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TWI532530B - 具有浸入通道之多層微流體探針頭及其製造方法 - Google Patents

具有浸入通道之多層微流體探針頭及其製造方法

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Publication number
TWI532530B
TWI532530B TW100128041A TW100128041A TWI532530B TW I532530 B TWI532530 B TW I532530B TW 100128041 A TW100128041 A TW 100128041A TW 100128041 A TW100128041 A TW 100128041A TW I532530 B TWI532530 B TW I532530B
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TW
Taiwan
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liquid
microchannel
microfluidic probe
immersion
aperture
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TW100128041A
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TW201233443A (en
Inventor
依曼紐 黛樂瑪歇
歌文 凱加拉
羅伯特 羅維奇克
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萬國商業機器公司
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Publication date
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Description

具有浸入通道之多層微流體探針頭及其製造方法
本發明大體上係關於微流體探針裝置之領域，且特定而言係關於微流體探針頭及其製造方法。
微流體器件(microfluidics)大體上指代用於抽汲、取樣、混合、分析及按劑量施予液體之微製造裝置。其顯著特徵源自液體在微米長度尺度處所展現之特異行為。[1、2]微流體中之液體流通常為層狀的。可藉由製造側向尺寸在微米範圍內之結構來達成遠低於一奈升之容積。可加速在大尺度下受限之反應(藉由反應物之擴散)。[3]最後，可能可精確地且可再現地控制液體之平行串流，從而允許化學反應及梯度發生於液體/液體及液體/固體界面處。[4]微流體器件相應地用於生命科學中之各種應用。
大多數微流體裝置具有使用者晶片界面及封閉流道。封閉流道促進將功能元件(例如，加熱器、混合器、泵、UV偵測器、閥門等)整合至一裝置中，同時使有關洩漏及蒸發之問題最小化。然而，難以達成具有此等微流體器件之處理表面或圖案化表面。
設計可(例如)在非接觸模式下但不在存在液體之情況下遞送墨水之噴墨。[5]其他技術可以甚至更高解析度進一步圖案化表面，但其操作能力限於液體環境中。[6、7]液體環境使乾燥假像、生物分子之變性最小化，且使得能夠對活體微生物起作用。
為了在存在液體環境之情況下圖案化表面且分析表面上之樣本，開發出若干策略來克服封閉微流體器件之限制。一些策略依賴將液體限制於表面附近[8、9]或還有在液體之良好界定之區中遞送精確量之生物分子。[10]亦開發出掃描奈米吸液管及中空原子力顯微(AFM)探針以用於以微米精度來在表面上圖案化生物分子。[11、12、13]
作為另一實例，開發出非接觸微流體探針技術(或「MFP」)(見(例如)US 2005/0247673)，其允許藉由添加或移除生物分子來圖案化表面、產生沈積於表面上之蛋白質的表面密度梯度、將反應局部化於接近表面之液體相界(liquid interphase)處、在表面上染色且移除表面上之黏著細胞。[14]已測試其他應用。[15、16]
圖1A至圖1D描繪此種MFP頭100，且進一步說明其工作原理。頭100之限制液體的部分105(圖1D)為具有兩個孔隙101、102之Si晶片。使其靠近所關注之基板300。晶片100之另一面上的水平微通道115(圖1C)將孔隙與形成於聚(二甲基矽氧烷)(PDMS)連接塊90中之通孔91、92(圖1A)連結。插入於PDMS中之毛細管81、82提供電動泵與孔隙101、102之間的連接。因此，藉由控制經由一孔隙101注入之液體420的流動速率且藉由自另一孔隙102再吸入該液體420(以及浸入液體410中之一些)，達成所注入之液體420之限制(圖1D)。在圖1C中示意性地描繪如所組裝之此MFP頭。
雖然此技術在許多方面且對於一定範圍之應用為有利的，但就製造而言，挑戰尚待解決。特定而言，組裝Si頭100與PDMS連接塊90及插入玻璃毛細管81、82為勞動密集型的。因為Si晶片及PDMS小且難以處置，所以此等操作亦具有有限良率。另外，在PDMS塊90結合至Si頭及插入毛細管期間在PDMS塊90中之應力可導致PDMS之分離。此外，歸因於該頭為了(例如)機械穩定性而必須具有之厚度，使用(例如)深反應性離子蝕刻(DRIE)或電漿蝕刻在厚Si晶圓中微製造小孔隙具有挑戰性且耗時。此等限制可阻礙MFP技術之工業化部署。
此外，將所注入之液體420限制於浸入液體內具有挑戰性。
為了完整性起見，提及涉及微流體裝置或反應器之製造過程的專利文件US 2007/0160502、JP 2005/111567及US 5,882,465。
除了唯一專利文獻外，數個公開發表文獻貢獻於標的物，該等公開發表文獻中之一些引用於本描述之末尾處。
在一實施例中，本發明提供一種具有一基層之微流體探針頭，其包含：一處理液體微通道，其與該基層之一面上的一處理液體孔隙流體連通；及一浸入液體微通道，其與該基層之一面上的一浸入液體孔隙流體連通，其中該微流體探針頭經組態以允許在操作中，經由該處理液體孔隙提供之處理液體與經由該浸入液體孔隙提供之浸入液體組合。
在其他實施例中，該探針頭可包含以下特徵中之一或多者：
-　該處理液體微通道及該浸入液體微通道中之每一者在該基層之一或多個面上為開放的；
-　該處理液體微通道之至少一部分為在該基層之上部面上開放的一凹槽，且該浸入液體微通道之至少一部分在該基層之該上部面上為開放的，使得可由一額外層之一下部面封閉；
-　該微流體探針頭進一步包含一覆蓋層，其中該處理液體微通道及該浸入液體微通道之至少部分由該頭之一層之一下部面的一部分封閉；
-　該處理液體微通道及該浸入液體微通道各自使得能夠在該基層之一上部面與該基層之一面上的一各別孔隙之間流體連通；
-　該微流體探針頭進一步包含自該覆蓋層之一上部面延伸的一配管口(tubing port)，且其中該覆蓋層具有使得能夠在該配管口與該覆蓋層之一下部面之間流體連通的一通孔，其中該頭進一步經組態以使得能夠在該通孔與該等微通道中之一或多者之間流體連通；
-　該處理液體微通道之至少一部分為向上延伸至該處理液體孔隙之一凹槽，該處理液體孔隙配置於該凹槽之與該基層之該上部面的一邊緣平齊之一端處；
-　該處理液體微通道及/或該浸入液體微通道之一特性沿著該微通道而較佳連續地改變；
-　該微流體探針頭進一步包含用以加熱一或多個微通道之熱元件；
-　該微流體探針頭進一步包含：一第二處理液體微通道，其與該基層之一面上的一第二處理液體孔隙流體連通；及一第二浸入液體微通道，其與該基層之一面上的一第二浸入液體孔隙流體連通，其中該頭進一步經組態以允許在操作中，在該第二處理液體孔隙處吸入經由一或多個相異孔隙沈積之一些流體；
-　該微流體探針頭進一步包含一第二浸入液體微通道，該第二浸入液體微通道與該基層之一面上的一各別第二浸入液體孔隙流體連通，該微流體探針頭進一步經組態以允許在操作中，經由一第一浸入液體孔隙提供之浸入液體與經由該第二浸入液體孔隙提供之浸入液體組合；
-　該微流體探針頭進一步包含相對於藉由該等處理液體孔隙沈積處理液體之一平均方向而不對稱地組態之兩個微通道；
-　兩個微通道具有相異之流動阻力；且
-　該微流體探針頭進一步經組態以使得經由一處理液體孔隙提供且與經由一浸入液體孔隙提供之浸入液體組合之處理液體基本上為層狀的。
在另一實施例中，本發明進一步係針對一種製造本發明之微流體探針頭的方法，其包含以下步驟：提供該基層；及在該基層中製造該等微通道及孔隙。
現將藉由非限制性實例且參考隨附圖式來描述體現本發明之裝置及方法。
作為對以下描述之介紹，首先指向針對微流體探針(或MFP)頭之本發明的一般態樣。與已知解決方案不同，除了處理液體微通道外，浸入液體微通道亦直接設置於頭上，亦即設置於其基層上。每一通道與配置於基層之面上的孔隙流體連通。通常，在基層之同一面上機械加工出通道，使得通道由頭之額外層封閉。微流體探針頭進一步經組態以允許在操作中，經由處理液體孔隙提供之液體合併於經由浸入液體孔隙沈積之浸入液體中。舉例而言，頭可進一步在端(亦即設置處理液體孔隙之端)處被製成尖的，其中浸入液體孔隙在處理液體孔隙附近。直接在頭上設置浸入通道以及處理通道導致具有較少佔據面積之較緊密的頭。
另外，使微流體裝置之製造更容易。一個原因在於可基本上使用相同技術來製造處理液體路徑及浸入液體路徑兩者，亦即，在同一晶片(基層)上。又，可預期多層設計。即，頭通常包含額外覆蓋層(面對基層)及配管口。配管口自覆蓋層延伸，覆蓋層包含面對該等口之通孔，藉此可使得能夠經由覆蓋層朝向基層而流體連通。彼時，微通道將流體連通中繼至基層之面上的孔隙。
如先前技術部分中所引出，此種多層MFP頭比使用單式構造之頭容易製造及封裝。特定而言，微通道可有利地被雕刻為與兩個層之間的界面平齊之凹槽。MFP頭可進一步使用(例如)用於配管口之標準配件與管介接。本發明具有用於(例如)在表面上圖案化生物分子之連續圖案及不連續圖案以及用於在非接觸模式下指導抗蝕劑材料之處理的實質潛能。
圖2展示根據本發明之實施例之多層MFP頭的處理端之視圖。如其中所見，頭100具有基層120，其中設置處理液體微通道123、124以及浸入液體微通道223、224。每一通道與孔隙121、122、221、222流體連通，每一孔隙位於基層之面上(不必為同一面)，且較佳密切接近。當在表面附近移動頭時，如彎曲(厚)箭頭所表現，經由孔隙121提供之處理液體將與浸入液體組合，且較佳地插入於經由孔隙221及222提供之浸入液體中。為了理解起見而提供該等彎曲箭頭；其尺寸被有意地誇大。就此而言，裝置較佳經組態以使得獲得層狀流。孔隙之尺寸可為(例如)幾十微米。其通常間隔幾百微米。由於在此使用若干對處理通道/孔隙，所以可在孔隙122處再吸入處理液體以及浸入液體中之一些。注意，孔隙121與孔隙122之間的流道可反轉，亦即可自孔隙122注入處理液體，而孔隙121可吸入液體。處理液體基本上位於孔隙121及孔隙122近處，且由基本上存在於頭100附近之浸入液體圍繞。
較佳地，如所描繪，覆蓋層110封閉在基層之上部面上開放之通道。在變體中，可以獨特層之厚度來提供通道。然而，此等變體較難以製造。
圖3為具有與圖2中之處理端類似之處理端的頭之放大視圖。多層頭100仍包含覆蓋層110及基層120。再次，基層120具有在其面上開放之孔隙121、122、221、222。微通道123、124、223、224使得能夠自基層120之上部面(亦即，面對覆蓋層110之下部面)流體連通至該等孔隙。
該頭進一步展示為具有自覆蓋層110之上部面延伸的配管口181及配管口182(在組裝該等口與覆蓋層之後)。覆蓋層110進一步包含通孔111及通孔112。如圖式中所說明，通孔及口經組態以使得能夠自口流體連通至覆蓋層110之下部面，亦即朝向基層。微通道之對應端應面對通孔。舉例而言，該等端可具有比微通道之平均截面大之尺寸。類似地，可設置類似於口181及口182之一或多個額外配管口以及一或多個額外通孔，以使得能夠自口流體連通至浸入液體孔隙(為了清楚起見，未在此圖示)。因此，較佳組態為微通道使得能夠自通孔(可能為大的)向上流體連通至比較小之各別孔隙的彼等組態。此外，對於將在下文中更詳細論述之應用而言，孔隙121、122、221、222可能靠近於彼此。
圖2或圖3之MFP頭容易製造。首先，使用額外層允許將配管口容易地安裝於其上，該額外層比(例如)如介紹中所論述之PDMS塊中的毛細管容易處置。其次，僅下層120需要實質機械加工以產生微通道。
另外，以基層120之層厚度將處理液體微通道之部分較佳地設置為在基層120之上部面上開放之凹槽123'、124'。以此方式，容易地達成形成微通道而不管其橫斷尺寸如何(可能為小的，例如幾十微米)。在組裝之後，凹槽由覆蓋層110之部分封閉。可藉由工具直接在基層120之上部表面上雕刻凹槽。凹槽可具有任何適當之截面形狀，例如圓形、正方形、U形或V形截面。通常根據基層120之材料來選擇所需工具。在變體中，可預期雷射剝蝕。而最有利地，使用深反應性離子蝕刻(DRIE)來製造微通道。
如圖2或圖3中所描繪，凹槽123'、124'向上延伸至各別孔隙121、122。類似地，浸入通道223、224到達各別孔隙221、222。在此實例中，通道及孔隙對稱地配置於頭之上部面的主軸周圍。孔隙直接形成於凹槽之與基層120之正面320的邊緣310平齊之端處，此時，該凹槽再次容易地經機械加工。該前端320通常被製成尖的，其允許所關注之表面上之緊密液體沈積，且留下用於容易的光學監視之空間。
可能之製造方案包含兩個主要階段。舉例而言，在第一階段期間，製造：
-　覆蓋層中之一或多個通孔(例如，使用DRIE)；及
-　基層中之一或多個微通道(例如，藉由DRIE)。
在圖2或圖3之視圖中，在切割頭之前端320時直接獲得孔隙。若預期其他設計，則孔隙仍可形成於基層中(亦使用DRIE)。孔隙具有為幾十微米之典型的側向尺寸。
接著，第二階段由組裝覆蓋層與基層組成。隨後，較佳地安裝口。
現論述MFP頭之主要特徵的較佳製造方法之細節。較佳使用Si晶圓來微製造多層MFP頭(諸如，圖2及圖3中所描述之多層MFP頭)，但可使用其他材料。將覆蓋層110稱為Si蓋，且將基層120稱為HFC晶片。單側及雙側拋光之Si晶圓分別用於Si及HFC晶片。兩個晶圓均為(例如)直徑4英吋及厚度400 μm(Siltronix,Geneva,Switzerland)。
使用標準光微影、光刻繪聚合物遮罩(Zitzmann GmbH,Eching,Germany)及DRIE(見(例如)STS ICP,Surface Technology Systems,Newport,UK)來製成微結構。HFC晶片之微通道可以50 μm之深度被蝕刻至HFC晶圓之上部面中。必要時，可處理晶圓之底側來形成任何所要台面及/或達50 μm之高度的柱。必要時，自HFC晶圓之底側使用DRIE蝕刻來執行使孔隙開放。藉此可獲得具有低於10 μm之側向尺寸的良好界定之孔隙。在薄Si晶圓用於HFC晶片時，可更精確地製造孔隙，而蓋晶圓可保持厚的以將機械強度提供給頭。
藉由蝕刻穿過一側拋光之晶圓的具有為800 μm之直徑之通孔來產生Si蓋。接著，藉由將約3 μm之聚醯亞胺黏著劑(HD Microsystems GmbH,Neu-Isenburg,Germany)旋塗於蓋晶圓之經拋光側上及藉由隨後對準且結合兩個晶圓來達成組裝兩個晶圓。結合發生於320℃以及2個大氣壓力下達10分鐘(PRESSYS LE,Paul-Otto Weber GmbH,Remshalden,Germany)。可接著分割並存放MFP頭。
可使用環氧樹脂黏著劑環(供應環氧樹脂黏著劑環之NanoportTM Assemblies，其來自Upchurch Scientific,Ercatech,Bern,Switzerland)來進行對口之安裝。亦可以具有用於MFP頭之狹槽且將管耦接至MFP頭(使用o形環)的機械加工之結構來安裝MFP頭，藉此簡化介接。使用標準口及配件來代替(例如)PDMS之模製塊減少組裝頭所需要之勞動。因為不可排除黏著劑侵入至微通道中，所以較佳在實際上安裝口之前就洩露及堵塞來測試MFP頭。在彼方面，若小液滴能夠離開孔隙而不洩露於別處，則在以放大鏡來觀察時，可切割拋棄式吸液管尖以匹配通孔之大小，且可推動液體穿過通道。最後可手動地進行將口與通孔對準。在加熱板上或在烘箱中，後續結合於(例如)140℃下發生歷時約1小時。
短暫地回至光微影步驟，多層MFP頭之製造可使用用於HFC晶片之三個光微影步驟(塗佈、暴露及顯影抗蝕劑，繼之以蝕刻Si)及用於Si蓋之一個步驟。相比較而言，如先前技術中已知之單體MFP頭需要三個步驟。然而，先前之頭亦需要模製需要經電漿處理且結合至Si晶片之PDMS連接塊，從而導致先前所論述之缺點。
與使用PDMS連接塊形成對比，此處描述之新的製造方法產生具有連接口與HFC晶片之間的結構之大通孔(例如，直徑在1 mm之範圍內)的Si蓋。另一方面，HFC晶片包含所有微結構。特定而言，微通道(例如，在HFC晶片之上側上)提供通孔與孔隙之間的流體連接。在台面周圍之柱(若存在)可在針對實驗調整MFP頭時被用作調平輔助物。
MFP頭(諸如，上文所論述之MFP頭)尤其明顯地對於表面處理應用有用。與生物應用不同，表面處理應用涉及可能較小之圖案及較廣泛範圍之液體及化學品。使用薄Si晶圓(例如，厚度為100 μm)來製造HFC晶片，可使用習知DRIE或聚焦離子束來製造具有低於10 μm之側向尺寸的良好界定之孔隙。僅藉由Si蓋來提供頭之機械強度。
順帶言之，多層頭(諸如，本文中所論述之多層頭)亦更可使用許多處理液體，此係因為孔隙可為小的且靠近於彼此，其中水平微通道充分地散開以用於留下足夠空間來將許多口添加於Si蓋上。
更一般而言，本MFP技術具有圖案化表面、處理材料、在表面上沈積且移除生物分子及細胞、分析表面上之細胞及生物分子、在表面上產生化學梯度、研究複雜生物試樣(諸如，組織切片)及產生具有特殊輪廓之結構(諸如，錐形空腔)的潛能。
現應參考圖4至圖11來論述多層頭之其他實施例。
圖4為經處理而具備孔隙121、122、221、222及基本上類似於圖2或圖3之微通道之對應微通道的MFP頭之3D視圖。在覆蓋層110上設置通孔111、112。展示額外通孔211，其允許將流體連通中繼至浸入通道223、224(此時僅設置饋送兩個浸入通道之一個通孔)。可設置對應配管口(圖中未示)。如先前所引出，通道具有經配置以使得面對通孔之端。
圖5至圖10為僅展示基層120之可能變體的示意圖。在所有狀況下，微通道向上延伸至基層120之面，較佳向上延伸至不同之面。對應孔隙形成於通道之端處。基本上，此等實施例允許略過孔隙之顯見製造。舉例而言，將微通道雕刻為向上擴展至基層120之邊緣(例如，經分割邊緣)且產生孔隙而不需要額外機械加工的凹槽。
另外，在圖5至圖10之變體中之每一者中，在注入/吸入孔隙121、122附近設置允許施配浸入液體之一或多個浸入孔隙221、222等。頭之處理端被製成「尖的」。歸因於裝配組態，吾人可論及「垂直」MFP頭。所描繪之設計確保將非常接近於注入/吸入孔隙之區浸入於浸入溶液中以用於(例如)處理液體之未受擾流動限制。通常，浸入液體孔隙大於注入/吸入孔隙。舉例而言，浸入液體孔隙可能經設計以施配若干微升之液體，而注入/吸入孔隙施配若干皮升(picoliter)之液體。順帶言之，將僅拋光具有注入/吸入孔隙121、122之頭面，不需要拋光大的浸入液體孔隙。
容易製造所描繪之結構。為了在製造中改良良率，可將蠟填充於通道中以使在製造及封裝(分割、拋光)期間所產生之碎片的堵塞最小化。在彼方面，可實現可設置額外蠟饋送通道，其可經配置以連接MFP頭上之所有微通道。另外，可在同一基板上機械加工皆連接至單一「蠟分配通道」之多個MFP頭。可接著饋送蠟(例如，經由同一饋送口)，使得熔融之蠟蠕動至所有通道中。最後，可將蠟留待通道後處理以用於封裝且出貨MFP頭(如(例如)病理學應用中所知曉，接著容易達成脫蠟)。
此等結構良好地適合於需要細長且緊密之MFP頭的彼等應用(例如，內視鏡檢法應用)。又，MFP頭之小的佔據面積將增加製造中之輸送量且減少成本。
圖5為除微通道截面之特徵外基本上對應於圖4之設計的視圖。展示對應於圖4中之通孔111、112、211的通道端111'、112'、211'。
圖6係關於如藉由參考數字224'用符號表示之進一步涉及不對稱流動阻力之另一不對稱設計。在此方面，設計緊密佔據面積MFP頭可導致將通道組合成單一路徑。此情形亦將導致減少之界面。然而，在緊密結構之情況下，可能需要打破通道之對稱性(如圖6中所示)，從而導致不同之液體流動速率。彼時，設置額外液壓阻力補償器(例如，沿著流道之不同的通道幾何形狀)可有助於恢復通道中之相等阻力。
更一般而言，可設計兩個微通道以具有相異之流動阻力。流動阻力影響不同流道中之液體的流動速率。可將結構之特徵性流動阻力定義為在該結構中施加至液體(假定不可壓縮)之壓力與液體之流動速率之間的比率。雖然主要藉由通道之尺寸及形狀來判定通道之流動阻力，但其他因素亦可影響通道之流動阻力。在流動阻力、流動速率及壓力與使用電阻、電流及電位來描述之電路之間存在類似性：具有相等形狀及長度之通道具有相等之流動阻力。
液壓補償器(或具有不同流動阻力之通道)因此尤其有用於如在圖7中所描繪之狀況下的若干對不對稱通道。此時，設計垂直MFP以具有垂直地減小之佔據面積，亦即，頭至所關注之表面上的垂直投影為小的，且頭可近接所關注之表面之凹入區。
接著，參考圖8，亦可設置熱元件401、402來加熱一或多個微通道，例如浸入通道。實際上，若干生物應用(例如，處置細胞)可需要受控溫度環境。此受控溫度環境可藉由浸入液體來提供。為了達成此情形，可使用已知之形成電極之製程將金屬電極圖案化於(例如)MFP頭之玻璃覆蓋層上。在將浸入液體施配於基板上之前，可使用熱元件/電極來加熱及感測浸入液體之溫度。亦可在經處理之基板之界面處或在其表面上使用電極來對MFP頭執行電化學處理。
如圖9中所說明，可預期一個以上或兩個以上浸入通道。此時，額外浸入通道323、324鄰接各別孔隙321、322。實際上，一些應用可能需要多個浸入液體來限制處理液體。可能之情形為(a)在處理溶液對經處理之基板具有高腐蝕性時，或(b)在醫療應用中在將高致死藥物按劑量施予至組織之小的區上時。在此等狀況下，可能希望藉由用多個浸入液體來屏蔽而確保鄰接組織之最小暴露。舉例而言，外部浸入液體可含有中和存在於處理液體中之反應性強之化學物質的化學品，且內部浸入液體可充當處理液體與外部浸入液體之間的分離者。使用此做法，可在各種(液體)界面處執行多個反應。
最後，雖然本文中所論述之大多數實施例具有在基層120之同一面(例如，上部面)上設置之浸入通道，但並非需要系統地如此。舉例而言，浸入通道可具有駐留於基層之其他面上的部分。在變體中，未在基層之上部面之平坦表面上機械加工出浸入通道，而實情為，如圖10中所說明，在基層之上部面之邊緣處或更靠近於上部面之邊緣處機械加工出浸入通道。此對於需要使浸入液體佔據面積最小化之應用尤其有用。一做法因此係使用藉由使凹槽223、224沿著頭之上部面之邊緣而形成的通道來遞送浸入液體使其緊鄰於注入/吸入孔隙121、122。
仍可預期對以上實施例之若干變體。舉例而言，可進行製造微通道以使得微通道之特性(亦即，平均截面)沿通道而連續地改變。因此，可藉由(例如)在組裝兩個層110、120之後簡單地切割該等層來調整成問題之特性。
圖11示意性地說明此情形。圖11實際上表示平行於層110、120中之一者之平均平面的MFP層之部分截面圖。圖11明顯地展示兩個微通道123、124，其截面隨著朝向邊緣表面310擴展而減小(在截面上來看)。圖11進一步展示各種切割/分割標記410、412、420。舉例而言，可使用刀片、切片機、分割或鋸切工具來進行切割。
因此可沿著標記420中之任一者及沿著任一對標記410、412來切割或切除邊緣表面310，從而導致在微通道之端處的各種可能孔隙大小。參考數字121'、122'表示在切割之前時的孔隙。
另外，微通道123、124(及/或223、224)之間的相對距離亦可改變，使得可簡單地調整在切割之後孔隙之間的相對距離。
在變體中，如圖12中所描繪，藉由切割邊緣表面僅改變孔隙之尺寸，而兩個通道之間的最小距離保持相同。此時，設計微通道之截面之形狀以使得切割邊緣將主要導致修改孔隙大小，而不會實質上修改其相對距離。另一變體將在於僅調整孔隙之間的距離，而不會修改其尺寸。
甚至，如圖13中所說明，可雕刻一對微通道以使得在與邊緣表面310平齊處呈現所要曲率。此時，切割邊緣310將導致修改孔隙之入射角度。因此，可修改流體相對於樣本表面之入射角度。此明顯地影響自孔隙噴射及由孔隙吸入之液體之動量，其在一些應用中可為有用的。
更一般而言，可製造一或多個微通道使其平行於基層120之上部面、向上延伸至邊緣310，使得微通道之一個特性(或一個以上特性)沿微通道而改變。如上文所引出，此特性可為微通道之間的相對距離、微通道之張開部之定向，或其混合。結果，切割邊緣310允許調整末端孔隙之特性。
自生產之觀點來看，此為有利的，此係因為針對MFP層110、120之僅一個設計模板可實際上充當用於在MFP頭中獲得孔隙之各種不同最終配置的基礎。
雖然已參考某些實施例來描述本發明，但熟習此項技術者應理解，可進行各種改變且可替換等效物而不脫離本發明之範疇。另外，可進行許多修改以使特定情形或材料適合於本發明之教示而不脫離其範疇。因此，希望本發明不限於所揭示之特定實施例，且本發明將包括屬於所附申請專利範圍之範疇內的所有實施例。舉例而言，代替具有若干對口、通孔及孔隙等，可設置一個口/通孔來饋送兩個或兩個以上微通道。更一般而言，可預期口、微通道等之各種組合。又，雖然已使用術語「層」，但應理解(例如)MFP基層並不需要為「平的」。舉例而言，基層可為具備刻槽於周邊表面上之微通道之棒狀物。接著可用塗覆於頂部上之同心層來封閉通道。然而，不必需要藉由第二層來封閉基層。
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81．．．玻璃毛細管
82．．．玻璃毛細管
90．．．聚(二甲基矽氧烷)(PDMS)連接塊
91．．．通孔
92．．．通孔
100．．．微流體探針(MFP)頭
101．．．孔隙
102．．．孔隙
105．．．部分
110．．．覆蓋層
111．．．通孔
111'．．．通道端
112．．．通孔
112'．．．通道端
115．．．水平微通道
120．．．基層
121．．．處理液體孔隙
121'．．．在切割之前的孔隙
122．．．處理液體孔隙
122'．．．在切割之前的孔隙
123．．．處理液體微通道
123'．．．凹槽
124．．．處理液體微通道
124'．．．凹槽
181．．．配管口
182．．．配管口
211．．．通孔
211'．．．通道端
221．．．浸入液體孔隙
222．．．浸入液體孔隙
223．．．浸入液體微通道
224．．．浸入液體微通道
224'．．．不對稱設計
300．．．基板
310．．．邊緣/邊緣表面
320．．．正面/前端
321．．．第二浸入液體孔隙
322．．．第二浸入液體孔隙
323．．．第二浸入液體微通道/額外浸入通道
324．．．第二浸入液體微通道/額外浸入通道
401．．．熱元件
402．．．熱元件
410．．．浸入液體/切割/分割標記
412．．．切割/分割標記
420．．．所注入之液體/切割/分割標記
圖1A至圖1D展示先前技術之MFP及其工作原理；
圖2為根據本發明之實施例之MFP頭的處理端之3D視圖；
圖3為具有額外特徵之類似MFP頭的分解3D視圖；
圖4為根據另一實施例之MFP頭的3D視圖；
圖5至圖10為根據各種實施例之MFP頭的示意圖；
圖11為根據一實施例之處於製造之早期階段的MFP頭之基層的示意圖；及
圖12至圖13說明靠近於施配端之處理液體微通道的形狀之變體。
100．．．微流體探針(MFP)頭
110．．．覆蓋層
120．．．基層
121．．．處理液體孔隙
122．．．處理液體孔隙
123．．．處理液體微通道
123'．．．凹槽
124．．．處理液體微通道
124'．．．凹槽
221．．．浸入液體孔隙
222．．．浸入液體孔隙
223．．．浸入液體微通道
224．．．浸入液體微通道
310．．．邊緣/邊緣表面
320．．．正面/前端

Claims (14)

  1. 一種具有一基層(120)之微流體探針頭(100)，其包含：一處理液體微通道(123、124)，其與該基層之一面上的一處理液體孔隙(121、122)流體連通；及一浸入液體微通道(223、224)，其與該基層之一面上的一浸入液體孔隙(221、222)流體連通，其中該微流體探針頭經組態以允許在操作中，經由該處理液體孔隙提供之處理液體與經由該浸入液體孔隙提供之浸入液體組合，及其中該處理液體微通道之至少一部分為在該基層(120)之上部面上開放的一凹槽(124')，且該浸入液體微通道之至少一部分在該基層(120)之該上部面上開放，使得可由一額外層之一下部面封閉。
  2. 如請求項1之微流體探針頭，其中該處理液體微通道(123、124)及該浸入液體微通道(223、224)中之每一者在該基層之一或多個面上開放。
  3. 如請求項1之微流體探針頭，其進一步包含一覆蓋層(110)，其中該處理液體微通道及該浸入液體微通道之至少部分由該微流體探針頭之該覆蓋層(110)之一下部面的一部分封閉。
  4. 如請求項3之微流體探針頭，其中該處理液體微通道及該浸入液體微通道各自使得能夠在該基層之一上部面與該基層之一面上的一各別孔隙之間流體連通。
  5. 如請求項4之微流體探針頭，其進一步包含自該覆蓋層 之一上部面延伸的一配管口(181、182)，且其中該覆蓋層具有使得能夠在該配管口與該覆蓋層之一下部面之間流體連通的一通孔(111、112)，其中該頭進一步經組態以使得能夠在該通孔與該等微通道中之一或多者之間流體連通。
  6. 如請求項5之微流體探針頭，其中該處理液體微通道之至少一部分為向上延伸至該處理液體孔隙(122)之一凹槽(124')，該處理液體孔隙(122)配置於該凹槽之與該基層之該上部面的一邊緣(310)平齊之一端處。
  7. 如請求項6之微流體探針頭，其中該處理液體微通道及/或該浸入液體微通道之一特性沿著該微通道而較佳連續地改變。
  8. 如請求項7之微流體探針頭，其進一步包含用以加熱一或多個微通道之熱元件(401、402)。
  9. 如請求項8之微流體探針頭，其進一步包含：一第二處理液體微通道(124)，其與該基層之一面上的一第二處理液體孔隙(122)流體連通；及一第二浸入液體微通道(224)，其與該基層之一面上的一第二浸入液體孔隙(222)流體連通，其中該頭進一步經組態以允許在操作中，在該第二處理液體孔隙處吸入經由一或多個相異孔隙(121、221)沈積之一些流體。
  10. 如請求項9之微流體探針頭，其進一步包含：一第二浸入液體微通道(323、424)，其與該基層之一 面上的一各別第二浸入液體孔隙(321、322)流體連通，該微流體探針頭進一步經組態以允許在操作中，經由一第一浸入液體孔隙提供之浸入液體與經由該第二浸入液體孔隙提供之浸入液體組合。
  11. 如請求項10之微流體探針頭，其包含相對於藉由該等處理液體孔隙沈積處理液體之一平均方向而不對稱地組態之兩個微通道。
  12. 如請求項11之微流體探針頭，其中兩個微通道具有相異流動阻力。
  13. 如請求項12之微流體探針頭，其中該微流體探針頭進一步經組態以使得經由一處理液體孔隙提供且與經由一浸入液體孔隙提供之浸入液體組合之處理液體基本上為層狀的。
  14. 一種製造如請求項1至13中任一項之微流體探針頭之方法，其包含以下步驟：提供該基層；及在該基層中製造該等微通道及孔隙。
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