微流体混合器中的低复杂性流量控制制造技术

本发明专利技术提供了一种具有块状体的微流体混合平台，该平台包括入口井、微通道、被动毛细管阀、混合特征和出口。被动毛细管阀防止沿微通道的不想要的毛细管流动。被动毛细管阀包括相对于流体流动的方向的微通道加宽部，并且该角度具有渐变的轮廓。混合平台块状体包括能够机器制造的刚性基质。还提供了一种防止微流体混合器中的回流的方法。

Low Complexity Flow Control in Microfluidic Mixers

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微流体混合器中的低复杂性流量控制相关申请的交叉引用要求2017年1月18日提交的美国临时申请62/447,653的优先权。
技术介绍
(a)领域所公开的主题大体上涉及微流体混合平台内的液压装置，用于混合用于生物研究或医学研究的材料。多年来，聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)用于制造微流体混合平台。PDMS具有易于操作的独特流动特性，并且对生物物质来说PDMS被认为是“安全的”。然而，PDMS不是适合大规模生产的标准注塑成型加工中的优选材料。“毛细管作用”是由于流体和通道壁之间的表面相互作用引起的力而使流体移动通过通道的作用，并且当体积非常小且通道非常窄时，“毛细管作用”是重要的。如果通道的直径足够小，则表面张力(由液体内的内聚力引起)以及液体与容器壁之间的粘合力的组合推动液体，甚至逆着重力推动液体。在原型PDMS装置中，水溶液的“毛细管泵送”是不重要的，因为PDMS具有“高接触角”。接触角是液-气界面与固体表面相遇的角度，并且量化液体对一表面的润湿性。毛细管作用(有时被称为毛细管、毛细管运动或毛细作用)是指液体在狭窄空间内流动而不需要类似重力的外力的辅助或甚至与类似重力的外力相反地流动的能力。这种效果可以在液体在漆刷的毛之间的向上引出、在细管中、在多孔材料(诸如纸和石膏)中、在某些非多孔材料(诸如沙和液化碳纤维)中、或在细胞中看到。该效果是由于液体和周围固体表面之间的分子间作用力而发生的。对于用于微流体混合器的微流体混合平台的规模化生产，必须从PDMS改变构造材料。适于大规模制造的材料的“接触角”低于PDMS的“接触角”，使得在施加压力之前，试剂通过微通道进行不希望的毛细管泵送。由于不受控制和次优的混合，毛细管泵送降低了所产生的纳米颗粒的质量。(b)相关技术在美国专利No.6,431,212中教导了微型机械阀的示例。该专利描述了一种由柔性层制成的阀，该柔性层允许单向流过微流体通道用于引导流体通过微型制造的分析盒(analysiscartridge)。然而，这种类型的阀由于其极小的尺寸和复杂性而难以制造，并且对于规模化而言是不实际的。在Klein和Weigl的美国专利公布No.20020003001中提出了一种控制微流体通道中的流体运动的非机械装置。该公布公开了一种用于微流体诊断和分析目的的表面张力控制阀，但没有清楚地描述实现其的材料和设计。由于所需的制造方法，上述概念不适于当前情况。制造的规模阻碍了已知解决方案的应用。
技术实现思路
根据本专利技术的实施方式，提供了一种具有块状体的微流体混合平台，所述微流体混合平台包括入口井、具有长度的微通道、在所述长度中的点处的被动毛细管阀、混合特征、以及出口，其中，所述被动毛细管阀防止沿所述微通道的毛细管流动。在实施方式中，块状体包括能够机器制造的刚性基质。在实施方式中，被动毛细管阀包括相对于微通道中的总流体流动的方向以至少90度并且至多179度的角度的微通道加宽部。在其它实施方式中，微通道加宽部相对于微通道中的总流体流动的方向成至少95度并且至多160度的角度。在其它实施方式中，微通道加宽部相对于流体流动的方向成至少100度并且至多150度的角度。在另外的实施方式中，微通道加宽部相对于流体流动的方向成至少105度并且至多145度的角度。在其它实施方式中，微通道加宽部相对于流体流动的方向成至少110度并且至多140度的角度。在另外的实施方式中，微通道加宽部相对于流体流动的方向成至少120度并且至多130度的角度。在本专利技术的实施方式中，被动毛细管阀是相对于流体流动的方向的微通道加宽部，并且所述角度是渐变的并且具有0.015mm至0.05mm的最小曲率半径。在其它实施方式中，该角度是渐变的并且具有约0.08mm的最小曲率半径。在实施方式中，被动毛细管阀在混合平台上是单一的。在实施方式中，被动毛细管阀是复数的。在实施方式中，被动毛细管阀是混合特征的上游。在其它实施方式中，被动毛细管阀是混合特征的下游。在其它实施方式中，被动毛细管阀是混合特征的上游。根据本专利技术的实施方式，提供了一种通过在微通道中的一点处包括负微通道壁区段来防止微流体混合平台中的回流的方法。在实施方式中，所述负微通道区段存在于微流体平台上一次。在其它实施方式中，所述负微通道区段存在于微流体平台上两次。在其它实施方式中，所述负微通道区段存在于微流体平台上三次。在其它实施方式中，所述负微通道区段存在于微流体平台上四次或更多次。在实施方式中，负微通道壁区段是混合特征的上游。在其它实施方式中，负微通道壁区段是混合特征的下游。在实施方式中，负微通道壁区段可以为上游和下游二者。如附图所示，根据以下所选实施方式的详细描述，本专利技术主题的特征和优势将变得更加明显。如将认识到的，所公开和要求保护的主题能够在各个方面进行修改，所有的修改都不脱离权利要求的范围。因此，附图和描述本质上被认为是说明性的而不是限制性的，并且在权利要求中阐述了主题的全部范围。附图说明通过以下结合附图的详细描述，本专利技术的其它特征和优势将变得显而易见，其中：图1a示出了被动毛细管阀的另一实施方式的俯视平面图；图1b示出了与图1a中相同的实施方式的侧视平面图；图1c是图1a和图1b的被动毛细管阀的透视图；图2a示出了被动毛细管阀的另一实施方式的俯视平面图；图2b示出了与图2a中相同的实施方式的平面侧视图；图2c是图2a和图2b的被动毛细管阀的透视图；图3a示出了被动毛细管阀的另一实施方式的俯视平面图；图3b示出了与图3a中相同的实施方式的侧视平面图；图3c是图3a和图3b的被动毛细管阀的透视图；图4a示出了被动毛细管阀的俯视平面图，其示出了示例性的以毫米计的尺寸和最小半径角；图4b是同一实施方式的侧视平面图，其示出了被动毛细管阀；图5是在混合平台的背景下本专利技术的实施方式的一个应用的俯视平面图；以及图6是在混合平台的背景下本专利技术的实施方式的另一应用的俯视平面图。在全部附图中，相同的特征由相同的附图标记标识。具体实施方式现在描述以下术语、部件和任何附图标记，接着是现在参考附图组合在一起的部件的详细信息，随后描述如何使用本专利技术的实施方式。在本文中使用术语“块状体”70描述形成微通道、入口、(一个或多个)混合区域、出口和被动毛细管阀的固体形式。本申请中的“下游”和“上游”旨在表示微通道中的流体从入口或输入位置朝向出口或排出点的流动方向。注塑成型是许多塑料的标准制造方法。优选由铬钢构成的金属块被机械加工成所需的形状。使用圆形切割刀片。在微机械加工应用中，刀具的尺寸必须非常小，但随着尺寸的减小，耐用性会降低。0.3mm刀具是强度的优选最小值，其限制了可以在任何最终产品中产生的角度。将熔融塑料注入金属块中的制造孔中，并且在塑料冷却至足够硬度之后，打开模具并移除制造的形状。“入口井(inletwell)”50描述了开口和初级体积(primaryvolume)，在初级体积中，试剂沉积并进入微流体盒或芯片。流体流8的方向是当从入口井50上方施加压力时液体试剂被推动通过微流体混合平台内的微通道的方向。流体流8由小箭头8指示。术语“井阶(wellstep)”51意味着起始井50和微通道30之间的深度变化，这减缓了待混合至微通道30中的成分的通过，直到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有块状体的微流体混合平台，包括：(a)入口井，(b)具有长度的微通道，(c)在所述长度中的点处的被动毛细管阀，(d)混合特征，以及(e)出口，并且其中，所述被动毛细管阀防止沿所述微通道的毛细管流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.18 US 62/447,6531.一种具有块状体的微流体混合平台，包括：(a)入口井，(b)具有长度的微通道，(c)在所述长度中的点处的被动毛细管阀，(d)混合特征，以及(e)出口，并且其中，所述被动毛细管阀防止沿所述微通道的毛细管流动。2.如权利要求1所述的混合平台，其中，所述块状体包括能够机械制造的刚性基质。3.如权利要求1所述的混合平台，其中，所述被动毛细管阀包括相对于所述微通道中的总流体流动的方向处于至少90度并且至多179度角度的微通道加宽部。4.如权利要求1所述的混合平台，其中，所述被动毛细管阀包括相对于所述微通道中的总流体流动的方向处于至少95度并且至多160度角度的微通道加宽部。5.如权利要求1所述的混合平台，其中，所述被动毛细管阀包括相对于流体流动的方向处于至少100度并且至多150度角度的微通道加宽部。6.如权利要求1所述的混合平台，其中，所述被动毛细管阀包括相对于流体流动的方向处于至少105度并且至多145度角度的微通道加宽部。7.如权利要求1所述的混合平台，其中，所述被动毛细管阀包括相对于流体流动的方向处于至少110度并且至多140度角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈·维尔德，张韶方，蒂莫西·利弗，
申请(专利权)人：精密纳米系统有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA