TWI721680B - 經編碼之微片 - Google Patents

Abstract

一種經數位編碼的微片，其係包括一聚合物層，該聚合物層具有一上表面以及一與該上表面實質上平行之下表面，該上表面及下表面之至少一者將與標的特定探針耦合，該探針係用於結合至標的分析物。該微片係藉由一位元二元序列來辨識，該位元係藉由在一實質上與該上表面及下表面平行之平面的邊緣輪廓來編碼，該二元序列中的位元係編碼在圍繞該邊緣輪廓之各自預定的位置上。

Description

經編碼之微片

本發明之具體實施態樣係關於編碼有數位碼之微片以及該微片之製造方法。

隨著精密醫學、個人化醫學、及預防醫學的發展，體外診斷（in-vitro diagnosis，IVD）領域有需要對生物測試樣品中的大量標的進行分析。一種稱之為多重標的分析（multiplex assay）之多重標的方法，係可同時對多個不同標的進行多種量測，以增加測試產量及降低成本。多重標的分析係具有廣泛的應用範圍，例如病理診斷（如傳染性疾病或腫瘤學）、食品安全、人類及動物疾病控制、環境監測、生物醫學科學研究、藥物篩選及發現等。

為進行多重標的分析，係將試劑（例如探針）固定在微載體的固態表面上。視所欲標的之類型，該探針可以是對該所欲標的具親和力之抗體、蛋白、抗原、DNA、RNA或其他分子。將具有不同探針的微載體加入測試樣品中，從而使探針與測試樣品中之對應標的產生特定結合（specific bonding）。可將未結合至任何探針之過量物質清洗及移除。可將偵測抗體或其他適合之藥劑添加至該標的，以形成特定結合。此等偵測抗體或適合之藥劑係可含有螢光團，其在被光源激發時會發射光線，所發射之光線使得該等結合至探針之標的可被觀測及量化。

在多重標的分析中的測試樣品通常含有多個感興趣的標的。為了瞭解與微載體上之探針結合的標的為何，業已開發出各式編碼微載體的手段，以區分具有不同探針之微載體。

舉例言之，其中一手段係以不同螢光染劑來標記不同微載體；然而，可取得之螢光染劑的數量通常不足以使用於需要高產量的多標的分析。另一手段則為以不透明區段以及透明間隔之圖案來編碼微載體，其中該圖案係封在微載體中。

傳統的手段（例如上述手段）通常具有幾個缺點，例如高製造成本、反應表面不足、效能不佳等。因此，對於經編碼之微載體的設計與製造仍有改善的需求。

在一具體實施態樣中，係提供一微片。該微片係包括一聚合物層，該層具有上表面及下表面，其中該下表面係實質上與該上表面平行。該上表面與下表面之至少一者將與標的特定探針（target-specific probes）耦合，該探針係用於結合至標的分析物。該微片係藉由一編碼在一平面之邊緣輪廓上的位元二元序列（a binary sequence of bits）來辨識，該平面係實質上與該上表面及該下表面平行。該二元序列中的位元係編碼在圍繞該邊緣輪廓之各自預定的位置上。

在另一具體實施態樣中，係提供一種用於多重標的分析的裝置。該裝置係包含一用以與一第一標的分析物形成標的特定結合（target-specific bonding）的第一微片，以及一用以與一第二標的分析物形成標的特定結合的第二微片，該第二標的分析物係不同於第一標的分析物。該第一微片係藉由一第一二元序列來辨識，且該第二微片係藉由一不同於該第一二元序列之第二二元序列來辨識。該第一二元序列係藉由一在一實質上與該第一微片之上表面及下表面平行之第一平面上的第一邊緣輪廓來編碼，且該第一二元序列中的位元係編碼在圍繞該第一邊緣輪廓之各自預定的位置上。該第二二元序列係藉由一在一實質上與該第二微片之上表面及下表面平行之第二平面上的第二邊緣輪廓來編碼，且該第二二元序列中的位元係編碼在圍繞該第二邊緣輪廓之各自預定的位置上。

在又一具體實施態樣中，係提供一種半導體晶圓。該半導體晶圓係包含一基板；在該基板上的複數個第一微片；以及在該基板上的複數個第二微片。各該第一微片係藉由一第一二元序列來辨識，且各該第二微片係藉由一不同於該第一二元序列之第二二元序列來辨識。各該第一微片係藉由在一實質上與該基板平行之平面上之第一邊緣輪廓所編碼的第一二元序列來辨識，且該第一二元序列中的位元係編碼在圍繞該第一邊緣輪廓之各自預定的位置上。各該第二微片係藉由在該平面上之第二邊緣輪廓所編碼的第二二元序列來辨識，且該第二二元序列中的位元係編碼在圍繞該第二邊緣輪廓之各自預定的位置上。

對本領域中具通常知識者而言，在檢閱以下特定具體實施態樣的敘述並配合所附圖式後，可清楚了解其他態樣方面及特徵。

在以下敘述中，係闡述多種特定細節。然而，應了解，本發明之具體實施態樣係可在沒有此等具體細節的情況下實施。在其他例子中，並未詳細顯示習知之線路、構造及技術，以免模糊本內容之理解。然而，本技術領域中具通常知識者應理解，本發明係可在沒有此等特定細節的情況下實施。本領域具通常知識者在所包含之敘述下，係可在未經過度實驗的情況下執行適當的功能。

此處所描述之微片，係可作為在多重標的分析中偵測及分析分析物的載體。微片，在一些具體實施態樣中亦指數位磁性片，係可藉由其各別的數位辨識碼（亦指數位碼或碼）來辨識。在一具體實施態樣中，微片之數位辨識碼係藉由一在該微片周圍（即，邊緣）之缺口及邊緣區段的序列來編碼。藉由偵測微片的邊緣輪廓，偵測器可以辨識與該微片有關的碼。更特定言之，該邊緣輪廓（其在一實質上與該微片的上表面及下表面平行之平面上勾勒出微片的周圍）係編碼一用以辨識該微片的二元序列。

當使用於多重標的分析時，具有相同碼之微片係與用於捕捉相同標的分析物之相同類型的探針耦合，且具有不同碼之微片係與用於捕捉不同標的分析物之不同類型的探針耦合。

在一具體實施態樣中，微片可包括磁性反應材料以利操作及蒐集。磁性反應材料可構成實質上微片的全部、微片的一部分、或僅為微片的一組份。微片的剩餘處，除了其他以外，可包括聚合物材料、塗層、及可附著探針的部分。磁性反應材料的例子包括磁性金屬（例如鐵、鎳、鈷及稀土金屬之合金），但不限於此。在一具體實施態樣中，可將磁性金屬條（strip）嵌入在微片的非磁性聚合物層中。該非磁性聚合物層可係實質上透明的。或者，微片可由磁性光阻材料（例如磁性粒子及聚合物之混合物）製成。磁性光阻材料可係實質上透明的。然而，應留意者，該微片係可由不同於上述之材料所製成。

微片可具有任意程度的透明度。在一具體實施態樣中，微片係實質上透明的。在另一具體態樣中，微片係至少部分透明的。在本文中，材料係「實質上透明的」意指高百分比之光可穿透該材料（例如，超過50%之光）。當材料的透明度係較實質上透明之材料為低、且較不透明材料為高時，該材料係「部分透明的」。

可使用廣泛之不同材料來製造微片；舉例言之，樹脂及聚合物。聚合物之例子包括聚苯乙烯、聚二乙烯苯（polydivinylbenzene）、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸、聚乙醇酸（polyglycolides）、聚己內酯、及其共聚物。亦可使用替代材料。在本文所述之一些具體實施態樣中，微片之主體係由實質上透明之聚合物材料所製成。微片可為任意顏色。

在一具體實施態樣中，本文所述微片的數位碼係由實質上透明之聚合物材料所形成。當使用於多重標的分析時，與經螢光團標記之標的分析物結合之微片一旦受到光源（如，紫外光源）激發就會發射螢光。可進行一次光激發，且所獲得之（被螢光照亮的）微片影像係可用於辨識其各別的碼、以及用於分析（如，量化）標的分析物。此等被螢光照亮之微片影像的邊緣輪廓在黑色背景的襯托下可被輕易偵測。在激發下未發射螢光之微片則未與任何標的分析物結合，故不需對其進行解碼。

相較之下，習用之以嵌入不透明材料編碼的微載體可能需要二步驟的光激發。於第一步驟中，在樣品中的全部微載體係以一在第一光譜（如，紫外光）之第一光源照亮，以分析（如，量化）標的分析物。於第二步驟中，在樣品中的全部微載體係以一在第二光譜（如，可見光）中之第二光源再度照亮，以辨識其碼。在第一步驟中，與標的分析物結合之微片係在黑色背景的襯托下被螢光照亮；然而，藉由嵌入不透明材料而形成之碼圖案通常無法在螢光下解碼。其中之一原因為，螢光係發射自微載體的表面，其無法提供足夠的照明以分辨嵌入的不透明碼圖案。因此，習用設計一般需要第二步驟以在可見光下照亮微片。該額外步驟（即，第二步驟）係增加解碼過程的複雜度。

此外，在微片的上表面及下表面皆具有探針的多重標的分析中，所有探針皆可捕捉經螢光團標記之標的分析物，且微片的二表面皆可被螢光照亮。較高之微片透明度係意謂著不只來自上（前）表面之螢光可被偵測到，來自下（後）表面之螢光亦可穿透微片主體且被偵測到。因此，偵測器可較輕易地從被螢光照亮之微片的影像中讀取用以辨識微片的碼。然而，應理解者為，本文所述之微片編碼計畫係可以用於具任何程度之透明度的微片上。

微片係一實質上平坦的微載體，其具有實質上平面的上表面及下表面。當量取最長的大小（如，上表面或下表片之直徑或對角線）時，微片的尺寸通常在數微米至數百微米的範圍內。微片的厚度通常在1微米至10微米的範圍內。

在一具體實施態樣中，微片係在其邊緣上以一或更多類型的缺口來編碼。第一類型的缺口為取向指標（orientation indicator），其辨識微片之取向；例如，上表面或下表面。該第一類型缺口更指二元序列之起始點、以及沿著讀取該二元序列的方向，其中該二元序列係用以辨識微片的碼。第二類型缺口則係用以編碼微片。在一具體實施態樣中，微片係藉由其邊緣輪廓來編碼，該邊緣輪廓係包括邊緣區段（edge segments）及第二類型缺口之序列。邊緣區段及第二類型缺口之序列係編碼零及壹的二元序列。

微片邊緣上的第一類型缺口第二類型缺口可具有V型、U型、方形、矩形、或類似形狀。在一些具體實施態樣中，第一類型缺口可藉由移除多邊形的一角來形成。各缺口（包括第一類型缺口及第二類型缺口）自微片的上表面延伸至下表面。

在以下描述中，用語「實質上平行」意指二線、層、或平面係平行的，或可稍微偏離平行。該稍微偏離可能來自製造過程，且係在可以忍受的範圍內。因此，用語「平行」及「實質上平行」在本揭露中係可互換的，且意指二或更多線、層、及／或平面在可忍受的範圍內係平行的。類似地，用語「實質上平面的」、「實質上垂直的」、及「實質上呈直角的」係分別用於指在可忍受的範圍內係「平面的」、「垂直的」、及「呈直角的」。

圖1A、1B、2A、2B、3A及3B係一示意圖，說明根據一些具體實施態樣的微片100、200及300，各微片100、200及300在邊緣上僅出現第一類型缺口（分別為11、21及31）。圖1A、2A及3A分別說明微片100、200及300的上表面，且圖1B、2B及3B分別說明微片100、200及300的下表面。

應留意者，本文之用語「上」及「下」係用於命名微片的二相對表面。在使用時（如，在進行多重標的分析的過程中）下表面可在微片之上方，而上表面可在微片的下方，反之亦然。

此處的實施例係說明一微片可以任意形狀作為其基礎形狀；例如，多邊形、圓形或類似形狀。應留意者，微片之基礎形狀係指沒有任何缺口之微片形狀。

第一類型缺口11、21及31係分別定義微片100、200及300之取向（如，前或後、上方或下方）。偵測器可辨識微片被觀測到的表面為微片的上表面或下表面；例如，藉由辨識第一類型缺口之二相鄰邊的長度或二相鄰角。於偵測器辨識是微片的哪一表面正在或已經被觀測之後，該偵測器或另一裝置接著可以決定用以讀取位於微片邊緣之碼的方向。

圖1A進一步顯示第一類型缺口11可以藉由移除角落的三角形部分（以虛線顯示）來形成。定義第一類型缺口11之邊緣輪廓的部分，可為直線（顯示於圖1A）、曲線或其他形狀的線。如圖1A及圖1B所顯示，第一類型缺口11係與相鄰的二邊（如，「a」及「d」）形成不對稱關係，其中a及d具有不同長度（如，a>d）。此一相鄰邊之長度的差異係可幫助偵測器決定微片被觀測到的表面為微片的上表面或下表面。例如，一辨識碼係可以微片之第二類型缺口及／或邊緣區段之序列的形式來編碼。自微片的上表面以順時鐘方向讀取之序列，可能與自微片的下表面以順時鐘方向讀取之序列不同。為正確地讀取及解讀所偵測到的序列，偵測器首先使用第一類型缺口以辨識微片的表面。在圖1A及1B的實施例中，偵測器可藉由自第一類型缺口順時鐘讀取邊長來辨識所觀測到的表面為上表面或下表面。此即，若所讀取到的邊長為a→b→c→d，則所觀測到的表面為上表面；然而，若所讀取到的邊長為d→c→b→a，則所觀測到的表面為下表面。在一具體實施態樣中，偵測器可藉由遵照預定方向（如，順時鐘）比較第一類型缺口之二相鄰邊的長度，以決定微片正在或已經被觀測的表面為何者。當以順時鐘方向讀取，若第一個遇到的相鄰邊（如，a）較第二個遇到的相鄰邊（如，d）為短，則根據圖1A之實施例，所觀測到的表面為上表面。類似地，當以順時鐘方向讀取，若第一個遇到的相鄰邊（如，d）較第二個遇到的相鄰邊（如，a）為長，則根據圖1B之實施例，所觀測到的表面為下表面。

可選地或額外地，第一類型缺口11可與其二相鄰角（如，θ₁ 及θ₂ ）形成不對稱關係，其中θ₁ 及θ₂ 具不同值（如，θ₁ >θ₂ ）。各相鄰角係藉由第一類型缺口11之一邊與微片100之一相鄰邊所定義。此一相鄰角的差異可幫助偵測器決定微片所觀測到的表面為微片的上表面或下表面。例如，若自第一類型缺口11順時鐘讀取所遇到的第一個角為θ₁ 、或者若自第一類型缺口11順時鐘讀取到的二個相鄰角為θ₁ →θ₂ 、或者，若自第一類型缺口11順時鐘讀取的二個相鄰角為較大角（如，θ₁ ）之後為較小角（如，θ₂ ），則偵測器可決定所觀測到的表面為上表面。可對微片100的下表面作成類似的決定。

圖2A顯示，第一類型缺口21可藉由自微片200之角落移除非等腰三角形部分（以虛線顯示）來形成。如圖2A及圖2B所示，第一類型缺口21與其相鄰二邊（如，「a」及「d」）係形成不對稱關係，其中a及d具有不同長度（如，a>d）。可選地或額外地，第一類型缺口21可與其二相鄰角（如，θ₁ 及θ₂ ）形成不對稱關係，其中θ₁ 及θ₂ 具不同值（如，θ₁ >θ₂ ）。此一相鄰邊長及／或相鄰角的差異可幫助偵測器決定微片被觀測到的表面為微片200的上表面或下表面。

圖3A顯示，第一類型缺口31可藉由自微片300移除楔形部分（以虛線顯示）來形成。如圖3A及圖3B所示，第一類型缺口31與其二相鄰角（如，θ₁ 及θ₂ ）形成不對稱關係，其中θ₁ 及θ₂ 具不同值（如，θ₁ >θ₂ ）。第一類型缺口31亦可與該形成第一類型缺口31之楔形部份的二邊形成不對稱關係。此一相鄰角及／或相鄰邊長的差異可幫助偵測器決定微片被觀測到的表面為微片300的上表面或下表面。

圖4-7說明根據一些具體實施態樣之經編碼微片的俯視圖。微片的碼係壹及零的二元序列，其係藉由第二類型缺口在微片邊緣出現與否來表示。為簡化敘述，以下實施例係假設有第二類型缺口出現係指二元「1」值，且沒有第二類型缺口出現係指二元「0」值。沒有第二類型缺口出現相當於出現在相同位置上的邊緣區段。應理解者，在替代具體實施態樣中，「1」與「0」的表示可以相反。第二類型缺口可以是任何形狀，只要其形狀不同於第一類型缺口。

在一具體實施態樣中，偵測器可如下所述般讀取微片的碼。由第一類型缺口開始，偵測器可以固定的物體距離間隔（如，單位長度X）檢查微片的邊緣輪廓，以辨識第二類型缺口是否存在。偵測器可自距離第一類型缺口預定距離處開始，並依據所觀測到之表面為上表面或下表面，以預定方向（如，順時鐘或逆時鐘)讀取碼。舉例言之，碼(自最低有效位元(least significant bit，LSB)至最高有效位元(most significant bit，MSB))可被定義為自微片之上表面順時鐘讀取到的位元序列。亦可使用替代的定義。

圖4說明根據一具體實施態樣之經編碼微片400的俯視圖。在此實施例中，自LSB至MSB之碼在俯視圖中係以順時鐘自第一類型缺口41順著虛線箭頭45的方向讀取。此實施例中之第二類型缺口的形狀係以其二實質上平行的邊(為簡化說明，僅有一個第二類型缺口被標記為42)、及緊鄰該二實質上平行之邊的底邊來定義。既沒有第一類型缺口、也沒有第二類型缺口出現的邊緣輪廓部份，則為邊緣區段(為簡化說明，僅有一個邊緣區段被標記為43)。微片400之俯視圖係顯示一邊緣輪廓，其係邊緣區段、第一類型缺口及第二類型缺口之邊的組合。在此實施例中，長度X之各邊緣區段係解讀為「0」位元，且長度X之各第二類型缺口係解讀為「1」位元。第二類型缺口之長度可定義為量測橫跨其開口之二邊的長度，該開口以「w」指示(為簡化說明，僅有一個被標示)。二連續的第二類型缺口可佔據一個角落；例如，如俯視圖中所顯示的左下角。以長度之序列表示之微片400的邊緣輪廓，被讀取的順序(順時鐘)為如下：3X→(2X)→X→6X→(2X)→4X→(2X)→(2X)→X→(2X)→2X→(2X)→2X→4X→(2X)→2X→(2X)→X，其中括弧內的值係表示對應之第二類型缺口的長度(即，代表一或更多個「1」)。因此，上述長度序列可以解讀成用以辨識微片400之數位碼(由LSB至MSB，其中最右位元為LSB，最左位元為MSB)：011001100000011001101111000011000000011000。

圖5說明根據另一具體實施態樣之經編碼微片500的俯視圖。在此實施例中，由LSB至MSB之碼係從俯視圖中之第一類型缺口51以虛線箭頭55之方向順時鐘讀取。在此實施例中，各第二類型缺口係由二相接於一端的邊所定義(為簡化說明，僅有一個第二類型缺口被標記為52)。由俯視圖，各第二類型缺口係具有三角形的形狀。與圖4中之微片400類似，微片500之邊緣輪廓可被讀取並解讀成數位碼。

圖6及圖7分別說明根據一些其他具體實施態樣之經編碼微片600及經編碼微片700的俯視圖。微片600及700分別具有第一類型缺口61及71。根據前述關於微片400及500之敘述，與微片600及700相關之碼係可分別被讀取並解讀成數位碼。

圖4-7所顯示之第二類型缺口係具有對稱形狀。在替代具體實施態樣中，第二類型缺口可具有不對稱形狀；例如，一邊較另一邊為長。第二類型缺口可具有任意形狀，只要其形狀可與第一類型缺口之形狀區分。

在一具體實施態樣中，第二類型缺口之開口可具任意長度（以橫跨其開口之二邊來測量），且該長度為預定單位長度的整數倍（如，在圖4-7中以X表示者）。在一些具體實施態樣中，第二類型缺口之開口的長度係定義在二元序列（即，數位碼）中具有第一二元值之位元的連續數目，且各邊緣區段的長度係定義在二元序列中具有第二二元值之位元的連續數目。在一些具體實施態樣中，第二類型缺口的長度係限制在預定的長度；例如，一或二單位長度。舉例言之，微片可包括連續之單位長度的第二類型缺口序列，以代表1的長序列。

圖8A及8B分別說明根據一些具體實施態樣之二經編碼微片810及820的俯視圖。在俯視圖中，微片810及820各具有在右上角之第一類型缺口。微片810係使用連續之單位長度的第二類型缺口序列而編碼有壹的序列。在圖8A之實施例中，第二類型缺口係形成於邊緣輪廓之預定部分（如，P1、P2、P3及P4）內，避免接近角落區域。第二類型缺口（代表碼之MSB或LSB）的一邊可接上第一類型缺口的邊。微片820（其不具任何第二類型缺口）係編碼有零的序列。

圖8C及8D分別說明根據一些具體實施態樣之二經編碼微片830及840的俯視圖。在俯視圖中，微片830及840各具有在右上角之第一類型缺口。各微片830及840係使用第二類型缺口及邊緣區段的序列而編碼有壹及零交替的序列。在此等實施例中，如圖8C及8D所示，與微片830及840相關的碼（由LSB至MSB）係從各自的第一類型缺口以順時鐘被讀取並解讀。

圖8C及8D進一步說明圍繞微片830及840之邊緣輪廓的預定位置。碼之位元0-29的預定位置係標記在虛線上。在此等具體實施態樣中，若一位元之預定位置沒有第二類型缺口，則其具有第一值，且若一位元之預定位置有第二類型缺口出現，則其具有第二值。由於偵測器在決定碼的位元值時不會量測間隔，因此在相鄰之預定位置之間的間隔可為任意值。當讀取碼時，所提供之偵測器可具有一標有此等預定位置之偵測模板。偵測模板可以覆蓋在微片之邊緣輪廓的影像上，使偵測器決定在該等位置上是否有出現第二類型缺口。偵測模板可具有與微片之基礎形狀相同的形狀，且具有位元之位置標記。偵測模板的例子可為圖8C及8D中之具有位置標記的虛線矩形880及890。偵測模版可具有與微片之基礎形狀相較之下較大、較小、或相同之尺寸，只要其位置標記指出位元位置即可。

在一具體實施態樣中，除了由邊緣區段及第二類型缺口所形成之二元序列以外，微片亦可藉由一群辨識碼（group identifier）來辨識。如圖8A-8D所示，該群辨識碼可藉由第一類型缺口之相鄰角（如，θ₁ 及θ₂ ）的組合來編碼。為便於說明，圖9A、9B及9C係說明三群沒有任意第二類型缺口之實施例。應理解者，群辨識碼可與本文所述之任意二元序列組合以形成微片之數位碼。

圖9A說明群辨識碼的第一實施例，其中二相鄰角具有相同的值（如，θ₁ =θ₂ =135˚），此可應用於具有不對稱邊（如，矩形）的微片。圖9B說明群辨識碼的第二實施例，如，θ₁ =150˚、θ₂ =120˚。圖9C說明群辨識碼的第三實施例，如，θ₁ =120˚、θ₂ =150˚。在一具體實施態樣中，角度差（angle_diff ）=（θ₁ -θ₂ ）之不同數值係相當於不同的群辨識碼。在一具體實施態樣中，角度差之值可由數個位元來代表，其中位元的數目係依群數而定。

圖10A及10B分別說明根據一具體實施態樣之微片1000的三度空間（3D）視圖及截面視圖。圖10B中之微片1000之截面視圖係顯示上表面1010、與上表面1010實質上平行之下表面1020、及圍繞上表面1010及下表面1020之邊緣1030（即，周圍）。上表面1010及下表面1020係實質上平面的；如，實質上與所顯示之由X-Y軸延伸的水平面（即，X-Y平面）平行。邊緣1030係實質上垂直於1010及1020二表面；如，實質上與所顯示之Z軸平行。如圖10B所顯示，邊緣1030在上表面1010與下表面1020之間垂直延伸。在一具體實施態樣中，上表面1010及下表面1020就X-Y平面而言係對稱的。當用於多重標的分析時，表面1010及1020之一或二者可與用於與標的分析物結合之反應劑（如，探針）耦合。

在一具體實施態樣中，微片1000係由實質上透明之磁性聚合物材料所製成。該磁性聚合物材料可藉由將磁性金屬粒子混進聚合物中而製造。該磁性反應性之微片1000在多重標的分析之過程中係可以磁場而輕易地操作及處理。

圖10C說明根據一具體實施態樣之微片1000的邊緣輪廓1080。邊緣輪廓1080根據前述任意邊緣編碼計畫而編碼微片1000。圖10C顯示，邊緣輪廓1080係在平面（如，本實施例之X-Y平面）上勾勒出上表面1010及下表面1020的周圍，該平面係與上表面1010及下表面1020實質上平行。因此，偵測器可自表面1010及1020二者偵測到微片1000的相同碼。碼的相同二元序列可自表面1010及1020之一者順時鐘讀取，且自表面1010及1020之另一者逆時鐘讀取。

圖10C及10D分別說明根據另一具體實施態樣之微片1060的3D視圖及截面視圖。與圖10A及10B之微片1000類似，微片1060亦包括上表面1016、與表面1016實質上平行的下表面1026、及圍繞上表面1016及下表面1026之邊緣1036。此外，微片1060有磁性金屬條1050（如，鎳、鈷、鐵、或其類似物）嵌入在其中。磁性金屬條1050係嵌入在微片1060中之非透明（即，不透明）層。磁性金屬條1050可夾在微片1060的上透明聚合物層及下透明聚合物層之間。在一具體實施態樣中，磁性金屬條1050係位於微片1060之幾何中心。在多重標的分析過程中，當以磁場撿拾或收集微片1060時，該幾何中心位置係有助於降低微片1060的力矩。與圖10A之微片1000類似，微片1060係藉由其邊緣輪廓來編碼，該邊緣輪廓係在實質上與上表面1016及下表面1026平行之平面上勾勒出上表面1016及下表面1026的周圍。

圖10E說明根據一具體實施態樣之微片1000或1060之邊緣輪廓1080。邊緣輪廓1080根據前述任意邊緣編碼計畫而編碼微片1000。以微片1000作為例，圖10E顯示邊緣輪廓1080係在平面（如，本實施例之X-Y平面）上勾勒出上表面1010及下表面1020的周圍（即，邊緣）。該平面係與上表面1010及下表面1020實質上平行。因此，偵測器可自表面1010及1020之任一者偵測到微片1000的相同碼。碼的相同二元序列可自表面1010及1020之一者順時鐘讀取，且自表面1010及1020之另一者逆時鐘讀取。

前述微片可基於為半導體製造及／或微機電系統（MEMS）製造所發展的技術來製造。舉例言之，以下所描述之微片製造係使用半導體及／或MEMS製造領域中所習知的基板材料、犧牲材料、及光阻材料。為簡化說明，以下係省略半導體及／或MEMS製造領域中具通常知識者所習知之數個步驟。舉例言之，省略的步驟可包括：為準備用於後續製程之表面的表面清潔、為移除溶劑之軟烤（soft-baking）等。相較於用於製造習用微載體的製程，下述製造過程係較簡單、成本較低且保留較大的反應區域。

圖11A、11B、11C及11D係說明根據第一具體實施態樣之微片的製造步驟。圖14係一流程圖，說明根據第一具體實施態樣之製造微片的方法1400。根據第一具體實施態樣所製造之微片的例子包括，但不限於，圖10A及10B的微片1000。參考圖11A至11D及圖14，方法1400從步驟1410開始，於一在晶圓上之實質上平面的基板1110上方沉積一犧牲層1120。接著於步驟1420中，在犧牲層1120上方沉積一磁性光阻層1130（如，磁性聚合物層）。在一些具體實施態樣中，磁性光阻層1130可係實質上透明的或至少部分透明的。在步驟1430中，使用一含有微片圖案之遮罩層1140，以將磁性光阻層1130圖案化成微片。遮罩層1140係選擇性地使磁性光阻層1130之區域暴露於紫外（UV）光，從而定義個別的微片1100。各微片1100係藉由其邊緣輪廓來編碼，該邊緣輪廓係在一平面上勾勒出微片1100的上表面與下表面的2D周圍，該平面係實質上與該上表面及下表面平行。在一具體實施態樣中，遮罩層1140可定義在晶圓上之編碼有不同碼的微片。因此，有不同碼之微片係可同時在相同的晶圓上製造。在步驟1440中，將犧牲層1120蝕刻或移除，以自基板1110中釋出微片1100。

圖12A至12I說明根據第二具體實施態樣之微片的製造步驟。圖15係一流程圖，說明根據第二具體實施態樣之製造微片的方法1500。根據第二具體實施態樣製造之微片的例子包括，但不限於，圖10C及10D的微片1060。參考圖12A、12B及圖15，方法1500從步驟1510開始，於一在晶圓上之實質上平面的基板1210上方沉積一犧牲層1220。接著於步驟1520中，在犧牲層1220上方沉積一光阻層1230a（如，聚合物層）。在一些具體實施態樣中，該光阻層1230a可係實質上透明的或至少部分透明的。在步驟1530中，使用一含有微片圖案之遮罩層1240，以將光阻層1230a圖案化為多個區塊（blocks）1230，其中各區塊1230係一對應微片的部分。遮罩層1240係選擇性地使光阻層1230a之區域暴露至紫外（UV）光，從而定義個別的區塊1230。

可進行掀離（lift off）製程以沉積磁性金屬層在各底部上，圖12C至12F說明根據一具體實施態樣之掀離製程。將第二犧牲材料1250均厚沉積（blanket-deposited）於剩餘構造之上方，圖案化第二犧牲材料1250以暴露各區塊1230之上表面的至少一部份，藉由物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition，PVD）、化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，CVD）等方式以沉積一薄層之磁性金屬1260而覆蓋經圖案化之犧牲材料1250以及經暴露之區塊1230的整個上方。然後剝離（strip off）（如，藉由使用化學溶液或替代手段）第二犧牲材料1250。從而，在步驟1540中，在各區塊1230之上表面的至少一部份上形成一條磁性金屬層1260。

參考圖12G至12I及圖15，在步驟1550中，在剩餘構造上均厚沉積覆蓋另一光阻層1270a（如，聚合物層）（即，覆蓋區塊1230、且覆蓋在各區塊1230上之磁性金屬層1260）。在一具體實施態樣中，光阻層1270a之材料可與光阻層1230a相同。在一些具體實施態樣中，該光阻層1270a可係實質上透明的或至少部分透明的。在步驟1560中，使用含有微片圖案之遮罩層1280以將光阻層1270a圖案化成微片1200。各微片1200係藉由其邊緣輪廓來編碼，該邊緣輪廓係在平面上勾勒出微片1200之上表面及下表面的2D周圍，該平面係實質上與該上表面及下表面平行。在一具體實施態樣中，遮罩層1280可定義在晶圓上之經不同碼所編碼的微片。因此，有不同碼之微片係可同時在相同的晶圓上製造。在步驟1570中，將犧牲層1220蝕刻或移除，以自基板1210中釋出微片1200。

圖13係係一示意圖，說明根據一具體實施態樣之在基板1350上具有複數個微片的半導體晶圓1300。圖13之例子顯示具有不同碼之微片可在同一晶圓上製造；如，藉由以一定義對應到不同碼之不同邊緣輪廓的遮罩層來圖案化微片。圖14之步驟1430及圖15之步驟1560提供圖案化步驟之非限制性實例。舉例言之，可製造晶圓1300以包括微片810、820、830及840（圖8A至8D）。在一具體實施態樣中，晶圓1300可包括複數個劃分，各劃分包括一群具相同碼的微片。應理解者，在替代具體實施態樣中，與圖13所顯示者相較，晶圓可包括具有更多不同碼之微片、或具有較少不同碼之微片。

前述微片可具有若干應用，包括（但不限於）多重標的分析套組。多重標的分析套組包括至少一根據任意上述具體實施態樣之第一微片、以與第一標的分析物形成標的特定異性結合，以及根據任意上述具體實施態樣之第二微片、以與第二標的分析物形成標的特定異性結合，該第二標的分析物係不同於第一標的分析物。第一微片係藉由第一二元序列來辨識、且第二微片係藉由第二二元序列來辨識。第一二元序列係藉由第一邊緣輪廓來編碼，該邊緣輪廓係在第一平面上勾勒出第一微片的周圍，該第一平面係實質上與第一微面之上表面及下表面平行。第二二元序列係藉由第二邊緣輪廓來編碼，該邊緣輪廓係在第二平面上勾勒出第二微片的周圍，該第二平面係實質上與第二微面之上表面及下表面平行。

圖16係一流程圖，說明根據一具體實施態樣之用於對經數位編碼之磁性微片進行解碼的方法1600。方法1600可藉由偵測器進行，該偵測器可為（例如）將於圖17描述之相關機器。方法1600從步驟1610開始，偵測器獲得一含有複數個被照亮微片的影像。在步驟1620中，偵測器偵測各被照亮微片的邊緣輪廓。在步驟1630中，偵測器從該邊緣輪廓辨識第一類型缺口，以決定對應微片的取向。在步驟1640中，偵測器偵測第二類型缺口之出現（或沒有出現），以將邊緣輪廓解碼為二元序列。該二元序列係用以辨識對應微片的數位碼。

圖17係一圖表，說明機器1700，其可操作以執行一用以對根據一具體實施態樣之經編碼微片進行解碼的軟體產品1780。軟體產品1780係可儲存在一機器可讀取之媒體（如，非暫時性（non-transitory）之機器可讀取儲存媒體1720，亦指電腦可讀取媒體、處理器可讀取媒體、或具有電腦可讀取程式碼包含於其中的電腦可使用媒體）中。非暫時性之機器可讀取儲存媒體1720可為任意合適之有形媒體，包括磁性的、光學的、或電子的儲存媒體，包括磁片、唯讀光碟（compact disc read-only memory，CD-ROM）、唯讀數位多功光碟（digital versatile disc read-only memory，DVD-ROM）、記憶裝置（揮發性或非揮發性）（例如，硬碟、或固態硬碟）、或其他儲存機制。機器可讀取之媒體1720可含有不同組的指令、碼序列、組態資訊（configuration information）、或其他資料，其在執行時係使處理器1710對影像1750中之經編碼微片進行解碼（如，根據圖16之方法1600）。影像1750可藉由機器1700之輸入／輸出（I/O）裝置1730而獲得。機器1700可自影像1750產生一至少包含與微片相關之辨識碼的輸出。本領域中具通常知識者將了解，實施所述具體實施態樣所需之其他指令及操作可亦儲存於該機器可讀取之媒體1720中。自機器可讀取媒體運轉之軟體係可與線路連接以進行上述作業。

本申請案主張於2018年12月6日申請之美國臨時申請案第62/776,224號以及於2019年10月15日申請之美國專利申請案第16/601,982號之優先權，彼等之全部內容併於此處以供參考。

雖然本發明係以多種具體實施態樣敘述，本領域中具通常知識者將了解本發明並不限於所述具體實施態樣，且可以在後附申請專利範圍之精神及範圍內修飾及變更的方式實施。因此，前述敘述係為例示性而非限制性的。

11:第一類型缺口 21:第一類型缺口 31:第一類型缺口 41:第一類型缺口 42:第二類型缺口 43:邊緣區段 45:虛線箭頭 51:第一類型缺口 52:第二類型缺口 53:邊緣區段 55:虛線箭頭 61:第一類型缺口 71:第一類型缺口 100:微片 200:微片 300:微片 400:微片 500:微片 600:微片 700:微片 810:微片 820:微片 830:微片 840:微片 880:虛線矩形 890:虛線矩形 910:微片 920:微片 930:微片 1000:微片 1010:上表面 1016:上表面 1020:下表面 1026:下表面 1030:邊緣 1036:邊緣 1050:磁性金屬條 1060:微片 1080:邊緣輪廓 1100:微片 1110:基板 1120:犧牲層 1130:磁性光阻層 1140:遮罩層 1200:微片 1210:基板 1220:犧牲層 1230a:光阻層 1230:區塊 1240:遮罩層 1250:第二犧牲材料 1260:磁性金屬層 1270a:光阻層 1280:遮罩層 1300:晶圓 1350:基板 1400:方法 1410:步驟 1420:步驟 1430:步驟 1440:步驟 1500:方法 1510:步驟 1520:步驟 1530:步驟 1540:步驟 1550:步驟 1560:步驟 1570:步驟 1600:方法 1610:步驟 1620:步驟 1630:步驟 1640:步驟 1700:機器 1710:處理器 1720:媒體 1730:輸入／輸出裝置 1750:影像 1780:軟體產品

本發明係以例示的方式說明，而非以限制的方式說明。在所附圖式的圖中，相似的編號係指示類似的元件。應注意者，本揭露中對於「一」具體實施態樣之不同引述，不必然為相同的具體實施態樣，且此等引述意指至少一。此外，當一特定特徵、結構或特性係於針對一具體實施態樣中被提到，係認為本領域具通常知識者可在其知識範圍中，將該等特徵、構造或特性實現於其他無論是否明確描述之具體實施態樣中。

圖1A及1B係說明根據一具體實施態樣之微片的二相對表面。

圖2A及2B係說明根據另一具體實施態樣之微片的二相對表面。

圖3A及3B係說明根據又一具體實施態樣之微片的二相對表面。

圖4、5、6及7係說明根據一些具體實施態樣之經編碼微片的俯視圖。

圖8A、8B、8C及8D係說明根據一具體實施態樣之微片的俯視圖，該等微片係編碼有四種不同的碼。

圖9A、9B及9C係說明根據一些具體實施態樣之微片，各微片係使用相鄰角來編碼一群辨識碼（identifier）。

圖10A及10B係分別說明根據一具體實施態樣之經數位編碼之磁性微片的三度空間視圖及截面視圖。

圖10C及10D係分別說明根據另一具體實施態樣之經數位編碼之磁性微片的三度空間視圖及截面視圖。

圖10E係說明根據一具體實施態樣之微片的邊緣輪廓。

圖11A、11B、11C及11D係說明根據第一具體實施態樣之微片的製造步驟。

圖12A、12B、12C、12D、12E、12F、12G、12H及12I係說明根據第二具體實施態樣之微片的製造步驟。

圖13係一示意圖，說明根據一具體實施態樣之半導體晶圓，其係包括編碼有不同碼之微片。

圖14係一流程圖，說明根據第一具體實施態樣之用於製造經數位編碼之磁性微片的方法。

圖15係一流程圖，說明根據第二具體實施態樣之用於製造經數位編碼之磁性微片的方法。

圖16係一流程圖，說明根據一具體實施態樣之用於對經數位編碼之磁性微片進行解碼的方法。

圖17係一圖表，說明根據一具體實施態樣之一可操作以執行一軟體產品而對經編碼之微片進行解碼的機器。

810:微片

820:微片

830:微片

840:微片

880:虛線矩形

890:虛線矩形

Claims (20)

1. 一種編碼有二元序列（binary sequence）的微片（microflake），其係包含： 一聚合物層，具有上表面及下表面，其中該下表面係實質上與該上表面平行，且該上表面與下表面之至少一者將與標的特定探針（target-specific probes）耦合，該探針係用於結合至標的分析物； 其中該微片係藉由編碼在一平面之邊緣輪廓上的位元二元序列來辨識，該平面係實質上與該上表面及該下表面平行；以及 其中該二元序列中的位元係編碼在圍繞該邊緣輪廓之各自預定的位置上。
2. 如請求項1所述之微片，其中該聚合物層係實質上透明的。
3. 如請求項1所述之微片，其中該聚合物層係一磁性聚合物層。
4. 如請求項1所述之微片，其更包含： 一磁性金屬條（strip），嵌入在該聚合物層中且位於該聚合物層的幾何中心。
5. 如請求項1所述之微片，其中該邊緣輪廓係包括一第一類型缺口，該第一類型缺口係指示一起始點以及一沿著讀取該二元序列的方向。
6. 如請求項5所述之微片，其中該第一類型缺口係與相鄰的邊或角形成一不對稱關係。
7. 如請求項5所述之微片，其中該微片更藉由一群辨識碼（group identifier）來辨識，該群辨識碼係藉由該第一類型缺口的相鄰的角來編碼，且其中相鄰角的不同組合係編碼不同的群辨識碼。
8. 如請求項1所述之微片，其中該邊緣輪廓係包括邊緣區段（edge segments）及第二類型缺口之序列，該序列係用以編碼該二元序列。
9. 如請求項8所述之微片，其中於該邊緣輪廓之預定位置上的第二類型缺口係與該二元序列中之對應位元的第一二元值相對應。
10. 如請求項8所述之微片，其中於該邊緣輪廓之預定位置上的邊緣區段係與該二元序列中之對應位元的第二二元值相對應。
11. 一種用於多重標的分析（multiplex assay）之裝置，其係包含： 一第一微片，用以與一第一標的分析物形成標的特定結合（target-specific bonding）；以及 一第二微片，用以與一第二標的分析物形成標的特定結合，該第二標的分析物係不同於第一標的分析物； 其中，該第一微片係藉由一第一二元序列來辨識，該第二微片係藉由一不同於該第一二元序列之第二二元序列來辨識； 其中，該第一二元序列係藉由在一實質上與該第一微片的上表面及下表面平行之第一平面上的第一邊緣輪廓來編碼，且該第一二元序列中的位元係編碼在圍繞該第一邊緣輪廓之各自預定的位置上；以及 其中，該第二二元序列係藉由在一實質上與該第二微片的上表面及下表面平行之第二平面上的第二邊緣輪廓來編碼，且該第二二元序列中的位元係編碼在圍繞該第二邊緣輪廓之各自預定的位置上。
12. 如請求項11所述之裝置，其中該第一微片及該第二微片係各自包括一實質上透明之聚合物層。
13. 如請求項12所述之裝置，其中該實質上透明之聚合物層係一磁性聚合物層。
14. 如請求項12所述之裝置，其中一磁性金屬條係嵌入在該實質上透明之聚合物層中且係位於該實質上透明之聚合物層的幾何中心。
15. 如請求項11所述之裝置，其中該第一邊緣輪廓及該第二邊緣輪廓係各自包括一做為取向指標（orientation indicator）的第一類型缺口，且該第一邊緣輪廓及該第二邊緣輪廓的至少一者係包括一第二類型缺口，該第二類型缺口係代表一在該第一二元序列或該第二二元序列中的二元值。
16. 如請求項11所述之裝置，其中在該第一邊緣輪廓及該第二邊緣輪廓之預定位置上之第二類型缺口出現係對應於一第一二元值，且在該第一邊緣輪廓及該第二邊緣輪廓之預定位置上沒有第二類型缺口出現則對應於一第二二元值。
17. 一種半導體晶圓，其係包含： 一基板； 在該基板上的複數個第一微片，各該第一微片係藉由一第一二元序列來辨識；以及 在該基板上的複數個第二微片，各該第二微片係藉由一不同於該第一二元序列之第二二元序列來辨識； 其中，各該第一微片係藉由在一實質上與該基板平行之平面上之第一邊緣輪廓所編碼的第一二元序列來辨識，且該第一二元序列中的位元係編碼在圍繞該第一邊緣輪廓之各自預定的位置上；以及 其中，各該第二微片係藉由在該平面上之第二邊緣輪廓所編碼的第二二元序列來辨識，且該第二二元序列中的位元係編碼在圍繞該第二邊緣輪廓之各自預定的位置上。
18. 如請求項17所述之半導體晶圓，其中該第一微片及該第二微片之各微片係包括一實質上透明之聚合物層。
19. 如請求項17所述之半導體晶圓，其中該第一微片及該第二微片之各微片係磁性的。
20. 如請求項17所述之半導體晶圓，其中該第一邊緣輪廓及該第二邊緣輪廓係各自包括做為取向指標的第一類型缺口，且其中該第一邊緣輪廓及該第二邊緣輪廓之至少一者係包括一第二類型缺口，該第二類型缺口係代表一在該第一二元序列或該第二二元序列中的二元值。

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