微流体装置中选择性的粘结性降低制造方法及图纸

本发明专利技术通过提供一种用于选择性降低材料粘结性的方法来克服被描述为结构化层的粘结性的限制。以其最通用的形式，本发明专利技术使用与印刷方法结合的粘结技术来改性或者覆盖表面的至少一部分，从而完全地或者部分地防止局部粘结。该结构化工艺可以在各层的粘结之前或者之后在各层上实施。本发明专利技术通过提供具有离散光学检测流动池的平面基材及用于制备该基材的方法来克服被描述为亲和色谱应用中的限制，该流动池包含多孔材料并具有用于流体输送和/或除去的连接的微通道基材。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及层状复合材料和装置的制造。更具体地，本专利技术涉及选择性粘结两个表面的方法，该方法通过在粘结之前选择性改性或者涂覆至少ー个表面以降低或者防止在所选择区域的粘结。本专利技术的领域还延伸至聚合物复合材料和装置的制造，特别是用于在微流体应用中使用的那些。本专利技术还涉及在微流体装置中用于光学成像的结构、装置和制造方法，其在检测流动池内部使用多孔材料。
技术介绍
多项产业已经开始使用层状材料以利用由这样的复合结构所提供的增强的材料特性和功能。在某些实例中，由层状材料制备的装置可以通过堆叠并粘结多个已经分别被机械制造或者加工的层形成三维(3D)组件来简化制造エ艺。在微流体领域中，材料的成层对于密封该微结构是尤其重要的。在聚合物微流体的制备中，将很多制造方法限定为形成ニ维或者ニ维半的结构。这些方法中最常用的为电脑数字控制(CNC)的微碾磨、注射模塑或者热模压印，其仅可以产生非常有限的特征复杂性。三维复合部件的制备通常需要若干个分别机械制造的部件的组装。然而，这些通常为当组装微部件时具有校准难题的一系列制备エ艺，其导致具有相对低的生产能力以及相关的高生产成本的劳动密集型エ艺。近来另ー种制备聚合物微流体装置的方法为堆叠、校准并粘结多个薄的、已经被构造为薄膜的层。该成层的方法允许使用相对简单的ニ维制造技术(如模压、冲切以及激光加工)以及已有的粘结技术来制造三维复合材料或者装置。这样的三维设计方法特别适合于使用卷盘到卷盘エ艺的大体积制造，正如最近由Mehalso (Robert Mehalso, “TheMicrosystems road in the USA，，Mstnews,第 4/02 卷，6-8 页(2002))、Schuenemann 等人(Matthias Schuenemann, David Thomson, Micah Atkin, Sebastiaan Gars, AbdirahamYussuf, Matthew Solomon, Jason Hayes, Erol Harvey, “Packaging of DisposableChips for Bioanalytical Applications，，IEEE Electronic Components & TechnologyConference, Nevada, USA 2004)、以及 TO 2007/085043 所描述的。在聚合物微流体中，由于需要在形成良好密封性的同时保持微结构完整性，因此粘结表现为ー个特别难以解决的问题。可以将粘结技术主要划分为两种类型两个基材的整个表面被粘合在一起的面粘结，和表面上选择性区域被粘结在一起的选择性粘结。这两种技术都可以应用于微流体粘结。通常地，选择性粘结对于制造的实施是更为昂贵的技术，但是粘结密封性的空间控制可以更好，从而降低了干扰微结构的风险。粘合剂粘结通常是聚合物微流体中最常用的方法。所述方法需要另ー种材料作为连接剂将两个表面粘结在一起。典型的粘合剂包括腈基丙烯酸酯、硅树脂、环氧树脂以及丙烯酸基材料。在制造中，可以通过喷雾、缄锭、刮刀、辊容易地将固化粘合剂涂覆在整个表面上，或者作为片材或条带铺放。此外，寿命性能、毒性以及表面相互作用均为十分重要的考虑因素，特别是对于表面与体积的比值非常大的微流体装置。这些经常会导致将其中的粘合剂暴露于微流体通道的这些装置失败。因此在很多微流体应用中，选择匹配的粘合剂或者能够进行选择性粘合的控制是十分重要的。可以通过印刷技术将有限量的粘合剂选择性地沉积，如使用热熔粘合剂，或者利用图案化(patterned)的粘合剂片材或者条带。然而，由于合适的粘合剂和沉积技术的选择适用性，在成批制造装配(setting)中选择性地沉积粘合剂可能是困难的。众多问题中的ー些包括粘合剂粘性的需求、在粘合之前的粘合剂寿命、沉积的速度以及沉积的控制。扩散法也常常应用于聚合物微流体中，因为其不需要添加任何可能会负面影响装·置性能的化学物质。美国专利US 5，882，465描述了这样的方法，其在真空压カ下进行粘结从而减少气泡形成的机会。这种常用的基于间歇式的技术包括将基材的表面置于一起的同时施用压カ和温度，并使分子链随着时间从各自材料慢慢地扩散到彼此之中。通常地，其需要分子链具有足够的移动性的相似材料。尽管可以将多个层很快地粘结在一起，但是仍需要注意无效的(void)弱化粘结层以及所施加的压カ使结构变形。从制造的角度出发，该エ艺需要相当长的加工时间，其限制了生产能力。通过如等离子体、电晕放电或者UV辅助粘结技术进行的表面改性已在文献中有所描述，并且其包括改变表面化学基团来改善粘结性。通常地，通过这些技术中的一种将聚合物暴露在氧气环境中会导致表面含氧基团的増加，其对于很多基材来说増加了表面能量并增强了粘结性。可以使在表面上的其它气体和液体暴露来产生其它的功能性表面基团。通过这些暴露技术所形成的很多反应途径均包括不稳定的自由基类型。然而，这些技术已经被证明仅适用于几种材料。在受限的情况下，如果使用遮蔽技术，通过表面改性可以实现选择性粘结，从而确保将所暴露的区域限定为该粘结区域。然而，高速生产环境下实施并还保持微结构化装置所要求的严格公差是很难的。溶剂辅助粘结利用溶剂使聚合物表面膨胀并增强链移动性以使两个表面相互扩散。通常来说，这ー技术的主要问题在于，在生产环境中难于处理溶剤。此外，对于流体装置，溶剂的残留物可能提供了污染源，并且该溶剂可以使所述微结构变形。美国专利申请US2008178987中描述了ー种用于将弱溶剂和热活化粘结相结合的エ艺。激光透射焊接通过ー种对其透明的材料和另ー种为辐射的激光波长的吸收体的材料来实施。这使得当热量高于玻璃化转变温度时激光束在两种进行局部焊接的材料之间选择性加热。对于整合至生产环境中而言，主要的限制为加工时间、以及匹配的材料和可加エ层数的限制。逆向传导焊接以类似于透射层焊接的方式操作，除了由激光吸收在背板产生热量之外。在吸收层上方夹紧的聚合物膜从其表面传导热量并局部熔融。由于聚合物内的均匀的热传导限制空间分辨率，因此该技术仅适用于薄膜以及相对大型的结构。高频或者电介质加热是ー种可以通过使交流电电流穿过其中来粘合极性材料的技木。所述方法对于通常在其软化点附近降解的粘结材料是有效的。这是因为热量在所述材料内均匀地产生，而不是在表面产生然后再向内传导。然而对于微结构，这可能由于该非特定性加热导致变形而带来问题。超声焊接依赖于通过材料传输的振动能量。在该两种材料的界面，振动能量转变为热量。该特征可被用来集中能量，并且用围绕结构化部件的精确的能量控制和几何设计可以获得良好的密封性而不使其余的材料变形。由于这些用于粘结的几何结构的约束，超声密封在其对微流体的应用中受到限制。当通过合适的能量源辐射的时候，在接合处附近沉积特定的能量吸收材料也可以用来引发局部熔合并由此选择性地粘结。能量吸收体包括薄膜金属、Clearweld 、聚苯胺、聚吡咯、聚烷基噻吩、金属纳米颗粒、磁性和顺磁性颗粒以及其它合适的掺杂材料。能量源包括电磁、微波、UV/可见光以及红外辐射。对于密封微结构，该效能通常依赖于并受到沉积技术的限制并均匀地控制吸收的能量。 层压是一种用于粘连塑料膜的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.09.30 US 61/2470261.一种用于在第一表面和第二表面之间形成空间限定粘结的方法，该方法包括步骤(i)将粘结性降低的材料印刷至第一表面的某一区域，和(ii)在使该第一表面粘结至该第ニ表面的条件下令第一表面与第二表面接触，其中该粘结性降低的材料基本上防止或者否则干扰在第一表面和第二表面之间，在施涂粘结性降低的材料的区域周围形成粘结，其中由将第一表面和第二表面粘结所形成的结构为微流体装置。2.根据权利要求I的所述的方法，其中将该粘结性降低的材料通过选自以下的方法印刷微点印刷(接触或者非接触)；接触印刷；丝网印刷；注射器或者喷墨输送；平版印刷；干燥的或者液体化学品的机器布置；凸版印刷、凹版印刷、胶版印刷或者其它这样印刷方法；基于接触掩模的沉积方法；基于激光的沉积或者表面改性技术；以及热传递方法，如利用激光、热印以及热感打印带印刷机。3.根据权利要求I或2所述的方法，其中该粘结性降低的材料选自以下墨A)着色剂(包括顔料、调色剂和染料)，其提供颜色对比；B)载色剂，或者清漆，其结合至印刷表面并且在印刷操作期间可以作为任何着色剂的载体；C)添加剤，其影响印刷适性、膜特性、干燥速度或者最終使用性能，如用于降低粘结性的化学组分的掺杂；D)溶剂，其可以帮助形成载色剂、降低墨的粘度、调节干燥特性、或者树脂相容性。4.根据权利要求I或2所述的方法，其中该粘结性降低的材料为固体膜或者箔、粉末、高粘度糊剂、凝胶或者低粘度液体。5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中该第一表面通过选自下面的方法粘结至所述第二表面激光焊接、扩散粘结、表面改性的化学粘结、溶剂辅助粘结、热层压、化学共价或者带电的表面基团粘结、机械联锁、超声焊接、电介质粘结、微波粘结、静电或者磁力吸引、以及粘合剂粘结。6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中在所述第一表面粘结至所述第二表面之前或者之后将该粘结性降低的材料至少部分地除去。7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中该粘结性降低的材料通过选自蒸发、吸收、化学反应或者施加机械力、气压或者液压的方法来至少部分地除去。8.ー种复合结构，其通过将第一结构空间选择性地粘结至第二结构形成，该复合结构ー个区域中具有包括第一结构、粘结性降低的材料以及第二结构的截面布置；并且在另一个区域中具有该第一结构、形成粘结的材料以及该第二结构。9.根据权利要求7所述的复合结构，其中所述第一结构或者所述第二结构是选自以下物质的材料聚烯烃；环烯烃聚合物；聚丙烯；聚こ烯；低密度聚こ烯；高密度聚こ烯 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·阿特金，
申请(专利权)人：微型实验室诊断股份有限公司，
类型：
国别省市：