TWM538153U - 電子式生物感測器與微流體裝置的多基板整合結構 - Google Patents

Description

電子式生物感測器與微流體裝置的多基板整合結構

本創作係有關一種電子式生物感測器與微流體裝置的多基板整合結構。

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。在快速發展的生物或醫療科技領域中，電子式生物感測器的出現不啻是近代生物相關科技的一大突破。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。

由於生物體本身就具有各式各樣的化學感受器，所以生物感測器的獨特性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，也造就電子式生物感測器可滿足了許多重要量測的需求。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。

再者，透過把傳統生化分析中人為或機械操作，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，更是被積極地應用於生物感測器上。

然而，現有電子式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。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多基板整合結構，包括：一第一基板，具有一容置窗口、一第一導線線路、以及複數個第一導通孔，其中該容置窗口係設置於該第一基板之中間部分，該複數個第一導通孔內填充一導電性材料，且分別在該複數個第一導通孔的下端設置有一導電墊、其上端連接該第一導線線路，該導線線路、該導電墊與該複數個通孔內填充的該導電性材料電性相連；一電子式生物感測器，藉由一固著材料結合設置於該第一基板的容置窗口內，具有一生物感測層以及複數個導電墊，其中該生物感測層係朝上設置，暴露於該第一基板的容置窗口內，該複數個導電墊朝上設置，提供該電子式生物感測器的電性連接；一黏著層，結合設置於該第一基板上，具有一第一鏤空窗口以及複數個導電凸塊，其中該第一鏤空窗口對應設置於該電子式生物感測器的生物感測層上方，以暴露該生物感測層，該複數個導電凸塊分別對應設置於該電子式生 物感測器的複數個導電墊與該第一基板的第一導線線路上，且分別與其電性連接，並封閉該電子式生物感測器上之導電墊及該第一基板上之該第一導線線路；一第二基板，藉由該黏著層固著於該第一基板上方，具有一第二鏤空窗口以及一第二導線線路，其中該第二鏤空窗口對應設置於該黏著層的該第一鏤空窗口與該電子式生物感測器的生物感測層上方，以暴露該生物感測層，該第二導線線路係設置於該第二基板之朝下表面，與該黏著層及該複數個導電凸塊電性相連，該第二基板之表面係改質成親水性或疏水性之表面；一流道層，設置於該第二基板上方，且具有至少一流道，以供至少一流體流動，以及一覆蓋件，設置於該流道層上方，並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，該至少一流體入口及該至少一流體出口與該流道層之該至少一流道相連接其中，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第二基板的該第二鏤空與該第一鏤空窗口，藉以接觸該電子式生物感測器的該生物感測層，以進行感測，再從該至少一流體出口流出。

較佳地，該第一基板更包括一由主動和/或被動元件組成的第一電路，該第一電路與該第一導線線路電性相通。

較佳地，該第二基板更包括一由主動和/或被動元件組成的第二電路，該第二電路與該第二導線線路電性相通。

較佳地，該第一基板係為一多層基板的堆疊結構。

較佳地，該第二基板係為一多層基板的堆疊結構。

較佳地，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。

較佳地，該流道層係為一多層次結構，具有複數層數，且其表面係改質成親水性或疏水性之表面。

較佳地，該流道層更包括一第三電路，該第三電路係與該第二基板上的該第二電路電性相連，且該第三電路與其連接處係與該至少一流體隔絕。

較佳地，該覆蓋件與該流道層整合為一體，或該流道層與該第二基板整合為一體，或該覆蓋件、該流道層與該第二基板整合為一體，或該覆蓋件、該流道層與該第二基板整合為一體。

較佳地，該流道層上，更可依次設置其他基板與其他流道層，以形成更多層之基板結構，該其他基板與其他流道層的結構與結合方式與該第二基板與該流道層相同。

110‧‧‧第一基板

111‧‧‧容置窗口

112‧‧‧第一導線線路

113‧‧‧第一導通孔

114‧‧‧導電墊

120‧‧‧電子式生物感測器

121‧‧‧固著材料

122‧‧‧生物感測層

123‧‧‧導電墊

130‧‧‧黏著層

131‧‧‧第一鏤空窗口

132‧‧‧導電凸塊

140‧‧‧第二基板

141‧‧‧第二鏤空窗口

142‧‧‧第二導線線路

150‧‧‧流道層

160‧‧‧覆蓋件

161‧‧‧第一流體入口

162‧‧‧第一流體出口

圖1為本創作之一種電子式生物感測器與微流體裝置的多基板整合結構之實施例的示意圖；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多基板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多基板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：一第一基板110、一電子式生物感測器120、一黏著層130、一第二基板140、一流道層150、以及一覆蓋件160。

第一基板110具有一容置窗口111、一第一導線線路112、以及複數個第一導通孔113，其中，容置窗口111係鏤空設置於第一基板110之中間部分，複數個第一導通孔113內填充一導電性材料，且分別在複數個第一導通孔113的下端設置有一導 電墊114、其上端連接第一導線線路112，第一導線線路112、導電墊114與複數個第一通孔113內填充的導電性材料電性相連。

第一基板110更包括一由主動和/或被動元件組成的第一電路(圖中未示)，第一電路與第一導線線路112電性相通。並且，第一基板110亦可為一多層基板的堆疊結構，以容許設置結構更複雜且功能更多的第一電路。

電子式生物感測器120係藉由一固著材料121結合設置於第一基板110的容置窗口111內，具有一生物感測層122以及複數個導電墊123，其中，生物感測層122係朝上設置，暴露於第一基板110的容置窗口112內，複數個導電墊123朝上設置，提供電子式生物感測器120的電性連接。

黏著層130結合設置於第一基板110上，具有一第一鏤空窗口131以及複數個導電凸塊132，其中，第一鏤空窗口131對應設置於電子式生物感測器120的生物感測層122上方，以暴露生物感測層122，複數個導電凸塊132分別對應設置於電子式生物感測器120的複數個導電墊123與第一基板110的第一導線線路112上，且分別與其電性連接，並封閉電子式生物感測器120上之導電墊123及第一基板110上之第一導線線路112。

第二基板140結合設置於黏著層130的上方，具有一第二鏤空窗口141以及一第二導線線路142，其中，第二鏤空窗口141對應設置於黏著層130的第一鏤空窗口131與電子式生物感測器120的生物感測層122上方，以暴露生物感測層122，第二 導線線路142係設置於第二基板140之朝下表面，與黏著層130及複數個導電凸塊132電性相連，第二基板140之表面可依應用需求改質成親水性或疏水性之表面。

同樣地，第二基板140更包括一由主動和/或被動元件組成的第二電路(圖中未示)，第二電路與第二導線線路142電性相通。並且，第二基板140亦可為一多層基板的堆疊結構，以容許設置結構更複雜且功能更多的第一電路。

流道層150設置於第二基板140上方，且具有至少一流道，以供至少一流體流動。

值得注意的是，流道層150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，以進行至少一流體之流動及預處理。流道層150亦可為一多層次結構，具有複數層數，以供不同流體流動，且其表面係改質成親水性或疏水性之表面。流道層150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，流道層更可包括一第三電路(圖中未示)，第三電路係與第二基板140上的第二電路電性相連，且第三電路與其連接處係與至少一流體隔絕。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，皆應隔絕流體，避免流體滲漏；例如，前述之第一電路與第二電路亦與至少一流體隔絕。

覆蓋件160設置於流道層150上方，並具有至少一第一流體入口161及至少一第一流體出口162，以供至少一流體之流入及流出，至少一流體入口161及至少一流體出口162與流道層150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161流入，藉由至少一流道流經第二基板140的第二鏤空141與黏著層130的第一鏤空窗口131，藉以接觸電子式生物感測器120的生物感測層122，以進行感測，再從至少一流體出口162流出。

覆蓋件160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。

值得注意的是，為了簡化組裝程序，上述各構件之間可以整合方式製作，以減少構件的數目、降低組裝的複雜度。例如，覆蓋件160與流道層150整合為一體，或流道層150與第二基板140整合為一體，或覆蓋件160、流道層150與第二基板140整合為一體，或覆蓋件160、流道層150與第二基板140整合為一體。

其中，流道層150上更可依次設置其他基板與其他流道層，以形成更多層之基板結構，其他基板與其他流道層的結構與結合方式與第二基板140與流道層150相同。

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多基板整合結構，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，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‧‧‧第一基板

111‧‧‧容置窗口

112‧‧‧第一導線線路

113‧‧‧第一導通孔

114‧‧‧導電墊

120‧‧‧電子式生物感測器

121‧‧‧固著材料

122‧‧‧生物感測層

123‧‧‧導電墊

130‧‧‧黏著層

131‧‧‧第一鏤空窗口

132‧‧‧導電凸塊

140‧‧‧第二基板

141‧‧‧第二鏤空窗口

142‧‧‧第二導線線路

150‧‧‧流道層

160‧‧‧覆蓋件

161‧‧‧第一流體入口

162‧‧‧第一流體出口

Claims (10)

1. 一種電子式生物感測器與微流體裝置的多基板整合結構，包括：一第一基板，具有一容置窗口、一第一導線線路、以及複數個第一導通孔，其中該容置窗口係設置於該第一基板之中間部分，該複數個第一導通孔內填充一導電性材料，且分別在該複數個第一導通孔的下端設置有一導電墊、其上端連接該第一導線線路，該第一導線線路、該導電墊與該複數個第一導通孔內填充的該導電性材料電性相連；一電子式生物感測器，藉由一固著材料結合設置於該第一基板的容置窗口內，具有一生物感測層以及複數個導電墊，其中該生物感測層係朝上設置，暴露於該第一基板的容置窗口內，該複數個導電墊朝上設置，提供該電子式生物感測器的電性連接；一黏著層，結合設置於該第一基板上，具有一第一鏤空窗口以及複數個導電凸塊，其中該第一鏤空窗口對應設置於該電子式生物感測器的生物感測層上方，以暴露該生物感測層，該複數個導電凸塊分別對應設置於該電子式生物感測器的複數個導電墊與該第一基板的第一導線線路上，且分別與其電性連接，並封閉該電子式生物感測器上之導電墊及該第一基板上之該第一導線線路；一第二基板，結合設置於該黏著層的上方，具有一第二鏤空窗口以及一第二導線線路，其中該第二鏤空窗口對應設置 於該黏著層的該第一鏤空窗口與該電子式生物感測器的生物感測層上方，以暴露該生物感測層，該第二導線線路係設置於該第二基板之朝下表面，與該黏著層及該複數個導電凸塊電性相連，該第二基板之表面係改質成親水性或疏水性之表面；一流道層，設置於該第二基板上方，且具有至少一流道，以供至少一流體流動；以及一覆蓋件，設置於該流道層上方，並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，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，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第二基板的該第二鏤空窗口與該黏著層的該第一鏤空窗口，藉以接觸該電子式生物感測器的該生物感測層，以進行感測，再從該至少一流體出口流出。
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多基板整合結構，其中，該第一基板更包括一由主動和/或被動元件組成的第一電路，該第一電路與該第一導線線路電性相通。
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多基板整合結構，其中，該第二基板更包括一由主動和/或被動元件組成的第二電路，該第二電路與該第二導線線路電性相通。
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多基板整合結構，其中，該第一基板係為一多層基板的堆疊結構。
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多基板整合結構，其中，該第二基板係為一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多基板整合結構，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多基板整合結構，其中，該流道層係為一多層次結構，具有複數層數，且其表面係改質成親水性或疏水性之表面。
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多基板整合結構，其中，該流道層更包括一第三電路，該第三電路係與該第二基板上的第二電路電性相連，且該第三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多基板整合結構，其中，該覆蓋件與該流道層整合為一體，或該流道層與該第二基板整合為一體，或該覆蓋件、該流道層與該第二基板整合為一體，或該覆蓋件、該流道層與該第二基板整合為一體。
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多基板整合結構，其中，該流道層上更可依次設置其他基板與其他流道層，以形成更多層之基板結構，該其他基板與其他流道層的結構與結合方式與該第二基板與該流道層相同。