TWM538152U - 電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構 - Google Patents

Description

電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構

本創作係有關一種電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構。

隨著電子科技的持續發展，其應用的觸角也不斷展開跨領域的探索與結合。其中，在快速發展的生物科技或醫療科技領域中，生物感測器的出現不只是近代生物相關科技的一大突破，所謂生物感測器(Biosensor)是指利用生物感測元件將系統中的化學物質的改變量，轉換成電子訊號或光學訊號的一種分析裝置。生物感測器的主要組成元件包括感測元件、換能器及電子裝置。

生物感測器滿足了許多重要量測的需求，生物感測器最獨特的地方就是來自生物感測元件與其上生物分子所具備的高靈敏度、高特異性或高選擇性，其原因在於生物體本身就具有各式各樣的化學感受器。換言之，生物體本身實際上是一個化學受體(chemoreceptors)的集合體，這些化學受體均具有高度的特異性或選擇性與靈敏度。

另一方面，透過傳統生化分析中所需的人為或機械操作，以微幫浦、微閥門、微過濾器、微混合器、微管道、微感測器及微反應器等微流體元件集中製作於微流體裝置上，以進行樣品前處理、混合、傳輸、分離和偵測等程序，更被積極地應用於生物感測器上。

然而，現有生物感測器與微流體裝置的整合結構往往因為應用與現有整合製程的限制，無法提供檢測模組的品質一致性、結構完整性與製程高度量產性。

更甚者，生物感測器上的生物感測層往往由化學分子及生物分子鍵結形成，這些化學分子及生物分子受限於物質的天性，無法承受超過攝氏一百度以上的高溫，甚至有的分子只能承受低於攝氏四十度以下的環境，而半導體元件或微機電元件與其他材料之間的接合製程，往往需在攝氏一百度以上進行，因此，必然造成生物感測層上的生物分子與化學分子結構改變或失去其天然的活性，進而造成其生物感測性能失效。因此，如何提供一種有效且具應用彈性的電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構，是目前業界的重要議題。

本創作之實施例揭露一種電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構，包括：一基板，具有複數個第一通孔，其中該複數個第一通孔內填充一導電性材料，且在該複數個第一通孔的兩端分別設置有一導電墊，該導電墊與該複數個第一通孔內填 充的該導電性材料電性相連；一流道層，設置於該基板上方，且包含至少一流道，以供至少一流體流動，以及複數個第二通孔，其中該複數個第二通孔內填充一導電性材料，該複數個第二通孔的該導電性材料與該基板的該導電墊電性相連；一覆蓋件，設置於該流道層上方，具有至少一第一流體入口及至少一第一流體出口，以供該至少一流體之流入及流出，其中該至少一第一流體入口及該至少一第一流體出口與該流道層之該至少一流道相連接，且具有一鏤空窗口，以暴露該至少一流體，並設置複數個第三通孔，其中該複數個第三通孔內填充一導電性材料，該複數個第三通孔的該導電性材料與該流道層的該複數個第二通孔內的該導電性材料電性相連；以及一電子式生物感測器，藉由凸塊以覆晶方式結合設置於該覆蓋件之上，其中該電子式生物感測器具有一生物感測層，當該至少一流體流經該鏤空窗口時，該覆蓋件的鏤空窗口與該生物感測區接觸，該凸塊係植入於該覆蓋件的該複數個第三通孔的導電性材料內，以達到電性相連，其中，該至少一流體從該至少一第一流體入口流入，藉由該至少一流道流經該電子式生物感測器之該生物感測層，以進行感測，再從該至少一第一流體出口流出。

較佳地，本創作之電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構更包含一支撐保護板，該支撐保護板設置有一鏤空窗口，以容置該電子式生物感測器，並具有至少一第二流體入口及至少一第二流體出口，該至少一第二流體入口及至少一第二流體 出口與該覆蓋件的該至少一第一流體入口及該至少一第一流體出口相對設置。

較佳地，本創作之電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構更包含一支撐保護板，該支撐保護板設置有一鏤空窗口，以容置該電子式生物感測器，其中該基板更設置有至少一第二流體入口及至少一第二流體出口，該至少一第二流體入口及至少一第二流體出口與該流道層的該至少一流道的兩端相對設置，以供該至少一流體的流入與流出。

較佳地，本創作之基板更設置一由主動及/或被動元件組成的電路。

較佳地，本創作之基板係為多層基板的堆疊結構。

較佳地，本創作之流道層更包括至少一幫浦元件、至少一閥門元件、至少一混液元件、其他微流體元件或其任意組合，以進行該至少一流體之流動及預處理。

較佳地，本創作之流道層可為一多層次結構，具有複數層數。

較佳地，本創作之流道層更具有一電路，該電路係與該基板上的電路電性相連，且該電路與其連接處係與該至少一流體隔絕。

較佳地，本創作之流道層與該覆蓋件整合為一體或該流道層與該基板整合為一體。

較佳地，本創作之覆蓋件更具有一電路，該電路係與 該流道層上的電路電性相連，且該電路與其連接處係與該至少一流體隔絕。

110‧‧‧基板

111‧‧‧第一通孔

112‧‧‧導電墊

120‧‧‧流道層

121‧‧‧流道

122‧‧‧第二通孔

130‧‧‧覆蓋件

131‧‧‧第一流體入口

132‧‧‧第一流體出口

133‧‧‧鏤空窗口

134‧‧‧第三通孔

140‧‧‧電子式生物感測器

141‧‧‧凸塊

142‧‧‧生物感測層

150‧‧‧支撐保護板

151‧‧‧第二流體入口

152‧‧‧第二流體出口

圖1為本創作之一種電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構之實施例的立體示意圖；以及圖2為本創作之一種電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構之實施例的剖面圖。

以下係藉由特定的具體實施例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本創作之其他優點及功效。本創作亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本創作說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。

須知，本說明書所附圖式繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士瞭解與閱讀，並非用以限定本創作可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本創作所能產生之功效及所能達成之目的下，均應落在本創作所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。

圖1與圖2分別為本創作之一種電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構之實施例的示意圖以及剖面圖。電子式 生物感測器與微流體裝置的整合結構係應用於將一電子式生物感測器與一微流道裝置整合封裝。如圖1圖及圖2所示，電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構由下往上依序包括：一基板110、一流道層120、一覆蓋件130以及一電子式生物感測器140。

如圖1及圖2所示，基板110可具有複數個第一通孔111，複數個第一通孔111內可填充一導電性材料，且在複數個第一通孔111的兩端可分別設置有一導電墊112，導電墊112可與複數個第一通孔111內填充的導電性材料電性相連；導電墊112亦可提供對外界的電性連接。

流道層120係設置於基板110上方，並包括提供至少一流體流動的至少一流道121以及複數個第二通孔122，其中，複數個第二通孔122內可填充一導電性材料，複數個第二通孔122的導電性材料可與基板110的導電墊112電性相連。

依據本創作之一實施例，覆蓋件130可設置於流道層120上方，並具有至少一第一流體入口131及至少一第一流體出口132，以供至少一流體之流入及流出，其中，至少一第一流體入口131及至少一第一流體出口132與流道層之至少一流道相連接，其中，至少一流體從至少一第一流體入口131流入，並流經電子式生物感測器140以及其上之生物感測層142，以進行感測，再從至少一第一流體出口132流出。

依據本創作之另一實施例，覆蓋件130可設置於流道層120上方，並具有至少一第一流體入口131及至少一第一流 體出口132，以供至少一流體之流入及流出，其中，至少一第一流體入口131及至少一第一流體出口132與流道層120之至少一流道121相連接，且具有一鏤空窗口133，以暴露至少一流體，並設置複數個第三通孔134，其中，複數個第三通孔134內填充一導電性材料，複數個第三通孔134的導電性材料與流道層120的複數個第二通孔122內的導電性材料電性相連。

電子式生物感測器140可藉由凸塊141以覆晶方式結合設置於覆蓋件130上，凸塊141可植入於覆蓋件130的複數個第三通孔134的導電性材料內，以達到電性相連。電子式生物感測器140更具有一生物感測層142，當至少一流體流經鏤空窗口133時，覆蓋件130的鏤空窗口133與生物感測層142接觸。因此，當至少一流體從至少一第一流體入口131流入，藉由至少一流道121流至覆蓋件130的鏤空窗口133時，與電子式生物感測器140之生物感測層142接觸，以進行感測，再從至少一第一流體出口132流出。

再者，基板110更可設置一由主動及/或被動元件組成的電路；而且基板110更可依應用需要設計為一多層基板構成的堆疊結構，以容置更複雜之電路。同樣地，流道層120更可具有一電路，電路可與基板110上的電路電性相連，且電路與其連接處係與至少一流體隔絕。覆蓋件130更具有一電路，電路係與流道層120上的電路電性相連，且電路與其連接處可與至少一流體隔絕。

換言之，基板110、流道層120、覆蓋件130以及電子式生物感測器140皆可分別設置一電路；並且基板110、流道層120、覆蓋件130、以及電子式生物感測器140可分別藉由導電墊112、第一通孔111、第二通孔122、第三通孔134及凸塊141形成電性連接。

在本創作之較佳實施例中，本創作之一種電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構更包含一支撐保護板150，支撐保護板150設置有一鏤空窗口，以容置電子式生物感測器140，並具有至少一第二流體入口151或至少一第二流體出口152；至少一第二流體入口151或至少一第二流體出口152分別與覆蓋件130的至少一第一流體入口131及至少一第一流體出口132相對設置。

值得注意的是，在本創作之其他實施例中，基板110更可設置有至少一第二流體入口及至少一第二流體出口，以供至少一流體流入及流出；在此情況下，則支撐保護板150不需設置有至少一第二流體入口151及至少一第二流體出口152。或者，至少一第二流體入口可設置於支撐保護板150，而至少一第二流體出口可設置於基板110，反之亦然。換言之，至少一第二流體入口與至少一第二流體出口可設置於基板110或支撐保護板150，以供流體的流出與流入。綜而言之，至少一第一流體入口131與至少一第二流體入口151、以及至少一第一流體出口132與至少一第二流體出口152的設置必須與流道層120的流道121相通，以提供流體的流入與流出；而其設置的位置可依應用而變化。

在本創作之較佳實施例中，流道層120可為一透明材料或不透明材料製成，例如，高分子材料、塑膠、陶瓷、金屬、矽晶圓、玻璃、或其他複合材料。流道層120之表面可改質成親水性或疏水性之表面。流道層120亦可包括至少一幫浦元件、至少一閥門元件、至少一混液元件、其他微流體元件或其任意組合，以進行至少一流體之流動及預處理。再者，流道層120亦可為一多層次結構，具有複數層數，其表面可改質成親水性或疏水性之表面。

在本創作之較佳實施例中，覆蓋件130可為一透明材料或不透明材料製成，例如，高分子材料、塑膠、陶瓷、金屬、矽晶圓、玻璃、或其他複合材料。再者，流道層120與覆蓋件130可整合為一體成型之結構，或流道層120與基板110整合為一體。值得注意的是，本創作之整體結構，除了流道外，其他構件的連接處，例如，基板110、生物感測層142、流道層120、以及一覆蓋件130間的連接處皆可以隔絕流體，避免流體滲漏。

在本創作之較佳實施例中，電子式生物感測器與覆蓋件的結合方式是以常溫的方式進行，相對於半導體元件或微機電元件常用的高溫接合製程，本創作的結合方式能避免破壞電子式生物感測器上之生物感測層的生物及化學特性，以提供生物感測器一可預先修飾生物感測層於其上之整合結構。

綜而言之，本創作之實施例揭露一種電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構，透過結合電子式生物感測器與微 流體裝置、可偵測電子式生物感測器所產生的電子訊號，且其整體結構，除了流道外，其他構件的連接處皆可以隔絕流體、避免滲漏、不破壞生物感測層的生物分子，適用於整合多種形式之電子式生物感測器與微流體裝置。

然而，上述實施例僅例示性說明本創作之功效，而非用於限制本創作，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本創作之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。此外，在上述該些實施例中之元件的數量僅為例示性說明，亦非用於限制本創作。因此本創作之權利保護範圍，應如以下之申請專利範圍所列。

110‧‧‧基板

111‧‧‧第一通孔

112‧‧‧導電墊

120‧‧‧流道層

121‧‧‧流道

122‧‧‧第二通孔

130‧‧‧覆蓋件

131‧‧‧第一流體入口

132‧‧‧第一流體出口

133‧‧‧鏤空窗口

134‧‧‧第三通孔

140‧‧‧電子式生物感測器

141‧‧‧凸塊

142‧‧‧生物感測層

150‧‧‧支撐保護板

151‧‧‧第二流體入口

152‧‧‧第二流體出口

Claims (10)

1. 一種電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構，包括：一基板，具有複數個第一通孔，其中該複數個第一通孔內填充一導電性材料，且在該複數個第一通孔的兩端分別設置有一導電墊，該導電墊與該複數個第一通孔內填充的該導電性材料電性相連；一流道層，設置於該基板上方，且包含至少一流道，以供至少一流體流動，以及複數個第二通孔，其中該複數個第二通孔內填充一導電性材料，該複數個第二通孔的該導電性材料與該基板的該導電墊電性相連；一覆蓋件，設置於該流道層上方，具有至少一第一流體入口及至少一第一流體出口，以供該至少一流體之流入及流出，其中該至少一第一流體入口及該至少一第一流體出口與該流道層之該至少一流道相連接，且具有一鏤空窗口，以暴露該至少一流體，並設置複數個第三通孔，其中該複數個第三通孔內填充一導電性材料，該複數個第三通孔的該導電性材料與該流道層的該複數個第二通孔內的該導電性材料電性相連；以及一電子式生物感測器，藉由凸塊以覆晶方式結合設置於該覆蓋件之上，其中該電子式生物感測器具有一生物感測層，當該至少一流體流經該鏤空窗口時，該覆蓋件的鏤空窗口與該生物感測層接觸，該凸塊係植入於該覆蓋件的該複數個第三通孔的導電性材料內，以達到電性相連， 其中，該至少一流體從該至少一第一流體入口流入，藉由該至少一流道流經該電子式生物感測器之該生物感測層，以進行感測，再從該至少一第一流體出口流出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構，更包含一支撐保護板，該支撐保護板設置有一鏤空窗口，以容置該電子式生物感測器，並具有至少一第二流體入口及至少一第二流體出口，該至少一第二流體入口及至少一第二流體出口與該覆蓋件的該至少一第一流體入口及該至少一第一流體出口相對設置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構，更包含一支撐保護板，該支撐保護板設置有一鏤空窗口，以容置該電子式生物感測器，其中該基板更設置有至少一第二流體入口及至少一第二流體出口，該至少一第二流體入口及至少一第二流體出口與該流道層的該至少一流道的兩端相對設置，以供該至少一流體的流入與流出。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該基板更設置一由主動及/或被動元件組成的電路。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該基板係為多層基板的堆疊結構。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該流道層更包括至少一幫浦元件、至少一閥 門元件、至少一混液元件、其他微流體元件或其任意組合，以進行該至少一流體之流動及預處理。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該流道層係為一多層次結構，具有複數層數。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該流道層更具有一電路，該電路係與該基板上的電路電性相連，且該電路與其連接處係與該至少一流體隔絕。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該流道層與該覆蓋件整合為一體或該流道層與該基板整合為一體。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電子式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該覆蓋件更具有一電路，該電路係與該流道層上的電路電性相連，且該電路與其連接處係與該至少一流體隔絕。