CN101674888B - 微流体器件 - Google Patents

微流体器件 Download PDF

Info

Publication number
CN101674888B
CN101674888B CN2008800065615A CN200880006561A CN101674888B CN 101674888 B CN101674888 B CN 101674888B CN 2008800065615 A CN2008800065615 A CN 2008800065615A CN 200880006561 A CN200880006561 A CN 200880006561A CN 101674888 B CN101674888 B CN 101674888B
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
layer
polymeric materials
melt temperature
films
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2008800065615A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101674888A (zh
Inventor
戴维·巴洛
戴维·汤姆森
肯·马克拿玛瑞
斯图尔特·保尔沃特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Agilent Technologies Inc
Original Assignee
Lab901有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lab901有限公司 filed Critical Lab901有限公司
Publication of CN101674888A publication Critical patent/CN101674888A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101674888B publication Critical patent/CN101674888B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502738—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by integrated valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/32—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyolefins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/12—Specific details about manufacturing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0645—Electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/12—Specific details about materials
    • B01L2300/123—Flexible; Elastomeric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0633—Valves, specific forms thereof with moving parts
    • B01L2400/0638—Valves, specific forms thereof with moving parts membrane valves, flap valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/726—Permeability to liquids, absorption
    • B32B2307/7265—Non-permeable
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2323/00—Polyalkenes
    • B32B2323/04—Polyethylene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2323/00—Polyalkenes
    • B32B2323/10—Polypropylene

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

本发明涉及一种微流体器件，所述微流体器件包含第一和第二膜的层压体，一层或各层膜包括整体热成型的结构，使得所述膜一起限定用于其之间的流体容纳的封闭容积(19)，其特征在于，各层膜本身包含相对较高软化温度热塑性聚合物材料(14、17)和与其相比相对较低熔融温度热塑性聚合物材料(15、16)的层压体，各层膜的分别的相对低熔融温度热塑性聚合物材料被熔融在一起，以将所述第一和第二膜附着在一起。本发明还涉及一种制造所述微流体器件的方法。

Description

微流体器件
本发明涉及微流体器件和形成所述器件的方法。
微流体器件是用于在微观尺度上操纵和分析流体样品的器件。这种器件的特别特征是微观尺度容积(通常称为“微结构”)的存在，其用于保持和引导流体，以在所述器件上以某种方式进行分析或测试或工作。通过以这样的微观尺度进行工作的优点是众所周知的。为了避免疑问，如在此使用的术语“容积”和“微结构”用于表示可以用于例如容纳、操纵、控制或导引微流体器件内的流体流动的任何结构。这种微结构的实例是通道、反应室、杂交室、泵和阀。
一种特别形式的微流体器件采用基本上平面的器件格式。基于这种平面微流体器件格式的集成系统的开发已经进行了数十年。它们可以用于分子生物学的研究的自动化以及诊断系统的开发。关于化学和生物化学分析的重要里程碑是由A.Manz等发表的微-全分析系统的概念(传感器和调节器B(Sensors and Actuators B)，1990，1，244-248)。该工作引入了将所有需要的分析操作步骤集成到单一的平面基体上的概念。以这种方式，可以以最少的人为干预进行所有从样品制备到分析所需的加工步骤。例如，可以将整个实验室装备小型化到单一的器件上，从而使得可以显著地节省成本和时间。
可以由涉及一系列加工步骤的各种材料制造微流体器件。通常使用半导体加工技术构造材料如玻璃和硅。备选地，将聚合物基体用于制造微流体器件。这些聚合物基体可以用多种技术，例如，激光微机械加工、热压花、热成型和注塑来构造。在许多系统中，聚合物基体优于玻璃或硅，因为聚合物基体能够实现低成本物质构造。由聚合物基体构造微流体器件的设计的实例示出在美国专利5,932,799中，其中以不含粘合剂的属性构造并且粘合了多层层压聚酰亚胺膜。该专利引用了US 5,525,405，所述US5,525,405涵盖了由芳族聚酰亚胺与无机增粘剂如Sn组成的聚酰亚胺的开发，使得可以将膜粘合以形成层压体。
在微流体的历史中的重要里程碑是由弹性体材料，如在US 6,843,262中公开的聚二甲基硅氧烷(PDMS)，构成的整个器件的开发。这些开发大部分基于将弹性体树脂倾倒在微制造的正特征(microfabricated positivefeature)上，以在PDMS中形成通道。
对于微流体器件的各种功能要求可以归结于结构、光学和化学性能方面。例如，为了在采用荧光-基检测方案的检测系统中使用，形成器件的材料应当具有光学透明性和最小的自荧光。此外，为了商业可行，这种器件应当容许精确、自动的大规模生产技术。在这点上，诸如热成型的技术是有用的，并且可得的可热成型聚合物材料的广泛多样性使得实现特定的功能要求更加容易。然而，对于所有这样的器件的普遍要求是它们必须具有被精确地构造有微观尺度流体容纳特征的能力。这种微结构的尺寸和形状是这些器件的合适性能的关键，并且任何偏差，即使较小的容限也会损害合适的功能或一起将其阻碍。通常需要的在制造中于微结构形成之后使用的热成型或热粘合步骤，都很容易导致热成型的微结构中明晰度的损失。
此外，膜一旦被构造就必须随着时间的过去而是稳定的，并且允许将试剂储存在结构中，而没有从聚合物的沥滤、试剂吸附和气体透过，以提供商业市场可接收的货架寿命。还适宜的是，膜由生物相容性材料形成，使得要在器件内进行的反应不受影响，例如确保最小的至通道或反应室的内部的蛋白质和核酸吸附。
本发明的一个目的是旨在缓和如所述的这些问题。
根据第一方面，本发明提供一种微流体器件，所述微流体器件包含第一和第二膜的层压体，一层或各层膜包括热成型的结构，使得所述膜一起限定用于其之间的流体容纳的封闭容积，其特征在于，各层膜本身包含相对较高软化温度的热塑性聚合物材料与相对较低熔融温度的热塑性聚合物材料的层压体，所述膜的分别的相对较低熔融温度热塑性聚合物材料被熔融在一起，以将所述第一和第二膜附着在一起。因此可以看到，本发明提供一种含有精确地依尺寸制造和成型的微流体结构的微流体器件，其直接且经济地组装而没有流体容纳容积的形变。
优选的是，第一膜和第二膜各自包含共挤膜(coextruded film)。由具有相对较高软化温度和相对较低熔融温度的热塑性聚合物材料的共挤膜形成的微流体器件提供具有较高结构完整性的微流体器件，其易于大规模生产。
第一膜和第二膜的相对较低熔融温度材料可以各自包含相同的材料。这确保流体容纳容积具有均一的内表面。备选地，第一膜和第二膜的相对较低熔融温度材料可以各自包含不同的材料，以提供具有变化的内表面特征的流体容纳容积。
一层或各层膜还可以包含安置在相对较高软化温度材料上的结构层。优选地，所述结构层包含具有比相对较高软化温度材料更高的熔融温度的材料。所述结构层为器件中的其它材料提供支撑，并且在将膜共挤出的情况下，帮助它们在共挤出的过程中保持平坦。它还可以通过防止相对较高软化温度材料粘到成型模具(tool)上而在流体容纳容积结构的热成型过程中提供帮助，并且还阻碍在模具中熔成可能影响光学透明性的缺陷。
一层或各层膜还可以包含气体阻挡层。可以将一层或多层组合以提供定制的气体渗透性。气体阻挡材料的实例是EVOH和聚酰胺。
在一个优选实施方案中，器件可以包括安置为与流体容纳容积中的流体操作性(operative)连接的可外部通电电极，所述流体容纳容积包含电泳容器。优选地，所述器件还包含反应混合物保持容器。
优选一层或两层膜是光学透明的，并且相对较低熔融温度材料包含生物相容、生理惰性的材料。
一层或各层膜还可以包含液体阻挡层，以增加预先包装的试剂的自身寿命和性能。可以将一层或多层组合以提供定制的湿气渗透性。COC是液体阻挡剂的实例。
第一和/或第二膜的相对较高软化温度材料优选包含环烯烃共聚物、聚碳酸酯、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺，或它们的共混物或共聚物。相对较低熔融温度材料优选包含聚乙烯。
根据第二方面，本发明提供一种制造微流体器件的方法，所述器件包含第一和第二膜的层压体，一层或各层膜包括热成型的结构，使得所述膜一起限定用于其之间的流体容纳的封闭容积，所述方法特征在于下列步骤：提供第一和第二膜，各层膜本身包含相对较高软化温度热塑性聚合物材料与相对较低熔融温度热塑性聚合物材料的层压体，并且通过将所述相对较低熔融温度材料熔融在一起而将所述第一和第二膜结合在一起，其特征在于，所述熔融步骤在比所述较高软化温度热塑性聚合物材料的软化温度低的温度进行。因此，本方法确保热成型的流体容纳结构的完整性不受用于将膜附着的方法影响。
优选的是，所述方法包括下列步骤：通过在将流体容纳结构热成型并且将膜熔融在一起之前，对相对较高软化温度和相对较低熔融温度材料进行共挤出，形成所述第一和第二膜。
所述方法还可以包括将一种或多种其它材料与各层膜如支撑层、气体阻挡层或液体阻挡层共挤出的步骤。
所述方法还可以包括形成安置为与反应容积中的流体操作性连接的可外部通电电极的步骤。
第一和第二热塑性膜可以在热封层在一侧而支撑层在另一侧的情况下通过共挤出形成，并且所述方法还包括在支撑层与模具表面接触的情况下，在模具中通过(真空)成型形成热成型的反应容积的步骤。反应容积形成步骤优选为热成型步骤，所述热成型步骤在比支撑层的熔融温度低的温度进行。
第一和第二膜可以通过环烯烃共聚物与聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰胺(PA)和它们的共聚物的共混物的共挤出而形成。
现在参照以下附图通过实施例说明本发明，在附图中：
图1显示根据本发明的膜的第一个实施方案；
图2显示根据本发明的膜的第二个实施方案；
图3显示根据本发明的膜的第三个实施方案；
图4是图3的膜的照片；
图5显示具有加热器的图3的膜；
图6显示根据本发明的膜的第四个实施方案；
图7显示根据本发明的膜的第五个实施方案；
图8显示在第一位置的根据本发明的膜的第六个实施方案；
图9显示在第二位置的图8的膜；
图10a是根据本发明的膜的第七个实施方案的平面图照片；和
图10b是图10a的膜的沿a-a的横截面。
图1中显示的膜是包含三层1、2、3的共挤单元。第一层1由聚乙烯即来自DEX Plastics公司(Heerlenm，荷兰)的Exact 0210制成。第二层2由来自Ticona公司的COC，Topaz的共混物制成。该共混物为70％的Topaz6013与30％的Topaz 8007。第三层3由聚丙烯即来自巴塞尔(Basell)(Hoofdorp，荷兰)的HP420M制成。挤出可以通过任何已知的用于挤出的方法进行。
第二层2夹在两个外层1、3之间，并且可以通过挤出以薄层的形式形成。外层1、3允许膜更坚固，并且避免薄层2的破裂。通过将三层共挤出制备膜。将挤出机设置为得到160μm的总膜厚度，并且COC的中心核厚度为130μm。
在共挤出之后，可以将膜热成型以提供一个或多个微结构(未显示)。微结构可以是常规微结构如通道、反应室、杂交室、泵和阀，或可以为使用本发明的膜而特别开发的。为任何特定膜选择的微结构将取决于该膜的应用。
图1的膜的一个应用是制造用于在DNA分析中使用的微流体器件。对于这样的应用，膜可以包含由通道和在任一末端的缓冲室组成的微结构。在缓冲室内有用于通过电泳步骤将DNA分离的平面电极。所述电极是丝网印刷到聚乙烯层(熔封层(melt seal layer))上的碳电极。在本发明的上下文中，还可以使用铂电极和银电极，例如，可以使用Ag/AgCl作为参比电极而Pt作为对电极。
电极必须被封装，同时在一个点处外部地暴露，并且在另一个点处内部地暴露。通过将电极施加于熔封层，变得可以将熔封层层压到包含通道的另一层或单元上，使得电极在一侧内部地暴露。然后可以在电极的另一侧穿过熔封层打孔，使得电极也外部地暴露。丝网印刷的碳电极可能由于在将膜层压以形成微流体器件的过程中施加热和压力而容易破裂，但是这可以通过使用具有合适厚度聚乙烯的共挤膜和通过使用合适的用于层压的压力、温度和时间来避免。这些结合的变量使得可以在确保聚乙烯不流动得足以破坏丝网印刷的电极的同时将膜层压。
图2用于描述将电极插入到多层器件中的概念。该器件包含聚丙烯层4、COC层5、聚乙烯层6、聚乙烯层7、COC层8和聚乙烯层9。区域10是允许通向电极的孔，从而该电极可外部地接近。区域11是要施加电压的缓冲室或某种内腔，并且最后，区域12是电极本身。电极可以通过印刷施用，并且可以包含可印刷的导电性材料。这样的材料是碳、石墨和金属基墨水。
图1的膜的另一种应用是制造用于核酸扩增反应如聚合酶链反应(PCR)中使用的微流体器件。对于这样的应用，膜可以包括含有1.5μL反应室的微结构。此外，共挤的聚合物的特别设计对于PCR的高温要求是稳定的，同时保持良好的层压。此外，薄膜使得对于进行反应非常重要的快速传热能够尽可能快。膜性质使得层压体可以是略微挠性的，这允许反应室和加热器之间非常紧密的贴合，从而促进快速传热。最后，COC作为本体层的选择及其优异的光学性质使得可以用通常用于大得多的体积的实时PCR技术进行量化。还应当指出，在PCR中使用的试剂可以吸收某些聚合物，因而控制表面性质是重要的，以改善反应收率乃至实现成功的反应，如例如在Liu等，芯片实验室(Lab on Chip)，2006，769-775中描述的。
PCR反应可以用任意数目的方法通过热循环进行。这些方法包括但不限于：热电加热器、各种温度的水浴、薄膜加热元件、红外基加热、连续流设计和热空气设计。可以改变加热的方法以适应确切的应用，但是通常设计的基础是允许快速的传热。
使用具有两个通道的半球形阴模将PCR反应室热成型。一个通道用于用预混的PCR试剂装载反应室。另一个通道用作放气孔。然后将带材热循环，并且在此之后将PCR试剂取出并且在电泳凝胶上进行PCR扩增子的分析。
图3示出第三个实施方案，其中器件包含聚丙烯层核聚合物层14(在本实施方案中为COC)、聚乙烯熔封层15和16、具有形成的通道和反应室的本体层17、聚丙烯层18和最后的半球形反应室19。图4是图3的半球形反应室的照片，包含在共挤膜中形成的两个通道和装载室。图5显示具有用于进行热循环的加热器H的PCR反应室19。
图6中显示的膜是包含五层20、21、22、23、24的共挤单元。第一层20厚15μm，并且由聚乙烯即来自DEX Plastics公司(Heerlenm，荷兰)的Exact 0210制成。第二层21厚100μm，并且由与图1的实施方案中相同的COC共混物即Topaz COC制成。第三层22由80％Exact 0210和20％Bynel 47E710的共混物制成，Bynel 47E710是来自杜邦的马来酸酐接枝的聚乙烯。第四层23厚15μm，并且由来自Mutsui的亚乙基乙烯醇(EVOH)Kurraray LCF101制成。第五层24厚15μm，并且由来自阿科玛(Arkema)的马来酸酐接枝的聚丙烯18707制成。
通过五层的共挤出制备膜。层23起到气体阻挡层的作用。层22起到将层23粘结到层21上的粘结层的作用。
图7中显示的膜包含许多单独的共挤单元，它们被层压到一起，以形成较大的更复杂的流体控制结构。核弹性体单元25包含三层26、27、28。两个外层26、28均由聚乙烯即来自DEX Plastomers公司(Heerlen，荷兰)的Exact 0210制成。中心层27由弹性体即来自巴塞尔(Basell)(Hoofddorp，荷兰)的Adflex X100F制成。三条挤出生产线以合适的速度运行，以制备具有3.75μm厚的外层26、28的约30μm厚的中心层27。
将两个单元29、30层压到核弹性体单元25的任一侧，所述两个单元29、30各自含有在聚乙烯即Exact 0210的两层32、33之间共挤出的COC的层31。每个单元29、30含有一个或多个穿过整个单元29、30延伸的以管形瓶34形式的微结构。
将两个另外的单元35、36层压到两个单元29、30的任一侧，并且形成最外面的单元，所述单元35、36各自含有在聚乙烯即Exact 0210的层38与聚丙烯的层39之间共挤出的COC的层37。层31和37通常约130μm厚，层32、33、38、39各自15μm厚。
在层压之前，通过热成型将三个单元29、35、36成型，以在单元之间提供许多处于空隙区域40和通道41形式的微结构。
以这样的方式进行层压，使得除了在管形瓶34、空隙区域40和通道41之间或与它们最接近的区域中以外，将单元横跨整个表面结合。将外部单元35、20升高至高于它们的熔融温度，使得每个外部单元的聚乙烯层38与相邻的内部单元29、30的聚乙烯层32结合。核弹性体单元25基本上保持坚固并且因而保持其完整性，使得弹性体单元25上的聚乙烯层26、28不流动到与弹性体单元25相邻的微结构18、23、24中。
通过在弹性体单元25的任一侧上施加压力或真空，可以控制通过膜的流体流动，例如，弹性体单元25的向上移动(由负压引起)可以允许在较低通道41中的流体穿过管形瓶34，从而起到阀的作用。
这由在图8和9中显示的膜示出，所述膜包含由弹性体即来自巴塞尔(Basell)(Hoofddorp，荷兰)的Adflex X100F制成的层42。此外，在弹性体层的表面处的分子密度可以改变，这具有控制反应和增强信噪比的应用。
在弹性体层42的一侧上的是空隙区域43。在弹性体层42的另一侧上的是T-形通道44，其含有要用表面结合反应分析的生物分子。当向空隙区域43施加真空时，如图8中所示，弹性体层42变形进入到空隙区域43中。这改变表面上的生物分子的密度。这可以用于控制核酸的杂交，或用于控制抗原-抗体相互作用或生物素-链酶抗生物素复合物形成。它还可以增强信噪比，因为其减小研究的面积从而使信号集中。当向空隙区域43施加压力时，弹性体层42变形进入到T-形通道44中。这导致更利于溶液中的生物分子结合的较大的表面积。
最后，图10a是根据本发明的器件的平面图，并且a-a表示如图10b中所示的横截面的位置。该器件包含微流体通道b(阴影线区域)、挠性聚合物膜c、计量室d和气动控制室e。应当指出，图10b中的环仅仅是在显微镜检查法制备中产生的空隙。

Claims (26)

1.一种微流体器件，所述微流体器件包含第一和第二膜的层压体，一层或各层膜包括整体热成型的结构，使得所述膜一起限定用于其之间的流体容纳的封闭容积，其特征在于，各层膜本身包含相对较高软化温度热塑性聚合物材料和与其相比相对较低熔融温度热塑性聚合物材料的层压体，各层膜的分别的相对低熔融温度热塑性聚合物材料被熔融在一起，以将所述第一和第二膜附着在一起，其中所述第一膜和第二膜各自为共挤膜，其中所述相对较低熔融温度热塑性聚合物材料基本上包覆所述整体成型的反应容积的整个内表面。
2.根据权利要求1所述的器件，其中所述第一膜或所述第二膜包括安置为与反应容积中的流体操作性连接的可外部通电电极。
3.根据权利要求1所述的器件，其中所述的所有层的熔融温度都可以经受在PCR热循环反应过程中使用的上限温度，并且所述相对较高熔融温度层在这些条件下将基本上保持刚性。
4.根据权利要求3所述的器件，其中各个相对较高熔融温度材料在10至50℃的温度基本上是刚性的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的器件，其中一层或两层膜包含光学透明的材料。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的器件，其中所述相对较低熔融温度热塑性聚合物材料包含生物相容、生理惰性的材料。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的器件，其中所述第一膜和所述第二膜的相对低熔点材料包含相同的材料。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的器件，其中所述第一膜和所述第二膜的相对低熔点材料包含不同的材料。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的器件，其中所述器件包含电泳容器。
10.根据权利要求9所述的器件，所述器件还包含反应混合物保持容器。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的器件，所述器件还包含安置在所述第一和/或第二膜的所述相对高熔点材料上的结构层。
12.根据权利要求11所述的器件，其中所述结构层包含具有比所述相对高熔点材料高的熔融温度的材料。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的器件，所述器件还包含气体阻挡层。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的器件，所述器件还包含液体阻挡层。
15.根据权利要求1至4中任一项所述的器件，其中所述第一和/或第二膜的所述相对高熔点材料包含环烯烃共聚物、聚碳酸酯、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺，或它们的共混物或共聚物。
16.根据权利要求1至4中任一项所述的器件，其中所述相对较低熔融温度热塑性聚合物材料包含聚乙烯。
17.根据权利要求16所述的器件，其中所述相对较低熔融温度热塑性聚合物材料包含电晕处理的聚乙烯。
18.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中一层或两层膜包含弹性体层。
19.根据权利要求18所述的器件，其中所述弹性体层夹在两层熔封层之间以形成弹性体单元。
20.根据权利要求19所述的器件，其中所述弹性体单元夹在两个共挤单元之间，所述共挤单元包含夹在两层熔封层之间的本体层。
21.根据权利要求18所述的器件，其中一层或两层膜包含在所述弹性体层或单元的任一侧上的空隙区域或通道。
22.一种制造微流体器件的方法，所述器件包含第一和第二膜的层压体，一层或各层膜包括热成型的结构，使得所述膜一起限定用于其之间的流体容纳的封闭容积，所述方法特征在于下列步骤：提供第一和第二膜，各层膜本身包含相对高软化温度热塑性聚合物材料和与其相比相对较低熔融温度热塑性聚合物材料的层压体，并且通过将所述相对较低熔融温度材料熔融在一起而将所述第一和第二膜结合到在一起，其特征在于，所述熔融步骤在比所述相对高软化温度热塑性聚合物材料的软化温度低的温度进行，其中所述第一和第二热塑性膜通过共挤出在热封层在一侧而支撑层在另一侧的情况下形成，所述方法还包括在所述支撑层与模具表面接触的情况下，在模具中通过成型形成热成型的反应容积的步骤，并且所述相对较低熔融温度热塑性聚合物材料基本上包覆所述热成型的反应容积的的整个内表面。
23.根据权利要求22所述的方法，其中通过在所述反应容积形成之前，对相对较高软化温度热塑性聚合物材料和相对较低熔点热塑性聚合物材料进行共挤出，形成所述第一和第二热塑性膜。
24.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，所述方法还包括形成安置为与所述反应容积中的流体操作性连接的可外部通电电极的步骤。
25.根据权利要求22所述的方法，其中所述反应容积形成步骤是热成型步骤，所述热成型步骤在比所述支撑层的熔融温度低的温度进行。
26.根据权利要求22至23中任一项所述的方法，其中所述第一和第二膜通过环烯烃共聚物与聚乙烯的共挤出形成。
CN2008800065615A 2007-01-16 2008-01-16 微流体器件 Active CN101674888B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0700822A GB2445738A (en) 2007-01-16 2007-01-16 Microfluidic device
GB0700822.0 2007-01-16
PCT/GB2008/000143 WO2008087405A1 (en) 2007-01-16 2008-01-16 Microfluidic device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101674888A CN101674888A (zh) 2010-03-17
CN101674888B true CN101674888B (zh) 2012-06-13

Family

ID=37810038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008800065615A Active CN101674888B (zh) 2007-01-16 2008-01-16 微流体器件

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20100175999A1 (zh)
EP (1) EP2114570B1 (zh)
JP (1) JP5579443B2 (zh)
CN (1) CN101674888B (zh)
GB (1) GB2445738A (zh)
WO (1) WO2008087405A1 (zh)

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2005233571B2 (en) 2004-04-07 2008-10-09 Levine, Robert A. Disposable chamber for analyzing biologic fluids
US8715446B2 (en) * 2004-10-13 2014-05-06 Rheonix, Inc. Latent solvent-based microfluidic apparatus, methods, and applications
US7731901B2 (en) 2005-10-19 2010-06-08 Abbott Laboratories Apparatus and method for performing counts within a biologic fluid sample
GB2445739A (en) 2007-01-16 2008-07-23 Lab901 Ltd Polymeric laminates containing heat seals
DE502008001596D1 (de) * 2008-06-02 2010-12-02 Boehringer Ingelheim Micropart Mikrofluidische Folienstruktur zum Dosierren von Flüssigkeiten
JP2011030522A (ja) * 2009-08-04 2011-02-17 Aida Engineering Ltd マイクロ流体デバイス
CN106110923A (zh) * 2009-12-18 2016-11-16 艾博特健康公司 生物流体样本分析卡盒
US8720036B2 (en) 2010-03-09 2014-05-13 Netbio, Inc. Unitary biochip providing sample-in to results-out processing and methods of manufacture
EP3690433B9 (en) * 2010-03-09 2022-12-21 ANDE Corporation Biochip with reagent storage
CN101823686B (zh) * 2010-04-21 2012-07-04 大连理工大学 一种热塑性聚合物多层微流控芯片封合方法
JP5582049B2 (ja) * 2010-05-31 2014-09-03 横河電機株式会社 化学処理用カートリッジシステム
US9522520B2 (en) 2010-09-01 2016-12-20 Boehringer Ingelheim Microparts Gmbh Process for producing a microfluidic apparatus and related laminating devices
WO2012092593A1 (en) 2010-12-30 2012-07-05 Abbott Point Of Care, Inc. Biologic fluid analysis cartridge with sample handling portion and analysis chamber portion
US20130137144A1 (en) * 2011-06-08 2013-05-30 Bio-Rad Laboratories, Inc. LSG - GXD Division Thermal block with built-in thermoelectric elements
CN105817276B (zh) 2011-08-24 2018-02-06 艾博特健康公司 生物流体样品分析盒
WO2013102071A1 (en) * 2011-12-30 2013-07-04 Abbott Molecular, Inc. Chemical reaction vessels
EP2869922B1 (en) * 2013-01-09 2019-11-20 Tecan Trading AG Disposable cartridge for microfluidics systems
EP2948251A1 (en) 2013-01-24 2015-12-02 SABIC Global Technologies B.V. Microwell plate made from a polyester-polycarbonate
US9168532B2 (en) 2013-01-24 2015-10-27 Sabic Global Technologies B.V. Microwell plate
WO2014116951A2 (en) 2013-01-24 2014-07-31 Sabic Innovative Plastics Ip B.V. Polycarbonate microfluidic articles
JP6012518B2 (ja) * 2013-03-21 2016-10-25 株式会社日立ハイテクノロジーズ 生化学カートリッジ用温調機構、温調ブロック及び生化学処理装置
WO2016003519A2 (en) * 2014-04-11 2016-01-07 President And Fellows Of Harvard College High throughput fabrication of soft machines
CN104607256A (zh) * 2014-12-31 2015-05-13 北京同方生物芯片技术有限公司 等离子体辅助热压键合微流控芯片及其制备方法
US11285478B2 (en) 2016-04-04 2022-03-29 Combinati Incorporated Microfluidic siphoning array for nucleic acid quantification
US9845499B2 (en) * 2016-04-04 2017-12-19 Combinati Incorporated Microfluidic siphoning array for nucleic acid quantification
WO2018094091A1 (en) 2016-11-17 2018-05-24 Combinati Incorporated Methods and systems for nucleic acid analysis and quantification
EP3384987A3 (en) * 2017-04-03 2018-10-24 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA - Recherche et Développement Vessel for performing electrochemical measurements and method for manufacturing such vessel
CN107739706B (zh) * 2017-09-26 2020-04-14 南京岚煜生物科技有限公司 主动控制流路的多通量微流控核酸检测芯片及其使用方法
DE102018217907B3 (de) 2018-10-19 2019-12-19 SpinDiag GmbH Probenbehälter
CN112569881B (zh) * 2020-07-24 2021-07-20 苏州恒瑞宏远医疗科技有限公司 一种反应装置及其加工方法
DE102020202767B3 (de) * 2020-03-04 2021-05-27 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Herstellung eines Verbunds aus Polymersubstraten und gesiegelte mikrofluidische Kartusche

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999003584A1 (en) * 1997-07-21 1999-01-28 Ysi Incorporated Microfluidic analyzer module
US20050089449A1 (en) * 2001-11-27 2005-04-28 Lab 901 Ltd Apparatus and methods for microfluidic applications
CN1767897A (zh) * 2003-02-05 2006-05-03 伊库姆公司 试样处理细管

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4333968A (en) * 1980-01-25 1982-06-08 Mobil Oil Corporation Thermoplastic packaging films with improved heat-seal characteristics
WO1994026414A1 (en) * 1993-05-17 1994-11-24 Syntex (U.S.A.) Inc. Reaction container for specific binding assays and method for its use
US5500071A (en) * 1994-10-19 1996-03-19 Hewlett-Packard Company Miniaturized planar columns in novel support media for liquid phase analysis
US5658413A (en) * 1994-10-19 1997-08-19 Hewlett-Packard Company Miniaturized planar columns in novel support media for liquid phase analysis
US5525405A (en) * 1994-12-14 1996-06-11 E. I. Du Pont De Nemours And Company Adhesiveless aromatic polyimide laminate
JP3839524B2 (ja) * 1995-06-07 2006-11-01 アジレント・テクノロジーズ・インク 小型化全分析システム
US6375871B1 (en) * 1998-06-18 2002-04-23 3M Innovative Properties Company Methods of manufacturing microfluidic articles
US6627159B1 (en) * 2000-06-28 2003-09-30 3M Innovative Properties Company Centrifugal filling of sample processing devices
US20020159920A1 (en) * 2001-04-03 2002-10-31 Weigl Bernhard H. Multiple redundant microfluidic structures cross reference to related applications
WO2002086333A1 (en) * 2001-04-25 2002-10-31 President And Fellows Of Harvard College Fluidic switches and method for controlling flow in fluidic systems
WO2004058405A1 (en) * 2001-05-02 2004-07-15 3M Innovative Properties Company Sample processing device with resealable process chamber
JP2003028877A (ja) * 2001-07-17 2003-01-29 Sekisui Chem Co Ltd 反応チップ用担体及び反応チップ
JP2003220330A (ja) * 2002-01-31 2003-08-05 Asahi Kasei Corp 透明ポリマーチップ
AR038590A1 (es) * 2002-02-22 2005-01-19 Clopay Plastic Prod Co Hoja laminada de pelicula y metodos para su fabricacion
US20040101657A1 (en) * 2002-08-19 2004-05-27 Moles Donald R. Method of microfluidic construction using composite polymer films
US7431888B2 (en) * 2002-09-20 2008-10-07 The Regents Of The University Of California Photoinitiated grafting of porous polymer monoliths and thermoplastic polymers for microfluidic devices
US8349276B2 (en) * 2002-09-24 2013-01-08 Duke University Apparatuses and methods for manipulating droplets on a printed circuit board
CA2941139C (en) * 2002-12-26 2021-07-20 Meso Scale Technologies, Llc. Assay cartridges and methods of using the same
AU2004228678A1 (en) * 2003-04-03 2004-10-21 Fluidigm Corp. Microfluidic devices and methods of using same
JP2006076246A (ja) * 2004-09-13 2006-03-23 Rohm Co Ltd 基板の貼り合わせ方法、その貼り合わせ方法を用いたチップ形成方法及びチップ
JP4547216B2 (ja) * 2004-09-17 2010-09-22 東洋製罐株式会社 ガスバリアー性及び層間接着性に優れた多層容器
US20060272716A1 (en) * 2005-05-12 2006-12-07 University Of Washington Method of adhesiveless lamination of polymer films into microfluidic networks with high dimensional fidelity
AU2006261953B2 (en) * 2005-06-24 2012-02-23 Board Of Regents, The University Of Texas System Systems and methods including self-contained cartridges with detection systems and fluid delivery systems

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999003584A1 (en) * 1997-07-21 1999-01-28 Ysi Incorporated Microfluidic analyzer module
US20050089449A1 (en) * 2001-11-27 2005-04-28 Lab 901 Ltd Apparatus and methods for microfluidic applications
CN1767897A (zh) * 2003-02-05 2006-05-03 伊库姆公司 试样处理细管

Also Published As

Publication number Publication date
GB0700822D0 (en) 2007-02-21
CN101674888A (zh) 2010-03-17
US20100175999A1 (en) 2010-07-15
EP2114570B1 (en) 2013-06-05
WO2008087405A1 (en) 2008-07-24
GB2445738A (en) 2008-07-23
EP2114570A1 (en) 2009-11-11
JP2010515924A (ja) 2010-05-13
JP5579443B2 (ja) 2014-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101674888B (zh) 微流体器件
US8628730B2 (en) Sample substrate having a divided sample chamber and method of loading thereof
US6857449B1 (en) Multi-layer microfluidic devices
US6648015B1 (en) Multi-layer microfluidic devices
US10384153B2 (en) Filter unit for a cartridge
KR20150099816A (ko) 유체 공학 회로 및 관련 제조 방법
CN209829010U (zh) 一种多通道微流体凝血检测芯片
JP5948248B2 (ja) マイクロチップ、及び、マイクロチップの製造方法
Attia et al. Integration of functionality into polymer-based microfluidic devices produced by high-volume micro-moulding techniques
KR101853602B1 (ko) 단층 구조의 생체 분자 농축 장치 및 그 제조방법
WO2007115378A1 (en) Microfluidic package housing
US20060263873A1 (en) Controlled flow microfluidic device and method of fabrication
JPH0999932A (ja) 反応器
EP2943278B1 (en) Cartridge and system for manipulating samples in liquid droplets
KR100644807B1 (ko) 플라스틱 기판을 이용한 미소 가열기 및 그의 제조 방법
EP4140582A1 (en) Method for sealing microfluidic structures by means of a hybrid-foil membrane
RU2807078C2 (ru) Слоистый контур текучей среды для картриджа текучей среды
KR102470360B1 (ko) 혈액으로부터 혈장을 분리하는 혈장분리필터
JP2015504171A (ja) 流体を処理するカートリッジ
KR102481011B1 (ko) 전혈을 이용하는 현장분석용 랩온어칩
TWI275562B (en) Microfluidic device and method for packaging same
JP2006125990A (ja) 生体物質検査デバイスおよびマイクロリアクタ
KR20150050770A (ko) 다층 형상을 포함하는 미세 구조의 제조 방법 및 그 활용.
WO2023141284A1 (en) Microfluidic valve
EP1572364A1 (en) Sample processing device with resealable process chamber

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C53 Correction of patent of invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Barlow David

Inventor after: Thomson David

Inventor after: Macnamara Ken

Inventor after: Polwart Stuart

Inventor before: Barlow David

Inventor before: Wenstrup Leo

Inventor before: Macnamara Ken

Inventor before: Polwart Stuart

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: BARLOW DAVID THOMPSON DAVID MACNAMARA KEN POLWART STUART TO: BARLOW DAVID THOMSON DAVID MACNAMARA KEN POLWART STUART

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: ANJELEN SCI. + TECH. INC.

Free format text: FORMER OWNER: LAB901 LTD.

Effective date: 20130712

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20130712

Address after: American California

Patentee after: Anjelen Sci. & Tech. Inc.

Address before: Central Santa Fe County

Patentee before: Lab901 Limited