微流体光学流体传感器制造技术

在一个示例中提供了一种装置，包括：衬底，其支撑微流体通道；气泡喷射惯性泵，其由衬底支撑并与微流体通道相邻，以泵送流体通过微流体通道；以及光学传感器，其位于微流体通道的第一侧上。微流体通道的第二侧上的光发射器传送光穿过微流体通道到达光学传感器。

Microfluidic optical fluid sensor

A device is provided in one example includes: a substrate, which supports the microfluidic channel; bubble jet pump inertia, the supported by a substrate and a microfluidic channel adjacent to pump fluid through a microfluidic channel; and an optical sensor, a first side which is located on the microfluidic channel. The light emitter on the second side of the microfluidic channel transmits light through the microfluidic channel to the optical sensor.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微流体光学流体传感器
技术介绍
各种设备可用于感测流体成分。这样的流体成分感测设备常常很大、昂贵且包含需要彼此连接的多个独立部件。附图说明图1是示例性微流体光学流体传感器的示意图。图2是用于形成微流体光学流体传感器的示例性方法的流程图。图3是示意性地例示另一示例性微流体光学流体传感器的俯视图。图4是示意性地例示另一示例性微流体光学流体传感器的俯视图。图5是示意性地例示另一示例性微流体光学流体传感器的俯视图。图6是示意性地例示另一示例性微流体光学流体传感器的俯视图。图7是示意性地例示另一示例性微流体光学流体传感器的截面图。图8是示意性地例示另一示例性微流体光学流体传感器的截面图。图9是示意性地例示另一示例性微流体光学流体传感器的截面图。图10是示意性地例示另一示例性微流体光学流体传感器的截面图。图11-18是示意性地例示另一示例性微流体光学流体传感器的形成的截面图。具体实施方式图1是例示示例性微流体光学流体传感器20的截面图。如下文将要描述的，流体传感器20便于对单个微流体芯片或衬底上的流体和流体成分的感测。传感器20可以包括衬底22、微流体通道24、气泡喷射惯性泵(bubblejetinertialpump)26、光学传感器28和光发射器30。衬底22包括基底或平台，在其上支撑传感器20的其余部件和相关联的电子器件。在一个实施方式中，衬底22包括硅。在其它实施方式中，衬底22可以包括其它材料。在一个实施方式中，衬底22被提供为晶圆的一部分，该晶圆是被切割成个体芯片的管芯。微流体通道24包括形成于衬底22之上或之内的导管或通路，通过其导引被感测和分析的流体或液体。微流体通道24具有宽度和高度，其每者都是亚毫米尺度的。在一个实施方式中，微流体通道24具有宽度和高度，均具有介于5μm和200μm之间的尺度，标称地介于5μm和50μm之间的尺度。尽管被例示为直线的，但微流体通道24可以具有弯曲的、蜿蜒的、分支的或其它形状。气泡喷射惯性泵26可以包括形成于衬底22之上的泵，其产生一开始膨胀的气泡，以使相邻流体移动离开气泡或驱动其离开气泡。气泡喷射泵的一个示例包括微型加热器，例如热喷射(TIJ)泵(thermalinkjetpump)。TIJ泵可以利用至少一个电阻器，电流从其中通过。当电流通过该至少一个电阻器时由该至少一个电阻器产生的热可以使靠近电阻器的流体蒸发以生成气泡。当这个气泡一开始被生成并膨胀时，气泡一开始可以驱动相邻流体离开气泡。气泡喷射惯性泵26可以位于沿着通道24靠近某一贮存器并远离不同贮存器或流体交互部件的地方。换言之，惯性泵与贮存器间隔开一距离，该距离小于贮存器与另一贮存器或流体交互部件之间的总流体路径的长度的一半。惯性泵可以利用通道之内的惯性和动量，该通道与其进行连接以产生流体流动的两个贮存器相比相对较窄。出于本公开的目的，术语“惯性泵”是指一种泵送设备，该泵送设备一开始在通道之内双向驱动流体，该通道对于其所连接的贮存器而言相对较窄，但其中，该泵送设备不对称地位于贮存器之间，以使得最终结果是向着两个贮存器中最远的方向驱动流体。光学传感器28可以包括响应于或基于诸如光之类的电磁辐射对光学传感器22的照射而输出不同的逻辑信号。光学传感器可以形成于衬底22之上，并被定位为使得在光发射器30已经被导引或发射通过并穿过微流体通道24以及光路中微流体通道24之内包含的任何流体之后，被来自这种光发射器30的光照射。在一个实施方式中，光学传感器28与光发射器30位于正对面的位置。在又一个实施方式中，光学传感器28接收光或被光照射，该光被导引穿过微流体通道24并且沿着光导管或波导进一步传播。在一个实施方式中，光学传感器28包括光敏传感器，例如电荷耦合器件，该电荷耦合器件的一个示例为光电二极管。在一个实施方式中，光学传感器28可以包括一行个体光学感测元件或个体光学感测元件的二维阵列。光发射器30可以包括形成于衬底之上或之内、导引诸如光之类的电磁辐射穿过微流体通道24并最终到达光学传感器28的设备。如上所述，在一个实施方式中，光发射器30直接向正跨微流体通道24两端而定位的光学传感器28发射光。在另一个实施方式中，光发射器30通过光导管或波导将光发射穿过微流体通道24并到达光学传感器28。在一个实施方式中，光发射器30发射或发送一频率和/或波长范围的光。在一个实施方式中，光发射器30包括光发生设备，例如发光二极管。在另一个实施方式中，光发射器30包括开口或透明窗口，通过其来自未必由衬底22支撑的外部来源的光提供被光发射器30导引穿过微流体通道24并最终到达光学传感器28的光。在操作中，可以使来自流体贮存器或其它流体源的液体或流体可用于并占据微流体通道24。为了使液体或流体移动通过微流体通道24并穿过通道24之内的来自光发射器30的光所通过的两个区域，气泡喷射惯性泵26被致动。在被致动后，气泡喷射惯性泵26(包括热喷射电阻器)可能需要足够高的温度以使通道24之内的流体的部分蒸发成较大的蒸汽气泡，该蒸汽气泡沿微流体通道24推动流体。当推动并驱动流体通过微流体通道24、通过光发射器30所提供的光时，光发射器30所提供的光可以与流体中的不同成分不同地进行交互作用。在与流体之内的成分交互作用之后，可以将光进一步传输到光学传感器28，光学传感器28响应于所接收光的不同特性而输出不同的电信号。这种不同的电信号被传输到电子器件(例如，处理器)，其分析电信号以识别流体的特性，例如特定成分、成分计数和成分大小。图2是用于形成微流体光学流体传感器20的示例性方法100的流程图。如框102所示，形成衬底22。如框104所示，在衬底22之上形成光学传感器28。在一个实施方式中，光学传感器28包括光敏传感器，例如电荷耦合器件，该电荷耦合器件的一个示例为光电二极管。在一个实施方式中，光学传感器28可以包括一行个体光感测元件或个体光感测元件的二维阵列。如框106所示，在衬底104之上形成气泡喷射惯性泵26。形成气泡喷射惯性泵26，从而在被致动后对微流体通道24之内的液体或流体进行泵送。在一个实施方式中，气泡喷射惯性泵26包括热喷射电阻器。在一个实施方式中，气泡喷射泵26包括形成于衬底22之上的晶体管(例如，功率场效应晶体管)，以便于选择地致动气泡喷射惯性泵26的热喷射电阻器。在一个实施方式中，通过半导体制造工艺来形成气泡喷射惯性泵26，以使得在单次完整的半导体制造工艺期间同时形成制造的投射惯性泵26和光学传感器28。例如，这样的半导体制造工艺可以包括通过在诸如衬底22之类的单个衬底之上选择性地沉积和去除材料来形成场效应晶体管、热喷射电阻器和光电二极管或其它电荷耦合器件的部件。在一个实施方式中，连同互补金属氧化物半导体(CMOS)电子器件(具有掺杂区的硅，加上金属/电介质互连层)一起形成光学传感器28，该电子器件形成用于驱动气泡喷射惯性泵的加热器电阻器的晶体管。接下来形成由晶体管驱动的热喷射喷射电阻器。结果，可以降低与制造和生产传感器22相关联的成本和复杂性。如框108所示，在衬底22之上形成微流体通道24。除非另外明确指出，当指代衬底(例如，衬底22)时，短语“在……之上”涵盖在衬底的顶部上、在衬底之内或作为衬底的一部分。在一个实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：衬底；微流体通道，所述微流体通道由所述衬底支撑；气泡喷射惯性泵，所述气泡喷射惯性泵由所述衬底支撑并与所述微流体通道相邻，以将流体选择性地泵送通过所述微流体通道；光学传感器，所述光学传感器由所述衬底支撑，并且与所述微流体通道相邻并在所述微流体通道的第一侧上；以及光发射器，所述光发射器在所述微流体通道的第二侧上，以传送光穿过所述微流体通道到达所述光学传感器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，包括：衬底；微流体通道，所述微流体通道由所述衬底支撑；气泡喷射惯性泵，所述气泡喷射惯性泵由所述衬底支撑并与所述微流体通道相邻，以将流体选择性地泵送通过所述微流体通道；光学传感器，所述光学传感器由所述衬底支撑，并且与所述微流体通道相邻并在所述微流体通道的第一侧上；以及光发射器，所述光发射器在所述微流体通道的第二侧上，以传送光穿过所述微流体通道到达所述光学传感器。2.根据权利要求1所述的装置，还包括：第二微流体通道，所述第二微流体通道由所述衬底支撑。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述光发射器同时传送光穿过所述微流体通道和所述第二微流体通道。4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述光学传感器与所述第二微流体通道相邻，以接收由所述光发射器发射的已经穿过所述第二微流体通道的光。5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第二微流体通道从所述第一微流体通道分支出来，并且其中，所述装置还包括：第二光学传感器，所述第二光学传感器由所述衬底支撑并与所述第二微流体通道相邻；以及第二气泡喷射惯性泵，所述第二气泡喷射惯性泵由所述衬底支撑并与所述第二通道相邻，以将流体选择性地泵送通过所述第二微流体通道。6.根据权利要求2所述的装置，其中，所述光发射器同时导引光穿过所述微流体通道和所述第二微流体通道。7.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一微流体通道和所述第二微流体通道的相邻侧彼此间隔开小于或等于42μm。8.根据权利要求1所述的装置，还包括沿着所述微流体通道的光学传感器，其中，所述光发射器包括沿着所述微流体通道的波导，以将光导引至所述光学传感器中的每个光学传感器。9.一种方法，包括：形成衬底；在所述衬底之上形成微流体通道；在所述衬底之上形成气泡喷射惯性泵，以泵送流体通过所述微流体通道；在所述衬底之上形成光学传感器，以接收通过所述微流体通道的光；以及在所述衬底上形成光发射器，以传送光穿过所述微流体通道到达所述光学传感器中。10.根据权利要求9所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·戈维亚季诺夫，C·M·圣托里，A·罗高奇，D·R·哈默斯塔德，M·吉里，
申请(专利权)人：惠普发展公司有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国,US