具有含亲水涂层的微通道的微流控装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于医疗诊断和微流控技术领域，并主要涉及用于分析生物样品的微流控装置。本发明专利技术的微流控装置包含至少一个微通道，其内表面至少部分被亲水涂层涂布。这一亲水涂层位于中间层上，该中间层又位于微通道的内表面的材料和亲水涂层之间。

Microfluidic device with microchannel containing hydrophilic coating

The invention belongs to the field of medical diagnosis and microfluidic technology, and mainly relates to a microfluidic device for analyzing biological samples. The microfluidic device of the present invention comprises at least one microchannel whose inner surface is at least partially coated with a hydrophilic coating. The hydrophilic coating is located on the middle layer between the material on the inner surface of the microchannel and the hydrophilic coating.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有含亲水涂层的微通道的微流控装置
本专利技术属于医疗诊断和微流控
，并主要涉及用于分析生物样品和环境样品以及用于药物开发的微流控装置。本专利技术的微流控装置包含至少一个微通道，其内表面至少部分被亲水涂层涂布。这一亲水涂层位于中间层上，中间层又位于微通道的内表面的材料和亲水涂层之间。在一个特别优选的实施方案中，本专利技术的微流控装置由在其表面上具有至少一个凹槽的整体型物体(monolithicbody)和贴附到所述表面上的膜构成。在这一布置中，该膜充当凹槽的顶盖。因此，该凹槽与该膜结合形成微通道。在这一实施方案中，该微通道具有由膜的表面形成并沿凹槽的整个路径延伸的表面区段。在本专利技术的进一步优选的实施方案中，该微流控装置包含至少两个膜，其中至少一个膜在其表面上具有凹槽且另一个膜贴附到所述表面上，由此充当该凹槽的顶盖。因此，第一个膜的表面上的凹槽与第二个膜的表面结合形成微通道。该微通道的整个内表面由膜的表面形成。在这一实施方案中，优选的是，微通道的整个内表面被亲水涂层覆盖。在另一进一步优选的实施方案中，本专利技术的微流控装置包含多个堆叠膜和/或整体型物体，以形成多个微通道。
技术介绍
近几十年来，微流控装置已越来越多地用于各种生物流体的分析，尤其用于血液分析、酶法分析、DNA分析、蛋白质组学等。在这样的分析过程中，通常在单个微流控装置中进行几个化验操作，如检测、样品预处理和样品制备。微流控装置的特别重要的应用领域是临床病理学和疾病诊断，其中快速分析患者的小生物样品。微流控装置本身是本领域技术人员公知的并尤其描述在WO2004/029221A2和Lee等人的综述文章(Lee等人Sensors2014,14,17008-17036)中，其整个公开内容经此引用并入本文。GB2462364A描述了一种微流控盒，其包含：用于将流体从微流控盒中的第一位置传送到微流控盒中的第二位置的通道，所述通道包含通道表面和布置在通道表面上的聚合物涂层。该聚合物涂层或膜可包含具有键合到通道表面上的疏水部分和降低通道内的表面张力的亲水部分的聚合物。WO02/085185A2公开了一种横向流体外诊断装置，其包含外壳、在所述外壳中的用于在所述装置中引入待检测的样品的工具、在所述外壳中的用于流体收集的工具和具有隔开的第一和第二末端的背衬条，改进在于所述背衬条的表面在特征上是亲水的。因为如表面张力、能量耗散和粘度之类的因素开始支配该系统，流体如生物样品在微尺度上的行为不同于流体的常见行为。此外，生物样品的许多组分常在微通道的表面上表现出不想要的非特异性吸附。例如，生物样品，特别是血液样品的全细胞的吸收可能使得样品中的此类细胞的定量测定不可能，甚至造成微通道的堵塞。此外，待分析的生物样品经常含有有机溶剂，如醇、甘油酯或烃，它们有时可能与微通道的材料相互作用并在极端情况下造成其溶胀或溶解。毛细作用力也在生物样品经微通道传送中起到重要作用。生物样品通常是水性的，因此它们经微通道的传送要求微通道的内表面至少部分是足够亲水的。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)最近广泛用于微流控装置的领域。但是，未涂布的PMMA通常不足够亲水到使得待分析的样品，例如生物样品能经微通道可靠传送。因此，由PMMA制成的微流控装置通常在微通道中使用亲水涂层。施加亲水涂层的一种常见方式依赖于等离子体或电晕处理。但是，所得涂层的长期稳定性仅限于几周，或在最佳储存条件下几个月。因此，使用这种技术的微流控装置没有找到广泛的实际用途。M.Kitsara等人(MicrofluidNanofluid,2014,16:691-699)(其整个内容经此引用并入本文)描述了包含聚乙烯醇(PVA)和(羟丙基)甲基纤维素(HMPC)的亲水聚合物膜的旋涂。这些亲水膜据报道在PMMA基底上提供稳定接触角超过60天。但是，此类亲水涂层的固化需要在大约60℃的温度下进行并花费至少20分钟。这使此类涂层不适合工业规模制造工艺，如通常需要明显更短的固化时间的卷对卷工艺。
技术实现思路
专利技术目的因此，本专利技术解决的技术问题是提供具有一个或几个具有足够亲水的表面以允许在微流控装置中可靠传送亲水样品，特别是生物和环境样品的微通道的微流控装置。为确保该装置的长期高可靠性，亲水涂层需要具有高耐久性和对水性介质和对生物和环境样品中常存在的有机溶剂如醇、甘油酯和烃的高耐受性。此外，重要的是，本专利技术的微流控装置中的亲水涂层基本没有表现出与生物样品的组分，如细胞、DNA、蛋白质或酶的相互作用，特别没有表现出任何非特异性吸收。为了能够成本有效地生产微流控装置并因此允许其广泛用于医疗诊断和环境分析，可以简单和成本有效的方式制造亲水涂层和包含其的亲水装置是重要的。例如，该微流控装置应该理想地可通过简单和成本有效的方法，如挤出、注射成型或热压花获得且该亲水涂层应该适合大规模工艺，如卷对卷工艺。专利技术概述令人惊讶地，本专利技术的专利技术人发现，可以通过提供包含至少一个具有内表面的微通道的微流控装置解决上文概述的技术问题，其内表面至少部分地被直接施加到形成所述微通道的内表面的材料上的中间层和位于所述中间层上的亲水涂层涂布。本专利技术的微流控装置包含至少一个微通道，其中所述微通道的内表面至少部分地被直接施加到所述微通道的内表面的材料上的中间层和位于所述中间层上的亲水涂层涂布，且其中所述亲水涂层由亲水材料构成，所述微通道的内表面的材料是疏水材料，且所述亲水材料、所述疏水材料和所述中间层的材料基本不可溶于水。根据本专利技术，所述亲水涂层由亲水材料构成，且形成所述微通道的内表面的材料由疏水材料构成。因此，所述亲水涂层的材料比形成所述微通道的内表面的材料更亲水。换言之，在23±2℃和相对湿度50±5％下水滴在疏水材料的表面上形成的接触角高于水滴在亲水材料的表面上形成的接触角。该装置的这一设计能使生物样品经通道的传送更容易且更可靠。根据本专利技术，所述亲水材料、所述疏水材料和所述中间层的材料基本不可溶于水。因此，它们可以可靠地用于水性亲水样品，特别是生物样品的分析。本文所用的术语“亲水样品”是指包含水、醇如乙醇或其混合物的样品。本专利技术的另一方面涉及一种用于分析生物和环境样品的装置，其中所述装置包含如上所述的微流控装置。在其进一步方面中，本专利技术涉及其至少一个表面至少部分地被直接施加到膜材料上的中间层和位于所述中间层上的亲水涂层涂布的膜用于制造微流控装置的用途，其中所述亲水涂层由亲水材料构成，所述材料由疏水材料构成，且所述亲水材料、所述疏水材料和所述中间层的材料基本不可溶于水。在再进一步方面中，本专利技术涉及一种制造微流控装置的方法，所述方法包括以下步骤：将至少一个表面至少部分地被直接施加到膜材料上的中间层和位于所述中间层上的亲水涂层涂布的膜贴附到在其表面上具有至少一个凹槽的整体型物体上，使得由所述凹槽与所述膜结合界定至少一个微通道，其中所述亲水涂层由亲水材料构成，所述材料由疏水材料构成，且所述亲水材料、所述疏水材料和所述中间层的材料基本不可溶于水。优选实施方案详述专利技术人意外地发现，氧化硅、金属氧化物或其混合物的胶体尺寸的粒子当位于含有至少一个极性基团的非水溶性和基本非溶胀性聚合物材料的中间层上时，具有与水性生物样品的优异相容性。因此，这样的涂层可有利地用于涂布用于分析生物和环境样品的微流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微流控装置(1)，其包含至少一个具有内表面的微通道(2)，其中所述微通道(2)的内表面至少部分地被以下层涂布：直接施加到所述微通道(2)的内表面的材料(10)上的中间层(11)和位于中间层(11)上的亲水涂层(12)，且其中所述亲水涂层(12)由亲水材料构成，所述微通道(2)的内表面的材料(10)是疏水材料且所述亲水材料、所述疏水材料和所述中间层(11)的材料基本不可溶于水。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.15 EP 16160349.31.一种微流控装置(1)，其包含至少一个具有内表面的微通道(2)，其中所述微通道(2)的内表面至少部分地被以下层涂布：直接施加到所述微通道(2)的内表面的材料(10)上的中间层(11)和位于中间层(11)上的亲水涂层(12)，且其中所述亲水涂层(12)由亲水材料构成，所述微通道(2)的内表面的材料(10)是疏水材料且所述亲水材料、所述疏水材料和所述中间层(11)的材料基本不可溶于水。2.根据权利要求1的微流控装置(1)，其中所述亲水材料包含选自氧化硅、金属氧化物及其混合物的胶体粒子。3.根据权利要求1或2的微流控装置(1)，其中所述中间层(11)的材料包含至少一种含有选自腈基团、羟基、伯羧酸酰胺基团、羧基、磺酰基和硅烷醇基团的极性基团的聚合物。4.根据前述权利要求的一项或多项的微流控装置(1)，其中所述疏水材料包含环烯烃共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚(甲基)丙烯酸(烷基)酯或其混合物。5.根据前述权利要求的一项或多项的微流控装置(1)，其中所述微通道(2)的平均横截面面积为10μm2至4mm2，优选40μm2至2mm2。6.根据前述权利要求的一项或多项的微流控装置(1)，其中所述微流控装置(1)包含在其表面上具有至少一个凹槽(4)的整体型物体(3)和贴附到所述表面上的膜(5)，使得由凹槽(4)与膜(5)结合界定微通道(2)，中间层(11)位于与整体型物体(3)相邻的膜表面上且亲水涂层(12)位于中间层(11)上。7.根据前述权利要求的一项或多项的微流控装置(1)，其中所述微流控装置(1)包含在其表面上具有至少一个凹槽(4)的第一膜(6)和贴附到第一膜(6)的所述表面上的第二膜(5)，使得由凹槽(4)与第二膜(5)结合界定微通道(2)，中间层(11)位于与第一膜(6)相邻的第二膜(5)的表面上且亲水涂层(12)位于中间层(11)上。8.根据权利要求6或7的微流控装置(1)，其中膜(5)和/或膜(6)具有0.05mm至10mm，优选0.10mm至1mm的厚度。9.根据前述权利要求的一项或多项的微流控装置(1)，其中所述中间层(11)的厚度为0.05μm至2.0μm，优选0.1μm至1.0μm和/或所述亲水涂层(12)的厚度为0.01μm至4.0μm。10.根据前述权利要求的一项或多项的微流控装置(1)，其中所述中间层(11)包含两种聚合物(A)和(B)，其中水在23±...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·塞尤姆，A·弗鲁斯，M·恩德斯，
申请(专利权)人：赢创罗姆有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE