CN109153020A - 微流体器件 - Google Patents

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CN109153020A CN201780031402.XA CN201780031402A CN109153020A CN 109153020 A CN109153020 A CN 109153020A CN 201780031402 A CN201780031402 A CN 201780031402A CN 109153020 A CN109153020 A CN 109153020A
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Abstract

本文中公开的是使用包括以下步骤的方法形成的微流体器件：邻接成型基层的表面并定位以叠覆其中提供的至少部分微通道来放置平面阻挡物；以及芯片实验室器件，该芯片实验室器件包括：基层，邻接基层的第一表面放置的传感器；邻接基层的第一表面放置以至少部分地覆盖传感器的覆盖层；和在与基层的第一表面相对的基层的第二表面上放置的迟滞成型的封闭层，其中封闭层包围至少部分微通道。

Description

微流体器件
技术领域
本公开涉及制造微流体器件的方法。更具体而言，本公开涉及包括迟滞成型(hesitation molding)和膜二次成型(film overmolding)的方法，其允许在单个注射成型机上制造微流体器件，而不需要任何二次制造步骤以提供准备使用的微流体器件，诸如“芯片实验室”器件。
背景技术
将完整的诊断实验室小型化并集成到信用卡大小的芯片上需要制造一个或多个微通道以处理非常小量的流体。目前有少数技术用于制造微流体器件。第一代微流体芯片通常在硅晶片上创建。这种微流体器件的制造方法具有允许在器件中精确复制微结构的优点。然而，硅芯片技术受到初始构思至制造所需的长前置时间以及限制并入柔性部件的工艺限制和相对于其他制造方法的成本的阻碍。
为了克服硅芯片技术的限制，微流体器件也可以使用蚀刻玻璃方法来制造。蚀刻玻璃的使用克服了与硅芯片技术以及提供透明基板——这在一些需要光学测量的应用中可以是有利的——相关联的许多成本问题。然而，与其他制造方法相比，蚀刻玻璃制造方法也是昂贵的。
利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)的多层软光刻是用于制造微流体器件的可选技术。该方法利用使用光致抗蚀剂方法创建的母模，并利用交叉衬垫使用PDMS复制母模，然后进行热固化，冲压入口和出口端口，并将成型的制品粘合到玻璃基板上。多层软光刻作为微流体器件的制造方法比硅芯片技术或蚀刻玻璃方法更快速且更便宜。尽管它没有受到与硅芯片技术相关联的相同限制，但是它与由于密封通道和PDMS的溶剂相容性的问题引起的对器件设计的严重限制相关联，其可能限制微流体器件的应用范围。
最后，已经描述了聚合物的注射成型用于制造微流体器件。具体地，注射成型的微流体器件需要制造两个或更多个单独的成型的部件，这些部件需要通过夹紧和/或焊接进行堆叠和密封。可选地，可以通过在半开通道上施加胶带来密封包含微流体通道的注射成型的微流体制品。
欧洲专利申请No.13160987.7(公布为EP2653285，以下称为“EP2653285”)描述了使用迟滞来注射成型微流体器件。通常地，迟滞是在注射成型过程期间发生的不希望的作用，其导致成型缺陷。EP2653285描述了使用迟滞来创建具有封闭和密封的微通道的结构。所描述的方法可以潜在地增加生产速度，这是因为不需要通常与微流体器件的注射成型相关联的密封和夹紧或焊接步骤。EP2653285中描述的方法可以在最大通道宽度方面受到限制，例如如果通道宽度和基层厚度之间的纵横比太小，则微通道可能被填充而不是简单地密封。
目前，没有描述如此注射成型方法，其允许在单个注射成型机上制造微流体器件，而无需二次操作来提供准备使用的器件。
本公开的方面解决了这些和其他缺点。
发明内容
如本文中更详细地描述的，本公开提供了涉及微流体器件的方法、装置和系统。
在一个方面中，本公开涉及具有基层和封闭层的微流体器件，其使用包括以下步骤的方法形成：成型其中形成有微通道的基层；放置邻接基层的表面并定位以叠覆至少部分微通道的平面阻挡物；和使用迟滞注射成型使材料被放置在基层上，从而创建配置为二次成型至少部分平面阻挡物和至少部分微通道的封闭层，其中与没有平面阻挡物的基本上类似的基层和微通道相比，平面阻挡物减少了材料进入微通道。基本上类似的基层和微通道可以指在不存在平面阻挡物的情况中具有相同尺寸(诸如，例如，高度或深度、宽度和纵横比)的基本上类似的基层和微通道。
在一个方面中，本公开涉及芯片实验室(lab on chip)器件，其包括：其中形成有微通道的基层；邻接基层的第一表面放置的传感器；邻接基层的第一表面放置以至少部分地覆盖传感器并相对于基层在适当位置固定传感器的覆盖层；和在与基层的第一表面相对的基层的第二表面上放置的迟滞成型的封闭层，其中封闭层包围至少部分微通道。
在一个方面中，本公开涉及诊断系统，其包括：其中形成有微通道的基层；邻接基层的第一表面放置的诊断器件；邻接基层的第一表面放置以至少部分地覆盖诊断器件并相对于基层在适当位置固定诊断器件的覆盖层；邻接与第一表面相对的基层的第二表面放置并配置覆盖至少部分微通道的阻挡层；和在与基层的第一表面相对的基层的第二表面上放置的迟滞成型的封闭层，其中封闭层二次成型至少部分阻挡层并包围至少部分微通道。
附图说明
并入并构成本说明书的部分的附图图解了若干方面并连同描述一起用来解释本公开的原理。
图1显示了如果通道宽度和基层厚度之间的纵横比过小填充微通道的问题的示意性代表。
图2显示了公开的克服图1中所示问题的方法的示意性代表。
图3显示了包括封闭层、包括入口和出口端口与封闭层、包括传感器的微流体器件的横截面的示意性代表。如所示的，封闭层封闭基层中的半开微通道。
图4显示了公开的克服图1中所示问题的方法的示意性代表，其中基层具有两个微通道。
图5显示了在具有集成转台的单个三腔或工位模具(station mold)中的过程的示意性代表。
图6显示了具有并入覆盖层的三个阀的微流体器件的示意性代表。
图7显示了在开槽的顶点处具有200μm微通道的三角形开槽的代表性显微照片，其中在指示的包装压力下在垂直于开槽取向的流动方向上进行注射。
图8显示了在开槽的顶点处具有200μm微通道的三角形开槽的代表性显微照片，其中在指示的包装压力下在平行于开槽取向的流动方向上进行注射。
图9A-9C显示了基层中成型开槽的代表性横截面几何形状，其中通道在开槽的顶点区域或最深部分处成型。图9A显示了基层中成型的正方形开槽。图9B显示了基层中成型的三角形开槽，其中在三角形开槽的顶点区域处成型有微通道。图9C显示了在基层中成型的半圆形开槽，其中在三角形开槽的顶点区域处成型有微通道。
在随后的描述中将部分陈述本公开的额外优势，根据描述其部分将是明显的，或可以通过实践本公开而学习。通过所附权利要求中具体指出的要素和组合将认识到并获得本公开的优势。应当理解的是，前述一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的和解释性的，并且不限制本公开，如所要求保护的。
具体实施方式
通过参考下面的本公开的详细描述和其中包括的实施例可以更容易地理解本公开。
应当理解，本文所使用的术语仅仅是为了描述特定方面的目的而不是旨在限制性的。如本说明书和权利要求书中所使用的，术语“包含”可以包括“由……组成”和“基本上由……组成”的实施方式。除非另有定义，否则本文所使用的所有技术和科学的术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。在本说明书和所附权利要求书中，将参考本文应定义的多个术语。
在公开和描述本化合物、组合物、制品、系统、器件和/或方法之前，应当理解，它们不限于具体的合成方法——除非另外规定、或特定的试剂——除非另有规定，因此其当然可以变化。也应当理解，本文所使用的术语仅用于描述特定方面的目的，并不旨在是限制性的。虽然类似或等同于本文描述的任何方法和材料可用于本公开的实践或测试，但现在描述实例方法和材料。
而且，应当理解，除非另有明确说明，否则决不旨在将本文叙述的任何方法解释为要求其步骤以具体顺序执行。因此，当方法权利要求没有实际陈述其步骤遵循的顺序，或者在权利要求或说明中没有特别说明步骤仅限于特定的顺序时，在任何方面都决不旨在推断顺序。这适用于任何可能的非明示解释基础，包括：关于步骤或操作流程的排布的逻辑问题；从语法组织或标点符号中导出的简单含义；以及说明书中描述的实施方式的数目或类型。
贯穿本申请，引用了各种出版物。这些出版物的公开内容以其全部通过引用并入本申请，从而更全面地描述本发明所属领域的技术水平。所公开的参考文献中包含的其中参考文献依赖的语句中讨论的材料也通过引用单独地和具体地并入本文。本文中没有任何内容被解释为承认通过在先公开内容本公开无权占先于这些出版物。此外，本文提供的公开日期可能与实际公开日期不同，这可能需要独立确认。
除非另外定义，否则本文中使用的所有技术和科技术语都具有与本公开所属的领域中的技术人员通常理解相同的意义。虽然类似或等同于本文描述的任何方法和材料可用于本公开的实践或测试，但现在描述实例方法和材料。
如本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一(a，an)”和“该(the)”包括复数指代物，除非上下文中另外清楚指示。因此，例如，提及“酮”包括两种或更多种酮。
范围在本文中可以表示为从一个特定值到另一个特定值。当表示这种范围时，另一方面包括从一个特定值和/或到其他特定值。类似地，当值表示为近似值时，通过使用先行词‘约’，应将理解的是该特定值形成另一方面。应进一步理解的是，每个范围的端点与其他端点相关还是独立于其他端点，都是有意义的。还应理解的是，本文公开了多个值，并且除了该值本身之外，每个值在本文中还公开为“约”该特定值。例如，如果值“10”被公开了，那么“约10”也被公开了。还应理解的是，两个特定单位之间的每个单位也被公开了。例如，如果10和15被公开了，那么11、12、13和14也被公开了。
如本文所使用的，术语“约”和“在或约”意味着所讨论的量或值可以是指定近似地或大约相同的一些其他值的值。如本文所使用，通常理解，除非另外指示或推断，否则标称值指示±5％的变化。该术语旨在表达相似值促进权利要求中叙述的等同结果或效果。也就是说，应当理解，量、尺寸、配方、参数和其他数量和特性不是并且不需要是精确的，而是可以根据需要是近似和/或更大或更小，这反映公差、转换因子、舍入、测量误差等和本领域技术人员已知的其他因素。一般而言，量、尺寸、配方、参数或其他数量或特性为“约”或“近似”，无论是否明确说明是这样。应当理解，除非另外明确说明，否则在定量值之前使用的“约”的情况下，参数还包括具体的定量值本身。
如本文所用，术语“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情形可发生或可不发生，并且该描述包括所述事件或情形发生的情况和其不发生的情况。例如，短语“任选的夹持器”意指该夹持器可被包括或可不被包括，并且该描述包括这样的器件，其包括夹持器和不包括夹持器。
如本文所使用的，术语“组合”包括掺合物、混合物、合金、反应产物和类似物。
公开了用于制备本公开的组合物的组分以及用于本文公开的方法内的组合物本身。本文中公开了这些以及其它材料，并且应该理解，当公开了这些材料的组合、子集、相互作用、群组等时，虽然无法明确公开这些化合物的每一种各种单独和共同组合和排列的具体提及，但其每一种均在本文中被具体考虑和描述。例如，如果公开和讨论了具体化合物并且讨论了可对包括该化合物在内的多种分子进行多种改动，则具体考虑该化合物的每种和每一种组合和排列以及可能的改动，除非具体相反指示。因此，如果公开了一类分子A、B和C以及公开了一类分子D、E和F和组合分子A-D的一个实例，那么即使每一种组合没有被单独陈述，但每一种组合也被单独地和共同地考虑，意味着认为组合A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E和C-F被公开。同样地，这些的任何子集或组合也已被公开。因此，例如，将认为A-E、B-F和C-E的子组已被公开。这种概念适用于本申请的所有方面，包括但不限于制备和使用本公开的组合物的方法中的步骤。因此，如果存在可执行的多个另外的步骤，则应该理解这些另外步骤中的每一个均可以以本公开方法的任何具体方面或方面组合来执行。
在说明书和权利要求中参考组合物或制品中的特定元素或组分的重量份指代在重量份表达的组合物或制品中元素或组分和任何其它元素或组分之间的重量关系。因此，在含有2重量份的组分X和5重量份的组分Y的混合物中，X和Y以2:5的重量比存在，并且，不论额外组分是否包含在该混合物中都以这样的比存在。
除非具体地陈述相反，否则组分的重量百分比是基于其中包括该组分的制剂或组合物的总重量。例如，如果说组合物或制品中具体元素或组分具有8重量％，那么应该理解，该百分比是相对于100％的总组成百分比。
在本公开的背景下，“最小化的”意思是降低至近可能最小程度。例如，在一些方面，化学和物理相互作用小于利用未涂布表面所发现的20％、10％或5％。术语“高通量”通常与稳态下实现至少80％产率的系统相关联。
本文所公开的每种材料或是可商购的和/或其生产方法是本领域技术人员已知的。
如本文所使用，“迟滞”是填充具有厚的和薄的部分的空腔的流动的局部减慢或完全停止。当通过创建平行流动路径给出选择时，聚合物熔体沿具有最低阻力的途径流动并因此趋向首先填充厚的部分，如，参见图1和2。这可以导致塑料在薄的部分停止或显著地减慢。一旦塑料开始减慢，其将更快速地冷却，所以粘度将增加。该较高粘度将抑制流动，进一步使得甚至更快冷却和所以问题是自我传播的。因此，聚合物在薄空腔的入口处被给定时间冷却以升高粘度和最终“冻结(freeze-in)”。当流动遇到薄的空腔部分，诸如开口20时，发生冻结11。如本领域技术人员所知的，当迟滞是不期望的并且导致成型缺陷时，通过在模具的末端或边缘处放置薄空腔可以克服该问题。
如本文所使用，“迟滞注射成型”指在注射成型期间迟滞的有利用途。具体地，如本文所使用的，使用注射成型技术利用封闭层二次成型包括一个或多个微通道的基层，和在注射成型封闭层期间，靠近微通道的迟滞导致在封闭层下面的开放的或半开的微通道。例如，成型基层，其包括一个或多个成型开槽，如，分别参见图9A-9C中的开槽20、21和22，其中在成型开槽的底部，成型微通道，如，参见图9A-9C中的微通道25。二次成型基层，从而形成封闭层，如参见图1，和在封闭层的成型过程期间迟滞可以部分地填充成型开槽，但使微通道开放。
如本文所使用，“微流体器件”指包括经由微通道彼此连接的至少一个入口和出口的器件。微流体器件可以进一步包括用于持续化学反应或分析的微室。微通道可以具有各种横截面形状，例如，圆形、矩形、半圆形或梯形横截面，但是不限于此。微流体器件可以进一步包括与一个或多个微通道和/或微室接触的传感器。芯片实验室或LOC是一类型的微流体器件。
如本文所使用，术语“芯片外(off-chip)”指可以与微流体器件集成或连接但是不形成其部分的结构、模块和其他零件，以及在微流体器件外或外部处理或加工试剂。
如本文所使用，术语“上游”指在微流体器件中零件是在与来自给定参考点的流体流动相反的方向中的模块。
如本文所使用，术语“下游”指在微流体器件中零件是在来自给定参考点的流体流动的方向中的模块。
除非本文中另外相反说明，否则全部测试标准是在本申请提交时有效的最近的标准。
应该理解本文公开的组合物具有某种功能。本文公开的是用于执行所公开功能的某种结构要求，并且应该理解存在能够执行与所公开结构相关的相同功能的多种结构，并且这些结构通常会实现相同的结果。
在一个方面中，本公开涉及通过公开的方法制作的微流体器件。
本公开的微流体器件可以包括入口和出口，或开口，其又可以连接至阀、管道、通道、室、注射器和/或泵，用于将流体引入微流体器件和从微流体器件提取流体。微流体器件可以进一步包括芯片外结构、模块和其他零件，其可以与微流体器件集成或连接但不形成其部分，以及在微流体器件外或外部处理或加工试剂。芯片外结构、模块或其他零件可以在微流体器件的上游和/或下游。
在一个方面中，本公开涉及具有基层和封闭层的微流体器件，其使用包括以下步骤的方法形成：成型其中形成有微通道的基层；放置邻接基层的表面并定位以叠覆至少部分微通道的平面阻挡物；和使用迟滞注射成型使材料被放置在基层上，从而创建配置为二次成型至少部分平面阻挡物和至少部分微通道的封闭层，其中与没有平面阻挡物的基本上类似的基层和微通道相比，平面阻挡物减少了材料进入微通道。
在一个方面中，本公开涉及芯片实验室器件，其包括通过公开的方法制作的微流体器件。
在一个方面中，本公开涉及芯片实验室器件，其包括：其中形成有微通道的基层；邻接基层的第一表面放置的传感器；邻接基层的第一表面放置以至少部分地覆盖传感器并相对于基层在适当位置固定传感器的覆盖层；和在与基层的第一表面相对的基层的第二表面上放置的迟滞成型的封闭层，其中封闭层包围至少部分微通道。
在一个方面中，本公开涉及诊断系统，其包括通过公开的方法制作的微流体器件。
在一个方面中，本公开涉及诊断系统，其包括：其中形成有微通道的基层；邻接基层的第一表面放置的诊断器件；邻接基层的第一表面放置以至少部分地覆盖诊断器件并相对于基层在适当位置固定诊断器件的覆盖层；邻接与第一表面相对的基层的第二表面放置并配置覆盖至少部分微通道的阻挡层；和在与基层的第一表面相对的基层的第二表面上放置的迟滞成型的封闭层，其中封闭层二次成型至少部分阻挡层并包围至少部分微通道。
在一个方面中，本公开涉及使用迟滞注射成型制作微流体器件的方法，其可以包括成型其中形成有微通道的基层；放置邻接基层的表面并定位以叠覆至少部分微通道的平面阻挡物；和使用迟滞注射成型使材料被放置在基层上，从而创建配置为二次成型至少部分平面阻挡物和至少部分微通道的封闭层，其中与没有平面阻挡物的基本上类似的基层和微通道相比，平面阻挡物减少了材料进入微通道。公开的方法可以进一步包括在封闭层中形成入口和出口中的一个或多个。方法可以还进一步包括在基层上二次成型覆盖层；和其中在基层上在与其包括平面阻挡物的基层表面相对的表面上形成覆盖层。
在另一方面，本公开涉及使用迟滞注射成型制作微流体器件的方法，方法包括：成型其中形成有微通道的基层；邻接基层的第一表面放置传感器；邻接基层的第一表面成型覆盖层以至少部分地覆盖传感器并相对于基层在适当位置固定传感器；和在与基层的第一表面相对的基层的第二表面上成型封闭层，其中封闭层包围至少部分微通道。
在一个方面中，本公开涉及使用具有迟滞注射成型的封闭层、阻挡层和诊断器件的诊断器件的方法，迟滞注射成型的封闭层配置为包围至少部分微通道，该方法包括：使流体穿过微通道，其中使该流体与诊断器件交界；和接收来自诊断器件的关于流体特性的信息。
在一个方面中，本公开涉及通过在包含开口以引起迟滞的基层和该开口的顶部上的半开微通道之间中施加膜而增加通过迟滞注射成型形成的微通道的最大宽度。虽然迟滞注射成型可以用来在基层100上形成封闭层110，从而形成对开口或微通道(如，开口20)的密封。然而，存在这样的情况，如，当期望宽通道其中通道宽度和基层厚度之间的纵横比过小时，当封闭层填充或近乎填充基层中的微通道或开口时。因此，封闭层阻塞或阻碍期望的微通道，而不是仅仅形成在基层中的微通道之上的密封或封闭。图1中显示了如果通道宽度和基层厚度之间的纵横比太小填充微通道的问题的示意性代表。图1中示意性地显示了使用迟滞创建在封闭层和微通道宽度之间具有相对低的纵横比的微通道的过程。在图1中所示的示意性代表中，每个图像显示了材料比如聚合物熔体10流的快照，其可以流动跨越基层100的表面，所述基层100包含至少一个成型开槽21(或开槽20或开槽22，其取决于成型开槽的几何形状)，所述至少一个成型开槽在其中成型有成型的微通道25。虽然提及聚合物流(如，聚合物熔体10)，但是其他材料和材料沉积技术可以被以类似方式使用。在一些方面中，聚合物包括但不限环烯烃共聚物、聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯或其组合。
常规地，当聚合物熔体10遇到小的成型开槽21(或开槽20或开槽22，其取决于成型开槽的几何形状)的开口时，发生聚合物熔体10流动进入成型开槽21的迟滞和在11中局部冻结产生。在11中的冻结处，聚合物熔体10的流速开始减慢，并且聚合物熔体10开始更快速地冷却，由此增加粘度。因此，到聚合物熔体10流动完成和封闭层110完全形成时，成型开槽21被部分地填充。然而，如果纵横比，即，成型开槽21的开口的宽度与基层100的厚度的比太小，那么成型开槽可以被近乎完全填充。
在一个方面中，本公开提供了当在基层中宽通道即低纵横比微通道是期望的时解决迟滞注射成型问题的巧妙且令人惊讶的方案。低纵横比可以是封闭层厚度与微通道宽度的比为4或约4或小于4。方案包括在具有低纵横比的微通道之上放置阻挡物30(如，条带(tape))，其在图2中示意性地显示。如所示的，聚合物熔体10流动跨越基层的表面100，该基层100包含一个或多个成型开槽20，该一个或多个成型开槽其中具有低纵横比。阻挡物30可以被放置在开口20之上，使得阻挡物30覆盖至少部分成型开槽20并延伸至基层100的周围表面。在某些方面，至少部分阻挡物30可以配置为粘附至基层100并由此在成型开槽20之上形成密封。因此，当聚合物熔体10遇到被阻挡物30覆盖的包括成形开槽20的区域，而不进入成型开槽20时，聚合物熔体10以最小迟滞或无迟滞流动跨越阻挡物的表面30。在一些方面中，当聚合物熔体10遇到阻挡物30时，可以存在阻挡物30进入成型开凿20的一些变形，如图2中所示。阻挡物30的变形程度可以取决于多个变量，诸如聚合物熔体10的温度，阻挡物30至基层100的粘附，以及阻挡物30的厚度或组成。本领域技术人员可以基于这些变量的考虑选择合适的阻挡物30。使用阻挡物来密封至少部分成型开槽20使聚合物熔体10流动允许在基层100中成型具有非常低的纵横比的通道，诸如微通道。
基层100可以具有约500微米(μm)至约2000μm的厚度。在一个方面中，基层100可以具有约800μm、约900μm、约1000μm、约1100μm或约1200μm的厚度。在进一步方面，基层100可以具有约1000μm的厚度。
微通道如25的宽度可以是约100μm至约1000μm。在一个方面中，微通道如25的开口的宽度可以是约100μm、约200μm、约300μm、约400μm或约500μm。
基层100的厚度与成型开槽或微通道——如开槽20、21、22或25的开口——的宽度的纵横比可以是约0.5至2.0。在一个方面中，基层100的厚度与成型开槽或微通道——开槽20、21、22或25的开口——的宽度的纵横比可以是约1.8、约1.9、约2.0、约2.1或约2.2。
封闭层110可以具有500μm至2000μm、或约500μm至约2000μm的厚度。在一个方面中，封闭层110可以具有800μm至900μm、或约800μm、约900μm、约1000μm、约1100μm、约1200μm的厚度。在进一步方面，封闭层110可以具有1000μm或约1000μm的厚度。
封闭层100的厚度与成型开槽或微通道——如，开槽20、21、22或25的开口——的宽度的比可以是约2至约40、或2至40。在一些实例中，封闭层100的厚度与成型开槽或微通道——如，开槽20、21、22或25的开口——的宽度的比可以是约2至约20、或2至20。在方面中，封闭层100的厚度与成型开槽或微通道——如，开槽20、21、22或25的开口——的宽度的比可以是约2至约10、或2至10。在一个方面中，基层100的厚度与成型开槽或微通道——如，开槽20、21、22或25的开口——的宽度的比可以是从约4至约15，例如，约5、约6、约7、约8、约9、约10、约11、约12、约13、约14或约15。在进一步方面，基层100的厚度与成型开槽或微通道——如，开槽20、21、22或25的开口——的宽度的纵横比可以是4至15，例如，5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15。在某些方面，封闭层100的厚度与成型开槽或微通道——如，开口20、21、22或25——的宽度的比可以是大于40或大于约40。
在一个方面中，基层中成型的开口或微通道可以具有不同的横截面几何形状。例如，如图9A中所示(和也如图1和2中所示)，在基层100中可以成型简单的开口20或微通道，其可以用封闭层110二次成型而被填充至不同的量。可选地，如图9B中所示，在基层100中可以成型三角形通道21，其中微通道25在三角形通道21的顶点处形成。在一些方面中，可以期望的是在基层100中成型半圆形或圆形通道22，其中微通道25在半圆形或圆形通道22的最深部分处成型，如图9C中所示。如果开口或微通道的宽度500与深度510的纵横比低，如小于约二，则在封闭层110的二次成型期间可能需要条带叠覆，诸如阻挡物(如，阻挡物30)。然而，在某些情况下，不需要阻挡物以维持通道内开口的体积，从而允许流体通过其流动。在某一方面，在通道之上二次成型封闭层110之后维持通道的总体积的约30％、约40％、约50％、约60％、约70％、约80％、约90％、或30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或介于之间的百分是有益的。在进一步实例中，微通道25可以直接在基层100的表面处而没有任何几何形状的微通道20。
在一个方面中，可以使用迟滞注射成型将材料放置在基层上，从而创建配置为二次成型至少部分平面阻挡物和至少部分微通道的封闭层，其中与没有平面阻挡物的基本上类似的基层和微通道相比，平面阻挡物减少材料进入微通道。基本上类似的基层和微通道可以指在不存在平面阻挡物的情况下具有相同的尺寸(诸如，例如，高度或深度、宽度和纵横比)的基本上类似的基层和微通道。
在一个方面中，本公开涉及微流体器件，其包括基层100——二次成型有封闭层110和覆盖层120，其可以包括传感器200或二次成型传感器200。图3中显示了示出具有这些方面的示例性器件的横截面图的示意图。如所示的，横截面图显示了封闭层封闭基层中的半开微通道。还显示的是并入封闭层110中的入口40和出口50端口。显示传感器200沿基层100的顶部接触微通道25。在制造过程中，传感器200可以与微通道一起放置(如，配置为接收穿过微通道的流体流)，随后二次成型覆盖层120以在适当位置固定传感器200。二次成型封闭层110和覆盖层120的顺序可以根据本领域技术人员的需要互换。可选地，可以同时发生110和120的二次成型。在二次成型封闭层110和覆盖层120后，提供包括传感器200的单片完全并入的微流体器件。
在某些方面，如图4中所提出的，基层可以包括基层的一个或多个表面内的微通道。聚合物熔体10可以流动跨越包含其中具有低纵横比的第一和第二成型开槽21、23的基层100的表面。第二聚合物熔体12可以流动跨越阻挡层的第二表面至第二成型开槽23。
在一个方面中，本公开涉及制造三分层的微流体器件的方法，其中制造方法包括单个模具，该模具包括具有三个空腔或工位的转台。简而言之，方法可以包括使用三个台板模具，三个台板模具包括固定模具半部(halve)和移动模具半部(half)中的三个不同空腔几何形状。模具的中间部分可以用来将半成产品转移至下个空腔。在第一空腔或工位中，成型具有半开微通道的基层。在成型开口后，转台将基层转移至第二工位或空腔。在成型封闭层之前，将传感器放置在基层的顶部，并使用夹持器保持在合适位置，夹持器包括夹持机构。在成型封闭层后，成型覆盖层并由此将传感器固定在合适位置。传感器的定位或经由手动定位模具或经由自动化定位机构。在成型覆盖层后，模具再次打开并且部分完成的产品被转移至过程的第三和最后空腔或工位。在第三步骤中，封闭层在基层的相对侧上被注射成型。如需要，如，微通道宽度和封闭层厚度之间的低纵横比，可以在基层中的开口的顶部上放置条带。然后模具关闭和封闭层在基层的顶部上被注射成型。覆盖层和封闭层的成型顺序也可以被互换。
制造三分层的微流体器件的方法示意性地显示在图5中，其中制造方法包括单个模具，该模具包括具有三个空腔或工位的转台。图5中所示每个图像显示了制造三分层微流体器件的方法中事件顺序的快照。在步骤1中，进行注射成型以提供基层100，其具有半开成型开槽21和半开微通道25，该开槽具有三角形横截面。在步骤2中，将传感器200定位在基层100的表面上与一个或多个成型开槽21接触。在步骤3中，注射成型被用于二次成型传感器200和在基层100的顶部上形成覆盖层120。如所示的，二次成型过程已经在覆盖层120内形成了覆盖层室400，其提供访问传感器200。覆盖层室400提供访问传感器200以允许调节或视觉检查。另外，覆盖层室400还允许传感器200环境的热管理，如，限定温度的热控制媒介，诸如气体或液体，可以被引入覆盖层室400以提供传感器200温度的控制。根据微流体器件的特定用途所需的，覆盖层室400中的热控制媒介可以根据时间改变，从而允许传感器环境中根据时间受控温度改变。覆盖层室400的另一优点是如果在与传感器200接触的微通道(一个或多个)中存在非预期的压力尖峰或过流，有助于管理变形而不损坏传感器200。步骤4和步骤5是任选的并取决于成型开槽21和封闭层110厚度之间的纵横比。在步骤4中，阻挡物30，诸如平面条带，被定位以覆盖一个或多个半开微通道21，如所示的。在步骤5中，包括夹持机构的夹持器60可以被任选地定位接触阻挡物30，从而在二次成型期间维持阻挡物30在适合位置。在步骤6中，注射成型被用于在基层100上二次成型封闭层110，如所示的，其中微通道25维持开放状态。如需要，在封闭层110的二次成型期间，可以形成入口和/或出口端口。
在一个方面中，本公开涉及包括由阻挡物30诸如平面材料(如，条带)形成的阀的微流体器件。即，使用阻挡物30来封闭/覆盖微通道或开口具有本文上面已经描述的进一步实用性。如本文中已经描述的，阻挡物30可以用于公开的方法中，其厚度和组成可以改变。例如，为了使用阻挡物30形成阀，选择标准是条带是柔性的。图6显示了具有由阻挡物30形成的三个阀的微流体器件。如所示，施加至阻挡物30的正向内压310致动阀以通过使柔性材料向内移动将阀关闭并封闭微通道，如所示的。相反，在不存在正向内压的情况下，形成阻挡物30的柔性材料不向内偏斜，和阀依然开放300。各种材料性质和压力可以配置为限制和/或有助于流体通过微通道的受控流动。
方面
公开的系统和方法包括至少下面的方面。
方面1.一种具有基层和封闭层的微流体器件，其使用包括以下步骤的方法形成：成型其中形成有微通道的基层；放置邻接基层的表面并定位以叠覆至少部分微通道的平面阻挡物；和使用迟滞注射成型使材料被放置在基层上，从而创建配置为二次成型至少部分平面阻挡物和至少部分微通道的封闭层，其中与没有平面阻挡物的基本上类似的基层和微通道相比，平面阻挡物减少了材料进入微通道。
方面2.一种具有基层和封闭层的微流体器件，其使用基本上由以下步骤组成的方法形成：成型其中形成有微通道的基层；放置邻接基层的表面并定位以叠覆至少部分微通道的平面阻挡物；和使用迟滞注射成型使材料被放置在基层上，从而创建配置为二次成型至少部分平面阻挡物和至少部分微通道的封闭层，其中与没有平面阻挡物的基本上类似的基层和微通道相比，平面阻挡物减少了材料进入微通道。
方面3.一种具有基层和封闭层的微流体器件，其使用基本上由以下步骤组成的过程形成：成型其中形成有微通道的基层；放置邻接基层的表面并定位以叠覆至少部分微通道的平面阻挡物；和使用迟滞注射成型使材料被放置在基层上，从而创建配置为二次成型至少部分平面阻挡物和至少部分微通道的封闭层，其中与没有平面阻挡物的基本上类似的基层和微通道相比，平面阻挡物减少了材料进入微通道。
方面4.根据方面1-3中任一项的微流体器件，其中基层的厚度与微通道的宽度的纵横比是约0.5至约2.5。
方面5.根据方面1-3中任一项的微流体器件，其中基层的厚度与微通道的宽度的纵横比是0.5至2.5。
方面6.根据方面4-5中任一项的微流体器件，其中基层的厚度与微通道的宽度的纵横比是约2。
方面7.根据方面4-5中任一项的微流体器件，其中基层的厚度与微通道的宽度的纵横比是2。
方面8.根据方面1-7中任一项的微流体器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比是2至40。
方面9.根据方面1-7中任一项的微流体器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比是约2至约40。
方面10.根据方面1-7中任一项的微流体器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比是2至20。
方面11.根据方面1-7中任一项的微流体器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比是约2至约20。
方面12.根据方面1-7中任一项的微流体器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比是从约10至约20。
方面13.根据方面1-7中任一项的微流体器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比是从10至20。
方面14.根据方面1-7中任一项的微流体器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比是约2至约10。
方面15.根据方面1-7中任一项的微流体器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比是从2至10。
方面16.根据方面1-15中任一项的微流体器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的比是约10。
方面17.根据方面1-15中任一项的微流体器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的比是10。
方面18.根据方面1-15中任一项的微流体器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的比是约4。
方面19.根据方面1-15中任一项的微流体器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的比是4。
方面20.根据方面1-19中任一项的微流体器件，其中平面阻挡物不包括条带。
方面21.根据方面1-20中任一项的微流体器件，其中微通道的宽度为约1μm至约500μm。
方面22.根据方面1-20中任一项的微流体器件，其中微通道的宽度为1μm至500μm。
方面23.根据方面1-22中任一项的微流体器件，其中平面阻挡物包括条带。
方面24.根据方面1-23中任一项的微流体器件，其中微通道的宽度大于约500μm。
方面25.根据方面1-23中任一项的微流体器件，其中微通道的宽度大于500μm。
方面26.根据方面1-23中任一项的微流体器件，其中微通道的宽度为约500μm至约1000μm。
方面27.根据方面1-23中任一项的微流体器件，其中微通道的宽度为500μm至1000μm。
方面28.根据方面1-27中任一项的微流体器件，其中材料包括聚合物。
方面29.根据方面1-28中任一项的微流体器件，其中聚合物是环烯烃共聚物、聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯或其组合。
方面30.根据方面1-29中任一项的微流体器件，其中微通道能够在其上已经二次成型封闭层后接收流体流。
方面31。根据方面1-30中任一项的微流体器件，其中封闭层包括其中形成的入口和出口中的一个或多个。
方面32.一种芯片实验室器件，其包括：其中形成有微通道的基层；邻接基层的第一表面放置的传感器；邻接基层的第一表面放置以至少部分地覆盖传感器并相对于基层在适当位置固定传感器的覆盖层；和在与基层的第一表面相对的基层的第二表面上放置的迟滞成型的封闭层，其中封闭层包围至少部分微通道。
方面33.一种芯片实验室器件，其包括：其中形成有微通道的基层；邻接基层的第一表面放置的传感器；邻接基层的第一表面放置以至少部分地覆盖传感器并相对于基层在适当位置固定传感器的覆盖层；和在与基层的第一表面相对的基层的第二表面上放置的迟滞成型的封闭层，其中封闭层包围至少部分微通道。
方面34.一种芯片实验室器件，其包括：其中形成有微通道的基层；邻接基层的第一表面放置的传感器；邻接基层的第一表面放置以至少部分地覆盖传感器并相对于基层在适当位置固定传感器的覆盖层；和在与基层的第一表面相对的基层的第二表面上放置的迟滞成型的封闭层，其中封闭层包围至少部分微通道。
方面35.根据方面32-34中任一项的芯片实验室器件，其中基层的厚度与微通道的宽度的纵横比是约0.5至约2.5。
方面36.根据方面32-34中任一项的芯片实验室器件，其中基层的厚度与微通道的宽度的纵横比是0.5至2.5。
方面37.根据方面32-34中任一项的芯片实验室器件，其中基层的厚度与微通道的宽度的纵横比是约2。
方面38.根据方面32-34中任一项的芯片实验室器件，其中基层的厚度与微通道的宽度的纵横比是2。
方面39.根据方面32-38中任一项的芯片实验室器件，进一步包括邻接基层的第二表面放置并定位以叠覆至少部分微通道的平面阻挡物，其中与没有平面阻挡物的基本上类似的基层和微通道相比，平面阻挡物减少了在成型封闭层期间材料进入微通道。
方面40.根据方面32-39中任一项的芯片实验室器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比是约2至约40。
方面41.根据方面32-39中任一项的芯片实验室器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比是2至20。
方面42.根据方面32-39中任一项的芯片实验室器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比是约10至约20。
方面43.根据方面32-39中任一项的芯片实验室器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比是10至20。
方面44.根据方面32-39中任一项的芯片实验室器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比是约10。
方面45.根据方面32-39中任一项的芯片实验室器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比是10。
方面46.根据方面32-39中任一项的芯片实验室器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比是约4。
方面47.根据方面32-39中任一项的芯片实验室器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比是4。
方面48.根据方面32-47中任一项的芯片实验室器件，其中微通道能够在其上已经二次成型封闭层后接收流体流。
方面49.根据方面32-48中任一项的芯片实验室器件，其中封闭层包括其中形成的入口和出口中的一个或多个。
方面50.根据方面32-49中任一项的芯片实验室器件，其中入口和出口中的一个或多个与至少部分微通道对齐以允许流体从其间穿过。
方面51.一种诊断系统，其包括：其中形成有微通道的基层；邻接基层的第一表面放置的诊断器件；邻接基层的第一表面放置以至少部分地覆盖诊断器件并相对于基层在适当位置固定诊断器件的覆盖层；邻接与第一表面相对的基层的第二表面放置并配置覆盖至少部分微通道的阻挡层；和在与基层的第一表面相对的基层的第二表面上放置的迟滞成型的封闭层，其中封闭层二次成型至少部分阻挡层并包围至少部分微通道。
方面52.一种诊断系统，其基本上由以下组成：其中形成有微通道的基层；邻接基层的第一表面放置的诊断器件；邻接基层的第一表面放置以至少部分地覆盖诊断器件并相对于基层在适当位置固定诊断器件的覆盖层；邻接与第一表面相对的基层的第二表面放置并配置覆盖至少部分微通道的阻挡层；和在与基层的第一表面相对的基层的第二表面上放置的迟滞成型的封闭层，其中封闭层二次成型至少部分阻挡层并包围至少部分微通道。
方面53.一种诊断系统，其基本上由以下组成：其中形成有微通道的基层；邻接基层的第一表面放置的诊断器件；邻接基层的第一表面放置以至少部分地覆盖诊断器件并相对于基层在适当位置固定诊断器件的覆盖层；邻接与第一表面相对的基层的第二表面放置并配置覆盖至少部分微通道的阻挡层；和在与基层的第一表面相对的基层的第二表面上放置的迟滞成型的封闭层，其中封闭层二次成型至少部分阻挡层并包围至少部分微通道。
方面54.根据方面51-53中任一项的诊断系统，其中阻挡层配置为与没有阻挡物的基本上类似的基层和微通道相比减少了封闭层进入微通道。
方面55.根据方面51-54中任一项的诊断系统，其中阻挡层配置为在压力下移动以控制通过微通道的流体流。
方面56.根据方面51-55中任一项的诊断系统，其中诊断器件包括传感器。
方面57.根据方面51-56中任一项的诊断系统，进一步包括配置为接收来自诊断器件的信息的计算器件。
方面58.根据方面51-57中任一项的诊断系统，其中信息涉及微通道中流动的流体的特性。
方面59.根据方面1-7中任一项的微流体器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比大于40。
方面60.根据方面1-7中任一项的微流体器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比大于约40。
方面61.根据方面32-39中任一项的芯片实验室器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比大于40。
方面62.根据方面32-39中任一项的芯片实验室器件，其中封闭层的厚度与微通道的宽度的纵横比大于约40。
实施例
本文中公开了本公开的详细实施方式；应当理解，公开的实施方式仅仅是可以以各种形式实施的本公开的示例。因此，本文中公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为教导本领域技术人员采用本公开的基础。下面的具体实例将使得能够更好地理解本公开。然而，它们仅仅是通过指导给出而不是暗示任何限制。
在不存在微通道的条带叠覆物的情况下，在二次成型的表面下形成微通道方面，进行初始试验，该微通道具有三角形开槽几何形状和微通道宽度和封闭层厚度之间相对高的纵横比。进行两组试验。图6显示了这些试验的结果，其中指示的包装压力和注射取向垂直于开槽的取向。在图7所示的第二组试验中，包装压力如所指示的和注射取向平行于开槽的取向。在这些试验中，在至90兆帕(MPa)的包装压力下，对于关于微通道取向垂直和平行的流二者，微通道依然是开放的，即，小于50％被填充。平行注射的评价显示了相比于半圆形开槽，使用三角形几何形状是有益的；在更高的包装压力下较大体积的微通道依然是开放的。
应当认识到，前面的描述提供了公开的系统和技术的实例。然而，考虑本公开的其他实施可以与前述实例在细节上不同。对本公开或其实例的参考引用旨在参考当时正在讨论的特定实例，并且不旨在更一般地暗示对本公开范围的任何限制。关于某些特征的区别和轻视的所有语言旨在表示缺乏对那些特征的优选，但除非另有说明，否则不完全将其排除在本公开的范围之外。

Claims (20)

1.一种具有基层和封闭层的微流体器件，其使用包括以下步骤的方法形成：
成型其中形成有微通道的所述基层；
放置邻接所述基层的表面并定位以叠覆至少部分所述微通道的平面阻挡物；和
使用迟滞注射成型使材料被放置在所述基层上，从而创建配置为二次成型至少部分所述平面阻挡物和至少部分所述微通道的所述封闭层，其中与没有所述平面阻挡物的基本上类似的基层和微通道相比，所述平面阻挡物减少了所述材料进入所述微通道。
2.根据权利要求1所述的微流体器件，其中所述基层的厚度与所述微通道的宽度的纵横比是约0.5至约2.5。
3.根据权利要求2所述的微流体器件，其中所述基层的厚度与所述微通道的宽度的纵横比是约2。
4.根据权利要求1所述的微流体器件，其中所述封闭层的厚度与所述微通道的宽度的纵横比是约10至约40。
5.根据权利要求4所述的微流体器件，其中所述封闭层的厚度与所述微通道的宽度的纵横比是约10。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的微流体器件，其中所述平面阻挡物不包括条带。
7.根据权利要求6所述的微流体器件，其中所述微通道的宽度为约1μm至约500μm。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的微流体器件，其中所述平面阻挡物包括条带。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的微流体器件，其中所述微通道的宽度大于约500μm。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的微流体器件，其中所述微通道的宽度为约500μm至约1000μm。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的微流体器件，其中所述材料包括聚合物。
12.根据权利要求11所述的微流体器件，其中所述聚合物是环烯烃共聚物、聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯或其组合。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的微流体器件，其中所述微通道能够在其上已经二次成型封闭层后接收流体流。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的微流体器件，其中所述封闭层包括其中形成的入口和出口中的一个或多个。
15.一种芯片实验室器件，其包括：
其中形成有微通道的基层；
邻接所述基层的第一表面放置的传感器；
邻接所述基层的所述第一表面放置以至少部分地覆盖所述传感器并相对于所述基层在适当位置固定所述传感器的覆盖层；和
在与所述基层的所述第一表面相对的所述基层的第二表面上放置的迟滞成型的封闭层，其中所述封闭层包围至少部分所述微通道。
16.根据权利要求15所述的芯片实验室期间，其中所述基层的厚度与所述微通道的宽度的纵横比是约0.5至约2.5。
17.根据权利要求16所述的芯片实验室期间，其中所述基层的厚度与所述微通道的宽度的纵横比是约2。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的芯片实验室器件，进一步包括邻接所述基层的所述第二表面放置并定位以叠覆至少部分所述微通道的平面阻挡物，其中与没有所述平面阻挡物的基本上类似的基层和微通道相比，所述平面阻挡物减少了在成型所述封闭层期间材料进入所述微通道。
19.根据权利要求15-18中任一项所述的芯片实验室器件，其中所述封闭层的厚度与所述微通道的宽度的纵横比是约10至约20。
20.根据权利要求19所述的芯片实验室期间，其中所述封闭层的厚度与所述微通道的宽度的纵横比是约10。
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