專利名稱：多層微流體探頭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及微流體探測裝置的領(lǐng)域，且具體地，涉及微流體探頭及其制造方法。
背景技術(shù)：
微流體通常是指微制造裝置，其用于將液體泵送、取樣、混合、分析和定量供給。它的突出的特征來源于液體在微米長度尺度所展示的特有的行為。[1，2]液體在微流體中的流動典型是層狀。正好在一毫微升以下的容積可由具有在微米范圍內(nèi)的橫向尺寸的制造結(jié)構(gòu)達到。被限制在大尺度的反應(yīng)(通過反應(yīng)物的擴散)可被加速。[3]最終，液體的平行流可被精確地和再現(xiàn)地控制，允許在液體/液體和液體/固體界面處進行化學(xué)反應(yīng)和制造梯度。[4]微流體從而用于生命科學(xué)中的各種應(yīng)用。大部分微流體裝置具有用戶芯片界面和閉合的流路。閉合的流路促使將功能元件 (例如，加熱器、混合器、泵、紫外檢測器、閥等)整合到一個裝置中而最小化了涉及泄漏和蒸發(fā)的問題。然而，加工或圖案化具有這樣的微流體的表面是難以實現(xiàn)的。噴墨被設(shè)計為可以例如在非接觸模式中，而不是在有浸液的情況下傳遞墨汁。[5] 其它技術(shù)可在甚至更高的分辨率進一步圖案化表面，但受限于它們在液體環(huán)境中操作的能力。[6，7]液體環(huán)境使干燥人造物品、生物分子的變性減到最少，且使得可以操作活的微生物。為了在有液體環(huán)境的情況下圖案化表面和分析在表面上的樣品，開發(fā)了幾種策略以克服閉合的微流體的限制。一些策略依賴將液體限制在表面附近[8，9]，或仍然在液體的良好限定區(qū)域中傳遞生物分子的精確的量。[10]掃描毫微移液管和中空原子力顯微鏡 (AFM)探針也被開發(fā)用于以微米精確度在表面上圖案化生物分子。[11，12，13]。作為其它示例，開發(fā)了非接觸微流體探測技術(shù)(或"MFP")(參見例如 US2005/0M7673)，其允許通過添加或移除生物細(xì)胞而圖案化表面，創(chuàng)建沉積在表面上的蛋白質(zhì)的表面密度梯度，使反應(yīng)局部化在接近于表面的液體界面，將在表面上的粘附細(xì)胞著色和移除。[14]其它應(yīng)用已被測試。[15,16]圖IA-D描述這樣的MFP探頭100且進一步示出它的工作原理。探頭100的限制液體的部分105(圖1D)是硅芯片，其具有兩個孔徑101、102。使其靠近所關(guān)注的基板300。 在芯片100的另一面上的水平微通道115(圖1C)用形成在聚(二甲硅氧烷)(PDMS)連接塊90中的通孔91、92連接所述兩個孔徑，如圖1A。插入在PDMS中的毛細(xì)管81、82提供機動泵和孔徑101、102之間的連接。由此，通過控制注射通過一個孔徑101的液體420的流量和通過將液體420從另一孔徑102重新吸出(與一些浸液410 —起)，獲得被注入的液體 420的限制，如圖1D。如此裝配的這樣的MFP探頭在圖IC中被示意性地描述。盡管該MFP技術(shù)在許多方面和對于一些應(yīng)用范圍是有利的，但在制造方面的挑戰(zhàn)仍留待解決。具體地，用PDMS連接塊90組裝硅探頭100和插入玻璃毛細(xì)管81、82是勞動密集的。因為硅芯片和PDMS小且難于操縱，這樣的操作還具有有限的成品率。此外，在粘
4合到硅探頭和毛細(xì)管的插入中，在PDMS塊90中的應(yīng)力可導(dǎo)致PDMS的分離。而且，使用例如深反應(yīng)離子蝕刻(DRIE)或等離子蝕刻在厚的硅晶片中微制造小孔徑，可以是挑戰(zhàn)性的和耗費時間的，這是因為探頭必須具有用于例如機械穩(wěn)定性的厚度。這樣的限制可以阻礙技術(shù)的工業(yè)化運用。為了完整性起見，提及了專利文件US 2007/0160502, JP 2005/111567和US 5882465，其涉及微流體裝置或反應(yīng)器的制造工藝。除專門的專利文獻外，一些出版物也致力于該主題，其中一些在本說明書的結(jié)尾處被引用。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，本發(fā)明提供多層微流體探頭，該探頭包括第一層，第二層，和從第一層的頂面延伸的管端口，其中第一層具有通孔，其使得在所述端口和第一層的底面之間流體連通；第二層包括在第二層的一面上的孔徑，和微通道，其使得在第二層的頂面和所述孔徑之間流體連通，所述第二層的頂面面向第一層的底面；及探頭還被配置為使得在所述通孔和所述微通道之間流體連通。在其它實施例中，所述探頭可以包括一個或多個以下特征微通道的至少一部分是凹槽，該凹槽在第二層的頂面上敞開，且被探頭的層的底面的一部分封閉，優(yōu)選地被第一層的底面的一部分封閉；孔徑從它的底面朝向頂面延伸通過第二層，優(yōu)選地為通孔；微通道的至少一部分是延伸直到孔徑的凹槽，孔徑形成在凹槽的端部，位于第二層的頂面的邊緣的水平；微通道的特征沿它的平均方向變化，優(yōu)選地是連續(xù)地變化；微流體探頭還包括一個或多個被設(shè)置在第一和/或第二層中的窗口 ；窗口被設(shè)置在第二層中；且第一層優(yōu)選地是透明的；微流體探頭還包括在第一和第二層之間的第三層，優(yōu)選地是透明的，探頭還被配置為使得在通孔和微通道之間通過第三層流體連通；和微流體探頭還包括第二管端口、第二通孔、第二孔徑和第二微通道，被配置為與所述管端口、通孔、孔徑和微通道類似，探頭還被配置為使得在一方面在第一通孔和第一孔徑之間，及在另一方面在第二通孔和第二孔徑之間分別流體連通；且允許在接近孔徑的表面上在其中一個孔徑處吸入經(jīng)由另一孔徑沉積的一些流體。在另一實施例中，本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明的上述方面的微流體探頭的制造方法，其包括以下步驟提供第一層和第二層；制造第一層中的通孔和第二層的微通道；及組
裝第一和第二層。在進一步的實施例中，該方法可以包括一個或多個以下特征制造的步驟還包括將微通道的至少一部分制造為在第二層的頂面上敞開的凹槽；制造的步驟還包括制造大致平行于第二層的頂面和延伸直到其邊緣的微通道；制造微通道的步驟被執(zhí)行使得微通道的特征沿它的平均方向變化，優(yōu)選地連續(xù)地變化，且該方法還包括以下步驟切割所述邊緣以在微通道的端部修改一孔徑的特征；
制造步驟還包括制造第一微通道和第二微通道，兩者均平行于第二層的頂面和延伸直到其邊緣，從而微通道的至少一個特征沿微通道的平均方向變化，且該方法還包括以下步驟切割所述邊緣以在微通道的端部修改多個孔徑的特征；和制造步驟還包括提供第二層中的一個或多個窗口 ；和分別提供第一層中的第一入口窗口和第二層中的第二入口窗口，從而使得可以從第一入口窗口到第二入口窗口流體連通，且第二入口窗口與所述一個或多個窗口流體連通。具體體現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法現(xiàn)在將利用非限制性實施例和參考附圖被描述。


圖1A-1D示出現(xiàn)有技術(shù)的MFP和它的工作原理；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的MFP探頭的分解圖；圖3-4示出根據(jù)圖2的實施例的變體的MFP探頭的分解圖；圖5A-5E示出根據(jù)圖2的變體的設(shè)置有光學(xué)窗口的MFP探頭層的截面圖；圖6示意性地描述圖2的MFP探頭的截面圖，其沿微通道，通過垂直于的層的平均平面的表面；圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的MFP探頭的分解圖；圖8關(guān)注在圖7的MFP探頭的邊緣表面；圖9是圖7的MFP探頭在制造初期的層的示意俯視圖；和圖10-11示出在圖9的MFP探頭中的微通道的形狀的變體。
具體實施例方式作為以下描述的介紹，首先指出本發(fā)明的總體方面，涉及多層微流體探測(或 MFP)頭。探頭典型地包括面對彼此的第一和第二層、及管端口。管端口從第一層延伸。第一層包括通孔，其可以面向端口，由此使得通過第一層朝向第二層流體連通。第二層包括至少一個微通道，將流體連通接續(xù)到在第二層的面上的孔徑。這樣的多層MFP探頭比用單體構(gòu)造制成的探頭更容易制造和封裝，諸如在背景部分中提及的。特別是，微通道可有利地被刻為凹槽，凹槽位于兩個層之間的界面的水平。MFP 探頭可進一步使用例如用于管端口的標(biāo)準(zhǔn)配件與管互相接合。本發(fā)明例如對于在表面上構(gòu)圖連續(xù)和不連續(xù)的生物分子的圖案、以及在非接觸模式直接處理抗蝕劑材料有顯著能力。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的多層MFP探頭100的分解圖。多層探頭包括至少一個第一層110和第二層120。其還具有管端口 181和182，從層110的頂面延伸(在將口和第一層組裝之后)。層110還包括通孔111和112。如圖中所示，通孔和口被配置為使得從端口到第一層110的底面(即朝向第二層)流體連通。第二層120還包括孔徑121、122，在其面(例如底面，在圖2中不可見)上敞開。 它們優(yōu)選地延伸通過第二層，例如作為通孔，其實際上容易被加工?？讖?21、122將參考后續(xù)的附圖被更詳細(xì)地討論。第二層120還包括微通道123、124，其與各自連接的孔徑121、122 —起，使得從第二層的頂面(即，朝向第一層110的底面)直到孔徑123、1M流體連通。在圖2中的示例中，流體連通因此被允許朝向第二層120的底面。實際上，本發(fā)明的大多數(shù)實施例包括多對端口、通孔、微通道和相應(yīng)的孔徑，如以下示例。對于下面將討論的應(yīng)用，微通道的任務(wù)是使得從通孔(可能很大)直到孔徑(比較小且可能彼此靠近)流體連通。注意到，如所示出的，MFP探頭還被配置為使得在通孔111、112和微通道123、IM 之間流體連通。為了這一目的，微通道的端部可以面向通孔，如所描述的。所述端部可以例如具有相較于微通道的平均界面稍微大的尺寸。如從圖2顯而易見的，這樣的MFP探頭容易被制造。第一，將附加的層用于探頭允許管端口被容易地安裝在其上，其比例如PDMS塊中的毛細(xì)管更加容易地操縱。第二，只有下層120需要實質(zhì)的機加工，用于生成孔徑和微通道?，F(xiàn)在，在其他條件都相同的情況下， 下層120可比整個MFP探頭更薄。相應(yīng)地，生成孔徑(例如作為通孔)更容易被實現(xiàn)(例如通過深反應(yīng)離子蝕刻)，盡管它們的可能更小的尺寸。此外，微通道123、124的至少一部分優(yōu)選地被設(shè)置為在第二層120的層厚度中的凹槽，凹槽在第二層120的頂面敞開。這樣，形成微通道被容易地實現(xiàn)，盡管微通道的尺寸小。在組裝之后，凹槽被第一層110的一部分封閉。凹槽可以通過工具直接刻在第二層120 的上表面上。它可具有任何合適的截面形狀，例如圓角的、方形、U或V截面。所需的工具典型地根據(jù)第二層120的材料來選擇。在變體中，激光燒蝕可以被考慮。對于微通道的制造，最有利地仍然是深反應(yīng)離子蝕刻，如稍后要討論的。如在圖2中描述的，凹槽123、IM延伸直到各自的孔徑121、122。在將參考圖7_11 討論的變體中，孔徑直接由凹槽的端部形成，位于第二層的頂面的邊緣的水平，其也是容易加工的。接下來，如在圖2-5E中進一步討論的，MFP探頭還可以包括在第一 110和/或第二層120中的一個或多個光學(xué)窗口 115、125，用于改進被研究的樣本的顯像。簡要地，在實施例中，窗口被設(shè)置在MFP(圖2)的兩層110、120中。在變體中，窗口被設(shè)置在下層120中， 只不過上層110是透明的(圖幻。在其它變體中，MFP探頭可以包括一個或多個附加的層 (諸如圖4中的層130)。如所示出的，不透明層110、120分別具有設(shè)置在其中的光學(xué)窗口 115、125，面向彼此，且中間層130是透明的。光學(xué)窗口可以例如使用與當(dāng)在第二層中形成孔徑121和122時或當(dāng)在第一層中形成通孔111和112時相同的技術(shù)和制造步驟而形成。此外，如圖3中所描述的，第一入口窗口 117和第二入口窗口 127還可以被分別設(shè)置在第一層110和第二層120中。由于層110、120的布置，可使得從第一入口窗口 117到第二入口窗口 127流體連通。此外，第二入口窗口 127與光學(xué)窗口 125流體連通。為了該目的，通道可被簡單地設(shè)置在第二層120中，通道將窗口 125連接到入口窗口 127。可以地， 可以設(shè)置另一組窗口 125'、入口窗口 117' ,127'，例如相對于多個微通道對稱，用于改進觀察。入口窗口 117、127允許將液體分配到窗口 125，和由此分配到在第二層120和樣品表面之間的界面。在該方面及如所示出的，入口窗口 117、127有利地設(shè)置為偏心的。在圖4中，第三層130(透明的)設(shè)置在第一層110和第二層120之間的中間位置。但是，MFP探頭仍配置為使得第一層110的通孔和第二層120的微通道之間通過第三層130流體連通。如上所述，它可以具有光學(xué)窗口 125，上層110是透明的(例如SU8或玻璃)，如圖3中的一樣，或也具有窗口 115(如圖2中的一樣)。然而，在下層120中(典型地在硅中)生成光學(xué)窗口減少它的機械穩(wěn)定性。這可以使將層110和120接合的階段變復(fù)雜。在這方面，中間層130(優(yōu)選地是軟層，例如用基于氧的等離子體處理的聚(二甲硅氧烷))用來使上和下層110、120的接合簡單。同時，層110、120越薄，將它們以精確度加工就越簡單，多層探頭越實用。光學(xué)窗口 125、125'允許非常容易地操作不透明樣品。事實上，MFP探頭通常在硅晶片中被微制造。如早前描述的，它們優(yōu)選地具有孔徑，用于在表面上注入和吸入液體。在探頭和樣品之間的間隙在這種情況下典型地用“浸沒”液體填充。監(jiān)測在MFP探頭和樣品之間的距離對與防止探頭的損壞、選擇要被探測的樣品的區(qū)域、或監(jiān)測發(fā)生在樣品上的過程是有用的。因此，使用用于監(jiān)測探頭-樣品相互作用的倒置顯微鏡，目前僅能夠容易地研究透明的樣品。由于設(shè)置在MFP探頭層中的光學(xué)窗口，現(xiàn)在可容易地操作不透明的樣品。這使得諸如組織切片分析的MFP技術(shù)的新應(yīng)用成為可能。此外，要被處理或分析的樣品可從上方監(jiān)測；例如可使用標(biāo)準(zhǔn)的直立顯微鏡和雙筒顯微鏡。即刻返回參考圖3，光學(xué)窗口 125、125'還有利地相一致，用于分配和保持所述浸液。例如，浸液可被直接吸入到入口窗口 127中，其連接到光學(xué)窗口 125，由是將它設(shè)計為偏心的原因。在變體中，浸液可使用連接到泵的毛細(xì)管分配。接下來，光學(xué)窗口的設(shè)計可以考慮到MFP探頭層的制造工藝和機械穩(wěn)定性的需求。各種形狀可以被考慮，如在圖5A-5E的截面圖中所示的一樣。所述圖示意性地描述了 MFP的組裝層110、120(例如，參考圖2提及的層110和120)。在圖5A-5E中，內(nèi)部粗線表示光學(xué)窗口 115、125(115' ,125')的周邊，例如它定出在制造中被移除的材料的區(qū)域的界。外線表示探頭層的周邊，例如從上方觀察的。還描述以下元件的投影對應(yīng)于要被接合在上層上的口 181、182的底面的區(qū)域的周邊；對應(yīng)于通過MFP探頭的上層110的通孔111、112的區(qū)域；禾口在下層120的頂面上的多個微通道123、124(用于將通孔連接到孔徑)。設(shè)置附加的元件，反映優(yōu)選的實施例，在所述實施例中，設(shè)置中央平臺105，其中， 可能設(shè)置孔徑(在該比例不可見)及柱104(用于防止探頭碰撞在表面上和以幫助平面內(nèi)對齊)。如何制造這樣的平臺和口在本領(lǐng)域中是已知的。例如，一對窗口 115、125可被設(shè)計為如圖5A中所示的，其只反映在圖2中已經(jīng)可見的形狀。在圖5B中，窗口 115、125在層的邊緣上開口，根據(jù)選擇的用于層110、120的材料
和可獲得的加工工具，其可以更容易加工。在圖5C-5D中，附加的窗口 115' ,125'被設(shè)置，優(yōu)選地相對于探頭的主縱向軸線與窗口 115、125對稱(如圖5C中一樣)。這增加了觀察可能性。微通道123-124的形狀可以相應(yīng)地適應(yīng)。但，微通道123、1M仍然優(yōu)選地被刻為在層上的凹槽。為了優(yōu)化從空間中的給定點的可見度，適當(dāng)?shù)姆菍ΨQ模式可被設(shè)計，如圖5E中一樣。再次，微通道123-124的形狀被相應(yīng)地適配。接下來，根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖6示出在組裝后的MFP探頭的兩個層110、120的縱向?qū)ΨQ平面中的剖面的示意圖。剖面是包括微通道的中軸線和垂直于層110、120的平均平面的剖面。如圖2-4中一樣，第一(上)層110和第二(下)層120被示出，以及微通道123,124和通孔111、112被示出。如上進一步提及的，一個或多個柱104和平臺105被設(shè)置在第二層120的下側(cè)上。作為將第一層110接合到第二層120的結(jié)果，旋涂粘合層200還可見。在圖6的實施例中，孔徑被形成為在第二層120中的通孔，在一端鄰接各自的微通道123、124。水平分布的微通道123、IM被刻在層120的頂面上，從對應(yīng)于通孔111、112的位置且直到孔徑的上端。由此實現(xiàn)簡單的配置，其使從通孔(上側(cè))到孔徑(下側(cè))通過微通道流體連通。如將在下面進一步討論的，微通道123、124，通孔111、112，和孔徑121、 122使用相同的技術(shù)，即深反應(yīng)離子蝕刻(DRIE)被有利地獲得。同樣地，在圖6中，孔徑121、122被配置為允許在孔徑附近，在孔徑122中的一個處吸入經(jīng)由在樣品表面上的另一孔徑121沉積的一些流體。在設(shè)計階段定義的它們的形狀、尺寸和相對位置，將在很大程度上支配表面上液體的液動力流動限制(hydrodynamic flow confinement) (HFC)。貢獻于HFC的其它參數(shù)是注射和吸入流量，在基板上的探頭的軌跡和速度，和在探頭和基板之間的分隔距離，其均可被相互作用地修改。如所述的，上述的MFP探頭的制造被顯著簡化?；旧?，制造方案包括兩個主要階段。在第一階段中，制造第一層中的一個或多個通孔，例如通過DRIE ；及第二層中的一個或多個微通道，例如通過DRIE。如進一步提及的，孔徑可被形成在第二層中，使用例如還是DRIE。例如，孔徑，其具有典型的幾十微米的側(cè)向尺寸，被蝕刻為完全通過第二層。然后，第二階段包括組裝第一和第二層。為了方便操縱，端口優(yōu)選地以后安裝?，F(xiàn)在討論MFP探頭的主要特征的制造的優(yōu)選方法的詳細(xì)內(nèi)容。諸如在圖2和6中描述的多層MFP探頭是使用硅晶片微制造的，然而可以使用其它材料。為了區(qū)分起見，將上層110稱作硅蓋及將下層120稱作HFC芯片。單側(cè)和雙側(cè)拋光的硅晶片被分別用于硅蓋和HFC芯片。兩個片為例如直徑4英寸和厚度400 μ m(Siltronix, 日內(nèi)瓦，瑞士)。微觀結(jié)構(gòu)使用標(biāo)準(zhǔn)光刻法、光繪聚合物掩模(Zitzmarm GmbH, Eching，德國)和 DRIE (參見例如 STSICP，Surface Technology Systems，紐波特，英國)制成。HFC 芯片的微通道可被蝕刻為深入HFC晶片的頂面50 μ m。晶片的下側(cè)可被處理，以形成高度到50 μ m 的平臺和柱。將孔徑開口使用DRIE蝕刻從晶片的下側(cè)執(zhí)行。由此可獲得良好限定的具有側(cè)向尺寸小于ΙΟμπι的孔徑。當(dāng)薄硅晶片被用作HFC芯片時，孔徑可被更精確地制造，而蓋晶片可保持為厚的，以向探頭提供機械強度。硅蓋由通過一側(cè)拋光的晶片蝕刻具有800 μ m直徑的通孔產(chǎn)生。接下來，兩個晶片的組裝由將約3μπι聚酰亞胺粘合劑(HD Microsystems GmbH, Neu-Isenburg，德國)旋涂到蓋晶片的拋光側(cè)上及由隨后對齊和接合兩個晶片而獲得。接合發(fā)生在320°C、2巴壓強持續(xù)十分鐘(PRESSYSLE，Paul-Otto Weber GmbH, Remshalden，德國)。MFP 探頭可然后被切片和儲存。安裝端口可使用環(huán)氧粘合劑環(huán)(Nanoport Assemblies from Upchurch Scientific, Ercatech，伯爾尼，瑞士，提供環(huán)氧粘合劑環(huán))進行。代替例如PDMS的成型塊的標(biāo)準(zhǔn)端口和配件的使用減少需要用于組裝探頭的勞動。MFP探頭優(yōu)選地在實際將端口安裝之前對泄露和堵塞進行測試，因為不能排除粘合劑侵入到微通道中。在該方面，一次性吸液管尖頭可被切割以匹配通孔的尺寸，及液體可被推過通道，同時用放大鏡觀察，如果微滴可以離開孔徑而沒有在其他地方泄漏的話。將端口與通孔對齊可最終手動進行。后續(xù)的接合發(fā)生，例如在熱板上或在爐子中在140°C持續(xù)約1小時。簡短地返回到光刻步驟，多層MFP探頭的制造可能對于HFC芯片使用三個光刻步驟(涂布，曝光和顯影抗蝕劑，隨后蝕刻硅)及對于硅蓋使用一個步驟。比較起來，本領(lǐng)域中已知的單片式MFP探頭需要三個步驟。然而，以前的探頭還需要模制PDMS連接塊，所述連接塊需要等離子體處理和被接合到硅晶片，導(dǎo)致了之前討論的缺點。和使用PDMS連接塊對比，這里描述的新制造方法產(chǎn)生具有大的通孔(例如在Imm 范圍內(nèi)的直徑)的硅蓋，其連接在端口和HFC芯片之間的結(jié)構(gòu)。在另一方面，HFC芯片包括所有微觀結(jié)構(gòu)。特別是，在HFC芯片的上側(cè)的微通道提供在通孔和孔徑之間的流體連接，其位于HFC芯片的中心。當(dāng)為實驗調(diào)整探頭時，平臺附近的柱被用作調(diào)平輔助，如參考圖5A-5E 提及的。諸如上述的MFP探頭特別對于表面處理應(yīng)用尤其有用。表面處理應(yīng)用，不像生物應(yīng)用，處理更小的圖案以及更寬范圍的液體和化學(xué)品。采用薄的硅晶片(例如ΙΟΟμπι厚) 以制造HFC芯片，可以制造良好限定的具有小于10 μ m的側(cè)向尺寸的孔徑，使用常規(guī)的DRIE 或聚焦離子束。探頭的機械強度僅由硅蓋提供。順便提及，因為孔徑可以是小的且彼此接近，而水平微通道充分地散開，從而留出充足的空間在硅蓋上增加許多端口，諸如此處討論的多層探頭也更加適于使用許多處理液體。更通常地，本MFP技術(shù)具有圖案化表面、處理材料、沉積和移除表面上的生物分子和細(xì)胞、分析表面上的細(xì)胞和生物分子、在表面上生成化學(xué)梯度、研究諸如組織切片的復(fù)雜生物標(biāo)本、和生成具有諸如錐形腔體的非常規(guī)輪廓的結(jié)構(gòu)的能力。接下來，將參考圖7-11討論本發(fā)明的多層探頭的另一類型的實施例。如在圖7中描述的，MFP探頭與圖2中的MFP探頭相似(層110、120，通孔111、 112，和管端口 181和182被設(shè)置，類似于在圖2中的它們的對應(yīng)部分)。然而，在此處，微通道123-1M延伸直到第二層120的頂面的邊緣310，參見圖8。孔徑121、122實際上由凹槽 123、124的端部形成，位于邊緣310的水平?；旧?，這樣的實施例相當(dāng)于跳過了孔徑的直接制造。例如，微通道被刻為水平伸展直到第二層120的頂面的邊緣的凹槽，由此用于微通道的孔徑產(chǎn)生，而無需附加的機加工。在圖7或8的具體實施例中，孔徑121、122在垂直于下層120的頂面的面320上打開。這由后面將討論的制造方法的有利的變體產(chǎn)生。該變體仍允許MFP探頭在樣品表面上的平滑操作?？煽紤]對圖7-8的實施例的幾個變體，其在許多方面有利。例如，可執(zhí)行微通道制造使得微通道的特征(即平均截面)連續(xù)地變化。因此，可以優(yōu)選地通過在層的組裝之后，位于邊緣表面320的水平，簡單地切割兩個層110、120，從而調(diào)節(jié)考慮的特征。圖9示意性地示出該情況。它實際上反映MFP層的局部截面圖，其平行于層110、 120的其中一個的平均平面。它顯著地示出兩個微通道123、124，所述通道的截面隨著他們朝向邊緣表面310伸展而減小。其還進一步示出各種切割/切片標(biāo)記410、412、420。切割可使用例如刀片、薄樣切片機(microtome)、切片或鋸工具進行。邊緣表面310可因此沿標(biāo)記420中的任一個，和沿標(biāo)記410、412中的任一對切割或削減，在微通道的端部形成各種可能的孔徑尺寸。附圖標(biāo)記121' ,122'表示在切割前的孔徑。此外，在微通道123、1M之間的相對距離也變化，由此在切割之后的在孔徑之間相對距離也可以被調(diào)節(jié).在一變體中，只有孔徑的尺寸通過切割邊緣表面而被調(diào)節(jié)，如在圖10中所描述的。這里，微通道123、1M的截面的形狀被設(shè)計為使得切割邊緣將主要引起修改孔徑尺寸， 而不是顯著修改它們的相對距離。進一步的變體在于僅調(diào)節(jié)孔徑之間的距離，而不修改它們的尺寸。微通道123、IM甚至可被刻以在邊緣表面310的水平上表現(xiàn)出曲率，如圖11中所示。這里，切割邊緣310會導(dǎo)致孔徑的入射角的修改。因此，流體相對于樣品表面的入射角可以被修改。這顯著地影響了從孔徑排出和由孔徑吸入的液體的動量，其在一些應(yīng)用中可以是有用的。更通常地，一個或多個微通道可被制造為平行于第二層120的頂面，延伸直到邊緣310，使得它的一個特征(或多個)沿微通道被改變。如上所述，該特征可以是在微通道之間的相對距離，微通道的向外展開的取向或它們的混合。結(jié)果，切割邊緣310允許在微通道123、124的端部調(diào)節(jié)孔徑121、122的特征。從生產(chǎn)的觀點看，有利的是，對于MFP層110、120使用的僅一個設(shè)計模板可實際作為獲得MFP探頭中的孔徑的不同的最終布置的基礎(chǔ)。盡管本發(fā)明已參考一些實施例被描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解可以進行不同的改變及用等同體替換，而不偏離本發(fā)明的范圍。此外，可以形成許多變形以使具體的情形或材料適于本發(fā)明的教導(dǎo)，而不偏離本發(fā)明的范圍。由此，本發(fā)明旨在不限于披露的具體實施例，但本發(fā)明將包括落入所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。例如，盡管上述實施例僅描述了具有兩個端口、兩個通孔、兩個孔徑等的MFP探頭，它可以被具體實施為具有僅一個端口、一個微通道和僅一個孔徑的探頭。更通常地，可以考慮一組或幾組端口、微通道等寸。引用參考文獻[I]Brody J P, Yager P, Goldstein R E and Austin R H 1996 Biotechnology at low Reynolds Numbers Biophys. 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1.一種多層微流體探頭(100)，包括第一層(110)，第二層(120)，和管端口(181，182)， 所述管端口從第一層的頂面延伸，其中第一層具有通孔(111，112)，其使得所述端口和第一層的底面之間流體連通； 第二層包括在第二層的一個面上的孔徑(121，122)；和微通道(123,1 )，其使得第二層的頂面和所述孔徑之間流體連通，所述第二層的頂面面向所述第一層的底面；和所述探頭被進一步配置為使得所述通孔和所述微通道之間流體連通。
2.如權(quán)利要求1所述的微流體探頭，其中，所述微通道的至少一部分是凹槽(IM)，其在第二層(120)的頂面上敞開且由所述探頭(110，130)的一層的底面的一部分封閉，優(yōu)選地由第一層(110)的底面的一部分封閉。
3.如權(quán)利要求1或2所述的微流體探頭，其中，所述孔徑(12 從第二層的底面朝向第二層的頂面延伸通過第二層，優(yōu)選地為通孔。
4.如權(quán)利要求1或2所述的微流體探頭，其中，所述微通道的至少一部分是延伸直到孔徑(122)的凹槽(IM)，所述孔徑形成在所述凹槽的端部，位于第二層的頂面的邊緣(310) 的水平。
5.如權(quán)利要求1、2或4所述的微流體探頭，其中，所述微通道的特征沿其平均方向變化，優(yōu)選地是連續(xù)地變化。
6.如權(quán)利要求1-5中的任一個所述的微流體探頭，還包括被設(shè)置在所述第一層和/或第二層中的一個或多個窗口(115，125)。
7.如權(quán)利要求6所述的微流體探頭，其中， 所述窗口(125)被設(shè)置在第二層(120)中；和所述第一層優(yōu)選地是透明的。
8.如權(quán)利要求1到7所述的微流體探頭，還包括在所述第一層和第二層之間的第三層 (130)，其優(yōu)選地是透明的，所述探頭還被配置為通過第三層使得在所述通孔和所述微通道之間流體連通。
9.如權(quán)利要求1到8中的任一個所述的微流體探頭，還包括第二管端口(182)、第二通孔(112)、第二孔徑(12 和第二微通道(IM)，被配置為類似所述管端口(181)、所述通孔 (111)、所述孔徑(121)和所述微通道(123)，所述探頭還被配置為使得一方面在第一通孔(111)和第一孔徑(121)之間，另一方面在第二通孔(112)和第二孔徑(12 之間分別流體連通；和允許在接近所述多個孔徑的表面上在孔徑(122)中的一個處吸入一些經(jīng)由另一孔徑 (121)沉積的流體。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1到9中的任一個所述的微流體探頭的制造方法，包括以下步驟提供所述第一層和第二層；制造在第一層中的通孔和第二層的微通道；和組裝所述第一層和第二層。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，制造還包括將所述微通道的至少一部分制造為在第二層的頂面敞開的凹槽(123)。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，制造的步驟還包括制造大致平行于第二層的頂面和延伸直到第二層的頂面的邊緣(310)的微通道(123)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，制造所述微通道被實現(xiàn)為使得所述微通道的特征沿它的平均方向變化，優(yōu)選地是連續(xù)地變化，并且其中，所述方法還包括以下步驟切割所述邊緣(310)以在所述微通道的端部修改一孔徑的特征。
14.如權(quán)利要求10到13中的任一個所述的方法，其中，制造的步驟還包括制造第一微通道(12 和第二微通道(IM)，兩者均平行于第二層的頂面和延伸直到第二層的頂面的邊緣(310)，從而所述多個微通道的至少一個特征沿所述多個微通道的平均方向變化，并且其中，所述方法還包括以下步驟切割所述邊緣(310)以在所述多個微通道的端部修改所述多個孔徑的特征。
15.如權(quán)利要求10到14中的任一個所述的方法，其中，制造還包括 在第二層中提供一個或多個窗口(125，125')；和分別在第一層(110)和第二層(120)中提供第一和第二入口窗口(117，117'，127， 127')，從而可使從第一入口窗口(117,117')到第二入口窗口(127,127')流體連通， 且第二入口窗口(127，127')與所述一個或多個窗口(125，125')流體連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多層微流體探頭(MFP)(100)。所述探頭一般包括彼此面對的第一層(110)和第二層(120)，和從第一層(110)延伸的至少一個管端口(182)。所述第一層包括一個或多個通孔(112)，其使得第一層朝向第二層流體連通。所述第二層包括至少一個微通道(124)，實現(xiàn)至孔徑(122)的流體連通。這樣的多層MFP探頭比單一結(jié)構(gòu)的探頭更容易制造。具體地說，微通道可被刻蝕為凹槽(124)，其位于兩層的界面的水平。所述MFP探頭還可使用例如用于管端口的標(biāo)準(zhǔn)配件與管接口。本發(fā)明例如對于在表面上構(gòu)圖連續(xù)和不連續(xù)的生物分子的圖案、以及在非接觸模式直接處理抗蝕劑材料有顯著能力。
文檔編號B01L3/02GK102421517SQ201080020044
公開日2012年4月18日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者E.德拉馬徹, R.洛夫奇克, U.德雷科斯勒 申請人:國際商業(yè)機器公司