本發(fā)明涉及用于檢查樣本材料的微腔，當填充微腔時樣本材料浸入在液體中，微腔包含：

· 用于盛裝樣本材料的檢查體積，檢查體積由以下限定：

· 第一剛性層，

· 與第一剛性層隔開的第二剛性層，以及

· 在第一和第二剛性層之間的氣密密封。

背景技術(shù)：

這樣的微腔從國際申請公開號WO2006031104A1中獲知。所述公開描述了用在顯微鏡中的微型反應(yīng)器，其包含第一和第二剛性層，兩個剛性層至少局部可被電子顯微鏡的電子束透過，且靠近彼此在距彼此共同的距離處延伸，檢查體積被包圍在兩者之間。剛性層（這里也稱為“芯片”或“晶片”）的間隔通常小于10μm，且很可能在數(shù)十納米的范圍中。

微腔進一步具有入口和出口以將樣本材料加進檢查體積。

所述微型反應(yīng)器的缺點是，為給檢查體積填充帶有浸入樣本材料的液體，必須制作入口和液體的供給源之間的連接，并且必須制作出口和真空泵之間的連接。

注意到，有時毛細管力是足夠的，但這取決于液體、懸浮液中的樣本材料的數(shù)量等。因此它是不能被依賴的事物。

由于微腔的尺寸?。ㄍǔＰ∮?×3mm²），因此制作可靠的連接是困難的，導(dǎo)致過程費時。

本發(fā)明的目標是提供創(chuàng)新的微型反應(yīng)器。更具體地，本發(fā)明的目標是，該微型反應(yīng)器將在沒有早前提及的缺陷的情況下填充樣本材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

這些和其它目標的實現(xiàn)是通過以上開始段落中提出的微型反應(yīng)器，所述微型反應(yīng)器的特征在于，在用帶有浸入的樣本材料的液體填充檢查腔之前，

· 至少一個剛性層的薄部將檢查體積與外面隔離，

· 薄部配備來被刺破，以及

· 檢查體積是真空體積，

其結(jié)果是，液體和浸入的樣本材料，當被放在薄部上時，在薄部被刺破時被吸入到檢查體積中。

注意到，在該上下文中，樣本材料的浸入包括懸浮液、乳狀液和膠體。在“檢查”被用到的地方，這是“觀察”的同義詞。

通過預(yù)先抽空檢查體積并隨后刺破薄部，帶有浸入樣本材料的液體被吸入檢查體積中而不依賴毛細管力或者需要外部的泵連接。薄部的刺破是容易的，并且此外，當利用半導(dǎo)體技術(shù)時，制造這樣的薄部不困難，如稍后將示出的。因此，此微腔提供對該問題的廉價、快速和可靠的解決辦法。

注意到，L. Marton, "Electron Microscopy of Biological Objects", Nature 133(1934), page 911描述了微腔，其中樣本被保持在兩個各自厚度為0.5μm的鋁膜之間，這兩個膜被夾持在一起。膜的使用暗示膜之間的間隔是不定的。

進一步注意到，US專利號US5,406,087描述了相似的利用兩片膜的微腔，盡管這里薄膜優(yōu)選是高分子膜。

進一步注意到，相似于描述在WO2006031104A1中的微腔的微腔被描述在"An all-in-one nanoreactor for high-resolution microscopy on nanomaterials at high pressures", J.F. Creemer et al., proceedings of MEMS 2011, Cancun, Mexico, January 23-27, 2011中，該文獻進一步被稱為Creemer[-1-]。這里結(jié)構(gòu)被建立在單個硅片（第一剛性層）上。在片上首先形成犧牲層，在其上形成另一剛性層（第二剛性層）。在形成第二剛性層之后，犧牲層通過濕法刻蝕除去。在第一剛性層中，犧牲層和第二剛性層孔被形成在需要的地方，例如需要將第一和第二剛性層密封或結(jié)合在一起的地方、需要提供入口孔和出口孔的地方、需要制作透明窗的地方、需要提供濕法刻蝕所需的進入孔的地方等。

作為最后步驟中的一項，進入孔通過（局部地）淀積另外的材料層被封閉起來。

提及的是，在"Wafer-level assembly and sealing of a MEMS nanoreactor for in situ microscopy", L. Mele et al., J. Micromech. Microeng. 20(2010)085040中，該文獻進一步被稱為Mele[-2-]，微型反應(yīng)器被描述為，在生產(chǎn)期間，還包含真空腔（見它的圖5(c)）。然而，成品具有打開的入口和出口（見圖5(d)），因此該出版物沒有公開帶有真空檢查體積的微型反應(yīng)器。

在一個實施例中，微腔配備有輻射可透過的窗口，其結(jié)果是所述輻射可經(jīng)由該窗口進入和/或離開檢查體積。

剛性層可被檢查樣品所用類型的輻射透過。如果其不是這種情況，例如當使用可被電子透過的窗口時，可形成呈凹口形式的窗口，凹口或窗口可被電子透過，而剛性層的其余部分則幾乎不能被電子透過或不能被電子透過，或者凹口僅留有薄膜。這可以是例如硅中的凹口中的氮化硅膜或者這類類似的。

注意到，在本方面，在輻射穿過窗口時，當小于10％，更加優(yōu)選地小于1％，的輻射被散射或吸收時，使用“可透過的”這一表述。

在另外的實施例中，微腔配備有兩個輻射可透過的窗口，一個窗口在第一剛性層，第二個窗口在第二剛性層，窗口相對于彼此定位，以使經(jīng)由一個窗口進入檢查體積的輻射可經(jīng)由另一個窗口離開檢查體積，從而能夠透射地檢查樣本材料。

通過對準兩個窗口這樣，輻射可穿過兩個剛性層。

在仍另外的實施例中，輻射是來自紅外線、可見光、紫外線，X射線、高能電子、中子的組中的輻射，并且進入窗口對于所述輻射是可透過的。

通過使用例如UV照射樣本，可在樣本材料中誘發(fā)熒光。優(yōu)選地，窗口對于大范圍的輻射是可透過的，但不排除微腔配備有對于UV可透過的進入窗口和對于可見光可透過的觀察窗口。

在另一實施例中，氣密密封由彈性體形成。

通過利用O形圈將兩個剛性層密封到彼此，形成可靠的密封。O形圈可涂覆有例如歐洲專利號EP2722566中所描述的金屬氧化物。O形圈可被裝配在一個或兩個剛性層中的凹口中。

在仍另一實施例中，氣密密封通過將第一和第二剛性層結(jié)合到彼此形成。

通過結(jié)合兩個剛性層形成氣密密封。結(jié)合（bonding）是在半導(dǎo)體工藝中熟知的技術(shù)，因而使得半導(dǎo)體過程能夠用于生產(chǎn)微腔。結(jié)合還已知作為一種將兩塊玻璃連接在一起的方法，并因此能夠被用在玻璃襯底被用作剛性層的地方。

在仍另一實施例中，第一和第二剛性層彼此間隔小于10μm，優(yōu)選小于2.5μm。

Mele[-2-]中描述的微腔的間隔是2μm，而Creemer[-1-]中描述的微腔的間隔是，例如，0.5μm。

在一個實施例中，剛性層中的至少一個是半導(dǎo)體芯片。

早前提及的描述在WO2006031104A1中的微腔使用兩個夾層半導(dǎo)體芯片，而Creemer[-1-]和Mele[-2-]所描述的微腔使用一個半導(dǎo)體芯片，在其上形成第二剛性層。

在本發(fā)明的方面中，根據(jù)本發(fā)明的填充微腔的方法包含下列步驟：

· 提供根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的微腔，

· 提供浸入在液體中的樣本材料，

· 放一滴帶有浸入樣本材料的液體在微腔的薄部上，

· 刺破薄部，

· 檢查樣本材料。

在方法的實施例中，跟在刺破薄部的步驟后的是密封刺孔的步驟。

當應(yīng)該避免液體的蒸發(fā)時，密封刺孔是有益的。液體可以是水，也可以是例如酒精或帶有高蒸發(fā)速率的別的液體?？墒褂美绶湎灮蛳袂杌┧幔╟yanoacrylic）膠、環(huán)氧樹脂等膠作為密封劑。

在另一實施例中，在檢查樣本材料的步驟之前，其中浸沒了樣本材料的液體被蒸發(fā)。

當將在真空中檢查樣本材料（如在電子顯微鏡中的情況）時，有益的是在檢查之前除去液體，因為那樣液體不能引起檢查所使用的輻射的散射。除去液體可通過例如將帶有刺破的窗口的微腔暴露在真空中一段延長的時間而進行。而且，當將要在干燥條件下檢查樣本材料時，應(yīng)該除去液體。通過將微腔暴露到真空中或者通過加熱微腔可實現(xiàn)蒸發(fā)。

注意到，當檢查在真空下操作時蒸發(fā)也可以是優(yōu)選的，從而避免當薄部暴露到真空中時液體的那部分被推回。替代地，如早前提及的，薄部可被再次密封。

在方法的另一實施例中，樣本材料的檢查包含將樣本材料暴露到從紅外線、可見光、紫外線、X射線、高能電子、中子的組中的輻射，并且允許所述輻射穿過從而達到樣本的窗口對于所述輻射是可透射的。

在方法的仍另一實施例中，樣本材料的檢查包含檢測由樣本材料放射的輻射，輻射來自紅外線、可見光、紫外線、X射線、高能電子、中子組成的組，并且被檢測的所述輻射穿過的窗口對于所述輻射是可透射的。

注意到，有時照射樣本所用的輻射不同于被檢測的輻射。例子是利用UV光照射并且檢測由UV誘發(fā)的熒光，熒光例如是綠色（可見）光。另外的這樣的例子是利用電子照射引起所謂的陰極發(fā)光，陰極發(fā)光是將要檢測的可見光放射。

在仍另一實施例中，微腔（及因此在微腔中的樣本材料）在檢查之前被玻璃化。

已知玻璃化是類似這樣的過程，即在該過程中生物樣本被迅速冷卻到制冷溫度（低于約135K）。如果冷卻足夠迅速（10⁵K/s數(shù)量級），則形成不帶有冰晶的無定形冰，因而沒有由所述冰晶引起的對樣本的損壞。高壓冷凍可用來在較低的冷卻速率下實現(xiàn)相同結(jié)果。

現(xiàn)將在示范實施例和伴隨的示意圖的基礎(chǔ)上更為詳細地闡明本發(fā)明，其中相同的附圖標號指示相同部件。

附圖說明

為此：

圖1示意性地示出微腔，

圖2示意性地示出在樣本材料引入時刻的微腔，

圖3示出使用微腔的示例性方法的流程圖。

具體實施方式

圖1示意性地示出微腔。

檢查體積101由第一剛性層102A+102B，第二剛性層103A+103B和氣密密封104限定。

第一剛性層通過在硅片102A上形成例如氮化硅的薄層102B而形成。在硅片102A中，凹口108被形成以便形成可被輻射透過的窗口106B。如Mele[-2-]描述的?。ǖ铮拥暮穸仁?5nm，使得窗口可被大范圍的輻射透過。

第二剛性層103A+103B相似地通過在硅片103A上形成例如氮化硅的薄層103B而形成。在硅片103A中，凹口107被形成以便形成可被輻射透過的窗口106A。

第二剛性層包含另外的凹口109，以使薄部105將檢查體積與外面隔離。薄層容易被刺破。

氣密密封104被用于將兩個片結(jié)合在一起。當在真空中完成結(jié)合時，因而被密封的檢查體積是真空檢查體積。

注意到，微腔可包含許多窗口、另外的結(jié)構(gòu)（在Creemer[-1-]中被稱為“柱”）以避免氮化硅層的變形（“鼓起”），包含一體化的加熱元件以控制溫度，例如能夠在升高的溫度下檢查。

注意到，代替背對背地密封兩個片，也可使用由Mele[-2-]所描述的過程來形成微腔。熟練技術(shù)人員將找到很多變型。

進一步注意到，剛性層不一定是硅，而可以是別的類型的半導(dǎo)體材料，或者例如玻璃。當期望僅用可見光檢查時，后者尤其有吸引力。相似地，薄層可由別的材料形成。

聚合物（“塑料”）可被用于使用X射線的檢查。

密封可以是所形成的產(chǎn)品的固有部分（見Mele[-2-]）、可被形成為粘合劑（見Creemer[-1-]），但還可以采用O形圈或者例如環(huán)氧膠的形式。

圖2示意性地示出在樣本材料被引入時刻的微腔。

在之前的段落中示出并描述且在圖1中示出的微腔，在這里加載了一滴帶有樣本材料203的液體202的液滴201。針204準備來刺破薄部105，在刺破薄部105之后液滴被吸入檢查體積101中。

注意到，替代用專用針刺破薄部，載有容納了樣本材料的液體的注射器可被用來刺破薄部，在所述注射器將液體施加到凹口之后，通過首先擠壓出一點液體，同時注射器從薄部稍微移開，然后通過在薄部的方向上移動它（穿過包含樣本材料的液滴）從而用注射器刺破薄部。優(yōu)點是，用來施加液體的注射器不需要被移除給刺破用的針挪地方。

圖3示出使用微腔的示范方法。

在步驟301中，提供微腔。

在步驟302中，提供帶有浸入的樣本材料的液體。帶有浸入樣本材料的液體可以是帶有生物材料（細胞或者其局部、酶等）的水，并且生物材料可以是處在它的自然形式，或者它可被著色、標以標記等。帶有樣本材料的液體還可以是帶有浸入的固體顆粒的液體，所述液體是水或者例如溶劑（酒精、丙酮等），并且所述固體顆粒是例如催化劑、碾碎的礦物或者類似的。

在步驟303中，帶有浸入樣本材料的液體被放置到微型反應(yīng)器的薄部上。

在步驟304中，薄部被刺破。因此液體在一側(cè)暴露到環(huán)境壓力中，在另一側(cè)暴露到真空中，導(dǎo)致液滴被吸入到真空的檢查體積中。

注意到，該步驟需要在壓力顯著高于微腔中的真空的環(huán)境中執(zhí)行，例如在環(huán)境空氣壓力下。

如早前指出的，刺破可通過專用針（如圖1中所示）或通過在之前的步驟中施加浸入的樣本材料所用的注射器完成。

在可選步驟305中，液體被除去，僅剩樣本材料在檢查體積中。除去液體可包含加熱微型反應(yīng)器，或者把微型反應(yīng)器放在真空腔或至少具有降低的壓力的腔中。

在可選步驟306中，密封薄部中的刺孔。尤其當在真空中檢查時（例如在電子顯微鏡中），可能需要封閉刺孔以避免液體蒸發(fā)以及蒸汽進入電子顯微鏡的真空腔，并且/或者避免不想要的樣本材料變干。密封可包含添加蜂蠟、添加膠（例如氰基丙烯酸膠）或者環(huán)氧基樹脂。

在可選步驟307中，微型反應(yīng)器（及因此在其中的樣本材料）被玻璃化。冷凍電子顯微術(shù)中的玻璃化是這樣的過程：冷凍水足夠快從而沒有冰晶形成。這通常暗示以大約10⁵K/s的速率將水冷卻到低于約135K的溫度。玻璃化被用在電子顯微術(shù)中，因為輻射對生物樣本，例如細胞的酶和細胞器官，的損壞在低溫下比在高溫下減少。

在步驟308中，檢查樣本材料。檢查可包含將樣本材料暴露到（可見或UV）光中以及確定結(jié)構(gòu)的位置（通過光學顯微術(shù)或通過熒光），或者X射線檢查，或者通過電子顯微術(shù)的檢查，或者（在時間上順序地或同時地）它們的結(jié)合。

注意到，對于改進的檢查，可通過銑掉微腔的材料形成窗口，例如利用聚焦離子束銑削。尤其在檢查玻璃化的樣本時，那么僅無定形冰和裝入的樣本材料散射（電子）波束。

非專利文獻：

-1- J.F. Creemer et al., "An all-in-one nanoreactor for high-resolution microscopy on nanomaterials at high pressures", proceedings of MEMS 2011, Cancun, Mexico, January 23-27, 2011.

-2- L. Mele et al., "Wafer-level assembly and sealing of a MEMS nanoreactor for in situ microscopy", J. Micromech. Microeng. 20(2010) 085040.