操纵流体微滴的微流控芯片以及方法技术

本申请公开了一种用于操纵流体微滴（１０１）的微流控芯片（１００），所述微流控芯片（１００）包括：多个电极（１０３），被布置在微流控芯片（１００）的流程后端部分（１０４）中；以及控制电路（１０６），适于控制所述多个电极（１０３）的电位以产生用于使流体微滴（１０１）沿着预定义的轨迹移动的电力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微流控芯片。此外，本专利技术涉及一种操纵流体微滴的方法。
技术介绍
生物传感器可以表示为用于检测分析物的的装置，该装置将生物 部件与物理化学或物理检测部件相组合。这样的生物传感器可以在微流尺度上与基于微滴的液体操纵和 处理系统(如，基于微滴的样本制备、混合、以及稀释) 一起操作。 更具体地，这样的系统可以涉及通过基于电润湿的技术对微滴的处置。WO 2006/044966公开了 一种单侧电介质上电润湿装置，其对于微 流控实验室应用来说是有用的。该装置包括衬底、布置在衬底上的控 制电极元件阵列、布置在衬底和控制电极元件阵列上并且覆盖衬底和 控制电极元件阵列的第一电介质膜、布置在第一电介质膜上的至少一 个接地电极元件、布置在第一电介质膜和所述至少一个接地电极元件 上且覆盖第一电介质膜和所述至少一个接地元件的第二电介质膜、以 及布置在第二电介质膜上的电润湿兼容表面膜。还公开了一种制造该 装置的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是在微流控装置中精确地移动流体微滴。 为了实现上述目的，提供了一种根据独立权利要求的操纵流体微 滴的微流控芯片和方法。 -根据本专利技术示例实施例，提供了一种用于操纵流体微滴(例如， 要分析的样本)的微流控芯片，所述微流控芯片包括多个电极，被 布置在所述微流控芯片的流程后端(Back End of the Line, BEOL)部5分中；以及控制单元(例如具有处理能力的集成电路)，适于控制所述 多个电极的电位，以产生用于使流体微滴沿着预定义的轨迹(例如， 沿着微流控芯片表面上特定的、预定义的路径)移动的电力。根据本专利技术的另一示例实施例，提供了一种操纵流体微滴的方 法，所述方法包括控制多个电极的电位以产生用于使所述流体微滴 沿着预定义的轨迹移动的电力，所述多个电极被布置在微流控芯片的 流程后端部分中。术语"流程后端"(BEOL)或"流程后端部分"可以具体地表示 集成电路制造中在晶片上用布线互连有源部件的部分。通常，当在所 加工的晶片上沉积第一金属层时开始BEOL。 BEOL包括触点、绝缘 体、金属层面、以及用于芯片与外壳连接的接合点。因此，具体地， 集成电路的不与所加工的半导体衬底直接接触的每个结构部件可以被 看作属于BEOL。与此相反，术语"流程前端"(Front End of the Line, FEOL)或"流程前端部分"可以具体地表示集成电路制造中在半导体中将独立 的器件(晶体管、电阻器等)图案化的第一部分。FEOL通常包含一直 到(但不包含)沉积金属层的任何步骤。因此，具体地集成电路中作 为所加工的半导体衬底的一部分的每个结构部件可以被看作属于 FEOL。换言之，流程后端部分可以直接位于流程前端部分的顶部(在与 制造过程相对应的空间方向上)。术语"生物传感器"可以具体地表示可以用于对包括诸如DNA、 RNA、蛋白质、酶、细胞、细菌、病毒等生物分子在内的分析物进行 检测的任何装置。生物传感器可以将生物部件(例如，在能够检测分 子的传感器有源表面处的俘获分子)与生物化学或物理检测器部件(例 如，具有由传感器事件可修改的电容的电容器、或具有可以由传感器 事件可修改的氧化还原电位的层、或具有由传感器事件可修改的阈值 电压或沟道导电率的场效应晶体管)相组合。术语"微流控芯片"可以具体地表示具体地以半导体技术，更具 体地以硅半导体技术，以及进一步具体地以CMOS技术形成为集成电6路(即，电子芯片)的微流控装置。由于使用微工艺技术使得单片集 成的微流控芯片具有非常小尺寸的特性，从而，具体地当微流控芯片 的尺寸或更准确地微流控芯片部件的尺寸接近或达到生物分子尺寸的 量级时，所述微流控芯片可以具有较大的空间分辨率和较高的信噪比。 术语"生物粒子"可以具体地表示在生物学或在生物学或生物化学过程中起到重要作用的任何粒子(如，基因、DNA、 RNA、蛋白质、 酶、细胞、细菌、病毒等)。术语"衬底"可以具体地表示诸如半导体、玻璃、塑料、绝缘体 等之类的任何合适的材料。根据示例实施例，术语"衬底"可以用于 一般地定义在感兴趣的层或部分之下或之上的层的元件。此外，衬底 还可以是在其上形成例如半导体晶片(如，硅晶片或硅芯片)之类的 层的任何其他元件。术语"流控样本"可以具体地表示物质的阶段的任何子集。这样 的流体可以包括液体、气体、等离子体、以及在某种程度上的固体及 其混合物。流控样本的示例是DNA，所述DNA包含流体、血液、(皮 下组织、肌肉或脑组织中的)间质液、尿、以及其他体液。例如，流 控样本可以是生物物质。这样的物质可以包括蛋白质、多肽、核酸、 DNA链等。术语"流体微滴"可以具体地表示体积较小的(如，在纳升(或 更小)、微升、或毫升(或更大)量级上的)流体结构。微滴可以是小 体积的液体，部分地或几乎完全被自由面约束。术语"电润湿"可以具体地表示用于激励微流控装置中的微滴的 技术。电润湿可以允许在直接电控制下独立地操纵大量的微滴而不用 泵、阀或甚至固定沟道。可以从所施加的电场得到的力的方面来理解 电润湿的现象。电解质微滴的角处的边缘场趋于将该微滴向下拉到电 极上，使宏观接触角变小，并增大微滴接触面积。根据本专利技术的示例实施例，在包括(半导体)衬底的电子芯片体 系结构中提供单片集成的微流控芯片，在所述(半导体)衬底中微流 控芯片的第一电子部件形成在流程前端部分。在流程前端部分的上方， 可以提供由其他层和结构组成的第二叠层作为流程后端部分。根据本专利技术的示例实施例，可以在流程后端部分中提供用于操纵或处置流体 微滴的有源区域。由于有机会在空间上单独地产生流体激励信号并将该信号应用到微流控表面，所以流体激励部件的BEOL处理是有利的。 当可以将用作流体激励器的纳电极制造得足够小时，这样的体系结构 可以是尤为有禾ij的。例如，可以将这样的纳电极布i在尺寸为250nm、 130nm或更小的FEOL中，使得可以操纵独立的微滴(droplet)或纳微 滴(nanodroplet)。这可以允许获得流体移动控制的精度的提高，并且 可以允许操纵在微升或纳升量级上的、体积非常小的样本。针对流体激励使用BEOL部分的特定优点是可以使流控样本的 液体成分(如，水溶液)与BEOL层相互作用，并通过BEOL叠层与下 面布置的FEOL叠层适当地分开，使得FEOL部件(如，场效应晶体管 的栅极区域)不会受到流控液体样本污染或损坏的危险。因此，通过 在BEOL中执行流体激励，可以可靠地将液体成分与在FEOL层中在 BEOL层下方提供的微电子检测元件去耦合或隔离。以标准BEOL过程 提供的材料(例如，铜)具有用作BEOL电极的有利特性，所述BEOL 电极可以与掩埋式FEOL晶体管连接。与本专利技术示例实施例相反，传统的方法(如，WO 2006/044966 的方法)在微滴输送方面表现出有限的效用，因为出于平衡考虑微滴 趋于稳定在相邻的电极之间。为了避免这样的局限性，本专利技术的实施 例引入了关键的革新，这种革新允许制造更小的电极(例如，250nm 以及更小)并且还很大程度上减小了电极之间的间距，使得微滴达不 到电极之间的平衡状态(如果需要的话，电极之间的间隔甚至可以在 纳米量级上)。同时，本专利技术的实施例提供了一种微流控芯片的制造方 法，解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操纵流体微滴（１０１）的微流控芯片（１００），所述微流控芯片（１００）包括：　多个电极（１０３），被布置在所述微流控芯片（１００）的流程后端部分（１０４）中；　控制单元（１０６），适于控制所述多个电极（１０３）的电位，以 产生用于使流体微滴（１０１）沿着预定义的轨迹移动的电力。

【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：巴勃罗加西亚特洛，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]