本發(fā)明涉及生物芯片技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種生物芯片及其封裝方法。

背景技術(shù)：

隨著生物芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，生物芯片逐步朝具有微納尺度微通道結(jié)構(gòu)的微流控生物芯片方向發(fā)展。在目前的微流控領(lǐng)域中，各種聚合物材料，如pdms(聚二甲基硅氧烷)、pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)、ps(聚苯乙烯)、pc(聚碳酸酯)、coc/cop(環(huán)烯烴共聚物)等，因它們易精準(zhǔn)加工、成本低及有利于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)勢，逐步在生物芯片加工領(lǐng)域被廣泛使用。

但作為生物芯片基材，聚合物材料也存在一些不足。例如，聚合物材料硬度低，高溫加熱時易發(fā)生形變，有些聚合物材料還具有一定的透氣性，這就導(dǎo)致芯片在使用過程(如樣品注入、加熱反應(yīng)或樣品檢測過程)中會發(fā)生內(nèi)外氣體交換，致使芯片內(nèi)水分蒸發(fā)、芯片的結(jié)構(gòu)變形及冷熱膨脹等，導(dǎo)致芯片內(nèi)生物樣本(如細(xì)胞、液滴等)穩(wěn)定性差，從而嚴(yán)重影響生物芯片的功能實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施方式的目的在于提供一種生物芯片及其封裝方法，可減少生物芯片內(nèi)外的氣相交換以及芯片內(nèi)的水分蒸發(fā)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施方式提供了一種生物芯片，包括：芯片層、底部基板與封裝層；底部基板與封裝層均由密封不透氣材料制成；底部基板與封裝層包裹芯片層；封裝層上預(yù)留有至少一個進(jìn)孔道及至少一個出孔道；芯片層的內(nèi)部設(shè)有通道；該至少一個進(jìn)孔道及至少一個出孔道均與該芯片層內(nèi)的通道連接，將芯片層內(nèi)的通道與外部設(shè)備連通。

本發(fā)明的實施方式還提供了一種生物芯片的封裝方法，包括：用底部基板及封裝層包裹芯片層；其中，底部基板與封裝層均由密封不透氣材料制成；封裝層上預(yù)留有至少一個進(jìn)孔道及至少一個出孔道；芯片層的內(nèi)部設(shè)有通道；至少一個進(jìn)孔道及至少一個出孔道均與芯片層內(nèi)的通道連接，將芯片層內(nèi)的通道與外部設(shè)備連通。

本發(fā)明實施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，將芯片層包裹在底部基板與封裝層之間，且底部基板與封裝層均由密封不透氣材料制成，僅在封裝層上預(yù)留了可使芯片層與外部設(shè)備連通的進(jìn)、出孔道，既避免了芯片層與外界進(jìn)行氣相交換以及芯片層內(nèi)的水分蒸發(fā)，又可使芯片層與外部設(shè)備正常進(jìn)行連通交互，也有效地避免了芯片層中的腔室通道出現(xiàn)短路現(xiàn)象，更有利于生物芯片功能的實現(xiàn)。

可選地，芯片層由至少一種聚合物材料組成。

可選地，芯片層鍵合于底部基板上。

可選地，封裝層在預(yù)留至少一個進(jìn)孔道及至少一個出孔道的位置上還安裝有用于連接外部設(shè)備的連接結(jié)構(gòu)。

可選地，封裝層由至少一種封裝材料形成；該至少一種封裝材料覆蓋芯片層外表面，并與底部基板密切貼合。

可選地，封裝層由蓋板及至少一種封裝材料形成；蓋板定位鍵合于芯片層上；該至少一種封裝材料覆蓋在底部基板與蓋板之間。

可選地，封裝材料為以下任意一種或其任意組合：丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、丁基橡膠、沉積薄膜高聚物、鍍膜金屬。

可選地，該至少一個進(jìn)孔道及至少一個出孔道預(yù)留在蓋板上。

可選地，蓋板由pmma、pc、pp、pet、psf、玻璃或金屬形成。

可選地，底部基板為結(jié)構(gòu)性基板、光學(xué)基板、電極電路基板。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的生物芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的生物芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的生物芯片的封裝方法的流程圖；

圖4(a)是未封裝芯片經(jīng)pcr熱循環(huán)后芯片內(nèi)結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖；

圖4(b)是采用本發(fā)明實施方式提供的封裝方法封裝后，芯片經(jīng)pcr熱循環(huán)后芯片內(nèi)結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的生物芯片的封裝方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請所要求保護(hù)的技術(shù)方案。

本發(fā)明的第一實施方式涉及一種生物芯片。

如圖1所示，該生物芯片包括底部基板11、芯片層12及封裝層13，底部基板11及封裝層13包裹芯片層12。封裝層13上預(yù)留有至少一個進(jìn)孔道141及至少一個出孔道142(圖1中僅示出了一個進(jìn)孔道及一個出孔道)，芯片層13的內(nèi)部則設(shè)有中空結(jié)構(gòu)的通道15(即芯片腔室通道)，該至少一個進(jìn)孔道141及至少一個出孔道142均與芯片層內(nèi)的通道15連接，從而將芯片層內(nèi)的通道15與外部設(shè)備連通。

本實施方式中，底部基板11與封裝層13均由密封不透氣材料制成。其中，底部基板11可以為結(jié)構(gòu)性基板、光學(xué)基板、電極電路基板等；封裝層13可由一層或多層封裝材料形成。當(dāng)封裝層由多層封裝材料形成時，每層封裝材料的種類不同，也就說，封裝層可由至少一種封裝材料組成。使用多層組合封裝，其防揮發(fā)效果最佳，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，對芯片的保護(hù)更全面。該封裝材料可以為丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、丁基橡膠、沉積薄膜高聚物、鍍膜金屬等。

芯片層12由一層或多層聚合物材料組成。當(dāng)芯片層由多層聚合物材料組成時，每層聚合物材料的種類不同。芯片層內(nèi)的通道15可通過注塑或刻蝕工藝加工而成。

在封裝時，可先將芯片層12鍵合于底部基板11上，再用封裝材料整體覆蓋芯片層的表面及芯片層與底部基板的結(jié)合面，從而將芯片層緊緊地包覆起來。在覆蓋封裝材料時，可預(yù)留出進(jìn)孔道及出孔道，供芯片層內(nèi)的通道與外部設(shè)備連通。

另外，值得一提的是，在封裝層預(yù)留進(jìn)、出通道的位置上，還安裝有用于連接外部設(shè)備的連接結(jié)構(gòu)18，該連接結(jié)構(gòu)與外部設(shè)備相適配。

本實施方式，先將芯片層鍵合于底部基板上，再用封裝材料整體覆蓋芯片層的外表面及芯片層與底部基板的結(jié)合面，將芯片層緊緊圍裹在底部基板及封裝材料之中，僅預(yù)留出進(jìn)、出孔道，既避免了芯片層與外界進(jìn)行氣相交換、減少了芯片層內(nèi)的水分蒸發(fā)，又可使芯片層與外部設(shè)備正常進(jìn)行連通交互，也有效地避免了芯片層中的腔室通道出現(xiàn)短路現(xiàn)象，更有利于生物芯片功能的實現(xiàn)。

本發(fā)明的第二實施方式涉及一種生物芯片。第二實施方式與第一實施方式大致相同，主要區(qū)別之處在于：在第一實施方式中，封裝層由至少一種封裝材料形成。而在本發(fā)明第二實施方式中，封裝層由蓋板和至少一種封裝材料形成。

具體地，如圖2所示，本實施方式中，蓋板16上預(yù)留有至少一個進(jìn)孔道141及至少一個出孔道142(圖2中僅示出了一個進(jìn)孔道及一個出孔道)?？赏ㄟ^將該進(jìn)孔道141和出孔道142與芯片層12內(nèi)的通道15對應(yīng)，將蓋板16定位鍵合于芯片層12上。

將封裝材料17覆蓋在蓋板16與底部基板11之間，將芯片層12包裹在蓋板、封裝層及底部基板之間。

本實施方式中，蓋板16可由pmma、pc、pp、pet、psf或硬性材料(如玻璃、金屬等)制成。

本實施方式，先將芯片層鍵合于底部基板上，將蓋板定位鍵合于芯片層上，再在蓋板與底部基板之間覆蓋封裝材料，將芯片層包裹在蓋板、封裝材料及底部基板之間，僅在蓋板上預(yù)留出進(jìn)、出孔道，既避免了芯片層與外界進(jìn)行氣相交換、減少了芯片層內(nèi)的水分蒸發(fā)，又可使芯片層與外部設(shè)備正常進(jìn)行連通交互，也有效地避免了芯片層中的腔室通道出現(xiàn)短路現(xiàn)象，更有利于生物芯片功能的實現(xiàn)。

本發(fā)明的第三實施方式涉及一種生物芯片的封裝方法。

本實施方式中的封裝層由一層或多層封裝材料形成。當(dāng)封裝層由多層封裝材料形成時，每層封裝材料的種類不同，即封裝層由至少一種封裝材料形成。該封裝材料可以為丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、丁基橡膠、沉積薄膜高聚物、鍍膜金屬等。本實施方式的具體流程如圖3所示：

步驟301：將芯片層鍵合于底部基板上。

本步驟中，可采用真空等離子體鍵合或熱鍵合方法，將芯片層鍵合于底部基板上。

步驟302：在芯片層的表面上及芯片層與底部基板的結(jié)合面上，整體覆蓋封裝材料。

本步驟中，可采用點(diǎn)膠、噴涂或沉積鍍膜工藝，在芯片層的表面及芯片層與底部基板的結(jié)合面上，覆蓋一層或多層封裝材料。

值得一提的是，在覆蓋封裝材料時，需在對應(yīng)芯片腔室通道的部位預(yù)留進(jìn)、出孔道。該進(jìn)、出孔道可用于連通芯片腔室通道與外部設(shè)備。

步驟303：在封裝層預(yù)留進(jìn)孔道及出孔道的位置上，安裝用于連接外部設(shè)備的連接結(jié)構(gòu)。

該連接結(jié)構(gòu)應(yīng)與其連接的外部設(shè)備相適配。

值得一提的是，該封裝材料可以是封裝膠，當(dāng)該封裝材料是封裝膠時，在步驟302后，即覆蓋封裝膠后，需要在室溫條件(25℃)下固化封裝膠，并在封裝膠徹底固化后，再執(zhí)行步驟303。

圖4(a)及圖4(b)分別示出了封裝前、后芯片的效果圖。可以看出，未封裝的芯片經(jīng)pcr熱循環(huán)后芯片邊緣結(jié)構(gòu)內(nèi)液體明顯蒸發(fā)，芯片結(jié)構(gòu)收縮(如圖4(a)所示)；封裝后芯片經(jīng)pcr熱循環(huán)后芯片結(jié)構(gòu)內(nèi)液體和芯片結(jié)構(gòu)保持完整(如圖4(b)所示)。

上面各種方法的步驟劃分，只是為了描述清楚，實現(xiàn)時可以合并為一個步驟或者對某些步驟進(jìn)行拆分，分解為多個步驟，只要包含相同的邏輯關(guān)系，都在本專利的保護(hù)范圍內(nèi)；對算法中或者流程中添加無關(guān)緊要的修改或者引入無關(guān)緊要的設(shè)計，但不改變其算法和流程的核心設(shè)計都在該專利的保護(hù)范圍內(nèi)。

不難發(fā)現(xiàn)，本實施方式為與第一實施方式相對應(yīng)的方法實施例，本實施方式可與第一實施方式互相配合實施。第一實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)在本實施方式中依然有效，為了減少重復(fù)，這里不再贅述。相應(yīng)地，本實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)也可應(yīng)用在第一實施方式中。

本發(fā)明的第四實施方式涉及一種生物芯片。第四實施方式與第三實施方式大致相同，主要區(qū)別之處在于：在第三實施方式中，封裝層由至少一種封裝材料形成。而在本發(fā)明第四實施方式中，封裝層由蓋板及至少一種封裝材料形成。

本實施方式的具體流程如圖5所示：

步驟501：將芯片層鍵合于底部基板上。

本步驟中，可采用真空等離子體鍵合或熱鍵合方法，將芯片層鍵合于底部基板上。

步驟502：在芯片層上部定位鍵合蓋板。

該蓋板上預(yù)留有進(jìn)、出孔道。在安裝時，可將該進(jìn)、出孔道與芯片腔室通道對應(yīng)。

步驟503：在底部基板與蓋板之間覆蓋封裝材料。

本步驟中，可采用點(diǎn)膠、噴涂或沉積鍍膜工藝，在底部基板和蓋板間覆蓋一層或多層封裝材料。

步驟504：在蓋板預(yù)留進(jìn)、出孔道的位置上，安裝用于連接外部設(shè)備的連接結(jié)構(gòu)。

該連接結(jié)構(gòu)應(yīng)與其連接的外部設(shè)備相適配。

由于第二實施方式與本實施方式相互對應(yīng)，因此本實施方式可與第二實施方式互相配合實施。第二實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)在本實施方式中依然有效，在第二實施方式中所能達(dá)到的技術(shù)效果在本實施方式中也同樣可以實現(xiàn)，為了減少重復(fù)，這里不再贅述。相應(yīng)地，本實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)也可應(yīng)用在第二實施方式中。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例，而在實際應(yīng)用中，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。