一种用于样品检测的芯片及其封装方法与流程

本发明涉及样品检测技术领域，具体涉及一种用于样品检测的芯片及其封装方法。

背景技术：

微流控芯片技术是一种在微米尺度的流道中对极小量(一般为微升、纳升或皮升量级)流体进行精确操控的系统科学技术，是现代生物和化学科学的一个重要的信息采集和处理平台。应用此技术可以将生化领域中涉及的样品制备、反应、检测、分离或细胞培养、分选、裂解等基本操作集成或基本集成到一块微型芯片上，由微流道形成网络，从而可以控制流体贯穿整个系统。这样不仅能够完成传统生物和化学实验中的自动化操作、检测与分析，还可顺利实现传统生物学和化学手段下很难完成或不能完成的某些实验。微流控芯片技术以其将各种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成等优势，在生物、化学及医学等领域已得到了广泛的应用。

如图1所示，目前的微流控芯片主要由基板11和盖板12两部分组成，基板11上制作有微流道13，盖板12将制作有微流道13的基板11封装起来，从而使微流道13形成相对密封的状态。

当微流控芯片应用于光学检测时，将待检测样本与试剂放在检测区域内使其反应，通过光学方法对检测反应后生成物质进行检测。这就要求芯片材质本身对光线的吸收程度特别小，以尽可能地减小材料本身对光学检测的影响。该芯片对光线(特别是紫外波段光线，340nm波长)的透过率要求较高，故一般基板选择如塑料、玻璃或石英等透光性优良的材料，材料本身的价格就比较昂贵，而且芯片基板上会设计很多微流道、用于光学检测的各种腔室等，对加工要求较高，使得生产工艺比较繁琐，进一步导致了芯片的制作成本居高不下。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种用于样品检测的芯片及其封装方法，以解决现有技术中的芯片应用于光学检测领域时，由于材质本身对透光率要求高、生产工艺较复杂等原因，从而导致的芯片制作成本高的技术问题。

本发明一方面提供了一种用于样品检测的芯片，包括基板、设置于基板上方的上盖板以及设置于基板下方的下盖板，基板的上端面与上盖板之间密封，基板的下端面与下盖板之间密封，基板上设置有贯穿于上端面和下端面的通孔。

在一个实施例中，芯片为微流控芯片，通孔包括微流道、反应腔室和检测腔室中的一种或多种。

在一个实施例中，基板的上端面与上盖板之间和/或基板的下端面与下盖板之间直接密封。

在一个实施例中，基板的上端面与上盖板之间和/或基板的下端面与下盖板之间通过介质密封。

在一个实施例中，介质为胶层。

在一个实施例中，胶层为压敏双面胶、紫外光固化胶或光学级双面胶。

在一个实施例中，上盖板和/或下盖板为板材或薄膜材料，材质为硅、玻璃、石英中的一种。

在一个实施例中，上盖板和/或下盖板为板材或薄膜材料，材质为热塑性聚合物，包括聚二甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酰胺和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。

本发明另一方面提供了一种用于样品检测的芯片的封装方法，包括：将基板的上端面与上盖板之间进行密封处理；将基板的下端面与下盖板之间进行密封处理；其中，基板设置于上盖板和下盖板之间，基板上设置有贯穿于上端面和下端面的通孔。

在一个实施例中，将基板的上端面与上盖板之间进行密封处理包括：将胶层与上盖板进行贴合；将贴合有胶层的上盖板与基板的上端面进行密封处理。

在一个实施例中，将基板的下端面与下盖板之间进行密封处理包括：将胶层与下盖板进行贴合；将贴合有胶层的下盖板与基板的下端面进行密封处理。

在本发明实施例提供的用于样品检测的芯片中，其基板上设计的通孔是贯穿的，故降低了基板材质对于透光率的要求，使得对于基板材质的选择不受限制，一方面降低了材料成本，另一方面在芯片生产过程中对加工要求也相应降低，简化了生产工艺流程。虽然本实施例提出的芯片结构增加了一层盖板结构，需选用透光性优良的材质，但是由于上/下盖板材质的纯物料成本只有基板材料成本的1/10左右，且没有功能性流道及腔室结构，制作加工成本也会相应较低。所以本实施例提供的芯片结构在满足透光率的同时，极大地降低了芯片的总体成本。

利用本发明实施例提供的用于样品检测的芯片的封装方法，使基板上贯穿的反应腔室、检测腔室和/或功能性流道由上下两层盖板封装在一起，形成了芯片内部相对密封的流路系统，实现了芯片功能的同时，也满足了芯片对于透光率的要求，封装程序简单、易操作。

附图说明

图1所示为现有技术中一种微流控芯片的结构示意图。

图2所示为本发明第一实施例提供的一种用于样品检测的芯片的结构示意图。

图3(a)所示为本发明第二实施例提供的一种用于样品检测的芯片的结构示意图。

图3(b)为图3(a)所示的用于样品检测的芯片的a1-a2部分的截面示意图。

图4所示为本发明第三实施例提供的一种用于样品检测的芯片的封装方法的流程图。

图5所示为本发明第四实施例提供的一种用于样品检测的芯片的封装方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

图2所示为本发明一实施例提供的一种用于样品检测的芯片的结构示意图。如图2所示，该芯片包括基板22a、设置于基板22a上方的上盖板21a以及设置于基板22a下方的下盖板23a。基板22a的上端面与上盖板21a之间密封，基板22a的下端面与下盖板23a之间密封。基板22a上设置有贯穿于上端面和下端面的通孔24a。

上盖板21a、下盖板23a与基板22a的形状大小相同，芯片的形状可为圆形、椭圆形、长方形、正方形或其他任意多边形。

对于上盖板21a和下盖板23a，可选择板材(一般厚度在0.5mm以上)或薄膜(一般厚度在0.5mm以下)材料。二者的材质既可以相同，也可不同，具体可选择为透光性较好的如玻璃、石英或热塑性聚合物等材质。同样，对于上盖板21a和下盖板23a的加工方式，既可选择相同也可选择不同的方法，可采用如注塑成型、模切成型等加工工艺，本发明对此不做限定。

对于基板22a的材质，其既可选择如玻璃、石英或热塑性聚合物等透光性较好的材质，也可选择如金属或合金等材料，只要可以在其上形成贯穿的通孔24a即可，本发明对此不做限定。对于其加工方式，可选择如注塑成型、精雕雕刻或3d打印等方法，本发明对此也不做限定。

基板22a的上端面与上盖板21a之间以及基板22a的下端面与下盖板23a之间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间接封接法两类。直接封接法是指两层材料之间不需要其他介质，通过加热、超声波振动等手段使芯片材质的接触面达到熔融的状态，然后固化将两层芯片结构封接在一起的方法，具体包括热封法、激光焊接法或超声波焊接法等。间接封接法主要通过在两层材料之间贴附一层介质，通过介质的固化将两层芯片结构密封起来。中间的介质一般为胶层，具体可为压敏双面胶、紫外光固化胶或光学级双面胶等。

在本实施例中，如图2所示，基板22a的上端面与上盖板21a之间以及基板22a的下端面与下盖板23a之间采用直接封接法进行密封。在其他实施例中，也可以选择基板22a的上端面和上盖板21a之间和基板22a的下端面和下盖板23a之间中的一个采用间接封接法，另一个采用直接封接法；或者两个都采用间接封接法。

通孔24a具体包括反应腔室、检测腔室和/或用于连接反应腔室和检测腔室的功能性流道等。通孔24a的形状和数目可根据特定需求或实际需要而进行不同的设定，例如，形状可选择圆形、椭圆形、正方形或其他多边形，数目可以为1-30，也可以大于30，本发明对通孔24a的形状和数目不做限定。通孔24a在基板22a上的分布位置也根据本领域的技术人员的实际需求进行设定，一般以芯片的中心向外扩散分布。

在本实施例提供的用于样品检测的芯片中，其基板上设计的通孔是贯穿的，故降低了基板材质对于透光率的要求，使得对于基板材质的选择不受限制，一方面降低了材料成本，另一方面在芯片生产过程中对加工要求也相应降低，简化了生产工艺流程。虽然本实施例提出的芯片结构增加了一层盖板结构，需选用透光性优良的材质，但是由于上/下盖板材质的纯物料成本只有基板材料成本的1/10左右，且没有功能性流道及腔室结构，制作加工成本也会相应较低。所以本实施例提供的芯片结构在满足透光率的同时，极大地降低了芯片的总体成本。

第二实施例

第二实施例与前述第一实施例基本相同，在下文中将主要描述不同之处，相同的部分将不再重复描述。如图3(a)和图3(b)所示，本实施例提供的用于样品检测的芯片为微流控芯片，包括基板22b、设置于基板22b上方的上盖板21b以及设置于基板22b下方的下盖板23b。基板22b上设置有检测腔室、反应腔室25和微流道26，其中检测腔室是贯穿的，而反应腔室25和微流道26是非贯穿的，也就是说，通孔24b只包括检测腔室。该微流控芯片用于检测人体内指标，只要检测腔室具有较高的透光性即可，反应腔室25和微流道26对透光性没有特别的要求，所以可以设置成非贯穿的。而在其他实施例的微流控芯片中，可以根据具体的需要将反应腔室、检测腔室和微流道中的一种或多种设计成通孔的形式，本发明对此不做限定。

如图3(a)所示，反应腔室25和微流道26设置于芯片的中间区域，而检测腔室(即通孔24b)围绕反应腔室25和微流道26设置于芯片的边缘区域。实际上上述三者的位置并没有固定的关系，它们各自的数量也可根据本领域技术人员的具体需要而做不同设定，本发明对此不做具体限定。另外，同一芯片上的多个通孔24b的大小和形状可以相同或不同，本领域的技术人员也可根据具体需求进行不同选择，本发明对此不做限定。

本实施例中的上盖板21b和/或下盖板23b采用透明的薄膜材料，其厚度一般为0.05mm～0.5mm。材质选择热塑性聚合物，具体可包括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(聚对苯二甲酸乙二醇酯)中的一种或多种。与传统的玻璃和石英相比，热塑性聚合物的成本和加工制作费用更低，且更适于大规模的工业生产。

基板22b可选择abs树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)或pmma材质，其具有强度高、韧性好、成本低、易于加工成型等特点。

基板22b的上端面与上盖板21b之间以及基板22b的下端面与下盖板23b采用间接封接法密封，具体通过胶层的固化将上下两层芯片结构密封起来，其胶层具体为压敏双面胶、紫外光固化胶和光学级双面胶中的一种。

本实施例提供的用于样品检测的芯片实质为微流控芯片，基板上的反应腔室、检测腔室以及贯穿的微流道由上下两层盖板封装在一起，形成芯片内部相对密封的微流路系统，实现了微流道芯片功能的同时，也降低了基板材质对于紫外波段透光率的要求。另外，上盖板和/或下盖板的材质采用热塑性聚合物，其成本和加工制作费用更低，适于大规模的工业生产。基板与上盖板之间及基板与下盖板之间采用的间接密接法在常温下即可进行，不需要专门的配套设备进行封装，提高了芯片封装良品率的同时也降低了成本，同样也适于大规模的工业生产。

下面将对本实施例提供的具体芯片结构与现有技术中的芯片结构的透光性进行对比，这将有助于对本发明的理解。但是，应该理解，本发明并不局限于下述所用的具体材料及封装方法。

本实验所采用的实验仪器为天津微纳芯科技有限公司celecarem1全自动生化分析仪(检测波长为340nm/800nm)，在本实验中，通过本仪器主要检测芯片对于340nm紫外波段光线的透光率。待测芯片包括两组，第一组为本发明实施例中的芯片结构，包括上、下两层盖板且基板中的检测孔是贯穿的。基板材质为高透光性的pmma，上、下两层盖板材料分别采用高透光性的pc薄膜，上、下两层盖板与基板之间分别通过压敏双面胶封接在一起。第二组为现有技术中的芯片结构，只包括上层盖板且基板中的检测孔不是贯穿的。基板材质为高透光性的pmma，上层盖板采用高透光性的pc薄膜，上层盖板与基板之间通过压敏双面胶封接在一起。

将上述两组芯片分别进行光源曝光检测，统计透过上层pc薄膜盖板前后的光强数值，从而计算出吸光度和透射比。每组包括10pcs测试样品，其测试结果如表1所示。

表1

通过上述对比实验发现，第二组芯片(即现有技术中的芯片)在340nm波段的透光率只有84％左右，而第一组芯片(即本发明中的芯片)在340nm波段的透光率达到91％以上，完全符合芯片对于紫外波段透光率的要求。可以看出，本发明提供的芯片结构，在提高了芯片本身透光率的情况下，降低了总体成本，简化了生产工艺流程。

第三实施例

图4所示为本发明一实施例提供的一种用于样品检测的芯片的封装方法流程图。如图4所示，该方法包括：

步骤401：将基板的上端面与上盖板之间进行密封处理；

步骤402：将基板的下端面与下盖板之间进行密封处理；其中，基板设置于上盖板和下盖板之间，基板上设置有贯穿于其上端面和下端面的通孔。

上述上盖板/下盖板与基板的形状大小相同，其既可为板材(一般厚度在0.5mm以上)也可为薄膜材料(一般厚度在0.5mm以下)。二者的材质既可以相同，也可不同，具体可选择为透光性较好的如玻璃、石英或热塑性聚合物等材质。对于其加工方式，可采用如注塑成型、模切成型等加工工艺。

对于基板的材质没有限制，既可选择如玻璃、石英或热塑性聚合物等透光性较好的材质，也可选择金属或合金等材料，只要能够在其上形成贯穿的通孔即可。其加工方式可选择如注塑成型、精雕雕刻或3d打印等方法。

通孔具体包括反应腔室、检测腔室和/或用于连接反应腔室和检测腔室的功能性流道等。其形状和数目可根据特定需求或实际需要而进行不同的设定，例如，形状可选择圆形、椭圆形、正方形或其他多边形，数目可以为1-30，也可以大于30。通孔在基板上的分布位置也可根据本领域的技术人员的实际需求在准备基板加工前进行设定。

利用本实施例提供的用于样品检测的芯片的封装方法，使基板上贯穿的反应腔室、检测腔室和/或功能性流道由上下两层盖板封装在一起，形成了芯片内部相对密封的流路系统，实现了芯片功能的同时，也满足了芯片对于透光率的要求，封装程序简单、易操作。

第四实施例

如图5所示，本发明实施例提供的封装方法包括：

步骤501：将胶层与上盖板进行贴合；

步骤502：将贴合有胶层的上盖板与基板的上端面进行密封处理；

步骤503：将胶层与下盖板进行贴合；

步骤504：将贴合有胶层的下盖板与基板的下端面进行密封处理；其中，基板设置于上盖板和下盖板之间，基板上设置有贯穿于其上端面和下端面的通孔。

上述的通孔包括用于各种生化反应的反应腔室、用于生化检测的检测腔室以及用于形成连接通道的微流道中的一种或多种，通孔的数量及形状可根据需要而做不同设定，形成的芯片为微流控芯片。

上盖板和/或下盖板的材质采用热塑性聚合物，其具体包括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(聚对苯二甲酸乙二醇酯)中的一种或多种。与传统的玻璃和石英相比，热塑性聚合物的成本和加工制作费用更低，且更适于大规模的工业生产。

中间的胶层可为压敏双面胶、紫外光固化胶或光学级双面胶。

利用本实施例提供的微流道芯片的封装方法，使上盖板和下盖板分别与设置有贯穿的通孔的基板通过胶层进行密封，形成芯片内部相对密封的微流路系统，实现了微流控芯片功能的同时，也满足了其对紫外线透光率的要求。其封装过程在常温下即可进行，而且不需要专门的配套设备进行封装，提高了芯片封装良品率的同时，也降低了成本，适于大规模的工业生产。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。