CN110407158A - 微流体单元及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造微流体单元(1)的方法，其中，如此结构化厚度最大为700微米的盘状玻璃元件(3)，使得玻璃元件具有至少一个开口(10)，开口连接玻璃元件的两个相对布置的平行侧面(30、31)，并且玻璃元件(3)的侧面(30、31)中的每一个均附接到玻璃部件(5、7)，从而通过两个玻璃部件(5、7)封闭开口(10)，并形成具有空腔(9)的微流体单元(1)，空腔被封闭在两个玻璃部件(5、7)之间并且适于传送流体，其中通过优选地涂覆在玻璃元件(3)的侧面(30、31)上的粘合剂(12)进行玻璃元件(3)到两个玻璃部件(5、7)中的至少一个的附接，其中，在涂覆粘合剂(12)期间，玻璃元件(3)中的至少一个开口(10)不具有粘合剂。

Description

微流体单元及其制造方法
技术领域
本发明总体上涉及微流体单元(Mikrofluidikzelle)，例如应用在分析学中的不同目的微流体单元。本发明具体地涉及由玻璃制成的微流体单元。
背景技术
在“芯片实验室”系统的意义上的微流体单元是一种用于生物化学分析或医学分析的工具，其变得越来越普遍并且被越来越多地应用。通过使添加的物质与引入到微流体单元的内部中的生物分子和系统发生分子特异性反应，而可以借助于光学传感器实现从分子识别到DNA测序的任务。
微流体单元的最简单形式是通过将结构化有通道的底部部分与具有通道访问入口的盖组合来实现。在现有技术中，他们由聚合物例如通过注塑工艺制成。相应的布置例如由EP 2 719 460 B1和DE 10 2011 085 371 A1已知。
通过由两个聚合物构件制造微流体单元产生以下缺点：
-聚合物通常对所用溶剂不耐受或导致与引入的生物分子的非特异性反应(生物兼容性)。
-聚合物的自发荧光以及有限透明度影响或干扰在检测荧光标记物质期间的读出质量。
-另外，聚合物表面也仅限于利用生物标记实现的功能化。
作为对此的一个方案，已经提出了由三个构件制造微流体单元，其中下部构件和上部构件由玻璃构成，并且因此允许高度的功能化。另外，通道结构利用有机聚合物构件或硅酮构件形成，有机聚合物构件或硅酮构件例如借助于在结构化之前已经涂覆的粘合剂附接到上部部件和下部部件。在EP 2 547 618 B1中描述了聚合物构件，在公报JP 2013188677 A2和CN 103992948 B中描述了由硅酮制成的元件。由EP 3037826 A1还已知一种微流体单元，该微流体单元具有在两个玻璃基底之间由弹性体层制成的夹层。例如，通过将借助电晕放电激活的表面直接键合来进行附接。EP 3088076 A1也描述了多层单元，其中通道结构被嵌入在硅酮层中。
然而，由玻璃制成的材料和聚合物材料的组合具有以下缺点：在分析期间，经受不同温度循环的构件的不同热膨胀系数会导致变形并且在极端情况下导致单元不具有密闭性。此外，借助这种方法无法解决生物相容性和自发荧光的问题。
此外，在由塑料材料制成的中间层的情况下，存在的问题是，由于塑料材料的刚度差，因此在下部和上部被接合在一起时，仅能根据下部部件和上部部件的结构不充分地调节通常非常薄且长的通道结构。因为仅能通过生产同时具有多个单元的较大衬底来实现成本有效的生产，因此还增大了调整问题。
可能的是，由三个玻璃构件组装成特殊的微流体单元。然而，这需要费时且昂贵的结构化工艺。
由US 2008219890 A还已知一种微流体单元，该微流体单元由两个利用粘合剂层接合在一起的构件组成。然而，在该情况下，如果构件由玻璃制成，则该构件必须通过复杂的光掩模和蚀刻工艺进行结构化。
由现有技术已知各种用于玻璃的结构化工艺。一方面，经由蚀刻工艺在玻璃中引入结构。为此使用前置掩模工艺，前置掩模工艺保护未被蚀刻的玻璃部分。此外，也可通过优先蚀刻来使玻璃改性。这例如使用商品名为“Foturan”销售的可光结构化玻璃就是这种情况。
另一方面，在过去几年中，还使用了基于激光的结构化工艺。为此已知的是消融方法以及丝化方法。
在选择合适的结构化工艺时的重要标准是处理过程所产生的成本以及所获得的玻璃构件的抗断裂性。
作为用于制造微流体单元的键合方法，除了例如在US 9446378 B中描述的高温键合工艺之外，本领域技术人员还已知阳极键合方法、直接键合方法(例如在EP 3088076 A1中描述)和激光键合方法(例如在US 9517929 B中描述)。这些键合方法的共同缺点是，它们对于待被键合的玻璃衬底提出了很高的要求。这些玻璃衬底必须具有高的表面平坦度和小的厚度公差，以便能够制造完全闭合的通道结构。此外，表面必须完全没有小至单数μm范围的颗粒。因此，这些制造工艺不允许经济地批量制造。高温键合的另一缺点例如是单元仅在所述部分接合在一起之后才提供生物标记。
发明内容
本发明的目的是提供一种对现有技术中的上述缺点进行改进的微流体单元。尤其是，该微流体单元应尽可能无塑料并且与当前由玻璃制成的单元相比可以更简单地制造。该目的通过独立权利要求的主题实现。本发明的有利实施例在相应的从属权利要求中给出。
根据本发明，如下实现上述目的的方案，即：微流体单元由三个玻璃构件制成，其中中间构件(本文也称为内插件)由结构化的薄玻璃构成并且在结构化之后借助于涂覆在两侧的粘合剂而结合到盖和底部。因此所有三个构件都是由惰性的、不发荧光的并且易于功能化的材料制成。没有出现由于不同大小的热膨胀而产生的应力。通过使用粘接技术，可以容易地确保单元的密闭性。通过将粘合剂涂覆到结构化构件上，可以在将构件接合到一起之前以单独并且全表面的方式在底部以及盖的面向单元的表面上设置生物标记。
此外，粘接技术使得能够将小颗粒捕捉在粘合剂中并且由此不进一步干扰结合过程，由此确保单元保持密闭。因此使得对工艺环境的纯度的要求相应较低。
根据本发明的方法尤其设置成如此结构化厚度最大为700微米、优选最大为500微米的盘状玻璃元件，使得玻璃元件具有至少一个开口，该开口连接玻璃元件的两个相对布置的平行侧面，并且玻璃元件的每个侧面均与玻璃部件接合，从而通过两个玻璃部件封闭开口，并且形成具有空腔的微流体单元，空腔被封闭在另外的玻璃部件之间并且适于传送流体，其中，通过涂覆的粘合剂进行玻璃元件到两个玻璃部件中的至少一个的附接，其中，在涂覆粘合剂期间，玻璃元件中的至少一个开口不具有粘合剂。粘合剂优选地被涂覆在玻璃元件的侧面上。然而，也可在玻璃部件的对应表面上施加结构化。
优选地，对于中间的玻璃元件甚至使用更薄的玻璃，即：厚度最大为300微米、例如210微米以下。甚至可以将100微米或更薄、例如最大为70μm的玻璃结构化并且可以将其用作微流体单元的玻璃元件。对于特别小的结构，也可将最大为70μm、优选最大为50μm、或者甚至仅最大为30μm的最薄玻璃接构化成具有开口。这种方法获得了包括厚度最大为700微米、优选最大为300微米的盘状玻璃元件的微流体单元，如此结构化玻璃元件，使得玻璃元件具有至少一个开口，该开口连接玻璃元件的两个相对布置的平行侧面，其中玻璃元件的侧面中的每一个均将被附接到玻璃部件，从而通过两个玻璃部件封闭开口，并且存在空腔，该空腔被封闭在两个玻璃部件之间并且适于传送流体，其中，玻璃元件通过粘合剂层附接到两个玻璃部件中的至少一个，其中粘合剂层空置出玻璃元件中的至少一个开口。
尤其是，在本发明的改进方案中，设置成将玻璃元件结构化成包括具有长形形状的开口，从而当通过玻璃部件封闭开口时，产生了呈载流通道形式的空腔。对于上述微流体单元，可以使用各种结构化方法，以在玻璃元件中形成一个或多个开口。下面进一步描述利用激光器辅助的蚀刻工艺进行的优选结构化，但是，也完全可以使用其他合适的结构化方法。一种方案包括将超薄的结构化玻璃(例如厚度为100μm)的将经受粘接结合的表面在没有损伤(例如发丝裂缝、玻璃断裂)的情况下提供粘合剂，使得仅仅使结合面或主要使结合面被涂布，而形成通道壁的侧面不被涂布，结构化玻璃的将经受粘接结合的表面具有宽度小至几百微米的横档件以及长度为几厘米(1-20cm)的通道结构。这是有利的，因为多余的粘合剂可能干扰微流体单元中的反应。为此，在本发明的改进方案中，设置成借助于结构化的涂覆方法、尤其印刷方法来进行粘合剂的涂覆，其中，将粘合剂选择性地涂覆在侧面上，使得在玻璃元件中的开口上延伸的区域空置出。作为结构化的印刷方法尤其合适的是移印、丝网印刷、模版印刷、喷墨印刷或其他计算机控制的阀射流方法、借助于结构化的卷进行的卷涂布或卷对卷涂布、分配或压印转印。
特别优选地，将两个玻璃部件粘接结合到玻璃元件。然而，也能够将玻璃元件与两个玻璃部件中的一个粘接结合与附接另一玻璃部的另一方法相结合。例如，玻璃部件中的一个也可以被焊接、阳极键合、直接键合或利用玻璃焊料焊接到玻璃元件上。
通常，硅酮、环氧树脂，丙烯酸酯或聚氨酯适合作为粘合剂或其组成成分。根据另一有利的实施例，使用压敏接触粘合剂。
通常，还优选的是，使用低荧光粘合剂、特别是没有荧光的粘合剂。这降低了在微流体单元上进行荧光测量期间的背景信号。
为了防止任何粘合剂进入开口中，特别有利的是，如此进行粘合剂的印刷，使得空置区域大于开口，从而涂覆的粘合剂层的边缘与开口的边缘间隔开、尤其是后移(zurückgesetzt)。
通常，与粘合剂涂覆方式无关地，在任何情况下都优选的是，如此涂覆粘合剂，使得开口的边缘不保留粘合剂。
根据另一实施例，涂覆预先结构化有凹部的塑料膜。塑料膜因此形成粘合剂层。尤其是，这种塑料膜能够设置有压敏粘附剂或所谓的PSA(“压敏粘合剂”)，以将玻璃元件粘接结合到相应的玻璃部件。根据另一实施例，在呈可除去的支撑件的形式的带材料上使用压敏粘附剂。这种支撑件也称为“衬垫”。因此，能够将具有压敏粘合剂的衬垫施加到玻璃元件或玻璃部件上，然后将其剥离，从而仅压敏粘合剂保留在玻璃元件或玻璃部件上。因此，衬垫表现为带材料、通常为膜，该带材料对压敏粘合剂呈现出较小粘性。使用衬垫是有利的，以降低在使用压敏粘合剂时粘合剂结合的层厚度。
此外，有利的是，粘合剂层厚度至少在玻璃的厚度变化的数量级上。然而，另一方面，粘合剂厚度的变化应限制到最大20％、优选最大10％，从而能够确保密闭性。
此外，有利的是，如此设计印刷方法，使得将粘合剂层中的裂纹限制在小于相应结构的最小横档件宽度的尺寸，即，例如，小于相邻通道的最小间距的尺寸。
该方法尤其与基于激光器的结构化方法相结合而适于制造单元的载流结构。根据本发明的另一方面，为此提供了一种用于制造微流体单元的方法，其中如此结构化厚度最大为300微米的盘状玻璃元件，使得玻璃元件具有至少一个开口，开口连接玻璃元件的两个相对布置的平行侧面，其中，玻璃元件的侧面中的每一个均将被附接到玻璃部件，从而通过两个玻璃部件封闭优选长形开口，并且形成具有空腔的微流体单元，空腔被封闭在两个玻璃部件之间且适于传送流体，其中，通过以下方式在玻璃元件中形成开口：
–将超短脉冲激光器的激光束引导到玻璃元件的侧面中的一个上，并且通过使用聚焦光学器件，将激光束聚集成玻璃元件中的长形焦点，其中，由于激光束的照射能量，而在玻璃元件的体积中产生丝状损伤，丝状损伤的纵向方向横向于侧面、特别是垂直于侧面延伸，并且为了产生丝状损伤，超短脉冲激光器发射出一个脉冲或包含至少两个连续的激光脉冲的脉冲包，并且其中在嵌入丝状损伤之后，将玻璃元件暴露于蚀刻介质，蚀刻介质以优选小于8μm每小时的去除速率去除玻璃元件的玻璃，并且将丝状损伤拓宽以形成通道。通常，蚀刻方法在通道的壁中嵌入修圆的圆顶形凹陷部。盘状玻璃元件与两个玻璃部件的附接能够如上所述通过粘接结合、尤其借助于结构化的粘合剂涂覆来形成。然而，通常也可想到其他附接方法，例如阳极键合、直接键合或激光焊接。
通过使用前述方法，也可以产生用于形成通道的较大开口、尤其是长形开口。为此，在本发明的改进方案中，设置了并排地产生大量嵌入的丝状损伤，并且通过蚀刻充分地增大通道的直径，直至通道之间的玻璃被去除并且将通道结合。
附图说明
下面参照附图更详细地描述本发明。
图1是微流体单元的分解示意图。
图2是微流体单元的元件的剖面图。
图3示出了根据图2的呈组装形式的元件。
图4示出了用于涂覆粘合剂的布置。
图5示出了因为准备嵌入开口而用于对玻璃元件进行激光处理的设备。
图6示出了具有嵌入的丝状损伤的玻璃元件。
图7示出了具有沿着丝状损伤嵌入的通道的玻璃元件。
图8示出了在去除一部分之后图7中的玻璃元件3。
图9示出了图7中的玻璃元件的变型方案。
图10和图11以不同的放大率示出了玻璃元件的边缘的电子显微镜图像。
图12和图13示出了在利用各种激光器参数嵌入的在另一玻璃中的通道的电子显微镜图像。
图14和图15以不同的放大率示出了玻璃元件的边缘的电子显微镜图像。
图16示出了在两个开口之间具有横档件的玻璃元件的一部分。
图17示出了具有由横档件保持的结构的玻璃元件。
图18示出了具有多层结构的微流体单元。
图19示出了本发明的具有连接两个空腔的凹部的变型方案。
图20示出了在玻璃元件中具有凹部的另一变型方案。
图21示出了具有丝状损伤的玻璃元件。
图22以俯视图示出了具有丝状损伤的图案的玻璃元件。
图23示出了用于在玻璃元件中嵌入丝状损伤的布置。
具体实施方式
图1示出了例如可借助于本发明制造的微流体单元1的分解图。微流体单元1包括盘状玻璃元件3，玻璃元件3的侧面附接到两个玻璃部件5、7，玻璃部件5、7通常同样是盘状的。在不对示出的示例进行任何限制的情况下，根据本发明的一个实施例提供了玻璃部件5、7形成微流体单元1的底部和盖。为了在分解图中突出部件的结构，使盘状玻璃元件3和玻璃部件5、7彼此分开地示出。
如在图中可见，盘状玻璃元件3具有多个相邻布置的长形开口10。开口10分别通过狭窄腹板或横档件19彼此部分地分开。如果将玻璃部件5、7附接到盘状玻璃元件3，则长形开口10通过两个玻璃部件5、7封闭，并且形成空腔，空腔尤其形成对应于开口10的形状、在沿着玻璃元件3的侧面的方向上延伸的长形通道。
非常薄的横档件19甚至能够利用粘合剂印刷。在本发明的一个实施例中，设置了提供具有至少两个相邻地延伸的开口10的玻璃元件3，开口10通过横档件19彼此分离，横档件的最小宽度最大为400μm，其中，玻璃元件3的横档件通过使用粘合剂附接到玻璃部件5或7。在示出的示例中，形成了一组开口10，这些开口通过横档件19分离，横档件宽度为300μm。为了进一步确保紧密附接并且为了防止或至少减少在由开口形成的空腔的壁上进入任何粘合剂，优选的是，横档件的最小宽度至少为50μm。
为了将玻璃部件5、7附接到盘状玻璃元件3，因此设置成在待被附接的表面上涂覆粘合剂。优选地，至少为了附接到玻璃部件5、7中的一个，而在盘状玻璃元件3上涂覆粘合剂。然而，也能够在待被附接的玻璃部件5或7的对应表面上涂覆粘合剂。
如根据图1进一步可见，玻璃部件5、7中的至少一个具有开口40。通常，如在示出的示例中以及根据微流体单元1的设计，存在多个这种开口40。开口40用作流体的填充开口并因此分别对应于玻璃元件3中的至少一个开口10。
因此，在本发明的改进方案中，在不对示出的示例进行任何限制的情况下，设置成在其中至少一个玻璃部件中存在开口40，或在玻璃部件5、7中嵌入开口40，其中，玻璃部件5、7与玻璃元件结合，使得开口40形成与玻璃元件3中的开口10的连接，并且因此当将玻璃元件3封闭到两个玻璃部件5、7时在由玻璃元件3中的开口10产生的空腔中形成载流连接。例如，呈长形形状的开口10能够形成呈薄通道形式的空腔9，在玻璃部件5、7中的开口40处提供的流体沿着空腔被传送。在一个示例性实施例中，作为玻璃元件3，将厚度为80微米的插入件粘接地结合到厚度为0.7毫米的作为盖的玻璃元件5以及厚度为0.3毫米的作为底部的玻璃元件7。
图2以剖面图示出了微流体单元的各个部分，即：接合在一起之前的玻璃元件3和玻璃部件5、7，玻璃部件5、7形成单元的盖和底部。图3示出了呈组装形式的根据图2的元件，即：由玻璃部件5、7和玻璃元件3形成的微流体单元1。
玻璃元件3与两个玻璃部件5、7的附接通过涂覆的粘合剂12来产生。在涂覆粘合剂12期间，在玻璃元件3中不具有开口10。由此防止粘合剂到达开口10的边缘11并且结果在单元制造完成之后粘合剂存在于由开口形成的空腔9中。粘合剂12被涂覆为薄的粘合剂层。在示出的实施例中，在玻璃元件3的两侧上进行涂覆。然而，也可想到的是，将针对玻璃部件5、7上的一个或两个接合部涂覆粘合剂。然而，在任何情况下，都如此涂覆粘合剂，使得开口10的边缘(其之后形成利用开口10产生的空腔的侧壁)不具有粘合剂。
粘合剂层15也能够作为粘附膜被涂覆，例如，作为利用压敏粘合剂提供的膜被涂覆。
通常，可能期望的是，预先制造具有粘合剂层15的玻璃元件3，并且在之后才将玻璃部件5、7接合到玻璃元件3。这例如在玻璃部件5、7中的一个或两个被提供有生物标记或者通常提供有生物功能分子(生物标记或者生物功能分子因此在附接之后能够粘附到空腔9的壁并且能够与加入的流体的组成部分反应)时是这种情况。由此通常形成这样的微流体单元1：玻璃元件3通过粘合剂层15附接到玻璃部件5、7中的至少一个，其中粘合剂层15具有围绕至少一个开口10不具有粘合剂的区域13，从而由玻璃部件5、7形成的空腔9的壁的部分不具有粘合剂层15，并且其中至少空腔9的壁的该部分被提供有粘附的生物功能分子、尤其生物标记。如果生物功能分子被涂覆在整个表面上，则生物功能分子也位于粘接地结合的区域中，然而，生物功能分子在此处当然不会与待处理的流体接触。
例如为了能够与单独提供的玻璃部件5、7稍后进行粘接结合，本发明还涉及用于制造微流体单元1的中间产物，微流体单元1具有厚度最大为700微米的盘状玻璃元件3，该玻璃元件3被结构化为使得其具有至少一个开口10，该开口10连接玻璃元件3的两个相对布置的平行侧面30、31，其中两个侧面30、31中的每一个均提供有粘合剂层15，以便将侧面30、31附接到玻璃部件5、7，从而封闭开口10并且形成具有适于传送流体的空腔9的微流体单元1，其中粘合剂层15不涂覆到玻璃元件3中的至少一个开口10。
如根据图2可看出，可如此进行粘合剂12的印刷，即：使得不具有粘合剂的区域13大于对应的开口10，从而涂覆了粘合剂层15的边缘16与相应开口10的边缘11间隔开，并且尤其是涂覆了粘合剂层15的边缘16被后移。由此防止粘合剂在压力下侧向散开而进入开口10中。
通常，薄的粘合剂层15是优选的。根据本发明的一个实施例，优选的是，以最大50μm的厚度、优选最大20μm的厚度涂覆粘合剂12。然而，如上所述，有利的是，粘合剂层的厚度至少为玻璃厚度变化的数量级。通常，优选的是，涂覆的粘合剂层的厚度至少为2μm。
图4示出了用于将粘合剂层15涂覆到玻璃元件3上或涂覆到玻璃部件5、7中的一个上的布置。借助结构化的印刷方法涂覆粘合剂12，其中粘合剂被选择性地涂覆到玻璃元件的相应侧面30、31上，而空置出在玻璃元件3中的开口10上延伸的区域13。为此，根据本发明的一个实施例，使用具有通过计算机20致动的印刷头18的印刷设备17。印刷头尤其能够为喷墨印刷头，其在玻璃元件3上运动并且逐滴地分配粘合剂。计算机如此控制印刷头，即：使得长形开口10所在的区域13不被印刷。例如，印刷头能够在玻璃元件3上沿着曲折路径运动，其中印刷头在横梁处来回运动并且该横梁或另选地玻璃元件3被逐行地转移。
如图所示，区域13能够保持为比开口10大，从而空置区域的边缘稍微与开口10的边缘11间隔开。除了具有喷墨印刷头的实施例之外，也可使用其他方法。其他打印方法是移印、丝网印刷、模版印刷、卷涂布或卷对卷涂布、分配、压印转印。特别适用于较大单位数量的印刷方法例如是移印和丝网印刷。在示例性实施例中，为了借助丝网印刷制造诸如在图1中示出的微流体单元的结构，而在玻璃元件3的两侧涂覆粘度为9600mPa·s的丙烯酸酯粘合剂。通过使用定位标记48，不仅可使玻璃元件3相对于玻璃部件5对准，而且也可使丝网印刷掩模相对于微流体单元的结构对准。
粘合剂的粘度通常也能够根据印刷方法来调整。由此，对于移印，较低的粘度(例如在大约300mPa·s的范围中)是优选的。在图4种举例示出的喷墨方法中，甚至更低的粘度(优选低于50mPa·s)是优选的。
本发明的优选实施例设置成涂覆可光固化的、优选可UV固化的粘合剂12。然后能够以光、优选UV光穿过玻璃部件5、7中的一个照射粘合剂12，使得粘合剂被硬化，并且将玻璃部件、或在双面涂覆的情况下两个玻璃部件5、7稳固地粘接结合到玻璃元件3。也能够可UV固化的合适的粘合剂是含硅酮的粘合剂、环氧树脂和丙烯酸酯。
下面描述玻璃元件3的结构化的优选实施例，以引入一个或多个长形开口10。通过以下方式产生玻璃元件3中的开口10：
–将超短脉冲激光器29的激光束27引导到玻璃元件3的侧面30、31中的一个上，并且通过使用聚焦光学器件23将激光束27聚集成玻璃元件3中的长形焦点，其中通过激光束27的照射能量，在玻璃元件1的体积中产生丝状损伤32，丝状损伤的纵向方向横向于侧面30、31、特别是垂直于侧面30、31延伸，并且为了由超短脉冲激光器29产生丝状损伤，发射一个脉冲或包含至少两个连续的激光脉冲的脉冲包，并且其中在嵌入丝状损伤32之后；
–将玻璃元件3暴露于蚀刻介质，蚀刻介质以优选小于8μm每小时的去除速率去除玻璃元件3的玻璃；以及
–将丝状损伤32拓宽而形成通道41；以及
–在通道的壁中引入修圆的圆顶形凹陷部。
在图5中，示出了用于激光加工设备20的示例性实施例，借助激光加工设备，能够在玻璃元件3中形成嵌入的丝状损伤32，以便随后在蚀刻工艺中，在丝状损伤32的部位处嵌入通道。设备21包括超短脉冲激光器29，超短脉冲激光器29具有上游聚焦光学器件23和定位装置47。通过使用定位装置47，能够将超短脉冲激光器29的激光束27的入射点73侧向地定位在待加工的平板状玻璃元件3的侧面30上。在示出的示例中，定位装置47包括x-y台架，玻璃元件3将侧面31放置在x-y台架上。然而，可替代地或额外地，也可将光学器件构造成可运动的，以便使激光束27运动，从而在玻璃元件3被保持就位的情况下能够使激光束27的入射点73运动。
聚焦光学器件23然后将激光束27聚焦以形成沿光束方向、即因而横向于并且尤其垂直于被照射的侧面30的长形焦点。这种焦点例如能够借助锥形透镜(所谓的轴棱镜)或具有大的球面像差的透镜产生。优选地借助于设定成运行程序的计算装置45来进行定位装置47和超短脉冲激光器29的控制。以这种方式，可以产生沿着侧面30侧向地分布的丝状损伤32的预定图案，这尤其通过优选地从文件中或经由网络读取位置数据来实现。
根据一个示例性实施例，能够针对激光束使用下列参数：
激光束的波长为1064nm，该波长通常用于YAG激光器。产生原束直径为12mm的激光束，然后利用焦距为16mm的呈双凸透镜形式的透镜将激光束聚焦。超短脉冲激光的脉冲长度小于20ps、优选约10ps。以两个或更多个脉冲、优选四个或更多个脉冲的脉冲串(Burst)发送脉冲。脉冲串频率为12-48ns、优选为约20ns，脉冲能量为至少200微焦耳，并且脉冲串能量相应地至少为400微焦耳。
随后，在嵌入一个或尤其多个丝状损伤32之后，移除玻璃元件3并将其放置在蚀刻浴中，在蚀刻浴中，以慢速蚀刻过程，沿着嵌入的丝状损伤32移除玻璃，使得在这种嵌入的损伤32的部位处，分别在玻璃元件3中嵌入通道。
在不限于任何特定的示例性实施例的情况下，通常，优选的是碱性蚀刻浴具有>12的pH值，例如，包含>4mol/l、优选>5mol/l、特别优选>6mol/l然而<30mol/l的KOH溶液。根据本发明的一个实施例，与使用的蚀刻介质无关，在蚀刻浴的温度>70℃、优选>80℃、并且特别优选>90℃下进行蚀刻。利用碱性蚀刻浴进行蚀刻导致形成圆顶形凹陷部的结构。然而，也可使用酸性蚀刻介质进行蚀刻。
图6示出了具有多个嵌入的丝状损伤32的玻璃元件3的侧面30的俯视图，嵌入的丝状损伤32以特定的图案布置，其能够通过对定位装置47和超短脉冲激光器29进行的上述计算机控制的致动而被刻划到玻璃元件3中。特别是，嵌入的丝状损伤32在该情况下例如沿着呈闭合矩形线的形状的预定路径形成在玻璃元件3中。线的角部也可稍微修圆。本领域技术人员清楚的是，通过使用该方法，不仅能够以矩形路径行进，而且能够以任意期望形状的路径行进。丝状线的布置对应于待被嵌入玻璃元件中的长形开口的轮廓。
图7示出了在随后的蚀刻步骤之后的玻璃元件3。取代嵌入的丝状损伤32，现在具有通道41，通道41沿着预定路径彼此紧邻地布置和对准。玻璃元件3用阴影线表示，以便在图上区分开口的元素，因为开口也由通道41表示。
沿着由激光器行进的路径彼此紧邻地嵌入的通道41然后能够用作期望的断裂部位，以释放玻璃元件3的一部分或者以沿着该路径分离玻璃元件，从而获得开口10。
图8示出了在沿着路径分离之后的玻璃元件3。因为通道41沿着闭合的分离线(其在此处示例性为矩形的)布置，因此，分离使得释放玻璃元件3的内部部分并且使得在玻璃元件3中产生开口10。
非常普遍地，在不对特定的示例性实施例进行任何限制的情况下，沿着一个或多个通道41的分离因此使得产生具有通道41的平板状玻璃元件3，通道41在侧面上敞开并且形成开口10的边缘100的一部分。
此外，如在图7中所示，在通道41之间仍然存在玻璃元件。相应地，内部部分和周围的玻璃元件3在蚀刻之后仍然彼此附接。然后，例如通过折断进行最终分离。由于通过相邻布置的通道41产生的穿孔，因此，玻璃元件3沿着对准的通道41的路径折断。通常，在不对示出的示例进行任何限制的情况下，以这种方式产生边缘100，如在图8中所示，对于边缘100，在通道41之间延伸有平坦的边缘区段101。在该情况下，平坦的边缘区段101在玻璃断裂期间形成在通道41之间。
为了释放玻璃元件3中的内部部分和/或为了在玻璃元件3中产生开口10，前述方法的变型方案特别适用。本发明的该实施例基于以下事实：由于蚀刻，将通道41的直径增大至通道41之间的玻璃被去除并且通道41接合的程度。
图9示出了其中在蚀刻期间通道41侧向接合的玻璃元件3。如在图8的示例的情况下，通道41沿着闭合路径彼此紧邻地对准。相应地，释放继而导致产生开口10和互补的内部部分。在所示的示例中，尽管内部部分90已经被分离，然而其还布置在开口10中。
图6至图9是本发明的实施例的示例，根据这些示例，产生玻璃元件3的边缘10，边缘10具有多个平行的、相邻地延伸的、侧向敞开的通道41。
此外，所有这些示例都基于根据本发明的方法的实施例，其中：
–激光束27在玻璃元件3上的入射点73沿着预定路径被引导，以及
–在玻璃元件3中嵌入在所述路径上彼此相邻布置的多个嵌入的丝状损伤32，以及
–随后，通过蚀刻，在玻璃元件种嵌入加入多个相邻布置的通道41，以及
–然后，沿着所述路径分离玻璃元件3，从而形成具有侧向敞开的通道41的边缘100。
通道41通常具有管状的圆柱形基本形状，或者为具有圆柱形壁的管状。由此，可以使待存在于玻璃元件1的侧面处的开口朝向玻璃元件的中间稍微变细。在蚀刻过程期间的拓宽过程中，在结合通常为圆柱形形式的通道41的期间，能够在抵接部位处形成脊。通常，在不对图9的示例进行任何限制的情况下，根据本发明的一个实施例设置成通道41彼此毗邻，从而在通道41之间形成脊52，脊52平行于通道41的纵向方向延伸。
因而，这些脊或肋平行于通道的纵向方向延伸并且因此在图8的示意图中，仅作为在相邻通道5的过渡区域的部位处的锯齿状或齿状元件可见。
图10和图11示出了根据本发明加工的玻璃元件3的边缘100的电子显微镜图像。在该情况下，图11以较大的放大率拍摄。如在图8和图9的示例的情况下，边缘100具有多个平行的、相邻地延伸的、侧向敞开的通道41。在边缘100的以俯视图示出的图10的示意图中，现在能够看到纵向方向51横向于并且尤其垂直于侧面30、31延伸。然而，在图10所示的区段中，仅可看见在开口的边缘11处边缘100至其中一个侧面、此处为侧面30的过渡部。根据图3的示例，边缘10除了侧向敞开的通道41，还具有平坦的边缘区段101。因此，通过在由通道41削弱的分隔线处折断产生边缘10。
在该示例中，通道41的间距相对较大，为约50μm。该间距也能够被选择为较小，尤其在通道41没有任何平坦的边缘区段101而直接过渡到彼此中的情况下。通常，通道的间距(也称为“节距”)优选在3至70微米的范围中。这里，该间距从通道的中间向相邻通道的中间测得。通道41的横向尺寸或直径优选小于100微米。优选地，直径在与通道41的间距类似的范围中。在不对此处描述的示例进行任何限制的情况下，直径优选地在3微米至50微米的范围中。在图10和图11的示例中，直径约为30微米。
如根据图10和图11可见，蚀刻尤其还使得形成圆顶形凹陷部37。
因此，在不对示出的示例进行任何限制的情况下，本发明通常还涉及具有厚度最大为300微米的盘状玻璃元件3的微流体单元1，玻璃元件3具有至少一个长形开口10，开口10连接玻璃元件3的两个相对布置的平行侧面30、31，其中，玻璃元件3的侧面30、31中的每一个附接到玻璃部件5、7，从而长形开口10通过两个玻璃部件5、7封闭，并且在两个玻璃部件5、7之间形成封闭的空腔9，该空腔9适于传送流体，其中开口10的边缘100或因而空腔的壁的仅由开口10的边缘100形成的部分具有圆顶形凹陷部37。
在微流体单元的情况下，空腔9的该结构具有特殊的优点，即：在侧壁处的圆顶形凹陷部改善了流体的润湿性。这确保了更好地填充单元。
该实施例与其中玻璃元件3附接到玻璃部件5、7的方式无关。上述粘接结合是优选的，但是，其他附接方法、诸如阳极键合或直接键合以及利用玻璃焊料的焊接或钎焊也是可行的。因此，根据本发明的改进方案，在不限于任何特定的实施例或附图的情况下，玻璃元件3通过粘接结合、阳极键合、直接键合、焊接或玻璃焊料附接到至少一个玻璃部件5、7。在粘接结合的情况下，具有粘合剂层15的上述结构化涂层是优选的。
据此，在本发明的改进方案中，设置成将玻璃元件3通过粘合剂层15附接到玻璃部件5、7中的至少一个，其中粘合剂层15具有围绕至少一个开口10不具有粘合剂的区域13，从而空腔9的壁的由玻璃部件5、7形成的部分91不具有粘合剂层。因此，尤其是，壁的该部分91由此能够由玻璃部件5、7的表面材料形成。在图3中示出了区域91。特别是，在本发明的优选的实施例中，还设置了在玻璃元件中，开口10的边缘100不具有粘合剂。
圆顶形凹陷部37的深度通常为平均小于5μm，其横向尺寸通常平均为5至20μm。由此根据本发明的改进方案，如此进行蚀刻，即：获得圆顶形凹陷部的上述特征中的至少一个。
能够看出，不仅由于凹陷部37而且尤其由于通道41，边缘100的表面大于平坦边缘的表面。该微结构也改进了空腔9的湿润性。
因此，根据本发明的一个方面，设置了具有玻璃元件3的微流体单元1，该玻璃元件3具有两个相对布置的侧面30、31和由边缘100限定的长形开口10，其中在侧面30、31处，紧固玻璃部件5、7，从而开口10形成玻璃部件5、7之间的空腔9，其中开口的边缘100具有多个平行的、相邻地延伸的、侧向敞开的通道41，通道41具有修圆的壁54和小于20μm的横向尺寸，其纵向方向51横向于、优选垂直于玻璃元件3的侧面30、31延伸，并且这些通道优选地也终止在侧面30、31处或通入侧面30、31中。由此，该实施例也与玻璃元件3与玻璃部件5、7的附接类型无关，并且此外，也与是否通过蚀刻产生圆顶形凹陷部无关。然而，优选地，存在凹陷部37以及用于附接到玻璃部件5、7的粘合剂层15。
如果通道41直接彼此毗邻并且恰好具有半圆形的横截面，则平行于侧面30、31的边缘线的长度将比光滑边缘的边缘线大π/2倍。能够利用根据本发明的方法实现的面积的增大通常略小并且通常在百分之10至40的范围中。相应地，在本发明的改进方案中，设置了边缘100的表面由于通道41而相比于没有通道41的光滑边缘面积增大了1.1至1.4倍。
表面的该增大作为进一步的辅助效果提供了在弯曲负荷下相对耐折断的边缘。这在以下方面是令人惊奇的，即：断裂概率通常与面积成比例。相对于修圆通道突出的结构可能导致在这些突出结构(脊或平坦边缘区段)处的缺陷不会扩散。由于边缘11的结构化，因此抑制裂纹的扩散。因此，微流体单元1在机械方面也更稳定。
根据图10和图11，可明显看出通道41的呈圆顶形或修圆的罩状凹陷部37的形式的微结构。由于优选的缓慢蚀刻工艺，因此圆顶形凹陷部37彼此毗邻，并且彼此抵接的凹陷部7的凹入圆形成为脊70。
此外，可以看出，在凹陷部37的俯视图中，脊70形成凹陷部37的多边形边界线71。在该情况下，凹陷部37的边界线71的角部72的平均数量优选也小于八个、优选小于七个。在由大多数圆顶形凹陷部占据的区域在数学方面为凸形时获得后一特征。
因此，在本发明的一个实施例中，提供一种微流体单元1，其中在开口10的边缘100中的圆顶形凹陷部37彼此毗邻并且凹陷部37的彼此抵接接触的凹形圆形成为脊70。在该实施例的改进方案中，还设置了在凹陷部37的俯视图中，脊70形成凹陷部37的多边形边界线71。
图7中示出的通道41的脊70非常窄，没有可见区域，在可见区域中，凹陷部37的凹形拱状部经由脊70处的凸出拱形区域过渡到彼此中。因此，根据本发明的改进方案，通道41的结构也可如此描述，即：在通道41中的凸出形成区域的表面部分小于5％、优选小于2％。
图10和图11的示例中的玻璃元件3是具有低碱含量的硅酸盐玻璃，特别是具有3.3×10-6K-1的热膨胀系数的硼硅酸盐玻璃。作为硼硅酸盐玻璃，具有以下组分的玻璃是优选的：
组分 (重量％)
SiO<sub>2</sub> 63-83
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0-7
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 5-18
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O 4-14
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0-10
TiO<sub>2</sub>+ZrO<sub>2</sub> 0-3
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 0-2
该玻璃也可用于玻璃部件5、7。
图12和图13示出了被嵌入到硼硅酸盐玻璃中的通道41的电子显微镜图像，该硼硅酸盐玻璃以肖特公司的商品名出售。在该情况下，使用不同的激光器参数。在图12的示例中，使用具有8个单一脉冲的脉冲串，其中，激光的重复率为100kHz。在图13示出的示例中，使用200kHz的较高重复率，但是在该情况下使用仅具有两个单一脉冲的脉冲串。然而，对于每个通道5，分别仅发射单个脉冲。通道41然后在KOH碱溶液中在80℃下持续蚀刻8小时。通道的结构类似，其中，由于相比于图10和图11的示例圆顶形凹陷部34更小的直径，因此圆顶形凹陷部34看起来更鼓。然而，当使用其他蚀刻介质时，其结构接近图10和图11的结构。
另一种低碱硅酸盐玻璃等级的玻璃非常适合于制造根据本发明的微流体单元1，该玻璃为不含碱的铝硅酸盐玻璃。对此优选是具有以下组分的玻璃：
通常地，不限于任何上述组分，使用碱度在0.45至0.55的范围中、优选在0.48至0.54的范围中的玻璃是有利的。这使得玻璃特别适合于使用碱性蚀刻介质进行缓慢的受控蚀刻，然而，仍然可以使用酸性蚀刻介质进行蚀刻。因此有利的是，将这些玻璃不仅用于玻璃元件3而且用于玻璃部件5、7。
根据本发明的又一实施例，使用具有非常低自发荧光的玻璃。该玻璃能够用于玻璃元件3和/或玻璃部件5、7中的至少一个，优选用于微流体单元的所有这些组成部分。自发荧光的强度受光学碱度的影响。低光学碱度通常与荧光减少有关，这对于微流体单元的生物技术应用是有利的。例如，荧光标记或标签Cy3和Cy5通常用于生物技术应用。这些标签在570nm和670nm的波长下发荧光，在该波长下，许多玻璃也显示出自发荧光。自发荧光降低了光学探测过程中的信噪比。根据本发明的一个实施例的用于微流体单元的至少一个组成部分的玻璃在488nm下的自发荧光发射与激发的比率小于1％。为此，该玻璃的光学碱度Λ小于0.6、优选地小于0.55、更优选地小于0.53。尤其是，对于玻璃组成部分中的至少一个、尤其对于玻璃元件3以及两个玻璃部件5、7使用小于0.52、优选小于0.51的光学碱度。根据一个实施例，使用低光学碱度和低自发荧光的玻璃，其含有以下玻璃组成部分：
这里，R2O是碱氧化物Li2O、Na2O和K2O的含量之和。RO是ZnO和碱土金属氧化物MgO、CaO、SrO和BaO的含量之和。
在一种特定的实施例中，玻璃包含以下的玻璃组成部分：
SiO<sub>2</sub> >80至<85mol％
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> >0.5至<3mol％
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> >8至15mol％
R<sub>2</sub>O >0至<5mol％
RO 0至<5mol％
根据具有低自发荧光和低光学碱度的玻璃的实施例的另一改进方案，硼与铝的摩尔含量的定量比为XB3+/XAl3+，其中优选地
另一方面，该比优选为或者
玻璃一些成分对UV透射也具有不利影响。在特别合适的玻璃中，这些成分的含量受限制。由此，根据本发明的另一可替代的或额外的实施例，SnO2、Sb2O3、CeO2、TiO2和/或Fe2O3的含量分别在0至0.5mol％的范围中，优选小于0.01mol％。
图14和图15示出了玻璃元件3的边缘100的另两个电子显微镜图像。在该情况下，图14在玻璃元件3的整个宽度上示出了边缘100。图15在与其中一个侧面30的过渡部处以放大图示出了边缘100。边缘100如上所述地通过以下方式制造，即：在蚀刻期间，如此拓宽通道37，使得通道接合并且形成连续的边缘，从而能够释放玻璃元件3的一部分。在蚀刻过程中，通道37变得平坦，从而获得基本上平坦的边缘100，该边缘具有多个彼此毗邻的修圆的圆顶形凹陷部37。该示例示出了圆顶形凹陷部的特征与横向于边缘延伸的通道41的特征无关，并且也能够实现没有这种通道41的实施例。
图15示出了在这里也通过脊70分离凹陷部37，脊形成大致为多边形的边界线71。尤其在图14的图像中明显看出，边缘100沿垂直于侧面30、31的方向呈直线并且也基本垂直于侧面延伸。同样，从边缘100至侧面30、31的过渡部实际上也未被修圆。该边缘100的形状(其尤其也适用于在开口10之间的横档件19)能够借助上述特性如下地表征：边缘表面100相对于毗邻侧面30、31倾斜度或角度在边缘面的毗邻该侧面的半部中至少为85°。由此，边缘表面100相对于侧面30、31基本上以直角延伸，其中与直角的偏差最大为5°。
如在图15的示例中还可看出地，边缘100的倾斜部过渡到毗邻的侧面30中的过渡区域是窄的并且具有圆顶形凹陷部37的伸展数量级。因此，根据一种改进方案，设置了在从侧面30、31至基本垂直于侧面30、31的边缘100的过渡部处的平均边缘半径最大为10微米。
由于在根据本发明制造的玻璃元件3中的开口10的边缘的高度稳定性和强度，因此本发明特别适于不能利用其他方法制造的复杂而脆弱的结构。这里也包括具有薄的和/或长的横档件的非对称区段。然而也发现，玻璃元件3的稳定性主要与几何结构相关。更确切地说，已发现，有利的是，通过一个或多个横档件保持在玻璃元件的开口中的结构遵循特定的几何约束。该几何约束确保足够的稳定性和可操作性。特别是为此设置具有至少两个开口10的玻璃元件3，使得在开口10之间形成具有至少一个横档件19的结构。在该情况下，能够为该结构分配参数G，该参数通过以下关系式给出：
这里，根据本发明的在微流体单元中的玻璃元件3能够在参数G至少为10mm-1/3、优选至少50mm-1/3、特别优选至少100mm-1/3时，实现高的机械稳定性。相反，在参数最大为400mm-1/3、优选最高300mm-1/3、特别优选最高200mm-1/3时，机械稳定性是足够的。
在上述关系式中的变量h表示玻璃元件3的厚度，即：最大300微米的厚度。
为了明确关系式的参数，图16示出了具有简单结构的玻璃元件3，该结构在这种情况下仅包括一个横档件19，横档件在两个开口10之间延伸。
在上述关系式中，l1表示一个或两个不同横档件19与玻璃元件3的两个相邻的接触点或接触区域44(其沿着结构的边缘定位)之间的最长边缘长度。该测量值因此表示在两个相邻的接触区域44之间的最长边缘的弧长。根据该形状，横档件19的边缘46、47还如图16的示例所示而具有不同的长度。在示出的示例中，边缘46具有比边缘47更大的长度。参数l1这里因此是该边缘46的弧长。接触区域44是玻璃的过渡区域，在该过渡区域处，横档件19过渡到包围开口10的玻璃中或过渡到基部43中。这里，接触区域44被定义为直径为1mm的圆形区域，该圆形区域如此定位在横档件19处，使得圆形区域的边缘接触横档件19的两个边缘，即两个开口10的边缘。在该情况下，为了计算参数G，可以通过将圆形区域从基部43沿至横档件19的方向移位来确定假想的接触区域44的位置。在该区域恰好仍然完全配合在玻璃上并且其边缘接触开口10的边缘时达到该位置。因此，该关系式和根据本发明的几何结构适用于最小横档件宽度小于1mm的横档件。
长度l2表示在横档件19的端部处的两个接触区域44之间的最短直线间距。对于两个长度l1和l2，圆形接触区域44的边缘与边缘的间距是重要的。在多于两个接触区域44的情况下，长度l1和l2的路径无需一定在相同的接触区域44之间延伸。在图16中示出的用于表示长度l2的双箭头因而也在接触区域44的边缘处终止。
最后，参数b表示开口10沿着横档件19相对于彼此的最小间距或换言之是最小横档件宽度。
如上所述的这种几何结构与根据本发明的边缘形成、即与圆顶形凹陷部的结合在强度和可操作性方面都特别有利。然而这种几何结构也可采用具有不同形式构造的边缘。
在示出的示例中，仅具有单个横档件19。然而，具有多于一个的横档件的多个结构也是可行的。在该情况下，重要的是，对于多个横档件，路径l1和l2能够在不同的接触区域44之间延伸。为了评估设计的稳定性，G因此相对于两个接触点的可能的最短连接l2设定了在两个接触区域之间可能的最长路径l1。如所述的，这些接触区域也能够为不同的接触区域。对于接触区域44的数量N，原则上N≥2。
为了更加清楚，图17示出了具有三个不同结构39的玻璃元件3，这些结构由多个开口10之间的玻璃区段构成。上部结构39为圆形的并且固定在三个横档件19处。在玻璃元件3的中间结构39同样固定在三个横档件19处，但是具有矩形形状。类似于图16的示例，下部结构39由单个横档件19构成，然而该横档件朝向中间逐渐变细。在该情况下，横档件宽度从明显大于1mm的宽度逐渐变细成在中间小于1mm的横档件宽度。相应地，接触区域44也处于横档件19上以便计算参数G，即：使得接触区域的边缘在以下点处接触横档件19的边缘，在该点处：边缘的间距下降到1mm以下。
基于两个上部的结构39，可以看出，能够计算在不同横档件处的接触区域44之间的间距l2和弧长l1。对于参数G，在沿着结构的边缘相邻的两个接触区域44之间的最长边缘长度l1是重要的。分别针对两个结构39绘出该最长边缘长度。尤其是，在最上部的圆形结构39的示例中，这导致在两个接触区域44之间最短的间距l2以及在另两个相邻的接触区域44之间最长的边缘长度l1。
相应地，在本发明的实施例中，也与边缘的形态无关地，设置具有厚度最大为700微米、优选最大为300微米且包括两个相对放置的侧面30、31的板形玻璃元件3的微流体单元1，其中，在玻璃元件3中嵌入至少两个开口10，使得玻璃元件3在开口之间的区域形成具有至少一个横档件19的结构39，横档件的最小宽度小于1mm，其中，对于该结构定义参数G，参数G通过上面给出的关系式得出，其中参数G具有至少10mm-1/3和最大400mm-1/3的值，其中l1是在沿着其中一个开口10的边缘的两个相邻的接触区域44之间的最长边缘长度，并且l2是两个接触区域44之间的可能的最短直线连接长度，并且其中横档件19的接触区域44分别定义为玻璃元件3的直径为1mm的圆形区域，接触区域布置在横档件19处，使得接触区域的边缘分别在至少一个点处接触两个开口的边缘，开口的边缘的中间区域形成横档件19，并且其中b表示最小的横档件宽度，h表示玻璃元件1的厚度，并且N表示接触区域44的数量。对于该实施例，具有最大宽度不小于300μm的横档件是优选的。
在本发明的上述示例性实施例中，微流体单元包括具有三个等级的夹层结构，三个等级即为玻璃部件5、7和夹设在其间的玻璃元件3。从描述的意义上而言，一方面术语“玻璃元件”以及另一方面术语“玻璃部件”仅被选择用于简单地区分夹层结构的不同层。其中一个玻璃部件、例如玻璃部件5继而可因此设计成具有至少一个开口10的玻璃元件3，至少一个开口通过另一玻璃部件封闭从而形成空腔，其中另一玻璃部件继而也可为构造有开口的玻璃元件3等。在上述描述中，如果将外部的玻璃元件称为玻璃部件5、7，则获得具有多层结构的微流体单元1。图18的示例示出了这种微流体单元1。这里，微流体单元1包括具有开口10的三个玻璃元件2、3、4，这些开口通过其他元件封闭并且形成空腔9。玻璃元件2、3、4形成叠层234。两个玻璃部件5、7形成微流体单元1的底部和盖。如在图1至图3的示例中，在玻璃部件5中设有填充开口40。优选地，所有部件，即玻璃元件2、3、4和用于闭合的玻璃部件5、7彼此粘接结合，其中，根据本发明，相应的粘合剂层具有围绕开口10不具有粘合剂的区域。如示出的，有利的是，各个玻璃元件2、3、4中的空腔彼此连通。根据一个实施例，空腔的至少一部分形成多层布置的连通通道。在最简单的情况下，通过将不同的玻璃元件2、3、4的开口重叠来形成空腔9之间的连接，但不对该特殊示例进行任何限制。
因此，根据本发明的一个实施例，设置具有叠层234以及两个玻璃部件5、7的微流体单元1，叠层234具有至少两个彼此附接的盘状玻璃元件2、3、4，两个玻璃部件5、7附接到叠层234并且叠层234布置在玻璃部件之间，其中玻璃元件2、3、4分别具有至少一个优选长形的开口10，开口10通过被附接到毗邻的玻璃元件2、3、4或玻璃部件5、7而封闭并且由此形成空腔9，空腔9适于传送流体。优选地，如所述，在不同的玻璃元件中的空腔9彼此连通。此外，玻璃元件2、3、4和玻璃部件5、7的附接如所述地通过粘合剂层15产生，粘合剂层空置出开口10。此外，优选地，通过本文提及的方法通过引入嵌入的丝状损伤产生开口10，并且将开口蚀刻成通道41，从而开口的边缘100具有圆顶形凹陷部。
在这里所示的本发明的实施例中，玻璃元件2、3、4和玻璃部件5、7结构化形成开口的形式，开口穿过相应的玻璃元件或玻璃部件。然而，通过使用上述激光器辅助蚀刻方法，也可以产生在一侧敞开的凹陷部或凹部。这种结构能够以有利的方式与开口10或40结合，从而在微流体单元1中产生载流布置。因此通常，在不对这里所述的特殊示例进行任何限制的情况下，提供了在本发明的一个实施例中，玻璃元件2、3、4和/或玻璃部件具有在一侧敞开的凹部或凹陷部，凹部或凹陷部是适于传送流体的结构的组成部分，并且尤其是通过玻璃元件3中的开口10形成的空腔9的组成部分或与空腔9连通。
图19示出了这种微流体单元1的示例。在该示例中，玻璃元件3具有两个相邻布置的开口10，开口10通过玻璃部件5封闭，从而形成空腔9。玻璃部件5具有凹部24，凹部布置成使得该凹部连接两个空腔9，从而两个空腔9经由凹部24连通。
图20是其中在布置于玻璃部件5、7之间的玻璃元件3中嵌入凹部24的变型方案。凹部24例如形成用于连接空腔9与填充开口40的通道。
用于制造这种凹陷部或凹部24的方法优选地基于上述提及的基于激光器的方法的变型方案，其中通过超短脉冲激光器引入的嵌入的丝状损伤通过蚀刻而拓宽。在不对示出的示例进行任何限制的情况下，该方法通常基于以下情况：
–超短脉冲激光器29的激光束27被引导到玻璃元件3的侧面30、31中的一个上或玻璃部件5、7上，并且利用聚焦光学器件23聚集以在玻璃中形成长形焦点，其中，通过激光束27的照射能量，在玻璃的体积中产生嵌入的丝状损伤32，嵌入的丝状损伤的纵向方向横向于侧面30、31、尤其垂直于玻璃元件3的侧面30、31或玻璃部件5、7延伸，并且为了通过超短脉冲激光器29产生丝状损伤，发射一个脉冲或包含至少两个连续的激光脉冲的脉冲包，其中如此发射激光束27，使得长形焦点的一个端部位于玻璃内，从而丝状损伤32也终止在玻璃中，但是延伸直至侧面31、32；
并且其中，在嵌入丝状损伤32之后，
-将玻璃暴露于蚀刻介质，蚀刻介质以优选小于8μm每小时的去除速率去除玻璃元件3的玻璃，以及
-将丝状损伤32拓宽以形成通道41，从而由于终止在玻璃中的丝状损伤32，而使得通道41也终止在玻璃中并且在一侧被封闭，其中通道41在蚀刻期间被侧向接合，从而在玻璃中产生凹部24。因此，如在该实施例中随着开口10的产生，通过激光束的相邻布置的入射点的路径来限定凹部的侧面边界。该方法特别适于深度直至5mm的凹部。深度能够至少为50μm、优选至少100μm、特别优选至少为200μm。
图21示出了根据本发明的上述实施例的玻璃元件3，在玻璃元件3中具有嵌入的丝状损伤32。嵌入的丝状损伤32的长度小于玻璃元件3的厚度。因此，嵌入的丝状损伤32的一端320位于玻璃元件3的内部中。然后将嵌入的丝状损伤32暴露于蚀刻介质，这是不寻常的，因为蚀刻溶剂侵入仅在表面的一侧上终止的嵌入的丝状损伤32中，并且能够引起均匀的、即各向同性的拓宽。
为了产生仅具有通向玻璃元件3的侧面30、31中的一个或通向玻璃部件5、7的一个开口的凹部或凹陷部24，根据本发明的一个实施例，嵌入的丝状损伤32以二维栅格形成。
图22示意性地示出了玻璃元件3的侧面30或玻璃部件5、7的俯视图，其中玻璃元件3的侧面30或玻璃部件5、7具有嵌入的丝状损伤32的矩阵状或栅格状布置，在该示例中以4x5的方式布置。在蚀刻过程之后利用嵌入的丝状损伤32的这种栅格布置产生的内部轮廓相应地为矩形形状。本领域技术人员清楚的是，根据嵌入的丝状损伤32的布置，能够在衬底的侧面上产生各种几何图形，例如通常具有多边形形状(例如三角形形状)或圆形的基本形状的凹部24以及自由形状的表面。在图22中，以dx和与其垂直的dy指定两个相邻的嵌入的丝状损伤32在二维空间中的间距。在嵌入的丝状损伤32的矩阵状布置中，在这两个方向上的间距能够是相等的，然而这不是必须的，从而也可以实现条件dx≠dy。栅格也无需为矩形的或矩阵状。嵌入的丝状损伤的位置也能够例如按排错开，从而形成具有六边形或三角形单元单元的栅格。根据本发明的一个实施例，间距dx或dy中的一个至少为10μm、优选至少20μm，并且另一个间距至少为4μm、优选至少5μm、更优选至少10μm、最优选20μm，其中两个间距dx、dy当然也能够是相同的。尤其在制造一侧敞开的凹部时，期望嵌入的丝状损伤实质上较小的间距。然而，嵌入的损伤还能够相互影响，因为先前嵌入的损伤会干扰在产生相邻的嵌入损伤时的光传播。通常，在本发明的一个实施例中，为此设置成相邻细丝之间的间距为50R、优选至少100R，其中R是嵌入的丝状损伤的半径。通常，在不对示出的示例进行任何限制的情况下，可以进一步有利的是，为了减小嵌入损伤的相互影响，相邻的嵌入损伤不是直接依次形成的。相反地，能够使用间歇模式形成，其中，首先，以较大的第一间距产生嵌入的丝状损伤，并且然后在下一步骤中，在已经存在的嵌入损伤32之间形成附加的嵌入的丝状损伤。在稍后将嵌入损伤产生在居间空间中的情况下，已经存在的嵌入损伤对光束的影响能够导致嵌入损伤的长度减小。但是，由此获得的嵌入的丝状损伤的紧密布置因此可以实现凹部的快速暴露。在某些情况下，不同长度的嵌入的丝状损伤的顺序由此能够被看作是在蚀刻出的凹部的底部处的特征图案。通常，在第二步骤中在已经存在的丝状损伤32之间产生嵌入的丝状损伤32也有利地使用在其中将开口10嵌入玻璃元件3中的实施例中。
图23示出了用于引入终止在玻璃中的嵌入的丝状损伤的布置。原则上，可使用如还在图5中示出的设备。聚焦光学器件23因此能够被调整为使得长形焦点的端部位于玻璃中。有利的是，如图所示，焦点的位于玻璃中的端部指向激光束27所入射到的侧面30。换言之，如此嵌入丝状损伤32，使得丝状损伤的位于玻璃中的端部指向入射的激光束27或聚焦光学器件23。该配置是有利的，因为在该情况下，不能选择小的丝间距，因为通过激光工艺在照射侧上产生少许污物。
附图标记列表

Claims (20)

1.一种用于制造微流体单元(1)的方法，其中，如此结构化厚度最大为700微米的盘状玻璃元件(3)，使得所述玻璃元件具有至少一个开口(10)，所述开口连接所述玻璃元件的两个相对布置的平行侧面(30、31)，并且其中所述玻璃元件(3)的所述侧面(30、31)中的每一个均将被附接到玻璃部件(5、7)，从而所述开口(10)通过两个玻璃部件(5、7)封闭，并且形成具有空腔(9)的微流体单元(1)，所述空腔被封闭在所述两个玻璃部件(5、7)之间并且适于传送流体，其中通过优选地涂覆到所述玻璃元件(3)的所述侧面(30、31)上的粘合剂(12)产生所述玻璃元件(3)到所述两个玻璃部件(5、7)中的至少一个的附接，其中，在涂覆所述粘合剂(12)期间，所述玻璃元件(3)中的至少一个开口(10)不具有粘合剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于，所述玻璃元件(3)被结构化为包含具有长形形状的开口(10)，从而当通过所述玻璃部件(5、7)封闭所述开口(10)时，产生呈载流通道的形式的空腔(9)；
优选地，借助于结构化的涂覆方法、尤其是印刷方法来进行所述粘合剂(12)的涂覆，其中，所述粘合剂被选择性地涂覆在所述侧面(30、31)上，留置出在所述玻璃元件(3)中的所述开口(10)上延伸的区域(13)。
优选地，如此进行所述粘合剂(12)的印刷，使得不具有粘合剂的所述区域(13)大于所述开口，从而所涂覆的粘合剂层(15)的边缘(16)与所述开口(10)的边缘(11)间隔开，并且尤其是后移。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征还在于，如此涂覆所述粘合剂，使得所述开口(10)的边缘(100)保持没有粘合剂。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征还在于，通过以下方式在所述玻璃元件(3)中产生所述开口(10)：
-将超短脉冲激光器(29)的激光束(27)引导到所述玻璃元件(3)的所述侧面(30、31)中的一个上，并且利用聚焦光学器件(23)聚集所述激光束以在所述玻璃元件(3)中形成长形焦点，其中，由于所述激光束(27)的照射能量，因而在所述玻璃元件(1)的体积中产生嵌入的丝状损伤(32)，所述丝状损伤的纵向方向横向于所述侧面(30、31)、特别是垂直于所述侧面(30、31)延伸，并且为了由所述超短脉冲激光器(29)产生嵌入的丝状损伤，而照射一个脉冲或包含至少两个连续的激光脉冲的脉冲包，并且其中在嵌入所述丝状损伤(32)之后，
-将所述玻璃元件(3)暴露于蚀刻介质，所述蚀刻介质以小于8μm每小时的去除速率去除所述玻璃元件(3)的玻璃，以及
-将所述丝状损伤(32)拓宽以形成通道(41)，以及
-在所述通道(41)的壁(54)中嵌入修圆的圆顶形凹陷部(37)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征还在于，多个嵌入的丝状损伤(32)彼此相邻地形成，并且由于蚀刻，而充分地拓宽所述通道(41)的直径，直至所述通道(41)之间的玻璃被去除并且所述通道(41)被接合在一起。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征还在于，
-将超短脉冲激光器(29)的激光束(27)引导到所述玻璃元件(3)的所述侧面(30、31)中的一个上或者引导到所述玻璃部件(5、7)上，并且利用聚焦光学器件(23)聚集所述激光束以在所述玻璃中形成长形焦点，其中，由于所述激光束(27)的照射能量，而在所述玻璃的体积中产生嵌入的丝状损伤(32)，所述丝状损伤的纵向方向横向于所述玻璃元件(3)的所述侧面(30、31)或所述玻璃部件(5、7)延伸，并且为了由所述超短脉冲激光器(29)产生嵌入的丝状损伤，而照射一个脉冲或包含至少两个连续的激光脉冲的脉冲包，其中，如此照射所述激光束(27)，使得所述长形焦点的一个端部位于所述玻璃内，从而所述丝状损伤(32)也终止在所述玻璃中，但是延伸直至侧面(31、32)；并且其中在产生嵌入的所述丝状损伤(32)之后，
-将所述玻璃暴露于蚀刻介质，所述蚀刻介质以小于8μm每小时的去除速率去除所述玻璃元件(3)的玻璃，以及
-将嵌入的所述丝状损伤(32)拓宽以形成通道(41)，从而由于嵌入的所述丝状损伤(32)终止在所述玻璃中，因此所述通道(41)也终止在所述玻璃中并且在一侧上被封闭，其中在蚀刻期间，所述通道(41)侧向接合，从而在所述玻璃中产生凹部(24)。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征还在于，在所述通道(41)之间形成脊(52)，所述脊平行于所述通道(41)的纵向方向延伸。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征还在于，利用碱性蚀刻浴、尤其pH值＞12的蚀刻浴嵌入所述通道(41)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征还在于，在所述玻璃部件(5、7)中的至少一个中存在开口(40)或者在所述玻璃部件中嵌入开口(40)，其中，所述玻璃部件(5、7)如此与所述玻璃元件(3)接合，使得所述开口(40)形成与所述玻璃元件(3)中的所述开口(10)的连接，并且因此形成所述空腔(9)中的载流连接，在所述玻璃元件(3)利用所述两个玻璃部件(5、7)封闭时，由所述玻璃元件(3)中的所述开口(10)产生所述空腔。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征还在于，以最大50μm、优选最大20μm、并且最优选至少2μm的厚度涂覆所述粘合剂(12)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征还在于，提供具有至少两个相邻地延伸的开口(10)的玻璃元件(3)，所述开口通过横档件(19)彼此分离，所述横档件的最小宽度最大为400μm，其中，所述玻璃元件(3)的所述横档件利用粘合剂结合到玻璃部件(5、7)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征还在于，涂覆可光固化的、优选可UV固化的粘合剂(12)，并且利用穿过所述玻璃部件(5、7)中的一个的光来照射所述粘合剂(12)，使得所述粘合剂(12)硬化并且将所述玻璃部件(5、7)牢固地结合到所述玻璃元件(3)。
13.一种微流体单元(1)，所述微流体单元尤其通过根据前述权利要求中任一项所述的方法制造，所述微流体单元具有厚度最大为700微米的盘状玻璃元件(3)，所述玻璃元件具有至少一个开口(10)，所述开口连接所述玻璃元件(3)的两个相对布置的平行侧面(30、31)，其中，所述玻璃元件(3)的所述侧面(30、31)中的每一个附接到玻璃部件(5、7)，从而通过两个玻璃部件(5、7)封闭所述开口(10)，并且形成空腔(9)，所述空腔被封闭在所述两个玻璃部件(5、7)之间并且适于传送流体，其中，所述空腔(9)的壁的、由所述开口(10)的边缘(100)形成的部分具有圆顶形凹陷部(37)。
14.根据权利要求13所述的微流体单元(1)，其特征在于，所述玻璃元件(3)通过粘合剂层(15)附接到所述玻璃部件(5、7)中的至少一个，其中，所述粘合剂层(15)具有在所述至少一个开口(10)周围不具有粘合剂的区域(13)，从而所述空腔(9)的壁的、由所述玻璃部件(5、7)形成的部分(91)不具有所述粘合剂层(15)，并且所述部分(91)优选地由所述玻璃部件(5、7)的材料形成；
优选地，所述开口(10)的边缘(100)不具有粘合剂。
15.根据权利要求13或14所述的微流体单元(1)，其特征还在于，具有下列特征中的至少一个：
-所述圆顶形凹陷部(37)的深度平均小于5μm；
-所述圆顶形凹陷部(37)的横向尺寸平均为5μm至20μm。
16.根据权利要求14或15所述的微流体单元(1)，其中所述开口(10)的边缘(100)具有多个平行的、相邻地延伸并且侧向敞开的通道(41)，所述通道具有修圆壁(54)并且所述通道的横向尺寸小于200μm，所述通道的纵向方向(51)横向于、优选垂直于所述玻璃元件(3)的所述侧面(30、31)延伸；
优选地，相比于没有通道(41)的光滑的边缘表面，所述边缘(100)的表面由于所述通道(41)而增大1.1至1.4倍。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的微流体单元(1)，其特征还在于，在所述玻璃元件(3)中，如此嵌入至少两个开口(10)，使得所述玻璃元件(3)的在所述开口(10)之间的区域形成具有至少一个横档件(19)的结构(39)，所述横档件的最小宽度小于1mm，其中，对于所述结构限定参数G，参数G被指定为：
其中，所述参数G具有至少10mm-1/3和最大400mm-1/3的值，其中，l1是沿着所述开口(10)中的一个的边缘在两个相邻的接触区域(44)之间的最长边缘长度，并且l2是两个接触区域(44)之间的可能的最短直线连接长度，并且其中，横档件(19)的接触区域(44)分别限定为所述玻璃元件(3)的直径为1mm的圆形区域，所述接触区域被如此布置在所述横档件(19)处，使得所述接触区域的边缘分别均至少在一个点处接触两个开口(10)的边缘，所述两个开口的中间区域形成所述横档件(19)，并且其中b是最小的横档件宽度，h是所述玻璃元件(3)的厚度，并且N是接触区域(44)的数量。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的微流体单元(1)，其特征还在于，玻璃元件(2、3、4)或玻璃部件(5、7)具有在一侧敞开的凹部(24)，所述凹部是利用所述玻璃元件(3)中的开口(10)形成的空腔(9)的组成部分或者与所述空腔(9)连通。
19.一种用于制造微流体单元(1)、尤其用于制造根据权利要求13至18中任一项所述的微流体单元的中间产物，所述中间产物具有厚度最大为700微米的盘状玻璃元件(3)，所述玻璃元件被如此结构化，使得该玻璃元件具有至少一个开口(10)，所述开口连接所述玻璃元件(3)的两个相对布置的平行侧面(30、31)，其中，所述两个侧面(30、31)中的每一个均设置有粘合剂层(15)以将所述侧面(30、31)接合到玻璃部件(5、7)，从而封闭所述开口(10)，并且形成具有适于传送流体的空腔(9)的微流体单元(1)，其中，所述粘合剂层(15)在所述玻璃元件(3)中的至少一个开口(10)处不具有粘合剂。
20.一种尤其通过根据权利要求1至11中任一项所述的方法制造的微流体单元(1)，所述微流体单元具有叠层(234)以及两个玻璃部件(5、7)，所述叠层具有至少两个彼此附接的盘状玻璃元件(2、3、4)，所述玻璃部件附接到所述叠层(234)并且在所述玻璃部件之间布置所述叠层(234)，其中，所述玻璃元件(2、3、4)分别具有至少一个开口(10)，所述开口通过附接毗邻的玻璃元件(2、3、4)或玻璃部件(5、7)被封闭，并且由此形成适于传送流体的空腔(9)，其中，在所述玻璃元件(2、3、4)中的所述空腔(9)彼此连通，并且其中所述玻璃元件(2、3、4)和所述玻璃部件(5、7)通过粘合剂层(15)彼此附接，所述粘合剂层在所述开口(10)处不具有粘合剂。
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