專(zhuān)利名稱(chēng)：具有浸入通道的多層微流探測(cè)頭及其制作的制作方法
具有浸入通道的多層微流探測(cè)頭及其制作技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明主要地涉及微流探測(cè)器件領(lǐng)域，并且具體地涉及一種微流探測(cè)頭及其制作 方法。
背景技術(shù)：
微流器一般是指用于抽運(yùn)、采樣、混合、分析和配給液體的微制作的器件。其顯著 特征源于液體在微米長(zhǎng)度等級(jí)表現(xiàn)的特有行為。[1,2]液體在微流器中的流動(dòng)通常為層狀。 可以通過(guò)制作具有在微米范圍中的橫向尺度的結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到充分在一個(gè)毫微升以下的體積。 可以加速在大等級(jí)受限制的反應(yīng)(通過(guò)擴(kuò)散反應(yīng)物)。[3]最后可以有可能準(zhǔn)確和可再現(xiàn) 地控制并行液體流，從而允許在液體/液體和液體/固體界面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)和成分。[4]微 流器相應(yīng)地用于生命科學(xué)中的各種應(yīng)用。
多數(shù)微流器件具有用戶(hù)芯片接口和關(guān)閉的流動(dòng)路徑。關(guān)閉的流動(dòng)路徑有助于向一 個(gè)器件中集成功能元件(例如加熱器、混合器、泵、UV檢測(cè)器、閥等)而又最小化與泄漏和 蒸發(fā)有關(guān)的問(wèn)題。然而處理或者圖案化具有這樣的微流器的表面難以實(shí)現(xiàn)。
設(shè)計(jì)可以例如在非接觸模式中遞送墨、但是在存在液體時(shí)不能遞送墨的噴墨器。[5]其它技術(shù)還可以在甚至更高分辨率圖案化表面、但是它們?cè)谝后w環(huán)境中操作的能力有 限。[6，7]液體環(huán)境最小化干燥非自然成分(artifact)、生物分子變性并且實(shí)現(xiàn)與活的微 生物一起工作。
為了在存在液體環(huán)境時(shí)圖案化表面并且分析表面上的樣本，開(kāi)發(fā)若干策略以克服 關(guān)閉的微流器的限制。一些策略依賴(lài)于使液體局限于表面附近[8，9]或者仍然在定義好的 液體區(qū)域中遞送準(zhǔn)確數(shù)量的生物分子。[10]也開(kāi)發(fā)掃描納米吸液管和空心原子力顯微鏡 (AFM)探測(cè)器用于用微米精確度圖案化表面上的生物分子。[11，12，13]
作為另一例子，開(kāi)發(fā)一種非接觸微流探測(cè)技術(shù)(或者“MFP”)(例如參見(jiàn) US2005/0247673)，該技術(shù)允許通過(guò)添加或者去除生物分子來(lái)圖案化表面、創(chuàng)建在表面上沉 積的蛋白質(zhì)的表面密度梯度、使在液體相間的反應(yīng)限于與表面鄰近、著色并且去除表面上 的粘著細(xì)胞。[14]已經(jīng)測(cè)試其它應(yīng)用。
圖1A-圖1D描繪這樣的MFP頭100并且還圖示它的工作原理。頭100的局限液 體的部分105 (圖1D)是具有兩個(gè)孔101、102的Si芯片。將它帶到與感興趣的襯底300接 近。在芯片100的另一面上的水平微通道115(圖1C)鏈接孔與在圖1A的聚(二甲基硅氧 烷)(PDMS)連接塊90中形成的過(guò)孔91、92。在PDMS中插入的毛細(xì)管81、82提供在機(jī)動(dòng)泵 與孔101、102之間的連接。因此，通過(guò)控制經(jīng)過(guò)一個(gè)孔101注入的液體420的流速并且通 過(guò)從另一個(gè)孔102重新抽吸它(以及浸入液體410中的一些浸入液體)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖1D的對(duì) 注入的液體420的局限。在圖1C中示意地描繪組裝的這樣的MFP頭。
雖然這一技術(shù)在許多方面并且對(duì)于某個(gè)應(yīng)用范圍有利，但是在制作方面仍有挑戰(zhàn) 待解決。具體而言，將Si頭100與PDMS連接塊90組裝并且插入玻璃毛細(xì)管81、82是人力 密集的。這樣的操作也具有有限產(chǎn)量，因?yàn)镾i芯片和PDMS小并且難以操縱。此外，在鍵合到Si頭和插入毛細(xì)管期間在PDMS塊90中的應(yīng)力可能造成PDMS脫離。另外，由于頭為了例如機(jī)械穩(wěn)定性而必須具有的厚度，所以例如使用深度反應(yīng)離子蝕刻(DRIE)或者等離子體蝕刻在厚Si晶片中微制作小孔有挑戰(zhàn)性并且耗費(fèi)時(shí)間。這樣的限制可能阻礙MFP技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化部署。
另外，將注入的液體420局限于浸入液體內(nèi)有挑戰(zhàn)性。
為求完整，提到專(zhuān)利文獻(xiàn)US2007/0160502、JP2005/111567 和 US5, 882，465，這些專(zhuān)利文獻(xiàn)涉及微流器件或者反應(yīng)器的制作過(guò)程。
除了獨(dú)有專(zhuān)利文獻(xiàn)之外，多個(gè)公開(kāi)文獻(xiàn)也涉及主題，在本說(shuō)明書(shū)的篇尾引用這些公開(kāi)文獻(xiàn)中的一些公開(kāi)文獻(xiàn)。發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種具有基層的微流探測(cè)頭，該微流探測(cè)頭包括:處理液體微通道，與在基層的面上的處理液體孔流體連通；以及浸入液體微通道，與在基層的面上的浸入液體孔流體連通，其中微流探測(cè)頭被配置用于在操作中允許經(jīng)過(guò)處理液體孔提供的處理液體與經(jīng)過(guò)浸入液體孔提供的浸入液體組合。
在其它一些實(shí)施例中，所述探測(cè)頭可以包括以下特征中的一個(gè)或者多個(gè)特征:
-處理液體微通道和浸入液體微通道中的每個(gè)液體微通道在基層的一個(gè)或者多個(gè)面上打開(kāi)；
-處理液體微通道的至少一部分是在基層的上部面上打開(kāi)的槽，并且浸入液體微通道的至少一部分在基層的上部面上打開(kāi)以便可由附加層的下部面關(guān)閉；
-微流探測(cè)頭還包括蓋層，其中處理液體微通道和浸入液體微通道的至少一部分由頭的層的下部面的部分關(guān)閉；
-處理液體微通道和浸入液體微通道各自實(shí)現(xiàn)在基層的上部面與在基層的面上的相應(yīng)孔之間的流體連通；
-微流探測(cè)頭還包括從蓋層的上部面延伸的管道端口，并且其中蓋層具有實(shí)現(xiàn)在管道端口與蓋層的下部面之間的流體連通的過(guò)孔，其中頭還被適配用于實(shí)現(xiàn)在過(guò)孔與微通道中的一個(gè)或者多個(gè)微通道之間的流體連通；
-處理液體微通道的至少一部分是延伸直至處理液體孔的槽，處理液體孔被布置于在基層的上部面的邊緣的水平面的槽的端部；
-處理液體微通道的和/或浸入液體微通道的特性沿著所述微通道優(yōu)選地連續(xù)改變；
-微流探測(cè)頭還包括適于加熱一個(gè)或者多個(gè)微通道的熱元件；
-微流探測(cè)頭還包括:第二處理液體微通道，與在基層的面上的第二處理液體孔流體連通；以及第二浸入液體微通道，與在基層的面上的第二浸入液體孔流體連通，其中頭還被配置用于在操作中允許在第二液體處理孔抽吸經(jīng)由一個(gè)或者多個(gè)相異孔沉積的一些流體；
-微流探測(cè)頭還包括:第二浸入液體微通道，與在基層的面上的相應(yīng)第二浸入液體孔流體連通，微流探測(cè)頭還被配置用于在操作中允許經(jīng)過(guò)第一浸入液體孔提供的浸入液體與經(jīng)過(guò)所述第二浸入液體孔提供的浸入液體組合；
-微流探測(cè)頭還包括關(guān)于處理液體孔的處理液體沉積的平均方向不對(duì)稱(chēng)配置的兩個(gè)微通道；
-兩個(gè)微通道具有相異流阻；并且
-微流探測(cè)頭還被配置使得經(jīng)過(guò)處理液體孔提供的并且與經(jīng)過(guò)浸入液體孔提供的浸入液體組合的處理液體實(shí)質(zhì)上為層狀。
本發(fā)明在另一實(shí)施例中還涉及一種制作本發(fā)明的微流探測(cè)頭的方法，該方法包括以下步驟:提供基層；并且在基層中制作微通道和孔。
現(xiàn)在將通過(guò)非限制例子并且參照附圖描述將本發(fā)明具體化的設(shè)備和方法。


-圖1A-圖1D示出現(xiàn)有技術(shù)的MFP及其工作原理；
-圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的MFP頭的處理端部的3D視-圖3是具有附加特征的相似MFP頭的分解3D視-圖4是根據(jù)另一實(shí)施例的MFP頭的3D視-圖5-圖10是根據(jù)各種實(shí)施例的MFP頭的示意-圖11是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在早期制作階段的MFP頭的基層的示意圖；并且
-圖12-圖13圖示用于與分配端部接近的處理液體微通道的形狀的變化。
具體實(shí)施方式
作為以下描述的引言，首先指出本發(fā)明的涉及一種微流探測(cè)(或者M(jìn)FP)頭的主要方面。不同于已知解決方案，除了處理液體微通道之外，還在頭上(即在其基層上)直接提供浸入液體微通道。每個(gè)通道與在基層的面上布置的孔流體連通。通常，在基層的相同面上加工通道以便由頭的附加層關(guān)閉。微流探測(cè)頭還被配置用于在操作中允許經(jīng)由處理液體孔提供的液體向經(jīng)由浸入液體孔沉積的浸入液體中合并。例如，頭還可以在端部(即其中提供處理液體孔的端部)制成為尖銳，而浸入液體孔在其附近。在頭上與處理通道一起直接提供浸入通道產(chǎn)生具有更小占用面積的更緊湊頭。
此外，使微流器件的制造更容易。一個(gè)原因在于相同技術(shù)可以實(shí)質(zhì)上用來(lái)在相同芯片(基層)上制作處理和浸入液體路徑。也可以設(shè)想多層設(shè)計(jì)。也就是，頭通常包括附加覆蓋層(面向基層)和管道端口。管道端口從覆蓋層延伸，后者包括面向端口的過(guò)孔，由此可以經(jīng)過(guò)覆蓋層實(shí)現(xiàn)朝著基層的流體連通。就此而言，微通道向基層的面上的孔轉(zhuǎn)送流體連通。
這樣的多層MFP頭諸如在背景技術(shù)章節(jié)中回顧的用整體構(gòu)造制成的頭更易于制作和包裝。具體而言，可以有利地雕刻微通道為在兩層之間的界面的水平面的槽。還可以例如使用用于管道端口的標(biāo)準(zhǔn)相配件來(lái)對(duì)接MFP頭與管道。本發(fā)明具有例如用于在表面上圖案化連續(xù)和不連續(xù)生物分子圖案以及用于在非接觸模式中直接處理抗蝕劑材料的實(shí)質(zhì)可能性。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的多層MFP頭的處理端部的視圖。圖中可見(jiàn)，頭100具有基層120，其中與浸入液體微通道223、224 —起提供處理液體微通道123、124。每個(gè)通道與孔121、122、221、222流體連通，每個(gè)孔位于基層的面(未必是相同面)上并且優(yōu)選地近鄰。當(dāng)在表面的附近移動(dòng)頭時(shí)，經(jīng)過(guò)孔121提供的處理液體將如彎曲(粗)箭頭 象征的那樣與浸入液體組合并且優(yōu)選地向經(jīng)由孔221和222提供的浸入液體中插入。提供 這些箭頭是為了理解；刻意地夸大它們的尺度。就此而言，器件優(yōu)選地被配置諸如用于獲 得層狀流動(dòng)。孔的尺度可以例如是數(shù)十微米。它們通常被間隔數(shù)百微米。由于這里使用成 對(duì)處理通道/孔，所以可以在孔122與浸入液體中的一些浸入液體一起重新抽吸處理液體。 注意可以反轉(zhuǎn)在孔121與122之間的流動(dòng)路徑，即可以從孔122注入處理液體而孔211可 以抽吸液體。處理液體實(shí)質(zhì)上位于孔121和122附近，并且由實(shí)質(zhì)上存在于頭100附近的 浸入液體包圍。
優(yōu)選地，蓋層110如圖所示關(guān)閉在集成的上部面上打開(kāi)的通道。在一些變體中，可 以在唯一層的厚度中提供通道。然而這樣的變體更難以制造。
圖3是具有與圖2中相似的處理端部的頭的放大圖。多層頭100仍然包括蓋層110 和基層120。同樣，基層120具有在其面上打開(kāi)的孔121、122、221、222。微通道123、124、 223,224實(shí)現(xiàn)從基層120的上部面(即面向蓋層110的下部面)到所述孔的流體連通。
還示出頭具有從蓋層110的上部面延伸的管道端口 181和182(在組裝端口和蓋 層之后)。蓋層Iio還包括過(guò)孔111和112。如附圖中所示，過(guò)孔和端口被配置用于實(shí)現(xiàn)從 端口到蓋層110的下部面(即朝著基層)的流體連通。微通道的對(duì)應(yīng)端部應(yīng)當(dāng)面向過(guò)孔。 所述端部可以例如與微通道的平均截面比較具有更大尺度。類(lèi)似地，可以與一個(gè)或者多個(gè) 附加過(guò)孔一起提供與端口 181和182相似的一個(gè)或者多個(gè)附加管道端口，以實(shí)現(xiàn)從端口到 浸入液體孔(為了清楚，這里未示出)的流體連通。因此，優(yōu)選配置是如下配置，在這些配 置中，微通道實(shí)現(xiàn)從過(guò)孔(可能較大)直至可能比較小的相應(yīng)孔的流體連通。對(duì)于下文將 更具體討論的應(yīng)用，孔121、122、221、222還可能相互接近。
容易制造圖2或者圖3的MFP頭。首先，使用附加層允許在其上容易裝配的管道 端口，這比例如在背景技術(shù)中討論的PDMS塊中的毛細(xì)管更容易操縱。其次，僅下層120需 要用于創(chuàng)建微通道的大量加工。
此外，優(yōu)選地提供處理液體微通道的一些部分為基層120的層厚度中的在其上部 面上打開(kāi)的槽123’、124’。這樣，無(wú)論微通道的橫向尺度(可能較小、例如數(shù)十微米)如何， 都容易實(shí)現(xiàn)微通道。在組裝之后，槽由蓋層110的一部分關(guān)閉。工具可以在基層120的上 表面上直接雕刻槽。它可以具有任何適當(dāng)截面形狀，例如圓形、方形、U或者V截面。通常 根據(jù)基層120的材料選擇所需工具。在一個(gè)變體中，可以設(shè)想激光燒蝕。然而更有利地，深 反應(yīng)離子蝕刻(DRIE)用于制作微通道。
如圖2或者圖3中所示，槽123’、124’延伸直至相應(yīng)孔121、122。類(lèi)似地，浸入通 道223、224達(dá)到相應(yīng)的孔221、224。在這一例子中，在頭的上部面的主軸周?chē)鷮?duì)稱(chēng)地布置通 道和孔。在基層120的前面320的邊緣310的水平面的槽的端部直接形成孔，這在這里同 樣容易被加工。所述前端部320通常被制成為尖銳，這允許在感興趣的表面上的緊湊液體 沉積，并且留下用于容易光學(xué)監(jiān)視的空間。
可能制作方案包括兩個(gè)主要階段。例如，在第一階段期間:
-例如使用DRIE在蓋層中制作一個(gè)或者多個(gè)過(guò)孔；以及
-例如通過(guò)DRIE在基層中制作一個(gè)或者多個(gè)微通道。
在圖2或者圖3的視圖中，在切割頭的前端部320時(shí)直接獲得孔。如果設(shè)想其它設(shè)計(jì)，則仍然也可以使用DRIE在基層中形成孔。孔具有數(shù)十微米的典型橫向尺度。
然后，第二階段由組裝蓋層和基層組成。優(yōu)選地以后裝配端口。
現(xiàn)在討論一種制作MFP頭的主要特征的優(yōu)選方法的細(xì)節(jié)。優(yōu)選地使用Si晶片來(lái)微制作諸如圖2和圖3中描述的多層MFP頭，但是可以使用其它材料。將蓋層110稱(chēng)為Si蓋并且基層120稱(chēng)為HFC芯片。單面和雙面拋光的Si晶片分別用于Si和HFC芯片。兩個(gè)晶片例如直徑為4英寸并且厚度為400微米(Siltronix, Geneva, Switzerland)。
使用標(biāo)準(zhǔn)光刻、光繪圖聚合物掩模(Zitzmann GmbH, Eching, Germany)和DRIE來(lái)制作微結(jié)構(gòu)，例如參見(jiàn) STS ICP, Surface Technology Systems, Newport, UK。可以向 HFC晶片的上部面中蝕刻HFC芯片的微通道50微米深。如果必要，則可以處理晶片的底側(cè)以形成任何所需臺(tái)面和/或柱至50微米的高度。如果必要，則從HFC晶片的底側(cè)使用DRIE蝕刻來(lái)執(zhí)行打開(kāi)孔。由此可以獲得具有少于10微米的橫向尺度的定義好的孔。在薄Si晶片用于HFC芯片時(shí)可以更準(zhǔn)確地制作孔而蓋晶片可以保持厚以向頭提供機(jī)械強(qiáng)度。
通過(guò)經(jīng)過(guò)一面拋光的晶片蝕刻具有80微米直徑的過(guò)孔來(lái)產(chǎn)生Si蓋。接著，通過(guò)向蓋晶片的拋光的側(cè)上旋涂 3微米的聚酰亞胺粘合劑(HD Microsystems GmbH,Neu-1senburg, Germany)并且通過(guò)隨后對(duì)準(zhǔn)和鍵合兩個(gè)晶片來(lái)實(shí)現(xiàn)組裝兩個(gè)晶片。鍵合發(fā)生于 320°C而壓強(qiáng)為 2 巴(bar)并且持續(xù) 10 分鐘(PRESSYS LE, Paul-Otto Weber GmbH,Remshalden, Germany)。然后可以切分和存儲(chǔ)MFP頭。
可以使用環(huán)氧粘合劑環(huán)(來(lái)自Upchurch Scientific, Ercatech, Bern,Switzerland的Nanoport 組件,供應(yīng)環(huán)氧粘合劑環(huán))來(lái)執(zhí)行端口的裝配。也可以用如下加工的結(jié)構(gòu)裝配MFP頭，該結(jié)構(gòu)具有用于MFP頭的縫并且在該結(jié)構(gòu)內(nèi)管道耦合到MFP頭(使用ο環(huán))，由此簡(jiǎn)化對(duì)接。使用標(biāo)準(zhǔn)端口和相配件取代例如PDMS的模制塊減少為了組裝頭而需要的人力。優(yōu)選地，在實(shí)際裝配端口之前測(cè)試MFP頭的泄漏和堵塞，因?yàn)椴荒芘懦澈蟿┣秩胛⑼ǖ乐?。在該方面，可以切割一次性吸液管頂端以與過(guò)孔的尺寸匹配，并且可以經(jīng)過(guò)通道推動(dòng)液體，而用放大鏡觀測(cè)小滴是否能夠退出孔而未在別處泄漏?？梢宰罱K人工完成對(duì)準(zhǔn)端口與過(guò)孔。后續(xù)鍵合例如在熱板上或者在爐中發(fā)生于140°C持續(xù) I小時(shí)。
簡(jiǎn)要地回顧光刻步驟，多層MFP頭的制作可以將三個(gè)光刻步驟(涂覆、曝光和顯影抗蝕劑，繼而為蝕刻Si)用于HFC芯片和一個(gè)步驟用于Si蓋。作為比較，單片MFP頭如本領(lǐng)域所知需要三個(gè)步驟。然而先前的頭也需要模制如下PDMS連接塊，需要等離子處理并且向Si芯片鍵合該P(yáng)DMS連接塊，從而造成更早討論的缺點(diǎn)。
與使用PDMS連接塊對(duì)照，這里描述的新制作方法產(chǎn)生具有如下大過(guò)孔(例如直徑在Imm范圍中)的Si蓋，這些過(guò)孔連接在端口與HFC芯片之間的結(jié)構(gòu)。另一方面，HFC芯片包括所有微結(jié)構(gòu)。具體而言，(例如在HFC芯片的上側(cè)上的)微通道提供在過(guò)孔與孔之間的流連接。如果存在臺(tái)面周?chē)闹?，則可以使用該柱作為在調(diào)整用于實(shí)驗(yàn)的MFP頭時(shí)的調(diào)平輔助。
如上文討論的MFP頭對(duì)于表面處理應(yīng)用特別地顯著有用。不同于生物應(yīng)用，表面處理應(yīng)用涉及潛在更小圖案以及更廣的液體和化學(xué)物范圍。運(yùn)用薄的Si晶片(例如厚度為100微米)以制作HFC芯片，可以使用常規(guī)DRIE或者聚焦的離子束來(lái)制作具有少于10微米的橫向尺度的定義好的孔。Si蓋僅提供頭的機(jī)械強(qiáng)度。
附帶提一點(diǎn)，諸如這里討論的多層頭也更加可使用許多處理液體，因?yàn)榭卓梢暂^小并且相互接近而水平微通道充分地扇出用于留下用于在Si蓋上添加許多端口的充分空 間。
更一般而言,本MFP技術(shù)具有用于圖案化表面、處理材料、在表面上沉積和去除生 物分子和細(xì)胞、分析表面上的細(xì)胞和生物分子、在表面上創(chuàng)建化學(xué)梯度、研究復(fù)雜生物標(biāo)本 (諸如組織切片)并且創(chuàng)建具有不尋常輪廓的結(jié)構(gòu)(諸如錐形腔)的可能性。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D4-圖11討論多層頭的其它實(shí)施例。
圖4是MFP的3D視圖，該MFP頭的處理具有與圖2或者圖3的孔和對(duì)應(yīng)微通道實(shí) 質(zhì)上相似的孔121、122、221、222和對(duì)應(yīng)微通道。在蓋層110上提供過(guò)孔111、112。示出附 加過(guò)孔211，該過(guò)孔允許向浸入通道223、224轉(zhuǎn)送流體連通(這里提供僅一個(gè)過(guò)孔，該過(guò)孔 饋給兩個(gè)浸入通道)?？梢蕴峁?duì)應(yīng)管道端口(未示出)。如更早回顧的那樣，通道具有被 布置諸如用于面向過(guò)孔的端部。
圖5-圖10是可能變體的示意圖，其中僅示出基層120。在所有情況下，微通道延 伸直至基層120的面，優(yōu)選為不同面。在通道的端部形成對(duì)應(yīng)孔?；旧?，這樣的實(shí)施例允 許略去明顯的孔制作。例如雕刻微通道為如下槽，這些槽擴(kuò)展直至基層120的邊緣(例如 切分)并且產(chǎn)生孔而無(wú)需附加加工。
此外，在圖5-圖10的每個(gè)變體中，提供允許在注入/抽吸孔121、122附近分配 浸入液體的一個(gè)或者多個(gè)浸入孔221、222。頭的處理端部被制成為‘尖銳’。由于該設(shè)置配 置，可以提到“豎直”MFP頭。描繪的設(shè)計(jì)保證與注入/抽吸孔近鄰的區(qū)域浸入在浸入溶液 中以用于例如處理液體的無(wú)擾流動(dòng)局限。通常，浸入液體孔大于注入/抽吸孔。例如，前者 可能被設(shè)計(jì)用于分配微升液體，而后者分配微微升。附帶提一點(diǎn)，將僅拋光具有注入/抽吸 孔121、122的頭面,無(wú)需拋光大的浸入液體孔。
容易制作描繪的結(jié)構(gòu)。為了提高制造產(chǎn)量，可以在通道中填充蠟以最小化在制作 和封裝(切分、拋光)期間生成的殘骸堵塞。在該方面，可以實(shí)現(xiàn)的是可以提供附加蠟饋送 通道，這些通道可以被布置諸如用于連接MFP頭上的所有微通道。此外，可以在相同襯底上 加工多個(gè)MFP頭，這些MFP頭都連接到單個(gè)‘蠟分布通道’。然后可以例如經(jīng)由相同饋送端 口饋送蠟，從而熔融蠟向所有通道中蔓延。最后，可以在用于MFP頭的包裝和裝運(yùn)的通道后 處理中留下蠟(然后如例如在病理應(yīng)用中所知容易實(shí)現(xiàn)脫蠟)。
這樣的結(jié)構(gòu)很好地適合于需要纖薄和緊湊的MFP頭的那些應(yīng)用(例如用于內(nèi)窺鏡 應(yīng)用)。MFP頭的小占用面積也將增加制作吞吐量并且減少成本。
圖5是除了微通道截面的特征之外與圖4的設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上對(duì)應(yīng)的視圖。示出與圖4 中的過(guò)孔111、112、211對(duì)應(yīng)的通道端111’、112’、211’。
圖6涉及另一不對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)還涉及到如標(biāo)號(hào)224’象征性地表示的不對(duì)稱(chēng)流 阻。就此而言，設(shè)計(jì)緊湊占用面積的MFP頭可以造成將通道組合成單個(gè)路徑。這也將造成 減少的界面。然而就緊湊結(jié)構(gòu)而言，可能需要打破通道的對(duì)稱(chēng)性(如圖6中那樣)，從而造 成不同流體流速。就此而言，提供附加液壓阻力補(bǔ)償器(例如沿著流動(dòng)路徑的不同通道幾 何形狀)可以有助于恢復(fù)通道中的相等阻力。
更一般而言，可以設(shè)計(jì)兩個(gè)微通道以諸如具有相異流阻。流阻影響不同流動(dòng)路徑 中的流體流速?？梢远x結(jié)構(gòu)的特征流阻為向液體(假設(shè)為非可壓縮)施加的壓力與結(jié)構(gòu) 中的液體流速之比。通道的流阻主要由它的尺度和形狀確定，但是其它因素也可以影響它。存在在流阻、流速和壓強(qiáng)與使用電阻、電流和電勢(shì)來(lái)描述的電路之間的類(lèi)比:具有相等形狀和長(zhǎng)度的通道具有相等流阻。
液壓補(bǔ)償器(或者具有不同流阻的通道)由此對(duì)于如在圖7中描繪的情況下的成對(duì)不對(duì)稱(chēng)通道尤其有用。這里，設(shè)計(jì)豎直MFP以具有豎直減少的占用面積，即頭向感興趣的表面上的豎直投影較小，并且頭可以訪(fǎng)問(wèn)感興趣的表面的凹陷區(qū)域。
接著參照?qǐng)D8，也可以提供熱元件401、402以加熱一個(gè)或者多個(gè)微通道，例如浸入通道。實(shí)際上，豎直生物應(yīng)用(操縱細(xì)胞)可能需要受控的溫度環(huán)境。這可以由浸入液體提供。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可以是使用用于形成電極的已知工藝在例如MFP頭的玻璃蓋層上圖案化金屬電極。熱元件/電極可以用于在襯底上分配浸入液體之前加熱和感測(cè)它的溫度。電極也可以用來(lái)在MFP頭上、在界面或者在處理的襯底的表面上執(zhí)行電化學(xué)。
如圖9中所示，可以設(shè)想多于一個(gè)或者兩個(gè)的浸入通道。這里，附加浸入通道323、324鄰接相應(yīng)孔321、322。實(shí)際上，一些應(yīng)用可能需要多個(gè)浸入液體以局限處理液體?？赡軋?chǎng)景是(a)在處理溶液對(duì)處理的襯底是高度腐蝕性時(shí)或者(b)在向組織的小區(qū)域上配給高度地致命藥物時(shí)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用中。在這樣的情況下，可能想要通過(guò)用多個(gè)浸入液體屏蔽來(lái)保證鄰接組織的最小暴露。例如，外浸入液體可以包含中和在處理液體中存在的很有反應(yīng)的化學(xué)物種類(lèi)的化學(xué)物，并且內(nèi)浸入液體可以充當(dāng)在處理液體與外浸入液體之間的分離物。使用這一方式，可以在各種(液體)界面處執(zhí)行多個(gè)反應(yīng)。
最后，盡管這里討論的多數(shù)實(shí)施例具有在基層120的相同(例如上部)面上提供的浸入通道，但是無(wú)需系統(tǒng)性地這樣做。浸入通道可以例如具有駐留于基層的其它面上的部分。在一些變體中，未在基層的上部面的平的表面上加工浸入通道，而是代之以如圖10中所示在其邊緣或者仍然接近上部面的邊緣處加工浸入通道。這對(duì)于需要最小化浸入液體占用面積的應(yīng)用尤其有用。一種方式因此是使用通過(guò)沿著頭的上部面的邊緣制成槽223、224而形成的通道來(lái)與注入/抽吸孔121、122近鄰地遞送浸入液體。
仍然可以設(shè)想上述實(shí)施例的若干變體。例如可以執(zhí)行制作微通道，從而微通道的特性(即平均截面)沿著通道連續(xù)改變。因此，可以通過(guò)例如在組裝兩層110、120之后簡(jiǎn)單地切割層來(lái)調(diào)整有關(guān)特性。
圖11示意地圖示這一點(diǎn)。它實(shí)際上代表MFP層的、與層110、120之一的中間平面平行的部分截面圖。它顯著地示出兩個(gè)微通道123、124，這些微通道的截面隨著它們朝著邊緣表面310擴(kuò)展而減少(在截面圖中查看)。它還示出各種切割/切分標(biāo)記410、412、420?？梢岳缡褂玫镀⑽⑶衅瑱C(jī)、切分或者鋸切工具來(lái)執(zhí)行切割。
因此可以沿著標(biāo)記420中的任何標(biāo)記并且沿著任一對(duì)標(biāo)記410、412切割或者燒蝕邊緣表面310，從而在微通道的端部產(chǎn)生各種可能孔尺寸。標(biāo)號(hào)121’、122’表示如在切割之前的孔。
此外，在微通道123、124(和/或223、224)之間的相對(duì)距離也可以改變，從而可以簡(jiǎn)單地調(diào)整如在切割之后的在孔之間的相對(duì)距離。
在一個(gè)變體中，如圖12中所示，通過(guò)切割邊緣表面來(lái)僅改變孔的尺度，而在兩個(gè)通道之間的最小距離保持相同。這里，設(shè)計(jì)微通道的截面的形狀，從而切割邊緣將主要造成修改孔尺寸而未明顯修改它們的相對(duì)距離。又一變體將由僅調(diào)整在孔之間的距離而未修改它們的尺度構(gòu)成。
如圖13中所示，甚至可以將成對(duì)的微通道雕刻成以諸如在邊緣表面310的水平面 呈現(xiàn)所需曲率。這里，切割邊緣310將造成修改孔的入射角。因此，可以修改流體關(guān)于樣本 表面的入射角。這明顯影響從孔噴射和由孔抽吸的液體的動(dòng)力，這可以在一些應(yīng)用中有用。
更一般而言，可以制作與基層20的上部面平行、延伸直至邊緣310的一個(gè)或者多 個(gè)微通道，從而沿著微通道改變其一個(gè)(或者多個(gè))特性。如上文回顧的那樣，這一特性可 以是在微通道之間的相對(duì)距離。微通道的展開(kāi)定向或者其混合。作為結(jié)果，切割邊緣310 允許調(diào)整端子孔的特性。
從生產(chǎn)觀點(diǎn)來(lái)看，這之所以有利是因?yàn)橛糜贛FP層110、120的僅一個(gè)設(shè)計(jì)模板可 以實(shí)際上作為用于獲得MFP頭中的各種不同最終孔布置的基礎(chǔ)。
盡管已經(jīng)參照某些實(shí)施例描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解可以進(jìn)行各種 改變并且可以替換等效物而未脫離本發(fā)明的范圍。此外，可以進(jìn)行許多修改以使特定情形 或者材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)而未脫離它的范圍。因此，旨在于本發(fā)明不限于公開(kāi)的具體實(shí) 施例，但是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。例如取代具有成對(duì)端 口、過(guò)孔、孔等，可以提供一個(gè)端口 /過(guò)孔以饋給兩個(gè)或者更多微通道。更一般而言，可以設(shè) 想各種端口、微通道等的組合。另外，盡管已經(jīng)使用術(shù)語(yǔ)“層”，但是應(yīng)當(dāng)理解例如MFP基層 無(wú)需“平坦”。例如基層可以是具有在外圍表面上提供開(kāi)槽的微通道的棒。然后可以用在上 部面涂覆的離心層關(guān)閉通道。然而基層未必需要由第二層關(guān)閉。
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1.一種具有基層(120)的微流探測(cè)頭(100)，包括: -處理液體微通道(123，124)，與在所述基層的面上的處理液體孔(121，122)流體連通；以及 -浸入液體 微通道(223，224)，與在所述基層的面上的浸入液體孔(221，222)流體連通， 其中所述微流探測(cè)頭被配置用于在操作中允許經(jīng)過(guò)所述處理液體孔提供的處理液體與經(jīng)過(guò)所述浸入液體孔提供的浸入液體組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流探測(cè)頭，其中所述處理液體微通道(123，124)和所述浸入液體微通道(223，224)中的每個(gè)液體微通道在所述基層的一個(gè)或者多個(gè)面上打開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的微流探測(cè)頭，其中所述處理液體微通道的至少一部分是在所述基層(120)的所述上部面上打開(kāi)的槽(124)，并且所述浸入液體微通道的至少一部分在所述基層(120)的所述上部面上打開(kāi)以便由可附加層(110，130)的下部面關(guān)閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微流探測(cè)頭，還包括蓋層(110)，其中所述處理液體微通道和所述浸入液體微通道的至少一部分由所述頭(110，130)的層的下部面的一部分關(guān)閉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微流探測(cè)頭，其中所述處理液體微通道和所述浸入液體微通道各自實(shí)現(xiàn)在所述基層的上部面與在所述基層的面上的相應(yīng)孔之間的流體連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微流探測(cè)頭，還包括從所述蓋層的上部面延伸的管道端口(181，182)，并且所述蓋層具有實(shí)現(xiàn)所述管道端口與所述蓋層的下部面之間的流體連通的過(guò)孔(111，112)，其中所述頭還被配置用于實(shí)現(xiàn)所述過(guò)孔與所述微通道中的一個(gè)或者多個(gè)微通道之間的流體連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一權(quán)利要求所述的微流探測(cè)頭，其中所述處理液體微通道的至少一部分是延伸直至所述處理液體孔(122)的槽(124’)，所述處理液體孔被布置于所述基層的所述上部面的邊緣(310)的水平面的槽的端部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一權(quán)利要求所述的微流探測(cè)頭，其中所述處理液體微通道的和/或所述浸入液體微通道的特性沿著所述微通道優(yōu)選地連續(xù)改變。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一權(quán)利要求所述的微流探測(cè)頭，還包括適于加熱一個(gè)或者更多微通道的熱元件(401，402)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一權(quán)利要求所述的微流探測(cè)頭，還包括: -第二處理液體微通道(124)，與在所述基層的面上的第二處理液體孔(122)流體連通；以及 -第二浸入液體微通道(224)，與在所述基層的面上的第二浸入液體孔(222)流體連通， 其中所述頭還被配置用于在操作中允許在所述第二液體處理孔抽吸經(jīng)由一個(gè)或者更多相異孔(121，221)沉積的一些流體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任一權(quán)利要求所述的微流探測(cè)頭，還包括: -第二浸入液體微通道(324，424)，與在所述基層的面上的相應(yīng)第二浸入液體孔(321，322)流體連通，所述微流探測(cè)頭還被配置用于在操作中允許經(jīng)過(guò)第一浸入液體孔提供的浸入液體與經(jīng)過(guò)所述第二浸入液體孔提供的浸入液體組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一權(quán)利要求所述的微流探測(cè)頭，包括關(guān)于所述處理液體孔的處理液體沉積的平均方向的不對(duì)稱(chēng)配置的兩個(gè)微通道。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中的任一權(quán)利要求所述的微流探測(cè)頭，其中兩個(gè)微通道具有相異流阻。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任一權(quán)利要求所述的微流探測(cè)頭，其中所述微流探測(cè)頭還被配置成使得經(jīng)過(guò)處理液體孔提供的并且與經(jīng)過(guò)浸入液體孔提供的浸入液體組合的處理液體實(shí)質(zhì)上為層狀。
15.一種制作根據(jù)權(quán)利要求1至14中的任一權(quán)利要求所述的微流探測(cè)頭的方法，包括以下步驟:-提供所述基層；并且 -在所述基層中制作所述微通道和所述孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有基層(120)的微流探測(cè)頭(100)，該微流探測(cè)頭包括至少兩個(gè)處理液體微通道(123，124)，與在基10層的面上的處理液體孔(121，122)流體連通；以及浸入液體微通道(223，224)，與在基層的面上的浸入液體孔(221，222)流體連通，其中微流探測(cè)頭被配置用于在操作中允許經(jīng)過(guò)處理液體孔提供的處理液體向經(jīng)過(guò)浸入液體孔提供的浸入液體中合并?？梢蕴峁?5附加層以關(guān)閉微通道。這樣的多層頭緊湊并且比用整體構(gòu)造制成的頭更易于制作。還可以例如使用用于管道端口的標(biāo)準(zhǔn)相配件來(lái)將頭與管道對(duì)接。
文檔編號(hào)B01L3/00GK103140283SQ201180047792
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者E·德拉馬爾什, G·凱加拉, R·洛維奇克 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司