微流体设备的超声焊接制造技术

本发明专利技术涉及一种基于超声焊接的微流体设备。其主要由经由至少一个结构(10、10')被焊接到彼此的第一元件和第二元件组成。所述结构(10、10')包括细长焊接部分、焊接通道(12、12')、以及排出通道(13)，所述细长焊接部分用于所述焊接，所述焊接通道在所述第一元件与所述第二元件之间并且沿着所述焊接部分的一侧延伸，所述排出通道与所述设备的所述焊接通道(12、12')和微流体路径(20、20')连通。本发明专利技术还涉及一种制造这样的设备的方法。

Ultrasound Welding of Microfluidic Equipment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微流体设备的超声焊接
本专利技术涉及一种基于超声焊接的微流体设备以及一种制造所述微流体设备的方法。这些类型的设备可以用于出于分析目的而接收流体(例如生物样品)的一次性物品。通常，这样的一次性物品可以被设计为被插入在分析器中。
技术介绍
超声焊接用来将顶部元件(例如板、箔片、基础零件、基底等)组装到底部元件(例如板、箔片、基础零件、基底等)以便制造微流体设备，然后封闭在所述第一元件和所述第二元件的一个和/或另一个主要表面上制作的微流体凹槽和腔以在之后形成微流体路径的微流体通道和腔室。焊接在涉及塑料和/或金属材料的接合点处被执行。在工业环境中，超声焊接通常意味着对被提供在所述顶部元件上或所述底部元件上的能量引导件的使用。然后出于焊接目的，通过在短时间内同时应用超声能量和机械压力将它们熔融，从而产生所述接合点以及对顶部元件和底部元件的密封。重要的是，设备中的通常包含要在设备的制造期间提供的干试剂或湿试剂或化学品或涂层的(一个或多个)微流体路径具有以工业上可再现的方式与设备的预定设计规范准确匹配的几何形状、尺寸和位置。特别关键的是，焊接不改变微流体的设计或不会由于焊接的低公差而导致不准确性。为了解决这些要求，US2009152326公开了对焊接止挡件和能量引导件的使用，所述焊接止挡件具有一定的高度并且被提供在底板上，所述能量引导件被提供在顶板上。一旦底板和顶板由于焊接而被组装以用于提供微流体设备，一些间隙就将每个能量引导件与相邻的焊接止挡件分开，然后在能量引导件的任一侧上形成一些焊接通道。从能量引导件的尖端的超声熔融提供的熔融材料然后流入这些焊接通道，并且不在能量引导件与底板之间，否则这将在两者之间产生额外的厚度，从而影响焊接深度以及底板和顶板的良好定位。此外，当顶板和底板在焊接步骤之前被组装时，所述焊接止挡件防止顶板不再下降，这可以进一步增加在焊接之前两个板的定位准确性。类似地，US6066216公开了对焊接止挡件和能量引导件的使用，所述焊接止挡件和能量引导件通过接收熔融材料的焊接凹槽被彼此分开，但是焊接止挡件和能量引导件两者都被提供在底板上。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是改善微流体设备的制造过程以便提高公差。具体地，如果这种制造涉及在组装和焊接之前在所述两个元件中的一个和/或另一个上应用试剂液体，则预见到这种液体不干扰焊接。本专利技术的另一目的是提供一种被布置为在其集成的微流体网络中填充有样品流体而在焊接位置处不损失任何样品流体的基于超声焊接的微流体设备。本专利技术的另一目的是提供一种被布置为是通用设备的基于超声焊接的微流体设备，即所述微流体设备能够与要被填充在其微流体路径中的不同类型的样品流体一起使用，并且所述微流体设备能够容纳在使用中要被填充在设备中的不同体积的样品，以用于对该样品的最佳分析。这些目的中的至少一些通过根据本专利技术的第一实施例提供一种基于超声焊接的设备来实现，所述基于超声焊接的设备包括用于流体的微流体路径，所述设备主要由经由至少一个结构被焊接到彼此的第一元件和第二元件组成，所述结构包括：-细长中心部分，其提供所述焊接，所述细长中心部分由当使用超声焊接时初始能量引导件的熔融产生，-焊接通道，其在所述第一元件与所述第二元件之间并且沿着所述中心部分的一侧延伸，以及-排出通道，其与所述焊接通道和所述微流体路径连通。从能量引导件的尖端的超声熔融提供的熔融材料在制造期间流入焊接通道，并且不在能量引导件与另一个元件(第一元件或第二元件)之间，否则这将在两者之间产生额外的厚度，从而影响焊接深度并因此产生第一元件与第二元件之间的一定错误定位或不想要的间隙。该焊接通道因此允许在焊接和高公差之后保持垂直的几何形状。作为一选项，(一个或多个)初始能量引导件能够被提供在第一底部元件上和/或第二底部元件上。所述排出通道可以允许将可能已经被接收在焊接通道中的任何液体从焊接通道排出或流出到微流体路径。这样的液体可以已经在制造微流体设备的步骤中、在第一元件与第二元件的组装或焊接之前被采用。例如，该制造步骤能够包括将试剂液体或涂层提供到第一元件上，以便处置微流体路径的表面(例如以改变该表面的一些物理或化学性质)，或者将一些试剂沉积在该路径中以便此后当设备在使用中时与流体样品混合(例如，试剂可以出于样品中的分析物的检测目的而被特别地提供有到存在于样品中的一些分析物的结合，或者是要溶解样品中的细胞的溶解试剂)。这样的液体试剂或涂层然后可以在焊接之前或之后被至少部分地干燥。备选地，它们可以保持处于液体状态。该试剂或涂层可以在第二元件与第一元件组装之前由在第一元件的微流体路径的一些适当位置中的液体溶液的蒸发来沉积。但是由于缺乏对这种沉积步骤的完全控制，该试剂的一部分也可能被沉积在焊接通道中，如果不经由本专利技术的排出通道被排出到微流体路径，焊接通道然后将因此充当该化学品的不想要的贮藏所。因此，排出通道防止焊接通道中的任何试剂(或其他液体)占据当能量引导件在(如前述的)超声焊接期间被熔融时流入焊接通道的焊接材料所需的体积，并且因此防止焊接通道中不存在足够的空间来接纳焊接材料。如果没有排出通道，则因此存在该焊接材料越过焊接通道的边缘因此在第一元件与第二元件之间的焊接之后产生间隙或在设备中的焊接位置处产生导致设备的结构性缺陷的内部压力的风险。如果第二元件是柔性元件(例如箔片、薄层压材料或膜状物)，则该间隙或内部压力可以是特别有害的，柔性元件能够由于质量差的焊接而容易变形，导致设备和/或其麻醉方面中的紧密性问题。在焊接通道中的大量过多液体在焊接期间被涂抹在表面上面的情况下，结果甚至可能更糟。这种情况的原因是，(通常三角形形状的)能量引导件的焊接结构在焊接期间熔融，并且当焊接结构向下流动时，将相邻的液体挤压到侧面。这导致液体(其可以包括如前述的化学品)的不受控的重新分布以及不受控的焊接过程。本专利技术的排出通道的主要功能于是允许试剂或任何其他不期望的液体从焊接通道被排出到它与之连通的微流体路径。任选地，基于超声焊接的设备可以包括第二焊接通道，所述第二焊接通道在所述第一元件与所述第二元件之间并且沿着焊接中心部分(或焊接之前的能量引导件)的相对侧延伸。第二焊接通道可以对储存在超声焊接期间来自能量引导件的熔融的焊接材料是有用的，因此允许设备分别在第一焊接通道和第二焊接通道中接纳焊接能量引导件的右侧上和左侧上的焊接材料。该第二焊接通道可以与所述排出通道连通。通过这种方式，在设备的制造过程中使用的任何液体也可以经由该排出通道从第二焊接通道排出。该实施例可以是方便的，因为同一排出通道排出第一焊接通道和第二焊接通道两者，这导致设备的更简单且更牢固的设计。备选地，第二焊接通道可以经由第二排出通道连通到微流体路径。这样的第二排出通道可以具有与第一排出通道类似的上面提到的功能性。如果该第二排出通道与微流体路径的不同于第一排出通道与之连通的微流体通道的另一部分的一部分连通，则该第二排出通道可以是特别有利的。这可以对通过这种方式将被储存在两个焊接通道中的液体散布在微流体路径的不同位置上是有利的。该实施例也能够是有利的，因为第一排出通道和第二排出通道中的每个排除通道的横截面可以相对于具有针对第一焊接通道和第二焊接通道的单个排出通道的设计被减小。并且，更小的排出通道可以呈现出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提供有用于流体的微流体路径(20、20’)的基于超声焊接的设备，所述设备主要由经由至少一个结构(10、10’)被焊接到彼此的第一元件和第二元件组成，所述结构包括：‑细长焊接部分，其提供所述焊接，所述细长焊接部分由当使用超声焊接时初始能量引导件(11、11’)的熔融产生，‑焊接通道(12、12’)，其在所述第一元件与所述第二元件之间并且沿着所述焊接部分的一侧延伸，以及‑排出通道(13)，其与所述焊接通道(12、12’)和所述微流体路径(20、20’)连通。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.23 EP 16200250.51.一种提供有用于流体的微流体路径(20、20’)的基于超声焊接的设备，所述设备主要由经由至少一个结构(10、10’)被焊接到彼此的第一元件和第二元件组成，所述结构包括：-细长焊接部分，其提供所述焊接，所述细长焊接部分由当使用超声焊接时初始能量引导件(11、11’)的熔融产生，-焊接通道(12、12’)，其在所述第一元件与所述第二元件之间并且沿着所述焊接部分的一侧延伸，以及-排出通道(13)，其与所述焊接通道(12、12’)和所述微流体路径(20、20’)连通。2.根据权利要求1所述的基于超声焊接的设备，其中，所述结构(10、10’)包括第二焊接通道(12、12’)，所述第二焊接通道在所述第一元件与所述第二元件之间并且沿着所述细长焊接部分的相反侧延伸。3.根据权利要求2所述的基于超声焊接的设备，其中，所述排出通道(13)还与所述第二焊接通道(12、12’)连通。4.根据权利要求2所述的基于超声焊接的设备，其中，所述结构(10、10’)还包括第二排出通道(13)，所述第二排出通道与所述第二焊接通道(12、12’)和所述微流体路径(20、20’)连通。5.根据权利要求4所述的基于超声焊接的设备，其中，所述第二排出通道(13)还与所述焊接通道(12、12’)连通。6.根据权利要求5所述的基于超声焊接的设备，其中，所述排出通道(13)还与所述第二焊接通道(12、12’)连通。7.根据前述权利要求中的任一项所述的基于超声焊接的设备，包括彼此相邻并且由相应的壁(15’)彼此分开的焊接接合的阵列(100)，所述阵列(100)中的所述焊接接合中的每个焊接接合包括提供焊接并且由当使用超声焊接时初始能量引导件(11’)的熔融产生的焊接部分，其中，所述阵列包括所述结构(10’)中的至少一个。8.根据权利要求7所述的基于超声焊接的设备，其中，焊接接合的所述阵列(100)包括所述结构(10’)中具有一个或多个相同的排出通道(13)的至少两个结构。9.根据权利要求7所述的基于超声焊接的设备，其中，一个或多个所述壁(15’)的高度确定所述焊接通道(12’)的高度。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的基于超声焊接的设备，其中，该设备被布置为使得，当所述设备在使用中时，所述流体主要在所述微流体路径(20、20’)中靠近与所述至少一个排出通道(13)的连接流入经确定的流动方向，并且其中，该至少一个排出通道(13)大多情况下垂直于该流动方向延伸。11.根据权利要求1至9中的任一项所述的基于超声焊接的设备，还以以下方式进行布置：所述排出通道(13)中的流体阻力高于所述微流体路径(20、20’)中在所述排出通道(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·A·拉森，K·摩根森，
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