CN107876110B - 微流体装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微流体装置(1)，其包括将连接入口开口(22)与出口开口(23)连接起来的至少一个流动通道(21)和与所述流动通道流体连通的井阵列(24)，其中，所述流动通道(21)包括在入口开口(22)处的入口部分(211)、在出口开口(23)处的出口部分(212)以及在入口部分(211)与出口部分(212)之间的中间部分(213)，其中，至少中间部分(213)包括井阵列(24)并且设置有亲水表面，并且所述流动通道(21)还包括转换区域(214)，该转换区域(214)至少设置在中间部分(213)与出口部分(212)之间，该转换区域(214)是通过提供疏水表面构成的。此外，本发明还提供了一种制造这种微流体装置的方法。

Description

微流体装置及其制造方法
技术领域
在用于化学或生物化学反应测定的诊断技术领域中，目的是能够在同一个优选为一次性的微流体装置上对一个以上测试样品上进行多种不同的测定，从而提供了在单次分析过程中用多种不同试剂独立地分析一个以上测试样品的方法。更详细地说，本发明涉及一种微流体装置，其包括至少一个与井阵列流体连通的流动通道，所述井阵列旨在例如作为反应室供分别设在其中的至少一种样品进行化学或生物反应，本发明还涉及一种用于制造这种用于研究在井阵列中发生的化学或生物反应的微流体装置的方法。特别是，本发明涉及一种改进的微流体装置及其改进的制造方法，以便实现优选尽可能全面地填充微流体装置中所有的井，从而避免微流体装置中有任何未使用或填充不充分的井。
背景技术
通常，需要使得诊断测定更快、更便宜且更简单，同时实现常规实验室方法的精度和效率。为了实现这一目标，付出了大量的努力使得各种测定操作小型化和整合，增加在一个单个载体器件上并行测定的数量。然而，当实际上将反应室体积小型化以成为微流体结构的微流体装置以产生所需的尺寸时，增加了几个已知的问题，例如不期望的液体蒸发，以及与增加的表面-体积比相关的问题。而且，更重要的是，产生了在微流体结构的填充过程期间样品液体计量的缺点，这些缺点基本上由微流体装置内部的样品液体的特定流淌行为引起。作为包含所需微流体结构的这种微流体装置的示例，本领域已知微流体芯片，其提供微型通道以接收呈可流动液体形式的微升或纳升级样品。通常将微升级试剂预先填充到微流体芯片上作为反应室提供的小井阵列中，这些试剂放在小井中用于接触反应流动通道中的样品液体流，其中每种测定取决于加载到井阵列中的试剂以及反应通道和检测器的构造。这种技术允许在小型化的规模上同时进行多项测定。然而，这里必须精确地控制要提供给每个井的样品中某种物质或化合物的量或浓度。这些化学、生物化学和/或生物测定中的大多数测定涉及生物材料(例如多肽和核酸，细胞或组织)在井内的固定，以及与固定的材料的一个以上反应的性能，随后是定量和/或定性分析过程，例如发光测试测量，如在进行聚合酶链反应(PCR)的过程中的情况就是如此。作为本发明的关注点，这种测定的一个具体示例是数字聚合酶链反应方法，也称为数字PCR或dPCR，其表示常规PCR方法的生物技术改进，其可以用于直接定量和克隆扩增核酸，包括DNA、cDNA或RNA。在这里，dPCR和传统PCR之间的本质差异在于测量核酸量的方法，因为传统的PCR对每个样品进行一次反应，而dPCR在一个样品内只进行一次反应，该样品被分隔成大量分区，其中反应在每个分区中单独进行，使得更可靠地收集和灵敏地测量核酸量成为可能。
现在，为了提供样品液体在这种微流体装置内的有效运动以及在优选所有存在的井中充分填充样品液体，US 8,859,204 B2描述了分析样品流体中特定核酸浓度的方法和用于检测靶核酸序列的扩增的方法，其中用样品流体填充呈多孔样品存放器形式的小型化分析组件。为了提供改善的填充性能，根据US 8,859,204 B2的一个实施例，样品存放器表现出具有亲水底部和疏水侧壁的复杂结构。然而，这种复杂的结构的样品存放器难以制造，涉及相当大的制造工作和成本。
作为替代方案，US 6,776,965 B2描述了用于分析目的的微流体装置，该微流体装置例如包括：填充段，其用于吸取样品流体；分析段，其连接到填充段以分析样品流体；废物段，其用于从分析段收集死体积的样品流体等，这些段通过流动通道全都连接在一起。此外，US 6,776,965 B2的微流体装置具有用于增强流体经装置结构传递的性能的几何特征，例如蝶形结构和级联结构，这些几何特征被认为使得样品流体的液体流更均匀的蔓延流经装置。作为用于增强流体转移性能的这种三维几何结构的具体示例，在US 6,776,965 B2的微流体装置的一个具体实施例中示出和描述了所谓的前冲部分止挡，这些几何形式的前冲部分止挡以流动通道的不规则形状的边缘形式提供，例如流动通道的三角形或锯齿形边缘，旨在减慢或阻碍所谓的前冲部分。
在图6A和图6B中示例性地示出了发生前冲部分的现象以便更好地理解。图6A和图6B示出了微流体装置的底层8，底层8包括流动通道81，在流动通道81中设置有呈微井82形式的微结构和出口开口83。在流动通道81中，例如样品液体的水溶液9流向出口83，该溶液9应该被填充到微井82中。这里，溶液9在微井82两个横向侧上、流动通道81内壁上的部分比例如在流动通道81的横向中间流淌得更快，因为在这些区域中的流动通道81的非结构化表面，即，因为在这些区域中没有微井82。这些流淌得更快的部分被称为前冲部分91，其中每个前冲部分91通常由引入的水溶液9的一部分组成，并且该部分冲在大部分的引入溶液9前面，在当前描述的情形中，呈现为在流动通道81的横向侧面上、在微井82和流动通道81的内壁之间的液体柱尖端的形式。在这种前冲部分91在填充过程中的某个点处不被停止的情况下，溶液9可能越过微井82流经这些非结构化区域，然后流出微流体装置的出口开口83，因此将会损失掉。这种不期望的发生可能导致已知微流体装置损失大约50％的溶液。
在US 6,776,965B2中，前冲部分止挡旨在通过阻止不期望的边缘流体流动，即所谓的前冲部分，来提供样品流体通过流动通道的均匀前进的流线，该效果应该被实现，原因在于沿着流动通道内表面的毛细管力受到由此提供的流动通道的不连续内表面所干扰。然而，在种微流体装置中设置用于提供对流动通道内表面进行几何干扰的不规则形状的边缘，需要对已知微流体装置的设计进行实质性的结构定制，其涉及额外的或更繁琐的制造步骤和/或更高的制造精度，这再次导致高得多的制造工作量，并因此导致高得多的制造成本。因此，为了能够在优选微流体装置的所有存在的井中实现对样品液体的充分填充，需要以简单且成效比高的方式增强微流体装置流动通道内的流体输送性能。
发明内容
鉴于上述情形，并且根据本发明的一个方面，提供了一种改进的微流体装置，优选的是呈消耗品/一次性产品的形式，该改进的微流体装置包括将入口与出口开口连接起来的至少一个流动通道和与流动通道流体连通的也被称为分区的井阵列，其中该改进的微流体装置的流动通道具有在入口开口处的入口部分、在出口开口处的出口部分以及在入口部分与出口部分之间的中间部分。这里，入口开口用于将流体引入到微流体装置的流动通道中，出口开口用于使流体从微流体装置的流动通道流出。此外，微流体装置的至少中间部分包括/显示所述井阵列，因此其构成井作为微结构的所谓结构化区域，并且设置有亲水表面。优选的是，整个流动通道的宽度(也称为流道宽度)在6mm与7mm之间的范围内，进一步优选为6.4mm，这个宽度通常为在宽度上相互挨着的约60个至100个井提供空间。此外，流动通道还包括至少在中间部分与出口部分之间提供的转换区域或转换性区域，该转换区域通过提供疏水表面构成。这意味着转换区域构成从所述亲水表面到特征疏水表面的转换区域。
本发明微流体装置优选用于对通过流动通道以液体形式流向每个井的样品进行测定，例如在对以流入每个井的样品液体形式提供的样品进行(d)PCR和生物化学测定过程中。这里，表述“流淌”应被理解为或者是流体的有源流淌，例如通过推动或挤压流体，或者是流体的无源流淌，例如通过拖曳或抽吸(例如，通过毛细血管力)流体。由于优选的是，本发明的微流体装置提供非常简单的结构，不再期望具有疏水区域的图案化表面，特别是围绕每一个井的具有疏水区域的图案化表面，因为这种图案化表面需要要求非常高的制造工作。然而，将井和流动通道壁之间的非结构化区域(即，没有任何类似井/分区等的区域)与亲水表面组合起来，可能会不利地导致在样品流体到井的填充程序期间发生前冲部分，因为这种非结构化区域中的流动阻力低于结构化区域中的流动阻力。为了避免由于前冲部分的发生而引起的显著样品液体损失，在本发明的微流体装置中设置了转换区域，该转换区域至少布置在中间部分与出口部分之间并且由疏水表面构成，从而阻碍前冲部分过快地经过转换区域，以便拦截或至少延迟样品液体的前冲部分，从而实现对流动通道内部的井进行均匀的淹没，均匀地填充本发明的微流体装置的流动通道中的所有井。因此，当考虑在流动通道壁内的井的任一侧上提供转换区域时，本发明的转换区域可以构成前冲部分止挡或多个前冲部分止挡，针对从入口开口经流动通道流淌到出口开口的任何流体。这里，应注意的是，这种前冲部分止挡只能借助于从亲水表面到疏水表面的转换区域在前冲部分的流淌方向上实现。另一方面，从疏水表面转换到亲水表面将导致相应的逆反效果，即流淌流的加速。
换句话说，本发明的改进的微流体装置优选用作dPCR消耗品，例如呈微流体芯片形式，主要由未结构化的入口部分、结构化的中间部分以及出口部分组成，中间部分构成感兴趣的区域，其微结构呈井的形式，例如微井等。出口部分优选构成微流体装置的废物区域。在这里，按照其基本形式，只有该消耗品内的感兴趣区域，即结构化的中间部分，提供亲水表面，而微流体装置的其余部分不那么亲水，其中中间部分和出口部分之间的转换区域或转换区由疏水区域构成。在样品液体为水溶液形式的情况中，在微流体装置的流动通道的优选毛细管力驱动的填充过程期间，井被样品液体填充，而样品液体的前冲部分可以在结构化区域的每一侧(即井和相应的流动通道壁之间的中间部分的每一侧)上前进，直到这样分开前进的前冲部分在由亲水表面到疏水表面的转换所提供的转换区域处受到阻止，其中转换区域的疏水性质起到前冲部分的流动止挡或流动制动器的作用。在液体样品沿流动通道进一步被推动的后续过程中，剩余的井被填完，同时转换区域限制前冲部分的样品液体流入微流体装置的废物区域并随后流出出口开口。采用这种形式为微流体装置上简单且有效的表面特征的改进的流动止挡手段，样品液体的损失至少可以降到小于10％，甚至可以完全避免。
根据本发明微流体装置的一种优选构造，出口部分也可以包括井，即结构化区域，并且也可以设置有亲水表面。因此，微流体装置的结构化区域可以扩大，即，中间部分的结构化区域与出口部分的结构化区域组合在一起。这里，转换区域仍然设置在微流体装置的中间部分与出口部分之间。此外，本发明微流体装置的入口部分也可以设置有亲水表面。因此，与微流体装置其余部分的亲水表面相比，只有转换区域提供疏水表面，确保前冲部分止挡的功能，即通过流动通道内的亲水表面性质与疏水表面性质之间的转换阻止前进流体的效果。
进一步优选的是，转换区域的疏水表面由材料特性提供，即用于构成转换区域的材料的性质(与例如中间部分或出口部分等周围材料的性质相比)，其中微流体装置或至少其疏水部分可以由例如环烯烃共聚物COC或环烯烃聚合物COP等的疏水材料组成，其中优选使用COP，例如由于成本考虑。作为替代，转换区域表面的疏水性质也可以通过疏水性涂层来提供，该疏水性涂层施加到中间部分与出口部分之间的流动通道表面上，从而构成疏水转换区域。类似地，微流体装置的一个或几个其余部分的亲水表面也可以通过亲水涂层来提供，与具有疏水表面性质的转换区域相对照，该亲水涂层施加到流动通道表面上旨在提供亲水表面性质的相应部分上，从而构成流动通道内的一个或几个亲水区域。作为替代，但不是那么期望的是，亲水表面也可以通过亲水材料性质提供。这里，优选使用的亲水性涂层可以是涂层的接触角<30°，即在0°和30°之间，或优选的是涂层的接触角<20°，即0°和20°之间，或甚至更优选的是涂层的接触角<10°，即在0°和10°之间。为了实现这种接触角，例如，亲水涂层可以由SiO2涂层组成，SiO2涂层优选通过电子束涂覆或溅射施加到待涂覆的微流体装置的相应部分，即转换区域。
根据本发明微流体装置的另一优选结构，转换区域的宽度大于一个井开口的尺寸，优选的是小于三个井开口的尺寸，其中术语“井开口”是指每个井的流动通道入口孔，井要通过该入口孔填充液体样品，包括井之间的中间空间。此外，每个井的开口的横截面可以具有圆形、椭圆形或六边形等多边形形状。井开口具有多边形形状，特别是具有六边形形状，可以将井开口彼此之间以更小的距离相互排列到一起，即实现流动通道内部井开口的分布密度增加。因此，板的井阵列中的井的数量可以进一步最大化。这里，进一步优选的是，包括井之间的中间空间的开口的宽度w为60μm≤w≤110μm，进一步优选为62μm(小井)≤w≤104μm(大井)，这意味着疏水转换区域最小为60μm宽，最大为330μm宽，使得可以阻止前冲部分的流动，同时亲水性废物区域允许保留多余的样品液体保持在微流体装置内(如果有的话)。
根据如上所述的微流体装置的优选结构，转换区域设置在中间部分与出口部分之间。然而，转换区域还可以包括延伸到中间部分中的延伸部或突出部，优选的是以杆或鼻等的形式/形状。在这里，延伸到感兴趣区域(即微流体装置中包括井阵列的结构化部分)中的这种疏水鼻，可以阻止分开前进的、在井与流动通道的内表面壁之间在中间部分的每侧上被推动通过流动通道的前冲部分结合，在中间部分两个横向侧面的前冲部分受到作为前冲部分止挡的转换区域拦截并因此聚集在两侧上直到它们接触并且彼此结合的情况下，可能发生前冲部分的这种结合。
关于本发明微流体装置的一般性结构，其优选的是至少由顶层和底层构建，其中底层提供具有入口开口和出口开口的流动通道，以及底层表面中的井阵列，其中顶层由覆盖底层表面的平坦部件(例如箔片等)构成。因此，可能只有底层需要以特定的方式成形，以便提供形式为流动通道、入口开口、出口开口和井阵列的结构特征，而顶层可以由简单的箔片等来提供，不需要对顶层进行构建。这里，微流体装置的“底”层是在使用微流体装置期间微流体装置的下部，而微流体装置的“顶”层是在使用微流体装置期间微流体装置的上部。作为替代，微流体装置可以至少由顶层和底层构建，其中顶层提供具有入口开口和出口开口的流动通道，底层在其表面中提供井阵列。利用本发明的呈双层装置形式的微流体装置构造，本发明微流体装置的制造变得简单，特别是因为根据一个替代方案，顶层可以仅仅是平面部件，例如非结构化片材或透明箔片等，并且微流体装置的所有实质特征都设置在同一层中，即底层中。由于根据相应选择的替代方案，只有底层或底层以及顶层通过适当的制造工艺制造，例如注塑、压纹、深冲、光刻等，所以为了本发明微流体装置的所有实质特征结合进来而对其进行的额外处理，其工作量是微不足道的。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造如上所述微流体装置的方法，其中本发明方法至少包括如下步骤：模制底层以提供具有入口开口和出口开口的流动通道以及井阵列，从而构成底层的结构化表面，以及提供平坦部件形式的顶层。这里，平坦部件可以是箔片等。因此，可能只有底层需要以特定的方式成形，以便提供形式为流动通道、入口开口、出口开口和井阵列的结构特征，而顶层可以由简单的箔片等来提供，不需要对顶层进行构建。作为前面描述的模制步骤的替代方案，该方法也可以包括如下步骤：模制顶层，以提供具有入口开口和出口开口的流动通道，以及模制底层以提供井阵列，从而构成底层的结构化表面。因此，通过这种替代的模制步骤，底层和顶层分别以非常特殊的结构模制。这里，由于模制工艺的变化取决于所使用的模具，所以底层和顶层可以设置有任何所需类型的结构化表面，即，根据需求具有流动通道、入口开口、出口开口和/或井阵列任何期望的结合，只要可以实现微流体装置一般所需的流动结构即可。此外，模制步骤可以是注射模制工艺或注射压纹工艺。作为替代，如果适用，模制步骤也可以是深冲压工艺、光刻工艺等。
作为进一步的步骤，本发明的方法包括在底层的结构化表面上布置掩模的步骤，然后是在底层上未被掩模覆盖的结构化表面上提供亲水涂层的步骤。这里，掩模应被理解为具有若干孔的板状部件，这些孔允许涂层以定义的图案通过。因此，底层上被掩模覆盖的所有表面区域都没有亲水性涂层。此外，可以通过电子束涂覆或溅射来提供本发明制造方法中进行的涂覆步骤。
随后，在从底层除去掩模并因此露出底层的未涂覆区域，即没有亲水表面性质的区域的步骤之后，接下来是将顶层安装到底层上的步骤，该安装步骤优选通过粘合进行。因此，微流体装置基本上被完成，其中先前提及的方法步骤优选以所述的顺序进行。利用本发明的微流体装置制造方法，特别是通过涂覆步骤，可以在底层某一部分的亲水涂层与底层上没有这种亲水涂层的其余部分之间提供转换线或转换区。这里，根据本发明方法的优选进一步发展，所有没有亲水涂层的表面区域都通过材料性质或通过疏水涂层提供疏水表面，如上文针对微流体装置的结构特征所描述的。因此，亲水性涂层和相邻的非亲水区域之间的转换得到加强或巩固。因此，可以加强由转换区域实现的前冲部分止挡的改善的制动效果。进一步优选的是，没有亲水涂层并且至少在中间部分与出口部分之间提供的表面区域，构成用于提供前冲部分止挡的转换区域，以便能够限制任何样品液体流入微流体装置的废物区域。利用微流体装置的这种本发明流动止挡特征，样品液体的损失可以至少下降至小于10％，或者最好时可以完全避免样品液体的损失。
总之，本发明涉及的特定发明构思是通过亲水区域与疏水区域之间的转换区域提供至少一个前冲部分止挡，这允许抵消或至少妨碍前冲部分在井与横向的流动通道壁之间前进，从而可以避免样品液体流出过早发生造成的浪费。
本发明并不限于本文所述的特定方法和试剂，因为它们可以变化。虽然本文描述了优选的方法和优选的材料，但是与本文所述类似或等同的任何方法和材料都可以用于本发明的实践中。此外，本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，其用意不在于限制本发明的范围。
说明书和权利要求中所使用的名词性术语本身，除非上下文另有明确规定，既可以代表单数，也可以代表复数。类似地，词语“包括”、“包含”和“涵盖”等等将被解释为包容性的而非排他性的。类似地，除非上下文另有明确指示，否则词语“或”旨在包括“和”。术语“多个”、“诸多”或“许多”是指两个以上，即2或>2个，为整数倍数。此外，术语“至少一个”应被理解为一个以上，即1或>1，也是整数倍数。
发明优点
优选的是通过本发明实现的dPCR消耗品微流体装置在一个优选实施例中包括由注塑环氧烯烃聚合物(COP)制成的主要部分，该主要部分包含微通道结构，微通道结构由COP箔片覆盖，以产生闭合的微通道装置。这里，微通道基本上由非结构化的入口部分、结构化的中间部分(感兴趣区域，其中这些结构是微井)和结构化的出口部分(即，废物区域)组成。由于该消耗品中只有入口部分和感兴趣区域被涂覆有亲水涂层，而该消耗品的其余部分未被亲水涂层涂覆，即不太亲水，所以，可以以简单的方式实现前冲部分止挡。这里，根据一个优选实施方案，亲水涂层由通过电子束涂覆法沉积的SiO2层组成，约40nm厚，也称为电子束涂层。该有利的选择性涂层通过使用掩模来实现，掩膜有选择地将该消耗品的期望区域与涂层分子隔开。因此，可以实现在以水溶液形式的样品液体填充本发明微流体装置的过程中，井被填充，但是前冲部分仅在结构化区域的侧边流动，直到它们受阻于在涂覆到未涂覆表面的转换处，在该转换处未涂覆的结构用作流动止挡或前冲部分止挡。在分离流体沿着流动通道推动样品液体的随后分离过程中，其余的微井被填充，并且前冲部分止挡仍然防止水溶液流入废物区域中。利用本发明微流体装置的这种前冲部分止挡特征，水溶液的损失可以从已知微流体装置中导致的约50％降低到小于10％。
以下的示例旨在说明本发明的各种优选实施例。因此，下面讨论的具体修改不应被解释为对本发明范围的限制。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离本发明范围的情况下作出各种等同物、改变和修改，并且因此应当理解，这些等效实施例将被包括在本文中。
附图说明
从下面对附图中所示特定实施例的描述中，本发明的其它方面和优点将变得清楚，其中：
图1是根据本发明第一优选实施例的微流体装置的示意性分解图；
图2A是图1的微流体装置的底层由掩模覆盖进行涂覆的示意图；
图2B是图2A的微流体装置的底层在涂覆后除去掩模之后的示意图；
图3A和图3B示意性地示出了本发明第一优选实施例的微流体装置的底层流动通道内的液体在两个相继阶段中的进展，其中流动通道的两个内壁上的前冲部分止挡延迟了前冲部分的前进；
图4A是图1的微流体装置的底层由替代掩模覆盖进行涂覆的示意图；
图4B是图4A的微流体装置底层在涂覆后除去掩模之后的示意图；
图5A是图1的微流体装置底层被另一替代掩模覆盖进行涂覆的示意图；
图5B是图5A的微流体装置的底层在涂覆后除去掩模之后的示意图；
图6A示意性地示出了液体在微流体装置底层的流动通道内前进期间前冲部分的发生；以及
图6B是液体在微流体装置底层的流动通道内的实验性前进期间发生前冲部分的照片图像。
具体实施方式
在图1中，以分解图示出了微流体装置1，其中底部部件或底层2以及呈平坦箔片形式的顶部部件或顶层3被示出为彼此分开。底层2在其上表面设置有凹部，该凹部构成流动通道21。这里，流动通道21呈现为长方形，其纵向两侧变窄，使得流动通道21将贯通底层2的通孔形式的入口开口22与同样呈贯通底层2的通孔形式的出口开口23连接起来。一般来说，流动通道21是分区的，或者被划分成不同的部分，开始于包括入口开口22的入口部分211，接着是包括微井24的中间部分213，最后是包括出口开口23以及其他微井24的出口部分212。微井为流动通道21表面上的凹陷形式，即具有封闭的底部。由于在本实施例中，微井24设置在中间部分213以及出口部分212中，所以中间部分213和出口部分212都构成结构化或微结化构区域，且微井24是该结构或微结构。这里，在中间部分213和出口部分212之间，限定了转换区域214，该转换区域214构成呈现亲水表面性质的表面与呈现疏水表面性质的表面之间的转换区域或交叉区域，下面将参照附图进一步解释。
因此，如图2A和图2B所示，示出了涂覆底层2的涂覆方法，其中图2A示出了底层2在顶部上设置有掩模4，其中掩模4包括穿孔或通孔41，其基本上遵循着底层2的流动通道21的形状，除了出口部分212之外。这里，出口部分212被掩模4的封闭部分42覆盖，使得只有入口部分211和中间部分213暴露出来。现在，当涂覆底层2时，优选借助于电子束涂覆法用例如SiO2涂层等亲水涂层5涂覆底层2时，只有暴露部分211、213涂覆有亲水涂层5，如从图2B可知的那样，在图2B中示出了执行完涂覆并且移除了掩模4之后的底层2。在图2B中，可以获知的是，入口部分211和中间部分214被亲水涂层5覆盖，但出口部分212未被涂覆，即与未涂覆区域6重合。这里，转换区域214因此建立在涂层5与未涂覆区域6之间的转换线处，即在涂覆的中间部分213与未涂覆的出口部分212之间。在图2B中，还用放大的细节视图描绘了涂层5与未涂覆区域6之间的转换区域214，其中为清楚起见，转换线用虚线标记。
在微流体装置1包括参考图2B所示和描述的选择性涂覆的底层2的情形中，转换区域214作为前冲部分的止挡提供。现在，当如从图6A和图6B所知那样使流体9流淌通过选择性涂覆的流动通道21时，如图3A和3B所示，通常呈样品液体形式的流体9前进通过流动通道21，其中前冲部分91在流动通道21的横向侧边缘上前进得更快。然而，这里，前冲部分91在呈转换区域214形式的流动止挡处被延迟或阻碍，使得流体9的剩余部分，即流体9的大部分，赶了上来，意味着前冲部分91在变宽，流体9的凹形前部92正在前进，使得在某一点上，流体9的前部优选均匀地朝着出口23延伸。应当注意，流体9可以仅是样品液体，或者也可以是部分样品液体和将样品液体向前推的部分分离液体。
在图4A中，示出了与图2A中类似的形式。然而，这里使用替代掩模4'。相应地示出了用于涂覆底层2的涂覆方法，其中图4A示出了底层2在其顶部上设有掩模4'，其中掩模4'包括穿孔或通孔41'，所述穿孔或通孔41'基本上遵循着底层2的流动通道21的形状，除了出口部分212之外。这里，出口部分212基本上被掩模4'的基本封闭的部分42'覆盖，其中更小的穿孔或通孔43'设置在基本上封闭的部分42'中，在穿孔41'与更小穿孔43'之间留下桥接部44'，使得不仅入口部分211和中间部分213暴露出来，而且一部分出口部分212也暴露出来。现在，当涂覆底层2时，优选借助于电子束涂覆法用例如SiO2涂层等亲水涂层5涂覆底层2时，不仅暴露部分211、213涂覆有亲水涂层5，而且出口部分212的暴露部分212也涂覆有亲水涂层5，该暴露部分布置在更小穿孔43'的下方，如图4B所示，在图4B中示出了执行完涂覆并且移除了掩模4'之后的底层2。在图4B中可以获知，入口部分211和中间部分214以及出口部分212的暴露部分被亲水涂层5覆盖，而出口部分212的未暴露或被覆盖的部分没有被涂覆，即与未涂覆区域6重合。这里，转换区域214因此被建立在涂层5与未涂覆区域6之间的转换部处，即，在涂覆的中间部分213与出口部分212的未涂覆部分之间。
在图5A中，示出了与图2A中类似的形式。然而，这里使用了另外的替代掩模4”。相应地，在图5A和图5B中，示出了用于涂覆底层2的涂覆方法，其中图5A示出了底层2在顶部设置有掩模4”，其中掩模4”包括穿孔或通孔41”，该穿孔或通孔41”基本上遵循着底层2的流路21的形状，除了出口部212以外。这里，出口部212被掩模4”的封闭部分42”覆盖，使得只有入口部分211和中间部分213暴露出来。此外，在掩模4”中设置有悬臂或指形件421”，该悬臂或指形件421”从掩模4”的封闭部分42”延伸到穿孔41”中。现在，当涂覆底层2时，优选借助于电子束涂覆法用例如SiO2涂层等亲水涂层5涂覆底层2时，除了被指形件421”覆盖的区域除外，仅暴露部分211、213涂覆有亲水涂层5，如可以从图5B获知的，在图5B中，示出了执行完涂覆并且移除了掩模4”之后的底层2。在图5B中，可以获知，入口部分211和大部分的中间部分213被亲水涂层5覆盖，而出口部分212以及中间部分214中被指形件421”覆盖的部分未被涂覆，即，与未涂覆的区域6以及突出到中间部分213的涂覆部分中的未涂覆鼻61重合。这里，转换区域214因此被建立在涂层5和未涂覆区域6以及未涂覆鼻61之间，即在中间部分213的涂覆部分、中间部分213的未涂覆部分和未涂覆的出口部分212之间。这里，这种延伸到中间部分213的亲水部分中的疏水鼻61可以禁止在中间部分213每一侧上、在微井24与流动通道内表面壁之间被推动通过流动通道21的分开前进的前冲部分91结合，在前冲部分91出现在中间部分横向两侧，并且受到作为前冲部分止挡的转换区域214拦截而因此在两侧积聚直至它们彼此接触并相互合并的情况下，可能发生上述前冲部分91的结合。
虽然已经就优选实施例描述了本发明，但是应当理解，该描述仅用于举例说明的目的。因此，意图是本发明只受限于权利要求的范围。

Claims (29)

1.一种微流体装置(1)，包括：
将入口开口(22)与出口开口(23)连接起来的至少一个流动通道(21)；
与所述流动通道(21)流体连通的井阵列(24)，
其中，
所述流动通道(21)包括在所述入口开口(22)处的入口部分(211)、在所述出口开口(23)处的出口部分(212)以及位于所述入口部分(211)与所述出口部分(212)之间的中间部分(213)，其中，至少所述中间部分(213)包括所述井阵列(24)并且设置有亲水表面，
所述流动通道(21)还包括至少设置在所述中间部分(213)与所述出口部分(212)之间的转换区域(214)，所述转换区域(214)是通过提供疏水表面构成的，其中所述转换区域(214)构成从所述亲水表面到所述疏水表面的转换区域，从而提供前冲部分止挡，该前冲部分止挡用于阻止任何流体(9)的流动通道(21)的横向侧边缘上前进更快的边缘流体流，该任何流体(9)从所述入口开口(22)流经所述流动通道(21)到所述出口开口(23)。
2.根据权利要求1所述的微流体装置(1)，其中，所述转换区域(214)具有延伸到所述中间部分(213)中的延伸部(61)。
3.根据权利要求2所述的微流体装置(1)，其中，所述延伸部(61)呈棒或鼻的形式。
4.根据权利要求1所述的微流体装置(1)，其中，在流动通道(21)壁内的井的任一侧上提供所述转换区域(214)。
5.根据权利要求4所述的微流体装置(1)，其中，所述转换区域(214)以棒或鼻的形式提供。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的微流体装置(1)，其中，所述出口部分(212)包括井，并且可选的是设置有所述亲水表面。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的微流体装置(1)，其中，所述入口部分(211)还设置有所述亲水表面。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的微流体装置(1)，其中，所述疏水表面是由材料性质或通过疏水涂层提供的。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的微流体装置(1)，其中，所述亲水表面是由亲水涂层(5)提供的。
10.根据权利要求9所述的微流体装置(1)，其中，所述亲水涂层(5)由SiO2涂层(5)组成并且具有<30°的接触角。
11.根据权利要求10所述的微流体装置(1)，其中，所述亲水涂层(5)具有<20°的接触角。
12.根据权利要求10所述的微流体装置(1)，其中，所述亲水涂层(5)具有<10°的接触角。
13.根据权利要求9所述的微流体装置(1)，其中，所述亲水涂层(5)通过电子束涂覆或溅射来施加。
14.根据权利要求1至5中任一项所述的微流体装置(1)，其中，所述微流体装置(1)是耗材。
15.根据权利要求14所述的微流体装置(1)，其中，所述微流体装置(1)由疏水材料组成。
16.根据权利要求14所述的微流体装置(1)，其中，所述微流体装置(1)由环烯烃共聚物COC或环烯烃聚合物COP组成。
17.根据权利要求1至5中任一项所述的微流体装置(1)，其中，所述转换区域(214)的宽度大于一个井开口的尺寸。
18.根据权利要求17所述的微流体装置(1)，其中，所述转换区域(214)的宽度小于三个井开口的尺寸。
19.根据权利要求17所述的微流体装置(1)，其中，所述转换区域(214)的宽度w为60μm≤w≤330μm。
20.根据权利要求1至5中任一项所述的微流体装置(1)，其中，
所述微流体装置(1)至少由顶层(3)和底层(2)构建，所述底层(2)提供具有所述入口开口(22)和所述出口开口(23)的所述流动通道(21)以及在所述底层(2)的表面上的所述井阵列(24)，所述顶层(3)由覆盖所述底层(2)的所述表面的平坦部件构成，
或者，所述微流体装置(1)至少由顶层和底层构建，所述顶层提供具有所述入口开口和所述出口开口的所述流动通道，所述底层在其表面上提供所述井阵列。
21.根据权利要求1至5中任一项所述的微流体装置(1)，其中，所述微流体装置(1)用于通过所述流动通道(21)对以样品液体(9)的形式提供给每个所述井(24)的样品进行dPCR或生物化学测定。
22.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的微流体装置(1)的方法，所述方法至少包括如下步骤：
模制底层(2)，所述底层(2)提供具有所述入口开口(22)和所述出口开口(23)的所述流动通道(21)以及所述井阵列(24)，由此构成所述底层(2)的结构化表面，并且提供呈平坦部件形式的顶层(3)，或者，模制顶层，所述顶层提供具有所述入口开口和所述出口开口的所述流动通道，并模制底层，所述底层提供所述井阵列，由此构成所述底层的结构化表面；
在所述底层(2)的所述结构化表面上布置掩模(4；4'；4”)；
在所述底层(2)的未被所述掩模(4；4'；4”)覆盖的所述结构化表面上提供亲水涂层(5)；
从所述底层(2)移除所述掩模(4；4'；4”)；以及
将所述顶层(3)安装到所述底层(2)上，
其中，所述底层(2)的由所述掩模(4；4'；4”)覆盖的所有表面区域都没有所述亲水涂层(5)。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，将所述顶层(3)通过粘合安装到所述底层(2)上。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，没有所述亲水涂层(5)的所有表面区域都是通过材料性质或通过疏水涂层提供疏水表面。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其中，没有所述亲水涂层(5)并且至少设置在所述中间部分(213)与所述出口部分(212)之间的表面区域构成用于提供前冲部分止挡的转换区域(214)。
26.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其中，在流动通道(21)壁内的井的任一侧上提供所述转换区域(214)。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述转换区域(214)以棒或鼻的形式提供。
28.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其中，所述模制步骤是注射成型工艺或注射压纹工艺。
29.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其中，所有涂层都是通过电子束涂覆或溅射提供的。
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