环形微流体探头的制造制造技术

提供了一种制造微探头(100)的方法，所述方法包括：在包括两个层(11、12)的相同双层衬底(10、10a)上提供(S16)n个微流体探头布局(14)的集合，所述布局环形地分布在所述双层衬底上，并且其中所述布局中的每一个布局包括：第一层(110)，其对应于所述双层衬底的所述两个层(11、12)中的一个(11)的一部分；以及第二层(120)，其对应于所述双层衬底的所述两个层(11、12)中的另一个(12)的一部分；并且第二层包括由在所述第二层(120)的上表面(120u)上敞开的凹槽限定并且由所述第一层(110)的下表面(110l)的一部分闭合的至少一个微通道(123、124)；大致在所述双层衬底(10)的中心处机械加工(S20)出孔(16)，从而产生界定所述孔并且截断所述布局(14)的所述至少一个微通道中的每一个微通道的圆筒壁(18)，使得所述布局中的每一个布局的所述至少一个微通道(123、124)延伸直到在所述圆筒壁(18)处在所述凹槽的端部处形成的至少一个相应的孔口(121、122)；以及最后，分割(S30)所述n个布局的每一个布局以获得n个微流体探头(100)。还提供因此获得的MFP探头。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及微流体探头的制造和由此产生的装置。特别地，本专利技术涉及竖直微流体探头的制造。
技术介绍
微流体器件一般指的是微制造装置，其用于泵送、采样、混合、分析和定量给送液体。它的突出特征源自液体在微米长度尺度上表现的特殊行为。微流体器件中的液体的流动可以典型地为层状。远低于一毫微升的体积可以通过制造具有微米范围内的侧向尺寸的结构而获得。在大尺度上(通过反应物的扩散)受到限制的反应因此可以被加速。微流体器件因此用于各种应用。许多微流体装置具有用户芯片接口和闭合流动路径。闭合流动路径便于将功能元件(例如，加热器、混合器、泵、紫外检测器、阀等)整合到一个装置中，同时使与泄漏和蒸发相关的问题最小化。最近引入了MFP的新颖和通用概念：竖直MFP(在文献中也称为vMFP)，参见G.Kaigala等人，Langmuir，27(9)，第5686-5693页，2011(http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la2003639)。竖直MFP探头具有用基础层在平面中制造的微流体特征。这样的探头在操作中竖直地定向，探头顶点(处理表面)平行于被处理的表面。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术具体实施为一种制造微流体探头的方法，所述方法包括：在包括两个层的相同双层衬底上提供n个微流体探头布局的集合，所述布局环形地分布在所述双层衬底上，并且其中所述布局中的每一个布局包括：第一层，其对应于所述双层衬底的所述两个层中的一个的一部分；以及第二层，其对应于所述双层衬底的所述两个层中的另一个的一部分；并且包括由在所述第二层的上表面上敞开的凹槽限定并且由所述第一层的下表面的一部分闭合的至少一个微通道；大致在所述双层衬底的中心处机械加工孔，从而产生界定所述孔并且截断所述布局的所述至少一个微通道中的每一个微通道的圆筒壁，使得所述布局中的每一个布局的所述至少一个微通道延伸直到在所述圆筒壁处在所述凹槽的端部处形成的至少一个相应的孔口；以及分割出所述n个布局中的每一个布局以获得n个微流体探头。在实施例中，所述方法还包括，在分割之前，抛光所述圆筒壁的步骤。优选地，所述方法还包括：在机械加工之前，用诸如包括蜡、聚合物或光致抗蚀剂的材料之类的展性材料填充所述探头布局的微通道的步骤；以及在机械加工之后去除所述展性材料，优选地在抛光所述圆筒壁的步骤之后，并且更优选地在分割出所述n个布局的每一个布局之后执行展性材料的去除。在优选实施例中，所述方法还包括，在提供所述布局之前，制造所述n个微流体探头布局的集合，其包括在所述两个层中的所述另一个的上表面上开槽出所述n个布局中的每一个布局的所述至少一个微通道。优选地，开槽出所述微通道通过例如使用光刻或微机械加工之类的微制造被执行，并且优选地包括湿蚀刻或干蚀刻每个微通道的步骤。在实施例中，所述方法还包括在开槽出每个微通道之后对准和结合所述两个层的步骤。优选地，所述制造还包括对于所述n个布局中的每一个布局，机械加工出垂直地连接到所述至少一个微通道的至少一个通孔，所述至少一个通孔优选地穿过所述两个层中的所述另一个被机械加工。在优选实施例中：所述两个层的每一个具有大致圆盘形状；所述双层衬底的所述两个层中的所述一个：具有比所述双层衬底的所述两个层中的所述另一个小的平均直径，并且相对于所述两个层中的所述另一个对准从而留下所述两个层中的所述另一个的未被所述两个层中的所述一个覆盖的外部部分，并且所述方法还优选地包括，在所述相同双层衬底上提供所述微流体探头布局的集合之前：至少部分地金属化所述两个层中的所述另一个使得所述两个层中的所述另一个的至少所述外部部分被金属化。优选地，所述方法还包括：在机械加工之前，在相应的双层衬底上提供探头布局的若干集合；以及叠加所述相应的双层衬底，其中机械加工的步骤包括大致在所述叠加的双层衬底的中心处、穿过所有叠加的衬底机械加工出孔，从而产生截断所述叠加的双层衬底的每一个双层衬底中的所述布局的所述至少一个微通道的每一个微通道的孔圆筒壁，并且其中，优选地，所述方法还包括抛光由此产生的孔圆筒壁。在实施例中，所述提供包括在相同双层衬底上提供包括内集合和外集合的至少两个同心环形集合，所述内集合和所述外集合的每一个集合包括环形地分布在其相应的集合中的探头布局，所述方法包括机械加工出孔的两个步骤，其中：机械加工出第一孔以产生截断所述内集合的微通道的第一圆筒壁，并且通过将包括所述内集合的所述双层衬底的一部分从所述双层衬底的剩余部分分离而机械加工出第二孔以产生截断所述外集合的微通道的第二圆筒壁。根据另一方面，本专利技术具体实施为一种根据以上实施例中的任何一个的方法获得的微流体探头，其中所述探头包括：第一层；以及第二层，第二层包括：由在所述第二层的上表面上敞开的凹槽限定并且由所述第一层的下表面的一部分闭合的至少一个微通道；以及在所述第二层的边缘处、在所述至少一个微通道的端部处的至少一个孔口，所述边缘限定所述探头的处理表面的一部分。在优选实施例中，由于所述微流体探头的制造方法中的所述孔的机械加工，所述处理表面的至少一部分是凹的。优选地，所述微流体探头还具有成2π/n±π/10的角并且优选地成2π/n±π/20的角的两个侧缘部分。在实施例中，所述微流体探头还包括至少两个微通道，并且优选地还包括相应地垂直地连接到所述至少两个微通道的至少两个通孔。优选地，与限定所述探头的处理表面的所述边缘相对的外部部分被金属化。现在将通过非限制性例子并且参考附图描述具体实施本专利技术的装置和方法。图中所示的技术特征不必按比例。附图说明图1示意性地描绘在根据本专利技术的实施例的微流体探头的制造方法中包括的各种步骤；图2是示出根据本专利技术的实施例的微流体探头的制造方法的步骤的流程图；图3示意性地示出在本专利技术的实施例中包括的相同双层衬底上的微流体探头布局；图4示出图3的变型；图5显示在实施例中包括的例如图3中所示的布局的几何规范；图6示意性地示出根据实施例的使用两个同心环形集合的布局的制造方法中的步骤；图7示意性地示出根据实施例的制造方法中的步骤，其中在机械加工中心孔之前叠加若干双层衬底；图8是根据本专利技术的实施例的微流体探头的简化表示的3D视图；以及图9示出根据实施例的由微流体探头进行的表面处理(2D视图，简化表示)。具体实施方式如引言中所述，竖直MFP探头具有若干优点。这样的探头被微制造。制造步骤中的至少一些(包括抛光)需要单独地(即，对于每个单元重复)或以3-4个探头成组地进行。可以认识到这样的制造步骤是MFP探头的大规模制造中的限制步骤。探头的抛光(和更一般地探头的处理表面的制备)是特别劳动密集的并且所以显著地增加制造成本。另外，有产量问题(例如，抛光不足或过多)，抛光工具具有显著的占地面积并且昂贵。最后，在抛光期间探头的不对准可以导致不同的顶点尺寸。本专利技术通过引入新的制造概念、依赖于环形分布的MFP探头布局解决这些问题中的至少一些(一些实施例解决所有这些问题)。该方法与迄今为止针对vMFP布局而已知的方法形成对比，在vMFP布局中探头从探头布局的二维阵列被切割。更详细地，并且一起参考图1、2和6、7和8，首先描述本专利技术的方面，其涉及微流体探头(在下文中称为MFPs)100的制造方法。最一般地，该新制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造微流体探头(100)的方法，所述方法包括：在包括两个层(11、12)的相同双层衬底(10、10a)上提供(S16)n个微流体探头布局(14)的集合，所述布局环形地分布在所述双层衬底上，并且其中所述布局中的每一个包括：第一层(110)，第一层对应于所述双层衬底的所述两个层(11、12)中的一个(11)的一部分；以及第二层(120)，第二层对应于所述双层衬底的所述两个层(11、12)中的另一个(12)的一部分；并且第二层包括由在所述第二层(120)的上表面(120u)上敞开的凹槽限定并且由所述第一层(110)的下表面(110l)的一部分闭合的至少一个微通道(123、124)；大致在所述双层衬底(10)的中心处机械加工(S20)孔(16)，从而产生界定所述孔并且截断所述布局(14)的所述至少一个微通道中的每一个微通道的圆筒壁(18)，使得所述布局中的每一个的所述至少一个微通道(123、124)延伸直到在所述圆筒壁(18)处在所述凹槽的端部处形成的至少一个相应的孔口(121、122)；以及分割(S30)所述n个布局中的每一个布局以获得n个微流体探头(100)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.07 GB 1404041.41.一种制造微流体探头(100)的方法，所述方法包括：在包括两个层(11、12)的相同双层衬底(10、10a)上提供(S16)n个微流体探头布局(14)的集合，所述布局环形地分布在所述双层衬底上，并且其中所述布局中的每一个包括：第一层(110)，第一层对应于所述双层衬底的所述两个层(11、12)中的一个(11)的一部分；以及第二层(120)，第二层对应于所述双层衬底的所述两个层(11、12)中的另一个(12)的一部分；并且第二层包括由在所述第二层(120)的上表面(120u)上敞开的凹槽限定并且由所述第一层(110)的下表面(110l)的一部分闭合的至少一个微通道(123、124)；大致在所述双层衬底(10)的中心处机械加工(S20)孔(16)，从而产生界定所述孔并且截断所述布局(14)的所述至少一个微通道中的每一个微通道的圆筒壁(18)，使得所述布局中的每一个的所述至少一个微通道(123、124)延伸直到在所述圆筒壁(18)处在所述凹槽的端部处形成的至少一个相应的孔口(121、122)；以及分割(S30)所述n个布局中的每一个布局以获得n个微流体探头(100)。2.根据权利要求1所述的方法，还包括，在分割之前，抛光(S24)所述圆筒壁的步骤。3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：在机械加工之前，用诸如包括蜡、聚合物或光致抗蚀剂的材料之类的展性材料填充(S18)所述探头布局的微通道的步骤；以及在机械加工之后去除(S40)所述展性材料，优选地在抛光(S24)所述圆筒壁的步骤之后，并且更优选地在分割(S30)所述n个布局中的每一个之后执行展性材料的去除。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，还包括，在提供所述布局之前，制造(S8、S10、S12)所述n个微流体探头布局的集合，其包括在所述两个层中的所述另一个(12)的上表面(120u)上开槽出(S12)所述n个布局中的每一个布局的所述至少一个微通道。5.根据权利要求4所述的方法，其中开槽出(S12)所述微通道通过例如使用光刻或微机械加工之类的微制造来进行，并且优选地包括湿蚀刻或干蚀刻每个微通道的步骤。6.根据权利要求5所述的方法，还包括在开槽出每个微通道之后对准和结合(S14)所述两个层的步骤。7.根据权利要求4、5或6所述的方法，其中所述制造还包括对于所述n个布局中的每一个布局，机械加工出(S10)垂直地连接到所述至少一个微通道(123、124)的至少一个通孔(111、112)，所述至少一个通孔优选地穿过所述两个层(11、12)中的所述另一个(12)而被机械加工。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中所述两个层(11、12)的每一个具有大致圆盘形状；并且所述双层衬底的所述两个层(11、12)中的所述一个(11)...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·博格，E·德拉马尔什，G·凯加拉，R·洛芙奇克，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US