具有阀门的微流体设备制造技术

一种包括至少一个被动阀门（PV，120，130）的微流体设备（100），被动阀门由以下的序列构成：具有提供用于流体流动的通路（P1）的孔的第一载体层（CL1）、具有第一开口的第一结合层（BL1）、具有通孔（TH）的柔性层（FL）、具有第二开口的第二结合层（BL2）、以及第二载体层（CL2）。而且，柔性层（FL）可以在由开口构成的阀门腔室（VC）内移动。取决于跨被动阀门（PV）的压力差，柔性层（FL）可以朝向第一载体层（CL1）弯曲并且关闭孔，而其在相反方向上弯曲时打开通路（P1）。两个这样的适当取向的被动阀门连同中间主动阀门（AV）可以构成单冲程泵。还公开了用于制造这样的流体设备的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有至少一个被动阀门的流体设备，其特别地以微流体药筒的形式。而且，其涉及用于制造这样的流体设备的方法。
技术介绍
US7942160B2公开了包括具有入口和出口的流体路径中的阀门的微流体系统。流体路径中的关闭构件在其松弛状态中和在流体流动方向改变时阻挡入口。
技术实现思路
将合期望的是具有被动阀门和微流体设备的可替换设计，特别是具有高鲁棒性和可靠性和/或可以容易地制造的设计。这些关注点通过根据权利要求1和14的流体设备和通过根据权利要求15的方法来解决。优选实施例在从属权利要求中公开。根据本专利技术的实施例的流体设备可以进行特别设计和尺寸设定以用于处理小体积的流体，特别地小于约100μl或甚至小于10μl的体积。设备因而还可以称为“微流体设备”。其可以特别地设计为其中可以进行关于样品流体（诸如生物液体）的测量的药筒。流体设备包括具有以下层序列的至少一个被动阀门：a）在下文中称为“第一载体层”并且具有提供用于流体的（第一）通路的孔的层。b）在下文中称为“第一结合层”并且具有“第一开口”的可选层。c）具有至少一个通孔的“柔性层”。d）具有“第二开口”的可选“第二结合层”。第一结合层和第二结合层中的至少一个应当存在。e）“第二载体层”。而且，这些层的设计和布置应当使得朝向第一载体层推动柔性层关闭通路，而朝向第二载体层（CL2）推动它打开通路（P1）。柔性层的前述推动要理解为由流体系统中的流体施加的推动，推动的方向取决于流体中的压力分布。推动将通常仅影响暴露于流体的柔性层的部分，特别是围绕通孔的部分。当打开时，通路将通常以某种方式经由柔性层中的通孔而连续。术语“被动阀门”应当指代取决于流动方向（或跨单元的压力差的符号）而改变其在流体的流动通道中的流动阻力的单元，其中该改变由流体自身单独引起而没有外部能量或控制的应用。典型地，被动阀门是单向阀门或止回阀门，其仅允许一个方向（“前向”）上的流体流动并且在压力使得流体流动将反向时进行阻挡。流体设备的层优选地直接部署在彼此之上而其间没有另外的中间层。然而，其中存在一个或多个中间层的实施例也应当由本专利技术所包括。第一和第二结合层的“开口”优选地为这些层的切口，即穿过整个层厚度的孔洞。开口通常在大小方面大于第一载体层中的孔和柔性层中的通孔。术语“层”应当一般是指具有平坦几何形状的元件或单元，所述平坦几何形状具有大幅大于其厚度的宽度和长度。而且，厚度优选地跨整个层而唯一，尽管具有厚度变化的层也由本专利技术所包括。厚度变化可以例如用于实现流体结构，诸如流动通道或处理腔室。所描述的流体设备具有以下优点：其提供了一种被动阀门的简单设计，其仅要求具有适当尺寸设定和对准的开口或通孔的层序列。而且，阀门功能通过柔性层的弯曲来提供，其中该层的弯曲部分在其松弛状态中可以与相邻层间隔开地定位，因为（多个）结合层充当（多个）间隔物。因此可以实现阀门的高可靠性，因为松弛的柔性层无法偶然粘附到接触层，这可能破坏正确阀门功能。在下文中，将更加详细地描述本专利技术的各种优选实施例。优选地，在下文中称为“阀门腔室”的腔室由结合层的第一和/或第二开口形成使得该阀门腔室提供通孔（TH）周围的柔性层的部分可以在其中移动的腔体。柔性层的通孔或至少一个通孔（如果存在若干个的话）优选地靠近前述阀门腔室的边界定位。通孔然后靠近（相邻层之间的）柔性层的固定点，这喻示着通孔基本上处于静态中。第一载体层的孔优选地靠近以上提到的阀门腔室的中心定位，即靠近第一结合层中的第一开口和/或第二结合层中的第二开口。在该位置处，柔性层具有用于弯曲运动（朝向第一载体层）的最大自由度并且因而可以最容易地到达孔并关闭它，因而中断通路中的流体流动。由第一载体层中的孔提供的（第一）通路通常通过通孔和被动阀门后面的某个“第二通路”而连续。实现这样的第二通路的一种可能性是提供第二载体层中的通孔。已经经过被动阀门的流体的进一步移动和处理然后将发生在第二载体层的下游侧。在另一实施例中，第二通路可以通过柔性层中的孔提供（其中已经选择术语“孔”以将该组件与柔性层的通孔区分开来；在技术上，在“通孔”与“孔”之间不应当存在实质差异）。通过该孔，已经经过柔性层的通孔的流体可以返回，从而允许其中流体的处理基本上发生在柔性层的一侧上的设计。一般而言，流体设备的层可以由适合于考虑中的目的的任何材料制成，诸如玻璃或Si，尽管出于成本和制造原因，聚合物是优选的。第一载体层和/或第二载体层可以例如包括选自包含聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚四氟乙烯（PTFE）和/或聚碳酸酯（PC）的组的材料。此外，可以使用PP、PE和聚酯。如其名称所指示的，结合层典型地用于将两个层连接到彼此，从而提供它们之间的某种间隔。相应地，第一结合层和/或第二结合层可以优选地包括压力敏感粘合剂或双面胶带。典型地，除诸如丙烯酸粘合剂、环氧树脂胶合剂或硅橡胶之类的粘合层之外，结合层可以具有聚合物载体（诸如聚酯、聚乙烯、聚烯烃、聚氨酯）或甚至Al箔。柔性层由具有充足柔性和弹性以允许阀门腔室内的所要求弯曲的材料制成。柔性层可以包括诸如TPE（热塑性弹性体）或乳胶之类的柔性橡胶。总体流体设备将典型地包括比仅仅被动阀门更多的单元和元件。其可以例如包括另外的被动和主动阀门、泵送元件、通道、腔室、流体入口或出口等。在优选实施例中，其包括以上所描述的种类的两个或更多被动阀门，其中所述阀门共享包括载体层、结合层和柔性层的组中的至少一层。将这些层中的至少一个用于构成至少一个更多的被动阀门（在层平面中的不同位置处）允许特别经济的设计。在前述实施例的优选变形中，至少两个被动阀门由所述层的不同位置处的相同载体层、结合层和柔性层形成。因而层的给定集合最优地用于生成期望数目的被动阀门。全部要做的是为层提供在不同位置处对准以构成所要求的被动阀门的适当通路、孔、通孔和开口。根据另一实施例，流体设备此外包括具有泵送腔室的主动阀门，所述泵送腔室具有用于流体的入口和出口，其中所述腔室的体积可以可控地改变（扩大和缩小）。如名称“主动阀门”所指示的，体积改变典型地通过作用于阀门元件上的某种外部力或能量的应用来引起。泵送腔室体积的受控改变可以用于将流体主动泵送通过流体设备。在前述实施例的进一步发展中，以上描述的种类的第一被动阀门部署在主动阀门的上游，并且以上描述的种类的第二被动阀门部署在其下游。利用这些被动阀门（即其流过方向）的适当取向，可以实现第一被动阀门在泵送腔室扩大时针对流体的流入而打开而第二被动阀门同时阻挡流出。在泵送腔室体积的减小期间，跨被动阀门的压力差将改变符号，从而引起相关联的打开状态的反转。因此第二被动阀门将打开以允许流体的输出流，而第一被动阀门关闭以防止流入到泵送腔室中。总结来说，第一被动阀门、主动阀门和第二被动阀门的布置仅使用单个主动元件来实现具有简单设计的功能泵送单元。主动阀门可以以许多不同方式实现。在优选实施例中，泵送腔室的至少一个边界由柔性壁形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体设备（100‑700），具有包括以下层序列的至少一个被动阀门（PV）：a）具有提供用于流体的通路（P1）的孔的第一载体层（CL1）；b）具有第一开口的可选第一结合层（BL1）；c）具有至少一个通孔（TH）的柔性层（FL）；d）具有第二开口的可选第二结合层（BL2），其中存在第一结合层（BL1）和第二结合层（BL2）中的至少一个；e）第二载体层（CL2）；其中朝向第一载体层（CL1）推动柔性层（FL）关闭通路（P1），而朝向第二载体层（CL2）推动它则打开通路（P1）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.12 EP 13180119.31.一种流体设备（100-700），具有包括以下层序列的至少一个被动阀门（PV）：
a）具有提供用于流体的通路（P1）的孔的第一载体层（CL1）；
b）具有第一开口的可选第一结合层（BL1）；
c）具有至少一个通孔（TH）的柔性层（FL）；
d）具有第二开口的可选第二结合层（BL2），
其中存在第一结合层（BL1）和第二结合层（BL2）中的至少一个；
e）第二载体层（CL2）；
其中朝向第一载体层（CL1）推动柔性层（FL）关闭通路（P1），而朝向第二载体层（CL2）推动它则打开通路（P1）。
2.根据权利要求1所述的流体设备（100-700），
其特征在于，通孔（TH）处的柔性层（FL）的部分能够在由第一开口和/或第二开口形成的阀门腔室（VC）内移动。
3.根据权利要求2所述的流体设备（100-700），
其特征在于，柔性层（FL）的至少一个通孔（TH）靠近阀门腔室（VC）的边界定位。
4.根据权利要求2所述的流体设备（100-700），
其特征在于，第一载体层（CL1）的孔靠近阀门腔室（VC）的中心定位。
5.根据权利要求1所述的流体设备（100,200,300,600），
其特征在于，通路（P1）通过第二载体层（CL2）中的通孔而连续。
6.根据权利要求1所述的流体设备（400,500,700），
其特征在于，通路（P1）通过柔性层（FL）中的孔（AP）而连续。
7.根据权利要求1所述的流体设备（100-700），
其特征在于，第一载体层（CL1）和/或第二载体层（CL2）包括选自包含PMMA、PTFE和PC的组的材料。
8.根据权利要求1所述的流体设备（100-700），
其特征在于，第一结合层（BL1）和/或第二结合层（BL2）包括具有包含丙烯酸粘合剂或硅橡胶的粘合层的载体。
9.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：JTWM范伊姆伦，IJM多贝拉尔博斯博姆，PJ范德扎亚格，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL