专利名称：生物芯片电化学感应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物芯片电化学感应器的制作方法，特别是涉及一种可兼容于标准光盘片制造工艺以制作生物芯片电化学感应器或电化学检体测试片的方法。本发明提供的方法可利用标准光盘片制造工艺，经由模仁制作、塑料射出成型、无缝(seamless)磁吸屏蔽溅射，由于使用现有制作光盘片的设备机器并结合改良的无缝磁吸屏蔽溅射技术，可快速大量制造生物芯片电化学感应器，具有高成品率及低成本等优点。经由此种制造工艺制作出的生物芯片，具有大幅缩短感测时间、超高灵敏度(sensitivity)及可抛弃式零污染等优点，并可应用于生医疾病检测、药物开发及分子生物分析等领域。
背景技术：
随着现代人的生活品质逐渐提升，人们愈来愈注重自身的保健，因此预防医学的概念也渐渐深植人心。为使疾病原因可以早日发现，及早治疗，目前可提供现代人进行快速检测人体疾病的生物技术正蓬勃发展中，可预见其必将是下世纪的明星产业。
可快速检测人体疾病的生物芯片技术，大致上可被区分为两类，其一为光学式检测生物芯片，另一为电化学式生物芯片或电化学式生化感应器。光学式检测生物芯片的检验原理乃是利用荧光标志，辅以光学方法读取数据，例如本国专利公告第495748号「生物芯片的信号检测的方法与装置」所载技术内容，其利用粘贴固定于光盘片上的生物芯片，辅以光驱所提供的光源读取。而电化学式生物芯片或电化学式电化学感应器是利用存载于基板上的各种化学试剂或生物试剂，例如DNA，当待测检体，例如血液或尿液，经由基板中的流道与各别的化学试剂或生物试剂发生电化学反应，并利用基板上的金属微电极侦测所产生的电流信号，即可判别测试结果。这种电化学生物芯片或生物感应器(biosensor)由于需结合微机电技术以于基板中形成微通道(micro channel)，目前都尚在实验室阶段，并无可大量制造、高成品率的制造工艺可供工业界使用。此外，现阶段的电化学感应器皆是利用玻璃载片当作基材，尚未有利用塑料作为基材者。使用玻璃载片当作基材的缺点除了成本较高之外，玻璃也较容易破裂，而且不易大量制造生产。
鉴于此，申请人根据此等缺点及依据多年从事制造该类产品的相关经验，悉心观察且研究之，而提出可以兼容于标准光盘片制作方法的本发明，可降低生产成本，增加产能以及成品率，使这类快速检测生医技术更早日普及社会，造福广大人群。
发明内容
据此，本发明的主要目的在于提供一种可兼容于标准光盘片制造工艺以制作生物芯片电化学感应器或电化学检体测试片的方法，经由模仁制作、塑料射出成型、无缝磁吸屏蔽溅射，以及超音波融接等制造工艺，快速大量制造高成品率的生物芯片电化学感应器。
根据本发明的优选实施例，本发明提供一种可兼容于标准光盘片制造工艺以制作电化学感应器检体测试片的方法，包括直接射出成型，制备高分子基材；以及无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺，以于该高分子基材上形成微感测电极；超音波融接技术，将高分子基材接合，以完成芯片封装；其中无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺包括使用一具有电极图案的金属屏蔽，以及一磁吸物质，将该高分子基材夹设其中，以进行金属溅射。该直接射出成型步骤为使用中心孔直径约33mm的镜面母版(stamper)，利用CD或DVD射出机，直接射出一体成型结构的高分子基材(与一般标准的光盘片相同厚度与规格)。该高分子基材厚度将视微流体流量而设计，约介于0.6厘米至2.0厘米之间。在该无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺之后，该方法另可包括一切割步骤。
根据本发明的另一优选实施例，本发明提供一种可兼容于标准光盘片制造工艺以制作生物芯片的方法，包括制作模仁，其上包括一图案，该图案可为一流道、凹槽或微穿孔；直接射出成型，利用该模仁，制备高分子基材包括该图案；以及无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺，以于该高分子基材盘片上形成微感应电极；其中该无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺包括使用一具有电极图案的金属屏蔽，以及一磁吸物质，将该高分子基材夹设其中，以进行金属溅射。该高分子基材尺寸可以为1cm×1cm至10cm×10cm视实际设计而定，其上具有与模仁上相同的图案。在该无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺之后，该方法亦包含超音波融接步骤，使数层高分子基材接合。
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图作详细说明。
图1为依据本发明第一优选实施例的流程图。
图2为依据本发明的无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺的剖面示意图。
图3为依据本发明的光盘片上形成有金属电极的生物芯片的上视示意图。
图4为依据本发明第二优选实施例的流程图。
简单符号说明10直接射出成型20无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺30切割40模仁制作50直接射出成型60无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺70超音波融接 201屏蔽202基板 203磁吸物质300透明塑料基板 301生物芯片302金属电极 303切割虚线具体实施方式
如前所述，生物芯片是采用微机电技术制备微小化装置，来进行生物性的反应或分析，是生物技术中一项非常重要的技术。它可以用来大量的筛检药物、检测病原体、处理血液、组织、植物等样品、进行生化或酵素等反应、或分析生物体组成成分等。应用范围相当广泛，其特点乃朝微小化工厂(实验室)概念进行，技术层次高，可以在同一片芯片上同时处理多种样品并进行多个反应。本发明提供的方法可利用标准光盘片制造工艺，经由模仁制作、塑料射出成型、无缝(seamless)磁吸屏蔽溅射，以及超音波融接技术等制造工艺，由于使用现有制作光盘片的设备机器并结合改良的无缝磁吸屏蔽溅射技术，可快速大量制造生物芯片电化学感应器，具有高成品率及低成本等优点。
传统光盘的制造生产流程整理如下前处理(pre mastering)→刻版(mastering)→成型(replication)→印刷(printing)→包装(packing)，其中
前处理(pre mastering)录写到光盘的内容(视讯、音讯、数据等)，依照规格经过信号处理，格式转换(Format Transferring)的过程刻版(mastering)利用激光，以光蚀刻原理将记录信号制作出来，再以电铸方式制作出母模。
成型(Injection)盘片是经由射出成型的方式复制模版的信息内容而成。
溅射金属反射层(sputtering)用以反射激光信号。金属反射层材料可为金、银、铜、铝等。
以上述传统光盘片制造工艺所制造工艺的光盘片至少包含以下塑料基板光学级的聚碳酸酯。
反射层铝、铜合金、银或黄金等金属膜。
保护层硬化的压克力树脂为材料保护反射层免于氧化及刮伤。
印刷层材料是UV油墨，以丝网或平版印刷的方式将图案印在上。
本发明亦可利用射出技术将具有穿孔的高分子基板成型，不同的穿孔(tbrough hole)的高分子基板，利用接合(bonding)技术，将基板与基板间连贴紧密(以下简称为盒或cartridge)。该穿孔供被分析检体流经流道(channel)至预设的检测区与检测区的试剂起化学反应，再流至电极(electrode)，经电化学效应产生电位差，进而与读取仪器(reader)配合检测。
本发明利用光盘片既有的制作设备及制造工艺，射出高分子基材，此基材可为具有流道或是任何图案(pattern)的基材或是镜面，然后在此射出基材上，利用光盘中的溅射制造工艺，将金属导线以及微电极部分制作于高分子基材上。图案形成是利用金属屏蔽，溅射金属薄膜于高分子基板上，由于金属屏蔽图案线宽可能小至数十μm，需精确完整的将屏蔽上的图案转写至高分子基板上特定位置，该屏蔽必需与基材密合无间隙，我们利用磁力方式，在基材后面放置具有磁力的物质，如磁铁，紧密将金属屏蔽吸附于高分子基材溅射面上，在屏蔽与基材紧密贴合状态下，将电极图案溅射于高分子基材上。在必要的时候，亦可将在光盘形状的基材上的图案，切割成所需的形状。
由上可知，本发明的特色至少包括1.利用金属掩模(mask)做屏蔽，以紧密贴合的无缝溅射方式制作金属电极，可靠度及成品率高。
2.将电极直接制作在高分子材料上。
3.将电极直接制作在光学盘片上。
4.盒(cartridge)可为任一形状，例如方形、矩形、圆形等。
5.以磁力方式固定溅射屏蔽以下，申请人即举例说明制作本发明制作生物芯片电化学感应器的优选方法。需强调的是，下述制作方法仅为本发明的优选方法，本领域技术人员可参考本发明的内容加以修改，而获致相同的结果者，其内容依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
例一制备单层电化学感应器检体测试片请参阅图一，图一为依据本发明第一优选实施例的流程图。如图一所示，制备单层电化学感应器检体测试片至少需有三个基本步骤(1)步骤10直接射出成型，制备镜面高分子基材；(2)步骤20无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺，形成微感应电极；(3)步骤30切割。
直接加压射出成型(Injection press molding)使用中心孔直径约33mm的镜面母版(stamper)，利用CD或DVD射出机，即可直接射出厚度约0.6-2.0mm一体成型的微结构(与一般标准的光盘片相同厚度与规格)。由于为制备单层检体测试片，因此不需要在射出成型的基材表面形成任何图案，而以镜面代之。
无缝磁吸屏蔽溅射(Seamless sputtering)请参阅图二，图二为依据本发明的无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺的剖面示意图。由于金属屏蔽201图案线宽可能小至数十μm，需精确完整的将屏蔽201上的图案转写至高分子基板202上特定位置，该屏蔽201必需与基材202密合无间隙，我们利用磁力方式，在基材202背面放置具有磁吸物质203，如磁铁、具有磁力的铁镍合金或者电磁铁，紧密将金属屏蔽201吸附于高分子基材202溅射面上，在屏蔽201与基材202紧密贴合状态下，将金(Au)电极图案溅射于高分子基材202上。
切割请参阅图三，图三为依据本发明的光盘片上形成有金属电极的生物试片的上视示意图。如图三所示，光盘片透明塑料基板300上排列有三个生物试片301，在使用时必须以切割方式沿着虚线303将各试片裁下。各试片301有多个金属电极302直接镀于基材表面。
例二制备多层电化学生物芯片请参阅图四，图四为依据本发明第二优选实施例的流程图。如图四所示，利用本发明制备电化学生物芯片至少需有四个基本步骤(1)步骤40模仁制作；(2)步骤50高分子基材直接加压射出成型；(3)步骤60无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺，形成微感应电极；(4)步骤70超音波融接。
模仁制作利用光致抗蚀剂于一基板上定义出所要图案，例如微孔、凹槽或流道等。由于生物芯片为多层结构，因此可能需要多个模仁。
直接加压射出成型利用上述步骤制备的各个模仁，配合CD或DVD射出机，即可直接射出一体成型结构的盘片，其尺寸可以为1cm×1cm至10cm×10cm视实际设计而定，其上具有与模仁上相同的图案，例如信道以供生物检体流通，或液体储存空间，以供反应试剂存放。依据本发明第二优选实施例，基材为高分子塑料基材。
无缝磁吸屏蔽溅射依据本发明的无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺，由于金属屏蔽图案线宽可能小至数十μm，需精确完整的将屏蔽上的图案转写至高分子基板上特定位置，该屏蔽必需与基材密合无间隙，我们利用磁力方式，在基材背面放置具有磁吸物质，如磁铁、具有磁力的铁镍合金或者电磁铁，紧密将金属屏蔽吸附于高分子基材溅射面上，在屏蔽与基材紧密贴合状态下，将金(Au)电极图案溅射于高分子基材上。
超音波融接将各塑料基板以超音波融接方式接合，完成生物芯片的制作。
据上所述，与现有技艺相较，本发明利用标准光盘片制造工艺，经由模仁制作、塑料射出成型、无缝(seamless)磁吸屏蔽溅射，以及必要时辅以切割等制造工艺，由于使用现有制作光盘片的设备机器并结合改良的无缝磁吸屏蔽溅射技术，可快速大量制造生物芯片电化学感应器，具有高成品率及低成本等优点。以上种种优点均显示本发明已完全符合专利法所规定的产业利用性、新颖性及进步性等法定要件。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所作的等效变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
权利要求
1.一种可兼容于标准光盘片制造工艺以制作电化学感应器检体测试片的方法，包括直接射出成型，制备高分子基材；以及无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺，以于该高分子基材上形成微感应电极；其中该无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺包括使用一具有电极图案的金属屏蔽，以及一磁吸物质，将该高分子基材夹设其中，以进行金属溅射。
2.如权利要求1所述的可兼容于标准光盘片制造工艺以制作电化学感应器检体测试片的方法，其中该直接射出成型步骤使用中心孔直径约33mm的镜面母版(stamper)，利用CD或DVD射出机直接射出一体成型结构的芯片。
3.如权利要求1所述的可兼容于标准光盘片制造工艺以制作电化学感应器检体测试片的方法，其中该高分子基材盘片厚度约介于0.6厘米至2.0厘米之间。
4.如权利要求1所述的可兼容于标准光盘片制造工艺以制作电化学感应器检体测试片的方法，其中在该无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺之后，该方法还包括有一切割步骤。
5.一种可兼容于标准光盘片制造工艺以制作生物芯片的方法，包括制作模仁，其上包括一图案；直接射出成型，利用该模仁，制备高分子基材芯片包括该图案；以及无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺，以于该高分子基材上形成微感应电极；其中该无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺包括使用一具有电极图案的金属屏蔽，以及一磁吸物质，将该高分子基材夹设其中，以进行金属溅射。
6.如权利要求5所述的可兼容于标准光盘片制造工艺以制作生物芯片的方法，其中该图案可为一流道、凹槽或微穿孔。
7.如权利要求5所述的可兼容于标准光盘片制造工艺以制作生物芯片的方法，其中该盘片尺寸可以为1cm×1cm至10cm×10cm视实际设计而定，其上具有与模仁上相同的图案。
8.如权利要求5所述的可兼容于标准光盘片制造工艺以制作生物芯片的方法，其中在该无缝磁吸屏蔽溅射制造工艺之后，该方法还包括有一超音波融接步骤。
全文摘要
本发明成功的利用光盘制作既有设备来开发具有金属电极感应器(sensor)的塑料生物芯片，其中包括底材射出、感测电极溅射及芯片接合封装技术。本发明是在高分子基材上溅射感测电极图形(pattern)。若必要时，加以切割成适当大小形状，以做检体分析之用。本发明提供的方法可利用标准光盘片制造工艺，经由模仁制作、塑料射出成型、无缝(seamless)磁吸屏蔽溅射、超音波融接技术，以及必要时辅以切割等制造工艺，由于使用现有制作光盘片的设备机器并结合改良的无缝磁吸屏蔽溅射技术，可快速大量制造生物芯片电化学感应器，具有高成品率及低成本等优点。
文档编号G01N27/28GK1710413SQ20041005936
公开日2005年12月21日 申请日期2004年6月18日 优先权日2004年6月18日
发明者周天佑, 赖志辉, 陈怡礽, 巫诺文, 林彦亨, 廖俊郎, 颜国雄, 张世慧 申请人:钰德科技股份有限公司