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微通道结构、传感器、微流体装置、芯片实验室装置、以及制造微通道结构的方法

阅读：313发布：2022-03-06

专利汇可以提供微通道结构、传感器、微流体装置、芯片实验室装置、以及制造微通道结构的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请提供了一种微通道结构。微通道结构包括：基底基板 (10)；轨道层(20)，其位于基底基板(10)上并且包括彼此间隔开的第一轨道(21)和第二轨道(22)；和壁层(30)，其位于轨道层(20)的远离基底基板(10)的一侧并且包括第一壁(31)和第二壁(32)，所述第一壁(31)和第二壁(32)彼此至少部分地间隔开，从而形成第一壁(31)和第二壁(32)之间的微通道(40)。微通道(40)具有沿着实质上平行于基底基板(10)的主表面的平面的延伸方向，所述延伸方向实质上平行于第一轨道(21)和第二轨道(22)的沿着实质上平行于基底基板(10)的主表面的平面的延伸方向。，下面是微通道结构、传感器、微流体装置、芯片实验室装置、以及制造微通道结构的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种微通道结构，包括：
基底基板；
轨道层，其位于所述基底基板上并且包括彼此间隔开的第一轨道和第二轨道；和壁层，其位于所述轨道层的远离所述基底基板的一侧并且包括第一壁和第二壁，所述第一壁和第二壁彼此至少部分地间隔开，从而形成所述第一壁和所述第二壁之间的微通道；
其中，所述微通道具有沿着实质上平行于所述基底基板的主表面的平面的延伸方向，所述延伸方向实质上平行于所述第一轨道和所述第二轨道的沿着实质上平行于所述基底基板的主表面的平面的延伸方向。
2.根据权利要求1所述的微通道结构，其中，所述第一壁在所述基底基板上的正投影实质上覆盖所述第一轨道在所述基底基板上的正投影；并且
所述第二壁在所述基底基板上的正投影实质上覆盖所述第二轨道在所述基底基板上的正投影。
3.根据权利要求1所述的微通道结构，其中，所述第一壁沿着突出方向远离所述第一轨道的远离所述基底基板的一侧地突出，并且所述第二壁沿着所述突出方向远离所述第二轨道的远离所述基底基板的一侧地突出；并且
所述第一壁和所述第二壁在所述壁层的至少一部分中沿着所述突出方向彼此完全间隔开，从而形成在与所述基底基板相对的一侧至少部分地敞开的微通道。
4.根据权利要求1所述的微通道结构，其中，所述第一壁沿着突出方向远离所述第一轨道的远离所述基底基板的一侧地突出，并且所述第二壁沿着所述突出方向远离所述第二轨道的远离所述基底基板的一侧地突出；并且
所述第一壁和所述第二壁在所述壁层的第一区彼此连接并且在所述壁层的第二区彼此间隔开，从而形成在与所述基底基板相对的一侧实质上闭合的微通道，所述第一区沿着所述突出方向位于所述第二区的远离所述基底基板的一侧。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的微通道结构，其中，所述壁层还包括连接第一轨道和第二轨道的第三壁；并且
所述第三壁与所述基底基板直接接触。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的微通道结构，其中，所述轨道层还包括连接所述第一轨道和所述第二轨道的基部；
所述第一轨道和所述第二轨道的沿着实质上垂直于所述第一轨道和所述第二轨道的延伸方向的平面的截面为U形。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的微通道结构，其中，所述第一轨道和所述第二轨道包括导电材料。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的微通道结构，其中，所述轨道层包括与所述壁层的材料不同的材料。
9.一种多层微通道结构，包括：所述多层微通道结构的第一层和所述多层微通道结构的第二层；
其中，所述多层微通道结构的第一层包括：
基底基板；
轨道层，其位于所述基底基板上并且包括彼此间隔开的第一轨道和第二轨道；和壁层，其位于所述轨道层的远离所述基底基板的一侧并且包括第一壁和第二壁，所述第一壁和第二壁彼此至少部分地间隔开，从而形成所述第一壁和所述第二壁之间的微通道；
其中，所述微通道具有沿着实质上平行于所述基底基板的主表面的平面的延伸方向，所述延伸方向实质上平行于所述第一轨道和所述第二轨道的沿着实质上平行于所述基底基板的主表面的平面的延伸方向；
其中，所述多层微通道结构的第二层包括：
第二基底基板；
第二轨道层，其位于所述第二基底基板上并且包括彼此间隔开的第三轨道和第四轨道；和
第二壁层，其位于所述第二轨道层的远离第二基底基板的一侧并且包括第四壁和第五壁，所述第四壁和第五壁彼此至少部分地间隔开，从而形成所述第四壁和所述第五壁之间的第二微通道；
其中，所述第二微通道具有沿着实质上平行于所述第二基底基板的主表面的平面的第二延伸方向，所述第二延伸方向实质上平行于所述第三轨道和所述第四轨道的沿着实质上平行于所述第二基底基板的主表面的平面的延伸方向。
10.一种微流体系统，包括根据权利要求1至8中任一项所述的微通道结构。
11.根据权利要求10所述的微流体系统，还包括传感电路；
其中，所述轨道层构成一个或多个传感电极。
12.根据权利要求10所述的微流体系统，其中，所述轨道层构成用于控制所述微通道中的物质的运送的控制电极。
13.根据权利要求11所述的微流体系统，其中，所述第一轨道和所述第二轨道构成所述微流体系统的两个单独电极，并且构造为控制通过所述微通道运送物质。
14.根据权利要求11所述的微流体系统，包括：离子晶体管；
其中，所述轨道层构成所述离子晶体管的栅极。
15.根据权利要求14中所述的微流体系统，其中，所述轨道层还包括连接所述第一轨道和所述第二轨道的基部；并且
所述第一轨道和所述第二轨道的沿着实质上垂直于所述第一轨道和所述第二轨道的延伸方向的平面的截面为U形。
16.一种制造微通道结构的方法，包括：
在基底基板上形成轨道层；和
在形成所述轨道层之后，在所述轨道层的远离所述基底基板的一侧形成壁层；
其中，所述形成轨道层包括：形成彼此间隔开的第一轨道和第二轨道；
形成所述壁层包括：形成彼此间隔开的第一壁和第二壁，从而形成所述第一壁和所述第二壁之间的微通道；并且
所述微通道形成为具有沿着实质上平行于所述基底基板的主表面的平面的延伸方向，所述延伸方向实质上平行于所述第一轨道和所述第二轨道的沿着实质上平行于所述基底基板的主表面的平面的延伸方向。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述形成壁层包括：在其上形成有所述第一轨道和所述第二轨道的基底基板上溅射壁层材料。
18.根据权利要求17的方法，还包括：通过控制溅射所述壁层材料的持续时间或功率来控制所述微通道的尺寸和形状。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述持续时间或所述功率控制在一定范围内以使得所述第一壁和所述第二壁彼此至少部分分离地形成在所述微通道的与所述基底基板相对的一侧；并且
所述微通道形成为在与所述基底基板相对的一侧至少部分地敞开。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述持续时间或所述功率控制在一定范围内以使得所述第一壁和所述第二壁彼此连接地形成在所述微通道的与所述基底基板相对的一侧；并且
所述微通道形成为在与所述基底基板相对的一侧实质上闭合。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，按如下条件执行溅射所述壁层材料：在室温下、在包括氧气和氩气的溅射气氛中、使用约5kW的溅射功率、在约0.2pa的溅射气氛压力下。
22.根据权利要求16至21中任一项所述的方法，其中，所述形成壁层还包括形成连接第一轨道和第二轨道的第三壁；并且
所述第三壁形成为与所述基底基板直接接触。
23.一种制造传感器芯片的方法,包括：
根据权利要求16至22中任一项所述的方法形成微通道结构；以及
在基底基板上形成所述传感器芯片的电极结构。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，利用电极材料形成所述第一轨道和所述第二轨道；并且
所述第一轨道和所述第二轨道形成为所述传感器芯片的两个传感器电极。

说明书全文

微通道结构、传感器、微流体装置、芯片实验室装置、以及制造

微通道结构的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及微流体技术，更具体地，涉及微通道结构、传感器、微流体装置、芯片实验室装置、以及制造微通道结构的方法。

背景技术

[0002] 微流体涉及几何上被约束为小量级(通常亚微米量级)的流体的行为、精确控制和操纵。其是工程学、物理学、化学、生物化学、纳米技术和生物技术多学科交叉领域，实际应用于设计其中对小体积流体进行处理以实现复用、自动化和高吞吐率筛选的系统。微流体在1980年代的开端出现并且被用于开发喷墨打印头、DNA芯片、芯片实验室技术、微推进技术和微热技术。

发明内容

[0003] 在一方面，本发明提供了一种微通道结构，包括：基底基板；轨道层，其位于基底基板上并且包括彼此间隔开的第一轨道和第二轨道；和壁层，其位于轨道层的远离基底基板的一侧并且包括第一壁和第二壁，所述第一壁和第二壁彼此至少部分地间隔开，从而形成第一壁和第二壁之间的微通道；其中，微通道具有沿着实质上平行于基底基板的主表面的平面的延伸方向，所述延伸方向实质上平行于第一轨道和第二轨道的沿着实质上平行于基底基板的主表面的平面的延伸方向。

[0004] 可选地，第一壁在基底基板上的正投影实质上覆盖第一轨道在基底基板上的正投影；并且，第二壁在基底基板上的正投影实质上覆盖第二轨道在基底基板上的正投影。

[0005] 可选地，第一壁沿着突出方向远离第一轨道的远离基底基板的一侧地突出，并且第二壁沿着突出方向远离第二轨道的远离基底基板的一侧地突出；并且，第一壁和第二壁在壁层的至少一部分中沿着突出方向彼此完全间隔开，从而形成在与基底基板相对的一侧至少部分地敞开的微通道。

[0006] 可选地，第一壁沿着突出方向远离第一轨道的远离基底基板的一侧地突出，并且第二壁沿着突出方向远离第二轨道的远离基底基板的一侧地突出；并且，第一壁和第二壁在壁层的第一区彼此连接并且在壁层的第二区彼此间隔开，从而形成在与基底基板相对的一侧实质上闭合的微通道，第一区沿着突出方向位于第二区的远离基底基板的一侧。

[0007] 可选地，壁层还包括：第三壁，其连接第一轨道和第二轨道；并且第三壁与基底基板直接接触。

[0008] 可选地，轨道层还包括：基部，其连接第一轨道和第二轨道；第一轨道和第二轨道的沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面为U形。

[0009] 可选地，第一轨道和第二轨道包括导电材料。

[0010] 可选地，轨道层包括与壁层的材料不同的材料。

[0011] 在另一方面，本发明提供了一种多层微通道结构，包括：多层微通道结构的第一层和多层微通道结构的第二层；其中，多层微通道结构的第一层包括：基底基板；轨道层，其位于基底基板上并且包括彼此间隔开的第一轨道和第二轨道；和壁层，其位于轨道层的远离基底基板的一侧并且包括第一壁和第二壁，所述第一壁和第二壁彼此至少部分地间隔开，从而形成第一壁和第二壁之间的微通道；其中，微通道具有沿着实质上平行于基底基板的主表面的平面的延伸方向，所述延伸方向实质上平行于第一轨道和第二轨道的沿着实质上平行于基底基板的主表面的平面的延伸方向；其中，多层微通道结构的第二层包括：第二基底基板；第二轨道层，其位于第二基底基板上并且包括彼此间隔开的第三轨道和第四轨道；和第二壁层，其位于第二轨道层的远离第二基底基板的一侧并且包括第四壁和第五壁，所述第四壁和第五壁彼此至少部分地间隔开，从而形成第四壁和第五壁之间的第二微通道；
其中，第二微通道具有沿着实质上平行于第二基底基板的主表面的平面的第二延伸方向，所述第二延伸方向实质上平行于第三轨道和第四轨道的沿着实质上平行于第二基底基板的主表面的平面的延伸方向。

[0012] 在另一方面，本发明提供了一种微流体系统，其包括本文描述的或通过本文描述的方法制造的微通道结构。

[0013] 可选地，微流体系统包括传感电路；其中，轨道层构成一个或多个传感电极。

[0014] 可选地，轨道层构成用于控制微通道中的物质的运送的控制电极。

[0015] 可选地，第一轨道和第二轨道构成微流体系统的两个单独电极，并且构造为控制通过微通道运送物质。

[0016] 可选地，微流体系统包括离子晶体管；其中，轨道层构成离子晶体管的栅极。

[0017] 可选地，轨道层还包括：基部，其连接第一轨道和第二轨道；并且第一轨道和第二轨道的沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面为U形。

[0018] 在另一方面，本发明提供了一种制造微通道结构的方法，包括：在基底基板上形成轨道层；和在形成轨道层之后，在轨道层的远离基底基板的一侧形成壁层；其中，形成轨道层包括：形成彼此间隔开的第一轨道和第二轨道；形成壁层包括：形成彼此间隔开的第一壁和第二壁，从而形成第一壁和第二壁之间的微通道；并且微通道形成为具有沿着实质上平行于基底基板的主表面的平面的延伸方向，所述延伸方向实质上平行于第一轨道和第二轨道的沿着实质上平行于基底基板的主表面的平面的延伸方向。

[0019] 可选地，形成壁层包括：在其上形成有第一轨道和第二轨道的基底基板上溅射壁层材料。

[0020] 可选地，所述方法还包括：通过控制溅射壁层材料的持续时间或功率来控制微通道的尺寸和形状。

[0021] 可选地，持续时间或功率控制在一定范围内以使得第一壁和第二壁彼此至少部分分离地形成在微通道的与基底基板相对的一侧；并且微通道形成为在与基底基板相对的一侧至少部分地敞开。

[0022] 可选地，持续时间或功率控制在一定范围内以使得第一壁和第二壁形成为在微通道的与基底基板相对的一侧彼此连接；并且微通道形成为在与基底基板相对的一侧实质上闭合。

[0023] 可选地，按如下条件执行溅射壁层材料：在室温下、在包括氧气和氩气的溅射气氛中、使用约5kW的溅射功率、在约0.2pa的溅射气氛压力下。

[0024] 可选地，形成壁层还包括：形成连接第一轨道和第二轨道的第三壁；并且第三壁形成为与基底基板直接接触。

[0025] 在另一方面，本发明提供了一种制造传感器芯片的方法，包括：根据本文所述的方法形成微通道结构；以及，在基底基板上形成传感器芯片的电极结构。

[0026] 可选地，利用电极材料形成第一轨道和第二轨道；并且第一轨道和第二轨道形成为传感器芯片的两个传感器电极。附图说明

[0027] 以下附图仅为根据所公开的各种实施例的用于示意性目的的示例，而不旨在限制本发明的范围。

[0028] 图1是根据本公开的一些实施例中的微通道结构的截面图。

[0029] 图2A是根据本公开的一些实施例中的微通道结构的截面图。

[0030] 图2B是根据本公开的一些实施例中的微通道结构的截面图。

[0031] 图2C是根据本公开的一些实施例中的微通道结构的截面图。

[0032] 图3是沿图1中A-A'线的截面图。

[0033] 图4是根据本公开的一些实施例中的微通道结构的截面的扫描电子显微镜图像。

[0034] 图5是根据本公开的一些实施例中的微通道结构的截面的扫描电子显微镜图像。

[0035] 图6A和图6B是根据本公开的一些实施例中的多层微通道结构的截面图。

[0036] 图7A和图7B是根据本公开的一些实施例中的微流体装置的示意图。

[0037] 图8是示出根据本公开的一些实施例中的具有微通道的离子晶体管的结构的示意图。

[0038] 图9是示出根据本公开的一些实施例中的微流体装置中的微通道的应用的示意图。

[0039] 图10是示出根据本公开的一些实施例中的制造微通道结构的方法的流程图。

[0040] 图11A至图11F示出了根据本公开的一些实施例中的制造微通道结构的过程。

具体实施方式

[0041] 现在将参照以下实施例更具体地描述本公开。需注意，以下对一些实施例的描述仅针对示意和描述的目的而呈现于此。其不旨在是穷尽性的或者受限为所公开的确切形式。

[0042] 制造微通道结构的常规方法涉及复杂且昂贵的工艺，比如电子束光刻和激光干涉刻蚀，以及各种后续刻蚀、剥离和组装工艺。常规方法与高制造成本、低效率和低可扩展性(scalability)相关联。此外，利用常规方法制造高分辨率或超高分辨率的微通道仍存在困难。

[0043] 因此，本公开特别提供了微通道结构、传感器、微流体装置、芯片实验室装置、以及制造微通道结构的方法，其实质上消除了由于现有技术的限制和缺陷而导致的问题中的一个或多个。在一方面，本公开提供了一种微通道结构。在一些实施例中，微通道结构包括：基底基板；轨道层，其位于基底基板上并且包括彼此间隔开的第一轨道和第二轨道；和壁层，其位于轨道层的远离基底基板的一侧并且包括第一壁和第二壁，所述第一壁和第二壁彼此间隔开，从而形成第一壁和第二壁之间的微通道。可选地，微通道具有沿着实质上平行于基底基板的主表面的平面的延伸方向，所述延伸方向实质上平行于第一轨道和第二轨道的沿着实质上平行于基底基板的主表面的平面的延伸方向。

[0044] 如本文所用，术语“微通道”指的是截面尺寸在约1nm至约1000μm的范围内的通道，例如，在约1nm至约50nm的范围内，在约50nm至约100nm的范围内，在约100nm至约1μm的范围内，在约1μm至约10μm的范围内，在约10μm至约100μm的范围内，在约100μm至约200μm的范围内，在约200μm至约400μm的范围内，在约400μm至约600μm的范围内，在约600μm至约800μm的范围内，以及在约800μm至约1000μm的范围内。术语“截面尺寸”可涉及高度、宽度并且理论上还涉及直径。当通道的壁(包括通道的底部或顶部)为非规则的或弯曲的时，术语“高度”和“宽度”也可以分别地涉及平均高度和平均宽度。微通道可以具有任何选择的截面形状，例如，U形、D形、矩形、三角形、椭圆形、类椭圆形、圆形、半圆形、方形、梯形、五角形、六边形等截面几何结构。可选地，微通道具有不规则截面形状。所述几何结构可以恒定或者可以沿着微通道的长度变化。此外，微通道可以具有任何选择的布置或构造，包括线性、非线性、融合、分支、回路、扭曲、阶梯等构造。可选地，微通道可以具有一个或多个敞开端。可选地，微通道可以具有一个或多个闭合端。可选地，微通道具有闭合壁结构。可选地，微通道具有部分敞开壁结构。可选地，微通道具有完全敞开壁结构，例如，微沟槽(micro-groove)。

[0045] 图1是根据本公开的一些实施例中的微通道结构的截面图。图2A是根据本公开的一些实施例中的微通道结构的截面图。图3是沿图1中A-A'线的截面图。参照图1至图3，一些实施例中的微通道结构包括：基底基板10；轨道层20，其位于基底基板10上；以及壁层30，其位于轨道层20的远离基底基板10的一侧。轨道层20包括彼此间隔开的第一轨道21和第二轨道22。壁层30包括彼此至少部分地间隔开的第一壁31和第二壁32，从而形成第一壁31和第二壁32之间的微通道40。如图3所示，微通道40具有沿着实质上平行于基底基板10的主表面S的平面的延伸方向E，所述延伸方向E实质上平行于第一轨道21和第二轨道22的沿着实质上平行于基底基板10的主表面S的平面的延伸方向。

[0046] 可选地，第一壁31在基底基板10上的正投影实质上覆盖第一轨道21在基底基板10上的正投影。可选地，第二壁32在基底基板10上的正投影实质上覆盖第二轨道22在基底基板10上的正投影。可选地，微通道40的沿着实质上平行于基底基板10的主表面S的平面的延伸方向E实质上平行于第一壁31和第二壁32的沿着实质上平行于基底基板10的主表面S的平面的延伸方向。

[0047] 参照图2A，在一些实施例中，第一壁31和第二壁32在微通道40的与基底基板10相对的一侧彼此至少部分地分离，例如，微通道40在与基底基板10相对的一侧至少部分地敞开。可选地，在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面S的平面的延伸方向E的实质整个长度上，第一壁31和第二壁32在微通道40的与基底基板10相对的一侧彼此分离，例如，微通道40是微沟槽。可选地，在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面S的平面的延伸方向E的长度的一个或多个第一部分上，第一壁31和第二壁32在微通道40的与基底基板10相对的一侧彼此分离，并且在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面S的平面的延伸方向E的长度的一个或多个第二部分上，第一壁31和第二壁32在微通道40的与基底基板10相对的一侧彼此连接。

[0048] 参照图2A，在一些实施例中，第一壁31沿着突出方向P远离第一轨道21的远离基底基板10的一侧地突出，第二壁32沿着突出方向P远离第二轨道22的远离基底基板10的一侧地突出。第一壁31和第二壁32在壁层30的至少一部分中沿着突出方向P彼此完全间隔开，从而形成在与基底基板10相对的一侧至少部分地敞开的微通道40。

[0049] 参照图1，在一些实施例中，第一壁31和第二壁32在微通道40的与基底基板10相对的一侧彼此连接。可选地，微通道40在与基底基板10相对的一侧实质上闭合，例如，微通道40是微毛细管。可选地，在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面S的平面的延伸方向E的实质整个长度上，第一壁31和第二壁32在微通道40的与基底基板10相对的一侧彼此连接。可选地，在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面S的平面的延伸方向E的长度的一个或多个第一部分上，第一壁31和第二壁32在微通道40的与基底基板10相对的一侧彼此连接，并且在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面S的平面的延伸方向E的长度的一个或多个第二部分上，第一壁31和第二壁32在微通道40的与基底基板10相对的一侧彼此分离。

[0050] 图4是根据本公开的一些实施例中的微通道结构的截面的扫描电子显微镜图像。图5是根据本公开的一些实施例中的微通道结构的截面的扫描电子显微镜图像。图4中的微通道结构对应于图1中的微通道结构，其中微通道40在与基底基板相对的一侧实质上闭合，例如，微毛细管。图5中的微通道结构对应于图2A中的微通道结构，其中微通道40在与基底基板相对的一侧至少部分地敞开，例如，微沟槽。在一些实施例中，微通道40的尺寸小于
100nm，例如，尺寸在40nm至80nm之间。微通道可具有任何适当形状。可选地，微通道结构具有由多个壁间隔开的多个转弯。所述多个壁中的每一个由两个相邻转弯共享。

[0051] 参照图1和图2A，在一些实施例中，壁层30还包括第三壁33，其连接第一轨道21和第二轨道22。可选地，第三壁33与基底基板10直接接触。第三壁33形成了微通道40的底部侧。可选地，第一壁31、第二壁32和第三壁33包括相同材料，例如，它们例如通过溅射，使用相同材料在单次工艺中形成。可选地，第三壁33包括与第一壁31和第二壁32的材料不同的材料。例如，通过例如溅射，使用第一材料在基底基板10上首先形成第三壁33，然后通过溅射，使用第二材料形成第一壁31和第二壁32。

[0052] 在一些实施例中，第一壁31和第二壁32在微通道40的与第三壁33相对的一侧彼此至少部分地分离，例如，微通道40在与第三壁33相对的一侧至少部分地敞开。可选地，在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面S的平面的延伸方向E的实质整个长度上，第一壁31和第二壁32在微通道40的与第三壁33相对的一侧彼此分离，例如，微通道40是微沟槽。可选地，在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面S的平面的延伸方向E的长度的一个或多个第一部分上，第一壁31和第二壁32在微通道40的与第三壁33相对的一侧彼此分离，并且在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面S的平面的延伸方向E的长度的一个或多个第二部分上，第一壁31和第二壁32在微通道40的与第三壁33相对的一侧彼此连接。

[0053] 参照图2A，在一些实施例中，第一壁31沿着突出方向P远离第一轨道21的远离基底基板10的一侧地突出，第二壁32沿着突出方向P远离第二轨道22的远离基底基板10的一侧地突出。第一壁31和第二壁32在壁层30的至少一部分中沿着突出方向P彼此完全间隔开，从而形成在与基底基板10相对的一侧至少部分地敞开的微通道40。

[0054] 在一些实施例中，第一壁31和第二壁32在微通道40的与第三壁33相对的一侧彼此连接。可选地，微通道40在与第三壁33相对的一侧实质上闭合，例如，微通道40是微毛细管。可选地，在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面S的平面的延伸方向E的实质整个长度上，第一壁31和第二壁32在微通道40的与第三壁33相对的一侧彼此连接。
可选地，在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面S的平面的延伸方向E的长度的一个或多个第一部分上，第一壁31和第二壁32在微通道40的与第三壁33相对的一侧彼此连接，并且在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面S的平面的延伸方向E的长度的一个或多个第二部分上，第一壁31和第二壁32在微通道40的与第三壁
33相对的一侧彼此分离。

[0055] 可选地，第三壁不存在于微通道结构中，并且微通道40与基底基板10直接相邻，例如，基底基板10形成微通道40的底部侧。图2B是根据本公开的一些实施例中的微通道结构的截面图。参照图2B，在一些实施例中，微通道结构不包括第三壁。基底基板10构成微通道40的底部侧。微通道40与基底基板10直接相邻。

[0056] 图2C是根据本公开的一些实施例中的微通道结构的截面图。参照图2C，在一些实施例中，轨道层20包括彼此间隔开的第一轨道21和第二轨道22、以及连接第一轨道21和第二轨道22的基部23。轨道层20的沿着实质上垂直于延伸方向E的平面的截面为U形。如图2C所示，在一些实施例中，微通道结构不包括第三壁。基部23构成微通道40的底部侧。微通道40与基部23直接相邻。

[0057] 各种适当轨道层材料和各种适当制造方法可以用于形成轨道层。例如，可以通过光刻蚀工艺、电子束光刻工艺、纳米压印光刻、刻蚀工艺(例如，干法刻蚀)、热腐蚀工艺、或它们的组合，在基板上形成轨道层材料。适于制作轨道层的材料的示例包括但不限于：绝缘材料、半导体材料、导电材料、或它们的组合。取决于应用，轨道层可以制作成导电的、半导电的、或绝缘的。

[0058] 各种适当壁层材料和各种适当制造方法可以用于形成壁层。例如，可以通过溅射在基板上沉积壁层材料。适于制作壁层的材料的示例包括但不限于：绝缘材料、半导体材料、导电材料、或它们的组合。取决于应用，壁层可以制作成导电的、半导电的、或绝缘的。

[0059] 可选地，轨道层包括与壁层的材料不同的材料。可选地，轨道层和壁层由相同材料制成。

[0060] 取决于微通道结构在具有微通道结构的装置中的期望功能，可以基于微通道结构的功能所期望的物理和化学特性，选择各种适当材料来制作壁层30、轨道层20、和基底基板10中的每一个。适当材料包括但不限于：例如有机硅聚合物的聚合物材料(例如，聚二甲基硅氧烷和环氧聚合物)、聚酰亚胺(例如，从特拉华州威尔明顿的杜邦公司可商购的(聚(4,4'-氧二亚苯基-均苯四甲酰亚胺))和从日本Ube工业有限公司可商购的
UpilexTM(聚(联苯四羧酸二酐)))、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚氨酯、多氟烃、氟化聚合物(例如，聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟代乙烯-丙烯、聚乙烯四氟乙烯、聚乙烯三氟氯乙烯、全氟聚醚、全氟磺酸、全氟聚氧杂环丁烷、FFPM/FFKM(全氟化弹性体[全氟弹性体])、FPM/FKM(氟碳[三氟氯乙烯偏二氟乙烯])、以及它们的共聚物)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯乙烯、聚(丙烯腈丁二烯-苯乙烯)(ABS)、丙烯酸酯和丙烯酸聚聚体(如聚甲基丙烯酸甲酯)、以及其它取代和未取代的聚烯烃(例如，环烯烃聚合物、聚丙烯、聚丁烯、聚乙烯(PE，例如，交联的PE、高密度PE、中等密度PE、线性低密度PE、低密度PE、或超高分子量PE)、聚甲基戊烯、聚丁烯-1、聚异丁烯、乙烯丙烯橡胶、乙烯丙烯二烯单体(M级)橡胶)、以及它们的共聚物(例如，环烯烃共聚物)；陶瓷，例如氧化铝、氧化硅、氧化锆等；半导体，例如硅、砷化镓等；玻璃；金属；以及涂覆组合物、复合物(例如，本文所述任何材料的块状复合物，例如，A-B-A块状复合物、A-B-C块状复合物等)、和其层叠物(例如，从相同或不同材料的若干个不同粘合层形成的复合材料，比如聚合物层叠物或聚合物-金属层叠物，例如，涂覆有铜的聚合物、金属中陶瓷或金属中聚合物复合物)。

[0061] 在一些实施例中，其上要形成微通道结构的基底基板是在形成微通道结构之前形成有电极结构的基底基板。例如，基底基板是这样的基板，其具有已经形成在基底基板上的传感器(包括传感电路)的电极结构。随后，在基底基板上形成微通道结构。在一些实施例中，轨道层由导电材料制成。可选地，第一轨道和第二轨道是两个传感器电极(例如，其与基底基板中的传感电路相连接)。传感器电极(第一轨道和第二轨道)构造为检测微通道中的化学和/或生物信号。

[0062] 参照图1，在一些实施例中，微通道结构是生物化学传感器的一部分。流体(液体或气体或组合)流过微通道40。在基底基板10上形成传感电路SC，并且第一轨道21和第二轨道22是用于检测液体中的化学和/或生物信号的传感电极。

[0063] 参照图2A，在一些实施例中，微通道结构是用于检测气体的气体传感器的一部分。由于微通道结构的存在，气体传感器具有用于吸收目标气体分子的大表面区域，由此可以非常高度灵敏。微通道40在与基底基板10相对的一侧敞开，气体可以从气氛流入微通道40。
微通道40的内表面吸收目标气体分子。在基底基板10上形成传感电路SC，并且第一轨道21和第二轨道22是用于检测在微通道40的内表面上吸收的目标气体分子的传感电极。

[0064] 所述微通道结构可以附接于、组合进、集成至各种适当装置和设备，或以其他方式在各种适当装置和设备中使用。可选地，微通道结构是微流体装置中的微通道结构。可选地，微通道结构是传感器(例如，生化传感器)中的微通道结构。可选地，微通道结构是芯片实验室装置中的微通道结构。可选地，微通道结构是基因测序设备中的微通道结构。如本文所用，术语“微流体芯片”指的是能够利用小体积和/或小流速分离分子的小型装置。如本文所用，术语“芯片实验室”指的是其上可以同时进行样本溶液的各种科学操作(例如，反应、分离、提纯和检测)的集成芯片。可以通过芯片实验室执行超高灵敏度分析、超微量分析、或超灵活同时多项目分析。芯片实验室的示例是具有经由微通道彼此连接的蛋白质产生单元、蛋白质提纯单元和蛋白质检测单元的芯片。

[0065] 微通道结构可以为各种适当传感器中的微通道结构，比如气体传感器、脱氧核糖核酸(DNA)传感器、核糖核酸(RNA)传感器、肽或蛋白质传感器、抗体传感器、抗原传感器、组织因子传感器、载体和病毒载体传感器、脂质和脂肪酸传感器、类固醇传感器、神经递质传感器、无机离子和电化学传感器、pH传感器、自由基传感器、碳水化合物传感器、神经传感器、化学传感器、小分子传感器、外显子传感器、代谢物传感器、中间体传感器、染色体传感器和细胞传感器。

[0066] 可选地，微通道40的沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面具有在约1nm至约1000μm之间的截面尺寸，例如，在约1nm至约25nm的范围内，在约25nm至约50nm的范围内，在约50nm至约75nm的范围内，在约75nm至约100nm的范围内，在约100nm至约250nm的范围内，在约250nm至约500nm的范围内，在约500nm至约750nm的范围内，在约750nm至约1μm的范围内，在约1μm至约10μm的范围内，在约10μm至约100μm的范围内，在约100μm至约200μm的范围内，在约200μm至约400μm的范围内，在约400μm至约600μm的范围内，在约600μm至约800μm的范围内，以及在约800μm至约1000μm的范围内。

[0067] 可选地，微通道40可以具有任何选择的截面形状，例如，U形、D形、矩形、三角形、椭圆形、类椭圆形、圆形、半圆形、方形、梯形、五角形、六边形等截面几何结构。所述几何结构可以恒定或者可以沿着微通道的长度变化。此外，微通道可以具有任何选择的布置或构造，包括线性、非线性、融合、分支、回路、扭曲、阶梯等构造。可选地，微通道具有不规则截面形状。

[0068] 可选地，第一轨道21和第二轨道22中的每一个的沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面具有在约1nm至约1000μm之间的截面尺寸，例如，在约1nm至约25nm的范围内，在约25nm至约50nm的范围内，在约50nm至约75nm的范围内，在约75nm至约100nm的范围内，在约
100nm至约250nm的范围内，在约250nm至约500nm的范围内，在约500nm至约750nm的范围内，在约750nm至约1μm的范围内，在约1μm至约10μm的范围内，在约10μm至约100μm的范围内，在约100μm至约200μm的范围内，在约200μm至约400μm的范围内，在约400μm至约600μm的范围内，在约600μm至约800μm的范围内，以及在约800μm至约1000μm的范围内。

[0069] 第一轨道21和第二轨道22中的每一个可以具有任何适当的截面形状，例如，矩形、三角形、椭圆形、类椭圆形、圆形、半圆形、方形、梯形、五角形、六边形等截面几何结构。可选地，第一轨道21和第二轨道22具有不规则截面形状。所述几何结构可以恒定或者可以沿着微通道的长度变化。此外，第一轨道21和第二轨道22中的每一个可以具有任何选择的布置或构造，包括线性、非线性、融合、分支、回路、扭曲、阶梯等构造。

[0070] 可选地，第一壁31、第二壁32和第三壁33中的每一个的沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面具有在约1nm至约1000μm之间的截面尺寸，例如，在约1nm至约25nm的范围内，在约25nm至约50nm的范围内，在约50nm至约75nm的范围内，在约75nm至约100nm的范围内，在约100nm至约250nm的范围内，在约250nm至约500nm的范围内，在约500nm至约750nm的范围内，在约750nm至约1μm的范围内，在约1μm至约10μm的范围内，在约10μm至约100μm的范围内，在约100μm至约200μm的范围内，在约200μm至约400μm的范围内，在约400μm至约600μm的范围内，在约600μm至约800μm的范围内，以及在约800μm至约1000μm的范围内。

[0071] 第一壁31、第二壁32和第二壁33中的每一个可以具有任何适当的截面形状，例如，矩形、三角形、椭圆形、类椭圆形、圆形、半圆形、方形、梯形、五角形、六边形等截面几何结构。可选地，第一壁31、第二壁32和第三壁33具有不规则截面形状。所述几何结构可以恒定或者可以沿着微通道的长度变化。此外，第一壁31、第二壁32和第三壁33中的每一个可以具有任何选择的布置或构造，包括线性、非线性、融合、分支、回路、扭曲、阶梯等构造。

[0072] 可选地，第一轨道21和第二轨道22之间沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的法线距离在约10nm至约1000μm的范围内，例如，在约10nm至约25nm的范围内，在约25nm至约50nm的范围内，在约50nm至约75nm的范围内，在约75nm至约100nm的范围内，在约100nm至约250nm的范围内，在约250nm至约500nm的范围内，在约500nm至约750nm的范围内，在约750nm至约1μm的范围内，在约1μm至约10μm的范围内，在约10μm至约100μm的范围内，在约
100μm至约200μm的范围内，在约200μm至约400μm的范围内，在约400μm至约600μm的范围内，在约600μm至约800μm的范围内，以及在约800μm至约1000μm的范围内。

[0073] 可选地，微通道40沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的宽度与第一轨道21和第二轨道22之间沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的法线距离之比在约1:1.5至约1:100的范围内，例如，在约1:1.5至约1:2的范围内，在约1:2至约1:3的范围内，在约1:3至约1:4的范围内，在约1:4至约1:5的范围内，在约1:5至约1:6的范围内，在约1:6至约1:7的范围内，在约1:7至约1:8的范围内，在约1:8至约1:9的范围内，在约1:9至约1:10的范围内，在约1:10至约1:20的范围内，在约1:
20至约1:30的范围内，在约1:30至约1:40的范围内，在约1:40至约1:50的范围内，在约1:50至约1:60的范围内，在约1:60至约1:70的范围内，在约1:70至约1:80的范围内，在约1:80至约1:90的范围内，以及在约1:90至约1:100的范围内。可选地，微通道40沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的宽度与第一轨道
21和第二轨道22之间沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的法线距离之比在约1:2至约1:10的范围内，例如，在约1:3至约1:4的范围内。

[0074] 可选地，微通道40沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的宽度与第三壁33沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的宽度之比在约1:1.5至约1:100的范围内，例如，在约1:1.5至约1:2的范围内，在约1:2至约1:3的范围内，在约1:3至约1:4的范围内，在约1:4至约1:5的范围内，在约1:5至约1:6的范围内，在约1:6至约1:7的范围内，在约1:7至约1:8的范围内，在约1:8至约1:9的范围内，在约1:9至约1:10的范围内，在约1:10至约1:20的范围内，在约1:20至约1:30的范围内，在约1:30至约1:40的范围内，在约1:40至约1:50的范围内，在约1:50至约1:60的范围内，在约1:60至约1:70的范围内，在约1:70至约1:80的范围内，在约1:80至约1:90的范围内，以及在约1:90至约1:100的范围内。可选地，微通道40沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的宽度与第三壁33沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的宽度之比在约1:2至约1:10的范围内，例如，在约1:3至约1:4的范围内。

[0075] 可选地，微通道40沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的宽度与第一壁31沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的宽度之比在约1:1.5至约1:100的范围内，例如，在约1:1.5至约1:2的范围内，在约1:2至约1:3的范围内，在约1:3至约1:4的范围内，在约1:4至约1:5的范围内，在约1:5至约1:6的范围内，在约1:6至约1:7的范围内，在约1:7至约1:8的范围内，在约1:8至约1:9的范围内，在约1:9至约1:10的范围内，在约1:10至约1:20的范围内，在约1:20至约1:30的范围内，在约1:30至约1:40的范围内，在约1:40至约1:50的范围内，在约1:50至约1:60的范围内，在约1:60至约1:70的范围内，在约1:70至约1:80的范围内，在约1:80至约1:90的范围内，以及在约1:90至约1:100的范围内。可选地，微通道40沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的宽度与第一壁31沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的宽度之比在约1:2至约1:10的范围内，例如，在约1:3至约1:4的范围内。

[0076] 可选地，微通道40沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的宽度与第二壁32沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的宽度之比在约1:1.5至约1:100的范围内，例如，在约1:1.5至约1:2的范围内，在约1:2至约1:3的范围内，在约1:3至约1:4的范围内，在约1:4至约1:5的范围内，在约1:5至约1:6的范围内，在约1:6至约1:7的范围内，在约1:7至约1:8的范围内，在约1:8至约1:9的范围内，在约1:9至约1:10的范围内，在约1:10至约1:20的范围内，在约1:20至约1:30的范围内，在约1:30至约1:40的范围内，在约1:40至约1:50的范围内，在约1:50至约1:60的范围内，在约1:60至约1:70的范围内，在约1:70至约1:80的范围内，在约1:80至约1:90的范围内，以及在约1:90至约1:100的范围内。可选地，微通道40沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的宽度与第二壁32沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着实质上平行于基底基板的主表面的方向的宽度之比在约1:2至约1:10的范围内，例如，在约1:3至约1:4的范围内。

[0077] 可选地，第一轨道21沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着突出方向的高度与第一壁31沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着突出方向的高度之比在约1:1.5至约1:100的范围内，例如，在约1:1.5至约1:2的范围内，在约1:2至约1:3的范围内，在约1:3至约1:4的范围内，在约1:4至约1:5的范围内，在约1:5至约1:6的范围内，在约1:6至约1:7的范围内，在约1:7至约1:8的范围内，在约1:8至约1:9的范围内，在约1:9至约
1:10的范围内，在约1:10至约1:20的范围内，在约1:20至约1:30的范围内，在约1:30至约1:
40的范围内，在约1:40至约1:50的范围内，在约1:50至约1:60的范围内，在约1:60至约1:70的范围内，在约1:70至约1:80的范围内，在约1:80至约1:90的范围内，以及在约1:90至约1:
100的范围内。可选地，第一轨道21沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着突出方向的高度与第一壁31沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着突出方向的高度之比在约1:2至约1:10的范围内，例如，在约1:3至约1:4的范围内。

[0078] 可选地，第二轨道22沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着突出方向的高度与第二壁32沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着突出方向的高度之比在约1:1.5至约1:100的范围内，例如，在约1:1.5至约1:2的范围内，在约1:2至约1:3的范围内，在约1:3至约1:4的范围内，在约1:4至约1:5的范围内，在约1:5至约1:6的范围内，在约1:6至约1:7的范围内，在约1:7至约1:8的范围内，在约1:8至约1:9的范围内，在约1:9至约
1:10的范围内，在约1:10至约1:20的范围内，在约1:20至约1:30的范围内，在约1:30至约1:
40的范围内，在约1:40至约1:50的范围内，在约1:50至约1:60的范围内，在约1:60至约1:70的范围内，在约1:70至约1:80的范围内，在约1:80至约1:90的范围内，以及在约1:90至约1:
100的范围内。可选地，第二轨道22沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着突出方向的高度与第二壁32沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面的沿着突出方向的高度之比在约1:2至约1:10的范围内，例如，在约1:3至约1:4的范围内。

[0079] 可以实践所述微通道结构的各种实施方式。在一些实施例中，本公开提供了一种多层微通道结构。图6A至图6B是根据本公开的一些实施例中的多层微通道结构的截面图。参照图6A至图6B，多层微通道结构包括多层微通道结构的第一层A和堆叠在第一层A的顶部的多层微通道结构的第二层B。多层微通道结构的每一层具有本文所述的微通道结构。例如，多层微通道结构的每一层可以具有图1、图2A、图2B和图2C中描述的微通道结构中的任何一种。

[0080] 在一些实施例中，参照图6A，多层微通道结构的第一层A包括：基底基板10；轨道层20，其位于基底基板10上并且包括彼此间隔开的第一轨道21和第二轨道22；壁层30，其位于轨道层20的远离基底基板10的一侧并且具有第一壁31和第二壁32，第一壁31和第二壁32彼此至少部分地间隔开，从而形成第一壁31和第二壁32之间的微通道40。多层微通道结构的第二层B包括：第二基底基板10’；第二轨道层20’，其位于第二基底基板10’上并且包括彼此间隔开的第三轨道21’和第四轨道22’；第二壁层30’，其位于第二轨道层20’的远离第二基底基板10’的一侧并且包括第四壁31’和第五壁32’，第四壁31’和第五壁32’彼此至少部分地间隔开，从而形成第四壁31’和第五壁32’之间的第二微通道40’。微通道40和第二微通道
40’的延伸方向可以相同。可选地，微通道40和第二微通道40’的延伸方向可以彼此不同。可选地，第二基底基板10’是平坦化层。

[0081] 在一些实施例中，多层微通道结构在多层微通道结构的第一层A与多层微通道结构的第二层B之间不包括平坦化层。参照图6B，多层微通道结构的第一层A包括：基底基板10；轨道层20，其位于基底基板10上并且包括彼此间隔开的第一轨道21和第二轨道22；壁层
30，其位于轨道层20的远离基底基板10的一侧并且具有第一壁31和第二壁32，第一壁31和第二壁32彼此至少部分地间隔开，从而形成第一壁31和第二壁32之间的微通道40。多层微通道结构的第二层B包括：第二轨道层20’，其位于壁层30上并且具有彼此间隔开的第三轨道21’和第四轨道22’；第二壁层30’，其位于第二轨道层20’的远离壁层30的一侧并且包括第四壁31’和第五壁32’，第四壁31’和第五壁32’彼此至少部分地间隔开，从而形成第四壁
31’和第五壁32’之间的第二微通道40’。微通道40和第二微通道40’的延伸方向可以相同。
可选地，微通道40和第二微通道40’的延伸方向可以彼此不同。壁层30构成第二基底基板，在该第二基底基板上形成多层微通道结构的第二层B。

[0082] 在另一方面，本公开提供了一种微流体装置，其具有微通道和集成在微流体装置中的电极。集成电极(例如如图1、图2A至图2C中示出的第一轨道21和第二轨道22)可以有效地检测微通道40内部的各种物理和/或化学参数。可以通过集成电极测量的适当参数的示例包括：微通道40中位于两个集成电极之间的区域的电阻、微通道40中位于两个集成电极之间的区域中的电压电平、微通道40中位于两个集成电极之间的区域中的电容等等。通过测量这些参数，微流体装置可以高效地检测微通道40中的生物和化学分子，并且可以用于各种相关应用中，比如基因测序。

[0083] 此外，具有集成电极的微流体装置可以方便地用作主动控制装置。具体而言，外部电压或外部电场可以通过集成电极而施加至微通道40中位于这两个集成电极之间的区域，从而有效地改变微通道40的电化学性质。在一个示例中，施加至集成电极的外部电压可以改变微通道40中的静电排斥区的面积大小。在另一个示例中，微流体装置是运送控制装置，并且集成电极可以控制通过微通道40的物质的运送。例如，集成电极可以构造为控制微通道40使得仅分子量大小处于特定范围内的分子可以通过，从而滤除或浓缩(enrich)目标物质。在一个示例中，微流体装置是过滤器。在另一个示例中，微流体装置是分离器，其构造为将分子彼此分离。在另一个示例中，微流体装置是浓缩器，其构造为提纯特定分子。

[0084] 在一些实施例中，微流体装置包括控制电极(例如，栅极)。可选地，轨道层构成微流体装置的控制电极，以控制通过微通道的物质(例如，诸如DNA的核酸分子)的运送。参照图2C，在一些实施例中，轨道层20包括彼此间隔开的第一轨道21和第二轨道22、以及连接第一轨道21和第二轨道22的基部23。轨道层20的沿着实质上垂直于延伸方向E的平面的截面为U形。在一些实施例中，U形轨道层用作微流体装置的控制电极。通过设置U形控制电极，由控制电极产生的电场大大增强，提高了遍布微通道40分布的电场的强度和电场的均匀性。因此，与常规微流体装置相比，该微流体装置的性能可以大大改善。当前微流体装置在微流体技术中具有许多应用，其示例包括：离子阀、分子阀、电控微流体装置、光控微流体装置、离子晶体管等等。

[0085] 图7A和图7B是根据本公开的一些实施例中的微流体装置的示意图。参照图7A，在一些实施例中，微流体装置是电控微流体装置，其具有与微通道结构的轨道层20电连接的晶体管T。晶体管T构造为被供有控制电压Vc。当晶体管T导通时，控制电压Vc被传递至轨道层20。可选地，如上所述，微通道结构是用于控制通过微通道40的物质的运送的微通道结构，并且轨道层20是微流体装置的控制电极。通过将控制信号Vc传输至轨道层20，可以对微通道40中的物质的运送进行电控制。

[0086] 参照图7B，在一些实施例中，微流体装置是光控微流体装置，其具有与轨道层20电连接的光传感器PS。当光传感器PS被照射时，其产生光电压信号，所述光电压信号被传输至轨道层20。可选地，如上所述，微通道结构是用于控制通过微通道40的物质的运送的微通道结构，并且轨道层20是微流体装置的控制电极。通过将光电压信号传输至轨道层20，可以对微通道40中的物质的运送进行光控制。

[0087] 可选地，微流体装置是离子晶体管。图8是示出根据本公开的一些实施例中的具有微通道的离子晶体管的结构的示意图。参照图8，轨道层20用作离子晶体管的栅极，并且构造为被提供有栅极驱动信号Vg。参照图8，在一些实施例中，轨道层20包括彼此间隔开的第一轨道21和第二轨道22、以及连接第一轨道21和第二轨道22的基部23。轨道层20的沿着实质上垂直于延伸方向的平面的截面为U形。在一些实施例中，U形轨道层用作离子晶体管的栅极。

[0088] 图9是示出根据本公开的一些实施例中的微流体装置中的微通道的应用的示意图。参照图9，通过流量控制系统驱动流体样本(例如，气体或液体)流入连接通道1。在一些实施例中，流量控制系统包括电泳、压力泵和其他驱动机构中的一个或组合。通过连接通道1，流体样本流入储存部1，其转而与根据本公开的微通道连接。储存部1自身可以为微型通道。然后，流体样本流入微通道，其控制流体样本在流体芯片中的运送。在微通道的控制下，流体样本流入储存部2、连接通道2、并最终流出流体芯片。

[0089] 在另一方面，本公开提供了一种传感器，其包括本文描述的或通过本文描述的方法制造的微通道结构。

[0090] 在另一方面，本公开提供了一种传感系统，其具有本文描述的传感器。

[0091] 在另一方面，本公开提供了一种微流体装置，其包括本文描述的或通过本文描述的方法制造的微通道结构。

[0092] 在另一方面，本公开提供了一种微流体系统，其具有本文描述的微流体装置。

[0093] 在另一方面，本公开提供了一种芯片实验室装置，其包括本文描述的或通过本文描述的方法制造的微通道结构。

[0094] 在另一方面，本公开提供了一种芯片实验室系统，其具有本文描述的芯片实验室装置。

[0095] 在另一方面，本公开提供了一种制造微通道结构的方法。图10是示出根据本公开的一些实施例中的制造微通道结构的方法的流程图。参照图10，在一些实施例中，所述方法包括：在基底基板上形成轨道层；和在形成轨道层之后，在轨道层的远离基底基板的一侧形成壁层。可选地，形成轨道层的步骤包括：形成彼此间隔开的第一轨道和第二轨道。可选地，形成壁层的步骤包括：形成彼此间隔开的第一壁和第二壁，从而形成第一壁和第二壁之间的微通道。可选地，微通道形成为具有沿着实质上平行于基底基板的主表面的平面的延伸方向，所述延伸方向实质上平行于第一轨道和第二轨道的沿着实质上平行于基底基板的主表面的平面的延伸方向。

[0096] 图11A至图11F示出了根据本公开的一些实施例中的制造微通道结构的过程。参照图11A，提供基底基板10。与常规微通道结构制造方法相比，当前方法使得微通道结构能够直接制造在在形成微通道结构之前已经形成有电子装置(例如，传感器)的其他组件的基底基板上。因此，在一些实施例中，基底基板10包括电极结构。可选地，基底基板10是具有传感器(包括传感电路)的电极结构的基板。

[0097] 参照图11B，在基底基板10上形成轨道层20。在一些实施例中，形成轨道层20的步骤包括形成第一轨道21和第二轨道22。可选地，在单次构图步骤中形成第一轨道21和第二轨道22。用于形成第一轨道21和第二轨道22的适当方法的示例包括：光刻蚀工艺、电子束光刻工艺、纳米压印光刻、刻蚀工艺(例如，干法刻蚀)、热腐蚀工艺、或它们的组合。在一个示例中，首先在基底基板10上沉积轨道层材料从而形成轨道层材料层，随后，对轨道层材料层进行构图，从而形成第一轨道21和第二轨道22。取决于微通道结构的应用，轨道层20可由各种适当材料制成，包括绝缘材料、半导体材料、导电材料、或它们的组合。

[0098] 图11C是第一轨道21和第二轨道22的平面图。参照图11C，在一些实施例中，第一轨道21和第二轨道22沿着实质上平行于基底基板10的主表面的平面实质上彼此平行地沿着延伸方向E延伸。可选地，第一轨道21和第二轨道22的沿着实质上平行于基底基板10的主表面的平面的延伸方向E限定了将要在后续步骤中形成的微通道的延伸方向。

[0099] 参照图11D，在形成轨道层20之后，在轨道层20的远离基底基板10的一侧沉积壁层材料，从而形成壁层材料层30”。由于第一轨道21和第二轨道22的存在，与基底基板10的其他区中的沉积速率相比，壁层材料以相对快的速率首先沉积在第一轨道21和第二轨道22上及附近。如图11D所示，在一些实施例中，壁层材料层30”形成为具有位于第一轨道21上和周围的第一突部31”、位于第二轨道22上和周围的第二突部32”、以及连接第一轨道21和第二轨道22的基部33”。

[0100] 各种适当沉积方法和适当沉积设备可用于沉积壁层材料。适当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)。可选地，通过溅射方法沉积壁层材料。

[0101] 各种适当溅射方法和适当溅射设备可用于溅射壁层材料。适当溅射设备的示例包括：直流溅射设备、射频溅射设备、脉冲直流溅射设备、磁控溅射设备、和脉冲直流磁控溅射设备。适当溅射的示例包括物理溅射和反应溅射。在一个示例中，具有轨道层20形成于其上的基部被置于溅射腔室中，并且经受利用了溅射靶材的溅射，所述溅射靶材包括壁层材料或其前体。在另一示例中，溅射温度是室温，溅射气氛包括氧气和氩气，溅射功率为5kW，溅射气氛压力为0.2Pa，并且溅射设备是磁控溅射设备。

[0102] 在一些实施例中，所述方法还包括：通过控制溅射壁层材料的持续时间或功率来控制微通道的尺寸和形状。更长的溅射时间或更高的溅射功率使得第一突部31”和第二突部32”变得更大，并且微通道的尺寸变得更小。

[0103] 参照图11E，在一些实施例中，微通道40形成于第一壁31与第二壁32之间。在一些实施例中，溅射持续时间或溅射功率控制在一定范围内使得第一壁31和第二壁32形成为在微通道40的与基底基板10相对的一侧彼此至少部分地分离，例如，微通道40形成为在与基底基板10相对的一侧至少部分地敞开。可选地，在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面的平面的延伸方向E的实质整个长度上，第一壁31和第二壁32形成为在微通道40的与基底基板10相对的一侧彼此分离。可选地，在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面的平面的延伸方向E的长度的一个或多个第一部分上，第一壁31和第二壁32形成为在微通道40的与基底基板10相对的一侧彼此分离，并且在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面的平面的延伸方向E的长度的一个或多个第二部分上，第一壁31和第二壁32形成为在微通道40的与基底基板10相对的一侧彼此连接。

[0104] 参照图11E，在一些实施例中，第一壁31形成为沿着突出方向P远离第一轨道21的远离基底基板10的一侧地突出，第二壁32形成为沿着突出方向P远离第二轨道22的远离基底基板10的一侧地突出。第一壁31和第二壁32形成为在壁层30的至少一部分中沿着突出方向P彼此完全间隔开，从而形成在与基底基板10相对的一侧至少部分地敞开的微通道40。

[0105] 参照图11F，在一些实施例中，微通道40形成于第一壁31与第二壁32之间。在一些实施例中，溅射持续时间或溅射功率控制在一定范围内使得第一壁31和第二壁32形成为在微通道40的与基底基板10相对的一侧彼此连接，例如，微通道40形成为在与基底基板10相对的一侧实质上闭合。可选地，微通道40形成为在与基底基板10相对的一侧实质上闭合。可选地，在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面的平面的延伸方向E的实质整个长度上，第一壁31和第二壁32形成为在微通道40的与基底基板10相对的一侧彼此连接。可选地，在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面的平面的延伸方向E的长度的一个或多个第一部分上，第一壁31和第二壁32形成为在微通道40的与基底基板10相对的一侧彼此连接，并且在微通道40的沿着其沿着实质上平行于基底基板10的主表面的平面的延伸方向E的长度的一个或多个第二部分上，第一壁31和第二壁32形成为在微通道40的与基底基板10相对的一侧彼此分离。

[0106] 参照图11E和图11F，在一些实施例中，形成壁层的步骤还包括形成第三壁33，其连接第一轨道21和第二轨道22。如上所述，壁层材料在第一轨道21与第二轨道22之间的区域中的沉积速率与在第一轨道21和第二轨道22上和周围的沉积相比较小，第三壁33形成为构成微通道40的底部侧。可选地，第三壁33形成为与基底基板10直接接触。

[0107] 在当前方法中，轨道层20首先形成为低分辨率模板以形成高分辨率的微通道40。随后将壁层材料溅射到基底基板10上。第一轨道21和第二轨道22向上突出，并且用作用于积聚壁层材料的主要生长点。随着壁层材料持续积聚在第一轨道21和第二轨道22上及周围，第一突部31”和第二突部32”的截面的宽度持续增大，并且第一突部31”和第二突部32”之间的距离持续减小，从而形成高分辨率微通道40。由于通过将壁层材料溅射到基底基板
10上而形成微通道40，微通道40的分辨率不受构图装置或刻蚀装置的分辨率的限制。由于通过溅射壁层材料形成第一壁31和第二壁32，当前方法避免了对分别针对各种不同微通道材料的适当刻蚀剂的显影的需要。当前方法适用于使用各种适当材料形成微通道40。

[0108] 在一些实施例中，可以利用光刻工艺形成壁层。可选地，光刻工艺包括构图工艺和刻蚀工艺。构图工艺的示例包括UV曝光和显影、电子束曝光和显影、基于激光的直写工艺、纳米压印等。刻蚀工艺的示例包括干法刻蚀、湿法刻蚀、反应离子束刻蚀和高温煅烧。

[0109] 在一些实施例中，本公开提供了一种制造多层微通道结构的方法。可选地，多层微通道结构的每一层可以通过本文所述的制造微通道的方法(例如，图10和图11A至图11F所描述的方法)而制造。在一些实施例中，多层微通道结构形成为包括第一层和第二层，第二层形成为堆叠在第一层的顶部。具体地，形成第一层的步骤包括：在基底基板上形成轨道层；和在形成轨道层之后，在轨道层的远离基底基板的一侧形成壁层；形成第二层的步骤包括：在第二基底基板上形成第二轨道层；和在形成第二轨道层之后，在第二轨道层的远离第二基底基板的一侧形成第二壁层。形成轨道层的步骤包括形成彼此间隔开的第一轨道和第二轨道，并且形成壁层的步骤包括形成彼此间隔开的第一壁和第二壁，从而形成第一壁与第二壁之间的微通道。形成第二轨道层的步骤包括形成彼此间隔开的第三轨道和第四轨道，并且形成第二壁层的步骤包括形成彼此间隔开的第四壁和第五壁，从而形成第四壁与第五壁之间的第二微通道。

[0110] 可选地，制造多层微通道结构的方法包括：在基底基板上形成多层微通道结构的第一层；在多层微通道结构的第一层上形成平坦化层，从而形成平坦表面；以及在平坦化层的远离基底基板的一侧形成多层微通道结构的第二层。平坦化层构成用于形成多层微通道结构的第二层的第二基底基板。

[0111] 可选地，多层微通道结构形成为在多层微通道结构的第一层与多层微通道结构的第二层之间不包括平坦化层。可选地，制造多层微通道结构的方法包括：在基底基板上形成多层微通道结构的第一层；以及在多层微通道结构的第一层的远离基底基板的一侧形成多层微通道结构的第二层。可选地，多层微通道结构的第一层的壁层构成用于形成多层微通道结构的第二层的第二基底基板。

[0112] 在另一方面，本公开提供了一种制造传感器芯片的方法。在一些实施例中，所述方法包括：在基底基板上形成传感器芯片的电极结构；并且在形成电极结构之后，直接在电极结构上形成一个或多个微通道结构。形成所述一个或多个微通道结构的步骤可以如上所述地执行。在一些实施例中，形成一个或多个微通道结构的步骤包括：在电极结构的远离基底基板的一侧形成轨道层；和在形成轨道层之后，在轨道层的远离电极结构的一侧形成壁层。可选地，形成轨道层的步骤包括：形成彼此间隔开的第一轨道和第二轨道。可选地，形成壁层的步骤包括：形成至少部分地彼此间隔开的第一壁和第二壁，从而形成第一壁和第二壁之间的微通道。可选地，微通道形成为具有沿着实质上平行于基底基板的主表面的平面的延伸方向，所述延伸方向实质上平行于第一轨道和第二轨道的沿着实质上平行于基底基板的主表面的平面的延伸方向。

[0113] 可选地，利用电极材料形成第一轨道和第二轨道。可选地，第一轨道和第二轨道形成为传感器芯片的两个传感器电极。

[0114] 出于示意和描述目的已示出对本发明实施例的上述描述。其并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的确切形式或示例性实施例。因此，上述描述应当被认为是示意性的而非限制性的。显然，许多修改和变形对于本领域技术人员而言将是显而易见的。选择和描述这些实施例是为了解释本发明的原理和其最佳方式的实际应用，从而使得本领域技术人员能够理解本发明适用于特定用途或所构思的实施方式的各种实施例及各种变型。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同形式限定，其中除非另有说明，否则所有术语以其最宽的合理意义解释。因此，术语“发明”、“本发明”等不一定将权利范围限制为具体实施例，并且对本发明示例性实施例的参考不隐含对本发明的限制，并且不应推断出这种限制。本发明仅由随附权利要求的精神和范围限定。此外，这些权利要求可涉及使用跟随有名词或元素的“第一”、“第二”等术语。这种术语应当理解为一种命名方式而非意在对由这种命名方式修饰的元素的数量进行限制，除非给出具体数量。所描述的任何优点和益处不一定适用于本发明的全部实施例。应当认识到的是，本领域技术人员在不脱离随附权利要求所限定的本发明的范围的情况下可以对所描述的实施例进行变化。此外，本公开中没有元件和组件是意在贡献给公众的，无论该元件或组件是否明确地记载在随附权利要求中。

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