微流控芯片和阀门、生产方法及用途技术

本发明专利技术涉及根据独立权利要求的微流控芯片和阀门、其生产方法和用途。其生产方法和用途。其生产方法和用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微流控芯片和阀门、生产方法及用途


[0001]本专利技术涉及根据独立权利要求的微流控芯片和阀门、其生产方法和用途。

技术介绍

[0002]微流控
在提供用于处理液体组分的解决方案方面取得进展，例如用于进行化学合成和/或化学、生化和/或蛋白质组学分析，更优选用于进行选自由以下组成的组的生化测定：酶促分析，例如葡萄糖或乳酸分析；DNA分析，例如聚合酶链式反应(PCR)，尤其是具有高通量测序的PCR。
[0003]为了执行这样的程序，可能需要控制微流控装置(例如微流控芯片)内的液体流动。这种可控的液体流动特别适用于——但不限于——促进核酸分离从而进行PCR分析的微流控芯片。在这方面，微流控通道通常作为微流控网络的一部分应用于微流控芯片的一侧。不同的通道可能是可连接的，并且/或者需要及时控制液体和/或气体流动，这可能是必要的。
[0004]为了优化微流控网络的空间布置，两个或多个微流控通道在表面平面中的交角可以在两个或多个区域中不同，在这些区域中应当控制液体流动。根据现有技术，在微流控阀门与要连接/断开的微流控通道设置在同一侧的情况下，可能需要使用两种或多种不同几何排布的微流控阀门和/或阀门致动器装置，从而便于控制液体流动。
[0005]因此，需要提供一种微流控阀门，其可以控制液体流动，而不管要连接/断开的微流控通道之间的适用交角如何。
[0006]根据现有技术的解决方案，微流控网络(特别是微流控阀门)通常具有一定的体积(所谓的死体积(Dead Volume))，它与流动路径外的内部体积部分有关。换句话说，液体将残留在微流控阀门中，因此可能污染其他液体，这进而可能不利于用受污染的溶液进行进一步的处理。例如，在微流控芯片促进核酸分离并且优选地也促进PCR分析的情况下，残留浓度为1体积％的裂解缓冲液不利于进行PCR分析。此外，增加的死体积会对微流控通道内液体体积的测量精度产生负面影响。因此，减少微流控阀门的死体积是持续的需求。
[0007]此外，存在为这种改进的微流控阀门和微流控芯片提供简单且有成本效益的生产方法的持续需要。
[0008]因此，本专利技术的目的是提供替代的和/或改进的微流控阀门，用于控制微流控通道中的液体流动，优选地
[0009]·
其中微流控阀门可用于控制微流控通道中的液体流动，而不管要连接/断开的微流控通道之间的适用交角如何，和/或
[0010]·
其中微流控阀门的死体积被优化，更优选地被减少，和/或
[0011]·
其中微流控阀门的生产方法简单，且有成本效益。

技术实现思路

[0012]本专利技术的一个或多个问题由独立权利要求的主题(即微流控阀门、微流控芯片、其
生产方法和用途)解决。在下文的详细描述和/或附图以及从属权利要求中阐述了优点(优选实施方案)。
[0013]相应地，本专利技术的第一方面涉及一种用于控制微流控通道中的液体流动的微流控阀门。本专利技术的微流控阀门包括基部基板、在松弛状态下厚度d
EM
＝d的弹性膜以及分别具有相对的上表面和下表面的顶部基板。顶部基板固定至基部基板，从而紧固基部基板的上表面和顶部基板的下表面之间的弹性膜。换言之，弹性膜的下表面与基部基板的上表面相邻设置，而顶部基板的下表面与弹性膜的上表面相邻设置。
[0014]根据第一专利技术方面，基部基板在其上表面上包括具有周长p
V
＝x的阀座，该阀座包括周长p
CR
≤x的中央凹部，以及围绕阀座的突出部，该突出部具有内周长p
Pi
≥x和外周长p
Po
>p
Pi
。
[0015]此外，根据第一专利技术方面，微流控阀门在基部基板的上表面和顶部基板的下表面平面之间具有垂直于下表面平面测量的距离。该距离分别为在突出部的周长p
Po
外的d
BTLS
≥d，在中央凹部的周长p
CR
内的d
CR
>d，以及在突出部的周长p
Pi
和p
Po
之间的d
P
<d。
[0016]此外，根据第一专利技术方面，顶部基板具有从其下表面到上表面的通孔，通孔具有周长p
TH
≤p
Pi
，通孔被设置成与阀座对准，从而为阀门致动器装置提供通道。该通孔便于将阀门致动器装置用于使阀座区域内的弹性膜变形，以控制微流控通道中的液体流动。
[0017]此外，根据第一专利技术方面，中央凹部在基部基板的上表面上形成纵向形状的凹部并且包括入口开口和单独的出口开口，它们分别通过各自的连接通道连接到阀门上游和下游的微流控通道，并且其中连接通道彼此独立地设置在与基部基板的上表面成角度的位置。换句话说，连接通道将设置在基部基板的上表面上的中央凹部与阀门上游和下游的微流控通道流体连接，这些微流控通道彼此独立地设置在与上部基板间隔开的基部基板的另一平面中。相应地，连接通道设置在与基部基板的上表面成角度的位置，这意味着它们不设置在基部基板的上表面的同一平面中。
[0018]此外，根据第一专利技术方面，弹性膜被设置成在阀门打开状态下不与中央凹部的表面接触，从而形成阀腔，其流体连接阀门上游和下游的连接通道，并且可通过阀门致动器装置变形，从而在阀门关闭状态下，弹性膜关闭中央凹部中的入口和出口开口之间的流体连接。
[0019]鉴于微流控阀门被创造性地设置在基部基板的上表面，而微流控阀门上游和下游的微流控通道设置在另一个平面内，通过两个连接通道与微流控阀门连接，相同的微流控阀门可用于控制微流控通道中的液体流动，而不管要连接/断开的微流控通道之间的适用交角如何。
[0020]由于可以使用相同的微流控阀门，对于不同的微流控阀门也可以使用相同的阀门致动器装置，这进一步简化了阀门的操作并相应地降低了其成本。这是特别相关的，因为本专利技术的微流控阀门不需要阀门致动器装置的某种特定构造和/或其在顶部基板的通孔的周长p
TH
内的排布。阀门致动器装置通常必须安装在顶部基板的通孔的周长p
TH
内，但可以大于阀座内的中央凹部的周长p
CR
，因为在阀门闭合状态下，鉴于施加的压力，可变形的弹性膜将填充阀腔，从而关闭流体连接。
[0021]此外，本专利技术的微流控阀门允许优化、优选地减小微流控阀门的死体积，因为死体积仅与阀腔的内部体积有关，该内部体积在液体流动路径之外。
[0022]此外，本专利技术的微流控阀门同时可以以简单且有成本效益的方式制造，因为可以使用用于弹性膜和顶部基板的常规材料。换句话说，弹性膜不必经过预处理，并且弹性体的下表面和上表面都可以是平坦的，并且弹性膜可以在整个表面区域具有相同的厚度。该优点特别是由于阀座和围绕阀座的突出部在基部基板的上表面上的创造性排布与基部基板的上表面相对于顶部基板的下表面平面之间的相应距离的组合。本专利技术的要求有助于将弹性膜紧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制微流控通道中的液体流动的微流控阀门，所述微流控阀门包括基部基板、在松弛状态下厚度d
EM
＝d的弹性膜以及分别具有相对的上表面和下表面的顶部基板，其中所述顶部基板被固定到所述基部基板，从而将所述弹性膜紧固在所述基部基板的上表面和所述顶部基板的下表面之间，其特征在于：所述基部基板在其上表面上包括周长p
V
＝x的阀座，所述阀座包括周长p
CR
≤x的中央凹部，以及围绕所述阀座的突出部，所述突出部具有内周长p
Pi
≥x和外周长p
Po
>p
Pi
，其中，垂直于所述下表面平面测量的所述基部基板的所述上表面和所述顶部基板的所述下表面平面之间的距离分别是：在所述突出部的周长p
Po
外为d
BTLS
≥d，在所述中央凹部的周长p
CR
内为d
CR
>d，以及在所述突出部的周长p
Pi
和p
Po
之间为d
P
<d，其中所述顶部基板具有从其下表面到上表面的通孔，所述通孔具有周长p
TH
≤p
Pi
，所述通孔被设置成与所述阀座对准，从而为阀门致动器装置提供通路，其中所述中央凹部在所述基部基板的上表面上形成纵向形状的凹部，并且包括入口开口和单独的出口开口，所述入口开口和单独的出口开口通过各自的连接通道分别连接到阀门上游和下游的微流控通道，并且其中所述连接通道彼此独立地设置在与所述基部基板的上表面成角度的位置，并且所述弹性膜被设置成在阀门打开状态下不与所述中央凹部的表面接触，从而形成阀腔，所述阀腔流体连接阀门上游和下游的连接通道，并且可通过所述阀门致动器装置变形，使得在阀门关闭状态下，所述弹性膜关闭所述中央凹部中的所述入口和出口开口之间的流体连接。2.根据权利要求1所述的微流控阀门，其中在阀门打开状态下，所述阀腔的体积V
VC
≤3*D3，其中D是入口和出口连接通道的水力直径中的较大者，其中连接通道的水力直径D通道定义为D＝4A/p，其中A分别是所述阀门凹部的入口或出口处的相应连接通道的截面面积，并且p是截面周长，更优选地其中V
VC
≤2μL，并且所述入口和出口开口的水力直径D在0.3至0.87mm的范围内。3.根据权利要求1或2所述的微流控阀门，其中所述入口和出口开口中的至少一个，优选地两者都设置在具有最大距离d
CR
的所述中央凹部的部分中。4.根据权利要求1至3中任一项所述的微流控阀门，其中所述突出部在所述基部基板的上表面平面上形成圆形，优选为环形或椭圆形，或成角度的形状，优选为方形或长方形。5.根据权利要求1至4中任一项所述的微流控阀门，其中所述中央凹部与所述阀座的周长间隔开，其中p
CR
<p
V
＝p
Pi
<p
Po
，并且所述弹性膜的下表面至少与所述突出部的表面和所述突出部的内周长p
Pi
和所述中央凹部的周长p
CR
之间的基部基板的表面接触，使得在阀门打开状态下，所述阀腔由所述中央凹部的体积组成。6.根据权利要求5所述的微流控阀门，其中所述周长p
CR
<p
V
和p
V
＝p
Pi
之间的所述阀座表面区域具有垂直于所述下表面平面测量的从所述基部基板的所述上表面到所述顶部基板的所述下表面平面的距离d
VS
，d
P
<d
VS
≤d，优选地d
P
<d
VS
＝d<d
BTLS
。7.根据权利要求1至6中任一项所述的微流控阀门，其中所述顶部基板的下表面和所述弹性膜的上表面是齐平安装的，优选地可通过双组分注塑成型获得。8.一种微流控芯片，其包括微流控通道网络和一个或多个根据权利要求1至7中任一项所述的微流控阀门。
9.根据权利要求8所述的微流控芯片，其中一个弹性膜覆盖两个或多个微流控阀门。10.根据权利要求8至9中任一项所述的微流控芯片，其中相应的一个或多个阀门的上游和下游的微流控通道被设置为所述基部基板的所述下表面中的相应凹部，所述凹部通过单独的连接通道分别连接到所述中央凹部的所述入口和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕维尔，
申请(专利权)人：好奇诊断有限责任公司，
类型：发明
国别省市：