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CN111135878B - 微流体通道结构及制作方法、微流体检测装置及使用方法 - Google Patents

微流体通道结构及制作方法、微流体检测装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

公开了微流体通道结构及其制作方法、微流体检测装置及其使用方法。微流体通道结构包括支撑部；地基部，其布置在支撑部上并且包括相互隔开的第一地基和第二地基；以及通道限定部，其布置在地基部的远离支撑部的一侧并且包括第一通道层和第二通道层，其中第一通道层覆盖第一地基，第二通道层覆盖第二地基，并且第一通道层和第二通道层相互部分隔开以限定微流体通道。第一地基和第二地基具有与支撑部的表面平行的延伸方向，在与延伸方向垂直的平面内，第一地基和第二地基具有在从地基部指向支撑部的方向上渐缩的横截面。

Description

微流体通道结构及制作方法、微流体检测装置及使用方法
技术领域
本公开涉及微流体技术领域，并且具体涉及微流体通道(microfluidic channel)结构及其制作方法、微流体检测装置及其使用方法。
背景技术
微流体器件通常称为芯片实验室(LOC)或微全分析系统(micro-TAS)，其被用来通过操作少量的流体进行生物或化学反应，以用于生物分子的检测和分析，例如基因测序、单蛋白质检测等。微流体通道是微流体器件的核心部件，其制作技术却仍然低效、繁琐且昂贵，并且因此存在改进的空间。
发明内容
在一方面，本公开实施例提供了一种微流体通道结构，包括：支撑部；地基部，其布置在所述支撑部上并且包括相互隔开的第一地基和第二地基，其中所述第一地基和所述第二地基具有与所述支撑部的表面平行的延伸方向，在与所述延伸方向垂直的平面内，所述第一地基和所述第二地基具有在从所述地基部指向所述支撑部的方向上渐缩的横截面；以及通道限定部，其布置在所述地基部的远离所述支撑部的一侧并且包括第一通道层和第二通道层，其中所述第一通道层覆盖所述第一地基，所述第二通道层覆盖所述第二地基，并且所述第一通道层和所述第二通道层相互部分隔开以限定微流体通道。
在一个或多个实施例中，所述第一地基和所述第二地基的横截面呈倒梯形，或者所述横截面的两侧呈圆弧形。
在一个或多个实施例中，所述地基部还包括布置在所述第一地基和所述第二地基的面向所述微流体通道的侧面上的金属反射层。
在一个或多个实施例中，每个所述第一地基和所述第二地基由两个或更多个地基层顺序堆叠形成，并且越靠近所述支撑部的地基层的刻蚀速率越高。
在一个或多个实施例中，每个所述第一地基和所述第二地基包括靠近所述支撑部的第一地基层和堆叠在所述第一地基层的远离所述支撑部的一侧上的第二地基层。
在一个或多个实施例中，所述第一地基层由氮化硅形成，并且所述第二地基层由氧化硅形成。
在一个或多个实施例中，每个所述第一地基和所述第二地基包括第一子地基，以及覆盖所述第一子地基的顶面和侧面的第二子地基。
在一个或多个实施例中，所述微流体通道结构还包括布置在所述支撑部和所述地基部之间的光学膜层，其中所述光学膜层包括光学信号透射区和光学信号遮挡区，其中所述光学信号透射区在所述支撑部上的正投影落在所述第一地基和所述第二地基的侧面在所述支撑部上的正投影之内。
在一个或多个实施例中，所述微流体通道在所述支撑部上的正投影落在所述光学信号遮挡区在所述支撑部上的正投影之内。
在一个或多个实施例中，所述微流体通道具有与所述支撑部的表面平行的延伸方向，并且所述微流体通道的延伸方向平行于所述第一地基和所述第二地基的延伸方向。
在一个或多个实施例中，所述通道限定部还包括覆盖所述第一地基的侧面的第一通道壁以及覆盖所述第二地基的侧面的第二通道壁。
在一个或多个实施例中，所述通道限定部还包括连接所述第一通道壁和所述第二通道壁的第三通道层，并且所述第一通道壁、所述第二通道壁和所述第三通道层限定所述微流体通道。
在一个或多个实施例中，所述支撑部包括：衬底基板，以及激励信号发射器，其布置在所述衬底基板的面向所述地基部的一侧。
在另一方面，本公开实施例还提供了一种微流体检测装置，包括如上所述的微流体通道结构，并且还包括激励信号发射器以及探测器。
在一个或多个实施例中，所述激励信号发射器和所述探测器其中之一布置在所述地基部中，并且另一个布置在所述通道限定部的远离所述支撑部的一侧或者所述支撑部的远离所述通道限定部的一侧。
在一个或多个实施例中，所述激励信号发射器和所述探测器其中之一布置在所述地基部中，并且另一个布置在所述微流体通道结构的所述支撑部内。
在又一方面，本公开实施例还提供了一种微流体检测装置的使用方法，包括步骤：利用所述激励信号发射器产生激励信号，从而激励所述微流体通道内的待测样品以产生样品信号；以及利用所述探测器接收所述样品信号，从而检测所述待测样品，其中所述样品信号至少部分被所述第一地基和所述第二地基的面向所述微流体通道的侧面反射而激励所述待测样品，或者其中所述样品信号至少部分被所述第一地基和所述第二地基的面向所述微流体通道的侧面反射而到达所述探测器。
在再一方面，本公开实施例还提供了一种用于制作微流体通道结构的方法，包括：准备支撑部；形成地基部，其包括相互隔开的第一地基和第二地基，其中所述第一地基和所述第二地基具有与所述支撑部的表面平行的延伸方向，在与所述延伸方向垂直的平面内，所述第一地基和所述第二地基具有在从所述地基部指向所述支撑部的方向上渐缩的横截面；以及形成通道限定部，其包括第一通道层和第二通道层，其中所述第一通道层覆盖所述第一地基，所述第二通道层覆盖所述第二地基，并且所述第一通道层和所述第二通道层相互部分隔开以限定微流体通道。
在一个或多个实施例中，形成地基部的步骤包括：沉积两个或更多个地基材料层以形成地基叠层，其中越靠近所述支撑部的地基材料层的刻蚀速率越高；以及利用掩模刻蚀所述地基叠层以形成所述第一地基和第二地基。
在一个或多个实施例中，利用掩模刻蚀所述地基叠层以形成所述第一地基和第二地基的步骤包括：在所述地基叠层上涂布压印胶层；压印所述压印胶层以形成图案化的压印胶；以及利用所述图案化的压印胶为掩模，刻蚀所述地基叠层以形成所述第一地基和第二地基。
在一个或多个实施例中，形成地基部的步骤包括：在所述支撑部上形成相互隔开的第一子地基；以及通过薄膜侧向沉积，形成覆盖所述第一子地基的顶面和侧面的第二子地基。
在一个或多个实施例中，在准备所述支撑部之后并且在形成所述地基部之前，所述方法还包括：在所述支撑部上形成光学膜层，其中所述光学膜层包括光学信号透射区和光学信号遮挡区，并且其中所述光学信号透射区在所述支撑部上的正投影落在所述第一地基和所述第二地基的侧面在所述支撑部上的正投影之内。
在一个或多个实施例中，准备所述支撑部的步骤包括：准备衬底基板，以及在所述衬底基板上形成激励信号发射器，其布置在所述衬底基板的面向所述地基部的一侧。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例。
图1A、1B为根据本公开一实施例的微流体检测装置的示意图；
图2A为根据本公开一实施例的微流体通道结构的示意图；
图2B为根据本公开一实施例的微流体检测装置的示意图；
图2C为根据本公开一实施例的微流体检测装置的示意图；
图2D为根据本公开一实施例的微流体检测装置的示意图；
图3A为根据本公开一实施例的微流体通道结构的示意图；
图3B为根据本公开一实施例的微流体检测装置的示意图；
图4A、图4B、图4C和图4D为根据本公开实施例的微流体通道结构的示意图；
图5A、图5B、图5C、图5D、图5E、图5F、图5G和图5H为根据本公开一实施例的微流体通道结构的制作过程的示意图；以及
图6A和6B为根据本公开一实施例的微流体通道结构的制作过程的示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施例的技术方案作进一步地详细描述。
为了达到亚微米级精度的限制，微流体通道的制作往往需要使用电子束曝光技术、干涉光刻等特殊技术，并且后续还需要进行刻蚀、剥离以及将刻有沟槽的支撑部和顶部贴合的步骤，非常繁琐。另外，电子束曝光设备昂贵，制作过程缓慢，使得其无法适用于大规模大面积量产，并且大大提高制作难度和成本。尽管干涉光刻可以形成亚微米精度的干涉条纹，但是无法实现微流体通道的拐弯螺旋等特殊形貌。微流体通道往往是在支撑部材料上刻蚀并贴合封装成型，很大程度上加大了在微流体通道的附近集成电极或器件的难度。此外，如何有效地测量微流体通道内待测样品以及提高测量精度也是本领域中亟需解决的问题。
本公开实施例提供了一种微流体通道结构及其制作方法、微流体检测装置及其使用方法，旨在克服或者减轻一个或多个前文所述技术问题。下面结合附图具体说明本公开实施例提供的微流体通道结构及其制作方法、微流体检测装置的具体实施方式。
本公开实施例提供了一种微流体检测装置。图1A示意性示出该微流体检测装置的俯视图，并且图1B为沿图1A中I-I'线的截面图。如所示，微流体检测装置包括支撑部10以及设置在支撑部10上的通道限定部30。通道限定部30限定微流体通道40。例如，微流体检测装置还包括布置在支撑部10上的驱动电极95。在工作状态下，驱动电极95被施加电压，驱动待测样品50通过微流体通道40。当待测样品50通过微流体通道40时，微流体检测装置的激励信号发射器产生激励信号以激励待测样品50。待测样品50受激励信号激励而产生样品信号。微流体检测装置的探测器接收该样品信号，进而实现对待测样品50的分析和检测。
在示例性实施例中，微流体检测装置还包括与支撑部10相对布置并且用于对微流体通道结构进行封装的盖板90。
在图1A所示实施例中，微流体通道40具有与支撑部10的表面平行的延伸方向。例如，微流体通道40基本上呈直线形状。根据本公开实施例，微流体通道40可以具有其它形状，例如曲线形状，或者由多段直线和多个拐弯组成的复合形状。
本公开实施例提供了一种微流体通道结构。图2A为沿图1A中II-II'线的截面图。如所示，该微流体通道结构包括支撑部10、地基部20和通道限定部30。地基部20布置在支撑部10上并且包括相互隔开的第一地基21和第二地基22。第一地基21和第二地基22具有与支撑部10的表面平行的延伸方向。在与延伸方向垂直的平面内，第一地基21和第二地基22具有在从地基部20指向支撑部10的方向上渐缩的(tapered)横截面。通道限定部30布置在地基部20的远离支撑部10的一侧，并且包括第一通道层31和第二通道层32。第一通道层31覆盖第一地基21，第二通道层32覆盖第二地基22，并且第一通道层31和第二通道层32相互部分隔开以限定微流体通道40。
在本公开的上下文中，渐缩的横截面是指尺寸逐渐缩小的横截面。该横截面的尺寸可以连续地缩小，也可以以阶梯方式缩小。例如，在图2A所示实施例中，第一地基21和第二地基22的横截面在从地基部20指向支撑部10的方向上连续地缩小。在示例性实施例中，第一地基21和第二地基22的横截面具有倒梯形的形状。
在示例性实施例中，支撑部10包括衬底基板11，以及布置在衬底基板11的面向地基部20的一侧的激励信号发射器12。
图2B示意性示出基于图2A所示的微流体通道结构的微流体检测装置。在示例性实施例中，该微流体检测装置包括图2A所示的微流体通道结构以及探测器60。例如，探测器60布置在微流体通道结构的微流体通道40的正上方。
激励信号发射器12配置成产生诸如光学信号的激励信号以检测微流体通道40内的待测样品50。在示例性实施例中，激励信号发射器12均匀地遍布衬底基板11的表面。可替换实施例中，激励信号发射器12布置在微流体通道40的正下方，使得由其发射的激励信号被高效地利用以激励微流体通道40内的待测样品50。
如图2B所示，由激励信号发射器12发射的从微流体通道40正下方向上传播的激励信号12B到达微流体通道40，从而激励微流体通道40内的待测样品50。此外，在支撑部10的表面的与微流体通道40的正投影不重叠的区域，由激励信号发射器12发射的向上传播的激励信号投射到第一地基21和第二地基22的侧面，被第一地基21和第二地基22的侧面反射而转向。如图2B所示，转向后的激励信号12S激励微流体通道40内的待测样品50。
也就是说，由于第一地基21和第二地基22具有在从地基部20指向支撑部10的方向上渐缩的横截面，第一地基21和第二地基22的侧面将激励信号发射器12发射的激励信号重定向到待测样品50。藉此，激励信号发射器12发射的激励信号被更高效地用于激励待测样品50。
此外，与仅仅激励信号12B被用于激励待测样品50的情形相比，由于重定向的激励信号12S也被用于激励待测样品50，强度更大的激励信号被用于激励待测样品50，并且待测样品50相应地产生强度更大的样品信号50S。这提高了待测样品50被检测到的可能性。
在示例性实施例中，第一地基21和第二地基22具有反射性的侧面，从而有利于对激励信号的重定向。
在示例性实施例中，通道限定部30还包括覆盖第一地基21的侧面的第一通道壁31S以及覆盖第二地基22的侧面的第二通道壁32S，如图2A所示。
在示例性实施例中，通道限定部30还包括连接第一通道壁31S和第二通道壁32S的第三通道层33。这种情况下，第一通道壁31S、第二通道壁32S和第三通道层33限定微流体通道40。
通道限定部30的材料对于来自激励信号发射器12的激励信号12B、12S是透明的，从而不妨碍激励信号透射穿过第一通道壁31S、第二通道壁32S和第三通道层33以激励微流体通道40内的待测样品50。通道限定部30的材料对于来自待测样品50的样品信号50S是透明的，从而不妨碍该样品信号透射穿过第一通道层31和第二通道层32而被探测器60接收。
图2C示意性示出图2B所示实施例的一种实现方式。如图2C所示，激励信号发射器12包括依次堆叠的第一电极121、有源层122和第二电极123。通过第一电极121和第二电极123对激励信号发射器12施加电压时，有源层122产生激励信号以激励待测样品50。在图2C所示实施例中，第一电极121、有源层122和第二电极123的叠层仅仅设置在微流体通道40下方的区域。在其它实施例中，第一电极121、有源层122和第二电极123可以整层布置。
图2D示意性示出图2B所示实施例的另一种实现方式。如2D所示，激励信号发射器12设置在第一地基21和第二地基22内，并且包括第一电极121、有源层122和第二电极123的叠层。例如，探测器60布置在微流体通道结构的微流体通道40的正下方。
在图2B-2D所示的微流体检测装置中，探测器60被示意性示为与微流体通道结构分离地布置。在其它实施例中，探测器60可以形成在微流体通道结构上，即，集成到微流体通道结构。例如，探测器60集成在支撑部10上。例如，探测器60设置在支撑部10的位于微流体通道40下方的区域。与探测器60类似，根据应用场景的需求，激励信号发射器12也可以与微流体通道结构分离地设置。
图3A示意性示出图2A所示的微流体通道结构的一种变型。如图3A所示，微流体通道结构还包括布置在支撑部10和地基部20之间的光学膜层70。光学膜层70包括光学信号透射区70K和光学信号遮挡区70B。微流体通道40在支撑部10上的正投影落在光学信号遮挡区70B在支撑部10上的正投影之内。光学信号遮挡区70B对于来自激励信号发射器12的激励信号是不透明的。光学信号透射区70K在支撑部10上的正投影落在第一地基21和第二地基22的侧面在支撑部10上的正投影之内。光学信号透射区70K对于来自激励信号发射器12的激励信号是透明的。
在示例性实施例中，光学膜层70由对激励信号不透明的材料制成，并且光学信号透射区70K为光学膜层70中的该材料缺失的区域。这种情况下，光学信号透射区70K为光学膜层70中的开口部。在其它实施例中，光学信号透射区70K由对激励信号透明的材料制成。
图3B示意性示出基于图3A所示的微流体通道结构的微流体检测装置。在示例性实施例中，与图2B所示实施例相似，探测器60布置在微流体通道结构的微流体通道40的正上方。
如图3B所示，由于光学信号遮挡区70B对于激励信号是不透明的，并且微流体通道40的正投影落在光学信号遮挡区70B的正投影之内，因此由激励信号发射器12发射的从微流体通道40正下方向上传播的激励信号(例如，图2B中的激励信号12B)被阻挡而无法到达微流体通道40。由于光学信号透射区70K对于激励信号是透明的，并且光学信号透射区70K的正投影落在第一地基21和第二地基22的侧面的正投影之内，激励信号发射器12发射的激励信号透射通过光学信号透射区70K，并且被第一地基21和第二地基22的侧面重定向到待测样品50，如图3B中的激励信号12S所示。
在上述实施例中，利用光学膜层70的光学信号遮挡区70B控制激励信号的传播路径。来自激励信号发射器12的激励信号被阻挡以免直接进入布置在微流体通道结构的正上方的探测器60。因此，来自激励信号发射器12的背景激励信号对探测器60的干扰被屏蔽。这有利于提高待测样品的检测精确度。
在图2B和图3B所示的微流体检测装置中，箭头12S仅仅是用于解释激励信号被重定向后的大致传播方向。在第一通道壁31S和第二通道壁32S存在的情况下，激励信号从第一通道壁31S和第二通道壁32S出射到微流体通道40时，传播方向会略微偏转。
结合图2B和图3B所示实施例，简要描述该微流体检测装置的使用方法。如图2B和图3B所示，激励信号发射器12布置在支撑部10中，并且探测器60布置在微流体通道50的远离支撑部10的一侧。这种情况下，该微流体检测装置的使用方法包括步骤：利用激励信号发射器12产生激励信号，其中激励信号至少部分被第一地基21和第二地基22的面向微流体通道50的侧面反射，从而激励微流体通道40内的待测样品50以产生样品信号50S；以及利用探测器60接收样品信号50S，从而检测待测样品50。
应指出，在图2B、图2C、图2D和图3B所示的微流体检测装置中，激励信号发射器12和探测器60的位置可以互换。
在图2B的激励信号发射器12和探测器60的位置互换的情况下，待测样品50被来自激励信号发射器12的激励信号激励而产生样品信号。样品信号的一部分入射到第一地基21和第二地基22的侧面，并且被重定向到位于地基部20下方的探测器60。藉此，由待测样品50产生的样品信号被更高效地收集到探测器60。这提高了待测样品50被检测到的可能性。
在图2B的激励信号发射器12和探测器60的位置互换的情况下，激励信号发射器12布置在微流体通道40的远离支撑部10的一侧，并且探测器60布置在支撑部12中。这种情况下，该微流体检测装置的使用方法包括步骤：利用激励信号发射器12产生激励信号，从而激励微流体通道40内的待测样品50以产生样品信号50S，其中样品信号50S至少部分被第一地基21和第二地基22的面向微流体通道40的侧面反射；以及利用探测器60接收样品信号，从而检测待测样品50。
在图3B的激励信号发射器12和探测器60的位置互换的情况下，待测样品50被来自激励信号发射器12的激励信号激励而产生样品信号。样品信号的一部分入射到第一地基21和第二地基22的侧面，并且被重定向而透射通过光学信号透射区70K，随后被位于地基部20下方的探测器60接收。来自激励信号发射器12的激励信号被光学信号遮挡区70B阻挡以免直接进入布置在微流体通道结构正下方的探测器60。因此，来自激励信号发射器12的背景激励信号对探测器60的干扰被屏蔽。这有利于提高待测样品的检测精确度。
在上述实施例中，激励信号发射器12或探测器60设置于支撑部10内。这相当于激励信号发射器或探测器被集成在微流体通道结构内。与传统贴合工艺相比，这有利于精确地将信号发射器或信号接收器集成在微流体通道附近，并且与微流体通道对齐，从而满足基因测序、蛋白质检测等的测量精确性要求。
在下文中结合图4A-4D描述图2A的微流体通道结构的变型。在图4B-4D中，为了简化起见而未示出通道限定部30。
如图4A所示，在一些实施例中，微流体通道结构的通道限定部30不包括第三通道层33。这种情况下，光学膜层70构成微流体通道40的底部。即，第一通道壁31S、第二通道壁32S和光学膜层70限定微流体通道40。
在一些实施例中，微流体通道结构的通道限定部30不包括第一通道壁31S、第二通道壁32S和第三通道层33。这种情况下，第一地基21(的侧面)、第二地基22(的侧面)和光学膜层70限定微流体通道40。
在一些实施例中，通道限定部30不包括第一通道壁31S、第二通道壁32S和第三通道层33，并且微流体通道结构不包括光学膜层70。即，微流体通道40直接邻接支撑部10。这种情况下，第一地基21(的侧面)、第二地基22(的侧面)和支撑部10限定微流体通道40。
如图4B所示，在一些实施例中，在与第一地基21或第二地基22的延伸方向垂直的平面内，第一地基21和第二地基22的横截面的两侧呈圆弧形。即，第一地基21和第二地基22的侧面在横截面中呈圆弧形。与图2B和图3B所示的激励信号的传播路径相似，这种侧面也有利于重定向激励信号。因此，具有这种配置的第一地基21和第二地基22也可以高效地利用来自激励信号发射器的激励信号，并且提高了待测样品被检测到的可能性。
在图2A、图3A和图4A所示实施例中，第一地基和第二地基的横截面呈倒梯形。在图4B所示实施例中，第一地基和第二地基的横截面呈具有圆弧形的腰的异形倒梯形。本公开实施例不以此为限。在其它实施例中，第一地基和第二地基的横截面的两侧具有诸如由直线和圆弧形构成的复合轮廓。原则上，具有在从地基部指向支撑部的方向上渐缩的任何横截面的第一地基和第二地基都可以将来自激励信号发射器的激励信号重定向到待测样品。
在示例性实施例中，第一地基和第二地基的横截面的一部分在从地基部指向支撑部的方向上渐缩。该横截面的渐缩部分有利于将来自激励信号发射器的激励信号重定向到待测样品。例如，在图4C所示实施例中，第一地基21和第二地基22的横截面的两侧由顶部的竖直直线和底部的倾斜直线构成。倾斜直线所在的横截面的部分在从地基部20指向支撑部10的方向上渐缩。在微流体通道结构包括光学膜层70的情况下，光学信号透射区70K在支撑部10上的正投影落在第一地基21和第二地基22的横截面的渐缩部分在支撑部10上的正投影之内，如图4C中虚线所示。
在图4D所示实施例中，地基部20还包括布置在第一地基21和第二地基22的面向微流体通道40的侧面上的反射层20R。在示例性实施例中，反射层20R由金属材料形成。金属反射层形成镜面反射层，从而有利于将来自激励信号发射器的激励信号重定向到待测样品。反射层20R例如还布置在第一地基21和第二地基22的远离支撑部10的顶面。
在下文中描述根据本公开实施例的微流体通道结构的制作方法。根据本公开实施例，一种用于制作微流体通道结构的方法，包括：准备支撑部；形成地基部，其包括相互隔开的第一地基和第二地基，其中所述第一地基和所述第二地基具有与所述支撑部的表面平行的延伸方向，在与所述延伸方向垂直的平面内，所述第一地基和所述第二地基具有在从所述地基部指向所述支撑部的方向上渐缩的横截面；以及形成通道限定部，其包括第一通道层和第二通道层，其中所述第一通道层覆盖所述第一地基，所述第二通道层覆盖所述第二地基，并且所述第一通道层和所述第二通道层相互部分隔开以限定微流体通道。
具体而言，以图3A所示的微流体通道结构为例，结合图5A-图5H描述根据本公开实施例的微流体通道结构的制作方法。
如图5A所示，准备支撑部10。例如，准备支撑部10的步骤包括：准备衬底基板11，以及在衬底基板11上形成激励信号发射器12。在示例性实施例中，激励信号发射器12均匀地遍布衬底基板11的表面。可替换实施例中，激励信号发射器12布置在待形成的微流体通道的正下方。在形成有激励信号发射器12的衬底基板11上形成光学信号遮挡层70'。光学信号遮挡层70'由对于来自激励信号发射器12的激励信号是不透明的材料制成。
如图5B所示，形成光学膜层70。具体而言，对光学信号遮挡层70'进行构图工艺，使得光学信号遮挡层70'的选定部分被移除以形成光学信号透射区70K。在示例性实施例中，光学信号遮挡层70'的选定部分利用对激励信号透明的材料回填，以形成光学信号透射区70K。通过上述步骤，形成包括交替布置的光学信号透射区70K和光学信号遮挡区70B的光学膜层70。待形成的微流体通道在支撑部10上的正投影落在光学信号遮挡区70B在支撑部10上的正投影之内。
如图5C所示，在光学膜层70上依次沉积两个或更多个地基材料层以形成地基叠层210，并且在地基叠层210上涂布压印胶层80。在此实施例中，以两个地基材料层为例。具体而言，在光学膜层70上，依次沉积第一地基材料层211和第二地基材料层212以形成地基叠层210。距支撑部10较近的第一地基材料层211的刻蚀速率高于距支撑部10较远的第二地基材料层212的刻蚀速率。
在一示例性实施例中，第一地基材料层211与第二地基材料层212由比如氧化硅的相同材料制成。第一地基材料层211的沉积速率大于第二地基材料层212的沉积速率，使得第一地基材料层211的刻蚀速率高于第二地基材料层212的刻蚀速率。
在另一示例性实施例中，第一地基材料层211与第二地基材料层212由不同材料制成。例如，第一地基材料层211由相对易于刻蚀的氮化硅制成，而第二地基材料层212由相对难于刻蚀的氧化硅制成。这使得第一地基材料层211的刻蚀速率高于第二地基材料层212的刻蚀速率。
需要说明的是，本公开实施例对于第一地基材料层211与第二地基材料层212的材料和制作方法不作特别限定，任何能够使得第一地基材料层211的刻蚀速率高于第二地基材料层212的刻蚀速率的材料和形成方法都落入本公开的保护范围内。
如图5D所示，对压印胶层80进行图案化，以形成图案化的压印胶80'。例如，该图案化步骤包括：对压印胶层80进行压印；通过紫外辐射对压印胶层80进行固化；以及通过干法刻蚀移除压印胶层80的被压印区域中可能存在的残余压印胶。
如图5E-图5F所示，利用图案化的压印胶80'作为掩模，刻蚀地基叠层210以形成第一地基21和第二地基22。由于第一地基材料层211的刻蚀速率高于第二地基材料层212的刻蚀速率，在刻蚀之后得到的第一地基21和第二地基22具有在从地基部20指向支撑部10的方向上渐缩的横截面。如图5F所示，图案化的压印胶80'被剥离。
通过图5C-图5F的步骤，形成包括第一地基21和第二地基22的地基部20。在示例性实施例中，第一地基21和第二地基22之间的间隔为5nm-5μm，并且第一地基21和第二地基22的高度为5nm-5μm。
如图5G-图5H所示，通过薄膜沉积工艺，在地基部20上形成通道限定部30'、30。
各种合适薄膜沉积方法和合适沉积设备均可以用于沉积通道限定部。合适沉积方法的示例包括：溅射(例如，磁控溅射)和蒸镀(例如，化学气相沉积方法、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法、热气相沉积方法、原子层沉积(ALD)方法、以及电子束蒸发方法)。
以溅射工艺为例，描述通道限定部的形成方法。将图5F所示的结构放入溅射设备腔体中。溅射设备可以是DC溅射仪、DC脉冲溅射仪、RF溅射、中频溅射仪等。溅射过程可以是物理溅射，也可以采用反应溅射的方式，溅射使用的靶材为形成的微纳米结构的材料或反应物。
具体而言，将上述结构放入溅射腔体内的样品托盘中。样品托盘要求具有较好的热传导性。溅射温度控制在较低温度，如室温溅射。溅射过程中可以利用散热系统给样品托盘降温，溅射过程中样品托盘温度例如控制在100℃以下。
将溅射仪的溅射腔体抽到高真空状态。随后向溅射腔体通入溅射电离气体，例如氩气，氮气等。对于反应溅射，需通入反应气体，例如氧气。通入反应气体后，保持溅射腔体内部工作压强稳定。控制反应气体的分压来确保反应溅射完全进行。
开启功率电源开始溅射过程，溅射功率依溅射设备以及靶材种类调整。将溅射靶材功率密度为设备稳定起辉且开始有材料沉积的最低溅射功率。在示例性实施例中，实验基板尺寸为1500毫米x1800毫米，溅射温度为室温，溅射类型为硅靶材通入氧气和氩气的反应溅射。溅射设备为中频溅射设备，功率约为5kW，气压约为0.2pa。溅射出的氧化硅包裹覆盖第一地基21和第二地基22以形成通道限定部30'。
如图5G所示，溅射形成的通道限定部30'包括：覆盖第一地基21的顶面的第一通道层31'、覆盖第二地基22的顶面的第二通道层32'、覆盖第一地基21的侧面的第一通道壁31S'、覆盖第二地基22的侧面的第二通道壁32S'、以及覆盖光学膜层70表面的露出部分的第三通道层33'。在此实施例中，第一通道壁31S'、第二通道壁32S'和第三通道层33'限定敞开的微流体通道40'。
如图5H所示，通过控制溅射的工艺参数或者时间，形成如图3A所示的封闭的微流体通道40。在此实施例中，微流体通道40由第一通道壁31S、第二通道壁32S和第三通道层33限定。
在形成通道限定部的过程中，不同区域的薄膜沉积速率是不均匀的。第一地基21和第二地基22的顶面上的薄膜沉积速率大于侧面上的薄膜沉积速率。此外，第一地基21和第二地基22的侧面的越靠近支撑部10的区域的薄膜沉积速率越小。因此，在薄膜沉积过程中，在微流体通道40'被填满之前，第一通道壁31S'和第二通道壁32S'对接，由此形成如图5H所示的封闭的微流体通道40。
结合图6A和图6B描述根据本公开实施例的微流体通道结构中的地基部的制作方法。
如图6A所示，在图5B所示的支撑部10上形成相互隔开的第一子地基221。
如图6B所示，通过薄膜侧向沉积，形成覆盖第一子地基221的顶面和侧面的第二子地基222，由此形成包括第一地基21和第二地基22的地基部20。
随后通过结合图5G和图5H所描述的步骤，在地基部20上形成通道限定部30'、30。
根据本公开实施例的微流体检测装置可以为各种合适的检测装置，比如气体检测装置、脱氧核糖核酸(DNA)检测装置、核糖核酸(RNA)检测装置、肽或蛋白质检测装置、抗体检测装置、抗原检测装置、组织因子检测装置、载体和病毒载体检测装置、脂质和脂肪酸检测装置、类固醇检测装置、神经递质检测装置、无机离子和电化学检测装置、pH检测装置、自由基检测装置、碳水化合物检测装置、神经检测装置、化学检测装置、小分子检测装置、外显子检测装置、代谢物检测装置、中间体检测装置、染色体检测装置和细胞检测装置。
在示例性实施例中，激励信号发射器12可以是发射特定波长范围内的光学信号的发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等。在激励信号发射器12发射的激励信号的作用下，微流体通道40内的待测样品50被激励发出荧光信号，进而被探测器60探测。藉此，本公开实施例的微流体检测装置可以用于蛋白质检测、基因测序等。
本公开的实施例公开了一种微流体通道结构及其制作方法、微流体检测装置及其使用方法。微流体通道结构包括支撑部；地基部，其布置在支撑部上并且包括相互隔开的第一地基和第二地基；以及通道限定部，其布置在地基部的远离支撑部的一侧并且包括第一通道层和第二通道层，其中第一通道层覆盖第一地基，第二通道层覆盖第二地基，并且第一通道层和第二通道层相互部分隔开以限定微流体通道。第一地基和第二地基具有与支撑部的表面平行的延伸方向，在与延伸方向垂直的平面内，第一地基和第二地基具有在从地基部指向支撑部的方向上渐缩的横截面。根据本公开实施例，第一地基和第二地基具有在从地基部指向支撑部的方向上渐缩的横截面，因此第一地基和第二地基的侧面将来自激励信号发射器的激励信号重定向到待测样品。藉此，激励信号发射器发射的激励信号被更高效地用于激励待测样品，并且提高了待测样品被检测到的可能性。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何本领域普通技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应该以所附权利要求的保护范围为准。
附图标记列表：
10：支撑部；
11：衬底基板；
12：激励信号发射器；
121、第一电极；
122、有源层；
123、第二电极；
12B、12S：激励信号；
20：地基部；
20R：反射层；
21：第一地基；
22：第二地基；
30、30'：通道限定部；
31、31'：第一通道层；
31S、31S'：第一通道壁；
32、32'：第二通道层；
32S、32S'：第二通道壁；
33、33'：第三通道层；
40、40'：微流体通道；
50：待测样品；
50S：样品信号；
60：探测器；
70：光学膜层；
70'：光学信号遮挡层；
70B：光学信号遮挡区；
70K：光学信号透射区；
80：压印胶；
80'：图案化的压印胶；
210：地基叠层；
211：第一地基材料层；
211'：第一地基层；
212：第二地基材料层；
212'：第二地基层；
221：第一子地基；
222：第二子地基；
90：盖板；
95：驱动电极。

Claims (12)

1.一种微流体通道结构，包括：
支撑部；
地基部，其布置在所述支撑部上并且包括相互隔开的第一地基和第二地基，其中所述第一地基和所述第二地基具有与所述支撑部的表面平行的延伸方向，在与所述延伸方向垂直的平面内，所述第一地基和所述第二地基具有在从所述地基部指向所述支撑部的方向上渐缩的横截面；以及
通道限定部，其布置在所述地基部的远离所述支撑部的一侧并且包括第一通道层和第二通道层，其中所述第一通道层覆盖所述第一地基，所述第二通道层覆盖所述第二地基，并且所述第一通道层和所述第二通道层相互部分隔开以限定微流体通道，
其中所述地基部还包括布置在所述第一地基和所述第二地基的面向所述微流体通道的侧面上的金属反射层，并且
所述微流体通道结构还包括布置在所述支撑部和所述地基部之间的光学膜层，
其中所述光学膜层包括光学信号透射区和光学信号遮挡区，
其中所述光学信号透射区在所述支撑部上的正投影落在所述第一地基和所述第二地基的侧面在所述支撑部上的正投影之内，所述微流体通道在所述支撑部上的正投影落在所述光学信号遮挡区在所述支撑部上的正投影之内。
2.根据权利要求1所述的微流体通道结构，其中所述第一地基和所述第二地基的横截面呈倒梯形，或者所述横截面的两侧呈圆弧形。
3.根据权利要求1所述的微流体通道结构，其中每个所述第一地基和所述第二地基由两个或更多个地基层顺序堆叠形成，并且越靠近所述支撑部的地基层的刻蚀速率越高。
4.根据权利要求3所述的微流体通道结构，其中每个所述第一地基和所述第二地基包括靠近所述支撑部的第一地基层和堆叠在所述第一地基层的远离所述支撑部的一侧上的第二地基层。
5.根据权利要求3所述的微流体通道结构，其中所述第一地基层由氮化硅形成，并且所述第二地基层由氧化硅形成。
6.根据权利要求1所述的微流体通道结构，其中每个所述第一地基和所述第二地基包括第一子地基，以及覆盖所述第一子地基的顶面和侧面的第二子地基。
7.根据权利要求1所述的微流体通道结构，其中所述微流体通道具有与所述支撑部的表面平行的延伸方向，并且所述微流体通道的延伸方向平行于所述第一地基和所述第二地基的延伸方向。
8.一种微流体检测装置，包括如权利要求1-7中任意一项所述的微流体通道结构，并且还包括激励信号发射器以及探测器。
9.根据权利要求8所述的微流体检测装置，其中所述激励信号发射器和所述探测器其中之一布置在所述地基部中，并且另一个布置在所述通道限定部的远离所述支撑部的一侧或者所述支撑部的远离所述通道限定部的一侧。
10.根据权利要求8所述的微流体检测装置，其中所述激励信号发射器和所述探测器其中之一布置在所述地基部中，并且另一个布置在所述微流体通道结构的所述支撑部内。
11.一种根据权利要求8-10中任意一项所述的微流体检测装置的使用方法，包括步骤：
利用所述激励信号发射器产生激励信号，从而激励所述微流体通道内的待测样品以产生样品信号；以及
利用所述探测器接收所述样品信号，从而检测所述待测样品，
其中所述样品信号至少部分被所述第一地基和所述第二地基的面向所述微流体通道的侧面反射而激励所述待测样品，或者其中所述样品信号至少部分被所述第一地基和所述第二地基的面向所述微流体通道的侧面反射而到达所述探测器。
12.一种用于制作微流体通道结构的方法，包括：
准备支撑部；
在所述支撑部上形成光学膜层，所述光学膜层包括光学信号透射区和光学信号遮挡区；
形成地基部，其包括相互隔开的第一地基和第二地基，其中所述第一地基和所述第二地基具有与所述支撑部的表面平行的延伸方向，在与所述延伸方向垂直的平面内，所述第一地基和所述第二地基具有在从所述地基部指向所述支撑部的方向上渐缩的横截面，所述地基部还包括布置在所述第一地基和所述第二地基的面向所述微流体通道的侧面上的金属反射层，其中所述光学信号透射区在所述支撑部上的正投影落在所述第一地基和所述第二地基的侧面在所述支撑部上的正投影之内，所述微流体通道在所述支撑部上的正投影落在所述光学信号遮挡区在所述支撑部上的正投影之内；以及
形成通道限定部，其包括第一通道层和第二通道层，其中所述第一通道层覆盖所述第一地基，所述第二通道层覆盖所述第二地基，并且所述第一通道层和所述第二通道层相互部分隔开以限定微流体通道。
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