帶有獨(dú)立流體管的微機(jī)械加工流通池的制作方法
【專利摘要】一種微機(jī)械加工流通池，包括基底(102)，和在其中界定了流體導(dǎo)管(800)且由基底(102)的材料整體成型的獨(dú)立管(104)。
【專利說明】帶有獨(dú)立流體管的微機(jī)械加工流通池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種流通池 （flow cell)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在液相色譜分析中，流體分析物可以被泵出通過導(dǎo)管和柱，該柱中含有能夠?qū)α?體分析物的不同組分進(jìn)行分離的材料。這種材料（通常稱作珠粒，其可包括硅膠）可以填 充到通過導(dǎo)管連接到其他的元件（如控制單元、包含樣品和/或緩沖劑的容器）的柱形管。
[0003] 當(dāng)流體樣品被泵送通過柱形管時，它被分離成不同的部分。分離的流體可以被泵 入到流通池，在流通池內(nèi)基于光學(xué)檢測機(jī)理來識別出不同的組分。
[0004] US 5, 423, 513公開了一種使用彎曲毛細(xì)管流通池來分析流體樣品的方法，該方法 中外部的紫外/可見光射束（ray beam)從流通池的彎曲部分被導(dǎo)引到流通池的縱長部分， 該入射光射束被限制到固體受光角。該固體受光角被確定為使得進(jìn)入縱長部分的光線大部 分貫穿其縱軸，即穿過流體樣品，來提供改善的信噪比。透鏡裝置（如球透鏡）可以用在縱 長部分的入口和出口側(cè)。提供一種彎曲的毛細(xì)管流通池，其中縱長部分與垂直于支撐模板 的平坦側(cè)面的直線偏離了一定的角度。
[0005] US 5, 184, 192公開了用于容納流體樣品和使流體樣品暴露于光的流通池，該流通 池包含具有無定形含氟聚合物形成的光滑內(nèi)壁的導(dǎo)管，該無定形含氟聚合物的折射率低于 水的折射率，所述無定形含氟聚合物具有至少與光波長一樣大的厚度，從而使得當(dāng)所述導(dǎo) 管充滿水時，可見光和紫外光可以沿著所述導(dǎo)管的軸線通過全內(nèi)反射透射出去。
[0006] 常見流通池在制造上較為復(fù)雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種可以合理制造的流通池（特別是有非常小容積的流通 池，例如小于一微升）。該目標(biāo)通過獨(dú)立權(quán)利要求來解決。進(jìn)一步的實(shí)施例由從屬權(quán)利要求 示出。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，提供了一種微機(jī)械加工流通池，其包括基底和在其中 界定了流體導(dǎo)管的獨(dú)立管，并且該獨(dú)立管由基底的材料整體成型。
[0009] 根據(jù)另一個示例性實(shí)施例，提供了一種用來測量流體樣品的流體設(shè)備，其中流體 設(shè)備包括被適用于處理流體樣品的處理單元，和具有以上所述特征的流通池，并且該流通 池與處理單元流體連通以從處理單元接收已處理的流體樣品（特別是用于樣品檢測）。 [0010] 根據(jù)另一個示例性實(shí)施例，提供了一種微機(jī)械加工流通池的制造方法，其中該方 法包括：提供基底，以及用基底的材料整體成型界定了流體導(dǎo)管的獨(dú)立管。
[0011] 在本申請的上下文中，術(shù)語"流通池"可以具體表示為流體樣品能夠通過其流動的 管子所界定的流體導(dǎo)管，該流體樣品可能已經(jīng)被分離。在流通池中，電磁輻射被引入，隨后 可以通過檢測流體樣品對電磁輻射的吸收，或者通過檢測該流體樣品在初級電磁輻射的激 勵下所發(fā)出的熒光輻射來對該流體樣品的特征進(jìn)行描述。術(shù)語"電磁輻射"可以具體表示 為全體光子（ensemble of photons)。電磁福射例如可以是在可見光、紫外福射、或紅外福 射范圍內(nèi)。輻照到流體樣品的初級電磁輻射，以及響應(yīng)于該初級電磁輻射從流體樣品接收 的次級電磁輻射就波長而言可以有差別或者可以沒有差別。這樣的初級電磁輻射和次級電 磁輻射可以是單色或多色的。
[0012] 在本申請的上下文中，術(shù)語"流體樣品"可以具體表示任何液體、任何氣體、液體氣 體的任意混合物，可選地包含固體顆粒。這樣的流體樣品（例如，生物樣品）可以進(jìn)行分析， 并且具體地可以在流通池中分開地檢測到流體樣品的經(jīng)分離部分。
[0013] 在本申請的上下文中，術(shù)語"微機(jī)械加工"可以具體表示用于生產(chǎn)微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)的工藝。微機(jī)械加工的應(yīng)用技術(shù)包括體微機(jī)械加工和表面微機(jī)械加工。體微機(jī)械加 工通過在基底內(nèi)部進(jìn)行選擇性蝕刻來定義結(jié)構(gòu)。表面微機(jī)械加工使用一系列的薄膜淀積和 選擇性蝕刻。表面微機(jī)械加工創(chuàng)建基底頂部的結(jié)構(gòu)，而體微機(jī)械加工產(chǎn)生基底內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的實(shí)施例可使用體微機(jī)械加工和可選的表面微機(jī)械加工。對于制造，可以應(yīng)用諸如 光刻、干法刻蝕、濕法刻蝕、淀積等等的過程。
[0014] 在本申請的上下文中，術(shù)語"基底"可以具體表示晶片或其他固體，例如長方體或 盤，其被處理以便形成具有流通池功能的微機(jī)械加工設(shè)備。
[0015] 在本申請的上下文中，術(shù)語"用基底的材料整體成型"可以具體表示獨(dú)立管可以被 形成為經(jīng)處理的基底的整體部分。因此，基底和獨(dú)立管彼此是不可分離的，即只可通過破壞 流通池才能將基底和獨(dú)立管分開。
[0016] 在本申請的上下文中，術(shù)語"獨(dú)立管"可以具體表示，被形成為至少在截面方向上 自由懸掛的橋式結(jié)構(gòu)的管。這樣的獨(dú)立管可以水平延伸。該獨(dú)立管可以在頭尾處被連接至 相鄰的巨大的基底部分，但可以保有連續(xù)或不被打擾地連接到更低的基底部分的自由。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，具體用于諸如液相色譜設(shè)備之類的生命科學(xué)儀器的流 通池被提供，該流通池具有用基底材料整體成型的獨(dú)立管。這樣的布置允許流通池具有非 常緊湊的尺寸和堅(jiān)固的構(gòu)造，同時防止了泄漏和相關(guān)問題，這是因?yàn)橛捎诹魍ǔ氐恼w成 型而避免了不同材質(zhì)的流體接口。此外，考慮到獨(dú)立管周圍的空氣或氣體環(huán)境，流通池適合 用作全內(nèi)反射流通池，其中電磁輻射在外部管表面和周圍氣體環(huán)境之間的邊界處被反射。
[0018] 在下文中，描述了流通池的進(jìn)一步示例性實(shí)施例。然而，這些實(shí)施例也適用于流體 設(shè)備和方法。
[0019] 在實(shí)施例中，基底和獨(dú)立管由相同的材料組成，特別是由相同的化學(xué)成分組成。這 避免了不同材料間的流體接口以及不同的熱膨脹系數(shù)帶來的任何問題。
[0020] 在實(shí)施例中，基底包含熔融硅石或者由熔融硅石組成。熔融硅石是一種光學(xué)透明 且又可以結(jié)合到另一同種材質(zhì)體的材料，從而可以通過結(jié)合形成獨(dú)立管，也可以形成熔融 硅石/空氣界面，在此界面處可以實(shí)現(xiàn)全內(nèi)反射。
[0021] 在實(shí)施例中，獨(dú)立管至少沿其一部分由氣體包圍，尤其是由空氣包圍。通過用具有 低折射系數(shù)的氣體介質(zhì)來包圍管，在獨(dú)立管與氣體環(huán)境之間的邊界處發(fā)生全內(nèi)反射，由此 獲得全內(nèi)反射池。
[0022] 在實(shí)施例中，被獨(dú)立管界定的流體導(dǎo)管具有約lnl到約lOOOnl之間的范圍內(nèi)的內(nèi) 部容積，特別是約l〇nl和約100nl之間。鑒于流通池是通過微機(jī)械加工或微機(jī)械加工處理 制造的，因此能夠制造出滿足現(xiàn)代液相色譜分析設(shè)備的要求的非常緊湊的低流通池。
[0023] 在實(shí)施例中，基底具有溝槽（trench)。獨(dú)立管可以沿著溝槽延伸并可連接到界定 溝槽的基底的兩接口表面。通過在固體基底的溝槽中形成獨(dú)立管，獨(dú)立管被置于隱藏的位 置，從而對于獨(dú)立管上的機(jī)械負(fù)荷，獨(dú)立管得到保護(hù)，而不受環(huán)境影響。此外，通過在溝槽中 嵌入獨(dú)立管，蓋板可以覆蓋流通池并覆蓋到溝槽，以用于提高流通池的機(jī)械穩(wěn)定性和簡化 設(shè)備的側(cè)邊后處理。
[0024] 在實(shí)施例中，兩表面部分之間的獨(dú)立管基本上是U型的。通過將流體導(dǎo)管U型化， 可以經(jīng)由U型管的第一支腳向流通池供應(yīng)流體樣品（例如已經(jīng)由色譜分析設(shè)備分離的樣 品），并且經(jīng)由U型管平行的第二支腳將檢測之后的流體樣品（例如，廢棄物（waste))引導(dǎo) 至目的地。在U型流體導(dǎo)管兩支腳之間的中心部分可以與電磁輻射路徑對齊并暴露于電磁 輻射路徑，沿著該路徑電磁輻射可以與流經(jīng)流體導(dǎo)管的流體樣品進(jìn)行相互作用。
[0025] 在實(shí)施例中，基底中形成有整體成型的兩個流體通道，即供給通道和排出通道。這 些流體通道中的每個通道可以流體耦合（特別是直接流體耦合）到兩表面部分中的相應(yīng)一 個表面部分。因此，獨(dú)立管中的流體導(dǎo)管可以連續(xù)不斷的通入固體基底內(nèi)的流體導(dǎo)管。
[0026] 在實(shí)施例中，基底的兩個流體通道中的每個通道終止于基底的兩個流體接口中相 應(yīng)的一個接口。相比于基底的兩個流體接口與獨(dú)立管的連接位置，基底的這些流體接口可 以位于相對位置處。這樣的流體接口可以是流通池與相連的流體組件（例如，色譜分離柱、 廢棄物容器等等）之間的流體接口。換而言之，流體樣品可以經(jīng)由這些流體接口中的一個 被供給到流通池，并從另一個流體接口中排出。
[0027] 在實(shí)施例中，兩個流體接口中至少有一個是帽狀型。帽狀型接口可以由通過簡單 刻蝕過程形成流體接口來獲得。可以更傾向于將流體接口配置為圓柱形孔。通過磨削形成 的圓柱形孔可以允許顯著減少流體接口的死體積。
[0028] 在實(shí)施例中，流通池還包括另一基底和另一獨(dú)立管，特別是另一薄壁管，該另一獨(dú) 立管中界定了另一流體導(dǎo)管并且是由另一基底的材料整體成型的。基底和另一基底可以被 堆疊，例如，通過將它們的主表面彼此結(jié)合來堆疊。因此，可以形成多個芯片的堅(jiān)直堆疊，每 一個芯片都具有用于流通池應(yīng)用的集成獨(dú)立管。這提供了高度緊湊的布置。
[0029] 在實(shí)施例中，獨(dú)立管的流體導(dǎo)管被流體耦合到另一獨(dú)立管的另一流體導(dǎo)管，即流 體的連通可以在獨(dú)立管之間建立起來。例如，相對應(yīng)的流體耦合端口可以在基底的主表面 形成。以這種方式，串行耦合的流通池可以以一種高度緊湊的方式形成。
[0030] 在實(shí)施例中，基底和另一基底具有相同的外部輪廓。特別的，基底可以是具有相同 長度和寬度和/或高度的板狀結(jié)構(gòu)。兩個或兩個以上的堆疊基底的內(nèi)部構(gòu)造可能不同，例 如其中流體導(dǎo)管的尺寸可能不同。
[0031] 在實(shí)施例中，流通池包括附在基底上表面以用于覆蓋溝槽的蓋板，和/或包括附 在基底下表面的底板。通過使用諸如板狀透明蓋板之類的蓋板，獨(dú)立管可以針對環(huán)境被屏 蔽，從而增加了流通池的壽命。例如，這些板可以是剛性板（如玻璃板）來有力保護(hù)獨(dú)立管 抵御外部的影響。此外，用板來覆蓋溝槽基底的頂部和/或底部的主表面顯著地簡化了對 該設(shè)備側(cè)表面的拋光。例如，一個或多個這樣的板可以由黑色玻璃制成（即暗色玻璃），以 防止諸如雜散光之類的電磁輻射撞擊到獨(dú)立管上?；蛘?，這些板可以由薄片來實(shí)現(xiàn)，如塑料 薄片，特別是多層結(jié)合的薄片。在此實(shí)施例中，諸如流體通道之類的一個或多個流體結(jié)構(gòu)可 以由結(jié)合的多層薄片形成。例如，這可以允許將該設(shè)備流體耦合到其他相似或不同的設(shè)備， 如在設(shè)備堆疊中的其他設(shè)備。
[0032] 在實(shí)施例中，流通池包括至少一個另一獨(dú)立管，該至少一個另一獨(dú)立管中界定了 至少一個另一流體導(dǎo)管，并且如同第一獨(dú)立管那樣是由相同基底的材料整體成型的。因此， 根據(jù)發(fā)明的示例性實(shí)施例的該架構(gòu)允許提供多個流通池布置和/或多個流體通道配置，因 為由一個基底整體成型多個獨(dú)立管使得高度緊湊的設(shè)備是可能的。
[0033] 在實(shí)施例中，至少一個另一流體導(dǎo)管與第一流體導(dǎo)管串形地進(jìn)行流體連接或者與 第一流體導(dǎo)管并行地進(jìn)行流體連接。在串形連接架構(gòu)中，例如可能流體樣品首先流到流通 池的第一流體通道，隨后流到第二流體通道。在并行布置中，不同的流體樣品被引到不同的 并行流體導(dǎo)管。
[0034] 在實(shí)施例中，至少一個另一流體導(dǎo)管具有不同于第一流體導(dǎo)管的另一長度，從而 使得：傳播通過各自的流體導(dǎo)管的電磁輻射與流經(jīng)各自流體導(dǎo)管的流體樣品進(jìn)行相互作用 所沿的有效相互作用長度對于不同的流體導(dǎo)管是不同的。在具有不同的有效路徑長度并且 二者都檢測同一流體樣品（然而在時間上是順序的）的兩個流通池的組合下，檢測的精度 被擴(kuò)展到更大的范圍，這是非常有利的。
[0035] 在實(shí)施例中，獨(dú)立管及其周圍被配置為（具體是由適當(dāng)折射率的介質(zhì)制成）使得 傳播通過流體導(dǎo)管的電磁輻射束在獨(dú)立管處完全反射，特別是在獨(dú)立管的外表面。因此，流 通池可以被配置成全內(nèi)反射（TIR)流通池。全反射是有利的，因?yàn)檫@樣可以保證基本上用 于檢測目的的所有射線保持在檢測單元內(nèi)并用作檢測信號。全反射可以表示為一種現(xiàn)象： 當(dāng)光子從高折射率的介質(zhì)傳播到低折射率的介質(zhì)時，光子會從表面完全反射。例如，當(dāng)光從 玻璃傳播到空氣時就會發(fā)生全反射，但是從空氣傳播到玻璃就不會發(fā)生全反射。
[0036] 在實(shí)施例中，獨(dú)立管具有被成型為矩形、圓形、六邊形、帶有圓角邊緣的多邊形、或 者通過兩個相對彎曲部分連接兩個平行線性部分的形狀的外表面。獨(dú)立管的外表面的形狀 取決于制造工藝，例如取決于所實(shí)施的刻蝕方法，特別是是實(shí)施了各向同性刻蝕還是各向 異性刻蝕，所采用的是干法刻蝕還是濕法刻蝕工藝，以及使用了哪種刻蝕化學(xué)物質(zhì)。
[0037] 在實(shí)施例中，獨(dú)立管具有被成型為矩形、圓形或橢圓形的內(nèi)表面。獨(dú)立管的內(nèi)表面 的形狀取決于制造工藝，例如取決于所實(shí)施的刻蝕方法，特別是是實(shí)施了各向同性刻蝕還 是各向異性刻蝕，所采用的是干法刻蝕還是濕法刻蝕工藝，以及使用了哪種刻蝕化學(xué)物質(zhì)。
[0038] 通過采用深反應(yīng)離子刻蝕，能夠得到帶有矩形內(nèi)表面和外表面的獨(dú)立管。通過濕 法刻蝕（特別是用氫氟酸），獨(dú)立管的外表面可具有兩個筆直的部分和兩個凹面的部分。干 法刻蝕和濕法刻蝕的組合可得到獨(dú)立管的圓形內(nèi)表面和矩形外表面。
[0039] 在實(shí)施例中，流通池包括第一光稱合器元件，特別是光纖件（optical fiber piece)，該第一光f禹合器兀件集成在基底內(nèi)以通過第一光f禹合器兀件將電磁福射f禹合到流 體導(dǎo)管。流通池還可包括第二光耦合器元件，特別是另一個光纖件，該第二光耦合器元件集 成在基底內(nèi)以將電磁輻射從流體導(dǎo)管耦合到第二光學(xué)元器件。光耦合器元件（如波導(dǎo)）可 傳輸電磁輻射束用于與流體樣品相互作用。這種光耦合器元件可以至少部分地置于基底相 應(yīng)形成的凹處內(nèi)。光耦合器元件的其它部分可以位于基底的溝槽中，從而被光學(xué)耦合到獨(dú) 立管的中心部分。光耦合器元件的另外的其他部分可定位成與基底相鄰，從而分別光學(xué)連 接光源或光檢測器。
[0040] 在實(shí)施例中，流通池被適用于在高壓下引導(dǎo)流體樣品。這種高壓可至少約 50bar (巴），特別是至少約lOObar。
[0041] 在實(shí)施例中，流通池被使用作微流體流通池。在另一實(shí)施例中，流通池被適用作 納流體流通池。因此，該系統(tǒng)可被具體配置用于微流體或納流體應(yīng)用。術(shù)語"微流體"可以 具體涉及到如本文描述的流體設(shè)備，該流體設(shè)備允許將流體傳輸通過具有小于500 μ m尺 寸量級的微通道，尤其小于200 μ m，更尤其小于100 μ m或者小于50 μ m或者是更小。術(shù)語 "納流體"可以具體表示如本文描述的流體設(shè)備，該流體設(shè)備允許將流體傳輸通過比微通道 尺寸更小的納通道。
[0042] 獨(dú)立管可以是光學(xué)透明的。換而言之，獨(dú)立管可能對于可見范圍（即，400nm到 800nm之間）內(nèi)的電磁輻射是透明的。此外或者可替換地，獨(dú)立管可能對于用于檢測目的的 紫外線，紅外線或任何其它波長范圍的電磁輻射是光學(xué)透明的。
[0043] 流通池可包括適合于生成電磁輻射束并且將電磁輻射束耦合到流體導(dǎo)管的電磁 輻射源。該電磁輻射源可以是發(fā)光二極管、激光器、燈泡、或是任何具有合適的發(fā)射波長或 是發(fā)射波長范圍的其他電磁輻射源。該電磁輻射源可以被耦合到由獨(dú)立管界定的流體導(dǎo) 管。
[0044] 電磁輻射源可用來生成可見光束（例如具有約400nm和約800nm之間的波長）或 紫外（UV)光束（具有更短的波長）。根據(jù)示例性實(shí)施例的流通池的微型尺寸不僅適合于光 學(xué)應(yīng)用，也適合于UV應(yīng)用，總體而言適用于UV--可見光的應(yīng)用。
[0045] 流通池可包括電磁輻射檢測器，該電磁輻射檢測器在電磁輻射束傳播通過流體導(dǎo) 管后檢測電磁輻射束。該電磁輻射檢測器可被布置為在光經(jīng)過流體導(dǎo)管之后檢測光。該電 磁輻射檢測器（例如光檢測器）可包括能夠生成指示相應(yīng)光信號的電信號的光電二極管、 光電二極管陣列等等。該電磁輻射檢測器可能包括光敏元件的線性陣列或二維陣列。該電 磁輻射檢測器還可包括諸如光柵等等附加的光學(xué)元件。
[0046] 該電磁輻射檢測器可包括光學(xué)檢測器和/或紫外輻射檢測器。因此電磁輻射檢測 器關(guān)于波長的靈敏度范圍可與用于激發(fā)系統(tǒng)的光的波長相適應(yīng)。例如，檢測器可以測量流 體樣品的電磁輻射吸收或者流體樣品的電磁輻射熒光等等。
[0047] 在下文中，流體設(shè)備的另一示例性實(shí)施例會被說明。然而，這些實(shí)施例仍適用于流 通池和所述方法。
[0048] 在實(shí)施例中，處理單元被配置用來分離流體樣品并且被集成在芯片中。更具體的， 芯片包括多個結(jié)合片，該多個結(jié)合片被圖案化為以便形成用來傳導(dǎo)流體樣品的流體導(dǎo)管。 本發(fā)明實(shí)施例的布置與彼此結(jié)合且形成了片狀色譜柱的層的結(jié)合片配置相兼容。該板狀布 置與根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的流通池的板狀布置相兼容。這樣的流通池可以用于通過色 譜分離柱等等分離的流體樣品的部分的光學(xué)檢測。流通池可以置于分離柱的下游。
[0049] 在實(shí)施例中，處理單元中用于引導(dǎo)流體樣品的流體導(dǎo)管經(jīng)由孔到孔耦合被引入到 與獨(dú)立管的流體導(dǎo)管的流體連通中，尤其是通過堅(jiān)直的孔到孔耦合。處理單元和流通池各 自形成為在處理單元和流通池的主表面處彼此相連的平面結(jié)構(gòu)，以便在相連的主表面處提 供孔到孔耦合。在孔到孔耦合方案的上下文中，這種平面耦合結(jié)構(gòu)是高效的，并提供了一個 平坦、緊湊、低死體積的流體設(shè)備。
[0050] 流體設(shè)備可包括填充了分離材料的處理元件。這種分離材料還可以表示為固定 相，該固定相可以是允許與樣品進(jìn)行可調(diào)節(jié)程度的相互作用從而能夠分離樣品的不同組分 的任何材料。處理元件可被布置在流通池檢測器上游的流體路徑中，這樣由處理元件分離 的樣品的部分可以接著通過流通池檢測器被檢測。
[0051] 分離材料可以是液相色譜柱填充材料或封裝材料，該材料包括由以下各項(xiàng)組成的 群組中的至少一項(xiàng)：聚苯乙烯、沸石、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、玻璃、聚合物粉末、二氧化硅、 和硅膠、或者帶有化學(xué)改性表面（涂層，封頂?shù)龋┑纳鲜龈黜?xiàng)中的任意一項(xiàng)。然而，可以使 用任何具有這樣的材料特性的封裝材料：該材料特性使得通過該材料的分析物被分離成不 同的組分，例如由于封裝材料和分析物組分之間不同類型的相互作用或者親合性。
[0052] 處理元件中的至少一部分可以被填充有液體分離材料，其中液體分離材料可包括 具有大小在基本1 μ m到基本10 μ m范圍內(nèi)的珠粒。因此，這些珠粒可以是填充在微流體設(shè) 備的分離部分內(nèi)部的小顆粒。珠粒具有孔隙，該孔隙具有范圍在基本到基本JOGA內(nèi) 的大小。流體樣品可以穿過這些孔隙，其中相互作用可發(fā)生于流體樣品和孔隙之間。
[0053] 流體設(shè)備可被適用作用于分離樣品的組分的流體分離系統(tǒng)。當(dāng)包括流體樣品的流 動相（例如在高壓下）通過流體設(shè)備時，柱中的填充物與流體樣品之間的相互作用會對樣 品的不同組分進(jìn)行分離，如同在液相色譜設(shè)備中執(zhí)行的那樣。
[0054] 然而，流體設(shè)備還可被適用作提純流體樣品的流體提純系統(tǒng)。通過空間上分離流 體樣品的不同部分，多組分的樣品（例如蛋白質(zhì)溶液）可以被提純。當(dāng)在生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室 準(zhǔn)備蛋白質(zhì)溶液時，溶液中仍包含多種組分。例如如果只對多組分液體中的單種蛋白質(zhì)有 興趣，樣品可以被強(qiáng)制通過柱。由于不同蛋白質(zhì)部分與柱中填充物的不同相互作用（例如 使用液相色譜設(shè)備），可對不同的樣品進(jìn)行區(qū)分，一種樣品或者材料帶（band of material) 可以被選擇性的分離為經(jīng)提純的樣品。
[0055] 流體設(shè)備可適用于分析流動相的至少一種組分的至少一種物理、化學(xué)、和/或生 物參數(shù)。術(shù)語"物理參數(shù)"可以具體表示流體的多少或溫度。術(shù)語"化學(xué)參數(shù)"可具體表示 分析物組分的濃度、親合力參數(shù)等等。術(shù)語"生物參數(shù)"可具體表示生物化學(xué)溶液中蛋白質(zhì)、 基因等等的濃度，組分的生物活性等。
[0056] 流體設(shè)備可以在不同的技術(shù)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)，像傳感器設(shè)備，測試設(shè)備，用于化學(xué)、生 物、和/或藥物分析的設(shè)備，毛細(xì)管電泳設(shè)備，液相色譜設(shè)備，氣相色譜設(shè)備，電子測量設(shè) 備，或質(zhì)譜設(shè)備。特別的，流體設(shè)備可以是高效液相設(shè)備（HPLC)，分析物的不同部分可以通 過該設(shè)備被分離、檢測和分析。
[0057] 處理元件可以是用于分離流體樣品組分的色譜柱。因此，示例性實(shí)施例可尤其在 液相色譜裝置的背景下實(shí)現(xiàn)。
[0058] 在下文中，方法的另一示例性實(shí)施例會被說明。然而，這些實(shí)施例還應(yīng)用于流通池 和流體設(shè)備。
[0059] 在實(shí)施例中，方法還包括提供第一基底體和第二基底體，在第一基底體和第二基 底體中每一個的表面上形成槽（groove)，用在槽相互對準(zhǔn)情況下將第一基底體和第二基底 體結(jié)合起來，以便由對準(zhǔn)的槽形成流體導(dǎo)管。上述基底是由經(jīng)結(jié)合的基底體形成的。因此， 埋藏在兩個經(jīng)結(jié)合的基底體內(nèi)的流體通道的形成可以形成隨后形成的獨(dú)立管的基礎(chǔ)。
[0060] 在實(shí)施例中，該方法還包括通過去除基底材料以在基底上形成溝槽，以使獨(dú)立管 由基底的未去除或保留的材料構(gòu)成。這種材料去除可以通過諸如濕法刻蝕或干法刻蝕之類 的刻蝕過程來實(shí)現(xiàn)。示例是基于氫氟酸刻蝕或深度離子刻蝕。
[0061] 在實(shí)施例中，方法還包括在基底中形成兩個流體通道，并且每個流體通道被流體 耦合到獨(dú)立管的相應(yīng)端。在一方面為氣體環(huán)境四周地包圍的獨(dú)立管的流體通道和另一方面 為基底內(nèi)的流體通道之間可存在連續(xù)的過渡。獨(dú)立管中的流體通道和基底內(nèi)的流體通道都 會回到在相互配合的基底體中形成的槽。
[0062] 在實(shí)施例中，該方法還包括（尤其是通過磨削或刻蝕）在流體通道延伸出基底的 位置處形成兩個流體通道的空間延伸的末端部分?？涛g是形成接口非常簡單的處理?？涛g 可以形成帽狀型接口。磨削的優(yōu)點(diǎn)是它使流體接口進(jìn)一步減少了死體積。例如磨削可以允 許形成圓柱形的流體接口。
[0063] 在實(shí)施例中，流通池可以通過對一個或多個熔融硅石晶片應(yīng)用微機(jī)械制造過程制 造而成，特別是兩個晶片可以以這種方法處理加工，即這兩個晶片的結(jié)合后來形成獨(dú)立管， 特別是與用于形成槽的先前的適當(dāng)刻蝕或是磨削過程相結(jié)合。
[0064] 在實(shí)施例中，流通池可通過以下過程來制造，首先在第一熔融硅石晶片中刻蝕出 第一槽。其次，帶有（與第一槽）相應(yīng)的形狀的第二槽在第二熔融硅石晶片中被刻蝕。兩 個被刻蝕的熔融硅石晶片然后被彼此結(jié)合，從而使得兩個槽一起形成了流體通道。通道的 前端和末端然后可以被刻蝕以形成帽狀型接口。然后，彼此結(jié)合的兩個熔融硅石晶片的熔 融硅石材料可被刻蝕從而去除熔融硅石材料，從而使得獨(dú)立管自由站立在所形成的熔融硅 石結(jié)構(gòu)中的空槽中。
[0065] 在對中間帶有獨(dú)立管的溝槽基底應(yīng)用蓋板和/或底板后，可以處理加工板狀流通 池的廣泛區(qū)域來提高表面質(zhì)量。根據(jù)某些應(yīng)用所需，然后可以在晶片級或芯片級上形成保 護(hù)窗。
[0066] 在實(shí)施例中，熔融硅石晶片被微機(jī)械加工來形成低容積全內(nèi)反射流通池設(shè)備。這 種設(shè)備的示例性特征是獨(dú)立的微機(jī)械加工流體樣品檢測管、用來耦合光輸入輸出的連接到 檢測管和側(cè)拋光窗口的集成光波導(dǎo)（也可用作機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)）、以及用于提高機(jī)械穩(wěn)定性 (robustness)的保護(hù)窗。
[0067] 這種流通池可適用于微液相色譜應(yīng)用，例如流速在1 μ Ι/min和100 μ Ι/min之間 的范圍內(nèi)。分離柱的直徑在ΙΟΟμπι到ΙΟΟΟμπι的范圍內(nèi)。流通池的容積在3nl和300nl 之間的范圍內(nèi)。獨(dú)立管的內(nèi)部容積在lnl和1000nl之間的范圍內(nèi)，特別是在50nl。通道 長度，即相連的基底部分之間獨(dú)立管的長度在1mm和50mm之間的范圍內(nèi)，特別是在5mm和 10mm之間的范圍內(nèi)。獨(dú)立管的壁厚在Ιμπι到100 μπι的范圍內(nèi)，例如可以是10 μπι。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0068] 通過下文結(jié)合附圖參考實(shí)施例的更詳細(xì)描述，本發(fā)明的實(shí)施例的其它目的和很多 附帶優(yōu)點(diǎn)將很容易想到并且將更好理解?；鞠嗤蛳嗨苹蚬δ苌舷嗤蛳嗨频奶卣鲗⑼?過相同的參考標(biāo)記標(biāo)明。
[0069] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的微機(jī)械加工流通池的三維視圖，并帶有兩 個細(xì)節(jié)圖。
[0070] 圖2示出了圖1的微機(jī)械加工流通池的部分分解圖。
[0071] 圖3示出了圖1流通池的細(xì)節(jié)，聚焦在流通池的流體系統(tǒng)上。
[0072] 圖4Α示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的流通池布置，其中兩個流體通道被平行 引導(dǎo)沿著由共用光源和雙重光檢測器定義的電磁輻射通路。
[0073] 圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的流通池，其中兩個流體導(dǎo)管串行地 流體耦合來提供帶有電磁輻射檢測通路的第一流通池部分，該第一流通池部分的電磁輻射 檢測通路與第二流通池部分的另一電磁輻射檢測通路相分離。
[0074] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的微機(jī)械加工流通池的流體系統(tǒng)。
[0075] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的微機(jī)械加工流通池的三維視圖。
[0076] 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，帶有集成的色譜分離柱和板狀微機(jī)械加工 流通池的多層芯片的組合布置的兩個橫截面視圖。
[0077] 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例用不同刻蝕處理過程制造的三個獨(dú)立管的 橫截面視圖。
[0078] 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微機(jī)械加工流通池和流體環(huán)境之間的帽狀流體 接口。
[0079] 圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微機(jī)械加工流通池和流體環(huán)境之間的圓柱狀流 體接口。
[0080] 圖11是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，定義了軸線A-A的微機(jī)械加工流通池的平面視 圖。
[0081] 圖12示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，在微機(jī)械加工流通池的制造期間處理的 烙融娃石晶片（fused silica wafer)的不同橫截面視圖。
[0082] 圖13是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的微機(jī)械加工流通池的橫截面視圖，其中獨(dú)立 管具有矩形的內(nèi)表面和矩形的外表面。
[0083] 圖14是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的微機(jī)械加工流通池的橫截面視圖，其中 該流通池有帶圓角矩形或基本為橢圓的內(nèi)部橫截面和矩形外部橫截面。
[0084] 圖15是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的微機(jī)械加工流通池的總體視圖，示出了流通 池的典型特征。
[0085] 圖16和圖17示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例用蓋板覆蓋流通池。
[0086] 圖18是已經(jīng)實(shí)施了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的微機(jī)械加工流通池的液相色譜設(shè) 備。
[0087] 附圖中的圖示是示意性的。

【具體實(shí)施方式】
[0088] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的微機(jī)械加工流通池100。
[0089] 微機(jī)械加工流通池100包括用烙融娃石材料（silica material)制成的板狀基底 102。圖1表示板狀基底102由兩個平行排列的子板152、154構(gòu)成，該兩個子板152、154由 熔融硅石材料制成并且彼此結(jié)合。兩個堆疊的晶片或子板152、154可具有例如600μπι或 1050 μ m的總厚度。熔融硅石管104 (即以橋狀的形式）沿著平行于板狀基底102主表面 的延伸方向獨(dú)立站立。獨(dú)立管104是薄壁的，并且密封地在其內(nèi)部中限定中空管腔或流體 導(dǎo)管（見圖8中的標(biāo)號800)。獨(dú)立管104被空氣氛圍四周環(huán)繞。獨(dú)立管104還由基底102 的熔融硅石材料一體地形成，從而使得基底102和獨(dú)立管104由單一共用材料不可分離地 形成。
[0090] 從圖1中還可看出，基底102具有游泳池狀的溝槽106,其中獨(dú)立管104在溝槽106 內(nèi)沿著溝槽延伸，并且僅在兩個表面部分116和118處與限定溝槽106的基底102的堅(jiān)直 壁連接。獨(dú)立管104基本上是U型的，有兩個平行直腿以及將兩個平行直腿相互連接的另 一堅(jiān)直連接部分。相應(yīng)的，獨(dú)立管104內(nèi)的管腔也基本上是U型的。
[0091] 此外，熔融硅石基底102具有兩個于其中形成的一體并埋藏的流體通道120和 122。流體通道120和122中的每一個是經(jīng)由兩個表面部分116、118中相應(yīng)的一個表面部 分直接且無縫地耦合到獨(dú)立管104的管腔。流體通道120和122中的每一個終止于兩個流 體接口 124、126中相應(yīng)的一個流體接口處，埋藏的流體導(dǎo)管在流體接口處穿過基底102的 上表面。兩個流體接口 124U26中的每一個是埋藏的流體導(dǎo)管的空間延伸的末端部分，并 且是例如帽狀型的。配置為用于供應(yīng)由流通池100來分析的流體樣品的供應(yīng)毛細(xì)管（未示 出）可連接到流體接口 126。在樣品通過流體接口 124和其所連接到的排出毛細(xì)管（drain capillary)(未示出）離開流通池100之前，該流體樣品將流過流體通道120、獨(dú)立管104 內(nèi)的管腔和流體通道122。因此，流體樣品在基本上為U型的流通路徑上從標(biāo)號126流經(jīng) 120、104、122 和 124。
[0092] 此外，波導(dǎo)管130、球透鏡160和另一波導(dǎo)管163被配置用于將適當(dāng)波長范圍的初 級光（primary light) f禹合到獨(dú)立管104管腔的中心部分。初級光由光源（未示出）發(fā)出。 另一波導(dǎo)管163的一部分被引導(dǎo)通過基底102 (見標(biāo)號112)，并通過接口 108離開后者。以 相似的方式，在初級光與流過獨(dú)立管104管腔的中心部分的流體樣品相互作用后，相應(yīng)產(chǎn) 生的次級光傳播通過波導(dǎo)管164(部分被引導(dǎo)通過基底102,見標(biāo)號114)、球透鏡162和另 一波導(dǎo)管132到達(dá)光檢測器（未示出）。因此，光從光管或波導(dǎo)管130通過球透鏡160經(jīng)由 接口 108和光耦合器或波導(dǎo)管163傳播到獨(dú)立管104中的流體通道內(nèi)，并在獨(dú)立管104外 表面和周圍空氣環(huán)境之間邊界處經(jīng)歷了全內(nèi)反射。相應(yīng)的，流通池100包括光纖段或波導(dǎo) 管164,從而將光從流體導(dǎo)管耦合到光耦合器元件或波導(dǎo)管132中，該光纖段或波導(dǎo)管164 也部分集成在熔融硅石基底102上。次級光經(jīng)由部分在基底102內(nèi)的波導(dǎo)管164、可選的球 透鏡162、以及連接到球透鏡162的另一波導(dǎo)管132離開流通池100,以用于隨后在諸如未 在圖1中示出的一個或多個光單元（photo cell)之類的檢測元件中的檢測。
[0093] 圖1的細(xì)節(jié)圖示出了由諸如玻璃之類的光學(xué)透明材料制成的蓋板150被附接在基 底102上以覆蓋溝槽106和獨(dú)立管104。
[0094] 圖1的另一個細(xì)節(jié)圖示出了獨(dú)立管104的矩形形狀。
[0095] 圖2示出了圖1的微機(jī)械加工流通池100,其中上板154被分離以顯現(xiàn)流體通道 120、122。
[0096] 圖3示出了圖1和圖2的微機(jī)械加工流通池100的帶有內(nèi)部流體容積的另一細(xì)節(jié) 圖。此外，連接插頭300、302被作為流體接口示出。
[0097] 圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的流通池布置450。第一流體路徑是由 在流體入口或流體接口 126與流體出口或流體接口 124之間延伸的第一獨(dú)立管104的管腔 形成的。與其平行，第二獨(dú)立管400在另一流體入口或流體接口 406與另一流體出口或流 體接口 408之間延伸。獨(dú)立管104、400彼此平行地延伸并有基本上平行的電磁輻射檢測路 徑。后者是通過電磁輻射源402(也可能有兩個單獨(dú)的電磁輻射源）發(fā)射的光或UV輻射經(jīng) 過兩個供應(yīng)管410 (如以集成光管的形式）中相應(yīng)的一個供應(yīng)管耦合到獨(dú)立管104、400而 形成的。在該光與流經(jīng)獨(dú)立管104、400中相應(yīng)的一個獨(dú)立管的流體樣品的已經(jīng)分離的部分 相互作用后，并且在獨(dú)立管1〇4、400的外部邊界處發(fā)生全內(nèi)反射后，次級光通過兩個第二 耦合管412 (如以集成光管的形式）中相應(yīng)的一個第二耦合管被引導(dǎo)至兩個電磁輻射檢測 器404中相應(yīng)的一個檢測器。盡管未在圖4A中示出，諸如光柵、偏轉(zhuǎn)鏡等其他光學(xué)元件可 以在光路中實(shí)現(xiàn)。因此圖4A示出了平行的流通池檢測架構(gòu)，其中所有的檢測路徑以相對小 的間距具有相同的路徑長度。
[0098] 與圖4A的平行流體布置相比，圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的串行 流通池布置480。根據(jù)圖4B，具有路徑長度L1的第一流通池被置于第二流通池的上游，第 二流通池具有更短的路徑長度L2,其中L2 < L1。在圖4B中所示的兩個流通池的電磁輻射 路徑長度是不同的，第一流通池的電磁輻射路徑長度由電磁輻射源402、耦合管410 (如以 集成光管的形式）、另一耦合管412 (如以集成光管的形式）和檢測器404所確定，第二流通 池的電磁輻射路徑長度是由電磁輻射源482、耦合管486 (如以集成光管的形式）、另一耦合 管488 (如以集成光管的形式）和檢測器484所形成。通過將具有相對較長路徑長度L1的 第一流通池與置于下游的具有有效長度L2的第二流通池相結(jié)合，其中L2 < L1，整個流通池 布置480的靈敏度范圍可以被擴(kuò)大。其原因是因?yàn)榫_度的線性范圍取決于流體路徑長度 L1、L2。圖4B示出了用于改進(jìn)的線性檢測范圍的串行流通池，S卩，較長的流通池路徑長度和 較短的流通池路徑長度的串行布置。
[0099] 圖5再次示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的圖1的微機(jī)械加工流通池100的流體 路徑。
[0100] 圖6示出了無保護(hù)板的圖1的微機(jī)械加工流通池100的總體視圖。
[0101] 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，多層芯片700的橫截面視圖，該多層芯片 700集成了色譜分離柱708并且功能性地和結(jié)構(gòu)性地連接到板狀微機(jī)械加工流通池100。多 層芯片700包括多個結(jié)合片702、704,該多個結(jié)合片702、704被圖案化以形成用于傳導(dǎo)流體 樣品的流體導(dǎo)管740。通過多層芯片700的流體出口通道，帶有已經(jīng)分離部分的流體樣品被 供給到流通池100用來檢測。
[0102] 仍參考圖7,在具有色譜柱708的芯片700和流通池100之間提供了平面接口。有 利地，孔到孔耦合是由標(biāo)號706所指示那樣實(shí)現(xiàn)的。這種在芯片700和流通池100間的孔 到孔耦合被提供在流通池100的流體輸入和流體輸出兩處。
[0103] 流體樣品是通過作為樣品入口的流體導(dǎo)管740供給的，然后在色譜分離柱708中 被分離。在分離后，經(jīng)分離的流體樣品通過孔到孔耦合被供給到流通池設(shè)備1〇〇。分離芯片 700和微機(jī)械加工流通池100之間的接口 710可以由微流體聚合物結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。耦合部件的 布置700、100可以被附接到如器械硬件的支撐件714。壓力密封力由標(biāo)號716示意性地示 出。在流通池100中的檢測后，流體樣品通過排出孔718排出。
[0104] 圖7中還示出了耦合的分離芯片700和微機(jī)械加工流通池100的側(cè)面視圖750。 在此示出了沒有球透鏡的直接光纖耦合?；蛘?，也可在圖7中實(shí)現(xiàn)一個或多個球透鏡。
[0105] 圖8示出了界定管腔800的獨(dú)立管的內(nèi)部和外部形狀的三個不同的橫截面視圖。 圖8的理想實(shí)施例可以通過相應(yīng)地調(diào)整所用的刻蝕過程來選擇。
[0106] 圖8中所示的第一個實(shí)施例820具有形狀為矩形或正方形的外表面802。內(nèi)表面 804同樣為矩形或正方形。
[0107] 圖8中所示的第二個實(shí)施例840具有形狀為矩形或正方形的外表面802和形狀為 圓形或橢圓形的內(nèi)表面804。
[0108] 圖8中所示的第三個實(shí)施例860具有由兩個平行線部分802"連接兩個相對的彎 曲部分802'組成的外表面，并且具有形狀為圓形的內(nèi)表面804。尖銳的外部邊緣可以用適 當(dāng)?shù)奶幚恚ň唧w是通過刻蝕）來圓化，如圖8中的虛線所示。
[0109] 圖9示出了如上面用標(biāo)號706示出的流體接口的形狀的示例。所示流體接口 900 具有第一圓柱部分902、直接相連的帽狀部分904和另一圓柱部分906。圖9的實(shí)施例可通 過刻蝕過程來獲得。第一圓柱部分902涉及到分離芯片700,而帽狀部分904和另一圓柱部 分906涉及到微機(jī)械加工流通池100。
[0110] 圖10示出了如上面用標(biāo)號706示出的流體接口的形狀的另一示例。集成流通池 和流體環(huán)境之間的此流體接口 1000具有第一圓柱部分1002和直接相連的第二圓柱部分 1004,該第二圓柱部分1004具有與第一圓柱部分1002不同的直徑，這里比1002的直徑更 小。圖10的實(shí)施例可以由磨削基底材料制成，并具有低死體積和更好的提純體積的優(yōu)點(diǎn)。 第一圓柱部分1002涉及到分離芯片700,而第二圓柱部分1004涉及到微機(jī)械加工流通池 100。
[0111] 圖11示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的集成流通池的平面圖，其與圖1中所示的流通池 非常相似。圖11中定義了線A-A。
[0112] 圖12中示出的各個橫截面視圖是沿著線A-A截取的。這些橫截面視圖涉及在生 產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的微機(jī)械加工流通池的制造過程中獲得的半成品。這個過程將 在下文中詳細(xì)地說明。
[0113] 圖12示出了熔融硅石基底1202的第一橫截面視圖1200,在其特定表面上被保護(hù) 掩膜1204部分地覆蓋。保護(hù)掩膜1204在基底1202的上主表面處被圖案化。
[0114] 為了獲得橫截面視圖1210,應(yīng)用了刻蝕過程，該蝕刻過程從基底1202未被保護(hù)掩 膜1204保護(hù)的表面部分去除材料。因此橫截面視圖1210示出了在暴露區(qū)域的HF刻蝕之 后的結(jié)構(gòu)。該過程步驟可以用來定義壁厚。
[0115] 從橫截面視圖1220中可以看出，另一圖案化過程可將基底1202的另一表面部分 暴露出來，即可以選擇性地去除保護(hù)掩膜1204的材料。隨后，執(zhí)行刻蝕過程來形成兩個深 槽1212和它們之間的一個淺槽1222。
[0116] 從橫截面視圖1220的結(jié)構(gòu)開始，剩下的保護(hù)掩膜1204可以通過選擇性刻蝕被去 除。
[0117] 橫截面視圖1230可以通過彼此結(jié)合兩個如橫截面視圖1220(去除保護(hù)掩膜1204 后）的基底獲得。這樣形成了內(nèi)部流體通道1234。
[0118] 橫截面視圖1240是從橫截面視圖1230中通過用保護(hù)掩膜1242覆蓋基底1202并 打開基底1202的側(cè)面部分而獲得。
[0119] 隨后的刻蝕過程（HF刻蝕）定義了在與基底1202的其他剩余部分相分離的位于 中心的獨(dú)立管。橫截面視圖1250示出了去除保護(hù)掩膜后所得到的結(jié)構(gòu)。各個結(jié)構(gòu)的單數(shù) 形式（singularization)也可以實(shí)現(xiàn)。
[0120] 圖12獨(dú)立管的幾何結(jié)構(gòu)通過濕法刻蝕獲得。
[0121] 圖13示出了當(dāng)采用其他刻蝕過程時獨(dú)立管1302能夠具有另一種形狀。根據(jù)圖13 的形狀可以通過對檢測管和釋放區(qū)域應(yīng)用DRIE (深反應(yīng)離子刻蝕）來獲得，其中HF刻蝕可 以用于最終的釋放刻蝕。
[0122] 圖14示出了通過采用另一刻蝕過程獲得的具有另一形狀的獨(dú)立管1352。為了獲 得根據(jù)圖14的形狀，對于檢測管的內(nèi)部輪廓使用濕法刻蝕過程，對于外部輪廓應(yīng)用DRIE。 最終的釋放刻蝕通過HF刻蝕來進(jìn)行。
[0123] 圖15示出了圖1的微機(jī)械加工流通池100的另一視圖，其中幾個特征被突出顯 示。特征1示出了用于耦合光輸入輸出的光窗的側(cè)加工。特征2示出了低死體積流體通過 孔的加工。特征3示出了用于提高機(jī)械穩(wěn)定性的保護(hù)窗的結(jié)合。特征4示出了用于流通池 設(shè)備的簡單交換的機(jī)械基準(zhǔn)（mechanical reference)的加工。
[0124] 圖16示出了關(guān)于蓋板1600是如何附到并連接到微機(jī)械加工流通池100的上表 面，以及關(guān)于底板1602是如何附到并連接到微機(jī)械加工流通池100的下表面。此外，形成 了保護(hù)窗。
[0125] 圖17示出了只有微機(jī)械加工流通池上表面的一部分覆蓋了蓋板1600。
[0126] 圖18示出了液體分離系統(tǒng)2700的一般示意圖。作為流動相驅(qū)動器的泵2720驅(qū)動 流動相通過包括固定相的分離設(shè)備2730 (如色譜柱）。采樣單元2740可被提供在泵2720 和分離設(shè)備2730之間，用來引進(jìn)樣品流體到流動相。分離設(shè)備2730的固定相適用于分離 流體樣品中的化合物（compound)。作為檢測器一部分的流通池100被提供用來檢測流體樣 品的分離化合物。分餾單元2760能夠被提供來輸出流體樣品的分離化合物。
[0127] 應(yīng)當(dāng)注意的是術(shù)語"包括"不排除其他元件或特征，并且"一個"或"一"不排除是 多個。另外，所描述的關(guān)聯(lián)于不同實(shí)施例的元件可以被組合。還應(yīng)當(dāng)注意，權(quán)利要求中的標(biāo) 號不應(yīng)被理解為限制權(quán)利要求的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種微機(jī)械加工流通池（1〇〇)，包括： 基底（102); 獨(dú)立管（104)，尤其是薄壁管（104)，在所述獨(dú)立管中界定了流體導(dǎo)管（800)并且所述 獨(dú)立管是由基底（102)的材料整體成型的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流通池（100)，其中所述基底（102)和所述獨(dú)立管（104)由 相同材料組成，尤其是由相同的化學(xué)成份組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流通池（100)，其中所述基底（102)包括熔融硅石或者 由熔融硅石組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的流通池（100)，其中所述獨(dú)立管（104)至少沿 所述獨(dú)立管的一部分被氣體包圍，尤其是被空氣包圍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的流通池（100)，其中由所述獨(dú)立管（104)界定 的流體導(dǎo)管（800)具有l(wèi)nl和lOOOnl之間的范圍內(nèi)的內(nèi)部容積，尤其是在10nl和100nl 之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的流通池（100)，其中所述基底（102)具有溝槽 (106)，其中所述獨(dú)立管（104)沿著所述溝槽（106)延伸并被連接，尤其是被無縫連接，到界 定了所述溝槽（106)的基底（102)的兩個表面部分（116,118)，尤其是兩個相對堅(jiān)直壁部 分。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的流通池（100)，其中所述兩個表面部分（116,118)之間的獨(dú) 立管（104)基本上是U型的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的流通池（100)，其中所述基底（102)中形成有兩個流體 通道（120,122)，其中流體通道（120,122)中的每個流體通道被直接地，尤其是無縫地，流 體耦合到所述兩個表面部分（116,118)中相應(yīng)的一個表面部分。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的流通池（100)，其中所述兩個流體通道（120,122)中的每個 流體通道終止于所述基底（102)的兩個流體接口（124,126)中相應(yīng)的一個流體接口處。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的流通池（100)，其中所述兩個流體接口（124，126)中的至少 一個流體接口相比于所述兩個流體通道（120,122)中相應(yīng)的一個流體通道在空間上延伸， 尤其是帽狀的或圓柱狀的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的流通池（100)， 還包括另一基底（102)和另一獨(dú)立管（104)，尤其是另一薄壁管（104)，在所述另一獨(dú) 立管中界定了另一流體導(dǎo)管（800)并且所述另一獨(dú)立管由所述另一基底（102)的材料整體 成型； 其中所述基底（102)和所述另一基底（102)被堅(jiān)直堆疊。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的流通池（100)，其中所述流體導(dǎo)管（800)被流體耦合到所 述另一流體導(dǎo)管（800)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的流通池（100)，其中所述基底（102)與所述另一基底 (102)具有相同的外部輪廓。
14. 根據(jù)權(quán)利要求6至13中任一項(xiàng)所述的流通池（100)，包括以下各項(xiàng)中的至少一個： 附接到所述基底（102)上表面以用于覆蓋所述溝槽（106)的蓋板（150)，和附接到所述基底 (102)下表面的底板。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的流通池（100)，包括至少一個另一獨(dú)立管 (400)，在所述另一獨(dú)立管中界定了至少一個另一流體導(dǎo)管（800)并且如所述獨(dú)立管（104) 那樣所述另一獨(dú)立管由同一基底（102)的材料整體成型。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的流通池（100)，其中所述至少一個另一流體導(dǎo)管（800)與 所述流體導(dǎo)管（800)串行地流體連接或者與所述流體導(dǎo)管（800)并行地流體連接。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的流通池（100)，其中所述至少一個另一流體導(dǎo)管 (800)具有與所述流體導(dǎo)管（800)不同的另一長度，從而使得：傳播通過各自流體導(dǎo)管 (800)的電磁輻射與流經(jīng)各自流體導(dǎo)管（800)的流體樣品進(jìn)行相互作用所沿的有效相互作 用長度（L1，L2)對于不同的流體導(dǎo)管（800)是不同的。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1至17任一項(xiàng)所述的流通池（100)，其中所述獨(dú)立管（104)和所述 獨(dú)立管的周圍被配置為使得：傳播通過所述流體導(dǎo)管（800)的電磁輻射束在所述獨(dú)立管 (104)處完全反射，尤其是在所述獨(dú)立管（104)的外表面處。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)所述的流通池（100)，其中所述獨(dú)立管（104)具有 被成形為包括以下各種形狀的群組中的一種形狀的外表面：矩形、圓形、六邊形、帶有圓角 邊緣的多邊形、以及通過兩個相對彎曲部分連接兩個平行線性部分的形狀。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的流通池（100)，其中所述獨(dú)立管（104)具有 被成形為包括以下各種形狀的群組中的一種形狀的內(nèi)表面：矩形、帶有圓角邊緣的矩形、圓 形、和橢圓形。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)所述的流通池（100)，包括以下特征中的至少一個： 所述流通池（100)包括第一光耦合器元件（130,163)，尤其是光纖件，所述第一光耦合 器元件至少部分地集成于所述基底（102)中以便經(jīng)由所述第一光耦合器元件（130,163)將 電磁輻射耦合到所述流體導(dǎo)管（800); 所述流通池（100)包括第二光耦合器元件（132,164)，尤其是光纖件，所述第二光耦合 器元件至少部分地集成于所述基底（102)中以便將電磁輻射從所述流體導(dǎo)管（800)耦合到 所述第二光耦合器元件（132,164)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1至21中任一項(xiàng)所述的流通池（100)，包括電磁輻射源（402)，該 電磁輻射源（402)被適用于生成電磁輻射束以及將電磁輻射束耦合到所述流體導(dǎo)管（800) 中。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的流通池（100)，包括以下特征中的至少一個： 所述電磁輻射源（402)被適用于生成可見光束和紫外光束中的一者； 所述流通池（100)包括電磁輻射檢測器（404)，該電磁輻射檢測器（404)被適用于檢測 傳播通過所述流體導(dǎo)管（800)后的電磁輻射束； 所述流通池（100)包括電磁輻射檢測器（404)，該電磁輻射檢測器（404)被適用于檢測 傳播通過所述流體導(dǎo)管（800)后的電磁輻射束，其中所述電磁輻射檢測器（404)包括可見 光檢測器和紫外輻射檢測器中的一者。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的流通池（100)，包括以下特征中的至少一個： 所述獨(dú)立管（104)的材料是光學(xué)透明的； 所述流通池（100)被適用于在高壓下引導(dǎo)流體樣品； 所述流通池（100)被適用于在至少50bar的壓力下引導(dǎo)流體樣品，尤其是在至少 lOObar的壓力下； 所述流通池（100)被適用于引導(dǎo)液體樣品； 所述流通池（100)被適用為微流體流通池（100); 所述流通池（100)被適用為納流體流通池（100)。
25. -種用于測量流體樣品的流體設(shè)備（2700)，所述流體設(shè)備（2700)包括： 被適用于處理所述流體樣品的處理單元（2730); 根據(jù)權(quán)利要求1至24中任一項(xiàng)所述的流通池（100)，所述流通池（100)與所述處理單 元（2730)流體連通以用于從所述處理單元（2730)接收已處理的流體樣品。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的流體設(shè)備（2700)，其中所述處理單元（2730)被配置用來 分離所述流體樣品并且被集成在芯片（700)上。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的流體設(shè)備（2700)，其中所述芯片（700)包括多個結(jié)合片 (702,704)，該多個結(jié)合片（702,704)被圖案化為以便形成用來傳導(dǎo)所述流體樣品的流體 導(dǎo)管（800)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25至27中任一項(xiàng)所述的流體設(shè)備（2700)，其中所述處理單元 (2730)中用于引導(dǎo)所述流體樣品的流體導(dǎo)管（800)經(jīng)由孔到孔耦合被引入到與所述獨(dú)立 管（104)的流體導(dǎo)管（800)的流體連通中，尤其是通過堅(jiān)直的孔到孔耦合。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的流體設(shè)備（2700)，其中所述處理單元（2730)和所述流通 池（100)各自形成為在所述處理單元（2730)和所述流通池（100)的主表面處彼此相連的 平面結(jié)構(gòu)，以便在所連接的主表面處提供孔到孔耦合。
30. 根據(jù)權(quán)利要求25至29所述的流體設(shè)備（2700)，包括以下特征中的至少一個： 所述處理元件（2730)被適用于將所述流體樣品保留為流動相的一部分，以及允許流 動相的其他組分通過所述處理元件（2730); 所述處理元件（2730)包括分離柱； 所述處理元件（2730)包括用來分離所述流體樣品的組分的色譜柱； 所述處理元件（2730)的至少一部分被填充有流體分離材料； 所述處理元件（2730)的至少一部分被填充有流體分離材料，其中所述流體分離材料 包括具有大小在Ιμπι到ΙΟμπι范圍內(nèi)的珠粒，尤其是在Ιμπι到5μηι范圍內(nèi)； 所述處理元件（2730)的至少一部分被填充有流體分離材料，其中所述流體分離材料 包括具有孔隙的珠粒,所述孔隙具有范圍在50Α到300Α內(nèi)的大小。 所述流動池（1〇〇)被置于所述處理單元（2730)的下游； 所述處理單元（2730)包括微結(jié)構(gòu)體和覆蓋所述微結(jié)構(gòu)體的表面的至少一部分的多孔 材料； 所述流體設(shè)備（2700)被適用為用于分離所述流體樣品的化合物的流體分離系統(tǒng)； 所述流體設(shè)備（2700)被適用于分析所述流體樣品中的至少一種化合物的至少一個物 理、化學(xué)和/或生物參數(shù)； 所述流體設(shè)備（2700)包括由以下各項(xiàng)組成的群組中的至少一項(xiàng)：傳感器設(shè)備，用于測 試處于測試下的器件或物質(zhì)的測試設(shè)備，用于化學(xué)、生物、和/或藥物分析的設(shè)備，毛細(xì)管 電泳設(shè)備，液相色譜設(shè)備，HPLC設(shè)備（2700)，氣相色譜設(shè)備，以及凝膠電泳設(shè)備。
31. -種通過微機(jī)械加工制造流通池（100)的方法，所述方法包括： 提供基底（102); 用所述基底（102)的材料整體成型獨(dú)立管（104)，在所述獨(dú)立管中界定了流體導(dǎo)管 (800)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述方法還包括： 提供第一基底體（152)和第二基底體（154); 在所述第一基底體（152)和所述第二基底體（154)的每一個中形成槽； 用相對對準(zhǔn)的槽將所述第一基底體（152)和所述第二基底體（152)結(jié)合起來，以便由 對準(zhǔn)的槽形成所述流體導(dǎo)管（800)并且以便由經(jīng)結(jié)合的基底體（152,154)形成所述基底 (102)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述方法還包括：通過去除所述基底（102)的 材料來形成所述基底（102)中的溝槽（106)，以使得所述獨(dú)立管（104)是由所述基底（102) 的未去除材料構(gòu)成的。
34. 根據(jù)權(quán)利要求31到33中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法還包括：在所述基底 (102)內(nèi)形成兩個流體通道（120,122)，并且每個流體通道被流體耦合到所述獨(dú)立管（104) 的相應(yīng)端。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述方法還包括：在所述流體通道（120,122) 延伸出所述基底（102)的位置處形成，尤其是通過磨削和刻蝕來形成，兩個流體通道（120， 122)的空間延伸的末端部分（124,126)。
【文檔編號】B01L3/00GK104093487SQ201280068989
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月3日
【發(fā)明者】約翰·曼尼恩, 凱文·濟(jì)倫, 卡斯特恩·卡埃扎克 申請人:安捷倫科技有限公司