本發(fā)明涉及實體的連續(xù)流式的基于大小的分離，以及更具體地，涉及使用納米柱陣列結(jié)構(gòu)分離實體。

背景技術(shù)：

生物實體(諸如，細(xì)胞、蛋白質(zhì)、脫氧核糖核酸(dna)、核糖核酸(rna)等等)的分離和分選對包括診斷學(xué)、治療學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的大量生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用非常重要。

傳統(tǒng)上通過凝膠電泳進(jìn)行用于分析目的的蛋白質(zhì)和dna/rna分離，其中蛋白質(zhì)混合物經(jīng)受強電場(典型地，每厘米30伏特(v/cm))。蛋白質(zhì)或者dna/rna以取決于它們的大小和表面電荷的速率移動穿過凝膠。由已知有毒的丙烯酰胺聚合物或者瓊脂糖制備凝膠。通過用染料給蛋白質(zhì)染色或者用嚴(yán)重致癌的溴化乙錠(ethydiumbromide)給dna/rna染色來光學(xué)地展現(xiàn)電泳實驗的結(jié)果。凝膠需要足夠量的材料以使電泳結(jié)果可被檢測，但是凝膠基質(zhì)中的不良交聯(lián)通常導(dǎo)致不確定的結(jié)果和樣本的完全損失。如果凝膠基質(zhì)大小不適合樣本分子大小或者如果讓電泳運行太久，則也損失樣本。

為了分離大分子(諸如，dna、rna、蛋白質(zhì)和它們的片段)，廣泛地采用凝膠電泳。凝膠電泳目前具有每年世界范圍銷售額大于十億美元的市場。應(yīng)用于醫(yī)療診斷的凝膠電泳代表數(shù)十億美元市場。

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，硅(si)納米制造技術(shù)提供了納米結(jié)構(gòu)尺度的更加精確和準(zhǔn)確控制以及定位，以及因此可以產(chǎn)生基于顆粒大小的可靠的顆粒分選。迄今為止，使用硅(si)柱陣列的硅基芯片上實驗室(lab-on-a-chip)方法已經(jīng)表現(xiàn)出前景。然而，使用這些技術(shù)僅已展示了在微米(106或者微米(μm))范圍的分選，這沒有取得分選dna、蛋白質(zhì)等等需要的納米尺寸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了用于一種分選實體的方法。將實體引入納米柱陣列中，并且實體包括第一群體和第二群體。納米柱陣列包括布置為具有將一個納米柱與另一個納米柱分離的間隙的納米柱，并且納米柱被排序為相對于流體流動方向具有陣列角。通過在第一方向上輸送小于預(yù)定大小的實體的第一群體以及通過在與第一方向不同的第二方向上輸送至少為預(yù)定大小的實體的第二群體，來通過納米柱陣列對實體進(jìn)行分選。納米柱陣列被配置為采用具有小于300納米的間隙大小的間隙以分選具有亞100納米大小的實體。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種分選的方法。將實體引入納米柱陣列中，并且實體包括第一群體和第二群體。納米柱陣列包括布置為具有將一個納米柱與另一個納米柱分離的間隙的納米柱，并且納米柱被排序為相對于流體流動方向具有陣列角。基于分選接收實體，使得在第一方向上輸出實體的第一群體以及在與第一方向不同的第二方向上輸出實體的第二群體。間隙的間隙大小被調(diào)整為在第一方向上分選第一群體以及在第二方向上分選第二群體。根據(jù)納米柱陣列上設(shè)置的氧化物層的厚度和/或?qū)﹂g隙的化學(xué)改性中的至少一個來調(diào)整間隙大小。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種分選的方法。將實體引入納米柱陣列中，并且實體包括第一群體和第二群體。納米柱陣列包括有序布置的納米柱，以及納米柱具有化學(xué)改性。在分選之后接收實體，使得基于第一群體對化學(xué)改性具有親和力而在第一方向上輸出實體的第一群體，以及在與第一方向不同的第二方向上輸出實體的第二群體。

通過本發(fā)明的技術(shù)實現(xiàn)另外的特征和優(yōu)點。本文對本發(fā)明的其它實施例和方面進(jìn)行了詳細(xì)描述并將它們看作所要求保護(hù)的發(fā)明的一部分。為了更好地理解具有優(yōu)點和特征的本發(fā)明，參照下面的說明和附圖。

附圖說明

在本申請文件的結(jié)論部分處的權(quán)利要求中特別指出并明確地要求保護(hù)被看作本發(fā)明的主題。通過下面結(jié)合附圖理解的詳細(xì)說明，將明了本發(fā)明的前述特征和其它特征以及優(yōu)點，在附圖中：

圖1是示出陣列參數(shù)的定義的確定性側(cè)向位移(dld)陣列的示意圖。

圖2a圖示了中性區(qū)與微流體超材料(metamaterial)元件之間的界面處的顆粒軌跡的示意圖。

圖2b圖示了最簡單的超材料元件是相對于通道壁和主體流體流動以角+α傾斜的樁(post)的不對稱陣列。

圖2c圖示了示出微制造的樁陣列的截面sem圖像。

圖2d圖示了基于顆粒大小的等效微流體雙折射，其示出通過界面并從法線偏轉(zhuǎn)的2.7μm紅色熒光的時間追蹤。

圖3a至圖3g圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的納米柱陣列制造的工藝流程的示意圖，其中：

圖3a圖示了襯底上設(shè)置的硬掩模層；

圖3b圖示了在硬掩模層上設(shè)置抗蝕劑層；

圖3c圖示了對抗蝕劑層進(jìn)行圖案化；

圖3d圖示了對硬掩模層進(jìn)行圖案化；

圖3e圖示了將襯底蝕刻成柱陣列；

圖3f圖示了去除硬掩模圖案的柱陣列；以及

圖3g圖示了在柱陣列上設(shè)置氧化物層。

圖4a和圖4b是用于圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的去除硬掩模之前反應(yīng)性離子蝕刻的結(jié)果的相同晶片的掃描電子顯微鏡圖像。

圖4c和圖4d是用于圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的去除硬掩模之后反應(yīng)性離子蝕刻的結(jié)果的并行處理的晶片的掃描電子顯微鏡圖像。

圖5a和圖5b是用于圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的沒有熱氧化物的制造的納米柱陣列的另一個晶片的掃描電子顯微鏡圖像。

圖5c、圖5d和圖5e是用于圖示根據(jù)實施例的在納米柱陣列上生長熱氧化物的影響的并行處理的晶片的掃描電子顯微鏡圖像。

圖6a和圖6b是用于圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的從較小間隙大小開始的另一個晶片的掃描電子顯微鏡圖像。

圖6c和圖6d是用于圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的初始間隙大小較小時的氧化工藝的并行處理的晶片的掃描電子顯微鏡圖像。

圖7a圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的對柱陣列進(jìn)行化學(xué)改性以形成分選陣列表面的一般化學(xué)示意圖。

圖7b圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的通過對柱陣列施加金屬進(jìn)行化學(xué)改性以形成分選陣列表面的化學(xué)示意圖。

圖8a至圖8d是圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的作為改變柱之間的間隙大小的手段的分選陣列的化學(xué)改性的截面視圖，其中：

圖8a圖示了化學(xué)改性之前柱之間的間隙大?。?/p>

圖8b圖示了化學(xué)改性之后柱之間減小的間隙大??；

圖8c圖示了圖8a中的反應(yīng)部位的放大視圖；以及

圖8d圖示了圖8b中單層的放大視圖。

圖9a是圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的化學(xué)改性的分選陣列中的顆粒流動的俯視圖，其中與對表面單層具有親和力的顆粒相比有顆粒對表面單層沒有親和力。

圖9b是根據(jù)本發(fā)明實施例的納米柱、單層和具有親和力的顆粒的截面的放大視圖。

圖10a是圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的具有間隙變化的柱的截面視圖。

圖10b是圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的去除間隙變化的氧化工藝的截面視圖。

圖11是圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的具有柱陣列的芯片(流體器件)的俯視圖。

圖12是根據(jù)本發(fā)明實施例的提供流體裝置(例如，芯片)的方法。

圖13是根據(jù)本發(fā)明實施例的形成納米柱陣列的方法。

圖14是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的納米柱陣列中的柱的布置的示意圖的俯視圖。

圖15是根據(jù)本發(fā)明實施例的芯片的示意圖，現(xiàn)有兩個入口以及橫向通過納米柱陣列的不同大小的顆粒。

圖16a是根據(jù)本發(fā)明實施例的70納米直徑珠粒的顆粒軌跡的掃描電子顯微鏡圖像。

圖16b是根據(jù)本發(fā)明實施例的作為70納米珠粒的速度的函數(shù)的軌跡角的繪圖。

圖16c是根據(jù)本發(fā)明實施例的50納米直徑珠粒的顆粒軌跡的掃描電子顯微鏡圖像。

圖16d是根據(jù)本發(fā)明實施例的作為50納米珠粒的速度的函數(shù)的軌跡角的圖示。

圖17是根據(jù)本發(fā)明實施例的示例數(shù)據(jù)的圖表。

圖18是根據(jù)本發(fā)明實施例的分選實體的方法。

圖19是根據(jù)本發(fā)明實施例的分選實體的方法。

圖20是根據(jù)本發(fā)明實施例的分選實體的方法。

具體實施方式

已經(jīng)證實了使用硅基芯片上實驗室方法在微米(106μm)范圍中的分選。在keithj.morton等人的標(biāo)題為“hydrodynamicmetamaterials:microfabricatedarraystosteer,refract,andfocusstreamsofbiomaterials”的論文(pnas2008105(21)7434-7438(在2008年5月21日印刷前公開))中對關(guān)于此另外信息進(jìn)行了進(jìn)一步討論。

論文“hydrodynamicmetamaterials:microfabricatedarraystosteer,refract,andfocusstreamsofbiomaterials”討論了他們的光學(xué)理解來自將光看作沿直線移動并折射到光速依賴于材料的介質(zhì)中的顆粒。該論文表明：以層狀高peclet數(shù)流移動通過結(jié)構(gòu)化的各向異性流體動力介質(zhì)的對象沿著類似光學(xué)器件中的光射線的軌跡移動。一個示例是稱為確定性側(cè)向位移(dld)陣列、高分辨率微流體顆粒分選器的周期性的微制造的樁陣列。該樁陣列是非對稱的。每個相繼的下游行相對于前一行移位，使得陣列軸相對于通道壁以及流體流動方向形成角α，如圖1所示。在操作期間，在每行處由樁側(cè)向地位移大于某個臨界大小的顆粒，并且顆粒以所謂的“碰撞”模式遵循確定性路徑通過陣列。碰撞顆粒的軌跡遵循陣列軸線角α。小于臨界大小的顆粒遵循流動流路(steamline)，以周期性“z形”模式穿行通過樁陣列。

圖1是示出陣列參數(shù)的定義的確定性側(cè)向位移(dld)陣列的示意圖：以間隔λ周期性地布置樁，以及每個下游行與前一行側(cè)向地偏離了破壞陣列對稱性的量δ。該陣列軸相對于通道壁以及因此流體流動的方向形成角α＝tan-1(δ/λ)＝tan-1(ε)。由于陣列不對稱，樁之間的間隙g中的流體流動被分成1/ε個狹槽。這些狹槽中的每一個每1/ε行重復(fù)，這樣通過陣列的流動平均而言是直的。如果顆粒半徑大于間隙中的狹槽寬度，則可以使經(jīng)過樁附近的間隙的顆粒位移到相鄰流路中(從狹槽1到狹槽2)。因此，較大顆粒在每個樁處確定性地位移以及以相對于流成角α遷移。較小顆粒簡單地遵循流路路徑，以及在流體流動方向上流過陣列。

圖2a表明流過跨展通道的微制造的樁的流體動力介質(zhì)的顆粒的基于大小的雙折射。兩個不同大小的顆粒法向地入射到對稱的樁陣列(通道的左半)與不對稱的樁陣列(右半)之間的界面上。通過陣列的壓力驅(qū)動的流體流動為從左到右，其總方向由較大的微流體通道確定。圖2b圖示了中性區(qū)與微流體超材料元件之間的界面處的顆粒軌跡的示意圖。大于臨界大小的顆粒遵循陣列不對稱性，而較小顆粒遵循流體流動。圖2b圖示了最簡單的超材料元件是相對于通道壁和主體流體流動成角+α傾斜的樁的不對稱陣列。示出了中性陣列(α＝0°)與具有陣列角α＝11.3°的陣列(間隙g＝4μm以及樁節(jié)距λ＝11μm對于兩側(cè)都是相同的)之間的界面的俯視掃描電子顯微照片(sem)。圖2c圖示了示出微制造的樁陣列的截面sem圖像。圖2d圖示了基于顆粒大小的等效微流體雙折射，其示出通過界面以及從法線偏轉(zhuǎn)的2.7μm紅色熒光的時間追蹤。較小的1.1μm綠色珠粒在界面處不偏轉(zhuǎn)。

陣列元件可以被定制為通過用圖1所示的設(shè)計參數(shù)(包括障礙物大小d、樁之間的間隔g和樁節(jié)距λ)構(gòu)建陣列來相對于流成一定角度引導(dǎo)特定顆粒大小。不對稱性由行間移位δ的幅度確定，以及由斜率ε＝δ/λ表征。于是，最終陣列角為α＝tan-1(ε)。對于給定陣列角，用于碰撞模式的臨界顆粒大小由顆粒直徑與樁間隔或者間隙之間的比率確定。先前已經(jīng)針對1.0°與16°之間的陣列角范圍描述了該臨界顆粒大小。對于給定間隙大小，碰撞的臨界大小在較陡的角度處較大。通過使用這些設(shè)計準(zhǔn)則，對于基于大小的分離應(yīng)用，已經(jīng)使珠粒、細(xì)胞和dna的流全部確定性地移動。對于圖1中給出的具有11.3°的陣列角、間隙g＝4μm以及樁節(jié)距λ＝11μm的示例，閾值顆粒大小≈2.4μm。因此，如圖所示，2.7μm紅色珠粒以碰撞模式沿著陣列軸線角行進(jìn)，而1.0μm綠色珠粒以z字形模式沿著流路行進(jìn)。通過使用包括光刻法和蝕刻術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)微制造技術(shù)來在硅晶片中制造陣列元件和任何輔助微流體通道和儲液器。還可以通過使用類似精制的硅母版將陣列模制在pdms中。對于硅蝕刻，使用優(yōu)化的深反應(yīng)性離子蝕刻(drie)以維持平滑、垂直的側(cè)壁，確保如圖2c所示樁之間的均勻的自上而下的間隔。

不同于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的實施例被設(shè)計為以亞100納米(nm)范圍中的尺寸產(chǎn)生在柱(也稱為樁)之間具有均勻間隙的可制造硅柱陣列。這些柱陣列可以例如以如上所述的碰撞器陣列配置，用于分選和分離在這些尺寸的生物實體(諸如dna、rna、外來體、單個蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)復(fù)合物)。特別地，柱陣列設(shè)計有氧化物涂層(諸如sio2涂層)，該氧化物涂層可以用于“修復(fù)”沿著柱的整個軸線的間隙大小的變化。利用均勻間隙大小來獲得高效分選，例如，從10nm顆粒中分選20nm顆粒。這對于亞100nm范圍中的間隙尤其有挑戰(zhàn)性，對于這樣的間隙，受限于該尺度下反應(yīng)性離子蝕刻(rie)工藝，間隙大小有固有的大于要分選的顆粒的尺寸的變化。現(xiàn)有技術(shù)中找到的已證實的分選柱間隙具有微米范圍中的尺寸，以及因此，現(xiàn)有技術(shù)不能接近于實施例中公開的這么精細(xì)的尺度進(jìn)行分選。即使對于具有非常小的角節(jié)距(也稱為陣列角和臨界角)(例如，0.57度)的柱陣列，在分選效率最高的情況下，也將僅分選大于間隙的12％的顆粒。因此，需要納米范圍中的一致間隙以對例如蛋白質(zhì)聚集體進(jìn)行分選。傳統(tǒng)上使用離子交換色譜法或者凝膠電泳來執(zhí)行單個蛋白質(zhì)(例如，1-10nm的大小范圍)的分選，這些方法是加載和分選技術(shù)而不是連續(xù)流式si基解決方案。然而，現(xiàn)有技術(shù)沒有現(xiàn)有的用于分選10-100nm尺度的實體的方案，而實施例提供了在這兩個范圍(例如，1-10nm范圍和10-100nm范圍)中的解決方案。實施例還包括通過分子的附著和/或接合的柱的化學(xué)改性以使給定間隙進(jìn)一步降低至定制大小。

為了便于理解，有時可能利用子標(biāo)題。應(yīng)當(dāng)注意，子標(biāo)題僅用于解釋目的并不是限制。

柱陣列制造

圖3a至圖3g圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的納米柱陣列制造的工藝流程的示意圖。在圖3a中，工藝流程301圖示了襯底302。將硬掩模304設(shè)置在襯底302上。襯底302可以是晶片，諸如，硅(si)晶片。氧化物硬掩模304可以是用于蝕刻的二氧化硅(sio2)。氧化物是一個示例，但是也可以利用氮化物或者其它硬材料?？梢酝ㄟ^在體硅(襯底302)上沉積和/或生長來設(shè)置氧化物硬掩模304。取決于產(chǎn)生柱的高度需要的蝕刻深度以及襯底302對比硬掩模材料304的rie化學(xué)物質(zhì)的選擇性，氧化物硬掩模304的厚度可以在從數(shù)十到數(shù)百納米的范圍中。其它材料也可以用于襯底302和硬掩模層304。

在圖3b中，工藝流程303圖示了在氧化物硬掩模304上設(shè)置抗蝕劑306。抗蝕劑306可以是正性抗蝕劑或者負(fù)性抗蝕劑。取決于抗蝕劑306、硬掩模(304)蝕刻選擇性、硬掩模304的厚度和需要的納米柱間隙分辨率，抗蝕劑306的厚度可以在100nm-1μm的范圍中。對于窄的亞100nm間隙和淺的柱深度，利用100-500nm的抗蝕劑厚度范圍來以小的間隙大小變化實現(xiàn)較高分辨率特征?？刮g劑306還可以是包括各自具有不同蝕刻選擇性的兩個或者更多個層的多層抗蝕劑疊層以改善分辨率。

在圖3c中，工藝流程305圖示了將抗蝕劑306圖案化為抗蝕劑圖案308?？梢韵薅刮g劑圖案308，但不限于使用電子束光刻、納米壓印光刻、干涉光刻、極紫外線光刻和/或深紫外線光刻或者這些技術(shù)的組合?？刮g劑圖案308被形成為在將來的納米柱陣列的圖案中的抗蝕劑柱。在一個實例中，抗蝕劑圖案308可以包括針對不同納米柱陣列的多個圖案。

工藝流程307圖示了從抗蝕劑圖案308到氧化物硬掩模304的圖案轉(zhuǎn)移，用以產(chǎn)生圖3d中的蝕刻的硬掩模圖案312?？梢允褂梅磻?yīng)性離子蝕刻(rie)來執(zhí)行到硬掩模304的圖案轉(zhuǎn)移。工藝流程307示出了對應(yīng)的蝕刻的硬掩模圖案312上的抗蝕劑圖案308。

在圖3e中，工藝流程309圖示了圖案化形成要限定在蝕刻的硬掩模圖案312下面的襯底302中的納米柱314?？梢允褂梅磻?yīng)性離子蝕刻蝕刻納米柱314?？梢栽趫D案化襯底302中的納米柱314之前或者在對納米柱314進(jìn)行圖案化之后，從蝕刻的硬掩模圖案312上去除抗蝕劑圖案308?？梢栽谖g刻納米柱314之后執(zhí)行抗蝕劑圖案308的去除，因為它可以用來避免可能會在納米柱314rie工藝期間發(fā)生的硬掩模圖案312磨蝕。硬掩模磨蝕又可能導(dǎo)致具有錐形(不期望的)側(cè)壁角的柱。

在圖3f中，工藝流程311圖示了硬掩模圖案312的去除。如果硬掩模材料是sio2，則可以在稀釋的氫氟(dhf)酸中去除硬掩模圖案312。工藝流程311示出了納米柱314的納米柱陣列320。

為了進(jìn)一步減小納米柱314中的每一個之間的間隙大小以及減小間隙變化，在圖3g中，工藝流程313圖示了設(shè)置氧化物316以覆蓋襯底302中形成的納米柱陣列320的表面。在一個實例中，可以利用熱氧化來生長二氧化硅316以覆蓋納米柱陣列320的表面以縮窄間隙。在另一個實例中，可以例如使用原子層沉積在納米柱陣列320(由硅制成)上沉積氧化物316。

通常，柱陣列包括硅柱的密集陣列，其由rie及隨后用來縮小柱樁之間的間隙以及使間隙變化最小化的氧化操作(例如，工藝流程313)所限定。在可能需要進(jìn)一步的間隙縮放(即，大小的減小)的情況下，納米柱陣列制造還可以包括可選的化學(xué)改性操作。類似于由針對細(xì)胞或者大顆粒分選的論文“hydrodynamicmetamaterials:microfabricatedarraystosteer,refract,andfocusstreamsofbiomaterials”所說明的工作，這些柱和/或間隙陣列可以被實現(xiàn)為成角度的柱設(shè)計以在單分子水平集中樣本或者分離生物學(xué)實體的非均相混合物。圖3a和圖3b中的納米柱陣列制造的工藝流程可以用于產(chǎn)生以任何期望的納米柱314之間間隔的間隙g、期望的柱節(jié)距λ、期望的行對行移位δ以及期望的陣列角α(也稱為臨界角α)(如圖1所示)移位的納米柱314陣列。

如圖3a和圖3b中討論的，可以在相同的襯底302上制造多個納米柱陣列320(例如，1-n，其中n是納米柱陣列320的最末序號)。第一納米柱陣列320可以具有第一組參數(shù)(期望的納米柱314之間間隔的間隙g、期望的柱節(jié)距λ、期望的行對行移位δ以及期望的陣列角α)。第二納米柱陣列320可以具有第二組參數(shù)(期望的納米柱314之間間隔的間隙g、期望的柱節(jié)距λ、期望的行對行移位δ以及期望的陣列角α)，其中第一組參數(shù)中的一個或者多個可以與第二組參數(shù)不同。第三納米柱陣列320可以具有第三組參數(shù)(期望的納米柱314之間間隔的間隙g、期望的柱節(jié)距λ、期望的行對行移位δ以及期望的陣列角α)，其中第一組參數(shù)中的一個或者多個可以與第二組參數(shù)中的一些不同和/或相同，以及第三組參數(shù)中的一個或者多個可以與第一組參數(shù)和第二組參數(shù)中的一些不同和/或相同。同樣的類似性可以適用于直到可以具有最后(n)一組參數(shù)(期望的納米柱314之間間隔的間隙g、期望的柱節(jié)距λ、期望的行對行移位δ以及期望的陣列角α)的最后(n)的納米柱陣列320，其中最后一組參數(shù)中的一個或者多個可以與第一、第二、第三以及第n-1組參數(shù)中的任意一組不同和/或相同。

為了限定柱和間隙，負(fù)調(diào)(negative-tone)納米尺度光刻技術(shù)可能是更好的，以確保小于(<)100nm的圖案化的間隙大小從例如在工藝流程305中所示的抗蝕劑圖案308中限定柱和間隙開始。在柱陣列圖案較小的情況下，電子束光刻是一個選擇。然而，在受控良好的劑量條件下，也可以應(yīng)用可制造性更高的納米壓印光刻方法以及極紫外線(euv)和深紫外線(duv)光刻。為了實現(xiàn)高縱橫比(aspectratio)的柱，須在對(si)襯底302進(jìn)行蝕刻之前將所寫入的圖案(即，抗蝕劑圖案308)轉(zhuǎn)移至硬掩模304(硬掩模圖案312)。高縱橫比的柱允許較大的流體通過量，并且可以減少與微/納流體特征相關(guān)聯(lián)的堵塞問題。因此，只要可以在相鄰柱之間維持間隙大小，高縱橫比的柱就是可以具有的有用特征。通過將在抗蝕劑圖案308中限定柱以及將它們首先轉(zhuǎn)移至蝕刻的硬掩模圖案312，蝕刻選擇性的益處提高了縱橫比，同時在執(zhí)行柱陣列(320)蝕刻時維持更一致的間隙大小。

下面將一些實驗數(shù)據(jù)作為示例實現(xiàn)方式進(jìn)行討論。實驗數(shù)據(jù)用于解釋而不是限制。在該情況下，利用電子束光刻在作為雙層抗蝕劑疊層(例如，抗蝕劑306)的一部分的氫倍半硅氧烷(hsq)中限定柱尺寸(例如，抗蝕劑圖案308)，隨后將其轉(zhuǎn)移至150nm的非致密化(undensified)低溫氧化物(lto)硬掩模(例如，蝕刻的硬掩模圖案312)。也可以考慮致密化的lto、熱氧化物和/或sio2/sin/sio2硬掩模。實驗隨后使用基于rie的硅蝕刻工藝以在襯底中限定柱(例如，柱314)?，F(xiàn)在將對rie工藝的更多細(xì)節(jié)進(jìn)行描述。

rie工藝細(xì)節(jié)：在appliedmaterialsdpsiiicp蝕刻室中進(jìn)行干蝕刻以用于圖案轉(zhuǎn)移，來由電子束抗蝕劑圖案制造400nm高的硅柱。首先，使用顯影的負(fù)調(diào)(negativetone)電子束抗蝕劑(hsq)，在400瓦特(w)源功率、100w偏置功率以及4毫托(mtorr)壓力下，在65℃，使用n2/o2/ar/c2h4化學(xué)物質(zhì)，蝕刻穿過有機平坦化層(opl)掩模。然后，在500w源功率、100w偏置功率以及30毫托壓力下，在65℃，使用cf4/chf3化學(xué)物質(zhì)，將圖案進(jìn)一步轉(zhuǎn)移至sio2硬掩模中。隨后在250℃在appliedmaterialsaxiom下游灰化器中使用o2/n2化學(xué)物質(zhì)對碳硬掩模進(jìn)行剝離。使用sio2硬掩模，在650w源功率、85w偏置功率以及4毫托壓力下，在65℃，通過首先cf4/c2h4穿透步驟以及然后cl2/hbr/cf4/he/o2/c2h4主蝕刻，使用dpsii將硅柱蝕刻至400nm深。注意，使用三個掩模來最終蝕刻柱，以及這三個掩模是顯影的hsq電子束抗蝕劑(掩模)、opl掩模以及sio2硬掩模。

間隙分析

圖4a、圖4b、圖4c和圖4d是針對兩個單獨實例的該rie工藝的結(jié)果的掃描電子顯微鏡圖像。圖4a和圖4b圖示了去除(諸如，在工藝流程309中)硬掩模(例如，硬掩模圖案312)之前的柱(例如，柱314)，并且柱(上面具有硬掩模圖案312的柱314)的頂部具有圓形形狀。利用150nm的lto(非致密化的)硬掩模連同rie蝕刻一起產(chǎn)生圖4a和圖4b中的柱314。圖4c和圖4d圖示了在不同晶片上實施了通過稀釋的氫氟酸進(jìn)行的硬掩模(例如，硬掩模圖案312)去除之后的柱(例如，柱314)，并且在圖4c和圖4d中，柱314的頂部是平的。在兩種情況下，由于陣列中柱的高密度，si柱在中心處向內(nèi)彎曲。即，由于柱的直徑在中心處減小，因此柱之間的間隙在柱314的中心處變寬。柱具有向內(nèi)彎曲的形狀或者沙漏形狀。注意，陣列邊界處的柱非常垂直(未示出)。這使納米尺度下的間隙不均勻性的問題突出，其中如圖4c和圖4d所示，大約(～)100nm的間隙大小從柱的頂部到同一柱的底部(即，深度或者高度)具有大約50nm的間隙變化。由間隙限定的陣列中的柱的緊密接近使得柱在中心處向內(nèi)彎曲，產(chǎn)生阻止進(jìn)一步縮放的間隙變化。針對上面描述(即，在設(shè)置氧化物層316之前)的蝕刻工藝，已經(jīng)在具有250nm及以下的尺寸的間隙大小上觀察到該效應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖5a和圖5b是所制造的沒有50nm厚熱氧化物的晶片5的納米柱陣列的掃描電子顯微鏡圖像。圖5c、圖5d和圖5e是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的晶片7的掃描電子顯微鏡圖像，其示出在嵌入在si中的納米柱陣列上生長50nm厚熱氧化物(例如，氧化物層316)的影響。在柱的側(cè)面，有右壁505(在圖5a和圖5c中示出)、襯底底部510和左壁515(如圖5b所示)。

除最終氧化步驟(僅在圖5c-5e中的晶片7上執(zhí)行)以外，在圖5a和圖5b中對于晶片5的柱的處理與圖5c、圖5d和圖5e中對晶片7的柱的處理相同。在圖5b的情況(晶片5)下，對于大約186nm的間隙大小有26nm的變化，而圖5d(晶片7)示出了在氧化之后間隙大小僅有13nm的變化，在該情況下間隙大小縮小至大約138nm。氧化的該修復(fù)效應(yīng)作為如圖5e所示的這些非平面結(jié)構(gòu)(即，柱)上的氧化物不均勻性的結(jié)果而發(fā)生。圖5e示出了：相對于兩個柱(在x軸上從并排視角來看)，由于氧化物已經(jīng)填充在向內(nèi)彎曲的形狀中，因此這兩個柱之間的間隙大小可以從上到下(即，沿著y軸的垂直軸)僅變化13nm。使用應(yīng)用于圖5a和圖5b(晶片5)的蝕刻工藝，由于氧化在柱中心處(而不是在頂部或底部)更迅速進(jìn)行，因此如圖5c、圖5d、圖5e(晶片7)所示，發(fā)現(xiàn)柱特征上的不均勻氧化“修復(fù)”了間隙變化，這還在圖10a和圖10b中進(jìn)一步示出。

圖6a和圖6b(晶片5)圖示了從較小間隙大小(諸如，80-89nm(變化9nm))開始，其中沒有設(shè)置氧化物來填充沙漏形狀。圖6c和圖6d(晶片7)圖示了當(dāng)原始間隙大小是80-89nm(變化9nm)時施加的50nm氧化步驟。氧化的影響在圖6c和圖6d中非常明顯，其中相同的50nm氧化步驟(上面在圖5c、圖5d、圖5e中討論的)以12:1(深度:間隙)的比率將間隙大小從80-89nm減小至僅21-25nm(間隙變化4nm)。如圖6c和圖6d所示，對較小起始間隙大小(例如，諸如在用于縮小間隙以及去除向內(nèi)彎曲的氧化步驟之前80-89nm(或者更小))的氧化產(chǎn)生在大約300nm蝕刻深度上僅具有幾納米變化(4nm)的大約25nm的間隙，其中300:25的深度與間隙比率產(chǎn)生12:1的比率。該小量的間隙變化(例如，4nm)和工藝提供了形成定制可調(diào)間隙大小的機會，尤其在這些納米柱與化學(xué)改性工藝結(jié)合時。術(shù)語“高縱橫比”可以涉及具有大于4:1的深度與間隙比率的結(jié)構(gòu)，這在這種尺度下很難在可制造工藝中實現(xiàn)。

通過如此處討論的在柱陣列上設(shè)置氧化物，實施例被配置為提供具有沿著并排的兩個柱的垂直軸(即，深度)均勻的間隙大小的柱陣列(例如，兩個并排柱之間的間隙大小變化小于5nm(諸如4nm、3nm、2nm))。例如，圖10a和圖10b是圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的在柱陣列320中去除(減小)間隙變化以及產(chǎn)生均勻間隙大小的修復(fù)工藝的截面視圖。僅出于圖示目的，示出了并排的兩個柱314，但是圖示適用于柱陣列320中的所有柱314。在y軸上示出了柱314的高度，以及在x軸上示出了寬度/直徑。z軸表示陣列320的長度，以及在兩個柱314的前面和后面安置陣列中另外的柱314(未示出)。圖10a示出了由它們的襯底材料(襯底302)制成的兩個示例柱314。柱314向內(nèi)彎曲以具有沙漏形狀。在圖10a中，盡管示出了兩個間隙大小g1和g2，但是在間隙大小g1與g2之間可以有另外的間隙大小。間隙大小g1在(靠近)柱314的頂部和底部處。間隙大小g2在(靠近)柱314的中心處。由于rie工藝期間施加于反應(yīng)性離子的撞擊通量的間隙大小g1的尺寸約束，使得如由陣列320中的間隙大小g1限定的柱314的緊密靠近可能導(dǎo)致沙漏形狀。

圖10b示出了設(shè)置氧化物層316之后的兩個示例柱314。由于非平面體系結(jié)構(gòu)、柱的納米大小以及柱陣列320中柱314之間的緊湊的納米間隔，因此氧化物層316沒有在柱314上勻整地分布。相反，在y軸上，在柱314的中心(腔)中比在柱314的頂部和底部處更迅速地形成更多氧化物316。換句話說，以比柱314的頂部和底部快的速率填充向內(nèi)彎曲的中心。柱314上形成的氧化物316的該不勻整分布用來使各個柱314變直，將它們從沙漏形狀改變?yōu)閳A柱狀形狀，這又使兩個柱314(以及在x軸上并排的任何其它兩個柱314)之間的間隙大小g5均勻。因此，所有間隙g(表示陣列的一般間隙大小)在柱陣列320各處是均勻的。

化學(xué)改性

可以通過使用化學(xué)改性來定制要分選的顆粒與陣列表面之間的相互作用。通常，這可以涉及通過物理吸附和/或化學(xué)鍵的形成，將分子附著和/或接合到柱陣列表面。此外，柱陣列的化學(xué)改性可以包括應(yīng)用(一個或者多個)材料層(諸如，金屬、聚合物和/或陶瓷涂層)以及對陣列表面的氧化狀態(tài)的改變。表面(對于化學(xué)改性)可以包括流體柱陣列的分選柱、壁、天花板和/或底板的區(qū)域。另外，可以在入口、出口、驅(qū)動機構(gòu)和/或附著至納流體器件(例如，一個或者多個柱陣列)的其它流體通道中存在的任何表面進(jìn)行化學(xué)改性。

盡管可以如上面討論的應(yīng)用化學(xué)改性，但是更好的應(yīng)用是分選柱本身的化學(xué)改性，因為這允許設(shè)計顆粒與分選陣列表面之間的相互作用。

在一個示例中，小的有機分子或者聚合物(稱為配體)可以諸如通過氯硅烷和/或烷氧基硅烷在柱的天然氧化硅上的縮合化學(xué)地接合到柱的表面，如圖7a所示。此外，配體可以諸如通過在涂敷有薄(例如，10nm)的金或者銀層的柱上的硫醇、胺和/或膦類而化學(xué)地接合到柱的表面，如圖7b所示。產(chǎn)生的配體分子層是單個分子厚，即，單層。與流體和顆粒直接接觸的單層的末端基團確定隨著顆粒通過陣列時顆粒感受的物理化學(xué)相互作用。因此，改變配體的末端基團允許定制陣列內(nèi)的表面相互作用。

圖7a和圖7b圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的分選陣列表面的化學(xué)改性的方法的一般化學(xué)示意圖。參照圖7a，對于一般襯底(陣列柱)，可以使用表面上的反應(yīng)位點(x)形成小分子配體的物理吸附和/或化學(xué)鍵。配體附著到表面形成新的層，該層是單分子厚(即，單層)。一般配體包括：(i)與襯底反應(yīng)位點(x)相互作用的鍵合基團(z)，(ii)包括大體上確定最終單層的厚度的若干間隔物分子(n)的主干(backbone)，以及(iii)與在單層和陣列中的流體/顆粒之間的界面相互作用的末端基團(a)。末端基團(a)與要分選的顆粒相互作用。盡管圖7a示出了鍵合基團z和反應(yīng)位點x，但是這僅僅是一個示例，以及在該示例中，化學(xué)改性不意味著限于一種類型的反應(yīng)機制。有兩個其它的一般機制可能性：(1)直接鍵合形成，即，z基團以z-x鍵鍵合至反應(yīng)位點x，和/或(2)伴隨消除的鍵合形成，即，反應(yīng)基團z-w以z-x鍵鍵合至反應(yīng)位點x-v，伴隨副產(chǎn)物w、v被消除。例如，氯硅烷r-si-cl與二氧化硅表面上的硅烷醇(h-o-si)的反應(yīng)形成r-si-o-si鍵，伴隨hcl的消除。

參照圖7b，可以在預(yù)沉積到柱陣列上的金屬層(m)上形成單層。例如，可以在柱上沉積一個或者多個金屬層(m)(例如，在產(chǎn)生均勻間隙大小的氧化工藝之后)，使得柱現(xiàn)在在襯底之上(和/或在填充向內(nèi)的彎曲的氧化物層之上)具有金屬表面(m)。在圖7b中，與圖7a中的‘z’不同，用‘q’標(biāo)識鍵合基團。配體(例如，具有鍵合基團(q))可以與柱陣列的金屬表面(m)直接地形成配位復(fù)合物，形成緊密包封的單層。

化學(xué)改性可以用于通過減小間隙大小來調(diào)整柱陣列以分選較小的顆粒，如圖8a和圖8b所示。可以用各種長度的分子(包括脂族或者芳香族低聚物/聚合物)對分選柱314的表面進(jìn)行改性，這有效地增大了柱的厚度以及從而減小它們之間的間隙空間。通過選擇較長的配體，可以使間隙大小更小，以及因此使有效截止顆粒大小減小(即，可以分選較小顆粒)。可以選擇配體的主干以提供在剛性的緊密包封的分子層和/或柔性無序?qū)又g的機械性質(zhì)范圍。配體可以包括小有機分子、蛋白質(zhì)、肽、核酸、寡糖和/或合成聚合物。在一個示例中，通過硅氧烷鏈接(linkage)用聚乙二醇(peg)的低聚物對柱表面進(jìn)行改性。按照每個氧化乙烯殘基(ethyleneoxideresidue)大約0.36nm，對于12殘基peg低聚物，這在間隙大小上產(chǎn)生大約9nm的減小。對于20殘基peg低聚物，這在間隙大小上減小大約14nm。

圖8a至圖8d圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的作為改變柱之間的間隙大小的手段的分選陣列化學(xué)改性的示意圖。參照圖8a，對于具有其天然氧化物、生長的氧化物層和/或沉積的替換材料層(例如，金屬、陶瓷、聚合物)的柱314，在柱的表面上有反應(yīng)位點(x)。柱314具有由g指示的初始間隙寬度。有陣列底板805(柱豎立其上的襯底302的底板)。圖8c示出了描繪圖8a中的空反應(yīng)位點(x)的放大視圖820。在視圖820中，反應(yīng)位點(x)未附著至配體，但是要將配體應(yīng)用至柱陣列320，如圖8b所示。

參照圖8b，配體810化學(xué)附著至柱表面形成單層815，該單層815具有由配體包封的性質(zhì)確定的厚度。增加的單層815的厚度將間隙寬度(從初始間隙寬度g)減小到新的有效間隙寬度。配體結(jié)構(gòu)(尤其主干)的調(diào)節(jié)以及單層815的包封和缺陷密度可以定制單層815的厚度以及因此定制有效間隙(ge)。有效間隙(ge)是當(dāng)顆粒流過陣列320時顆粒經(jīng)受的新物理間隙大小，并且由柱的物理屏障加上所增加的單層的空間屏障(stericbarrier)的組合形成。取決于顆粒分選的操作條件下的單層的結(jié)構(gòu)、機械和動態(tài)性質(zhì)，有效間隙通常是近似值。圖8d示出了反應(yīng)位點(x)已經(jīng)附著至配體810從而延展了柱314的直徑的放大視圖820。

可以通過配體的(一個或者多個)末端基團(a)引入分選陣列的進(jìn)一步改善和精細(xì)化，配體的(一個或者多個)末端基團(a)可以被選擇為具有與流體和/或要分選的顆粒的特定相互作用，如圖9的示意圖所示。當(dāng)顆粒流過柱陣列320時，與單層915的末端基團的相互作用導(dǎo)致柱314的柱壁上的增加的粘附以及暫時保留。這些相互作用使顆粒的流動減慢，以及使得顆粒平均來說更多安置在柱的壁處，因此減小它采樣的流場的量。由于陣列節(jié)距相對于平均液體流不對稱，因此使在柱314之間保留和遷移的顆粒(諸如顆粒910)沿著陣列的臨界角有效地移動以及分選出。在一個示例中，peg型配體末端的硫醇末端基團可以用于在經(jīng)過的顆粒(諸如，用硫醇標(biāo)記的蛋白質(zhì)或者其它分子)之間形成二硫鏈接。與流體中的合適的催化劑試劑結(jié)合，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)(諸如顆粒910)流過陣列320時，它們可以與柱314形成二硫鍵，暫時地阻止它們的流動。在另一個示例中，化學(xué)穩(wěn)定的核酸的小片段(諸如，肽核酸(pna))可以附著至柱壁，以通過可逆堿基配對選擇性地阻滯以及分選出dna或者rna分析物。在另一個示例中，可以將嵌入在親水單層內(nèi)的疏水配體的塊引入到柱上，一個這種對是脂族烴配體和peg。疏水塊可以用于與蛋白質(zhì)上的疏水域相互作用以將它們從溶液選擇性地分選出。

圖9a提供了化學(xué)改性的分選陣列中的顆粒流動的圖示，其中有對表面單層915沒有親和力的顆粒905和與單層915相互作用的顆粒910。沒有親和力的顆粒905遵循流動流路通過陣列320(即，呈現(xiàn)z形模式)，并且不經(jīng)受與柱314的任何強相互作用。這些顆粒905的軌跡平均來說不受影響，以及它們流動而沒有在陣列320中進(jìn)行分選。例如，顆粒905流到出口940中。然而，具有由它們表面上的分子引起的物理化學(xué)親和力的顆粒910經(jīng)歷與柱314的表面上的單層915的分子的相互作用。該相互作用可以將這些顆粒910暫時地結(jié)合到柱314的表面，以及使得顆粒910平均而言保持更靠近柱314的柱壁。通過若干順序結(jié)合和解離事件，顆粒910沿著柱314的方向轉(zhuǎn)移(即，在臨界角α的方向上呈現(xiàn)碰撞模式)以及由于化學(xué)親和力而由陣列320分選出。顆粒910被分選到出口945中。圖9b是根據(jù)本發(fā)明實施例的納米柱314、單層915和具有親和力的顆粒910的截面的放大視圖。

為了對柱陣列320進(jìn)行化學(xué)改性，可以通過化學(xué)氣相沉積(cvd)和/或濕法化學(xué)引入配體。為了施加金屬，可以利用cvd、濺射和/或濕法化學(xué)。下面提供了為了解釋目的而并非限制討論的通過添加單層對柱314進(jìn)行化學(xué)改性的兩個詳細(xì)示例以及使用濕法化學(xué)的兩個示例。

出于例示目的，在下面提供了使用聚(氧化乙烯)(peg)配體改性劑的微流體器件的改性的示例方法：首先在氫氧化鉀飽和的異丙醇浴中洗滌要暴露于氯硅烷的所有玻璃器皿至少達(dá)24小時，然后用去離子水徹底地清洗并在140℃處的烘箱中干燥12小時。

從140℃的烘箱中取出100ml圓底燒瓶以及用隔膜將其快速密封。使用針穿過隔膜建立氮氣吹掃，并且允許吹掃燒瓶10分鐘。通過插管將30ml的無水甲苯轉(zhuǎn)移到燒瓶中。通過注射器，注入600μl的正辛基癸基三氯硅烷(n-octyldecyltrichlorosilane)以形成49mm的溶液。使燒瓶暫時渦旋以均質(zhì)地混合反應(yīng)劑。這形成鈍化溶液。從140℃烘箱中取出500ml的反應(yīng)器和3頸頭，以及隨后將它們快速地密封在一起，其中每個入口用隔膜封閉。使用針穿過隔膜建立氮氣吹掃，以及允許燒瓶被吹掃10分鐘。通過插管，將100ml燒瓶中的20ml鈍化溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)器。輕輕地?fù)u動反應(yīng)器以使鈍化溶液圍繞反應(yīng)器壁徹底地攪動。使用剩余的鈍化溶液對100ml燒瓶進(jìn)行相同的操作。在1小時內(nèi)，每10-15分鐘重復(fù)該輕輕的搖動。在搖動之間，允許玻璃器皿置于環(huán)境溫度。該過程使玻璃器皿的壁鈍化，防止進(jìn)一步硅氮烷化(silizanizaiton)。隨后從反應(yīng)器中傾倒出鈍化溶液，并用甲苯、丙酮、異丙醇和去離子水順序地洗滌反應(yīng)器，每個三次。對100ml燒瓶進(jìn)行同樣的操作。隨后將玻璃器皿放回140℃烘箱并讓玻璃器皿干燥12-14小時。

從140℃的烘箱中取出所述100ml圓底燒瓶以及用隔膜將其快速密封。使用針穿過隔膜建立氮氣吹掃，以及允許燒瓶被吹掃30分鐘。通過插管將100ml的無水甲苯轉(zhuǎn)移到燒瓶中。通過注射器，注入100μl的2-(甲氧基聚(乙烯氧基)6-9丙基)二甲基氯硅烷以形成大約2mm的溶液。使燒瓶暫時渦旋以均質(zhì)地混合反應(yīng)劑。在其制備當(dāng)天內(nèi)使用該改性溶液。

在氧等離子體中清洗基于二氧化硅/硅的微流體器件(芯片)30分鐘以去除有機表面污染。隨后將芯片轉(zhuǎn)移至0.1m的硝酸水溶液10分鐘以使任何表面硅氧烷鍵水解成硅烷醇。隨后使用擠壓瓶水流，在去離子水、丙酮、乙醇以及隨后異丙醇中順序地洗滌芯片。隨后將芯片面朝上置于新的織物(texwipe)上并且立即使用氮氣流將其吹干，將溶劑從中間推到芯片外部。隨后將芯片放置在定制玻璃托上(如下面描述的，將芯片水平/面朝上放置在反應(yīng)器內(nèi)部)。

從140℃烘箱中取出500ml反應(yīng)器和3頸頭。將攪拌珠粒連同玻璃托和芯片一起放置到反應(yīng)器中，隨后將它們快速地密封在一起，其中每個入口用隔膜封閉。使用針穿過隔膜建立氮氣吹掃，并允許反應(yīng)器被吹掃30分鐘。

通過插管，將改性溶液(具有配體)轉(zhuǎn)移至反應(yīng)燒瓶中，直到液面高于芯片為止。隨后使用鼓泡器維持氮氣正壓。讓反應(yīng)伴隨著攪拌在環(huán)境溫度進(jìn)行2小時。隨后打開反應(yīng)器并通過使用擠壓瓶水流、甲苯、丙酮、異丙醇、隨后去離子水順序地沖洗以(一個接一個地)清洗芯片。隨后將芯片面朝上置于新的織物(texwipe)上并立即使用氮氣流將其吹干，將溶劑從中間推到芯片外部。隨后將芯片放置在具有隔膜的玻璃固定罐中。使用針穿過隔膜建立氮氣吹掃，并允許芯片干燥整夜(大約12-14小時)。

現(xiàn)在停止使用副標(biāo)題。圖11圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的具有柱陣列320的芯片1100(流體器件)。芯片1100具有入口1105，用以接收包括要分選的不同大小顆粒(即，生物學(xué)實體)的流體。入口1105可以是圍繞納米柱陣列320的壁中的開口或者孔或者可以跨展流體(例如，水、電解質(zhì)溶液、有機溶劑等等)和顆粒(例如，生物學(xué)實體)可以流過的納米柱陣列320的寬度。具有大于臨界尺寸的大小的顆粒在臨界角方向上碰撞(即，碰撞模式)通過柱陣列320，并且在出口940處收集大于臨界尺寸的這些顆粒。臨界尺寸是太大而不能z字形通過納米陣列320的圓形形狀顆粒的大小(例如，直徑)和/或鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)(諸如dna)的持續(xù)長度。具有小于臨界尺寸的大小的顆粒在流體流動方向上z字形(即，z字形模式)穿過柱陣列320，并且在出口945處收集這些較小的顆粒。具有小于臨界尺寸的大小的顆粒遵循流體流動的方向，并且被通過出口945分選出來。在一個實例中，柱314可以具有如此處討論的化學(xué)改性，其可以進(jìn)一步減小間隙大小和/或?qū)瘜W(xué)改性具有親和力的顆粒進(jìn)行分選。出口940和945可以是所分選顆?？梢粤鬟^以及在分選之后被收集在箱中的開口。

圖12是根據(jù)本發(fā)明實施例的提供流體裝置1100(例如，芯片1100)的方法1200?？梢詫ι厦嬗懻摰膱D1-圖11進(jìn)行參照。在塊1205處，入口1105被配置為接收流體。在塊1210處，出口(例如，出口940、945)被配置為排出流體。在塊1215處，納米柱陣列320耦合至入口和出口，并且納米柱陣列320被配置為允許流體從入口流到出口。

在塊1220處，納米柱陣列320包括被布置為按大小分離生物學(xué)實體(顆粒)的納米柱314。在塊1225處，納米柱314被布置為具有將一個納米柱314與另一個納米柱314分離的間隙g，并且間隙被構(gòu)造為在納米尺度范圍(例如，亞100nm)中。

一個納米柱在另一個納米柱的一側(cè)，使得間隙g在其間。一個納米柱與另一個納米柱之間的間隙沿著所述一個納米柱和另一個納米柱的垂直軸是均勻的(諸如，如圖10b所示的間隙g5)。

納米柱陣列包括施加在納米柱上的氧化物層316，并且氧化物層316使得間隙沿著所述一個納米柱和另一個納米柱的垂直軸是均勻的(例如，在圖10b中，間隙g5在兩個納米柱314之間的空間上下都是均勻的)。

氧化物層316使得間隙(例如，間隙g5)的大小小到大約20納米，同時間隙沿著垂直軸(例如，圖10b中的y軸)保持均勻。在圖10b中，氧化物層316使得納米柱的直徑的不勻整(例如，圖10a中，柱314的直徑不均勻)變得均勻，使得間隙沿著所述一個納米柱和另一個納米柱的垂直軸均勻。氧化物層316厚度的增大使得間隙大小減小。

在一個實例中，間隙的大小在從20-300nm的范圍中。在另一個實例中，根據(jù)要分離的顆粒的期望大小，間隙大小可以被形成為小于100nm，可以小于80nm，可以小于60nm，可以小于40nm，可以小于30nm，可以小于25nm，等等。例如，根據(jù)本發(fā)明實施例，可以利用240nm大小的間隙分選/分離100nm的顆粒。

將單層(例如，圖7a、圖7b中的單層，圖8b中的單層815和/或圖9a中的單層915)施加至納米柱314以減小間隙大小。具有減小的大小的間隙被配置為相對于沒有將單層施加至納米柱時分離更小的實體。

圖13是根據(jù)本發(fā)明實施例的形成納米柱陣列320的方法1300?？梢詫D1-圖12進(jìn)行參照。

在塊1305處，將硬掩模層304設(shè)置在襯底302上。在塊1310處，將抗蝕劑層306圖案化成納米柱陣列320的圖案(抗蝕劑圖案308)，其中抗蝕劑層306設(shè)置在硬掩模層304上。

在塊1315處，利用抗蝕劑層(抗蝕劑圖案308)以將硬掩模層304圖案化成納米柱陣列320的圖案(硬掩模圖案312)，使得抗蝕劑層和硬掩模層兩者具有納米柱陣列320的圖案。

在塊1320處，將襯底302圖案化成納米柱陣列320的圖案，使得現(xiàn)在形成納米柱陣列320，其中去除抗蝕劑層(抗蝕劑圖案308)和硬掩模層(硬掩模圖案312)，并且其中納米柱陣列中的納米柱314在相對于彼此邊對邊的關(guān)系中具有第一間隙大小(例如，在圖10a中，間隙大小g1和/或g2)。在塊1325處，通過在納米柱陣列320上設(shè)置氧化物層316，將第一間隙大小減小為第二間隙大小(例如，間隙大小g5)。

通過電子束光刻和/或納米壓印光刻或者其他形式的光刻中的至少一個將抗蝕劑層圖案化成納米柱陣列320的圖案(抗蝕劑圖案308)。

利用抗蝕劑層將硬掩模層圖案化成納米柱陣列的圖案包括執(zhí)行反應(yīng)性離子蝕刻以將硬掩模蝕刻成納米柱陣列320的圖案(硬掩模圖案312)。

將襯底302圖案化成納米柱陣列的圖案以形成納米柱陣列包括執(zhí)行反應(yīng)性離子蝕刻以將襯底蝕刻成納米柱陣列320。

通過在納米柱陣列320上設(shè)置氧化物層316將第一間隙大小(例如，間隙大小g1和g2)減小至第二間隙大小(間隙大小g5)包括減小第二間隙大小(例如，至小于300納米、至小于100納米等等)。

通過在納米柱陣列上設(shè)置氧化物層將第一間隙大小減小至第二間隙大小使得納米柱中的每一個具有均勻形狀，并且使得對于納米柱的邊對邊關(guān)系第二間隙大小在納米柱陣列各處均勻(如圖10a和圖10b所示)。在通過設(shè)置氧化物層將第一間隙大小減小至第二間隙大小之前，納米柱在納米級水平在納米柱中間處具有向內(nèi)彎曲的形狀。通過設(shè)置氧化物層將第一間隙大小減小至第二間隙大小，既在中間處填充向內(nèi)彎曲的形狀又使納米柱直成圓柱狀形狀。

如此處討論的，實施例提供了具有可以按大小(從微米范圍下降至納米范圍)分離分子和顆粒的納米柱和納米間隙的硅芯片?？梢苑蛛x的兩個或者更多種實體(顆粒)的大小取決于納米柱之間的間隙(即，納米間隙)的大小。現(xiàn)有技術(shù)沒有用于在10-100nm尺度按大小分選實體的技術(shù)。然而，此處描述的本發(fā)明的實施例提供了用于對該范圍(10-100nm)內(nèi)、高于該范圍以及低于該范圍的實體進(jìn)行分選的機制。例如，本發(fā)明的實施例可以將30nm顆粒與40nm顆粒分選開。此外，實施例提供了連續(xù)流式生物分離，其意指當(dāng)將流體和實體(要分離的)引入納米柱陣列320的一個或者多個入口中時顆粒分選是連續(xù)的，并且連續(xù)流式生物分離納米柱陣列320連續(xù)地分選實體而不需要任何類型的重置。

例如，本發(fā)明實施例的技術(shù)可以用于使溶液混合物流式通過芯片1100，獲得指定大小范圍內(nèi)的顆粒的連續(xù)分離。在芯片1100的入口處引入非均相顆粒溶液，并且溶液流將顆粒運送通過柱網(wǎng)絡(luò)(即，柱陣列320)。較大大小的顆粒根據(jù)由納米柱314的偏移δ和節(jié)距λ限定的預(yù)定角(即，臨界角α)從納米柱314彈回。以這種方式，較大顆粒的軌跡被引導(dǎo)(碰撞模式)朝向特定微通道出口(例如，出口940)，在該出口處，可以提取所分離的樣本；而較小顆粒將平行于流體流動方向z字形通過納米柱314，其中較小顆粒通過不同的微通道離開芯片1100(例如，出口945)。

本發(fā)明實施例中的改進(jìn)允許這種類型的連續(xù)流式分離在納米尺度工作，允許si芯片(諸如，芯片1100)上的生物標(biāo)志物、生物分子、亞細(xì)胞成分、外來體、病毒、免疫測定、藥物篩選和蛋白質(zhì)聚集體的高效分離。本發(fā)明的實施例是從現(xiàn)有技術(shù)的微米尺度的顯著尺度縮小。通過能夠在納米尺度分選顆粒的納米柱的納米制造實現(xiàn)了現(xiàn)有技術(shù)的改善。本發(fā)明的實施例還展示了，在該新尺度下，不同流動方式適用以及改善分離方法。在該尺度下，納米柱之間的死流區(qū)域相對于納米柱大小成比例地顯著。這些死流區(qū)域的存在促成比由納米柱壁到壁距離限定的物理間隙(g)窄的納米柱之間的流體間隙。這產(chǎn)生分選小至原始理論所預(yù)測的顆粒大小的能力。

圖14是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的納米柱陣列320中的柱314的布置的示意圖的俯視圖。在該示例中，柱陣列320可以被看作多個柱陣列。例如，柱陣列320包括柱314的對稱部分/布置1405以及柱314的不對稱部分/布置1410。對稱部分1405具有(幾乎)0°的臨界角，而不對稱部分1410具有臨界角α(在圖14中相對于z軸限定的)。

在圖14中，流動流(即，流體流動方向)平均而言是水平的，并且在納米柱陣列320的不對稱部分1410中柱行傾斜至一定角度(即，形成臨界角α)。在流體足夠慢的流動速率下，柱314之間的距離(間隙g)連同臨界角一起限定能夠通過z字形通過柱314而遵循流動方向的顆粒的大小(小于臨界尺寸)，以及將通過柱行的角度位移(碰撞)的顆粒的大小(等于和/或大于臨界尺寸)。在一個實例中，慢流動速率可以對應(yīng)于比500μm/s慢的流動。

柱314具有直徑、柱節(jié)距λ、間隙(g)和行間移位(δ)。由于在對稱部分1405中沒有行間移位，因此行間移位(δ)在不對稱部分1410中。在圖14的示例中，不同大小的兩個示例顆粒橫向穿過柱陣列320。較大顆粒1450根據(jù)柱角度(即，臨界角α)位移(由虛線指示)穿過陣列320，而較小顆粒1455遵循穿過陣列320的確定性流動(實線)，z字形穿過柱314。

圖15是根據(jù)本發(fā)明實施例的現(xiàn)在具有兩個入口以及橫向地穿過柱陣列320的不同大小的兩個顆粒的芯片1100的示意圖。較大顆粒1450根據(jù)柱角度(臨界角)沿著虛線位移穿過陣列320，而較小顆粒1455通過z字形通過柱314而遵循通過陣列的確定性流動。大的納米顆粒1450和較小納米顆粒1455通過分開的微流體通道離開陣列。例如，大的納米顆粒1450(例如，等于和/或超過臨界尺寸)通過出口940離開陣列，而小的納米顆粒1455(例如，低于臨界尺寸)通過出口945離開。在該示例中，可以通過緩沖劑在入口1105中引入流體(可以是緩沖溶液)。緩沖溶液(也稱為ph緩沖劑或者氫離子緩沖劑)是包括弱酸及其共軛堿的混合物的水溶液，或者反之亦然。通過相同的入口1510引入包括要分選的納米顆粒1450和1455的樣本。盡管僅示出了兩個顆粒，但是相同的分選工藝適用于引入樣本入口1510中的具有不同大小的多種顆粒。

圖16a、圖16b、圖16c和圖16b圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的使兩個納米珠粒群體通過納米柱陣列320的實驗結(jié)果。圖16a和圖16b與70nm直徑的珠粒群體相對應(yīng)，而圖16c和圖16d與50nm直徑的珠粒群體相對應(yīng)。在圖16a和圖16c中，在熒光顯微鏡上用攝影機記錄相應(yīng)珠粒的軌跡。在該示例中，納米柱314之間的間隙大小(g)是210nm。

圖16a是在5.7°臨界角陣列(320)中位移的70nm珠粒的顆粒軌跡的圖像。圖16a示出了70nm直徑珠粒的珠粒軌跡相對于流動方向成角度。針對70nm珠粒觀察的平均軌跡角是5.7°角。示出了所標(biāo)記的三個70nm顆粒的軌跡。流動方向(即，流體流動方向)與顆粒軌跡之間的角度描述了顆粒在陣列320中碰撞的程度。在圖16b中，對于這些70nm顆粒，作為速度的函數(shù)的軌跡角的圖示示出了接近臨界角的正值。換句話說，圖16b中繪制的70nm珠粒的平均軌跡角是大約5.7°，在實驗中這是針對陣列320的5.7°臨界角所預(yù)期的。

圖16c是在相同陣列320中分選的50nm直徑珠粒的顆粒軌跡的圖像。在相同條件下(包括具有5.7°臨界角的相同納米柱陣列320)，在陣列320中引入50nm的珠粒，并且在圖16c中記錄它們的軌跡。這些50nm的顆粒在陣列320中不被位移(即，不是以碰撞模式)，這在圖16d中的軌跡角和速度圖示中觀察到。圖16d中的圖示示出了大約0°軌跡角的近似對稱分布(即，與陣列320中的流動軸線一致)。此外，圖16c示出了50nm珠粒遵循的平均軌跡角接近于0°。

如圖16a、圖16b、圖16c和圖16d所示，納米柱陣列320被配置為通過在沿著流動軸線的第一方向上輸出50nm珠粒同時在沿著柱陣列320的臨界角的第二方向上輸出70納米珠粒，來將50納米珠粒從70納米珠粒分選開。

圖17是圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的利用納米柱陣列320將一個大小的顆粒與另一個大小的顆粒分離的近似間隙大小的示例數(shù)據(jù)的圖表。注意，圖17中圖表中的示例數(shù)據(jù)意圖用于例示目的而非限制性的。在水平方向上列出了納米柱之間的間隙大小(g)，以及在垂直方向上列出了顆粒直徑。每個實驗的結(jié)果被描述為“沒有位移”、“部分位移”或者“位移100％”。位移100％意指：顆粒在陣列上的軌跡角與所設(shè)定的柱臨界角相同，或者在該角度的15％內(nèi)。部分位移說明顆粒軌跡的范圍從納米柱臨界角的15％到85％。沒有位移表示任何實驗都是顆粒的軌跡角小于納米柱陣列臨界角的15％。

在一個實現(xiàn)方式中，本發(fā)明的實施例依賴于在柱之間具有均勻間隙以及具有在亞100nm范圍中的尺寸的可制造(硅)柱陣列320。這些陣列320用于分選和分離這些尺寸的生物學(xué)實體(諸如dna、rna、外來體、單個蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)復(fù)合物)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，利用均勻間隙大小來獲得高效分選，例如，將20nm顆粒與10nm顆粒分選開。這對于可能有大于要分選的顆粒的尺寸的固有變化的亞100nm范圍中的間隙尤其有挑戰(zhàn)性。這通常由在該尺度的不均勻納米圖案化以及由于反應(yīng)性離子蝕刻(rie)工藝產(chǎn)生的大小和形狀的特征變化而引起?，F(xiàn)有技術(shù)中找到的展示的分選柱間隙具有微米范圍中的尺寸，并且因此，現(xiàn)有技術(shù)甚至不能夠接近于這么精細(xì)的尺度進(jìn)行分選。

因此，需要納米范圍中的一致間隙來對例如蛋白質(zhì)聚集體進(jìn)行分選。傳統(tǒng)上使用離子交換色譜法或者凝膠電泳(加載和運行技術(shù)而不是連續(xù)流式并因此慢得多)執(zhí)行單個蛋白質(zhì)(例如，1-10nm的大小范圍)的分選。然而，本發(fā)明的實施例提供了連續(xù)流式分離工藝和機制，其配置為在不需要離子交換色譜法或者凝膠電泳的情況下分選1-10nm范圍中的各蛋白質(zhì)(或者其它顆粒)。

圖18是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于分選實體的方法1800?？梢詫D1-圖17進(jìn)行參照。

在塊1805處，將實體引入納米柱陣列320中，并且所述實體包括第一群體和第二群體。納米柱陣列320包括布置為具有將一個納米柱與另一個納米柱分離的間隙的納米柱314，并且納米柱被排序為相對于流體流動方向具有陣列角。

在塊1810處，通過在第一方向(例如，朝向出口945)上輸送小于預(yù)定臨界大小的實體的第一群體以及通過在與第一方向不同的第二方向上(例如，朝向出口940)輸送至少為預(yù)定大小的實體的第二群體，來通過納米柱陣列320分選實體。

在塊1815處，納米柱陣列320被配置為采用具有小于300納米或者小于100納米的間隙大小的間隙，以分選具有亞100納米大小的實體。

當(dāng)實體具有等于或者大于7納米的納米大小時，納米柱陣列被相應(yīng)地配置為分選具有等于或者大于7納米的納米大小的實體。當(dāng)實體具有等于或者大于7納米的納米大小時，間隙大小被相應(yīng)地配置為分選具有等于或者大于7納米的納米大小的實體。

間隙大小的下限可以是大約20納米。施加至納米柱陣列320的氧化物層316的厚度使得間隙的間隙大小為大約20納米，同時間隙保持均勻。換句話說，間隙沿著任何兩個納米柱314之間的垂直軸(例如，y軸)均勻(即，沒有間隙變化)，并且納米柱陣列320各處的間隙中的每一個具有相同間隙大小。

間隙的間隙大小被調(diào)整為在第一方向上分選小于預(yù)定臨界大小的實體的第一群體，同時在第二方向上分選至少為預(yù)定大小的實體的第二群體。調(diào)整間隙大小是基于施加至納米柱陣列320的氧化物層316的厚度的。進(jìn)一步調(diào)整間隙大小可以基于通過化學(xué)改性施加至納米柱的單層(例如，在圖7a中沒有施加金屬，和/或在圖7b施加有金屬)?；瘜W(xué)改性在納米柱314上形成單層(例如，單層815、915)，以使得第一群體對單層具有親和力而第二群體對單層沒有親和力。對單層具有親和力引導(dǎo)實體的第一群體(例如，實體910)在第一方向(例如，向出口945)上輸送。對單層沒有親和力允許第二群體(例如，實體905)在第二方向上碰撞至出口940。在一個實例中，實體905和910兩者可以大約相同大小，而實體910的親和力使得實體910朝出口945前進(jìn)。實體包括生物標(biāo)志物、生物分子、亞細(xì)胞成分、外來體、病毒、免疫測定物和/或蛋白質(zhì)聚集體中的至少一個。

盡管外來體成為越來越重要的科學(xué)，但是其太小(例如，30-100nm)而不能由現(xiàn)有技術(shù)陣列進(jìn)行分選。外來體現(xiàn)在被認(rèn)為存在于所有體液中，并且表示思考細(xì)胞信號傳遞的新方式。這些小細(xì)胞外囊泡被認(rèn)為在大量生物機能中起作用。例如，外來體是消息傳送系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以包含以及轉(zhuǎn)移dna、rna、蛋白質(zhì)等等。在納米柱陣列320中，可以由氧化物層316縮小間隙大小以從較大大小的外來體分選一個大小的外來體，和/或從不同(較大)顆粒分選較小的外來體。另外，外來體對某些配體具有特殊親和力(即，吸引力)。例如，可以將整合配體的脂類膜的單層815、915(諸如[6-(芘-2-基)辛基]硅烷或者3-[(8-甲硅烷基辛基)氧基]膽固醇)施加至柱314以在第一方向上引導(dǎo)外來體，同時在第二方向上引導(dǎo)所述不同顆粒，因為所述不同顆粒沒有特殊親和力。因此，在一個實例中，即使所述不同顆粒具有與外來體相同(或者類似的)大小，由于外來體對某些配體的特殊親和力，也仍然可以分選外來體。盡管出于解釋目的討論了對外來體具有特殊親和力的某些配體，但是，應(yīng)當(dāng)理解對外來體具有特殊親和力的某些配體不限于這些示例。

圖19是根據(jù)本發(fā)明實施例的分選實體的方法1900?？梢詫D1-圖18進(jìn)行參照。

在塊1905處，將要分選的實體引入納米柱陣列320中(例如，通過入口1105和/或入口1510)，并且實體包括第一群體和第二群體。納米柱陣列320包括布置為具有將一個納米柱與另一個納米柱分離的間隙g的納米柱314，并且納米柱被排序為相對于流體流動方向具有陣列角(例如，臨界角)。

在塊1910處，納米柱陣列320被配置為基于分選在出口處接收實體(諸如，出口940和/或945，其中每個出口可以附著/耦合至收集托盤或者收集箱)，使得在第一方向上輸出實體的第一群體以及在與第一方向不同的第二方向上輸出實體的第二群體；

在塊1915處，間隙g的間隙大小被調(diào)整為在第一方向上分選第一群體以及在第二方向上分選第二群體，并且根據(jù)納米柱陣列320上設(shè)置的氧化物層316的厚度和/或?qū)﹂g隙的化學(xué)改性(諸如，在圖7-圖9中)中的至少一個來調(diào)整間隙大小。

當(dāng)通過氧化物層316調(diào)整間隙大小時，氧化物層316將間隙大小減小至第一尺寸。當(dāng)通過化學(xué)改性調(diào)整間隙大小時，化學(xué)改性將間隙大小進(jìn)一步減小至第二尺寸，并且第二尺寸小于第一尺寸。

第一尺寸對應(yīng)于氧化物層316將間隙大小減小至約20納米，同時間隙保持均勻。第二尺寸對應(yīng)于化學(xué)改性(例如，附著的配體)將間隙大小進(jìn)一步減小至低于20納米(例如，在已經(jīng)沉積了氧化物層316之后)。對于第二尺寸，化學(xué)改性可以將間隙大小減小至18、16、14、12和/或10納米。在一個實例中，化學(xué)改性可以將間隙大小減小至低于10納米作為第二尺寸。在另一個實例中，化學(xué)改性(使用較長配體)可以將間隙大小減小至8、6、4和/或2納米作為第二尺寸。如果需要，則化學(xué)改性可以通過將間隙大小減小至小于2納米作為第二尺寸以幾乎閉合間隙。

當(dāng)通過化學(xué)改性調(diào)整間隙大小時，化學(xué)改性將間隙大小減小至第一尺寸?？梢栽O(shè)想，即使在不施加氧化物層316的情況下也可以對納米柱314施加化學(xué)改性。

化學(xué)改性在納米柱上形成單層，以使得第一群體對單層具有親和力而第二群體對單層沒有親和力。對單層具有親和力引導(dǎo)實體的第一群體在第一方向上輸出。實體包括生物標(biāo)志物、生物分子、亞細(xì)胞成分、外來體、病毒、免疫測定物和/或蛋白質(zhì)聚集體中的至少一個。

根據(jù)本發(fā)明實施例，圖20是分選實體的方法2000。可以對圖1-圖19進(jìn)行參照。

在塊2005處，將實體引入納米柱陣列320中，并且實體包括第一群體和第二群體。納米柱陣列320包括有序布置的納米柱314。納米柱具有化學(xué)改性。已經(jīng)在圖7-圖9中對各種化學(xué)改性例示進(jìn)行了討論。

在塊2010處，輸出(例如，出口940和945)在分選之后接收實體，使得基于實體的第一群體對化學(xué)改性具有親和力在第一方向上(例如，圖9a中的出口945)輸出實體的第一群體，并且在與第一方向不同的第二方向上(例如，圖9a中的出口940)輸出實體的第二群體。此外，可以有接收現(xiàn)在分到一個或者多個出口(出口940和945)中/分離通過一個或者多個出口(出口940和945)的所分選實體的操作員。操作員可以利用或者附著分開的收集裝置以分開地接收和保存所收集的實體。

第二群體對化學(xué)改性沒有親和力，諸如圖9a中的實體905。通過第二群體對化學(xué)改性沒有親和力，在第二方向上(例如，輸出出口940)輸出第二群體。

沉積是使材料生長、涂敷或者以其它方式轉(zhuǎn)移到晶片上的任何工藝。可用技術(shù)包括但不限于：熱氧化、物理氣相沉積(pvd)、化學(xué)氣相沉積(cvd)、電化學(xué)沉積(ecd)、分子束外延(mbe)以及更新近的原子層沉積(ald)以及其它技術(shù)。

去除是從晶片去除材料的任何工藝：示例包括蝕刻工藝(濕蝕刻或者干蝕刻)以及化學(xué)機械平坦化(cmp)等等。

圖案化是所沉積材料的成型或者改變，并且通常稱為光刻。例如，在常規(guī)光刻中，用稱為光致抗蝕劑的化學(xué)制品涂敷晶片；隨后稱為步進(jìn)光刻機的機器聚焦、對準(zhǔn)和移動掩模，將下面的晶片的選擇部分暴露于短波長光；通過顯影液將暴光區(qū)沖洗掉。在蝕刻或者其它處理之后，去除剩余的光致抗蝕劑。圖案化還包括電子束光刻、納米壓印光刻和反應(yīng)性離子蝕刻。

附圖中的流程圖和框圖圖示了根據(jù)本發(fā)明各種實施例的方法的可能實現(xiàn)的功能和操作。在一些替代實現(xiàn)中，塊中指示的功能可以不按附圖中指示的順序出現(xiàn)。例如，取決于所涉及的功能，實際上可以基本上并行地執(zhí)行連續(xù)示出的兩個塊，或者有時可以以相反順序執(zhí)行塊。