感知「利」器｜表面多功能化微流控晶元的圓片級製造方法

工欲善其事，必先利其器。在全球化的今天，專利已不僅僅是創新的一種保護手段，它已成為商業戰場中的利器。麥姆斯諮詢傾情打造MEMS、感測器以及物聯網領域的專利運營平台，整合全產業鏈知識產權資源，積極推動知識產權保護與有效利用。

微流控晶元將生物和化學領域所涉及的基本操作單位集成在一塊幾平方厘米的晶元上，由各種儲液池和相互連接的微通道網路組成，很大程度縮短了樣本處理時間，並通過精密控制液體流動，實現試劑耗材的最大利用效率，把整個化驗室的功能，包括採樣、稀釋、加試劑、反應、分離、檢測等集成在微晶元上，且可以多次使用。在生物醫學研究、藥物合成篩選、環境監測與保護、衛生檢疫、司法鑒定、生物試劑的檢測等眾多領域應用提供了極為廣闊的前景。

據麥姆斯諮詢報道，2015年，全球微流控市場規模為36.5億美元，預計2016-2021年期間複合年增長率為19.2%，2021年將增長至87.8億美元。受益於全球製藥和生物技術研究資金的投入增長，政府參與和支持力度增強，以及來自企業的投資，全球微流控市場正在快速增長。

微流控晶元有望成為分析領域「殺手級」的產品

對比第一代計算機到如今集成電路晶元的升級，微流控晶元對於傳統分析方法學的的替代有著異曲同工之妙，尤其是在分子診斷領域，微流控技術將為生物醫療檢驗或診斷帶來革命性飛躍。

微流控技術壁壘高，商業化進程剛剛開始

【推薦發明專利】

《表面多功能化微流控晶元的圓片級製造方法》

【技術背景】

傳統的微流控晶元一般是通過在晶元通道中刻蝕出複雜的三維微結構來實現相應的功能。這類技術需要昂貴的工藝成本和冗長的晶元製作時間。近期，通過在微通道表面修飾圖案化自組裝單層膜（self-assembled monolayers, SAMs）對流體在不同位置形成差異化的流阻以實現對微流體的控制成為了一個新的研究熱點。

但此類的研究多採用液相法（即向晶元通道內部注入含有SAM前驅體的甲苯或乙醇等有機生長溶液）生長SAMs，其在微通道表面修飾的SAMs厚度和密度的一致性難以保證。此外，SAMs極易在某些微區域發生團聚，如果在細小的微通道中，甚至會發生堆疊甚至堵塞，從而影響晶元的成品率。綜上，液相法生長SAMs，不僅耗時長（反應時間通常在10小時以上），可控性差（精度低），而且也難以實現微晶元的圓片級批量化製造。

【發明內容】

本發明提出一種仿IC（集成電路）的批量化多重自組裝單層膜製備工藝，以硬掩膜替代傳統的石英掩膜，通過深紫外光局域性去除自組裝單層膜，並同時在該區域生成新的活性位點（硅羥基）以生長另一種自組裝單層膜。多次重複以上步驟，即可實現多種自組裝單層膜的批量化集成製造。

申請人的研究發現，紫外光雖然可以透過石英基材，但以傳統的石英類掩膜版局域化去除SAMs具有時間長的劣勢（單次去除時間往往長達十幾個小時），而採用具有鏤空結構的硬掩膜則僅需要半小時。此外，考慮到后一步需要生長的SAM在其生長過程中，有可能會覆蓋到前一次生長SAM的表面，從而改變前一次生長SAM的表面特性。對此，申請人提出了按照表面能由低到高的次序逐次生長自組裝單層膜的方法。

利用自發吸附過程中表面能量只能降低的特性，有效屏蔽了后一步需要生長的SAM沉積過程中對已沉積自組裝單層膜的影響，使新自組裝單層膜自動生長在我們規定的區域。由於本發明採用了仿IC的工藝方法，因此不僅可以實現批量化製造，還可以使納米製造工藝與傳統的微加工工藝相兼容，這讓新型生化分析晶元的批量化製造成為可能，對推動該研究領域的產業化有著積極的意義。

【其它微流控技術相關專利】

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【相關報告】

《即時需求診斷：微流控技術應用》

《微流控市場-2016版》

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