介電微粒操控晶片與其製造方法和操控介電微粒的方法

【19】中華民國　　　　　　【12】專利公報 　（B）

DIELECTRIC PARTICLE CONTROLLING CHIP, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND METHOD OF CONTROLLING DIELECTRIC PARTICLES

【21】申請案號：102127830 【22】申請日： 中華民國 102 (2013) 年 08 月 02 日 【11】公開編號：201506515 【43】公開日期： 中華民國 104 (2015) 年 02 月 16 日 【72】發 明 人： 張憲彰 (TW) CHANG, HSIEN CHANG；王竣弘 (TW) WANG, JYUN

HONG；鍾政哲 (TW) CHUNG, CHENG CHE；鄭宜肪 (TW) CHENG, I FANG；蔣盛全 (TW) CHIANG, SHENG CHUAN；任麗青 (CA) REN, CAROLYN；葛雷德　湯瑪茲 (CA) GLAWDEL, TOMASZ

【71】申 請 人： 國立成功大學 NATIONAL CHENG KUNG

UNIVERSITY 臺南市東區大學路 1 號 【74】代 理 人： 高玉駿；楊祺雄 【56】參考文獻： TW I275793 TW 201100797A JP 9-309221A TW 200931014A CN 102961966A 審查人員：陳伯宜 [57]申請專利範圍 1.　一種介電微粒操控晶片之製造方法，包含以下步驟：(a)在一基板上被覆設置相間隔之一 指叉狀第一電極層與一指叉狀第二電極層，該第一電極層具有一個第一連接部，及多個 相間隔之條狀第一指叉電極部，該第二電極層具有一個第二連接部，及多個相間隔之條 狀第二指叉電極部，該等第一指叉電極部是分別自該第一連接部朝該第二連接部方向延 伸靠近，該等第二指叉電極部是分別自該第二連接部朝該第一連接部方向延伸靠近，且 該等第一指叉電極部與該等第二指叉電極部是彼此間隔平行地交錯排列；(b)於該基板頂 面被覆一層由介電材料構成，且覆蓋該第一電極層與該第二電極層的介電層；及(c)於該 基板頂面成型一層與該基板相配合界定出一涵蓋該第一電極層與該第二電極層，並可容 裝介電泳液的反應空間的層狀體。 2.　如請求項 1 所述的介電微粒操控晶片之製造方法，還包含一步驟(d)於該介電層頂面被覆 成型一斷面呈連續上下起伏狀的立體微結構，該立體微結構具有多個分別沿該等第一指 叉電極部和該等第二指叉電極部長向延伸之上凸部與下凹部，該等上凸部是呈波峰狀， 且分別位於兩相鄰第一指叉電極部和第二指叉電極部間的間隙上方，該等下凹部是呈波 谷狀，且分別位於該等第一指叉電極部上方和該等第二指叉電極部的上方。 3.　如請求項 2 所述的介電微粒操控晶片之製造方法，其中，步驟(d)包括以下步驟：(d1)在 該介電層頂面被覆一感光硬化材料；(d2)分別於該第一電極層與該第二電極層施加一交 流電，利用該等交錯排列之第一指叉電極部與第二指叉電極部間的非均勻電場分佈，誘 使該感光硬化材料往電場強度較強之該等第一指叉電極部與該等第二指叉電極部之邊緣 5457

-區域上方集中，而於該介電層頂面形成該立體微結構；及(d3)在對該第一電極層與該第 二電極層施加交流電情況下，使該該立體微結構感光硬化定型。 4.　如請求項 1、2 或 3 所述的介電微粒操控晶片之製造方法，其中，步驟(a)之該第一電極 層還具有一第一連接部，該第二電極層還具有一第二連接部，該等第一指叉電極部是分 別自該第一連接部朝該第二連接部方向延伸靠近，該等第二指叉電極部是分別自該第二 連接部朝該第一連接部方向延伸靠近，且該等第一指叉電極部和該等第二指叉電極部是 彼此間隔平行地交錯排列。 5.　如請求項 1、2 或 3 所述的介電微粒操控晶片之製造方法，其中，步驟(a)之該第一電極 層與該第二電極層是呈徑向內外間隔狀，該第一電極層還具有一第一連接部，該第二電 極層還具有一間隔環繞該第一連接部之第二連接部，該等第一指叉電極部是呈輻射狀分 佈地自該第一連接部徑向往外朝該第二連接部突伸靠近，該等第二指叉電極部是呈輻射 狀分佈地自該第二連接部徑向 往內朝該第一連接部延伸。 6.　如請求項 5 所述的介電微粒操控晶片之製造方法，其中，該第二連接部具有一徑向缺 口，且其中一第一指叉電極部是徑向往外延伸通過該徑向缺口。 7.　如請求項 5 所述的介電微粒操控晶片之製造方法，其中，步驟(a)該等第二指叉電極部的 寬度是呈徑向往內逐漸窄縮，而分別與相鄰之該等第一指叉電極部保持相同間距。 8.　如請求項 5 所述的介電微粒操控晶片之製造方法，其中，步驟(a)該等第二指叉電極部末 端與該第一連接部之間距大於該等第一指叉電極部末端與該第二連接部的間距。 9.　如請求項 1 所述的介電微粒操控晶片之製造方法，其中，步驟(b)構成該介電層之該介電 材料為光阻或矽氧化物。 10. 如請求項 3 所述的介電微粒操控晶片之製造方法，其中，該感光硬化材料是選自於紫外 光硬化膠、紅外光硬化膠或鹵素光硬化膠。 11. 一種介電微粒操控晶片，包含：一晶片本體，界定出一開口朝上而可用以容裝介電泳液 之反應空間；一指叉狀第一電極層與一指叉狀第二電極層，間隔設置於該晶片本體，而 分別位於該反應空間底緣，該第一電極層具有一個第一連接部，及多個分別自該第一連 接部往外延伸之第一指叉電極部，該第二電極層具有一第二連接部，及多個分別自該第 二連接部往外延伸之第二指叉電極部，該等第一指叉電極部與該等第二指叉電極部彼此 間隔地交錯排列分佈；及一介電層，由介電材料構成，並覆蓋遮蔽該第一電極層與該第 二電極層地設置固定於該晶片本體。 12. 如請求項 11 所述的介電微粒操控晶片，還包含一覆蓋於該介電層頂面而位於該第一電極 層與該第二電極層上方之立體微結構，該立體微結構斷面是呈連續上下起伏狀，具有沿 該等第一指叉電極部與該等第二指叉電極部長向延伸之多個上凸部與多個下凹部，該等 上凸部是呈波峰狀，且分別位於兩相鄰第一指叉電極部與第二指叉電極部間的間隙上 方，而該等下凹部是呈波谷狀，且分別位於該等第一指叉電極部正上方與該等第二指叉 電極部正上方。 13. 如請求項 11 或 12 所述的介電微粒操控晶片，其中，該等第一指叉電極部與該等第二指 叉電極部是彼此間隔平行地交錯排列分佈。 14. 如請求項 11 或 12 所述的介電微粒操控晶片，其中，該第一電極層與該第二電極層是呈 徑向內外間隔狀，該第二連接部是呈環狀，且間隔環繞於該第一連接部徑向外側，該等 第一指叉電極部是呈輻射狀分佈地分別自該第一連接部徑向往外朝該第二連接部突伸， 該等第二指叉電極部是呈輻射狀分佈地分別自該第二連接部徑向往 內朝該第一連接部突 伸。 15. 如請求項 14 所述的介電微粒操控晶片，其中，該第二連接部具有一徑向缺口，且其中一 第一指叉電極部是徑向往外延伸通過該徑向缺口。 5458

-16. 如請求項 14 所述的介電微粒操控晶片，其中，該等第二指叉電極部之寬度是呈徑向往內 逐漸窄縮狀，而分別與相鄰之該等第一指叉電極部保持相同間距。 17. 如請求項 14 所述的介電微粒操控晶片，其中，該等第二指叉電極部末端與該第一連接部 的間距大於該等第一指叉電極部末端與該第二連接部的間距。 18. 如請求項 11 所述的介電微粒操控晶片，其中，構成該介電層之介電材料是選自於光阻或 矽氧化物。 19. 如請求項 12 所述的介電微粒操控晶片，其中，構成該立體微結構是由感光硬化材料構 成，所述感光硬化材料是選自於紫外光硬化膠、紅外光硬化膠或鹵素光硬化膠。 20. 一種介電微粒之操控方法，適用於以請求項 11~19 任一項所述之介電微粒操控晶片進行 介電微粒之操控，並包含以下步驟：(a)將含有介電微粒的介電泳液注入該反應空間；及 (b)於該第一電極層與該第二電極層分別施加一交流電，且施加於該第一電極層與該第二 電極層之交流電具有 180°相位差，使兩相鄰第一指叉電極部與第二指叉 電極部相配合於 兩者間產生一吸引介電微粒的正介電泳力場，並相配合於其正上方分別產生一驅使介電 泳液自其兩長側相向朝內流動，且自其末端往其電連接之該第一連接部與該第二連接部 方向流動的交流電滲流力場。 21. 如請求項 20 所述的介電微粒之操控方法，其中，步驟(b)是使該等正介電泳力場小於該 等交流電滲流力場，使該等介電粒子分別受鄰近之交流電滲流力場所驅動之介電泳液的 帶動，而位移至該等第一指叉電極部和該等第二指叉電極部正上方，並沿該等第一指叉 電極部與該等第二指叉電極部長向分別地往該第一連接部和該第二連接部方向位移集中。 22. 如請求項 20 所述的介電微粒之操控方法，其中，步驟(b)是以該等正介電泳力場將該等 介電微粒分別吸引至兩相鄰之第一指叉電極部與第二指叉電極部的間隙上方，並以產生 於兩相鄰第一指叉電極部與第二指叉電極部正上方且作用方向相反之兩交流電滲流力場 所驅動之介電泳液的相對流動，於兩相鄰第一指叉電極部與第二指叉電極部之間隙上方 產生渦漩流動，而帶動位於兩相鄰第一指叉電極部與第二指叉電極部之間隙上方之該等 介電微粒往該介電泳液渦漩流動處集中並旋轉位移。 圖式簡單說明 本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖 1 是本 發明介電微粒操控晶片之一第一較佳實施例的立體剖視示意圖；圖 2 是該第一較佳實施例之 俯視示意圖；圖 3 是該第一較佳實施例之側剖示意圖；圖 4 是本發明介電微粒操控晶片之製 造步驟流程圖；圖 5 是本發明介電微粒操控方法之步驟流程圖；圖 6 是該第一較佳實施例之 局部俯視示意圖，示意說明於一下凹部上方所產生之交流電滲流力場的作用方向；圖 7 是類 似圖 6 之視圖，示意說明二相鄰交流電滲流力場驅使介電泳液於一上凸部上方產生渦漩流動 的情況；圖 8 是該第一較佳實施例透過操控模式(1)將 biotin 修飾之乳膠微粒吸附集中固定的 顯微影像；圖 9 是該第一較佳實施例透過操控模式(2)驅使 biotin 修飾之乳膠微粒沿該等下凹 部移動的顯微影像；圖 10 是該第一較佳實施例透過操控模式(3)驅使 biotin 修飾之乳膠微粒於 該等上凸部中央旋轉混合的顯微影像；圖 11 是該第一較佳實施例透過操控模式(3)驅使 biotin 修飾之乳膠微粒與 streptavidin 修飾的螢光粒子產生旋轉混合反應之顯微影像；圖 12 是該第 一較佳實施例透過操控模式(3)驅使金黃色葡萄球菌與螢光抗體產生旋轉混合反應之顯微影 像；圖 13 是該介電微粒操控晶片在無設置該立體微結構情況下，施予弦波交流電時，驅使螢 光微粒於相鄰第一指叉電極部與第二指叉電極部間旋轉混合的顯微影像；圖 14 是該介電微粒 操控晶片在無設置該立體微結構情況下，施予方波交流電時，驅使螢光微粒聚集於該等第一 指叉電極部正上方與第二指叉電極部正上方旋轉混合的顯微影像；圖 15 是本發明介電微粒操 控晶片之一第二較佳實施例的俯視示意圖；圖 16 是圖 15 之局部放大圖，並示意說明交流電 (3) 5459

-滲流力場的作用方向；及圖 17 是該第二較佳實施例將螢光介電微粒收集濃縮於一第一連接部 上方的顯微影像。

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