用于微流體裝置的插入物組件的制作方法
【專利說(shuō)明】用于微流體裝置的插入物組件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求享有2012年10月25日提交的、題名為“用于微流體芯片上樹脂集成的方法”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/718，434的優(yōu)先權(quán)，為了所有的目的，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0002]在化學(xué)中多重處理采用固體固定相以用于試劑或試劑混合物的凈化、過(guò)濾、或者分離。常規(guī)的實(shí)施方式可包括充滿包含一定尺寸的珠或多孔介質(zhì)的樹脂的柱體，其帶有功能化的表面、和/或特殊的材料性質(zhì)。固體固定相經(jīng)常在色層分析中實(shí)施。例如，固體固定相可用于分割、正常相、位移、反相、尺寸排除、離子交換以及生物親和性色層分析。其他實(shí)施方式是固相萃取(SPE)和離子交換柱體，它們?cè)诶绶派淠芑瘜W(xué)中使用以用于放射性核素的凈化和濃縮。
[0003]微流體技術(shù)具有在化學(xué)、生物化學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)和制藥學(xué)中的應(yīng)用。微流體技術(shù)通常涉及小樣本體積，例如，在幾納升至幾百微升的范圍內(nèi)，并且提供諸如低試劑消耗、有效的熱控制、在高水平的功能性整合和通用性下的小系統(tǒng)軌跡、可布置的微流體芯構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)。盡管微流體系統(tǒng)已發(fā)展超過(guò)數(shù)十年，但是僅一些基于微流體的產(chǎn)品已經(jīng)成功并進(jìn)入市場(chǎng)。在微流體中的挑戰(zhàn)可涉及系統(tǒng)可靠性、微觀到宏觀的分界、系統(tǒng)控制、讀出、整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜性、制造復(fù)雜性和微流體可消費(fèi)產(chǎn)品的最終成本、以及在化合物的分析、合成和凈化期間利用的常規(guī)化學(xué)方法的實(shí)施方式。關(guān)于化學(xué)技術(shù)到微流體環(huán)境中的并入，在適合于大量生產(chǎn)的微流體芯片裝置上的固定相和珠的實(shí)施方式是格外有挑戰(zhàn)性的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種制造微流體裝置的方法。方法包括提供襯底的步驟，其帶有微流體路徑和在襯底中形成的中斷微流體路徑的通道。方法還包括在通道中提供插入物組件的步驟，其構(gòu)造為與微流體路徑一致地布置并越過(guò)通道橋接微流體路徑，使得在微流體路徑中的試樣材料經(jīng)過(guò)插入物組件。方法進(jìn)一步包括提供布置在襯底的第一表面的頂層和布置在襯底的與第一表面相反的第二表面上的底層；以及聯(lián)接頂層和底層至插入物組件。
[0005]在另一個(gè)實(shí)施例中提供了一種微流體芯片。微流體芯片包括:襯底，其帶有微流體路徑和在襯底中形成的中斷微流體路徑的通道；在通道中的插入物組件，其與微流體路徑一致地布置并越過(guò)通道橋接微流體路徑，其中插入物組件包括帶有中央內(nèi)孔的殼體和布置在內(nèi)孔中的功能材料；頂層，其布置在襯底的第一表面；以及底層，其布置在襯底的與第一表面相反的第二表面上，其中襯底、頂層或底層中的至少一個(gè)由第一材料形成，第一材料包括相對(duì)于形成插入物組件的插入物殼體的第二材料不同的熱性質(zhì)，使得第一材料和第二材料具有不同的軟化或熔化溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，插入物和襯底材料可由不同的材料或由處于不同材料等級(jí)的相同材料制造，從而導(dǎo)致插入物和襯底材料之間的軟化/變形或熔化溫度的差異。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施例中提供了一種制造微流體裝置的方法。方法包括提供襯底的步驟，其帶有微流體路徑和在襯底中形成的中斷微流體路徑的通道。方法還包括在通道中提供插入物組件，其構(gòu)造為與微流體路徑一致地布置，其中插入物組件包括限定內(nèi)孔的插入物殼體；提供布置在襯底的第一表面的頂層和布置在襯底的與第一表面相反的第二表面上的底層；在頂層和底層之間并在所述通道內(nèi)包圍插入物組件，使得環(huán)繞插入物組件形成的封罩包括在插入物殼體與頂層、底層、以及通道中的一個(gè)或更多之間的縫隙；以及使插入物殼體變形，以填充縫隙而將插入物組件聯(lián)接至頂層和底層。還應(yīng)理解的是，可實(shí)施本公開的某些實(shí)施例，其中襯底材料環(huán)繞帶有相對(duì)高的變形或熔化溫度的插入物殼體而變形。
【附圖說(shuō)明】
[0007]當(dāng)參考附圖閱讀以下詳細(xì)的描述時(shí)，將變得更好理解本公開的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中貫穿附圖相同的符號(hào)表現(xiàn)相同的零件，其中:
圖1是按照本公開的各方面的插入物組件的分解圖；
圖2是圖1的插入物組件的剖視圖；
圖3是圖1的插入物組件的透視圖；
圖4是包括按照本公開的各方面的插入物組件的微流體芯片的分解圖；
圖5是圖4的微流體芯片的透視圖；
圖6是定位在圖4的微流體芯片內(nèi)的插入物組件的詳細(xì)視圖；
圖7是用于形成(結(jié)合)微流體芯片的過(guò)程的示意圖，以剖面顯示了制造過(guò)程的中間組件，其包括按照本公開的各方面的插入物組件；
圖8是包括按照本公開的各方面的結(jié)合框架的微流體芯片組件的剖視圖；
圖9是包括按照本公開的各方面的插入物的組裝和結(jié)合的芯片的俯視圖，其中頂芯片A顯示了比底芯片B更多的脫層；
圖10顯示了在芯片制造和結(jié)合之后截取的顯微鏡圖像，示出了一個(gè)芯片組件中的脫層區(qū)域；以及
圖11顯示了在芯片制造和結(jié)合之后截取的顯微鏡圖像，得到了在另一個(gè)芯片組件中減少的脫層區(qū)域。
[0008]圖12是按照本公開的各方面的插入物構(gòu)件的透視圖；
圖13是按照本公開的各方面的插入物構(gòu)件的透視圖；
圖14是按照本公開的各方面的組裝的芯片的透視圖；
圖15是圖14的微流體芯片的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]本公開涉及并入固定相構(gòu)件的微流體裝置。在某些實(shí)施例中，本公開提供固體固定相實(shí)施策略以用于并于插入物且適合于大量生產(chǎn)的基于微流體芯片的系統(tǒng)。使用的設(shè)計(jì)和材料可與通常的封裝技術(shù)相容。
[0010]某些微流體技術(shù)可實(shí)施經(jīng)由管連接至微流體裝置而不是與作為芯片的功能元件一致的常規(guī)的固體樹脂盒。其他技術(shù)可并入珠技術(shù)，由此珠被放置在芯片內(nèi)。而且，液體混合物可被引入至微流體裝置并隨后利用諸如UV光或熱誘導(dǎo)固化的放射線固化為固體或多孔樹脂。所有的這些實(shí)施方式都是勞動(dòng)密集的，常常涉及與建立的常規(guī)過(guò)程相比的功能材料的變化，可提供不一致的結(jié)果，并且很難在大量生產(chǎn)規(guī)模上用于微流體系統(tǒng)的組裝的自動(dòng)化。本文所提供的是包括整合的插入物組件的微流體裝置，該插入物組件在與芯片上流體路徑一致的組裝后，并且可先于從芯片分離形成和加工的組裝，這提供了更多的制造靈活性。例如，通過(guò)使用插入物組件，用于在插入物組件中的功能材料的制造條件(例如，固體固定相)可被選擇而不考慮已經(jīng)在芯片上適當(dāng)位置的構(gòu)件，這減少了制造的復(fù)雜性并增加了可在芯片上實(shí)施的樹脂的類型和量的靈活性。插入物組件和在芯片上相應(yīng)的容器還可被標(biāo)準(zhǔn)化，使得芯片可被實(shí)施以包括各種固定相，而沒(méi)有用于形成插入物組件和/或插入物填料的另外的加工步驟。
[0011]轉(zhuǎn)到附圖，圖1是根據(jù)本公開的某些實(shí)施例的插入物組件12的分解圖。插入物組件12包括插入物殼體14，其限定內(nèi)孔或通道16穿過(guò)在相反側(cè)具有開口 18的插入物殼體14。在一個(gè)實(shí)施例中，通道16可用反應(yīng)材料或功能材料(例如樹脂)20填充。一個(gè)或更多的多孔帽22包圍在通道16中的功能材料20。通道16可以是任意合適的形狀，諸如剖面為大體圓形或倒圓的(例如，形成圓形開口 18)或是矩形的或橢圓的。插入物殼體14包括在接合處28相遇的外表面26 (例如，外表面26a和26b)。在一個(gè)實(shí)施例中，外表面26可在接合處28形成90度角，限定大體矩形的剖面以用于插入物殼體14，如在圖2中所示。S卩，插入物殼體14可以是大體立方體或矩形體。在其他實(shí)施例中，插入物殼體14可采用其他合適的形狀，其特別形成以配合在微流體裝置上的相應(yīng)凹部或容器中，和/或支撐與結(jié)合期間周圍襯底材料相對(duì)在插入物的壓縮或熱成型期間最佳的力和壓力分布。而且，在一個(gè)實(shí)施例中，插入物殼體14可形成環(huán)繞大體倒圓的通道16的大體長(zhǎng)方形的外部形狀。圖3是插入物組件12的透視圖，顯示了在開口 18中定位以關(guān)閉通道16的多孔帽22。多孔帽22可由與插入物殼體14相同的材料形成，或可由其他的材料，例如密封可能是燒結(jié)元件。外表面26可包括另外的特征，諸如肋條(例如肋條30)、凹槽、或有助于在微流體芯片內(nèi)對(duì)準(zhǔn)的匹配特征。
[0012]圖4是包括插入物組件12的微流體芯片50的分解圖。微流體芯片包括底層52、中間層54和頂層56。插入物組件12定