CN102177379B - 形成位于流体连通系统内的流量限制装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种形成位于流体连通系统中的流量限制装置的方法。所述方法包括步骤：提供具有横截面面积和长度的流量限制部分；测量流量限制部分的流阻；和改变流量限制部分的横截面面积和/或长度，直到获得期望的流量限制部分的流阻。该方法可以以容易且成本有效的方式形成流量限制装置，并且随后可以调节流量限制装置的流阻，从而获得精确的流阻。

Description

形成位于流体连通系统内的流量限制装置的方法

技术领域

本发明涉及一种形成位于流动系统内的微流体流量限制装置的方法，该流量限制装置具有校正的且期望的流阻。

背景技术

在流动系统内提供流量限制装置时，最常期望的是确保所获得的流阻是精确的并且处于期望的值，因为这增加了流动系统的可靠性。在微流体系统中，提供具有精确的且可靠的流阻的流量限制装置是非常困难的，因为微流体系统的小的尺寸提高对流量限制装置的制造公差的要求。因此，难以在相同的窄的有限公差内重复地制造具有流阻的流量限制装置。

在仅容许流量在窄的公差内变化的流动系统中，例如在用于可信赖的流量可能是必要的卫生保健领域中的流动系统中，精确的流阻是非常期望的。卫生保健领域可以包括基于将试剂混合到测试样本以便提供与被监测的参数(例如物质的浓度)对应的某些可检测反应的原理的输注或监测系统。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种形成位于流体连通系统内的流量限制装置的方法，其中与现有技术的方法相比，流阻的精确度被提高。

本发明的另一目的在于提供一种形成位于流体连通系统内的流量限制装置的方法，其中与现有技术的方法相比，制造成本能够被减小。

本发明的再一目的在于提供一种形成位于微流体系统内的流量限制装置的方法，其中在获得高的流阻精确度的同时，保持低的制造成本。

根据本发明，通过提供一种形成位于流体连通系统内的流量限制装置的方法实现上面的目的和其他目标，所述方法包括步骤：

提供具有横截面面积和长度的流量限制部分；

测量流量限制部分的流阻；和

改变流量限制部分的横截面面积和/或长度，直到获得期望的流量限制部分的流阻。

在本文中，术语“流体连通系统”应该被解释为意味着一种系统，流体，例如液体、气体或液体和气体的混合物，可以在其中流动。流体连通系统优选包括引导流体通过流动系统的一个或多个流动通道。流体连通系统可以是或包括一种包括多个流量限制器的流量限制器集合管。

有利地，流体连通系统可以是微流体系统。在本文中，术语“微流体系统”应该被解释为意味着一种流动系统，其具有足够小的尺寸以便至少基本上防止系统中流动的流体内的紊流或湍流。

根据本发明，在流体连通系统内形成流量限制装置。在本文中，术语“流量限制装置”应该被解释为意味着流体连通系统的、与流体连通系统的相邻部分相比流体流量被抑制或限制的部分。

当根据本发明的方法形成流量限制装置时，首先提供具有横截面面积和长度的流量限制部分。在这个阶段，不必获得精确的流阻，如下文所述。因此，可以使用具有相对高的公差的制造工艺形成流量限制部分，并且因此可以使用成本有效的工艺，这样可以最小化制造成本。

随后，测量流量限制部分的流阻。由此确定是否已经获得期望的流阻，并可以确定在实际的流阻和期望的流阻之间存在多大的偏差。

最后，改变流量限制部分的横截面面积和/或长度直到获得期望的流量限制部分的流阻。从而，最初以成本有效的方式形成的相对粗糙的流量限制部分被“微调”以便精确地获得期望的流阻。

因此，本发明将利用成本有效但不精确的制造方法与提供期望的精确度给流阻的“微调步骤”结合。由此，可以在低的制造成本以及高的精确度的情况下制造流量限制装置。这是非常期望的。

提供流量限制部分的步骤可以包括形成流动通道并提供与流动通道流体连通的入口开口和出口开口。优选地，以与流体连通系统的对应部分流体连通的方式布置入口开口和出口开口，由此流量限制部分在流体连通系统的这些部分之间经由入口开口和出口开口提供流体连通。流动通道优选为窄的通道，例如具有在7μm到50μm范围内的宽度，例如在7μm到20μm范围内的宽度。

形成流动通道的步骤包括在基底内形成凹槽并用覆盖部分覆盖该凹槽。凹槽可以具有合适的形状和尺寸，并且可以使用合适的技术或工艺形成，包括激光切割、注塑或压印。

有利地，覆盖部分可以是或包括布置在至少具有形成在其中的凹槽的基底的部分上的箔片。

通过在覆盖部分中形成开口可以执行提供入口开口和出口开口的步骤。应该注意的是，这种开口应该以它们提供至流动通道的流体连通的方式定位。

作为替换，可以通过在基底的端部部分形成开口执行提供入口开口和出口开口的步骤。根据这种实施方式，流动通道可以在基底的整个长度或宽度上延伸。

在本文所述的实施方式中的任一个中通道可以具有直线形状，通道可以是弯曲的或沿曲折路径。通道还可以包括一个或多个具有这些形状的任一个的部分。

根据一个实施例，覆盖部分可以是具有形成在其中的凹槽的基底。在这种情况下，流动通道可以有利地通过将两个基底连接使得凹槽被彼此相对地布置以在基底之间形成流动通道来形成。通过在基底中的一个或两个提供开口可以形成入口开口和出口开口，或者如上所述那样可以在基底的端部部分形成入口开口和出口开口。

形成凹槽的步骤可以包括形成具有锥形部分的凹槽。根据该实施方式，凹槽的锥形部分比凹槽的剩余部分具有更大的横截面面积。在通过在锥形部分移除覆盖部分的部分执行改变流量限制部分的横截面面积和/或长度的步骤的情况下，流量限制装置的改变对材料的移除的小的误差不非常敏感。

作为在基底中形成凹槽的步骤的替换，形成流动通道的步骤可以包括在基部部件(例如基底)内直接形成流动通道。在这种情况下，例如可以钻出流动通道、可以直接地以三维打印机形成该结构，该结构可以通过围绕随后被移除/融化掉的线或蜡结构浇铸来形成，或者以本身已知的用于形成这种中空的结构的任何其他合适的方式来形成。

改变流量限制部分的横截面面积和/或长度的步骤可以包括增大入口开口覆盖的面积和/或出口开口覆盖的面积。这可以例如通过移除限定流动通道的壁的材料来完成。有利地，该壁可以是布置在凹槽上面的覆盖件的部分。

替换地或附加地，改变流量限制部分的横截面面积和/或长度的步骤可以包括减小流量限制部分的长度。当流量限制部分的长度减小时，流阻也减小。因此，根据该实施方式，流量限制部分优选首先形成为“过长”且具有“太高的”流阻。随后，以受控的方式减小长度，由此减小流阻直到获得期望的流阻。

作为替换，改变流量限制部分的横截面面积和/或长度的步骤可以包括：增加材料至通道，由此减小通道的长度；移除通道附近的材料，例如以便增大通道的部分的横截面面积；和/或任何其它合适的步骤。

替换地或附加地，提供流量限制部分的步骤可以包括提供基本上平行地布置且被壁部分隔开的至少两个流动通道的步骤，并且其中改变流量限制部分的横截面面积和/或长度的步骤可以包括移除壁部分的部分。两个通道可以具有基本上相同的横截面面积，或者它们可以具有不同的横截面面积，由此限定不同的流阻。移除分开该两个平行的流动通道的壁部分的部分的步骤将在两个流动通道之间提供流体连通。在这种情况下，流量限制部分的长度由流体地连接的流动通道的组合长度限定。移除壁部分的另外的部分减小该长度。同时，在两个流动通道之间提供较宽的连接通道。因此，移除壁部分的另外的部分导致流量限制部分的流阻的减小。

测量流阻的步骤可以使用压降测试方法来执行。在这种情况下，流体连通系统优选充满处于已知压力下的合适的流体，例如液体或气体。随后测量压降，并基于该测量值计算流阻。

作为替换，可以测量流量限制部分的几何形状或几何参数，并且基于该测量值计算流阻的理论值。

附图说明

本发明将参照附图进一步详细地描述，在附图中：

图1-3示出使用根据本发明第一实施例的方法形成流量限制装置的过程；

图4是图1-3中示出的流量限制装置的透视图；

图5示出使用根据本发明第二实施例的方法形成的流量限制装置；

图6示出使用根据本发明第三实施例的方法形成的流量限制装置；

图7示出使用根据本发明第四实施例的方法形成的流量限制装置；

图8A-8C示出使用根据本发明第五实施例的方法形成流量限制装置的过程；

图9示出使用根据本发明第六实施例的方法形成的流量限制装置；

图10示出使用根据本发明第七实施例的方法形成的流量限制装置；

图11示出使用根据本发明第八实施例的方法形成的流量限制装置；

图12示出包括图10的流量限制器的流体连通系统。

具体实施方式

图1是流量限制系统1的示意图，其包括基底2形式的基部元件。在基底2的基本上平面的表面内，形成凹槽3。

图2示出图1中的流量限制系统1。在图2中，已经沿基底2的基本上平面的表面布置覆盖元件4。覆盖元件4和凹槽3结合形成通道5。通道5形成流量限制装置。

入口开口6和出口开口7形成在覆盖元件4内。出口开口6和入口开口7是覆盖元件4内的通孔的形式，并且它们布置在允许流体通过覆盖元件4、传送到通道5的位置和离开通道5的位置。

图3示出图1和2中的流量限制系统1。在图3中，覆盖元件4的靠近入口开口6的部分已经被移除。因此，入口开口6的面积增大，并且通道5的长度已经被减小。通道5长度的减小导致通道5的流阻减小，即由此调节流阻。这以四条点线8表示的四个步骤来完成。

因此，在图1-3中示出的过程中，通过在基底2的表面内形成凹槽3、通过覆盖元件4覆盖凹槽3以及在覆盖元件4中形成入口开口6和出口开口7首先形成通道5而形成流量限制器。这个方法或过程容易完成，但是流量限制器的流阻是不精确的。为了获得期望的流量限制器的流阻，在测量流量限制器的流阻的同时，如图3所示移除覆盖元件4的部分。因此，可以以容易的且成本有效的方式制造流量限制器，并且流量限制器具有精确的、期望的流阻。

图4是图1-3中的流量限制系统1的透视图。

图5是使用根据本发明第二实施例的方法形成的流量限制系统1的透视图。图5中的流量限制系统1包括两个基底2，每一个具有形成在基底2的基本上平面的表面内的凹槽3。然后将基底2连接在一起，使得凹槽3彼此相对地布置，由此形成通道。入口开口和出口开口(未示出)被形成在基底2中的一个内。随后，移除靠近入口开口和/或靠近出口开口的材料，由此减小通道的长度，减小流量限制器的流阻，直到获得期望的流阻。

图6示出基底2具有形成在基底2的基本上平面的表面中的凹槽3。凹槽3在基底2的整个宽度上延伸。因此，入口开口6被形成在基底2的一个端部部分，并且出口开口7形成在基底2的相对的端部部分。随后可以通过覆盖元件覆盖图6中的基底，从而在与凹槽3的位置相对应的位置处形成通道，这与上面参照图2描述的情形类似。由此，形成具有不精确流阻的流量限制器。为了调节流量限制器的流阻，可以移除覆盖元件的靠近入口开口6和/或靠近出口开口7的部分，从而减小通道的长度，并由此减小流量限制器的流阻。

图7示出基底2，其具有在其基本上平面的表面内形成的凹槽3。凹槽3具有布置在凹槽3的端部部分的锥形部9。如参照图2和3描述的，可以通过具有形成在其中的入口开口和出口开口的覆盖元件覆盖基底2的表面以形成通道形式的流量限制器。如果随后在区域10a移除覆盖元件的部分，则导致的流阻的改变与在区域10b移除材料的情形相比对于材料的移除的小的误差更不敏感。因此，使用图7的基底2使得更容易实现对流阻的精细调节或微调。

图8A-8C示出本发明的方法的第五实施例。根据该实施例，凹槽被分成两个凹槽3a、3b，两个凹槽3a、3b平行地布置，两个凹槽3a、3b之间具有分隔壁11。凹槽3a、3b的平行部分限定长度12。在图8A中，凹槽3a、3b完全分开。

在图8B中，分隔壁11的部分13a已经被移除，由此在凹槽3a、3b之间形成通道，并且减小了长度12。结果，流量限制器的流阻被减小。

在图8C中，已经移除分隔壁11的更大的部分13b。由此，长度12以及流量限制器的流阻被进一步减小。

因此，根据图8A-8C示出的方法，通过移除分隔壁11的部分，由此减小长度12来调节流阻。

图9示出其中已经形成有凹槽3的基底2。随后，从基底2的位于入口开口6附近的区域移除了材料。从而，在该区域凹槽3的横截面面积已增大。结果，当覆盖元件连接至基底2时形成的通道的流阻减小。在点线14表示的三个步骤中已经移除材料。当从基底2移除材料时，优选地，连接临时的覆盖件至基底2，以便形成通道。由此，可以在移除材料的步骤期间测量通道的流阻。当“精细调节(微调)步骤”已经完成时，移除临时覆盖件并由永久覆盖元件替换。图10示出具有其中形成的凹槽3的基底2。与图6中示出的实施例类似，凹槽3在基底2的整个宽度延伸，并且在基底2的一个端部部分形成入口开口6，并且在基底2的相对的端部部分形成出口开口7。在图10的实施例中，通过从基底2的靠近入口开口6的区域移除材料调节在随后通过覆盖元件覆盖凹槽3时形成的通道的流阻。因为入口开口6形成在基底2的端部部分，通过在基底2的端部部分中钻孔可以移除材料。在以点线15表示的三个步骤已经移除材料。

应该注意的是，基底2可以由另一种合适类型的基部部分替换，例如基部部分可以是玻璃毛细管形式的基部部分，其中使用钻孔技术或类似的技术形成入口开口6和/或出口开口7的形状。

图11示出其中形成凹槽3的基底2。入口开口6和出口开口7形成在连接至基底2的覆盖元件(未示出)中。通过增加材料16至凹槽3、由此减小通道的长度并由此减小流阻已经调节由凹槽3和覆盖元件形成的通道的流阻。根据该实施方式，有利地，在调节流阻期间可以将临时覆盖件安装到基底2上，因为这允许测量通道的流阻。当已经获得期望的流阻时，移除临时覆盖件并由永久覆盖元件替换。入口开口6和出口开口7形成在覆盖元件的对应于已经将材料16增加至凹槽3之后的凹槽3的端部部分的位置处。

图12示出流体连通系统，它包括图10中的流量限制器系统1。包括流动通道18的微流体系统17布置在流量限制器系统1的附近，使得流动通道18的出口开口19的位置与流量限制器系统1的入口开口6的校准部分20的位置匹配。因此，流体被允许从流动通道18经由出口开口19和校准部分20流入由凹槽3形成的通道。

Claims (10)

1.一种在流体连通系统中形成流量限制装置的方法，所述方法包括以下步骤：

提供具有横截面面积和长度的流量限制部分；

测量流量限制部分的流阻；和

改变流量限制部分的横截面面积和/或长度，直到获得期望的流量限制部分的流阻，

其中提供流量限制部分的步骤包括形成流动通道并提供与流动通道流体连通的入口开口和出口开口，并且

其中改变流量限制部分的横截面面积和/或长度的步骤包括增加入口开口覆盖的面积和/或出口开口覆盖的面积。

2.根据权利要求1所述的方法，其中形成流动通道的步骤包括在基底中形成凹槽和用覆盖部分覆盖凹槽。

3.根据权利要求2所述的方法，其中通过在覆盖部分中形成开口执行提供入口开口和出口开口的步骤。

4.根据权利要求2所述的方法，其中通过在基底的端部部分形成开口执行提供入口开口和出口开口的步骤。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中覆盖部分是其中形成有凹槽的基底。

6.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中形成凹槽的步骤包括形成具有锥形部分的凹槽。

7.根据权利要求1所述的方法，其中增加入口开口覆盖的面积和/或出口开口覆盖的面积的步骤包括移除限定流动通道的壁的材料。

8.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中改变流量限制部分的横截面面积和/或长度的步骤还包括减小流量限制部分的长度。

9.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中提供流量限制部分的步骤包括提供基本上平行地布置且被壁部分隔开的至少两个流动通道，并且其中改变流量限制部分的横截面面积和/或长度的步骤还包括移除壁部分的部分。

10.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中使用压降测试方法执行测量流阻的步骤。

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