相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2014年12月19日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第62/094,669號(hào)的權(quán)益。上述申請(qǐng)的全部公開內(nèi)容通過引用并入本文。

本公開內(nèi)容涉及在固態(tài)膜中通過受控?fù)舸?cbd)在微流體通道內(nèi)制造納米孔傳感器。

背景技術(shù)：

納米孔現(xiàn)在屬于能夠電氣檢測(cè)單分子的成熟的一類無標(biāo)記傳感器。該技術(shù)依賴于在浸沒于離子溶液中的薄絕緣膜中的納米尺度孔隙上施加電壓。對(duì)所產(chǎn)生的離子電流的調(diào)制可以與各個(gè)帶電的生物分子的易位相關(guān)聯(lián)，上述帶電的生物分子諸如為被電泳驅(qū)動(dòng)通過納米孔的dna和蛋白質(zhì)。這些電導(dǎo)變化提供關(guān)于易位分子的長(zhǎng)度、大小、電荷以及形狀的信息。各種單分子研究——包括dna測(cè)序、蛋白質(zhì)檢測(cè)和解折疊、單分子質(zhì)譜和力譜——使該技術(shù)特別引人注目。

可以通過在脂質(zhì)雙層膜中結(jié)合蛋白質(zhì)孔來形成納米孔，或者可以在薄固態(tài)膜中制造納米孔。生物孔提供非常低的噪音特性，但是常規(guī)使用的作為支撐結(jié)構(gòu)的脂質(zhì)雙層膜的高度易裂性限制了其壽命和可以施加的電壓，從而約束一些應(yīng)用。另一方面，固態(tài)納米孔在較寬范圍的實(shí)驗(yàn)條件——諸如施加的電壓、溫度以及ph——下呈現(xiàn)出增強(qiáng)的耐久性，并且其尺寸可以原位調(diào)節(jié)。原則上，固態(tài)納米孔更傾向于作為陣列集成到穩(wěn)健的實(shí)驗(yàn)室芯片器件中。實(shí)際上，近年來的研究揭示了將這樣的納米孔嵌入在微流體網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各種集成策略。在這些研究中使用的納米孔通常使用高能離子或電子束構(gòu)建在超薄(10nm至50nm)介電膜(例如sin)中。然而，使用fib或tem制造納米孔引入了集成挑戰(zhàn)。在用能量粒子束進(jìn)行鉆孔時(shí)，對(duì)直接視線訪問(access，接近)的需求要求納米孔在集成到微流體器件內(nèi)之前被制造出。這在納米孔制造和器件組裝兩者期間強(qiáng)加了嚴(yán)格的對(duì)準(zhǔn)要求，從而導(dǎo)致了限制功能器件的產(chǎn)量的挑戰(zhàn)，特別是對(duì)于在單個(gè)膜上形成陣列或者當(dāng)微流體通道的尺寸減小以便最小化電噪聲時(shí)。更一般地，這些常規(guī)的納米制造技術(shù)依賴于在真空環(huán)境中生產(chǎn)納米孔，這就不可避免地在轉(zhuǎn)移到水溶液中以用于生物感測(cè)實(shí)驗(yàn)時(shí)引入處理風(fēng)險(xiǎn)和潤(rùn)濕問題。

最近提出了使用高電場(chǎng)可靠地制造固態(tài)納米孔的可替代方法，并且該方法在本文中被稱為通過受控?fù)舸?cbd)的納米孔制造。在原位并且在典型的實(shí)驗(yàn)生物感測(cè)條件下(例如在1mkcl中)，在支撐用的完整絕緣膜中誘發(fā)介電擊穿事件，從而引起形成直徑小至1nm但能夠調(diào)節(jié)至具有亞納米精度的大尺寸的單個(gè)納米孔。cbd方法的簡(jiǎn)單性使其非常適用于將納米孔傳感器集成在復(fù)雜的微流體結(jié)構(gòu)中，以及集成在潛在的實(shí)驗(yàn)室芯片器件中。將微流體器件所固有的先進(jìn)的樣本處理和加工能力與原位納米孔制造相結(jié)合，有望緩解各種集成問題，并且有望擴(kuò)大感測(cè)平臺(tái)的應(yīng)用范圍。關(guān)于該制造技術(shù)的更多細(xì)節(jié)可以在題為“fabricationofnanoporesusinghighelectricfields(使用高電場(chǎng)制造納米孔)”的美國(guó)專利公開第2015/0108808號(hào)中得到，并且上述專利的整體通過引用并入本文。本部分提供了與本公開內(nèi)容有關(guān)的背景信息，其未必是現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本部分提供本公開內(nèi)容的總體概述，并且沒有全面公開其全部范圍或其全部特征。

提出了一種用于在膜中制造一個(gè)或多個(gè)納米孔的裝置。該裝置包括：第一基板，其具有形成在該第一基板的暴露表面中的公共微通道；支撐結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在第一基板的暴露表面上并且被配置成承載(host)膜；第二基板，其具有形成在該第二基板的內(nèi)表面中的一個(gè)或多個(gè)微流體通道，該第二基板以內(nèi)表面面向支撐結(jié)構(gòu)的方式設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)上，使得一個(gè)或多個(gè)微流體通道通過膜與公共微通道流體分離；以及在膜上生成電勢(shì)的一組電極。該組電極可以包括定位在膜的一側(cè)的參考電極和定位在膜的相反側(cè)的兩個(gè)或更多個(gè)另外的電極，其中這兩個(gè)或更多個(gè)另外的電極相對(duì)于膜進(jìn)行布置使得在膜上的電場(chǎng)是均勻的。在一些實(shí)施方案中，在膜上的電勢(shì)大小致使電場(chǎng)具有大于每納米0.1v的值。

該裝置還包括：電流傳感器，其電耦接至電極中之一并且能操作以測(cè)量在一個(gè)或多個(gè)微流體通道中之一與公共微通道之間流動(dòng)的電流；以及與電流傳感器對(duì)接的控制器，其中，該控制器檢測(cè)所測(cè)量的電流的突然增大，所測(cè)量的電流的突然增大指示孔的形成，并且響應(yīng)于檢測(cè)到所測(cè)量的電流的突然增大，該控制器移除施加在膜上的電勢(shì)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，兩個(gè)或更多個(gè)另外的電極包括在膜的上游設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)微流體通道中的第一電極和在膜的下游設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)微流體通道中的第二電極。

在一些實(shí)施方案中，在第二基板的內(nèi)表面中形成有多個(gè)微流體通道。每個(gè)微通道具有一組相關(guān)聯(lián)的電極。以這種方式，可以在膜中制造納米孔陣列(與微流體通道的數(shù)量相對(duì)應(yīng))。

在其他實(shí)施方案中，在未使用支撐結(jié)構(gòu)的情況下，膜可以直接設(shè)置在第一基板上。在這樣的實(shí)施方案中，該組電極可以包括兩個(gè)參考電極，這兩個(gè)參考電極設(shè)置在公共微通道中，使得參考電極中的一個(gè)參考電極在膜的上游，而另一個(gè)參考電極在膜的下游。

在本公開內(nèi)容的另一方面中，中間層直接設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)上，并且因此設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)與第二基板之間。在這種情況下，用于在膜中制造一個(gè)或多個(gè)納米孔的裝置包括：第一基板，其具有形成在該第一基板的暴露表面中的公共微通道；支撐結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在第一基板的暴露表面上并且被配置成承載膜；中間層，其設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)上并且具有形成在該中間層中的至少一個(gè)通路(via)；第二基板，其具有形成在該第二基板的內(nèi)表面中的一個(gè)或多個(gè)微流體通道，該第二基板以內(nèi)表面面向支撐結(jié)構(gòu)的方式設(shè)置在中間層上，使得一個(gè)或多個(gè)微流體通道通過膜與公共微通道流體分離；以及布置在膜的相反側(cè)的一對(duì)電極。該對(duì)電極在膜上生成電勢(shì)。中間層中的一個(gè)或多個(gè)通路將一個(gè)或多個(gè)微流體通道與膜的暴露表面流體耦接，并且被配置成在通路中和周圍產(chǎn)生均勻的電場(chǎng)。在一些實(shí)施方案中，在膜上的電勢(shì)的大小致使電場(chǎng)具有大于每納米0.1v的值。

該裝置還包括：電流傳感器，其電耦接至電極中之一并且能操作以測(cè)量在一個(gè)或多個(gè)微流體通道中之一與公共微通道之間流動(dòng)的電流；以及與電流傳感器對(duì)接的控制器，其中該控制器檢測(cè)所測(cè)量的電流的突然增大，所測(cè)量的電流的突然增大指示孔的形成，并且響應(yīng)于檢測(cè)到所測(cè)量的電流中的突然增大，該控制器移除施加在膜上的電勢(shì)。

在一些實(shí)施方案中，在第二基板的內(nèi)表面中形成有多個(gè)微流體通道。每個(gè)微通道具有一組相關(guān)聯(lián)的電極。以這種方式，可以在膜中制造納米孔陣列(與微流體通道的數(shù)量相對(duì)應(yīng))。

在其他實(shí)施方案中，在未使用支撐結(jié)構(gòu)的情況下，膜可以直接設(shè)置在第一基板上。在這樣的實(shí)施方案中，該組電極可以包括兩個(gè)參考電極，這兩個(gè)參考電極設(shè)置在公共微通道中，使得參考電極中的一個(gè)參考電極在膜的上游，而另一個(gè)參考電極在膜的下游。

在本公開內(nèi)容的又一方面中，一個(gè)或多個(gè)微流體通道的路線被定成與膜相鄰，使得在膜的區(qū)域上產(chǎn)生均勻的電場(chǎng)，從而減少所需電極的數(shù)量。在一個(gè)實(shí)施方案中，微流體通道在設(shè)置在通道中的電極的下游形成環(huán)，其中該環(huán)的一部分的路線被定成在膜的上方。

在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)控制閥設(shè)置在微流體通道中并且操作以控制通過微流體通道的流量?？刂崎y可以通過流體耦接至氣動(dòng)源并由氣動(dòng)源致動(dòng)的彈性聚合物來實(shí)現(xiàn)。

在一些實(shí)施方案中，在第二基板的內(nèi)表面中形成有多個(gè)微流體通道。每個(gè)微通道具有一組相關(guān)聯(lián)的電極。以這種方式，可以在膜中制造納米孔陣列(與微流體通道的數(shù)量相對(duì)應(yīng))。另外，微流體通道陣列中的每個(gè)微流體通道從膜的一部分上面經(jīng)過，并且具有設(shè)置在該微流體通道中的至少兩個(gè)控制閥，其中一個(gè)閥設(shè)置在膜的上游，而另一個(gè)閥設(shè)置在膜的下游。以這種方式，通過調(diào)節(jié)通過設(shè)置在微流體通道陣列中的控制閥的流量來控制在膜上的電勢(shì)的值。

根據(jù)本文提供的描述，其他適用領(lǐng)域?qū)⒆兠髁?。本發(fā)明內(nèi)容中的描述和具體實(shí)施例僅僅意在說明的目的，并不意圖限制本公開內(nèi)容的范圍。

附圖說明

本文描述的附圖僅用于說明所選實(shí)施方案而非所有可能的實(shí)現(xiàn)的目的，并且并非意在限制本公開內(nèi)容的范圍。

圖1是用于利用插在膜的任一側(cè)的單個(gè)電極制造納米孔的裝置的示意圖。

圖2a是具有五個(gè)獨(dú)立的微流體通道的裝置的示例實(shí)施方案的截面圖，以及圖2b是在五個(gè)微流體通道直接位于膜上的情況下從裝置的上方拍攝的反射光學(xué)圖像。

圖3a至圖3c是描繪用于圖2a所示的裝置的示例組裝方法的示意圖。

圖4a至圖4c是描繪不同電極布置的示意圖，上述電極布置可以用于在膜的表面區(qū)域上產(chǎn)生均勻的電場(chǎng)。

圖5a是具有微通路層的裝置的第二示例實(shí)施方案的截面圖，以及圖5b是在五個(gè)微流體通道直接位于膜上但通過微通路層與膜隔離開的情況下從裝置的上方拍攝的反射光學(xué)圖像。

圖6a和圖6b分別是示出了在具有微流體通路和不具有微流體通路的裝置中的電場(chǎng)的有限元建模的圖像。

圖6c和圖6d分別是圖6a和圖6b中示出的納米孔周圍的電場(chǎng)的放大圖像。

圖6e是描繪在施加10v的電勢(shì)差時(shí)(如在納米孔制造中)沿著20nm厚的sin膜的中途(mid-way)平面所測(cè)量的電場(chǎng)的大小的曲線圖。

圖6f是描繪不具有微通路的裝置的電場(chǎng)的大小的曲線圖。

圖7a和7b是示出了(a)在10v下在通過cbd制造納米孔之前的幾秒內(nèi)通過sin膜的漏電流的曲線圖；和(b)針對(duì)在單個(gè)五通道器件上的五個(gè)獨(dú)立制造的納米孔的、用于使用基于電導(dǎo)的模型來推導(dǎo)納米孔直徑的電流-電壓(i-v)曲線的曲線圖。

圖8a是示出了(a)在宏觀池(黑色)、五通道器件(藍(lán)色)和具有微通路的五通道器件(紅色)中的功率譜密度(psd)噪聲比較的曲線圖，以及圖8b是示出了(b)在宏觀池(黑色)、五通道器件(藍(lán)色)和具有微通路的五通道器件(紅色)中的電流跡線的曲線圖。所有測(cè)量都是在1mkclph7.5中以下列條件進(jìn)行的：不存在任何在未施加電壓時(shí)制造的納米孔，以250khz進(jìn)行采樣，以及通過4極貝塞爾濾波器以100khz進(jìn)行低通濾波。

圖9a是歸一化的平均電流阻滯(0％表示完全打開的孔，100％表示完全阻塞的孔)對(duì)(a)在-200mv的施加電壓下使用10.5nm的孔的人類α-凝血酶檢測(cè)的總事件持續(xù)時(shí)間的散點(diǎn)圖，以及圖9b是歸一化的平均電流阻滯對(duì)b)在-200mv(黑色方塊)、-250mv(紅色三角形)和-300mv(藍(lán)色圓圈)下10kbdsdna通過11.5nm的孔易位的總事件持續(xù)時(shí)間的散點(diǎn)圖。每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)表示單個(gè)事件。該插圖示出了當(dāng)生物分子與納米孔相互作用時(shí)的瞬時(shí)電流阻滯。為了清楚起見，在插圖中使數(shù)據(jù)乘以-1。

圖10a和圖10b分別是在不具有施加到控制通道的壓力和具有施加到控制通道的壓力的情況下的示例微機(jī)械氣動(dòng)閥的截面圖。

圖11是具有五對(duì)氣動(dòng)閥并采用單對(duì)電極的5×1陣列器件的示意性俯視圖。

圖12是采用兩個(gè)頂部電極的5×1陣列器件的示意性俯視圖。

圖13是具有兩對(duì)氣動(dòng)閥和兩個(gè)頂部電極的2×1陣列器件的示意性俯視圖。

貫穿附圖的若干視圖，對(duì)應(yīng)的附圖標(biāo)記表示對(duì)應(yīng)的部件。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在，將參照附圖更加全面地描述示例實(shí)施方案。

圖1描繪了用于在膜12中制造一個(gè)或多個(gè)納米孔的裝置10。該裝置大體上由頂部(第一)基板14、底部(第二)基板15以及設(shè)置在頂部基板14與底部基板15之間的支撐結(jié)構(gòu)16構(gòu)成。支撐結(jié)構(gòu)16被配置成承載限定相反的平面表面13的薄介電膜12。出于說明的目的，在頂部基板14中形成有單個(gè)微流體通道4，并且在底部基板15中形成有較大的公共微流體通道5。電耦接至電壓源18的一對(duì)電極17用于在膜上生成電勢(shì)，其中在每個(gè)微流體通道4、5中放置單個(gè)電極。如將在下面進(jìn)一步描述的，該裝置可以具有更多微流體通道以及不同的電極布置。

裝置10還包括電耦接至電極中之一的電流傳感器(未示出)以及與該電流傳感器和電壓源18對(duì)接的控制器19。在運(yùn)行期間，電流傳感器測(cè)量流經(jīng)膜的電流?？刂破?9又檢測(cè)所測(cè)量的電流的突然增大，并且響應(yīng)于檢測(cè)到所測(cè)量的電流的突然增大，移除施加在膜上的電勢(shì)，如下面將進(jìn)一步描述的。

圖2a和圖2b進(jìn)一步描繪了裝置10'的示例實(shí)施方案。在該示例實(shí)施方案中，具有暴露面積500×500μm2且20nm厚的sin膜(simpore公司，sn100-a20q05)的市售硅芯片(例如，3mm外框尺寸)用作支撐結(jié)構(gòu)16并且被安裝在具有不同結(jié)構(gòu)的微流體通道陣列之間。參照?qǐng)D2a，這里呈現(xiàn)的裝置10'利用在膜12的一側(cè)包含五個(gè)可獨(dú)立處理(address，尋址)的微流體通道21的幾何結(jié)構(gòu)，而膜12的另一側(cè)通過單個(gè)公共微通道22被訪問。更具體地，裝置10'包括五個(gè)獨(dú)立的微流體通道21的陣列，該陣列由寬闊部分為200μm寬——在膜12的上方漸縮至15μm寬(如圖2b最佳地看出)的通道(50μm高)構(gòu)成。五個(gè)獨(dú)立通道21中的每一個(gè)彼此間隔開25μm。雖然在該實(shí)施方案中示出了五個(gè)獨(dú)立的微流體通道，但容易理解的是，在其他實(shí)施方案中可以形成更多或更少的微流體通道。

在示例實(shí)施方案中，通過使用聚二甲基硅氧烷pdms(來自dowcorning的比例為7：1(w/w)的硅酮樹脂184)的軟光刻技術(shù)制造每一層，并且從通過軟光刻制備的原模進(jìn)行圖案化。在所有配置中，底層由約3mm厚的pdms層構(gòu)成，該pdms層包含接合至載玻片(氧等離子體接合，autoglowresearch)的單個(gè)250μm寬、100μm高的流體通道22。為了允許流體性訪問納米孔，手工沖壓出穿過該公共底部微通道22的2mm孔洞，其中硅芯片的經(jīng)蝕刻側(cè)位于該公共底部微通道上方。然后在芯片16周圍旋轉(zhuǎn)涂覆薄pdms層(100±10μm)，以補(bǔ)償硅芯片的厚度，并留下平滑密封的表面，其中多個(gè)微流體通道可以接合在該表面上。在旋轉(zhuǎn)涂覆后，使該薄pdms層在熱板上于80℃下固化20分鐘。

圖3a至圖3c進(jìn)一步例示了該制造過程。所呈現(xiàn)的器件在由聚二甲基硅氧烷(pdms)制成的微流體器件內(nèi)集成有市售的氮化硅(sin)膜(sn100-a20q05，simpore公司)。pdms層是從通過軟光刻技術(shù)制造的原模復(fù)制的，并且由硅晶片上的su8-2050光刻膠(microchem公司)制成。根據(jù)所得特征部件的最終期望厚度(高度)，使用不同的旋轉(zhuǎn)速度、烘烤時(shí)間和溫度、uv曝光和顯影時(shí)間來制造每個(gè)微流體層(微流體通路、獨(dú)立通道層和公共通道層)。

在制造每個(gè)原模之后，首先用氨基硅烷處理晶片以促進(jìn)pdms移除。然后在用于每個(gè)通道層的原模之上傾倒pdms(對(duì)于所有層，堿：固化劑為7：1(w/w))，繼之在真空室中脫氣30分鐘，以及在80℃下烘烤2小時(shí)。然后將固化的pdms從模具上剝離以產(chǎn)生微通道結(jié)構(gòu)。然后切割各個(gè)器件部件，并穿過獨(dú)立通道沖壓用于引入流體和電極的訪問孔洞(對(duì)于流體配管，外徑為0.75mm；對(duì)于電極，外徑為1.25mm)。也在公共微通道的中間手工沖壓出2.0mm的孔洞，以允許流體性訪問芯片的底部。參照?qǐng)D3a，然后使用氧等離子體(glowresearchautoglow)將硅芯片(經(jīng)蝕刻側(cè))在所沖壓孔洞的頂部接合至公共通道層。所有的等離子體接合步驟均在30w下執(zhí)行30秒。

為了補(bǔ)償硅芯片的厚度并且留下平整光滑表面以用于在兩種配置(具有和不具有微流體通路層)下接合獨(dú)立的(頂部)通道，在芯片周圍旋涂(以500rpm進(jìn)行5秒，繼之以1000rpm進(jìn)行10秒)薄pdms層(約100±10μm)。該薄層直接在熱板上于80℃下固化20分鐘。為了允許對(duì)微流體通道的流體性和電氣訪問，在接合之前，穿過頂部流體分離的通道和底部公共通道中的每個(gè)通道沖壓孔洞，以容納緊密配合的銀/氯化銀電極和使電解質(zhì)(或離子)溶液流動(dòng)的peek配管。通過將電極放置在距離膜的中心約5mm處，為納米孔做準(zhǔn)備的微通道的電阻在1mkcl電解質(zhì)溶液中被限制為約100kω，小于包含直徑為10nm的納米孔的器件的總電阻的約1％。最后，將公共通道接合到干凈的載玻片上。雖然已經(jīng)參考了特定的制造技術(shù)，但是應(yīng)當(dāng)理解，其他光刻技術(shù)也落入本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。

在緊接著將電解質(zhì)溶液引入到微流體通道中之前，用氧等離子體在70w下對(duì)組裝的器件處理5分鐘，以增強(qiáng)微通道親水性。然后用聚乙烯配管將微流體通道連接至樣品瓶，并通過使用高精度壓力調(diào)節(jié)器對(duì)瓶加壓來啟動(dòng)流動(dòng)。在納米孔制造之前通過使1mkcl溶液(ph7.5)流動(dòng)來測(cè)試微流體通道之間的有效密封(>10gω)，并且嘗試在適度的施加電壓(例如0.2v-1v)下測(cè)量微流體通道之間的離子電流。

為了改善裝置的功能，應(yīng)從用于制造該裝置的微流體材料移除污染物和單體。特別地，應(yīng)在組裝器件之前用溶劑對(duì)聚二甲基硅氧烷(pdms)片進(jìn)行化學(xué)處理，并且由于微流體集成，可以使用等離子體處理來移除膜表面上的污染物。

根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)方面，在微流體通道內(nèi)的電極布置應(yīng)在絕緣膜的區(qū)域上產(chǎn)生均勻的電場(chǎng)。根據(jù)微流體結(jié)構(gòu)，可以使用各種電極布置，如圖4a至圖4d所示。在薄絕緣膜上方鋪設(shè)單個(gè)微通道的情況下，定位在膜的任一側(cè)的單對(duì)電極——位于沿著微流體通道的長(zhǎng)度的某處——將在膜表面上產(chǎn)生不均勻的電場(chǎng)。然而，將以相同的電勢(shì)偏壓的兩個(gè)電極放置在同一微電流通道中但處于膜的兩側(cè)(即，一個(gè)電極在膜的上游，而另一個(gè)電極在膜的下游)可以增加電場(chǎng)均勻性，如圖4a最佳地看出。在該實(shí)施例中，使用一組電極30在膜12上生成電勢(shì)。該組電極30包括定位于膜的下方的參考電極33和定位于膜的上方的兩個(gè)或更多個(gè)另外的電極32。更具體地，兩個(gè)電極32定位在頂部基板的微流體通道中，而參考電極33定位在底部基板的公共微流體通道中。兩個(gè)另外的電極32相對(duì)于膜進(jìn)行布置使得在膜上的電場(chǎng)是均勻的。例如，另外的電極32中的一個(gè)可以設(shè)置在膜的上游，而另外的電極32中的另一個(gè)可以設(shè)置在膜的下游。本公開內(nèi)容也設(shè)想兩個(gè)另外的電極的其他布置。

參照?qǐng)D2a，支撐結(jié)構(gòu)16的下側(cè)包括錐形凹部13，該錐形凹部與通路所起的作用相類似地幫助使電場(chǎng)以均勻的方式形成，從而使得能夠使用單個(gè)參考電極33。

在一些實(shí)施方案中，在未使用支撐結(jié)構(gòu)16的情況下，可以將膜12直接置于底部基板15上，并且由該底部基板支撐。在這些實(shí)施方案中，第二參考電極33可以置于膜的下側(cè)，如圖4c所見。特別地，參考電極33中的一個(gè)設(shè)置在膜的上游，而兩個(gè)參考電極33中的另一個(gè)可以設(shè)置在膜的下游。以這種方式，兩個(gè)參考電極33用于以均勻的方式在膜附近形成電極場(chǎng)。

圖4b描繪了可替代的電極布置。在該布置中，單個(gè)電極35定位在容納離子溶液的環(huán)形微流體通道36內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)在膜表面上的類似均勻的電場(chǎng)。微流體通道36在電極35的下游形成環(huán)，并且該環(huán)的一部分的路線被定成在膜的上方。對(duì)在這樣的裝置中的閥進(jìn)行加壓，從而關(guān)閉下面的流動(dòng)通道。在納米孔制造過程期間，閥的壓力將被釋放(打開微流體通道)。以這種方式，存在的通過環(huán)形通道的電解質(zhì)溶液將使電場(chǎng)以均勻的方式形成。該配置能夠使用微閥技術(shù)(例如，如圖11所示)擴(kuò)展至若干微流體通道。在該可替代的配置中，要理解，單個(gè)參考電極33可以定位在膜的下方，如關(guān)于圖4a所描述的，或者可以使用兩個(gè)參考電極，如關(guān)于圖4b所描述的。微電極也可以在微流體通道內(nèi)進(jìn)行圖案化以實(shí)現(xiàn)類似均勻的電場(chǎng)。可以如上所述的定位這些保持在相同電勢(shì)的表面圖案化電極，以產(chǎn)生均勻的電場(chǎng)。以絕緣膜為中心的圓形電極也可以確保場(chǎng)的均勻性?？梢灾苯釉诮^緣膜上方或在每個(gè)單獨(dú)的微流體通道內(nèi)部圖案化出單個(gè)圖案化的微電極。這樣的表面圖案化電極對(duì)其中可以形成大規(guī)模納米孔陣列的定制設(shè)計(jì)芯片將特別有益。本公開內(nèi)容也設(shè)想產(chǎn)生均勻電場(chǎng)的電極布置的其他變型。

在本公開內(nèi)容的另一方面，可以向微流體系統(tǒng)添加微通路以幫助在通路中和周圍形成電場(chǎng)。圖5a和圖5b描繪了裝置10”的第二示例實(shí)施方案。在該實(shí)施方案中，該裝置再次包括頂部基板14、底部基板15以及設(shè)置在頂部基板和底部基板之間的支撐結(jié)構(gòu)16。該支撐結(jié)構(gòu)16同樣被配置成承載限定了相反的平面表面13的薄介電膜12。在該實(shí)施方案中，中間層19形成在支撐結(jié)構(gòu)16上并且設(shè)置在頂部基板14和支撐結(jié)構(gòu)16之間。在中間層19中可以形成一個(gè)或多個(gè)通路51，并且這些通路被配置成在通路中和周圍產(chǎn)生均勻的電場(chǎng)。

該第二微流體配置被設(shè)計(jì)成在膜的中心處的每個(gè)微通道中通過cbd局部化形成納米孔，并且通過使暴露于離子溶液的膜的面積最小化來進(jìn)一步降低高頻電噪聲。在該第二配置中，使用具有矩形孔隙陣列、長(zhǎng)度在40μm至120μm間變化且寬度恒定為15μm的200μm厚pdms層來形成將微流體通道連接至在膜的中心上方的明確限定區(qū)域的微流體通路。為了制造可以在其上接合獨(dú)立通道的薄(200μm)微流體通路層，使脫氣的pdms在其原模上旋涂(以500rpm進(jìn)行5秒，繼之以800rpm進(jìn)行10秒)，然后直接在加熱板上于80℃下固化30分鐘。為了使微流體通路和獨(dú)立通道層精確地位于sin膜的頂部上，使用oaiduv/nuv掩模對(duì)準(zhǔn)器(型號(hào)206)進(jìn)行所有的對(duì)準(zhǔn)步驟。然后，如初始設(shè)計(jì)的，將該層接合至五個(gè)獨(dú)立pdms微流體通道的陣列。除了如上所述的之外，以與關(guān)于圖3a至圖3c所描述的相同的方式制造裝置10”的第二實(shí)施方案。

為了理解將微通路層添加至微流體配置的效果，探究了在兩種器件幾何結(jié)構(gòu)(具有微流體通路和不具有微流體通路)中的電場(chǎng)的有限元建模。以2d生成器件配置，并使用comsol多重物理量建模軟件的電流模塊中的靜態(tài)研究對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行建模。首先用完整的膜(在膜上沒有水性連接)檢查兩種幾何結(jié)構(gòu)，然后用納米孔(穿過膜的20nm流體導(dǎo)管)檢查這兩種幾何結(jié)構(gòu)。

圖6a和圖6b分別示出了具有直接置于膜上的獨(dú)立微通道的器件的幾何結(jié)構(gòu)和包含微流體通路的器件的幾何結(jié)構(gòu)。兩個(gè)器件在膜的中心包含20nm的孔。圖6d中在納米孔周圍的區(qū)域的放大圖表明：微流體通路配置中緊鄰納米孔的電場(chǎng)在膜和孔上均相對(duì)均勻。這通過以下事實(shí)突顯出來，該事實(shí)即電場(chǎng)的強(qiáng)度在膜的任一側(cè)隨著遠(yuǎn)離納米孔均勻地衰減。此外，電場(chǎng)線從左到右是對(duì)稱的，盡管事實(shí)上兩個(gè)電極置于納米孔左側(cè)3mm處。相反，圖6c表明在不具有微流體通路的器件中在相同條件下的電場(chǎng)線非常不均勻。在獨(dú)立(頂部)微通道下，電場(chǎng)線和場(chǎng)強(qiáng)兩者在膜上和從左到右兩方面均不同。

對(duì)這些配置中的電場(chǎng)形狀的進(jìn)一步研究表明，使用cbd的納米孔制造也可能受到電極的不對(duì)稱布置的影響。圖6e示出了通過具有微流體通路和不具有微流體通路的器件中的完整膜的水平截面的電場(chǎng)的大小。在該實(shí)施例中，在膜上施加10v的電勢(shì)差以便模擬實(shí)際使用的納米孔制造條件。雖然包含微流體通路的器件在跨所暴露的膜的長(zhǎng)度上展現(xiàn)出均勻的電場(chǎng)，但將獨(dú)立(頂部)微通道直接置于膜上的器件在較靠近放置電極的一側(cè)處展現(xiàn)出較強(qiáng)的電場(chǎng)。

對(duì)于兩個(gè)示例實(shí)施方案，通過在集成在膜上方的每個(gè)獨(dú)立微流體通道中誘發(fā)離散的介電擊穿事件來制造各個(gè)納米孔。簡(jiǎn)言之，這是通過使用定制構(gòu)建的電子電路施加高電場(chǎng)來進(jìn)行的。相對(duì)于接地的公共微通道，將在10v至14v的范圍內(nèi)變動(dòng)的電勢(shì)差施加至獨(dú)立微流體通道中之一，以便在數(shù)分鐘或數(shù)秒內(nèi)制造納米孔。在膜上的電勢(shì)的大小致使電場(chǎng)具有大于每納米0.1v的值。該電勢(shì)差還誘發(fā)通過sin膜的泄漏電流，該泄漏電流被實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)(參見圖7a)。通過急劇且突然增大的超過預(yù)定義閾值的泄漏電流來檢測(cè)單個(gè)納米孔的形成，由此在0.1秒的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)切斷施加的電壓。雖然可以改變閾值電流和響應(yīng)時(shí)間以在擊穿事件之后實(shí)現(xiàn)期望結(jié)果的納米孔尺寸，但是這里討論的那些納米孔尺寸通常在直徑上為亞2nm(嚴(yán)格的切斷條件)。然后在每個(gè)頂部流體分離的微通道中重復(fù)該過程，從而在單個(gè)膜上產(chǎn)生可獨(dú)立處理但位于不同的微流體通道中的納米孔。在納米孔制造之后，使用axopatch200b(分子器件)低噪聲電流放大器進(jìn)行電特性和單分子感測(cè)的敏感測(cè)量。

為了獲得期望尺寸的納米孔以用于檢測(cè)特定生物分子，如上所述制造每個(gè)納米孔，然后使用通過在膜上施加交替的-5v和+5v脈沖形成的高電場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)(condition)。該處理用于優(yōu)化電氣噪聲特性以及復(fù)原阻塞的納米孔以用于進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，具有在使用宏觀流體儲(chǔ)液器的先前研究中所報(bào)道的結(jié)果相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。關(guān)于這種調(diào)節(jié)技術(shù)的更多細(xì)節(jié)可以在題為“methodforcontrollingthesizeofsolid-statenanopores(用于控制固態(tài)納米孔的尺寸的方法)”的美國(guó)專利公開第2015/0109008號(hào)中得到，并且上述專利的整體通過引用并入本文。

為了推導(dǎo)由cbd制造的每個(gè)納米孔的直徑，當(dāng)施加的電勢(shì)差從-200mv掃至+200mv時(shí)，通過監(jiān)測(cè)通過每個(gè)納米孔的離子電流直接在溶液中測(cè)量該納米孔的電導(dǎo)g。通過假定柱形幾何結(jié)構(gòu)并考慮到訪問阻力，可以根據(jù)納米孔的電導(dǎo)、通過以下關(guān)系計(jì)算納米孔的有效直徑d：

在式1中，σ是電解質(zhì)的體電導(dǎo)率，并且l是納米孔的有效長(zhǎng)度，假定該長(zhǎng)度等于sin膜的標(biāo)稱厚度。圖2(c)中的電流-電壓(i-v)曲線顯示了單個(gè)五通道器件中的尺寸從3nm變動(dòng)至10nm的五個(gè)獨(dú)立形成的納米孔在1mkclph7.5(σ＝10.1±0.1s/m-1)中的歐姆響應(yīng)。對(duì)于此處使用的高鹽濃度，由方程式1中忽略表面電荷的貢獻(xiàn)所引發(fā)的誤差以<0.5nm影響有效計(jì)算納米孔直徑，而歸因于電解質(zhì)導(dǎo)電率和膜厚度的值的誤差以約0.3nm影響納米孔直徑的不確定度。

為了進(jìn)一步表征性能，針對(duì)在兩種微流體結(jié)構(gòu)中的每一種中所制造的納米孔，獲得離子電流的功率譜密度圖(psd)(參見圖8a)。雖然低頻噪聲(在1khz以下)通常為1/f型，但是較高頻率的噪聲卻由器件的起因于暴露于電解質(zhì)溶液的表面區(qū)域的介電性能和電容主導(dǎo)。因此，使暴露于溶液的表面最小化將引起這種高頻噪聲的降低，這顯著地提高了在高帶寬下進(jìn)行生物分子感測(cè)期間的信噪比。這在圖8a中示出，其中將兩個(gè)五通道器件(具有微通路和不具有微通路)與安裝在標(biāo)準(zhǔn)宏觀流體池(macrofluidiccell)中的流體儲(chǔ)液器之間的納米孔芯片進(jìn)行比較。在該高頻范圍內(nèi)，五通道微流體器件(不具有微通路)展現(xiàn)出與在宏觀池中獲得的噪聲特性相比相當(dāng)?shù)脑肼曁匦?。該結(jié)果與以下論證一致，該論證即在這種狀況下的噪聲起因于所暴露的膜區(qū)域的量，該量對(duì)于宏觀儲(chǔ)液器被計(jì)算為約3×105μm2并且對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)五通道器件中的微通道被計(jì)算為約2×105μm2。然而，當(dāng)使用五通道器件的最小微通路(40×15μm2)將暴露的膜區(qū)域減少350倍到約6×102μm2時(shí)，高頻噪聲顯著降低。通過圖8b中示出的在未施加電壓時(shí)每個(gè)器件的基線離子電流跡線進(jìn)一步突顯出這種噪聲降低，其中在具有微通路的配置中，在100khz帶寬下的峰峰噪聲值降低了2倍(在10khz帶寬下降低了5倍)，而rms噪聲在10khz帶寬下降低了7倍并且在100khz帶寬下降低了2倍。

參照?qǐng)D9a和圖9b，通過觀察生物分子的易位來評(píng)估這些器件的功能。在每種情況下，首先如上所述制造納米孔并將其擴(kuò)增至期望直徑。在樣品引入之后，通過關(guān)閉壓力調(diào)節(jié)器使微流體通道中的流動(dòng)最小化。圖9a示出了當(dāng)在1mkclph8.0中使用微流體通道(不具有通路)中的10.5nm納米孔檢測(cè)處于250μm濃度的人類個(gè)體α-凝血酶(haematologicaltechnologies公司)分子時(shí)的電導(dǎo)阻滯和持續(xù)時(shí)間的散點(diǎn)圖。此處，蛋白質(zhì)分子裝載于五個(gè)獨(dú)立的頂部微流體通道中之一，該通道相對(duì)于接地的公共底部通道偏壓在-200mv。總體上，觀察到超過5,000個(gè)單獨(dú)事件。圖9b示出了通過不同的11.5nm納米孔的dna易位事件的類似散點(diǎn)圖，該納米孔位于包括微通路的微通道內(nèi)。此處，將在2mkclph10中的10kbpdsdna的3pm溶液添加到頂部微通道中，同時(shí)相對(duì)于公共通道施加-200mv、-250mv和-300mv偏壓，引起超過1,500個(gè)易位事件。值得注意的是，對(duì)于蛋白質(zhì)和單級(jí)dsdna事件獲得的電導(dǎo)阻滯的大小與先前報(bào)道的利用標(biāo)準(zhǔn)宏流體池的模型和實(shí)驗(yàn)一致。當(dāng)使用這種方法集成納米孔時(shí)，必須仔細(xì)考慮微流體設(shè)計(jì)。雖然在所測(cè)試器件中的30％(30個(gè)中的9個(gè))中集成在直接置于膜上的微流體通道(不具有微通路)內(nèi)的納米孔能夠捕獲并檢測(cè)的蛋白質(zhì)樣品，但是能夠展示核酸易位的器件的捕獲效率和實(shí)驗(yàn)產(chǎn)率明顯降低。這里，用于限定實(shí)驗(yàn)產(chǎn)率的標(biāo)準(zhǔn)是器件能夠檢測(cè)不止1,000個(gè)生物分子易位事件。重要的是要注意，當(dāng)頂部微通道包含僅單個(gè)電極時(shí)，將電極放置在通向膜的微流體通道內(nèi)會(huì)在膜處及納米孔附近引入電場(chǎng)的不均勻性。這種不對(duì)稱性可能導(dǎo)致在膜的邊緣附近(在硅支撐芯片的邊緣附近)制造納米孔，其中膜的邊緣附近是可能在接合至pdms微通道層時(shí)承受更多應(yīng)力的區(qū)域。在該區(qū)域中，在納米孔附近的膜的表面電荷特性可以靜電防止大的高電荷核酸聚合物的易位，同時(shí)允許少帶電的多肽通過。然而，微通路的引入將納米孔制造定位在膜的中心或遠(yuǎn)離邊緣的預(yù)期區(qū)域并確保更加對(duì)稱的電場(chǎng)，產(chǎn)率為在ph10中測(cè)試的4個(gè)器件中的3個(gè)。還可以通過如上所述的在膜的任一側(cè)的頂部獨(dú)立通道中結(jié)合以相同的電勢(shì)偏壓的成對(duì)電極來減小電場(chǎng)的這種不對(duì)稱性。在這種配置中，在ph8中測(cè)試的6個(gè)器件中的5個(gè)成功地檢測(cè)出至少1000個(gè)生物分子易位事件。

在本公開內(nèi)容的又一方面中，微閥技術(shù)可以在實(shí)現(xiàn)微流體大規(guī)模集成方面發(fā)揮作用。開發(fā)功能可靠的微閥也是走向全自動(dòng)微流體系統(tǒng)的成功小型化和商業(yè)化的重要步驟。微閥用于控制流體流動(dòng)并且規(guī)定整個(gè)微流體網(wǎng)絡(luò)中的電氣/離子電流的路徑。可以使用各種途徑諸如螺旋閥、氣動(dòng)閥和電磁閥在微流體器件內(nèi)集成閥。圖11描繪了采用氣動(dòng)微閥技術(shù)的裝置110的示例實(shí)施方案。該裝置大體上包括頂部基板、底部基板、設(shè)置在頂部基板和底部基板之間的支撐結(jié)構(gòu)，并且還可以包括中間通路層，如在上述實(shí)施例中所描述的。在該示例實(shí)施方案中，在頂部基板中形成有五個(gè)微流體通道112。再者，在其他實(shí)施方案中可以形成有更多或更少的微流體通道。

微流體通道112的路線被定為與膜相鄰，使得在膜的區(qū)域上產(chǎn)生均勻的電場(chǎng)。例如，每個(gè)微流體通道112在電極116的下游形成環(huán)，其中環(huán)的一部分的路線被定成在膜的上方。從膜的兩個(gè)相反側(cè)帶來電場(chǎng)線的不同閉環(huán)布置也落入本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。

控制閥114也設(shè)置在微流體通道112中并且操作以控制由通道內(nèi)打開或關(guān)閉的閥限定的導(dǎo)電通路。在示例實(shí)施方案中，微流體通道112嵌入在彈性聚合物中以實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)微閥。這些閥通常通過使用軟光刻技術(shù)制成兩層。參照?qǐng)D10a和圖10b，閥由兩層組成，這兩層由如圖10a中的108所示的非常薄的膜層分隔開。一個(gè)層(流動(dòng)層)106具有用于使流體流動(dòng)的通道。當(dāng)通過空氣或水對(duì)另一層(控制層)107中的控制通道(閥)進(jìn)行加壓時(shí)(如圖10b所示)，分離薄膜偏斜至微流體通道。這將阻止流體(液體電解質(zhì))流動(dòng)，并且因此可以獲得密封。流動(dòng)通道被關(guān)閉的量與閥將強(qiáng)加在電氣網(wǎng)絡(luò)上的電阻抗有關(guān)。例如，完全關(guān)閉的流動(dòng)通道可能具有>10gω的阻抗(精確值將取決于電解質(zhì)電導(dǎo)率和閥的幾何結(jié)構(gòu))，從而有效地隔離微流體網(wǎng)絡(luò)的這一區(qū)域。

返回至圖11，五個(gè)微流體通道112中的每一個(gè)微流體通道均具有設(shè)置在該微流體通道中的至少兩個(gè)閥114，其中在膜的每一側(cè)設(shè)置有一個(gè)閥。另外，每個(gè)閥114流體耦接至氣動(dòng)源(未示出)并由該氣動(dòng)源啟動(dòng)。通過控制每組閥關(guān)閉微流體通道112的程度，閥114可以用作分壓器中的可變電阻器。以這種方式，閥可以用于傳遞電勢(shì)通過所選的微流體通道以產(chǎn)生沿膜的區(qū)域均勻的電場(chǎng)。

包含氣動(dòng)微閥是實(shí)現(xiàn)微流體大規(guī)模集成的一種實(shí)用的方法。其是在芯片上利用少量電極在每個(gè)微通道中獨(dú)立控制在膜上的電勢(shì)的值的穩(wěn)健的方法。微閥用作允許精確地控制在膜的各個(gè)區(qū)域上的電場(chǎng)的分壓器(在微通道中提供>10gω的電阻密封)。該控制對(duì)于器件的可擴(kuò)展性和功能性是至關(guān)重要的，原因在于：其賦予處理任何數(shù)量的納米孔的制造的能力、尺寸控制的能力和使用定位在膜的每一側(cè)的流體通道中的某處的單對(duì)電極進(jìn)行感測(cè)的能力；其可以用于使用在特定微通道中的單對(duì)電極對(duì)電勢(shì)重定向，以產(chǎn)生沿著膜的長(zhǎng)度均勻的電場(chǎng)(對(duì)于生物分子感測(cè)重要的特征)；對(duì)于包含公共微通道的器件中的陣列制造和感測(cè)是必要的(使用多個(gè)納米孔串行和并行地探測(cè)單個(gè)樣品所需的特征)；允許包含各種溶劑、離子強(qiáng)度、ph或分析物的溶液快速交換，促進(jìn)制造和感測(cè)；以及用于芯片上制造和生物分子感測(cè)的可變流體性和電氣電阻器。還要注意的是，保持閥和通道的截面的疏水性對(duì)于在制造和感測(cè)期間獲得用于控制在膜上的電場(chǎng)的大小和均勻性的高電阻密封是至關(guān)重要的。這是通過在組裝之前對(duì)器件的每一層進(jìn)行化學(xué)處理來實(shí)現(xiàn)的，消除了對(duì)膜進(jìn)行等離子體處理以移除可能會(huì)使閥截面留有親水性的污染物的需求。

控制這些電阻閥可以用于在使用減少數(shù)量的電極的微流體網(wǎng)絡(luò)內(nèi)在不同位置處施加具體的電勢(shì)條件。在該實(shí)施方案中，可以使用單對(duì)電極。電極116定位于膜的兩側(cè)的微流體通道中(在圖11中示出僅頂部電極，但底部電極類似地定位在膜的下方)。除了上述差異之外，裝置110類似于關(guān)于圖2a描述的裝置。圖12和圖13描繪了采用氣動(dòng)微閥技術(shù)的裝置的其他示例實(shí)施方案。在圖12中，裝置120類似于裝置110，但是還包括選路(routing，路徑選擇)閥121和第二頂部電極116。在運(yùn)行期間，選路閥121保持關(guān)閉，使得離子溶液通過通道從膜的右側(cè)和左側(cè)兩側(cè)(如圖所示)流向膜12。選路閥121實(shí)際上創(chuàng)建了兩個(gè)微流體子系統(tǒng)。一個(gè)電極置于上游，從該電極處，通道在兩個(gè)微流體子系統(tǒng)中的每一個(gè)子系統(tǒng)中被劃分為五個(gè)單獨(dú)的微流體通道。

圖13描繪了類似的但具有僅兩個(gè)微流體通道112的裝置130。同樣地，在膜的每一側(cè)定位有兩個(gè)頂部電極，并且兩個(gè)微流體通道從膜的一部分上面經(jīng)過。在每個(gè)微流體通道112中設(shè)置有兩個(gè)控制閥114，一個(gè)閥在膜的上游，并且一個(gè)閥在膜的下游。除了上述差異之外，這兩個(gè)裝置120、130類似于關(guān)于圖11描述的裝置。

為了說明和描述的目的，已提供了前述對(duì)實(shí)施方案的描述。這并不意在窮舉或限制本公開內(nèi)容。特定實(shí)施方案的各個(gè)元件或特征通常不限于該特定實(shí)施方案，而且在適用的情況下是可互換的，并且可以在所選實(shí)施方案中使用，即使沒有具體示出或描述。同樣的事物也可以以多種方式改變。這樣的變型不被視為偏離本公開內(nèi)容，并且所有這樣的修改都旨在包括在本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。本文使用的術(shù)語(yǔ)僅僅為了描述特定示例實(shí)施方案的目的，而不意在限制性的。如本文所使用的，單數(shù)形式“一(a)”、“一個(gè)(an)”和“該”可以意在還包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確指示。術(shù)語(yǔ)“包括(comprises)”、“包括…的(comprising)”、“含有”和“具有”是包容性的，并且因此列舉所陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或添加。除非被特別指定為按順序執(zhí)行，否則本文所描述的方法步驟、過程和操作不應(yīng)被理解為必須需要以所討論或例示的特定順序來執(zhí)行。還要理解，可以采用附加的或可替代的步驟。

當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在另一元件或?qū)由稀被颉奥?lián)接至”、“連接至”或“耦接至”另一元件或?qū)訒r(shí)，其可以直接在該另一元件或?qū)由?，或者直接地?lián)接至、連接至或耦合至該另一元件或?qū)樱蛘呖梢源嬖谥虚g元件或?qū)?。相比之下，?dāng)元件被稱為“直接在另一元件或?qū)由稀?、“直接?lián)接至”、“直接連接至”或“直接耦合至”另一元件或?qū)訒r(shí)，可能不存在中間元件或?qū)印Ｓ糜诿枋鲈g的關(guān)系的其他詞語(yǔ)應(yīng)以類似的方式被解讀(例如，“在…之間”與“直接在…之間”，“相鄰”與“直接相鄰”等)。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括相關(guān)聯(lián)的所列項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè)的任意和所有組合。

盡管本文可以使用術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等來描述各個(gè)元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受這些術(shù)語(yǔ)限制。這些術(shù)語(yǔ)可以僅用于將一個(gè)元件、部件、區(qū)域、層或部分與另一區(qū)域、層或部分區(qū)分開。除非上下文清楚地指示，否則術(shù)語(yǔ)諸如“第一”、“第二”和其他數(shù)字術(shù)語(yǔ)在本文中被使用時(shí)不隱含次序或順序。因此，在不脫離示例實(shí)施方案的教導(dǎo)的情況下，下面討論的第一元件、第一部件、第一區(qū)域、第一層或第一部分可以被稱為第二元件、第二部件、第二區(qū)域、第二層或第二部分。

為了便于描述，在本文中可以使用空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，諸如“內(nèi)”、“外”，“在…下面”、“在…下方”、“較低的”、“在…以上”、“較高的”等，以描述如圖中所示的一個(gè)元件或特征相對(duì)于另一元件或特征的關(guān)系?？臻g相對(duì)術(shù)語(yǔ)可以意在包括器件在使用或操作中的除了圖中所描繪的取向之外的不同取向。例如，如果圖中的器件被翻轉(zhuǎn)，則被描述為在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件將被定位成在其他元件或特征“上方”。因此，示例術(shù)語(yǔ)“在…下方”可以包括在上方和下方兩種取向。該器件可以以其他方式取向(旋轉(zhuǎn)90度或在處于其他取向)，并且本文所使用的空間相對(duì)描述符相應(yīng)地進(jìn)行解讀。