專利名稱：微射流結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)方法、裝置和使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在生產(chǎn)微射流結(jié)構(gòu)的過程中，模塑和/或微制造技術(shù)通常被用于精確制造次毫米級的結(jié)構(gòu)。
包括預(yù)制微結(jié)構(gòu)成型模(mould die)的模塑技術(shù)必須針對微射流結(jié)構(gòu)的每個單獨用途來進(jìn)行設(shè)計。然而，設(shè)計和準(zhǔn)備微結(jié)構(gòu)成型模是費(fèi)時且昂貴的。
因此，需要一種微射流結(jié)構(gòu)，其在生產(chǎn)方法和成本方面具有最小的限制。
背景技術(shù)：
美國2002/0100714 A1公開了一種微射流裝置，其操作是針對片上實驗室(lab-on-a-chip)的功能而設(shè)計的，所述裝置是通過對襯底和溝道結(jié)構(gòu)進(jìn)行噴射模塑制得的。
美國6,126,899公開了一種用于液體試樣生化分析的裝置，該裝置包括一個定義了試樣分配網(wǎng)絡(luò)的襯底，該分配網(wǎng)絡(luò)具有(i)一個試樣入口，(ii)一個或多個檢測室，和(iii)溝道裝置，其提供了每個檢測室和入口之間的閉端(dead end)液力連接。
WO 99/19717公開了一種連續(xù)形式的微結(jié)構(gòu)陣列裝置，其被制成一個包含微結(jié)構(gòu)陣列(26)的柔性長薄膜層疊件，微結(jié)構(gòu)陣列(26)是沿著該層疊件連續(xù)地設(shè)置的。層疊件可從輥中連續(xù)地拉出，通過處理和分析裝置，并再次被卷起或堆疊以便于儲存。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的一方面，本發(fā)明的一個目的是要提供一種改進(jìn)的微射流結(jié)構(gòu)，其可以大量地生產(chǎn)，而在生產(chǎn)和成本方面具有最小限制。
本發(fā)明的另一個目的是要提供一種改進(jìn)的微射流結(jié)構(gòu)，其具有大容量的微射流功能部件。
本發(fā)明的另一個目的是要提供一種改進(jìn)的微射流結(jié)構(gòu)，其具有提高的設(shè)計靈活性。
本發(fā)明的另一個目的是要提供一種方法和裝置，用于生產(chǎn)這樣一種改進(jìn)的微射流結(jié)構(gòu)。
通過其它地方的描述，會看出本發(fā)明的其它目的。
本發(fā)明的技術(shù)方案制造微射流結(jié)構(gòu)元件的方法根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明的目的是通過提供一種制造微射流結(jié)構(gòu)元件的方法來實現(xiàn)的，該方法包括(a)提供一種模塑組件，用以模塑微結(jié)構(gòu)元件；所述模塑組件包括第一和第二成型模，二者一起形成一個模腔，所述第一和/或第二成型模包括(i)一個模塑表面，優(yōu)選由金屬制成，其中金屬例如鋼、青銅、鈹-銅合金、或成型模鋁合金，該模塑表面包括一個微結(jié)構(gòu)模塑表面，和(ii)一個或多個芯棒，其在所述第一和第二成型模之間延伸跨過所述模腔，(b)向所述模腔施加模塑材料，所述模塑材料優(yōu)選為熱塑性材料，更優(yōu)選地是從包括PS、PC、PMMA、COC、PP、PETG、PE、PA、ABS、POM、PUR、PVC和TOPAS的組中選擇的一種熱塑性材料；(c)使所述模塑材料固結(jié)；和(d)將所述固結(jié)的模塑材料從所述模腔退出。
可選地，在將固結(jié)的模塑材料從模腔退出之前，將所述一個或多個芯棒從所述固結(jié)的模塑材料釋放并退出。
模塑材料是本領(lǐng)域已知的。
在一個優(yōu)選實施例中，所述模塑表面包括一種從金屬、金屬合金、半導(dǎo)體和陶瓷構(gòu)成的組中選擇的材料，其中金屬優(yōu)選鎳；金屬合金優(yōu)選鋼；半導(dǎo)體優(yōu)選硅；陶瓷優(yōu)選氧化鋁。
在一個優(yōu)選實施例中，所述第一和第二成型模中的一個或兩個，包括一個微結(jié)構(gòu)模塑表面和一個非微結(jié)構(gòu)模塑表面。
在一個優(yōu)選實施例中，所述一個或多個芯棒包括彈性裝置，該彈性裝置選自機(jī)械彈簧、液力擴(kuò)張器(hydraulic expander)、氣動擴(kuò)張器、彈性材料，優(yōu)選為橡膠或聚酰胺類的軟塑料，例如nylonPA-6、PA-6.6、PA-9、PA-10、PA-11、PA-12。
將彈性裝置和芯棒結(jié)合起來使用的優(yōu)點是，可以在芯棒維護(hù)或更換之間提供更長的時間。這是因為，在出現(xiàn)磨損的時候，固定或非彈性芯棒(具有固定的初始長度和“完整”的端面，該端面緊密接觸模塑插入元件)的端面變得不平，該端面不能具有“完整”表面接觸，隨著時間和使用，端面的情況將更加惡劣。另一方面，甚至在端面磨損和芯棒變短的情況下，彈性芯棒仍能保持模塑部分之間的緊密接觸。固定或非彈性芯棒需要更多的維護(hù)來確保充分接觸到模塑部分。
在本發(fā)明的一個實施例中，芯棒具有釋放滑角(release slip angle)，例如其稍微逐漸變細(xì)，例如為圓錐形，因此可以進(jìn)一步控制模塑元件的芯棒釋放。
在一個優(yōu)選實施例中，芯棒的橫截面形狀是圓形的。在其它實施例中，根據(jù)穿透孔的應(yīng)用情況，橫截面可以采用任何其它的形狀，例如，三角形、矩形或方形、或任何多邊形，等等。因此，使得穿透孔可以連接到微結(jié)構(gòu)元件表面上不同幾何橫截面的連接溝道或儲液器。
在優(yōu)選實施例中，所述第一和/或第二成型模包括可釋放的結(jié)構(gòu)元件，其可以在施加模塑材料或模塑材料固結(jié)期間被釋放到所述模塑材料中，或者釋放到所述固結(jié)的模塑材料上。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明的目的是通過提供由本發(fā)明的上述方法獲得的微射流結(jié)構(gòu)元件來實現(xiàn)的。
用于模塑微結(jié)構(gòu)元件的模塑組件根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，通過提供一種模塑組件來實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述模塑組件用于模塑微射流結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)元件，其包括(a)第一成型模；(b)第二成型模；(c)一個可調(diào)節(jié)的支撐，其用于支撐所述第一和第二成型模，從而實現(xiàn)在閉合和開放模塑位置之間彼此靠近或離開的相對運(yùn)動；(d)所述第一或第二成型模包括至少一個芯棒，其在所述閉合位置處接合所述第一和所述第二成型模中的所述另一個；其中所述第一和/或第二成型模包括一個全部或部分微結(jié)構(gòu)化的模塑表面。
在一個優(yōu)選實施例中，所述微結(jié)構(gòu)模塑表面包括接合裝置，用于接合所述至少一個芯棒。
在一個優(yōu)選實施例中，所述接合裝置包括所述微結(jié)構(gòu)模塑表面的突起。
在一個優(yōu)選實施例中，所述一個或多個芯棒包括彈性裝置，該彈性裝置選自機(jī)械彈簧、液力擴(kuò)張器(hydraulic expander)、氣動擴(kuò)張器、彈性材料(優(yōu)選為橡膠)或聚酰胺類的軟塑料，例如nylonPA-6、PA-6.6、PA-9、PA-10、PA-11、PA-12。
在一個優(yōu)選實施例中，所述第一和/或所述第二成型模被設(shè)計成能夠生產(chǎn)下面“微射流結(jié)構(gòu)元件”一節(jié)中所描述的微射流結(jié)構(gòu)元件。
微射流結(jié)構(gòu)元件根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供微射流結(jié)構(gòu)元件可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的，該元件包括第一外表面和第二外表面，所述第一和/或所述第二外表面包括用于至少一個微射流功能部件的至少一個微結(jié)構(gòu)，所述第一和所述第二外表面通過至少一個穿透孔(through-going aperture)流體連通。
令人驚奇的是，具有用于至少一個微射流功能部件的至少一個微結(jié)構(gòu)和至少一個穿透孔的微射流結(jié)構(gòu)元件可以通過模塑法生產(chǎn)，從而確保了可以大量生產(chǎn)該元件，而且在其生產(chǎn)方法和成本方面具有最小的限制，其中所述穿透孔用于所述第一和所述第二外表面之間的流體連通。
另外，這種微射流結(jié)構(gòu)元件允許三維微射流結(jié)構(gòu)，從而確保了設(shè)計新穎和/或更緊湊的結(jié)構(gòu)的靈活性，這與典型的常規(guī)二維微射流結(jié)構(gòu)是相反的，常規(guī)二維微射流結(jié)構(gòu)不允許在一個平面內(nèi)流體交差，而第一面和第二面間的流體連通提供了一種三維結(jié)構(gòu)，從而允許流體交差。
這種微射流結(jié)構(gòu)元件通過穿透孔提供的兩個表面間的流體連通，模塑這種元件可以通過在成型模內(nèi)包括一個或多個芯棒來實現(xiàn)，優(yōu)選地，所述芯棒具有合適的彈性從而可以相對于成型模表面調(diào)節(jié)它們的接觸情況和位置，而無論它們的定位和磨損情況如何。因此，具有穿透孔的模塑微射流結(jié)構(gòu)元件可以用成型模生產(chǎn)，該成型模具有更長的使用壽命，從而增加了生產(chǎn)量并減少了造價。
另外，這樣的微射流結(jié)構(gòu)元件在所述的第一和/或所述的第二外表面上包括至少一種微射流功能部件，上述兩個表面間通過穿透孔進(jìn)行流體連通，因此可以提供兩面的、具有大量微射流功能部件的微射流結(jié)構(gòu)。通常，通過組裝多個這樣的微射流結(jié)構(gòu)元件，就可以獲得多層的微射流結(jié)構(gòu)元件。
術(shù)語“包括用于至少一種微射流功能部件的至少一個微結(jié)構(gòu)的所述第一和/或所述第二外表面”用來指一種元件，其包括所述第一和第二表面，每個表面或兩個表面都容納至少一個微結(jié)構(gòu)表面。該微結(jié)構(gòu)設(shè)計成能夠完成至少一種微射流功能部件，例如混合、毛細(xì)泵吸(capillary pumping)等。
微射流功能部件在本技術(shù)領(lǐng)域是已知的。參考例如P.Gravesen，J.Branebjerg and O.S.Jensen“Microfluidics-a Review”，J.Micromech，Microeng.3(1993)168-182；and R.Zengerle“Microfluidics”1998，p.111-222.InNinth Micromechanics Europe Workshop.MME’98.Proceedings.
通常，對于所述第一和第二外表面之間的直孔而言，微射流結(jié)構(gòu)的穿透孔可以具有任何形狀、或任何角度，取決于穿透孔的功能，只要產(chǎn)生該孔的芯棒可以在模塑材料固結(jié)后從模塑材料中釋放出來并從中被退出，例如芯棒應(yīng)該具有合適的起摸斜度，例如，對于一個直的、大致圓的芯棒而言，通常小于5度。對于彎曲形狀的孔和斜交角處的直孔而言，可以通過在成型?？刹痖_之前取走芯棒來實現(xiàn)。
在一個實施例中，芯棒可以轉(zhuǎn)動，從而可以產(chǎn)生螺紋狀的穿透孔。
在一個優(yōu)選實施例中，所述第一和第二外表面基本垂直與所述穿透孔，因此特別容易拉出固結(jié)成形材料中的芯棒。
微射流結(jié)構(gòu)元件是通過模塑制得的，優(yōu)選采用噴射模塑，更優(yōu)選地是采用加壓噴射模塑(compression injection moulding)，因此能以低成本成產(chǎn)大量的元件。
通常，微射流結(jié)構(gòu)元件可以制成任意合適數(shù)目的部分，取決與應(yīng)用場合。
在一個優(yōu)選實施例中，微射流結(jié)構(gòu)元件是一種整體式的元件，因此微射流功能部件可以制成在單個元件內(nèi)，從而減少與組裝單個部件相關(guān)的生產(chǎn)成本。
在另一個優(yōu)選實施例中，微射流結(jié)構(gòu)元件是一種組合元件，由兩個或多個結(jié)構(gòu)元件組成，因此，可以使得多個微射流功能部件例如，插入元件被制成最終的微射流結(jié)構(gòu)。
通常，對于許多應(yīng)用而言，所關(guān)心的是全部或部分地功能化微射流結(jié)構(gòu)的不同部分，例如固定或定住化學(xué)和生物化合物和細(xì)胞用以分析或合成。
因此，在一個優(yōu)選實施例中，所述第一和第二外表面包括全部或部分功能化的表面，因此，例如可以提供包括井或溝道的觀察區(qū)域、或用以固定細(xì)胞的儲液器。
通常，可以通過任何合適的技術(shù)功能化表面，然而，所述全部或部分功能化的表面優(yōu)選通過表面處理被功能化，優(yōu)選采用物理和/或化學(xué)處理。
優(yōu)選實施例包括等離子體處理、熱處理、電暈放電處理、氣體燃燒處理和輻射處理，這些技術(shù)在成批的或連續(xù)的生產(chǎn)過程中都能夠容易地適應(yīng)于對微射流結(jié)構(gòu)元件的處理。
表面功能化的優(yōu)選實施例也包括表面涂敷，優(yōu)選地通過等離子體聚合沉積、和/或金屬化來進(jìn)行涂敷。
為了提供針對給定應(yīng)用所需的功能，例如，檢測、信號處理、流控、計算，在微射流結(jié)構(gòu)元件內(nèi)就需要更特定的元件。因此，在一個優(yōu)選實施例中，所述第一和/或所述第二外表面包括至少一個額外的元件。
在一個優(yōu)選實施例中，所述至少一個額外元件選自插入元件，該插入元件優(yōu)選為MEMS構(gòu)件，更優(yōu)選地為微結(jié)構(gòu)芯片或印制電路板(PCB)。
在其它優(yōu)選實施例中，所述至少一個額外元件選自一個包括粘合層和中間層的組中，其中該中間層優(yōu)選為薄膜、板或箔片，因此，例如可以實現(xiàn)將氣體成分從液體中化學(xué)分離的功能。
在一個優(yōu)選實施例中，所述至少一個額外元件被固定到所述第一和第二外表面，優(yōu)選被合并在其中或粘合到其上，因此能夠提供堅固的微射流結(jié)構(gòu)。
在一個優(yōu)選實施例中，所述額外元件包括一種從由金屬、半導(dǎo)體、陶瓷、玻璃、聚合物和柔性薄膜構(gòu)成的組中選擇的材料，因此可以獲得大量特定的功能，其中所述半導(dǎo)體優(yōu)選為硅，所述柔性薄膜優(yōu)選為橡膠。
在一個優(yōu)選實施例中，所述至少一個穿透孔與一個微結(jié)構(gòu)開放腔體流體連通，該腔體優(yōu)選為井(well)或溝道(channel)，因此液體可以被傳送到相反的表面。
通常，在微射流功能部件中希望盡可能使用少量的液體，因此可以高速對液體進(jìn)行處理。因此，選擇微射流結(jié)構(gòu)的尺寸從而以合適的量和時間使被用的液體能夠提供所需的功能和流動。這種選擇取決于可用的模塑技術(shù)和模塑材料，也取決于所要求的機(jī)械和化學(xué)特性，所有這些對本領(lǐng)域技術(shù)人員都是已知的。參考上文引用過的Gravesen等人和Zengerle的文獻(xiàn)。
通常，尺寸可以被分別劃分成毫米區(qū)和亞毫米區(qū)的尺寸。
在一個優(yōu)選實施例中，所述第一外表面和/或所述第二外表面包括一個或多個在毫米區(qū)的開放結(jié)構(gòu)，因此可以實現(xiàn)到“大”尺寸場合的射流耦合。
微射流管路和大射流管路的射流耦合，例如，用于供應(yīng)試劑液體和排放產(chǎn)生的產(chǎn)品或中間產(chǎn)品，可以通過利用適于“大”尺寸場合的已知的耦合方式的原理來實現(xiàn)。
在一個優(yōu)選實施例中，所述第一外表面和/或所述第二外表面包括管路耦合裝置，用于耦合到外部射流管路，優(yōu)選為一種包括魯爾轉(zhuǎn)接鎖定(luer-lock)系統(tǒng)的裝置，更優(yōu)選地，是一種用于軟管的魯爾轉(zhuǎn)接器，從而確保了可靠的液體連接。
在一個優(yōu)選實施例中，所述第一外表面和/或所述第二外表面包括一個或多個開放亞毫米結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地在0.1微米到5毫米之間，更優(yōu)選地在2微米到0.8毫米之間，因此能以高精確度獲得微結(jié)構(gòu)和大結(jié)構(gòu)。
在一個優(yōu)選實施例中，所述第一外表面和/或所述第二外表面包括用于至少一個非微射流功能部件的至少一個微結(jié)構(gòu)，因此可以獲得部件、識別器、定位標(biāo)記、固定結(jié)構(gòu)和標(biāo)識。
在一個優(yōu)選實施例中，所述至少一個非微射流功能部件包括用于顯示信息的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選是一個或多個識別標(biāo)記(例如井號標(biāo)志或管連接器編號)，從而能夠單個識別每個微射流部件。
在一個優(yōu)選實施例中，所述至少一個非射流功能部件包括用于對蓋子元件進(jìn)行定位和暫時固定的定位結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為導(dǎo)向棒、導(dǎo)向邊或?qū)蜾忼X，因此可以獲得精確的定位和固定。
在一個優(yōu)選實施例中，所述第一外表面和/或所述第二外表面包括至少一個微結(jié)構(gòu)來提供片上實驗室功能部件，因此可以在經(jīng)濟(jì)實用的微射流結(jié)構(gòu)內(nèi)執(zhí)行實驗功能，例如篩選細(xì)胞或生物化合物。
在一個優(yōu)選實施例中，所述片上實驗室功能部件包括用于一種或多種微射流操作的裝置，微射流操作選自包括下列操作的組中試樣準(zhǔn)備，將試樣運(yùn)送到傳感器，用于視覺檢測或光學(xué)測量的光學(xué)通道，過濾，用于栓塞注射試樣的交叉液體溝道，用于存儲液體的儲液器，用于將液流從一個溝道切換到另一個溝道的液流切換器，用于混合一種或多種液流的液體混合器，細(xì)胞培育器，用于對細(xì)胞進(jìn)行分類的細(xì)胞分類器，和細(xì)胞分析。
在一個優(yōu)選實施例中，該元件基本是平的。
微射流結(jié)構(gòu)根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明的目標(biāo)是通過提供一種微射流結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的，該結(jié)構(gòu)包括至少一個根據(jù)本發(fā)明的、在“微射流結(jié)構(gòu)元件”一節(jié)中描述的微射流結(jié)構(gòu)元件；和至少一個蓋子元件；所述至少一個微射流結(jié)構(gòu)元件的所述第一和/或第二外表面全部或部分地被所述至少一個蓋子元件蓋住，因此開放的微結(jié)構(gòu)被閉合并獲得射流管路的功能部件和儲液器。
在一個優(yōu)選實施例中，所述至少一個蓋子元件是微結(jié)構(gòu)的。
在一個優(yōu)選實施例中，所述至少一個微射流結(jié)構(gòu)元件和/或所述至少一個蓋子元件包括用以相對于彼此進(jìn)行定位的配合裝置(matingmeans)。
在一個優(yōu)選實施例中，所述至少一個微射流結(jié)構(gòu)元件和所述至少一個蓋子元件形成一個或多個射流腔體或腔體系統(tǒng)，優(yōu)選地為液體管路、閉合的液體溝道、液體儲液器、或它們的組合。
在一個優(yōu)選實施例中，所述至少一個蓋子元件整體地或部分地包括具有一種特性的元件，該特性選自由耐化學(xué)性、機(jī)械柔韌性、氣體滲透性、防水性、光學(xué)透明性和可釋放的粘合性構(gòu)成的組中。
在一個優(yōu)選實施例中，所述至少一個蓋子元件包括一種從由熱塑性材料構(gòu)成的組中選擇的材料，該熱塑性材料選自一個包括PS、PC、PMMA、COC、PP、PETG、PE、PA、ABS、POM、PUR、PVC和TOPAS的組中。
在一個優(yōu)選實施例中，所述射流腔體整體或部分的橫截面選自包括多邊形、三角形、矩形、方形、六角形、橢圓形、圓形、半圓形或這些形狀的組合的組中，所述橫截面在深度和寬度上是不變的或者是變化的。
在一個優(yōu)選實施例中，所述至少一個蓋子元件基本上是平的。
生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化微射流結(jié)構(gòu)元件的方法根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明的目標(biāo)是通過提供一種生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化微射流結(jié)構(gòu)元件的方法來實現(xiàn)的，該元件包括一個標(biāo)準(zhǔn)面和一個適用面(use-adapted face)，該標(biāo)準(zhǔn)面具有預(yù)定數(shù)目的微射流功能部件，優(yōu)選地為射流管路耦合裝置，而且該適用面具有用于至少一個預(yù)定的微射流功能部件的至少一個預(yù)定的微結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)面的微射流功能部件與適用面上的至少一個預(yù)定微射流功能部件流體連通，該方法包括(a)提供一個在“微射流結(jié)構(gòu)元件”一節(jié)中描述的、用于模塑微結(jié)構(gòu)元件的模塑組件；所述模塑組件包括(i)形成模腔的第一和第二成型模，所述第一成型模包括微結(jié)構(gòu)和/或大結(jié)構(gòu)模塑表面，該模塑表面具有標(biāo)準(zhǔn)面的預(yù)定數(shù)目的微射流功能部件；而且所述第二成型模包括微結(jié)構(gòu)和/或大結(jié)構(gòu)模塑表面，該模塑表面具有適用面的至少一個預(yù)定的微射流功能部件；(ii)一個或多個芯棒，其在所述第一和第二成型模間延伸跨過所述模腔；(b)向所述模腔施加模塑材料；(c)使所述模塑材料固結(jié)；和(d)從模腔退出所述固結(jié)的模塑材料。
可選地，在將固結(jié)的模塑材料從模腔退出之前，將所述一個或多個芯棒從所述固結(jié)的模塑材料釋放并被退出。
在優(yōu)選實施例中，所述第一和/或所述第二成型模設(shè)計成能夠生產(chǎn)上面“微射流結(jié)構(gòu)元件”部分所描述的微射流結(jié)構(gòu)元件。
微射流結(jié)構(gòu)的使用根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明的目標(biāo)是通過一種將微射流結(jié)構(gòu)用于制造微射流系統(tǒng)的使用方法來實現(xiàn)的，其中該微射流結(jié)構(gòu)是在“微射流結(jié)構(gòu)”一節(jié)中描述的、或者是由一個或多個在“微射流結(jié)構(gòu)元件”一節(jié)中描述的微射流結(jié)構(gòu)元件制成的、或者是按“制造微射流結(jié)構(gòu)元件的方法”一節(jié)中描述的方法制造的，且該微射流系統(tǒng)具有實驗分析的片上實驗室操作，其包括分析分離、分析測量、細(xì)胞分析、DNA測序、和蛋白質(zhì)測序。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明的目標(biāo)是通過一種將微射流結(jié)構(gòu)用于制造微射流系統(tǒng)的使用方法來實現(xiàn)的，該微射流結(jié)構(gòu)是在“微射流結(jié)構(gòu)”一節(jié)中描述的、或者是由一個按“微射流結(jié)構(gòu)元件”一節(jié)描述的微射流結(jié)構(gòu)元件制成的、或者是按“制造微射流結(jié)構(gòu)元件的方法”一節(jié)描述的方法制造的；其中所述片上實驗室操作為實驗分析，其包括核苷酸合成、蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞繁殖。
表達(dá)方式的定義在本文中，術(shù)語“微射流”用來指射流系統(tǒng)的尺寸，例如溝道或穿透孔的橫截面，是在亞毫米區(qū)內(nèi)，通常在納米到毫米的范圍內(nèi)，而且這些橫截面的縱向延伸在亞毫米到超毫米(sup-millimetre)區(qū)域，通常在1毫米到1000毫米的范圍內(nèi)。
在本文中，術(shù)語“一個或多個”被解釋成包括“至少一個”，通常是幾個。


下面結(jié)合優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述進(jìn)一步公開本發(fā)明，且優(yōu)選實施例僅僅用于示例說明的目的。其中參考了下列附1所示為本發(fā)明的一個實施例，示出了一個示例性的微射流結(jié)構(gòu)元件，其包括整體式整合在一起的入口和出口連接；圖2示出了一個根據(jù)本發(fā)明的微射流結(jié)構(gòu)元件，其在相反的平表面上具有微結(jié)構(gòu)；圖3a和圖3b示出了根據(jù)本發(fā)明的微射流結(jié)構(gòu)，圖3a中的結(jié)構(gòu)包括一個微射流結(jié)構(gòu)元件和一個蓋子，圖3b中的結(jié)構(gòu)包括一個組成的(composed)微射流結(jié)構(gòu)元件和一個蓋子元件；圖4示出了一個根據(jù)本發(fā)明的微射流結(jié)構(gòu)元件的橫截面；圖5所示為一個根據(jù)本發(fā)明的未組裝的微射流結(jié)構(gòu)的橫截面，該結(jié)構(gòu)包括具有微結(jié)構(gòu)的蓋子和一個微結(jié)構(gòu)插入元件；
圖6所示為一個根據(jù)本發(fā)明的微射流結(jié)構(gòu)的橫截面，該結(jié)構(gòu)具有一個帶凹槽的蓋子元件和一個具有導(dǎo)向元件的蓋子元件從而能夠精確安裝；圖7所示為一個根據(jù)本發(fā)明的微射流結(jié)構(gòu)的橫截面，該結(jié)構(gòu)具有一個可分離的蓋子元件和一個插入元件；圖8a-圖8c示出了根據(jù)本發(fā)明的幾個示例性模塑組件的橫截面，圖8a使用彈簧元件來調(diào)節(jié)芯棒，圖8b使用彈性體部分來調(diào)節(jié)芯棒，而圖8c包括兩個位于相反表面上的模襯元件；圖9示出了一個根據(jù)本發(fā)明的示例性模塑組件的橫截面，其中使用了源自兩個不同的模元件的兩個芯棒；圖10a和圖10b示出根據(jù)本發(fā)明的示例性模塑組件的橫截面，其中使用了固定的芯棒，并示出了退出器的使用；和圖11a和圖11b示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性模塑組件的橫截面，其中使用了彈性芯棒，而且芯棒相對于彼此偏置以減小相鄰芯棒間的距離。
具體實施例方式
圖1所示為本發(fā)明的一個實施例，示出了微射流結(jié)構(gòu)元件100，在此其包括在元件100第一外表面(在此是平側(cè)面)101上的微溝道103、109、110，微溝道與入口/出口102流體連通，102是由進(jìn)料通孔(feed-throughs)107提供的。在此，進(jìn)料通孔的形狀為魯爾轉(zhuǎn)接器106的形式，其允許直接連接軟管。魯爾轉(zhuǎn)接器106具有保護(hù)結(jié)構(gòu)105，從而可以抵抗物理損害，并向具有準(zhǔn)確內(nèi)徑和外徑的軟管提供夾緊支撐。在這個實例中，魯爾轉(zhuǎn)接器106的內(nèi)徑為800微米。魯爾轉(zhuǎn)接器的外徑為1.6毫米，端部稍微為錐形以便于套上軟管。魯爾轉(zhuǎn)接器接收3毫米長的軟管。
連接管例如是TygonTM管，可以從Cole Palmer處獲得，在這個實例中，連接管的內(nèi)徑為1.3毫米，從而當(dāng)連接管被用力套上魯爾轉(zhuǎn)接器時會產(chǎn)生稍微的擴(kuò)張。該擴(kuò)張與連接管的彈性結(jié)合起來產(chǎn)生密封的液體連接，而且只要用足夠的力就可將連接管從魯爾轉(zhuǎn)接器上取下。選擇連接管的壁厚，使得其適于裝在魯爾轉(zhuǎn)接器106和保護(hù)環(huán)105之間。
這種形式的流體連接不適于在壓強(qiáng)非常高的流體，例如那些在色譜法、HPLC中使用的流體，但足以用于高達(dá)數(shù)百磅/平方英寸的壓強(qiáng)。
以特定結(jié)構(gòu)包含外部連接的第二側(cè)108可以再用于第一側(cè)101上不同圖案的微結(jié)構(gòu)，這些不同圖案的微結(jié)構(gòu)確定了各種不同的微射流結(jié)構(gòu)元件100。在某些情況下，不需要進(jìn)料通孔111，因此，它們不會連到任何結(jié)構(gòu)。
微射流結(jié)構(gòu)的應(yīng)用有很多，包括顆粒過濾器、混合器、光學(xué)試管(optical cuvette)、毛細(xì)電泳(capillary eletrophorese)、細(xì)胞分類(cellsorting)、試樣注入、PCR室，等等。通過在共同的匯合處110將兩條分離的液流匯合，從而實現(xiàn)對兩條液流的混合，匯合處110引導(dǎo)兩條液流以層流的方式穿過溝道。
外部連接104的數(shù)目變化取決于結(jié)構(gòu)元件100上的可用空間，。對外部連接104的相對定位也可以變化。明顯地，任何微結(jié)構(gòu)103、109都需要根據(jù)進(jìn)料通孔口102的精確位置信息來進(jìn)行設(shè)計。
圖2所示本發(fā)明的一個實施例示出了元件100，該元件在第一面101和第二面108上都有微結(jié)構(gòu)，在這里第一面和第二面都為平側(cè)面。第二側(cè)面上的微結(jié)構(gòu)203通過進(jìn)料通孔202、207與第一側(cè)面101上的微結(jié)構(gòu)109流體連通，而微結(jié)構(gòu)103仍是獨立的。
其它進(jìn)料通孔102為外部連接提供了接口(比較例如圖1中的104)。
圖3a所示為本發(fā)明的一個實施例，示出了微結(jié)構(gòu)元件100配有蓋子元件301以獲取微射流結(jié)構(gòu)300，從而提供閉合的射流管路。經(jīng)常將蓋子301選成與微結(jié)構(gòu)元件100由相同的基材(例如，由相同的方法制成)制成，但在各種填料、顏料、或其它功能添加劑上可以有所不同。一種結(jié)合的方法就是傳輸激光焊(transmission laser welding)。施行這種方法的常用方式就是通過加入吸收顏料，例如炭黑，來使基材不能透過輻射。輻射通過透明的部分傳遞。在向激光(通常是IR輻射)暴露的期間，這些部分被夾在一起，在交接處產(chǎn)生的熱量將兩側(cè)焊在一起。其它結(jié)合兩部分的方法包括層壓、利用粘合劑(例如紫外線固化膠)、熱熔(hot-melt)等。
蓋子元件301和微結(jié)構(gòu)元件100可以包括配合結(jié)構(gòu)361、360以便于在實際的結(jié)合工藝開始之前確定位置。這使得蓋子元件301的結(jié)合表面311可以相對于元件100的第一外面101的結(jié)構(gòu)103來被定位，從而得到組合的結(jié)構(gòu)。同樣地，蓋子元件301可以包括沿著微結(jié)構(gòu)元件100的配合凸緣(未示出)，產(chǎn)生同樣的定位效果。蓋子元件310的外表面通常是沒有特征的，但可以具有整體式的結(jié)構(gòu)，例如微透鏡(micro lenses)、衍射光柵(diffractive gratings)或其它的功能結(jié)構(gòu)(未示出)。外表面310可用作印刷與芯片相關(guān)的信息，例如條形碼、識別標(biāo)記、標(biāo)識等等(未示出)。蓋子并沒有全部示出，而只是示出了沿著曲線312切下的一部分。
圖3b所示為本發(fā)明的一個實施例，示出了具有微射流結(jié)構(gòu)元件303的組件300，微射流結(jié)構(gòu)元件303的兩側(cè)都有微結(jié)構(gòu)103、102。為了獲取用于外部連接的途徑，使用連接元件306(與圖1中所示的那樣，作為微射流結(jié)構(gòu)元件100整體的一部分)。在這個實施例中，連接元件306沒有任何微結(jié)構(gòu)，但在其它的實施例中可以包含微結(jié)構(gòu)(除了進(jìn)料通孔309)，例如，以形成微射流功能部件，例如兩個穿透孔(此處的實例為進(jìn)料通孔)之間的傳感器元件或液力連接等(未示出)。微射流結(jié)構(gòu)303的表面305和連接元件306的表面307緊密接觸以形成組合的微射流結(jié)構(gòu)元件302，同時，應(yīng)該使進(jìn)料通孔315、107相對于彼此正確地定位，可以使用關(guān)于圖3a提及的配合結(jié)構(gòu)來定位。然后，組裝的微結(jié)構(gòu)(組合)元件302通過結(jié)合蓋子元件301的表面311和微射流結(jié)構(gòu)元件302的表面304而與蓋子元件301組裝在一起，從而獲得具有閉合射流管路的組件300。結(jié)合可以聯(lián)系圖3a所討論的方法來進(jìn)行。并不是所有的進(jìn)料通孔309都連接到微射流結(jié)構(gòu)元件303上的微結(jié)構(gòu)。連接元件306可以，例如，用與所述用于微射流結(jié)構(gòu)元件的相同的方法來制造。
圖4所示為微射流結(jié)構(gòu)元件100的截面圖，示出了進(jìn)料通孔107，此處該元件具有平的相反的微結(jié)構(gòu)外表面101、108。矩形溝道103的截面可以在相反的平外表面101、108上看到。如溝道103和儲液器403的寬度425、424和深度423可以變化那樣，溝道結(jié)構(gòu)側(cè)壁的高度422可以在芯片上變化。兩個表面101、108都包括微結(jié)構(gòu)。所示的相反的豎直表面420、421沒有微結(jié)構(gòu)。然而，如果方便的話，例如，這些表面可以包括微結(jié)構(gòu)以形成儲液器，用于注射特定液體或用于耦合到通過配合連接器(未示出)連接的相鄰的微射流結(jié)構(gòu)元件。
圖5所示為微射流結(jié)構(gòu)元件100和蓋子元件510的截面圖，所述蓋子元件包括結(jié)構(gòu)530(例如，微結(jié)構(gòu))從而可以相對于微射流結(jié)構(gòu)元件100上的結(jié)構(gòu)403被定位。所示的進(jìn)料通孔107、507具有不同的直徑，一些進(jìn)料通孔與微溝道結(jié)構(gòu)103流體連通。插入元件505包括結(jié)構(gòu)部分513(例如微結(jié)構(gòu))，這些結(jié)構(gòu)部分與元件100上的結(jié)構(gòu)512裝在一起?？梢酝ㄟ^粘合方法或使用與元件100結(jié)合的蓋子511來將插入元件固定。該蓋子元件具有由側(cè)壁532和底壁531形成的凹槽，以接納插入元件505。微射流結(jié)構(gòu)元件100具有對應(yīng)的凹槽503，用于在元件100上接收和定位插入元件505。蓋子元件可以包括額外的微溝道結(jié)構(gòu)特征533、534(例如，具有不直立的壁)。箭頭540和541指出了結(jié)構(gòu)部分510、100、505、511的組裝方向，以形成微射流結(jié)構(gòu)300。用于供給流入和流出微射流結(jié)構(gòu)300的液體的外部連接104可以是該結(jié)構(gòu)整體的一部分，或者單獨模塑。
圖6所示為微射流結(jié)構(gòu)的截面圖，該結(jié)構(gòu)為組件300，其具有微結(jié)構(gòu)元件100和蓋子610、611。蓋子610和微射流結(jié)構(gòu)元件100具有額外的配合結(jié)構(gòu)550，使得這些結(jié)構(gòu)部分可以相對于彼此被定位。進(jìn)料通孔507、107、607的直徑可以不同，而它們的剖面也可以不同(例如，進(jìn)料通孔607與進(jìn)料通孔107相比)。在這個實例中，管可以插入寬部分617，而只有剖面618的較小的部分接觸液體。進(jìn)料通孔與溝道113流體連通。微射流結(jié)構(gòu)300進(jìn)一步包括微溝道103和儲液器403，微溝道和儲液器與進(jìn)料通孔和其它結(jié)構(gòu)部分一起利用微射流結(jié)構(gòu)元件100的至少兩個面101、108，形成了相對緊湊的微射流流動系統(tǒng)。
圖7所示為微射流結(jié)構(gòu)的截面圖，該結(jié)構(gòu)的形式為組件300，具有微射流結(jié)構(gòu)元件100和插入元件605，微射流結(jié)構(gòu)元件100具有蓋子710、712、713。典型的插入元件是基于硅的傳感器，需要與試樣液體密切接觸。與實例性傳感器芯片插入元件的電連接可以設(shè)置在微射流結(jié)構(gòu)元件100的外表面108上，或者與蓋子元件713整合在一起，從而向傳感器元件提供電連接，用于該傳感器元件的供電和數(shù)據(jù)交換。試樣液體可以通過進(jìn)料通孔507被帶到具有微溝道結(jié)構(gòu)603的測量處，然后通過結(jié)構(gòu)403和進(jìn)料通孔107流體連通到外部液力連接604。外部連接604可以單獨制造，并結(jié)合到元件100的表面108上。
在某些情況下，蓋子可以易彎地固定在微射流結(jié)構(gòu)元件100的表面101上，如針對蓋子712所示的那樣，通過蓋子元件712被部分移開的情形712’和箭頭602示出了這種情況。移開處理602可以導(dǎo)致能夠接近微結(jié)構(gòu)表面101的特定部分403。
圖8a示出了模塑組件701的一個實施例，通過該模塑組件可以制造圖1-圖7所示的微射流結(jié)構(gòu)元件100。模腔715是由第一模元件702和第二模元件703界定的，第二模元件包括模襯(die lining)元件704。當(dāng)閉合成型模形成模腔時，芯棒710突出到模腔715內(nèi)，并靠在微結(jié)構(gòu)襯里704的表面705上。由于彈簧元件712，芯棒自我可以調(diào)節(jié)與相反表面705的接觸。通過調(diào)節(jié)對彈簧預(yù)加負(fù)載的螺絲713，由芯棒710施加到表面705的力可以變化。在另一個實施例中，可以在螺絲和芯棒間插入柱塞(未示出)。由芯棒上的頭部711來限制芯棒的伸出。芯棒710的長度必須略大于模腔715的寬度以充分接觸表面705。通常襯里的厚度在0.1毫米到50毫米之間，而且可以更厚。
在另一個實施例中，微結(jié)構(gòu)被整體或部分地直接合并到模塑表面內(nèi)，例如通過微加工或激光蝕刻、電腦數(shù)控銑制(CNC milling)或類似方法，且可選地包括襯里。
芯棒710靠在微結(jié)構(gòu)表面上，在微結(jié)構(gòu)表面中突起705確定了射流結(jié)構(gòu)，而凹槽706確定了微射流結(jié)構(gòu)元件100(參考圖1-圖7)的結(jié)合表面101。模元件702精確地形成了結(jié)構(gòu)709以引導(dǎo)芯棒710。模襯元件704具有不同高度(如臺階707所示的那樣)的表面705、706從而形成微結(jié)構(gòu)圖案，該模襯元件可以是鎳電鍍的插入元件。
圖8b所示為模塑組件701的截面圖，其中彈性的彈簧元件(圖8a中的712)已經(jīng)被彈性體部分720取代。使用彈性體可以幫助減小芯棒間所需的最小距離。芯棒711的頭部可以具有簡化的幾何形狀從而能夠在一個或多個方向上占據(jù)較少的空間。不對稱的頭部711也可以引導(dǎo)芯棒并防止繞其軸線714的轉(zhuǎn)動。如果用于芯棒710的接觸表面705不是轉(zhuǎn)動對稱(rotation symmetrical)的，這可能是很重要的。模襯元件704包括不同高度的表面721、705、706，這些表面一起形成模塑微射流結(jié)構(gòu)元件(參考例如圖1-圖7中的100)或蓋子元件(參考例如圖5中的510、511)上的微結(jié)構(gòu)圖案、或連接元件(參考例如圖3b中的306)上的結(jié)構(gòu)圖案。
圖8c示出模塑組件701的橫截面，其中兩個模平面都由微結(jié)構(gòu)襯里704、730(或由其它方式，例如，通過模元件702、703自身各自的表面)限定。微結(jié)構(gòu)模襯730中制有精確的孔使得芯棒可以突出到模腔715內(nèi)。所示的提供芯棒自我調(diào)節(jié)特性的彈性元件為彈性體元件720，但同樣可以由彈簧元件來提供。插入模730具有突出731和凹槽732(由臺階733分開)從而確定微結(jié)構(gòu)元件。插入模704包括不同高度的表面705、706，這些表面一起形成微結(jié)構(gòu)圖案。插入模730和704一起至少在部分相對的模塑表面上形成微結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的其它實施例中，微結(jié)構(gòu)可以形成在非相反的模塑表面上(參考例如圖4中的面420、421)，通過將微結(jié)構(gòu)成型模應(yīng)用于上述面就可以實現(xiàn)。
在圖8a、圖8b和圖8c中，模元件702和703相對于彼此在一個相對方向上運(yùn)動，從而在芯棒710上提供輕壓力以確保在模塑工藝的操作期間，它們各自在模襯704上的接觸表面有合適的接觸。
圖9示出模塑組件701的橫截面圖，其中兩個模元件702、703分別包含彈性芯棒709、805，分別接觸它們相對的微結(jié)構(gòu)模襯730、704。芯棒805、709可以加載彈簧(如圖8a中的712那樣)或使用彈性體元件804(如圖8b中的720那樣)來提供需要的力和彈性。圖9所示的芯棒709、805具有圓橫截面，其具有相等的外徑。在本發(fā)明的其它實施例中，芯棒可以有不同的橫截面，例如相等或不等的外徑807、806，不同的橫截面形狀或橫截面形狀不是圓的。
主體801和803表示分別用于模元件702和703的實體基礎(chǔ)(solidfoundations)。箭頭802表示模元件702相對于模元件703運(yùn)動的方向，從而在芯棒709、805上提供輕壓力以確保在模塑工藝的操作期間，它們各自分別在模襯704和730上的接觸表面有合適的接觸。假定主體803是固定的，而主體801(和對應(yīng)的彈性元件720、模襯730和芯棒709)是可移動的。
在本發(fā)明的一個實施例中，芯棒805、709具有最小的小于2毫米的橫截面尺寸806、807，例如小于1毫米，例如小于0.8毫米，例如小于0.5毫米例如小于0.3毫米。因此，可以制成具有最小橫截面尺寸的孔(稱為“最小孔”)。特別是，可以獲得延伸越過一定長度/厚度的模塑材料的最小孔。
在本發(fā)明的一個實施例中，具有最小橫截面尺寸的孔的微射流結(jié)構(gòu)元件的最大長度/厚度(稱為“最小孔的最大長度”)大于0.5毫米，例如大于0.8毫米，例如大于1毫米，例如大于1.5毫米，例如大于2毫米，例如大于4毫米。
在本發(fā)明的一個實施例中，“最小孔的最大長度”和“最小孔”的最小尺寸之比大于2，例如大于4，例如大于6。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，“最小孔的最大長度”和“最小孔的最小尺寸”的對應(yīng)值分別為4毫米/0.8毫米、1.6毫米/0.35毫米和0.8毫米/0.22毫米。
在本發(fā)明的另一個實施例中，芯棒具有釋放滑角，例如，芯棒稍微為圓錐形，從而可以進(jìn)一步控制模塑元件的芯棒釋放。
對于那些用于提供微結(jié)構(gòu)穿透孔的芯棒而言，材料的選取應(yīng)該優(yōu)選地考慮到它們的尺寸，用于給定應(yīng)用場合的芯棒的最小尺寸越小，就越是集中考慮機(jī)械性能，例如所需的材料硬度。
在本發(fā)明的實施例中，芯棒由聚合物(例如，PEEKTM)、黃銅、其它具有合適硬度的金屬制成。在一個優(yōu)選實施例中，最小尺寸的芯棒是由硬化鋼制成，例如，做成模針(punch needle)狀，例如直徑在0.2毫米到10毫米之間，優(yōu)選地參照DIN 9861制成。
芯棒的橫截面形狀通常是圓形的，但可以采用任何其它的形狀，取決于穿透孔的應(yīng)用，例如，三角形、矩形或方形、或任何多角形等。
在本發(fā)明的一個實施例中，芯棒全部或部分是管狀的，例如為中空桿形式的(在接近接觸模襯元件721的端部具有至少一個中空芯)。在本發(fā)明的一個實施例中，用于芯棒的模襯元件721的接觸表面包括小導(dǎo)向凸起(未示出)，適于接收管狀芯棒從而改善了其與表面的接觸、提高了精確度并減小了芯棒在模塑的過程中側(cè)滑的風(fēng)險。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，對芯棒的外表面進(jìn)行拋光處理，至少在其與模接觸的長度部分上進(jìn)行拋光處理。這樣做的優(yōu)點是在芯棒從模塑組件分離的過程中，最小化由上述芯棒形成的孔的內(nèi)壁的損壞。在本發(fā)明的一個實施例中，通過在拋光處理中使用0.5微米RA或更細(xì)的金剛石研膏來獲取合適的表面粗糙度。
給定模塑組件的芯棒長度優(yōu)選地可以通過放電加工(EDM)來調(diào)整。那些具有相同長度的芯棒優(yōu)選同時加工。
在本發(fā)明的一個實施例中，模塑組件的一個或多個芯棒805、709是固定的或非彈性的。
圖10a示出根據(jù)本發(fā)明的模塑組件901的一個實施例，其中使用了非彈性的芯棒910。該芯棒具有頭部911，該頭部具有圓錐形部分912，芯棒頭部在運(yùn)動中由可移動的模塑件920固定。模腔915的一部分由可移動的模塑部分902構(gòu)成。模腔的另一部分由固定的模塑部分903構(gòu)成，903包括微結(jié)構(gòu)表面905、906、907。與芯棒910產(chǎn)生的孔液力連接的微溝道905被標(biāo)識出。模塑組件固定部分903和可移動的部分902、920(由標(biāo)記951所標(biāo)識的)間的退出器(ejector plate)950用來保護(hù)芯棒910，使得在塑料部分從模塑組件的可移動部分(圖10a中退出器950的左邊部分)退出的過程中，芯棒不會彎曲或者損壞。
圖10a示出模塑組件901的截面圖，其中模元件902、903分別包括固定的芯棒910接觸、固定的后板920和相對的模襯903——后者具有微結(jié)構(gòu)表面905、906、907——在突起907處。芯棒具有頭部911，從而當(dāng)打開模塑組件以沿著分型線(如分型線標(biāo)識951所示)對塑料部分進(jìn)行脫模時，防止芯棒進(jìn)入模腔915。
圖10b所示為根據(jù)本發(fā)明的模塑組件901的一個實施例，其中使用了非彈性的芯棒910。該芯棒具有頭部945，該頭部具有圓錐形部分912，芯棒頭部在運(yùn)動中由可移動的模塑件940固定。模腔915的一部分由可移動的模塑部分941構(gòu)成。模腔的另一部分由固定的模塑部分943構(gòu)成，943包括微結(jié)構(gòu)表面944。退出器947被設(shè)置在芯棒910的周圍，從而在對該部分進(jìn)行脫模時保護(hù)芯棒。當(dāng)退出棒從后面被力990推動時，退出器947就被退出棒991啟動或推動。退出器會在塑料部分上施加力948從而產(chǎn)生脫模。模塑組件沿著分型線950(由標(biāo)記951所示)被分離，以從模腔退出模塑件。
退出器947(和退出棒991)當(dāng)然也可以結(jié)合模塑組件使用彈力驅(qū)動的芯棒，例如那些在圖8、圖9、和圖11中所示的。
在本發(fā)明的一個實施例中，混合使用了固定的、非彈性的芯棒和彈簧驅(qū)動的或彈性的芯棒。
在一些產(chǎn)品的設(shè)計中，如果流通溝道非常緊密設(shè)置在一起或者模塑組件內(nèi)沒有空間，非彈性的或固定的芯棒910可能是優(yōu)選的方案以在塑料部分制出小流量的溝道。
圖11a示出了模塑組件701的截面圖，其中兩個模元件743、742都包括彈性芯棒710，芯棒710接觸它們各自相對的微結(jié)構(gòu)模襯744。芯棒710可以加載彈簧712(也如圖8a中所示的712)以提供所需的力和彈性。圖11a所示的芯棒710具有圓形的橫截面，并具有相等的外徑。在本發(fā)明的其它實施例中，芯棒具有不同的橫截面，例如相等或不等的外徑、不同的橫截面形狀(包括非圓形的橫截面形狀)。用于芯棒頭部745的支撐板711插入在芯棒710和彈簧712之間。彈簧712被壓靠在它們各自的后板740、741上。設(shè)置單獨的后板使得芯棒能夠更緊湊地隔開。芯棒具有頭部745，從而當(dāng)打開模塑組件以沿著分型線750(如分型線標(biāo)識951所示)對塑料部分進(jìn)行脫模時，防止芯棒進(jìn)入模腔715。模塑件的厚度760是重要的設(shè)計參數(shù)，其決定了芯棒710形成的孔的“深度”和兩個芯棒710之間的最近距離761。芯棒710的彈簧712與它們各自的后板740、741的接觸表面被隔開一定的距離762，該距離對應(yīng)后板741的厚度，741的厚度大于下述長度之和——在芯棒710的縱向上——彈簧712、支撐板711(和可能的包括在容納彈簧712的腔體內(nèi)的其它部分，例如圖11b中的支撐板770)和芯棒710的頭部745。因此，相比彈簧712具有共同的后板而言，可以獲得更近的芯棒間距760。
圖11b示出本發(fā)明的另一個實施例，其中芯棒間的小間距761(由芯棒縱向中心線間的垂直距離給定的)是這樣實施的，將至少一個芯棒710的頭部745與支撐板711間的接觸點朝向另一個芯棒偏離一定的距離767。優(yōu)選地，將兩個芯棒都朝向彼此偏離，如圖11b所示的那樣。在“未偏離”的情況下，每個芯棒的縱向中心線與彈簧的中心線重合，芯棒之間的最短距離是由圖11b中的距離766給定的。在圖11b中的實施例中，兩個芯棒都有上支撐板770，用于接觸共同的后板740。通過插入不同厚度的支撐板，就可以因此使給定彈簧712的力適應(yīng)于不同的數(shù)值和不同的腔長。圖11b的其它特征與圖11a中所述的相同。
權(quán)利要求
1.一種制造微射流結(jié)構(gòu)元件的方法，該方法包括(a)提供一種模塑組件，用以模塑微結(jié)構(gòu)元件；所述模塑組件包括第一和第二成型模，二者一起形成一個模腔，所述第一和/或第二成型模包括(i)一個模塑表面，優(yōu)選由金屬制成，其中金屬例如鋼、青銅、鈹-銅合金或成型模鋁合金，該模塑表面包括一個微結(jié)構(gòu)模塑表面，和(ii)一個或多個芯棒，其在所述第一和第二成型模之間延伸跨過所述模腔，(b)向所述模腔施加模塑材料，所述模塑材料優(yōu)選為熱塑性材料，更優(yōu)選地是從包括PS、PC、PMMA、COC、PP、PETG、PE、PA、ABS、POM、PUR、PVC和TOPAS的組中選擇的一種熱塑性材料；(c)使所述模塑材料固結(jié)；和(d)將所述固結(jié)的模塑材料從所述模腔退出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述模塑表面包括一種從金屬、金屬合金、半導(dǎo)體和陶瓷構(gòu)成的組中選擇的材料，其中金屬優(yōu)選鎳；金屬合金優(yōu)選鋼；半導(dǎo)體優(yōu)選硅；陶瓷優(yōu)選氧化鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述第一和第二成型模中的一個或兩個，包括一個微結(jié)構(gòu)模塑表面和一個非微結(jié)構(gòu)模塑表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其中所述一個或多個芯棒包括彈性裝置，該彈性裝置選自機(jī)械彈簧、液力擴(kuò)張器、氣動擴(kuò)張器、彈性材料或聚酰胺類的軟塑料，例如nylonPA-6、PA-6.6、PA-9、PA-10、PA-11、PA-12，其中所述彈性材料優(yōu)選為橡膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其中所述第一和/或第二成型模包括一個可釋放的結(jié)構(gòu)元件，其可以在施加模塑材料或模塑材料固結(jié)期間被釋放到所述模塑材料中，或者釋放到所述固結(jié)的模塑材料上。
6.一種通過權(quán)利要求1-5所述方法獲得的微射流結(jié)構(gòu)元件。
7.一種用于模塑微射流結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)元件的模塑組件，所述模塑組件包括(a)第一成型模；(b)第二成型模；(c)一個可調(diào)節(jié)的支撐，其用于支撐所述第一和第二成型模，從而實現(xiàn)在閉合和開放模塑位置之間彼此靠近或離開的相對運(yùn)動；(d)所述第一或第二成型模包括至少一個芯棒，其在所述閉合位置處接合所述第一和所述第二成型模中的所述另一個；其中所述第一和/或第二成型模包括一個全部或部分微結(jié)構(gòu)化的模塑表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模塑組件，其中所述微結(jié)構(gòu)模塑表面包括接合裝置，用于接合所述至少一個芯棒。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的模塑組件，其中所述接合裝置包括所述微結(jié)構(gòu)模塑表面的突起。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項所述的模塑組件，其中所述一個或多個芯棒包括彈性裝置，該彈性裝置選自機(jī)械彈簧、液力擴(kuò)張器、氣動擴(kuò)張器、彈性材料或聚酰胺類的軟塑料，例如nylonPA-6、PA-6.6、PA-9、PA-10、PA-11、PA-12，其中所述彈性材料優(yōu)選為橡膠。
11.一種微射流結(jié)構(gòu)元件，該元件包括第一外表面(101)和第二外表面(108)，所述第一和/或所述第二外表面包括用于至少一個微射流功能部件(103，109)的至少一個微結(jié)構(gòu)，所述第一和所述第二外表面通過至少一個穿透孔(107)流體連通。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的元件，其中所述第一和第二外表面基本垂直與所述穿透孔。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的元件，所述元件是通過模塑制得的，優(yōu)選采用噴射模塑，更優(yōu)選地是采用加壓噴射模塑。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13中任一項所述的元件，其中所述元件是一種整體式的元件。
15.根據(jù)權(quán)利要求11-13中任一項所述的元件，其中所述元件由兩個或多個結(jié)構(gòu)元件組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求11-15中任一項所述的元件，其中所述第一和第二外表面包括全部或部分功能化的表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的元件，其中所述全部或部分功能化的表面是通過表面處理被功能化的，優(yōu)選采用物理和/或化學(xué)處理，更優(yōu)選的是采用等離子體處理、熱處理、電暈放電處理、氣體燃燒處理、和輻射處理；或者通過表面涂敷進(jìn)行表面功能化，優(yōu)選地通過等離子體聚合沉積、和/或金屬化來進(jìn)行涂敷。
18.根據(jù)權(quán)利要求11-17中任一項所述的元件，所述第一和/或所述第二外表面包括至少一個額外的元件(605)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的元件，其中所述至少一個額外元件選自插入元件、粘合層和中間層，其中該插入元件優(yōu)選為MEMS構(gòu)件，更優(yōu)選地為微結(jié)構(gòu)芯片(605)、印制電路板(PCB)；該中間層優(yōu)選為薄膜、板或箔片。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的元件，其中所述至少一個額外元件被固定到所述第一和/或第二外表面，優(yōu)選被合并在其中或粘合到其上。
21.根據(jù)權(quán)利要求18-20中任一項所述的元件，其中所述額外元件包括一種從由金屬、半導(dǎo)體、陶瓷、玻璃、聚合物和柔性薄膜構(gòu)成的組中選擇的材料，其中所述半導(dǎo)體優(yōu)選為硅，所述柔性薄膜優(yōu)選為橡膠。
22.根據(jù)權(quán)利要求11-21中任一項所述的元件，其中所述至少一個穿透孔與一個微結(jié)構(gòu)開放腔體流體連通，該腔體優(yōu)選為井或溝道。
23.根據(jù)權(quán)利要求11-22中任一項所述的元件，其中所述第一外表面和/或所述第二外表面包括一個或多個在毫米區(qū)的開放結(jié)構(gòu)。
24.根據(jù)權(quán)利要求11-23中任一項所述的元件，其中所述第一外表面和/或所述第二外表面包括一個射流耦合裝置，用于耦合到外部射流管路，優(yōu)選是一種包括魯爾轉(zhuǎn)接鎖定系統(tǒng)的耦合裝置，特別是用于軟管的魯爾轉(zhuǎn)接器，最優(yōu)選的是整體式的射流耦合裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求11-24中任一項所述的元件，其中所述第一外表面和/或所述第二外表面包括一個或多個開放亞毫米結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地在0.1微米到5毫米之間，更優(yōu)選地在2微米到0.8毫米之間。
26.根據(jù)權(quán)利要求11-25中任一項所述的元件，其中所述第一外表面和/或所述第二外表面包括用于至少一個非微射流功能部件的至少一個微結(jié)構(gòu)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的元件，其中所述至少一個非微射流功能部件包括一個用于顯示信息的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為一個或多個識別標(biāo)記，例如井號標(biāo)志或管連接器編號。
28.根據(jù)權(quán)利要求11-27中任一項所述的元件，其中所述至少一個非射流功能部件包括用于對蓋子元件進(jìn)行定位和暫時固定的定位結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為導(dǎo)向棒、導(dǎo)向邊或?qū)蜾忼X。
29.根據(jù)權(quán)利要求11-28中任一項所述的元件，其中所述第一外表面和/或所述第二外表面包括至少一個微結(jié)構(gòu)來提供片上實驗室功能部件。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的元件，其中所述片上實驗室功能部件包括用于一種或多種微射流操作的裝置，所述微射流操作選自包括下列操作的組中試樣準(zhǔn)備，將試樣運(yùn)送到傳感器，用于視覺檢測或光學(xué)測量的光學(xué)通道，過濾，用于栓塞注射試樣的交叉液體溝道，用于存儲液體的儲液器，用于將液流從一個溝道切換到另一個溝道的液流切換器，用于混合一種或多種液流的液體混合器，細(xì)胞培育器，用于對細(xì)胞進(jìn)行分類的細(xì)胞分類器，和細(xì)胞分析。
31.根據(jù)權(quán)利要求11-30中任一項所述的元件，其中該元件基本是平的。
32.一種微射流結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求11-31所述的微射流結(jié)構(gòu)元件；和至少一個蓋子元件；所述至少一個微射流結(jié)構(gòu)元件的所述第一和/或第二外表面全部或部分地被所述至少一個蓋子元件蓋住。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個蓋子元件是微結(jié)構(gòu)的。
34.根據(jù)權(quán)利要求32或33所述的結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個微射流結(jié)構(gòu)元件和/或所述至少一個蓋子元件包括配合裝置，用以相對于彼此進(jìn)行定位。
35.根據(jù)權(quán)利要求32-34中任一項所述的結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個微射流結(jié)構(gòu)元件和所述至少一個蓋子元件形成一個或多個射流腔體或腔體系統(tǒng)，優(yōu)選地為液體管路、閉合的液體溝道、液體儲液器、或它們的組合。
36.根據(jù)權(quán)利要求32-35中任一項所述的結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個蓋子元件整體地或部分地包括具有一種特性的元件，該特性選自由耐化學(xué)性、機(jī)械柔韌性、氣體滲透性、防水性、光學(xué)透明性和可釋放的粘合性構(gòu)成的組中。
37.根據(jù)權(quán)利要求32-36中任一項所述的結(jié)構(gòu)，其中至少一個蓋子元件包括的材料選自一個包括熱塑性材料的組中，該熱塑性材料是從包括PS、PC、PMMA、COC、PP、PETG、PE、PA、ABS、POM、PUR、PVC和TOPAS的組中選擇的。
38.根據(jù)權(quán)利要求32-37中任一項所述的結(jié)構(gòu)，其中所述射流腔體整體或部分的橫截面選自包括多邊形、三角形、矩形、方形、六角形、橢圓形、圓形、半圓形或這些形狀的組合的組中，所述橫截面在深度和寬度上是不變的或者是變化的。
39.根據(jù)權(quán)利要求32-38中任一項所述的結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個蓋子元件基本上是平的。
40.一種生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化微射流結(jié)構(gòu)元件的方法，該元件包括一個標(biāo)準(zhǔn)面和一個適用面，該標(biāo)準(zhǔn)面具有預(yù)定數(shù)目的微射流功能部件，優(yōu)選地為射流管路耦合裝置，而且該適用面具有用于至少一個預(yù)定的微射流功能部件的至少一個預(yù)定的微結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)面的微射流功能部件與適用面上的至少一個預(yù)定微射流功能部件流體連通，該方法包括(a)提供一個根據(jù)權(quán)利要求11-31所述的、用于模塑微結(jié)構(gòu)元件的模塑組件；所述模塑組件包括(i)形成模腔的第一和第二成型模，所述第一成型模包括微結(jié)構(gòu)和/或大結(jié)構(gòu)模塑表面，該模塑表面具有標(biāo)準(zhǔn)面的預(yù)定數(shù)目的微射流功能部件；而且所述第二成型模包括微結(jié)構(gòu)和/或大結(jié)構(gòu)模塑表面，該模塑表面具有適用面的至少一個預(yù)定的微射流功能部件；(ii)一個或多個芯棒，其在所述第一和第二成型模間延伸跨過所述模腔；(b)向所述模腔施加模塑材料；(c)使所述模塑材料固結(jié)；和(d)從模腔退出所述固結(jié)的模塑材料。
41.一種將微射流結(jié)構(gòu)用于制造微射流系統(tǒng)的使用，其中該微射流結(jié)構(gòu)是根據(jù)權(quán)利要求32-39中所述的、或者是由一個或多個根據(jù)權(quán)利要求11-31所述的微射流結(jié)構(gòu)元件制成的、或者是根據(jù)權(quán)利要求1-5所述方法制造的，且該微射流系統(tǒng)具有實驗分析的片上實驗室操作，其包括分析分離、分析測量、細(xì)胞分析、DNA測序和蛋白質(zhì)測序。
42.一種將微射流結(jié)構(gòu)用于制造微射流系統(tǒng)的使用，其中該微射流結(jié)構(gòu)是根據(jù)權(quán)利要求32-39中所述的、或者是由一個或多個根據(jù)權(quán)利要求11-31所述的微射流結(jié)構(gòu)元件制成的、或者是根據(jù)權(quán)利要求1-5所述方法制造的，且該微射流系統(tǒng)具有實驗分析的片上實驗室操作，其包括核苷酸合成、蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞繁殖。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)微射流結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括(a)提供一種模塑組件，用以模塑微結(jié)構(gòu)元件；所述模塑組件包括第一和第二成型模，二者一起形成模腔，所述第一 和/或第二成型模包括(i)一個模塑表面，優(yōu)選由金屬制成，其中金屬例如鋼、青銅、鈹－銅合金或成型模鋁合金，該模塑表面構(gòu)成微結(jié)構(gòu)模塑表面，和(ii)一個或多個芯棒，其在所述第一和第二成型模之間延伸跨過所述模腔，(b)向所述模腔施加模塑材料使其固結(jié)；和(d)將所述固結(jié)的模塑材料從所述模腔退出。本發(fā)明進(jìn)一步提供了通過該方法獲得的微射流結(jié)構(gòu)，用于模塑具有微射流結(jié)構(gòu)的微射流元件的模塑組件，及其使用。本發(fā)明進(jìn)一步提供了微射流結(jié)構(gòu)元件，該元件包括第一外表面(101)和第二外表面(108)，所述第一和/或所述第二外表面包括用于至少一個微射流功能部件(103，109)的至少一個微結(jié)構(gòu)，所述第一和所述第二外表面通過至少一個穿透孔(107)流體連通。
文檔編號B29C33/00GK1741853SQ200380109072
公開日2006年3月1日 申請日期2003年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月11日
發(fā)明者R·豪普特, C·巴侯姆漢森 申請人:因弗內(nèi)斯醫(yī)療瑞士公司