CN106029234A - 多孔膜构图技术 - Google Patents

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Abstract

本发明提供多孔膜构图技术。在一个实施例中，可以经由印刷而利用溶剂来将多孔膜构图于多孔膜上，使得多孔膜在涂敷溶剂处塌陷。在另一实施例中，将包括至少多孔膜的成分的溶液铸造至铸造板或漏板的空隙中，将铸造板移除，并且，使得剩余的成分完成相转化过程而形成多孔膜区域，由此，可以形成所构图的多孔膜。

Description

多孔膜构图技术
背景技术
本文中所公开的主题涉及诸如硝化纤维素膜之类的多孔膜，且更具体地，涉及这样的膜上和使用这样的膜的图案的形成。
多孔膜可以用作用于化验的基板材料，化验包括医学化验或环境化验。例如，多孔膜可以包括与样品起反应并提供输出的化验成分中的一些或全部，例如抗体或结合剂。在妊娠试验的示例中，多孔材料放置成与样品流体接触，然后，样品流体可以沿着多孔膜横向地流动，以接触安置于多孔膜上或多孔膜内的化验材料。取决于是否存在诸如hCG之类的特定的化合物，样品将与多孔膜中的化验成分起反应，以取决于样品是来自孕妇患者还是来自非孕妇患者而提供不同的可视化输出。在这样的示例中，化验成分沿着多孔膜的横向流路布置。对于更复杂的化验，可能涉及更多的复合流路和图案。然而，特别是在随后切成单条以单独使用的较大的片上的重复图案中，可能难以形成这样的图案。
发明内容
在一个实施例中，提供用于对多孔膜构图的系统。该系统包括：存储器或存储装置，存储处理器可运行指令，所述指令在由处理器运行时，导致执行包含如下的动作：接收与期望的图案相对应的输入；以及控制印刷机，以将溶剂以期望的图案涂敷至多孔膜的表面，使得多孔膜在涂敷溶剂处塌陷；以及处理器，配置成运行存储于存储器或存储装置中的指令。该系统还包括印刷机，该印刷机包含溶剂涂敷装置，该溶剂涂敷装置配置成容纳溶剂，并且，在处理器的控制下，将溶剂以期望的图案涂敷到多孔膜。
在另一实施例中，提供用于对多孔膜构图的方法，该方法包括：接收包含图案的输入；以及控制印刷机，以将溶剂以期望的图案涂敷至多孔膜的表面，使得多孔膜在涂敷溶剂处塌陷。
在另一实施例中，提供用于对多孔膜构图的方法，该方法包括：提供包含在铸造时形成多孔膜的成分的铸造溶液；将铸造溶液涂敷至包含多个空隙的铸造板（例如，以离散的形式或连续的形式），其中，铸造板定位成接近于基板，使得在涂敷于空隙内时，铸造溶液直接接触基板；将铸造板移除；以及允许铸造溶液经历相转化过程，从而仅在基板的部分上形成多孔膜区域。
在另一实施例中，提供多孔膜，该多孔膜包含印刷于多孔膜上的重复图案，其中，重复图案包含由多孔膜的塌陷区域划界的封闭流动区的重复，其中，塌陷区域在塌陷区域的至少一部分中具有0.02mm至0.35mm的厚度，并且其中，使塌陷区域充分地塌陷，以防止流体流动于封闭流动区的外侧。
附图说明
在参考附图来阅读以下的详述时，将更好地理解本发明的这些及其他特征、方面以及优点，其中，在所有的附图中，相同的字符表示相同的零件，其中：
图1是根据本公开的实施例的用于多孔膜的溶剂印刷技术的流程图；
图2是可以执行根据本公开的实施例的图1的技术的印刷系统的框图；
图3是通过根据本公开的实施例的溶剂印刷而形成的多孔膜的复合流路的示例；
图4是图3的流路的细节图；
图5是通过图3的流动图案的染料的流动；
图6是根据本公开的实施例的利用漏板（stencil）的加法印刷（additive printing）的示意图；
图7示出漏板印刷的膜的示例；
图8是商业上制造的平片膜与漏板印刷的膜之间的形态的比较；
图9是根据本公开的实施例的溶剂印刷和直接印刷技术的组合的流程图；并且，
图10是根据本公开的实施例的使用多孔膜的方法的流程图。
具体实施方式
诸如硝化纤维素膜之类的多孔膜可以用于诊断应用中的核酸、蛋白质或其他化合物检测，例如食源性致病菌试验、医学试验以及药物滥用筛选。在本文中提供用于将复合流路印刷到多孔膜上的方法，该方法允许复合试验工作流转化成横向流的形式。在所公开的技术的某些实现方案中，可以通过选择性地利用溶剂来使膜以期望的图案塌陷而形成具有复合流路的多孔膜。在另一实现方案中，可以通过使膜铸造溶液以促进具有不同的尺寸、形态和/或化学性质的区域的受控制的沉积的期望的图案或结构沉积而形成多孔膜。本文中所形成的多孔膜可以具有利用分辨率为10-100微米的3D构图来形成的表面结构。这样的精细的细节设计许可多孔膜上的更多的复合流径，这转而允许以成本效益好的方式执行更多的复合诊断试验。横向流动式膜中的定制的流路的简单的可制造的制备对诸如核酸试验之类的复合试验工作流的单次使用的一次性的试验的实现方案特别地有益。
图1是一项这样的用于在多孔膜上形成期望的图案的技术的流程图。根据一个实施例，可以通过修改预先形成的膜而形成所印刷的多孔膜。为此，在步骤10，该方法包括提供这样的预先形成的膜。在本公开的实施例中，预先形成的多孔膜可以包括尼龙、纸、玻璃纤维、纤维素、聚乙烯、聚烯烃、聚丙烯酰胺或硝化纤维素膜。然而，应当理解到，这些膜是多孔膜的非限制的示例。例如，预先形成的膜可以形成为膜片。而且，多孔膜可以按任何合适的布置形成，包括用于单步式试验的试验条、包括多个单条的片等。另外，根据例如化验参数、制造的考虑因素等之类的最终用途，预先形成的膜可能具有任何期望的多孔性和/或孔隙尺寸。在某些示范性的实施例中，多孔膜可能具有0.1微米或更大或者0.1微米至5微米的标称孔隙尺寸。预先形成的膜还可能具有选择为实现期望的拉伸强度和信号可视性的厚度。在步骤12，多孔膜暴露于以期望的图案涂敷的溶剂，使得在步骤14，使膜多孔基体局部地塌陷，并且，在步骤16，干燥后，就留下成为期望的图案的区域，这产生膜中的毛细流动的边界。即，在塌陷区域中无流动，并且，一个或多个塌陷区域形成流动屏障。相反地，多孔膜的未塌陷或未印刷区许可流体流动。
溶剂可以是诸如有机溶剂或酯基溶剂之类的任何合适的溶剂。在一个实施例中，挥发性溶剂可以用于促进快速干燥。例如，溶剂可以包括诸如选自酮类、酯类、醚类、烃类以及这些溶剂的混合物之类的溶剂的一个或更多个溶剂。然而，应当理解到，这些溶剂是可以联合本技术而使用的溶剂的非限制的示例。这样的溶剂的示例可以包括乙酸甲酯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、乙酸戊酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、乙二醇单乙醚乙酸酯、二乙二醇单丁醚乙酸酯、二乙二醇单乙醚乙酸酯、乙基-3-乙氧基丙酸酯、3-甲氧基乙酸丁酯、3-甲基-3-甲氧基乙酸丁酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丁酯、甲酸丙酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯以及乳酸丙酯中的一个或更多个。
在本公开的某些实施例中，印刷可能涉及利用溶剂来接触多孔膜。溶剂可以通过任何合适的印刷方法而涂敷，包括手动涂敷（例如，经由注射器或口针）、压印印刷、凹版印刷、压电印刷、苯胺印刷、移印印刷或喷墨印刷，但不限于此。然而，在具体的实施例中，在以处理器为基础的控制下使用机械化印刷机的方案可以许可相对于手动涂敷而更优异的图案分辨率。例如，预想，如本文中所公开的图案可以限定具有处于例如100微米或更小的微米量级的特定的分辨率的流路。
图2是可以联合图1的方法而使用的印刷系统20的框图。系统包括印刷机22，印刷机22具有容纳印刷流体的装置，诸如用于将溶剂分配到预先形成的多孔膜28上的印刷机墨盒24。印刷机22在系统控制电路系统30的控制下运行。在某些实施例中，印刷机22可以是市场上可买到的印刷机。在这样的实施例中，墨盒24可以实现为联合印刷机22而运行。系统控制电路系统30可以包括许多各种不同的电路，诸如定时电路、用于联合多孔膜28的移动而分配来自墨盒24的溶剂的电路、用于控制多孔膜28的位置且使多孔膜28穿过印刷机22而前进的电路。在本背景下，系统控制电路系统30还可以包括计算机可读存储器元件，诸如磁存储介质、电子存储介质或光存储介质，计算机可读存储器元件用于存储由系统控制电路系统30运行或由系统20的相关联的构件运行的程序和例行程序。所存储的程序或例行程序可以包括用于执行本技术的全部或部分的程序或例行程序。
包括控制电路系统30的操作员工作站34可能容纳于印刷机22内，或可能位于单独的装置内。无论控制电路系统30是否位于印刷机22内，系统20都可能包括另外的以处理器为基础的构件、包括大容量磁存储装置和大容量光存储装置的各种存储器和/或存储构件、诸如RAM芯片之类的内部存储器。存储器和/或存储构件可以用于存储由操作员工作站34运行或由系统20的相关联的构件运行的用于执行本文中所描述的技术的程序和例行程序。备选地，程序和例行程序可以存储于远离印刷机22或工作站34，但可通过网络和/或存在于系统20上的通信接口而访问的计算机可访问的存储装置和/或存储器上。计算机24还可以包含各种输入/输出（I/O）接口36以及各种网络或通信接口。各种I/O接口可以允许与可以用于查看并输入配置信息且/或用于操作系统20的诸如显示器38、键盘、鼠标等之类的用户接口装置通信。各种网络和通信接口可以允许与局域内联网和广域内联网两者、存储网络以及因特网连接。适当或期望时，各种I/O及通信接口可以利用电线、线路或合适的无线接口。
在一个实施例中，操作员可以将输入提供给印刷机22，以指定多孔膜的期望的图案。因此，系统20可以配置成存储并运行促进由操作员绘制或创建图案的软件。这样的软件可以包括图形软件，诸如可向Adobe系统公司（美国加州圣何塞）购买的Adobe Illustrator或来自Corel公司（加拿大渥太华）的CorelDRAW®。工作站34可以配置有适于这样的软件的处理电路系统。在另一实施例中，操作员可以从一个或更多个所存储的图案或流路选择。例如，操作员可以选择与期望的化验类型相关联的特定的流路。另外，操作员可以选择图案，但针对印刷机22所许可的分辨率而定制其尺寸和/或长度，从而为流路的某些特征定量而实现期望的结果，诸如化验时间、期望的化验成分装载量、期望的样品装载量等。在从控制电路系统30接收指令之后，印刷机能够以期望的图案涂敷溶剂并修改预先形成的多孔膜28，以产生所构图的多孔膜40。
在图3-5中示出所构图的多孔膜的示例。在所描绘的示例中，利用使用具有10微米的液滴间距的液滴尺寸为10皮升的墨盒的喷墨印刷机（美国富士胶片公司的Dimatix DMP-2800）来将乙酸甲酯印刷到以PET为衬垫（PET-backed）的硝化纤维素膜上。还能够使用选自胶印印刷、凹版印刷、移印印刷、丝网印刷、雕刻印刷以及苯胺印刷，但不限于这些技术的其他印刷技术。图3和图4示出包括图案50的所构图的膜，图案50具有限定的流动区52，并且，包括样品装载区54和端接于储器58中的臂部56。在所描绘的实施例中，图案50限定封闭流动区52，使得涂敷至流动区52的样品不能流动于流动区外侧。塌陷的多孔膜的包围流动区52的边界线60防止样品的横向流动。用于涂敷溶剂的印刷机的机械化溶剂液滴间距许可图案50的边界线60相对较小。例如，可以针对印刷机的分辨率而印刷边界线60。在一个实施例中，边界线在厚度上可能为大约0.02mm或更大。在另一实施例中，边界线60可能在厚度上与单点线宽相对应地为大约0.35mm或更大。还预想0.02mm-0.35mm、0.02mm至1mm以及0.35mm-2mm的边界线厚度范围。边界线60还可能在图案50内在厚度上变化。而且，所限定的流动区52还可能包括任何期望的形状或流路，包括螺旋形路径、锯齿形路径、蜿蜒路径、封闭环路、立体交叉路径等。在一个实施例中，锯齿形路径或蜿蜒路径可以用于使样品在流动区52内的横向流动减慢。在另一实施例中，诸如臂部56和储器58之类的分开的通道或分支可能包括具有不同的输出的不同的化验成分。以这种方式，单个图案50可能能够在一个样品上并行地进行多个试验。而且，各种路径可以不同地配置，即，一个路径可能具有相对于同一流动区52中的另一路径而更长的路径，诸如蜿蜒配置。这样的布置可以许可单个流动区52内的各种化验完成时间的微调。取决于化验的布置，流动区52的起点可能包括所有的不同的试验所共用的样品化验成分。例如，通过流动区52的初始流可能造成样品与诸如细胞溶解成分或DNA裂解酶之类的分解成分接触，分解成分使样品准备与可能存在于各臂部54中的特定的结合蛋白质接触。备选地，并行试验可以包括控制或其他质量评估。图案50还可能包括可以收集过量的样品的样品捕获区62，或可能包括针对另外的试验的化验成分。
图5示出一滴染料的随着时间的推移而变化的流路，流路沉积于所构图的膜上（最左边），并且，利用水来洗脱，以使染料分离至三个隔间中（右边）。还可能生成控制诸如延迟、混合、分散等之类的流态的其他图案。例如，可以生成使样品分散至分开的臂部中的图案50，其中，在另外的样品处理之后，分开的臂部可能相交于随后的结点处。在一个实施例中，样品捕获区中的信号发生器可以用于评估样品已完全地流过多孔膜。
例如，硝化纤维素膜是可以通过蒸发相转化过程而形成的膜。还可以经由印刷技术（例如，漏板印刷或丝网印刷）而使所构图的膜离散地沉积到铸造表面上而不是涂覆整个加工网且随后在形成均匀的多孔膜之后构图。该加法过程促进越过硝化纤维素膜或其他多孔膜的平片的几何结构，例如，偏离平片的多维（2D和3D）几何结构。图6是仅在基板的期望的区上形成多孔膜的方法的示意图。一开始，铸造板70（例如，金属板）设置有包括空隙或负空间72的预先形成的图案的漏板，并且，与基板74相关联或定位成接近于基板74，以在空隙72内设置衬垫（backing）。即，基板74暴露于空隙内。基板可以是诸如PET之类的任何合适的材料。可以根据多孔膜的期望的厚度而选择铸造板的厚度。基板74可能由与所构图的多孔膜不同的材料或同一材料形成。备选地，基板可能相对地为非多孔的。在一个实施例中，基板74本身是多孔膜材料，并且，构图技术形成在预先形成的多孔膜上形成层或3D多孔几何结构。
铸造溶液80包括用于形成多孔膜的成分，这些成分可以包括用于相转化的聚合物溶液（例如，在铸造时形成合适的多孔膜的聚合物、溶剂以及非溶剂溶液）、溶剂以及形成孔隙的添加剂。铸造溶液80涂敷于铸造板70和空隙72上，以直接接触暴露的基板74并填充空隙72。然后，将板70移除，并且，通过溶剂的蒸发而允许相转化。结果是仅存在于基板74的与空隙72的位置相对应的区中的干燥的多孔膜区域82。以这种方式，可以在基板74上形成多孔膜的特定的区域82。在某些实施例中，区域82形成样品流动区。
在图7中，示出不同的尺寸的几个圆形图案的示例。图8中的通过该加法过程而形成的那些膜（顶面板）与在工业化生产过程中形成的平片膜（底面板）的比较表明，虽然过程受约束于板70的尺寸和形状，但膜的形态是可比较的。铸造板70可以包括成为任何合适的形状或图案的漏板，并且，可以包括不同的尺寸或配置的形状。在基板74非多孔且因此不许可流动的某些实施例中，漏板的图案可以限定流体的流动区。以这种方式，可以仅在期望流动的区中构建多孔膜。
所铸造的多孔膜还可以经由本文中所公开的溶剂印刷技术而进一步构图。图9是用于对所铸造的多孔膜进行溶剂印刷的技术的流程图。在步骤90，该方法包括设置基板，该基板包括仅安置于基板的某些区上的预先形成或铸造的多孔膜区域，并且，在步骤92，将溶剂材料印刷到多孔膜区域，或将溶剂涂敷到多孔膜区域。继在步骤94允许溶剂干燥之后，由此产生的基板包括具有如本文中所公开的形成流体流动的边界的所印刷的图案的多孔膜区域。以这种方式，可以将另外的复合度加到多孔膜区域。
图10是示出如本文中所提供的多孔膜的使用方法的流程图。在步骤100，将样品涂敷至流体流动区，这可以经由多孔膜上的可视标记或文本指示而指示。对于在包括多个试验单元的片中形成的多孔膜，可以在使用之前将多孔膜切成单个试验条或单元。备选地，可以在分批生产过程中使用多孔膜，其中，几个样品在包括多个试验条和/或试验图案的试验片上并行地试验。而且，多孔膜可以联合任何适当的盒子或保持器而使用。
在步骤102，允许样品流过流动区而与存在于多孔膜中的化验成分起反应。在某些实施例中，化验成分可以包括能够例如经由夹心化验或竞争化验而结合存在于样品中的分析物的固定化配体。配体可以结合或直接地与信号发生器耦合，在步骤104，信号发生器提供可观察的输出。
样品可以包括被怀疑含有感兴趣的分析物的任何流体或悬浮固体样品。样品可以表示任何（多种）体液、农业样品或其他生物样品或者诸如环境样品之类的非生物流体。
本发明的技术效果包括具有提高的复合度和可以促进以更大的复合度化验的图案分辨率的多孔膜。其他技术效果包括在制造的期间实现不同的形态的多孔膜的3D构图和/或分层。
本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本发明，并且，还允许本领域任何技术人员实践本发明，包括制作并使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。本发明的专利范围由权利要求定义，并且，可以包括本领域技术人员所想到的其他示例。如果这样的其他示例具有并非与权利要求的字面语言不同的结构要素，或如果这些示例包括与权利要求的字面语言无实质的差异的等效的结构要素，则这些示例旨在属于权利要求的范围内。

Claims (20)

1. 一种用于对多孔膜构图的系统，包含：
存储器或存储装置，存储处理器可运行指令，所述指令在由处理器运行时，导致执行包含如下的动作：
接收与期望的图案相对应的输入；以及
控制印刷机，用于将溶剂以所述期望的图案涂敷至多孔膜的表面，使得所述多孔膜在涂敷所述溶剂处塌陷；
处理器，配置成运行存储于所述存储器或存储装置中的所述指令；以及
印刷机，包含溶剂涂敷装置，所述溶剂涂敷装置配置成容纳溶剂，并且在所述处理器的控制下将所述溶剂以所述期望的图案涂敷到所述多孔膜。
2. 如权利要求1所述的系统，其中，所述期望的图案是重复图案。
3. 如权利要求1所述的系统，其中，所述输入是所述期望的图案的操作员生成的图像。
4. 如权利要求1所述的系统，其中，所述输入是从存储于所述存储器或存储装置中的多个图案的对所述期望的图案的选择。
5. 如权利要求1所述的系统，其中，所述印刷机配置成印刷所述溶剂，使得塌陷区在至少一个方向上具有0.02mm至0.35mm的最大的直径。
6. 如权利要求1所述的系统，包含接收与基板上的所述多孔膜的一个或更多个位置有关的第二输入以及将所述期望的图案仅涂敷于所述多孔膜上而不涂敷于所述基板上。
7. 一种用于对多孔膜构图的方法，包含：
接收包含图案的输入；以及
控制印刷机，以将溶剂以所期望的图案涂敷至多孔膜的表面，使得所述多孔膜在涂敷所述溶剂处塌陷。
8. 如权利要求7所述的方法，其中，所述图案是重复图案。
9. 如权利要求7所述的方法，其中，所述图案包含至少一个具有0.02mm至0.35mm的厚度的塌陷区域。
10. 如权利要求7所述的方法，其中，所述图案限定封闭流动区。
11. 如权利要求7所述的方法，其中，所述流动区包含至少一个端接于较大的储器中的分支或臂部。
12. 如权利要求7所述的方法，其中，所述多孔膜是硝化纤维素膜。
13. 如权利要求7所述的方法，其中，所述多孔膜仅安置于基板的某些部分上。
14. 一种用于对多孔膜构图的方法，包含：
提供包含在铸造时形成多孔膜的成分的铸造溶液；
将所述铸造溶液涂敷至包含多个空隙的铸造板，其中，所述铸造板定位成接近于基板，使得在涂敷于所述空隙内时，所述铸造溶液直接接触所述基板；
将所述铸造板移除；以及
允许所述铸造溶液经历相转化过程，从而仅在所述基板的部分上形成多孔膜区域。
15. 如权利要求14所述的方法，其中，所述多孔膜是硝化纤维素膜。
16. 如权利要求14所述的方法，进一步包含将溶剂以期望的图案涂敷至所述多孔膜区域，使得所述多孔膜在涂敷所述溶剂处塌陷。
17. 如权利要求14所述的方法，其中，所述基板为多孔的。
18. 如权利要求14所述的方法，其中，所述多个空隙包含相对于彼此而形状、尺寸或配置不同的空隙。
19. 一种多孔膜，包含：
印刷于所述多孔膜上的重复图案，其中，所述重复图案包含由所述多孔膜的塌陷区域划界的封闭流动区的重复，其中，所述塌陷区域在所述塌陷区域的至少一部分中具有0.02mm至0.35mm的厚度，并且其中，使所述塌陷区域充分地塌陷，以防止流体流动于所述封闭流动区的外侧。
20. 如权利要求19所述的多孔膜，其中，所述多孔膜仅安置于基板衬垫的一部分上。
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