一種用于樣品檢測的芯片及其封裝方法與流程

本發明涉及樣品檢測技術領域，具體涉及一種用于樣品檢測的芯片及其封裝方法。

背景技術：

微流控芯片技術是一種在微米尺度的流道中對極小量(一般為微升、納升或皮升量級)流體進行精確操控的系統科學技術，是現代生物和化學科學的一個重要的信息采集和處理平臺。應用此技術可以將生化領域中涉及的樣品制備、反應、檢測、分離或細胞培養、分選、裂解等基本操作集成或基本集成到一塊微型芯片上，由微流道形成網絡，從而可以控制流體貫穿整個系統。這樣不僅能夠完成傳統生物和化學實驗中的自動化操作、檢測與分析，還可順利實現傳統生物學和化學手段下很難完成或不能完成的某些實驗。微流控芯片技術以其將各種單元技術在整體可控的微小平臺上靈活組合、規模集成等優勢，在生物、化學及醫學等領域已得到了廣泛的應用。

如圖1所示，目前的微流控芯片主要由基板11和蓋板12兩部分組成，基板11上制作有微流道13，蓋板12將制作有微流道13的基板11封裝起來，從而使微流道13形成相對密封的狀態。

當微流控芯片應用于光學檢測時，將待檢測樣本與試劑放在檢測區域內使其反應，通過光學方法對檢測反應后生成物質進行檢測。這就要求芯片材質本身對光線的吸收程度特別小，以盡可能地減小材料本身對光學檢測的影響。該芯片對光線(特別是紫外波段光線，340nm波長)的透過率要求較高，故一般基板選擇如塑料、玻璃或石英等透光性優良的材料，材料本身的價格就比較昂貴，而且芯片基板上會設計很多微流道、用于光學檢測的各種腔室等，對加工要求較高，使得生產工藝比較繁瑣，進一步導致了芯片的制作成本居高不下。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明實施例提供了一種用于樣品檢測的芯片及其封裝方法，以解決現有技術中的芯片應用于光學檢測領域時，由于材質本身對透光率要求高、生產工藝較復雜等原因，從而導致的芯片制作成本高的技術問題。

本發明一方面提供了一種用于樣品檢測的芯片，包括基板、設置于基板上方的上蓋板以及設置于基板下方的下蓋板，基板的上端面與上蓋板之間密封，基板的下端面與下蓋板之間密封，基板上設置有貫穿于上端面和下端面的通孔。

在一個實施例中，芯片為微流控芯片，通孔包括微流道、反應腔室和檢測腔室中的一種或多種。

在一個實施例中，基板的上端面與上蓋板之間和/或基板的下端面與下蓋板之間直接密封。

在一個實施例中，基板的上端面與上蓋板之間和/或基板的下端面與下蓋板之間通過介質密封。

在一個實施例中，介質為膠層。

在一個實施例中，膠層為壓敏雙面膠、紫外光固化膠或光學級雙面膠。

在一個實施例中，上蓋板和/或下蓋板為板材或薄膜材料，材質為硅、玻璃、石英中的一種。

在一個實施例中，上蓋板和/或下蓋板為板材或薄膜材料，材質為熱塑性聚合物，包括聚二甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酰胺和聚對苯二甲酸乙二醇酯中的一種或多種。

本發明另一方面提供了一種用于樣品檢測的芯片的封裝方法，包括：將基板的上端面與上蓋板之間進行密封處理；將基板的下端面與下蓋板之間進行密封處理；其中，基板設置于上蓋板和下蓋板之間，基板上設置有貫穿于上端面和下端面的通孔。

在一個實施例中，將基板的上端面與上蓋板之間進行密封處理包括：將膠層與上蓋板進行貼合；將貼合有膠層的上蓋板與基板的上端面進行密封處理。

在一個實施例中，將基板的下端面與下蓋板之間進行密封處理包括：將膠層與下蓋板進行貼合；將貼合有膠層的下蓋板與基板的下端面進行密封處理。

在本發明實施例提供的用于樣品檢測的芯片中，其基板上設計的通孔是貫穿的，故降低了基板材質對于透光率的要求，使得對于基板材質的選擇不受限制，一方面降低了材料成本，另一方面在芯片生產過程中對加工要求也相應降低，簡化了生產工藝流程。雖然本實施例提出的芯片結構增加了一層蓋板結構，需選用透光性優良的材質，但是由于上/下蓋板材質的純物料成本只有基板材料成本的1/10左右，且沒有功能性流道及腔室結構，制作加工成本也會相應較低。所以本實施例提供的芯片結構在滿足透光率的同時，極大地降低了芯片的總體成本。

利用本發明實施例提供的用于樣品檢測的芯片的封裝方法，使基板上貫穿的反應腔室、檢測腔室和/或功能性流道由上下兩層蓋板封裝在一起，形成了芯片內部相對密封的流路系統，實現了芯片功能的同時，也滿足了芯片對于透光率的要求，封裝程序簡單、易操作。

附圖說明

圖1所示為現有技術中一種微流控芯片的結構示意圖。

圖2所示為本發明第一實施例提供的一種用于樣品檢測的芯片的結構示意圖。

圖3(a)所示為本發明第二實施例提供的一種用于樣品檢測的芯片的結構示意圖。

圖3(b)為圖3(a)所示的用于樣品檢測的芯片的a1-a2部分的截面示意圖。

圖4所示為本發明第三實施例提供的一種用于樣品檢測的芯片的封裝方法的流程圖。

圖5所示為本發明第四實施例提供的一種用于樣品檢測的芯片的封裝方法的流程圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

第一實施例

圖2所示為本發明一實施例提供的一種用于樣品檢測的芯片的結構示意圖。如圖2所示，該芯片包括基板22a、設置于基板22a上方的上蓋板21a以及設置于基板22a下方的下蓋板23a。基板22a的上端面與上蓋板21a之間密封，基板22a的下端面與下蓋板23a之間密封。基板22a上設置有貫穿于上端面和下端面的通孔24a。

上蓋板21a、下蓋板23a與基板22a的形狀大小相同，芯片的形狀可為圓形、橢圓形、長方形、正方形或其他任意多邊形。

對于上蓋板21a和下蓋板23a，可選擇板材(一般厚度在0.5mm以上)或薄膜(一般厚度在0.5mm以下)材料。二者的材質既可以相同，也可不同，具體可選擇為透光性較好的如玻璃、石英或熱塑性聚合物等材質。同樣，對于上蓋板21a和下蓋板23a的加工方式，既可選擇相同也可選擇不同的方法，可采用如注塑成型、模切成型等加工工藝，本發明對此不做限定。

對于基板22a的材質，其既可選擇如玻璃、石英或熱塑性聚合物等透光性較好的材質，也可選擇如金屬或合金等材料，只要可以在其上形成貫穿的通孔24a即可，本發明對此不做限定。對于其加工方式，可選擇如注塑成型、精雕雕刻或3d打印等方法，本發明對此也不做限定。

基板22a的上端面與上蓋板21a之間以及基板22a的下端面與下蓋板23a之間密封的方法可以相同，也可不同。密封方法主要包括直接封接法和間接封接法兩類。直接封接法是指兩層材料之間不需要其他介質，通過加熱、超聲波振動等手段使芯片材質的接觸面達到熔融的狀態，然后固化將兩層芯片結構封接在一起的方法，具體包括熱封法、激光焊接法或超聲波焊接法等。間接封接法主要通過在兩層材料之間貼附一層介質，通過介質的固化將兩層芯片結構密封起來。中間的介質一般為膠層，具體可為壓敏雙面膠、紫外光固化膠或光學級雙面膠等。

在本實施例中，如圖2所示，基板22a的上端面與上蓋板21a之間以及基板22a的下端面與下蓋板23a之間采用直接封接法進行密封。在其他實施例中，也可以選擇基板22a的上端面和上蓋板21a之間和基板22a的下端面和下蓋板23a之間中的一個采用間接封接法，另一個采用直接封接法；或者兩個都采用間接封接法。

通孔24a具體包括反應腔室、檢測腔室和/或用于連接反應腔室和檢測腔室的功能性流道等。通孔24a的形狀和數目可根據特定需求或實際需要而進行不同的設定，例如，形狀可選擇圓形、橢圓形、正方形或其他多邊形，數目可以為1-30，也可以大于30，本發明對通孔24a的形狀和數目不做限定。通孔24a在基板22a上的分布位置也根據本領域的技術人員的實際需求進行設定，一般以芯片的中心向外擴散分布。

在本實施例提供的用于樣品檢測的芯片中，其基板上設計的通孔是貫穿的，故降低了基板材質對于透光率的要求，使得對于基板材質的選擇不受限制，一方面降低了材料成本，另一方面在芯片生產過程中對加工要求也相應降低，簡化了生產工藝流程。雖然本實施例提出的芯片結構增加了一層蓋板結構，需選用透光性優良的材質，但是由于上/下蓋板材質的純物料成本只有基板材料成本的1/10左右，且沒有功能性流道及腔室結構，制作加工成本也會相應較低。所以本實施例提供的芯片結構在滿足透光率的同時，極大地降低了芯片的總體成本。

第二實施例

第二實施例與前述第一實施例基本相同，在下文中將主要描述不同之處，相同的部分將不再重復描述。如圖3(a)和圖3(b)所示，本實施例提供的用于樣品檢測的芯片為微流控芯片，包括基板22b、設置于基板22b上方的上蓋板21b以及設置于基板22b下方的下蓋板23b。基板22b上設置有檢測腔室、反應腔室25和微流道26，其中檢測腔室是貫穿的，而反應腔室25和微流道26是非貫穿的，也就是說，通孔24b只包括檢測腔室。該微流控芯片用于檢測人體內指標，只要檢測腔室具有較高的透光性即可，反應腔室25和微流道26對透光性沒有特別的要求，所以可以設置成非貫穿的。而在其他實施例的微流控芯片中，可以根據具體的需要將反應腔室、檢測腔室和微流道中的一種或多種設計成通孔的形式，本發明對此不做限定。

如圖3(a)所示，反應腔室25和微流道26設置于芯片的中間區域，而檢測腔室(即通孔24b)圍繞反應腔室25和微流道26設置于芯片的邊緣區域。實際上上述三者的位置并沒有固定的關系，它們各自的數量也可根據本領域技術人員的具體需要而做不同設定，本發明對此不做具體限定。另外，同一芯片上的多個通孔24b的大小和形狀可以相同或不同，本領域的技術人員也可根據具體需求進行不同選擇，本發明對此不做限定。

本實施例中的上蓋板21b和/或下蓋板23b采用透明的薄膜材料，其厚度一般為0.05mm～0.5mm。材質選擇熱塑性聚合物，具體可包括pmma(聚二甲基丙烯酸甲酯)、pc(聚碳酸酯)、ps(聚苯乙烯)、pa(聚酰胺)和pet(聚對苯二甲酸乙二醇酯)中的一種或多種。與傳統的玻璃和石英相比，熱塑性聚合物的成本和加工制作費用更低，且更適于大規模的工業生產。

基板22b可選擇abs樹脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)或pmma材質，其具有強度高、韌性好、成本低、易于加工成型等特點。

基板22b的上端面與上蓋板21b之間以及基板22b的下端面與下蓋板23b采用間接封接法密封，具體通過膠層的固化將上下兩層芯片結構密封起來，其膠層具體為壓敏雙面膠、紫外光固化膠和光學級雙面膠中的一種。

本實施例提供的用于樣品檢測的芯片實質為微流控芯片，基板上的反應腔室、檢測腔室以及貫穿的微流道由上下兩層蓋板封裝在一起，形成芯片內部相對密封的微流路系統，實現了微流道芯片功能的同時，也降低了基板材質對于紫外波段透光率的要求。另外，上蓋板和/或下蓋板的材質采用熱塑性聚合物，其成本和加工制作費用更低，適于大規模的工業生產。基板與上蓋板之間及基板與下蓋板之間采用的間接密接法在常溫下即可進行，不需要專門的配套設備進行封裝，提高了芯片封裝良品率的同時也降低了成本，同樣也適于大規模的工業生產。

下面將對本實施例提供的具體芯片結構與現有技術中的芯片結構的透光性進行對比，這將有助于對本發明的理解。但是，應該理解，本發明并不局限于下述所用的具體材料及封裝方法。

本實驗所采用的實驗儀器為天津微納芯科技有限公司celecarem1全自動生化分析儀(檢測波長為340nm/800nm)，在本實驗中，通過本儀器主要檢測芯片對于340nm紫外波段光線的透光率。待測芯片包括兩組，第一組為本發明實施例中的芯片結構，包括上、下兩層蓋板且基板中的檢測孔是貫穿的。基板材質為高透光性的pmma，上、下兩層蓋板材料分別采用高透光性的pc薄膜，上、下兩層蓋板與基板之間分別通過壓敏雙面膠封接在一起。第二組為現有技術中的芯片結構，只包括上層蓋板且基板中的檢測孔不是貫穿的。基板材質為高透光性的pmma，上層蓋板采用高透光性的pc薄膜，上層蓋板與基板之間通過壓敏雙面膠封接在一起。

將上述兩組芯片分別進行光源曝光檢測，統計透過上層pc薄膜蓋板前后的光強數值，從而計算出吸光度和透射比。每組包括10pcs測試樣品，其測試結果如表1所示。

表1

通過上述對比實驗發現，第二組芯片(即現有技術中的芯片)在340nm波段的透光率只有84％左右，而第一組芯片(即本發明中的芯片)在340nm波段的透光率達到91％以上，完全符合芯片對于紫外波段透光率的要求。可以看出，本發明提供的芯片結構，在提高了芯片本身透光率的情況下，降低了總體成本，簡化了生產工藝流程。

第三實施例

圖4所示為本發明一實施例提供的一種用于樣品檢測的芯片的封裝方法流程圖。如圖4所示，該方法包括：

步驟401：將基板的上端面與上蓋板之間進行密封處理；

步驟402：將基板的下端面與下蓋板之間進行密封處理；其中，基板設置于上蓋板和下蓋板之間，基板上設置有貫穿于其上端面和下端面的通孔。

上述上蓋板/下蓋板與基板的形狀大小相同，其既可為板材(一般厚度在0.5mm以上)也可為薄膜材料(一般厚度在0.5mm以下)。二者的材質既可以相同，也可不同，具體可選擇為透光性較好的如玻璃、石英或熱塑性聚合物等材質。對于其加工方式，可采用如注塑成型、模切成型等加工工藝。

對于基板的材質沒有限制，既可選擇如玻璃、石英或熱塑性聚合物等透光性較好的材質，也可選擇金屬或合金等材料，只要能夠在其上形成貫穿的通孔即可。其加工方式可選擇如注塑成型、精雕雕刻或3d打印等方法。

通孔具體包括反應腔室、檢測腔室和/或用于連接反應腔室和檢測腔室的功能性流道等。其形狀和數目可根據特定需求或實際需要而進行不同的設定，例如，形狀可選擇圓形、橢圓形、正方形或其他多邊形，數目可以為1-30，也可以大于30。通孔在基板上的分布位置也可根據本領域的技術人員的實際需求在準備基板加工前進行設定。

利用本實施例提供的用于樣品檢測的芯片的封裝方法，使基板上貫穿的反應腔室、檢測腔室和/或功能性流道由上下兩層蓋板封裝在一起，形成了芯片內部相對密封的流路系統，實現了芯片功能的同時，也滿足了芯片對于透光率的要求，封裝程序簡單、易操作。

第四實施例

如圖5所示，本發明實施例提供的封裝方法包括：

步驟501：將膠層與上蓋板進行貼合；

步驟502：將貼合有膠層的上蓋板與基板的上端面進行密封處理；

步驟503：將膠層與下蓋板進行貼合；

步驟504：將貼合有膠層的下蓋板與基板的下端面進行密封處理；其中，基板設置于上蓋板和下蓋板之間，基板上設置有貫穿于其上端面和下端面的通孔。

上述的通孔包括用于各種生化反應的反應腔室、用于生化檢測的檢測腔室以及用于形成連接通道的微流道中的一種或多種，通孔的數量及形狀可根據需要而做不同設定，形成的芯片為微流控芯片。

上蓋板和/或下蓋板的材質采用熱塑性聚合物，其具體包括pmma(聚二甲基丙烯酸甲酯)、pc(聚碳酸酯)、ps(聚苯乙烯)、pa(聚酰胺)和pet(聚對苯二甲酸乙二醇酯)中的一種或多種。與傳統的玻璃和石英相比，熱塑性聚合物的成本和加工制作費用更低，且更適于大規模的工業生產。

中間的膠層可為壓敏雙面膠、紫外光固化膠或光學級雙面膠。

利用本實施例提供的微流道芯片的封裝方法，使上蓋板和下蓋板分別與設置有貫穿的通孔的基板通過膠層進行密封，形成芯片內部相對密封的微流路系統，實現了微流控芯片功能的同時，也滿足了其對紫外線透光率的要求。其封裝過程在常溫下即可進行，而且不需要專門的配套設備進行封裝，提高了芯片封裝良品率的同時，也降低了成本，適于大規模的工業生產。

以上僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本發明的保護范圍之內。