CN114302808A - 具有共形层的制品及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了具有共形层的制品和制造此类制品的方法。一种制品包括第一聚合物层，第一聚合物层具有基本上平坦的主表面和结合到第二聚合物层的相背主表面。第二聚合物层的一个主表面与第一聚合物层共形，而相背主表面限定具有至少一个壁的腔。第二聚合物层还具有将腔连接到第二聚合物层的至少一个边缘或第一聚合物层的平坦表面的通道。腔的表面表现出小于90度的与水的前进接触角。一种方法包括：获得具有凸出特征的工具；在凸出特征上设置第一聚合物；在第一聚合物上设置第二聚合物；以及在升高温度下向聚合物工具、第一聚合物和第二聚合物施加压缩以形成制品。制品可形成为具有小腔，以用作精密流体装置，诸如血糖测试条。

Description

具有共形层的制品及其制造方法
技术领域
本公开广义地涉及具有共形层的制品及制造这些制品的方法，诸如熔融结合方法。
背景技术
目前，模头切割和旋转转换工艺通常用于制造在诊断装置和可穿戴装置中使用的流体装置。这些工艺在其产生小且复杂结构的能力方面受到限制，并且通常需要昂贵且难以组装的多个单独膜构造。例如，形成流体装置腔室的常见方法是从双层涂覆带上切割出小凹口，将带层压到底层并且凹口在传感器之上对准，之后层压亲水性覆盖膜以形成腔室的顶部。然而，从带模切小特征存在实际限制，从而使得将所需样本体积减小到小于约1微升具有挑战性。腔室的体积由双层涂覆带的厚度限定，从而需要难以用粘合剂涂覆工艺实现的精确卡尺控制。除与流体装置组件相关联的挑战之外，还存在与利用双层涂覆带来形成毛细管特征相关联的材料问题。例如，使通过模切带形成的侧壁呈现亲水性具有挑战性，因此覆盖膜的表面能必须非常高以诱导水性样本(诸如体液)的自发毛细管作用。
发明内容
在第一方面，提供了一种制品。该制品包括：a)第一聚合物层，该第一聚合物层具有基本上平坦的第一主表面和相背的第二主表面；和b)第二聚合物层，该第二聚合物层结合到第一聚合物层。第二聚合物层具有第一主表面和第二主表面，并且第二聚合物层的第一主表面与第一聚合物层的第二主表面共形。第二聚合物层的第二主表面限定包括至少一个壁的腔。第二聚合物层具有将腔连接到第二聚合物层的至少一个边缘的通道。腔的表面表现出小于90度的与水的前进接触角。
在第二方面，提供了另一种制品。该制品包括：a)第一聚合物层，该第一聚合物层具有基本上平坦的第一主表面和相背的第二主表面；和b)第二聚合物层，该第二聚合物层结合到第一聚合物层。第二聚合物层具有第一主表面和第二主表面，并且第二聚合物层的第一主表面与第一聚合物层的第二主表面共形。第二聚合物层的第二主表面限定包括至少一个壁的腔。第二聚合物层具有将腔连接到第一聚合物层的第一主表面的通道。腔的表面表现出小于90度的与水的前进接触角。
在第三方面，提供了一种制造第一方面或第二方面的制品的方法。该方法包括：a)获得包括凸出特征的工具；b)在凸出特征上设置第一聚合物；c)在第一聚合物上设置第二聚合物；以及d)在升高温度下向聚合物工具、第一聚合物和第二聚合物施加压缩以形成该制品。第二聚合物形成制品的第一聚合物层，并且第一聚合物形成制品的第二聚合物层。
在第四方面，提供了制造制品的另一种方法。该方法包括：a)获得包括凸出特征的工具；b)在凸出特征上设置第一聚合物；c)在第一聚合物上设置第二聚合物；d)在升高温度下向聚合物工具、第一聚合物和第二聚合物施加压缩以形成制品，其中第二聚合物形成制品的第一聚合物层，并且第一聚合物形成制品的第二聚合物层；e)在第二聚合物层上设置第三层，该第三层设置在第三层的第一主表面上，并且第一主表面与第二聚合物层接触；以及f)在升高温度下向第二聚合物层施加压缩，以将第二聚合物层结合到第三层。该制品包括：1)第一聚合物层，该第一聚合物层具有基本上平坦的第一主表面和相背的第二主表面；2)第二聚合物层，该第二聚合物层结合到第一聚合物层；和3)第三层，该第三层结合到第二聚合物层。第二聚合物层具有第一主表面和第二主表面，并且第二聚合物层的第一主表面与第一聚合物层的第二主表面共形。第二聚合物层的第二主表面限定包括至少一个壁的腔。第二聚合物层具有将腔连接到第二聚合物层的至少一个边缘或第一聚合物层的第一主表面的通道。腔的表面表现出小于90度的与水的前进接触角。第三层的表面和第二聚合物层的腔一起限定腔室。
已发现，本公开的方法通过减少所需输入材料的数量来简化用于制造诊断装置的过程。此外，发现根据本公开的至少某些实施方案制造的制品通过使用精确的、比通过当前制造方法可实现的更低体积的样本来示出提高性能的一个或多个有利特性。
本公开的上述概述并非旨在描述本公开的每个公开实施方案或每种实现方式。以下描述更具体地举例说明了例示性实施方案。在本申请全文的若干处，通过实施例列表提供了指导，这些实施例能够以各种组合使用。在每种情况下，所引用的列表都只用作代表性的组，并且不应被理解为排他性列表。
附图说明
图1A是示例性制品的一般化示意图。
图1B是示例性制品的一部分的扫描电镜(SEM)图像。
图2A是另一个示例性制品的一般化示意图。
图2B是实施例6的示例性制品的一部分的SEM图像。
图3是实施例5的示例性制品的一部分的SEM图像。
图4是另外的示例性制品的分解的一般化示意图。
图5A是示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有离腔的远侧端部比离开口端部更靠近地连接的通道。
图5B是另一个示例性制品的一部分的示意图，该另一个示例性制品具有离腔的远侧端部比离开口端部更靠近地连接的通道。
图5C是示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有离腔的开口端部比离远侧端部更靠近地连接的通道。
图6A是示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有将腔的远侧端部连接到层的侧边缘的通道。
图6B是示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有将腔的远侧端部连接到层的两个相反侧边缘的分支通道。
图6C是示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有将腔的远侧端部连接到层的末梢的通道。
图6D是示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有将腔的远侧端部连接到层的另一个末梢的通道。
图6E是示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有将具有圆形形状的腔的远侧端部连接到层的侧边缘的通道。
图7A是示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有腔室，其中开口端部的高度H1大于远侧端部的高度H2。
图7B是示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品包括具有三角形横截面的腔室。
图7C是示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有其中腔由一个弯曲壁限定的腔室。
图8是用于制造制品的示例性过程的流程图。
虽然上述附图示出了本公开的若干实施方案，但正如说明书中所指出的，还可以想到其它的实施方案。附图未必按比例绘制。在所有情况下，本公开通过示例性而非限制性的方式介绍本发明。
具体实施方式
如本文所用，在组合物基本上不含组分的语境中，术语“基本上不含”是指组合物包含基于组合物的总重量计小于1重量％(wt.％)、0.5重量％或更少、0.25重量％或更少、0.1重量％或更少、0.05重量％或更少、0.001重量％或更少、或者0.0001重量％或更少的组分。在结构的特征(例如，层的表面)的语境中，术语“基本上不含”是指结构具有基于结构的总面积计小于5面积％的组分、4面积％或更小、3面积％或更小、2面积％或更小，或1面积％或更小的组分。
如本文所用，术语“聚合物”是指包括至少一种聚合物。
如本文所用，术语“腔”是指由(例如，固体)物体的至少一个壁限定的空的空间。
如本文所用，术语“腔室”是指由至少一个附加壁包围的腔。
如本文所用，术语“通道”是指允许气体或液体离开腔或腔室的通路。
如本文所用，术语“尺寸上稳定”是指材料(例如，制品或聚合物层)在变化的环境条件和应变下维持该材料的大小和形状的能力。
如本文所用，术语聚合物的“玻璃化转变温度”(Tg)是指聚合物从玻璃态向橡胶态的转变，并且可使用差示扫描量热法(DSC)诸如在氮气流中以10℃/分钟的加热速率进行测量。当提及单体的Tg时，它是该单体的均聚物的Tg。均聚物必须具有足够高的分子量，使得Tg达到极限值，因为通常认为，均聚物的Tg将随着增加的分子量而升高至极限值。均聚物还应理解为基本上不含水分、残余单体、溶剂和其他可能影响Tg的污染物。合适的DSC方法和分析模式如以下文献中所述：Matsumoto,A.等人，《聚合物科学杂志A辑：聚合物化学》，1993年，第31卷，第2531-2539页(Matsumoto,A.et.al.,J.Polym.Sci.A.,Polym.Chem.1993,31,2531-2539)。
如本文所用，聚合物的术语“维卡软化温度”是指确定不具有明确熔点的材料的软化点。该维卡软化温度被视为在特定载荷下由平头针刺透试样1mm深度时的温度。
如本文所用，术语“亲水性”是指被水溶液润湿，并且未表现出该材料是否吸收水溶液的表面。“润湿”是指表面表现出小于90°、优选地45°或更小的前进(最大)水接触角。如本文所用，术语“疏水性”是指表现出90°或更大的前进水接触角的表面。
如本文所用，术语“基准”是指提供固定比较基础的结构或标记。
如本文所用，“固化”意指通过任何机制硬化或部分硬化组合物，例如通过热、光、辐射、电子束、微波、化学反应，或它们的组合。如本文所用，术语“可硬化的”是指可被固化或凝固的材料，例如通过加热以去除溶剂、加热以引起聚合、化学交联、辐射诱导的聚合或交联等。如本文所用，“固化的”是指已通过固化而硬化或部分硬化(例如聚合或交联)的材料或组合物。
如本文所用，相对于层的“基本上平坦”意指层的表面基本上不含在层的平面上方和/或下方延伸的凹槽和/或突出部，这些凹槽和/或突出部所具有的深度或高度大于100微米、90微米、80微米、70微米、60微米、50微米、40微米、30微米、25微米、20微米、15微米、10微米、9微米、8微米、7微米、6微米、5微米、4微米、3微米、2微米或大于1微米。通常，凹槽和/或突出部所具有的深度或高度小于1毫米，诸如900微米或更小、800微米、700微米、600微米、500微米、400微米或300微米或更小。可利用共焦显微镜测量存在于层表面上的凹槽或突出部的深度或高度。
如本文所用，“热塑性塑料”是指当被充分加热到其玻璃化转变点以上时流动并且当冷却时变成固体的聚合物。
如本文所用，“热固性”是指在固化时永久凝结并且在随后加热时不流动的聚合物。热固性聚合物通常为交联聚合物。
如本文所用，“透明”是指在可见光光谱的至少400纳米(nm)到700nm部分下具有至少50％透射率、70％透射率或可选地90％透射率的材料(例如，层)。
词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些有益效果的本公开的实施方案。然而，在相同的情况或其它情况下，其它实施方案也可以是优选的。此外，对一个或多个优选的实施方案的表述并不暗示其它实施方案是不可用的，并且并不旨在将其它实施方案排除在本公开的范围之外。
在本申请中，术语诸如“一个”、“一种”和“所述”并非仅旨在指单一实体，而是包括一般类别，其具体示例可用于例示。术语“一个”、“一种”和“所述”可与术语“至少一个(种)”互换使用。后接列表的短语“……中的至少一个(种)”和“包含……中的至少一个(种)”是指列表中项目中的任一项以及列表中两项或更多项的任何组合。
如本文所用，术语“或”一般按其通常的意义使用，包括“和/或”，除非该上下文另外清楚地指出。术语“和/或”意指所列要素中的一个或全部，或者所列要素中的任何两个或更多个的组合。
同样，本文所有数值假定被术语“约”且优选地被术语“精确地”修饰。如本文所用，关于所测量的量，术语“约”是指所测量的量方面的偏差，这个偏差为如一定程度地小心进行测量的技术人员应当能预期的那种与测量的目标和所用测量设备的精确度相称的偏差。
如本文所用，作为对特性或属性的修饰语，除非另外具体地定义，否则术语“大致”意指该特性或属性将能够容易被普通技术人员识别，而不需要绝对精确或完美匹配(例如，对于可量化特性，在+/-20％内)。除非另外具体地定义，否则术语“基本上”意指高逼近程度(例如，对于可量化特性，在+/-10％内)，但同样不需要绝对精确或完美匹配。术语诸如相同、相等、均匀、恒定、严格等应当理解成是在普通公差内，或在适用于特定情况的测量误差内，而非需要绝对精确或完美匹配。
在第一方面，本公开提供了一种制品。该制品包括：
a)第一聚合物层，该第一聚合物层具有基本上平坦的第一主表面和相背的第二主表面；和
b)第二聚合物层，该第二聚合物层结合到第一聚合物层，第二聚合物层具有第一主表面和第二主表面，其中第二聚合物层的第一主表面与第一聚合物层的第二主表面共形，其中第二聚合物层的第二主表面限定包括至少一个壁的腔，其中第二聚合物层具有将腔连接到第二聚合物层的至少一个边缘的通道，并且其中腔的表面表现出小于90度的与水的前进接触角。
在第二方面，本公开提供了另一种制品。该制品包括：
a)第一聚合物层，该第一聚合物层具有基本上平坦的第一主表面和相背的第二主表面；和
b)第二聚合物层，该第二聚合物层结合到第一聚合物层，第二聚合物层具有第一主表面和第二主表面，其中第二聚合物层的第一主表面与第一聚合物层的第二主表面共形，其中第二聚合物层的第二主表面限定包括至少一个壁的腔，其中第二聚合物层具有将腔连接到第一聚合物层的第一主表面的通道，并且其中腔的表面表现出小于90度的与水的前进接触角。
根据本公开的至少某些实施方案的制品提供多层、可熔融结合的自发毛细管微流体制品，该制品可例如用于液体样本采集。合适的应用包括例如用于诊断装置(例如，血糖条)和医疗可穿戴设备(例如，发汗传感器)的体液采集。例如，血糖测试条是一种类型的一次性现场护理传感器，该传感器被设计用来分析例如通过刺入人的手指获得的少量血液。这些带通常包括底部传感器层，该底部传感器层层压到多个膜层，该多个膜层被配置为形成用于血液进入条并且暴露于传感器化学物质的小腔室。
已发现，某些模制工艺能够生成具有可热结合结构的聚合物层，这些可热结合结构具有低死体积通气特征以克服制造流体装置的当前方法的至少一个限制。有利地，热结合工艺可适于最小化存在的任何传感器化学物质(例如，试剂)的失活，同时实现高粘合强度。此外，可通过利用至少一个亲水性壁和/或所具有的侧壁角度小于90度的横截面几何结构来增强结构的毛细管力。将这些特征结合在根据本公开的至少某些实施方案的结构中，通过减少将样本腔室形成到单个机械稳健制品所需的输入材料的数量来简化装置组件。
参考图1A，根据第一方面的制品1000包括第一聚合物层1010，该第一聚合物层具有基本上平坦的第一主表面1011和相背的第二主表面1013；和第二聚合物层1020，该第二聚合物层结合到第一聚合物层1010，第二聚合物层1020具有第一主表面1021和第二主表面1023，其中第二聚合物层1020的第一主表面1021与第一聚合物层1010的第二主表面1013共形，其中第二聚合物层1020的第二主表面1023限定包括至少一个壁1054的腔1050，其中第二聚合物层1020具有将腔1050连接到第二聚合物层1020的至少一个边缘1025的通道1060，并且其中腔1050的表面1052表现出小于90度的与水的前进接触角。在图1A所示的实施方案中，通道1060还将腔1050连接到第二聚合物层1020的第二边缘。在此实施方案中，通道1060足够深以延伸穿过第二聚合物层并进入第一聚合物层1010中，因此通道1060还将腔1050连接到第一聚合物层1010的第二边缘1017。同样在图1A的实施方案中，腔1050具有第一体积1051，第二聚合物层1020的通道1060具有第二体积1061，并且第二体积1061为第一体积1051的0.1％至10％。
图1A的实施方案的第一聚合物层还包括基准标记1019，即位于第一聚合物层1010的第一主表面1011上的菱形标记。基准结构或标记有利地提供用于在进一步制造和/或处理步骤期间改进制品对准的参考标记。在某些实施方案中，代替标记，可在制品上设置基准结构。例如，基准结构可为(例如，在形成第一聚合物层或第二聚合物层期间)在制品上形成的三维结构。
参考图1B，提供了示例性制品1000的一部分的扫描电镜(SEM)图像。在图像中，制品1000的一些可见特征包括由第二聚合物层的第二主表面1023的至少一个壁1054限定的腔1050以及在相反方向上连接到腔1050的通道1060。此外，第二聚合物层另外包括基准结构或标记1019。在图中所示的实施方案中，提供“X”作为基准标记1019。
参考图2A，根据第二方面的制品2000包括第一聚合物层2010，该第一聚合物层具有基本上平坦的第一主表面2011和相背的第二主表面2013；和第二聚合物层2020，该第二聚合物层结合到第一聚合物层2010，第二聚合物层2020具有第一主表面2021和第二主表面2023，其中第二聚合物层2020的第一主表面2021与第一聚合物层2010的第二主表面2013共形，其中第二聚合物层2020的第二主表面2023限定包括至少一个壁2054的腔2050，其中第二聚合物层2020具有将腔2050连接到第一聚合物层2010的第一主表面2011的通道2060，并且其中腔2050的表面2052表现出小于90度的与水的前进接触角。在图2A所示的实施方案中，通道2060具有大致圆柱形形状，该圆柱形形状可例如分别穿过第一聚合物层2010和第二聚合物层2020使用激光钻孔形成。同样在图2A的实施方案中，腔2050具有第一体积2051，第二聚合物层2020的通道2060具有第二体积2061，并且第二体积2061为第一体积2051的0.001％至0.1％。
参考图2B，提供了根据实施例6制备的示例性制品2000的一部分的扫描电镜(SEM)图像。在图像中，制品2000的一些可见特征包括由第二聚合物层的第二主表面2023的至少一个壁2054限定的腔2050以及连接到腔2050的通道2060。通道可例如通过穿过第一聚合物层和第二聚合物层激光钻孔到腔来形成。
当第一聚合物层具有与第二聚合物层的第一主表面共形的第二主表面时，应当理解，第一聚合物层的第二主表面通常包括与贯穿本公开相对于第二聚合物层的第一主表面所述的相同腔和通道特征。然而，在一些实施方案中，通道特征高度小于第二聚合物层厚度，使得通道特征仅形成于第二聚合物层中。
用于第一聚合物层的合适聚合物材料包括例如但不限于聚烯烃(例如，高密度聚乙烯(HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)或低密度聚乙烯(LDPE))、聚酯、聚酰胺、聚(氯乙烯)、聚醚酯、聚酰亚胺、聚酯酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯，或聚乙酸乙烯酯的水解衍生物。在某些实施方案中，因为聚烯烃的优异物理特性、易于处理(例如，复制工具的表面)以及通常低成本，所以聚烯烃是优选的。另外，聚烯烃通常坚韧、耐用并能很好地保持其形状，因此在制品形成之后易于处置。在选择的实施方案中，第一聚合物层包含聚酯聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。一种合适的可商购获得的PET是可以商品名“MELINEX 454”得自特卡拉(Tekra)(美国威斯康星州新柏林(New Berlin,WI))的5密耳(127微米)厚PET片材。合适的可商购获得的LDPE是以商品名“DOW 955I LDPE”得自陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)(米兰密歇根(Midland Michigan))。
优选地，第一聚合物层具有500微米、475微米、450微米、425微米、400微米、375微米、350微米、325微米、300微米、275微米、250微米、225微米、200微米或175微米的最大厚度；以及50微米、75微米、100微米、125微米或150微米的最小厚度。
用于第二聚合物层的合适聚合物材料包括例如但不限于低密度聚乙烯、乙烯乙酸乙烯酯、聚氨酯，聚酯和聚烯烃的共聚物，聚氨酯和芳族聚(甲基)丙烯酸酯的共聚物，聚己内酯和聚氨酯的共聚物，或它们的组合。一种合适的可商购获得的聚氨酯是以商品名“PEARLBOND1160L”得自路博润(Lubrizol)(俄亥俄州威克利夫(Wickliffe，OH))。合适的可商购获得的乙烯乙酸乙烯酯(EVA)是以商品名“DUPONT ELVAX 3180”得自陶氏化学公司。此外，可在第二聚合物层中包括各种添加剂，例如表面能改性剂(诸如表面活性剂和亲水性聚合物)、增塑剂、抗氧化剂、颜料、释放剂、抗静电剂等。
在任何实施方案中，第二聚合物层的平均厚度为5微米或更大、7.5微米、10微米、12.5微米、15微米、17.5微米或20微米或更大；以及50微米或更小、45微米、40微米、35微米、30微米或25微米或更小。换句话说，第二聚合物层所具有的平均厚度可为5微米至50微米。平均厚度可通过测量位于彼此相隔至少0.5毫米的至少5个地方的厚度并且取所有所测量厚度的平均值来确定。
在某些实施方案中，第二聚合物层所具有的维卡软化温度(Tg)为100摄氏度(℃)或更低、95℃、90℃、85℃、80℃、75℃或70℃或更低；以及45℃或更高、50℃、55℃、60℃或65℃或更高。第二聚合物层所具有的维卡软化温度通常低于第一聚合物层的维卡软化温度的至少10％、低于第一聚合物层的维卡软化温度的15％、20％、25％、30％、35％或至少40％。在某些实施方案中，第一聚合物层所具有的维卡软化温度(Tg)为150摄氏度(℃)或更低、145℃、140℃、130℃、120℃、115℃或110℃或更低；以及65℃或更高、70℃、75℃、80℃或85℃或更高。使用与第二聚合物层相比具有更高维卡软化温度的第一聚合物层辅助将第二聚合物层与第一聚合物层共形，同时第一聚合物层维持其基本上平坦第一主表面。
在一些实施方案中，第一聚合物层、第二聚合物层或两者对可见光透明(如上所定义)。提供一个或多个透明层对于其中可通过制品的至少一部分光学地检测样本反应的某些应用而言可为有利的。
在优选实施方案中，制品有利地在25摄氏度(℃)的温度下在小于50％、40％、30％、20％、15％、10％或小于5％的应变下尺寸稳定。如本文所用，“应变”是指拉伸比或延伸比。“应变”被定义为在任何特定方向上材料线的最终长度l和初始长度L之间的比率。例如，50％的伸长率＝1.5L。当处置制品时，尺寸稳定性有助于抵抗制品的特征(例如，腔、通道和可选的附加层)的变形，从而降低在使用之前或期间损坏结构的可能性。
根据本公开的至少某些实施方案的制品能够沿第二聚合物层的腔的轴线从开口端部朝向远侧端部自发地且均匀地输送液体(例如，水、小便血或其他水溶液)。此能力通常称为芯吸。影响层自发地输送流体的能力的两个一般因素是：(i)表面的结构或外貌特征(例如，腔的毛细现象、形状)和(ii)腔表面的性质(例如，表面能)。为了实现所需量的流体输送能力，设计者可调整第二聚合物层的结构或外貌特征，并且/或者调整第二聚合物层表面的表面能。为了实现芯吸，腔的表面必须能够被待输送的液体“润湿”。一般来讲，通过液体沉积在水平设置表面上并且允许在其上稳定之后与该固体表面形成的接触角来表征固体表面被液体润湿的敏感度。这有时被称为“静态平衡接触角”，并且有时在本文仅被称为“前进接触角”。如上所述，如果材料具有小于90度的前进接触角，则该材料为亲水性的。
亲水性可通过材料选择、材料中包括的添加剂或表面处理中的一种或多种来实现。在一些实施方案中，第二聚合物层的腔具有包括表面活性剂、表面处理物、亲水性聚合物或它们的组合的表面。合适的表面活性剂包括例如但不限于C8-C18链烷磺酸盐；C8-C18仲链烷磺酸盐；烷基苯磺酸盐；C8-C18烷基硫酸盐；烷基醚硫酸盐；桂基聚氧乙烯4醚硫酸钠；桂基聚氧乙烯8醚硫酸钠；丁二酸二异辛酯磺酸钠，钠盐；月桂酰乳酸盐；硬脂酰乳酸盐；或它们的任何组合。一种或多种表面活性剂可通过常规方法诸如通过在第二聚合物层的表面上涂搽表面活性剂的涂层并允许涂层干燥来施加。合适的表面处理物包括亲水性涂层，该亲水性涂层包括等离子体沉积硅/氧材料和/或金刚石样玻璃(DLG)材料。例如，在PCT公开号WO 2007/075665(Somasiri等人)中描述了硅/氧材料和DLG材料中的每一种材料的等离子体沉积。此外，合适的DLG材料的示例公开于美国专利号6696157(David等人)、6881538(Haddad等人)和8664323(Iyer等人)中。合适的亲水性聚合物包括例如但不限于聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚(乙烯醇)、聚(烷撑二醇)、聚(亚烷基氧)、聚(乙烯吡咯烷酮)、橡胶弹性体，或它们的任意组合。
参考图3，提供了根据实施例5制备的制品3000的横截面的扫描电镜图像。除第一聚合物层3010和第二聚合物层3020之外，制品3000还包括结合到第二聚合物层3020的第三层3070。存在腔3050，该腔包括第二聚合物层3020的三个壁(例如，第一侧壁、第二侧壁和上壁或下壁，这取决于制品的取向)。在此实施方案中，第三层3070与腔3050一起形成腔室3080，该腔室具有梯形形状的横截面。此外，在第三层3070和腔3050的壁之间形成的小于90度的角度3042可用作附加毛细管作用的源。
通常，第三层3070包括试剂(未示出)，例如设置在第三层3070的主表面上的试剂。试剂优选地被配置用于与样本反应，并且提供选自电化学、光学、荧光或化学发光的响应类型的至少一种响应。一些合适的试剂包括例如但不限于荧光或显色指示剂、电化学试剂、凝集试剂、分析物特定的粘合剂、扩增剂(诸如酶和催化剂)、光致变色剂、介电组合物、分析物特定的报告基因(诸如酶联抗体探针、DNA探针、RNA探针、荧光或磷光珠)或它们的任何组合。第三层通常还包括检测器。在选择的实施方案中，检测器包括设置在第三层的第一主表面上的电极。在此类实施方案中，腔室与电极流体连通。对于血糖测试条的装置应用，例如，来自手指针刺的血液进入腔室，接触试剂并且由检测器测量来自试剂与血液的反应的响应。
参考图4，提供了示例性制品的分解的一般化示意图。制品4000包括第一聚合物层4010；和第二聚合物层4020，该第二聚合物层结合到第一聚合物层4010的主表面并与该主表面共形。第二聚合物层4020限定腔4050。第二聚合物层4020进一步具有通道4060，该通道将腔4050连接到第一聚合物层4010和第二聚合物层4020中的每一者的两个相反边缘。图4另外示出了包括检测器4090的第三层4070，该检测器包括试剂(未示出)。根据本公开的某些实施方案的装置包括通常围绕第二层4020的周边连接到(例如，结合到)第二层4020的第三层4070。
适用于第三层的材料没有特别限制，并且可包括聚合物材料、无机材料(例如，硅晶片、玻璃)或陶瓷材料(例如，氧化铝、氮化铝、氧化锆)。一些合适的聚合物材料例如包括但不限于上文关于第一聚合物层描述的聚合物中的任一种。在许多实施方案中，第二聚合物层气密地密封到第三层，这使样本从第二聚合物层和第三层之间的泄漏最小化。制品可选还包括设置在第一聚合物层和第二聚合物层之间的粘接层。一些合适的粘接层公开于美国专利号10098980(Karls等人)中，包括热塑性组合物，该热塑性组合物包含至少一种烯烃单体和至少一种极性单体的共聚物和/或包含甲基丙烯酸烷基酯和丙烯酸烷基酯嵌段的嵌段共聚物。可以一定图案施加粘接层以防止覆盖传感器区域。
参考图5A，其是示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有离腔的远侧端部比离开口端部更靠近地连接的通道。具体地，通道5060位于离腔5050的远侧端部5057比离腔5050的开口端部5055更接近。参考图5B，提供了另一种示例性制品的一部分的示意图。图5B中的通道5060也离腔5050的远侧端部5057比离腔5050的开口端部5055更靠近地连接，但不像图5A中的通道5060那么靠近于远侧端部5057。参考图5C，提供了示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有离腔5050的开口端部5055比离腔5050的远侧端部5057更靠近地连接的通道5060。通道的定位可有利地被选择用于设定流体将经由毛细管作用行进到腔中的距离，其中通道提供通气功能以允许因流体的进入而从腔排出的空气离开制品。当通道是亲水性的(即，表现出90度或更小的与水的前进接触角)时，流体倾向于从腔行进到通道中，如图5A和图5B所示。当通道是亲水性时，通道与腔的体积比具有更大重要性，因为用样本润湿通道减少了保留在腔中的待分析的样本的量。然而，当通道是疏水性(即，表现出大于90度的与水的前进接触角)时，流体从腔进入通道中的行进量被最小化，诸如图5C所示。为了使更大体积的流体进入腔，通道放置成更靠近于腔的远侧端部。附随地，为了使更小体积的流体进入腔，将通道放置成更靠近于腔的开口端部。例如当测试患者的血液时，可期望较低流体体积。检测感兴趣的分析物所需的流体量可决定使用装置所需的最小体积。
在一些实施方案(例如，图1A中所示的制品)中，第二聚合物层的通道具有第一侧壁、第二侧壁和上(或下)壁，其中第一侧壁和第二侧壁被配置为以小于90度的角度各自与上(或下)壁相交。另选地，第二聚合物层的通道具有第一侧壁和第二侧壁，该第一侧壁和第二侧壁相遇并形成介于10度和120度之间的角度(例如，具有V形，如图4的通道4060中所见)。可选地，第二聚合物层的通道具有长度和宽度，并且长度与宽度之比为50:1或更大、60:1、70:1、80:1或90:1或更大；以及150:1或更小、140:1、130:1、120:1、110:1或100:1或更小。在一些实施方案中，第二聚合物层的通道具有0.1mm或更小、0.090mm、0.080mm、0.070mm、0.060mm、0.050mm或0.040mm或更小的高度。
用于将腔放置成与聚合物层的一个或多个边缘流体(例如，空气)连通的通道的定位没有特别限制。例如，在一个实施方案中，第二聚合物层的通道将腔连接到第二聚合物层的两个边缘，并且可选地还连接到第一聚合物层(例如，图1A中的通道1060)。参考图6A至图6E，提供了各种配置以用于例示若干变化。图6A提供了示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有将腔6050的(例如，与开口端部6055相背的)远侧端部6057连接到层的侧边缘6025的通道6060。图6B提供示了例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有将腔6050的远侧端部6057连接到层的两个相反侧边缘6025的分支通道6060。图6C提供了示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有将腔6050的远侧端部6057连接到层的末梢6025的通道6060。图6D提供了示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有将腔6050的远侧端部6057连接到层的另一个末梢6025的通道6060。此外，腔的形状可变化。例如，图6E提供了示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有将具有圆形形状的腔6050的远侧端部6057连接到层的侧边缘6025的通道6060。
有利地，使用根据本公开的方法，第二聚合物层的腔可形成为具有1微升或更小、0.9微升、0.8微升、0.7微升、0.6微升、0.5微升、0.4微升、0.3微升，或0.2微升或更小的体积。腔通常具有0.05微升或更大的体积。在一些实施方案中，第二聚合物层的腔所具有的长度为8毫米(mm)或更小、6mm、5mm或4mm或更小；以及0.5mm或更大、1mm、2mm或3mm或更大。可选地，第二聚合物层的腔所具有的高度为0.2mm或更小、0.15mm或0.10mm或更小；以及0.01mm或更大、0.02mm、0.03mm、0.04mm或0.05mm或更大。
第三层的表面和第二聚合物层的腔可一起限定腔室。在一些实施方案中，第二聚合物层的腔具有第一侧壁、第二侧壁和上(或下)壁，该第一侧壁、第二侧壁和上(或下)壁与第三层的边缘一起形成多边形形状，诸如梯形形状(例如，腔室可具有梯形横截面)。梯形的非平行壁通常是第二聚合物层的第一侧壁和第二侧壁。在优选实施方案中，第一侧壁和第二侧壁被配置为各自以小于90度的角度与上(或下)壁相交，以辅助样本进入腔室的毛细管移动。
在一些实施方案中，腔室在开口端部处所具有的高度大于封闭端部处的高度。例如，参考图7A，提供了示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有腔室7050，其中开口端部7055的高度H1大于远侧端部7057的高度H2。在此实施方案中，也具有高度H2的通道7060连接到腔室7050的远侧端部7057。这种配置可有利地提供总体低体积腔室以及用于将样本引入到腔室中的便利地大开口。参考图7B，示出了可提供低体积配置的另一种腔室形状。具体地，图7B是示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有腔室7050，该腔室在开口端部7055和远侧端部7057两者处具有三角形横截面。换句话说，(第二聚合物层的)腔具有第一侧壁和第二侧壁，该第一侧壁和第二侧壁与第三层的边缘一起形成三角形形状。在一些实施方案中，第二聚合物层的腔具有形成弯曲形状的一个壁。参考图7C，提供了示例性制品的一部分的示意图，该示例性制品具有其中腔由一个弯曲壁7054限定的腔室7050。
方法
在第三方面，提供了一种制备制品的方法。该方法包括：
a)获得包括凸出特征的工具；
b)在凸出特征上设置第一聚合物；
c)在第一聚合物上设置第二聚合物；以及
d)在升高温度下向聚合物工具、第一聚合物和第二聚合物施加压缩以形成制品，其中第二聚合物形成制品的第一聚合物层，并且第一聚合物形成制品的第二聚合物层。
在第四方面，提供了制造制品的另一种方法。该方法包括：
a)获得包括凸出特征的工具；
b)在凸出特征上设置第一聚合物；
c)在第一聚合物上设置第二聚合物；
d)在升高温度下向聚合物工具、第一聚合物和第二聚合物施加压缩以形成制品，其中第二聚合物形成制品的第一聚合物层，并且第一聚合物形成制品的第二聚合物层；
e)在第二聚合物层上设置第三层，第三层设置在第三层的第一主表面上，并且第一主表面与第二聚合物层接触；
f)在升高温度下向第二聚合物层施加压缩，以将第二聚合物层结合到第三层；
其中所述制品包括：
1)第一聚合物层，该第一聚合物层具有基本上平坦的第一主表面和相背的第二主表面；
2)第二聚合物层，第二聚合物层结合到第一聚合物层，第二聚合物层具有第一主表面和第二主表面，其中第二聚合物层的第一主表面与第一聚合物层的第二主表面共形，其中第二聚合物层的第二主表面限定包括至少一个壁的腔，其中第二聚合物层具有将腔连接到第二聚合物层的至少一个边缘或第一聚合物层的第一主表面的通道，并且其中腔的表面表现出小于90度的与水的前进接触角；和
3)第三层，该第三层结合到第二聚合物层，其中第三层的表面和第二聚合物层的腔一起限定腔室。
在第四方面的一些实施方案中，第三层包括第三聚合物，并且第一聚合物、第二聚合物或第三聚合物均不是压敏粘合剂。通常，第三方面和/或第四方面的方法制造根据在上文详细描述的第一方面和第二方面的制品中的任一种制品。一种用于制造制品的示例性过程的一般化流程图在图8中示出。下文将更详细地论述每个步骤。首先，在步骤8010中获得具有凸出特征的工具。凸出特征对应于正在制造的制品的腔和通道的形状和尺寸。在某些实施方案中，工具是聚合物工具。在美国专利号5435816(Spurgeon等人)中描述了用于制造聚合物工具的合适方法。通常，工具由聚丙烯或聚乙烯形成。使用聚合物工具的优点是与当采用金属工具时相比更容易地将模制制品从工具移除。
在步骤8020中，在工具的凸出特征上设置第一聚合物。在步骤8030中，在已被施加到工具表面的第一聚合物上设置第二聚合物。第一聚合物和第二聚合物是如在上文关于第一方面和第二方面详细描述的。在一些实施方案中，第一聚合物和第二聚合物独立地以片材形式或作为颗粒(例如，球剂)提供。接着，在步骤8040中，在升高温度下向聚合物工具、第一聚合物和第二聚合物施加压缩以形成制品。第一聚合物和第二聚合物可表征为适形，即，可迫使第一聚合物和第二聚合物具有与工具的接触表面相同的形状、外形或轮廓。
在方法的某些实施方案中使用的升高温度是300华氏度(℉)或更低、290℉、285℉、280℉、275℉、270℉、265℉、260℉、255℉、250℉、245℉、240℉、235℉、230℉或225℉或更低；以及150℉或更高、155℉、160℉、165℉、170℉、175℉、180℉、185℉、190℉、195℉或200℉或更高。施加压缩可选还包括在暴露于升高温度之后冷却制品，诸如通过允许通过暴露于环境温度来冷却或通过主动地冷却工具和/或制品。
在一些实施方案中，方法包括施加压缩10分钟或更短、9分钟、8分钟、7分钟、6分钟、5分钟或4分钟或更短；以及0.5分钟或更长、1分钟、2分钟或3分钟或更长。方法可包括在如下压力下向整个面积施加压缩：15000磅或更小、14000磅、13000磅、12500磅、12000磅、11000磅、10000磅、9000磅、8000磅或7500磅或更小；以及3000磅或更大、3500磅、4000磅、4500磅、5000磅、5500磅、6000磅、6500磅或7000磅。例如，当在10000磅下向81平方英寸(522.58平方厘米)的面积施加压缩时，该压缩将为12psi(0.083兆帕)。
再次参考图8，可选地，在步骤8050中，在第二聚合物层上设置第三聚合物。在此类实施方案中，在(可选的)步骤8060中，在升高温度下通常向第二聚合物层施加压缩，以将第二聚合物层结合到第三层。将第二聚合物层结合(例如，层压)到第三层所需的压缩可显著地小于在先前步骤中用于形成制品的压缩，诸如1磅/平方英寸(psi)(6.9千帕斯卡)到10psi(68.9千帕斯卡)。因此，在一些实施方案中，方法还包括将第二聚合物层熔融结合到第三聚合物层。
优选地，第三聚合物层包括试剂，例如上文关于第一方面和第二方面所描述的试剂。包括试剂的制品可用于感兴趣的分析物的检测装置中。
在选择的实施方案中，方法还包括将制品经受后固化，该后固化可使用光化辐射(诸如UV辐射、电子束辐射、可见辐射或它们的任何组合)执行。本领域技术人员可在不用进行过度实验的情况下为特定应用选择合适的辐射源和波长范围。结合了UV辐射和热能的所谓的后固化烘箱特别适合于在后固化过程中使用。一般来讲，相对于未后固化的相同制品，后固化改善了制品的机械特性和稳定性。
本发明方法的至少某些实施方案意料不到地提供具有小腔/腔室体积的多层、可熔融结合的自发毛细管微流体制品。相比之下，PCT公开WO 98/45693(Soane等人)和美国专利号7553393(Derand等人)中的每一者描述了热密封覆盖层用于形成在第二膜中的微流体结构的用途。然而，这些文献并不能解决如将层压到检测(例如，传感器)层所需的，热结合位于腔侧(例如，微流体结构的通道)上的情况。美国专利号5798031(Charlton等人)和8617367(Edelbrock等人)中的每一者描述了可热结合膜中的用于后续层压到检测层的热成形特征。在这些示例中，膜被放置成可热结合层远离热成形工具以防止该热成形工具在热成形期间粘附到工具表面。这种取向要求的结果是生成具有Z轴轮廓的膜，这些膜与具有一个平坦主表面的制品相比不太机械稳健。此外，细微特征(例如，小于热成形膜的厚度的尺寸)难以生成，因此装置组件需要附加处理步骤以在腔室中生成通气特征(例如，通道)。
本公开选择的实施方案
实施方案1为一种制品。该制品包括：a)第一聚合物层，该第一聚合物层具有基本上平坦的第一主表面和相背的第二主表面；和b)第二聚合物层，该第二聚合物层结合到该第一聚合物层。该第二聚合物层具有第一主表面和第二主表面，并且该第二聚合物层的该第一主表面与该第一聚合物层的该第二主表面共形。该第二聚合物层的该第二主表面限定包括至少一个壁的腔。该第二聚合物层具有将该腔连接到该第二聚合物层的至少一个边缘的通道。该腔的表面表现出小于90度的与水的前进接触角。
实施方案2为另一种制品。该制品包括：a)第一聚合物层，该第一聚合物层具有基本上平坦的第一主表面和相背的第二主表面；和b)第二聚合物层，该第二聚合物层结合到该第一聚合物层。该第二聚合物层具有第一主表面和第二主表面，并且该第二聚合物层的该第一主表面与该第一聚合物层的该第二主表面共形。该第二聚合物层的该第二主表面限定包括至少一个壁的腔。该第二聚合物层具有将该腔连接到该第一聚合物层的该第一主表面的通道。该腔的表面表现出小于90度的与水的前进接触角。
实施方案3为根据实施方案1或实施方案2所述的制品，该制品还包括：第三层，该第三层结合到该第二聚合物层。
实施方案4为根据实施方案3所述的制品，其中该第三层包括试剂。
实施方案5为根据实施方案4所述的制品，其中该试剂被配置用于与样本反应，并且提供选自电化学、光学、荧光、化学发光或它们的组合的响应。
实施方案6为根据实施方案3所述的制品，其中该第三层为聚合物。
实施方案7为根据实施方案3所述的制品，其中该第三层为无机的或陶瓷。
实施方案8为根据实施方案3所述的制品，其中该第三层还包括检测器。
实施方案9为根据实施方案8所述的制品，其中该检测器包括设置在该第三层的第一主表面上的电极，并且其中该第二聚合物层的该腔室与该电极流体连通。
实施方案10为根据实施方案3至9中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层密闭地密封到该第三层。
实施方案11为根据实施方案2至10中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层的该通道表现出大于90度的与水的前进接触角。
实施方案12为根据实施方案2至11中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层的该腔具有形成弯曲形状的一个壁。
实施方案13为根据实施方案3至14中任一项所述的制品，其中该第三层的表面和该第二聚合物层的该腔一起限定腔室。
实施方案14为根据实施方案13所述的制品，其中该第二聚合物层的该腔具有第一侧壁、第二侧壁和上壁，该第一侧壁、该第二侧壁和该上壁与该第三层的边缘一起形成梯形形状。
实施方案15为根据实施方案13所述的制品，其中该第二聚合物层的该腔具有第一侧壁和第二侧壁，该第一侧壁和该第二侧壁与该第三层的边缘一起形成三角形形状。
实施方案16为根据实施方案13至15中任一项所述的制品，其中该腔室具有开口端部和远侧端部，并且其中该通道离该远侧端部比离该开口端部更靠近地连接到该腔室。
实施方案17为根据实施方案13至16中任一项所述的制品，其中该腔室具有开口端部和远侧端部，并且其中该通道在该远侧端部处连接到该腔室。
实施方案18为根据实施方案15所述的制品，其中该腔室具有开口端部和远侧端部，并且其中该通道离该开口端部比离该远侧端部更靠近地连接到该腔室。
实施方案19为根据实施方案15至18中任一项所述的制品，其中该腔室在开口端部处所具有的高度大于封闭端部处的高度。
实施方案20为根据实施方案1至19中任一项所述的制品，该制品在25摄氏度(℃)的温度下在小于50％、40％、30％、20％、15％、10％或小于5％的应变下尺寸稳定。
实施方案21为根据实施方案1至20中任一项所述的制品，其中该第一聚合物层包含聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚(氯乙烯)、聚醚酯、聚酰亚胺、聚酯酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯，或聚乙酸乙烯酯的水解衍生物。
实施方案22为根据实施方案1至21中任一项所述的制品，其中该第一聚合物层包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
实施方案23为根据实施方案1至22中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层的维卡软化温度低于该第一聚合物层的维卡软化温度至少10％。
实施方案24为根据实施方案1至23中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层具有100摄氏度(℃)或更低的维卡软化温度(Tg)。
实施方案25为根据实施方案1至24中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层包含低密度聚乙烯、乙烯乙酸乙烯酯、聚氨酯，聚酯和聚烯烃的共聚物，聚氨酯和芳族聚(甲基)丙烯酸酯的共聚物，聚己内酯和聚氨酯的共聚物，或它们的组合。
实施方案26为根据实施方案1至25中任一项所述的制品，该制品还包括：粘接层，该粘接层设置在该第一聚合物层和该第二聚合物层之间。
实施方案27为根据实施方案1至26中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层的该腔具有包括表面活性剂、表面处理物、亲水性聚合物或它们的组合的表面。
实施方案28为根据实施方案27所述的制品，其中该表面活性剂包括C8-C18链烷磺酸盐；C8-C18仲链烷磺酸盐；烷基苯磺酸盐；C8-C18烷基硫酸盐；烷基醚硫酸盐；桂基聚氧乙烯4醚硫酸钠；桂基聚氧乙烯8醚硫酸钠；丁二酸二异辛酯磺酸钠，钠盐；月桂酰乳酸盐；硬脂酰乳酸盐；或它们的组合。
实施方案29为根据实施方案27或实施方案28所述的制品，其中该表面处理物包括亲水性涂层，该亲水性涂层包括等离子体沉积硅/氧材料、金刚石样玻璃(DLG)材料及它们的组合。
实施方案30为根据实施方案27至29中任一项所述的制品，其中该亲水性聚合物包括聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚(乙烯醇)、聚(烷撑二醇)、聚(亚烷基氧)、聚(乙烯吡咯烷酮)、橡胶弹性体，或它们的组合。
实施方案31为根据实施方案1至30中任一项所述的制品，其中该第一聚合物层还包括基准结构或标记。
实施方案32为根据实施方案1至31中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层还包括基准结构或标记。
实施方案33为根据实施方案1或3至32中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层的该通道具有第一侧壁、第二侧壁和上壁，该第一侧壁、该第二侧壁和该上壁与该第三层一起形成梯形形状。
实施方案34为根据实施方案1或3至32中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层的该通道具有第一侧壁和第二侧壁，该第一侧壁和该第二侧壁相遇并形成介于10度和120度之间的角度。
实施方案35为根据实施方案1或3至34中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层的该通道将该腔连接到该第二聚合物层的两个边缘。
实施方案36为根据实施方案1或3至35中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层的该通道具有长度和宽度，并且该长度与该宽度之比为50:1或更大。
实施方案37为根据实施方案1至36中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层的该腔具有1微升或更小、0.5微升或更小，或0.2微升或更小的体积。
实施方案38为根据实施方案1至37中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层的该腔具有6毫米或更小、5毫米或更小，或4毫米或更小的长度。
实施方案39为根据实施方案1至38中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层的该腔具有0.2毫米或更小、0.15毫米或更小，或0.10毫米或更小的高度。
实施方案40为根据实施方案1或3至39中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层的该通道具有0.1毫米或更小、0.050毫米或更小，或0.040毫米或更小的高度。
实施方案41为根据实施方案1至40中任一项所述的制品，其中该第一聚合物层具有500微米的最大厚度。
实施方案42为根据实施方案1至41中任一项所述的制品，其中该第二聚合物层具有5微米至50微米的平均厚度。
实施方案43为根据实施方案1或3至42中任一项所述的制品，其中该腔具有第一体积，该第二聚合物层的该通道具有第二体积，并且该第二体积为该第一体积的0.1％到10％。
实施方案44为根据实施方案2至42中任一项所述的制品，其中该腔具有第一体积，该第二聚合物层的该通道具有第二体积，并且该第二体积为该第一体积的0.001％到0.1％。
实施方案45为根据实施方案1至44中任一项所述的制品，其中该第一聚合物层、该第二聚合物层或两者是透明的。
实施方案46为一种制造根据实施方案1至45中任一项所述的制品的方法。该方法包括：a)获得包括凸出特征的工具；b)在该凸出特征上设置第一聚合物；c)在该第一聚合物上设置第二聚合物；以及d)在升高温度下向该聚合物工具、该第一聚合物和该第二聚合物施加压缩以形成该制品。该第二聚合物形成该制品的该第一聚合物层，并且该第一聚合物形成该制品的该第二聚合物层。
实施方案47为实施方案46所述的方法，该方法还包括：将制品经受后固化。
实施方案48为根据实施方案46或实施方案47所述的方法，其中该工具为聚合物工具。
实施方案49为根据实施方案46所述的方法，其中该工具由聚丙烯形成。
实施方案50为根据实施方案46至49中任一项所述的方法，其中该升高温度为300华氏度(℉)或更低、275℉或更低、250℉或更低，或225℉或更低。
实施方案51为根据实施方案46至50中任一项所述的方法，该方法包括：施加压缩10分钟或更短、8分钟或更短、6分钟或更短、5分钟或更短或4分钟或更短。
实施方案52为根据实施方案46至51中任一项所述的方法，该方法包括：在15000磅或更低、12500磅或更低、10000磅或更低，或7500磅或更低的压力下施加压缩。
实施方案53为根据实施方案46至52中任一项所述的方法，其中该施加压缩还包括在暴露于该升高温度之后冷却该制品。
实施方案54为根据实施方案46至53中任一项所述的方法，该方法还包括：将该第二聚合物层熔融结合到第三聚合物层。
实施方案55为一种制造制品的方法。该方法包括：a)获得包括凸出特征的工具；b)在该凸出特征上设置第一聚合物；c)在该第一聚合物上设置第二聚合物；d)在升高温度下向该聚合物工具、该第一聚合物和该第二聚合物施加压缩以形成该制品，其中该第二聚合物形成该制品的第一聚合物层，并且该第一聚合物形成该制品的第二聚合物层；e)在该第二聚合物层上设置第三层，该第三层设置在该第三层的第一主表面上，并且该第一主表面与该第二聚合物层接触；以及f)在升高温度下向该第二聚合物层施加压缩，以将该第二聚合物层结合到该第三层。该制品包括：1)第一聚合物层，该第一聚合物层具有基本上平坦的第一主表面和相背的第二主表面；2)第二聚合物层，该第二聚合物层结合到该第一聚合物层；和3)第三层，该第三层结合到该第二聚合物层。该第二聚合物层具有第一主表面和第二主表面，并且该第二聚合物层的该第一主表面与该第一聚合物层的该第二主表面共形。该第二聚合物层的该第二主表面限定包括至少一个壁的腔。该第二聚合物层具有将该腔连接到该第二聚合物层的至少一个边缘或该第一聚合物层的该第一主表面的通道。该腔的表面表现出小于90度的与水的前进接触角。该第三层的表面和该第二聚合物层的该腔一起限定腔室。该试剂被配置用于与样本反应，并且提供选自电化学、光学、荧光、化学发光或它们的组合的响应。
实施方案56为根据实施方案55所述的方法，其中该第三层包括第三聚合物，并且该第一聚合物、该第二聚合物或该第三聚合物均不是压敏粘合剂。
实施例
虽然通过以下实施例进一步说明了本公开的目的和优点，但在这些实施例中列举的具体材料及其量以及其他的条件和细节不应当理解为是对本公开的不当限制。除非另外指明或以其他方式从语境中容易看出，否则在实施例和说明书的其余部分中的所有份数、百分比、比率等均按重量计。表1(下文)列出了实施例中使用的材料及其来源。
制备模制工具
模制工具A：
使用标准压缩模制工序制备制品。在用于产生最终模具组件的第一步骤中，产生具有一定特征图案的模制工具A，从而允许从单个模具制备多个制品。用金刚石端铣刀将所需特征图案切割成铜片。该图案包括一系列平行腔[1cm(长度，x方向)、1.4mm(宽度，y方向)、0.150mm(深度)和45度的侧壁角度]，这些平行腔相对于x方向边缘对准并且相对于y方向间隔开约7mm。垂直于腔的x轴(纵向轴线)的通道被切割，从而延伸穿过腔。通道具有梯形横截面(基部处为0.014mm，开口处为0.050mm，深度为0.050mm，并且侧壁角度为20度)。通道被定位成与距端部0.5mm的每个腔相交。
模制工具B：
使用压缩模制由模制工具A制备聚丙烯模制工具B。将液压机的上台板和下台板加热至350℉(176.7℃)，并将硅树脂片材[10英寸×10英寸×1/8英寸(25.4cm×25.4cm×3.2mm)，购自伊利诺伊州埃尔姆赫斯特的麦克马斯特-卡尔公司(McMaster-Carr Company,Elmhurst,IL)]放置在下台板上。将模制工具A[9英寸×9英寸(22.9cm×22.9cm)]放置在硅树脂片材上，其中模制工具A的特征表面面向上台板。将六个5密尔(0.127mm)厚聚丙烯片材[8英寸×8英寸(20.3cm×20.3cm)，购自宾夕法尼亚州费城的布拉斯科公司(BraskemCompany,Philadelphia,PA)]的堆叠放置在模制工具A之上，然后将1/16英寸(1.58mm)厚PTFE片材[10英寸×10英寸(25.4cm×25.4cm)，购自麦克马斯特-卡尔公司]放置在聚丙烯堆叠之上。封闭台板并将组件放置在1000磅的压力下五分钟，然后在保持在压力下的同时冷却至70℉。分离台板并且移除所得聚丙烯模制工具B。
模制工具C：
使用标准压缩模制工序制备制品。在用于产生最终模具组件的第一步骤中，产生具有一定特征图案的模制工具C，从而允许从单个模具制备多个制品。用金刚石端铣刀将所需特征图案切割成铜片。该图案包括一系列平行腔[1cm(长度，x方向)、1.4mm(宽度，y方向)、0.150mm(深度)和45度的侧壁角度]，这些平行腔相对于x方向边缘对准并且相对于y方向间隔开约7mm。垂直于腔的x轴(纵向轴线)的通道被切割，从而延伸穿过腔。通道具有三角形横截面(具有0.025mm深度和0.050mm开口的等腰直角三角形)。通道被定位成与距端部0.5mm的每个腔相交。
模制工具D：
使用针对模制工具B描述的相同工序由模制工具C制备聚丙烯模制工具D。
实施例1
将液压机的上台板和下台板加热至230℉(110℃)，并且将模制工具B放置在下台板上，其中工具的特征表面面向上台板。将聚氨酯球剂(以商品名PEARLBOND 1160L购自俄亥俄州威克利夫的路博润公司)放置在模制工具B之上，以形成直径约10cm的单个球剂堆积层。将5密耳(0.127mm)厚聚酯膜片材[10英寸×10英寸(25.4cm×25.4cm)，以商品名MELIEX454购自威斯康星州新柏林的特卡拉公司(TEKRA,New Berlin,WI)]放置在球剂之上。通过将1/32英寸(0.79mm)的不锈钢片材[10英寸×10英寸(25.4cm×25.4cm)，购自麦克马斯特-卡尔公司)]放置在聚酯膜之上来完成组件。将组件放置在10000磅的压力下五分钟，然后在保持在压力下的同时冷却至70℉(21.1℃。分离台板并且将模制制品从工具移除。
实施例2
使用如实施例1中所述的相同工序由模制制品D制备模制制品。
实施例3
通过使用棉头施加装置在制品的特征表面之上涂搽溶液，用十二烷基苯磺酸钠(SDBS，1重量％)的水溶液来涂覆实施例1的模制制品。让涂层风干。
实施例4
使用Plasma-Therm 3032批次等离子体反应器(购自佛罗里达州圣彼德斯堡的等离子体热有限公司(Plasma-Therm LLC,St.Petersburg,FL))将含硅层施加到实施例1的模制制品的特征表面。配置仪器以用于通过26英寸低功率电极和中央气体抽吸进行反应离子蚀刻。用由干式机械泵(型号iQDP80，从爱德华兹工程(Edwards Engineering)获取)支持的罗茨型鼓风机(型号EH1200，从英国伯吉斯希尔的爱德华兹工程(Edwards Engineering,Burgess Hill,UK)获取)来抽吸室。RF功率由3kW、13.56Mhz固态发生器(RFPP型号RF30S，从美国科罗拉多州柯林斯堡的先进能量工业公司(Advanced Energy Industries,FortCollins,CO)获取)来递送。所述系统具有5mTorr的标称基础压力。气体的流速由MKS流量控制器(可购自马萨诸塞州安多弗MKS仪器公司(MKS Instruments,Andover,MA))来控制。
模制制品的样本被固定在等离子体反应器的功率电极上。在抽吸至基础压力之后，引入气体四甲基硅烷(TMS)和氧气(O2)。一旦气体流在反应器中稳定，就向电极施加rf功率(1000瓦)以产生等离子体。等离子体处理是两步骤过程。在第一步骤中，以150sccm(标准cm3/分钟)的流速引入TMS，以500sccm的流速引入氧气，并且沉积时间为30秒。在第二步骤中，以500sccm的流速引入氧气，并且处理时间为20秒。在完成等离子体处理之后，将腔室与大气连通，并且从腔室移除经等离子体处理的模制制品。
实施例5
从实施例3的模制片材切割包括单个腔的试样块，该单个腔具有在腔的每一侧上延伸的通道。将液压机的下台板加热至50℃，并且将试样块放置在暖台板上，其中所涂覆的特征表面远离台板。在暖化30秒之后，使用手压的方式将5密耳(0.127mm)厚MELINEX 454聚酯膜的区段层压到特征侧。将膜层压到试样块的特征表面导致形成由腔的壁和层压膜限定的腔室。将所得制品从台板移除并使其冷却。制品然后用剃刀刀片跨腔室的宽度进行切割并修整，以提供如图3所示的成品(总体尺寸为0.5cm×2cm)，其中腔室具有以制品的一个边缘为中心的开口端部、远侧封闭端部以及从腔室延伸、具有位于制品的每个相反边缘上的开口端部的通道。通道充当腔室的通气孔。在成品制品中，腔室的从开口端部到封闭端部的长度的范围为约3.2mm到5.0mm。
在另选工序中，用于构造成品的操作顺序可颠倒。在此工序中，首先将来自实施例3的模制制品的样本切割成成品的形状，然后与聚酯膜一起层压。
实施例6
从实施例3的模制片材切割包括单个腔的试样块，该单个腔具有在腔的每一侧上延伸的通道。将液压机的下台板加热至50℃，并且将试样块放置在暖台板上，其中所涂覆的特征表面远离台板。在暖化30秒之后，使用手压的方式将5密耳(0.127mm)厚MELINEX 454聚酯膜的区段层压到特征侧。将膜层压到试样块的特征表面导致形成由腔的壁和层压膜限定的腔室。将所得层压产品从台板移除并使其冷却。层压产品然后用剃刀刀片跨腔室的宽度进行切割并修整，以提供所具有的总体尺寸为0.5cm×2cm的制品。制品被切割并修整成使得该制品包括具有以制品的一个边缘为中心的开口端部和远侧封闭端部的腔室，但不包括从腔室侧向地延伸的任何模制通道。如图2B所示的成品通过在腔室区段之上穿过层压聚酯和聚氨酯膜层激光钻孔(缪斯激光系统(Muse Laser System)，购自内华达州拉斯维加斯的全光激光公司(Full Spectrum Laser Company,Las Vegas,NV))约150微米直径通道来制备。所钻孔的通道位于距腔室的封闭端部约1mm。通道充当腔室的通气孔。在成品中，腔室的从开口端部到封闭端部的长度的范围为约4.8mm到6.0mm。
另选地，可改变用于构造成品的操作顺序。在此工序中，首先将来自实施例3的模制制品的样本切割成成品的形状。接着，然后形成激光钻孔通道，并且在最终步骤中层压聚酯膜。
实施例7
从健康的人类捐赠者获得全血，并通过静脉穿刺到容纳EDTA的Vacutainer试管或注射器中来收集。使用微量移液管将血液样本(3微升)沉积到来自实施例4和实施例5的成品的开口腔端部中。通过使用配备有数字相机(30毫秒/帧的捕获速率)的蔡司鲁马(ZeissLumar)立体显微镜(德国上科亨的卡尔蔡司集团(Carl Zeiss AG,Oberkochen,Germany)由血液样本行进的延时成像来确定血液样本穿过每个制品进行芯吸所需的时间。分析图像以确定从血液的初始接触到血液行进的终止距离的总芯吸时间。结果在表1和表2中示出。
表1.
Figure BDA0003520899680000341
表2.
Figure BDA0003520899680000351
上述所有专利和专利申请均据此明确地以引用方式并入。上述实施方案均为本发明的例示，并且其他构造也是可以的。因此，本发明不应被认为限于以上详述并且在附图中示出的实施方案，而是仅受所附权利要求及其等同形式的适当范围所规定。

Claims (22)

1.一种制品，所述制品包括：
a)第一聚合物层，所述第一聚合物层具有基本上平坦的第一主表面和相背的第二主表面；和
b)第二聚合物层，所述第二聚合物层结合到所述第一聚合物层，所述第二聚合物层具有第一主表面和第二主表面，其中所述第二聚合物层的第一主表面与所述第一聚合物层的第二主表面共形，其中所述第二聚合物层的第二主表面限定包括至少一个壁的腔，其中所述第二聚合物层具有将所述腔连接到所述第二聚合物层的至少一个边缘的通道，并且其中所述腔的表面表现出小于90度的与水的前进接触角。
2.一种制品，所述制品包括：
a)第一聚合物层，所述第一聚合物层具有基本上平坦的第一主表面和相背的第二主表面；和
b)第二聚合物层，所述第二聚合物层结合到所述第一聚合物层，所述第二聚合物层具有第一主表面和第二主表面，其中所述第二聚合物层的第一主表面与所述第一聚合物层的第二主表面共形，其中所述第二聚合物层的第二主表面限定包括至少一个壁的腔，其中所述第二聚合物层具有将所述腔连接到所述第一聚合物层的第一主表面的通道，并且其中所述腔的表面表现出小于90度的与水的前进接触角。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的制品，所述制品还包括：第三层，所述第三层结合到所述第二聚合物层。
4.根据权利要求3所述的制品，其中所述第三层包括试剂，所述试剂被配置用于与样本反应，并且提供选自电化学、光学、荧光、化学发光或它们的组合的响应。
5.根据权利要求4所述的制品，其中所述第三层还包括检测器。
6.根据权利要求5所述的制品，其中所述检测器包括设置在所述第三层的第一主表面上的电极，并且其中所述第二聚合物层的所述腔与所述电极流体连通。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的制品，其中所述第二聚合物层密闭地密封到所述第三层。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的制品，所述制品在25摄氏度(℃)的温度下在小于50％、40％、30％、20％、15％、10％或小于5％的应变下尺寸稳定。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的制品，其中所述第一聚合物层包含聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚(氯乙烯)、聚醚酯、聚酰亚胺、聚酯酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯，或聚乙酸乙烯酯的水解衍生物。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的制品，其中所述第二聚合物层具有100摄氏度(℃)或更低的维卡软化温度(Tg)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的制品，其中所述第二聚合物层包含低密度聚乙烯、乙烯乙酸乙烯酯、聚氨酯，聚酯和聚烯烃的共聚物，聚氨酯和芳族聚(甲基)丙烯酸酯的共聚物，聚己内酯和聚氨酯的共聚物，或它们的组合。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的制品，其中所述第二聚合物层的所述腔具有包括表面活性剂、表面处理物、亲水性聚合物或它们的组合的表面。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的制品，其中所述第一聚合物层、所述第二聚合物层或两者还包括基准结构或标记。
14.根据权利要求1或3至13中任一项所述的制品，其中所述第二聚合物层的所述通道具有长度和宽度，并且所述长度与所述宽度之比为50:1或更大。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的制品，其中所述第二聚合物层的所述腔具有1微升或更小、0.5微升或更小，或0.2微升或更小的体积。
16.根据权利要求1或3至15中任一项所述的制品，其中所述第二聚合物层的所述通道具有0.1毫米或更小、0.050毫米或更小，或0.040毫米或更小的高度。
17.一种制造根据权利要求1至16中任一项所述的制品的方法，所述方法包括：
a)获得包括凸出特征的工具；
b)在所述凸出特征上设置第一聚合物；
c)在所述第一聚合物上设置第二聚合物；以及
d)在升高温度下向聚合物工具、所述第一聚合物和所述第二聚合物施加压缩以形成所述制品，其中所述第二聚合物形成所述制品的所述第一聚合物层，并且所述第一聚合物形成所述制品的所述第二聚合物层。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述工具是聚合物工具。
19.根据权利要求17或权利要求18中任一项所述的方法，其中所述升高温度为300华氏度(℉)或更低、275℉或更低、250℉或更低，或225℉或更低。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，所述方法还包括：将所述第二聚合物层熔融结合到包括试剂的第三聚合物层。
21.一种制造制品的方法，所述方法包括：
a)获得包括凸出特征的工具；
b)在所述凸出特征上设置第一聚合物；
c)在所述第一聚合物上设置第二聚合物；
d)在升高温度下向聚合物工具、所述第一聚合物和所述第二聚合物施加压缩以形成所述制品，其中所述第二聚合物形成所述制品的第一聚合物层，并且所述第一聚合物形成所述制品的第二聚合物层；
e)在所述第二聚合物层上设置第三层，第一主表面与所述第二聚合物层接触；
f)在升高温度下向所述第二聚合物层施加压缩，以将所述第二聚合物层结合到所述第三层；
其中所述制品包括：
1)第一聚合物层，所述第一聚合物层具有基本上平坦的第一主表面和相背的第二主表面；
2)第二聚合物层，所述第二聚合物层结合到所述第一聚合物层，所述第二聚合物层具有第一主表面和第二主表面，其中所述第二聚合物层的第一主表面与所述第一聚合物层的第二主表面共形，其中所述第二聚合物层的第二主表面限定包括至少一个壁的腔，其中所述第二聚合物层具有将所述腔连接到所述第一聚合物层的第一主表面或所述第二聚合物层的至少一个边缘的通道，并且其中所述腔的表面表现出小于90度的与水的前进接触角；和
3)第三层，所述第三层结合到所述第二聚合物层，其中所述第三层的表面和所述第二聚合物层的所述腔一起限定腔室。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第三层包括第三聚合物，并且所述第一聚合物、所述第二聚合物或所述第三聚合物均不是压敏粘合剂。
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