流体分离结构以及制造流体分离结构的方法技术

一种电泳流体分离结构（１００），包括基片（１０１）和生长在基片（１０１）上的多个垂直纳米线（１０２）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及流体分离结构。本专利技术另外涉及制造流体分离结构的方法。此外，本专利技术还涉及使用流体分离结构来分离流体样本 (fluidic sample)成分的方法。
技术介绍
分离流体样本成分(诸如生物分子，如丽A)对于医学应用、生 物化学、食品化学等变得越来越重要。当应用于很小量的生物样本时，传统的分离手段如凝胶电泳或 毛细管电泳法会变得有问题。Ken-ichi Inatomi等人(2003年)的"Electrophoresis of醒 in micro-pillars fabricated in polydimethylsiloxane ，， (Microelectronic Engineering,第70巻，第1期，13至18页) 公开了包含用于分离DNA的微柱的器件的制造。该器件由聚二甲基硅 氧烷(PDMS)制成，使用成形后的硅晶片作为模具通过复制成型方法 制造。该器件具有微沟道，其中以lym的间隔在六方晶格中排列 15yra的微柱。微柱中的DNA电泳表明，DNA迁移的平均速度取决于 其长度。然而，由于Ken-ichi Inatomi等人(2003年)所采用的制造工 艺的特别特性，无法保证所制造的器件具有足够的质量和再现性。此 夕卜，如下述段落将要清楚说明的，很难以工业规模制造该器件。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供可以合适的质量制造得到的流体分离结构。为了实现上述目的，提供了根据独立权利要求的流体分离结构、 制造流体分离结构的方法、以及使用流体分离结构来分离流体样本的 成分的方法。根据本专利技术的一个示例性实施例，提供了包括基片和多个生长 在基片上的纳米线的流体分离结构，该流体分离结构可适用于通过例 如电泳或介电电泳来分离流体样本的不同成分，所述流体样本包括在 至少一种物理参数(如长度)上具有区别的不同成分的混合。根据本专利技术的另一个示例性实施例，提供了制造流体分离结构 的方法，该方法包括在基片上生长多个纳米线。根据本专利技术的另一个示例性实施例，可以使用具有上述特征的 流体分离结构来分离流体样本的不同成分/部分。术语"基片"可表示任何适用的材料，如半导体、玻璃、塑料 等。根据一个示例性实施例，术语"基片"可以用于一般性地定义所 关注的层或部分之下和/或之上的层元件。此外，基片可以是任何在 其上形成了层的基底，例如像硅晶片或硅芯片的半导体晶片。基片上 生长了纳米线的部分可以是(基本上)二维平面。基片表面可以是用 于随后的纳米线生长流程的模板。由于可以通过适当的材料有效地触 发或空间控制纳米线的生长(例如，铁或镍斑点可以催化碳纳米管的 生长)，于是可以精确地限定对生长位置的精确空间控制。术语"纳米线"可表示具有数量级为几纳米至几千纳米的尺寸 (也可涵盖更大或更小的尺寸)的杆状结构。紧密相邻的纳米线阵列 可以作为用于样本(宏)分子的机械屏障阵列，并因此可以用作流体 分离结构，因为该阵列对流体样本中不同大小的微粒具有不同的屏障 效应。本专利技术的实施例可以使用多种不同类型的纳米线，包括半导体纳米线(例如由硅、锗、InP、 GaN等构成)、金属纳米线(如镍、 铂、金)和(本征或掺杂的)纳米管特别是碳纳米管。这样的纳米线可以是长方形纳米线。术语"长方形纳米线"表示该纳米线的长度显著大于与长度延 伸方向垂直的尺寸。换句话说，通常纳米线会表现出大于1的边长比 (长宽比)，特别会大于2、大于5或者高达1000或更高。例如，管状纳米线可以具有50腦至70nm的长度，而具有10nm的直径。术语"流体样本"可特别地表示任意物相的子集。所述流体可 包括液体、气体、等离子体以及某种程度上包括固体，及其混合物。 流体样本的示例如包含流体的DNA、血液、皮下组织中的间隙流体、 肌肉或脑组织、尿或其它体液。例如，流体样本可以是生物物质。该 物质可以包括蛋白质、多肽、核酸、DNA链等。术语"流体分离结构"可特别地表示任意能够分离流体样本的 不同成分的结构，特别是分离具有不同尺寸例如不同长度的不同成分 的结构。于是，流体分离结构还可以能够以限定的方式在机械力(如 压力或重力)、电力、磁力等力的作用下移动样本中的微粒通过纳米 线阵列。在操作该流体分离器件时，还可以利用不同成分的参数(例 如电荷等电参数)来提升流体分离性能。例如，微柱或纳米线网中的微柱间的距离可以限定在电力作用下传输通过该网的微粒的迁移速 度。因此，可以根据流体样本中具有不同尺寸和/或电特性的部分在 纳米线网中的不同迁移性数值来对其进行分离。根据本专利技术的一个示例性实施例，可以直接在基片上生长形成 纳米线阵列，以用作彼此间具有限定距离的限定障碍的排列，于是可以基于通过障碍的能力(该能力取决于要分离的微粒的尺寸)来分离 不同的流体部分。特别的，通过直接在基片上生长纳米线(无需实施 模制或光刻过程)，即通过以无沟道(trenchless)方式直接在基片 上通过沉积形成纳米线结构，特别是通过在基片的特定部分沉积特定 的催化剂斑点，能够制造空间分布精确可控的稳固的纳米线。因此， 可以形成高度可靠、空间分布精确并且机械稳固的结构，并可以此作 为流体分离应用的基础。这样，根据本专利技术的一个示例性实施例，提供了成形表面来进 行分离试验，特别是执行DNA分离。传统的丽A分离技术无法满足对用于快速遗传鉴别的精确、通 用、便携设备的不断增长的需求。这种限制是由于传统方法(基于凝 胶电泳或毛细管电泳)被定制成分离小尺度范围内的DNA的事实。另 外，这些方法受到分离介质的基本网格尺寸的限制而只限于较短的丽A片段。根据本专利技术的一个示例性实施例，提供了制造成形定制纳米表面的较简单的方法，能够显著提高涉及DNA分离或者更一般地所关注 的生物分子的分离的性能。本专利技术的示例性实施例可具有可以使用传统CMOS制造技术的优点。提供了可以简单方式实现的制造方案。该方案可允许对纳米成形 表面的特性进行精确控制。该方案还可提供将成形表面集成到任意针 对医疗点应用的便携设备中的可能性。在一个流程中可以制造很宽范 围的不同成形表面。本专利技术的实施例还可以提供实现并行DNA分离方 法的机会。此外，本专利技术的实施例可以结合任何现有检测技术(例如 荧光技术)来执行例如DNA测序。本专利技术的示例性实施例利用了如下事实，即DNA分子的迁移和 电泳特性主要取决于DNA链的长度。有鉴于此，根据本专利技术的示例性 实施例，提供了制造用于通过电泳进行DNA分离的半导体器件的方 法，其中该器件可以包括半导体主体。在该半导体主体的表面上，可 根据第一台式结构形成至少一个第一柱形半导体区域。可根据第二台 式结构形成至少一个第二柱形半导体区域。根据本专利技术的一个示例性实施例，可以用任何期望的材料执行 对柱形半导体区域(微柱)的最终涂敷，所述材料呈现疏水或亲水属 性，可以通过定制该材料来提升器件性能。另外，可以对表面进行成 形处理，其中所述成形特别地可允许定义疏水和亲水区域，从而定义 分子沿着流体分离结构表面的移动路径。于是可以提供用于分子医药 应用的高性能医学设备。根据本专利技术的一个示例性实施例，提供了制造用于分离DNA的 成形器件的方法。可在基片上生长纳米线，可在纳米线上沉积氧化硅 结构，然后可从纳米线的尖端移除氧化硅以暴露纳米线的上端部分。 氧化硅结构的剩余本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体分离结构（１００），包括：　基片（１０１）；　多个在基片（１０１）上生长而成的纳米线（１０２）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴勃罗加西亚特略，维贾亚拉格哈万马达卡塞拉，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[]