CN103718030A - 导电图案和用于制造导电图案的方法 - Google Patents

Abstract

本文档提供导电图案、包括导电图案的电传感器以及制造在电传感器中使用的导电图案的方法。在一些情况下，所述导电图案能够定义一个或多个微电极。例如，热转印打印技术被描述。在一些情况下，微流体装置能够在微通道中包括一个或多个微电极。

Description

导电图案和用于制造导电图案的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年5月5日提交的美国临时申请序号61/518,399的优先权。在先申请的公开被认为是本申请的公开的一部分（并且通过引用结合在其中）。

技术领域

本文档涉及导电图案和用于制造导电图案的方法。例如，本文档提供被配置成产生附接到固体支持件的一个或多个导电图案的热转印打印技术。本文档还提供使用热转印打印技术产生的导电图案以及被配置成包括使用热转印打印技术产生的一个或多个导电图案的传感器。此外，本文档提供被适配成产生附接到固体支持件的一个或多个导电图案的热转印打印装置和转印打印系统。

背景技术

诊断疾病能够涉及使用分析各式各样生物标记物的平台。用于检测生物标记物的当前技术的示例包括用于检测靶细胞的培养增菌技术；用于检测蛋白质的ELISA；以及用于检测核酸的DNA微阵列。这些技术遭受几个限制：1）它们可能是费时的，常常需要若干天完成；2）它们可能是昂贵的，每个测试耗资从几十至几千美元不等；以及3）它们可能是复杂的，需要在专门实验室中工作的熟练技师。这些限制已阻碍了能够在药房、医生的办公室中以及甚至由患者在家中负担得起地使用的低成本临床诊断技术的开发。

也被称为“滴测棒”或“快速测试”的侧流免疫层析法已针对以高浓度（即，纳摩尔）存在的一些蛋白质启用了护理现场商业测试，诸如妊娠测试和HIV测试。这些测试能够通过眼睛或通过简单的光学检测器来检测。基于催化电化学传感器的葡萄糖测试能够检测一些高丰度小分子，同时葡萄糖测试是主要的商业应用。一些微流体装置提供了检测细胞、病毒、细菌、核酸以及低浓度蛋白质（即，亚皮摩尔）的可能性。

发明内容

本文档提供导电图案和制造在电传感器中使用的导电图案的方法。导电图案能够包括导电迹线。在一些情况下，导电图案能够包括一个或多个微电极。本文中提供的导电图案能够至少部分地位于微流体装置的一个或多个微通道内以形成传感器。这种传感器能够被用来检测和/或量化靶细胞、病毒、细菌、蛋白质以及肽生物标记物、核酸生物标记物和其它分析物。

本文档还提供用于形成导电图案的热转印打印技术。如本文使用的“热转印打印”指的是其中第一衬底上的转印材料被加热并且抵靠接收衬底放置以将转印材料转印到接收衬底的印刷过程。例如，热转印打印过程中的第一衬底可以是包括一层或多层的可热转印的导电材料的热转印带的背衬层。热转印带的选择性部分能够被热转印打印机加热以将可热转印的导电材料的期望图案转印到接收衬底。第一衬底的选择部分的加热能够使材料软化和/或熔化、从第一衬底释放并且用热的方法接合到接收衬底，导致被转印材料到接收衬底的可靠附接。在一些情况下，经转印打印的材料能够被转印为完整层。用来形成本文中提供的导电图案的经转印打印的材料能够包括具有小微粒尺寸的导电材料的微粒以降低经转印印刷的（一个或多个）导电图案的粒度。本文中提供的转印打印技术能够被可靠地用来以高速度产生导电图案，从而允许具有本文中提供的导电图案的电传感器的大量生产。

用于制造电传感器的方法能够包括：将导电图案热转印打印到接收衬底的非导电表面上；以及将接收衬底固定到至少第二衬底以形成外壳。在一些情况下，导电图案能够定义一个或多个导电迹线和/或微电极。导电图案的至少一部分能够被定位于外壳内。在一些情况下，电源能够在两个或多个导电迹线之间施加电压，并且形成包括导电迹线和在导电迹线之间的外壳中的任何其它物质的电路。导电迹线还能够被连接到信号放大装置和/或数据采集装置以测量和/或记录跨通道的电特征（例如，电流、阻抗以及电导）。因为外壳内的不同组分能够具有不同的电导率，所以电路中电流的测量能够被用来计算外壳中各物质的电阻抗。传感器能够检测和分析溶液作为整体的阻抗数据。电阻抗能够连同附加的数据（例如，已知电解质溶液的阻抗数据）一起被分析以确定特定组分是否存在和/或以确定特定组分的量。在一些情况下，检测和量化特定组分能够涉及被配置用于各个的特定分析物电极的阵列。

提供了一种用于制造电传感器的方法。所述方法包括将定义至少一个导电迹线的导电图案热转印打印到接收衬底的表面上。导电图案能够用具有至少300dpi的打印头密度的热转印打印机打印。在一些情况下，打印头密度可以是至少600dpi、至少900dpi或至少1200dpi。所述方法进一步包括将接收衬底的至少一部分固定到至少第二衬底以形成外壳。导电图案的至少一部分被定位于外壳内。在一些情况下，导电图案定义被定位于微流体装置的微通道内的至少两个电极。导电图案能够具有厚度为1微米或更少和/或宽度为250微米的一个或多个部分。在一些情况下，导电图案能够具有宽度为50微米或更少的一个或多个部分。导电图案能够包括叉指电极段。导电图案能够包括铝、银、铂、铁、石墨或其衍生物或组合。在一些情况下，导电图案能够包括导电聚合物。在一些情况下，导电材料能够具有微粒连同蜡和/或树脂基体的形式。在一些情况下，外壳包括生物涂层。外壳能够保持或者被适配成以液体或蒸气形式保持流体（例如，试剂）。

包括外壳和至少部分地定位于外壳内的多个热转印打印的导电迹线的电传感器也被提供。经转印打印的导电迹线具有厚度为1微米或更少且宽度在1微米与500微米之间的至少一个部分。在一些情况下，外壳是微流体装置的微通道并且所述多个导电迹线被至少部分地定位于微通道内。导电迹线能够包括叉指微电极。导电迹线能够具有厚度为1微米或更少和/或宽度为250微米或更少的一个或多个部分。导电迹线能够包括铝、银、铂、铁、石墨、导电聚合物或其衍生物或组合的金属或非金属微粒。导电迹线的一个或多个部分能够被打印在生物或非生物涂层上或者本身涂有生物或非生物材料。在一些情况下，导电迹线具有比周围材料的表面能大或小至少5达因/厘米的第一表面能。

包括定义至少第一微流体通道的主体的微流体传感器被提供。微流体通道具有包括至少两种不同材料的至少一个表面。第一材料具有第一表面能而第二材料具有比第一表面能大至少5达因/厘米的第二表面能。第二材料能够包括热转印打印的材料。第二材料能够具有大于45达因/厘米的表面能。第二材料能够具有大于60达因/厘米的表面能。第二材料可以是导电的和/或非导电的。在一些情况下，所述导电材料包括铝微粒，可选地在树脂或蜡基体中。在一些情况下，导电的第二材料能够被连接到电源以将电位施加到第二材料来改变第二材料的润湿属性。第一材料能够具有小于45达因/厘米的表面能。在一些情况下，第一材料能够具有小于40达因/厘米的表面能。第一材料能够包括pMMA。在一些情况下，微通道中的导电图案能够在有或没有添加涂层的情况下具有比周围塑料高或低的表面能。

电传感器能够形成微流体装置的一部分，而微流体装置的外壳可以是具有定位在其中的热转印打印的导电图案的至少一部分的微通道。在一些情况下，经热转印打印的导电图案能够定义各定义多个微电极的两个或更多个导电迹线。经热转印打印的导电图案能够被形成在接收衬底上，并且接收衬底的至少一部分能够被对齐和/或固定到块结构以在其间定义微通道。在一些情况下，块结构还能够定义进入微通道的一个或多个入口和离开微通道的一个或多个出口，通过所述入口和出口样品和/或试剂能够流动。放置在微通道中的样品的电阻抗的测量能够被单独或者与其它测试和/或测量结果相结合地用来确定样品的内容。在一些情况下，微通道能够包括与放置在微通道中的样品相互作用的试剂或其它物质。

本文中提供的导电图案能够具有厚度为1微米或更少（例如，小于1.0微米、小于0.9微米、小于0.8微米、小于0.7微米、小于0.6微米或小于0.5微米）的段（例如，微电极）。在一些情况下，本文中提供的导电图案能够具有厚度在0.5微米与1.0微米之间、在0.6微米与1.0微米之间、在0.7微米与1.0微米之间、在0.8微米与1.0微米之间、在0.9微米与1.0微米之间、在0.5微米与0.8微米之间或在0.6微米与0.9微米之间的段（例如，微电极）。在微流体装置中，大于1微米的导电图案厚度能够干扰样品的层流属性。在导电图案不干扰引入到微流体通道中的样品的层流的情况下，1微米或更少的导电图案厚度能够位于微通道的表面上。

在一些情况下，导电图案能够定义各具有多个微电极的两个或更多个导电迹线。微电极的对和/或阵列的宽度和间距能够确定局部电场的强度，以及因此能够确定电化学诊断方法的检测的灵敏度和阈值。电极之间的较小宽度和较窄间距能够提供较好的分辨率，并且能够允许在皮摩尔、毫微微摩尔以及甚至微微微摩尔浓度下检测目标分析物。在一些情况下，本文中提供的微电极能够具有宽度为500微米或更少的至少一个部分。例如，本文中提供的微电极能够具有在300微米与200微米之间、在200微米与100微米之间、在100微米与50微米之间、在50微米与10微米之间、或在20微米与5微米之间的宽度。在一些情况下，本文中提供的微电极能够具有多个宽度的多个部分。在一些情况下，本文中提供的微电极对或微电极阵列能够具有500微米或更少的微电极间间距。例如，本文中提供的微电极对或阵列能够具有在300微米与200微米之间、在200微米与100微米之间、在100微米与50微米之间、在50微米与10微米之间、或在20微米与5微米之间的电极间间距。在一些情况下，本文中提供的微电极对或阵列能够具有在电极的不同部分中变化的间距。在一些情况下，本文中提供的微电极对或阵列能够具有500微米或更大、1mm或更大、5mm或更大、或者1厘米或更大的电极间间距。具有精细和一致尺寸的微电极能够许可更复杂的微电极图案，并且当检测各种组分时能够具有更多灵敏度。

在一些情况下，本文中提供的热转印打印技术能够在在生产运行期间打印的导电图案方面导致一致的导电图案宽度和厚度。在一些情况下，打印导电图案的方法能够包括打印带相同预定导电图案的多个接收衬底。当打印带具有有在100微米与200微米之间的宽度的导电迹线的相同导电图案的至少100个连续接收衬底时，本文中提供的转印打印技术对于导电迹线来说能够具有小于10微米的标准方差、小于30微米的范围以及小于±15的容差范围。

因为生产运行内的最小变化，来自相同生产运行的各具有导电图案的整批传感器能够使用仅对该批传感器的子集执行的校准程序来校准。这个程序有时被称为批抽样。每个传感器能够通过计算进入传感器的外壳的已知样品或流体的电阻抗而具有针对整批的校准的一点校准或校正。例如，被添加到微流体通道的试剂的电阻抗能够被用来校准或者确认微流体装置的校准。在一些情况下，每个传感器能够被独立地校准。传感器能够通过将已知电导率的多个溶液传递到包括导电图案的外壳中以获得数据点来设置校准斜率或曲线而被校准。

在一些情况下，本文中提供的传感器的导电图案能够与集成电路一起被组合到针对将微通道的阵列用于探测临床上有关样品的复用高吞吐量分析的便携式手持式装置中。例如，本文中提供的导电图案能够被用在被设计成针对细胞间或细胞内组分、一个或多个多肽生物标记物、一个或多个核酸生物标记物、一个或多个致病生物或其组合来分析包括人血清的体液的手持式装置内。

在下面在附图和描述中阐述了一个或多个实施例的细节。其它特征和优点从描述和图中以及从权利要求中将是显而易见的。

附图说明

图1是包括定义导电迹线的导电图案的微电极片的示例。

图2是被适配成接收微电极片以定义微流体装置的微通道的块结构的顶视图。

图3是具有固定到微电极片以定义微通道的块结构的微流体装置的一部分的透视图。

图4A和4B是示出由块结构所定义的微通道和流通路的微流体装置的横截面视图。

图5A和5B是微流体装置的微通道的相对端的详细视图。

图6A-6C是能够被用在微流体装置中的示例性导电图案的顶视图。

图7A和7B是能够被打印在单个接收衬底上并且分开以形成多个微电极片的示例性导电图案的顶视图。

各个图中的相同附图标记指示相同的元素。

具体实施方式

本文档提供导电图案和用于制造导电图案的技术、包含导电图案的装置和系统、以及被适配成产生附接到固体支持件的一个或多个导电图案的转印打印装置和转印打印系统。导电图案能够包括导电迹线。在一些情况下，导电图案能够定义微电极。

如本文中所描述的，热转印打印包括通过将第一衬底抵靠接收衬底放置并且加热来将来自第一衬底的期望材料转印到接收衬底。任何适当的热转印打印机能够被用来制造本文中提供的导电图案或传感器。热转印打印机的制造商包括Zebra、Intermec EasyCoder、Sato、Datama×、Toshiba、TEC、Citizen、Gode×、Wasp、Brother、Fargo、Printroni×以及Oki。

热转印打印机通过将转印材料的涂层熔化在第一衬底（例如，带的背衬层）上使得该转印材料被固定到应用打印的接收衬底（例如，在电传感器中使用的固体表面）来打印。热转印打印机能够使用固定宽度热打印头和驱动橡胶辊（即，压纸卷筒）。接收衬底和热转印带能够在打印头与压纸卷筒之间通过。热转印带能够包括背衬层（第一衬底）和转印材料。带能够被卷绕到卷抽上并且通过打印机构与接收衬底同步驱动。随着接收衬底和带一起在打印头下面被驱动，跨接打印头宽度的微像素被加热和冷却以便使转印材料溶化离开背衬层并且到接收衬底上。

用来制造本文中提供的导电图案的热转印打印机的热打印头在300×300点阵列中具有至少300点每英寸（dpi）。例如，具有500×500dpi或更多、600×600dpi或更多、或1200dpi或更多的打印头密度的转印打印装置能够被用来制造本文中提供的导电图案或传感器。较大dpi能够提高转印打印的导电图案的分辨率。在一些情况下，打印机能够具有1200dpi×1200dpi密度以一致地创建具有约20微米宽度的一个或多个导电图案的部分。在一些情况下，打印头能够具有混合密度。例如，打印头能够具有1200×600dpi。在一些情况下，能够使用具有大于2英寸每秒的吞吐量速度的热转印打印机。例如，能够使用具有在2与12英寸每秒之间的打印速度的热转印打印机。

热转印打印机能够具有内部处理器和内部存储器。在一些情况下，具有内部描述语言的热转印打印机能够被用来允许一个或多个导电图案的期望图案在打印之前被配置在打印机的存储器中。在一些情况下，热转印打印机能够直接地或间接地被连接到将打印指令提供给打印机的计算机。打印指令能够由在计算机上或在打印机内的CAD软件来提供。

用来制造本文中提供的导电图案的热转印带能够包括背衬层和转印材料。在一些情况下，聚酯薄膜能够被用作背衬层。转印层能够包括导电材料，诸如金属、合金、导电聚合物、导电陶瓷、或其组合。在一些情况下，转印层包括具有至少一个导电层的多个层。在一些情况下，用来制造本文中提供的导电图案的转印打印材料能够包括铝、银、铂、铁、石墨、或其组合。例如，转印打印材料能够包括铝微粒。导电材料能够被提供在蜡和/或树脂的基体内以便于热转印打印过程。在一些情况下，导电材料具有树脂和/或蜡基体内的微粒的形式。例如，铝的纳米微粒能够被包括在被用来制造本文中提供的导电图案的树脂基体中。

在一些情况下，用来制造本文中提供的导电图案的转印打印材料能够包括不同材料的多个层，其中至少一个层是导电的。转印材料的导电层能够具有范围在1微米与0.01微米之间的厚度。在一些情况下，本文中提供的导电图案的导电层可以是在0.05微米与0.5微米之间或在0.1微米与0.3微米之间。在一些情况下，转印材料的总厚度可以是1微米或更少。例如，转印材料的总厚度可以是在1.0与0.1微米之间、在0.9与0.2微米之间、或在0.8与0.5微米之间。在一些情况下，用来制造本文中提供的导电图案的热带能够包括在背衬材料与转印材料之间的释放层。在一些情况下，用来制造本文中提供的导电图案的转印材料可以是柔性的。例如，存在于柔性接收衬底上的本文中提供的导电图案的转印材料能够在没有转印打印材料破裂的情况下随着接收衬底而弯曲。

能够被用来制造本文中提供的导电图案的导电热转印带的示例包括由Miyakusa等人的美国专利No.6,139,947所描述的那些（见描述热转印记录介质的总体结构的第2列第32-39行；描述释放层的第2列第50行至第3列第19行；描述锚层的第3列第20-30行与第4列第6-18行；以及描述金属沉积层的第4列第19-30行；和描述粘合层的第4列第31-47行）以及由IIMAK公司（阿默斯特，纽约）和ZeroNineManufacturing Go.股份有限公司（伍德斯托克，伊利诺伊斯州）所销售的那些。热转印带能够通过使用卷对卷工艺的湿涂层工艺而被制造以在背衬材料上创建具有约0.8微米的厚度的转印层。该转印层能够包括具有约0.26微米的厚度的铝层。在一些情况下，该铝层能够在约0.03微米与0.16微米之间。

接收衬底能够包括非导电打印-接收表面。在一些情况下，接收衬底能够包括塑料。例如，接收衬底能够包括多(异丁烯酸甲酯)、聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚烯烃、环烯烃共聚物、硅酮、聚氨基甲酸乙脂、淀粉基材料或其任何组合。在一些情况下，接收衬底能够被注塑成期望的形状。在一些情况下，接收衬底能够被挤出或者拉成薄膜或片。例如，本文中提供的装置的接收衬底可以是多(异丁烯酸甲酯)的柔性薄膜或片。在一些情况下，接收衬底能够包括编织材料或非编织材料。在一些情况下，接收衬底能够包括纺粘法纤维或水力缠结纤维。例如，接收衬底能够包括纺粘法聚酯纤维。

在一些情况下，本文中提供的装置的接收衬底的打印-接收表面能够包括涂层。例如，接收衬底能够包括粘结层以便促使接收衬底与微电极的转印打印材料之间的粘连。在一些情况下，粘结材料可以是非导电的。在一些情况下，接收衬底上的涂层能够包括生物材料。在一些情况下，微电极的热转印打印能够完成而不损坏接收衬底上的生物材料。例如，本文中提供的热转印打印机的打印头能够具有约10毫秒或更少的热占空比，并且短的加热周期能够避免损坏某种生物材料。如本文中所描述的，热转印过程能够将精密特征化的导电网络图案打印在涂层上或在涂层附近而不损坏相邻涂覆区域。例如，导电图案能够在水合作用之前被施加到在微流体部分中使用的水凝胶涂层。

接收衬底能够具有基本上平的打印-接收表面。在一些情况下，衬底能够被是浮雕状。例如，本文中提供的装置的衬底的表面能够被是设有凹部的浮雕状。凹部能够被配置成导致与热转印打印机的打印头接触的中断以及因此中断导电图案的沉积。在一些情况下，凹部能够帮助确保所期望的导电图案被形成。例如，凹部能够许可两个或更多个电极被打印有非常近的接近点（例如，小于25微米、小于20微米、小于15微米、小于10微米或小于5微米）。这能够提高传感器的灵敏度。在一些情况下，凹部能够具有约5微米或更大（例如，在5微米与50微米之间、在10微米与40微米之间、或在15微米与30微米之间）的深度和约5微米或更大（例如，在5微米与50微米之间、在10微米与40微米之间、或在15微米与30微米之间）的宽度。在一些情况下，是浮雕状的凹陷能够形成微通道本身并且能够在是浮雕状的微通道的任一侧具有热转印打印的微电极位置。例如，浮雕状的微通道能够具有约20微米的深度和约5微米的宽度，并且能够让本文中提供的微电极被打印在浮雕状的微通道上方的开口的相对侧上。

在一些情况下，转印材料的热灵敏度能够被用来在转印材料被转印到接收衬底之后形成导电材料的期望图案。这个过程有时被称作热消融。例如，接收衬底能够被选择性地加热或者冷却以从接收衬底移除被加热的导电材料。例如，这样的过程能够被用来确保定义微电极的导电图案被适当地隔离和隔开。在一些情况下，第一导电图案能够被转印打印并且然后通过选择性移除第一导电图案的部分而更改成第二导电图案。例如，第一导电图案可以是连续的但部分被用热的方法消融以创建多个隔离的微电极。当转印材料包括在比接收衬底低的温度下熔化的树脂或蜡时，转印材料的选择性部分能够被用热的方法消融而不损坏下层的接收衬底。

在一些情况下，转印材料的热灵敏度能够被用来创建例如能够被用来使传感器去激活的热开关。例如，在导电热转印材料由于由电流所生成的热而变得不稳定之前，导电热转印材料能够具有最大电流密度，所述由电流所生成的热能够使转印材料中的树脂或蜡软化。导电图案的一部分能够包括能够作为保险丝的窄化部分，以及因此在导电图案的剩余部分达到最大电流密度之前熔化并且使电路中断。

如本文中所描述的，接收衬底可以是刚性的或柔性的。接收衬底能够转印打印有所期望的微电极图案并且然后被固定到其它元件。在一些情况下，接收衬底能够被连接到其它元件以形成外壳（例如，微通道），其中导电图案包括面对外壳的内部的一个或多个微电极。

本文中提供的转印打印技术能够被用来创建具有精细且可再生产的尺寸的导电图案。在一些情况下，本文中提供的导电图案的导电迹线能够具有1微米或更少的厚度和在500微米与1微米之间的宽度。例如，1微米或更少的微电极厚度能够最小化对微流体装置的微通道内的层流的干扰。在一些情况下，本文中提供的导电图案的导电迹线能够具有小于400微米、小于300微米、小于250微米、小于200微米、小于150微米、小于100微米、小于50微米、小于25微米、小于20微米、小于15微米、小于10微米或小于5微米的宽度。在一些情况下，本文中提供的导电图案的导电迹线能够具有在10微米与20微米之间、在15微米与30微米之间、在20微米与50微米之间、在30微米与100微米之间、在50微米与150微米之间、在100微米与300微米之间、或在200微米与500微米之间的宽度。例如，电极的尺寸能够影响传感器的灵敏度。在一些情况下，本文中提供的导电图案的导电迹线能够具有1.0微米或更少（例如，0.9微米或更少、0.75微米或更少、0.5微米或更少、0.4微米或更少、0.3微米或更少、0.2微米或更少、或0.1微米或更少）的厚度。在一些情况下，本文中提供的导电图案的导电迹线能够具有在0.05微米与0.3微米之间、在0.1微米与0.5微米之间、在0.3微米与0.7微米之间、或在0.5微米与1.0微米之间的厚度。在一些情况下，导电迹线能够具有在1与5微米之间、在5与25微米之间、或者在10与50微米之间的厚度。样品的层流可能不会影响特定类型的传感器。

在一些情况下，本文中提供的导电图案能够被涂布。例如，本文中提供的导电图案或微电极能够涂有水凝胶。水凝胶能够响应于环境改变而膨胀以提供电导率读数。在一些情况下，涂层材料能够被用来控制传感器灵敏度。例如，离子选择性电极（ISE）传感器能够使用本文中提供的技术来形成。

在一些情况下，本文中提供的导电图案或其一部分能够被适配成溶解细胞。例如，第一组电极（例如，银或铂电极）能够提供高场强度以溶解细胞。例如，本文中提供的微流体装置的微通道能够包括溶解细胞的第一段和测量第一段的下游流体的阻抗的第二段。在一些情况下，测量电极能够与溶解电极位于一处。在一些情况下，溶解电位能够被移除并且电极能够被用来测量结果得到的溶液的阻抗。第一段能够包括使用高场强度来溶解细胞的、包含银和/或铂的第一组热转印打印的微电极，而第二段能够包括检测预期从已溶解细胞被释放的特定生物材料的不存在或存在的热转印打印的微电极。

在一些情况下，热转印打印的材料能够改变微流体通道内的流图案。例如，相对憎水性的转印打印材料在不太憎水性的接收衬底上的图案能够影响沿着微流体装置的微通道流动的流体的流动行为和/或混合行为。相对亲水性的和/或憎水性的转印材料能够用设计成实现特定流图案的各种图案被沉积到接收衬底上。材料的憎水性和/或亲水性特性能够通过材料的表面能来量化。经转印打印的材料能够具有不同于接收衬底的表面能。在一些情况下，经热转印打印的材料具有比接收衬底的表面能大至少5达因/厘米（例如，大至少10达因/厘米、大至少15达因/厘米、大至少20达因/厘米、大至少25达因/厘米、或大至少30达因/厘米）的表面能。在一些情况下，本文中提供的转印打印材料具有大于45达因/厘米（例如，大于50达因/厘米、大于55达因/厘米、大于60达因/厘米、在45与100达因/厘米之间、在50与80达因/厘米之间）的表面能，或者例如，接收衬底能够包括具有约38达因/厘米的表面能的pMMA，并且转印打印材料能够具有大于约60达因/厘米的表面能。在一些情况下，经热转印打印的材料具有比接收衬底的表面能小至少5达因/厘米（例如，小至少10达因/厘米、小至少15达因/厘米、小至少20达因/厘米、小至少25达因/厘米、或小至少30达因/厘米）的表面能。表面能的差能够更改和/或稳定流体在通道（例如，微流体装置的微通道）中流体的流动，而不管转印打印材料是否从接收衬底的表面中凸出。在一些情况下，具有1微米或更少的厚度的导电图案能够更改经过微通道的流体的流动。

在一些情况下，转印打印材料能够被打印为相对于微通道的流体流动方向横向的平行线。具有与接收衬底不同的表面能的转印材料的横向图案能够跨微通道的宽度使流量平滑；转印材料使流体前面跨接通道宽度传播。在一些情况下，转印打印材料能够被打印为相对于微通道的流体流动方向纵向延伸的平行线。具有与接收衬底不同的表面能的转印材料的纵向图案能够导致跨微通道的宽度的变化的流率；转印材料作为干扰流体跨微通道的宽度的移动的道路划分器。在一些情况下，转印打印材料能够用各种尺寸的各种其它形状被打印以促使或阻止混合和/或在微通道内创建期望的流动图案。

在一些情况下，导电转印打印材料的沉积物能够被电力地连接到电源。电源能够选择性地将电位施加到导电转印打印材料的不同沉积物，以改变转印材料与外壳（例如，微流体装置的微通道）中的流体之间的固体-流体接触角。被称为“电润湿”的这个现象能够被用来积极地改变微通道中的流体流动动态特性。例如，一系列导电转印材料沉积物能够选择性地从电源接收脉冲以创建流体的脉冲流动。

本文中提供的导电图案能够被结合到微流体装置中。图1是适配用于在微流体装置中使用的微电极的示例性图案的顶视图。使用热转印打印技术，所描绘的导电图案101能够被打印在接收衬底105上。例如，接收衬底105可以是pMMA材料的片。接收衬底105能够被沿着线108切割以形成微电极片100，微电极片100适于装配在块结构的凹部内以形成微流体装置的微通道。

进一步参考图1，导电图案101包括在微电极片100上各与彼此电隔离的2个导电迹线120与130。各个导电迹线120与130分别包括接触垫128与138。这些接触垫能够通过将电压施加到接触垫来与仪器对接以读取微通道中溶液的阻抗数据。接触垫128、138、148、158以及168能够被用来在使用之前通过探测成对的垫来测试图案的连续性以确保导电线路不断裂。各个导电迹线120与130分别包括多个叉指微电极122与132。微电极122能够与微电极162交叉。传感器的灵敏度能够通过具有叉指微电极来改进。随着微电极对的数目增加，叉指阵列的灵敏度被提高。表面电阻率与电极间距除以总电极长度成比例。总长度通过添加叉指对或微电极而被增加。各个叉指微电极122与132能够具有1微米或更少的厚度和约150微米的宽度（具有约6微米或更少的标准方差）。叉指微电极之间的间距可以是约250微米。能够产生具有较小宽度和更紧密地间隔的微电极。例如，微电极能够在间距在5微米与10微米之间的情况下，具有约100微米、约50微米、或约20微米的宽度。

参考图2，块结构200被适配成接收微电极片（诸如参考图1上面所讨论的或参考图5A、5B、6A-6C、7A以及7B在下面所讨论的那些）。如图3中所示，图2的块结构200能够被固定到微电极片305以形成定义微通道310的微流体装置300。微流体装置300能够被用来检测生物标记物。

块结构200包括用于接收微电极片305的凹部205。凹部205包括被适配成当微电极片305被固定在凹部205中时形成微通道310的微通道凹部210。微电极片305被放置在凹部205中，其中导电图案面一侧抵靠块结构200被定位。接触切口280允许接触垫被暴露使得电源能够将期望的电压提供给各个微电极并且检测阻抗数据。在一些情况下，各个导电迹线的侧部能够被定位于微电极片305上，使得它们在微通道310的侧壁212之外延伸，使得仅叉指微电极段被暴露于微通道310的内容。

多个开口272、274、276以及278被形成在块结构200中并且能够作为去往和来自微通道的入口和出口。开口272、274、276以及278各能够具有约800微米的直径。开口274允许流体从微通道310逸出并且进一步移动到流体性网络通路中，所述流体性网络通路能够位于块结构200的底面上。

微通道310能够具有约3.5mm的宽度和约50微米的深度。在一些情况下，微通道能够具有至少10微米、至少25微米、至少50微米、至少100微米、至少250微米、或至少500微米的深度。在一些情况下，微通道310的深度能够小于500微米、小于250微米、小于100微米、小于50微米、小于25微米或小于10微米。微通道310的宽度能够大于1mm、大于2mm、大于3mm、大于5mm或大于1.0厘米。微通道310的宽度能够小于1.0厘米、小于5mm、小于4mm、小于3mm、小于2mm或小于1mm。

块结构200能够通过常规模塑和/或成型技术来形成。在一些情况下，凹部205和微通道凹部210被加工成一块材料以形成块结构200。流通路能够被加工成材料块。在一些情况下，块结构200还能够被注塑成型。块结构200能够包括塑料材料，诸如多(异丁烯酸甲酯)、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚烯烃、环烯烃共聚物、硅酮和/或聚氨基甲酸乙酯。

与感兴趣的一个或多个目标特异且互补的探测分子能够在微通道310中被固定。探测分子能够经由开口272、274、276以及278而被引入到微通道310中。例如，探测分子可以是微粒或小滴的部分。

参考图4A和4B，微流体装置300能够具有由块结构200所定义的微通道310和流通路274、474以及476。各种布置中的多个流通路能够由在块结构300中形成的凹槽、通道和通孔来定义。薄膜或其它衬底420能够被施加到块结构300的底部以覆盖凹槽和通道。块结构200能够包括用于将样品（例如，血液）输送到微通道310的流通路。块结构200能够包括用于将一个或多个试剂输送到微通道310的流通路。块结构200能够包括用于将微通道310疏散到废物室（例如，生物废物室）的出口流通路。

参考图5A和5B，微通道510能够由块结构的侧壁512来定义。多个流修改结构582和584靠近在微通道510的任一端处的开口572、574、576以及578被定位。如上所述，流修改结构582和584能够具有与周围材料不同的亲水性和/或表面能。在一些情况下，流修改结构582和584具有1微米或更少的厚度。在一些情况下，流修改结构能够被电力地连接到电源以将电位施加到流修改结构。流修改结构582和584被布置为正方形的偏移图案，以当它们进入和/或离开微通道510时促使能够增加样品和/或试剂的混合的回旋型流体流通路。

导电迹线530、540、550以及560各包括被连接到沿着微通道510的至少一部分长度在微通道510内延伸的导电迹线支路臂537、547、557以及567的多个叉指微电极532、543、552以及562。各个导电迹线的多个冗余连接器537、547、555以及565将支路臂537、547、557以及567连接到在微通道510外面沿着微通道510延伸的微电极浇口536、546、556以及566。多个冗余连接器535、545、555以及565能够确保各接触垫（例如，558和568）之间的正确电连接，即使使微电极片固定到块结构的过程熔化和/或断开延伸到微通道510中的连接器535、545、555以及565中的一个或多个。例如，激光或热焊接可能使冗余连接器555和565中的一个或多个断裂。

参考图6A，导电图案601a能够具有两个导电迹线620a和630a。各个导电迹线能够包括接触垫628a和638a以及多个叉指微电极622a和632a。多个冗余连接器625a和635a被定位成跨过密封微电极片的焊线（未示出）到块结构以形成微通道。

参考图6B，导电图案601b能够具有四个导电迹线620b、630b、640b以及650b。各个导电迹线能够包括接触垫628b以及638b、648b和658b。导电迹线620b和630b包括多个叉指微电极622b和632b。宽外置导电迹线640b和650b可以是电动（离子导入）电极。当低毫安电流经过宽外置导电迹线640c和650c时，电荷载流子被传输到相对极。宽外置导电迹线640b和650b能够被用来在微通道中选择性地分离各成分。

参考图6C，导电图案601c能够具有两组两个导电迹线：第一组导电迹线620c和630c以及第二组导电迹线640c和650c。各个导电迹线能够具有电荷垫628c、638c、648c以及658c、冗余连接器625c、635c、645c以及655c和叉指微电极622c、632c、642c以及652c。各个组能够报告与针对该组叉指微电极的定位相对应的微通道的区域内的阻抗。这能够被用来监控阻抗随着流体流过微通道的改变率或者能够被用来监控发生在微通道中的不同点处的不同事件。

参考图7A和7B，多个导电图案能够被打印在单个衬底上并且切割以供在分离的装置中使用。参考图7A，接收衬底705的单片能够接收能够被模切成分离的微电极片710、720、730以及740的多个导电图案。微电极片710和720具有第一导电图案设计而微电极片730和740具有第二导电图案设计。两个设计都能够被用在相同的微流体装置中。第二导电图案设计能够具有允许每个电极的完整性被测试的质量控制特征。

片710和720能够各包括两个导电迹线。各个导电迹线能够包括单个接触垫711、712、713以及714。片730和740还能够各包括两个导电迹线，但各个导电迹线包括两个接触垫。对于片730和740的每个导电迹线，导电迹线的完整性能够通过使用针对该导电迹线提供的两个接触垫跨接导电迹线施加电压来测试。例如，片730的上部导电迹线包括接触垫732和733以及浇口735，所述浇口735连接在两个接触垫732和733之间的微电极中的全部。片730的底部导电迹线包括接触垫731和734以及浇口736，所述浇口736连接在两个接触垫731和734之间的微电极中的全部。片740的上部导电迹线包括接触垫742和743以及浇口745。片740的底部导电迹线包括接触垫741和744以及浇口746。线751-760将图案系在一起以确保热打印头将片710、720、730以及740的四个图案视为一个图案。这能够降低或者消除打印运行期间的位置变化。小正方形748和749是视觉系统使用来模切接收衬底705的流体性标记。

参考图7B，五个微电极片770、775、780、785以及790的布置能够被转印打印在单个接收衬底706上。这个布置能够具有沿着微通道的长度运行的叉指微电极。线761-766将图案系在一起以确保热打印头将片770、775、780、785以及790的五个图案视为一个图案。这能够降低或者消除打印运行期间的位置变化。小正方形767和768能够被用作视觉系统使用来模切接收衬底706的流体性标记。

应当理解的是，虽然已经与其具体描述相结合地描述了导电图案的热转印打印，但是前述描述旨在举例说明而不限制所附权利要求的范围。其它方面、优点以及修改是在所附权利要求书的范围内。

Claims (33)

1.一种用于制造电传感器的方法，包括：

（a）将定义至少一个导电迹线的导电图案热转印打印到接收衬底的表面上；以及

（b）将所述接收衬底的至少一部分固定到至少第二衬底以形成外壳，其中所述导电图案的至少一部分被定位于所述外壳内。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器是微流体装置并且所述导电图案定义被定位于所述微流体装置的微通道内的至少两个电极。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述导电图案具有厚度为1微米或更少的至少一部分。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中所述导电图案具有至少一个导电迹线，所述至少一个导电迹线具有宽度为250微米或更少的至少一部分。

5.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中所述导电图案具有至少一个导电迹线，所述至少一个导电迹线具有宽度为50微米或更少的至少一部分。

6.根据权利要求2至5中一项所述的方法，其中所述导电图案包括叉指微电极。

7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述导电图案用具有至少300dpi的打印头密度的热转印打印机打印。

8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述导电图案包括铝、银、铂、铁、石墨、或其衍生物或组合。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述导电图案包括铝、银、铂、铁、石墨或其组合的微粒。

10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述导电图案包括一种或多种导电聚合物。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述外壳包括流体。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述流体包括试剂。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述流体包括蒸气。

14.根据权利要求1所述的方法，其中非导电的表面包括生物涂层。

15.一种电传感器，包括：

（a）外壳；以及

（b）至少部分地定位于所述外壳内的多个热转印打印的导电迹线。

16.根据权利要求15所述的传感器，其中所述传感器是微流体装置，所述外壳包括微通道，并且所述多个导电迹线被至少部分地定位于所述微通道内。

17.根据权利要求15所述的传感器，其中所述导电迹线包括叉指微电极。

18.根据权利要求15所述的传感器，其中所述导电迹线具有厚度为1微米或更少的一个或多个部分。

19.根据权利要求15所述的传感器，其中所述导电迹线具有宽度为500微米或更少的一个或多个部分。

20.根据权利要求15所述的传感器，其中所述导电迹线包括铝、银、铂、铁、石墨或其组合的微粒。

21.根据权利要求15所述的传感器，其中所述多个热转印打印的导电迹线被打印在生物涂层上。

22.根据权利要求15所述的传感器，其中所述导电迹线具有第一表面能，所述第一表面能比周围材料的表面能大或小至少5达因/厘米。

23.一种包括定义至少第一微流体通道的主体的微流体传感器，所述微流体通道具有包括至少两种不同材料的至少一个表面，其中，第一材料具有第一表面能，并且第二材料包括比所述第一表面能大至少5达因/厘米的第二表面能。

24.根据权利要求23所述的微流体传感器，其中所述第二材料包括热转印打印的材料。

25.根据权利要求23所述的微流体传感器，其中所述第二材料具有大于45达因/厘米的表面能。

26.根据权利要求25所述的微流体传感器，其中所述第二材料具有大于60达因/厘米的表面能。

27.根据权利要求23所述的微流体传感器，其中所述第二材料包括导电材料。

28.根据权利要求27所述的微流体传感器，其中所述第二材料的一个或多个部分被连接到电源以将电位施加到所述第二材料来改变所述第二材料的润湿属性。

29.根据权利要求27所述的微流体传感器，其中所述第二材料包括铝微粒。

30.根据权利要求23、25以及26中的一项所述的微流体传感器，其中所述第一材料具有小于45达因/厘米的表面能。

31.根据权利要求30所述的微流体传感器，其中所述第一材料具有小于40达因/厘米的表面能。

32.根据权利要求23或权利要求29所述的微流体传感器，其中所述第一材料包括pMMA。

33.根据权利要求23至32中的一项所述的微流体传感器，其中所述第二材料具有1微米或更少的厚度。

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