專利名稱：制造微流體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造微流體器件的方法。
背景技術(shù)：
已知用于化學(xué)領(lǐng)域的微流體器件的結(jié)構(gòu)，特別是用于以下領(lǐng)域中
-微量反應(yīng)，目的是從引入到微流體器件內(nèi)的起始反應(yīng)物中產(chǎn)生所有
種類的化合物(分子、顆粒、乳狀液等)，該微流體器件起合成反應(yīng)器的作
用；禾口
-微量分析，目的是探測(cè)不同來(lái)源的樣品(特別是生物流體)中的特 定化合物，并且通常測(cè)量它們的含量。此處，微流體器件提供了該探測(cè)功能。
然而，微流體器件的作用不限于上述功能。特別是，微流體器件可以 被設(shè)計(jì)成起換熱器、過(guò)濾器、混合器、萃取器、分離器(例如，通過(guò)電泳 現(xiàn)象來(lái)工作的那些器件)、用于產(chǎn)生給定尺寸的微滴或固體顆粒的器件的作
用，或者起用于執(zhí)行特殊操作(細(xì)胞溶解作用、DNA擴(kuò)增等)的器件的作用。 所述器件可以是"開放"pen)"的，也就是說(shuō)，它們可以僅是由單個(gè) 元件組成的，在該元件上，蝕刻或沉淀限定微觀結(jié)構(gòu)的形體，例如微通道 和微貯存器。
更一般地，微流體器件是"封閉(closed)"的。它們包括板狀或片狀 的兩個(gè)元件，所述兩個(gè)元件是并置和連接在一起的，元件中的至少一個(gè)在 表面上被蝕刻或設(shè)有形體，該表面面對(duì)其他元件，以便形成微觀結(jié)構(gòu)，該 微觀結(jié)構(gòu)是不漏流體的。通常，微流體器件在所述元件中包括開口，其通 到一個(gè)或多個(gè)微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)、用于導(dǎo)入和排出流體。
在所述微觀結(jié)構(gòu)中儲(chǔ)存非常小的量的流體或者使非常小的量的流體流 過(guò)微觀結(jié)構(gòu)，以用于使容納在所述流體中的化合物起反應(yīng)(共同起反應(yīng)或 與預(yù)先導(dǎo)入到微流體器件中的一種或多種化合物起反應(yīng))或混合或分離所述微流體器件內(nèi)部或外部的一部分流體的成分的目的，以便分析它們的化 學(xué)和/或物理性能。還可以簡(jiǎn)單地使流體流過(guò)微觀結(jié)構(gòu)，以便測(cè)量它們中的 一個(gè)的化學(xué)或物理性能。
通常，所述微觀結(jié)構(gòu)具有大致正方形、矩形、梯形、橢圓形或圓形截
面，并且具有從1到1000 ym變化的厚度，優(yōu)選地從10到500 um。所述微 觀結(jié)構(gòu)的尺寸是根據(jù)是否其為通道、貯存器或用于所述通道或所述貯存器 的連接元件而變化的。通常，所述寬度在IO到IOOO um之間，長(zhǎng)度可以是 從幾毫米到幾厘米之間的范圍，并且面積可以從1到100平方厘米變化。 微流體器件可由不同性質(zhì)的材料制成。
例如，它們可以是由聚合物、硅或金屬制成的。然而，這些材料不能 滿足許多考慮的問(wèn)題
-聚合物對(duì)有機(jī)溶劑敏感(它們傾向于溶解和膨脹)，在高于200-300 ° C的溫度下難以抵抗拉長(zhǎng)處理，在壓力效應(yīng)下變形，并且不是完全化學(xué)惰 性的(它們可以吸附存在于流體中的化合物，并且可能隨后將它們排出)。 此外，很難控制聚合物的表面光潔度，特別是因?yàn)樗鼈兘?jīng)過(guò)一定時(shí)間的離 析。最后，由于某些聚合物可以產(chǎn)生擾動(dòng)，所以通常它們不適合于光譜探 測(cè)技術(shù)，并且特別不適合于拉曼光譜法；
_硅是昂貴的，和某些流體是不相容的，是不透明的，并且其半導(dǎo)體 特性阻止了利用電動(dòng)的和電滲透的泵技術(shù)。此外，用于形成微觀結(jié)構(gòu)的方 法，例如光刻法和DRIE (深反應(yīng)離子刻蝕)是昂貴的，因?yàn)樗鼈冃枰谑?控環(huán)境下的保護(hù)室中工作；和
-金屬易于腐蝕并且既不透明又與某些生物流體不相容。
為了補(bǔ)救上述缺陷，已經(jīng)提出利用玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷來(lái)制造微流 體器件。
這些材料由于其絕緣特性、化學(xué)惰性、它們優(yōu)良的表面光潔度和能夠 以耐久方式被化學(xué)地表面修改而受到重視，該絕緣特性允許流體通過(guò)電動(dòng) 或電滲過(guò)程被傳輸。
玻璃由于其成本、加工性能和透明性而被優(yōu)選，其透明性允許利用光 學(xué)法來(lái)探測(cè)存在于流體中的化合物。在玻璃元件中，可以通過(guò)物理蝕刻、特別是通過(guò)噴砂和通過(guò)借助于C02
激光器的照射(JP-A-2000-298109)、或者通過(guò)玻璃或預(yù)先沉淀在玻璃上的 玻璃粉末基的強(qiáng)化層的直接化學(xué)蝕刻(JP-A-2003-299944)來(lái)獲得通道。
然而，物理和化學(xué)蝕刻工藝可以損害玻璃元件的表面，使其易于散射 光，以致不可能再使用光學(xué)探測(cè)法來(lái)可見地操作該類型的微流體器件。此 外，對(duì)于預(yù)期的應(yīng)用來(lái)說(shuō)腐蝕表面具有過(guò)高的粗糙度，必須通過(guò)應(yīng)用額外 的處理來(lái)糾正，例如加熱或化學(xué)處理，或例如使用酸。
還可以通過(guò)對(duì)玻璃元件上的玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷的前體材料進(jìn)行真 空成形來(lái)獲得所述微觀結(jié)構(gòu)(FR-A-2830206)。該方法需要特殊的真空器件， 要處理的元件越大，該器件就都越昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是制造一種比現(xiàn)有方法的生產(chǎn)率更高并且更經(jīng)濟(jì)的微流 體器件。
本發(fā)明的第一主題是一種制造"開放的"微流體器件的方法，該器件 包括具有至少一個(gè)微觀結(jié)構(gòu)(特別是處于通道或貯存器的形式)的基板，
該方法包括以下步驟
a) 將玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷的前體材料的和有機(jī)介質(zhì)的混合物沉淀到
所述基板上，其是從玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷中選出的材料通過(guò)絲網(wǎng)印刷所
制成的，以便按要求的模式形成至少一個(gè)絲網(wǎng)印刷的形體(feature),各 形體對(duì)應(yīng)于微流體器件；和
b) 在允許前體材料通過(guò)熔化而粘合到基板上的溫度下燒制所述絲網(wǎng) 印刷的形體。
根據(jù)本發(fā)明的方法是有益的，因?yàn)槠浒ㄌ貏e有可能在一個(gè)和相同基 板上印刷幾個(gè)形體的絲網(wǎng)印刷步驟。
絲網(wǎng)印刷是本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的印刷技術(shù)，其是廉價(jià)的、能夠提 高生產(chǎn)率并且可以適合于各種形體。
根據(jù)本發(fā)明，由絲網(wǎng)印刷通過(guò)使玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷的前體材料和 有機(jī)介質(zhì)的混合物經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)來(lái)形成所述形體，在其上印刷了要被復(fù)制在基 板上的模式。必須能夠熔化步驟a)中的前體材料，以便在低于基板的熔點(diǎn)的溫度下 供給玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷，并從而通過(guò)熔化被粘合到基板上。
通常，該材料為由顆粒所組成的細(xì)粉末的形式，該顆粒具有足夠小的 尺寸以能夠穿過(guò)絲網(wǎng)印刷的濾網(wǎng)的網(wǎng)孔，例如，平均尺寸不超過(guò)100 um， 優(yōu)選在1到50 um之間，且有利地在1到20 um之間。優(yōu)選地，該粉末具有 單分散性的分布。
照例，前體材料具有的熱膨脹系數(shù)與基板的熱膨脹系數(shù)接近，以便防 止在燒制時(shí)出現(xiàn)拉伸應(yīng)力，并且減少最后的微流體器件斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。因此， 前體材料的熱膨脹系數(shù)和基板的熱膨脹系數(shù)之間的差異不超過(guò)40X 10—7 K—、 優(yōu)選地不超過(guò)20X 10—7 K—、并且有利地不超過(guò)10X 10—1。
有利地，玻璃的前體材料是從由以氧化鉛為基的玻璃組成的玻璃料中 選擇出來(lái)的，例如，選自于鐵的C80F玻璃料、以鋅和氧化硼為基的玻璃， 例如選自于鐵的玻璃料VN821BJ、和以氧化鉍為基的玻璃，特別是具有以下 化學(xué)成份，按重量百分比
Bi203 50 - 70%
Si02 15 - 30%
B203 1 - 13%
A12030 . 5 - 7%
歸 0. 5 - 7%
有利地是滿足等式Na20+B203+Al203=7.5 - 18 %。結(jié)果是，包括鉍 的后者玻璃類型的玻璃料使獲得特別是追求透明的形體成為可能。
有機(jī)介質(zhì)的作用是給于混合物粘性以使其能夠穿過(guò)濾網(wǎng)，并且能夠保 持基板上的形體的形狀直到燒制步驟?？梢詮谋绢I(lǐng)域技術(shù)人員熟知的介質(zhì) 中選擇，例如，油類，特別是松油或蓖麻油?；旌衔镏械慕橘|(zhì)的量取決于 前體材料的特性和所希望的粘度。
所述混合物可以還包括用于賦予通道特殊性質(zhì)的其他化合物，例如， 一種或多種金屬氧化物或金屬或無(wú)機(jī)化合物。
用于絲網(wǎng)印刷的濾網(wǎng)適合于基板上的應(yīng)用條件。
優(yōu)選地，所述濾網(wǎng)具有很小的開口，以便獲得要被印刷的形體的良好 清晰度。
9此外，選擇所述濾網(wǎng)，以便允許混合物沉淀出1到1000 um之間的厚度， 優(yōu)選等于200 um或更小。
在合適的地方，可以進(jìn)行幾次連續(xù)的沉淀操作，以便在基板上獲得更 大的混合物厚度。
基板可以是由玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷制成的，在該基板上應(yīng)用絲網(wǎng)印 刷的形體。
雖然變化很大，但是基板的厚度優(yōu)選較小，特別是小于4 irai，有利地 是2 mm或更小，并且更好是l mm或更小。
優(yōu)選地，基板是由玻璃，特別是鈉鈣硅玻璃或硼硅酸鹽玻璃制成的。
所述基板可以在全部或部分表面上涂敷功能層，在該表面上沉淀所述 至少一個(gè)形體，所述功能層可以是連續(xù)的或不連續(xù)的，特別是形成與要被 絲網(wǎng)印刷的形體相同或不同的形體。
作為這樣的層的實(shí)例，所提及的層可以是由以下層制成的傳導(dǎo)(特 別是導(dǎo)電)層、加熱層、絕緣層、親水或憎水層、吸附被導(dǎo)入到微流體器 件內(nèi)的流體的一種或多種成分的層、催化(特別是光催化)層、金屬層(特 別是允許通過(guò)磁方法探測(cè)的那些金屬層)、具有鏡像效應(yīng)的層、抗反射層、 低輻射或low-E層、防霜層、防霧層、防曬層等。優(yōu)選導(dǎo)電層和金屬層，特 別是因?yàn)閷?dǎo)電層允許產(chǎn)生電極，因?yàn)榻饘賹釉试S在微觀結(jié)構(gòu)(特別是在通 道)中在原處使用探測(cè)方法。
基板還可以包括在全部或部分表面上的微觀結(jié)構(gòu)，在該表面上沉淀有 絲網(wǎng)印刷混合物。
有利地，基板具有大尺寸，以便可以同時(shí)絲網(wǎng)印刷幾個(gè)形體，并因此 可以在單次操作中獲得大數(shù)量的微流體器件。因此，可能使用具有可以達(dá) 到幾平方米面積的基板，從而能夠在單個(gè)基板上生產(chǎn)出幾百個(gè)微流體器件。
在步驟b)中，在足以熔化前體混合物并且允許其以耐久方式被粘合到 基板上的溫度下燒制所述絲網(wǎng)印刷的形體。
所述燒制溫度取決于前體材料的特性、基板的特性和可能是功能層的 特性及出現(xiàn)在表面上的微觀結(jié)構(gòu)的特性，該表面旨在用于絲網(wǎng)印刷混合物 的沉淀。優(yōu)選地，所述燒制溫度高于前體材料的熔點(diǎn)，優(yōu)選地高于其至少50° C， 但是低于基板的熔點(diǎn)。
當(dāng)基板是由玻璃制成時(shí)，燒制溫度通常低于應(yīng)變點(diǎn)溫度(玻璃在該溫 度下具有10'"泊的粘度)加上200° C。
燒制時(shí)間可以從1到50分鐘變化，優(yōu)選為3到20分鐘。
優(yōu)選地，在低溫下開始燒制步驟，以便首先強(qiáng)化前體材料并除去有機(jī) 介質(zhì)，并且其次，通過(guò)熔化將前體材料粘合到基板上。
重要的是，以不太高的速度進(jìn)行冷卻，以便基板中的拉伸應(yīng)力盡可能 低，以便可以在合適處正確地將其切割。冷卻速度優(yōu)選小于200。 C每分鐘， 有利地是在5到100。 C每分鐘之間。
本發(fā)明的另一主題是制造一種"封閉的"微流體器件的方法，該器件 包括至少兩個(gè)基板和至少一個(gè)微觀結(jié)構(gòu)，其特征在于該方法包括的步驟在 于
a) 通過(guò)絲網(wǎng)印刷將玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷前體材料的和有機(jī)介質(zhì)的混 合物沉淀在第一基板上，以便以所要求的模式形成至少一個(gè)絲網(wǎng)印刷的形 體，所述第一基板是由從玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷中選出的材料制成的，并 且各形體對(duì)應(yīng)于微流體器件；
b) 在足以除去該有機(jī)介質(zhì)的溫度下選擇性地干燥所述絲網(wǎng)印刷的形
體；
c) 將由從玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷中選出的材料制成的第二基板沉淀在 該絲網(wǎng)印刷的形體上，該第二基板與所述第一基板相同或不同；和
d) 在允許通過(guò)熔化將該前體材料粘合到該基板上的溫度下燒制所獲 得的組件。
在與制造開放的微流體器件的步驟a)相同的條件下進(jìn)行步驟a)。 在步驟b)中，為了干燥和除去有機(jī)介質(zhì)的目的，使絲網(wǎng)印刷的形體經(jīng)
受熱處理。該處理的目的是防止在隨后的燒制步驟期間因介質(zhì)的分解而形
成氣泡副產(chǎn)品，所述氣泡易于在前體材料內(nèi)產(chǎn)生氣孔，這會(huì)損害最后的微
流體器件的流體密封性。
所述溫度取決于所使用的介質(zhì)的特性。通常，其在50到200。 C之間，
優(yōu)選大約IOO。 C。
ii干燥時(shí)間可以從1到30分鐘變化，優(yōu)選為1到20分鐘。
所述干燥還可以使第一基板上的形體被暫時(shí)固定，并且在下一步驟c) 中當(dāng)被放置在第二基板上時(shí)改善其機(jī)械強(qiáng)度。
第二基板可以與第一基板相同，或可以通過(guò)其尺寸和/或組成材料的特 性和/或功能層和/或存在于表面上的微觀結(jié)構(gòu)而不同，該表面面對(duì)該形體。 有利地是，第二基板是由與第一基板相同的材料組成的。
為了增加微流體器件中的微觀結(jié)構(gòu)的厚度，第二基板在所述表面上可 以包括以前體材料為基礎(chǔ)的、與第一基板的相容的一個(gè)或多個(gè)絲網(wǎng)印刷的 形體。
優(yōu)選地，第二基板的熱膨脹系數(shù)與存在于第一基板上的前體材料的熱 膨脹系數(shù)相容，并且因此還與第一基板的熱膨脹系數(shù)相容。
在步驟d)中，在允許熔化玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷前體材料的溫度下燒 制由基板和絲網(wǎng)印刷的形體所組成的組件，以便將所述兩個(gè)基板粘合到玻 璃、玻璃陶瓷或陶瓷上，以形成不能滲透液態(tài)和氣態(tài)流體的微觀結(jié)構(gòu)。
備選地，在燒制期間向第二基板施加壓力，以便確保基板和絲網(wǎng)印刷 的形體之間更好地接觸，并且從而改善粘合的質(zhì)量，特別是減小了微觀結(jié) 構(gòu)內(nèi)的滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。
如同在所描述的用于生產(chǎn)開放的微流體器件的步驟b)中，燒制溫度必 須高于前體材料的熔點(diǎn)，但是低于具有最低熔點(diǎn)的基板的熔點(diǎn)。
優(yōu)選地，當(dāng)基板是由玻璃制成時(shí)，燒制溫度低于具有最低應(yīng)變點(diǎn)溫度 的基板的應(yīng)變點(diǎn)溫度加上200° C。以該方法，燒制時(shí)間從1到50分鐘變化， 優(yōu)選地3到20分鐘。
根據(jù)實(shí)施本發(fā)明方法的一種方式，為了保持分開基板的距離恒定，可 以在基板之間放置間隔件。
在組裝和燒制基板之前，通常將間隔件放置在一個(gè)或兩個(gè)基板上，以 便將它們粘合在一起。優(yōu)選地將它們放置在第一基板上。
在應(yīng)用到基板上之前，可以將間隔件導(dǎo)入到前體材料內(nèi)，例如，以顆 粒的形式，該顆粒具有與所要求的間隔相匹配尺寸并且由抵抗燒制的材料 組成。優(yōu)選地，所述顆粒是球形的。
12還可以將間隔件導(dǎo)入到與構(gòu)成所述形體相同或不同的前體混合物內(nèi)并 且分開地將其應(yīng)用到該形體的外面，例如，在分開該形體的區(qū)域中(即， 在該形體之間)或在第一和/或第二基板的周圍區(qū)域中。該混合物可以以斑 點(diǎn)或者連續(xù)線或虛線形式被沉淀在全部或部分的上述區(qū)域上。
間隔件還可以是適當(dāng)形狀和尺寸的分開的元件，例如沉淀在基板之一 的表面上的球、圓柱或十字形元件。在適當(dāng)處，可以利用在燒制后不留下 殘?jiān)恼澈蟿﹣?lái)將間隔件保持在合適的位置上。
除上述步驟之外，本發(fā)明的方法還包括以下步驟
-基板的切割，特別是當(dāng)存在幾個(gè)絲網(wǎng)印刷的形體時(shí)。
在開放的微流體器件的情況下，可以在沉淀混合物的步驟a)之后在基 板上進(jìn)行切割，或者可以在燒制步驟b)之后在基板上進(jìn)行切割。
在封閉的微流體器件的情況下，可以在第一和/或第二基板上進(jìn)行切 割。優(yōu)選地，在步驟a)或b)之后(有利地是，在步驟d)之后)進(jìn)行第一 基板的切割，并且在步驟d)之后進(jìn)行第二基板的切割。
根據(jù)第一種執(zhí)行過(guò)程的變體，在步驟a)之后(優(yōu)選是在步驟b)之后) 切割第一基板，并且與第二基板組裝(該第二基板具有實(shí)質(zhì)上與第一基板 相同的尺寸)，切割基板。
根據(jù)第二種執(zhí)行過(guò)程的變體，在步驟d)之后切割兩個(gè)基板。
可以利用任何己知的裝置來(lái)進(jìn)行所述切割，例如，通過(guò)金剛石砂輪設(shè) 備或利用激光。通常在區(qū)域中在形體之間以與所選擇的切割方式相匹配的 距離進(jìn)行切割，該區(qū)域可以已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)處理以使基板變脆(例如，使其預(yù) 破裂)，或者其已經(jīng)例如通過(guò)適合的絲網(wǎng)印刷的形體被形成(在該形體上進(jìn) 行切割)；
-在基板中鉆一個(gè)或多個(gè)凹進(jìn)部，以便使微觀結(jié)構(gòu)和外部產(chǎn)生關(guān)系， 并且從而允許流體進(jìn)入和離開。該孔口可以位于一個(gè)或兩個(gè)基板上。優(yōu)選 地，在開放的器件的情況下，在步驟a)之前或者在步驟b)之后在基板上 進(jìn)行鉆孔，并且在封閉的器件的情況下，在步驟a)之前在第一基板上鉆孔 和/或在組裝好之后在第二基板上鉆孔；
-將至少一個(gè)聚合物膜應(yīng)用到微流體器件的表面中的至少一個(gè)上，特 別是來(lái)增加微流體器件的沖擊強(qiáng)度；-對(duì)至少一個(gè)微觀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面的化學(xué)或物理處理，例如，來(lái)改善與
所使用的流體的相容性，例如，親水或親脂性處理；和
_插入附著的部件，例如，電極、磁體、閥門、任何類型的密封件和 連接元件。
特別有利地是，通過(guò)以下方法來(lái)進(jìn)行開放的微流體器件的制造
-通過(guò)絲網(wǎng)印刷來(lái)將至少玻璃料和有機(jī)介質(zhì)的混合物沉淀在玻璃基板 上，該玻璃基板涂敷有功能層，以便形成許多相同或不同的絲網(wǎng)印刷的形
體；
-燒制所述絲網(wǎng)印刷的形體；
-在該形體之間切割該基板，并且收集該微流體器件；和
-選擇性地將聚合物膜應(yīng)用到一個(gè)或多個(gè)微流體器件的表面上，以便
完全地或部分地封閉該微觀結(jié)構(gòu)。
特別有利地是，通過(guò)以下方法來(lái)進(jìn)行封閉的微流體器件的制造
-通過(guò)絲網(wǎng)印刷在涂敷有不連續(xù)的功能層的玻璃基板上沉淀至少一種
玻璃料和有機(jī)介質(zhì)的混合物，以便形成許多相同或不同的絲網(wǎng)印刷的形體； -在足以除去該有機(jī)介質(zhì)的溫度下干燥所述絲網(wǎng)印刷的形體； -將尺寸類似于該第一基板的第二玻璃基板沉淀到所述形體上，所述
第二基板優(yōu)選地包括至少一個(gè)凹進(jìn)部；
-在允許通過(guò)熔化將該前體材料粘合到該基板上的溫度下燒制所獲得
的組件；和
-在該形體之間切割該基板，并且收集該微流體器件。 在一種或其他的上述特別有利的方法中，該功能層是導(dǎo)電的。
根據(jù)本發(fā)明獲得的微流體器件具有近似地正方形或矩形橫截面的微觀 結(jié)構(gòu)，其在第一基板上被稍微倒圓，具有可以達(dá)到1000 Pip范圍的深度， 優(yōu)選地在5到200 um之間，并且有利地是在10到100 um之間。完全是 由玻璃制成的器件是有益的，因?yàn)闃?gòu)成的基板或基板具有很小的厚度并且 是透明的，從而使它們能被用于光探測(cè)技術(shù)中。
具體實(shí)施例方式
通過(guò)參照以下圖能更好地理解本發(fā)明。圖l示意性地描述了用于根據(jù)三個(gè)變體來(lái)制造一個(gè)或多個(gè)開放的微流 體器件的方法的步驟。
根據(jù)第一個(gè)變體，在其上復(fù)制有所要求的形體的絲網(wǎng)印刷的濾網(wǎng)被放
置在裸露的基板A上，并且玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷前體的混合物借助于涂刷
器經(jīng)過(guò)該濾網(wǎng)。因此，在基板上形成絲網(wǎng)印刷的形體l。然后，對(duì)基板進(jìn)行 熱處理，以便將前體混合物熔化并將其耐久地粘結(jié)到基板上。微流體器件
10包括微觀結(jié)構(gòu)2。
根據(jù)第二個(gè)變體，基板A涂敷有功能層3，例如，導(dǎo)電層。在第一個(gè)變 體的條件下沉淀出絲網(wǎng)印刷的形體l，并且對(duì)基板熱處理，以便形成包括微 觀結(jié)構(gòu)2'的微流體器件10'，其較低的內(nèi)表面涂敷有功能層3。在該變體中， 在燒制后，將聚合物膜4應(yīng)用到形體1 (頂面)上，以便形成"覆蓋層"(器 件IO， a)、在玻璃基板(底面)上特別起增強(qiáng)層的作用(器件10' b)、或 在底面和頂面上(器件10' c)。
根據(jù)第三個(gè)變體，基板B包括蝕刻在表面上的微觀結(jié)構(gòu)5，例如，微通 道。在第一個(gè)變體的條件下，通過(guò)將形體放置成與微觀結(jié)構(gòu)相對(duì)，將絲網(wǎng) 印刷的形體l沉淀在基板上，并且對(duì)基板熱處理以形成微流體器件10"。因 此，所獲得的微觀結(jié)構(gòu)2，'可以具有很大的容積。
圖2再次示意性地描述了用于制造一個(gè)或多個(gè)封閉的微流體器件的方 法的步驟和可以獲得的各種微流體器件。
基板可以是裸露的基板A、涂敷有功能層3的基板A或包括表面蝕刻的微 觀結(jié)構(gòu)5的基板B。
將在圖l的第一個(gè)變體所描述的條件下絲網(wǎng)印刷的形體l沉淀到上述基 板上。在確保除去介質(zhì)和固結(jié)絲網(wǎng)印刷的形體l的溫度下對(duì)設(shè)有形體的基板 熱處理。
將涂敷形體l的基板與第二基板組裝，該基板可以是裸露的基板A、涂 敷連續(xù)的功能層3'的基板A、支撐絲網(wǎng)印刷的形體l'的基板A或包括蝕刻 的微觀結(jié)構(gòu)4'的基板B。
在適合于熔化玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷前體材料的溫度下對(duì)基板的結(jié)合 體熱處理，并且將其粘合到基板上。
通過(guò)結(jié)合各種基板而可以獲得的微流體器件由100a到100i來(lái)表示。
15下面給出的示例性實(shí)施例允許來(lái)圖解本發(fā)明，然而卻不限制它。 實(shí)例l
通過(guò)在鈉鈣硅玻璃片(尺寸L=10 cm; 1=10 cm;厚度=0. 7 mm)上絲 網(wǎng)印刷來(lái)形成兩個(gè)相同的形體，各形體相當(dāng)于由尺寸為2 cmXl cm、被間 隔開4 cm并且在中間處通過(guò)寬0.2 cm的線條連接的兩個(gè)矩形組成H形式的微 流體器件。
為了生產(chǎn)該形體，使用絲網(wǎng)印刷膏，該印刷膏是通過(guò)將34份重量的、 以蓖麻油和觸變劑為基的介質(zhì)(標(biāo)準(zhǔn)80840,按鐵出售)禾P100份重量的、 低熔點(diǎn)的無(wú)鉛硼酸鋅玻璃料(cL二5 um;標(biāo)準(zhǔn)VN821BJ，按鐵出售)在以 每分鐘3000轉(zhuǎn)的速度運(yùn)轉(zhuǎn)的盤式分配器中進(jìn)行混合而獲得的。
借助于由每厘米為80到200個(gè)聚酯紗線構(gòu)成厚度為大約15微米的絲網(wǎng) 印刷的濾網(wǎng)來(lái)將混合物沉淀在玻璃片上。然后在IOO。 C下干燥幾分鐘。
放置在支撐絲網(wǎng)印刷的形體的玻璃片上的是有與第一個(gè)玻璃片相同尺 寸的第二個(gè)鈉鈣硅玻璃片，設(shè)有顯現(xiàn)在上面限定的矩形中的圓孔(每個(gè)矩 形兩個(gè)孔；每個(gè)形體四個(gè)孔)。將由兩個(gè)板形成的組件導(dǎo)入到熔爐內(nèi)，并且 在以下條件下加熱按每分鐘IO。 C的速度加熱到600。 C的溫度，維持600 ° C五分鐘，并且按每分鐘IO。 C的速度冷卻到室溫。
通過(guò)激光在兩個(gè)玻璃片上的形體之間切割所述組件，并且收集微流體 器件。
所述器件的通道具有10微米級(jí)別的深度。
權(quán)利要求
1. 一種制造微流體器件的方法，該器件包括設(shè)有至少一個(gè)微觀結(jié)構(gòu)的基板，其特征在于，其包括的步驟在于a)通過(guò)絲網(wǎng)印刷將玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷前體材料和有機(jī)介質(zhì)的混合物沉淀到所述基板上，以便以所要求的模式形成至少一個(gè)絲網(wǎng)印刷的形體，所述基板是由從玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷中選出的材料制成的，各形體對(duì)應(yīng)于微流體器件；和b)在允許通過(guò)熔化將前體材料粘合到該基板上的溫度下燒制該絲網(wǎng)印刷的形體。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，其包括在步驟a)之后切 割該基板的步驟。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟b)之后進(jìn)行該切割。
4. 如權(quán)利要求1到3之一所述的方法，其特征在于，該基板在全部或 部分表面上涂敷有功能層，在該表面上沉淀該絲網(wǎng)印刷混合物。
5. 如權(quán)利要求1到3之一所述的方法，其特征在于，該基板在全部或 部分表面上具有微觀結(jié)構(gòu)，在該表面上沉淀該絲網(wǎng)印刷混合物。
6. 如權(quán)利要求1到5之一所述的方法，其特征在于，其包括在該基板 中鉆出至少一個(gè)凹進(jìn)部的步驟，以便使該微觀結(jié)構(gòu)和外部產(chǎn)生關(guān)系。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在步驟a)之前或在步驟 b)之后在該基板上進(jìn)行鉆孔。
8. 如權(quán)利要求1到7之一所述的方法，其特征在于，其包括在至少一個(gè)微觀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上進(jìn)行化學(xué)或物理處理的步驟。
9. 如權(quán)利要求1到8之一所述的方法，其特征在于，其包括至少一個(gè) 聚合物膜在該微流體器件的表面中的至少一個(gè)上的應(yīng)用。
10. 如權(quán)利要求1到9之一所述的方法，其在于-通過(guò)絲網(wǎng)印刷來(lái)將至少玻璃料和有機(jī)介質(zhì)的混合物沉淀在玻璃基板 上，該玻璃基板涂敷有功能層，以便形成許多相同或不同的絲網(wǎng)印刷的形 體；-燒制所述絲網(wǎng)印刷的形體；-在該形體之間切割該基板，并且收集該微流體器件；和 -選擇性地將聚合物膜應(yīng)用到一個(gè)或多個(gè)微流體器件的表面上，以便 完全地或部分地封閉該微觀結(jié)構(gòu)。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，該功能層是導(dǎo)電層。
12. —種制造微流體器件的方法，該器件包括至少兩個(gè)基板和至少一 個(gè)微觀結(jié)構(gòu)，其特征在于，其包括的步驟在于a) 通過(guò)絲網(wǎng)印刷將玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷前體材料和有機(jī)介質(zhì)的混合 物沉淀在第一基板上，以便以所要求的模式形成至少一個(gè)絲網(wǎng)印刷的形體， 所述第一基板是由從玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷中選出的材料制成的，并且各 形體對(duì)應(yīng)于微流體器件；b) 在足以除去該有機(jī)介質(zhì)的溫度下選擇性地干燥所述絲網(wǎng)印刷的形體；c) 將由從玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷中選出的材料制成的第二基板沉淀在 該絲網(wǎng)印刷的形體上，該第二基板與所述第一基板相同或不同；禾口d) 在允許通過(guò)熔化將該前體材料粘合到該基板上的溫度下燒制所獲 得的組件。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，其包括切割該第一基板和/或該第二基板的步驟。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在步驟a)之后，優(yōu)選 在步驟b)之后，切割該第一基板，并且在步驟d)之后切割該第二基板。
15. 如權(quán)利要求12到14之一所述的方法，其特征在于，該第一基板 涂敷有功能層或者在全部或部分表面上包括微觀結(jié)構(gòu)，在該表面上沉淀該 絲網(wǎng)印刷混合物。
16. 如權(quán)利要求12到15之一所述的方法，其特征在于，該第二基板 涂敷有功能層，在全部或部分表面上覆蓋有使用玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷前 體材料和有機(jī)介質(zhì)的混合物的絲網(wǎng)印刷的形體，或包括微觀結(jié)構(gòu)，在該表 面上沉淀該絲網(wǎng)印刷混合物。
17.如權(quán)利要求12到16之一所述的方法，其特征在于，在組裝該基 板之前沉淀間隔件。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，該間隔件被導(dǎo)入到該絲 網(wǎng)印刷混合物內(nèi)或以玻璃料的形式被沉淀在該第一基板和/或該第二基板 上。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該玻璃料被沉淀在該形 體的外部或者被沉淀在該形體之間。
20. 如權(quán)利要求12到19之一所述的方法，其特征在于，其包括在該 第一基板和/或該第二基板中鉆出至少一個(gè)凹進(jìn)部的步驟，以便使該微觀結(jié) 構(gòu)和該外部產(chǎn)生關(guān)系。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，在步驟a)時(shí)在該第一 基板上進(jìn)行鉆孔和/或在組裝該基板之前在該第二基板上進(jìn)行鉆孔。
22. 如權(quán)利要求12到21之一所述的方法，其特征在于，其包括至少 一個(gè)聚合物膜在該微流體器件的表面中的至少一個(gè)上的應(yīng)用。
23. 如權(quán)利要求12到22之一所述的方法，其特征在于，其包括在至 少一個(gè)微觀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上進(jìn)行化學(xué)或物理處理的步驟。
24. 如權(quán)利要求12到23之一所述的方法，其在于-通過(guò)絲網(wǎng)印刷在涂敷有不連續(xù)的功能層的玻璃基板上沉淀至少一種 玻璃料和有機(jī)介質(zhì)的混合物，以便形成許多相同或不同的絲網(wǎng)印刷的形體;-在足以除去該有機(jī)介質(zhì)的溫度下干燥所述絲網(wǎng)印刷的形體；-將尺寸類似于該第一基板的第二玻璃基板沉淀到所述形體上，所述 第二基板優(yōu)選地包括至少一個(gè)凹進(jìn)部；-在允許通過(guò)熔化將該前體材料粘合到該基板上的溫度下燒制所獲得 的組件；和-在該形體之間切割該基板，并且收集該微流體器件。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，該功能層是導(dǎo)電層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)絲網(wǎng)印刷來(lái)制造“開放的”微流體器件的方法。該方法包括以下步驟a)通過(guò)絲網(wǎng)印刷將玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷前體材料和有機(jī)介質(zhì)的混合物沉淀到所述基板上，以便按所要求的模式形成至少一個(gè)絲網(wǎng)印刷的形體，所述基板是由從玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷中選出的材料制成的，各形體相當(dāng)于微流體器件；和b)在允許通過(guò)熔化將前體材料粘合到基板上的溫度下燒制所述絲網(wǎng)印刷的形體。本發(fā)明的主題還是制造被玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷板“封閉”的微流體器件的方法。
文檔編號(hào)B81B1/00GK101522556SQ200780038337
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2007年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月12日
發(fā)明者E·布呂內(nèi), G·迪西, H·加斯孔 申請(qǐng)人:法國(guó)圣-戈班玻璃公司