微流体器件制造技术

本发明专利技术涉及一种微流体器件，所述微流体器件包含第一和第二膜的层压体，一层或各层膜包括整体热成型的结构，使得所述膜一起限定用于其之间的流体容纳的封闭容积（１９），其特征在于，各层膜本身包含相对较高软化温度热塑性聚合物材料（１４、１７）和与其相比相对较低熔融温度热塑性聚合物材料（１５、１６）的层压体，各层膜的分别的相对低熔融温度热塑性聚合物材料被熔融在一起，以将所述第一和第二膜附着在一起。本发明专利技术还涉及一种制造所述微流体器件的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微流体器件本专利技术涉及微流体器件和形成所述器件的方法。微流体器件是用于在微观尺度上操纵和分析流体样品的器件。这种器 件的特别特征是微观尺度容积(通常称为"微结构")的存在，其用于保持和 引导流体，以在所述器件上以某种方式进行分析或测试或工作。通过以这 样的微观尺度进行工作的优点是众所周知的。为了避免疑问，如在此使用 的术语"容积"和"微结构"用于表示可以用于例如容纳、操纵、控制或导引 微流体器件内的流体流动的任何结构。这种微结构的实例是通道、反应室、 杂交室、泵和阀。一种特别形式的微流体器件采用基本上平面的器件格式。基于这种平 面微流体器件格式的集成系统的开发己经进行了数十年。它们可以用于分 子生物学的研究的自动化以及诊断系统的开发。关于化学和生物化学分析的重要里程碑是由A. Manz等发表的微-全分析系统的概念(传感器和调节 器B(Sensors and Actuators B)， 1990， 1， 244-248)。该工作引入了将所有 需要的分析操作步骤集成到单一的平面基体上的概念。以这种方式，可以 以最少的人为干预进行所有从样品制备到分析所需的加工步骤。例如，可 以将整个实验室装备小型化到单一的器件上，从而使得可以显著地节省成 本和时间。可以由涉及一系列加工步骤的各种材料制造微流体器件。通常使用半 导体加工技术构造材料如玻璃和硅。备选地，将聚合物基体用于制造微流 体器件。这些聚合物基体可以用多种技术，例如，激光微机械加工、热压 花、热成型和注塑来构造。在许多系统中，聚合物基体优于玻璃或硅，因 为聚合物基体能够实现低成本物质构造。由聚合物基体构造微流体器件的 设计的实例示出在美国专利5,932,799中，其中以不含粘合剂的属性构造 并且粘合了多层层压聚酰亚胺膜。该专利引用了 US 5,525,405，所述US 5,525,405涵盖了由芳族聚酰亚胺与无机增粘剂如Sn组成的聚酰亚胺的开 发，使得可以将膜粘合以形成层压体。在微流体的历史中的重要里程碑是由弹性体材料，如在US 6,843,262 中公开的聚二甲基硅氧垸(PDMS)，构成的整个器件的开发。这些开发大 部分基于将弹性体树脂倾倒在微制造的正特征(microfabricated positive feature)上，以在PDMS中形成通道。对于微流体器件的各种功能要求可以归结于结构、光学和化学性能方面。例如，为了在采用荧光-基检测方案的检测系统中使用，形成器件的材 料应当具有光学透明性和最小的自荧光。此外，为了商业可行，这种器件应当容许精确、自动的大规模生产技术。在这点上，诸如热成型的技术是 有用的，并且可得的可热成型聚合物材料的广泛多样性使得实现特定的功 能要求更加容易。然而，对于所有这样的器件的普遍要求是它们必须具有 被精确地构造有微观尺度流体容纳特征的能力。这种微结构的尺寸和形状 是这些器件的合适性能的关键，并且任何偏差，即使较小的容限也会损害 合适的功能或一起将其阻碍。通常需要的在制造中于微结构形成之后使用 的热成型或热粘合步骤，都很容易导致热成型的微结构中明晰度的损失。 此外，膜一旦被构造就必须随着时间的过去而是稳定的，并且允许将 试剂储存在结构中，而没有从聚合物的沥滤、试剂吸附和气体透过，以提 供商业市场可接收的货架寿命。还适宜的是，膜由生物相容性材料形成， 使得要在器件内进行的反应不受影响，例如确保最小的至通道或反应室的 内部的蛋白质和核酸吸附。本专利技术的一个目的是旨在缓和如所述的这些问题。根据第一方面，本专利技术提供一种微流体器件，所述微流体器件包含第 一和第二膜的层压体， 一层或各层膜包括热成型的结构，使得所述膜一起 限定用于其之间的流体容纳的封闭容积，其特征在于，各层膜本身包含相 对较高软化温度的热塑性聚合物材料与相对较低熔融温度的热塑性聚合 物材料的层压体，所述膜的分别的相对较低熔融温度热塑性聚合物材料被 熔融在一起，以将所述第一和第二膜附着在一起。因此可以看到，本专利技术 提供一种含有精确地依尺寸制造和成型的微流体结构的微流体器件，其直 接且经济地组装而没有流体容纳容积的形变。优选的是，第一膜和第二膜各自包含共挤膜(coextmdedfilm)。由具有相对较高软化温度和相对较低熔融温度的热塑性聚合物材料的共挤膜形 成的微流体器件提供具有较高结构完整性的微流体器件，其易于大规模生第一膜和第二膜的相对较低熔融温度材料可以各自包含相同的材料。 这确保流体容纳容积具有均一的内表面。备选地，第一膜和第二膜的相对 较低熔融温度材料可以各自包含不同的材料，以提供具有变化的内表面特 征的流体容纳容积。一层或各层膜还可以包含安置在相对较高软化温度材料上的结构层。 优选地，所述结构层包含具有比相对较高软化温度材料更高的熔融温度的 材料。所述结构层为器件中的其它材料提供支撑，并且在将膜共挤出的情 况下，帮助它们在共挤出的过程中保持平坦。它还可以通过防止相对较高软化温度材料粘到成型模具(tool)上而在流体容纳容积结构的热成型过程中提供帮助，并且还阻碍在模具中熔成可能影响光学透明性的缺陷。一层或各层膜还可以包含气体阻挡层。可以将一层或多层组合以提供定制的气体渗透性。气体阻挡材料的实例是EVOH和聚酰胺。在一个优选实施方案中，器件可以包括安置为与流体容纳容积中的流体操作性(opemtive)连接的可外部通电电极，所述流体容纳容积包含电泳 容器。优选地，所述器件还包含反应混合物保持容器。优选一层或两层膜是光学透明的，并且相对较低熔融温度材料包含生 物相容、生理惰性的材料。一层或各层膜还可以包含液体阻挡层，以增加预先包装的试剂的自身 寿命和性能。可以将一层或多层组合以提供定制的湿气渗透性。COC是液 体阻挡剂的实例。第一和/或第二膜的相对较高软化温度材料优选包含环烯烃共聚物、聚 碳酸酯、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺，或它们的共混物或共聚物。 相对较低熔融温度材料优选包含聚乙烯。根据第二方面，本专利技术提供一种制造微流体器件的方法，所述器件包 含第一和第二膜的层压体， 一层或各层膜包括热成型的结构，使得所述膜 一起限定用于其之间的流体容纳的封闭容积，所述方法特征在于下列步 骤.-提供第一和第二膜，各层膜本身包含相对较高软化温度热塑性聚合物材料与相对较低熔融温度热塑性聚合物材料的层压体，并且通过将所述相 对较低熔融温度材料熔融在一起而将所述第一和第二膜结合在一起，其特 征在于，所述熔融步骤在比所述较高软化温度热塑性聚合物材料的软化温 度低的温度进行。因此，本方法确保热成型的流体容纳结构的完整性不受 用于将膜附着的方法影响。优选的是，所述方法包括下列步骤通过在将流体容纳结构热成型并 且将膜熔融在一起之前，对相对较高软化温度和相对较低熔融温度材料进 行共挤出，形成所述第一和第二膜。所述方法还可以包括将一种或多种其它材料与各层膜如支撑层、气体 阻挡层或液体阻挡层共挤出的步骤。所述方法还可以包括形成安置为与反应容积中的流体操作性连接的可 外部通电电极的步骤。第一和第二热塑性膜可以在热封层在一侧而支撑层在另一侧的情况下 通过共挤出形成，并且所述方法还包括在支撑层与模具表面接触的情况 下，在模具中通过(真空)成型形成热成型的反应容积的步骤。反应容积形 成步骤优选为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流体器件，所述微流体器件包含第一和第二膜的层压体，一层或各层膜包括整体热成型的结构，使得所述膜一起限定用于其之间的流体容纳的封闭容积，其特征在于，各层膜本身包含相对较高软化温度热塑性聚合物材料和与其相比相对较低熔融温度热塑性聚合物材料的层压体，各层膜的分别的相对低熔融温度热塑性聚合物材料被熔融在一起，以将所述第一和第二膜附着在一起。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维巴洛，戴维汤普森，肯马克拿玛瑞，斯图尔特保尔沃特，
申请(专利权)人：LAB九零一有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]