用于制造一次性微流体装置的基材制造方法及图纸

本发明专利技术的实施方式涉及用于制造微流体装置的可紫外固化的聚氨酯甲基丙烯酸酯（ＰＵＭＡ）基材。ＰＵＭＡ是光学透明、生物相容的，并且具有稳定的表面性质。实施方式包括与现有的快速原型制作方法兼容的两种生产工艺，并提供了所得ＰＵＭＡ微流体装置的表征。本发明专利技术的实施方式还涉及改进由ＰＵＭＡ树脂生产芯片的产率的方案，特别是用于包括密集和高纵横比结构的微流体系统。描述了一种将微结构剪切面的移动最小化的模塑—脱模过程。还揭示了用于在ＰＵＭＡ基材之间形成密封的简单、但可规模化的方法，其避免了可能压坏精密结构的过度压缩力。详述了用于形成与ＰＵＭＡ微流体装置的互连结构的两种方法。这些改进生产出包括紧密间隔和高纵横比的翅片的微过滤装置，适于从高度稀释的悬浮液中保留和浓缩细胞或珠粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开一般涉及具有封闭通道的装置和制造该装置的方法。更具体地，本公开涉及用于积累生物实体的具有封闭通道的微流体基材和微流体芯片。
技术介绍
用于临床诊断应用的微流体装置始终面临着商业化的挑战如何经济地生产这些装置以使它们在满足医用材料的要求的同时真正能一次性使用。第一代微流体装置大多在硅或玻璃基材上开发，严重依赖于半导体加工工具。由于这些基材的加工要求大笔资金投入，基于硅或玻璃的装置不能廉价销售到可以一次性使用的程度。在1990年代后期，基于聚合物的快速原型制作(例如模塑或压纹)产生了第二代微流体装置。最值得注意的是，聚二甲基硅氧烷(PDMQ已是一种用于复杂微流体系统快速原型制作的非常成功的聚合物基材材料。其复制的混合一浇铸一和一烘烤方法快速、高度一致、且简单。尽管其便于快速原型制作，但是PDMS并非所有微流体应用的通用材料。虽然其弹性本质对于气动阀很重要，但该同一性质使其在受到高流体压力时易于膨胀或在涉及高纵横比结构或低纵横比通道时易于塌陷。PDMS的永久表面修饰仍然是一种挑战，因为其表面高度倾向于恢复到疏水状态。近来，第三波微流体装置利用了 PDMS复制方案的优点并解决了 PDMS在某些类型的应用中作为基材的缺点。为提高生产速度，紫外固化取代热固化正越来越受青睐。 Fiorini, G. S. ；Lorenz, R. M. ；Kuo, J. S. ；Chiu, D. T. Analytical Chemistry 2004,76, 4697-4704 ；和 Fiorini, G. S. ；Yim, M. Jeffries, G. D. Μ. ；Schiro, P. G. ；Mutch, S. Α.； Lorenz, R. Μ. ；Chiu, D. Τ. Lab on a chip 2007，7，923_拟6 研究了紫外固化的热固性聚酯 (TPE)作为PDMS的互补基材材料。已经提出紫外固化市售光粘合剂例如Norland 63,Kim, S. H. ；Yang, Y. ；Kim, Μ. ；Nam, S. W. ；Lee, K. Μ. ；Lee, N. Y. ；Kim, Y. S. ；Park, S. Advanced Functional Materials 2007，17，3494-3498，或聚丙烯酸酯的定制混合物，Zhou，W. X.； Chan-Park,Μ. B. Lab on a Chip 2005，5，512-518，但由于树脂或光引发剂的选择，在合理的时间内只能固化薄层(数量级为ΙΟΟμπι)。为解决这一问题，Fiorini等采用紫外曝光后的热固化来制造一般厚度的微流体芯片。此外，尚未就这些基材材料用于医疗应用进行评估， 对于树脂溶解、反应性、溶剂残留、或交联副产物所知甚少。特别是，尚未按行业指南(美国药典(USP)或国际标准化组织(ISO))进行生物相容性测试，这些测试根据注射测试、静脉内测试、或植入测试证实任何上述提到的材料(PDMS、TPE、Norland光粘合剂、或聚丙烯酸酯定制混合物)的生物相容性。如上所示，PDMS已经是用于制造一次性微流体装置的有吸引力的替代物，其优点中主要包括易于制造及其弹性本质，使能方便进行芯片上的阀调节。然而，在弹性体PDMS 中浇铸高纵横比凸起结构或低纵横比微通道是高挑战性的由于剪切模量低，微结构往往在其自身重量下弯曲，微通道从下垂顶部处被挤掉，或狭缝在增强的操作压力下膨胀。解决这些机械完整性问题的努力包括引入更硬的微流体基材例如h-PDMS( “硬”PDMS)，和紫外浇铸热固性聚酯(TPE)或市售光粘合剂，其包括Norland 63或聚丙烯酸酯混合物。随着临床应用中采用微流体装置的兴趣的增长，既能经济的生产又能满足管理批准的基材材料的开发很重要。专利技术概述随着微流体系统从研究工具转变为一次性临床诊断装置，新的基材材料需要同时满足管理的要求和一次性装置的经济性。本专利技术的实施方式介绍了一种可紫外固化的聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)基材，其已适于医疗应用并满足所有生产微流体装置中的要求。 PUMA是光学透明、生物相容的，并且具有稳定的表面性质。我们报告与现有的快速原型制作方法兼容的两种生产工艺，并提供了所得PUMA微流体装置的表征。本专利技术具体的实施方式涉及新的可紫外固化的聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)树脂，其作为用于临床诊断应用的一次性微流体基材具有优异的品质。讨论了多种方案以改进由PUMA树脂生产芯片的产率，特别是用于包括密集且高纵横比结构的微流体系统。具体而言，所述为一种将微结构剪切面的移动最小化的模塑一脱模过程。还揭示了用于在PUMA 基材之间形成密封的简单但可规模化的方法，其避免了可能压坏精密结构的过度压缩力。 还详述了用于形成与PUMA微流体装置的互连结构的两种方法。采用这些制造的改进以生产含有紧密间隔且高纵横比的翅片的微过滤装置，适于从高度稀释的悬浮液中保留和浓缩细胞或珠粒。附图简要说明为便于理解本公开的优点，上述本公开各方面的更具体说明可参考具体实施方式和附图得到。应当理解这些附图仅描述了本公开的典型实施方式，且因此不视为对其范围的限制，本公开将通过使用附图由补充特点和细节得以描述和解释。附图说明图1和1 ‘显示了通过从SU-8母模(左栏)和从深度反应离子刻蚀(DRIE)制得的硅母模(右栏)复制生产PUMA芯片的过程。图2禾Π 2'显示了 SEM图像，(A)硅烷化PDMS刻印和⑶对应的PUMA复制件。小图较高放大倍数下设计的精密细节。图3和3'显示了不同PUMA复制件的SEM图像。(Α)2μπι(高)χ 4μπι(宽) 结构。(B)双层通道结构(水平通道3μπι(宽)χ 3μπι(高)；竖直通道10μπι(宽)χ ΙΟμπι(高))。(C)由不同宽度实心壁和规则间隔柱组成的测试样式。(D) (C)所示高纵横比柱的侧视图。图4和4'显示(A)PUMA、PDMS、玻璃和TPE的光学透射性质。(B)TPE、PUMA、和 PDMS的绿色荧光(实线；510-565nm，λ发射=488nm)和红色荧光(虚线；660-71 lnm，λ Sli= 633nm)强度。小图各聚合物的自发荧光最大值(初始值)。图5和5'显示了在㈧全氟萘烷，⑶四氢呋喃，(C)异丙醇，和⑶25μΜ罗丹明B中浸M小时后的PUMA盘(533-nm激发下的荧光图像)。图6显示了 PUMA基材的电动力学特征。(A)EOF测量所用电路的示意图。(1 :_2kVStandford PS350电源；2 具有50 μ m(高)χ 50μπι(*)χ 3cm(长)通道并装有硼酸盐缓冲液的PUMA芯片；3 =IOOk' Ω电阻；4 =Keithley 6485微微安表；5 用于获取数据的PC)。 ⑶电动力学推动流动的电流迹线。小图\。f测量的统计分布；N = 68。(C)电流迹线与施加电场的关系。⑶与粘接后PUMA存期的关系。图6'显示了 PUMA基材的电动力学特征。(A)EOF测量所用电路的示意图。⑶电动力学推动流动的电流迹线。小图\。f测量的统计分布；N = 68。(C)电流迹线与施加电场的关系。(D)Veof与粘接后PUMA存期的关系。图7显示㈧显示PUMA芯片的模塑和固化本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于积累生物实体的装置，该装置包括至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物壁内的流动通道。

【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：D·T·赵，
申请(专利权)人：华盛顿大学，
类型：发明
国别省市：US