CN113039263B - 用于集成的传感器盒的***与方法 - Google Patents
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Abstract
微流体装置(100)可以包括PCB(110)、覆盖所述PCB(110)的生物芯片(120)和覆盖所述生物芯片(120)和所述PCB(110)的微流体壳体(130)。所述微流体装置(100)还具有将所述微流体壳体(130)附接到所述生物芯片(120)的第一粘合剂层(141)和将所述微流体壳体(130)附接到所述PCB(110)的第二粘合剂层(142)。所述第二粘合剂层(142)比所述第一粘合剂层(141)厚。所述第一粘合剂层(141)包含第一粘合剂材料,而所述第二粘合剂层(142)包含第二粘合剂材料。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年11月15日提交的美国临时专利申请No.62/767,998的优先权,其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及用于生物学或化学分析的生物传感器,并且更具体地,涉及将微流体壳体与生物芯片和诸如印刷电路板(PCB)之类的基板集成以形成集成传感器盒或微流体装置的方法。
背景技术
化学物质和/或生物物质的高通量分析是诊断和治疗领域中的重要工具。可以将附接的一系列化学物质和/或生物物质设计为定义特定的靶序列,分析基因表达模式,识别特定的等位基因变异,确定DNA序列的拷贝数以及在全基因组范围内识别蛋白质的结合位点(例如转录因子和其他调节分子)。在一个具体的示例中,人类基因组计划的到来要求开发改进的核酸测序方法,例如DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)测序方法。单倍体人类基因组的整个3,000,000,000碱基序列的确定为鉴定多种疾病的遗传基础提供了基础。
高通量分析,例如大规模平行的DNA测序,经常利用流动池(flow cell),该流动池包含可用于分析的一系列化学物质和/或生物物质。流动池通常由与生物芯片(例如硅基传感器芯片)集成在一起的微流体壳体制成,以形成微流体装置(例如盒)。许多当前的微流体设计的制造和使用是复杂且昂贵的,并且通常是不可靠的。
发明内容
本发明的实施方案包括用于将微流体壳体与生物芯片和基板(例如印刷电路板(PCB))集成以形成具有气密密封的流动池和可靠性能的集成微流体装置的方法和装置。
在一些实施方案中,在微流体装置中,第一胶被用于将微流体壳体与生物芯片粘结以形成流动池的气密密封,而第二胶被用于将微流体壳体与PCB粘结以提供机械支撑。胶的类型和特性以及微流体装置的结构被设计为提供流动池的气密密封、可靠的设备结构和宽广的工艺窗口。与用于组装微流体装置或盒的常规方法相比,可以实现许多优点。根据特定实施方案,该装置可以提供许多优点。例如,该装置可以适应传感器厚度的变化、管芯附接胶厚度的变化以及PCB前表面的变化。该设备可以最大程度地减小第一胶上的应力,通过操作过程中的热循环来适应传感器和微流体装置之间不匹配的热膨胀,并改善流动池的流场均匀性。
在上述微流体装置的一些实施方案中,第一粘合剂材料在固化之前是固体,并且在固化之后基本上保持其厚度以提供微流体装置的高度的精确性和均匀性。第二粘合剂材料在固化之前是液体,以根据外侧壁的底表面与PCB之间的距离的变化进行调节。在一些实施方案中,第二粘合剂材料具有比第一粘合剂材料高的固化收缩率。在一些实施方案中,第一粘合剂材料包括管芯附接膜(DAF),而第二粘合剂材料包括液态环氧树脂。
在上述微流体装置的一些实施方案中,第一粘合剂材料固化后是柔性粘合剂,以通过操作期间的热循环来适应生物芯片与微流体壳体之间的不匹配的热膨胀。第二粘合剂材料在固化前为液体形式。在一些实施方案中,第一粘合剂材料包括柔性聚氨酯粘合剂材料,而第二粘合剂材料包括液态环氧树脂。在可替代的实施方案中,第一粘合剂材料包括压敏粘合剂(PSA),而第二粘合剂材料包括液态环氧树脂。
在一些实施方案中,第一粘合剂材料和第二粘合剂材料通过诸如热固化、湿气固化或紫外线照射固化之类的不同固化工艺来固化。
在一些实施方案中,生物芯片可以包括生物传感器芯片。
在一些实施方案中,微流体壳体包括在内侧壁和外侧壁之间的第二腔中的一个或多个,以用于容纳将生物芯片和PCB耦合的焊线。在一些实施方案中,管芯附接粘合剂层用于将生物芯片附接到PCB。
在一些实施方案中,微流体装置还具有附接到PCB的第二生物芯片。在一些实施方案中,第二生物芯片包括生物传感器。在一些实施方案中,第二生物芯片包括流体液滴产生设备。
在一些实施方案中,微流体装置还具有附接到PCB的集成电路芯片。在一些实施方案中,集成电路芯片包括处理器。
在一些实施方案中,微流体装置还具有附接到PCB的微机电***(MEMS)芯片。在一些实施方案中,MEMS芯片包括用于响应于生物芯片中检测到的信号发起动作的致动器。
在一些实施方案中,第二粘合剂层包括用于测试第一粘合剂层的气密性的开口。在可替代的实施方案中,微流体壳体包括用于测试第一粘合剂层的气密性的开口。
根据本发明的一些可替代的实施方案,微流体装置可包括PCB(印刷电路板)、覆盖PCB的生物芯片以及覆盖生物芯片和PCB的微流体壳体。微流体装置还可具有将微流体壳体附接到生物芯片的第一粘合剂层和将微流体壳体附接到PCB的第二粘合剂层。第二粘合剂层可以比第一粘合剂层厚。第一粘合剂层包含第一粘合剂材料,而第二粘合剂层包含第二粘合剂材料。
在上述微流体装置的一些实施方案中,微流体壳体包括入口、出口和第一腔。微流体壳体具有与第一腔相邻的内侧壁,并且该内侧壁使用第一粘合剂层附接到生物芯片以形成流动池,该微流体壳体具有使用第二粘合剂层附接到PCB的外侧壁。
根据本发明的一些实施方案,一种用于制造微流体装置的方法包括提供PCB(印刷电路板),将生物芯片附接到PCB,提供微流体壳体,设置第一和第二粘合剂材料。第一粘合剂材料用于将微流体壳体附接到生物芯片,而第二粘合剂材料用于将微流体壳体附接到PCB。第二粘合剂材料在固化之前为液体形式,并且第二粘合剂材料具有比第一粘合剂材料高的固化收缩率。该方法还包括使用第一粘合剂材料将微流体壳体附接到生物芯片,以及使用第二粘合剂材料将微流体壳体附接到PCB。该方法还包括固化第一粘合剂材料和第二粘合剂材料以分别形成第一粘合剂层和第二粘合剂层。
在上述方法的一些实施方案中,微流体壳体包括入口、出口和第一腔。微流体壳体具有与第一腔相邻的内侧壁,并且该内侧壁使用第一粘合剂层附接到生物芯片以形成流动池,该微流体壳体具有使用第二粘合剂层附接到PCB的外侧壁。
在上述方法的一些实施方案中,第一粘合剂材料在固化之前是固体,并且在固化之后基本上保持其厚度以提供微流体装置的高度的精确性和均匀性。第二粘合剂材料在固化之前是液体,以根据外侧壁的底表面与PCB之间的距离的变化进行调节。在一些实施方案中,第二粘合剂材料具有比第一粘合剂材料高的固化收缩率。在一些实施方案中,第一粘合剂材料包括管芯附接膜(DAF),而第二粘合剂材料包括液态环氧树脂。
在上述方法的一些实施方案中,第一粘合剂材料固化后是柔性粘合剂,以通过操作期间的热循环来适应生物芯片和微流体壳体之间的不匹配的热膨胀。第二粘合剂材料在固化之前为液体形式。在一些实施方案中,第一粘合剂材料包括柔性聚氨酯粘合剂材料,而第二粘合剂材料包括液态环氧树脂。在一些实施方案中,第一粘合剂材料包括压敏粘合剂(PSA),而第二粘合剂材料包括液态环氧树脂。
通过参考说明书的其余部分和附图,可以实现对本发明的本质和优点的进一步理解。
附图说明
图1是根据本发明的一些实施方案示出微流体装置的简化截面图;
图2是根据本发明的一些实施方案示出用于形成微流体装置的方法的流程图;
图3A-3I是根据本发明的一些实施方案示出在图2的流程图中概括的方法的截面图;
图3A是示出可以在图2的方法中使用的印刷电路板(PCB)的截面图;
图3B是示出可在图2的方法中使用的在PCB上形成的管芯附接胶的截面图;
图3C是示出可在图2的方法中使用的附接到PCB的生物芯片的截面图;
图3D是示出被形成以电连接生物芯片和PCB的焊线的截面图;
图3E是根据本发明的一些实施方案示出微流体壳体的截面图;
图3F是根据本发明的一些实施方案示出微流体壳体和PCB的相对尺寸的截面图;
图3G是根据本发明的一些实施方案示出设置在生物芯片和PCB上的粘合剂层的截面图;
图3H是根据本发明的一些实施方案示出设置在微流体壳体上的粘合剂层的截面图;
图3I是根据本发明的一些实施方案示出附接到生物芯片和PCB的微流体壳体的截面图;
图3J是根据本发明的可替代的实施方案示出微流体装置的简化截面图;
图3K是根据本发明另一实施方案示出微流体装置的简化截面图;
图4是根据本发明一些实施方案示出引入到微流体装置中用于分析的生物样品的截面图;
图5是根据本发明的一些实施方案示出具有附接至PCB的多个设备的微流体装置的简化图;
图6是根据本发明的一些实施方案示出通过可替代的方法形成的微流体装置的简化图;并且
图7是根据本发明的一些实施方案示出通过另一种方法形成的微流体装置的简化图。
具体实施方式
图1是根据本发明的一些实施方案示出微流体装置的简化截面图。如图1所示,微流体装置100包括基板110,诸如PCB(印刷电路板),覆盖PCB 110的生物芯片120以及覆盖生物芯片120和PCB 110的微流体壳体130。微流体壳体130使用第一粘合剂层141附接到生物芯片120以形成流动池,并且该微流体壳体使用第二粘合剂层142附接到PCB 110以提供机械支撑。例如,可以使用将生物芯片120附接到PCB 110的管芯附接粘合剂层113将生物芯片120附接到PCB110。应当理解,本文所述的基板不限于PCB,并且也可以使用其他基板,例如,半导体(例如,硅)基板、玻璃基板、陶瓷基板等。
生物芯片120可包括操纵或分析生物或化学样品的设备,例如传感器、致动器等。在一些情况下,传感器和致动器可包括一个或多个MEMS设备。举例而言,生物芯片可以被配置为检测来自生物样本的信号,并且处理器可以处理检测到的信号并通过触发致动器来响应该信号。根据实施方案,PCB 110可以用于将多个生物芯片与其他电路部件(例如处理器、控制设备、存储设备、I/O设备和通信设备等)连接。
在图1中,微流体壳体130具有入口131、出口132和第一腔133。微流体壳体130可具有与腔133相邻的内侧壁135,并且该内侧壁使用第一粘合剂层141附接到生物芯片120,以形成具有气密密封的流动池140。如本文所使用的,气密密封是指气密和液密的密封,其排除了空气、气体和液体的通道。流动池140包括由在微流体壳体130、微流体壳体的内侧壁135和生物芯片120之间的腔133形成的通道。流动池140还具有入口131和出口132。作为该应用的示例,可以通过入口131将生物样品137引入腔133中,其中生物芯片120中的传感器可以确定生物样品137的特性。然后,可以通过出口132将生物样品137从腔133中移除。
如图1所示,微流体壳体130还可具有使用第二粘合剂层142附接到PCB 110的外侧壁136以提供机械支撑。在一些实施方案中,生物芯片120使用焊线电耦合至PCB 110。在图1中,生物芯片上的接触垫122通过焊线114连接到PCB上的接触垫112。接触垫122、接触垫112和焊线114可以封装在焊线保护结构115中。在这方面,微流体壳体130还可包括用于容纳焊线的第二腔138。微流体壳体130与PCB 110之间的间隙148可以用底部填充材料149填充,该底部填充材料可以是环氧材料以在包装和PCB之间提供柔性层。
第一粘合剂层141在微流体壳体130和生物芯片120之间形成气密和液密的气密密封。此外,第一粘合剂层141与流动池中使用的材料相容。另一方面,第二粘合剂层142被配置为在微流体壳体130与PCB 110之间的接合处提供机械强度。在一些示例中,第二粘合剂层142比第一粘合剂层141厚。微流体壳体的外侧壁136的底表面与PCB 110之间的距离144大于微流体壳体的内侧壁135的底表面与生物芯片120之间的距离145。
在一些实施方案中,为了将微流体壳体130与生物芯片120和PCB 110结合,首先形成第一粘合剂层和第二粘合剂层,然后选取微流体壳体130并将其设置成与生物芯片120和PCB 110接触。在一些实施方案中,微流体装置以第一粘合剂层可以是固体形式并且可以具有明确限定的厚度的方式设计。另一方面,第二粘合剂层足够厚并且在固化之前为液体形式,使得第二粘合剂层的粘合线厚度是可自行调节的。换句话说,它可以填充微流体装置的结构所需的空间,该空间可受微流体装置中第一粘合剂层厚度、传感器厚度、管芯附接胶厚度、PCB表面不平整度以及焊线腔的台阶等的影响。这里,粘合线厚度是指在粘合剂层上方的器件结构的底表面与在粘合剂层下方的器件结构的顶表面之间的粘合剂层的厚度。根据上下文,术语“粘合线厚度”可以指粘合剂层的固化前粘合线厚度或固化后粘合线厚度。
在一些实施方案中,第一粘合剂材料通过固化工艺基本维持其厚度,以维持微流体装置的高度的均匀性并确保流动池的流体场均匀性。在特定实施方案中,第一粘合剂材料可以是管芯附接膜(DAF)。管芯附接膜在固化之前是固体粘合剂,并且在固化之后基本上保持其厚度。
在一些实施方案中,第一粘合剂材料在固化之后可以是柔性粘合剂,也称为应力柔性粘合剂。在这些情况下,不需要第一粘合剂材料的恒定厚度来维持微流体装置的结构均匀性。柔性粘合剂可用于通过操作过程中的热循环来适应生物芯片和微流体壳体之间不匹配的热膨胀。因此,期望第一粘合剂经历弹性伸长但没有不可恢复的变形或蠕变。在一些实施方案中,第一粘合剂材料的伸长率可大于其蠕变之前厚度的0.5%。例如,柔性的第一粘合剂材料可以是由Bostik制造的聚氨酯粘合剂材料。作为另一示例,柔性的第一粘合剂可以是压敏粘合剂(PSA)。
如上所述,图1示出了具有结合至PCB的单个生物芯片的微流体装置的示例。然而,如上所述的特征不限于具有单个芯片的微流体装置,并且该芯片不一定是生物芯片,如下面进一步解释的。
图2是根据本发明的一些实施方案示出用于形成微流体装置的方法的流程图。图3A-3K是根据本发明的一些实施方案示出图2的流程图中概括的方法的截面图。用于形成微流体装置(诸如图1的微流体装置100)的方法现在根据图2中的流程图和图3A-3K中的截面图描述。
如图2所示,用于形成微流体装置的方法200可以总结如下。
在210—提供印刷电路板(PCB);
在220—将生物芯片附接到PCB;
在230—在生物芯片和PCB之间形成焊线;
在240—提供微流体壳体;
在250—设置第一粘合剂层和第二粘合剂层:
在260—将微流体壳体附接到生物芯片和PCB上;并且
在270—固化粘合剂层。
这些过程将在下面详细描述。
在过程210中,方法200从提供印刷电路板(PCB)110开始。图3A是示出可在图2的方法中使用的印刷电路板(PCB)的截面图。PCB可以包括用于与电路板上的电子部件进行电连接的焊盘。例如,图3A示出了接触垫112,其可以用作焊盘,以耦合至生物芯片。
在过程220中,方法200包括将生物芯片附接到PCB上。图3B是示出可以在图2的方法中使用的形成在印刷电路板(PCB)上的管芯附接胶的截面图。图3C是示出可以在图2的方法中使用的附接到印刷电路板(PCB)上的生物芯片的截面图。在图3B中,粘合剂层113或管芯附接胶可以是用于将芯片附接至PCB上的环氧基粘合剂。接下来,如图3C所示,使用粘合剂层113将生物芯片120附接到PCB 110上。
生物芯片120可以包括处理或分析生物或化学样品的装置。如本文所使用的“生物芯片”是指缔合、固定或捕获生物分子以进行分析的结构。通常,生物芯片包括一系列结合位点,其中每个结合位点可以独立地被诸如蛋白、核酸、抗体、多糖等生物分子占据。通常,可以检测到在一个或多个结合位点产生的可检测信号。例如,在一个结合位点的酶促、结合或化学反应可以产生可检测的信号,例如荧光或化学发光发射,该信号被检测并识别该位点处的生物分子的特征或特性。如下文所述,生物芯片可用于核酸测序。在某些情况下,生物芯片可以包括传感器(即,生物传感器)。如本文所用,术语“生物传感器”或“生物学传感器”可用于表示用于确定生物分子内或附接于生物分子(特别是由DNA例示的核酸大分子以及分支或以其他方式衍生的核酸)的发光物质的装置。在一示例中,生物芯片可以从生物样本中检测信号,例如荧光或化学发光信号,并且处理器可以处理检测到的信号并通过触发致动器来响应该信号。生物芯片的示例可以包括2018年9月11日提交的美国专利申请No.16/128,120中的CMOS生物传感器,其全部内容通过引用并入本文。例如,生物传感器可包括覆盖互补金属-氧化物-半导体(CMOS)层的流动池。CMOS层可以包括:具有多个光电二极管的光感测层;以及耦合到光感测层以处理感测到的信号的电子电路层。生物芯片的其他示例还可以包括微滴处理芯片,例如在2007年11月1日提交的美国专利申请No.12/513,157,在2010年4月22日公布的美国专利公布No.20100096266中描述的集成的芯片上实验室盒,其全部内容通过引用并入本文。应当理解,本文所述的微流体装置可以用于检测与生物反应无关的信号产生事件(例如,由不涉及生物分子的化学转化产生的信号)。
在过程230中,在生物芯片和PCB之间形成焊线,并形成保护性封装以保护焊线。图3D是示出被形成以用于电连接生物芯片和印刷电路板(PCB)的焊线的截面图。在图3D中,生物芯片上的接触垫122通过焊线114连接到PCB上的接触垫112。接触垫122、接触垫112和焊线114可以封装在焊线保护结构115中。
在方法200的过程250中,提供了微流体壳体。图3E是根据本发明的一些实施方案示出微流体壳体的截面图。如图1所示,微流体壳体130用于与生物芯片120形成流动池,并且微流体壳体130也结合至PCB 110上以为微流体装置提供机械结构。
用于微流体壳体的材料与流动池的功能(例如用于处理生物样品)相容。该材料与生物芯片和PCB相容,并且期望具有相容的热膨胀系数。在一些实施方案中,微流体壳体可以由玻璃或塑料材料或其他合适的材料制成。举例而言,微流体壳体可以由模制塑料制成。微流体壳体可以与用于芯片键合和PCB的上述过程分开地形成,并且不需要遵循描述所述方法的上述序列顺序。
如图3E所示,微流体壳体130具有入口131、出口132和第一腔133。微流体壳体130还具有与腔133相邻的内侧壁135,并且该内侧壁用于附接到生物芯片上以形成具有气密密封的流动池140。流动池140包括由微流体壳体130、微流体壳体的内侧壁135和生物芯片120之间的腔133形成的通道。
如图3E所示,微流体壳体130还可具有用于附接到PCB以提供机械支撑的外侧壁136。
如图3F所示,设计微流体壳体130的形状和尺寸以与生物芯片120和PCB 110组装在一起。为了证明微流体壳体的设计考虑,图3F示出了微流体壳体130被布置在生物芯片120上,其中内侧壁135的底表面接触生物芯片120的顶表面,而在界面147处没有任何粘合剂材料。在该构造中,在微流体装置130的外侧壁136的底表面和PCB 110的顶表面之间存在间隙148。可以选择间隙的高度以解决芯片和PCB的变化和制造误差。如下所述,胶材料的这种配置和选择可有利于在微流体壳体130和生物芯片120之间形成气密结合,以及在微流体壳体130和PCB 110之间形成结合以提供设备的机械强度。在一些实施方案中,间隙148的高度可以为约10μm,例如5至30μm。在其他实施方案中,该间隙的高度可以是例如30至50μm或更大。微流体壳体130中的腔133的横向尺寸由生物芯片120的宽度和流动池的期望尺寸确定。
在方法200的过程250中,设置粘合剂层以将微流体壳体130附接到生物芯片120和PCB110。在一个实施方案中,可以将粘合剂层施加到生物芯片和PCB的顶表面。可替代地,粘合剂层可以设置在微流体壳体130的底部,在底表面处。在第一实施方案中,如图3G所示,第一粘合剂层141被设置在生物芯片120的顶表面上,而第二粘合剂层142被设置在PCB 110的顶表面上。在第二实施方案中,如图3H所示,第一粘合剂层141和第二粘合剂层142被设置在微流体壳体130的下表面上。例如,第一粘合剂层141设置在生物芯片120的内侧壁135的底表面上,并且第二粘合剂层142设置在生物芯片120的外侧壁136的底表面上。
在又一个实施方案中,通过将第一粘合剂层141设置在生物芯片120上或微流体壳体130上,然后将微流体壳体130附接到生物芯片120在微流体壳体130和生物芯片120之间形成粘结。然后,第二粘合剂层142可以设置在微流体壳体130和PCB 110之间的间隙148中,如上文结合图3F所述,以在微流体壳体130和PCB 110之间形成第二粘结。可以使用胶分配设备,例如自动胶分配设备,将粘合剂层设置在期望的位置。
在方法200的过程260中,将微流体壳体130附接到生物芯片120和PCB 110上,如图3I所示。在一些实施方案中,两个粘合剂层均设置在微流体壳体130上(如图H所示),或者两个粘合剂层分别设置在生物芯片120和PCB 110上(如图G所示)。在这些实施方案中,拾取微流体壳体130,将其放置在生物芯片120和PCB 110上,并且将微流体壳体130压在生物芯片120和PCB 110上以形成粘结。随后,执行固化工艺以硬化粘合剂层141和142。
在又一实施方案中,可以通过将第一粘合剂层141设置在生物芯片120上或微流体壳体130上,然后通过拾取和按压步骤将微流体壳体130附接到生物芯片120,以在微流体壳体130和生物芯片120之间形成接合。可以执行固化工艺以固化第一粘合剂层141。然后,可以将第二粘合剂层142设置在微流体壳体130与PCB 110之间的间隙148中,以在固化过程之后形成粘结。
在本发明的实施方案中,选择粘合剂层的材料和厚度以及体积以形成用于流动池的气密密封并为包装提供机械强度。第一粘合剂层141在微流体壳体130和生物芯片120之间形成气密和液密的气密密封。此外,第一粘合剂层141与流动池中使用的材料相容。另一方面,第二粘合剂层142被配置为在微流体壳体130与PCB 110之间的接合处提供机械强度。
在一些实施方案中,第一粘合剂层可以是固体形式并且可以具有充分限定的厚度,该厚度在整个固化过程中基本上得以维持。另一方面,第二粘合剂层足够厚并且在固化之前为液体形式,使得第二粘合剂层的粘合线厚度是可自行调节的。换句话说,其填充了微流体装置的结构所需的空间,该空间可以包括第一粘合剂层厚度、传感器厚度、管芯附接胶厚度、PCB表面不平整度以及微流体装置中焊线腔的台阶等。这里,粘合线厚度是指在粘合剂层上方的设备结构的底表面与在粘合剂层下方的设备结构的顶表面之间的粘合剂层的厚度。根据上下文,术语“粘合线厚度”可以指固化前的粘合线厚度或固化后的粘合线厚度。
在本发明的实施方案中,第一粘合剂层141和第二粘合剂层142提供不同的功能。第一粘合剂层141可以由第一材料或第一胶制成,并且第二粘合剂层142可以由第二材料或第二胶制成。在一些实施方案中,第一胶在固化之前可以是固体胶,并且在固化之后基本上保持其厚度以确保微流体装置的均匀性。在其他实施方案中,第一胶在固化后是柔性粘合剂材料,以适应在微流体装置的操作中的热循环期间的热膨胀失配。第二胶是可延展的并且能够在附接微流体芯片的组装步骤中在按压时改变形状。
在一些实施方案中,第一粘合剂层141可以是柔性材料或应力柔性粘合剂。换句话说,第一粘合剂在固化之后保持弹性,以通过操作期间的热循环来适应生物芯片与微流体壳体之间的不匹配的热膨胀。例如,在某些生物学应用中,该设备经受例如在室温和更高的处理温度(例如65℃或更高)之间的热循环。微流体装置的部件可以具有带不同热膨胀系数的不同材料。因此,在一些实施方案中,柔性粘合剂用于在微流体壳体130和生物芯片120之间形成第一粘合剂层141。柔性粘合剂可以吸收在微流体壳体130和生物芯片120之间的热诱导的尺寸变化。柔性粘合剂材料的示例是由d制成的聚氨酯粘合剂材料。聚氨酯粘合剂具有低的湿气渗透性和弹性体性能,并且一旦固化,就提供了坚固、柔性、坚韧的粘结。例如,在一些实施方案中使用了Bostik 1100FS粘合剂。当然,在本发明的实施方案中,第一粘合剂层不限于聚氨酯粘合剂。也可以使用其他合适的柔性粘合剂材料。柔性粘合剂的另一个示例包括环氧树脂,如授予Choi的美国专利公布号US20070081317(2017年4月12日公布,名称为“Circuit board mounting for temperature stress reduction,”)中所述,其全部内容通过引用并入本文。
在一些实施方案中,因为第一粘合剂层141用于在微流体壳体130和生物芯片120之间形成流动池腔室,所以第一粘合剂层141可用于在固化之前保持限定的厚度以最大化流动池的流体场均匀性。在这些修正中,可以使用干膜粘合剂,例如管芯附接膜(DAF)。管芯附接膜包括环氧粘合剂,该环氧粘合剂是基于膜而不是基于糊的,并且通常在切割之前附接到晶片的背面。背面带有DAF的芯片可以附接到PCB上。DAF与粘合剂糊相比具有优势,因为该粘合剂材料不会从液滴形状重新成型为薄的二维层。此外,膜的处理窗口可以比糊状材料的处理窗口宽,并且通过使用膜简化了组装过程。
管芯附接膜的其他示例可以包括诸如环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸橡胶、二氧化硅填料或其组合之类的材料,并且可以使用层合技术来施加。管芯附接粘合剂的一个示例是德国杜塞尔多夫的汉高化学公司(Henkel Chemicals Company,Düsseldorf)制造的789-3TM。但是,可以替代地使用任何其他合适的替代材料和形成技术。
管芯附接膜的示例在Watanabe的于2006年7月13日公布的、名称为“Curing ResinComposition,Adhesive Epoxy Resin Paste,Adhesive Epoxy Resin Sheet,ConductiveConnection Paste,Conductive Connection Sheet,And Electronic Component JoinedBody”的美国专利申请公布No.20060154078以及Foong的于2008年12月15日公布的、名称为“Process Applying Die Attach Film To Singulated Die,”的美国专利申请公布No.US20080318364中进行了描述,两者的内容通过引用全文并入本文。DAF组装过程的示例工艺流程涉及粘合步骤,然后进行烤箱固化,例如在130℃下固化60分钟。替代地,也可以使用UV固化工艺。
在一些实施方案中,第二胶可以是液态环氧树脂,在被分布在PCB 110上之后以及在固化之前呈液体形式。液态环氧树脂的示例在Baba的于2018年7月26日公布的、名称为“Resin Composition And Multilayer Substrate,”的美国专利申请公布No.2018/0213635,Taniquichi的于2018年9月13日公布的、名称为“Adhesive Layer And AdhesiveSheet,”的美国专利申请公布No.US 2018/0258325,以及Bank的于2018年10月11日公布的、名称为“Fast Cure Epoxy Composition For Use In High Throughput ManufacturingProcesses,”的美国专利申请公布No.US2018/0291164中进行了描述,其全部内容通过引用整体并入本文。液态环氧树脂的一个具体示例是双酚A的二缩水甘油醚。其他的示例可包括由Bostik,Inc.(Wauwatosa,WI,美国)制造的液态环氧树脂材料,该材料经湿固化。其他液态环氧树脂的供应商包括由Norland Products,Inc.(Cranbury,New Jersey,美国)、DymaxCorporation(Torrignton,CT.),和Electronic Materials Inc.(Breckenridge,CO)制造的Norland NEA 123S或123T。
柔性第一粘合剂的另一个示例是压敏粘合剂(PSA)。压敏粘合剂是在施加压力时形成粘结的粘合剂。一些PSA基于弹性体,例如基于丙烯酸的弹性体。PSA表现出粘弹性(粘性和弹性)特性,两者均用于适当的粘结。
如上文结合图3F所述,当微流体壳体130设置在生物芯片120上,其中内侧壁135的底表面接触生物芯片120的顶表面,而在界面147处没有任何粘合剂材料时,在微流体装置130的外侧壁136的底表面和PCB110的顶表面之间存在间隙148。因此,当微流体壳体130附接到生物芯片120和PCB 110时,进行固化处理,如图3I所示,第二粘合剂层142的厚度基本上等于第一粘合剂层141的厚度加上图3F中描述的间隙148的高度。在一些实施方案中,第一粘合剂层141在固化后的厚度可以在10至100μm的范围内。该厚度可以根据流动池的设计而变化。如上所述,间隙148的高度可具有约5至50μm的范围。因此,第二粘接剂层142在固化后的厚度可以在15至150μm的范围内。
在一些实施方案中,微流体壳体130可以在不使用外部胶的情况下附接到生物芯片120上。例如,在某些情况下,微流体壳体的主体材料或微流体壳体中的嵌入材料可用作粘合剂材料。例如,微流体壳体可以由塑料材料制成,该塑料材料可以具有低熔融温度并且可熔融以与生物芯片形成密封。在一些实施方案中,微流体壳体130可具有嵌入式粘合剂材料。例如,可以在微流体壳体130的侧壁中形成凹槽,并且可以将例如DAF或其他粘合剂材料之类的粘合剂材料***该凹槽中。
在方法200的过程260中,将微流体壳体附接到生物芯片和PCB上。图3I是根据本发明的一些实施方案示出附接到生物芯片和PCB的微流体壳体的截面图。在这里,可以使用标准的拾取、放置和按压过程以将微流体壳体附接到生物芯片和PCB。
在方法200的过程270中,对组装的微流体装置进行固化工艺以硬化粘合剂层。对于基于聚合物的粘合剂材料,固化是指通过聚合物链的交联来使聚合物材料增韧或硬化。固化可以通过施加外部能量(诸如电子束、热或紫外线(UV)辐射)来进行。
在一些实施方案中,为了使第一粘合剂层上的应力最小,第一粘合剂层的固化收缩率应不大于第二粘合剂层的固化收缩率。此外,可能期望第二粘合剂层的固化收缩率大于第一粘合剂层的固化收缩率,以确保第一粘合剂层可以在微流体壳体和生物芯片之间形成气密密封。在一些实施方案中,第二粘合剂层的附加固化收缩率可以是第一粘合剂层的厚度的约10%。在其他实施方案中,第二粘合剂层的附加固化收缩率可以是第一粘合剂层的厚度的约5-15%。
图3J是根据本发明的替代实施方案示出微流体装置的简化截面图。如图3J所示,除了第二粘合剂层142中的开口119之外,微流体装置170类似于图1和图3I所示的微流体装置100。该开口119被设计成允许测试第一粘合剂层141的气密性。例如,压缩空气可以施加在微流体装置170的入口131和出口132之间。可以通过第二粘合剂层142中的开口119检测第一粘合剂层141中的任何泄漏。
图3K是根据本发明的另一个实施方案示出微流体装置的简化截面图。如图3K所示,除了微流体壳体130中的开口139之外,微流体装置180类似于图1和图3I所示的微流体装置100。与上文在图3J中所述的开口119类似,图3K中的微流体壳体130中的开口139被设计为允许测试第一粘合剂层的气密性。例如,可以在微流体装置180的入口131与出口132之间施加压缩空气。可以通过微流体壳体130中的开口139检测第一粘合剂层141中的任何泄漏。
现在,微流体装置准备接受生物样品以进行分析。图4是根据本发明的一些实施方案示出将生物样品引入到微流体装置中用于分析的截面图。图4中的微流体装置400,类似于图1中的微流体装置100,示出了微流体装置的腔133中的生物样品137。
举例而言,生物芯片可以检测信号,并且处理器可以处理检测到的信号并决定触发致动器。该微流体装置可以包括两种粘合剂层。第一粘合剂层用于将微流体壳体附接到IC芯片上,并且第二粘合剂层用于将微流体壳体附接到PCB上。
如上所述,图1示出了具有粘结至PCB的单个生物芯片的微流体装置的示例。然而,上述特征不限于具有单个芯片的微流体装置,并且该芯片不限于生物芯片。下面描述一个示例。
图5是根据本发明的一些实施方案示出具有附接到PCB的多个芯片的微流体装置的简化图。如图5所示,微流体装置500包括PCB(印刷电路板)510、覆盖PCB的第一芯片520和第二芯片525以及覆盖芯片和PCB的微流体壳体530。第一芯片520可以是生物芯片,类似于图1中描绘的微流体装置100。第二芯片525可以是第二生物芯片,类似于图1中描绘的微流体装置100。可替代地,第二芯片525可以是集成电路(IC)芯片,例如处理器芯片,或者是微机电***(MEMS)芯片,例如致动器。
使用第一粘合剂层541将微流体壳体530附接到芯片520和525以形成流动池,并且使用第二粘合剂层542将微流体壳体530附接到PCB510以提供机械支撑。芯片520和525可以附接到PCB 510,例如使用将芯片附接到PCB的管芯附接粘合剂层513进行。此外,可以形成填充部分527以填充芯片520和525之间的空间。
在图5中,微流体壳体530具有入口531、出口532和第一腔533。微流体壳体530可具有与腔533相邻的内侧壁535,并且该内侧壁使用第一粘合剂层541而附接到芯片520和525上以形成具有气密密封的流动池540。流动池540包括由微流体壳体530、微流体壳体的内侧壁535以及芯片520和525之间的腔533形成的通道。生物样品537可以通过入口531引入腔533中,其中芯片520和525可以确定生物样品537的特性。然后,可以通过出口532从腔533中移除生物样品537。
如图5所示,微流体壳体530还可具有使用第二粘合剂层542附接到PCB 510的外侧壁536以提供机械支撑。在一些实施方案中,类似于图1中所描述的那些,使用焊线将芯片520和525电耦合到PCB 510。就这一点而言,微流体壳体530还可以包括用于容纳焊线的第二腔。
第一粘合剂层541在微流体壳体530与芯片520和525之间形成气密和液密的气密密封。此外,第一粘合剂层541与在流动池及其操作中使用的材料相容。另一方面,第二粘合剂层542被配置为在微流体壳体530与PCB 510之间的接合处提供机械强度。
图6是根据本发明的一些实施方案示出通过替代方法形成的微流体装置的简化图。如图6所示,微流体装置600包括PCB(印刷电路板)610、覆盖PCB 610的CMOS图像传感器(CIS)620以及覆盖CMOS图像传感器(CIS)620和PCB 610的微流体壳体630。微流体壳体630使用胶641附接到CMOS图像传感器(CIS)620以形成流动池,并且微流体壳体630使用闩锁642附接到PCB 610上以提供机械支撑。可以使用焊料612将CMOS图像传感器620附接到PCB610。
在图6中,微流体壳体630具有入口631和出口632。在微流体壳体630和CMOS图像传感器620之间形成腔633。流动池640包括由微流体壳体630、入口631和出口632之间的腔633形成的通道。可以通过入口631将生物样品637引入腔633中,其中CMOS图像传感器620可以确定生物样品637的特性。之后,可以将生物样品637通过出口632从腔633中移除。
在微流体装置600中,胶641用于形成流动池的气密密封,并与生物样品接触。因此,胶641的材料与生物样品、用于处理生物样品的流体以及操作条件相容。例如,在一些实施方案中,与生物样品相容的聚氨酯胶可以用作用于形成流动池的胶641。
在微流体装置600中,闩锁642用于将微流体壳体630附接到PCB 610以提供机械支撑。在一些实施方案中,闩锁可包括卡扣特征,其可穿过PCB板的孔。以此方式,卡扣特征可用于在微流体装置600和PCB板610之间提供或维持压缩力,这继而又有助于在(使用胶641粘结的)微流体壳体630和CMOS图像传感器(CIS)620之间提供密封。
此外,上文关于微流体装置600的描述不限于CMOS传感器。其他类型的芯片,诸如传感器芯片或生物样品处理芯片,也可以用于实现微流体装置。类似于图5的微流体装置500,微流体装置600还可包括附接到PCB的多个设备。
图7是根据本发明的一些实施方案示出通过另一种方法形成的微流体装置的简化图。图7中的微流体装置700类似于图6中描绘的微流体装置600。微流体装置700和微流体装置600之间的一个区别是,在微流体装置700中,用O形环代替在微流体装置600中用于将微流体壳体附接到CMOS图像传感器的胶。如图7所示,微流体装置700包括PCB(印刷电路板)710、覆盖PCB 710的CMOS图像传感器(CIS)720以及覆盖CMOS图像传感器(CIS)720和PCB710的微流体壳体730。微流体壳体730使用O形环741附接到CMOS图像传感器(CIS)720上以形成流动池,并且微流体壳体730使用闩锁742附接到PCB 710以提供机械支撑。可以使用焊料712将CMOS图像传感器720附接到PCB 710。
在图7中,微流体壳体730具有入口731和出口732。在微流体壳体730和CMOS图像传感器720之间形成腔733。流动池740包括由微流体壳体730、入口731和出口732之间的腔733形成的通道。可以通过入口731将生物样品737引入腔733,其中CMOS图像传感器720可以确定生物样品737的特性。之后,可以通过出口732从腔733中移除生物样品737。
O形环是具有圆形横截面的弹性体材料圈,其通常被设计成安置在凹槽中并且在组装期间被压缩在两个或更多个零件之间,从而在界面处形成密封。弹性体是指弹性聚合物或具有弹性的橡胶状固体。在微流体装置700中,O形环与由CMOS传感器分析的生物样品接触。因此,O形环的材料与生物样品、用于处理生物样品的流体以及操作条件相容。此外,上文关于微流体装置700的描述不限于CMOS传感器720。其他类型的芯片,诸如其他类型的传感器或生物样品处理芯片,也可以用于实现微流体装置700。类似于图5的微流体装置500,微流体装置700还可包括附接到PCB的多个设备。
本发明的一些实施方案可以用于生物或化学样品的分析。生物或化学样品可以包括多种组分中的任何一种。生物或化学样品可包括许多组分中的任何一种。例如,样品可含有核酸大分子(例如模板、DNA、RNA等)、蛋白质等。可以分析样品以确定基因序列、DNA-DNA杂交、单核苷酸多态性、蛋白质相互作用、肽相互作用、抗原-抗体相互作用、葡萄糖监测、胆固醇监测等。
在一些实施方案中,生物样品可以是核酸,例如DNA。参见美国专利No.8,778,849;No.8,445,194;No.9,671,344;No.7,910,354;No.9,222,132;No.6,210,891;No.6,828,100;No.6,833,246;No.6,911,345和专利申请公布No.2016/0237488,其全部内容通过引用并入本文。DNA生物分子可以是但不限于DNA纳米球(单链多联体),该DNA纳米球(单链多联体)与标记探针杂交(例如,通过附接或cPAL方法在DNB测序中)或与互补生长链杂交(例如,在通过合成方法的DNB测序中)或与两者杂交;或与单个DNA分子杂交(例如,在单分子测序中);或者与克隆的DNA分子群杂交,例如在基于桥式PCR的测序中产生的。因此,提及的“生物分子”、“DNA大分子”或“核酸大分子”可以包括多于一个分子(例如,与多个生长的互补链相关的DNB或包含数百或数千个DNA分子的克隆群的DNA簇)。用于制造DNB(例如,DNB库)和用于制造由区域间区域隔开的离散间隔区域的阵列的示例性方法在本领域中是众所周知的。参见,例如,美国专利No.8,133,719;No.8,445,196;No.8,445,197;和No.9,650,673,其全部内容通过引用并入本文。在一些实施方案中,DNB或其他大分子通过有吸引力的非共价相互作用(例如,范德华力、氢键和离子相互作用)固定在离散的间隔开的区域或斑点上。在一些实施方案中,离散的间隔开的区域包含功能性部分(例如,胺)。在一些实施方案中,离散的间隔开的区域包含附接于其上的捕获寡核苷酸,以结合模板DNA(例如,DNB)。通常,离散的间隔开的区域以直线图案布置;然而,可以使用具有其他布置的规则阵列(例如,区域的同心圆、螺旋形图案、六边形图案等)。
在一些实施方案中,核酸大分子可以是基因组DNA片段或cDNA文库的扩增子。如本文所使用的,“扩增子”可以是核酸分子扩增的产物,通常是基因组DNA片段或cDNA文库的片段。扩增的方法包括但不限于滚环扩增,如例如美国专利No.8,445,194(其全部内容通过引用并入本文)中所述,或桥式聚合酶链式反应(PCR),如例如在美国专利No.7,972,820(其全部内容通过引用并入本文)中所述。扩增可以在核酸与生物传感器接触之前进行,或者原位进行,例如,如美国专利No.7,910,354中所述,该专利其全部内容通过引用并入本文。
例如,可以将与荧光或化学发光染料缔合的生物样品(诸如DNA大分子、寡核苷酸或核苷酸)置于光电二极管117上方。在荧光的情况下,可以通过来自激发光源的激发光照射染料。激发光可以对应于任何合适类型或强度的光,所述光包括例如可见光、红外光(IR)、紫外光(UV)等。激发光还可以来自任何合适的光源,例如发光二极管(LED)、灯、激光器、它们的组合等。当用特定波长的激发光照射染料时,生物样品可以吸收光,然后发射不同波长的光。例如,生物样品可以吸收具有450nm波长的激发光,但是发射具有550nm波长的光。换句话说,当染料被具有不同特征波长的光(即激发光源)照射时,可以发射具有特征波长的荧光。然而,因为激发光用于照射染料,从而产生荧光,所以必须将其滤除以便在光电二极管处对荧光进行精确测量。
在化学发光的情况下,光电二极管检测发射的光不需要激发光源。相反,生物样品可能由于以下原因而发光:生物样品和化学发光染料(或其他溶液)之间可能发生化学或酶促反应,导致由于破坏或形成化学键(例如,萤光素酶蛋白对萤光素底物的作用)而发光。
对于荧光和化学发光两者,光电二极管可以检测发射光的强度并将其转换成可以经由金属布线提供给外部装置的基于该光的强度的电子信号。外部装置可以基于电子信号将电子信号与特定波长和亮度相关联。
在一些实施方案中,生物传感器的表面上的有效斑点或孔和核酸大分子可以相互配置,使得每个斑点仅结合一个核酸大分子。例如,这可以通过使表面与尺寸对应于有效斑点的扩增子(例如,直径有效地与有效斑点的直径一样大或大于有效斑点的直径的扩增子)接触来实现。参见美国专利No.8,445,194,其全部内容通过引用并入本文。替代地,有效斑点可以在化学上适合于结合单个DNA片段,然后可以扩增该片段以填充原始结合位点处和周围的较大区域。
本发明的一些实施方案可用于确定对应于不同波长的光的不同标记。标记可以是例如荧光标记、化学发光标记或生物发光标记。例如,在基因测序(或DNA测序)中,本发明的实施方案可用于确定核酸大分子(例如DNA链)内核苷酸碱基的精确顺序。可以用特定荧光标记物标记核苷酸碱基(例如腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)或胸腺嘧啶(T))。替代地,可以使用例如一种颜色、两种颜色或三种颜色的测序方法。
关于荧光,可以通过用激发光连续激发核酸大分子来依次确定每个核苷酸碱基。核酸大分子可以吸收激发光并将不同波长的发射光传输到生物传感器上,如本文所述。生物传感器可以测量由光电二极管接收的发射光的波长和强度。每个核苷酸(例如,荧光标记的核苷酸)当被特定波长和/或强度的激发光激发时可以向光电二极管发射特定波长和/或强度的光,从而使得能够识别在核酸大分子的特定位置存在特定的核苷酸碱基。一旦确定了特定的核苷酸碱基,就可以将其从核酸大分子中除去,从而可以根据类似的方法确定下一个连续的核苷酸碱基。
为了任何目的,核酸大分子在附接于生物传感器之前或之后,可以用一种或多种不同的荧光标记物、化学发光标记物或生物发光标记物标记。例如,核酸大分子可以与标记的寡核苷酸探针或扩增引物杂交。替代地,核酸大分子可以与未标记的寡核苷酸杂交,未标记的寡核苷酸然后可以附接到标记的探针上,或者使用标记的核苷酸类似物扩增。举例来说,可以进行标记以用于表征核酸大分子(例如,存在与疾病相关的单核苷酸多态性(SNP)),或者用于核酸大分子的全部或部分的核酸测序,如上文所述。通过探针杂交进行的DNA测序描述于例如美国专利No.8,105,771中,其全部内容通过引用并入本文。通过锚定探针附接的测序描述于例如美国专利No.8,592,150中,其全部内容通过引用并入本文。通过合成测序描述于例如美国专利No.7,883,869中,其全部内容通过引用并入本文。通常,通过合成测序是一种方法,其中将核苷酸连续地添加到与模板序列杂交的测序引物所提供的游离3'羟基上,从而导致在5'至3'方向上的核酸链的合成。在一种方法中,可以使用另一种示例性类型的SBS,焦磷酸测序技术(Ronaghi等人,1998,Science 281:363)。
在一些实施方案中,生物传感器可以可逆地耦合到流动池(未示出)。通过使生物传感器与流动池中的液体样品接触,可以将核酸大分子附接到生物传感器。流动池可包括一个或多个与反应位点流体连通的流动通道。在一个示例中,生物传感器可以流体地和电气地耦合到生物测定***。生物测定***可根据预定方案将试剂递送至反应位点并执行成像事件。例如,生物测定***可以引导溶液沿着反应位点流动。该溶液可包括具有相同或不同荧光标记的四种类型的核苷酸。在一些实施方案中,然后,生物测定***可以使用激发光源照射反应位点。激发光可以具有预定的一种或多种波长。激发的荧光标记可以提供可以由光电二极管检测到的发射信号。
用户可以通过将根据所述实施方案的生物传感器与核酸扩增子或随后扩增的核酸接触来准备测序,使得核酸大分子结合有效斑点或孔并被有效斑点或孔保留,并且可以洗去过量的核酸大分子。核酸大分子可以与标记试剂预先或原位接触。然后可以如本文所述操作生物传感器以确定在阵列上的核酸大分子上或周围发射的光。可以量化光,或者可以足以以二元方式确定表面上的哪些核酸大分子已经用在特定波长下发光的标记物标记。可以同时使用具有在不同波长下发射光的标记物的不同探针或不同核酸类似物,例如,以确定序列中特定位置的不同碱基,或对多个位置进行测序。
尽管本文关于背面照射CMOS传感器进行了描述,但是可以预期本发明的实施方案可以类似地应用于正面照射CMOS传感器。此外,预期本发明的实施方案可以类似地应用于任何合适的生物传感器,例如2017年11月3日提交的美国专利申请No.15/803,077中描述的那些生物传感器,其全部内容通过引用并入本文。
上面的描述包括在当前描述的技术的示例方面中的方法、***和/或结构及其应用。尽管上文已经以某种程度的特殊性或参考一个或多个单独方面描述了该技术的各个方面,但是本领域技术人员可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下对所公开的方面进行多种改变。由于许多方面可以在不背离目前描述的技术的精神和范围的情况下进行,因此适当的范围位于本文所附的权利要求中。因此,可以预期其他方面。此外,应该理解的是,可以以任何顺序执行任何操作,除非另外明确声明,或者主张语言固有地要求的特定顺序。本意为,上文描述中包含的以及附图中示出的所有内容应被解释为仅是特定方面的示例,并且不限于所示出的实施方案。除非上下文另有清楚说明或明确指出,否则本文提供的任何浓度值通常以混合物值或百分比形式给出,而不考虑在添加混合物的特定成分时或之后发生的任何转化。就尚未明确地表示并入本文的程度而言,本公开中涉及的所有公布的参考文献和专利文件通过引用以其全文并入本文,以用于所有目的。在不脱离如所附权利要求所限定的本技术的基本要素的情况下,可以进行细节或结构上的改变。
Claims (40)
1.一种微流体装置,其包括:
PCB(印刷电路板);
覆盖所述PCB的生物芯片;
覆盖所述生物芯片和所述PCB的微流体壳体,所述微流体壳体具有入口、出口和第一腔,该微流体壳体具有与所述第一腔相邻的内侧壁,并且所述内侧壁使用第一粘合剂层附接到所述生物芯片以形成流动池,所述微流体壳体具有使用第二粘合剂层附接到所述PCB的外侧壁;
其中:
所述外侧壁的底表面与所述PCB之间的距离大于所述内侧壁的底表面与所述生物芯片之间的距离;
所述第二粘合剂层比所述第一粘合剂层厚;
所述第一粘合剂层包括第一粘合剂材料;并且
所述第二粘合剂层包括第二粘合剂材料。
2.根据权利要求1所述的装置,其中:
所述第一粘合剂材料在固化之前是固体,并且在固化之后基本上保持其厚度以提供所述微流体装置的高度的精确性和均匀性;以及
所述第二粘合剂材料在固化之前是液体,以根据所述外侧壁的底表面与所述PCB之间的距离变化进行调整。
3.根据权利要求2所述的装置,其中所述第二粘合剂材料具有比所述第一粘合剂材料高的固化收缩率。
4.根据权利要求2所述的装置,其中:
所述第一粘合剂材料包括管芯附接膜(DAF);并且
所述第二粘合剂材料包括液态环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的装置,其中:
所述第一粘合剂材料是固化后的柔性粘合剂,以通过操作过程中的热循环来适应所述生物芯片和所述微流体壳体之间不匹配的热膨胀;并且
所述第二粘合剂材料在固化之前为液体形式。
6.根据权利要求5所述的装置,其中:
所述第一粘合剂材料包括柔性聚氨酯粘合剂材料;并且
所述第二粘合剂材料包括液态环氧树脂。
7.根据权利要求5所述的装置,其中:
所述第一粘合剂材料包括压敏粘合剂(PSA);并且
所述第二粘合剂材料包括液态环氧树脂。
8.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第一粘合剂材料和所述第二粘合剂材料通过不同的固化工艺固化。
9.根据权利要求1所述的装置,其中,所述生物芯片包括生物传感器芯片。
10.根据权利要求1所述的装置,其中,所述微流体壳体包括在所述内侧壁和所述外侧壁之间的第二腔中的一个或多个,以用于容纳将所述生物芯片和所述PCB耦合的焊线。
11.根据权利要求1所述的装置,其还包括将所述生物芯片附接到所述PCB的管芯附接粘合剂层。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置,其还包括附接到所述PCB的第二生物芯片。
13.根据权利要求12所述的装置,其中,所述第二生物芯片包括生物传感器。
14.根据权利要求12所述的装置,其中,所述第二生物芯片包括流体液滴产生设备。
15.根据权利要求1至11中任一项所述的装置,其还包括附接到所述PCB的集成电路芯片。
16.根据权利要求15所述的装置,其中,所述集成电路芯片包括处理器。
17.根据权利要求1至11中任一项所述的装置,其还包括附接到所述PCB的MEMS芯片。
18.根据权利要求17所述的装置,其中,所述MEMS芯片包括致动器,所述致动器用于响应于在所述生物芯片中检测到的信号而发起动作。
19.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第二粘合剂层包括用于所述第一粘合剂层的气密性测试的开口。
20.根据权利要求1所述的装置,其中,所述微流体壳体包括用于所述第一粘合剂层的气密性测试的开口。
21.根据权利要求8所述的装置,其中所述固化工艺包括热固化、湿气固化或紫外线照射固化。
22.一种微流体装置,其包括:
PCB(印刷电路板);
覆盖所述PCB的生物芯片;
覆盖所述生物芯片和所述PCB的微流体壳体;
第一粘合剂层和第二粘合剂层,所述第一粘合剂层将所述微流体壳体附接到所述生物芯片,而所述第二粘合剂层将所述微流体壳体附接到所述PCB,所述第二粘合剂层比所述第一粘合剂层厚;
其中所述第一粘合剂层包括第一粘合剂材料,所述第二粘合剂层包括第二粘合剂材料,
其中,所述微流体壳体包括入口、出口和第一腔,所述微流体壳体具有与所述第一腔相邻的内侧壁,并且所述内侧壁使用第一粘合剂层附接到所述生物芯片以形成流动池,所述微流体壳体具有使用第二粘合剂层附接到所述PCB的外侧壁。
23.根据权利要求22所述的装置,其中:
所述第一粘合剂材料在固化之前是固体,并且在固化之后基本上保持其厚度以提供所述微流体装置的高度的精确性和均匀性;以及
所述第二粘合剂材料在固化之前是液体,以根据所述外侧壁的底表面与所述PCB之间的距离变化进行调整。
24.根据权利要求23所述的装置,其中:
所述第一粘合剂材料包括管芯附接膜(DAF);以及
所述第二粘合剂材料包括液态环氧树脂。
25.根据权利要求23所述的装置,其中所述第二粘合剂材料具有比所述第一粘合剂材料高的固化收缩率。
26.根据权利要求22所述的装置,其中:
所述第一粘合剂材料是固化后的柔性粘合剂,以通过操作过程中的热循环来适应所述生物芯片和所述微流体壳体之间不匹配的热膨胀;并且
所述第二粘合剂材料在固化之前为液体形式。
27.根据权利要求26所述的装置,其中:
所述第一粘合剂材料包括柔性聚氨酯粘合剂材料;并且
所述第二粘合剂材料包括液态环氧树脂。
28.根据权利要求26所述的装置,其中:
所述第一粘合剂材料包括压敏粘合剂(PSA);并且
所述第二粘合剂材料包括液态环氧树脂。
29.一种制造微流体装置的方法,包括:
提供PCB(印刷电路板);
将生物芯片附接到所述PCB;
提供微流体壳体;
设置第一粘合剂材料和第二粘合剂材料,所述第一粘合剂材料用于将所述微流体壳体附接到所述生物芯片,而所述第二粘合剂材料用于将所述微流体壳体附接到所述PCB,其中所述第二粘合剂材料在固化之前为液体形式;
使用所述第一粘合剂材料将所述微流体壳体附接到所述生物芯片,并使用所述第二粘合剂材料将所述微流体壳体附接到所述PCB;并且
使所述第一粘合剂材料和所述第二粘合剂材料固化以分别形成第一粘合剂层和第二粘合剂层,所述第二粘合剂层比所述第一粘合剂层厚,
其中,所述微流体壳体包括入口、出口和第一腔,该微流体壳体具有与所述第一腔相邻的内侧壁,并且所述内侧壁使用第一粘合剂层附接到所述生物芯片以形成流动池,所述微流体壳体具有使用第二粘合剂层附接到所述PCB的外侧壁。
30.根据权利要求29所述的方法,其中:
所述第一粘合剂材料在固化之前是固体,并且在固化之后基本上保持其厚度以提供所述微流体装置的高度的准确性和均匀性;并且
所述第二粘合剂材料在固化之前是液体,以根据所述外侧壁的底表面和所述PCB之间的距离变化进行调节。
31.根据权利要求30所述的方法,其中:
所述第一粘合剂材料包括管芯附接膜(DAF);并且
所述第二粘合剂材料包括液态环氧树脂。
32.根据权利要求30所述的方法,其中所述第二粘合剂材料具有比所述第一粘合剂材料高的固化收缩率。
33.根据权利要求29所述的方法,其中:
所述第一粘合剂材料在固化后是柔性粘合剂,以通过操作过程中的热循环来适应所述生物芯片和所述微流体壳体之间不匹配的热膨胀;并且
所述第二粘合剂材料在固化之前为液体形式。
34.根据权利要求33所述的方法,其中:
所述第一粘合剂材料包括柔性聚氨酯粘合剂材料;并且
所述第二粘合剂材料包括液态环氧树脂。
35.根据权利要求33所述的方法,其中:
所述第一粘合剂材料包括压敏粘合剂(PSA);并且
所述第二粘合剂材料包括液态环氧树脂。
36.根据权利要求29所述的方法,其还包括在附接所述微流体壳体之前将第二生物芯片附接到所述PCB。
37.根据权利要求29所述的方法,其还包括在附接所述微流体壳体之前将集成电路芯片附接至所述PCB。
38.根据权利要求29所述的方法,其还包括在附接所述微流体壳体之前,将MEMS芯片附接到所述PCB。
39.根据权利要求29所述的方法,其还包括在所述第二粘合剂层中形成开口以用于对所述第一粘合剂层进行气密性测试。
40.根据权利要求29所述的方法,其还包括在所述微流体壳体中形成开口以用于对所述第一粘合剂层进行气密性测试。
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