具有互連的微流體器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明尤其針對一種微流體器件(100)，其包括：第一層(10)；第二層(20)；第一層和第二層被組裝以致面向彼此；在第二層中的微通道(30)；具有漸縮部分(52)的漸縮導(dǎo)管(50)；其中漸縮部分(52)在微通道的端部的水平處被插入形成在第一層中的相應(yīng)形狀的通孔(11)中，從而實現(xiàn)了微通道和導(dǎo)管之間的流體連通，以及通過組裝的第一層和第二層的方式使?jié)u縮部分被阻止在通孔中。
【專利說明】具有互連的微流體器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及微流體器件領(lǐng)域及其制作方法。特別地，針對設(shè)置有互連的微流體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]微流體器件通常是指微加工器件，其用于抽吸、取樣、混合、分析和配量液體。其突出的特性是源自液體顯示在微米尺度的特殊行為(參見Brody J P, Yager P, Goldstein RE and Austin R H1996Biotechnology at low Reynolds Numbers Biophys.J.713430-3441以及 Knight J B, Vishwanath A, Brody J P and Austin R H1998Hydrodynamic Focusingon a Silicon Chip:Mixing Nanoliter in Microseconds Phys.Rev.Lett.803863-3866)。液體在微流體器件中的流動通常是層流。遠(yuǎn)低于I納升的體積可以通過制作橫向尺寸在微米范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)而達(dá)到。在大規(guī)模被限制(通過反應(yīng)物的擴散)的反應(yīng)可以被加速(參見 Squires T M and Quake S R2005Microfluidics: Fluid physics at the nanoI iterscale Rev.Mod.Phys.77977-1026)。最后，液體的并行流可能可以準(zhǔn)確以及重現(xiàn)性控制，以允許化學(xué)反應(yīng)以及在液/液和液/固界面安排梯度(Kenis P J A, Ismagilov R F andWhitesides G M1999Microfabrication Inside Capillaries Using Multiphase LaminarFlow Patterning Science28583_85)。微流體相應(yīng)地被用于生命科學(xué)中各種應(yīng)用。
[0003]很多微流體器件具有用戶芯片界面和封閉的流動路徑。封閉的流動路徑促進(jìn)了功能元件(例如，加熱器、攪拌器、泵、UV檢測器、閥等等)集成到一個器件，同時最小化有關(guān)泄漏和蒸發(fā)的問題。
[0004]在微流體器件中處理的液體通常使用流體互連引入。然而，這樣的互連可能不適合所有的應(yīng)用。
[0005]例如，如在N.H.Bings et al.，Anal.Chem.，71 (15)，pp3292_3296, 1999 揭露的解決方案依賴于部分鉆入玻璃和插入其中的石英玻璃的孔。然而，所獲得的互連是明顯不適于高機械應(yīng)力。
[0006]另一種解決方案(例如參見C.Chiou et al., J.Micromech.Microeng.141484, 2004)包括插入毛細(xì)管到聚四氟乙烯套管中，又將后者粘到鉆孔中。然而，該解決方案需要復(fù)雜、昂貴的組件。
[0007]又一種解決方案(例如參見A.Puntambekar et al., J.Micromech.Microeng.1235，2002)是使用利用聚合物凸緣插入件的復(fù)合管鎖定系統(tǒng)。然而,該解決方案涉及到復(fù)雜的組裝、復(fù)合材料并且是昂貴的。
[0008]此外，上述的各個解決方案都是勞動密集的。
[0009]出于完整性的考慮，其它解決方案已被開發(fā)，例如參見，
[0010]-D.Sabourin et al., Microfluidics&Nanofluidics, vol.9, n0.1, pp.87-93, 2010 ；
[0011]-T.Thorsen et al., Science, Vol.298ηο.5593pp.580-584，2002 ；[0012]-c.F.Chen et al., 9(1):50-5, Lab Chip, 2009 ；以及
[0013]-D.M.Hartmann et al., Lab on a Chip, 8，609-616，2008 ;
[0014]然而，這些解決方案不適于許多應(yīng)用，即要么太復(fù)雜或太具體或勞動密集等等，不適合用于諸如玻璃、硅之類的多種材料。
[0015]最后，可能最廣泛使用的解決方案依賴于可商業(yè)獲得的被粘到微流體器件上的端口(例如參見，Upchurch Scientific),例如參見www.1dex_hs.com/。然而，該解決方案導(dǎo)致了大的占用面積并產(chǎn)生了大量的死區(qū)體積。它進(jìn)一步需要在孔上對準(zhǔn)端口，其可能是耗時的并需要儀器用于校準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]根據(jù)第一方面，本發(fā)明被實施為微流體器件，其包括:第一層，第二層，第一層和第二層被組裝以致面向彼此，在第二層中的微通道，具有漸縮部分的漸縮導(dǎo)管，其中漸縮部分在微通道的端部的水平處被插入形成在第一層中的相應(yīng)形狀的通孔中從而實現(xiàn)了微通道和導(dǎo)管之間的流體連通，以及通過組裝的第一層和第二層的方式使?jié)u縮部分被阻止在通孔中。
[0017]在另一個實施例中，所述微流體可以包括以下特性中的一個或多個:
[0018]-漸縮部分具有連接第二層的上表面的下端，從而使?jié)u縮部分被阻止在通孔中；
[0019]-微通道的至少一部分是開口在第二層的上表面上的槽，該槽通過第一層的下表面的一部分被封閉，第一層的下表面面向第二層的上表面，并且導(dǎo)管優(yōu)選沿著垂直于第一層和第二層的界面的方向延伸；
[0020]-微通道的端部為第二層內(nèi)的面向漸縮部分的凹部，該凹部具有開口區(qū)域，該開口區(qū)域在第一層和第二層的界面的水平處基本上共面于漸縮部分的內(nèi)部區(qū)域并被包含于漸縮部分的內(nèi)部區(qū)域；
[0021]-該器件進(jìn)一步包括從凹部的下表面向漸縮部分突出并且優(yōu)選為進(jìn)入漸縮部分內(nèi)的突出部，其中突出部優(yōu)選具有漸縮或圓錐形形狀；
[0022]-漸縮部分具有60°和120°之間的平均開口角度α，并且優(yōu)選為基本上等于90。；
[0023]-漸縮部分沿導(dǎo)管中的流體路徑方向所測量的高度基本上等于第一層的厚度，后者為優(yōu)選大于0.3mm,并且更優(yōu)選地基本上等于0.5mm ；
[0024]-導(dǎo)管是單體，優(yōu)選為化學(xué)惰性的，以及該單體更優(yōu)選地為涂覆有薄膜材料，以使得其為化學(xué)惰性的；
[0025]-該器件進(jìn)一步包括諸如環(huán)氧樹脂的鍵合物，被包括在漸縮部分和相應(yīng)形狀的通孔之間的空間中；
[0026]-該器件進(jìn)一步包括與所述空間流體連通的鍵合物分配通道，該鍵合物分配通道本質(zhì)上與微通道不同；
[0027]-除漸縮部分外，導(dǎo)管進(jìn)一步包括管道，其中漸縮部分在微通道的端部的水平處被插入形成在第一層中的相應(yīng)形狀的通孔中，從而實現(xiàn)了微通道和管道之間的流體連通，后者從第一層相對于第二層延伸，以及優(yōu)選地，管道的平均外徑dpo小于1.6mm，優(yōu)選小于
1.0mm并且更優(yōu)選地基本上等于0.8mm ;并且漸縮部分的平均外徑dm。小于3.0mm,優(yōu)選地小于2.0mm并且更優(yōu)選地基本上等于1.5mm ；
[0028]-除漸縮部分外，導(dǎo)管進(jìn)一步包括管道，其中漸縮部分在微通道的端部的水平處被插入形成在第一層中的相應(yīng)形狀的通孔中，從而實現(xiàn)了微通道和管道之間的流體連通，后者從第一層相對于第二層延伸，以及優(yōu)選地，管道的平均內(nèi)徑Clpi在0.3_和0.7_之間，并且優(yōu)選地基本上等于0.5mm ；以及漸縮部分的平均內(nèi)徑dmi在0.8mm和1.6mm之間，并且優(yōu)選地基本上等于1.2mm ；
[0029]-該器件進(jìn)一步包括:第一組微通道，每一個被設(shè)置在第一層和第二層的界面的水平處，所述第一層和第二層面向彼此；第二組漸縮導(dǎo)管，每一個包括在第一組微通道的端部的水平處被插入形成在第一層中的各自的相應(yīng)形狀的通孔中，從而實現(xiàn)了第一組微通道和漸縮導(dǎo)管之間的流體連通；以及
[0030]-該器件進(jìn)一步包括與第二層相對的被插入在漸縮導(dǎo)管中的管件。
[0031]根據(jù)另一方面，本發(fā)明被實施為一種根據(jù)以上實施例之一的器件的制作方法，其包括以下步驟:設(shè)置包括通孔的第一層和具有微通道的第二層，并且微通道加工在第二層中；通過通孔插入導(dǎo)管，直到漸縮部分配合到形成在第一層中的相應(yīng)形狀的通孔中；以及組裝第一層和第二層，并且其中，優(yōu)選地，該方法在設(shè)置之前進(jìn)一步包括圖案化第一層和/或第二層以分別獲得所述形狀的通孔和/或微通道。
[0032]現(xiàn)在將通過非限制性示例的方式并且參考附圖對實施本發(fā)明的器件和方法進(jìn)行描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是根據(jù)實施例的器件的剖面圖，該剖面切割通過該器件漸縮的導(dǎo)管；
[0034]圖2是根據(jù)實施例的包括數(shù)個漸縮的導(dǎo)管的器件的透視圖，該剖面通過該器件的
導(dǎo)管;
[0035]圖3-4每個示出，與又一實施例的器件相應(yīng)的剖面圖和底視圖，其中突出部被設(shè)置在微通道的端部；
[0036]圖5圖示了根據(jù)實施例的制作諸如在圖1中所描繪的器件的方法的步驟；
[0037]圖6圖示了步驟，其中施加諸如環(huán)氧樹脂的鍵合物以填補間隙并保證無泄漏的界面器件，所描繪的器件是圖1的變體(剖面圖)；
[0038]圖7圖示根據(jù)實施例的圖6的器件的變體，其中經(jīng)由專用分配通道引入粘合劑或膠水(劑面圖和底視圖)；
[0039]圖8圖示了包括分配通道網(wǎng)絡(luò)的器件的實施例(底視圖)。
【具體實施方式】
[0040]作為對以下描述的介紹，首先指出在本發(fā)明的一般方面針對微流體器件。這種器件具有至少兩個面向彼此的層，微通道被設(shè)置在第二層中，例如，作為一個在兩個層之間的界面的水平上開口的槽。在微通道的一端的水平處，漸縮的導(dǎo)管被插入在形成在第一層中的相應(yīng)形狀通孔中。如有必要，該導(dǎo)管的一個端部可從第一層突出來并相對于第二層。漸縮導(dǎo)管的另一(更寬的)端部被布置成使得利用微通道實現(xiàn)流體連通。該漸縮導(dǎo)管通過組裝的層的方式被阻止在通孔中。這樣的設(shè)計提供了一種機械上魯棒的、理想地?zé)o泄漏的互連，這是容易和快速地制作的，并且可以進(jìn)一步被設(shè)計為具有一個小的占用面積。該設(shè)計進(jìn)一步易于被復(fù)制以形成片上的陣列。
[0041]圖1和圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明實施例的微流體器件100。圖1是該器件的剖面圖(該剖面切割通過該器件的導(dǎo)管)，而圖2是包括數(shù)個導(dǎo)管的器件的透視圖(具有通過多個導(dǎo)管中的一個導(dǎo)管的剖面)。
[0042]如所述，器件100包括第一層10和面向該第一層的第二層20。如何將第一層固定于第二層相對于本發(fā)明的細(xì)節(jié)并不重要(固定在微流體器件中兩個層的數(shù)種方法均是已知的)。一個或多個微通道30進(jìn)一步被設(shè)置在第二層中，例如在第一層10和第二層20之間的界面15的水平處。在圖1和圖2的示例中，界面基本上限制為兩個層10、20之間的邊界表面，雖然在變體中，界面可以被物理地實施為設(shè)置在層10和20之間的附加的層，以用于例如鍵合兩個層10、20。此外，設(shè)置了一個或多個漸縮導(dǎo)管。如附圖所示，在微通道30的端部35的水平處，漸縮導(dǎo)管50被插入在形成在第一層10中的相應(yīng)形狀的通孔11中。導(dǎo)管50沿與界面15相交的方向延伸。在附圖中描繪的每一個的示例中，每個導(dǎo)管包括兩個不同的部分:管道部分51和漸縮部分52，其中該漸縮部分類似于漏斗的喇叭形口。然而，導(dǎo)管僅需要是漸縮的(至少部分地)。在這方面，僅需要導(dǎo)管50外部封套是漸縮的。與此相反，里面的空腔可以例如是如圓柱狀(具有恒定截面)或為圓錐形等等，或具有任何合適的剖面。所述部分是中空的腔，其通過導(dǎo)管實現(xiàn)了流體連通。
[0043]當(dāng)導(dǎo)管設(shè)置有不同的管道部分51時，后者可能相對第二層20從第一層10的上表面延伸，以允許容易地插入管件(也為使用更薄的層，所有的事情都是平等的)。在變體中，導(dǎo)管的上邊緣可以被布置成與第一層10的上表面齊平,或相對于該上表面甚至略微凹陷，這仍然允許管件的插入。然而，要注意的是，當(dāng)管道部分從層10的上表面突出來時，那么(較小直徑的)管件可以插入到(較大直徑的)管道部分或(較小直徑的)管道部分被插入到(較大直徑的)管件中。
[0044]漸縮部分的下端部53被布置在微通道的端部的水平處，使得諸如實現(xiàn)了導(dǎo)管和微通道之間的流體連通。下端部53 (即外周邊緣)例如擱在層20的上表面上，使得漸縮部分52通過所組裝的層10、20的方式在通孔11中被阻止(至少部分地):相應(yīng)地獲得了導(dǎo)管的連鎖布置。在變體中(未示出)，該下端部可以被布置在相應(yīng)形狀的凹槽中。在每一種情況下，它接觸層20的上表面，使得導(dǎo)管在通孔中被阻止。在其它變體中(未示出)，可以提供附加的層或鍵合物以便于在通孔中阻止導(dǎo)管。在所有情況下，層10、20的合適的組裝被用于阻止導(dǎo)管。人們可以意識到漸縮導(dǎo)管50易于被插入在相應(yīng)的通孔11中，其顯著地簡化了器件的制作。盡管其簡單，卻致使了漸縮導(dǎo)管機械上魯棒的互連。
[0045]同樣，如圖1所示的相同的設(shè)計可以被復(fù)制到同一芯片上的多個互連，如圖2所圖示。在這種情況下，器件100包括一組微通道30，通常彼此相似，以及一組導(dǎo)管50，每個導(dǎo)管通過第一層被插入。每個導(dǎo)管被布置以實現(xiàn)與各自的微通道流體連通。然而，兩個導(dǎo)管可以連接到相同的微通道，等等。另外，微通道可以具有各種設(shè)計，例如，橫向于層20或作為槽被設(shè)置在界面15的水平處并可能連接到通過第二層20被設(shè)置的橫向開口，以允許進(jìn)行表面處理的應(yīng)用?？梢韵鄳?yīng)地設(shè)想許多變體。
[0046]盡管描繪了導(dǎo)管的示例，人們理解導(dǎo)管可以具有各種可能的形狀。如所述，導(dǎo)管的主體的外部封套至少一部分是漸縮的。因而，導(dǎo)管可以表現(xiàn)出像在附圖中的不同的部分51、52。然而，導(dǎo)管可以例如是單一的、連續(xù)的漸縮的空心體。通過合適形狀的通孔11允許較寬部分(喇叭口)被插入的任何形狀都將是方便的。此外，也可被設(shè)想允許較寬部分和較窄部分從層10的上表面退出的插入的任何形狀。盡管如此，任何這樣的導(dǎo)管可以被描述為包括較寬部分(口)和較窄部分。這里為了便于說明，我們將在以下考慮導(dǎo)管50包括管道部分51和漸縮部分52，其中管道51不一定是圓柱形的，但比漸縮部分52更窄。
[0047]如圖1中描繪的，該漸縮部分優(yōu)選展示了(平均)打開角度α為60°至120°，其已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)是適合于實踐中的大多數(shù)應(yīng)用，提供所需的魯棒性。該角度優(yōu)選被設(shè)定為90° (或基本上這個值，即該值±10% )，其允許最大化魯棒性，尤其是當(dāng)層10的厚度小時。如果導(dǎo)管包括兩個不同的部分，即圓柱形管道51和錐形部分52，那么外部角β為150°和180°之間，優(yōu)選為135°。
[0048]在這方面，漸縮部分52的(垂直)高度，即沿流體路徑方向上所測量的，基本上等于第一層10的厚度。對于許多適合的材料，具有0.3mm的厚度已經(jīng)可以實現(xiàn)足夠的魯棒性。通常，該厚度基本上等于0.5mm(或比其大)。此外，在大多數(shù)微流體的應(yīng)用中該導(dǎo)管最小的(平均)外徑dp。通常小于1.6mm。特定的應(yīng)用將需要它小于1.0mm,且更優(yōu)選地基本上等于0.8mm。此外,漸縮部分的平均最大外徑dm。通常小于3.0mm,優(yōu)選小于2.0mm,且更優(yōu)選地基本上等于1.5mm。外徑dm。越低，互連陣列越密(或者更一般地，所需的芯片面積越小)。接著，在管道段51的平均內(nèi)徑dpi在0.3mm至0.7mm之間。0.SmnKilO1^)的值仍然被認(rèn)為是實踐中的最佳值。類似地，漸縮部分52的合適的平均內(nèi)徑dmi為0.8至1.6mm之間，且優(yōu)選等于1.2_。最后，具有突出的管道部分不是強制性的，從而漸縮導(dǎo)管可以例如限制為其唯一的漸縮部分52并且上述針對管道部分給出的尺寸事實上也可以適用于漸縮部分52的上部。此外，要注意的是，上面給出的直徑的示例是“平均”直徑，即相應(yīng)的截面不需要是圓形的。例如，漸縮段被有利地制成方形、六邊形等等，特別是當(dāng)人們想避免在插入相應(yīng)的通孔中后的轉(zhuǎn)動時。類似地，管道不需要是圓柱形的。在這種情況下，“平均”直徑是對應(yīng)于與實際的管道或漸縮段的實際截面具有相同面積的圓盤的直徑。
[0049]在實施例中，導(dǎo)管 被制成為化學(xué)惰性的。它通常包括單體，后者優(yōu)選地涂覆有薄膜材料使其具有化學(xué)惰性。單體優(yōu)選地包括下列材料中的一個:諸如不銹鋼或黃銅、聚合物、玻璃或石英玻璃的導(dǎo)電材料。該單體可以涂覆有氟化材料的薄膜(例如，為了使其具有化學(xué)惰性)。除了流體互連，單體可以用作電極，即當(dāng)針對其使用導(dǎo)電材料時。盡管如此，導(dǎo)管主體可以鍍銅、鍍金等等，其它示例將隨后給出。
[0050]優(yōu)選地，微通道30的至少一部分被設(shè)置為槽30，開口在第二層20的上表面(也參見圖2)。該槽30是例如通過第一層10下表面的一部分被封閉的，第一層10下表面為面向第二層20的上表面的表面。這樣的微通道易于加工，如將在后面討論。然而，微通道可以具有各種配置，如前面所述。優(yōu)選地，并且如在圖1或2中所描繪的，導(dǎo)管50被橫向布置，即沿垂直于界面15的方向。顯然，可以設(shè)想任何(非退化)角度，其取決于所需的互連類型。然而，橫向配置更易于加工并且更魯棒。
[0051]在這方面，對包括陽極鍵合的玻璃和硅的器件執(zhí)行測試，連鎖單體鍍錫黃銅導(dǎo)管。產(chǎn)生的互連的強度通過施加3.1kg的負(fù)荷被檢查。測試被執(zhí)行I小時后，未有微流體器件或互連的明顯退化。為了完整性，該器件/界面通過施加過大的重量(>5kg)已經(jīng)顯示了失敗。即，在導(dǎo)管附近的玻璃失敗而 互聯(lián)仍未受損失的。[0052]在實施例中，微通道30的端部35被成形為第二層20內(nèi)的凹部35。該凹部35可以，就像微通道的部分30，開口在第二層20的上表面。凹部35面向漸縮部分52 ;它的上部(空心)區(qū)域在界面15的水平處被包含在(或至多被內(nèi)接)漸縮部分52的內(nèi)部區(qū)域中。在圖2的示例中，漸縮部分52的內(nèi)部區(qū)域由外圍邊緣53被定界。
[0053]現(xiàn)在，測試已經(jīng)表明在諸如圖2所示的幾何形狀中，區(qū)域35可以創(chuàng)建死區(qū)體積且可能形成氣泡，在某些應(yīng)用中這是不合意的。因此，在諸如圖3和圖4中所示的實施例中，該器件100可以進(jìn)一步包括突出部60、62。每一次側(cè)(剖面)視圖輔以底視(剖面)圖，如從平面AA所見。該突出部可以例如具有圓柱形形狀(例如，圓柱形柱)，或漸縮或圓錐形的形狀(圓錐柱)，從凹部35的下表面朝向漸縮部分52突出。如圖4所示，突出部可以甚至突出到漸縮部分52的中空(內(nèi)部)的空間中，從而后者覆蓋突出部62的上部分63。這種突出于平面外的附加的結(jié)構(gòu)減小了死區(qū)體積并相應(yīng)地減少形成氣泡的風(fēng)險。為該目的，附加的突出部優(yōu)選地位于凹部35內(nèi)的中心以及同心地突出到漸縮段中空的腔中，導(dǎo)致減小的凹部35中的突出部周圍的中空的空間，其中流體可循環(huán)?，F(xiàn)在，用于突出部的平面外的其它特定幾何形狀可以被設(shè)計以減少死區(qū)體積、增加/減少流體的混合、創(chuàng)造湍流和/或減少/增加氣泡的形成等等，這取決于所期望的應(yīng)用和施加的條件(流體壓力，流速，粘度等。
[0054]下面，根據(jù)以上實施例的器件的制作的一些方法將參考圖5進(jìn)行討論。本質(zhì)上，制作包括以下步驟:
[0055]S1-S3: 第一層10被設(shè)置有通孔11 ；
[0056]S5:導(dǎo)管50通過通孔11被插入，直到漸縮部分配合到相應(yīng)形狀的通孔中；以及
[0057]S9:第一層和第二層被組裝，例如，使用陽極鍵合。例如，具有蝕刻的玻璃層10與硅層20通過施加1200伏到電極約30分鐘而被鍵合，同時基片被加熱到450°C。
[0058]當(dāng)然，以上的步驟假設(shè)層10、20已被加工，即通過相應(yīng)的圖案化步驟的方法，例如，使用濕蝕刻或光刻方法。
[0059]例如以及如圖5中所描繪，每個層10、20可以被涂有光刻膠層12、22(分別在步驟SI和S6)。所期望的圖案接下來通過光刻法獲得，接著用濕法蝕刻以獲得在層10中的通孔以及深反應(yīng)離子蝕刻以用于層20中通道的微制作，如步驟S2和S7所示。適當(dāng)加工的層
10、20被相應(yīng)地獲得(分別在步驟S3和S8)，準(zhǔn)備進(jìn)行組裝。兩個層然后被組裝，例如，與導(dǎo)管陽極鍵合(后者預(yù)先組裝在步驟S5中)。如所述，如果需要的話，可能包含中間鍵合層(未示出)。
[0060]要注意的是，本設(shè)計和制作方法可經(jīng)受大規(guī)模制作具有高密度的互連的微流體器件。就此而言，通孔11可以同時被蝕刻。考慮到例如在窄的管道段51具有0.8_的外徑的導(dǎo)管以及在較寬段52大約1.5mm的外徑,五十個互連可以被容納在Icm2的微流體器件中。
[0061]下面，由于在制作時有必要的公差，一些空間可能在漸縮部分52的外封和通孔11之間空虛，如圖6所描繪，步驟S10。在此，無泄漏互連還是可以通過在空間12中進(jìn)一步施加鍵合物2 (諸如環(huán)氧樹脂的粘合劑或膠)而獲得，如圖6 - 8所圖示。
[0062]在圖6中，粘合劑被簡單地從層10的上表面被施加(步驟S20)，其粘合劑蔓延及填充(步驟S30)間隙12以確保了無泄漏界面。[0063]如圖7中的進(jìn)一步舉例說明，展示了三個側(cè)面(剖面)圖輔與底視圖(從剖面BB所見)，可以依靠一個較為復(fù)雜的設(shè)計。在此，器件100進(jìn)一步包括與間隙12流體連通的鍵合物分配通道70。在該情況下，分配通道本質(zhì)上不同于微通道30。這樣，分配通道確保了粘合劑不會蔓延到微流體通道中。為了該目的，分配通道有利地被設(shè)置為在層10的下表面上的槽，通過層20在組裝層時被封閉，如在圖7所描繪。其結(jié)果是，分配通道的方向垂直于導(dǎo)管的主軸線并且分配通道本質(zhì)上與漸縮部分52的外邊緣53在同一平面上。分配通道出口通向空間12。此外，倘若空間(公差)在通孔和檢索部分之間全部圍著后者保持空虛，分配通道可以確?；ミB粘合劑圍繞互連均勻施加，參見底視圖。
[0064]在圖8中(僅僅是層10的底視圖)，公開了一個實施例，其中提供了分配通道網(wǎng)絡(luò)，其確保粘合劑快速和均勻地分配到大量的互連。簡而言之:該網(wǎng)絡(luò)被配置為使得多個分配通道70從同一入口端口 71分離，產(chǎn)生接合點72，如圖所示。可以設(shè)想例如具有多個入口端口的其它類型的分配通道網(wǎng)絡(luò)，其取決于所期望的粘合性質(zhì)、導(dǎo)管表面密度等等。
[0065]目前，要給出更詳細(xì)的規(guī)格，其對應(yīng)于優(yōu)選的實施例。
[0066]針對導(dǎo)管優(yōu)選的材料:
[0067]-黃銅，鍍錫，鍍金，鍍銅；
[0068]-不銹鋼，聚合物，利用擠出工藝注射模的塑料；
[0069]-玻璃；
[0070]-石英玻璃。
[0071]針對導(dǎo)管優(yōu)選的尺寸:
[0072]-管道部分的內(nèi)徑dpi:0.5mm ；
[0073]-管道部分的外徑dpo:0.8mm ；
[0074]-導(dǎo)管(包括管道和漸縮部分)的總長度:0.5-5mm；
[0075]-“漸縮”部分的長度:0.5mm。要注意的是，在實施例中導(dǎo)管可能限制為唯一的漸縮部分；
[0076]-漸縮(開口)角度α:90° (β = 135° )；
[0077]-漸縮段的直徑dmi:1.2mm (dmo = 1.5mm)；
[0078]針對層10、20優(yōu)選的材料
[0079]-玻璃(例如borofloat BF33, Schott AG，德國)；
[0080]-硅；
[0081]-硬塑料/聚合物；
[0082]-金屬；或者
[0083]-陶瓷。要注意的是，如果需要，多種材料可以被包含在一層中。針對第一層(層10)優(yōu)選的尺寸
[0084]-厚度:0.5mm ;
[0085]-占用面積(芯片的面積):每個導(dǎo)管至少4mm2(取決于導(dǎo)管/層的實際尺寸/材料)；
[0086]-粘合劑分配通道:深度:10至150μ m,寬度:小于dmi,例如,0.8mm。
[0087]針對第二層(層20)優(yōu)選的尺寸
[0088]-厚度:0.5毫米；[0089]-占用面積(芯片的面積):每個導(dǎo)管至少4mm2；
[0090]-微流體通道:深度:10至150μ m，寬度:小于dmi，例如，0.8_。
[0091]雖然本發(fā)明參照某些實施例進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下做出各種變化以及以等價物取代。此外，可以進(jìn)行許多修改以使特定的情況或材料適于本發(fā)明的教導(dǎo)而不偏離其范圍。因此，其意圖是本發(fā)明并不限于公開的特定實施例，但是，本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有的實施例。例如，本器件可被實施為具有在相反或相同的方向通過每個疊加層10、20被插入的導(dǎo)管，并且可能通過相鄰的微通道連接?？梢栽O(shè)想微通道的多種設(shè)計，其鏈接導(dǎo)管。多個疊加的類似于層10、20的層可以被制作，具有通過兩個或更多層和微通道槽在多個界面被插入的導(dǎo)管，從而以實現(xiàn)三個或更多層等之間的流體連通。界面層仍然可以被設(shè)置在一對層10、20等之間。
【權(quán)利要求】
1.一種微流體器件(100)，包括: 第一層(10), 第二層(20)，所述第一層和所述第二層被組裝以致面向彼此， 在所述第二層中的微通道(30)， 具有漸縮部分(52)的漸縮導(dǎo)管(50)， 其中所述漸縮部分(52): 在所述微通道的端部的水平處被插入形成在所述第一層的相應(yīng)形狀的通孔(11)中，從而實現(xiàn)在所述微通道和所述導(dǎo)管之間的流體連通，并且 通過被組裝的第一層和第二層的方式被阻止在所述通孔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述漸縮部分(52)具有接觸所述第二層(20)的上表面的下端(53)，從而所述漸縮部分(52)被阻止在所述通孔(11)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述微通道的至少部分是開口在所述第二層(20)的上表面上的槽(30)，所述槽由所 述第一層的下表面的部分被封閉，所述第一層的所述下表面面向所述第二層的所述上表面，并且所述導(dǎo)管(50)優(yōu)選地沿著垂直于所述第一層和所述第二層的界面的方向延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的器件，其中所述微通道的所述端部是在所述第二層(20)內(nèi)的面向所述漸縮部分(52)的凹部(35)，所述凹部具有開口區(qū)域，所述開口區(qū)域在所述第一層和所述第二層的界面的水平處基本上共面于所述漸縮部分的內(nèi)部區(qū)域并被包括在所述漸縮部分的所述內(nèi)部區(qū)域中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的器件，進(jìn)一步包括從所述凹部的下表面向所述漸縮部分突出并且優(yōu)選為進(jìn)入所述漸縮部分內(nèi)的突出部出0、62)，其中所述突出部優(yōu)選具有漸縮的形狀或圓錐形的形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的器件，其中所述漸縮部分具有60°和120°之間的平均開口角度α，并且優(yōu)選為基本上等于90°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的器件，其中所述漸縮部分沿在所述導(dǎo)管中的流體路徑方向測量的高度基本上等于所述第一層(10)的厚度，后者為優(yōu)選大于0.3mm，并且更優(yōu)選地基本上等于0.5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的器件，其中所述導(dǎo)管是單體，優(yōu)選為化學(xué)惰性的，并且其中所述單體更優(yōu)選為涂覆有薄膜材料，以使其為化學(xué)惰性的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的器件，進(jìn)一步包括諸如環(huán)氧樹脂之類的鍵合物(2)，所述鍵合物(2)被包括在所述漸縮部分和所述相應(yīng)形狀的通孔之間的空間(12)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，進(jìn)一步包括與所述空間(12)流體連通的鍵合物分配通道(70)，所述鍵合物分配通道與所述微通道(30)本質(zhì)上不同。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的器件，其中: 除所述漸縮部分(52)外，所述導(dǎo)管(50)進(jìn)一步包括管道(51)，其中所述漸縮部分在所述微通道的所述端部的水平處被插入形成在所述第一層中的所述相應(yīng)形狀的通孔(11)中，從而實現(xiàn)在所述微通道和所述管道之間的流體連通，后者從所述第一層相對于所述第二層延伸，以及其中，優(yōu)選地， 所述管道的平均外徑dp。小于1.6mm,優(yōu)選小于1.0mm并且更優(yōu)選地基本上等于0.8mm ；以及 所述漸縮部分的平均外徑dm。小于3.0mm,優(yōu)選地小于2.0mm并且更優(yōu)選地基本上等于`1.5mm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的器件，其中: 除所述漸縮部分(52)外，所述導(dǎo)管(50)進(jìn)一步包括管道(51)，其中所述漸縮部分在所述微通道的所述端部的水平處被插入形成在所述第一層中的所述相應(yīng)形狀的通孔(11)中，從而實現(xiàn)在所述微通道和所述管道之間的流體連通，后者從所述第一層相對于所述第二層延伸，以及其中，優(yōu)選地， 所述管道的平均內(nèi)徑dpi在0.3mm和0.7mm之間，并且優(yōu)選地基本上等于0.5mm ； 所述漸縮部分的平均內(nèi)徑dmi在0.8mm和1.6mm之間，并且優(yōu)選地基本上等于1.2mm。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中的任一項所述的器件，包括: 第一組微通道，所述第一組微通道中的每一個微通道被設(shè)置在第一層和所述第二層的界面的水平處，所述第一層和所述第二層面向彼此； 第二組漸縮導(dǎo)管(50)，所述第二組漸縮導(dǎo)管的每一個漸縮導(dǎo)管包括漸縮部分(52)，所述漸縮部分(52)在所述第一組微通道的端部的水平處被插入形成在第一層中的各自的相應(yīng)形狀的通孔中，從而實現(xiàn)在所述第一組微通道和所述漸縮導(dǎo)管之間的流體連通。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的器件，進(jìn)一步包括與所述第二層相對的被插入漸縮導(dǎo)管的管件。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求1至14中`任一項所述的器件的制作方法，包括以下步驟:` 設(shè)置包括所述通孔的所述第一層以及具有所述微通道的所述第二層，并且所述微通道的端部被加工在所述第二層中； 通過所述通孔插入所述導(dǎo)管，直到所述漸縮部分配合到形成在所述第一層的相應(yīng)形狀的通孔中；以及 組裝所述第一層和所述第二層， 并且其中，優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包括在設(shè)置之前圖案化所述第一層和/或所述第二層以分別獲得所述形狀的通孔和/或所述微通道的步驟。
【文檔編號】F04B53/16GK103890397SQ201280052343
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月25日
【發(fā)明者】E·德拉馬切, G·凱加拉, R·洛維奇克 申請人:國際商業(yè)機器公司