TW202100448A - 微機電系統結構及其應用 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種微機電系統(MEMS)裝置及一種用於操作該裝置之方法。該裝置包含基板平台及具有複數個蛇形臂之電極板，該電極板經由該複數個蛇形臂附接至該基板平台，該電極板設置於平面上靜止位置中。該裝置包含實質上垂直地安置於該電極板上之尖銳部件。在各項實施方案中，該電極板與該基板平台係共面的。在各項實施方案中，該電極板經構形以沿垂直於該平面之方向遠離該靜止位置移動。該裝置亦包含相對電極。操作該裝置之該方法包含經由電源跨越該電極及該相對電極供應直流電(DC)以跨越該裝置之該電極及該相對電極產生靜電場。

Description

微機電系統結構及其應用

醫學治療方法(諸如經由細胞轉化之基因療法)對於包含遺傳性疾病、某些類型的癌症及某些病毒感染等若干種疾病係有前途的治療選擇。儘管基因療法係有前途的，但目前其係實驗性治療，基於將遺傳物質(基因)插入至患者之細胞中而不是使用藥物或手術。由於該技術圍繞將遺傳物質(或任何生物分子)引入至活細胞中，因此其固有地係有風險及挑戰性的，尤其係針對造成細胞損壞之風險而言。

用於基因治療劑之當前製造方法包含例如電穿孔製程，其中將極高電場施加至活細胞以在細胞薄膜中建立瞬時開口。＜通常在試管中將電廠全域地施加至大量細胞，且不針對任一個別細胞控制針對給定細胞之電廠及進入細胞之材料量兩者。用於基因療法之另一方法係使用經修飾病毒來將新遺傳物質引入至細胞中。在此方法中，病毒之存在可導致諸多可能副作用，包含不能夠控制病毒將修飾何種類型之細胞。此外，利用經修飾病毒之基因療法之臨床應用已具有嚴重副作用，包含癌症的發展。

由於當前用於細胞轉化及基因療法之上文所提及技術具有顯著缺點，因此需要用以在不具有上文所提及方法所存在之有害副作用之情況下將遺傳物質插入至活細胞中之替代方法來發展有前途的治療技術，諸如基因療法。

本發明之至少一項態樣係針對一種裝置。該裝置包含基板平台及具有複數個蛇形臂之底板，該底板經由該複數個蛇形臂附接至該基板平台，該底板設置於平面上靜止位置中。該裝置包含安置於該底板上之尖銳部件，該尖銳部件安置成實質上垂直於該平面。在各項實施方案中，該底板與該基板平台係共面的。在各項實施方案中，該底板經構形以沿垂直於該平面之方向遠離該靜止位置移動。

在各項實施方案中，該底板包含自該底板向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的兩個蛇形臂。在各項實施方案中，該底板包含自該底板向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的三個蛇形臂。在各項實施方案中，該底板包含自該底板向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的四個蛇形臂。在各項實施方案中，該等蛇形臂具有係該底板與該基板平台之間的分離距離之至少約兩倍的線性長度。在各項實施方案中，該等蛇形臂具有係該底板與該基板平台之間的分離距離之至少約三倍或至少約四倍的線性長度。在各項實施方案中，該等蛇形臂具有係該底板與該基板平台之間的分離距離之多達約1000倍的線性長度。

在各項實施方案中，該底板與該基板平台係同心的。在各項實施方案中，該底板具有由圓形、橢圓形、正方形、矩形、五邊形或六邊形組成之形狀。在各項實施方案中，該底板具有介於約100 nm與約10 cm之間的橫向尺寸。在各項實施方案中，該底板具有介於約5 µm與約500 µm之間的橫向尺寸。

在各項實施方案中，該底板自該靜止位置移動達介於約0.1 nm與約10 mm之間的距離。在各項實施方案中，該底板自該靜止位置移動達介於約1 nm與約1 mm之間的距離。

在各項實施方案中，該底板具有第一厚度且該基板平台具有第二厚度。在各項實施方案中，該第一厚度不同於該第二厚度。在各項實施方案中，該底板或該基板平台中之至少一者具有介於約0.001 µm與約10 mm之間的厚度。在各項實施方案中，該底板或該基板平台中之至少一者具有介於約0.1 µm與約10 µm之間的厚度。

在各項實施方案中，該底板或該基板平台中之至少一者包含單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽或氫化非晶矽中之一者。

在各項實施方案中，該底板或該基板平台中之至少一者具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。在各項實施方案中，該底板或該基板平台中之至少一者具有介於約10¹¹ 原子/cm³ 與約10²⁰ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。

在各項實施方案中，該底板或該基板平台中之至少一者具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的薄片電阻率值。在各項實施方案中，該底板或該基板平台中之至少一者具有介於約10^-3 Ω-cm與約10³ Ω-cm之間的薄片電阻率值。在各項實施方案中，跨越該底板及該基板平台之電阻抗係介於約10² Ω與約10¹² Ω之間。在各項實施方案中，跨越該底板及該基板平台之電阻抗係介於約10³ Ω與約10⁸ Ω之間。

在各項實施方案中，該尖銳部件具有介於約50 nm與約1 mm之間的長度。在各項實施方案中，該尖銳部件具有介於約2 µm與約50 µm之間的長度。

在各項實施方案中，該尖銳部件係第一尖銳部件，且該裝置進一步包含第二尖銳部件。在各項實施方案中，該裝置進一步包含安置於該底板上多達約10個尖銳部件之複數個尖銳部件。在各項實施方案中，該裝置進一步包含安置於該底板上多達約100個尖銳部件之複數個尖銳部件。在各項實施方案中，該裝置進一步包含安置於該底板上多達約500,000,000個尖銳部件之複數個尖銳部件。

在各項實施方案中，該底板係第一底板，該裝置進一步包含第二底板。在各項實施方案中，該裝置進一步包含複數個底板。

在各項實施方案中，該底板係電極。在各項實施方案中，該裝置進一步包含安置成平行於該電極之相對電極。

在各項實施方案中，該相對電極具有介於約0.001 µm與約10 mm之間的厚度。在各項實施方案中，該相對電極具有介於約0.1 µm與約10 µm之間的厚度。

在各項實施方案中，該相對電極包含以下各項中之一者：單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽、氫化非晶矽、銦-錫氧化物(ITO)、氮化鈦(TiN)、金屬膜、經摻雜半導電膜、無機半導體、組合物、有機導電膜或碳同素異形體(包含各種類型的石墨烯、石墨烯氧化物、失配石墨烯)，或其任一組合。

在各項實施方案中，該相對電極具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。在各項實施方案中，該相對電極具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。

在各項實施方案中，該電極及該相對電極經組態以接收介於約0.1 µV與10 kV之間的電位差(V_o )。在各項實施方案中，該電極及該相對電極經組態以接收介於約1 V與100 V之間的電位差(V_o )。在各項實施方案中，該電極及該相對電極經組態以接收介於約10 V與及50 V之間的電位差(V_o )。

在各項實施方案中，一種系統包含複數個如上文所闡述之裝置。在該系統之各項實施方案中，該複數個裝置介於自約1至約10⁸ 個裝置之範圍內，該等裝置中之每一者具有各別尖銳部件。在該系統之各項實施方案中，該複數個裝置彼此分離達介於約0.1 µm與10 cm之間。

在各項實施方案中，該相對電極具有位於該相對電極之中心處之開口，且該開口經構形以接納該尖銳部件之一部分。

本發明之至少一項態樣係針對於一種操作裝置之方法。該方法包含提供電源及提供該裝置，該裝置包含基板平台及具有複數個蛇形臂之電極，該電極經由該複數個蛇形臂附接至該基板平台。在各項實施方案中，該裝置亦包含實質上垂直地安置於該電極上之尖銳部件。在各項實施方案中，該裝置亦包含安置成實質上平行於該電極之相對電極。操作該裝置之該方法亦包含經由該電源跨越該裝置之該電極及該相對電極供應直流電(DC)以跨越該裝置之該電極及該相對電極產生靜電場。

在各項實施方案中，該電極與該基板平台係共面的。在各項實施方案中，該電極設置於平面上靜止位置中，且經構形以沿垂直於該平面之方向遠離該靜止位置移動。

在各項實施方案中，該電極包含自該電極向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的兩個蛇形臂。在各項實施方案中，該電極包含自該電極向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的三個蛇形臂。在各項實施方案中，該電極包含自該電極向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的四個蛇形臂。

在各項實施方案中，該等蛇形臂具有係該電極與該基板平台之間的分離距離之至少約兩倍的線性長度。在各項實施方案中，該等蛇形臂具有係該電極與該基板平台之間的分離距離之至少約三倍的線性長度。在各項實施方案中，該等蛇形臂具有係該電極與該基板平台之間的分離距離之至少約四倍的線性長度。在各項實施方案中，該等蛇形臂具有係該電極與該基板平台之間的分離距離之多達約1000倍的線性長度。

在各項實施方案中，該電極與該基板平台係同心的。在各項實施方案中，該電極具有由圓盤形、橢圓形、正方形、矩形、五邊形或六邊形組成之形狀。在各項實施方案中，該電極具有介於約100 nm與約10 cm之間的橫向尺寸。在各項實施方案中，該電極具有介於約5 µm與約500 µm之間的橫向尺寸。

在各項實施方案中，該電極自該靜止位置移動達介於約0.1 nm與約10 mm之間的距離。在各項實施方案中，該電極自該靜止位置移動達介於約1 nm與約1 mm之間的距離。

在各項實施方案中，該電極具有第一厚度且該基板平台具有第二厚度。在各項實施方案中，該第一厚度不同於該第二厚度。在各項實施方案中，該電極或該基板平台中之至少一者具有介於約0.001 µm與約10 mm之間的厚度。在各項實施方案中，該電極或該基板平台中之至少一者具有介於約0.1 µm與約10 µm之間的厚度。

在各項實施方案中，該電極或該基板平台中之至少一者包含單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽或氫化非晶矽中之一者。

在各項實施方案中，該電極或該基板平台中之至少一者具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。在各項實施方案中，該電極或該基板平台中之至少一者具有介於約10¹¹ 原子/cm³ 與約10²⁰ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。在各項實施方案中，該電極或該基板平台中之至少一者具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。在各項實施方案中，該電極或該基板平台中之至少一者具有介於約10^-3 Ω-cm與約10³ Ω-cm之間的電阻率值。在各項實施方案中，跨越該電極及該基板平台之電阻抗係介於約10² Ω與約10¹² Ω之間。在各項實施方案中，跨越該電極及該基板平台之電阻抗係介於約10³ Ω與約10⁸ Ω之間。

在各項實施方案中，該尖銳部件具有介於約50 nm與約1 mm之間的長度。在各項實施方案中，該尖銳部件具有介於約2 µm與約50 µm之間的長度。

在各項實施方案中，該尖銳部件係第一尖銳部件，該裝置進一步包含第二尖銳部件。在各項實施方案中，該裝置進一步包含多達約10個尖銳部件之複數個尖銳部件。在各項實施方案中，該裝置進一步包含多達約100個尖銳部件之複數個尖銳部件。在各項實施方案中，該裝置進一步包含多達約500,000,000個尖銳部件之複數個尖銳部件。

在各項實施方案中，該電極係第一電極，且該裝置進一步包含第二電極。在各項實施方案中，該裝置進一步包含複數個電極。

在各項實施方案中，該相對電極具有介於約0.001 µm與約10 mm之間的厚度。在各項實施方案中，該相對電極具有介於約0.1 µm與約10 µm之間的厚度。

在各項實施方案中，該相對電極包含以下各項中之一者：單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽、氫化非晶矽、銦-錫氧化物(ITO)、氮化鈦(TiN)、金屬膜、經摻雜半導電膜、無機半導體、組合物、有機導電膜、碳同素異形體(包含各種類型的石墨烯、石墨烯氧化物、失配石墨烯)，及其任何組合。

在各項實施方案中，該相對電極具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。在各項實施方案中，該相對電極具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。

在各項實施方案中，該方法進一步包含經由該電源跨越該電極及該相對電極供應介於約0.1 µV與10 kV之間的電位差(V_o )。

在各項實施方案中，該方法進一步包含經由該電源跨越該電極及該相對電極供應介於約1 V與100 V之間的電位差(V_o )。在各項實施方案中，該方法進一步包含經由該電源跨越該電極及該相對電極供應介於約10 V與及50 V之間的電位差(V_o )。

在各項實施方案中，該裝置係第一裝置，該方法進一步包含複數個裝置，及經由該電源跨越該複數個裝置之每一各別電極及各別相對電極供應該直流電(DC)以跨越該複數個裝置之每一各別電極及每一各別相對電極產生複數個靜電場。

在各項實施方案中，該複數個裝置介於自約1至約10⁸ 個裝置之範圍內，該等裝置中之每一者具有各別尖銳部件。在各項實施方案中，該複數個裝置彼此分離達介於約0.1 µm與10 cm之間。

在各項實施方案中，該相對電極具有位於該相對電極之中心處之開口，且該開口經構形以接納該尖銳部件之一部分。

本發明之至少一項態樣係針對於一種組件。該組件包含基板平台及具有複數個蛇形臂之電極板，該電極板經由該複數個蛇形臂附接至該基板平台，該電極板設置於平面上靜止位置中。在各項實施方案中，該電極板與該基板平台係共面的。在各項實施方案中，該電極板經構形以沿垂直於該平面之方向遠離該靜止位置移動。

在各項實施方案中，該組件進一步包含安置於該電極板上之尖銳部件。在各項實施方案中，該電極板與該基板平台係同心的，且該複數個蛇形臂自該電極板延伸至該基板平台。

在各項實施方案中，該複數個蛇形臂之至少一部分係與該電極板或該基板平台中之任一者共面的。在各項實施方案中，該複數個蛇形臂彼此徑向均勻地間隔開。

在各項實施方案中，該複數個蛇形臂介於自約兩個臂至約十個臂之範圍內。在各項實施方案中，該等蛇形臂具有係該電極板與該基板平台之間的分離距離之至少約兩倍的線性長度。在各項實施方案中，該等蛇形臂具有係該電極板與該基板平台之間的分離距離之至少約四倍的線性長度。在各項實施方案中，該等蛇形臂具有係該電極板與該基板平台之間的分離距離之多達約1000倍的線性長度。

在各項實施方案中，該電極板遠離該平面移動達介於約1 µm與約10 mm之間的距離。在各項實施方案中，該電極板遠離該平面移動達介於約10 µm與約1 mm之間的距離。在各項實施方案中，該電極板具有由圓盤形、橢圓形、正方形、矩形、五邊形或六邊形組成之形狀。

在各項實施方案中，該電極板具有介於約100 nm與約10 cm之間的橫向尺寸。在各項實施方案中，該電極板具有介於約5 µm與約500 µm之間的橫向尺寸。在各項實施方案中，該電極板具有第一厚度且該基板平台具有第二厚度。在各項實施方案中，該第一厚度不同於該第二厚度。

在各項實施方案中，該電極板或該基板平台中之至少一者具有介於約0.001 µm與約10 mm之間的厚度。在各項實施方案中，該電極板或該基板平台中之至少一者具有介於約0.1 µm與約10 µm之間的厚度。

在各項實施方案中，該電極板或該基板平台中之至少一者包含單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽或氫化非晶矽中之一者。

在各項實施方案中，該電極板或該基板平台中之至少一者具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。在各項實施方案中，該電極板或該基板平台中之至少一者具有介於約10¹¹ 原子/cm³ 與約10²⁰ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。

在各項實施方案中，該電極板或該基板平台中之至少一者具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。在各項實施方案中，該電極板或該基板平台中之至少一者具有介於約10^-3 Ω-cm與約10³ Ω-cm之間的電阻率值。在各項實施方案中，跨越該電極板及該基板平台之電阻抗係介於約10² Ω與約10¹² Ω之間。在各項實施方案中，跨越該電極板及該基板平台之電阻抗係介於約10³ Ω與約10⁸ Ω之間。

在各項實施方案中，該尖銳部件具有介於約50 nm與約1 mm之間的長度。在各項實施方案中，該尖銳部件具有介於約2 µm與約50 µm之間的長度。

在各項實施方案中，該尖銳部件係第一尖銳部件，該裝置進一步包括第二尖銳部件。在各項實施方案中，該組件進一步包含多達約10個尖銳部件之複數個尖銳部件。在各項實施方案中，該組件進一步包含多達約100個尖銳部件之複數個尖銳部件。在各項實施方案中，該組件進一步包含多達約500,000,000個尖銳部件之複數個尖銳部件。

在各項實施方案中，該電極板係第一電極板，該組件進一步包含第二電極板。在各項實施方案中，該組件進一步包含複數個電極板。

在各項實施方案中，該組件進一步包含安置成實質上平行於該電極板之相對電極。

在各項實施方案中，該相對電極具有介於約0.001 µm與約10 mm之間的厚度。在各項實施方案中，該相對電極具有介於約0.1 µm與約10 µm之間的厚度。

在各項實施方案中，該相對電極包含以下各項中之一者：單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽、氫化非晶矽、銦-錫氧化物(ITO)、氮化鈦(TiN)、金屬膜、經摻雜半導電膜、無機半導體、組合物、有機導電膜、碳同素異形體(包含各種類型的石墨烯、石墨烯氧化物、失配石墨烯)，及其任何組合。

在各項實施方案中，該相對電極具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。在各項實施方案中，該相對電極具有10¹¹ 原子/cm³ 與約10²⁰ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。在各項實施方案中，該相對電極具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。

在各項實施方案中，該電極及該相對電極經組態以接收介於約0.1 µV與10 kV之間的電位差(V_o )。在各項實施方案中，該電極及該相對電極經組態以接收介於約1 V與100 V之間的電位差(V_o )。在各項實施方案中，該電極及該相對電極經組態以接收介於約10 V與及50 V之間的電位差(V_o )。

在各項實施方案中，一種系統包含複數個如上文所闡述之組件。在該系統之各項實施方案中，該複數個組件介於自約1至約10⁸ 個組件之範圍內，該等組件中之每一者包括各別尖銳部件。在該系統之各項實施方案中，該複數個組件彼此分離達介於約0.1 µm及10 cm之間。

在各項實施方案中，該相對電極具有位於該相對電極之中心處之開口，且該開口經構形以接納安置於該電極板上之尖銳部件之一部分。

下文詳細地論述此等及其他態樣及實施方案。前述資訊及以下詳細說明包含各項態樣及實施方案之說明性實例，且提供用於理解所主張態樣及實施方案之本質及特徵之概述或框架。圖式提供各項態樣及實施方案之圖解說明及進一步理解且併入本說明書中並構成本說明書之一部分。

本文中所揭示之技術實現用以插入遺傳物質之安全方法。所揭示技術可使得能夠藉由機械構件將遺傳物質(一般而言，生物分子)可控地引入至活細胞中，同時對細胞造成最小損壞或不造成損壞，使得高百分比之細胞不被傷害。舉例而言，實例遺傳物質可包含遺傳巨分子以及包含例如蛋白質、肽、小分子、具有RNA或DNA之蛋白複合物及其任何組合之其他分子類別。除控制待藉由機械工具輸送之活性分子(舉例而言，新遺傳物質)之精確量之外，使用機械插入之顯著優點亦包含具有對插入工具之精確機械控制。

眾所周知，基於微機電系統(MEMS)之製作技術可使得能夠製造微觀組件，諸如可用於細胞詢問之機械工具。基於MEMS之製作方法尤其適於生產微觀尖銳工具，例如可用於基因療法以及其他可能應用中之針(本文中稱為微型針或奈米針)。已展示，針(基於MEMS的或其他)可用於將分子材料插入至生物細胞(諸如表皮層或培養黏附細胞之層)中。此等類型之插入通常藉由手動地將針按壓至表皮組織細胞或層中而進行。

然而，採用機械插入之當前可用方法未與任何種類之致動機構整合，且不存在對插入針相對於待被注射之細胞之位置之個別控制。在用於細胞修飾中之當前可用方法中，插入系統不包含用於針之致動機構，且插入針係由技術人員手動地按壓至靶細胞中。由於插入針之移動係由技術人員手動地控制，因此在使每一個別針穿透靶細胞時難以達成對其高度之精確控制。另外，由於技術人員執行插入，因此將遺傳物質插入至細胞中係個別地完成且缺乏自動化能力。因此，當前方法不提供基因療法之機械方法中之可擴縮性。

改良用於基因療法之機械方法之控制及可擴縮性態樣之一種可能解決方案係使用基於MEMS之製作方法來製作許多尖銳工具，每一尖銳工具安裝於能夠支撐用於尖銳工具之精確致動之機構之平台上。若基於MEMS之尖銳工具(諸如針)經由經整合致動機構提供對其機械移動之精確控制，則可利用如本文中所闡述之技術達成基因療法之高通量及可能並行方法。

本文中所揭示之技術一般而言係關於MEMS結構及其應用。具體而言，本發明係關於上面安置有尖銳工具(諸如MEMS針(包含實心尖端或空心尖端))之MEMS結構及操作適合用於例如(但不限於)基因療法及/或細胞轉化中之結構之方法。具體而言，本發明係關於具有具超低彈簧常數及精確致動之緊湊致動機構之MEMS結構(亦可稱為MEMS裝置或MEMS組件)。如本文中所闡述之MEMS結構之各項實施方案係使用包含(但不限於)光微影、汽相沈積及電漿蝕刻等微型及奈米製作技術來製作。由於基於MEMS之製作方法通常涉及光微影，因此可簡單地藉由在製作製程流程中修改光微影遮罩而容易地實現按比例擴縮以生產幾十萬組件或裝置。儘管本文中稱為MEMS結構，但由於所揭示技術亦包含製作奈米尺度結構、組件或裝置，因此術語MEMS結構亦指奈米機電系統(NEMS)結構，且因此遍及本發明，術語MEMS及NEMS係可互換的且適用於各項實施方案及實施例，除非另有不同規定。

如本文中所闡述，MEMS結構或裝置包含基板平台及具有複數個蛇形臂之底板，該底板經由該複數個蛇形臂附接至該基板平台，該底板設置於平面上靜止位置中。該裝置包含安置於該底板上之尖銳部件，該尖銳部件安置成實質上垂直於該平面遠離該靜止位置。在各項實施方案中，該底板與該基板平台係共面的。在各項實施方案中，該底板經構形以沿垂直於該平面之方向移動。在各項實施方案中，該底板包含自該底板向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的至少兩個蛇形臂。在各項實施方案中，該等蛇形臂經構形使得彈簧常數係低的且經精確控制以實現緊湊又精確之致動。

為了將MEMS結構用於基因療法(舉例而言，在體外細胞轉化中)，通常在插入之前聚集、選擇細胞且將其固持於適當位置中(以其他方式懸置於適當位置中)。本文中所闡述之各項實施方案包含使用按細胞尺寸之比例(亦即，在奈米範圍內)之MEMS針(本文中通常稱為尖銳工具或尖銳部件)之機械插入方法。為了所要精確度及可控制性，所揭示MEMS針(或通常稱為針)將被耦合至使針移動使得其穿透細胞薄膜且例如亦穿透真核細胞之核薄膜之致動機構。如本文中所闡述之MEMS針以及其致動機構之指定移動如下：針足夠尖銳以在最小力及對穿透點外之細胞之最小破壞之情況下穿透細胞薄膜及核薄膜；針能夠在通常按照細胞尺寸之充分距離內(亦即，自約2 µm至約20 µm且較佳地自約4 µm至約8 µm)致動；針具有實現相對於固持在適當位置中之細胞之準確移動之個別致動機構；及MEMS針中之每一者之致動機構係緊湊的，使得針及其致動機構之總面積係小的。在如本文中所闡述之各項實施方案中，包含針及致動機構兩者之MEMS裝置具有上文所提及之裝置參數且數量為超過100個裝置/平方公分(裝置/cm² )、較佳地超過1000個裝置/cm² 或多達約10,000個裝置、約50,000個裝置、約100,000個裝置、約500,000個裝置、約1,000,000個裝置、約5,000,000個裝置、約10,000,000個裝置、約50,000,000個裝置、約100,000,000個裝置或約500,000,000個裝置，包含上文所闡述之任兩個數目之間的任一範圍之裝置數目。

根據如本文中所闡述之各項實施方案，所揭示MEMS結構可經由任何適合致動方法(包含MEMS結構之靜電致動)而致動。亦可使用其他適合致動方法來進行致動。舉例而言，回應於外部所施加電壓而移動之壓電組件可用於致動。亦可藉由將磁鐵附接至可在施加外部磁場之後移動之致動器而以數個方式使用磁力。類似地，MEMS結構之致動可基於溫度差諸如藉由採用雙金屬元素或基於形狀記憶合金之彼等元素而進行。致動所需之溫度可藉由裝置之選定位置中之經製作電阻加熱器而產生。

儘管遍及本發明使用靜電致動作為用於所揭示MEMS結構之致動之實例方法，但本文中所揭示之技術不限於靜電致動，且MEMS結構可因此與根據本文中所揭示之技術之任何形式之致動一起使用。

為了與靜電致動一起使用，MEMS結構經構形以包含用於靜電致動機構之電接觸墊。靜電致動提供數個優點。一個主要優點係由平行板靜電致動裝置架構之構形提供，平行板靜電致動裝置架構在製造結構時需要最少微影層及處理步驟。另一優點係關於與靜電致動運動相關聯之大運動範圍，其由MEMS結構之特定構形及所施加電壓判定。另一優點係MEMS結構之組件本身可構形為電導體，因此消除對在採用彼等致動機構中之任一者之情況下需要之額外元件(諸如磁鐵、線圈或壓電材料)之需要。針對靜電致動，藉由簡單地對由矽製成之MEMS組件中之任一者進行摻雜而將該等組件轉換成電導體之可能性提供對MEMS結構之各個部分進行工程設計之獨特能力。

根據如本文中所闡述之各項實施方案，所揭示MEMS結構包含在施加致動力時允許MEMS針移動且在移除致動力時產生使MEMS針返回其初始靜止位置之恢復力之彈簧或類彈簧撓性結構。為了判定適合於在此應用中使用之彈簧常數值，可經由以下兩個方程式相關。闡述在跨越平行板電容器之兩個板施加電位電壓時導致之靜電致動力之第一方程式可闡述為：

其中A 係板(其中一個板上安置有MEMS針)之面積，d 係兩個平行板之間的分離距離，V 係所施加之電壓，且

係自由空間之電容率。藉由插入此等變數之典型數量級(諸如100 µm×100 µm MEMS結構表面積、10 µm分離距離及50 V之所施加電壓)，可看到可產生大約1 µN之力。由於MEMS針係大約10 µm，因此需要大約0.1 N/m之彈簧常數來實現MEMS針之恰當致動。

圖 1A 展示用於判定具有大約0.1 N/m之彈簧常數k 之懸臂樑150a之尺寸之簡單懸臂結構100a的示意圖。如圖1A中所展示，懸臂樑150a懸置於基板平台110a上，其中懸臂樑150a之尺寸經由第二方程式與其彈簧常數k 相關，該第二方程式基於單端夾緊懸臂樑理論：

其中E 係楊氏模數，W 係懸臂樑之寬度，H 係懸臂樑之高度，且L 係懸臂樑之長度。舉例而言，針對由具有2 µm之典型高度及5 µm之寬度之單晶矽製成之懸臂樑150a，根據第二方程式判定100 µm長之矽樑150a具有彈簧常數6 N/m。6 N/m之彈簧常數比在50 V之所施加電壓下實現MEMS針之恰當致動所需之0.1 N/m之彈簧常數剛硬得多。為了將彈簧常數減小至約0.1 N/m，假設存在提供每一MEMS針之穩定支撐所需之至少兩個懸臂樑，矽懸臂樑將必須具有約500 µm之長度。因此，裝置之總尺寸將超過1000 µm，此係兩個500 µm懸臂經構形以支撐之100 µm×100 µm MEMS結構之10倍大或10倍長。

根據如本文中所闡述之各項實施方案，解決方案係使所揭示MEMS結構包含不同於圖1A中所展示之直樑之彈簧或類彈簧結構。彈簧或類彈簧結構可包含例如蛇形樑結構。附接至MEMS結構之蛇形結構提供較低彈簧常數，同時藉由將長懸臂樑有效地摺疊成緊湊蛇形圖案以形成蛇形結構(本文中通常稱為蛇形臂)而係緊湊的。彈簧或類彈簧結構之其他可能幾何形狀包含例如長、緊湊且撓性的一組螺旋形彈簧。在各項實施方案中，該組螺旋形彈簧可並非係蛇形或蜿蜒的。

圖 1B 展示根據各項實施方案之蛇形懸臂結構100b之示意圖。如圖1B中所展示，結構100b包含附接至基板平台110b之具有寬度150w之蛇形懸臂樑150b。蛇形懸臂樑150b經構形以顯著減小其勁度，亦即，降低其彈簧常數。蛇形結構150b具有經摺疊以減小蛇形懸臂樑150b之尖端與蛇形懸臂樑150b之基底(懸臂樑150b在該基底處附接至基板平台110b)之間的實際距離之長得多的線性(有效)長度。

圖 1C 係展示勁度縮減隨圖1B中之蛇形懸臂結構寬度150w而變之圖形曲線圖100c。如圖1C中所展示，圖1A中所展示之懸臂樑150a之勁度可在於樑結構中包含蛇形結構(如圖1B之蛇形懸臂樑150b中所展示)時減小。根據圖1C中所圖解說明之關係，勁度隨蛇形懸臂結構寬度150w增加而以指數方式減小，且因此可藉由在樑結構中具有適度蛇形寬度150w而容易地達成勁度之大比率縮減。換言之，曲線圖100c圖解說明可藉由在懸臂樑中包含蛇形結構而工程設計較柔順且緊湊的懸臂結構(彈簧)。

圖 1D 係展示蛇形懸臂結構100b被偏轉之模擬結果之圖形圖解說明100d。如圖1D中所展示，蛇形懸臂結構100b之有限元素模擬演示蛇形撓曲以達成明顯高於懸臂結構之厚度之偏轉之能力。圖解說明100d中所展示之向下偏轉圖解說明及驗證在懸臂結構100b中具有蛇形結構會實現高得多的柔順性，此歸因於藉由結構100b之長得多的有效長度實現之較低彈簧常數。

圖 2A 展示根據如本文中所揭示之各項實施方案具有蛇形臂之實例MEMS結構200之示意圖。如圖2A中所展示，結構200包含基板平台210及具有複數個蛇形臂250之底板230。如圖2A中所展示，底板230經由複數個蛇形臂250附接至基板平台210，使得底板230處於凹坑212上面之靜止位置。結構200包含安置於底板230上之尖銳部件260。如圖2A中所展示，尖銳部件260安置成實質上垂直於底板230之平面。最初，底板與基板平台係共面的。在各項實施方案中，底板230係電極且經構形以基於靜電致動而沿垂直於底板230及基板平台210之方向遠離靜止位置向上或向下移動。亦可見的係基板270及底部電極或相對電極280。

在各項實施方案中，基板平台210包含單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽或氫化非晶矽中之一者。在各項實施方案中，基板平台210可包含金屬、金屬合金、陶瓷、組合物或聚合物。在各項實施方案中，基板平台210可包含經摻雜矽、矽之任何同素異形體、任何無機玻璃材料或混合物、任何無機多晶體材料或混合物、任何無機單晶體材料或混合物、任何陶瓷材料(包括金屬氧化物、類金屬氧化物、金屬或類金屬氮化物、具有氮或者其他非類金屬或金屬元素之金屬或類金屬氧化物)、上述材料之任何經摻雜組合、上述材料之任何分層式堆疊或結構組合。

在各項實施方案中，基板平台210係單個材料層。在各項實施方案中，基板平台210係具有多個層之複合材料。在各項實施方案中，基板平台210可包含複合材料中之空的空隙層或者一或多個空隙。

在各項實施方案中，基板平台210具有介於約0.001 µm與約10 mm之間的厚度。在各項實施方案中，基板平台210具有介於以下厚度之間的厚度：約0.01 µm與約1 mm、約0.01 µm與約500 µm、約0.01 µm與約100 µm、約0.01 µm與約75 µm、約0.01 µm與約50 µm、約0.01 µm與約25 µm、約0.01 µm與約10 µm、約0.1 µm與約10 µm、約0.1 µm與約25 µm、約0.1 µm與約50 µm、約0.1 µm與約75 µm、約0.1 µm與約100 µm、約0.1 µm與約250 µm、約0.1 µm與約500 µm或約0.1 µm與約1 mm，包含其間之任何厚度範圍。

在各項實施方案中，基板平台210具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。在各項實施方案中，基板平台210具有介於以下摻雜濃度之間的摻雜濃度：約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²⁰ 原子/cm³ 、10¹¹ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 或約10¹¹ 原子/cm³ 與約10²⁰ 原子/cm³ 。在各項實施方案中，基板平台210可以來自硼、磷、砷、銦、鎵、銻、鉍、鋰、鍺、氮及金之清單之摻雜劑來摻雜。

在各項實施方案中，基板平台210具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。在各項實施方案中，基板平台210具有介於以下電阻率值之間的電阻率值：約10^-4 Ω-cm與約10³ Ω-cm、約10^-3 Ω-cm與約10³ Ω-cm或約10^-3 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm。

如圖2A中所展示，底板230包含自底板230向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的兩個蛇形臂250。在各項實施方案中，底板230可包含三個蛇形臂、四個蛇形臂、五個蛇形臂或任何數目個蛇形臂。根據各項實施方案，蛇形臂250自底板230向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開。

在各項實施方案中，蛇形臂250具有係底板230與基板平台210之間的分離距離(沿著路徑254)至少約兩倍的線性長度(沿著路徑252)。注意，路徑252指示為沿著蛇形臂250之長度沿循之虛線，而路徑254指示為在蛇形臂250附接之處底板230與基板平台210之間的距離。在各項實施方案中，蛇形臂250具有係底板230與基板平台210之間的分離距離之以下倍數的線性長度：至少約三倍、至少約四倍、至少約5倍、至少約8倍、至少約10倍或至少約15倍，及以下倍數的該線性長度：多達約25倍、約50倍、約100倍、約150倍、約200倍、約250倍、約300倍、約350倍、約400倍、約450倍、約500倍、約550倍、約600倍、約650倍、約700倍、約750倍、約800倍、約850倍、約900倍、約950倍或約1000倍，包含上文所闡述之任兩個數之間的分離距離之線性長度之任一範圍。

在各項實施方案中，蛇形臂250包含單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽或氫化非晶矽中之一者。在各項實施方案中，蛇形臂250可包含金屬、金屬合金、陶瓷、組合物或聚合物。在各項實施方案中，蛇形臂250可包含經摻雜矽、矽之任何同素異形體、任何無機玻璃材料或混合物、任何無機多晶體材料或混合物、任何無機單晶體材料或混合物、任何陶瓷材料(包括金屬氧化物、類金屬氧化物、金屬或類金屬氮化物、具有氮或者其他非類金屬或金屬元素之金屬或類金屬氧化物)、上述材料之任何經摻雜組合、上述材料之任何分層式堆疊或結構組合。

在各項實施方案中，蛇形臂250包含單個材料層。在各項實施方案中，蛇形臂250包含具有多個層之複合材料。在各項實施方案中，蛇形臂250可包含複合材料中之空的空隙層或者一或多個空隙。

在各項實施方案中，蛇形臂250具有介於約0.001 µm與約10 mm之間的厚度。在各項實施方案中，蛇形臂250具有介於以下厚度之間的厚度：約0.01 µm與約1 mm、約0.01 µm與約500 µm、約0.01 µm與約100 µm、約0.01 µm與約75 µm、約0.01 µm與約50 µm、約0.01 µm與約25 µm、約0.01 µm與約10 µm、約0.1 µm與約10 µm、約0.1 µm與約25 µm、約0.1 µm與約50 µm、約0.1 µm與約75 µm、約0.1 µm與約100 µm、約0.1 µm與約250 µm、約0.1 µm與約500 µm或約0.1 µm與約1 mm，包含其間之任何厚度範圍。

在各項實施方案中，蛇形臂250具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。在各項實施方案中，蛇形臂250具有介於以下摻雜濃度之間的摻雜濃度：約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²⁰ 原子/cm³ 、10¹¹ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 或約10¹¹ 原子/cm³ 與約10²⁰ 原子/cm³ 。 在各項實施方案中，蛇形臂250可以來自硼、磷、砷、銦、鎵、銻、鉍、鋰、鍺、氮及金之清單之摻雜劑來摻雜。

在各項實施方案中，蛇形臂250係構形為撓性的，例如用於在重複移動之後在無蛇形臂250之塑性變形、材料疲勞及破裂之情況下彎曲。在各項實施方案中，蛇形臂250經構形以支撐底板230之機械振動。在各項實施方案中，蛇形臂250由與底板230相同之材料層製作而成。在各項實施方案中，蛇形臂250具有與底板230相同之電性質，例如電阻及阻抗。

在各項實施方案中，蛇形臂250具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。在各項實施方案中，蛇形臂250具有介於以下電阻率值之間的電阻率值：約10^-4 Ω-cm與約10³ Ω-cm、約10^-3 Ω-cm與約10³ Ω-cm或約10^-3 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm。

在各項實施方案中，底板230與基板平台210係同心的。在各項實施方案中，底板230位於基板平台210內部。換言之，底板230經由蛇形臂250懸置於基板平台210上，如圖2A中所展示。

如圖2A中所展示，底板230係正方形形狀板或矩形形狀板。在各項實施方案中，底板230具有由圓形、橢圓形、正方形、矩形、五邊形或六邊形組成之形狀。

在各項實施方案中，底板230具有介於約100 nm與約10 cm之間的橫向尺寸。在各項實施方案中，底板具有介於以下橫向尺寸之間的橫向尺寸：約1 µm與約1 cm、約1 µm與約1 mm、約1 µm與約800 µm、約1 µm與約600 µm、約1 µm與約500 µm、約1 µm與約400 µm、約1 µm與約300 µm、約1 µm與約200 µm、約1 µm與約100 µm、約5 µm與約500 µm、約10 µm與約500 µm、約25 µm與約500 µm、約50 µm與約500 µm或約100 µm與約500 µm，包含其間之所有尺寸。

在各項實施方案中，底板230自靜止位置移動達介於約0.1 nm與約10 mm之間的距離。在各項實施方案中，底板230自靜止位置移動達介於以下距離之間的距離：約1 nm與約8 mm、約1 nm與約1 mm、約10 nm與約6 mm、約100 nm與約5 mm、約1 µm與約4 mm、約1 µm與約3 mm、約1 µm與約2 mm、約1 µm與約1 mm、約10 µm與約1 mm、約25 µm與約1 mm、約50 µm與約1 mm或約50 µm與約2 mm，包含其間之任何距離範圍。

在各項實施方案中，底板230自靜止位置移動達介於約1 nm與約10 mm之間的距離之靜態位移。在各項實施方案中，底板230自靜止位置移動達介於約0.1 nm與約100 µm之間的距離之動態位移。在各項實施方案中，底板230係以靜態方式致動，而同時具有疊加振動動態移動。在各項實施方案中，底板230之動態移動經組態以用於感測或量測應用，例如以經由攪動增強之擴散或可係合意之其他動力學動作促成對有效負載釋放動力學之調變。

在各項實施方案中，底板230具有介於約0.001 µm與約10 mm之間的厚度。在各項實施方案中，底板230具有介於以下厚度之間的厚度：約0.01 µm與約1 mm、約0.01 µm與約500 µm、約0.01 µm與約100 µm、約0.01 µm與約75 µm、約0.01 µm與約50 µm、約0.01 µm與約25 µm、約0.01 µm與約10 µm、約0.1 µm與約10 µm、約0.1 µm與約25 µm、約0.1 µm與約50 µm、約0.1 µm與約75 µm、約0.1 µm與約100 µm、約0.1 µm與約250 µm、約0.1 µm與約500 µm或約0.1 µm與約1 mm，包含其間之任何厚度範圍。

在各項實施方案中，底板230具有第一厚度且基板平台具有第二厚度。在各項實施方案中，該第一厚度不同於該第二厚度。

在各項實施方案中，底板230包含單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽或氫化非晶矽中之一者。在各項實施方案中，底板230可包含金屬、金屬合金、陶瓷、組合物或聚合物。在各項實施方案中，底板230可包含經摻雜矽、矽之任何同素異形體、任何無機玻璃材料或混合物、任何無機多晶體材料或混合物、任何無機單晶體材料或混合物、任何陶瓷材料(包括金屬氧化物、類金屬氧化物、金屬或類金屬氮化物、具有氮或者其他非類金屬或金屬元素之金屬或類金屬氧化物)、上述材料之任何經摻雜組合、上述材料之任何分層式堆疊或結構組合。

在各項實施方案中，底板230係單個材料層。在各項實施方案中，底板230係具有多個層之複合材料。在各項實施方案中，底板230可包含複合材料中之空的空隙層或者一或多個空隙。

在各項實施方案中，底板230具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。在各項實施方案中，底板230具有介於以下摻雜濃度之間的摻雜濃度：約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²⁰ 原子/cm³ 、10¹¹ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 或約10¹¹ 原子/cm³ 與約10²⁰ 原子/cm³ 。在各項實施方案中，底板230可以來自硼、磷、砷、銦、鎵、銻、鉍、鋰、鍺、氮及金之清單之摻雜劑來摻雜。

在各項實施方案中，底板230具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。在各項實施方案中，底板230具有介於以下電阻率值之間的電阻率值：約10^-4 Ω-cm與約10³ Ω-cm、約10^-3 Ω-cm與約10³ Ω-cm或約10^-3 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm。

在各項實施方案中，跨越底板230及基板平台210之電阻抗係介於約10² Ω與約10¹² Ω之間。在各項實施方案中，跨越底板230及基板平台210之電阻抗係介於以下電阻抗之間：約10² Ω與約10¹¹ Ω、約10² Ω與約10¹⁰ Ω、約10² Ω與約10⁹ Ω、約10² Ω與約10⁸ Ω、約10³ Ω與約10⁸ Ω、約10³ Ω與約10⁹ Ω、約10³ Ω與約10¹⁰ Ω、約10³ Ω與約10¹¹ Ω或約10³ Ω與約10¹² Ω，包含其間之任何阻抗範圍。

在各項實施方案中，尖銳部件260係針、微型針、奈米針、奈米管、柱、微型柱、奈米柱或具有約2至約1,000,000之高度與直徑縱橫比之任何實體突出部。在各項實施方案中，尖銳部件260具有以下高度與直徑縱橫比：約1至約1,000,000、約1至約500,000、約1至約100,000、約1至約50,000、約1至約10,000、約1至約5,000、約1至約1,000、約1至約900、約1至約800、約1至約700、約1至約600、約1至約500、約1至約400、約1至約300、約1至約200、約1至約100、約1至約90、約1至約80、約1至約70、約1至約60、約1至約50、約1至約40、約1至約30、約1至約20、約1至約10、約1至約9、約1至約8、約1至約7、約1至約6、約1至約5、約1至約4、約1至約3、約1至約2、約10至約1,000,000、約10至約500,000、約10至約100,000、約10至約50,000、約10至約10,000、約10至約5,000、約10至約1,000、約10至約900、約10至約800、約10至約700、約10至約600、約10至約500、約10至約400、約10至約300、約10至約200、約10至約100、約10至約90、約10至約80、約10至約70、約10至約60、約10至約50、約10至約40、約10至約30、約10至約20或約5至約20，包含其間之任何縱橫比範圍。

在各項實施方案中，尖銳部件260包含絕緣材料，諸如氧化矽或氮化矽或者其他金屬氧化物，諸如氧化鉿或氧化鋁。在各項實施方案中，尖銳部件260為了化學惰性及/或電絕緣而塗佈有塗層。在各項實施方案中，該塗層可經由汽相或液相沈積技術而沈積。在各項實施方案中，該塗層包含塗層材料，例如，無機絕緣體(諸如氧化物或氮化物)及可原位沈積或聚合的各種聚合物。在各項實施方案中，該塗層包含例如汽相沈積聚合物塗層，諸如聚對二甲苯。在各項實施方案中，該塗層亦可包含使表面性質改質或提供用於附接分子之反應性基團之材料。此等材料包含有機矽烷(諸如烷基矽烷、二氯或三氯矽烷或三甲氧基矽烷、氟化烷基矽烷)及具有經設計以改變表面性質之反應性基團之矽烷(諸如胺基矽烷及甲氧基或乙氧基矽烷)。可以液相施加之另一塗層種類是在電泳中使用之彼等塗層，諸如聚丙烯醯胺、聚二甲基丙烯醯胺、瓊脂糖及其他多醣，諸如瓜耳膠(guaran)或刺槐豆膠。又一表面塗層種類可包含表面活性劑分子，特定而言係非離子表面活性劑，諸如Pluronic、具有聚氧化丙烯及聚氧化乙烯分段之三嵌段共聚物。在各項實施方案中，該等塗層包含多個層的塗層以幫助達成各種目標，諸如電絕緣層，後續接著用以促進分子結合之層。在各項實施方案中，尖銳部件260上之塗層係用以幫助促進待插入至細胞中之特定化學物之結合。

在各項實施方案中，該塗層可係適於提供化學惰性、電絕緣及/或流體可潤濕性(例如，用於接觸角控制)之任何材料。在各項實施方案中，該塗層可包含例如親水塗層，該親水塗層包含物理吸收及/或沈積或者化學共價或非共價結合的一系列材料類別，包含例如任何小分子、蛋白質、肽、類肽、聚合物或無機材料，諸如矽、氧化鋁、陶瓷、金、氧化矽、金屬、聚合物、此等材料之分層式堆疊或其任一組合。在各項實施方案中，該塗層可包含例如疏水塗層，該疏水塗層具有介於約95º與約165º之間的接觸角。在各項實施方案中，疏水塗層具有介於以下接觸角之間的接觸角：約95º與約165º、約100º與約165º之間、約105º與約165º、約110º與約165º、約120º與約165º、約95º與約150º、約95º與約140º或約95º與約130º，包含其間之任何接觸角範圍。

在各項實施方案中，親水塗層具有介於約20º與約80º之間的接觸角。在各項實施方案中，親水塗層具有介於以下接觸角之間的接觸角：約25º與約80º、約30º與約80º、約35º與約80º、約40º與約80º、約20º與約70º、約20º與約60º或約20º與約50º，包含其間之任何接觸角範圍。

在各項實施方案中，尖銳部件260具有經圖案化親水及疏水塗層之組合。疏水塗層可包含各種類別，諸如疊氮化物、有機矽烷、烴或氟碳或者共價結合或非共價結合之有機分子。在各項實施方案中，尖銳部件260上之塗層係用以幫助促進待插入至細胞中之特定化學物之結合。

在各項實施方案中，尖銳部件260具有介於約50 nm與約1 mm之間的長度。在各項實施方案中，尖銳部件260具有介於以下長度之間的長度：約1 µm與約1 mm、約1 µm與約500 µm、約1 µm與約250 µm、約1 µm與約100 µm、約1 µm與約75 µm、約1 µm與約50 µm、約2 µm與約50 µm、約2 µm與約75 µm、約2 µm與約100 µm、約2 µm與約250 µm、約2 µm與約500 µm或約2 µm與約1 mm，包含其間之任何長度範圍。

在各項實施方案中，結構200可包含複數個尖銳部件260，多達約5個尖銳部件、多達約10個尖銳部件、多達約50個尖銳部件、多達約100個尖銳部件、多達約500個尖銳部件、多達約1,000個尖銳部件、多達約5,000個尖銳部件、多達約10,000個尖銳部件、多達約50,000個尖銳部件、多達約100,000個尖銳部件、多達約500,000個尖銳部件、多達約1,000,000個尖銳部件、多達約5,000,000個尖銳部件、多達約10,000,000個尖銳部件、多達約50,000,000個尖銳部件、多達約100,000,000個尖銳部件，或多達約500,000,000個尖銳部件，包含上文所闡述之任兩個數目之間的尖銳部件之任何範圍。在各項實施方案中，底板230可容納複數個尖銳部件260，多達約5個尖銳部件、多達約10個尖銳部件、多達約50個尖銳部件、多達約100個尖銳部件、多達約500個尖銳部件、多達約1,000個尖銳部件、多達約5,000個尖銳部件、多達約10,000個尖銳部件、多達約50,000個尖銳部件、多達約100,000個尖銳部件、多達約500,000個尖銳部件、多達約1,000,000個尖銳部件、多達約5,000,000個尖銳部件、多達約10,000,000個尖銳部件、多達約50,000,000個尖銳部件、多達約100,000,000個尖銳部件，或多達約500,000,000個尖銳部件，包含上文所闡述之任兩個數目之間的尖銳部件之任何範圍。

在各項實施方案中，結構200包含複數個底板230。

在各項實施方案中，結構200進一步包含安置成平行於底板230 (電極)之相對電極280。在各項實施方案中，相對電極280懸置於底板230上面在尖銳部件260附近。在各項實施方案中，相對電極280安置於底板230下面凹坑212中。在各項實施方案中，結構200包含位於底板230上面在尖銳部件260附近之兩個可單獨或共同定址的相對電極。在各項實施方案中，結構200包含位於底板230下面凹坑212中之兩個可單獨或共同定址的相對電極。在各項實施方案中，結構200包含位於底板230上面在尖銳部件260附近之相對電極及位於底板230下面凹坑212中之相對電極。在各項實施方案中，相對電極可係不同厚度、形貌、幾何形狀、材料、電阻、阻抗、光學透明度或其任一組合。在各項實施方案中，相對電極幾何形狀可被改變、二分叉、三分叉或大體上分段，其中單獨分段被個別地定址。在各項實施方案中，底板之分段可定址性允許尖銳部件之間距之橫向校正及/或平面外角傾斜校正(針對其中奈米製作缺陷在使用期間需要主動校正之情形)。此藉由改變每一相對電極分段上之電壓以在針平台與相對電極之間形成差動平面外(z軸)力而實施，如下文將在圖6B中展示。在各項實施方案中，底板230(電極)與相對電極具有介於以下分離距離之間的分離距離：約1 µm與約1 mm、約1 µm與約500 µm、約1 µm與約250 µm、約1 µm與約100 µm、約1 µm與約75 µm、約1 µm與約50 µm、約2 µm與約50 µm、約2 µm與約75 µm、約2 µm與約100 µm、約2 µm與約250 µm、約2 µm與約500 µm或約2 µm與約1 mm，包含其間之任何分離距離範圍。

在各項實施方案中，相對電極280具有介於約0.001 µm與約10 mm之間的厚度。在各項實施方案中，相對電極280具有介於以下厚度之間的厚度：約0.01 µm與約1 mm、約0.01 µm與約500 µm、約0.01 µm與約100 µm、約0.01 µm與約75 µm、約0.01 µm與約50 µm、約0.01 µm與約25 µm、約0.01 µm與約10 µm、約0.1 µm與約10 µm、約0.1 µm與約25 µm、約0.1 µm與約50 µm、約0.1 µm與約75 µm、約0.1 µm與約100 µm、約0.1 µm與約250 µm、約0.1 µm與約500 µm或約0.1 µm與約1 mm，包含其間之任何厚度範圍。

在各項實施方案中，相對電極280包含單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽或氫化非晶矽中之一者。在各項實施方案中，相對電極280可包含金屬、金屬合金、陶瓷、組合物或聚合物。在各項實施方案中，相對電極可包含經摻雜矽、矽之任何同素異形體、任何無機玻璃材料或混合物、任何無機多晶體材料或混合物、任何無機單晶體材料或混合物、任何陶瓷材料(包括金屬氧化物、類金屬氧化物、金屬或類金屬氮化物、具有氮或者其他非類金屬或金屬元素之金屬或類金屬氧化物)、上述材料之任何經摻雜組合、上述材料之任何分層式堆疊或結構組合。在各項實施方案中，相對電極280可包含銦-錫氧化物(ITO)、氮化鈦(TiN)、金屬膜、經摻雜半導電膜、無機半導體、組合物、有機導電膜、任何碳同素異形體(包含各種類型的石墨烯，石墨烯氧化物，失配石墨烯)，及其任何組合。

在各項實施方案中，相對電極280係單個材料層。在各項實施方案中，相對電極280係具有多個層之複合材料。在各項實施方案中，相對電極280可包含複合材料中之空的空隙層或者一或多個空隙。

在各項實施方案中，相對電極280具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。在各項實施方案中，相對電極280具有介於以下摻雜濃度之間的摻雜濃度：約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²⁰ 原子/cm³ 、10¹¹ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 或約10¹¹ 原子/cm³ 與約10²⁰ 原子/cm³ 。在各項實施方案中，相對電極280可以來自硼、磷、砷、銦、鎵、銻、鉍、鋰、鍺、氮及金之清單之摻雜劑來摻雜。

在各項實施方案中，相對電極280具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。在各項實施方案中，相對電極280具有介於以下電阻率值之間的電阻率值：約10^-4 Ω-cm與約10³ Ω-cm、約10^-3 Ω-cm與約10³ Ω-cm或約10^-3 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm。

根據各項實施方案，電源(未展示)可電連接至底板230或基板平台210 (電極)及相對電極280以提供電位差(V_o )，例如，介於約0.1 µV與10 kV之間的直流(DC)電壓。在各項實施方案中，電極及相對電極經組態以接收介於約1 V與100 V之間的電位差(V_o )。在各項實施方案中，電極及相對電極經組態以接收介於約10 V與及50 V之間的電位差(V_o )。在各項實施方案中，電極(底板230及/或基板平台210)及複數個相對電極經組態以接收可在電極/相對電極中之每一者之間疊加及改變之電壓信號。

根據各項實施方案，電源(未展示)可電連接至底板(電極)及相對電極以跨越底板(電極)及相對電極提供交流電(AC)以產生用於感測、阻抗感測、致動之振盪電場，或進行量測。

在各項實施方案中，跨越底板(電極)及相對電極之AC係以介於約50 mV與約300 V之間的電壓來供應。在各項實施方案中，跨越底板(電極)及相對電極之AC係以介於以下電壓之間的電壓來供應：約50 mV與約50 V、約250 mV與約5 V、約500 mV與約50 V、約750 mV與約50 V、約1 V與約50 V、約5 V與約50 V、約10 V與約50 V、約250 mV與約40 V、約250 mV與約30 V、約250 mV與約20 V、約250 mV與約10 V、約250 mV與約8 V、約250 mV與約6 V、約250 mV與約5 V、約300 mV與約5 V、約1 V與約5 V、約0 V與約30 V或約0 V與約300 V，包含其間之任何電壓範圍。應注意，當底板處於其靜止位置中時，電壓可係0 V。

在各項實施方案中，跨越底板(電極)及相對電極之AC係以介於約1 Hz與約1 THz之間的振盪頻率來供應。在各項實施方案中，跨越底板(電極)及相對電極之AC係以介於以下振盪頻率之間的振盪頻率來供應：約10 Hz與約100 GHz、約100 Hz與約10 GHz、約1 kHz與約1 GHz、約10 kHz與約1 GHz、約100 kHz與約1 GHz、約500 kHz與約1 GHz、約1 MHz與約1 GHz、約10 MHz與約1 GHz、約100 MHz與約1 GHz、約10 kHz與約500 MHz、約10 kHz與約100 MHz、約10 kHz與約50 MHz、約10 kHz與約30 MHz、約10 kHz與約20 MHz、約10 kHz與約10 MHz、約100 kHz與約10 MHz或約500 kHz與約10 MHz或約1 MHz與約10 MHz，包含其間之任何頻率範圍。

圖 2B 展示根據各項實施方案之圖2A之實例MEMS結構200之陣列205之示意圖。如圖2B中所展示，陣列205係包含複數個結構200之系統之一部分。在該系統之各項實施方案中，複數個結構200介於自約1至約10⁸ 個結構之範圍內。根據各項實施方案，該系統中之結構200中之每一者包含各別尖銳部件(或複數個尖銳部件)。在該系統之各項實施方案中，複數個結構200彼此分離達介於以下距離之間：約0.1 µm與10 cm、約0.1 µm與1 cm、約0.1 µm與1 mm、約0.1 µm與500 µm、約0.1 µm與100 µm、約0.1 µm與75 µm、約0.1 µm與50 µm、約0.1 µm與25 µm、約0.1 µm與10 µm、約10 µm與1 mm或約20 µm與1 mm，包含其間之任何分離距離範圍。

圖 3A 展示根據各項實施方案之具有蛇形臂之另一實例MEMS結構300a之示意性俯視圖。如圖3A中所展示，結構300a包含基板平台310a及圓形底板330a，圓形底板330a具有圍繞圓形底板330a彎曲之複數個蛇形臂350a。如圖3A中所展示，圓形底板330a經由複數個彎曲蛇形臂350a附接至基板平台310a，使得底板330a處於靜止位置。不同於圖2A之結構200，結構300a係圓形的，且基於圓形底板330a，彎曲蛇形臂350a及基板平台310a經設計以適應圓形底板330a以達成較緊湊設計。如圖3A中所展示，尖銳部件360a安置成實質上垂直於圓形底板330a之平面。類似於結構200，最初，底板330a與基板平台310a係共面的。在各項實施方案中，圓形底板330a係電極且經構形以基於靜電致動而沿垂直於圓形底板330a及基板平台310a之平面之方向遠離靜止位置向上或向下移動。採用複數個蛇形臂350a (而非針對圖2A中之實例所展示之兩個蛇形臂)會最小化底板或針平台330a及因此尖銳部件或針360a之旋轉及平面外移動。

圖 3B 展示根據各項實施方案之具有蛇形臂之又一實例MEMS結構300b之示意性俯視圖。如圖3B中所展示，結構300b包含基板平台310b及圓形底板330b，圓形底板330b具有圍繞圓形底板330b彎曲之複數個蛇形臂350b。如圖3B中所展示，圓形底板330b經由複數個彎曲蛇形臂350b附接至基板平台310b，使得底板330b處於靜止位置。不同於圖2A之結構200且類似於圖3A之結構300a，結構300b係圓形的，且基於圓形底板330b，彎曲蛇形臂350b及基板平台310b經設計以適應圓形底板330b以達成較緊湊設計。不同於圖3A之結構300a，結構300b包含稍微更大的圓形底板330b，且因此，彎曲蛇形臂350b具有較大寬度及蛇形臂350b內之較緊密蛇形結構。舉例而言，假設基板平台310a與基板平台310b具有實質上相同(或完全相同)的尺寸，與圖3A之結構300a相比，由於圓形底板330b更大，因此其將更加接近於基板平台310b。因此，針對此特定實例，結構300b之分離距離將小於結構300a之分離距離。

如圖3B中所展示，尖銳部件360b安置成實質上垂直於圓形底板330b之平面。類似於結構200及結構300a，最初，圓形底板330b與基板平台310b係共面的。在各項實施方案中，圓形底板330b係電極且經構形以基於靜電致動而沿垂直於圓形底板330b及基板平台310b之平面之方向遠離靜止位置向上或向下移動。

關於圖3A之結構300a及圖3B之結構300b所闡述之所有其他參數(包含材料、物理、化學及機械性質)類似於或實質上類似於關於圖2A所闡述之結構200中所包含之彼等參數，且因此，將不進一步詳細地提供該等參數。

圖 3C 係展示蛇形懸臂結構被偏轉之模擬結果之圖形圖解說明300c。圖解說明300c展示在跨越結構300b及相對電極(圖3B中未展示)之所施加電壓13 V下之偏轉之有限元素模擬結果。該等模擬結果基於安置於與由具有0.75 µm之厚度之單晶矽製成之圓形底板330b相距約20 µm之距離處之相對電極。如該模擬中所展示，圓形底板330b之偏轉係約5.6 µm。

圖 3D 展示根據各項實施方案之圖3A之實例MEMS結構300a之陣列305d之示意圖。如圖3D中所展示，陣列305d係包含配置成六邊形磚之複數個結構300a之系統之一部分。在該系統之各項實施方案中，複數個結構300a介於自約1至約10⁸ 個結構之範圍內。根據各項實施方案，該系統中之結構300a中之每一者包含各別尖銳部件360a。在該系統之各項實施方案中，複數個結構300a彼此分離，例如，兩個毗鄰結構300a之間的中心到中心距離達約0.1 µm至10 cm、約0.1 µm至1 cm、約0.1 µm至1 mm、約0.1 µm至500 µm、約0.1 µm至100 µm、約0.1 µm至75 µm、約0.1 µm至50 µm、約0.1 µm至25 µm、約0.1 µm至10 µm、約10 µm至1 mm或約20 µm至1 mm，包含其間之任何分離距離範圍。

類似地，圖 3E 展示根據各項實施方案之圖3B之實例MEMS結構300b之陣列305e之示意圖。如圖3E中所展示，陣列305e係包含配置成六邊形磚之複數個結構300b之系統之一部分。在該系統之各項實施方案中，複數個結構300b介於自約1至約10⁸ 個結構之範圍內。根據各項實施方案，該系統中之結構300b中之每一者包含各別尖銳部件(未展示)。在該系統之各項實施方案中，複數個結構300b彼此分離，例如，兩個毗鄰結構300b之間的中心到中心距離達約0.1 µm至10 cm、約0.1 µm至1 cm、約0.1 µm至1 mm、約0.1 µm至500 µm、約0.1 µm至100 µm、約0.1 µm至75 µm、約0.1 µm至50 µm、約0.1 µm至25 µm、約0.1 µm至10 µm、約10 µm至1 mm或約20 µm至1 mm，包含其間之任何分離距離範圍。在無論具有多個針360還是一個針360之給定MEMS結構300b之針平台內，若所有針360係藉由同一平台330移動，則所有針360可一起定址。然而，陣列305e之每一裝置300b可能夠相對於陣列305e之其他裝置300b中之針平台330之移動同步地、以激發模式或獨立地移動其針平台330。換言之，陣列305e之多個裝置300b可利用不同信號獨立地多工。

圖 4 係根據說明性實施方案操作具有蛇形臂之實例MEMS裝置之方法400之流程圖。如圖4中所展示，方法400包含在步驟410處提供電源。在各項實施方案中，電源經組態以通常自DC源、AC源或混合信號之組合或作為至電極/致動器之電/信號通信之方式提供所施加信號。在各項實施方案中，電源經組態以施加混合信號(DC及AC信號分量)以及輸出信號之感測。在各項實施方案中，輸入高頻信號以大致匹配電極/致動器之阻抗。在各項實施方案中，將高頻信號疊加於致使電極/致動器致動之DC分量上。高頻信號暫時與電極/致動器之偏轉動力學完全失配，然而，當致動器被偏轉時，材料之電阻及對應阻抗由於不同原子晶格間隔而被更改。在各項實施方案中，載子遷移率因材料偏轉而更改，且因此可原位量測阻抗改變且使其與偏轉值相關。在各項實施方案中，可經由指令集隨所施加DC電壓信號分量而記錄此值。在各項實施方案中，使用讀出來判定致動器之即時位移。

方法400亦包含在步驟420處提供裝置，該裝置具有：基板平台；電極，其具有複數個蛇形臂，該電極經由該複數個蛇形臂附接至該基板平台；尖銳部件，其實質上垂直地安置於該電極上；及相對電極，其安置成實質上平行於該電極。在各項實施方案中，該電極與該基板平台係共面的。在各項實施方案中，該電極設置於平面上靜止位置中，且經構形以沿垂直於該平面之方向遠離該靜止位置移動。

該方法亦包含在步驟430處經由電源跨越裝置之電極及相對電極供應直流電(DC)，藉此跨越裝置之電極及相對電極產生靜電場。

在各項實施方案中，方法400視情況包含在步驟440處經由電源跨越電極及相對電極供應介於約0.1 µV與10 kV之間的電位差(V_o )。在各項實施方案中，方法400視情況包含在步驟450處經由電源跨越複數個裝置之每一各別電極及各別相對電極供應直流電(DC)，藉此跨越複數個裝置之每一各別電極及每一各別相對電極產生複數個靜電場。在某些實施例中，可視情況基於在電源之正引線與負引線之間量測之阻抗之改變的位準而估計底板電極(及因此附接至其之尖銳部件)之偏轉。儘管裝置之操作可能不需要此估計，但知曉底板之偏轉可係有利的，舉例而言，基於被注射之細胞之大小或用以偵測尖銳部件或針之不對準或阻擋。

在各項實施方案中，電極包含自電極向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的兩個蛇形臂。在各項實施方案中，電極包含自電極向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的三個蛇形臂。在各項實施方案中，電極包含自電極向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的四個蛇形臂。

在各項實施方案中，蛇形臂具有係電極與基板平台之間的分離距離之至少約兩倍的線性長度。在各項實施方案中，蛇形臂具有係電極與基板平台之間的分離距離之至少約三倍的線性長度。在各項實施方案中，蛇形臂具有係電極與基板平台之間的分離距離之至少約四倍的線性長度。在各項實施方案中，蛇形臂具有係電極與基板平台之間的分離距離之以下倍數的線性長度：至少約5倍、至少約8倍、至少約10倍或至少約15倍。在各項實施方案中，蛇形臂具有係電極與基板平台之間的分離距離之高達約1000倍的線性長度。

在各項實施方案中，電極與基板平台係同心的。在各項實施方案中，電極具有由圓盤形、橢圓形、正方形、矩形、五邊形或六邊形組成之形狀。在各項實施方案中，電極具有介於約100 nm與約10 cm之間的橫向尺寸。在各項實施方案中，電極具有介於約5 µm與約500 µm之間的橫向尺寸。

在各項實施方案中，電極自靜止位置移動達介於約0.1 nm與約10 mm之間的距離。在各項實施方案中，電極自靜止位置移動達介於約1 nm與約1 mm之間的距離。

在各項實施方案中，電極具有第一厚度且基板平台具有第二厚度。在各項實施方案中，該第一厚度不同於該第二厚度。在各項實施方案中，電極或基板平台中之至少一者具有介於約0.001 µm與約10 mm之間的厚度。在各項實施方案中，電極或基板平台中之至少一者具有介於約0.1 µm與約10 µm之間的厚度。

在各項實施方案中，電極或基板平台中之至少一者包括單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽或氫化非晶矽中之一者。

在各項實施方案中，電極或基板平台中之至少一者具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。在各項實施方案中，電極或基板平台中之至少一者具有介於約10¹¹ 原子/cm³ 與約10²⁰ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。在各項實施方案中，電極或基板平台中之至少一者可以來自硼、磷、砷、銦、鎵、銻、鉍、鋰、鍺、氮及金之清單之摻雜劑來摻雜。在各項實施方案中，電極或基板平台中之至少一者具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。在各項實施方案中，電極或基板平台中之至少一者具有介於約10^-3 Ω-cm與約10³ Ω-cm之間的電阻率值。在各項實施方案中，跨越電極及基板平台之電阻抗係介於約10² Ω與約10¹² Ω之間。在各項實施方案中，跨越電極及基板平台之電阻抗係介於約10³ Ω與約10⁸ Ω之間。

在各項實施方案中，尖銳部件具有介於約50 nm與約1 mm之間的長度。在各項實施方案中，尖銳部件具有介於約2 µm與約50 µm之間的長度。

在各項實施方案中，該尖銳部件係第一尖銳部件，該裝置進一步包含第二尖銳部件。在各項實施方案中，該裝置進一步包含多達約10個尖銳部件之複數個尖銳部件。在各項實施方案中，該裝置進一步包含多達約100個尖銳部件之複數個尖銳部件。在各項實施方案中，該裝置進一步包含多達約500,000,000個尖銳部件之複數個尖銳部件。

在各項實施方案中，該電極係第一電極，該裝置進一步包含第二電極。在各項實施方案中，該裝置進一步包含複數個電極。

在各項實施方案中，該相對電極具有介於約0.01 µm與約1 mm之間的厚度。在各項實施方案中，該相對電極具有介於約0.1 µm與約10 µm之間的厚度。

在各項實施方案中，該相對電極包含單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽或氫化非晶矽中之一者。

在各項實施方案中，該相對電極具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。在各項實施方案中，該相對電極具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。

在各項實施方案中，該方法進一步包含經由電源跨越電極及相對電極供應介於約0.1 µV與10 kV之間的電位差(V_o )。

在各項實施方案中，該方法進一步包含經由電源跨越電極及相對電極供應介於約1 V與100 V之間的電位差(V_o )。在各項實施方案中，該方法進一步包含經由電源跨越電極及相對電極供應介於約10 V與及50 V之間的電位差(V_o )。

在各項實施方案中，該裝置係第一裝置，該方法進一步包含複數個裝置，及經由電源跨越該複數個裝置之每一各別電極及各別相對電極供應直流電(DC)以跨越該複數個裝置之每一各別電極及每一各別相對電極產生複數個靜電場。

在各項實施方案中，該複數個裝置介於自約1至約10⁸ 個裝置之範圍內，該等裝置中之每一者具有各別尖銳部件。在各項實施方案中，該複數個裝置彼此分離達介於約0.1 µm與10 cm之間。

圖 5 係根據各項實施方案之實例MEMS結構或MEMS裝置500之透視圖。可見的係基板平台510、凹坑或凹穴512、底板或針平台530、複數個蛇形臂550、安置於底板或針平台530上之尖銳部件560、底部基板570、頂部基板575、底部電極或相對電極580，及安置於底板或針平台530內之複數個孔590。此等孔590可允許化學物(例如蝕刻劑，諸如氫氟酸)在製作期間進入下伏材料層，使得例如可在已製作底板或針平台530之後在底板或針平台530底下的底部基板570中形成凹坑512。端視實施方案，孔590可全部係相同大小或可係不同大小，且可以各種圖案規則地間隔開或可隨機地間隔開。在某些實施例中，孔590可在第一製造步驟中形成，在第二製造步驟中被填充或覆蓋，且在第三製造步驟中被去填充或去覆蓋。

在某些實施例中，在製造製程期間將尖銳部件560添加至平台。尖銳部件之實例製造步驟可例如包含：1)將平台蝕除SiO₂ 上之Si。2)沈積氧化物以囊封平台。3)平坦化。4)沈積厚多晶矽(針材料)。5)蝕刻多晶矽下至氧化物囊封之平台，以形成尖銳部件560及圍繞尖銳部件560之溝渠。6) HF蝕除犧牲氧化物。替代地或另外亦可使用其他製程來形成所展示之結構。

圖 6A 係根據各項實施方案之實例MEMS結構或MEMS裝置600A之至少一部分之透視圖。可見的係基板平台510、複數個蛇形臂550及底板或針平台530。在圖6A中所展示之實例中，底板或針平台530包含複數個尖銳部件或針560。與單個尖銳部件560相反，複數個尖銳部件可藉由准許藉由單個裝置處理較大數目個細胞而促成MEMS結構600A之較高通量。端視實施方案，尖銳部件或針560可係實質上相同長度，可根據圖案在長度上有變化，或可係隨機分佈的長度。

亦可見的係底部電極(或相對電極) 580及頂部電極(或相對電極或薄膜) 680。在針平台530上面及下面兩處包含電極會准許藉由改變針平台530與兩個電極580及680之間的電位而沿兩個Z方向(向上及向下)拉動針平台530。此配置亦允許額外力感測回饋控制(例如藉由量測阻抗，如上文所闡述)及對針平台之移動之較緊密控制。

在某些實施例中，頂部電極680包含與尖銳部件560對準之複數個孔或孔隙開口690，使得若底板或針平台530被向上偏轉，則尖銳部件560能夠穿過孔或孔隙開口690。此等實施例允許單個針平台530上之多個針或尖銳部件560進入頂部電極680上面之微流體區域602。在具有複數個針560之情況下，在相對電極或頂部電極及薄膜680中具有與複數個針560對準之複數個相關聯的孔隙開口690可係有利的。在具有單個尖銳部件或針560之情況下，單個孔隙開口690可足以允許尖銳部件或針560進入微流體區域602。孔隙開口690亦可用於幫助對準針560或偵測針560之不對準。舉例而言，若基底平台530將不向上偏轉超過特定高度，則此可指示針560及孔隙690被阻擋或彼此不對準。

圖 6B 係根據各項實施方案之實例MEMS結構或MEMS裝置600B之剖面透視圖。可見的係界定凹坑512之底部基板570及頂部基板575，凹坑512完全突出穿過頂部基板575之厚度且部分地穿過底部基板570之厚度。基板平台510夾在底部基板570與頂部基板575之間，支撐底板或針平台530之複數個蛇形臂550自基板平台510突出。在此實例中，底板或針平台530劃分成藉由三分分離器610分離之三個電隔離的區段530A、530B及530C，三分分離器610可充當結構分離器及電絕緣體/隔離器。每一區段530A、530B及530C可單獨電定址(例如透過連接彼區段之對應蛇形臂550)。底板或針平台530包含複數個尖銳部件560。

亦可見的係類似地劃分成藉由分離器610分離之三個電隔離的可獨立定址區段580A、580B及580C之底部相對電極580。亦可見的係包含與尖銳部件560對準之複數個孔690之頂部相對電極680。頂部相對電極680類似地劃分成藉由三分分離器610分離之三個可獨立定址區段680A、680B及680C。由於底板530、底部相對電極580及頂部相對電極680之每一區段可獨立地定址，因此可在底板530與相對電極580及680之間形成橫向力以及垂直力。此配置允許橫向位置校正以及平面外角傾斜校正。此例如藉由改變每一相對電極分段上之電壓以在底板或針平台530與相對電極580及680之間形成差動平面外(z軸)力而實施。可同時或獨立地將此差動電壓施加於頂部及底部相對電極兩者之間。在某些實施例中，分段530A、530B、530C、580A、580B、580C、680A、680B及680C可各自結合且通常囊封於絕緣材料(諸如二氧化矽(SiO₂ ))、介電材料(諸如氧化鉿、SICOH、SiNx、氧化鉭、氧化鋁、氧化鋯，鋯鈦酸鉛、鈦酸鋇、陶瓷、玻璃、塑膠)或各種金屬或類金屬氧化物中。類似地，氮化物、碳化物或硫屬化物可代替氧或與上文所提及之基於類金屬或金屬之絕緣材料組合地使用；例如，氮化鉭、硒化鉭、氮化鋁、碳化鋯或氧氮化鋁。

每一分段可藉由相關聯的導電臂685定址，儘管任一給定導電跡線685可將單個分段或多個分段定址以將例如平面外校正定址。該等分段可全部係相同材料，或另一選擇係，至少兩個分段可由不同材料製成。舉例而言，每一相對電極分段680A、680B、680C、580A、580B、580C可藉由例如相關聯的導電跡線685及對應電源供應器上之電壓信號來獨立地定址。在另一實例中，每一平台分段530A、530B、530C可利用經由空間上相關聯且導電或部分導電的蛇形臂供應之對應電源供應信號來獨立地定址。此裝置內多工組態允許精確移動控制、位移回饋以及傾斜及平面外平台校正。此等組件可包括類似於上文針對基底平台所列示之彼等材料之材料。此等材料可與上文所列示之絕緣材料在功能上組合(分層或橫向分段)以提供例如圖6B之實施例。

儘管MEMS裝置600B在圖6B中繪示為具有每層三個分段及每分段一個導電跡線685，但端視實施方案，可替代地或另外採用其他數目個分段、其他數目個導電跡線，每導電跡線其他數目個分段及每分段其他數目個導電跡線。在某些情形中，給定平台530或者相對電極580或680之每一分段可被視為單獨電極或相對電極，使得複數個電極及/或相對電極可用於控制MEMS裝置600B。

在某些實施例中，針平台530可具有可變電壓，而相對電極580及680之電壓保持恆定。此配置之一個優點係限制與可存在於頂部相對電極或薄膜680上面及接近於頂部相對電極或薄膜680之其他電子組件(例如介電泳或DEP電極，未繪圖)之干擾。在某些MEMS裝置中，上部相對電極或薄膜680可非常接近於DEP電極或其他電子組件，而針平台530可相距相對較遠，從而減小電弧作用或信號干擾之風險。

在某些實施例中，在多針平台系統中，每一針或針560之每一群組具有不同電壓，或幾個針或針560之幾個群組具有以不同方式施加之電壓或以不同方式施加之信號。可藉由局部相關聯的蛇形臂550供應可變信號。

圖 7 係根據各項實施方案之實例MEMS結構或MEMS裝置700之俯視透視圖。可見的係基板770、基板平台710、包含複數個孔790且支撐至少一個針(未繪圖)之底板或針平台730及用於將底板730連接至基板平台710且使底板730懸置於基板平台710上之兩個不同類型的蛇形臂750A及750B。在圖7中所展示之實例中，與兩個蛇形臂750B相比，兩個蛇形臂750A具有較小剖面面積及較長路徑長度。可採用此配置來限制底板或針平台730之旋轉及平面外移動，而不針對底板或針平台730之平面外Z軸移動增加複數個蛇形臂之總勁度。儘管展示兩種類型的蛇形臂750A及750B，但替代地或另外可採用較多或較少不同類型。蛇形拐角可係尖銳的(如所展示，90度拐角)，或端視實施方案可包含其他角度或經修圓彎曲部。

圖 8 係根據各項實施方案之實例MEMS結構或MEMS裝置800之剖面透視圖。可見的係基板870、基板平台810、包含複數個孔890且支撐至少一個針(未繪圖)之底板或針平台830，及兩個不同類型的蛇形臂850A及850B。在此實例中，基板平台810、底板或針平台830及蛇形臂850A及850B已使用兩個不同材料層801及802來製作。存在許多原因可能期望在針平台830上具有不同材料之層，包含(但不限於)電導率、電絕緣或隔離、射頻屏蔽、結構加強、勁度增強或撓性增強。

儘管本說明書含有諸多特定實施方案細節，但不應將此等特定實施方案細節視為對本發明或可主張之內容之範疇的限制，而是應將其視為特定發明之特定實施方案所特有之特徵的說明。亦可將本說明書中在單獨實施方案之內容脈絡中闡述之某些特徵以組合形式實施於單項實施方案中。相反地，在單項實施方案之內容脈絡中闡述之各種特徵亦可單獨地或以任何適合子組合形式實施於多項實施方案中。此外，儘管上文可將特徵闡述為以某些組合起作用且甚至最初主張如此，但來自所主張組合之一或多個特徵在某些情形中可自該組合去除，且所主張組合可針對於子組合或子組合之變化形式。

類似地，儘管在圖式中以特定次序繪示操作，但不應將此理解為需要以所展示之特定次序或以順序次序執行此類操作，或執行所有所圖解說明之操作以達成合意的結果。在某些情境下，多任務及並行處理可係有利的。此外，上文所闡述之實施方案中之各種系統組件之分離不應被理解為需要在所有實施方案中需要此分離，而應理解為所闡述之程式組件及系統通常可一起整合於單個軟體產品中或封裝至多個軟體產品中。

對「或」的提及可解釋為包含性的，使得使用「或」所闡述之任何術語可指示單個、一個以上及所有所闡述術語中的任一者。標籤「第一」、「第二」、「第三」等等未必意圖指示排序且通常僅用於在相似或類似物項或元件之間進行區分。

熟習此項技術者可易於明瞭對本發明中所闡述之實施方案之各種修改，且可在不背離本發明之精神或範疇之情況下將本文中所定義之泛用原理應用於其他實施方案。因此，申請專利範圍並不意欲限於本文中所展示之實施方案，而被授予與本發明、本文中所揭示之原理及新穎特徵相一致之最寬廣範疇。

100a:簡單懸臂結構 100b:蛇形懸臂結構/結構/懸臂結構 100c:圖形曲線圖/曲線圖 100d:圖形圖解說明/圖解說明 110a:基板平台 110b:基板平台 150a:懸臂樑/矽樑 150b:蛇形懸臂樑/蛇形結構/懸臂樑 150w:蛇形懸臂結構寬度/蛇形寬度/寬度 200:微機電系統結構/結構 205:陣列 210:基板平台 212:凹坑 230:底板 250:蛇形臂 252:路徑 254:路徑 260:尖銳部件 270:基板 280:底部電極/相對電極 300a:微機電系統結構/結構 300b:微機電系統結構/結構/裝置 300c:圖形圖解說明/圖解說明 305d:陣列 305e:陣列 310a:基板平台 310b:基板平台 330a:圓形底板/底板/針平台 330b:圓形底板/底板 350a:蛇形臂 350b:蛇形臂/彎曲蛇形臂 360a:尖銳部件/針 360b:尖銳部件 400:方法 410:步驟 420:步驟 430:步驟 440:步驟 450:步驟 500:微機電系統結構/微機電系統裝置 510:基板平台 512:凹坑/凹穴 530:底板/針平台/基底平台/平台 530A:電隔離的區段/區段/分段/平台分段 530B:電隔離的區段/區段/分段/平台分段 530C:電隔離的區段/區段/分段/平台分段 550:蛇形臂 560:尖銳部件/針 570:底部基板 575:頂部基板 580:底部電極/相對電極/電極/底部相對電極 580A:電隔離的可獨立定址區段/分段/相對電極分段 580B:電隔離的可獨立定址區段/分段/相對電極分段 580C:電隔離的可獨立定址區段/分段/相對電極分段 590:孔 600A:微機電系統結構/微機電系統裝置 600B:微機電系統結構/微機電系統裝置 602:微流體區域 610:三分分離器/分離器 680:頂部電極/相對電極/薄膜/電極/頂部相對電極/上部相對電極 680A:可獨立定址區段/分段/相對電極分段 680B:可獨立定址區段/分段/相對電極分段 680C:可獨立定址區段/分段/相對電極分段 685:導電臂/導電跡線 690:孔/孔隙開口/孔隙 700:微機電系統結構/微機電系統裝置 710:基板平台 730:底板/針平台 750A:蛇形臂 750B:蛇形臂 770:基板 790:孔 800:微機電系統結構/微機電系統裝置 801:材料層 802:材料層 810:基板平台 830:底板/針平台 850A:蛇形臂 850B:蛇形臂 870:基板 890:孔

附圖並不意欲按比例繪製。在各個圖式中，相同元件符號及名稱指示相同元件。出於清晰之目的，並非每一組件皆可標記於每一圖式中。在各圖式中：

圖 1A 展示簡單懸臂結構之示意圖；

圖 1B 展示根據各項實施方案之蛇形懸臂結構之示意圖；

圖 1C 係勁度縮減隨圖1B中之蛇形懸臂結構寬度而變之圖形圖解說明；

圖 1D 係展示蛇形懸臂結構被偏轉之模擬結果之圖形圖解說明；

圖 2A 展示根據各項實施方案具有蛇形臂之實例MEMS結構之示意圖；

圖 2B 展示根據各項實施方案之圖2A之實例MEMS結構之陣列之示意圖；

圖 3A 展示根據各項實施方案具有蛇形臂之另一實例MEMS結構之示意性俯視圖；

圖 3B 展示根據各項實施方案具有蛇形臂之又一實例MEMS結構之示意性俯視圖；

圖 3C 係展示另一蛇形懸臂結構被偏轉之模擬結果之圖形圖解說明；

圖 3D 展示根據各項實施方案之圖3A之實例MEMS結構之陣列之示意圖；

圖 3E 展示根據各項實施方案之圖3B之實例MEMS結構之陣列之示意圖；

圖 4 係根據說明性實施方案之操作具有蛇形臂之實例MEMS裝置之方法之流程圖。

圖 5 係根據各項實施方案之實例MEMS結構或MEMS裝置之透視圖；

圖 6A 係根據各項實施方案之實例MEMS結構或MEMS裝置之至少一部分之透視圖；

圖 6B 係根據各項實施方案之實例MEMS結構或MEMS裝置之剖面透視圖；

圖 7 係根據各項實施方案之實例MEMS結構或MEMS裝置之俯視透視圖；

圖 8 係根據各項實施方案之實例MEMS結構或MEMS裝置之剖面透視圖。

200:微機電系統結構/結構

210:基板平台

212:凹坑

230:底板

250:蛇形臂

252:路徑

254:路徑

260:尖銳部件

270:基板

280:底部電極/相對電極

Claims (167)

1. 一種裝置，其包括： 基板平台； 底板，其具有複數個蛇形臂，該底板經由該複數個蛇形臂附接至該基板平台，該底板設置於平面上靜止位置中；及 尖銳部件，其安置於該底板上，該尖銳部件安置成實質上垂直於該平面， 其中該底板與該基板平台係共面的，且 其中該底板經構形以沿垂直於該平面之方向遠離該靜止位置移動。
2. 如請求項1之裝置，其中該底板包括自該底板向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的兩個蛇形臂。
3. 如請求項1之裝置，其中該底板包括自該底板向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的三個蛇形臂。
4. 如請求項1之裝置，其中該底板包括自該底板向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的四個蛇形臂。
5. 如請求項1之裝置，其中該等蛇形臂具有係該底板與該基板平台之間的分離距離之至少約兩倍的線性長度。
6. 如請求項1之裝置，其中該等蛇形臂具有係該底板與該基板平台之間的分離距離之至少約四倍的線性長度。
7. 如請求項1之裝置，其中該等蛇形臂具有係該底板與該基板平台之間的分離距離之多達約1000倍的線性長度。
8. 如請求項1之裝置，其中該底板與該基板平台係同心的。
9. 如請求項1之裝置，其中該底板具有由圓盤形、橢圓形、正方形、矩形、五邊形或六邊形組成之形狀。
10. 如請求項1之裝置，其中該底板具有介於約100 nm與約10 cm之間的橫向尺寸。
11. 如請求項1之裝置，其中該底板具有介於約5 µm與約500 µm之間的橫向尺寸。
12. 如請求項1之裝置，其中該底板自該靜止位置移動達介於約0.1 nm與約10 mm之間的距離。
13. 如請求項1之裝置，其中該底板自該靜止位置移動達介於約1 nm與約1 mm之間的距離。
14. 如請求項1之裝置，其中該底板具有第一厚度且該基板平台具有第二厚度。
15. 如請求項14之裝置，其中該第一厚度不同於該第二厚度。
16. 如請求項1之裝置，其中該底板或該基板平台中之至少一者具有介於約0.001 µm與約10 mm之間的厚度。
17. 如請求項1之裝置，其中該底板或該基板平台中之至少一者具有介於約0.1 µm與約10 µm之間的厚度。
18. 如請求項1之裝置，其中該底板或該基板平台中之至少一者包括單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽或氫化非晶矽中之一者。
19. 如請求項1之裝置，其中該底板或該基板平台中之至少一者具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。
20. 如請求項1之裝置，其中該底板或該基板平台中之至少一者具有介於約10¹¹ 原子/cm³ 與約10²⁰ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。
21. 如請求項1之裝置，其中該底板或該基板平台中之至少一者具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。
22. 如請求項1之裝置，其中該底板或該基板平台中之至少一者具有介於約10^-3 Ω-cm與約10³ Ω-cm之間的電阻率值。
23. 如請求項1之裝置，其中跨越該底板及該基板平台之電阻抗係介於約10² Ω與約10¹² Ω之間。
24. 如請求項1之裝置，其中跨越該底板及該基板平台之電阻抗係介於約10³ Ω與約10⁸ Ω之間。
25. 如請求項1之裝置，其中該尖銳部件具有介於約50 nm與約1 mm之間的長度。
26. 如請求項1之裝置，其中該尖銳部件具有介於約2 µm與約50 µm之間的長度。
27. 如請求項1之裝置，其中該尖銳部件係第一尖銳部件，該裝置進一步包括安置於該底板上之第二尖銳部件。
28. 如請求項1之裝置，其進一步包括安置於該底板上多達10個尖銳部件之複數個尖銳部件。
29. 如請求項1之裝置，其進一步包括安置於該底板上多達約100個尖銳部件之複數個尖銳部件。
30. 如請求項1之裝置，其進一步包括安置於該底板上多達約500,000,000個尖銳部件之複數個尖銳部件。
31. 如請求項1之裝置，其中該底板係第一底板，該裝置進一步包括第二底板。
32. 如請求項1之裝置，該裝置進一步包括複數個底板。
33. 如請求項1之裝置，其中該底板係電極。
34. 如請求項33之裝置，其進一步包括： 安置成平行於該電極之相對電極。
35. 如請求項34之裝置，其中該相對電極具有介於約0.01 µm與約1 mm之間的厚度。
36. 如請求項34之裝置，其中該相對電極具有介於約0.1 µm與約10 µm之間的厚度。
37. 如請求項34之裝置，其中該相對電極包括單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽或氫化非晶矽中之一者。
38. 如請求項34之裝置，其中該相對電極具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。
39. 如請求項34之裝置，其中該相對電極具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。
40. 如請求項34之裝置，其中該電極及該相對電極經組態以接收介於約0.1 µV與10 kV之間的電位差(V_o )。
41. 如請求項34之裝置，其中該電極及該相對電極經組態以接收介於約1 V與100 V之間或介於約10 V與50 V之間的電位差(V_o )。
42. 一種包括複數個如請求項1之裝置之系統。
43. 如請求項42之系統，其中該複數個裝置介於自約1至約10⁸ 個裝置之範圍內，該等裝置中之每一者包括各別尖銳部件。
44. 如請求項42之系統，其中該複數個裝置彼此分離達介於約0.1 µm與10 cm之間。
45. 一種用於操作裝置之方法，其包括： 提供電源； 提供該裝置，該裝置包括： 基板平台， 電極，其包括具有複數個蛇形臂之底板，該電極經由該複數個蛇形臂附接至該基板平台， 尖銳部件，其實質上垂直地安置於該電極上，及 相對電極，其安置成實質上平行於該電極； 經由該電源跨越該裝置之該電極及該相對電極供應直流電(DC)，藉此跨越該裝置之該電極及該相對電極產生靜電場。
46. 如請求項45之方法，其中該電極與該基板平台係共面的。
47. 如請求項46之方法，其中該電極設置於平面上靜止位置中，且經構形以沿垂直於該平面之方向遠離該靜止位置移動。
48. 如請求項45之方法，其中該電極包括自該電極向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的兩個蛇形臂。
49. 如請求項45之方法，其中該電極包括自該電極向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的三個蛇形臂。
50. 如請求項45之方法，其中該電極包括自該電極向外延伸且安置成彼此徑向均勻地間隔開的四個蛇形臂。
51. 如請求項45之方法，其中該等蛇形臂具有係該電極與該基板平台之間的分離距離之至少約兩倍的線性長度。
52. 如請求項45之方法，其中該等蛇形臂具有係該電極與該基板平台之間的分離距離之至少約四倍的線性長度。
53. 如請求項45之方法，其中該等蛇形臂具有係該電極與該基板平台之間的分離距離之多達約1000倍的線性長度。
54. 如請求項45之方法，其中該電極與該基板平台係同心的。
55. 如請求項45之方法，其中該電極具有由圓盤形、橢圓形、正方形、矩形、五邊形或六邊形組成之形狀。
56. 如請求項45之方法，其中該電極具有介於約100 nm與約10 cm之間的橫向尺寸。
57. 如請求項45之方法，其中該電極具有介於約5 µm與約500 µm之間的橫向尺寸。
58. 如請求項47之方法，其中該電極自該靜止位置移動達介於約0.1 nm與約10 mm之間的距離。
59. 如請求項47之方法，其中該電極自該靜止位置移動達介於約1 nm與約1 mm之間的距離。
60. 如請求項45之方法，其中該電極具有第一厚度，且該基板平台具有第二厚度。
61. 如請求項60之方法，其中該第一厚度不同於該第二厚度。
62. 如請求項45之方法，其中該電極或該基板平台中之至少一者具有介於約0.001 µm與約10 mm之間的厚度。
63. 如請求項45之方法，其中該電極或該基板平台中之至少一者具有介於約0.1 µm與約10 µm之間的厚度。
64. 如請求項45之方法，其中該電極或該基板平台中之至少一者包括單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽或氫化非晶矽中之一者。
65. 如請求項45之方法，其中該電極或該基板平台中之至少一者具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。
66. 如請求項45之方法，其中該電極或該基板平台中之至少一者具有介於約10¹¹ 原子/cm³ 與約10²⁰ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。
67. 如請求項45之方法，其中該電極或該基板平台中之至少一者具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。
68. 如請求項45之方法，其中該電極或該基板平台中之至少一者具有介於約10^-3 Ω-cm與約10³ Ω-cm之間的電阻率值。
69. 如請求項45之方法，其中跨越該電極及該基板平台之電阻抗係介於約10² Ω與約10¹² Ω之間。
70. 如請求項45之方法，其中跨越該電極及該基板平台之電阻抗係介於約10³ Ω與約10⁸ Ω之間。
71. 如請求項45之方法，其中該尖銳部件具有介於約50 nm與約1 mm之間的長度。
72. 如請求項45之方法，其中該尖銳部件具有介於約2 µm與約50 µm之間的長度。
73. 如請求項45之方法，其中該尖銳部件係第一尖銳部件，該裝置進一步包括安置於該底板上之第二尖銳部件。
74. 如請求項45之方法，該裝置進一步包括： 安置於上該底板上多達約10個尖銳部件之複數個尖銳部件。
75. 如請求項45之方法，該裝置進一步包括： 安置於該底板上多達約100個尖銳部件之複數個尖銳部件。
76. 如請求項45之方法，該裝置進一步包括： 安置於該底板上多達約500,000,000個尖銳部件之複數個尖銳部件。
77. 如請求項45之方法，其中該電極係第一電極，該裝置進一步包括第二電極。
78. 如請求項45之方法，該裝置進一步包括複數個電極。
79. 如請求項45之方法，其中該相對電極具有介於約0.01 µm與約1 mm之間的厚度。
80. 如請求項45之方法，其中該相對電極具有介於約0.1 µm與約10 µm之間的厚度。
81. 如請求項45之方法，其中該相對電極包括單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽或氫化非晶矽中之一者。
82. 如請求項45之方法，其中該相對電極具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。
83. 如請求項45之方法，其中該相對電極具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。
84. 如請求項45之方法，其進一步包括： 經由該電源跨越該電極及該相對電極供應介於約0.1 µV與10 kV之間的電位差(V_o )。
85. 如請求項45之方法，其進一步包括： 經由該電源跨越該電極及該相對電極供應介於約1 V與100 V之間或介於約10 V與50 V之間的電位差(V_o )。
86. 如請求項45之方法，其中該裝置係第一裝置，該方法進一步包括： 複數個裝置；及 經由該電源跨越該複數個裝置之每一各別電極及各別相對電極供應該直流電(DC)，藉此跨越該複數個裝置之每一各別電極及每一各別相對電極產生複數個靜電場。
87. 如請求項86之方法，其中該複數個裝置介於自約1至約10⁸ 個裝置之範圍內，該等裝置中之每一者包括各別尖銳部件。
88. 如請求項86之方法，其中該複數個裝置彼此分離達介於約0.1 µm與10 cm之間。
89. 一種組件，其包括： 基板平台； 電極板，其具有複數個蛇形臂，該電極板經由該複數個蛇形臂附接至該基板平台，該電極板設置於平面上靜止位置中；且 其中該電極板與該基板平台係共面的，且 其中該電極板經構形以沿垂直於該平面之方向遠離該靜止位置移動。
90. 如請求項89之組件，其進一步包括： 安置於該電極板上之尖銳部件。
91. 如請求項89之組件，其中該電極板與該基板平台係同心的，且該複數個蛇形臂自該電極板延伸至該基板平台。
92. 如請求項89之組件，其中該複數個蛇形臂之至少一部分係與該電極板或該基板平台中之任一者共面的。
93. 如請求項89之組件，其中該複數個蛇形臂彼此徑向均勻地間隔開。
94. 如請求項89之組件，其中該複數個蛇形臂介於自約兩個臂至約十個臂之範圍內。
95. 如請求項89之組件，其中該等蛇形臂具有係該電極板與該基板平台之間的分離距離之至少約兩倍的線性長度。
96. 如請求項89之組件，其中該等蛇形臂具有係該電極板與該基板平台之間的分離距離之至少約四倍的線性長度。
97. 如請求項89之組件，其中該等蛇形臂具有係該電極板與該基板平台之間的分離距離之多達約1000倍的線性長度。
98. 如請求項89之組件，其中該電極板遠離該平面移動達介於約1 µm與約10 mm之間的距離。
99. 如請求項89之組件，其中該電極板遠離該平面移動達介於約10 µm與約1 mm之間的距離。
100. 如請求項89之組件，其中該電極板具有由圓盤形、橢圓形、正方形、矩形、五邊形或六邊形組成之形狀。
101. 如請求項89之組件，其中該電極板具有介於約100 nm與約10 cm之間的橫向尺寸。
102. 如請求項89之組件，其中該電極板具有介於約5 µm與約500 µm之間的橫向尺寸。
103. 如請求項89之組件，其中該電極板具有第一厚度，且該基板平台具有第二厚度。
104. 如請求項103之組件，其中該第一厚度不同於該第二厚度。
105. 如請求項89之組件，其中該電極板或該基板平台中之至少一者具有介於約0.001 µm與約10 mm之間的厚度。
106. 如請求項89之組件，其中該電極板或該基板平台中之至少一者具有介於約0.1 µm與約10 µm之間的厚度。
107. 如請求項89之組件，其中該電極板或該基板平台中之至少一者包括單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽或氫化非晶矽中之一者。
108. 如請求項89之組件，其中該電極板或該基板平台中之至少一者具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。
109. 如請求項89之組件，其中該電極板或該基板平台中之至少一者具有介於約10¹¹ 原子/cm³ 與約10²⁰ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。
110. 如請求項89之組件，其中該電極板或該基板平台中之至少一者具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。
111. 如請求項89之組件，其中該電極板或該基板平台中之至少一者具有介於約10^-3 Ω-cm與約10³ Ω-cm之間的電阻率值。
112. 如請求項89之組件，其中跨越該電極板及該基板平台之電阻抗係介於約10² Ω與約10¹² Ω之間。
113. 如請求項89之組件，跨越該電極板及該基板平台之電阻抗係介於約10³ Ω與約10⁸ Ω之間。
114. 如請求項90之組件，其中該尖銳部件具有介於約50 nm與約1 mm之間的長度。
115. 如請求項90之組件，其中該尖銳部件具有介於約2 µm與約50 µm之間的長度。
116. 如請求項90之組件，其中該尖銳部件係第一尖銳部件，且該組件進一步包括安置於該電極板上之第二尖銳部件。
117. 如請求項89之組件，其進一步包括： 安置於該電極板上多達約10個尖銳部件之複數個尖銳部件。
118. 如請求項89之組件，其進一步包括： 安置於該電極板上多達約100個尖銳部件之複數個尖銳部件。
119. 如請求項89之組件，其進一步包括： 安置於該電極板上多達約500,000,000個尖銳部件之複數個尖銳部件。
120. 如請求項89之組件，其中該電極板係第一電極板，該組件進一步包括第二電極板。
121. 如請求項89之組件，其進一步包括複數個電極板。
122. 如請求項89之組件，其進一步包括： 安置成實質上平行於該電極板之相對電極。
123. 如請求項122之組件，其中該相對電極具有介於約0.01 µm與約1 mm之間的厚度。
124. 如請求項122之組件，其中該相對電極具有介於約0.1 µm與約10 µm之間的厚度。
125. 如請求項122之組件，其中該相對電極包括單晶矽、多晶矽、奈米晶矽、非晶矽或氫化非晶矽中之一者。
126. 如請求項122之組件，其中該相對電極具有介於約10¹⁰ 原子/cm³ 與約10²¹ 原子/cm³ 之間的摻雜濃度。
127. 如請求項122之組件，其中該相對電極具有介於約10^-4 Ω-cm與約10⁴ Ω-cm之間的電阻率值。
128. 如請求項122之組件，其中該電極及該相對電極經組態以接收介於約0.1 µV與10 kV之間的電位差(V_o )。
129. 如請求項122之組件，其中該電極及該相對電極經組態以接收介於約1 V與100 V之間的電位差(V_o )。
130. 如請求項122之組件，其中該電極及該相對電極經組態以接收介於約10 V與50 V之間的電位差(V_o )。
131. 一種包括複數個如請求項89之組件的系統。
132. 如請求項131之系統，其中該複數個組件介於自約1至約10⁸ 個組件之範圍內，該等組件中之每一者包括各別尖銳部件。
133. 如請求項131之系統，其中該複數個組件彼此分離達介於約0.1 µm與10 cm之間。
134. 如請求項34之裝置，其中該相對電極具有位於該相對電極之中心處之開口，且該開口經構形以接納該尖銳部件之一部分。
135. 如請求項45之方法，其中該相對電極具有位於該相對電極之中心處之開口，且該開口經構形以接納該尖銳部件之一部分。
136. 如請求項120之組件，其中該第二電極板具有位於該第二電極之中心處之開口，且該開口經構形以接納安置於該電極板上之尖銳部件之一部分。
137. 如請求項34之裝置，其中該相對電極具有複數個開口，其中每一開口與安置於該底板上且垂直於該底板的複數個尖銳部件中之尖銳部件之一部分對準且經構形以接納該部分。
138. 如請求項45之方法，其中該相對電極具有複數個開口，其中每一開口與安置於該底板上且垂直於該底板的複數個尖銳部件中之尖銳部件之一部分對準且經構形以接納該部分。
139. 如請求項120之組件，其中該第二電極板具有複數個開口，其中每一開口與安置於該電極板上且垂直於該電極板的複數個尖銳部件中之尖銳部件之一部分對準且經構形以接納該部分。
140. 如請求項34之裝置，其中該相對電極安置於該底板上面。
141. 如請求項45之方法，其中該相對電極安置於該底板上面。
142. 如請求項120之組件，其中該第二電極板安置於該電極板上面。
143. 如請求項34之裝置，其中該相對電極安置於該底板下面。
144. 如請求項45之方法，其中該相對電極安置於該底板下面。
145. 如請求項120之組件，其中該第二電極板安置於該電極板下面。
146. 如請求項34之裝置，其中該相對電極安置於該底板下面，且第二相對電極安置於該底板上面。
147. 如請求項45之方法，其中該相對電極安置於該底板下面，且第二相對電極安置於該底板上面。
148. 如請求項120之組件，其中該第二電極板安置於該電極板下面，且第三電極板安置於該電極板上面。
149. 如請求項34之裝置，其中該相對電極包括複數個相對電極。
150. 如請求項45之方法，其中該相對電極包括複數個相對電極。
151. 如請求項120之組件，其中該第二電極板包括複數個電極。
152. 如請求項1之裝置，其中該複數個蛇形臂包括單一類型的蛇形臂。
153. 如請求項45之方法，其中該複數個蛇形臂包括單一類型的蛇形臂。
154. 如請求項89之組件，其中該複數個蛇形臂包括單一類型的蛇形臂。
155. 如請求項1之裝置，其中該複數個蛇形臂包括兩種不同類型的蛇形臂。
156. 如請求項45之方法，其中該複數個蛇形臂包括兩種不同類型的蛇形臂。
157. 如請求項89之組件，其中該複數個蛇形臂包括兩種不同類型的蛇形臂。
158. 如請求項1之裝置，其中該複數個蛇形臂包括多種不同類型的蛇形臂。
159. 如請求項45之方法，其中該複數個蛇形臂包括多種不同類型的蛇形臂。
160. 如請求項89之組件，其中該複數個蛇形臂包括多種不同類型的蛇形臂。
161. 如請求項1之裝置，其中該基板平台、該底板或該等蛇形臂中之至少一者包括彼此不同的至少兩個材料層。
162. 如請求項45之方法，其中該基板平台、該底板或該等蛇形臂中之至少一者包括彼此不同的至少兩個材料層。
163. 如請求項89之組件，其中該基板平台、該底板或該等蛇形臂中之至少一者包括彼此不同的至少兩個材料層。
164. 如請求項1之裝置，其中該底板包括複數個孔。
165. 如請求項45之方法，其中該底板包括複數個孔。
166. 如請求項89之組件，其中該電極板包括複數個孔。
167. 一種裝置，其包括： 基板平台； 底板電極，其具有複數個蛇形臂， 其中該底板電極經由該複數個蛇形臂附接至該基板平台， 其中該底板電極設置於平面上靜止位置中，且 其中該底板電極與該基板平台係共面的；及 相對電極，其安置成平行於該底板電極且不與該底板電極共面； 其中該底板電極經構形以在於該底板電極與該相對電極之間施加電位差時沿垂直於該平面之方向遠離該靜止位置移動。

Images