用于保护芯片选择性部分的刚性掩模及其使用制造技术

一种刚性掩模(10)，用于保护用于生化反应的芯片(1)的选择性部分，芯片包括多个井(5)，所述刚性掩模包括：支撑部分(12)；以及多个支腿(14)，每个支腿均设置有刚性芯柱(14a)和板(14b)。支腿(14)以与井(5)的空间布置呈镜面反射的方式相对于支撑部分(12)固定地布置，并且以以下方式配置：当每个支腿(14)插入到对应的井(5)中时，相应板(14b)至少部分地覆盖井的底部，从而在井的侧壁的化学/物理处理期间保护所述底部。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于保护芯片选择性部分的刚性掩模及其使用。
技术介绍
如已知的，根据各种识别模式，核酸的分析需要以下预备步骤：生物物质样本的制备、包含于其中的核物质的扩增、以及对应于序列寻求的单个靶标或参照链的杂化。在预备步骤的结尾，必须检查样本以确认是否已规则地发生扩增。根据称为“实时PCR”的方法，通过合适地选择的热周期对DNA进行扩增，并且在整个过程中通过荧光反应检测和监控扩增反应的演进。扩增反应以这样的方式进行，即，包含在设置于支撑物中的识别室中的链(strand)包含荧光分子或荧光团。设计为用于样本光学读数的PCR分析仪在US2012/0170608以及US2013/0004954中描述。存在提供具有识别室的芯片的需求，识别室具有亲水基体部分和疏水侧向边缘部分。根据现有技术，通过在芯片上设置亲水表面以及限定多个室的由疏水材料形成的外壳结构(containmentstructure)来实现上述需求。在缺少疏水限制的情况下，包含在室(包括生物样本和反应剂)中的溶液可呈现过度的外围分布，这会损害反应条件(危害反应条件的均一性到以至于显著减慢或完全阻止反应的程度)以及信号的外部检测。考虑布置在芯片上的情况，设置有二氧化硅(可能进一步被处理以改进其亲水性)表面的是聚碳酸酯结构，该聚碳酸酯结构邻接在反应室上。此外使得这些室中的每一个设置有加热器和温度传感器或者其他类型的执行器和传感器。使得该系统还包括用于检测指示反应本身演进的信号的外部系统。清楚的是，在这样的构造中，这些系统在室的中央区域处是最有效的。例如，加热器将布置在中央，并且将以最大的精度控制反应发生在流体降落的中央区域中的温度，而预期的是温度的近似径向梯度。在其中由于聚碳酸酯的疏水性不足而导致径向区域受到流体中显著部分的浓度影响，这可表示尤其是在对温度非常敏感的生物反应(诸如通过PCR进行DNA扩增)的情况下对反应正常进行的严重阻碍。此外，在相同的实例中，用于检测荧光信号的传感器将聚焦在中央区域中，在流体体积不足的情况下可减弱检测到的量化信号，从而导致在估算通过PCR得到的DNA量方面的错误。例如，已知使用产生等离子体的反应器，以便使得聚碳酸酯表面疏水。然而，为此，有利的是以保留反应室的亲水性或者在任何情况下不使得它们变得疏水的方式对反应室的底部进行掩模。为此，通常将诸如铝、镍或铬的金属，或者将诸如氮化铝(AlN)或氧化铝(Al2O3)的化合物，或者再次将碳化硅(SiC)或五氧化二钽(Ta2O5)作为掩模。可参照例如JohnWiley&Sons出版社出版的“微制造导论(Introductiontomicrofabrication)”(SamiFranssila著)第二版第138页。通过以下步骤获得所述掩模：借助沉积和蚀刻的连续步骤将在反应室内沉积金属层用于覆盖室自身底部，并且然后进行等离子处理用于使室的未进行掩模的侧表面疏水。最终，金属掩模层在之后被移除。显然的是，现有技术带来了兼容性和过程的严重问题。特别地，金属掩模的形成是不理想的，因为其延长过程步骤并使过程步骤变得复杂，并且金属掩模的形成对于整体形成于芯片自身中的可能电子设备而言可能是污染源。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于保护芯片选择性部分的刚性掩模以及该刚性掩模的使用，其将能够降低所述分析过程中的读数错误的风险。根据本专利技术，以在所附权利要求中限定的方式提供用于保护芯片选择性部分的刚性掩模以及刚性掩模的使用。附图说明为了更好地理解本专利技术，本专利技术的一些实施例将参考所附的附图并仅仅以非限定的实例的形式来描述，其中：图1为根据本专利技术的一个实施例的包括用于生化分析的微反应器或芯片以及用于芯片选择性部分的刚性掩模的结构的分解立体图；图2为图1的结构沿着图3或图4的截面线II-II截取的横截面图，其中刚性掩模安装在芯片上；图3为根据本专利技术一个方面的图2的结构的顶视平面图；图4为根据本专利技术另一方面的图2的结构的顶视平面图；图5为根据本专利技术另一方面的图1的结构的截面图；图6为根据本专利技术另一实施例的图1的结构的截面图；图7A为图6的结构的一部分的放大图；图7B为图7A的结构的该部分的立体图。具体实施方式图1的分解图示出了结构20的整体，该结构包括用于生化分析的芯片1。芯片1包括例如由聚合物材料(例如诸如聚碳酸酯的塑料材料)形成第一裸片3，以及由半导体材料形成的第二裸片4，第一裸片和第二裸片通过耦合层结合在一起，该耦合层诸如为环氧树脂胶或一些其他生物兼容性胶。多个井5形成在第一裸片3中并且每一个均设计成接收包含待分析生物样本的溶液，这些井中每一个均由内壁5a界定。在顶视平面图中，井5具有一般的多边形形状(例如四边形形状)，带有侧边a和b，沿着X轴和Y轴测量，这些侧边具有的长度在3-6mm范围内自由选择。沿着与由X轴和Y轴限定的平面正交的Z轴测量，井5的深度c在2-4mm的范围内选择。井5的深度c等于第一裸片3的厚度。可替换地，这些井可具有圆形或椭圆形形状(分别具有尺寸与侧边a和b的尺寸相当的直径或轴以及类似的深度)。井5在XY平面中根据矩阵图案(特别地在图1中为3*2的矩阵)布置，并且以根据需求选择的量沿着X和Y方向彼此分离，特别地用于确保相邻井之间不存在交叉污染。然而，显然的是，井的布置的图案可不为矩阵，并且可根据需求自由选择。第二裸片4特别地具有本体4a(例如由硅Si形成)、以及形成在本体4a上的生物相容性层4b(例如由二氧化硅SiO2形成)。第一裸片3以这样的方式在生物相容性层4b上结合至第二裸片4，即，使得生物相容性层4b的选择性部分通过井5而显露。根据一个实施例，此外整体形成于第二裸片4特别地形成于本体4a中的是加热器6和模上(on-board)温度传感器7。模上温度传感器7为热阻类型的。在实际中，它们的阻抗随着温度而变，并且因此阻抗的读数表明给定时刻的温度。第二裸片4相对于第一裸片3在一侧上略微伸出，并且在伸出部分上容纳接触垫8，以便为加热器6和模上温度传感器7与控制和读数板(未示出)的电连接提供区域。如已知的，用于使井5的内壁5a变得疏水的方法包括以自身已知的方式将芯片1布置在等离子体反应器中。上述等离子处理不能与生物相容性层4b通过井5显露的部分干扰，以便不改变其性能。根据本专利技术的方面，为了保护生物相容性层4b通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刚性掩模(10)，用于在用于生化反应的芯片(1)的化学/物理处理期间保护所述芯片(1)的选择性部分，其中所述芯片包括多个井(5)，所述生化反应在所述井处发生，所述井具有底部(17)并且根据图案进行布置，所述刚性掩模(10)此外在至少第一方向(Z)上相对于所述芯片(1)是活动的，并且所述刚性掩模包括：‑支撑部分(12)；以及‑多个支腿(14)，每个支腿均设置有刚性芯柱(14a)和板(14b)，所述刚性芯柱具有固定至所述支撑部分的第一端以及固定至所述板的第二端，其中所述支腿(14)根据所述图案而固定至所述支撑部分(12)并且以以下方式配置：当每个所述支腿(14)插入在对应的井(5)中时，相应的板(14b)至少部分地覆盖所述井的底部，从而在所述化学/物理处理期间提供保护。

【技术特征摘要】
2014.12.15 IT TO2014A0010441.一种刚性掩模(10)，用于在用于生化反应的芯片(1)的化学
/物理处理期间保护所述芯片(1)的选择性部分，其中所述芯片包括多
个井(5)，所述生化反应在所述井处发生，所述井具有底部(17)并且
根据图案进行布置，
所述刚性掩模(10)此外在至少第一方向(Z)上相对于所述芯片
(1)是活动的，并且所述刚性掩模包括：
-支撑部分(12)；以及
-多个支腿(14)，每个支腿均设置有刚性芯柱(14a)和板(14b)，
所述刚性芯柱具有固定至所述支撑部分的第一端以及固定至所述板的第
二端，
其中所述支腿(14)根据所述图案而固定至所述支撑部分(12)并
且以以下方式配置：当每个所述支腿(14)插入在对应的井(5)中时，
相应的板(14b)至少部分地覆盖所述井的底部，从而在所述化学/物理
处理期间提供保护。
2.根据权利要求1所述的刚性掩模，其中，所述支撑部分(12)
和所述多个支腿(14)由金属材料形成。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的刚性掩模，其中，所述支
撑部分(12)至少包括由铁磁金属材料形成的区域。
4.根据前述权利要求中任一项所述的刚性掩模，其中，所述第一
方向平行于(Z)轴延伸，(Z)轴与所述井(5)的相应底部(17)的
所在平面(XY)正交。
5.根据前述权利要求中任一项所述的刚性掩模，其中，每个板(14b)
具有在所述井(5)的相应底部(17)的所在平面(XY)上测得的尺寸，
所述尺寸等于或小于所述井(5)的底部在所在平面(XY)上测得的尺
寸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的刚性掩模，其中，相应井(5)
的所述底部中的每一个在其所在平面(XY)上均具有从带有相应直径的

\t圆形和多边形之间选出的形状，并且其中所述板(14b)中的每一个在所
述所在平面(XY)上均具有从以下形状中选出的形状：具有等于或小于
相应底部(17)的直径的直径的圆形；具有等于或小于相应底部的直径
的直径的多边形；以及具有等于或小于相应底部的直径的长轴的椭圆形。
7.根据前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·布拉曼蒂，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT