案化微流體裝置包括多個可單獨尋址之通道105。例如，如第1圖所示，圖案化微流體裝置100包括兩個可單獨尋址之通道105。通道105之至少一個表面可以包括圖案化之DNA結合區及非結合區110。在一些實施例中，微流體裝置亦包括每個通道105之入口埠120及出口埠130。通道105及入口埠/出口埠120、130可以在圖案化基板上或另一基板上製成。
在一些實施例中，微流體裝置係單側圖案化流通槽裝置，其具有包括兩種不同化學物質之表面。例如，如第2A圖所示，單側圖案化流通槽裝置200包括經由膠帶230結合在一起之頂部基板210及底部基板220。頂部基板210可以具有通道及帶有末端表面之側壁。底部基板220可以包括圖案化奈米孔陣列240、入口250及出口260。在其他實施例中，頂部基板210可為平坦的。在一些該等實施例中，膠帶230用作間隔物以至少部分地限定通道之高度。
在如第2B圖所示之一些實施例中，單側圖案化流通槽裝置201包括頂部基板270及底部基板220。頂部基板270包括蝕刻通道及帶有末端表面之側壁。另外或或者，底部基板220包括圖案化奈米孔陣列240、入口250及出口260。頂部基板270及底部基板220可以經由頂部基板270側壁之末端表面上之黏合層280結合在一起以形成氣密密封。
在一些實施例中，黏合層280可以包括金屬。金屬可以包括金、鉻、鈦、鎳、銅、鋅、鈰、鉛、鐵、釩、錳、鎂、鍺、鋁、鉭、鈮、錫、銦、鈷、鎢、鐿、鋯中之一或多者或其合適之組合或氧化物。例如，合適之組合係該等金屬或金屬氧化物之已知合金，例如銦錫氧化物或銦鋅氧化物。在一些實施例中，首先將黏合層280沉積至頂部基板270上，隨後進行保護(例如，用光阻劑或抗蝕刻聚合物膠帶)，且最後蝕刻以形成通道。該黏合可以經由雷射輔助之環境溫度黏合製程來達成。在一些實施例中，黏合可為雷射黏合，例如，如美國專利第9,492,990號、第9,515,286號及/或第9,120,287號所述，其全文皆以引用方式併入本文中。
在一些實施例中，微流體裝置係雙側圖案化流通槽裝置，其在通道之兩個表面(例如，上表面及下表面，或頂面及底面)之每一個上具有包括兩種不同化學物質之表面。例如，如第3圖所示，雙側圖案化流通槽裝置300包括頂部基板310及底部基板320，兩者皆包括經由膠帶330結合在一起之圖案化奈米孔陣列340。在一些該等實施例中，膠帶330用作間隔物以至少部分地限定通道之高度(例如，當頂部基板310係平坦時)。另外或或者，底部基板320包括入口350及出口360。膠帶330可為聚合物-碳黑複合膜、雙側壓敏膠帶、雙側聚醯亞胺膠帶或另一種合適之膠帶。在一些實施例中，頂部基板310可以包括通道底面上之圖案化奈米孔340，並且具有帶末端表面之側壁，並且膠帶330與側壁一起可以限定黏合後形成之通道之高度。
在一些實施例中，基板(例如，第一基板及/或第二基板)由玻璃、玻璃陶瓷、二氧化矽或矽製成(例如，包括、由其組成或基本上由其組成)。另外或或者，基板實質上係平坦的。在一些實施例中，基板表面包括兩個不同之區域，一個區域具有促進與DNA、蛋白質及/或多核苷酸結合之第一塗層，且另一個區域具有防止與DNA、蛋白質及/或多核苷酸結合之第二塗層。例如，一旦使用奈米壓印直接圖案化基板表面，例如，首先用呈現一級胺之矽烷或呈現環氧基之矽烷或包含不飽和基團之矽烷塗覆經由電漿蝕刻暴露之區域作為第一塗層。在移除剩餘光阻劑之後，可以用呈現聚乙二醇(polyethylene glycol; PEG)之矽烷塗覆先前未暴露及光阻劑保護之區域以作為第二塗層。
DNA可以選擇性地結合至具有第一塗層之區域(例如，經由靜電相互作用或共價結合，有或沒有雙功能連接體)。例如，當第一塗層係呈現環氧基之矽烷時，胺封端之DNA可以直接偶聯至表面上。當第一塗層係呈現胺之矽烷時，可以經由靜電相互作用將DNA奈米球直接固定在表面上，而胺封端之奈米球可以經由雙功能連接體如BS3 (雙(磺基琥珀醯亞胺基)辛二酸鹽)或胺反應性聚合物(如聚乙烯-alt-馬來酸酐)偶聯至表面上。
在一些實施例中，基板包括金屬氧化物層，其中金屬氧化物層表面包括兩個不同之區域，一個區域具有促進與DNA、蛋白質及/或多核苷酸結合之第一塗層，且另一個區域具有防止與DNA、蛋白質及/或多核苷酸結合之第二塗層。例如，如第4圖之流程圖所示，可以首先將金屬氧化物層沉積在平坦晶圓上，隨後沉積光阻劑層。光阻劑可經奈米壓印及蝕刻(例如，藉由暴露於電漿蝕刻)，由此暴露壓印區域。蝕刻之後，金屬氧化物層之未暴露區域可以保持由光阻劑覆蓋。可以首先用呈現一級胺之有機磷酸酯或呈現環氧基之有機磷酸酯或含有不飽和基團之有機磷酸酯塗覆暴露之金屬氧化物區域作為第一塗層。可移除剩餘之光阻劑(例如，以暴露金屬氧化物層之先前未暴露區域)，並且先前未暴露及光阻劑保護之區域可用呈現聚乙二醇(polyethylene glycol; PEG)之矽烷或有機磷酸酯或聚(乙烯基膦酸)作為第二塗層。
DNA可以選擇性地結合至具有第一塗層之區域(例如，經由靜電相互作用或共價結合，有或沒有雙功能連接體)。例如，當第一塗層係呈現環氧基之有機磷酸酯時，胺封端之DNA可以直接偶聯至表面上。當第一塗層係呈現胺之有機磷酸酯時，可以經由靜電相互作用將DNA奈米球直接固定在表面上，而胺封端之DNA可以經由雙功能連接體如BS3 (雙(磺基琥珀醯亞胺基)辛二酸鹽)或胺反應性聚合物(例如聚乙烯-alt-馬來酸酐)偶聯至表面上。
在一些實施例中，首先使用光微影或奈米壓印用金屬氧化物圖案化基板，以使得金屬氧化物區塗覆有第一塗層，隨後用第二塗層塗覆非金屬氧化物區。第一塗層可為有機磷酸酯。另外或或者，第二塗層可為矽烷。金屬氧化物圖案化可以經由剝離方法或反應離子蝕刻方法來進行。
在一些實施例中，首先用光阻劑塗覆基板，隨後使用光微影或奈米壓印結合反應離子蝕刻形成奈米孔陣列，沉積金屬氧化物層，且最後剝離光阻劑，使得所有奈米孔之底部及側壁塗覆有金屬氧化物。光阻劑剝離後，基板之頂部表面(例如，佈置在奈米孔之間之基板表面部分)可為裸基板表面(例如，未經金屬氧化物塗覆)。之後，可用第一塗層如有機磷酸酯塗覆金屬氧化物區。另外或或者，可用第二塗層如矽烷塗覆頂部基板表面。奈米孔內之金屬氧化物塗層可以提供介電層來增強螢光。此外，當奈米孔之大小由金屬氧化物減小至100奈米以下時，該等小之奈米孔能夠實現物理限制以顯著增強螢光。此外，奈米孔內之金屬氧化物塗層可以促進原位UV輻射使能之聚合，並因此促進DNA之捕獲及擴增(例如，如標題為「Patterned Flow Cells Useful for Nucleic Acid Analysis」之美國專利公開案第2014/0329723A1號中所揭示，其全文皆以引用方式併入本文中)。
金屬氧化物可包括以下中之一或多者：Al2 O3 、ZnO2 、Ta2 O5 、Nb2 O5 、SnO2 、MgO、銦錫氧化物、CeO2 、CoO、Co3 O4 、Cr2 O3 、Fe2 O3 、Fe3 O4 、In2 O3 、Mn2 O3 、NiO、a-TiO2 (銳鈦礦)、r-TiO2 (金紅石)、WO3 、Y2 O3 、ZrO2 或其他金屬氧化物。在一些實施例中，金屬氧化物對於可見波長(例如，自400奈米至750奈米或自450奈米至750奈米)內之光係透明的。例如，金屬氧化物可以透射可見波長為50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%、100%或由所列值定義之任何範圍內之光。
除了表面圖案化之外，基準標記亦可以使用光微影及/或奈米壓印與重複圖案之特徵一起製作。該等基準標記可用作測序成像之同步跟蹤或配準特徵(例如，如標題為「Method of fabricating patterned functional substrates」之美國專利公開案第2014/0085457 A1號或標題為「Image Analysis Useful for Patterned Objects」之美國專利公開案第2015/0125053A1號中所揭示，其各自之全文皆以引用方式併入本文中)。
奈米圖案化可以經由光微影製成。例如，為了產生合適之基板，使用電漿增強化學氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD)用600 nm SiO2 層塗覆玻璃晶圓。在用光阻劑塗覆之後，例如用UV光將光阻劑圖案化。圖案暴露後，使用反應離子蝕刻來製造包括深度為300 nm、直徑為400 nm且間距為650 nm之奈米孔之奈米孔基板。之後，將50 nm Al2 O3 層沉積至奈米孔基板上，隨後剝離光阻劑。可以進一步用材料如3-磷酸胺基丙基酯塗覆所得塗覆有Al2 O3 之奈米孔，以形成DNA結合區。最後，可以用mPEG5K-矽烷塗覆奈米孔之間之間隙SiO2 表面(例如，藉由剝離光阻劑暴露之基板之間隙部分)以形成DNA非結合表面。
在一些實施例中，奈米壓印可用於製造奈米圖案化。例如，奈米壓印模具可以由藉由習用光微影製造之奈米孔玻璃晶圓母模製造。可以首先用氧電漿清洗奈米孔母模，並在真空下塗覆(十三氟-1,1,2,2-四氫辛基)三氯矽烷作為脫模劑。模具樹脂可以由全氟聚醚(perfluoropolyether; PFPE)及光起始劑製成。模具樹脂可以直接澆鑄在奈米孔母模上，隨後將聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate; PET)膜放置在模具樹脂之頂部上。
在惰性氮環境中以3000 mJ/cm2 之劑量在365 nm UV-LED燈下固化後，奈米孔模具可以自奈米孔母模中釋放。模具材料並不限於PFPE材料，且亦可使用其他氟化材料(例如，乙烯四氟乙烯(ethylene tetrafluoroethylene; ETFE)、鐵氟龍等)以及其他材料如聚矽氧(例如聚二甲基矽氧烷PDMS)、聚碳酸酯、聚胺基甲酸酯丙烯酸酯(polyurethane acrylate; PUA)。
用於奈米孔製造之基板可以由預先塗覆有不同氧化物層之玻璃晶圓製成，包括例如600 nm之SiO2 、70 nm之TiO2 或50 nm之Al2 O3 。化學擴增之基於環氧之負性光阻劑可以用環戊酮溶劑以1:10之重量比稀釋，以減少奈米壓印應用之塗層厚度。在光阻劑塗覆之前，可以用丙酮及異丙醇清洗基板，隨後在150℃烘烤5分鐘，隨後可將光阻劑剝離劑之薄層(約13 nm)旋塗至基板上(例如，以便能夠隨後移除光阻劑)。旋塗後，可將剝離層在200℃之熱板上烘烤一分鐘，隨後冷卻至室溫。可以3000 rpm之旋轉速度將光阻劑稀釋物旋塗在剝離層之頂部45秒，隨後在65℃烘烤1分鐘，在95℃烘烤1分鐘，以形成厚度約為177 nm之光阻劑膜。
奈米壓印製程可以使用奈米壓印機來實施。在將奈米壓印模具放置在光阻劑頂部之後，可將堆疊在80 psi之壓力下在90℃之溫度下壓印4分鐘，隨後在365 nm UV - LED燈下以300 mJ/cm2 之劑量曝光，接著在65℃烘烤1分鐘，在95℃烘烤1分鐘。最後，可以自基板上剝離奈米壓印模具，以暴露奈米孔結構。基板表面之蝕刻步驟可以在電漿蝕刻機中在以下條件下進行：100 W，80 sccm之O2 ，150 mTorr，以1.39 nm/sec之蝕刻速率進行72秒。
第5A-5D圖顯示在示例性奈米壓印製程之不同步驟之奈米圖案化基板之代表性掃描電子顯微影像：(5A)包括奈米孔陣列之主晶圓；(5B)聚矽氧印模，其包括自母模複製後之奈米柱陣列；(5C)沉積在玻璃晶圓上之UV可固化光阻劑層上之壓印結構；以及(5D)在奈米壓印之後，在玻璃晶圓上反應離子蝕刻奈米孔陣列。
奈米壓印後，可使用後續反應離子蝕刻在基板內生成奈米孔結構(參見第5A圖)或獲得圖案化之化學物質(如第5B圖所示之圖案化胺基丙基矽烷貼片)。第6A圖及第6B圖顯示兩種奈米圖案化表面之代表性掃描電子顯微影像：(6A)奈米孔陣列；(6B)圖案化之胺基丙基三甲氧基矽烷表面。
本文引用之所有參考文獻(包括出版物、專利申請案及專利)皆以相同之程度以引用方式併入本文中，如同每個參考文獻個別且具體地表示為全文以引用方式併入並在闡述於本文中。
除非本文另有指示或與上下文明顯矛盾，否則在本揭示內容中(特別是在所附申請專利範圍之上下文中)使用術語「一個(a及an)」及「該」以及類似指代物應理解為涵蓋單數及複數二者。除非另有說明，否則術語「包括」、「具有」、「包含」及「含有」應理解為開放式術語(亦即，意指「包含(但不限於)」)。除非本文中另有指示，否則本文中數值範圍之列舉僅欲用作個別提及落入該範圍內之每個單獨數值之簡寫方法，並且每個單獨數值併入說明書中，如同其在本文中個別地列舉一樣。除非本文另有指示或與上下文明顯矛盾，否則本文所述之所有方法皆可以任何合適之順序實施。本文提供之任何及所有實例或示例性語言(例如，「諸如」)之使用僅僅係為了更好地說明所揭示之實施例。說明書中之任何語言皆不應理解為指示任何未主張之元素係必要的。
本領域技術人員應明瞭，在不脫離所揭示實施例之精神或範圍之情況下，可以進行各種修改及變化。由於本領域技術人員可以想到結合實施例之精神及實質之所揭示實施例之修改、組合、子組合及變化，所揭示之實施例應理解為包括所附申請專利範圍及其等效物範圍內之所有內容。
100:圖案化流通槽/圖案化微流體裝置 105:通道 110:圖案化表面 120:入口埠 130:出口埠 140:黑色區域 200:單側圖案化流通槽裝置 201:單側圖案化流通槽裝置 210:頂部基板 220:底部基板 230:末端表面 240:圖案化奈米孔陣列 250:入口 260:出口 270:頂部基板 280:黏合層 300:雙側圖案化流通槽裝置 310:頂部基板 320:底部基板 330:膠帶 340:圖案化奈米孔陣列 350:入口 360:出口
納入說明書中並形成說明書一部分之附圖圖解說明本揭示內容之若干態樣。在圖中：
第1圖係顯示根據示例性實施例構造之具有兩個可單獨尋址通道之圖案化微流體裝置之示意圖；
第2A圖及第2B圖係顯示根據示例性實施例沿著兩個單側圖案化流通槽之通道方向之側視圖的示意圖，其中頂部及底部基板不同地結合在一起；
第3圖係顯示根據示例性實施例沿著三個雙側圖案化流通槽之通道方向之側視圖的示意圖，其中頂部及底部基板經由膠帶結合在一起；
第4圖係圖解說明根據示例性實施例用於製造圖案化微流體裝置之示例性過程之流程圖；
第5A-5D圖顯示根據示例性實施例之奈米壓印製程之不同步驟中奈米圖案化基板之代表性掃描電子顯微影像；
第6A圖及第6B圖顯示根據示例性實施例之兩種奈米圖案化表面之代表性掃描電子顯微影像。
儘管下文將揭示某些較佳實施例，但並不欲限於彼等實施例。相反，意欲覆蓋包括在由所附申請專利範圍限定之本揭示內容之精神及範圍內之所有替換、修改及等效物。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:圖案化流通槽/圖案化微流體裝置
105:通道
110:圖案化表面
120:入口埠
130:出口埠
140:黑色區域

Claims (25)

  1. 一種製造一微流體裝置之方法，該方法包括以下步驟： 將一光阻劑層沉積至一第一基板上；選擇性移除該光阻劑之一部分以暴露該第一基板之於該光阻劑層下之部分；蝕刻該第一基板之該等暴露部分以形成一奈米孔陣列；將一金屬氧化物層沉積在該光阻劑上，使得該奈米孔陣列中之每一奈米孔塗覆有一金屬氧化物；將一第一材料之一層沉積在該金屬氧化物層上，使得該奈米孔陣列中之每一奈米孔塗覆有該第一材料以增加DNA、蛋白質或多核苷酸中之至少一者與該金屬氧化物之結合；將一第二材料之一層沉積在該第一基板之該等奈米孔之間之間隙區域上以抑制DNA、蛋白質或多核苷酸中之至少一者與該等間隙區域之結合；及將一第二基板黏合至該第一基板以將該等奈米孔陣列封閉於該第一與該第二基板之間之一空腔中。
  2. 如請求項1所述之方法，其中選擇性移除該光阻劑以暴露該第一基板之部分的步驟包括以下步驟：將包含一圖案化奈米柱陣列之一模具壓入該第一基板上之該光阻劑層中，使得在該光阻劑固化並將該模具與該光阻劑分離之後，該奈米柱陣列在該光阻劑中壓印一相應之壓印陣列。
  3. 如請求項1所述之方法，包括以下步驟：在沉積該第一材料之該層之前或之後移除該光阻劑之一剩餘部分。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該第一材料包括以下中之至少一者：一呈現一級胺之有機磷酸酯、一呈現環氧基之有機磷酸酯、一含有不飽和基團之有機磷酸酯、一呈現一級胺之矽烷、一呈現環氧基之矽烷或一含有不飽和基團之矽烷。
  5. 如請求項4所述之方法，包括以下步驟：將一雙功能連接體沉積在該等奈米孔陣列中之一或多者中，其中該第一材料包括一呈現一級胺之矽烷或一呈現一級胺之有機磷酸酯。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該雙功能連接體包括BS3或一胺反應性聚合物。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該第二材料包括以下中之至少一者：一呈現聚乙二醇之矽烷、一呈現聚乙二醇之有機磷酸酯或聚(乙烯基膦)酸。
  8. 如請求項1所述之方法，其中將該第二基板黏合至該第一基板的步驟包括以下步驟：使用一膠、一UV可固化膠、一聚合物膠帶或一壓敏膠帶中之一者黏合該第一及該第二基板。
  9. 如請求項1所述之方法，其中將該第二基板黏合至該第一基板的步驟包括以下步驟：使用雷射輔助黏合黏合該第一及該第二基板之步驟，其中將一金屬或一金屬氧化物之一黏合層佈置在該第一與該第二基板之間。
  10. 一種製造一微流體裝置之方法，該方法包括以下步驟： 將一金屬氧化物層沉積至一第一基板上；將一光阻劑層沉積在該金屬氧化物層上；選擇性移除該光阻劑之一部分以暴露該金屬氧化物層之於該光阻劑層下之部分；蝕刻該金屬氧化物層之該等暴露部分以形成一奈米孔陣列；沉積一第一材料之一層，使得該等奈米孔陣列中之每一奈米孔塗覆有該第一材料以增加DNA、蛋白質或多核苷酸中之至少一者與該第一基板之結合；移除該光阻劑之一剩餘部分；將一第二材料之一層沉積在該第一基板上之該等奈米孔之間之間隙區域上以抑制DNA、蛋白質或多核苷酸中之至少一者與該等間隙區域之結合；及將一第二基板黏合至該第一基板以將該等奈米孔陣列封閉於該第一與該第二基板之間之一空腔中。
  11. 如請求項10所述之方法，其中選擇性移除該光阻劑的步驟包括以下步驟：將包含一圖案化奈米柱陣列之一模具壓入該第一基板上之該光阻劑層中，以使得在該光阻劑固化並將該模具與該光阻劑分離之後，該奈米柱陣列在光阻劑中壓印一奈米孔陣列。
  12. 如請求項10所述之方法，其中該第一材料包括以下中之至少一者：一呈現一級胺之有機磷酸酯、一呈現環氧基之有機磷酸酯、一含有不飽和基團之有機磷酸酯、一呈現一級胺之矽烷、一呈現環氧基之矽烷或一含有不飽和基團之矽烷。
  13. 如請求項12所述之方法，包括以下步驟：將一雙功能連接體沉積於該等奈米孔陣列中之一或多者中，其中該第一材料係一呈現一級胺之矽烷或一呈現一級胺之有機磷酸酯。
  14. 如請求項10所述之方法，其中該第二材料包括以下中之至少一者：一呈現聚乙二醇之矽烷、一呈現聚乙二醇之有機磷酸酯或聚(乙烯基膦)酸。
  15. 如請求項10所述之方法，其中將該第二基板黏合至該第一基板的步驟包括以下步驟：使用一膠、一UV可固化膠、一聚合物膠帶、一壓敏膠帶或雷射輔助黏合中之一黏合該第一及該第二基板者。
  16. 一種微流體裝置，包括： 一第一基板，其在一第一內表面及一外周表面部分上包含一第一圖案化奈米孔陣列；一第二基板，其包含一第二內表面及具有一末端表面之一側壁；其中將該第二基板之該末端表面黏合至該第一基板之該外周表面部分，使得該第一及該第二內表面界定該等黏合之第一及第二基板內之一氣密空腔。
  17. 如請求項16所述之微流體裝置，其中該第二基板包含該第二內表面上之一第二圖案化奈米孔陣列。
  18. 如請求項17所述之微流體裝置，其中該第一圖案化奈米孔陣列或該第二圖案化奈米孔陣列佈置於該第一或該第二內表面中之一或多個通道內。
  19. 如請求項16所述之微流體裝置，其中該第一基板包括在其表面上已沉積一二氧化矽或金屬氧化物層之一基底，該基底包括玻璃、玻璃陶瓷、矽或二氧化矽。
  20. 如請求項16所述之微流體裝置，包括佈置在該第一內表面或該第二內表面上之一金屬氧化物層，其中該金屬氧化物層對於波長在400奈米至750奈米一範圍內之光係透明的。
  21. 一種微流體裝置，包括： 一第一基板，其在一第一塗有金屬氧化物之內表面及一外周表面部分上包含一第一圖案化奈米孔陣列；一第二基板，其包含一第二內表面及具有一末端表面之一側壁；其中將該第二基板之該末端表面黏合至該第一基板之該外周表面部分，使得該第一及該第二內表面界定該等黏合之第一與第二基板之間之一氣密空腔。
  22. 如請求項21所述之微流體裝置，其中該第二基板包括該第二內表面上之一第二圖案化奈米孔陣列。
  23. 如請求項22所述之微流體裝置，其中該第一圖案化奈米孔陣列或該第二圖案化奈米孔陣列佈置於該第一或該第二內表面中之一或多個通道內。
  24. 如請求項21所述之微流體裝置，其中該基板包括在其表面上已沉積一二氧化矽或金屬氧化物層之一基底，該基底包括玻璃、玻璃陶瓷、矽或二氧化矽。
  25. 如請求項21所述之微流體裝置，其中該金屬氧化物包括以下中之至少一者：Al2 O3 、ZnO2 、Ta2 O5 、Nb2 O5 、SnO2 、In2 O3 、a-TiO2 、r-TiO2 、銦錫氧化物、銦鋅氧化物、ZrO2 、CeO2 、CoO、Co3 O4 、CrO3 、Fe2 O3 、Fe3 O4 、NiO、WO3 、Y2 O3 、MgO或Mn2 O3 。
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