专利名称：一种生物微喷阵列点样装置及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种点样装置及其制作方法，特别是涉及一种能够用来制备生物样品(DNA，蛋白质，生物组织等)微阵列的点样装置，以及提供了该点样装置的制作方法，属于微系统技术领域。
背景技术：
生物微阵列技术在近几年内得到了迅猛发展，特别是DNA芯片技术在疾病诊断、药物筛选、新基因寻找等方面的应用越来越广泛。由于蛋白质芯片制作的复杂性和蛋白质本身容易失活的性质，蛋白质芯片的发展和应用受到了一定的限制。制作微阵列DNA芯片和蛋白质芯片的传统方法有两种原位合成法和离位合成法。前者由于其操作过程复杂、制作流程长、所需试剂样品要求高和所需实验条件苛刻等等原因越来越不受人们关注；后者由于其制作简单、容易操作和稳定的点样效率等优势，一直为一些发明家和研究单位所关注，相继拓展开发了直接喷点法、微珠阵列法、微电极法、微印章法和纳米印刷术等等。近几年来，许多知名企业和研究单位为了进一步简化点样装置和点样过程利用气动驱动、PZT压电陶瓷驱动和表面张力驱动的原理重点开发了用于生物样品点样的多喷孔的微型装置。例如，德国弗赖堡大学IMTEK最近相继开发了TopSpot系列、NanoJet系列、PipeJet系列和DWP系列的点样装置；台湾省国立清华大学也正在研究利用微印章法(Micro-stamper)制作生物微阵列。IMTEK利用压电陶瓷形变、空气驱动直接挤压已经用MEMS技术制备好的生物微阵列芯片，使其微喷孔中一定量的生物样品脱离芯片掉落在一个修饰好的固体表面(如玻璃，硅片、塑料或聚合物)形成样品微阵列；而微印章法是利用类似盖印章的方法挤压微喷孔下方的弹性聚合物，让微贮液池中的液体与固体表面接触，由于表面张力作用液体会在已修饰好的固体表面留下样品点。2004年，Eunki Hong等(Micromachinedpiezoelectric diaphragms actuated by ring shaped interdigitatedtransducer electrodes，Sensors and Actuators A 119，2005，520-526)提出了利用溶胶—凝胶法制作的PZT厚膜在一定电场下会发生较大的形变，而且该PZT厚膜可作为微泵来驱动微管道中的微量流体；但该厚膜的有效形变对液体的驱动量很小，而且仅仅考虑了PZT厚膜对液体的流动力学的影响，没有与微结构进行联用。而我们利用该PZT厚膜与许多微结构进行集成，开发了能进行液体分配与微阵列制作的点样装置。
发明内容
本发明的目的是克服传统点样技术的不足，采用MEMS技术和PZT压电厚膜在电场驱动下形变原理制作一个新型点样装置(见图1-(1))，并提供了一套制作该点样装置的工艺流程。该点样装置的主体部分是PZT厚膜驱动器和生物微喷阵列芯片(见图1-(2))；PZT厚膜驱动器是由PZT厚膜驱动层和氧化锆缓冲层组成，生物微喷阵列芯片上已经集成制作了微进样孔、微管道、微贮液池和微喷嘴。生物样品在微管道的表面张力下可直接从微进样孔经过微管道进入微贮液池和微喷嘴，由于表面张力和重力的平衡作用它会悬挂在微喷嘴口；在微喷嘴背面的PZT压电厚膜所产生的形变驱动下，液体会被挤压出来；被挤压出来的液体会接触到喷嘴下方的生化反应芯片表面，从而留下了样品点(见图1-(3))。同时，本发明可以根据需要设计不同的微喷嘴图形，快速得到不同样品微阵列；可根据需要控制不同电极之间的电压可得到微阵列。另外，该点样装置体积仅为22mm×22mm×1mm，是一个便携式的半自动装置，能节省点样时间，简化点样操作过程，方便仪器制作与维护费用。
本发明所要解决的技术问题是，1、PZT(Piezoelectric ceramic压电陶瓷)厚膜，具有优良的微加工性能、电致形变的性能和弹性性能，现有的PZT厚膜可以利用旋涂法(sputting)、溶胶—凝胶法(sol-gel)、金属有机物化学气相淀积(MOCVD)和脉冲激光淀积(PLD)等方法制作；2、PZT厚膜微驱动器的结构设计；3、金电极的微加工性能和延展性；4、表面氧化的硅片的低温直接键合技术，可以避免PZT厚膜中的铅组分在高温下的挥发；5、MEMS工艺中深反应离子刻蚀(DRIE)技术，提供一种基于PZT厚膜驱动制备生物微喷阵列的点样装置的制作方法。
1点样装置的各部件设计及其各部件间的关联该点样装置(见图2)主要包含四层部件和结构最上面一层是玻璃层，主要起增大微进样孔高度、增大进样量和保护PZT厚膜的作用；第二层是刻蚀有微进样孔、微贮液池和微管道的硅片，用于样品进样、传输和贮存，在微贮液池的上方有PZT厚膜的驱动器；第三层是刻蚀有微喷嘴的硅片，用于样品的分配；第四层生化反应芯片。玻璃层和第一层硅片之间利用阳极键合封装，两层硅之间利用氩等离子处理后硅硅直接键合封装，形成点样系统的主体结构。
在PZT厚膜的叉指电极的两端加一定电压，厚膜发生d33形变(见图3)，在二氧化硅层的牵引下会向下发生弯曲挤压微贮液池中的样品，样品就会从微喷嘴孔中挤出形成液滴，由于微喷孔背面的硅表面疏水，液滴会与下方的生物反应芯片表面接触形成样品点，完成点样过程。
设计过程中要考虑以下影响因素1、PZT厚膜的制备工艺、电学性质、表面特性和驱动能力；2、硅材料的微电子加工性能以及表面特性；2、点样装置中微进样孔、微管道、微贮液池和微喷嘴的尺寸、大小、三维结构以及整体布局；3、PZT厚膜金电极的延展性，引线与焊接；4、点样装置各层的封装和密封性能；5、主体结构与电源的连接。根据工艺流程，将设计好的图形制作成多个掩膜版。
2点样装置的制作首先，用L-Edit版图设计软件(L-Edit Win329.00，A Division of Tanner Research，Inc.提供)设计制作微进样孔、微管道、微贮液池、微喷嘴以及叉指微电极的掩膜版，其中涉及到设计点样装置的微进样池数目、直径，微管道宽度和长度，微贮液池直径，微喷嘴阵列的数目、形状以及直径，微结构放置的形状，微电极的线宽，微电极间间距以及微电极中心区域尺寸。本发明中涉及到22mm×22mm的基片上制作出了含有5×5微阵列喷嘴(微喷嘴区域3.2mm×3.2mm)的点样装置主体结构，该结构能进行样品进样、传输、贮存和分配整个过程，见图4；微管道的线宽、微喷嘴直径与微贮液池直径的比例值是该点样装置能否成功喷出生物样品的关键。实验证明液体在50μm的微管道中会由于毛细作用自动从微进样孔流到微贮液池中；微贮液池直径与微喷嘴直径的比例值为20时，从微喷嘴中流出的液体比较均一、稳定；硅微喷阵列芯片的典型尺寸见表一。
表一硅微喷阵列芯片的典型尺寸(单位μm)
所述的装置的制作工艺是首先利用Eunki Hong等提供的方法制作PZT厚膜，在已氧化的硅片上制备氧化锆过渡层、PZT厚膜，在厚膜的上表面上淀积刻蚀出叉指电极，然后利用MEMS(微机电加工系统)技术从背面减薄硅片并分别利用光刻胶和氧化层保护刻蚀硅片，形成微管道、微进样孔和微贮液池的微结构；然后按照与另一硅片低温键合后，背面对准利用氧化层保护刻穿硅片，形成微喷嘴；然后利用阳极键合进行硅-玻璃键合增高微贮液池的高度，并保护PZT厚膜；最后利用超声压焊技术将导线引线将电源、电源管理控制系统和主体结构连接形成整个的点样仪器。在制作过程中分以下八大步骤进行(具体请参阅具体实施方式
的描述)。
2.1PZT厚膜的制作结合Eunki Hong等提供的PZT厚膜的制作方法和利用发明人的经验改进厚的具体的制作过程包括下列步骤(1)基底处理4英寸双面抛光的硅片作为基片，用半导体工艺中常规清洗工艺清洗后烘干；(2)硅片双面氧化形成约0.7μm的氧化层；(3)硅片氧化层上利用正丙醇锆制作厚约0.3-1.0μm的二氧化锆缓冲/隔离层；(4)在二氧化锆层上利用三水醋酸铅、异丙醇钛和正丙醇锆制作厚约1.5-2.0μm的PZT厚膜驱动层；2.2叉指电极的制作(1)在PZT厚膜上淀积Cr/Au，并利用图形化的光刻胶保护Au，进行腐蚀，形成叉指电极，然后电镀增加电极厚度；
(2)利用CycloteneTM(BCB)光敏苯并环丁烯(Dow chemical company，Midland，MI)作为保护层，刻蚀硅片周边多余的PZT厚膜驱动层和二氧化锆；2.3微管道、微进样孔和微贮液池的制作硅片正面制作完PZT厚膜驱动器后，再在背面制作微进样孔、微贮液池和微管道具体流程如下(1)背面对准，光刻胶保护，腐蚀氧化层，准备微管道、微进样孔和微贮液池的深反应离子刻蚀；(2)甩涂光刻胶，光刻图形化，在微进样孔和微贮液池的位置开孔；(3)利用步骤(2)中的光刻胶保护，深反应离子刻蚀出微进样孔和微贮液池；2.4去除光刻胶，利用已经图形化的氧化层保护，深反应离子刻蚀出微进样孔、微贮液池和微管道。硅——硅直接键合技术(1)按照半导体工艺中清洗工艺清洗以上得到的硅片，并烘干；(2)按照半导体工艺中清洗工艺清洗另一硅片烘干；(3)将带有PZT厚膜驱动器的硅片的反面和另一硅片的一表面用Ar等离子体处理一定时间后贴合，在300℃下利用键合机将两片硅片键合；2.5微喷嘴的制作(1)将键合上的硅片减薄；(2)背面对准，光刻图形化氧化层，准备进行微喷孔的深反应离子刻蚀；(3)光刻胶和氧化层同时保护下深反应离子刻蚀形成微喷嘴；2.6硅-玻璃阳极键合(1)玻璃打孔，防止破坏PZT厚膜，在PZT厚膜层的硅片上方键合一层玻璃，提高样品进样量，防止回流；(2)阳极键合2.7引线制作好以上三层主体结构后把微电极引出，利用超声压焊技术将导线与压焊点粘住。引线结束后，要将电源与之连接形成整个的点样仪器。
2.8微喷阵列芯片背面和生化反应芯片表面的处理微喷阵列芯片背面和生化反应芯片表面都要有一定的疏水性，也就是说这两个表面不能太浸润。如果微喷阵列芯片背面浸润，被PZT厚膜形变压出的液体会沿着微喷嘴向四周扩散，而不能形成样品点与生化反应芯片表面接触；如果生化反应芯片表面浸润，形成的样品点会在芯片表面形成较大的样品点，影响微阵列的密度。利用氟硅烷熏蒸法使这两个表面形成疏水层，满足系统要求。
综上所述(1)本发明使用的驱动方法是PZT厚膜(或者电致伸缩聚合物)在一定电场下会发生形变挤压样品，被挤压出来的样品液滴会接触到检测芯片，并在其表面留下样品点，完成一次点样过程；整个驱动过程中主要是利用PZT厚膜驱动层在电场下会形变的原理，将电能转变为机械能或机械运动，产生的热量少，特别适于易变性生物样品研究。
(2)本发明的点样装置是半自动系统，它能利用微管道的表面张力让生物样品自动从微进样池进入微贮液池；它能节省点样时间和仪器制作与维护费用，可以克服现有生物样品点样仪体积庞大、要求工作人员的工作强度高、操作过程繁杂、仪器消耗大等问题；(3)本发明的点样装置体积小，是一种便携装置，在22mm×mm的基片上制作出含有5×5微阵列喷嘴(微喷嘴区域5mm×5mm)的整个点样仪装置，该装置能完成样品进样、贮存、传输和分配整个过程。
(4)本发明的点样装置可以调节电场强度来控制点出的样品量，微喷嘴间距离可以通过改变掩膜版控制，而且点出的样品点具有同一性，克服了传统点样仪中点样针容易交叉污染，先点的样品由于长时间暴露空气中会出现“过蒸发”现象或属性改变，生物样品斑点的大小有限制，样品量不能精确控制，样品点与样品点之间的距离有限制等等问题。
(5)本发明的点样系统制作简单，工艺流程短，而且系统中应用的微喷阵列芯片的设计灵活多变，可以根据需要设计不同的微喷嘴图形，快速的得到生物样品不同形状的微阵列，制得的点样系统操作简单，应用性强；(6)氟硅烷熏蒸法在硅片和玻璃片上制备疏水性表面，方法简单实用。
图1生物微喷阵列点样装置的示意图(1)生物微喷阵列点样装置结构示意图
(2)微喷阵列点样装置主体部分整体示意图(3)基于PZT厚膜驱动的微喷阵列点样的原理2生物微喷阵列点样装置主体部分截面3PZT厚膜在一定电场下发生形变压缩原理图(1)自由边界条件下，PZT厚膜在未加电场时的自由状态；(2)自由边界条件下，PZT厚膜在加电场下发生d31形变压缩；(3)自由边界条件下，PZT厚膜在未加电场时的自由状态；(4)自由边界条件下，PZT厚膜在加电场下发生d33形变压缩；图4利用硅基底制作5×5生物微喷阵列点样装置的掩膜版示意图(1)微进样池、微管道、微贮液池图形示意图(2)微进样池、微贮液池图形示意图(3)微喷嘴图形示意5叉指微电极近景6基于PZT厚膜驱动的生物微喷阵列装置的制作流程示意中(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)和(12)为工艺步骤，具体为(1)-清洗硅衬底 (2)-双面氧化(3)-制备氧化锆缓冲层 (4)-制备PZT厚膜层(5)-溅射金电极 (6)-电极图形化并除去多余的PZT厚膜(7)-BCB光刻胶保护PZT厚膜，硅片背面氧化层进行图形化(8)-光刻胶保护刻蚀出微进样孔、微贮液池(9)-氧化层保护刻蚀出微管道 (10)-与另一硅片键合(11)-背面磨片减薄(12)-背面对准，光刻胶保护刻蚀出微喷嘴(13)-阳极键合1-PZT厚膜微驱动器 2-微喷阵列芯片3-生化反应芯片4-样品点5-pyrex玻璃 6-进样孔7-微管道 8-微贮液池9-微喷嘴 10-叉指微电极
11-样品柱 12-硅13-PZT厚膜(锆钛酸铅厚膜) 14-二氧化锆膜15-氧化硅 16-溅射金17-光刻胶 18-压焊点19-BCB光刻胶保护层具体实施方法通过下面的具体实施方式
以进一步阐明本发明所提供的点样装置及制作方法包括三部分1、点样装置的整体设计和各部分结构的设计；2、点样装置各部分结构的制作工艺流程；3、点样装置各部分的键合封装及其测试。
实施例5×5微喷阵列点样系统的制作设计该点样装置时考虑以下多个参数PZT厚膜的厚度，微喷阵列芯片的尺寸，微结构(包括未进样池、微管道、微贮液池及其微喷孔)的图形、深度与宽度，微驱动器电极材料选择、图形、厚度及其引线的布线，尤其微贮液池的直径和深度，微喷嘴的直径和深度，等等。将设计好的图形分别制成微结构中的掩膜版(见图4-(1)、(2)、(3))和叉指电极掩膜版(见图5)，以进一步光刻转移到硅基片上。
5×5微喷阵列点样装置(22mm×22mm×1mm)的制作工艺，包括下列步骤(1)基底处理4英寸双面抛光的硅片作为基片，用一般半导体工艺中清洗工艺清洗后烘干，见图6-(1)；(2)硅片双面氧化形成约0.7μm的氧化层，见图6-(2)；(3)硅片氧化层上制作二氧化锆缓冲/隔离层①正丙醇锆(液体)混合于乙二醇甲醚中，在干燥的氩气气氛中110℃下反应2小时，蒸馏去除一些副产物，并在25℃下搅拌混匀；②利用体积比为23∶7∶70的醋酸、乙酰丙酮和乙二醇甲醚的混合物稀释反应物，最终混合物中二氧化锆浓度为0.4M；③以3000rpm转速甩涂以上混合物30s，然后300℃-500℃下热解，接着在700℃下退火60s，形成约70nm的二氧化锆层；④多次重复步骤③可得到0.3-1.0μm的二氧化锆，见图6-(3)；(4)在二氧化锆层上制作PZT厚膜驱动层①三水醋酸铅固体溶于乙二醇甲醚，并在120℃下脱水；②正丙醇锆液体和异丙醇钛液体同时溶于乙二醇甲醚，并在25℃下搅拌混匀10min；③将①和②中的混合物混合，在115℃下反应2h，蒸馏去除副产物，并在25℃下搅拌混匀10min；④利用体积比为5∶22∶73的醋酸、乙酰丙酮和乙二醇甲醚的混合物稀释以上反应物，使最终混合物中PZT浓度为0.75M；⑤以1500rpm转速甩涂以上混合物30s，然后300℃-500℃下热解，接着在700℃下退火60s，形成厚约0.2μm的PZT厚膜；⑥多次重复步骤⑤可得到厚度为1.5-2.0μm的PZT厚膜。
(5)在PZT厚膜上淀积Cr/Au，Au层厚度约2000，见图6-(5)；(6)利用图形化的光刻胶保护Cr/Au，进行腐蚀，形成叉指微电极，并电镀增加电极厚度约1μm；(7)利用光刻图形化后的BCB光刻胶保护，刻蚀硅片周边多余的PZT厚膜和二氧化锆，见图6-(6)；(8)PZT厚膜利用BCB光刻胶保护，见图6-(7)；(9)硅片背面对准，甩涂光刻胶，将图4-(1)的掩膜版图形转移到光刻胶，光刻胶保护，图形化氧化层，准备微贮液池、微管道和微进样孔的刻蚀，图6-(7)；(10)甩涂光刻胶，将图4-(2)的掩膜版图形转移到光刻胶，在微进样孔和微贮液池的位置开孔，并利用图形化的光刻胶保护，深反应离子刻蚀出微进样孔和微贮液池，见图6-(8)；(11)去除光刻胶，利用已经图形化的氧化层保护，深反应离子刻穿硅片，形成微管道、微进样孔和微贮液池，见图6-(9)；(12)按照半导体工艺中清洗工艺清洗以上得到的硅片，并烘干；(13)按照半导体工艺中清洗工艺清洗另一已去除氧化层的硅片，烘干；
(14)将带有PZT厚膜的硅片的反面和另一硅片的一表面用Ar等离子体处理一定时间后贴合，在300℃下利用键合机将两片硅片键合，见图6-(10)，键合后并利用红外观察仪检查键合效果；(15)将键合上的硅片减薄至约200μm，见图6-(11)；(16)背面对准，甩涂光刻胶，将图4-(3)的掩膜版图形转移到光刻胶，光刻胶保护下深反应离子刻穿硅片，形成微喷嘴，见图6-(12)；(17)玻璃打孔，防止破坏PZT厚膜，在PZT厚膜层的硅片上方键合一层玻璃，并可提高样品进样量，防止回流；(18)将BCB光刻胶保护层除去，并清洗表面，与已打孔的玻璃进行阳极键合，见图6-(13)；(19)利用银浆导电胶将细导线与叉指电极的压焊点粘住，并与电源连接；(20)利用氟硅烷熏蒸法将微喷嘴附近表面和玻璃片(生化反应芯片)表面进行疏水化。
最后，对制成的5×5微喷阵列芯片进行测试与得到的结果使用者用取样枪从微进样池滴入生物样品，生物样品在微管道表面张力的作用下会从微进样池自动流经微管道到达微贮液池和微喷孔，并会充满整个微管道、微贮液池和微喷孔。由于微喷嘴外侧的表面是疏水性的，液体在表面张力和液体重力的作用下会平衡在微喷嘴处。PZT厚膜驱动器在一定电场(约60KV/mm)下发生形变约4μm，挤压微贮液池和微喷孔中的生物样品，形成样品柱；被挤出的一部分液体与生化反应检测芯片表面接触，生物样品就会自动脱离微喷孔，这样就会在生化反应检测芯片上形成所需要的生物样品斑点，完成了点样的整个过程。
权利要求
1.一种生物微喷阵列点样装置，其特征在于所述的装置是由四层部件组成最上面一层是玻璃层，第二层是刻蚀有微进样孔、微贮液池和微管道的硅片，第三层是刻蚀有微喷嘴的硅片以及第四层生化反应芯片；在微贮液池的上方有PZT厚膜的驱动器；所述的PZT厚膜驱动器是由PZT厚膜驱动器和氧化锆缓冲层组成。
2.按权利要求1所述的生物微喷阵列点样装置，其特征在于第一层玻璃层和第二层的硅片间阳极键合封装；第二层的硅片和第三层的硅片之间是利用氩等离子直接键合封装。
3.按权利要求1所述的生物微喷阵列点样装置，其特征在于(1)微进样孔直径为1000或1500μm，深度为2450μm；(2)微管道长度为1500、2000或3000μm，深度为30、50、75或100μm，宽度为30、50、75或100μm；(3)微贮液池直径为1000、500、300或250μm，深度为450μm；(4)微喷嘴直径为30、50、80或100μm，深度为200μm。
4.按权利要求1所述的生物微喷阵列点样装置，其特征在于所述的二氧化锆缓冲层为0.3-1.0μm；所述的PZT厚膜驱动层为1.5-2.0μm。
5.制作如权利要求1所述的生物微喷阵列点样装置的方法，其特征在于采用微机电加工系统和锆钛酸铅压电薄膜在电场驱动下形变原理制作的以点样装置，制作工艺步骤为(a)PZT厚膜的制作(1)基底处理4英寸双面抛光的硅片作为基片，用半导体工艺中常规清洗工艺清洗厚烘干；(2)硅片双面氧化形成0.7μm的氧化层；(3)硅片氧化层上利用正丙醇锆制作厚0.3-1.0μm的二氧化锆缓冲/隔离层；(4)在二氧化锆层上利用三水醋酸铅、异丙醇钛和正丙醇锆制作厚1.5-2.0μm的PZT厚膜驱动层(b)叉指电极的制作(1)在PZT厚膜上淀积Cr/Au，并利用图形化的光刻胶保护Au，进行腐蚀，形成叉指电极，然后电镀增加电极厚度；(2)用光敏苯并环丁烯作为保护层，刻蚀硅片周边多余的PZT厚膜驱动层和二氧化锆；(c)微管道、微进样孔和微贮液池的制作硅片正面制作完PZT厚膜后，再在背面制作微进样孔、微贮液池和微管道，具体流程如下(1)背面对准，光刻胶保护，腐蚀氧化层，准备微管道、微进样孔和微贮液池的深反应离子刻蚀；(2)甩涂光刻胶，光刻图形化，在微进样孔和微贮液池的位置开孔；(3)利用步骤(2)中的光刻胶保护，深反应离子刻蚀出微进样孔和微贮液池；(4)去除光刻胶，利用已经图形化的氧化层保护，深反应离子刻蚀出微进样孔、微贮液池和微管道；(d)硅——硅直接键合技术(1)按照半导体工艺中清洗工艺清洗以上得到的硅片，并烘干；(2)按照半导体工艺中清洗工艺清洗另一硅片烘干；(3)将带有PZT厚膜驱动器的硅片的反面和另一硅片的一表面用Ar等离子体处理一定时间后贴合，在300℃下利用键合机将两片硅片键合；(e)微喷嘴的制作(1)合上的硅片减薄；(2)背面对准，光刻图形化氧化层，准备进行微喷孔的深反应离子刻蚀；(3)光刻胶和氧化层同时保护下深反应离子刻蚀形成微喷孔；(f)硅—玻璃阳极键合(1)璃打孔，防止破坏PZT厚膜，在PZT厚膜层的硅片上方键合一层玻璃，提高样品进样量，防止回流；(2)阳极键合(g)引线制作好以上三层主体结构后把微电极引出，利用超声压焊技术将导线与压焊点粘住。引线结束后，将电源与之连接形成整个的点样仪器。(h)微喷阵列芯片背面和生化反应芯片表面的处理用氟硅烷熏蒸法使这两个表面形成疏水层，满足系统要求。
6.按权利要求要求5所述的生物微喷阵列点样装置的制作方法，其特征在于所述的硅片氧化层上制作二氧化锆缓冲/隔离层的具体步骤是(1)正丙醇锆混合于乙二醇甲醚中，在干燥的氩气气氛中110℃下反应2小时，蒸馏去除副产物，并在25℃下搅拌混匀；(2)利用体积比为23∶7∶70的醋酸、乙酰丙酮和乙二醇甲醚的混合物稀释反应物，最终混合物中二氧化锆浓度为0.4M；(3)以3000rpm转速甩涂以上混合物30s，然后300℃-500℃下热解，接着在700℃下退火60s，形成70nm的二氧化锆层；(4)多次重复步骤(3)可得到0.3-1.0μm的二氧化锆。
7.按权利要求5所述的生物微喷陈列点样装置的方法，其特征在于在二氧化锆层上制作PZT厚膜驱动层的步骤是(1)三水醋酸铅固体溶于乙二醇甲醚，并在120℃下脱水；(2)正丙醇锆液体和异丙醇钛液体同时溶于乙二醇甲醚，并在25℃下搅拌混匀10min；(3)将(1)和(2)中的混合物混合，在115℃下反应2h，蒸馏去除副产物，并在25℃下搅拌混匀10min；(4)利用体积比为5∶22∶73的醋酸、乙酰丙酮和乙二醇甲醚的混合物稀释以上反应物，使最终混合物中PZT浓度为0.75M；(5)以1500rpm转速甩涂以上混合物30s，然后300℃-500℃下热解，接着在700℃下退火60s，形成厚0.2μm的PZT厚膜；(6)多次重复步骤(5)可得到厚度为1.5-2.0μm的PZT厚膜。
8.按权利要求5所述的生物微喷阵列点样装置的方法，其特征在于硅—硅直接键合时另一硅片为去除氧化层的硅片，键合上的硅片减薄至200μm。
全文摘要
本发明涉及一种生物微喷阵列点样装置及其制作方法。所述的点样装置的主体部分是PZT薄膜驱动器和生物微喷阵列芯片；PZT薄膜驱动器是由PZT薄膜驱动层和氧化锆缓冲层组成，生物微喷阵列芯片上集成制作了微进样孔、微管道、微贮液池和微喷嘴。生物样品在微管道的表面张力下可直接从微进样孔经过微管道进入微贮液池和微喷嘴，由于表面张力和重力的平衡作用它会悬挂在微喷嘴口；在微喷嘴背面的PZT压电薄膜所产生的形变驱动下，液体会被挤压出来；被挤压出来的液体会接触到喷嘴下方的生化反应芯片表面，从而留下了样品点。可以根据需要涉及不同的微喷嘴图形，快速得到不同样品微阵列；可根据需要控制不同电极之间的电压可得到微阵列。
文档编号H01L49/00GK1793921SQ20051011119
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月7日 优先权日2005年12月7日
发明者金庆辉, 许宝建, 程建功, 杨梦苏, 赵建龙 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所