具有大型表面处理孔口的垂直微流体探头制造技术

本发明专利技术的一个或多个实施例涉及一种垂直微流体探头，其包括中间材料层和两个外层。中间层包括两个相对的主表面，每个主表面开槽到与每个主表面邻接的相同边缘表面，从而在相对的每个主表面上形成两组n个微通道腔，n≥1。中间层还布置在两个外层之间，其(至少部分地)封闭在两个主表面上开槽的微通道腔。这样，形成两组n个微通道，每个微通道在边缘表面上开口，使得在边缘表面上形成两组相对的n个孔口。因此，孔径的长度不受中间层厚度的限制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有大型表面处理孔口的垂直微流体探头
技术介绍
本专利技术一般涉及微流体领域，尤其涉及垂直微流体探头(verticalmicrofluidicprobeheads)。微流体处理小体积流体的行为，精确控制和操纵，这些流体通常限制在微米长度尺度通道和通常在亚毫升范围内的体积。微流体的突出特征源于液体在微米长度尺度上表现出的特殊行为。通过制造具有微米范围的横向尺寸的结构，可以处理和分析远低于1纳升的体积。可以加速大规模限制的反应(通过反应物的扩散)。最后，平行的液体流可以精确地和再生性被控制，允许在液/液和液/固界面进行化学反应和渐变(gradients)。更具体地，微流体中的典型流体体积范围为10-15L至10-5L，并且以10-7m至10-4m的典型直径通过微通道运输、循环或更一般地移动。在微观尺度上，流体的行为可以与较大的，例如宏观尺度的行为不同，使得表面张力，粘性能量耗散和流体阻力可以成为流体流动的主要特征。比较流体动量和粘度的影响的雷诺数可以降低到液体流动变成层流而不是湍流的程度。另外，在微观尺度下，由于没有湍流，流体不一定混乱地混合，并且相邻流体之间的分子或小颗粒的传输通常通过扩散进行。因此，某些化学和物理流体性质(例如浓度，pH，温度和剪切力)可能变得确定。这使得可能在单步和多步反应中获得更均匀的化学反应条件和更高等级的产物。微流体装置通常指微制造装置，其用于泵送，取样，混合，分析和计量液体。微流体探针是用于沉积，回收，运输，输送和/或去除液体的装置，特别是含有化学和/或生化物质的液体。例如，微流体探针可用于诊断医学，病理学，药理学和分析化学的各种分支领域。微流体探针还可用于进行用于酶分析，脱氧核糖核酸(DNA)分析和蛋白质组学的分子生物学程序。特别地，已知微流体装置的概念，其在文献中被称为“垂直微流体探头”，参见例如作者为GVKaigala，RDLovchik，U.Drechsler和E.Delamarche的“AVerticalMicrofluidicProbe”，Langmuir，2011,27(9)，pp5686-5693。微流体探头包括主体，例如硅基底，其具有形成装置的处理表面的一部分的边缘表面。液体通道或微通道形成在两层之间的界面处，通过将主体开槽到边缘表面并用盖子将其封闭，这简化了探头的制造。特别地，这种装置可以包括液体分配器，其被设计成通过终止第一个通道的孔口(orifice)分配液体，以及液体抽吸器通过另一个孔口和第二个通道抽吸液体。这种装置允许要获得的处理液的流体动力学流动限制(HFC)。换句话说，从孔口中分配层流的处理液，该液体在空间上限制在环境液体(或浸液)中。微流体探针(MFPs)是已知的，其可以产生并维持具有大约100μm2的占用区域(footprint)的流体动力学流动限制(HFC)。要使用HFC处理大区域，当前的方法是按顺序扫描整个区域。这种顺序处理是耗时的。有几种情况需要处理大面积区域，同时保留HFC的重要方面。例如，处理用于免疫组织学分析的组织切片(检测蛋白质表达水平)需要以cm-标度处理。例如，检测(“感知”)蛋白质表达谱对于一些医学决策和相关分析是重要的。目前的垂直MFP不能在厘米长的尺度上维持HFC。更一般地，当前的垂直MFP不适合处理大面积区域。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术的一个或多个实施方案体现为垂直微流体探头(也称为垂直微流体芯片)。后者基本上包括中间材料层和两个外层。中间层包括两个相对的主表面，每个主表面开槽到与每个主表面邻接的相同边缘表面，从而在每个相对主表面上形成两组n个微通道腔，n≥1；中间层进一步被布置在两个外层之间，至少部分地封闭在两个主表面上开槽的微通道腔，从而形成两组n个微通道，每个微通道在边缘表面上开口，这样在边缘表面上形成两组相对的n个孔口。换句话说，通道(或通道部分)现在形成在中间层(例如，硅晶片)的任一侧上的两个相对的界面处，并且由两个外层(或盖子)封闭，而不是像现有技术的垂直MFP那样在单个界面上形成。因此，与现有方法相比，液体流动被旋转，并且孔口的长度或任一组的孔口的总占用区域不受中间层的厚度的限制，如现有技术的垂直MFP的情况。长度在边缘表面上测量并平行于主表面。因此，可以制造相对的孔口(或一组孔口)，其具有大的占用区域。特别地，本方法使得可以设计cm级表面处理装置，同时仍然能够实现HFC(s)。特别考虑了两类实施例。第一类一个或多个实施例是这样的实施例，其中中间层的两个相对的主表面各自多次沟槽到边缘表面(即，n≥2)，使得在边缘表面上形成两组相对的多个孔口。无论中间层的厚度如何，每组孔口都可以具有大的占用区域(中间层仅需要足够厚以能够在其上开槽通道腔并提供机械稳定性)。每组相对的孔口口在边缘表面上具有占用区域，其可基本上形成细长的矩形。这种矩形的长度(在边缘表面上测量并平行于中间层的每个主表面)可以例如大于或等于1mm，或者甚至达到cm-标度。第一组n个孔口中的每个孔口可以与第二组n个孔口中的孔口相对(即，面对面)，以实现多个平行的处理液流动，并且如果需要，在与孔口相对的孔口处进行液体再抽吸。在一个或多个实施例中，一组孔口与相对组的最近孔口之间的间隔在50和1000μm之间，例如100μm。间距是距离，其在边缘表面上测量，分离两个相对孔口(不同孔口组)的最近边缘。每个孔口可以基本上形成正方形。在变型中，中间层的两个相对的主表面各自开槽，以使每个孔口具有纵横比。这样，第一组的第一孔口和第二相对组的第二孔口可以各自形成一个狭缝。根据第二类的一个或多个实施例，在每组孔口仅包括一个孔口的情况下，这是特别有利的。在这种情况下，可以使每个狭缝变大，以实现快速的表面处理。第一孔口和第二孔口可以具有各自的长度(再次在边缘表面上测量并且平行于每个主表面)，这基本上不同。这使得HFC可以更好地与处理过的表面相互作用并防止HFC与处理过的表面之间的接触损失，如后面详细说明的。长度中的最小长度可以例如至少等于50μm，或者甚至至少等于1cm。在一个或多个实施例中，第一孔口和第二孔口的相应长度相差3.0至5.0倍，优选等于4.0倍。在上述一个或多个实施例的两个类别中的每一个中，任一组的孔口可具有各自的宽度(在边缘表面上测量并垂直于每个主表面)，每个宽度在10μm和500μm之间，并且优选地在20μm和200μm。每组的孔口可以具有基本相同的宽度，以便于制造过程和HFC的参数化。在一个或多个实施例中，中间层是晶片或晶片的一部分，以便利用关于晶片处理的专有技术(know-how)。特别地，可以有利地使用硅晶片的一部分的硅晶片。每个外层可以是粘合到晶片或晶片部分上的玻璃层。上述微流体探头可用于垂直微流体探头(也根据本专利技术)，其中后者还包括：液体分配器(liquiddispenser)，其配置成通过第一组n个孔口中的孔口分配液体；液体抽吸器(liquidaspirator)构造成通过第二组n个孔口中的孔口抽吸液。在一个或多个实施例中，两个相对组n个孔口中的孔口，液体分配器和液体抽吸器共同设计，以使第二组n个孔口中的孔口抽吸在操作中通过第一组n个孔口中的孔口分配的液体成为可能。如前所述，可以依赖HFC。根据另一方面，本专利技术体现为用于利用如上所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直微流体探头，包括：中间层材料；和两个外层；其中，中间层包括两个相对的主表面，每个主表面开槽到与每个主表面邻接的相同边缘表面，从而在每个主表面上形成两组n个微通道腔，n≥1；以及其中，中间层布置在两个外层之间，后者至少部分地封闭在两个主表面上开槽的微通道腔，从而形成两组n个微通道，每个微通道在边缘表面上开口，这样在边缘表面上形成两组相对的n个孔口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.26 US 15/138,2501.一种垂直微流体探头，包括：中间层材料；和两个外层；其中，中间层包括两个相对的主表面，每个主表面开槽到与每个主表面邻接的相同边缘表面，从而在每个主表面上形成两组n个微通道腔，n≥1；以及其中，中间层布置在两个外层之间，后者至少部分地封闭在两个主表面上开槽的微通道腔，从而形成两组n个微通道，每个微通道在边缘表面上开口，这样在边缘表面上形成两组相对的n个孔口。2.根据权利要求1所述的垂直微流体探头，其中：所述两个主表面各自多次开槽到边缘表面，这样n≥2。3.根据权利要求1或2所述的垂直微流体探头，其中：第一组n个孔口中的每个孔口相对于第二组n个孔口中的孔口面对面。4.根据权利要求2所述的垂直微流体探头，其中：每个相对的n个孔口组在边缘表面上具有占用区域，该占用区域基本上形成矩形，其长度在边缘表面上测量并平行于每个主表面，大于或等于1mm。5.根据权利要求1-4任一项所述的垂直微流体探头，其中：第一组n个孔口中的孔口与第二组n个孔口中的最近孔口之间的间距为50和1000μm之间。6.根据权利要求1-5任一项所述的的垂直微流体探头，其中：两个主表面各自开槽，以使每个孔口具有纵横比，由此相对组的第一组的第一孔口和相对组的第二组的第二孔口各自形成一个狭缝。7.根据权利要求6所述的垂直微流体探头，其中：第一孔口和第二孔口具有各自的长度，所述长度在边缘表面上测量并平行于每个主表面；以及长度差别很大。8.根据权利要求6或7所述的垂直微流体探头，其中：最小的一个长度至少等于50μm。9.根据权利要求6-8任一项所述的垂直微流体探头，其中：最长的一个长度至少等于5厘米。10.根据权利要求7所述的垂直微流体探头，其中：长度相差3.0到5.0倍之间。11.根据权利要求7所述的垂直微流体探头，其中：长度相差4.0倍。12.根据权利要求1-11任一项所述的垂直微流体探头，其中：两个相对组n个孔口的孔口具有各自的宽度，其中宽度在边缘表面上测量并垂直于每个主表面，并且各自在20μm和200μm之间。13.根据权利要求12所述的垂直微流体探头，其中：孔口具有基本相等的宽度。14.根据权利要求1-13...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·凯加拉，R·拉夫奇克，D·P·泰勒，I·奇夫，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US