本發(fā)明涉及樣品檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于樣品檢測(cè)的芯片及其封裝方法。

背景技術(shù)：

微流控芯片技術(shù)是一種在微米尺度的流道中對(duì)極小量(一般為微升、納升或皮升量級(jí))流體進(jìn)行精確操控的系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)，是現(xiàn)代生物和化學(xué)科學(xué)的一個(gè)重要的信息采集和處理平臺(tái)。應(yīng)用此技術(shù)可以將生化領(lǐng)域中涉及的樣品制備、反應(yīng)、檢測(cè)、分離或細(xì)胞培養(yǎng)、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(wǎng)絡(luò)，從而可以控制流體貫穿整個(gè)系統(tǒng)。這樣不僅能夠完成傳統(tǒng)生物和化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的自動(dòng)化操作、檢測(cè)與分析，還可順利實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)生物學(xué)和化學(xué)手段下很難完成或不能完成的某些實(shí)驗(yàn)。微流控芯片技術(shù)以其將各種單元技術(shù)在整體可控的微小平臺(tái)上靈活組合、規(guī)模集成等優(yōu)勢(shì)，在生物、化學(xué)及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)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(lái)，從而使微流道13形成相對(duì)密封的狀態(tài)。

當(dāng)微流控芯片應(yīng)用于光學(xué)檢測(cè)時(shí)，將待檢測(cè)樣本與試劑放在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)使其反應(yīng)，通過(guò)光學(xué)方法對(duì)檢測(cè)反應(yīng)后生成物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。這就要求芯片材質(zhì)本身對(duì)光線的吸收程度特別小，以盡可能地減小材料本身對(duì)光學(xué)檢測(cè)的影響。該芯片對(duì)光線(特別是紫外波段光線，340nm波長(zhǎng))的透過(guò)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(yōu)良的材料，材料本身的價(jià)格就比較昂貴，而且芯片基板上會(huì)設(shè)計(jì)很多微流道、用于光學(xué)檢測(cè)的各種腔室等，對(duì)加工要求較高，使得生產(chǎn)工藝比較繁瑣，進(jìn)一步導(dǎo)致了芯片的制作成本居高不下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于樣品檢測(cè)的芯片及其封裝方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的芯片應(yīng)用于光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域時(shí)，由于材質(zhì)本身對(duì)透光率要求高、生產(chǎn)工藝較復(fù)雜等原因，從而導(dǎo)致的芯片制作成本高的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明一方面提供了一種用于樣品檢測(cè)的芯片，包括基板、設(shè)置于基板上方的上蓋板以及設(shè)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(shè)置有貫穿于上端面和下端面的通孔。

在一個(gè)實(shí)施例中，芯片為微流控芯片，通孔包括微流道、反應(yīng)腔室和檢測(cè)腔室中的一種或多種。

在一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(guò)介質(zhì)密封。

在一個(gè)實(shí)施例中，介質(zhì)為膠層。

在一個(gè)實(shí)施例中，膠層為壓敏雙面膠、紫外光固化膠或光學(xué)級(jí)雙面膠。

在一個(gè)實(shí)施例中，上蓋板和/或下蓋板為板材或薄膜材料，材質(zhì)為硅、玻璃、石英中的一種。

在一個(gè)實(shí)施例中，上蓋板和/或下蓋板為板材或薄膜材料，材質(zhì)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(duì)苯二甲酸乙二醇酯中的一種或多種。

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

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

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

在本發(fā)明實(shí)施例提供的用于樣品檢測(cè)的芯片中，其基板上設(shè)計(jì)的通孔是貫穿的，故降低了基板材質(zhì)對(duì)于透光率的要求，使得對(duì)于基板材質(zhì)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(chǎn)過(guò)程中對(duì)加工要求也相應(yīng)降低，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝流程。雖然本實(shí)施例提出的芯片結(jié)構(gòu)增加了一層蓋板結(jié)構(gòu)，需選用透光性優(yōu)良的材質(zhì)，但是由于上/下蓋板材質(zhì)的純物料成本只有基板材料成本的1/10左右，且沒(méi)有功能性流道及腔室結(jié)構(gòu)，制作加工成本也會(huì)相應(yīng)較低。所以本實(shí)施例提供的芯片結(jié)構(gòu)在滿足透光率的同時(shí)，極大地降低了芯片的總體成本。

利用本發(fā)明實(shí)施例提供的用于樣品檢測(cè)的芯片的封裝方法，使基板上貫穿的反應(yīng)腔室、檢測(cè)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(nèi)部相對(duì)密封的流路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了芯片功能的同時(shí)，也滿足了芯片對(duì)于透光率的要求，封裝程序簡(jiǎn)單、易操作。

附圖說(shuō)明

圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中一種微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2所示為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的一種用于樣品檢測(cè)的芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3(a)所示為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的一種用于樣品檢測(cè)的芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。

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

圖4所示為本發(fā)明第三實(shí)施例提供的一種用于樣品檢測(cè)的芯片的封裝方法的流程圖。

圖5所示為本發(fā)明第四實(shí)施例提供的一種用于樣品檢測(cè)的芯片的封裝方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

第一實(shí)施例

圖2所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種用于樣品檢測(cè)的芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該芯片包括基板22a、設(shè)置于基板22a上方的上蓋板21a以及設(shè)置于基板22a下方的下蓋板23a?；?2a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?；?2a上設(shè)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(zhǎng)方形、正方形或其他任意多邊形。

對(duì)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(zhì)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(zhì)。同樣，對(duì)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(fā)明對(duì)此不做限定。

對(duì)于基板22a的材質(zhì)，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(zhì)，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(fā)明對(duì)此不做限定。對(duì)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(fā)明對(duì)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(zhì)，通過(guò)加熱、超聲波振動(dòng)等手段使芯片材質(zhì)的接觸面達(dá)到熔融的狀態(tài)，然后固化將兩層芯片結(jié)構(gòu)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(guò)在兩層材料之間貼附一層介質(zhì)，通過(guò)介質(zhì)的固化將兩層芯片結(jié)構(gòu)密封起來(lái)。中間的介質(zhì)一般為膠層，具體可為壓敏雙面膠、紫外光固化膠或光學(xué)級(jí)雙面膠等。

在本實(shí)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(jìn)行密封。在其他實(shí)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(gè)采用間接封接法，另一個(gè)采用直接封接法；或者兩個(gè)都采用間接封接法。

通孔24a具體包括反應(yīng)腔室、檢測(cè)腔室和/或用于連接反應(yīng)腔室和檢測(cè)腔室的功能性流道等。通孔24a的形狀和數(shù)目可根據(jù)特定需求或?qū)嶋H需要而進(jìn)行不同的設(shè)定，例如，形狀可選擇圓形、橢圓形、正方形或其他多邊形，數(shù)目可以為1-30，也可以大于30，本發(fā)明對(duì)通孔24a的形狀和數(shù)目不做限定。通孔24a在基板22a上的分布位置也根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員的實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)定，一般以芯片的中心向外擴(kuò)散分布。

在本實(shí)施例提供的用于樣品檢測(cè)的芯片中，其基板上設(shè)計(jì)的通孔是貫穿的，故降低了基板材質(zhì)對(duì)于透光率的要求，使得對(duì)于基板材質(zhì)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(chǎn)過(guò)程中對(duì)加工要求也相應(yīng)降低，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝流程。雖然本實(shí)施例提出的芯片結(jié)構(gòu)增加了一層蓋板結(jié)構(gòu)，需選用透光性優(yōu)良的材質(zhì)，但是由于上/下蓋板材質(zhì)的純物料成本只有基板材料成本的1/10左右，且沒(méi)有功能性流道及腔室結(jié)構(gòu)，制作加工成本也會(huì)相應(yīng)較低。所以本實(shí)施例提供的芯片結(jié)構(gòu)在滿足透光率的同時(shí)，極大地降低了芯片的總體成本。

第二實(shí)施例

第二實(shí)施例與前述第一實(shí)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(fù)描述。如圖3(a)和圖3(b)所示，本實(shí)施例提供的用于樣品檢測(cè)的芯片為微流控芯片，包括基板22b、設(shè)置于基板22b上方的上蓋板21b以及設(shè)置于基板22b下方的下蓋板23b。基板22b上設(shè)置有檢測(cè)腔室、反應(yīng)腔室25和微流道26，其中檢測(cè)腔室是貫穿的，而反應(yīng)腔室25和微流道26是非貫穿的，也就是說(shuō)，通孔24b只包括檢測(cè)腔室。該微流控芯片用于檢測(cè)人體內(nèi)指標(biāo)，只要檢測(cè)腔室具有較高的透光性即可，反應(yīng)腔室25和微流道26對(duì)透光性沒(méi)有特別的要求，所以可以設(shè)置成非貫穿的。而在其他實(shí)施例的微流控芯片中，可以根據(jù)具體的需要將反應(yīng)腔室、檢測(cè)腔室和微流道中的一種或多種設(shè)計(jì)成通孔的形式，本發(fā)明對(duì)此不做限定。

如圖3(a)所示，反應(yīng)腔室25和微流道26設(shè)置于芯片的中間區(qū)域，而檢測(cè)腔室(即通孔24b)圍繞反應(yīng)腔室25和微流道26設(shè)置于芯片的邊緣區(qū)域。實(shí)際上上述三者的位置并沒(méi)有固定的關(guān)系，它們各自的數(shù)量也可根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的具體需要而做不同設(shè)定，本發(fā)明對(duì)此不做具體限定。另外，同一芯片上的多個(gè)通孔24b的大小和形狀可以相同或不同，本領(lǐng)域的技術(shù)人員也可根據(jù)具體需求進(jìn)行不同選擇，本發(fā)明對(duì)此不做限定。

本實(shí)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(zhì)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(duì)苯二甲酸乙二醇酯)中的一種或多種。與傳統(tǒng)的玻璃和石英相比，熱塑性聚合物的成本和加工制作費(fèi)用更低，且更適于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。

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(zhì)，其具有強(qiáng)度高、韌性好、成本低、易于加工成型等特點(diǎn)。

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(guò)膠層的固化將上下兩層芯片結(jié)構(gòu)密封起來(lái)，其膠層具體為壓敏雙面膠、紫外光固化膠和光學(xué)級(jí)雙面膠中的一種。

本實(shí)施例提供的用于樣品檢測(cè)的芯片實(shí)質(zhì)為微流控芯片，基板上的反應(yīng)腔室、檢測(cè)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(nèi)部相對(duì)密封的微流路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了微流道芯片功能的同時(shí)，也降低了基板材質(zhì)對(duì)于紫外波段透光率的要求。另外，上蓋板和/或下蓋板的材質(zhì)采用熱塑性聚合物，其成本和加工制作費(fèi)用更低，適于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)?；迮c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(jìn)行，不需要專門的配套設(shè)備進(jìn)行封裝，提高了芯片封裝良品率的同時(shí)也降低了成本，同樣也適于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。

下面將對(duì)本實(shí)施例提供的具體芯片結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)中的芯片結(jié)構(gòu)的透光性進(jìn)行對(duì)比，這將有助于對(duì)本發(fā)明的理解。但是，應(yīng)該理解，本發(fā)明并不局限于下述所用的具體材料及封裝方法。

本實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)儀器為天津微納芯科技有限公司celecarem1全自動(dòng)生化分析儀(檢測(cè)波長(zhǎng)為340nm/800nm)，在本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)本儀器主要檢測(cè)芯片對(duì)于340nm紫外波段光線的透光率。待測(cè)芯片包括兩組，第一組為本發(fā)明實(shí)施例中的芯片結(jié)構(gòu)，包括上、下兩層蓋板且基板中的檢測(cè)孔是貫穿的?；宀馁|(zhì)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(guò)壓敏雙面膠封接在一起。第二組為現(xiàn)有技術(shù)中的芯片結(jié)構(gòu)，只包括上層蓋板且基板中的檢測(cè)孔不是貫穿的?；宀馁|(zhì)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(guò)壓敏雙面膠封接在一起。

將上述兩組芯片分別進(jìn)行光源曝光檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)透過(guò)上層pc薄膜蓋板前后的光強(qiáng)數(shù)值，從而計(jì)算出吸光度和透射比。每組包括10pcs測(cè)試樣品，其測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1

通過(guò)上述對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，第二組芯片(即現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明中的芯片)在340nm波段的透光率達(dá)到91％以上，完全符合芯片對(duì)于紫外波段透光率的要求。可以看出，本發(fā)明提供的芯片結(jié)構(gòu)，在提高了芯片本身透光率的情況下，降低了總體成本，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝流程。

第三實(shí)施例

圖4所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種用于樣品檢測(cè)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(jìn)行密封處理；

步驟402：將基板的下端面與下蓋板之間進(jìn)行密封處理；其中，基板設(shè)置于上蓋板和下蓋板之間，基板上設(shè)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(zhì)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(zhì)。對(duì)于其加工方式，可采用如注塑成型、模切成型等加工工藝。

對(duì)于基板的材質(zhì)沒(méi)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(zhì)，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(yīng)腔室、檢測(cè)腔室和/或用于連接反應(yīng)腔室和檢測(cè)腔室的功能性流道等。其形狀和數(shù)目可根據(jù)特定需求或?qū)嶋H需要而進(jìn)行不同的設(shè)定，例如，形狀可選擇圓形、橢圓形、正方形或其他多邊形，數(shù)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(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員的實(shí)際需求在準(zhǔn)備基板加工前進(jìn)行設(shè)定。

利用本實(shí)施例提供的用于樣品檢測(cè)的芯片的封裝方法，使基板上貫穿的反應(yīng)腔室、檢測(cè)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(nèi)部相對(duì)密封的流路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了芯片功能的同時(shí)，也滿足了芯片對(duì)于透光率的要求，封裝程序簡(jiǎn)單、易操作。

第四實(shí)施例

如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的封裝方法包括：

步驟501：將膠層與上蓋板進(jìn)行貼合；

步驟502：將貼合有膠層的上蓋板與基板的上端面進(jìn)行密封處理；

步驟503：將膠層與下蓋板進(jìn)行貼合；

步驟504：將貼合有膠層的下蓋板與基板的下端面進(jìn)行密封處理；其中，基板設(shè)置于上蓋板和下蓋板之間，基板上設(shè)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(yīng)的反應(yīng)腔室、用于生化檢測(cè)的檢測(cè)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(shù)量及形狀可根據(jù)需要而做不同設(shè)定，形成的芯片為微流控芯片。

上蓋板和/或下蓋板的材質(zhì)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(duì)苯二甲酸乙二醇酯)中的一種或多種。與傳統(tǒng)的玻璃和石英相比，熱塑性聚合物的成本和加工制作費(fèi)用更低，且更適于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。

中間的膠層可為壓敏雙面膠、紫外光固化膠或光學(xué)級(jí)雙面膠。

利用本實(shí)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(shè)置有貫穿的通孔的基板通過(guò)膠層進(jìn)行密封，形成芯片內(nèi)部相對(duì)密封的微流路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了微流控芯片功能的同時(shí)，也滿足了其對(duì)紫外線透光率的要求。其封裝過(guò)程在常溫下即可進(jìn)行，而且不需要專門的配套設(shè)備進(jìn)行封裝，提高了芯片封裝良品率的同時(shí)，也降低了成本，適于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。