[發明專利]分體式微機電系統及其制備方法

無效

• 申請號: 200810239015.8
• 申請日: 2008-12-04
• 公開（公告）號: CN101445216A
• 公開（公告）日: 2009-06-03
• 發明（設計）人: 王瑋;雷銀花;李志宏
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B01L3/00;B81C1/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司
• 代理人: 張國良

技術領域

本發明涉及微加工技術，尤其涉及生物微機電系統。

背景技術

隨著微加工技術的不斷發展，體積小、功耗低、無需復雜外部設 備、多種臨床功能集成的便攜式臨床生物微機電系統成為當前研究的 熱點，也被認為是下一代臨床檢驗和監測并構建真正的床邊醫學 (Point?of?Care)的關鍵技術之一。與相關實驗室研究蓬勃發展形成 鮮明對比的是，生物微機電系統的產業化發展一直緩慢甚至停滯不 前，這其中最終器件的成本問題被公認為是亟待解決的關鍵問題。

由于生化反應需要，生物微機電系統通常尺寸較大(cm量級)， 這就喪失了在微機械式傳感器/執行器中由微加工技術所帶來的單位 高產出的優勢。同時在生物微機電系統中由于復雜功能實現的需要， 器件需要集成微金屬電極(加熱器、溫度傳感器等)以及CMOS電 路等昂貴的單步或集成工藝，這無疑使得本身已無法實現高單片產出 率的生物微機電系統的成本再次大為提高。盡管采用聚合物材料，應 用軟光刻技術等非微電子工藝能夠制備出具有一定功能的、低成本的 生物芯片，但面對多功能以及復雜功能集成需要，該技術從根本上力 有不逮。與此同時，生化檢測與分析的特殊性決定了與樣品及反應試 劑直接接觸的芯片無法重復使用，這使得相應的生物微機電系統必須 是一次性可拋棄的，在制備過程中所發生的所有費用都將成為相關生 化檢測和分析的成本。因此，如何降低芯片制備成本成為擺在生物微 機電系統進入日常生活、真正為社會服務道路中亟待解決的關鍵問題 之一。

如Motorola公司提出了一種全集成的生物微機電系統，該系統將 微流體通道、微泵、微閥、微加熱器、溫度傳感器、微檢測器集成在 一個芯片系統中，在芯片中完成了血液樣品的裂解、提取、擴增和檢 測。該芯片包含多種功能，結構復雜，但制備成本較高；而微流體通 道的片上集成使得生物樣品直接與芯片接觸，從而使得芯片無法重復 使用；如前所述，上述兩方面因素使得該芯片單位操作成本過高，不 具有實用性。

發明內容

本發明的目的是提供一種分體式生物微機電系統及其制備方法， 該分體式生物微機電系統在提供優異功能的同時能夠明顯降低單位 操作的成本，具有更大的實用價值和更廣闊的產業化前景。

本發明的一個方面提供了一種分體式生物微機電系統，所述系統 包括結構上彼此獨立的聚合物微流控芯片與功能基底；所述聚合物微 流控芯片包含樣品通道，所述樣品通道與所述聚合物微流控芯片的連 接處具有多個通口；所述功能基底包括：形成于所述功能基底的底部 內表面上的絕緣層；以相同的間隔均勻分布于所述功能基底內的多個 隔熱結構，所述多個隔熱結構的頂部與所述功能基底的頂部表面相連 接，其底部與所述絕緣層相連接；位于所述功能基底的底部外表面上 的多個溫度控制單元，每一所述多個溫度控制單元位于兩個相鄰的隔 熱結構之間。

其中，每一所述多個隔熱結構包括連接結構和空氣間隙結構，每 一所述空氣間隙結構分別位于一個與之相對應的連接結構的上方且 所述空氣間隙結構的寬度大于所述相對應的連接結構的寬度。

其中，每一所述多個溫度控制單元包括微加熱器和溫度傳感器。

本發明的另一方面提供了一種分體式生物微機電系統的制備方 法，所述方法包括聚合物微流控芯片的制備過程和功能基底的制備過 程。

其中，所述聚合物微流控芯片的制備過程包括：采用標準硅微加 工工藝制備硅基模具；按比例配置聚合物預聚體且將其澆注于所述硅 基模具上；將所述澆注步驟后的模具置于真空中且去除澆注過程中產 生的氣泡；將所述去除氣泡步驟后的模具烘烤獲得聚合物；將所述烘 烤步驟后的固化的所述聚合物脫模；在所述脫模步驟后的所述聚合物 上制備通口；將所述制備通口步驟后的所述聚合物與無圖形聚和物薄 膜鍵和；