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微流控技术+智能化,拓宽集成电路市场发展空间

2019-11-07
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微流控技术的研究起始于上个世纪90年代,至今已经有二十余年的发展历史。在这二十多年中,伴随着医疗、工业打印等市场的飞速发展,微流控能够对微量流体进行精确操控,尤其是在亚毫米尺寸级别上,且凭借方便、便携、检测样品需求少、精度高等优势,被这些市场所看好。而要将微流控技术应用于这些场景中,则要靠芯片来实现。2004年,美国Business 2.0杂志封面文章更是将微流控芯片列为“改变世界”的七种技术之一。就此趋势,国内外也出现了一批致力于微流控芯片研究的企业。

上海傲睿科技就是其中一家本土企业。据傲睿科技总裁关一民先生介绍,傲睿科技成立于2018年11月,始于2016年4月成立的上海微工业研究院打印技术孵化团队。公司利用微流控技术专攻工业和消费两个市场,并在生物领域进行相关技术的研发。

微流控芯片与其他芯片的区别


据相关技术文章显示,微流控芯片早期是从MEMS技术发展而来,通过微加工工艺,在不同材料的基片上加工出微米至亚毫米级的各种微结构单元,而后在微米尺度空间对流体进行操控,可以配合流体控制或分析仪器自动完成生物实验室中的提取、扩增、萃取、标记、分离、分析,或者细胞的培养、处理、分选、裂解、分离分析等过程。

与其他集成电路芯片相比,微流控芯片有两类芯片,一类是传统的,使用机密机加工、微注塑等手段制备的塑料片,这一类微流控芯片还是依赖外接各种供液管路、检测模块等外接辅助设备,并不是真正意义上的芯片;另外一类是硅基的,主要使用微纳加工工艺制备的集成了处理电路、液体驱动MEMS结构、液相检测电极等一系列执行器和传感器的微流控芯片,彻底摆脱外接辅助设备的限制,实现了片上集成微流控系统的功能。

从技术上看,关一民介绍,传统芯片主要是利用电学系统来实现控制,而微流控芯片还包含了电学、流体、传感等一系列模块。它的MEMS通常是用来处理液体的。具体来讲,就是在CMOS上形成微流控,或者液体流通的一些微小通道,同时这个微通道要与MEMS结构的可控电路紧密结合。简单来讲,微流控芯片是基于传统的集成电路芯片,又做了一些适用于液体处理的MEMS。

同时,鉴于微流控芯片中所集成的模块较多,所涉及的领域较广,针对于不同的应用场景,各个厂商推出的产品加工工艺不同,设计不同,相应地,接口也是五花八门,从而导致外围驱动也不一样。在这种情况下,微流控芯片就很难做出标准化的产品。因而,制定统一的标准也是目前国内外相关企业正在推进的事情之一。


智能化推动微流控芯片的标准化


如何规范微流控芯片的标准,目前,业界还没有定论。在傲睿科技看来,将智能化引入到微流控技术当中,是推动标准化的途径之一。

关一民认为,因为电信号控制的标准已经统一了,所以将使用电信号的智能化功能引入到微流控技术当中,就可将微流控芯片中的基片(以塑料片为例)当做PCB来使用,利用电信号的输入输出,来检测塑料片上的液体。关一民表示:“标准化是非常关键的一步,没有标准化,相关行业就很难发展。采用智能化微流控可以从头开始把标准做好,希望国内外的同行可以利用智能化,推动微流控芯片的标准化。”

从市场来看,目前国内还在起步阶段,主要都是流道类的,并没有主动元件和传感元器件,所以系统集成度不高,国外已应用很多年的Lab-on-Chip已开始大规模的研发与推广应用。与国外相比,傲睿科技的微流控芯片多了智能化的功能,即运用集成电路的控制方式和工艺,做智能化微流控芯片。这样就可以把一些主动处理功能都加到芯片当中,可以节省一些外围系统设计,使得芯片能够实现小型化。

CMOS-MEMS助力公司成长


据关一民介绍,打印头是微流控芯片最成功也是历史最悠久的产品。而就傲睿科技目前的发展来看,也是从这一成熟产品开始起步的。


目前,傲睿科技利用其CMOS-MEMS热发泡喷墨打印芯片技术和打印头控制技术研发出了几款产品,其优势在于:

  • 全面提升打印头性能,可实现高速、高精度、大距离喷墨打印
  • 全面提高可靠性和稳定性,保证自动化应用环境的打印需求
  • 全面客制化技术服务,为客户的特殊应用提供整体系统解决方案

傲睿科技热发泡技术工业应用产品

除此之外,傲睿科技还将其技术应用于生物领域,可以完成精确微流点样、3D生物打印等工作:

傲睿科技微流控芯片应用领域


据关一民介绍,目前国内微流控技术主要应用在医疗检测方面,但是傲睿科技也开始将其应用于智能制造领域。之所以涉足智能制造,是因为傲睿科技的团队成员在这方面具有一定的基础。从关一民的简历中看,他于1998 年在美国的Auburn University获材料工程博士学位,拥有 20 多年的半导体芯片研发和制造经验。据悉,关博士已申请 103 项微滴喷射打印头芯片美国专利,其中授权 43 项,另有14 项欧洲注册专利,获得了中科院科技进步一等奖。

以此可以看出傲睿科技在微流控技术方面的实力。但是,关一民也指出,从技术到量产是微流控芯片在发展过程中的一道坎。诚如上文所说,微流控芯片是Lab-on-Chip,很多产品还处于研究阶段。如何将之量产,实现商品化也是相关企业要面临的挑战。

傲睿科技落户于上海,公司依托上海微技术工研院8英寸MEMS工艺线及测试分析平台,整合了国内外相关产业资源,通过自主工艺生产制造和最终产品性能、质量测试,可以提供性能卓越、质量可靠和供货稳定的打印头产品。

傲睿科技期望以雄厚的CMOS-MEMS专业能力,开发惠及人类健康的智能微流控技术和产品,为全球客户提供优质的解决方案和服务。公司规划未来5年将快速形成一条微流控系统分装线、两类MEMS驱动工艺、三个微流控系统应用平台和四种新式智能微流控模组的全面发展建设,从而实现微流控技术在3D宽幅打印、生物打印和其他智能制造领域的深度应用,最终实现每年数亿元的销售额。

895创业营

895创业营系张江高科(股票代码600895)打造的创新创业服务品牌。以聚焦产业、优化资源、赋能创新为初心,通过资本、技术、媒体等合作方的共同助力,打造强有力的创业集群。


上海傲睿科技有限公司是895创业营(第八季)集成电路专场的优质项目之一。


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