專(zhuān)利名稱(chēng)：微流控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括閥/泵單元的微流控裝置(micro fluidic device), 根據(jù)本發(fā)明的包括所述閥/泵單元的微流控裝置優(yōu)選地用在分子診斷 中。
背景技術(shù)：
生物技術(shù)部門(mén)已經(jīng)做出很大的努力來(lái)發(fā)展用于樣品處理和分析的 微型化流體樣品傳輸裝置，諸如微流控器，常命名為芯片上實(shí)驗(yàn)室 (LOC)或微全分析系統(tǒng)(微TAS)。這些系統(tǒng)用于諸如DAN和蛋白 質(zhì)的特定生物分子的檢測(cè)和分析。
一般而言，微系統(tǒng)裝置包含流體、電學(xué)和機(jī)械功能，包括泵、閥、 混合器、加熱器以及傳感器，諸如光學(xué)、磁性和/或電學(xué)傳感器。典型 的分子診斷化驗(yàn)包括諸如細(xì)胞溶菌作用、清洗、PCR擴(kuò)增和/或檢測(cè)的 處理步驟。
集成微流控裝置需要在單個(gè)模板上組合很多功能，例如過(guò)濾、混 合、流體致動(dòng)、加熱、冷卻和光學(xué)、電學(xué)或磁性檢測(cè)。依據(jù)模塊概念， 不同的功能可以在例如硅或玻璃的分離功能基板上實(shí)現(xiàn)。這些功能需 要與通常由塑料制成的微流體通道系統(tǒng)組配。當(dāng)使用小通道幾何形狀 時(shí)，這種集成方式變成十分具有挑戰(zhàn)的處理。基板和通道板之間的界 面需要十分光滑和精確，且通道的幾何形狀需要可復(fù)制，同時(shí)功能基 板將具有最小基底面以提高成本效率。尤其在具有需要流體及電學(xué)接 口的功能時(shí)，濕界面的分離是十分關(guān)鍵的。鍵合技術(shù)必須與在功能基 板上存在的生物試劑及表面處理兼容。
通過(guò)引用結(jié)合于此的US-A1 2003/0057391披露了一種低功率集成 泵浦和閥調(diào)陣列，其提供革命性的方法來(lái)執(zhí)行微制作的流控系統(tǒng)中的 泵浦和閥調(diào)操作，以用于諸如醫(yī)學(xué)診斷微芯片之類(lèi)的應(yīng)用。該方法將 低功率高壓源與封閉在類(lèi)似于微注射器的微通道中的聚合物、陶瓷或 金屬栓塞集成。當(dāng)壓力源被激勵(lì)時(shí)，聚合物栓塞在微通道內(nèi)滑動(dòng)，泵 浦栓塞的相對(duì)側(cè)上的流體，而不允許流體在栓塞周?chē)孤?。該栓塞可用作微閥。
然而，US-A1 2003/0057391的泵系統(tǒng)不提供足夠小的死體積且也 不提供優(yōu)化的快速流體傳輸。而且，栓塞必須絕對(duì)合適以避免樣品流 體泄漏，因而，不能以低制造縱深提供低功率集成泵浦和閥調(diào)陣列。
US 2005/0098749披露了 一種微閥和形成用于微閥的隔膜停止的方 法。該微閥包括第一層和隔膜組件以控制通過(guò)該微閥的流體的流動(dòng)。 該方法包括以下步驟以從層的表面向內(nèi)延伸而連續(xù)增大的深度，通 過(guò)使用激光移除一 系列區(qū)域中的材料，形成從該層的表面向內(nèi)延伸的 波形凹槽。優(yōu)選地，凹槽具有常頂形狀，且可以通過(guò)經(jīng)由運(yùn)行在計(jì)算 機(jī)上的計(jì)算機(jī)輔助繪圖程序操作的直寫(xiě)激光來(lái)形成。例如，可以產(chǎn)生 包括一組近似圓的同心多邊形的CAD圖稿文件以生成常頂結(jié)構(gòu)。修改 多邊形的偏移步長(zhǎng)和使得某些線寬等同于等價(jià)激光工具定義可以控制 激光消融深度。優(yōu)選地，激光工具定義與CAD圖稿相結(jié)合，該CAD 圖稿定義激光路徑，使得所得的幾何形狀沒(méi)有將導(dǎo)致閥的隔膜撕裂或 破裂的尖銳邊緣。
US 2005/0098749僅涉及微閥。因而，US 2005/0098749的微閥單元 并不同時(shí)在相同單元中集成泵和閥功能。而且，隔膜組件非柔性，使 得US 2005/0098749的微閥單元沒(méi)有形成和重新形成臨時(shí)通道，流體流 通過(guò)該臨時(shí)通道引導(dǎo)。如US 2005/0098749中所披露的，隔膜組件在特 定氣壓下打開(kāi)一孔，使得氣體可以經(jīng)過(guò)。然而，使用隔膜組件不能泵 浦氣體。
在近十年里，做出了大量的研究努力來(lái)研發(fā)用于微流控系統(tǒng)裝置 的泵浦系統(tǒng)以減小流體的分析樣品體積。
盡管做出了這些努力，仍需要具有優(yōu)化的減小死體積的閥/泵單元。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于微流控裝置的閥/泵單元。 本發(fā)明的閥/泵單元提供微流控裝置上的流體閥或泵浦動(dòng)作，該微
流控裝置具有減小到最小，優(yōu)選地減小到大約零的優(yōu)化死體積。
該目的使用包括至少一個(gè)閥/泵單元的微流控裝置獲得，其中該微
流控裝置包括
基板，其中所述基板的下表面上布置至少兩個(gè)微通道以引導(dǎo)基板上的流體樣品流動(dòng)，其中所述兩個(gè)微通道非端到端連接而是通過(guò)所述
基板的閥/泵單元區(qū)域分隔開(kāi)；
至少一個(gè)柔性膜，其中該柔性膜布置在所述基板的下表面上；
致動(dòng)件，具有與該柔性膜相鄰布置的上表面；
布置于該柔性膜的下表面上的至少一個(gè)覆蓋件，其中該覆蓋件包 括用于容納致動(dòng)件的至少一個(gè)貫穿切口 ，使得所述致動(dòng)件的移動(dòng)導(dǎo)致 相鄰布置的柔性膜區(qū)域的泵和/或閥/泵單元?jiǎng)幼?，以產(chǎn)生或者停止所述 基板上引導(dǎo)的流體流；使得
通過(guò)由覆蓋該閥區(qū)域的該柔性膜形成的可臨時(shí)成形通道，所述兩 個(gè)非端到端連接的微通道之間的流體流在該基板的下表面的該閥區(qū)域 和該柔性膜的上表面之間被引導(dǎo)，由此致動(dòng)件朝向該基板下表面的移 動(dòng)導(dǎo)致閥動(dòng)作，且與該基板下表面相反地移動(dòng)釋放了室內(nèi)的空間，柔 性膜可以嚙合到該空間內(nèi)以形成臨時(shí)通道，該致動(dòng)件的上表面在閥區(qū) 域至少部分地覆蓋該膜表面。
根據(jù)本發(fā)明的閥/泵單元同時(shí)在相同單元中集成了泵和閥功能。
優(yōu)選地，微流控裝置包括至少兩個(gè)閥/泵單元，使得流體例如可以 被雙向泵浦。
根據(jù)本發(fā)明的微流控裝置可用于通過(guò)永久通道和臨時(shí)形成通道的 微通道系統(tǒng)將基板上的流體流引導(dǎo)到希望的區(qū)域，其中流體可以經(jīng)受 例如50 mbar至lbar，優(yōu)選地100 mbar至300 mbar的較低的過(guò)壓。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，基板包括多個(gè)微通道且樣品流體經(jīng)由 閥區(qū)域從一個(gè)微通道引導(dǎo)到多個(gè)微通道。當(dāng)前可用的技術(shù)允許在不同 反應(yīng)室中并行地進(jìn)行很多反應(yīng)。通過(guò)操作閥/泵，本發(fā)明允許經(jīng)由多個(gè) 微通道同時(shí)引導(dǎo)樣品流體到多個(gè)反應(yīng)室。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，閥區(qū)域包括流體腔，其中該流體 腔布置成^r存樣品流體。貯存在流體腔中的樣品流體經(jīng)由微通道被分 配到不同反應(yīng)室。所有反應(yīng)室可以通過(guò)操作閥/泵單元一次填充以樣品 流體。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，閥/泵附著到柔性箔，其中該柔性箔能
面。致動(dòng)件的這種移動(dòng)導(dǎo)致從流體腔到多個(gè)非端到端連接微通道的流 體流。該柔性箔允許閥/泵單元的引導(dǎo)，而不限制閥/泵單元對(duì)準(zhǔn)到基板。換句話說(shuō)，閥/泵單元可以通過(guò)一個(gè)致動(dòng)件來(lái)致動(dòng)，該致動(dòng)件將該閥/ 泵單元推向基板，關(guān)閉臨時(shí)形成的通道。柔性膜可以是聚丙烯。
根據(jù)本發(fā)明的又一 實(shí)施例，微通道放射狀排列且從基板下表面的 底部從經(jīng)過(guò)岡區(qū)域的中央開(kāi)始且跨越到基板下表面的頂部。這種獨(dú)特 的流體通道設(shè)計(jì)允許多個(gè)微通道與形成流體腔下表面的柔性膜的較簡(jiǎn) 單密封。隨著致動(dòng)件朝向基板下表面的移動(dòng)，柔性膜關(guān)閉所有的微通 道。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，柔性膜布置成形成流體腔的下表面。 通過(guò)覆蓋閥區(qū)域的柔性膜形成的可臨時(shí)形成通道，流體流在基板下表 面的閥區(qū)域和柔性膜的上表面之間被引導(dǎo)，由此致動(dòng)件朝向基板下表 面的移動(dòng)導(dǎo)致閥動(dòng)作且與基板下表面的相反地移動(dòng)釋放了室內(nèi)空間， 柔性膜可以嚙合到該空間內(nèi)以形成臨時(shí)通道，且致動(dòng)件的上表面在閥 區(qū)域至少部分地覆蓋膜表面。
當(dāng)在此使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"檢測(cè)裝置"或"檢測(cè)件"指允許使用本領(lǐng)域中 公知的分析檢測(cè)技術(shù)詢(xún)問(wèn)樣品處理隔室內(nèi)流體樣品的任意裝置、結(jié)構(gòu) 或配置。因而，檢測(cè)裝置可以包括一個(gè)或多個(gè)孔徑，細(xì)長(zhǎng)孔徑或凹槽， 這些孔徑或凹槽與樣品處理隔室相連，且可以允許外部檢測(cè)設(shè)備或裝 置與樣品處理隔室相連以檢測(cè)流經(jīng)流體樣品傳輸裝置的流體樣品，也 稱(chēng)為分析物。
術(shù)語(yǔ)"流體樣品"用于表示可以通過(guò)臨時(shí)形成的通道系統(tǒng)泵浦的任 意化合物或組成。"流體樣品"優(yōu)選地是液體。
當(dāng)在本發(fā)明中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"通道"或"通道系統(tǒng)"表示管道，通過(guò) 該管道，流體流可以例如被引導(dǎo)到所需的腔體、凹槽和/或位于基板上 的區(qū)域。
當(dāng)本發(fā)明中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"閥區(qū)域"表示位于至少兩個(gè)非端到端連 接的微通道之間的基板上的表面區(qū)域，流體樣品僅可以沿著該微通道 通過(guò)臨時(shí)形成的膜通道。
通道或通道系統(tǒng)可以與至少一個(gè)腔體、凹槽和/或位于基板上的區(qū) 域相連，在那里流體例如可以被處理、收集、控制和/或檢測(cè)。
通過(guò)擴(kuò)展或延伸柔性膜形成臨時(shí)通道，使得柔性膜在基板上形成 例如彎曲狀隧道，流體樣品可以通過(guò)該隧道流動(dòng)。
關(guān)于通道的術(shù)語(yǔ)"臨時(shí)"表示該通道并不是永久形成的。這意味著
7臨時(shí)形成的膜通道可以變形為非通道設(shè)計(jì)，諸如接觸基板的平面或平 坦膜設(shè)計(jì)。
當(dāng)在本發(fā)明中使用時(shí)，關(guān)于膜的術(shù)語(yǔ)"柔性"意味著膜是可延伸和 彈性的。
關(guān)于覆蓋件的術(shù)語(yǔ)"貫穿孔"和"貫穿切口"意味著從覆蓋件上表面 延伸到覆蓋件下表面(從一側(cè)延伸到另一側(cè))的通孔和貫穿切口。
根據(jù)本發(fā)明的閥/泵單元可以用在例如分子診斷應(yīng)用中的芯片上實(shí)
驗(yàn)室(LOC)或微全分析系統(tǒng)(微TAS)上。
從圖1至7可以看出，閥/泵單元屬于低制造縱深。
另一優(yōu)勢(shì)為，致動(dòng)件不需要完全密封液體，因?yàn)榱黧w已經(jīng)被膜密
封，使得導(dǎo)致包括微通道的基板和與基板相鄰布置的膜表面之間的流體流。
另一優(yōu)勢(shì)為，位于覆蓋件中的閥/泵單元不接觸流體樣品。因而， 包括閥/泵單元的覆蓋件不被流體例如流體分析物樣品污染，使得除了 覆蓋有膜的基板之外，所有部件可以再利用。
參考附圖，本發(fā)明的其他益處和優(yōu)點(diǎn)將從下面的詳述顯現(xiàn)，附圖 指定和示出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。


圖1是具有本發(fā)明閥/泵單元的閉閥(closed valve)的基板的截面 側(cè)視圖。
圖2是具有本發(fā)明閥/泵單元的開(kāi)閥(open valve)的基板的截面?zhèn)?視圖，其中隔膜安裝在致動(dòng)件上。
圖3是具有本發(fā)明閥/泵單元的開(kāi)閥的基板的截面?zhèn)纫晥D，且隔膜 不安裝在致動(dòng)件上。
圖4是具有本發(fā)明閥/泵單元的開(kāi)閥的基板的截面?zhèn)纫晥D，且致動(dòng) 件的上表面重疊兩個(gè)面對(duì)的微通道的端部。
圖5是具有本發(fā)明閥/泵單元的閉閥的基板的截面?zhèn)纫晥D，其中套 環(huán)布置在該致動(dòng)件的上表面上。
圖6是具有本發(fā)明閥/泵單元的閉閥的基板的截面?zhèn)纫晥D，其中兩 個(gè)桿布置在該致動(dòng)件的上表面上。
圖7是具有本發(fā)明閥/泵單元的閉岡的基板的截面?zhèn)纫晥D，其中套環(huán)布置在該致動(dòng)件的上表面上。
圖8是具有本發(fā)明閥/泵單元的閉閥的基板的截面?zhèn)纫晥D，其中兩 個(gè)桿布置在該致動(dòng)件的上表面上。
圖9是具有本發(fā)明閥/泵單元的開(kāi)閥的基板的截面?zhèn)纫晥D，其中該 致動(dòng)件的上表面覆蓋有彈性材料層。
圖10是包括具有本發(fā)明閥/泵單元的開(kāi)閥的流體腔的基板的截面圖。
圖11是圖IO的分解圖。
圖12是包括多個(gè)微通道的微流控裝置的平面圖。
具體實(shí)施例方式
在詳細(xì)描述本發(fā)明之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所述裝置的特 定組成部件或所述方法的處理步驟，因?yàn)檫@些裝置和方法可以變化。 還應(yīng)當(dāng)理解，此處使用的術(shù)語(yǔ)僅用于描述特定實(shí)施例，而并不意在限 制。必須注意，當(dāng)在說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求中使用時(shí)，除非上下文明 確指定，單數(shù)"一"、"一個(gè)"和"該"包括單數(shù)和/或復(fù)數(shù)引用。因而，例 如，對(duì)于"流體"的引用可以包括混合物，對(duì)于"裝置"的引用包括兩個(gè) 或多個(gè)這種裝置，對(duì)于"單元"的引用包括兩個(gè)或多個(gè)這種單元，對(duì)于 "臨時(shí)形成的通道"的引用可以包括多于至少一個(gè)這種臨時(shí)形成的通道等。
圖1以截面圖的形式示出了具有閥/泵單元2的微流控裝置1。微 流控裝置l包括基板3，其中所述基板3的下表面上布置兩個(gè)微通道4 以引導(dǎo)流體樣品5在基板3上流動(dòng)，其中所述兩個(gè)微通道4非端到端 連接且被所述基板3的閥區(qū)域6分隔開(kāi)。而且，柔性膜7布置在所述 基板3的下表面上且?jiàn)A在基板和覆蓋件IO之間。覆蓋件10包括用于 容納致動(dòng)件8的貫穿切口 11，其中致動(dòng)件8的上表面9與柔性膜7相 鄰布置，使得所述致動(dòng)件8的移動(dòng)導(dǎo)致相鄰布置的柔性膜部分的泵和/ 或閥動(dòng)作，以產(chǎn)生或停止所述基板3上所述兩個(gè)非端到端連接的微通 道4之間引導(dǎo)的流體流。致動(dòng)件8朝向基板3的下表面的移動(dòng)產(chǎn)生閥 動(dòng)作且與基板下表面相反地移動(dòng)釋放了室13內(nèi)的空間，柔性膜7可以 嚙合到該空間內(nèi)以形成臨時(shí)通道12。致動(dòng)件8的上表面9嚴(yán)密覆蓋閥 區(qū)域6的外表面。因而，閥/泵單元2的死體積約為零，這是因?yàn)橹聞?dòng)件8的上表面9嚴(yán)密覆蓋閥區(qū)域6的外表面。
圖2示出了根據(jù)圖1的微流控裝置1，其中閥/泵單元2處于開(kāi)態(tài)。 在閉閥狀態(tài)，如圖l可以看出，致動(dòng)件8的表面下的膜被壓到基板上， 使得流體5被迫進(jìn)入微通道4,使得沒(méi)有流體5殘留在基板2上的閥區(qū) 域6。當(dāng)打開(kāi)閥2時(shí)，如圖2所示，流體5可以從第一微通道4到第二 微通道4流到沿著閥區(qū)域6臨時(shí)形成的通道12中，由此通道4被閥區(qū) 域6分離。根據(jù)圖2的實(shí)施例，膜7安裝到致動(dòng)件8的上表面9，使得 導(dǎo)致流體流的泵動(dòng)作可以通過(guò)致動(dòng)件8的向上和向下移動(dòng)來(lái)獲得。為 了允許引導(dǎo)的流體流和/或允許流體樣品的正向和反向泵浦，至少第二 泵和/或閥單元2 (未示出)位于微流控裝置1上，其中該至少兩個(gè)泵 和/或閥單元通過(guò)通道4相連。
圖3示出了根據(jù)圖2的微流控裝置1，不同之處在于，膜7沒(méi)有安 裝到致動(dòng)件8的上表面9，使得由于施加于流體5的外部壓力，可以產(chǎn) 生臨時(shí)通道12的形成。然而，關(guān)閉閥/泵單元2可以導(dǎo)致關(guān)于收集在相 應(yīng)的臨時(shí)形成通道12中的流體5在閥/泵單元2之下的流體流。
圖4示出了根據(jù)圖2的微流控裝置1，不同之處在于致動(dòng)件8的上 表面交疊兩個(gè)微通道的端部14a/14b,該兩個(gè)微通道經(jīng)由基板3上的柔 性膜7形成的可臨時(shí)形成通道12相連，以允許貫穿流體沿著基板3的 閥區(qū)域6流動(dòng)。
圖5示出了根據(jù)圖4的微流控裝置1,不同之處在于閥/泵單元2 處于關(guān)閉狀態(tài)，且面對(duì)膜7的致動(dòng)件8的上表面部分21包括用作密封 環(huán)的套環(huán)15。而且，該上表面部分21屬于不同的柔性材料。
圖6示出了根據(jù)圖5的微流控裝置1，不同之處在于用作密封環(huán)功 能的套環(huán)15被底部部件20處的桿16代替。
圖7示出了根據(jù)圖6的微流控裝置1，不同之處在于致動(dòng)件8沒(méi)有 軸。這種類(lèi)型的致動(dòng)件提供了針對(duì)致動(dòng)件8的平坦設(shè)計(jì)。然而，代替 桿16,致動(dòng)件8可以包括底部部件處的套環(huán)15。而且，優(yōu)選地，包括 套環(huán)15或桿16的致動(dòng)件8是一個(gè)部件且屬于相同柔性材料。
圖8示出了根據(jù)圖7的微流控裝置1，不同之處在于面對(duì)膜7的致 動(dòng)件8包括取代底部部件處的桿16的用作密封環(huán)的套環(huán)15，且上表面 部分21屬于不同的柔性材料。
圖9示出了具有致動(dòng)件的微流控裝置1，該致動(dòng)件包括軸19和底部部件20。底部部件20的直徑大于軸19的直徑。圖9不同于圖2之 處在于底部部件20的上表面覆蓋有彈性材料層21。
圖10示出了具有基板3的微流控裝置1 ，該基板3包括流體腔30 和多個(gè)微通道(4)，在圖中僅示出其中的兩個(gè)微通道。圖11是圖10 的微流控通道的分解圖。樣品流體(5)經(jīng)由閥區(qū)域(6)從一個(gè)微通 道(4)引導(dǎo)到多個(gè)微通道(4)。流體腔處于閥區(qū)域(6)中。流體腔 (30)布置成貯存樣品流體(5)。柔性膜(7)布置成形成流體腔的下 表面。閥/泵單元(2)附著到柔性箔(33)。柔性箔(33)能夠在致動(dòng) 件(8)朝向基板的下表面移動(dòng)時(shí)使得閥/泵單元(2)對(duì)準(zhǔn)到基板的下 表面。
圖12示出了多個(gè)微通道U),這些多個(gè)微通道放射狀排列且從基 板(3)下表面的底部從經(jīng)過(guò)閥區(qū)域的中央開(kāi)始且跨越到基板下表面的 頂部。
基板材料可以選自玻璃、陶瓷、硅、金屬和/或聚合物。 根據(jù)本發(fā)明，基板表面可以至少部分地覆蓋有聚合物層。微通道 結(jié)構(gòu)可以通過(guò)一般已知技術(shù)在所述聚合物層中形成。例如微通道可以
使用激光消融技術(shù)形成。激光消融工藝可以使用，因?yàn)槠浔苊饬宋⒐?刻各向同性刻蝕技術(shù)遇到的問(wèn)題，這種微光刻各向同性刻蝕技術(shù)在刻
蝕過(guò)程中可能底切掩模，得出具有彎曲側(cè)壁和平坦底部的不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。 使用激光消融工藝在諸如聚合物的基板中形成微結(jié)構(gòu)增加了制造的簡(jiǎn) 單性，因而降低了制造成本。不過(guò)，注射模塑法也可以用作是合適的 制造方法。
在基板的頂部上布置柔性膜。柔性膜的尺寸可以選擇為使得柔性 膜完全或部分地覆蓋基板的上表面。優(yōu)選地，柔性膜還包覆基板。最 優(yōu)選地，柔性膜至少在希望泵或閥動(dòng)作和/或需要形成臨時(shí)通道12以用 于引導(dǎo)流體樣品到流體樣品被檢測(cè)、控制和/或處理的室或區(qū)域的所有 區(qū)域上覆蓋流體樣品傳輸裝置。還優(yōu)選地，柔性膜還覆蓋處理、控制 和/或檢測(cè)區(qū)域。不過(guò)，最優(yōu)選地，柔性膜完全覆蓋或包覆基板的上表 面。
圖1至6及9以具有本發(fā)明泵/閥單元的基板的截面?zhèn)纫晥D的形式 示出了微流控裝置1 ，其中致動(dòng)件具有圓柱形軸和圓柱形底部部件且該 底部部件具有比軸大的直徑。然而，從圖7和8可以看出，致動(dòng)件可
ii以具有平坦設(shè)計(jì)，即，底部部件，優(yōu)選地圓柱形底部部件，且沒(méi)有軸。
這種致動(dòng)件例如可以通過(guò)手指按壓等致動(dòng)。而且，如圖10-11所示，致 動(dòng)件具有圓柱形底部部件而沒(méi)有軸。閥/泵單元附著到柔性箔33。
根據(jù)本發(fā)明使用的膜是不滲透液體的，使得流體在操作過(guò)程中不 滲透膜。優(yōu)選地，膜是柔性和/或彈性的以形成和重新形成臨時(shí)微通道。
合適的膜材料是聚合物，優(yōu)選地天然或合成橡膠。因?yàn)榻饘俨?金屬膜不是彈性的，金屬箔或金屬膜可以被排除用作膜材料。同樣優(yōu) 選的膜材料是熱塑塑料、彈性體、熱塑彈性體和硅酮及其混合物。
優(yōu)選臨時(shí)形成的通道可以具有U形輪廓，流體流可以被臨時(shí)引導(dǎo) 通過(guò)該U形輪廓。
臨時(shí)形成的通道的深度可以為10nm至5000 nm，優(yōu)選地為20 |Lim 至500 nm且更優(yōu)選地為30 nm至200 nm。
為了獲得膜的好的泵浦和/閥門(mén)效果，優(yōu)選地膜具有1 pm至1000 Hm，優(yōu)選地20 |nm至200 且更優(yōu)選地50 至100 的厚度。如 果膜太薄，存在膜劣化的危險(xiǎn)，這可能導(dǎo)致流體樣品的泄漏。然而， 如果膜太厚，存在關(guān)于流體傳輸?shù)乃瞿さ谋闷趾?或閥門(mén)效果的故障 危險(xiǎn)。最優(yōu)選的是具有50微米至200微米厚度的橡膠膜。
為了實(shí)現(xiàn)改善的泵和閥動(dòng)作，優(yōu)選地，柔性膜具有0.5 Mpa至250 Mpa，優(yōu)選地1 Mpa至100 Mpa，且更優(yōu)選地5 Mpa至10 Mpa的彈性 模量。
而且，優(yōu)選地，柔性膜具有至少105%且優(yōu)選地至少110%的彈性 形變。這種材料特性具有有助于產(chǎn)生臨時(shí)通道的優(yōu)點(diǎn)。
覆蓋件可以是可移除地安裝到覆蓋有膜的基板的卡盤(pán)。優(yōu)選地， 覆蓋件是用于化學(xué)、診斷、醫(yī)學(xué)和/或生物學(xué)分析的裝置的卡盤(pán)或集成 部件。
覆蓋件包括用于容納致動(dòng)件的至少一個(gè)貫穿切口。貫穿切口被設(shè) 計(jì)成使得其允許致動(dòng)件的上下移動(dòng)。而且，貫穿切口包括在致動(dòng)件相 對(duì)于膜下表面相反地移動(dòng)時(shí)被釋放的室體，柔性膜可以嚙合到所釋放 的室體內(nèi)以形成臨時(shí)通道。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，覆蓋件的貫穿切口的上部部件具有室 體形式以容納底部部件，且覆蓋件的貫穿切口的下部部件具有較小圓 柱體形式以容納致動(dòng)件的軸部件。致動(dòng)件可以由塑料、金屬、玻璃和/或陶瓷材料形成。優(yōu)選地，致 動(dòng)件是柱塞。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，致動(dòng)件具有軸和直徑比該軸大的底部
部件20。
根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例，底部部件的上表面覆蓋有彈性材 料層。
致動(dòng)件的上表面可以被安裝到膜。然而，致動(dòng)件并不必須安裝到 膜。在這種情況下，例如如果流體經(jīng)受外部壓力，可以形成臨時(shí)膜通 道。
根據(jù)致動(dòng)件的優(yōu)選實(shí)施例，致動(dòng)件的上表面完全覆蓋閥區(qū)域。 然而，更優(yōu)選地，致動(dòng)件的上表面交疊兩個(gè)微通道的端部，這兩 個(gè)微通道經(jīng)由基板上的柔性膜形成的可臨時(shí)形成通道相連以允許流體 流貫穿。致動(dòng)件的該實(shí)施例使得閥/泵單元的死體積減小到約為零，因 為致動(dòng)件上表面的交疊，所有的流體可以從閥區(qū)域返回到基板的微通 道系統(tǒng)。
致動(dòng)件的上表面可以包括套環(huán)或桿。套環(huán)和/或桿可具有密封功能， 使得當(dāng)閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)流體不能在閥區(qū)域和柔性膜之間滲漏。為了 增加套環(huán)和/或桿的密封功能，優(yōu)選地，套環(huán)和/或桿部分地嚙合到接觸 的微通道。
而且，套環(huán)和/或桿具有泵浦動(dòng)作。例如，如果套環(huán)的直徑小于閥 區(qū)域的直徑，致動(dòng)件的上下移動(dòng)導(dǎo)致抽吸或按壓動(dòng)作。因而，致動(dòng)件 可以是具有套環(huán)和/或桿的薄柔性材料。這種致動(dòng)件可以例如通過(guò)手指 按壓來(lái)致動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的微流控裝置可以包括至少一個(gè)處理、控制和/或檢測(cè) 件。根據(jù)本發(fā)明的微流控裝置可用于
化學(xué)、診斷、醫(yī)學(xué)和/或生物學(xué)分析，包括諸如卵黃、血液、血清 和/或血漿的生物學(xué)流體的化驗(yàn)；
環(huán)境分析，包括水、溶解的土壤提取物和溶解的植物提取物的分
析；
反應(yīng)溶液、分散體和/或配方分析，包括化學(xué)產(chǎn)品尤其是染色溶液 或反應(yīng)溶液中的分析；和/或 質(zhì)量安全保證分析。
1權(quán)利要求
1.一種微流控裝置(1)，包括至少一個(gè)閥/泵單元(2)，其中該微流控裝置包括基板(3)，其中所述基板(3)的下表面上布置至少兩個(gè)微通道(4)以引導(dǎo)基板(3)上的流體樣品(5)流動(dòng)，其中所述兩個(gè)微通道(4)非端到端連接而是通過(guò)所述基板(3)的閥區(qū)域(6)分隔開(kāi)；至少一個(gè)柔性膜(7)，其中該柔性膜(7)布置在所述基板(3)的下表面上；致動(dòng)件(8)，具有與該柔性膜(7)相鄰布置的上表面(9)；布置于該柔性膜(7)的下表面上的至少一個(gè)覆蓋件(10)，其中該覆蓋件(10)包括用于容納致動(dòng)件(8)的至少一個(gè)貫穿切口(11)，使得所述致動(dòng)件(8)的移動(dòng)導(dǎo)致相鄰布置的柔性膜區(qū)域的泵和/或閥動(dòng)作，以產(chǎn)生或者停止所述基板(3)上引導(dǎo)的流體流；使得通過(guò)由覆蓋該閥區(qū)域(6)的該柔性膜(7)形成的可臨時(shí)成形通道(12)，所述兩個(gè)非端到端連接的微通道之間的流體流在該基板(3)的下表面的該閥區(qū)域(6)和該柔性膜(7)的上表面之間被引導(dǎo)，由此致動(dòng)件(8)朝向該基板下表面的移動(dòng)導(dǎo)致閥動(dòng)作，且與該基板下表面相反地移動(dòng)釋放了室(13)內(nèi)的空間，柔性膜(7)可以嚙合到該空間內(nèi)以形成臨時(shí)通道(12)，該致動(dòng)件(8)的上表面(9)在閥區(qū)域(6)至少部分地覆蓋該膜表面(7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控裝置(1)，其中該基板(3)包 括多個(gè)微通道(4)，且其中該樣品流體(5)經(jīng)由該閥區(qū)域(6)從一 個(gè)微通道(4)引導(dǎo)到多個(gè)微通道(4)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微流控裝置(1)，其中該閥區(qū)域(6) 包括流體腔(30)，其中該流體腔(30)布置成貯存該樣品流體(5)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微流控裝置(1)，其中該閥/泵單元(2) 附著到柔性箔(33)，其中在該致動(dòng)件(8)朝向該基板的下表面移動(dòng) 時(shí)，該柔性箔(33)能夠使得該閥/泵單元(2)對(duì)準(zhǔn)到該基板的下表面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微流控裝置(1)，其中該微通道(4) 放射狀排列，從該基板(3)的下表面的底部從經(jīng)過(guò)該閥區(qū)域的中央開(kāi) 始且跨越到該基板的下表面的頂部。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微流控裝置(1)，其中該柔性膜(7)布置成形成該流體腔的下表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控裝置(1)，其中該致動(dòng)件(8) 的上表面交疊所述兩個(gè)微通道(4)的端部U4a/14b)，所述兩個(gè)微通 道經(jīng)由該基板(3)上的柔性膜(7)形成的可臨時(shí)成形通道(12)相 連以允許流體流貫穿。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l至7所述的微流控裝置U)，其中該致動(dòng)件(8) 的上表面包括套環(huán)(15)和/或桿(16)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8所述的微流控裝置(1),其中該覆蓋件(10 ) 可移除地與該基板(3)相連，優(yōu)選地，該覆蓋件(10)是用于化學(xué)、 診斷、醫(yī)學(xué)和/或生物分析的裝置的卡盤(pán)(17)或集成部件(18)
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控裝置(1)，其中該致動(dòng)件(8) 具有軸(19 )和直徑比該軸(19 )大的底部部件(20 )，或者該致動(dòng)件(8)具有底部部件(20)而沒(méi)有軸(19)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微流控裝置(l)，其中該底部部件(20) 的上表面覆蓋有彈性材料層(21)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l至ll所述的微流控裝置(1)，其中該覆蓋件 (10)的該貫穿切口 (11)的上部部件具有室體(22)的形式以容納該底部部件(20),且該覆蓋件(10)的該貫穿切口 ( 11 )的下部部件 具有較小的圓柱體形式以容納該致動(dòng)件(8)的軸部件(19)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12所述的微流控裝置(1 )，其中該柔性膜 (7 )具有1 pm至1000 nm,優(yōu)選地20 至200 且更優(yōu)選地50至100 nm的厚度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13所述的微流控裝置(1 )，其中該柔性膜 (7)具有0.5Mpa至250Mpa，優(yōu)選地1 Mpa至100 Mpa，且更優(yōu)選地5Mpa至10Mpa的彈性模量；和/或該柔性膜(7)具有至少105% 且優(yōu)選地至少110%的彈性形變。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14所述的微流控裝置(1 )，其中該微流控 裝置(1)包括至少一個(gè)處理、控制和/或檢測(cè)元件。
16. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的微流控裝置在診斷分析中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微流控裝置(1)，包括具有減小的死體積的至少一個(gè)閥/泵單元(2)，其中該微流控裝置包括基板(3)，其中所述基板(3)的下表面上布置至少兩個(gè)微通道(4)以引導(dǎo)基板(3)上的流體樣品(5)流動(dòng)，其中所述兩個(gè)微通道(4)非端到端連接而是通過(guò)所述基板(3)的閥區(qū)域(6)分隔開(kāi)；至少一個(gè)柔性膜(7)，其中該柔性膜(7)布置在所述基板(3)的下表面上；致動(dòng)件(8)，具有與該柔性膜(7)相鄰布置的上表面(9)；布置于該柔性膜(7)的下表面上的至少一個(gè)覆蓋件(10)，其中該覆蓋件(10)包括用于容納致動(dòng)件(8)的至少一個(gè)貫穿切口(11)，使得所述致動(dòng)件(8)的移動(dòng)導(dǎo)致相鄰布置的柔性膜區(qū)域的泵和/或閥動(dòng)作，以產(chǎn)生或者停止所述基板(3)上引導(dǎo)的流體流；使得通過(guò)由覆蓋該閥區(qū)域(6)的該柔性膜(7)形成的可臨時(shí)成形通道(12)，所述兩個(gè)非端到端連接的微通道之間的流體流在該基板(3)的下表面的該閥區(qū)域(6)和該柔性膜(7)的上表面之間被引導(dǎo)，由此致動(dòng)件(8)朝向該基板下表面的移動(dòng)導(dǎo)致閥動(dòng)作，且與該基板下表面相反地移動(dòng)釋放了室(13)內(nèi)的空間，柔性膜(7)可以嚙合到該空間內(nèi)以形成臨時(shí)通道(12)，該致動(dòng)件(8)的上表面(9)在閥區(qū)域(6)至少部分地覆蓋該膜表面(7)。
文檔編號(hào)F16K49/00GK101563562SQ200780047447
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月19日
發(fā)明者A·W·D·M·范登比加特, C·范哈格, G·S·斯坦, R·C·德吉爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司