用於分子篩選、測量及分離的具有多孔薄膜的微流體裝置的製作方法

2023-10-04 11:51:14 3

專利名稱：用於分子篩選、測量及分離的具有多孔薄膜的微流體裝置的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及微流體裝置，更具體地(但並非排他地)，涉及具有集成多孔矽(porous silicon)薄膜的微流體裝置，所述薄膜用來過濾注入流的分子成分以測量和/或分離化學和/或生物分子。
背景技術：
隨著微晶片製造技術的範圍不斷擴大，已經產生一種被稱為微流體裝置的與微型機件有關的新技術。微流體裝置通常包括微型化的貯存器、泵、閥、濾波器、混合器、反應腔及互連所述微型組件的毛細網絡，人們正在不斷地對它們進行開發以使其在各種配置情況中使用。例如，微流體裝置可設計成，通過提供在無人幹預情況下執行數百項操作的能力(例如混合、加熱、分離)，以在一個微儀器中執行多種反應和分析技術。在某些情況下，微流體裝置可作為空氣毒素偵測器、犯罪現場調查員所需的快速DNA分析器、和/或加速藥品開發的新驗藥器。
雖然此類微流體裝置的應用實際上並無限制，但是由於在技術上將某些微型組件集成到微流體系統中是困難的，因此限制了單個裝置或組合裝置可完成功能的範圍。特別地，目前的微流體系統尚未將一個尺寸分離(size-separating)(或濾除)過濾器充分地集成到一個微流體晶片中。因此，分離一般是在外部包裝的多孔媒體或基於聚合物的納米孔(nanopore)薄膜中進行，從而增加了汙染風險，並在分析或其他技術的執行中引入了額外的複雜性和人為幹預。


附圖中，在本發明的非限制性、非排他性的實施例的所有視圖中，相同的元件符號代表相同的部件，其中
圖1a-圖1e示出了根據本發明一個實施例的一個微流體裝置的各個視圖，其中單個多孔矽薄膜整體地形成於一個襯底中；圖2a-圖2e示出了一個使用堆疊通道式結構的微流體裝置的實施例的各個視圖，其中多孔薄膜被放置在上微流體通道和下微流體通道的端部之間；圖3a-圖3e示出了一個微流體裝置的實施例的各個視圖，其中多個整體式多孔矽薄膜被放置於沿微流體通道的各點；圖4a-圖4d示出了一個具有層疊堆疊通道式結構的微流體裝置的實施例的各個視圖，其中所述平臺襯底包括多個襯底層；圖5a-圖5e示出了一個具有層疊堆疊通道式結構的微流體裝置的實施例的各個視圖，其中所述平臺襯底包括上襯底構件和下襯底構件；圖6a-圖6f示出了一個微流體通道的各種剖視圖，其中MEMS鉸鏈驅動器用於在通過位置和過濾位置之間旋轉多孔矽薄膜；圖7是一個流程圖，其描述了根據本發明一個實施例而執行的操作，以在微流體通道內形成整體式多孔矽薄膜；圖8是一個流程圖，其描述了可用於製造根據本發明一個實施例的多孔薄膜的操作；以及參考圖9a-圖9f描述了對應於一種操作的各個處理階段，所述操作是用於根據本發明一個實施例製造圖6a-圖6f的MEMS鉸鏈驅動器及多孔矽薄膜。
具體實施例方式
在此詳細說明了具有集成多孔矽薄膜的微流體裝置及其製造和使用方法的實施例，所述集成多孔矽薄膜用於分子篩選、測量及分離。在以下說明中提供許多具體細節(例如各種系統組件的識別)，以便於全面了解本發明的實施例。但是，本領域技術人員應意識到，在不存在一個或多個所述具體細節的情況下，或者在使用其他方法、組件和材料等的情況下，仍然能夠實施本發明的實施例。為了避免掩蓋本發明實施例的特徵，在有些情況下並未示出或詳細說明公知的結構、材料或操作。
在整個說明書中所述的「一個實施例」或「實施例」是指，結合該實施例所闡述的特定功能、結構或特性包含在本發明的至少一個實施例中。因此在整個說明書中各處所出現的短語「在一個實施例中」或「在實施例中」並非指相同的實施例。此外，所述特定特徵、結構或特性可在一個或多個實施例中採用任一適合的方式進行組合。
總之，本發明的實施例提供了一種具有至少一個集成多孔矽薄膜的微流體裝置，以從引入所述微流體裝置的注入流中篩選、測量和/或分離分子成分。根據上述內容及所附的權利要求，並結合所述附圖來理解詳細說明及討論，讀者將明白該示例性實施例的其他特徵。
現在參考所述附圖，特別是參考圖1a-圖1e，其中示出了微流體裝置100的實施例。微流體裝置100使用了集成的納米多孔薄膜102，所述薄膜被放置在形成於襯底106中的微流體通道104的一個區段中。所述微流體通道104包括一個與流入貯存器110連接的輸入區段108和一個與流出貯存器114連接的輸出區段112。在一個實施例中，所述裝置進一步包括覆蓋層(cover)116。覆蓋層116一般可包括孔(例如孔110A和114A)，可通過所述孔來輸入和/或汲取流體。或者，所述覆蓋層可由易於穿孔的材料製成，以通過注射器或類似裝置輸入或汲取流體。
如此處所述，各種實施例的多孔薄膜包括一個多孔結構，所述結構可用以過濾、測量和/或分離化學和/或生物分子。所述多孔薄膜一般可以製造成使其孔隙率沿某一選定方向最大。此外，通過下述製造過程，可將孔尺寸從幾納米調整為數微米，從而能夠對目標化學及生物分子進行篩選、測量及分離。
圖2a-圖2e所示為「堆疊通道」式微流體裝置200的實施例，所述裝置所使用的多孔薄膜202放置在上通道204和下通道206的端部之間。在圖2a-圖2e所描述的實施例的具體實施中，流入流體輸入流入貯存器210中並流入上通道204。然後，所述流入流體的一部分穿過多孔薄膜202並流入下通道206。然後，穿過所述多孔薄膜的所述部分流體(包括流出流體)可被收集於流出貯存器214中。
在一個實施例中，微流體裝置200包括一個三件式裝配件，所述裝配件包括一個上襯底構件220和一個下襯底構件222，它們被夾在多孔薄膜202的周圍。一般，可在所述上襯底構件或所述下襯底構件中形成一個凹陷以容納所述多孔薄膜，例如在上襯底構件220中形成凹陷224。給定貯存器的一部分可根據所述貯存器的構造，形成於各自襯底構件中，例如由部分210A和210B(對應於流入貯存器210)以及部分214A和214B(對應於流出貯存器214)所描述的。與上面對微流體裝置100所述相類似，微流體裝置200還可包括一個覆蓋層，所述覆蓋層包括貯存器孔或由適於與注射器或類似裝置(未示出)一起使用的材料製成。
圖3a-圖3e所示的微流體裝置300使用了多個集成多孔薄膜。在該示例性實施例中，微流體裝置300包括形成於襯底306中的蛇形通道304。所述通道的輸入端一般可連接至儲存構件或用於所述流入流體的供應來源，例如流入貯存器(未示出)或輸入埠330，經由所述輸入埠來供應所述流入流體。類似地，所述通道的輸出端可連接至用以儲存所述流出流體(未示出)的構件，或可包括排出埠332，可經由所述排出埠並通過一個流出捕獲構件來收集所述流出流體。
微流體裝置300使用多個放置於沿通道304的多個位置的多孔薄膜，其包括多孔薄膜302A、302B、302C、302D、302E及302F。在一個實施例中，所述孔尺寸隨所述流體遇到的每個多孔薄膜而減小，從而使所述被分析流體能夠分離成各種化合物。在另一個實施例中，所述多孔薄膜的孔隙率基本近似，從而使目標分子得到更全面的過濾。
微流體裝置300一般可採用或不採用一個覆蓋層，例如覆蓋層316。所述覆蓋層可包括孔，用以存取所述通道各區段所包含的流體，或可包括一種材料，所述材料可輕易穿透以便能夠通過注射器或類似器械來存取此類通道區段。
圖4a-圖4d所示為多層堆疊通道式微流體裝置400，其採用多個多孔薄膜402A、402B、402C及402D，所述薄膜被分別放置在各自的襯底層406A、406B、406C、406D及406E之間。多個堆疊式微流體通道被限定在所述襯底層中，以便所述被分析流體(的部分)以層疊形式流經所述多孔薄膜，所述通道包括上微流體通道404A、404B、404C及404D，以及下微流體通道406A、406B、406C及406D。所述裝置進一步包括多個貯存器410A、410B、410C、410D及410E，所述貯存器被放置在所述多孔薄膜之間，其中所述流體的分離部分可被儲存和存取。如上所述，微流體裝置400還可包括一個覆蓋層(未示出)，若所述流體量很小則可能需要所述覆蓋層。所述多孔薄膜一般可放置在形成於襯底層中的連接上微流體通道或下微流體通道的凹陷中，例如凹陷424A、424B、424C及424D。如上所述，所述多孔薄膜可以具有不同的孔隙率(例如，用于越來越細的過濾)或類似的孔隙率(用於在單個裝置內提供多次過濾循環)。
圖5a-圖5e所示為堆疊通道式微流體裝置500，其使用上襯底構件和下襯底構件520及522而非多個襯底層。應注意到，微流體裝置400及500中最後兩位數字相同的各種組件和特徵在這兩個實施例中執行基本類似的功能。
多孔薄膜製造及特性根據本發明的一個方面，此處所使用的多孔薄膜包括多孔結構，所述結構可用於過濾、測量和/或分離化學和/或生物分子。多孔薄膜一般可以製造成使其孔隙率沿某一選定方向最大。此外，經由下面所述的製造過程，所述孔尺寸可從幾納米調整為幾微米，從而使目標化學及生物分子的篩選、測量及分離能夠進行。
一般，用於所述集成實施例(即微流體裝置100及300)的多孔薄膜由與所述襯底相同的材料製成。在所述堆疊通道式實施例(即微流體裝置200、400及500)的情況下，可用於製造所述多孔薄膜的材料範圍較廣，在所述材料中可形成納米及微多孔結構，而與所述襯底層或構件所用的材料無關。例如此類材料包括但不限於單晶多孔矽(porous silicon，PSi)、多孔多晶矽(porous polysilicon，PPSi)、多孔矽石、沸石、光阻材料、多孔晶體/聚合體等。
在一個實施例中，多孔矽被用於所述多孔薄膜。多孔矽是一種特性良好的材料，其是在存在HF(氫氟酸)的情況下通過電磁靜電、化學或光化學蝕刻工藝製成的(A.G.Cullis，et al.，J.Appl.Phys.，1997，82，909.)。一般可通過電化學蝕刻或染色蝕刻將多孔矽製成矽層中的複雜、各向異性納米晶體結構(參考http//chemfaculty.ucsd.edu/sailor)，以形成多孔矽。孔的尺寸和方向可通過蝕刻條件(例如電流密度等)和襯底類型及其電學化特性來控制(R.L.Smith，et al.，″Porous siliconformation mechanisms″，J.Appl.Phys.，1992，71，R1；P.M Fauchet，″Pitsand PoresFormation，and Significance for Advanced LuminescentMaterials″，P.Schmuki et al.，eds.Pennington，NJElectrochem.Soc.，1997，27)。一般地，中線(median)孔尺寸範圍從約50埃至約10微米，並且矽中的孔在數毫米的距離上保持高縱橫比(約250)。
另一類多孔矽可通過電火花腐蝕而形成(R.E Hummel，et al.，″Onthe origin of photoluminescence in spark-eroded(porous)silicon″，Appl.Phys.Lett.，1993，63，2771)，從而形成一個Si表面，所述表面具有以微米至納米為尺度的各種尺寸的凹陷及凸面。Si納米結構可在各向異性蝕刻後通過氧化而產生(A.G.Nassiopoulos，et al.，″Light emission formsilicon nanostructures produced by conventional lithographic and reactiveion etching techniques″，Phys.Stat.Sol.(B)，1995，1990，91；S.H.Zaidi，et al.，″Scalable fabrication and optical characterization of nm Si structures″.In Proc.Symp.Mater.Res.Soc.，1995，358，957.)。雖然氧化了通過化學氣相沉積而沉積的微晶膜，但是Si微晶可通過SiO而鈍化以形成納米晶體結構(H.Tamura，et al.，″Origin of the green/blue luminescence fromnanocrystalline silicon″，Appl.Phys.Lett.，1994，65，92)。
參考流程7，用於微流體裝置100和300的集成多孔薄膜可按如下流程進行製造。在方塊700中，可採用標準微電子技術在矽襯底中製造微流體通道區段，其由一個或多個各自獨立的間隙(gap)分隔開。然後，在方塊702中，所述矽間隙可通過電化學蝕刻或染色蝕刻進行蝕刻，以形成多孔矽。可通過適當的蝕刻條件(例如電流密度等)和襯底類型及其電阻率來控制所述孔的尺寸和方向。
參考圖8的流程，根據本發明一個實施例的所述堆疊通道式實施例的多孔薄膜(例如多孔薄膜212、402及502)的製造過程按如下進行。首先在方塊800中，多孔矽通過電化學或染色蝕刻而被蝕刻在厚度一般為約0.01至50微米的矽層中，以形成多孔矽。在另一個實施例中，根據方塊802，多孔多晶矽(PPSi)通過低壓化學氣相沉積(LPCVD)來沉積。孔的尺寸和方向、孔隙率、粒度、厚度等可經由適當的蝕刻條件(例如電流密度、電流時間等)、沉積條件(例如溫度、壓力等)、還包括襯底類型及其電化學特性等來控制。
下一步，在方塊804中，PSi膜(或PPSi膜)可通過電解拋光「剝離」而與PSi蝕刻或PPSi沉積矽物理地分離，並懸浮在溶液中。或者，PPSi膜可在直接沉積於襯底(例如矽、石英等)上時形成，並可通過各種標準蝕刻或微機械加工技術來物理地分離，或保存作為原始結構的一部分，以立即用以進一步蝕刻、微機械加工等。然後，在方塊806中，所述PSi或PPSi膜被固定在一個對應的凹陷中，所述凹陷形成於襯底中，其接近交叉通道區域的一半處。
製造後，所述多孔薄膜被裝配以被放置在所述上或下襯底構件或襯底層中的各自獨立的凹陷內。所述襯底構件和層一般可由各種襯底材料製成，所述材料包括但不限於晶體襯底(例如矽)及聚合物。在一個實施例中，所述襯底材料包括聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane；PDMS)。
採用MEMS驅動器的多孔薄膜的動態定位根據本發明的一個方面，可製造使用多孔薄膜的實施例，該多孔薄膜被放置在一個微流體通道內並可與所述襯底旋轉式耦合。例如，圖6a-圖6f顯示了對應微流體裝置600的所述實施例的通道的細節。在該實施例中，多孔矽薄膜602經由微機電系統(MEMS)鉸鏈驅動器640被旋轉式耦合到通道604底座中的襯底606。在一個實施例中，所述裝置進一步使用可選的位置鎖定MEMS驅動器642，所述驅動器形成於覆蓋層616的下側。
圖6a及圖6b顯示了MEMS驅動器640及642的最初位置。在圖6c和圖6d中，所述MEMS鉸鏈驅動器640為電啟動，引起多孔矽薄膜602旋轉至垂直「過濾」位置，從而阻塞通道604。在此位置，所述多孔矽薄膜按上面參照多孔薄膜102和302所述的方式提供了一個半透屏障。在一個實施例中，所述多孔薄膜被旋轉，直至其到達一個停止點，所述點從覆蓋層616的下側向下延伸，或從所述通道的兩側向外延伸(兩者均未示出)。在該示例性實施例中，所述多孔矽薄膜的位置通過位置鎖定MEMS驅動器642的電啟動而鎖定在適當位置，如圖6e和圖6f所示。
MEMS組件一般包括具有對應納米或微米級尺寸的集成機電元件或系統。可採用公知的微製造技術將MEMS組件製造在一個公共平臺上，例如基於矽的或等效襯底(例如，Voldman，et al.，Ann.Rev.Biomed.Eng，1401-425，1999)。可採用集成電路(integrated circuit；IC)工藝來製造MEMS組件，例如互補性金屬氧化物半導體(CMOS)、雙極(Bipolar)或雙極互補性金屬氧化物半導體(BICOMS)工藝及類似工藝。其可採用在電腦晶片製造中公知的光微影惡和蝕刻方法來圖案化。所述微機械組件可採用兼容的「微機械加工」工藝而製造，微機械加工工藝選擇性地將部分矽晶圓蝕刻掉或添加新的結構層，以形成所述機械和/或機電組件。MEMS製造中的基本技術包括將薄膜材料沉積在襯底上，通過光蝕法成像或其他已知的光刻法將圖案化掩模施加在所述膜的頂部上，並選擇性地蝕刻所述膜。所用的沉積技術可包括化學工藝，例如化學氣相沉積(CVD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、電極沉積、外延法(epitaxy)及熱氧化，以及物理工藝，例如物理氣相沉積(PVD)及鑄造。
參考圖9a-圖9f，根據本發明的一個實施例的微流體裝置600的MEMS鉸鏈/多孔矽薄膜結構的製造過程按如下進行。最初，適當的微流體通道部分604形成於襯底606中，其中通道底座650在圖9a中描述。然後，凹陷652及654進一步形成於所述襯底中。所述通道及凹陷可採用各種公知的微機械加工技術中的一種來形成，如上所述。下一步次，如圖9b所示，填料656中的一層沉積於凹陷654中。此層最好應由可採用蝕刻劑而輕易蝕刻的材料製成，所述蝕刻劑對其他結構層將不會有影響或僅有最小影響。
在施加了所述填料後，所述MEMS鉸鏈驅動器即形成。在一個實施例中，MEMS鉸鏈驅動器可採用壓電陶瓷雙壓電晶片夾層結構而製造。簡言之，壓電陶瓷雙壓電晶片夾層元件可用於引起所述元件彎曲或變形的驅動器是公知的。所述雙壓電晶片夾層一般包含導體及壓電陶瓷材料的交替層。橫跨所述夾層的電位啟動後，所述(等)壓電陶瓷層引起膨脹或收縮，同時所述導電層基本上保持不受影響。結果，所述驅動器因所述(等)壓電陶瓷層的長度變化而引起彎曲，彎曲方式與曝露於各種溫度時的一個雙金屬帶的彎曲相類似。
參考圖9c，導體層658被放置在接近於凹陷652的位置，以便與某一預定圖案中的填料656的一部分重疊。所述導體層一般可包括各種金屬(例如銅或鋁)中的一種。其次，壓電陶瓷層660被放置於導體層658上，如圖9d所示。取決於所用雙壓電晶片元件的特定特性，可採用類似方式新增額外交替導體及壓電陶瓷層(未示出)。此產生用於MEMS鉸鏈驅動器640的結構。
此時，所述多孔矽薄膜即形成。在一個實施例中，多孔矽薄膜602根據用於形成上述納米多孔多晶矽的方法經由多晶矽的沉積而形成。圖9e顯示此操作的結果。所述處理通過將填料656蝕刻掉而完成，從而在所述多孔矽薄膜及MEMS鉸鏈驅動器640的一部分下面留下空隙662，如圖9f所示。此使MEMS鉸鏈驅動器及所述多孔矽薄膜的一部分不受襯底606約束，從而致動所述多孔矽薄膜在所述MEMS鉸鏈驅動器的電啟動後旋轉。
實施例的操作上述各種實施例一般用於過濾和分離生物及化學分子。例如，在微流體裝置100(圖1a-圖1e)中，包括流入流體的被分析物會流入輸入通道部分108，並在此遇到集成多孔薄膜102。隨著所述被分析物穿過所述多孔薄膜，較小分子能較快穿過所述孔矩陣，從而留下較大分子在所述薄膜的孔中受較長時間的限制。此產生了過濾的流出流體，具流入輸出貯存器114，在此其可被收集。
類似處理採用微流體裝置200(圖2a-圖2e)來進行。在此情況下，被分析流體被引入上微流體通道204，而且穿過多孔薄膜202。如上所述，所述較小分子能較快穿過所述孔隙矩陣，從而使所述較大分子在所述薄膜孔隙中受較長時間的限制。然後，所述過濾流出流體可從輸出貯存器214收集。
在微流體裝置300、400及500中用的層疊過濾器方法中，所述流入流體穿過多個多孔薄膜。如上所述，在某些實施例中，將配置多孔薄膜以便使由所述流體遇到的每個多孔薄膜的孔的標稱尺寸較小。此產生了分離效果，其中保留在順序的多孔薄膜之間的流體可選擇性地過濾以限制一個較小範圍的分子尺寸。此外，這種選擇性過濾流體可從各種通道部分汲取(例如用於微流體裝置300)，或從放置於所述多孔薄膜之間的貯存器汲取(例如用於微流體裝置400及500)。
雖然本文已經就有限數量的實施例來說明和闡述本發明，但是，本發明可以具體實施為各種形式，而不脫離本發明實質特徵的精神。所以，本文已闡述且說明的實施例(包含發明摘要中所述的)都應視為解釋性的而非限制性的。本發明的範圍由所附的權利要求來限定而非由前面的說明來限定，而且其包括了在所述權利要求等同物的意義和範圍內的所有變化。
權利要求
1.一種微流體裝置，其包括一個襯底，其具有形成於其中的一個微流體通道；以及一個多孔薄膜，其被放置於所述微流體通道中以在所述微流體通道的一個輸入區段與輸出區段之間形成一個半透屏障，並具有多個孔隙以選擇性地過濾可被引入所述微流體通道的所述輸入區段中的流入流體，從而在所述微流體通道的所述輸出區段產生已過濾的流出流體。
2.根據權利要求1所述的微流體裝置，進一步包括一個形成於所述襯底中的流入貯存器，其與所述微流體通道的所述輸入區段以流體連通方式連接。
3.根據權利要求1所述的微流體裝置，進一步包括一個形成於所述襯底中的流出貯存器，其與所述微流體通道的所述輸出區段以流體連通方式連接。
4.根據權利要求1所述的微流體裝置，其中所述多孔薄膜由所述襯底整體地形成。
5.根據權利要求1所述的微流體裝置，進一步包括一個覆蓋層，所述覆蓋層被放置於所述微流體通道的至少一部分上。
6.根據權利要求1所述的微流體裝置，其中所述多孔薄膜具有多個孔，所述孔具有一個在約50埃至約10微米範圍內的中線直徑。
7.一種微流體裝置，其包括一個襯底平臺，其包括一個上襯底構件，其具有形成於其中的一個上微流體通道；一個下襯底構件，其具有形成於其中的一個下微流體通道；和一個多孔薄膜，其被放置於所述上微流體通道和所述下微流體通道的端部之間，所述多孔薄膜包括一個半透屏障，所述屏障具有多個孔以選擇性地過濾引入所述上微流體通道的流入流體，從而在所述下微流體通道中產生已過濾的流出流體。
8.根據權利要求7所述的微流體裝置，其中所述多孔薄膜包括多孔納米結晶矽。
9.根據權利要求7所述的微流體裝置，其中所述多孔薄膜包括多孔多晶矽。
10.根據權利要求7所述的微流體裝置，其中所述多孔薄膜的中線厚度在約10納米至約50微米的範圍內。
11.根據權利要求7所述的微流體裝置，其中所述多孔薄膜具有多個孔，所述孔的中線直徑在約50埃至約10微米的範圍內。
12.根據權利要求7所述的微流體裝置，其中所述襯底包括一個聚二甲基矽氧烷襯底。
13.根據權利要求7所述的微流體裝置，進一步包括形成於所述平臺襯底中的至少一個各自獨立的貯存器，所述貯存器與所述上微流體通道和所述下微流體通道中的至少一個以流體連通方式連接。
14.一種微流體裝置，其包括一個襯底，其具有形成於其中的一個微流體通道；以及置於所述通道內的多個多孔矽薄膜，其定義了多個通道區段，每個多孔矽薄膜在所述多孔薄膜相對側上的各自的通道區段之間形成一個半透屏障，並具有多個孔，經由所述孔來選擇性地過濾在一個多孔矽薄膜的一個輸入側所提供的流入流體，從而在所述多孔矽薄膜的一個輸出側產生已過濾的流出流體。
15.根據權利要求14所述的微流體裝置，其中所述多個多孔薄膜中的每一個皆由所述襯底整體地形成。
16.根據權利要求14所述的微流體裝置，進一步包括一個覆蓋層，所述覆蓋層被放置在所述微流體通道的至少一部分上。
17.根據權利要求14所述的微流體裝置，其中所述微流體通道的結構基本上為蛇形通道。
18.根據權利要求14所述的微流體裝置，其中沿一個經由所述微流體通道的流動路徑順序地配置所述多個多孔薄膜，以便沿所述流動路徑遇到的每個相繼的多孔薄膜都具有比先前的多孔薄膜小的標稱孔尺寸。
19.根據權利要求14所述的微流體裝置，其中所述多個多孔薄膜具有基本類似的標稱孔尺寸。
20.一種微流體裝置，其包括一個襯底平臺，其中形成了多個層疊的微流體通道，其分別包括一對上微流體通道和下微流體通道；以及多個多孔薄膜，每個皆被放置於各自獨立的一對上微流體通道和下微流體通道的端部，並包括一個具有多個孔的半透屏障以選擇性地過濾可引入其輸入側上微流體通道中的流入流體，從而在其輸出側的所述下微流體通道中產生已過濾的流出流體。
21.根據權利要求20所述的微流體裝置，其中所述襯底平臺包括多個襯底層，每個襯底層具有形成於其中的上微流體通道和下微射通道中的至少一個。
22.根據權利要求20所述的微流體裝置，其中所述襯底平臺包括一個上襯底構件和一個下襯底構件，裝配時，這些襯底構件被夾在所述多個多孔襯底的周圍。
23.根據權利要求20所述的微流體裝置，進一步包括多個貯存器，所述貯存器沿一個通過所述多個層疊微流體通道的流動路徑放置。
24.一種微流體裝置，其包括一個襯底，其具有形成於其中的微流體通道；以及一個多孔薄膜，其被放置於所述微流體通道內並與所述襯底旋轉式耦合，以便當所述多孔薄膜被旋轉至一個過濾位置時，起到半透屏障的作用，所述半透屏障具有多個孔，以選擇性地過濾可被引入所述多孔薄膜輸入側的微流體通道中的流入流體，以在所述多孔薄膜的輸出側產生已過濾的流出流體，並且當所述多孔薄膜被旋轉至一個通過位置時，流經所述微流體通道的流體可自由繞過所述多孔薄膜。
25.根據權利要求24所述的微流體裝置，其中所述多孔薄膜與所述襯底經由第一微機電系統(MEMS)驅動器而旋轉式耦合。
26.根據權利要求24所述的微流體裝置，進一步包括一個覆蓋層，所述覆蓋層與所述襯底耦合，並被放置在所述微流體通道的至少一部分上。
27.根據權利要求24所述的微流體裝置，進一步包括一個第二MEMS驅動器，其用於將所述多孔薄膜鎖定在所述過濾位置中。
28.一種用於製造微流體裝置的方法，其包括在一個矽襯底中形成一個微流體通道，所述襯底包括多個通道區段，所述多個通道區段由一個或多個矽間隙分隔開；以及蝕刻所述一個或多個矽間隙，以形成一個或多個相應的多孔薄膜，所述薄膜被放置在所述通道區段之間的微流體通道中。
29.根據權利要求28所述的微流體裝置，其中所述一個或多個多孔薄膜包括多個多孔薄膜，其分別具有沿所述微流體通道的流動路徑減小的孔隙率。
30.根據權利要求28所述的微流體裝置，其中所述一個或多個矽間隙是採用電化學蝕刻或染色蝕刻而蝕刻的。
全文摘要
用於所分析流體的分子篩選、測量及分離的具有多孔薄膜的微流體裝置。一方面，一個微流體裝置包括一個具有輸入和輸出微流體通道區段的襯底，所述區段由一個多孔薄膜分隔開，所述多孔薄膜被集成到所述襯底中而形成。另一方面，所述多孔薄膜可包括夾在上襯底構件和下襯底構件之間的一個薄膜。所述微流體裝置可包括一個或多個多孔薄膜。在一個實施例中，孔逐漸減小的多個多孔薄膜被沿一個微流體通道的部分而放置。在另一個實施例中，使用層疊的一系列上通道和下通道，其中每個上通道/下通道的界面皆由一個相應的多孔薄膜分離。另一方面，多孔薄膜經由微機電系統(MEMS)驅動器旋轉式地耦合到微流體通道內的襯底，以使所述多孔薄膜能夠被放置在過濾和通過位置中。
文檔編號B01L3/00GK1681596SQ03821301
公開日2005年10月12日 申請日期2003年9月5日 優先權日2002年9月17日
發明者S·陳, N·桑德拉拉珍, A·貝林, 山川峰雄 申請人:英特爾公司