[發明專利]用于制造集成流體芯片的方法和系統

有效

• 申請號: 200980137623.0
• 申請日: 2009-07-23
• 公開（公告）號: CN102165076A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 大衛·S·科恩
• 申請（專利權）人: 弗盧丁公司
• 主分類號: C12Q1/68
• 分類號: C12Q1/68;B01L3/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉曉峰

技術領域

本發明整體上涉及微加工結構以及用于制作微加工結構的方法。本發明的實施例僅僅以示例的方式提供了用于制作用于執行各種生物和化學分析的集成流體芯片的方法。本文所述的方法和系統的范圍還可應用于調整流體流動中使用的流體裝置的制作和操作。

背景技術

已經采用各種方法來制造微流體泵和閥。制造包括泵和閥的微機電(MEMS)結構的一種方法是基于硅的立體微加工(bulk?micro-machining)技術。這是減法式制作方法，其中單晶硅通過光刻來形成圖案，然后被蝕刻以形成三維結構。制造包括泵和閥的MEMS結構的另一種方法是表面微加工技術。這是加法式方法，其中半導體型材料(例如多晶硅、氮化硅、二氧化硅)層和各種金屬層被依次地添加并被形成圖案以制成三維結構。

基于硅的微加工技術的第一種方法的受限之處在于，用在所述過程中的半導體材料的剛度需要高致動力，其又導致大的和復雜的設計。實際上，立體微加工方法和表面微加工方法都受到用在特定過程中的材料剛度的限制。另外，在所加工的器件的各層之間的粘結提出了關于可靠操作的問題。第一方法的另一個限制是通常采用晶片鍵合技術來形成多層結構。所述第二方法的受限之處在于，器件的各層之間的熱應力限制了總的器件厚度，總的器件厚度經常被限制至大約20μm。采用上述方法中的每一種，通常都需要無塵室制造和仔細的品質控制。

本申請的受讓人已經研發了基于多層、軟光刻過程的用于制造包括彈性結構的集成(即單塊的)流體芯片的方法和系統。如美國專利No.6,793,753所述，可以制造包括支撐流體流動的一個或更多的層以及配置成控制這些流體的流動的一個或更多的層的多層彈性結構，所述美國專利No.6,793,753的公開內容以引用的方式出于所有的目的整體地并入到本文中。

不管在與這種集成流體芯片的制作相關的技術上完成了多少進步，本領域中都需要用于制作微流體器件的改進的方法和系統。

發明內容

本發明提供涉及微制作結構的制造的方法。本發明的實施例僅僅以示例的方式提供了用于制作用于進行各種生物和化學分析的集成流體芯片的方法。本文所述的方法和系統的范圍還可應用于調整流體流動時所使用的流體裝置的制作和操作。

根據本發明的一實施例，提供一種用于制造一個或更多的集成流體芯片的方法。所述方法包括：提供第一襯底，所述第一襯底在其上形成有一個或更多的模制特征；和在所述第一襯底上形成第一彈性層。所述第一彈性層由模制表面和后表面限定。所述方法還包括：連接所述第一彈性層的所述后表面至支撐襯底。所述方法還包括：提供第二襯底，所述第二襯底在其上形成有一個或更多的第二模制特征；和在玻璃襯底上形成第二彈性層。所述第二彈性層由模制表面和后表面限定。另外，所述方法包括：對準所述玻璃襯底與所述支撐襯底；和結合所述第一彈性層的所述模制表面至所述第二彈性層的所述后表面。

根據本發明的另一實施例，提供一種用于制造一個或更多的集成流體芯片的方法。所述方法包括：提供襯底，所述襯底具有大于28平方英寸的第一表面積；在所述襯底上形成多個模制特征；和形成包括彈性材料的層，所述彈性材料覆蓋所述襯底和所述多個模制特征。所述方法還包括：提供第二襯底，所述第二襯底具有大于28平方英寸的第二表面積；在所述第二襯底上形成第二多個模制特征；和形成包括第二彈性材料的第二層，所述第二彈性材料覆蓋所述第二襯底和所述第二多個模制特征。所述方法還包括：結合所述層至所述第二層。

根據本發明的特定的實施例，提供一種集成流體芯片。所述集成流體芯片包括：襯底，所述襯底由大于28平方英寸的橫向表面積限定；和第一彈性層，所述第一彈性層具有模制表面和頂表面。所述第一彈性層的模制表面連接至所述襯底的一部分。所述第一彈性層包括多個第一溝道，所述第一溝道從所述襯底垂直地延伸至所述第一彈性層內部的第一尺寸。所述集成流體芯片還包括第二彈性層，所述第二彈性層具有模制表面和頂表面。所述第二彈性層的模制表面連接至所述第一彈性層的頂表面的至少一部分。

根據本發明的另一特定的實施例，提供一種集成流體芯片。所述集成流體芯片包括：襯底；和彈性結構，所述彈性結構連接至所述襯底。所述彈性層包括：第一層，所述第一層具有寬度小于1000μm的多個流動溝道以及與所述多個流動溝道流體連通的多個腔。所述多個腔的組合體積大于115μl。所述彈性層還包括：第二層，所述第二層具有寬度小于1000μm的多個控制溝道。所述第二層布置在平行于所述第一層的平面中。