生产用于容纳样品液体的载体元件的方法和控制器、载体元件、载体模块和使用载体元件的方法
现有技术
1.本发明涉及根据独立权利要求的种类的生产用于容纳样品液体的载体元件的方法和控制器、载体元件、载体模块和使用载体元件的方法。本发明的主题也是计算机程序。
2.微流体分析系统，即所谓的芯片实验室(loc)，能够在所谓的即时检验中对患者样品进行全自动分子诊断分析。在此，样品在被设置为一次性部件的loc盒中进行分析。
3.发明公开在此背景下，通过在此介绍的方法提出根据主要权利要求的改进的方法、此外使用该方法的改进的控制器、改进的载体元件、改进的载体模块和使用载体元件的改进的方法，以及最后相应的计算机程序。通过从属权利要求中列出的措施，独立权利要求中所示的装置的有利扩展和改进是可能的。
4.通过在此介绍的方法，提供了以成本有利的方式生产例如具有有利表面性质的载体元件的可能性。此外，由此能够改进对样品液体的分析。
5.提出了生产用于容纳样品液体的载体元件的方法，该方法包括涂覆步骤、曝光和显影步骤以及氟化步骤。在涂覆步骤中，用光敏聚合物层涂覆载体基底，以获得经涂覆的载体基底。在此，载体基底具有亲水表面性质。在曝光和显影步骤中，使经涂覆的载体基底曝光和显影，以获得结构化聚合物层。在氟化步骤中，使布置在载体基底上的结构化聚合物层氟化，以产生用于容纳样品液体的载体元件。在此，结构化聚合物层通过氟化步骤特别是获得疏水表面性质。
6.载体元件可以例如以芯片实验室的形式实现，其被设计用于容纳样品液体。样品液体可以是作为患者样品的例如体液、分泌物等，其例如应被分析。载体基底可以例如作为具有特定所需的性质并承载或容纳载体元件的其它组件的基础材料。例如，光敏聚合物层可以形成为例如塑料片或层，例如光刻胶。在此，例如该聚合物层可以首先以液体形式施加到载体基底上，然后例如通过调温而固化。在曝光步骤中，例如经涂覆的载体基底，即在此例如具体为聚合物层，可以通过例如具有电磁辐射的光进行曝光，该电磁辐射也可以具有超出可见光波长范围的波长。这样的辐射可以包括例如紫外辐射(uv)或x光辐射。通过曝光和显影，可以有利地使经涂覆的载体基底的聚合物层的被曝光区域有针对性地在其在溶剂中的溶解度方面进行改变，然后将其去除，从而有利地获得结构化聚合物层。有利地，在氟化步骤中，载体基底和附加地或替代地聚合物层或聚合物层的表面与例如含氟材料、物质、等离子体和附加地或替代地溶液接触。因此，氟化可以被理解为是指使聚合物层的表面例如与含氟材料、物质、等离子体以及附加地或替代地溶液接触。有利地，结构化聚合物层的表面性质由此实现为比以前更疏水。总之，可以有利地使样品液体能够局部润湿载体基底，因为载体基底与结构化聚合物层的组合可以具有疏水区域和亲水区域。
7.根据一个实施方案，在涂覆步骤中，可以涂覆载体基底，该载体基底可以至少部分地由半导体材料，特别是由含硅材料形成。特别地，半导体材料的表面在此可以涂覆有光敏聚合物层。有利地，可以由此使经涂覆的载体基底的聚合物层具有疏水表面性质。
8.该方法可以包括使载体基底结构化以在载体基底中获得至少一个凹部的步骤。有利地，可以例如蚀刻该载体基底，以获得所述至少一个凹部。例如，凹部也可以被称为体积结构。以这种方式，可以有利地且在技术上简单地形成用于对样品液体进行分析的在凹部中的流体通道或流体室。
9.根据一个实施方案，可以在结构化步骤中在所述至少一个凹部的至少一个侧壁上产生钝化层。此外，可以在氟化步骤中至少部分地去除布置在凹部的至少一个侧壁上的钝化层。有利地，一个层，例如在氟化步骤中例如至少部分地被去除的侧壁聚合物可以在凹部的侧壁上形成。由此，凹部(其例如也可以称为微腔)内的至少一个表面可以有利地被形成为亲水的。
10.在涂覆步骤中，根据一个实施方案，具有氧化物层的基底以及附加地或替代地涂覆有附着力促进剂层的载体基底可以用作载体基底。附着力促进剂可以例如形成为烷基三氯硅烷或六甲基二硅氮烷(hmds)，其可以用于有利地防止聚合物层从载体基底上脱离。这意味着附着力促进剂可以例如形成为载体基底和聚合物层之间的粘附剂，特别是在基底具有氧化物层的情况下。
11.此外，该方法可以包括施加另一光敏聚合物层的步骤和使所述另一聚合物层进一步曝光和显影以获得另一结构化聚合物层的步骤。所述另一聚合物层可以有利地由与聚合物层相同的材料形成。在此，(第一)聚合物层用于使基底上的氧化物层因此结构化。此后，例如去除(第一)聚合物层，然后将所述另一聚合物层施加到具有结构化氧化物层的基底上。所述氧化物层和所述另一聚合物层然后例如一起用作用于基底的体积结构化的蚀刻步骤的抗蚀剂。所述另一聚合物层然后可以例如氟化，并因此用于形成具有疏水表面性质的层。也由氧化物层(即第一聚合物层)限定的体积结构化的空间设计因此可以有利地部分独立于疏水层的产生和空间设计而进行。以这种方式，可以使所述另一聚合物层结构化，其不同于所述聚合物层的结构化类型，从而可以提高结构化时的灵活度。
12.根据一个实施方案，该方法可以包括在进一步曝光和显影之后进行结构化以在载体基底中获得至少一个另外的凹部的进一步步骤。由此可以有利地产生微腔。
13.在沉积步骤中，可以在氟化步骤之后使层沉积，以改变和附加地或替代地覆盖载体基底的表面。有利地，由此实现使凹部及其侧壁由于沉积的层而形成为亲水的并相反地使聚合物层的表面形成为疏水的。由此，可以有利地避免毛细管效应以及附加地或替代地引入到多个凹部中的样品液体的意外混合。
14.该方法可以例如以软件或硬件或以软件和硬件的混合形式例如在控制器中实现。
15.在此介绍的方法还提供了装置，该装置被设计用于在相应单元中执行、控制或实施在此介绍的方法的变体的步骤。也可以通过装置或控制器形式的本发明的该实施变体快速且有效地实现本发明所基于的目的。
16.为此，该装置可以具有至少一个用于处理信号或数据的计算单元、至少一个用于存储信号或数据的存储单元、至少一个用于从传感器读取传感器信号或用于向致动器输出控制信号的与传感器或致动器的接口、和/或至少一个用于读取或输出嵌入在通信协议中的数据的通信接口。计算单元例如可以是信号处理器、微控制器等，其中存储单元可以是闪存、eeprom或磁存储单元。通信接口可以被设计用于无线和/或有线地读取或输出数据，其中可以读取或输出有线数据的通信接口例如可以从相应的数据传输线以电学或光学方式
读取该数据或将其输出到相应的数据传输线。
17.在当前情况下，装置可以被理解为是指处理传感器信号并且根据该传感器信号而输出控制和/或数据信号的电气设备。该装置可以具有可设计为硬件和/或软件的接口。在硬件设计的情况下，接口可以是例如所谓的系统asic的一部分，其包括控制器的各种不同功能。然而，接口也可以是单独的集成电路或至少部分地由分立元件组成。在软件设计的情况下，接口可以是软件模块，其例如与其它软件模块一起存在于微控制器上。
18.在一个有利的实施方案中，通过该装置来控制生产用于容纳样品液体的载体元件的方法。为此，该装置可以访问例如传感器信号，例如用于用光敏聚合物层涂覆载体基底的涂覆信号、用于使经涂覆的载体基底曝光和显影的曝光信号和用于使布置在载体基底上的结构化聚合物层氟化的氟化信号。所述控制通过致动器，例如被设计用于提供涂覆、曝光和氟化的提供单元进行。在此，根据现有技术，各个工艺步骤可以在特意为此设计的各个设备中进行，例如旋涂机(涂覆)、掩模曝光机(曝光)和低压等离子体设备(氟化)。还可以设想，在该方法的过程中通过晶片处理装置在各个设备之间(部分地)自动地转移基底/晶片。
19.有利的还是具有程序代码的计算机程序产品或计算机程序，该程序代码可以存储在机器可读载体或存储介质，例如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器上并用于执行、实施和/或控制根据上述实施方案中任一项的方法的步骤，特别是当该程序产品或程序在计算机或装置上执行时。
20.此外，提出了用于容纳样品液体的载体元件，其中该载体元件包括具有亲水表面性质的载体基底和布置或可布置在载体基底上并具有疏水表面性质的聚合物层。
21.例如，载体元件可以被称为芯片实验室(loc)或微阵列。例如，载体元件可以用于载体模块。有利地，载体元件可以用于例如对例如从患者的待检查体液中获得的样品液体进行分析。
22.此外，提出了载体模块，其具有用于容纳样品液体的上述变体形式的载体元件和与载体元件可连接或连接并被设计用于将样品液体施加到载体元件上的覆盖元件。
23.载体模块可以有利地实现为一次性盒。
24.根据一个实施方案，还提出了使用上述变体形式的载体元件的方法，其中当使用载体元件时，使样品液体与氟化的结构化聚合物层接触，并且附加地或替代地其中样品液体与载体基底的表面接触。
25.有利地，样品液体可以由载体元件的凹部容纳。
26.在此介绍的方法的实施例在附图中示出并且在以下描述中更详细地解释。其中示出了：图1根据一个实施例的生产用于容纳样品液体的载体元件的方法的流程图；图2生产用于容纳样品液体的载体元件的方法的实施例的流程图；图3在生产用于容纳样品液体的载体元件的方法的过程中根据一个实施例的载体元件的各种中间产物的示意图；图4根据一个实施例的载体元件的示意性截面图；图5在生产用于容纳样品液体的载体元件的方法的过程中根据一个实施例的载体元件的各种中间产物的示意图；图6根据一个实施例的载体元件的示意性截面图；
图7根据一个实施例的载体模块的示意性截面图；图8根据一个实施例的使用载体元件的方法的流程图；和图9根据一个实施例的装置的框图。
27.在以下对本发明的有利实施例的描述中，相同或相似的附图标记用于在各个图中示出并且具有相似作用的元件，其中省略了对这些元件的重复描述。
28.图1示出了根据一个实施例的生产用于容纳样品液体的载体元件100的方法1000的流程图。将通过方法1000生产和/或已生产的载体元件例如形成为微阵列，以容纳样品液体。样品液体例如实现为水溶液，该水溶液特别是从例如人类来源的生物物质中获得。用于获得样品液体的物质例如实现为体液、涂片、分泌物、痰液、组织样品，或从附有样品材料的装置获得。样品液体中特别地存在与医学、临床、诊断或治疗相关的物类，例如细菌、病毒、细胞、循环肿瘤细胞、无细胞dna、蛋白质以及来自所述对象的其它生物标志物或成分。特别地，根据该实施例的样品液体是用于进行扩增反应，例如聚合酶链式反应或等温扩增反应的主混合物。
29.载体元件在此例如被设计为与载体模块结合使用。
30.在此，所述方法1000包括用光敏聚合物层涂覆载体基底的步骤1，该光敏聚合物层例如形成为光刻胶。载体基底在此具有亲水表面性质。在曝光和显影的步骤2中，使载体基底曝光和显影以获得结构化聚合物层。为此，例如可以使用电磁辐射，其也超出可见范围。所述方法1000还包括使布置在载体基底上的结构化聚合物层氟化的步骤3，例如通过与含有含氟物质的等离子体接触，以产生用于容纳样品液体的载体元件。在此，结构化聚合物层获得疏水表面性质。根据该实施例，载体基底由半导体材料，特别是由含硅材料形成。载体基底例如也形成为具有氧化物层和/或具有附着力促进剂层的基底。
31.通常，例如被称为芯片实验室(loc)的微流体分析系统能够在即时检测中对例如患者样品进行全自动分子诊断分析。在此，样品液体在loc盒中进行分析，该盒被设置为一次性部件。聚合物特别适用于成本有利地生产loc盒。高吞吐量方法，例如注塑成型或激光透射焊接，实现成本有利的大规模生产。然而，由于制造技术和材料所致，以这种方式生产的loc盒具有局限性或不利性质。因此，可实现的结构尺寸在生产技术方面受限，聚合物的热导率仅是低的，并且没有固有电功能化能力，例如在允许掺杂的半导体的情况下。此外，大多数非极性聚合物表面具有相当疏水的性质，因此润湿能力差，特别是对于水溶液。为了克服这些限制并能够在loc盒中提供扩展的微流体功能，由具有有利性质的其它材料制成的组件的集成是合适的。特别地，微结构化硅组件的集成看起来是有利的。材料硅具有非常好的微结构化能力、高导热性以及半导体性质。然而，为了提供具有所需微流体功能的微流体部件，在此被称为载体元件，表面的润湿性质的受控调适通常是额外有利的。
32.在此背景下，因此提出了方法1000，该方法允许对载体基底，特别是硅的润湿性质进行局部调适，尤其是基于光刻技术。除了对润湿性质进行调适外，此外通过方法1000还能够通过使用单个光刻工艺步骤对载体基底进行微结构化。以这种方式，可以特别成本有利地生产具有局部调适的表面润湿性质的三维载体元件。通过在此介绍的方法生产的载体元件也可以用作载体模块的组成部分，这允许载体元件例如与基于聚合物的loc盒组合使用。
33.因此，在此提出了方法1000，该方法允许光刻生产特别是基于硅的微流体部件和/或组件，其具有针对液体，特别是水溶液的局部调适的润湿行为。在方法1000的进一步扩展
中，除了表面润湿行为的局部调适之外，还进行载体基底的体积结构化。例如，方法1000的特征在于产生氟化表面，特别是氟化微结构化聚合物层，其与任选适当改性的基底表面(其优选具有亲水性质)相比具有疏水的，即拒水的表面性质。
34.换言之，通过生产也称为载体元件的微流体部件的方法1000，产生具有载体基底表面的局部调适的润湿性质的载体元件。在涂覆步骤1中，将光敏聚合物层施加到载体基底，例如硅上，例如通过旋涂到载体基底上，然后加热，这也称为“烘烤”，以去除溶剂残留物。在曝光和显影步骤2中，聚合物层例如借助具有要产生的结构或其阴型(negativ)的掩模局部曝光，或通过使用直接写入方法，例如通过直接激光束写入来曝光。例如，经曝光的聚合物层在合适的溶剂中显影，从而结构化聚合物层然后存在于基底表面上。在氟化步骤3中，使结构化聚合物层氟化以使其表面特别疏水，即抗拒水溶液，例如通过在含有一定比例的含氟化合物例如四氟甲烷(cf4)的等离子体中处理。
35.根据该实施例，聚合物抗蚀剂的氟化步骤3代表了在凹部之间的晶片顶侧上的氟化用于在这些区域中有针对性地、局部地、例如光刻特定地调适润湿性质的可能性。通过在此介绍的方法，还可以实现钝化的微流体结构，例如通道、多路复用器、各种分隔装置和/或基于硅的分离单元，其中提供合适的润湿性质(其例如对于利用毛细管效应而言有用)。
36.图2示出了生产用于容纳样品液体的载体元件的方法1000的一个实施例的流程图。在此所示的流程图包含图1中描述的方法1000的步骤1、2、3，并且根据该实施例应理解为图1中描述的方法1000的扩展方案。
37.此外，在涂覆步骤1中，具有氧化物层的基底和/或涂覆有附着力促进剂层104的载体基底100可以用作载体基底100。
38.根据该实施例，所述方法1000因此包括将附着力促进剂施加到载体基底100上的任选步骤01。在此，根据该实施例，施加步骤01在涂覆步骤1之前执行。此外任选地，方法1000包括使载体基底结构化以在载体基底中获得至少一个凹部的步骤21。这意味着，结构化例如通过蚀刻工艺进行，以使得载体基底例如具有体积结构。根据该实施例，在此例如在反应性离子深度蚀刻步骤中，将钝化层施加到所述至少一个凹部的侧壁上。然后，例如在氟化步骤3中，至少部分地去除形成钝化层并布置在凹部的侧壁上的侧壁聚合物。此外，根据该实施例的方法1000包括使层沉积以改变和/或覆盖载体基底的表面的步骤31。根据该实施例，沉积步骤31在此在氟化步骤3之后进行并且描述例如物质在载体基底上的沉积。
39.换言之，在涂覆步骤1之前，载体基底的表面在施加步骤01中配备有例如附着力促进剂。以这种方式，可以实现聚合物层与载体基底表面的更稳定结合。例如，可以用六甲基二硅氮烷(hmds)或烷基三氯硅烷对硅表面进行预处理。通过这种方式，特别是可以防止聚合物层由于机械或化学应力而从载体基底的表面上不期望地脱离。此外，根据该实施例，载体基底的表面具有亲水表面性质。例如，由此促进了用水溶液润湿基底表面。由于氟化聚合物层的疏水性质，它充当例如水相的屏障。由此，可以实现基底表面的受控局部润湿。通过局部调适的表面性质，例如实现水溶液对受试结构的选择性润湿能力。
40.此外，根据该实施例，聚合物层用作用于载体基底的体积结构化的例如通过蚀刻工艺的结构化步骤21的抗蚀剂或掩模。例如，使用反应性离子深度蚀刻工艺使硅基底结构化。在沉积步骤31中，此外、但任选地在硅基底的表面上进行选择性沉积，例如通过化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)，通过结合自组装单层(sam)或通过使用硅烷化合物，特别
是聚乙二醇硅烷化合物。例如，由此产生了具有经调适的润湿行为和任选特别高生物相容性的改性基底表面。
41.在涂覆步骤1中，将在此被称为聚合物层的基于聚合物的光敏抗蚀剂施加到形成为硅基底的载体基底上，例如通过将漆旋涂并随后加热以去除溶剂残留物。任选地，在涂覆之前用附着力促进剂，例如用六甲基二硅氮烷(hmds)或烷基三氯硅烷如十八烷基三氯硅烷处理硅表面。通过聚合物层的曝光和显影步骤2，形成局部存在的润湿性质的光刻限定，并且任选地形成用于蚀刻工艺的掩模。通过在结构化步骤21中蚀刻硅基底，例如通过反应性离子深度蚀刻，实现限定的微结构化，以产生例如也称为凹部的腔或微流体室和通道。
42.在氟化步骤3中，载体基底在包含含氟化合物，特别是包含四氟甲烷(cf4)的等离子体中处理，以实现结构化聚合物层的聚合物表面的氟化，并且任选地实现剩余基底表面的合适封端。任选地，此外与在沉积步骤31中对未被聚合物层覆盖的暴露硅表面进行选择性涂覆，例如通过化学气相沉积(cvd)或原子层沉积(ald)或湿化学处理。由此通过例如诸如聚乙二醇(peg)的分子的共价连接来实现例如硅表面的羟基化或生产特别生物相容的表面。然后任选地分割硅基底，例如通过机械锯切、基于激光的分割(“maho-dicing”)或通过沿着例如通过蚀刻引入基底中的预定断裂点断裂。
43.通过使用光刻方法，一方面生产具有非常高精度和在微米范围内的非常小的结构尺寸的具有局部调适的表面润湿性质的微流体结构，另一方面可以在大面积基底上进行高度并行处理，以例如由此提供载体元件的成本有效的可制造性。
44.通过使用基于聚合物的光敏聚合物层作为蚀刻工艺的掩模和作为用于产生基底顶面的疏水涂层的基础，单个光刻步骤仍然足以实现限定的硅基底微结构化和实现位于蚀刻结构之间的基底顶面上的区域中的润湿行为的调适。通过借助方法1000提供的载体基底的疏水化，特别有利地防止例如在经由结构化步骤21引入硅基底的相邻结构之间的流体串扰。总体而言，通过方法1000可以特别简单且成本有利的方式制造具有局部调适的润湿行为的微结构化硅部件。根据该实施例，通过在蚀刻工艺之后在氟化步骤3中的四氟甲烷(cf4)等离子体处理，实现了聚合物表面的氟化和蚀刻到硅基底中的结构的清洁。根据该实施例，这一方面导致聚合物表面具有特别疏水的，即拒水的行为，另一方面同时实现蚀刻到硅基底中的结构的表面的清洁和/或封端。特别地，例如通过cf4等离子体处理至少部分地去除源自反应性离子深度蚀刻工艺的侧壁聚合物并产生亲水硅表面。此外，根据该实施例，通过使聚合物光致抗蚀剂表面氟化，在随后的沉积步骤31中实现未被结构化氟化聚合物层覆盖的硅表面的选择性涂覆，例如通过化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)或通过其它化学处理。结果，例如进一步调适未被聚合物抗蚀剂覆盖的硅表面的润湿行为和/或产生所形成的结构的特别好的生物相容性。
45.图3示出了在生产用于容纳样品液体的载体元件150的方法的过程中根据一个实施例的载体元件150的各种中间产物的示意图。根据该实施例，在此所示的载体元件150借助如图2中描述的方法制成。根据该实施例，相应地描绘方法1000的每个步骤01、1、2、21、3、31之后的部分结果。
46.根据该实施例，在涂覆步骤1中用聚合物层101涂覆载体基底100。根据该实施例，在载体基底100和聚合物层之间布置附着力促进剂104。在曝光和显影步骤2之后，载体元件150具有结构化聚合物层102。这意味着，根据该实施例，聚合物层101在显影时在曝光期间
光束撞击的位置处被去除，以获得结构化聚合物层102。在结构化步骤21中，例如通过将凹部200蚀刻到载体基底100中，使载体基底100结构化。凹部的制造特别是通过反应性离子深度蚀刻步骤来进行，其中将侧壁聚合物形式的钝化层201施加到载体基底100和/或结构化聚合物层102上。在氟化步骤3中(至少部分地)去除侧壁聚合物，并且使结构化聚合物层102氟化，以例如获得形成为疏水的氟化聚合物层103。在沉积步骤31中，在凹部200的表面上沉积亲水层105。
47.换言之，硅晶片用作载体基底100，其已用六甲基二硅氮烷(hmds)作为附着力促进剂104预处理01，并且已在涂覆步骤1中通过旋涂将光刻胶/聚合物抗蚀剂101施加到其上。在曝光和显影步骤2中的局部曝光之后，进行结构化步骤21，例如以反应性离子深度蚀刻工艺的形式，以对载体基底100(也称为硅基底)进行体积结构化。例如，通过随后在氟化步骤3中在例如含有一定比例的cf4的低压等离子体中处理载体基底100，实现剩余聚合物层103的氟化，以及实现至少部分地去除凹部200的表面上的形成为侧壁聚合物的钝化层201(这也被称为蚀刻结构或体积结构化)。层105然后可以作为选择性沉积在沉积步骤31中施加在载体基底100上，例如通过化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)、自组装单层(sam)的结合或通过使用硅烷化合物，特别是聚乙二醇硅烷化合物。也被称为光致抗蚀剂的氟化聚合物层103的聚合物表面保持不被表面的先前氟化3触碰，从而实现沉积步骤31的选择性。
48.图4示出了根据一个实施例的载体元件150的示意性截面图。在此，载体元件150可以对应于图3中描述的载体元件150，或与其至少相似地和相应地已通过如图1和/或2之一中描述的方法制成。
49.根据该实施例，载体元件150形成为微流体部件。载体元件150由微结构化载体基底100组成，其在其顶面上具有结构化且氟化的聚合物层103，其通过附着力促进剂104施加到载体基底100上。此外在基底100中存在凹部200，其表面具有亲水层105。
50.载体元件150被设计用于容纳样品液体。为此，载体元件150包括具有亲水表面性质的载体基底100和布置或可布置在载体基底上并且具有疏水表面性质的氟化聚合物层103。
51.载体基底100例如由含硅材料形成，其厚度为例如100μm至3mm，优选300μm至1000μm。聚合物层103的厚度例如为500nm至10μm，但优选为1μm至5μm。根据该实施例，例如聚合物层103实现或可实现为酚醛树脂。载体基底100的所述至少一个凹部200的结构尺寸例如为例如500 nm至30 mm，但优选5 μm至1 mm。
52.此外，载体元件150具有例如1
×
1mm2至100
×
100mm2的尺寸。根据该实施例，载体元件150优选地具有3
×
3mm2至10
×
10mm2的尺寸。
53.图5示出了在进行生产载体元件150的方法的过程中根据一个实施例的载体元件150的各种中间产物的示意图。根据该实施例，在此所示的载体元件150使用如图1至3之一中描述的方法制成。该方法在此被扩展显示，以使得根据该实施例，除了在前述图的至少一个中描述的步骤01、1、2、21、3、31之外，下面更详细地描述方法1000的进一步任选步骤000、001、002、003、004、22。
54.根据该实施例，载体基底100具有布置在载体基底100上的氧化物层106。还任选地，还可以将附着力促进剂施加到氧化物层上，以实现聚合物层与具有氧化物层的基底的更好结合。根据该实施例，描绘了该方法的各个步骤的部分结果。除了图1和/或2中描述的
方法步骤之外，该方法还包括将另一光敏聚合物层109施加到载体基底100 上的步骤001。根据该实施例，所述另一聚合物层109具有与聚合物层101相同的光敏性质，根据该实施例在稍后的时间点用其涂覆载体基底100。
55.该方法还包括使所述另一聚合物层109进一步曝光和显影以获得另一结构化聚合物层110的步骤002。此外，根据该实施例的方法还包括在进一步曝光和显影的步骤002之后的进一步的结构化步骤003，以获得载体基底100上的氧化物层106的至少一个结构化500。更准确地说，在进一步的结构化步骤003中，氧化物层106根据该实施例被部分地打开，从而存在结构化的氧化物层107。还任选地，根据该实施例，在如图1至4之一中所述在涂覆步骤1中用聚合物层101涂覆载体基底100之前，在去除步骤004中去除所述进一步结构化的聚合物层110。根据该实施例，然后进行曝光和显影步骤2以及载体基底100的结构化步骤21。任选地，根据该实施例的方法包括使用结构化聚合物层(102)打开结构化且部分开放的氧化物层107以获得开放的氧化物层108的步骤22，该开放的氧化物层根据该实施例在步骤22之后具有例如与结构化聚合物层102相同的尺寸。根据该实施例，结构化聚合物层102然后在氟化步骤3中氟化，以使结构化聚合物层102疏水。最后，在沉积步骤31中，使具有亲水表面性质的层105沉积在载体基底100上。
56.换言之，氧化物层106例如是在产生步骤000中首先在载体基底100上产生。这例如通过热氧化或化学气相沉积是可能的。在施加可被称为聚合物抗蚀剂的另一聚合物层109的步骤001和随后的另一聚合物层109的进一步曝光和显影002之后，使用由此另一结构化聚合物层110，以限定地打开氧化物层106，这根据该实施例在进一步的结构化步骤003中实现。开放的氧化物层107在后续的结构化步骤21中用作载体基底100的体积结构化的掩模。
57.在所述另一结构化聚合物层110的去除步骤004之后，在涂覆步骤1中将聚合物层101施加到具有结构化氧化物层107的载体基底100上。聚合物层101在随后的氟化步骤3中用于在载体基底100上产生结构化的氟化聚合物层103。为此目的，聚合物层101在曝光和显影步骤2中首先局部曝光，然后显影。
58.根据该实施例，部分开放的氧化物层107和/或结构化聚合物层102用作蚀刻步骤的掩模，即用于载体基底100的体积结构化200的结构化步骤21，例如通过反应性离子深度蚀刻。在载体基底100的未被结构化聚合物层102覆盖的区域中打开氧化物层107的步骤22之后，例如在cf4等离子体中进行结构化聚合物层102的氟化步骤3，以获得氟化聚合物层103。最后，通过在沉积步骤31中的选择性沉积，在载体基底100的空闲硅表面上产生功能层105，例如通过化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)或自组装单层(sam)的结合或通过使用硅烷化合物，特别是聚乙二醇硅烷化合物，以有利地产生生物相容的亲水表面。除了凹部200之外，载体元件150还特别地具有局部调适的润湿行为，其独立于载体基底100的凹部200的形状而限定。在也被称为部件的载体元件150的有利实施例中，例如在载体元件的与凹部200或腔邻接的区域，例如芯片顶面上，设计有亲水层105，以使例如水性液体更容易地渗入到载体基底100中的凹部200或腔中。
59.在所述方法的在此所示的有利扩展方案中，例如通过附加的第二光刻步骤来实现载体元件150的顶面上的润湿性质的局部限定的调适。以这种方式，在顶面上在限定的部分区域中实现了与在结构化步骤21中产生的结构相当的润湿行为。特别地，产生了亲水表面性质，其允许顶面的这些部分区域能够被水溶液良好润湿，而在顶面的其它区域中由于疏
水表面性质防止被水溶液润湿。以这种方式可以在载体元件150中产生甚至更复杂的微流体结构。这种部件以特别有利的方式与另一尤其由聚合物材料构成的组件组合使用。
60.根据该实施例，该方法尤其允许制造具有微流体微腔阵列的硅芯片，其包括具有亲水表面性质的微腔并具有在预定的部分区域中疏水的芯片顶面。一方面，亲水微腔对水溶液具有高亲和力，另一方面，在用第二相(例如用油，诸如矿物油、石蜡油或硅酮油、pdms预聚物或氟化烃，例如fomblin、3m氟化fc-40、fc-70或novec 7500)密封先前填充有水相的微腔之后，任选实现微腔中水相的等分。
61.图6示出了根据一个实施例的载体元件150的示意性截面图。在此所示的载体元件150可以与图5中描述的载体元件150对应或至少类似。根据该实施例，在此所示的载体元件150也可以在如图5中描述的方法中制成。根据该实施例，载体元件150具有结构化氧化物层108、布置在结构化氧化物层108上的氟化聚合物层103以及在载体基底100的暴露区域上的亲水层105。此外，载体元件150具有至少一个凹部200。这意味着，在此所示的载体元件150可以作为图5中描述的方法的最终产物产生，这又被理解为图1和/或2中描述的方法的扩展方案。
62.换言之，描绘了被称为载体元件150的微流体部件的截面的示意图，其根据图5中描述的该方法的有利扩展方案制成。载体元件150由凹部200所处的微结构化载体基底100组成。该凹部具有亲水的，特别是生物相容的层105，其也被称为表面功能化。载体元件150的顶面具有不同类型，即亲水和疏水的区域，它们例如对水溶液具有不同的润湿行为。载体元件150的顶面的疏水部分区域具有氟化聚合物层103，而亲水区域具有与引入到载体基底100中的凹部200相同的层105。由于载体元件150在几何形状和表面性质方面的特殊性质，其可用于在毛细力的辅助下处理微流体系统中的样品液体。
63.图7示出了根据一个实施例的载体模块500的示意性截面图。载体模块500在此具有用于容纳样品液体10的载体元件150和与载体元件150可连接或连接并且被设计用于将样品液体10施加到载体元件150上的覆盖元件160。例如，载体模块500在此形成为一次性盒。在此所示的载体元件150可以在此例如与图3至6之一中描述的载体元件150对应或至少类似。根据该实施例，载体元件150可通过例如图1、2、3和/或5之一中描述的方法来制造。
64.根据该实施例，具有局部调适的表面润湿性质的载体元件150与至少一个另外的组件(在此被称为覆盖元件160)，例如结构化聚合物基底组合使用。在此，覆盖元件例如由聚合物，例如聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、环烯烃共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯形成并且例如可以通过注射成型制成。根据该实施例，载体元件150相对于覆盖元件160的位置的相对位置在此被充分限制，以使得能够在覆盖元件160和载体元件150之间输送至少一种样品液体10。根据该实施例，覆盖元件160和载体元件150形成载体模块500，其例如实现为一次性盒。
65.任选地，覆盖元件160为此具有至少一个调节元件170，其精确地规定载体元件150相对于覆盖元件160的相对位置。根据该实施例，载体元件150任选地通过例如胶粘连接171与覆盖元件160相互牢固连接。此外，覆盖元件160尤其具有至少一个通道161，其用于通过布置在载体元件150和覆盖元件160之间的空间156将样品液体10输送到载体元件150。根据该实施例，氟化聚合物层103与空间156邻接，根据前述附图之一中描述的方法用该氟化聚合物层涂覆载体基底100，并且其由于其疏水表面性质防止例如通过通道161引入到空间156中的样品液体10穿过任选存在于载体元件150和覆盖元件160之间的毛细间隙。为此，根
据该实施例，覆盖元件160尤其具有非极性、疏水或仅略微亲水的表面性质，以使得当接触例如形成为聚合物基底的覆盖元件160的表面时，与例如水性的样品液体10形成相应大的接触角11，这会抵抗通过载体元件150的顶面上的不同的引导液体的亲水区域(这些亲水区域形成为亲水层105)之间的间隙的不希望的流体串扰。
66.根据该实施例，载体模块500具有特别集成到覆盖元件160中的排气通道162，存在于载体模块500中的气态介质20根据该实施例可以通过该排气通道排出。不依赖于这一点，也可以通过覆盖元件160中的另一通道163实现排气。此外，通道163仅任选地被设置用于将样品液体10从载体元件150(返回)输送到覆盖元件160中。此外任选地，根据该实施例，载体模块500可以用于与另一液体30一起使用，该另一液体尤其不能与样品液体10混合。在此，用于输送样品液体10的微流体泵送装置集成或可集成到覆盖元件160中。根据一个实施例，泵送装置通过与处理单元的接口来控制。泵送装置特别是通过弹性膜实现，其中泵送装置借助外部处理单元通过将至少两个不同的压力水平施加到与覆盖元件160的气动接口来控制。
67.根据该示实施例，通道161、163的截面例如具有例如100
×
100μm2至2
×
2mm2的尺寸。然而，根据该实施例，通道161、162、163优选地具有300
×
300μm2至800
×
800μm2的尺寸。凹部200也具有例如1
×1×
1μm2至1
×1×
1mm2的尺寸，并且优选地具有10
×
10
×
10μm2至500
×
500
×
500μm2的尺寸。
68.根据该实施例，覆盖元件160成本有利地由至少一种聚合物材料制造。所述一个或任选多个另外的微结构化组件在此任选与所述至少一个载体元件150结合地形成芯片实验室盒。载体模块500尤其具有以下优点：通过载体元件150与至少一个覆盖元件160的组合，封闭和/或界定存在于载体元件150的芯片顶面上方的空间。由此尤其避免水溶液通过具有疏水表面性质的载体元件150的区域由于在那里形成的毛细压力溢出，特别是如果覆盖元件160的表面性质是疏水或仅略微亲水时。以这种方式，能够在载体元件150的亲水区域和蚀刻结构中处理水溶液，其中表面的疏水区域用作屏障并且可用于引导样品液体。通过在此介绍的方法，允许将根据该方法制成的载体元件简单地微流体集成到由聚合物材料制成的微流体环境中。通过使用聚合物材料来形成覆盖元件160，载体模块500既可以成本有利地大量制造(例如使用诸如聚合物组件的注射成型和激光焊接之类的高吞吐量方法)，也可以在载体模块500中处理几十或几百微升的更大流体体积，其例如用于执行分子诊断测试程序。
69.图8示出了根据一个实施例的使用载体模块500的方法800的流程图。方法800在此包括使样品液体与覆盖元件160接触的步骤805和使样品液体与载体元件150的表面接触的步骤810。方法800中使用的载体元件可以例如与图3至7之一中描述的载体元件对应或类似。此外，所用载体元件可以通过如图1或2之一中描述的方法制成。
70.图9示出了根据一个实施例的装置900的框图。装置900在此被设计用于控制或执行如在图1至3或5之一中所述的生产用于容纳样品液体的载体元件的方法。装置900在此具有单元905，其用于用光敏聚合物层涂覆载体基底以获得经涂覆的载体基底，特别是其中载体基底具有亲水表面性质。此外，装置900包括用于使经涂覆的载体基底曝光和显影以获得结构化聚合物层的单元910和用于使布置在载体基底上的结构化聚合物层氟化以生产用于容纳样品液体的载体元件的单元915，特别是其中结构化聚合物层通过氟化步骤获得疏水
表面性质。
71.如果一个实施例在第一特征和第二特征之间包括“和/或”连接词，这应该被理解为该实施例根据一个实施方案既具有第一特征也具有第二特征，根据另一个实施方案要么只具有第一特征，要么只具有第二特征。
现有技术
1.本发明涉及根据独立权利要求的种类的生产用于容纳样品液体的载体元件的方法和控制器、载体元件、载体模块和使用载体元件的方法。本发明的主题也是计算机程序。
2.微流体分析系统，即所谓的芯片实验室(loc)，能够在所谓的即时检验中对患者样品进行全自动分子诊断分析。在此，样品在被设置为一次性部件的loc盒中进行分析。
3.发明公开在此背景下，通过在此介绍的方法提出根据主要权利要求的改进的方法、此外使用该方法的改进的控制器、改进的载体元件、改进的载体模块和使用载体元件的改进的方法，以及最后相应的计算机程序。通过从属权利要求中列出的措施，独立权利要求中所示的装置的有利扩展和改进是可能的。
4.通过在此介绍的方法，提供了以成本有利的方式生产例如具有有利表面性质的载体元件的可能性。此外，由此能够改进对样品液体的分析。
5.提出了生产用于容纳样品液体的载体元件的方法，该方法包括涂覆步骤、曝光和显影步骤以及氟化步骤。在涂覆步骤中，用光敏聚合物层涂覆载体基底，以获得经涂覆的载体基底。在此，载体基底具有亲水表面性质。在曝光和显影步骤中，使经涂覆的载体基底曝光和显影，以获得结构化聚合物层。在氟化步骤中，使布置在载体基底上的结构化聚合物层氟化，以产生用于容纳样品液体的载体元件。在此，结构化聚合物层通过氟化步骤特别是获得疏水表面性质。
6.载体元件可以例如以芯片实验室的形式实现，其被设计用于容纳样品液体。样品液体可以是作为患者样品的例如体液、分泌物等，其例如应被分析。载体基底可以例如作为具有特定所需的性质并承载或容纳载体元件的其它组件的基础材料。例如，光敏聚合物层可以形成为例如塑料片或层，例如光刻胶。在此，例如该聚合物层可以首先以液体形式施加到载体基底上，然后例如通过调温而固化。在曝光步骤中，例如经涂覆的载体基底，即在此例如具体为聚合物层，可以通过例如具有电磁辐射的光进行曝光，该电磁辐射也可以具有超出可见光波长范围的波长。这样的辐射可以包括例如紫外辐射(uv)或x光辐射。通过曝光和显影，可以有利地使经涂覆的载体基底的聚合物层的被曝光区域有针对性地在其在溶剂中的溶解度方面进行改变，然后将其去除，从而有利地获得结构化聚合物层。有利地，在氟化步骤中，载体基底和附加地或替代地聚合物层或聚合物层的表面与例如含氟材料、物质、等离子体和附加地或替代地溶液接触。因此，氟化可以被理解为是指使聚合物层的表面例如与含氟材料、物质、等离子体以及附加地或替代地溶液接触。有利地，结构化聚合物层的表面性质由此实现为比以前更疏水。总之，可以有利地使样品液体能够局部润湿载体基底，因为载体基底与结构化聚合物层的组合可以具有疏水区域和亲水区域。
7.根据一个实施方案，在涂覆步骤中，可以涂覆载体基底，该载体基底可以至少部分地由半导体材料，特别是由含硅材料形成。特别地，半导体材料的表面在此可以涂覆有光敏聚合物层。有利地，可以由此使经涂覆的载体基底的聚合物层具有疏水表面性质。
8.该方法可以包括使载体基底结构化以在载体基底中获得至少一个凹部的步骤。有利地，可以例如蚀刻该载体基底，以获得所述至少一个凹部。例如，凹部也可以被称为体积结构。以这种方式，可以有利地且在技术上简单地形成用于对样品液体进行分析的在凹部中的流体通道或流体室。
9.根据一个实施方案，可以在结构化步骤中在所述至少一个凹部的至少一个侧壁上产生钝化层。此外，可以在氟化步骤中至少部分地去除布置在凹部的至少一个侧壁上的钝化层。有利地，一个层，例如在氟化步骤中例如至少部分地被去除的侧壁聚合物可以在凹部的侧壁上形成。由此，凹部(其例如也可以称为微腔)内的至少一个表面可以有利地被形成为亲水的。
10.在涂覆步骤中，根据一个实施方案，具有氧化物层的基底以及附加地或替代地涂覆有附着力促进剂层的载体基底可以用作载体基底。附着力促进剂可以例如形成为烷基三氯硅烷或六甲基二硅氮烷(hmds)，其可以用于有利地防止聚合物层从载体基底上脱离。这意味着附着力促进剂可以例如形成为载体基底和聚合物层之间的粘附剂，特别是在基底具有氧化物层的情况下。
11.此外，该方法可以包括施加另一光敏聚合物层的步骤和使所述另一聚合物层进一步曝光和显影以获得另一结构化聚合物层的步骤。所述另一聚合物层可以有利地由与聚合物层相同的材料形成。在此，(第一)聚合物层用于使基底上的氧化物层因此结构化。此后，例如去除(第一)聚合物层，然后将所述另一聚合物层施加到具有结构化氧化物层的基底上。所述氧化物层和所述另一聚合物层然后例如一起用作用于基底的体积结构化的蚀刻步骤的抗蚀剂。所述另一聚合物层然后可以例如氟化，并因此用于形成具有疏水表面性质的层。也由氧化物层(即第一聚合物层)限定的体积结构化的空间设计因此可以有利地部分独立于疏水层的产生和空间设计而进行。以这种方式，可以使所述另一聚合物层结构化，其不同于所述聚合物层的结构化类型，从而可以提高结构化时的灵活度。
12.根据一个实施方案，该方法可以包括在进一步曝光和显影之后进行结构化以在载体基底中获得至少一个另外的凹部的进一步步骤。由此可以有利地产生微腔。
13.在沉积步骤中，可以在氟化步骤之后使层沉积，以改变和附加地或替代地覆盖载体基底的表面。有利地，由此实现使凹部及其侧壁由于沉积的层而形成为亲水的并相反地使聚合物层的表面形成为疏水的。由此，可以有利地避免毛细管效应以及附加地或替代地引入到多个凹部中的样品液体的意外混合。
14.该方法可以例如以软件或硬件或以软件和硬件的混合形式例如在控制器中实现。
15.在此介绍的方法还提供了装置，该装置被设计用于在相应单元中执行、控制或实施在此介绍的方法的变体的步骤。也可以通过装置或控制器形式的本发明的该实施变体快速且有效地实现本发明所基于的目的。
16.为此，该装置可以具有至少一个用于处理信号或数据的计算单元、至少一个用于存储信号或数据的存储单元、至少一个用于从传感器读取传感器信号或用于向致动器输出控制信号的与传感器或致动器的接口、和/或至少一个用于读取或输出嵌入在通信协议中的数据的通信接口。计算单元例如可以是信号处理器、微控制器等，其中存储单元可以是闪存、eeprom或磁存储单元。通信接口可以被设计用于无线和/或有线地读取或输出数据，其中可以读取或输出有线数据的通信接口例如可以从相应的数据传输线以电学或光学方式
读取该数据或将其输出到相应的数据传输线。
17.在当前情况下，装置可以被理解为是指处理传感器信号并且根据该传感器信号而输出控制和/或数据信号的电气设备。该装置可以具有可设计为硬件和/或软件的接口。在硬件设计的情况下，接口可以是例如所谓的系统asic的一部分，其包括控制器的各种不同功能。然而，接口也可以是单独的集成电路或至少部分地由分立元件组成。在软件设计的情况下，接口可以是软件模块，其例如与其它软件模块一起存在于微控制器上。
18.在一个有利的实施方案中，通过该装置来控制生产用于容纳样品液体的载体元件的方法。为此，该装置可以访问例如传感器信号，例如用于用光敏聚合物层涂覆载体基底的涂覆信号、用于使经涂覆的载体基底曝光和显影的曝光信号和用于使布置在载体基底上的结构化聚合物层氟化的氟化信号。所述控制通过致动器，例如被设计用于提供涂覆、曝光和氟化的提供单元进行。在此，根据现有技术，各个工艺步骤可以在特意为此设计的各个设备中进行，例如旋涂机(涂覆)、掩模曝光机(曝光)和低压等离子体设备(氟化)。还可以设想，在该方法的过程中通过晶片处理装置在各个设备之间(部分地)自动地转移基底/晶片。
19.有利的还是具有程序代码的计算机程序产品或计算机程序，该程序代码可以存储在机器可读载体或存储介质，例如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器上并用于执行、实施和/或控制根据上述实施方案中任一项的方法的步骤，特别是当该程序产品或程序在计算机或装置上执行时。
20.此外，提出了用于容纳样品液体的载体元件，其中该载体元件包括具有亲水表面性质的载体基底和布置或可布置在载体基底上并具有疏水表面性质的聚合物层。
21.例如，载体元件可以被称为芯片实验室(loc)或微阵列。例如，载体元件可以用于载体模块。有利地，载体元件可以用于例如对例如从患者的待检查体液中获得的样品液体进行分析。
22.此外，提出了载体模块，其具有用于容纳样品液体的上述变体形式的载体元件和与载体元件可连接或连接并被设计用于将样品液体施加到载体元件上的覆盖元件。
23.载体模块可以有利地实现为一次性盒。
24.根据一个实施方案，还提出了使用上述变体形式的载体元件的方法，其中当使用载体元件时，使样品液体与氟化的结构化聚合物层接触，并且附加地或替代地其中样品液体与载体基底的表面接触。
25.有利地，样品液体可以由载体元件的凹部容纳。
26.在此介绍的方法的实施例在附图中示出并且在以下描述中更详细地解释。其中示出了：图1根据一个实施例的生产用于容纳样品液体的载体元件的方法的流程图；图2生产用于容纳样品液体的载体元件的方法的实施例的流程图；图3在生产用于容纳样品液体的载体元件的方法的过程中根据一个实施例的载体元件的各种中间产物的示意图；图4根据一个实施例的载体元件的示意性截面图；图5在生产用于容纳样品液体的载体元件的方法的过程中根据一个实施例的载体元件的各种中间产物的示意图；图6根据一个实施例的载体元件的示意性截面图；
图7根据一个实施例的载体模块的示意性截面图；图8根据一个实施例的使用载体元件的方法的流程图；和图9根据一个实施例的装置的框图。
27.在以下对本发明的有利实施例的描述中，相同或相似的附图标记用于在各个图中示出并且具有相似作用的元件，其中省略了对这些元件的重复描述。
28.图1示出了根据一个实施例的生产用于容纳样品液体的载体元件100的方法1000的流程图。将通过方法1000生产和/或已生产的载体元件例如形成为微阵列，以容纳样品液体。样品液体例如实现为水溶液，该水溶液特别是从例如人类来源的生物物质中获得。用于获得样品液体的物质例如实现为体液、涂片、分泌物、痰液、组织样品，或从附有样品材料的装置获得。样品液体中特别地存在与医学、临床、诊断或治疗相关的物类，例如细菌、病毒、细胞、循环肿瘤细胞、无细胞dna、蛋白质以及来自所述对象的其它生物标志物或成分。特别地，根据该实施例的样品液体是用于进行扩增反应，例如聚合酶链式反应或等温扩增反应的主混合物。
29.载体元件在此例如被设计为与载体模块结合使用。
30.在此，所述方法1000包括用光敏聚合物层涂覆载体基底的步骤1，该光敏聚合物层例如形成为光刻胶。载体基底在此具有亲水表面性质。在曝光和显影的步骤2中，使载体基底曝光和显影以获得结构化聚合物层。为此，例如可以使用电磁辐射，其也超出可见范围。所述方法1000还包括使布置在载体基底上的结构化聚合物层氟化的步骤3，例如通过与含有含氟物质的等离子体接触，以产生用于容纳样品液体的载体元件。在此，结构化聚合物层获得疏水表面性质。根据该实施例，载体基底由半导体材料，特别是由含硅材料形成。载体基底例如也形成为具有氧化物层和/或具有附着力促进剂层的基底。
31.通常，例如被称为芯片实验室(loc)的微流体分析系统能够在即时检测中对例如患者样品进行全自动分子诊断分析。在此，样品液体在loc盒中进行分析，该盒被设置为一次性部件。聚合物特别适用于成本有利地生产loc盒。高吞吐量方法，例如注塑成型或激光透射焊接，实现成本有利的大规模生产。然而，由于制造技术和材料所致，以这种方式生产的loc盒具有局限性或不利性质。因此，可实现的结构尺寸在生产技术方面受限，聚合物的热导率仅是低的，并且没有固有电功能化能力，例如在允许掺杂的半导体的情况下。此外，大多数非极性聚合物表面具有相当疏水的性质，因此润湿能力差，特别是对于水溶液。为了克服这些限制并能够在loc盒中提供扩展的微流体功能，由具有有利性质的其它材料制成的组件的集成是合适的。特别地，微结构化硅组件的集成看起来是有利的。材料硅具有非常好的微结构化能力、高导热性以及半导体性质。然而，为了提供具有所需微流体功能的微流体部件，在此被称为载体元件，表面的润湿性质的受控调适通常是额外有利的。
32.在此背景下，因此提出了方法1000，该方法允许对载体基底，特别是硅的润湿性质进行局部调适，尤其是基于光刻技术。除了对润湿性质进行调适外，此外通过方法1000还能够通过使用单个光刻工艺步骤对载体基底进行微结构化。以这种方式，可以特别成本有利地生产具有局部调适的表面润湿性质的三维载体元件。通过在此介绍的方法生产的载体元件也可以用作载体模块的组成部分，这允许载体元件例如与基于聚合物的loc盒组合使用。
33.因此，在此提出了方法1000，该方法允许光刻生产特别是基于硅的微流体部件和/或组件，其具有针对液体，特别是水溶液的局部调适的润湿行为。在方法1000的进一步扩展
中，除了表面润湿行为的局部调适之外，还进行载体基底的体积结构化。例如，方法1000的特征在于产生氟化表面，特别是氟化微结构化聚合物层，其与任选适当改性的基底表面(其优选具有亲水性质)相比具有疏水的，即拒水的表面性质。
34.换言之，通过生产也称为载体元件的微流体部件的方法1000，产生具有载体基底表面的局部调适的润湿性质的载体元件。在涂覆步骤1中，将光敏聚合物层施加到载体基底，例如硅上，例如通过旋涂到载体基底上，然后加热，这也称为“烘烤”，以去除溶剂残留物。在曝光和显影步骤2中，聚合物层例如借助具有要产生的结构或其阴型(negativ)的掩模局部曝光，或通过使用直接写入方法，例如通过直接激光束写入来曝光。例如，经曝光的聚合物层在合适的溶剂中显影，从而结构化聚合物层然后存在于基底表面上。在氟化步骤3中，使结构化聚合物层氟化以使其表面特别疏水，即抗拒水溶液，例如通过在含有一定比例的含氟化合物例如四氟甲烷(cf4)的等离子体中处理。
35.根据该实施例，聚合物抗蚀剂的氟化步骤3代表了在凹部之间的晶片顶侧上的氟化用于在这些区域中有针对性地、局部地、例如光刻特定地调适润湿性质的可能性。通过在此介绍的方法，还可以实现钝化的微流体结构，例如通道、多路复用器、各种分隔装置和/或基于硅的分离单元，其中提供合适的润湿性质(其例如对于利用毛细管效应而言有用)。
36.图2示出了生产用于容纳样品液体的载体元件的方法1000的一个实施例的流程图。在此所示的流程图包含图1中描述的方法1000的步骤1、2、3，并且根据该实施例应理解为图1中描述的方法1000的扩展方案。
37.此外，在涂覆步骤1中，具有氧化物层的基底和/或涂覆有附着力促进剂层104的载体基底100可以用作载体基底100。
38.根据该实施例，所述方法1000因此包括将附着力促进剂施加到载体基底100上的任选步骤01。在此，根据该实施例，施加步骤01在涂覆步骤1之前执行。此外任选地，方法1000包括使载体基底结构化以在载体基底中获得至少一个凹部的步骤21。这意味着，结构化例如通过蚀刻工艺进行，以使得载体基底例如具有体积结构。根据该实施例，在此例如在反应性离子深度蚀刻步骤中，将钝化层施加到所述至少一个凹部的侧壁上。然后，例如在氟化步骤3中，至少部分地去除形成钝化层并布置在凹部的侧壁上的侧壁聚合物。此外，根据该实施例的方法1000包括使层沉积以改变和/或覆盖载体基底的表面的步骤31。根据该实施例，沉积步骤31在此在氟化步骤3之后进行并且描述例如物质在载体基底上的沉积。
39.换言之，在涂覆步骤1之前，载体基底的表面在施加步骤01中配备有例如附着力促进剂。以这种方式，可以实现聚合物层与载体基底表面的更稳定结合。例如，可以用六甲基二硅氮烷(hmds)或烷基三氯硅烷对硅表面进行预处理。通过这种方式，特别是可以防止聚合物层由于机械或化学应力而从载体基底的表面上不期望地脱离。此外，根据该实施例，载体基底的表面具有亲水表面性质。例如，由此促进了用水溶液润湿基底表面。由于氟化聚合物层的疏水性质，它充当例如水相的屏障。由此，可以实现基底表面的受控局部润湿。通过局部调适的表面性质，例如实现水溶液对受试结构的选择性润湿能力。
40.此外，根据该实施例，聚合物层用作用于载体基底的体积结构化的例如通过蚀刻工艺的结构化步骤21的抗蚀剂或掩模。例如，使用反应性离子深度蚀刻工艺使硅基底结构化。在沉积步骤31中，此外、但任选地在硅基底的表面上进行选择性沉积，例如通过化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)，通过结合自组装单层(sam)或通过使用硅烷化合物，特别
是聚乙二醇硅烷化合物。例如，由此产生了具有经调适的润湿行为和任选特别高生物相容性的改性基底表面。
41.在涂覆步骤1中，将在此被称为聚合物层的基于聚合物的光敏抗蚀剂施加到形成为硅基底的载体基底上，例如通过将漆旋涂并随后加热以去除溶剂残留物。任选地，在涂覆之前用附着力促进剂，例如用六甲基二硅氮烷(hmds)或烷基三氯硅烷如十八烷基三氯硅烷处理硅表面。通过聚合物层的曝光和显影步骤2，形成局部存在的润湿性质的光刻限定，并且任选地形成用于蚀刻工艺的掩模。通过在结构化步骤21中蚀刻硅基底，例如通过反应性离子深度蚀刻，实现限定的微结构化，以产生例如也称为凹部的腔或微流体室和通道。
42.在氟化步骤3中，载体基底在包含含氟化合物，特别是包含四氟甲烷(cf4)的等离子体中处理，以实现结构化聚合物层的聚合物表面的氟化，并且任选地实现剩余基底表面的合适封端。任选地，此外与在沉积步骤31中对未被聚合物层覆盖的暴露硅表面进行选择性涂覆，例如通过化学气相沉积(cvd)或原子层沉积(ald)或湿化学处理。由此通过例如诸如聚乙二醇(peg)的分子的共价连接来实现例如硅表面的羟基化或生产特别生物相容的表面。然后任选地分割硅基底，例如通过机械锯切、基于激光的分割(“maho-dicing”)或通过沿着例如通过蚀刻引入基底中的预定断裂点断裂。
43.通过使用光刻方法，一方面生产具有非常高精度和在微米范围内的非常小的结构尺寸的具有局部调适的表面润湿性质的微流体结构，另一方面可以在大面积基底上进行高度并行处理，以例如由此提供载体元件的成本有效的可制造性。
44.通过使用基于聚合物的光敏聚合物层作为蚀刻工艺的掩模和作为用于产生基底顶面的疏水涂层的基础，单个光刻步骤仍然足以实现限定的硅基底微结构化和实现位于蚀刻结构之间的基底顶面上的区域中的润湿行为的调适。通过借助方法1000提供的载体基底的疏水化，特别有利地防止例如在经由结构化步骤21引入硅基底的相邻结构之间的流体串扰。总体而言，通过方法1000可以特别简单且成本有利的方式制造具有局部调适的润湿行为的微结构化硅部件。根据该实施例，通过在蚀刻工艺之后在氟化步骤3中的四氟甲烷(cf4)等离子体处理，实现了聚合物表面的氟化和蚀刻到硅基底中的结构的清洁。根据该实施例，这一方面导致聚合物表面具有特别疏水的，即拒水的行为，另一方面同时实现蚀刻到硅基底中的结构的表面的清洁和/或封端。特别地，例如通过cf4等离子体处理至少部分地去除源自反应性离子深度蚀刻工艺的侧壁聚合物并产生亲水硅表面。此外，根据该实施例，通过使聚合物光致抗蚀剂表面氟化，在随后的沉积步骤31中实现未被结构化氟化聚合物层覆盖的硅表面的选择性涂覆，例如通过化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)或通过其它化学处理。结果，例如进一步调适未被聚合物抗蚀剂覆盖的硅表面的润湿行为和/或产生所形成的结构的特别好的生物相容性。
45.图3示出了在生产用于容纳样品液体的载体元件150的方法的过程中根据一个实施例的载体元件150的各种中间产物的示意图。根据该实施例，在此所示的载体元件150借助如图2中描述的方法制成。根据该实施例，相应地描绘方法1000的每个步骤01、1、2、21、3、31之后的部分结果。
46.根据该实施例，在涂覆步骤1中用聚合物层101涂覆载体基底100。根据该实施例，在载体基底100和聚合物层之间布置附着力促进剂104。在曝光和显影步骤2之后，载体元件150具有结构化聚合物层102。这意味着，根据该实施例，聚合物层101在显影时在曝光期间
光束撞击的位置处被去除，以获得结构化聚合物层102。在结构化步骤21中，例如通过将凹部200蚀刻到载体基底100中，使载体基底100结构化。凹部的制造特别是通过反应性离子深度蚀刻步骤来进行，其中将侧壁聚合物形式的钝化层201施加到载体基底100和/或结构化聚合物层102上。在氟化步骤3中(至少部分地)去除侧壁聚合物，并且使结构化聚合物层102氟化，以例如获得形成为疏水的氟化聚合物层103。在沉积步骤31中，在凹部200的表面上沉积亲水层105。
47.换言之，硅晶片用作载体基底100，其已用六甲基二硅氮烷(hmds)作为附着力促进剂104预处理01，并且已在涂覆步骤1中通过旋涂将光刻胶/聚合物抗蚀剂101施加到其上。在曝光和显影步骤2中的局部曝光之后，进行结构化步骤21，例如以反应性离子深度蚀刻工艺的形式，以对载体基底100(也称为硅基底)进行体积结构化。例如，通过随后在氟化步骤3中在例如含有一定比例的cf4的低压等离子体中处理载体基底100，实现剩余聚合物层103的氟化，以及实现至少部分地去除凹部200的表面上的形成为侧壁聚合物的钝化层201(这也被称为蚀刻结构或体积结构化)。层105然后可以作为选择性沉积在沉积步骤31中施加在载体基底100上，例如通过化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)、自组装单层(sam)的结合或通过使用硅烷化合物，特别是聚乙二醇硅烷化合物。也被称为光致抗蚀剂的氟化聚合物层103的聚合物表面保持不被表面的先前氟化3触碰，从而实现沉积步骤31的选择性。
48.图4示出了根据一个实施例的载体元件150的示意性截面图。在此，载体元件150可以对应于图3中描述的载体元件150，或与其至少相似地和相应地已通过如图1和/或2之一中描述的方法制成。
49.根据该实施例，载体元件150形成为微流体部件。载体元件150由微结构化载体基底100组成，其在其顶面上具有结构化且氟化的聚合物层103，其通过附着力促进剂104施加到载体基底100上。此外在基底100中存在凹部200，其表面具有亲水层105。
50.载体元件150被设计用于容纳样品液体。为此，载体元件150包括具有亲水表面性质的载体基底100和布置或可布置在载体基底上并且具有疏水表面性质的氟化聚合物层103。
51.载体基底100例如由含硅材料形成，其厚度为例如100μm至3mm，优选300μm至1000μm。聚合物层103的厚度例如为500nm至10μm，但优选为1μm至5μm。根据该实施例，例如聚合物层103实现或可实现为酚醛树脂。载体基底100的所述至少一个凹部200的结构尺寸例如为例如500 nm至30 mm，但优选5 μm至1 mm。
52.此外，载体元件150具有例如1
×
1mm2至100
×
100mm2的尺寸。根据该实施例，载体元件150优选地具有3
×
3mm2至10
×
10mm2的尺寸。
53.图5示出了在进行生产载体元件150的方法的过程中根据一个实施例的载体元件150的各种中间产物的示意图。根据该实施例，在此所示的载体元件150使用如图1至3之一中描述的方法制成。该方法在此被扩展显示，以使得根据该实施例，除了在前述图的至少一个中描述的步骤01、1、2、21、3、31之外，下面更详细地描述方法1000的进一步任选步骤000、001、002、003、004、22。
54.根据该实施例，载体基底100具有布置在载体基底100上的氧化物层106。还任选地，还可以将附着力促进剂施加到氧化物层上，以实现聚合物层与具有氧化物层的基底的更好结合。根据该实施例，描绘了该方法的各个步骤的部分结果。除了图1和/或2中描述的
方法步骤之外，该方法还包括将另一光敏聚合物层109施加到载体基底100 上的步骤001。根据该实施例，所述另一聚合物层109具有与聚合物层101相同的光敏性质，根据该实施例在稍后的时间点用其涂覆载体基底100。
55.该方法还包括使所述另一聚合物层109进一步曝光和显影以获得另一结构化聚合物层110的步骤002。此外，根据该实施例的方法还包括在进一步曝光和显影的步骤002之后的进一步的结构化步骤003，以获得载体基底100上的氧化物层106的至少一个结构化500。更准确地说，在进一步的结构化步骤003中，氧化物层106根据该实施例被部分地打开，从而存在结构化的氧化物层107。还任选地，根据该实施例，在如图1至4之一中所述在涂覆步骤1中用聚合物层101涂覆载体基底100之前，在去除步骤004中去除所述进一步结构化的聚合物层110。根据该实施例，然后进行曝光和显影步骤2以及载体基底100的结构化步骤21。任选地，根据该实施例的方法包括使用结构化聚合物层(102)打开结构化且部分开放的氧化物层107以获得开放的氧化物层108的步骤22，该开放的氧化物层根据该实施例在步骤22之后具有例如与结构化聚合物层102相同的尺寸。根据该实施例，结构化聚合物层102然后在氟化步骤3中氟化，以使结构化聚合物层102疏水。最后，在沉积步骤31中，使具有亲水表面性质的层105沉积在载体基底100上。
56.换言之，氧化物层106例如是在产生步骤000中首先在载体基底100上产生。这例如通过热氧化或化学气相沉积是可能的。在施加可被称为聚合物抗蚀剂的另一聚合物层109的步骤001和随后的另一聚合物层109的进一步曝光和显影002之后，使用由此另一结构化聚合物层110，以限定地打开氧化物层106，这根据该实施例在进一步的结构化步骤003中实现。开放的氧化物层107在后续的结构化步骤21中用作载体基底100的体积结构化的掩模。
57.在所述另一结构化聚合物层110的去除步骤004之后，在涂覆步骤1中将聚合物层101施加到具有结构化氧化物层107的载体基底100上。聚合物层101在随后的氟化步骤3中用于在载体基底100上产生结构化的氟化聚合物层103。为此目的，聚合物层101在曝光和显影步骤2中首先局部曝光，然后显影。
58.根据该实施例，部分开放的氧化物层107和/或结构化聚合物层102用作蚀刻步骤的掩模，即用于载体基底100的体积结构化200的结构化步骤21，例如通过反应性离子深度蚀刻。在载体基底100的未被结构化聚合物层102覆盖的区域中打开氧化物层107的步骤22之后，例如在cf4等离子体中进行结构化聚合物层102的氟化步骤3，以获得氟化聚合物层103。最后，通过在沉积步骤31中的选择性沉积，在载体基底100的空闲硅表面上产生功能层105，例如通过化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)或自组装单层(sam)的结合或通过使用硅烷化合物，特别是聚乙二醇硅烷化合物，以有利地产生生物相容的亲水表面。除了凹部200之外，载体元件150还特别地具有局部调适的润湿行为，其独立于载体基底100的凹部200的形状而限定。在也被称为部件的载体元件150的有利实施例中，例如在载体元件的与凹部200或腔邻接的区域，例如芯片顶面上，设计有亲水层105，以使例如水性液体更容易地渗入到载体基底100中的凹部200或腔中。
59.在所述方法的在此所示的有利扩展方案中，例如通过附加的第二光刻步骤来实现载体元件150的顶面上的润湿性质的局部限定的调适。以这种方式，在顶面上在限定的部分区域中实现了与在结构化步骤21中产生的结构相当的润湿行为。特别地，产生了亲水表面性质，其允许顶面的这些部分区域能够被水溶液良好润湿，而在顶面的其它区域中由于疏
水表面性质防止被水溶液润湿。以这种方式可以在载体元件150中产生甚至更复杂的微流体结构。这种部件以特别有利的方式与另一尤其由聚合物材料构成的组件组合使用。
60.根据该实施例，该方法尤其允许制造具有微流体微腔阵列的硅芯片，其包括具有亲水表面性质的微腔并具有在预定的部分区域中疏水的芯片顶面。一方面，亲水微腔对水溶液具有高亲和力，另一方面，在用第二相(例如用油，诸如矿物油、石蜡油或硅酮油、pdms预聚物或氟化烃，例如fomblin、3m氟化fc-40、fc-70或novec 7500)密封先前填充有水相的微腔之后，任选实现微腔中水相的等分。
61.图6示出了根据一个实施例的载体元件150的示意性截面图。在此所示的载体元件150可以与图5中描述的载体元件150对应或至少类似。根据该实施例，在此所示的载体元件150也可以在如图5中描述的方法中制成。根据该实施例，载体元件150具有结构化氧化物层108、布置在结构化氧化物层108上的氟化聚合物层103以及在载体基底100的暴露区域上的亲水层105。此外，载体元件150具有至少一个凹部200。这意味着，在此所示的载体元件150可以作为图5中描述的方法的最终产物产生，这又被理解为图1和/或2中描述的方法的扩展方案。
62.换言之，描绘了被称为载体元件150的微流体部件的截面的示意图，其根据图5中描述的该方法的有利扩展方案制成。载体元件150由凹部200所处的微结构化载体基底100组成。该凹部具有亲水的，特别是生物相容的层105，其也被称为表面功能化。载体元件150的顶面具有不同类型，即亲水和疏水的区域，它们例如对水溶液具有不同的润湿行为。载体元件150的顶面的疏水部分区域具有氟化聚合物层103，而亲水区域具有与引入到载体基底100中的凹部200相同的层105。由于载体元件150在几何形状和表面性质方面的特殊性质，其可用于在毛细力的辅助下处理微流体系统中的样品液体。
63.图7示出了根据一个实施例的载体模块500的示意性截面图。载体模块500在此具有用于容纳样品液体10的载体元件150和与载体元件150可连接或连接并且被设计用于将样品液体10施加到载体元件150上的覆盖元件160。例如，载体模块500在此形成为一次性盒。在此所示的载体元件150可以在此例如与图3至6之一中描述的载体元件150对应或至少类似。根据该实施例，载体元件150可通过例如图1、2、3和/或5之一中描述的方法来制造。
64.根据该实施例，具有局部调适的表面润湿性质的载体元件150与至少一个另外的组件(在此被称为覆盖元件160)，例如结构化聚合物基底组合使用。在此，覆盖元件例如由聚合物，例如聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、环烯烃共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯形成并且例如可以通过注射成型制成。根据该实施例，载体元件150相对于覆盖元件160的位置的相对位置在此被充分限制，以使得能够在覆盖元件160和载体元件150之间输送至少一种样品液体10。根据该实施例，覆盖元件160和载体元件150形成载体模块500，其例如实现为一次性盒。
65.任选地，覆盖元件160为此具有至少一个调节元件170，其精确地规定载体元件150相对于覆盖元件160的相对位置。根据该实施例，载体元件150任选地通过例如胶粘连接171与覆盖元件160相互牢固连接。此外，覆盖元件160尤其具有至少一个通道161，其用于通过布置在载体元件150和覆盖元件160之间的空间156将样品液体10输送到载体元件150。根据该实施例，氟化聚合物层103与空间156邻接，根据前述附图之一中描述的方法用该氟化聚合物层涂覆载体基底100，并且其由于其疏水表面性质防止例如通过通道161引入到空间156中的样品液体10穿过任选存在于载体元件150和覆盖元件160之间的毛细间隙。为此，根
据该实施例，覆盖元件160尤其具有非极性、疏水或仅略微亲水的表面性质，以使得当接触例如形成为聚合物基底的覆盖元件160的表面时，与例如水性的样品液体10形成相应大的接触角11，这会抵抗通过载体元件150的顶面上的不同的引导液体的亲水区域(这些亲水区域形成为亲水层105)之间的间隙的不希望的流体串扰。
66.根据该实施例，载体模块500具有特别集成到覆盖元件160中的排气通道162，存在于载体模块500中的气态介质20根据该实施例可以通过该排气通道排出。不依赖于这一点，也可以通过覆盖元件160中的另一通道163实现排气。此外，通道163仅任选地被设置用于将样品液体10从载体元件150(返回)输送到覆盖元件160中。此外任选地，根据该实施例，载体模块500可以用于与另一液体30一起使用，该另一液体尤其不能与样品液体10混合。在此，用于输送样品液体10的微流体泵送装置集成或可集成到覆盖元件160中。根据一个实施例，泵送装置通过与处理单元的接口来控制。泵送装置特别是通过弹性膜实现，其中泵送装置借助外部处理单元通过将至少两个不同的压力水平施加到与覆盖元件160的气动接口来控制。
67.根据该示实施例，通道161、163的截面例如具有例如100
×
100μm2至2
×
2mm2的尺寸。然而，根据该实施例，通道161、162、163优选地具有300
×
300μm2至800
×
800μm2的尺寸。凹部200也具有例如1
×1×
1μm2至1
×1×
1mm2的尺寸，并且优选地具有10
×
10
×
10μm2至500
×
500
×
500μm2的尺寸。
68.根据该实施例，覆盖元件160成本有利地由至少一种聚合物材料制造。所述一个或任选多个另外的微结构化组件在此任选与所述至少一个载体元件150结合地形成芯片实验室盒。载体模块500尤其具有以下优点：通过载体元件150与至少一个覆盖元件160的组合，封闭和/或界定存在于载体元件150的芯片顶面上方的空间。由此尤其避免水溶液通过具有疏水表面性质的载体元件150的区域由于在那里形成的毛细压力溢出，特别是如果覆盖元件160的表面性质是疏水或仅略微亲水时。以这种方式，能够在载体元件150的亲水区域和蚀刻结构中处理水溶液，其中表面的疏水区域用作屏障并且可用于引导样品液体。通过在此介绍的方法，允许将根据该方法制成的载体元件简单地微流体集成到由聚合物材料制成的微流体环境中。通过使用聚合物材料来形成覆盖元件160，载体模块500既可以成本有利地大量制造(例如使用诸如聚合物组件的注射成型和激光焊接之类的高吞吐量方法)，也可以在载体模块500中处理几十或几百微升的更大流体体积，其例如用于执行分子诊断测试程序。
69.图8示出了根据一个实施例的使用载体模块500的方法800的流程图。方法800在此包括使样品液体与覆盖元件160接触的步骤805和使样品液体与载体元件150的表面接触的步骤810。方法800中使用的载体元件可以例如与图3至7之一中描述的载体元件对应或类似。此外，所用载体元件可以通过如图1或2之一中描述的方法制成。
70.图9示出了根据一个实施例的装置900的框图。装置900在此被设计用于控制或执行如在图1至3或5之一中所述的生产用于容纳样品液体的载体元件的方法。装置900在此具有单元905，其用于用光敏聚合物层涂覆载体基底以获得经涂覆的载体基底，特别是其中载体基底具有亲水表面性质。此外，装置900包括用于使经涂覆的载体基底曝光和显影以获得结构化聚合物层的单元910和用于使布置在载体基底上的结构化聚合物层氟化以生产用于容纳样品液体的载体元件的单元915，特别是其中结构化聚合物层通过氟化步骤获得疏水
表面性质。
71.如果一个实施例在第一特征和第二特征之间包括“和/或”连接词，这应该被理解为该实施例根据一个实施方案既具有第一特征也具有第二特征，根据另一个实施方案要么只具有第一特征，要么只具有第二特征。
再多了解一些
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