[go: up one dir, main page]

CN108568320B - 微流体装置、生化检测系统及方法 - Google Patents

微流体装置、生化检测系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108568320B
CN108568320B CN201710138281.0A CN201710138281A CN108568320B CN 108568320 B CN108568320 B CN 108568320B CN 201710138281 A CN201710138281 A CN 201710138281A CN 108568320 B CN108568320 B CN 108568320B
Authority
CN
China
Prior art keywords
microfluidic device
solution
chamber
biochemical
chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710138281.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108568320A (zh
Inventor
黄睿政
姜慧如
刘佩雯
李维
苏哿暐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Original Assignee
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd filed Critical Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority to CN201710138281.0A priority Critical patent/CN108568320B/zh
Publication of CN108568320A publication Critical patent/CN108568320A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108568320B publication Critical patent/CN108568320B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502746—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means for controlling flow resistance, e.g. flow controllers, baffles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/04—Closures and closing means
    • B01L2300/046—Function or devices integrated in the closure
    • B01L2300/047—Additional chamber, reservoir
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/04—Closures and closing means
    • B01L2300/046—Function or devices integrated in the closure
    • B01L2300/049—Valves integrated in closure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0645—Electrodes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

本申请公开一种微流体装置、生化检测系统及方法，其中生化检测系统，包括一探针卡及一微流体装置。探针卡具有多个探针及一开口，探针用于接触一基板上至少一芯片的多个电极垫，以检测该至少一芯片的至少一生化感测器的电性信号。微流体装置卡合于开口内且具有一腔室，腔室用于接收一待测溶液，并使得待测溶液与生化感测器接触。

Description

微流体装置、生化检测系统及方法
技术领域
本发明实施例涉及一种微流体装置、生化检测系统及方法。
背景技术
生化感测器(又称作生物感测器)是一种可根据电学、电化学、光学及/或机械检测原理等基础进行操作，用来感应及检测生化物质的装置。
生物场效晶体管(biological field-effect transistors，BioFET)是一种含有晶体管的生化感测器，可经由电性方式感应及检测生化分子或生物实体。此检测行为可经由直接检测感应，或经由特定反应物与生化分子/生物实体进行反应或交互作用来实现。具体来说，当目标生化分子或生物实体与生物场效晶体管的栅极或固定于栅极上的接受器分子结合时，生物场效晶体管的漏极电流会因栅极电压产生改变，并依所生成的目标键结的种类与数量而有所不同。此漏极电流的改变可以被测量并用于判定接受器与目标生化分子或生物实体生成键结的种类及/或数量。
此外，各式各样的接受器都可能用来官能化生物场效晶体管的栅极，举例来说，为了检测单股螺旋去氧核糖核酸(single-stranded deoxyribonucleic acid，ssDNA)，生物场效晶体管的栅极可用固定化的互补式单股螺旋去氧核糖核酸官能化。而为了检测不同的蛋白质，例如肿瘤标记，生物场效晶体管的栅极可用单株抗体进行官能化。
生物场效晶体管可以利用半导体制程制造，并可快速地转换电子信号，故已被广泛应用于集成电路。通常，一半导体晶圆上包括有数十至数百个集成电路芯片。在电性测量中，为了避免溶液可能引起短路而造成附近的集成电路芯片受损，一般会沿着晶圆切割线将集成电路芯片先分开，接着以人工方式将待测溶液小心地滴在各芯片的生物场效晶体管的位置，然后利用探针测量取得生物场效晶体管的电性信号(例如漏极电流)，以判定待测溶液中的目标生化物质的种类及/或数量。
然而，此种检测方法非常难以控制测试条件(例如检测时间、反应温度及液体蒸发量等)的一致性，造成检测结果的精确度与品质会受到质疑，且效率极差(亦即检测时间太长)。因此，需要提供一种生化检测系统及方法的改进方案。
发明内容
本发明一些实施例提供一种微流体装置，包括：一本体；一柔性垫体，设于本体的底面；一腔室，形成于本体及柔性垫体内，且腔室于微流体装置的底面形成有一开口；以及一泄水阀，活动地设于腔室内，用于阻挡或允许被注入腔室的一溶液流至开口。
本发明一些实施例提供一种生化检测系统，包括：一探针卡，具有多个探针及一开口，探针用于接触一基板上至少一芯片的多个电极垫，以检测该至少一芯片的至少一生化感测器的电性信号；以及一微流体装置，卡合于开口内且具有一腔室，腔室用于接收一待测溶液，并使得待测溶液与生化感测器接触。
本发明一些实施例提供一种生化检测方法，包括：设置一基板于一承载台上，基板上具有至少一芯片，芯片具有至少一生化感测器及多个电极垫；提供一探针卡及一微流体装置，其中探针卡具有多个探针及一开口，微流体装置卡合于开口内且具有一腔室；移动微流体装置及探针卡，使得微流体装置的腔室与探针卡的探针的位置分别对应于芯片的生化感测器与电极垫的位置；移动承载台，使得微流体装置与基板结合；将一待测溶液注入微流体装置的腔室，使得待测溶液与芯片的生化感测器接触一定时间；以及通过探针卡的探针对芯片的生化感测器进行电性测量，以及根据电性测量结果判定待测溶液中的目标生化物质的种类及/或数量。
附图说明
图1显示根据一些实施例的晶圆的平面示意图及晶圆上一芯片的放大图。
图2显示根据一些实施例的一生化检测系统的方框图。
图3显示图2中的探针卡与微流体装置的位置关系的平面示意图。
图4A显示根据一些实施例的微流体装置的顶视示意图。
图4B显示沿图4A中A-A线段的剖面示意图。
图5显示根据一些实施例的微流体装置的防漏设计及自动泄水阀的示意图。
图6A显示微流体装置与晶圆紧密结合的示意图。
图6B显示微流体装置与晶圆相互分离的示意图。
图7显示根据一些实施例的一生化检测方法的流程图。
附图标记说明：
2～生化检测系统；
10～晶圆；
11～芯片；
21～承载台；
22～控制装置；
23～探针卡；
23A～探针；
23B～开口；
24～夹持机构；
25～显微镜；
26～微流体装置；
27A～溶液注入单元；
27B～流体抽出单元；
28～定位机构；
40～本体；
41～柔性垫体；
41A～第一层结构；
41B～第二层结构；
42～储水空间；
42A～开口；
43～第一微流道；
44～第二微流道；
45～液体通道；
46～气流通道；
51～泄水阀；
51A～杆部；
51B～毛细结构；
52～漏液检测元件；
101～生化感测器；
102～电极垫；
700～生化检测方法；
701～706～步骤；
C～腔室；
C1～收缩口；
C2～止挡结构；
E～溶液出口；
I～溶液入口；
O1～开口；
O2～开口；
S1～主动面；
S2～底面；
S3～顶面；
T～待测溶液。
具体实施方式
以下公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本公开的不同特征。以下公开内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定。例如，若实施例中叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的情况，亦可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使得上述第一特征与第二特征未直接接触的情况。
在下文中使用的空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中示出的的方位外，这些空间相关用词也意指可能包含在不同的方位下使用或者操作附图中的装置。
以下不同实施例中可能重复使用相同的元件标号及/或文字，这些重复为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。
在下文中使用的第一以及第二等词汇，仅作为清楚的对其进行解释目的，并非用以对应以及限制权利要求。此外，第一特征以及第二特征等词汇，并非限定为相同或是不同的特征。
在附图中，结构的形状或厚度可能扩大，以简化或便于标示。必须了解的是，未特别描述或图示的元件可以本领域技术人士所熟知的各种形式存在。
应先说明的是，为了克服前述现有技术问题点，本发明实施例提供一种改善的自动式生化检测系统，可直接利用晶圆(或基板)上多个芯片的生化感测器感应及检测待测溶液中的目标生化物质，而不需要切割晶圆及分开操作各芯片(包括将待测溶液分别滴在各芯片，及将探针分别架设在各芯片上进行电性测量等操作)，因此可大幅缩短检测时间及提高检测效率。
请先参阅图1，其显示根据本发明一些实施例的晶圆10的平面示意图及晶圆10上一芯片11的放大图。晶圆10为一半导体晶圆(例如硅晶圆)，其上具有通过半导体制程制造生产的多个集成电路芯片11(以下简称芯片11)。各芯片11具有一主动面S1、一生化感测器101及多个电极垫102，生化感测器101与电极垫102可显露于主动面S1上。在一些实施例中，各芯片11亦可具有多个生化感测器101。生化感测器101可为一生物场效晶体管(BioFET)，且前述电极垫102分别电性连接于生物场效晶体管的栅极、漏极与源极。此外，各芯片11的生物场效晶体管可能为相同或不同。值得一提的是，前述晶圆10仅为了方便说明实施例，但是晶圆10亦可能改为具有或设有多个芯片11的一基板(例如玻璃基板、塑胶基板等)。
如前所述，生物场效晶体管可经由电性方式感应及检测一待测溶液中的目标生化物质，例如去氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)、核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)、蛋白质或其他有机及无机小分子。具体来说，当这些目标生化分子或生物实体与生物场效晶体管的栅极或固定于栅极上的接受器分子结合时，生物场效晶体管的漏极电流会因栅极电压产生改变，并依所生成的目标键结的种类与数量而有所不同。此漏极电流的改变可以被测量并用于判定接受器与目标生化分子或生物实体生成键结的种类及/或数量，亦即可达到感应及检测待测溶液中的目标生化物质的目的。由于各种生物场效晶体管的结构及检测机制已属于现有，且非本申请发明的技术重点，故在此不多做赘述。在本文中提及的生化感测器101包括已知的各种生物场效晶体管，例如离子感测场效晶体管(Ion-sensitive FET，ISFET)、酵素场效晶体管(Enzyme FET，ENFET)或免疫场效晶体管(ImmunoFET)。。
图2显示根据一些实施例的一生化检测系统2的方框图，其中生化检测系统2为一自动式生化检测系统，且可利用前述晶圆10上多个芯片11的生化感测器101(图1)感应及检测一待测溶液中的目标生化物质。由图2中可以看出，生化检测系统2包括一承载台21，用于承载晶圆10。在一些实施例中，承载台21可利用真空吸附的方式将晶圆10保持于其上，但是一些可选用的其他夹持晶圆10的方式(例如静电吸盘)亦可以被利用。承载台21亦可承载晶圆10沿着水平方向(如图中的X轴及Y轴方向)及垂直方向(如图中的Z轴方向)进行移动。此外，承载台21电性连接于一控制装置22(例如为一电脑)，且控制装置22可控制承载台21的上述移动。
生化检测系统2亦包括一探针卡23(请一并参阅图3)，其下方具有多个探针23A，用于接触晶圆10上各芯片11的电极垫102(图1)，以测量取得生化感测器101的电性信号。探针卡23可为一微机电式(Micro-Electrical-Mechanical Systems，MEMS)探针卡或者其他可选用类型的探针卡。探针卡23亦电性连接于控制装置22，且控制装置22可控制探针卡23对生化感测器101的电性信号进行测量，并将测量得到的生化感测器101的电性信号进行运算、分析、储存及显示等处理。
生化检测系统2亦包括一夹持机构24，用于夹持探针卡23，并可沿着水平方向(如图中的X轴及Y轴方向)进行移动。具体来说，夹持机构24可连接于一定位机构(图未示)，且该定位机构电性连接于控制装置22，其中控制装置22可控制该定位机构，使得夹持机构24及其上的探针卡23沿着水平方向移动，从而达到探针卡23的探针23A与下方的晶圆10上一芯片11的电极垫102(图1)间的位置对准。虽然未图示，探针卡23的探针23A的排列方式是对应于晶圆10上各芯片11的电极垫102的排列方式。
生化检测系统2亦包括一显微镜25，用于观察探针卡23的探针23A的位置是否与下方的晶圆10上一芯片11的电极垫102(图1)的位置对准。在一些实施例中，显微镜25可电性连接于控制装置22。
当控制装置22控制前述定位机构使得夹持机构24及其上的探针卡23沿着水平方向移动，并通过显微镜25观察到探针卡23的探针23A的位置与晶圆10上一芯片11的电极垫102的位置对准时，可进一步控制承载台21沿着Z轴方向向上移动，直到该芯片11的电极垫102接触至探针卡23的探针23A为止。接着，控制装置22便可控制探针卡23对该芯片11的生化感测器101的电性信号进行测量，并将测量得到的电性信号进行运算、分析等后续处理。
再者，当控制装置22接收来自探针卡23测量之前述电性信号时，可判断前述芯片11的电性测量已经结束。之后，控制装置22可进一步控制承载台21沿着Z轴方向向下移动(使得芯片11的电极垫102与探针卡23的探针23A分离)，并水平移动至下一片芯片11抵达探针卡23的探针23A的下方的位置，接着再向上移动，使得该下一片芯片11的电极垫102接触至探针卡23的探针23A，以进行该下一片芯片11的电性测量。应了解的是，由于控制装置22可预先设定及记录晶圆10上各芯片11的位置，因此能够控制承载台21将晶圆10上各芯片11按序移动至对应探针卡23的探针23A的位置。通过重复上述电性测量作业，便可以完成晶圆10上所有芯片11的电性测量。
请继续参阅图2，探针卡23亦具有一贯穿上下表面的开口23B。此外，如图2及图3所示，生化检测系统2亦包括一微流体装置26，可卡合于开口23B内。其中，微流体装置26具有一腔室C(如图3中虚线表示的部分)，用于接收一待测溶液T，并使得待测溶液T(在腔室C内)与下方的晶圆10上一芯片11的生化感测器101(图1)接触及反应。如此一来，探针卡23便可通过前述方式测量生化感测器101的电性信号，以判定待测溶液T中的目标生化物质的种类及/或数量。
另外，生化检测系统2亦包括一溶液注入单元27A，连接于微流体装置26，且用于将至少一待测溶液注入微流体装置26及腔室C(图3)。具体来说，虽然未图示，溶液注入单元27A可包括例如一电动泵及一电磁阀，其中多种待测溶液可经由电动泵被注入微流体装置26，而电磁阀用于选择性地控制一次只有一待测溶液可被注入微流体装置26。溶液注入单元27A亦电性连接于控制装置22，且控制装置22可控制溶液注入单元27A注入待测溶液的程序及速度。
又，生化检测系统2亦包括一流体抽出单元27B，连接于微流体装置26，且用于将腔室C(图3)内的待测溶液抽出且离开微流体装置26。具体来说，虽然未图示，流体抽出单元27B可包括例如一电动泵及一电磁阀，其中电动泵用于将腔室C内的待测溶液抽出(通过抽气方式)，而电磁阀用于控制电动泵与腔室C之间的连通。换言之，当电磁阀开启时，电动泵可将腔室C内的待测溶液抽出，而当电磁阀关闭时，电动泵则不会将腔室C内的待测溶液抽出。此外，流体抽出单元27B亦电性连接于控制装置22，且控制装置22可控制流体抽出单元27B抽出待测溶液的程序及速度。
请继续参阅图2，生化检测系统2亦包括一定位机构28，其中微流体装置26可通过例如锁合或卡合等方式固定于定位机构28。在一些实施例中，定位机构28为一现有的六轴定位仪(6-axes positioner)。此外，定位机构28可电性连接于控制装置22，且控制装置22可控制定位机构28移动微流体装置26，并使得微流体装置26被定位及卡合于探针卡23的开口23B内。当微流体装置26被卡合于探针卡23的开口23B内(更明确而言，微流体装置26是在水平方向上与开口23B形成卡合)时，其可随着探针卡23沿着水平方向移动。此时，定位机构28亦与微流体装置26发生连动。
进一步地，当控制装置22控制承载台21向上移动使得晶圆10与微流体装置26结合(为使微流体装置26的腔室C内的待测溶液与芯片11的生化感测器101(图1)接触及反应)时，定位机构28亦可被控制装置22控制而将微流体装置26向下压，此有助于微流体装置26与晶圆10的紧密结合(关于微流体装置26与晶圆10的结合方式于后面段落将再做进一步说明)。
如上所述，由于微流体装置26在水平方向上与开口23B相互卡合，故当探针卡23沿着水平方向移动时，微流体装置26亦可随着探针卡23沿着水平方向移动。此外，当探针卡23移动至其探针23A的位置对准于下方的晶圆10的一芯片11的电极垫102的位置时，微流体装置26的腔室C的位置亦可以对准于该芯片11的生化感测器101的位置。进一步地，当控制装置22控制承载台21将晶圆10移动至探针卡23的探针23A的位置对准于下一片芯片11的电极垫102的位置时，微流体装置26的腔室C的位置亦可以对准于该下一片芯片11的生化感测器101的位置。
如此一来，可达到探针卡23及微流体装置26的同时定位(对应于晶圆10的各芯片11)，再配合上控制装置22可自动地控制承载台21及其上的晶圆10相对于探针卡23移动以对晶圆10上各芯片11进行电性测量的机制，即能够利用晶圆10上各芯片11的生化感测器101来感应及检测待测溶液中的生化物质。由于上述生化检测系统2的各部件(或机构)的运行可以被自动化(通过控制装置22自动控制)，因此能够大幅改善生化检测的效率。此外，上述实施例的生化检测系统将传统人工操作均以自动化机械动作取代，如此亦可减少人工操作可能产生的误差，并改善测试条件(例如检测时间、反应温度及液体蒸发量等)的一致性。
接着进一步介绍本发明实施例的微流体装置26的设计。请先参阅图4A及图4B，在一些实施例中，微流体装置26包括一本体40及设于本体40的底面的一柔性垫体41。本体40主要用于定义来自溶液注入单元27A(图2)的待测溶液在晶圆10(图1及图2)上的反应空间，而柔性垫体41用于避免本体40接触或撞击晶圆10的表面及防止待测溶液从本体40(微流体装置26)及晶圆10之间泄漏。在一些实施例中，本体40由例如亚克力或其他可选用的硬质材质制成，而柔性垫体41由例如聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)或其他可选用的柔性材质制成。
如图4A及图4B所示，在一些实施例中，本体40具有从一侧壁朝外突出的一圆柱状结构，且在圆柱状结构内形成有一储水空间42。一溶液入口I形成于圆柱状结构的一侧壁，并连通储水空间42。虽然未图示，溶液入口I可通过一导管连接溶液注入单元27A(图2)。此外，微流体装置26于其中央处具有大致由微流体装置26的顶部延伸至底部(高深宽比结构)的一腔室C(形成于本体40及柔性垫体41内)，且腔室C于微流体装置26的底面形成有一开口O1。如上所述，当微流体装置26与晶圆10(未示于图4A及图4B中)结合时，腔室C的位置可对应于晶圆10上一芯片11的生化感测器101(图1)的位置。此外，一第一微流道43形成于本体40内，并连通腔室C与储水空间42，及一第二微流道44形成于本体40内，并连通腔室C与形成于本体40的一侧壁上的溶液出口E。虽然未图示，溶液出口E可通过一导管连接流体抽出单元27B(图2)。
通过上述结构，当微流体装置26与晶圆10紧密结合时，一待测溶液T可被溶液注入单元27A(图2)注入本体40，并在填满储水空间42后，经由第一微流道43再流至腔室C。注入腔室C的待测溶液T经由开口O1可与晶圆10上的生化感测器101(图未示)接触。应了解的是，当溶液注入单元27A注入待测溶液T时，流体抽出单元27B(图2)中的电磁阀为关闭的状态，因此流入腔室C的待测溶液T并不会经由第二微流道44流向溶液出口E，而仅会在腔室C内逐渐积蓄。
在一些实施例中，控制装置22根据设定可控制溶液注入单元27A在开始注入待测溶液T一定时间后停止注入，并使得腔室C内的待测溶液T积蓄到一定的量或高度(如图4B所示)，此有助于待测溶液T在其与晶圆10上的生化感测器101(图未示)接触及反应的一定时间内能够保持与生化感测器101的稳定接触，而不会因蒸发现象造成与生化感测器101接触及反应的待测溶液T量有不稳定或过少的情况。
此外，储水空间42的设计亦是为了在腔室C内的待测溶液T蒸发过多的情况下，可通过毛细作用来对腔室C内的待测溶液T进行填补，以使得腔室C内的待测溶液T量保持稳定。
当腔室C内的待测溶液T与前述晶圆10上的生化感测器101反应一定时间后，控制装置22根据设定可控制流体抽出单元27B将腔室C内及微流体装置26内的待测溶液T抽出。值得一提的是，在一些实施例中，储水空间42的顶部可形成有一小的开口42A，藉此在大气压力的作用下可使得微流体装置26内的待测溶液T均被流体抽出单元27B顺利地抽出，并避免发生溶液残留。此外，第二微流道44设置在接近本体40的底面(如图4B所示)，此亦为了使得微流体装置26内的待测溶液T可被顺利地抽出。
应了解的是，上述介绍图4A及图4B中的微流体装置26仅为范例，而非用以限定本发明的微流体装置的结构。上述实施例的微流体装置26的结构重点在于提供一高深宽比结构的腔室以利于待测溶液可稳定地在腔室内与晶圆上的生化感测器接触及反应，及提供流体注入及导出腔室等结构导引，至于一些结构及形状设计均可做修饰及改变。
此外，在一些实施例中，在腔室C的顶部亦可形成有一开口O2(图4A及图4B)，用于允许至少一测试条件感测器(例如为温度感测器、酸碱值感测器及/或水位感测器，图未示)进入腔室C，并接触待测溶液T，以感测待测溶液T的测试条件，例如温度、酸碱值及水位高度等。前述测试条件感测器亦电性连接于控制装置22(图2)，且控制装置22可根据测试条件感测器感测的结果来控制系统内一些部件运行，并使得待测溶液T的测试条件维持一致。
举例来说，如图4A所示，本体40内亦可具有一液体通道45，设置于腔室C的周围且允许一液体(例如水)在其中流动。当控制装置22根据前述测试条件感测器感测的结果发现腔室C内的待测溶液T的温度低于或高于标准的测试温度时，其可控制一供水装置(图未示)注入一适当温度的水至液体通道45内，以改变且使得待测溶液T的温度达到标准的测试温度。应了解的是，在一些实施例中，前述至少一测试条件感测器亦可直接内埋于腔室C的壁面，且开口O2可以被省略。
接着请一并参阅图4A、图5及图6A，在一些实施例中，微流体装置26亦具有多个气流通道46，连通微流体装置26的底面S2(亦即柔性垫体41的底面)及顶面S3(本体40的顶面)。应了解的是，图5中所示微流体装置26的部分结构是沿图4A中的B-B线段方向观看而来。此外，一电动泵(图未示)可经由气流通道46显露于顶面S3的开孔与气流通道46连接。因此，当承载台21向上移动，使得晶圆10的表面(亦即主动面S1)连接微流体装置26的底面S2时(图6A)，该电动泵可经由气流通道46对微流体装置26的底部与晶圆10的间的空间进行抽气或抽真空(如图6A中的箭头所示)，以使得微流体装置26与晶圆10紧密结合。
值得一提的是，当前述电动泵抽气时，通过判读其上的压力表亦可得知微流体装置26与晶圆10是否达到紧密结合。举例来说，当压力表的数值低于一定数值时，可表示微流体装置26与晶圆10为紧密结合，而当压力表的数值始终无法降低时，可表示微流体装置26与晶圆10的间存在有空隙。此外，该电动泵亦电性连接于控制装置22(图2)，且控制装置22可根据压力值的数值判断微流体装置26与晶圆10是否紧密结合，进而确定是否要控制前述溶液注入单元27A(图2)将待测溶液注入微流体装置26。换言之，此作法在将待测溶液注入微流体装置26之前，可先确认微流体装置26与晶圆10是否紧密结合。
如图5及图6A所示，在一些实施例中，一泄水阀51可活动地设置于腔室C内的较上方位置。由图中可以看出，泄水阀51具有一朝着微流体装置26的底面S2延伸且突出于本体40的底面的杆部51A。须说明的是，当微流体装置26未与晶圆10结合时，泄水阀51可卡合于腔室C内位在较上方位置的一收缩口C1，并阻挡待测溶液流至腔室C的底部(亦即开口O1)。而当微流体装置26与晶圆10紧密结合时，柔性垫体41于垂直方向上可被挤压变形，且晶圆10会将泄水阀51及其杆部51A上顶(如图6A中的箭头所示)，使得泄水阀51离开收缩口C1。如此一来，泄水阀51可允许被注入腔室C的待测溶液通过且流至腔室C的底部(亦即流至晶圆10上)。由图5及图6A可以看出，腔室C内的较上方位置可具有突出的一止挡结构C2，用于限制泄水阀51向上移动的范围。此外，泄水阀51的顶部可形成一毛细结构51B，用于导引待测溶液顺利、缓和地流至腔室C的底部。
特别的是，泄水阀51的杆部51A可设有一触控感测器，并电性连接于前述控制装置22(图2)。因此，当晶圆10将杆部51A上顶(亦即微流体装置26与晶圆10紧密结合)时，控制装置22可接收来自该触控感测器的信号，并确认微流体装置26与晶圆10为紧密结合，接着便可控制前述溶液注入单元27A(图2)开始将待测溶液注入微流体装置26。如此一来，能够实现生化检测系统2自动供给待测溶液的功能。
在一些实施例中，设于本体40的底面的柔性垫体41在由腔室C至微流体装置26的外侧壁的方向(亦即水平方向)上具有多层结构。举例而言，如图5所示，柔性垫体41可具有包围腔室C的的第一层结构41A及设于本体40的底面的周边的的第二层结构41B。柔性垫体41具有多层结构设计可以有效地防止待测溶液从本体40(微流体装置26)及晶圆10之间泄漏。
如图5及图6A所示，在一些实施例中，微流体装置26的外侧壁的底部亦设有一漏液检测元件52，用于检测待测溶液是否从微流体装置26与晶圆10之间泄漏。具体而言，漏液检测元件52包括一金属材质(例如铜)的薄片或线路，环绕地固定于本体40的外侧壁的底边，且电性连接于一检测器(图未示)。当待测溶液从微流体装置26与晶圆10之间泄漏并接触漏液检测元件52时，该检测器可检测到其电阻变化，从而检测出发生漏液的情况。此外，漏液检测元件52亦可电性连接于控制装置22(图2)，且控制装置22可根据该检测器所检测的电阻值来判断是否有待测溶液从微流体装置26与晶圆10之间泄漏，进而决定是否要停止整个系统的运行。
接着请参阅图6B，当晶圆10上一芯片11的检测工作完成后，承载台21(图2)会开始向下移动，以分离晶圆10与探针卡23的探针23A(图2)。此时，控制装置22(图2)除了会控制定位机构28(图2)将微流体装置26向上抬升至原来位置外，亦可控制连接气流通道46的电动泵对微流体装置26的底部与晶圆10之间的空间进行充气(如图6B中的箭头所示)，以使得微流体装置26与晶圆10能够顺利地分离。
要了解的是，上述实施例的微流体装置26可与晶圆10良好的结合及分离，同时具有防止待测溶液从微流体装置26与晶圆10之间泄漏的多种主动式或被动式检测设计，故能够避免检测过程中待测溶液可能泄漏而引起附近的芯片发生短路或受损的情况。此外，通过在微流体装置26的腔室C内设置至少一测试条件感测器，亦可以监控待测溶液的测试条件，进而可通过控制装置22控制系统内一些部件运行，以使得待测溶液的测试条件维持一致，如此能够改善检测结果的精确度与品质。
图7显示根据一些实施例的一生化检测方法700的流程图。在步骤701中，设置一基板于一承载台上，基板上具有至少一芯片，芯片具有至少一生化感测器及多个电极垫。在步骤702中，提供一探针卡及一微流体装置，其中探针卡具有多个探针及一开口，微流体装置卡合于开口内且具有一腔室。在步骤703中，移动微流体装置及探针卡，使得微流体装置的腔室与探针卡的探针的位置分别对应于芯片的生化感测器与电极垫的位置。在步骤704中，移动承载台，使得微流体装置与基板结合。在步骤705中，将一待测溶液注入微流体装置的腔室，使得待测溶液与芯片的生化感测器接触一定时间。在步骤706中，通过探针卡的探针对芯片的生化感测器进行电性测量，以及根据电性测量结果判定待测溶液中的目标生化物质的种类及/或数量。
要了解的是，上述介绍的生化检测方法的步骤仅为范例，在一些实施例中的生化检测方法亦可以包括其他步骤及步骤顺序。
举例而言，在一些实施例中，上述生化检测方法亦可包括移动承载台，使得基板相对于微流体装置与探针卡移动，进而利用基板上的另一芯片进行生化检测的步骤。在一些实施例中，在移动承载台，使得微流体装置与基板结合的步骤中，亦可包括通过一泵对微流体装置的底部与基板之间的空间抽气，以使得微流体装置与基板紧密结合的步骤。在一些实施例中，在移动承载台，使得基板相对于微流体装置与探针卡移动的步骤之前，亦可包括通过一泵对微流体装置的底部与基板之间的空间充气，以使得微流体装置与基板相互分离的步骤。在一些实施例中，上述生化检测方法亦可包括设置至少一测试条件感测器于微流体装置之腔室内，以感测待测溶液之测试条件，以及藉由控制装置根据测试条件感测器感测之结果控制生化检测系统内至少一部件运作，而使得待测溶液之测试条件维持一致，其中测试条件包括温度、酸碱值及/或水位高度。在一些实施例中，在通过探针卡的探针对芯片的生化感测器进行电性测量的步骤后，亦可包括将待测溶液抽出微流体装置的步骤。在一些实施例中，在将待测溶液抽出微流体装置的步骤后，亦可包括将一相同或不同的待测溶液注入微流体装置的腔室，并利用相同的芯片进行生化检测的步骤。
综上所述，本发明实施例提供一种自动式生化检测系统及方法，可直接利用晶圆(或基板)上多个芯片的生化感测器感应及检测待测溶液中的目标生化物质，而不需要切割晶圆及分开操作各芯片，因此可大幅缩短检测时间及提高检测效率。此外，可将传统人工操作均以自动化机械动作取代，如此亦可减少人工操作可能产生的误差，并改善测试条件(例如检测时间、反应温度及液体蒸发量等)的一致性，进而提高检测结果的精确度与品质。
根据一些实施例，提供一种微流体装置，包括一本体、一柔性垫体、一腔室以及一泄水阀。柔性垫体设于本体的底面。腔室形成于本体及柔性垫体内，且腔室于微流体装置的底面形成有一开口。泄水阀活动地设于腔室内，用于阻挡或允许被注入腔室的一溶液流至开口。
根据一些实施例，泄水阀具有一杆部，朝着微流体装置的底面延伸且突出于本体的底面。
根据一些实施例，微流体装置还包括多个气流通道，连通柔性垫体的底面及本体的顶面。
根据一些实施例，柔性垫体在由腔室至微流体装置的外侧壁的方向上具有多层结构。
根据一些实施例，提供一种生化检测系统，包括一探针卡以及一微流体装置。探针卡具有多个探针及一开口，探针用于接触一基板上至少一芯片的多个电极垫，以检测该至少一芯片的至少一生化感测器的电性信号。微流体装置卡合于开口内且具有一腔室，腔室用于接收一待测溶液，并使得待测溶液与生化感测器接触。
根据一些实施例，微流体装置更具有多个气流通道，连通微流体装置的底面，且生化检测系统还包括一泵，连接气流通道，其中泵用于对微流体装置的底部与基板之间的空间抽气及/或充气，并使得微流体装置与基板紧密结合及/或相互分离。
根据一些实施例，微流体装置更具有一漏液检测元件，设置于微流体装置之外侧壁之底部，用于检测待测溶液是否从微流体装置与基板之间泄漏。
根据一些实施例，提供一种生化检测方法，包括：设置一基板于一承载台上，基板上具有至少一芯片，芯片具有至少一生化感测器及多个电极垫；提供一探针卡及一微流体装置，其中探针卡具有多个探针及一开口，微流体装置卡合于开口内且具有一腔室；移动微流体装置及探针卡，使得微流体装置的腔室与探针卡的探针的位置分别对应于芯片的生化感测器与电极垫的位置；移动承载台，使得微流体装置与基板结合；将一待测溶液注入微流体装置的腔室，使得待测溶液与芯片的生化感测器接触一定时间；以及通过探针卡的探针对芯片的生化感测器进行电性测量，以及根据电性测量结果判定待测溶液中的目标生化物质的种类及/或数量。
根据一些实施例，生化检测方法还包括移动承载台，使得基板相对于微流体装置与探针卡移动，进而利用基板上的另一芯片进行生化检测，其中在移动承载台，使得基板相对于微流体装置与探针卡移动的步骤之前，还包括通过一泵对微流体装置的底部与基板之间的空间充气，以使得微流体装置与基板相互分离。
根据一些实施例生化检测方法还包括设置至少一测试条件感测器于微流体装置之腔室内，以感测待测溶液之测试条件，以及藉由控制装置根据测试条件感测器感测之结果控制生化检测系统内至少一部件运作，而使得待测溶液之测试条件维持一致，其中测试条件包括温度、酸碱值及/或水位高度。
虽然本发明以前述的的实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可做些许的变动与润饰。因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种微流体装置，包括：
一本体；
一柔性垫体，设于该本体的底面；
一腔室，形成于该本体及该柔性垫体内，且该腔室于该微流体装置的底面形成有一开口；以及
一泄水阀，活动地设于该腔室内，用于阻挡或允许被注入该腔室的一溶液流至该开口；
其中该泄水阀具有一杆部，朝着该微流体装置的底面延伸。
2.如权利要求1所述的微流体装置，其中该泄水阀的该杆部突出于该本体的底面。
3.如权利要求1或2所述的微流体装置，还包括多个气流通道，连通该柔性垫体的底面及该本体的顶面。
4.如权利要求1或2所述的微流体装置，其中该柔性垫体在由该腔室至该微流体装置的外侧壁的方向上具有多层结构。
5.一种生化检测系统，包括：
一探针卡，具有多个探针及一开口，所述探针用于接触一基板上至少一芯片的多个电极垫，以检测该至少一芯片的至少一生化感测器的电性信号；以及
一微流体装置，卡合于该开口内且具有一腔室，该腔室用于接收一待测溶液，并使得该待测溶液与该生化感测器接触，其中该微流体装置包括一泄水阀，活动地设于该腔室内，该泄水阀的顶部形成一毛细结构，用于导引该待测溶液流至该腔室的底部。
6.如权利要求5所述的生化检测系统，其中该微流体装置还具有多个气流通道，连通该微流体装置的底面，且该生化检测系统还包括一泵，连接所述气流通道，其中该泵用于对该微流体装置的底部与该基板之间的空间抽气及/或充气，并使得该微流体装置与该基板紧密结合及/或相互分离。
7.如权利要求5或6所述的生化检测系统，其中该微流体装置还具有一漏液检测元件，设置于该微流体装置之外侧壁之底部，用于检测该待测溶液是否从该微流体装置与该基板之间泄漏。
8.一种生化检测方法，包括：
设置一基板于一承载台上，该基板上具有至少一芯片，该芯片具有至少一生化感测器及多个电极垫；
提供一探针卡及一微流体装置，其中该探针卡具有多个探针及一开口，该微流体装置卡合于该开口内且具有一腔室；
移动该微流体装置及该探针卡，使得该微流体装置的该腔室与该探针卡的所述多个探针的位置分别对应于该芯片的该生化感测器与所述电极垫的位置；
移动该承载台，使得该微流体装置与该基板结合；
将一待测溶液注入该微流体装置的该腔室，使得该待测溶液与该芯片的该生化感测器接触一定时间；以及
通过该探针卡的所述探针对该芯片的该生化感测器进行电性测量，以及根据电性测量结果判定该待测溶液中的目标生化物质的种类及/或数量；
其中该微流体装置包括一泄水阀，该泄水阀活动地设于该腔室内，用于阻挡或允许被注入该腔室的该待测溶液流至该开口；
其中该泄水阀具有一杆部，朝着该微流体装置的底面延伸。
9.如权利要求8所述的生化检测方法，还包括移动该承载台，使得该基板相对于该微流体装置与该探针卡移动，进而利用该基板上的另一芯片进行生化检测，其中在移动该承载台，使得该基板相对于该微流体装置与该探针卡移动的步骤之前，还包括通过一泵对该微流体装置的底部与该基板之间的空间充气，以使得该微流体装置与该基板相互分离。
10.如权利要求8所述的生化检测方法，还包括设置至少一测试条件感测器于该微流体装置之该腔室内，以感测该待测溶液之测试条件，以及藉由一控制装置根据该测试条件感测器感测之结果控制该生化感测器内至少一部件运作，而使得该待测溶液之测试条件维持一致，其中该测试条件包括温度、酸碱值及/或水位高度。
CN201710138281.0A 2017-03-09 2017-03-09 微流体装置、生化检测系统及方法 Active CN108568320B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710138281.0A CN108568320B (zh) 2017-03-09 2017-03-09 微流体装置、生化检测系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710138281.0A CN108568320B (zh) 2017-03-09 2017-03-09 微流体装置、生化检测系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108568320A CN108568320A (zh) 2018-09-25
CN108568320B true CN108568320B (zh) 2021-03-26

Family

ID=63577970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710138281.0A Active CN108568320B (zh) 2017-03-09 2017-03-09 微流体装置、生化检测系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108568320B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI862329B (zh) * 2023-10-19 2024-11-11 超極生技股份有限公司 侵入式多電極電化學感測器

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI736926B (zh) * 2019-07-05 2021-08-21 漢民測試系統股份有限公司 注液裝置、半導體檢測系統及其檢測方法
TWI739712B (zh) * 2021-02-02 2021-09-11 漢民測試系統股份有限公司 生物晶片測試系統
WO2024074782A1 (fr) * 2022-10-06 2024-04-11 Aryballe Systeme de test en serie de puces destinees a l'analyse d'un analyte et elaborees sur des plaques en silicium

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103803479A (zh) * 2012-11-09 2014-05-21 台湾积体电路制造股份有限公司 集成电微流控探针卡、系统及其使用方法
TW201435240A (zh) * 2013-03-13 2014-09-16 Lite On Electronics Guangzhou 發光模組及其單顆發光結構的製造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7892493B2 (en) * 2006-05-01 2011-02-22 Koninklijke Philips Electronics N.V. Fluid sample transport device with reduced dead volume for processing, controlling and/or detecting a fluid sample

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103803479A (zh) * 2012-11-09 2014-05-21 台湾积体电路制造股份有限公司 集成电微流控探针卡、系统及其使用方法
TW201435240A (zh) * 2013-03-13 2014-09-16 Lite On Electronics Guangzhou 發光模組及其單顆發光結構的製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI862329B (zh) * 2023-10-19 2024-11-11 超極生技股份有限公司 侵入式多電極電化學感測器
TWI862330B (zh) * 2023-10-19 2024-11-11 超極生技股份有限公司 侵入式多電極電化學感測器

Also Published As

Publication number Publication date
CN108568320A (zh) 2018-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11703475B2 (en) Method of using integrated electro-microfluidic probe card
US7482585B2 (en) Testing chip and micro integrated analysis system
JP4216712B2 (ja) マイクロ流体式化学検定装置および方法
CN108568320B (zh) 微流体装置、生化检测系统及方法
US20090185955A1 (en) Microfluidic device for molecular diagnostic applications
EP1887363A1 (en) Micro overall analysis system, inspection chip, and inspection method
JP4671346B2 (ja) 液体充填性を向上させた生化学反応カセット
CN102448611B (zh) 控制片上实验室系统中流体流的设备和方法及设备的制造方法
US20110038758A1 (en) Microchip
JP2008151772A (ja) マイクロ流体チップの温調方法及び検体分析システム並びにマイクロ流体チップ
JP4246642B2 (ja) マイクロ流体システム
WO2006112498A1 (ja) 検体を分析するための検査チップおよびマイクロ分析システム
KR101737121B1 (ko) 마이크로 유체 시스템
TWI655153B (zh) 微流體裝置、生化檢測系統及方法
JP2011183589A (ja) シール装置
US9375711B2 (en) Sensor and a method of assembling a sensor
JP2009097999A (ja) 検査装置
JP2010025854A (ja) マイクロ検査チップ
JP2009109459A (ja) ピペットチップ、検査システム、ピペット、充填装置
KR101821410B1 (ko) 마이크로 유체 디바이스 및 그의 제어 방법과 버블 제어 방법
WO2007055151A1 (ja) マイクロリアクタおよびマイクロ分析システム
KR102685911B1 (ko) 진단을 위한 센서 카트리지 및 이를 이용한 진단방법
JP2006266925A (ja) マイクロ総合分析システム
JP2006284451A (ja) 検体中の標的物質を分析するためのマイクロ総合分析システム
JP2007237021A (ja) マイクロリアクタ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant