CN117651760A - 流体设备和制造流体设备的方法 - Google Patents

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CN117651760A CN202280047936.2A CN202280047936A CN117651760A CN 117651760 A CN117651760 A CN 117651760A CN 202280047936 A CN202280047936 A CN 202280047936A CN 117651760 A CN117651760 A CN 117651760A
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L·J·A·M·贝克尔斯
E·T·M·贝尔本
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Abstract

本发明提供了一种制造流体设备(214)的方法(100)。该方法包括提供(102，104)支撑第一主体(202)的基板(200)。在第一主体中限定第一通道(204)，并在第一通道中设置支撑构件(206)。该方法还包括在增材制造过程中形成(106)由第一主体和支撑构件支撑的第二主体(208)。支撑构件包括用于在支撑构件支撑第二主体时允许流体沿第一通道传输的贯穿支撑构件的至少一个流体流动路径。本发明还提供了流体设备本身，该流体设备包括第一主体、位于在第一主体内限定的第一通道中的支撑构件，以及由第一主体和支撑构件支撑的增材制造成的第二主体。

Description

流体设备和制造流体设备的方法
技术领域
本发明涉及一种制造流体设备的方法。
本发明还涉及一种流体设备。
背景技术
流体设备可用于多种不同的应用，如细胞或组织培养，例如用于活检研究。所谓的器官芯片(organ-on-chip)设备利用微流体技术和细胞来模仿体内的生理和力学状态。这种器官芯片设备已在例如肿瘤学中得到应用。
流体设备可包括用于将流体输送到培养室的两个或更多个流体通道。例如，一个通道可用于向培养室提供营养物质和氧气，以及从培养室中移除比如二氧化碳等代谢产物。另一个通道可用于向培养室提供药物。在这样的示例中，通道可被布置在流体设备的不同深度，使得通道中的一个被定位于另一个通道的顶部，但与另一个通道是分离的。
增材制造工艺(也被称为3D打印)可用于制造此类流体设备。然而，采用这种工艺可能会受到许多制造步骤的要求的阻碍。
此类制造步骤可包括在初始形成的主体中限定的通道上设置膜片层，以便通过在膜片的顶部上进行增材制造来形成另一主体。已知的是，利用牺牲材料填充通道，以便在其上打印出另一主体。然而，必须在后续步骤中去除牺牲材料，以使流体能够在通道中流动。为此目的，水溶性聚合物(如聚乙烯醇)已被用作牺牲材料。例如，怀斯研究所(WyseInstitute)研发的肺芯片(lung-on-chip)设备的制造需要128个加工步骤。
另一个挑战是，增材制造成的流体设备可增加流体泄漏的倾向，尤其是在制造过程中使用上述的膜片层来支撑在其上打印出的另一主体时。这是因为流体设备可在主体与膜片之间的界面处发生泄漏。
WO2016/155760A1公开了一种制造微流体设备的方法，其包括将一定长度的材料放入液态聚合物中，配置该一定长度的材料以限定微流体通道的路径，固化或固定液态聚合物以便在所配置的一定长度的材料周围形成固态聚合物，以及利用溶剂溶解所配置的一定长度的材料以便在固态聚合物中提供微流体通道。因此，可将所配置的一定长度的材料视为牺牲材料，去除该材料可使流体沿微流体通道流动，但增加了制造方法的一个步骤。
发明内容
本发明由权利要求来限定。
根据本发明的一个方面的示例，提供了一种制造流体设备的方法，该方法包括：提供支撑第一主体的基板，在第一主体中限定第一通道，其中在第一通道中设置支撑构件；以及在增材制造过程中形成由第一主体和支撑构件支撑的第二主体，其中支撑构件包括用于在支撑构件支撑第二主体时允许流体沿第一通道传输的贯穿支撑构件的至少一个流体流动路径。
第一通道中的支撑构件避免了对在第一通道上设置盖板或膜片以便在第一主体上形成第二主体的需要。与在第一主体和第二主体之间设置这种盖板或膜片的情形相比，这可减少制造步骤的数量，且降低流体泄漏的风险。
此外，无需将支撑构件从第一通道中移除以便使流体设备发挥作用。这是因为支撑构件包括用于在支撑构件正支撑第二主体(换言之，在形成第二主体后)时允许流体沿第一通道传输的贯穿支撑构件的至少一个流体流动路径。这也有助于减少制造流体设备所需的步骤数量。因此，支撑构件可被视为第二主体的非牺牲支撑件。
提供支撑第一主体的基板可包括在初始增材制造过程中，在基板上形成第一主体和支撑构件。因此，第一主体、支撑构件和第二主体可通过增材制造形成。因此，整个增材制造过程包括在基板上形成(例如打印)第一主体和支撑构件，随后在第一主体和支撑构件上形成(例如打印)第二主体。流体设备的制造可被相应地简化，且制造生产量也可相应地提高。
本文使用的术语“增材制造过程(additive manufacturing process)”是指通过在计算机控制下沉积、连接和/或凝固材料(材料通常是逐层添加在一起的)来形成三维部件，该三维部件是第二主体，且在至少一些实施例中是第一主体和支撑构件。
任何合适的材料都可用于这种增材制造过程，如塑料、液体或可固化或融合在一起的粉末颗粒。
增材制造过程的非限制性示例包括立体光刻、数字光处理和聚合物喷射(polyjet)打印。
在初始增材制造过程中形成支撑构件可包括在第一通道的区域内形成由多个层构成的堆叠体，该堆叠体的每一层包括空间上分离的多个部分。在这样的实施例中，至少一个流体流动路径由空间上分离的多个部分之间的空间来提供。
例如，在初始增材制造过程中，在第一主体正在形成时，可以(也是)逐层地构建这种堆叠体的各层。
例如，堆叠体的每一层中的空间上分离的多个部分可包括在层中相互平行地延伸的多个独立的股线。
这可以提供这样一种结构，即，在这种结构中，一层平行股线被设置在另一层平行股线上。所产生的由多孔层构成的堆叠体形成多孔的支撑构件，从而有效地形成多孔的第一通道。这种多孔的支撑构件可支撑在其上形成的第二主体的部分，使得第二主体可覆盖第一通道，以提供流体通道。
相对于第一通道延伸的方向，股线的延伸方向可以在堆叠体的层之间变化。在一个非限制性示例中，股线的延伸方向在相继的(successive)层中交替。这种堆叠体结构可帮助支撑构件支撑第二主体。
例如，每个股线(如打印的股线)可以是150μm至225μm宽。这样的股线宽度可以帮助堆叠体的每一层支撑上面的层以及设置在支撑构件上的第二主体。
替代性地或另外，孔的尺寸或同层的最近相邻的股线之间的距离可以是50μm至200μm，和/或支撑构件可具有在10％至50％的范围内的孔隙率。这可以有助于确保流体流经第一通道，同时使支撑构件能够支撑第二主体。
需要注意的是，孔隙率或空隙分数是支撑构件中的空隙空间的量度，且是空隙体积占支撑构件的总体积的分数。
更一般而言，支撑构件可包括多孔结构或由多孔结构限定，该多孔结构的孔隙限定至少一条流体流动路径。这种多孔结构可具有在10％至50％的范围内的孔隙率。
多孔结构可提供各种功能上的益处。例如，相对于没有这种多孔结构的通道，多孔结构可减小第一通道的体积。在处理细胞的示例中，例如在与第一通道相连的培养室中，流体设备可被用于通过第一通道向培养室提供昂贵的药物。体积较大的通道可能发生在其“死体积(dead volume)”中浪费这些药物的风险。多孔结构可以帮助减少这种死体积。
在其他示例中，多孔结构可以起到静态混合器的作用。例如，当两种或更多种药物分别被注入第一通道时，多孔结构的静态混合器功能可帮助将两种或更多种药物混合在一起。
在另外的示例中，多孔结构可以起到过滤器的作用。在细胞培养应用中，各种不同类型的生命可以在流体设备内生长。例如，可以形成扁平的细胞层，且在其他情况下，细胞球(spheroids)和类器官(organoids)可以生长。但是，如果这些细胞球和类器官不能牢固地附着在细胞培养基上，就会有被冲走的危险。在这种示例中，多孔结构可用于过滤或保留细胞球和类器官，例如，尺寸为200μm至500μm的细胞球和类器官，使得它们能够容易地被追踪，且不会流失到流体设备外部的流体控制器和/或堵塞流体控制器。
更一般而言，这种多孔结构可包括一种包括交错的股线的结构，其中至少一个流体流动路径设置在交错的股线之间。例如，这种交错的股线可以对应于由通过初始增材制造过程形成的空间上分离的股线构成的多个层形成的上述堆叠体。
在一些实施例中，支撑构件由支撑材料形成，支撑材料的硬度(例如邵氏A硬度)大于形成第一主体和/或第二主体的材料的硬度。这可以有助于最大限度地减小由在后续制造步骤(例如在保持器中将流体设备夹持在一起)中施加的力对至少一个流体流动路径造成限制的风险。
替代性地或另外，支撑材料是疏水性的，且形成第一主体和/或第二主体的材料是疏水性的。因此，支撑材料可被形成第一主体和/或第二主体的材料润湿。这可以有助于改善支撑构件与相应的一个或多个主体之间的粘附。
更一般而言，支撑材料可以是或包括热塑性塑料。
这种热塑性塑料可包括聚烯烃或由聚烯烃组成，例如选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)中的一种或多种。
在一些实施例中，在第二主体中限定第二通道。因此，第一通道和第二通道可被设置在由第一主体和第二主体限定的该结构中的不同深度或厚度位置。在第一通道中设置用于支撑第二主体的支撑构件，有利于这种布置结构。
例如，支撑构件可以实现“交叉通道”构型，其中第二通道的至少一部分在与基板垂直的方向上与第一通道对齐。
第二主体的一部分可被插置在第二通道和支撑构件之间。因此，在流体设备的使用期间，第一通道和第二通道中的相应流体可以保持相互分离。
例如，第二主体的被插置在第二通道和支撑构件之间的一部分可以具有至少为600μm的厚度或深度。这可以有助于确保第一通道和第二通道中的流体保持相互分离。
第一通道和第二通道可具有任何合适的尺寸。例如，第一通道可具有至少为600μm的宽度和深度，以有助于流体从中流过。
该方法还可包括将覆盖构件施加在第二主体上，以覆盖第二通道。在使用流体设备期间，覆盖构件可有助于将流体保留在第二通道中。
基板和覆盖构件(在有的情况下)可包括任何合适的材料或由任何合适的材料形成，例如光学透射材料或光学透明材料。这可有助于监测流体设备内发生的过程，因为可以通过基板观察或以光学方式监测第一通道，且在适用的情况下，可以通过覆盖构件观察或以光学方式监测第二通道。
例如，光学透射材料可以是玻璃或合适的光学透射或透明的聚合物，如环烯烃聚合物(COP)或环烯烃共聚物(COC)。
第一主体和第二主体中的至少一个可以由热塑性弹性体和/或邵氏A硬度为20至70(比如20至40)的材料形成。邵氏A硬度可使用ASTM D2240-15e1来测定。
由于热塑性弹性体可以作为液体来施用，例如通过合适的熔体挤出机-打印头装置，且在施用后相对快速地冷却/凝固，因此热塑性弹性体可利于通过增材制造来形成相应的主体。
热塑性弹性体(如苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SEBS))的弹性特性可以在不交联的情况下提供，从而利于使用此类材料进行增材制造。
第一主体和第二主体中的至少一个可以由光学透明或半透明的材料形成，例如光学透明或半透明的热塑性弹性体，诸如邵氏A硬度为20至70的光学透明或半透明的热塑性弹性体。这样可以利于对流体设备内发生的过程进行光学询问(optical interrogation)。
替代性地或另外，第一主体和/或第二主体也可以由批准的食品接触材料制成。
由热塑性弹性体形成的第一主体可以帮助减少流体设备的流体泄漏，因为第一主体可以抵靠基板而弹性地变形，以便将第一主体密封到基板上，例如当流体设备被夹持在一起时。
替代性地或另外，由热塑性弹性体形成的第二主体可有助于减少流体泄漏，例如，当流体设备被夹持在一起时，第二主体可抵靠覆盖构件而弹性地变形，以便将第二主体密封到覆盖构件上。
对于第一主体和/或第二主体，也可以考虑非弹性材料，例如热塑性塑料(如聚烯烃)。在这种情况下，可以使用合适的粘合剂将第一主体粘接到基板上，和/或将第二主体粘接到合适的覆盖构件上(在流体设备中包含覆盖构件的情况下)。然而，采用由热塑性弹性体形成的第一主体和/或第二主体可以避免对这种粘合剂的需要，从而降低流体设备内部(如细胞培养环境)被这种粘合剂污染的风险。
例如，热塑性弹性体可以是苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SEBS)、热塑性聚氨酯(TPU)和/或热塑性有机硅弹性体(thermoplastic silicone vulcanizate，TPSiV)。
例如，当这种热塑性弹性体(如SEBS、TPU或TPSiV)与用于支撑构件的热塑性塑料(如聚烯烃)支撑材料(例如PE、PP或PS)结合时，支撑构件和一个/多个主体的材料的疏水性可使前者润湿后者，从而增强粘附性。
此外，这种聚烯烃支撑材料(例如PE、PP或PS)可以比用于第一主体和/或第二主体的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SEBS)、热塑性聚氨酯(TPU)和/或热塑性有机硅弹性体(TPSiV)更硬，例如具有更高的邵氏A硬度，从而最大限度地降低至少一个流体流动路径受到限制的风险，如前所述。
根据另一方面，提供了一种流体设备，其包括：第一主体，在第一主体中限定第一通道，其中在第一通道中设置支撑构件；以及由第一主体和支撑构件支撑的增材制造成的第二主体，其中支撑构件包括用于允许流体沿第一通道传输的贯穿支撑构件的至少一个流体流动路径。
在第二主体中可限定第二通道。在此实施例中，流体设备还可包括位于第二主体上的覆盖构件，该覆盖构件覆盖第二通道。
更一般而言，本文所述的与流体设备有关的实施例可适用于制造流体设备的方法，且本文所述的与制造流体设备的方法有关的实施例可适用于流体设备本身。
本发明的这些和其它方面将从下文所述的实施例中变得明显，并将参照下文所述的实施例来阐明。
附图说明
为了更好地理解本发明，并更清楚地展示如何实施本发明，现在仅以举例的方式参照附图，在附图中：
图1示意性地绘示出根据一个示例的制造流体设备的方法；
图2提供了根据一个示例的流体设备的透视图，该流体设备包括第一主体和第二主体，第一主体具有在其中限定的第一通道，第二主体具有在其中限定的第二通道；
图3提供了图2所示的流体设备第二主体的透视图；
图4提供了图2所示的流体设备第一主体的透视图；
图5A提供了示例性流体设备的第一主体和支撑构件的照片；
图5B提供了图5A所示的支撑构件的放大视图；以及
图5C提供了图5A和5B中所示的支撑构件的另外的视图。
具体实施方式
将参照附图来描述本发明。
应当理解的是，详细描述和具体示例虽然表明了本发明的装置、系统和方法的示例性实施例，但其目的仅在于例示说明，而无意限制本发明的范围。通过以下描述、所附权利要求书附图，本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点将得到更好的理解。应当理解的是，附图仅为示意图，并未按比例绘制。还应理解的是，附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。
本文提供了一种制造流体设备的方法。该方法包括提供支撑第一主体的基板。在第一主体中限定第一通道，并在第一通道中设置支撑构件。该方法还包括在增材制造过程中形成由第一主体和支撑构件支撑的第二主体。支撑构件包括用于在支撑构件支撑第二主体时允许流体沿第一通道传输的贯穿支撑构件的至少一个流体流动路径。本文还提供了一种流体设备，其包括第一主体、位于在第一主体中限定的第一通道内的支撑构件，以及由第一主体和支撑构件支撑的增材制造成的第二主体。
图1示意性地绘示出根据一个非限制性示例的用于制造流体设备的方法100。方法100包括提供支撑第一主体202的基板200，在第一主体202中限定第一通道204。在第一通道中设置支撑构件206。
提供支撑第一主体202的基板200在图1中被表示为提供102基板200和在基板200上形成104第一主体202和支撑构件204的单独步骤。
基板200可以由任何合适的材料形成，只要基板能够支撑在其上形成的流体设备的层或其他结构。例如，基板200可以由玻璃或光学透射或光学透明的聚合物形成。这可以有助于监测流体设备内发生的过程，因为可以通过基板观察或以光学方式监测第一通道。例如，光学透射或透明的聚合物可以是环烯烃聚合物(COP)或环烯烃共聚物(COC)。
优选地，使用初始增材制造过程在基板200上形成104第一主体202和支撑构件206。
第一主体202可以由任何合适的材料形成，尤其是聚合物材料。在一些实施例中，第一主体202由热塑性弹性体形成。这种热塑性弹性体可以通过例如由用于将流体设备夹持在一起的夹具或保持器(不可见)施加的力抵靠基板200而弹性地变形。弹性的第一主体202的这种变形可以帮助提供抵靠基板200的密封，以便将流体保留在第一通道204中。
热塑性弹性体可利于通过增材制造形成第一主体202，因为热塑性弹性体可以作为液体来施用，例如通过合适的熔体挤出机-打印头装置(如包含在Arburg Freeformer系统中的装置)，且然后在施用后相对快速地冷却/凝固。
热塑性弹性体(如苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SEBS))的弹性体特性可以在不交联的情况下提供，从而利于使用这种材料进行增材制造。
第一主体202可包括选自苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SEBS)、热塑性聚氨酯(TPU)和热塑性有机硅弹性体(TPSiV)中的至少一种或由其形成。
方法100还包括在增材制造过程中(在此具体示例中为后续的增材制造过程)形成106由第一主体202和支撑构件206支撑的第二主体208。因此，支撑构件206和第一主体202可被视为一起提供了支撑基板，在该支撑基板上可通过增材制造形成第二主体208。
因此，在本示例中，第一主体202、支撑构件206和第二主体208可通过增材制造来形成。因此，整个增材制造过程包括在基板200上形成(例如打印)第一主体202和支撑构件206，随后在第一主体202和支撑构件206上形成第二主体208。流体设备214的制造可被相应地简化，且制造生产量也可相应地提高。
在一个非限制性示例中，第一主体202和第二主体204以及支撑构件206使用相对较软的材料进行打印，例如邵氏A硬度为20至40，打印时间为3至5分钟。打印过程可以是一个连续的过程，例如由来自Arburg的增材制造机进行编程。制造时间可能受限于完成打印点的频率。例如，打印1.2克相对较软的材料可能需要约3分钟。
假设实施图1所示的方法100的步骤102和104所需的时间为4分钟，并假设每台打印机每年运行360天(三班倒)，则估计该过程每年可制造131400个流体设备214。
更一般而言，本文所述的增材制造步骤可采用任何合适类型的增材制造过程，如立体光刻、数字光处理和聚合物喷射打印。为加工/打印较硬的材料，可以使用激光凝固。此类增材制造过程本身是众所周知的，且为简要起见，在此不再详述。
在第一通道204中的支撑构件206避免了对在第一通道204上设置盖板或膜片以便在第一主体202上形成第二主体208的需要。与在第一主体202和第二主体208之间设置这种盖板或膜片的情形相比，这可以降低流体泄漏的风险。
此外，支撑构件206无需被从第一通道204中移除以便使所形成的流体设备214发挥作用。这是因为支撑构件206包括用于在支撑构件206支撑第二主体208时允许流体沿第一通道204传输的贯穿支撑构件的至少一条流体流动路径。这还有助于减少制造流体设备214所需的步骤数量。因此，支撑构件206可被视为第二主体208的非牺牲支撑件。
支撑构件206中包含的流体流动路径可以以任何合适的方式来实现。在一些实施例中，支撑构件206包括多孔结构或由多孔结构限定，该多孔结构的孔限定至少一个流体流动路径。例如，这种多孔结构可具有在10％到50％的范围内的孔隙率。
多孔结构可以提供各种功能上的好处。例如，相对于没有多孔结构的通道，多孔结构可以减小第一通道204的体积。在处理细胞的示例中，例如在与第一通道相连的培养室(图1中不可见)中，流体设备214可被用于通过第一通道204向培养室提供昂贵的药物。较大体积的通道会发生在其“死体积”中浪费这些药物的风险。多孔结构可以帮助减少这种死体积。
在其他示例中，多孔结构可以起到静态混合器的作用。例如，当两种或更多种药物分别被注入第一通道时，多孔结构的静态混合器功能可帮助将两种或更多种药物混合在一起。
在另外的示例中，多孔结构可以起到过滤器的作用。在细胞培养应用中，各种不同类型的生命都可以在流体设备214中生长。例如，可以形成扁平的细胞层，且在另一种情况下，细胞球和类器官可以生长。然而，如果这种细胞球和类器官不能牢固地附着在细胞培养基上，就存在被冲走的风险。在这种情况下，多孔结构可用于过滤或保留细胞球和类器官，例如尺寸为200μm至500μm的细胞球和类器管，使其能够容易地被追踪且不会流失到流体设备214外部的流体控制器和/或堵塞流体控制器。
更一般而言，支撑构件可包括任何合适的支撑材料或由其形成，例如热塑性塑料，如聚烯烃。例如，这种聚烯烃可包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)中的一种或多种。
在图1所示的非限制性示例中，第二通道210被限定在第二主体208中。因此，第一通道204和第二通道210设置于在由第一主体202和第二主体208限定的层叠结构中的不同高度或厚度位置。如前所述，支撑构件206被设置在第一通道204中以便支撑第二主体208有利于这种布置结构。
具体而言，支撑构件206能够实现“交叉通道”构型，其中第二通道210的至少一部分在与基板垂直的方向上与第一通道204对齐。在图1所示的非限制性示例中，第一通道204和第二通道210相互平行地对齐和延伸，但也可以设想到第一通道204和第二通道210的其他的堆叠布置方式。
在这种实施例中，第二主体208的一部分可被插置在第二通道210和支撑构件206之间。这样，第一通道204和第二通道210中的相应流体可以保持相互分离。
例如，第二主体的被插置在第二通道和支撑构件之间的部分可具有至少为600μm的厚度或深度。这可以有助于保持第一通道204和第二通道210中的相应流体相互分离。
第一通道204和第二通道210可以具有任何合适的尺寸。例如，第一通道204可具有至少为600μm的宽度(W)和深度(D)，以帮助流体从中流过。
在图1所示的非限制性示例中，方法100还包括将覆盖构件212施加108在第二主体208上以封闭第二通道210。
覆盖构件212可以由任何合适的材料形成，只要覆盖构件212能够封闭第二通道210以便将流体保留在其中。例如，覆盖部件212可以由玻璃或光学透射或光学透明的聚合物形成。这可以有助于监测流体设备内发生的过程，因为可以通过覆盖构件212观察或以光学方式监测第一通道。例如，光学透射或透明的聚合物可以是环烯烃聚合物(COP)或环烯烃共聚物(COC)。
第二主体208可以由任何合适的材料形成，尤其是聚合物材料。在一些实施例中，第二主体208由热塑性弹性体形成。例如，这种热塑性弹性体可以通过由用于将流体设备214夹持在一起的夹具或保持器(不可见)施加的力抵靠覆盖构件212而弹性地变形。为此，可以考虑使用任何合适的保持器，例如MicronitGmbH/Fluigent提供的平台。弹性的第二主体208的这种变形可有助于提供抵靠覆盖构件212的密封，从而将流体保留在第二通道210中。
热塑性弹性体可利于通过增材制造形成第二主体208，因为热塑性弹性体可以作为液体来施用，例如通过合适的熔体挤出机-打印头装置(如包含在Arburg Freeformer系统中的装置)，且然后在施用后相对快速地冷却/凝固。
热塑性弹性体(如苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SEBS))的弹性体特性可以在不交联的情况下提供，从而利于使用此类材料进行增材制造。
第二主体208可包括选自苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SEBS)、热塑性聚氨酯(TPU)和热塑性有机硅弹性体(TPSiV)中的至少一种或由其形成。
对于第一主体202和/或第二主体208，也可以考虑非弹性材料。在这种示例中，可以使用合适的粘合剂将第一主体202粘接到基板200上，和/或将第二主体208粘接到覆盖构件212上。然而，采用弹性的(如由热塑性弹性体形成的)的第一主体202和/或第二主体208可以避免对此类粘合剂的需要，从而降低流体设备的内部(如细胞培养环境)被此类粘合剂污染的风险。
在一些实施例中，支撑构件206由支撑材料形成，支撑材料的硬度(如邵氏A硬度)大于形成第一主体202和/或第二主体208的材料的硬度。这可以有助于最大限度地降低通过在后续制造步骤(例如在保持器中将流体设备214夹持在一起)中施加的力对至少一个流体流动路径造成限制的风险。
例如，聚烯烃支撑材料(如PE、PP或PS)可以比包含在第一主体202和/或第二主体208中或形成第一主体202和/或第二主体208的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SEBS)、热塑性聚氨酯(TPU)和/或热塑性有机硅弹性体(TPSiV)更硬，例如具有更高的邵氏A硬度。因此，这种组合可以最大限度地降低至少一个流体流动路径受到限制的风险。
替代性地或另外，支撑材料和形成第一主体202和/或第二主体208的材料都是疏水性的。因此，支撑材料可被形成第一主体202和/或第二主体208的材料润湿。这可以有助于改善支撑构件206与相应的一个或多个主体202、208之间的粘附性。
例如，当苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SEBS)、热塑性聚氨酯(TPU)和/或热塑性有机硅弹性体(TPSiV)与用于支撑构件的聚烯烃支撑材料(如PE、PP或PS)结合时，支撑构件206和主体202、208的材料的疏水性可使前者润湿后者，从而增强粘附性。
为了在初始增材制造过程中使用相应的材料同时形成第一主体202和支撑构件206，可以使用具有多个熔体挤出机-打印头装置的增材制造设备。在这种示例中，可以控制熔体挤出机-打印头装置来打印支撑构件206的支撑材料，例如热塑性塑料，如PE、PP或PS，并使用不同的熔体挤出机-打印头装置来打印第一主体202，例如使用热塑性弹性体，如SEBS、TPU或TPSiV。
已知合适的增材制造设备具有多个熔体挤出机-打印头装置，例如ArburgFreeformer。在后者中，基板200可被定位在可移动的产品板上，该产品板受到控制而相对于多个静态安装的打印头移动。
为了简化流体设备214的制造，在一些非限制性示例中，第一主体202、支撑构件206和第二主体208可以全部由相同的材料形成。例如，共用的材料可以是热塑性弹性体，如苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SEBS)、热塑性聚氨酯(TPU)或热塑性有机硅弹性体(TPSiV)，或聚烯烃，如PE、PP或PS。
图2提供了根据一个非限制性示例的流体设备214的透视图。图3提供了图2所示的流体设备214的第二主体208的透视图，图4提供了图2所示的流体设备的第一主体202的透视图。
流体设备214包括被包含在第一通道204中的上述支撑构件206，第二通道210堆叠在第一通道204上，但在深度方向上与第一通道204分离。如图所示，堆叠的第一通道204和第二通道210的部分相互平行地延伸。
在图2至图4所示的非限制性示例中，流体设备214还包括与第一通道204和第二通道210流体连接的腔室216，例如细胞培养室216。通过这种方式，第一通道204和第二通道210可以向腔室216提供流体，例如不同的流体。支撑构件206中的至少一个流体流动路径使流体能够在第一通道204中流向腔室216。
例如，第一通道204和第二通道210中的一个可被用于向腔室216提供营养物质和氧气，以及从中移除代谢产物(如二氧化碳)，而第一通道204和第二通道210中的另一个可被用于向腔室216提供药物。
流体可以通过入口218A和出口218B供入第一通道204或从第一通道204移除。如图3所示，入口218A和出口218B被限定在第二主体208中。具体而言，入口218A和出口218B与第一通道204的端部对齐，如图2最佳地所示。
虽然在图2至图4中不可见，但还可包括用于向第二通道210提供流体和将流体从第二通道210移除的入口和出口。
流体设备214可包括一种或多种与细胞生物相容的功能材料。例如，可在流体设备214的中心或靠近中心的位置(如在腔室216中，例如在腔室216中处理细胞或活检组织)提供此类功能材料。
流体设备214的其他部分，例如通道204、210，以及流体设备214的大部分主体，例如第一主体202和第二主体208，可以由例如非功能材料制成，这些非功能材料因生物相容性的原因而不包含。
图5A至图5C提供了示例性流体设备214的第一主体202和占用第一通道204的支撑构件206的照片。从这些照片中可以明显看出第一主体202的封闭的多孔性，其源于用于形成第一主体202的增材制造过程。因此，更一般而言，增材制造成的主体可以通过检视(如光学检视)其结构来检测。
第一主体202的封闭的多孔性使得将流体有效地保留在第一通道204内。更一般而言，第一主体202和第二主体204的材料的流体不渗透性使得流体在流体设备内的传输是通过第一通道204(和第二通道210，在有的情况下)进行的。
图5B中提供的放大视图显示了支撑构件206的开放的多孔性，其提供了沿第一通道204的至少一个流体流动路径。在该非限制性示例中，这种开放的多孔性是由多孔结构提供的，该多孔结构包括交错的股线220A、220B或由其限定，其中至少一个流体流动路径是在交错的股线220A、220B之间提供的。
第一主体202和支撑构件206的初始增材制造可包括在第一通道204的区域内形成由多个层构成的堆叠体，该堆叠体限定支撑构件206。堆叠体的每一层可包括空间上分离的多个部分，至少一个流体流动路径是由空间上分离的多个部分之间的空间提供的。
回到图5B所示的示例，在堆叠体的每一层中的空间上分离的多个部分可包括在该层中相互平行地延伸的多条独立的股线220A、220B。相对于第一通道204延伸的方向，股线220A、220B的延伸方向或角度可以在堆叠体的层之间变化。
如图5B所示，堆叠体的第一层中的股线220A的延伸方向与堆叠体的相继的第二层中的股线220B的延伸方向成角度。参照图5C，相继的层中的股线的延伸方向在堆叠体中沿着与基板200垂直的堆叠方向(SD)交替的这种布置结构可以有助于支撑在其上形成的第二主体208。孔222被限定在股线220A、220B之间的空间中。
例如，每条股线220A、220B可以为150μm至225μm宽。这样的股线宽度可以帮助堆叠体的每一层支撑上面的层，以及设置在支撑构件206上的第二主体208。
替代性地或另外，孔的尺寸或同层的最近相邻的股线220A、220B之间的距离可以是50μm至200μm，且支撑构件206可具有在10％至50％的范围内的孔隙率。这可以有助于确保流体流经第一通道204，同时使支撑构件206能够支撑第二主体208。
更一般而言，例如，除了由热塑性弹性体和/或邵氏A硬度为20至70的材料形成之外，第一主体202和第二主体208中的至少一个可以是光学透明或半透明的。这样可以利于对流体设备214内发生的过程进行光学询问。在一些示例中，第一主体202和/或第二主体208的材料可以是被批准的食品接触材料。
在一些实施例中，对于第一主体202和/或第二主体208，可以使用以下市售的透明或半透明的、邵氏A硬度为10至70、被批准的食品接触的弹性体/软材料：Medalist MD-53253(TPE Teknor Apex)；Medalist MD-53273(TPE Teknor Apex)；Mediprene 500602M-03(TPE Hexpol)；Texin Rx T85A(TPU Covestro)；(F SPU|PUR)；/>(SPU|PUR)；BJB聚氨酯F-116A/B|TSU；BJB聚氨酯F-126A/B|TSU；BJB聚氨酯F-131A/B|TSU；BJB聚氨酯M-3115REV 1A/B|TSU；BJB聚氨酯M-3125A/B|TSU；CELLENE MC2248|TPE；CELLENEMC2265|TPE；CELLENE MC3038|TPE；CELLENE MC3050|TPE；CELLENE MC3061|TPE；CELLENEMC3226|TPE；CELLENE MC3239|TPE；CELLENE MC3261|TPE；DynaflexTMG2706-1000-00|TPE；DynaflexTMG2711-1000-00|TPE；/>2860L|TPE；Filter-bondTME-3264|TS；FLEXCHEMTM3551-02|PVC，柔性；FLEXCHEMTM4051-02|PVC，柔性；FLEXCHEMTM4551-02|PVC，柔性；FLEXCHEMTM5051-02|PVC，柔性；FLEXCHEMTM5551-02|PVC，柔性；FLEXCHEMTM6051-02|PVC，柔性；FLEXCHEMTM6551-02|PVC，柔性；/>MD-12130|TPE；/>MD-12130H|TPE；/>MD-12140|TPE；/>MD-12140H|TPE；/>MD-12150|TPE；/>MD-12150H|TPE；/>MD-12150S|TPE；/>MD-12160|TPE；MD-12160H|TPE；/>MD-12170|TPE；/>MD-12170H|TPE；MD-12243|TPE；/>MD-12337|TPE；/>MD-12340NAT|TPE；MD-12342|TPE；/>MD-12344|TPE；/>MD-12350|TPE；MD-12352|TPE；/>MD-12362|TPE；/>MD-125|TPE；MD-130|TPE；/>MD-13240|TPE；/>MD-135|TPE；/>MD-145|TPE；/>MD-155|TPE；/>MD-17365|TPE；/>MD-225|TPV；MD-32045|TPE；/>MD-32245|TPE；/>MD-36048|TPE；MD-37063NAT|TPE；/>MD-42245XRD1|TPE；/>MD-42245XRD3|TPE；/>MD-74357XRD1|TPE；/>MD-74357XRD2|TPE；/>500120M|TPE；/>500200M|TPE；/>500250M|TPE；/>500300M|TPE；/>500350M|TPE；/>500400M|TPE；/>500434M|TPE；/>500450M|TPE；/>500484M|TPE；/>500520M|TPE；/>500534M|TPE；/>500584M|TPE；/>500600M|TPE；/>500634M|TPE；/>500650M|TPE；/>500684M|TPE；/>500700M|TPE；/>RG-10160H|TPE；/>TPE1120|TPE；/>TPE 1160|TPE；/>PJ4300C|TPE；/>PJ5300C|TPE；/>PJ6300C|TPE；/>PJ7300C|TPE；SkinFlex 15F-115A/B|TSU；SkinFlex BR-60；BRUSHABLE A/B|TSU；/>TPE-F22|SEBS；M TM3LFT(系列：MC/LF)|TPE；/>M TM3MED(系列：MC/tl)|TPE；/>M TM3RST(系列：MC/RS)|TPE；/>MTM4LFT(系列：MC/LF)|TPE；/>M TM4MED(系列：MC/tl)|TPE；M TM4RST(系列：MC/RS)|TPE；/>M TM5LFT(系列：MC/LF)|TPE；/>M TM5MED(系列：MC/tl)|TPE；/>MTM6LFT(系列：MC/LF)|TPE；/>M TM6MED(系列：MC/tl)|TPE；M TM7LFT(系列：MC/LF)|TPE；/>M TM7MED(系列：MC/tl)|TPE；UNISOFT SPECIALTMDS-35A-CL-M-01|SEBS；UNISOFT SPECIALTMDS-55A-CL-M-01|SEBS；VersaflexTMG2705 N|TPE；VersaflexTMHC 1100-40Translucent EU|TPE；VersaflexTMHC 1348Natural|TPE；VersaflexTMHC MT317|TPE；VersaflexTMHC MT555|TPE；VersaflexTMOM 1040X-1|TPE；CELLENE MC2248|TPE；CELLENE MC2265|TPE；CELLENE MC3038|TPE；CELLENE MC3050|TPE；CELLENE MC3061|TPE；CELLENE MC3226|TPE；CELLENE MC3239|TPE；CELLENE MC3261|TPE；ChronoPreneTM25A|TPE；ChronoPreneTM40A|TPE(CardioTechInternational，Inc.)；/>500300S|TPE；/>500350S|TPE；/>500400S|TPE；/>500450S|TPE；/>500500S|TPE；/>500550S|TPE；/>500600S|TPE；/>500650S|TPE；/>500700S|TPE；DynaflexTMG2701-1000-02|TPE；DynaflexTMG2706-1000-00|TPE；DynaflexTMG2709-1000-00|TPE；DynaflexTMG2711-1000-00|TPE；DynaflexTMG2712-1000-02|TPE；DynaflexTMG2730|TPE；DynaflexTMG2755-1000-00|TPE；DynaflexTMG2755C|TPE；DynaflexTMG6713-0001|TPE；DynaflexTMG6713C|TPE；DynalloyTMGP 7810-60T|TPE；DynalloyTMGP 7810-70T|TPE；DynalloyTMOBC8200-BT50|TPE；/>58123TPU|TPU-Polyether；EvopreneTM019|SBS；EvopreneTMG 925|SEBS；EvopreneTMG 936|SEBS；EvopreneTMG942|SEBS；EvopreneTMG 958|SEBS；EvopreneTMG 966|SEBS；EvopreneTMG 967|SEBS；EvopreneTMG 968|SEBS；EvopreneTMG969|SEBS；EvopreneTMG 970|SEBS；EvopreneTMGC 5685|SEBS；EvopreneTMGC 5686|SEBS；EvopreneTMGC 5687|SEBS；EvopreneTMGC 5688|SEBS；EvopreneTMGC 5689|SEBS；EvopreneTMGC 5690|SEBS；GLS 422-126|TPE；GLS 458-140|TPE；GLS 458-141|TPE；GLS458-142|TPE；K-Prene HYFLEX HF 15|MPR；K-Prene HYFLEX HF 20|MPR；K-Prene HYFLEXHF 25|MPR；K-Prene HYFLEX HF 30|MPR；/>RG-38052XRD1|TPE；/>PUG 10|SEBS；/>PUG 60|SEBS；/>TA 60|SEBS；/>RG-10130|TPE；RG-10140|TPE；/>RG-10150|TPE；/>RG-10160|TPE；RG-10170|TPE；/>RG-15130|TPE；/>RG-15140|TPE；RG-15150|TPE；/>RG-15160|TPE；/>RG-15170|TPE；RG-18240|TPE；/>RG-18250|TPE；/>RG-18260|TPE；RG-18270|TPE；/>RG-19221NAT|TPE；/>RG-19255|TPE；/>RG-20140|TPE；/>RG-20160|TPE；/>RG-20170|TPE；/>RG-29068NAT|TPE；/>RG-29240XRD1|TPE；/>MJ4300C|TPE；/>MJ5302C|TPE；/>MJ6301C|TPE；/>MJ7301C|TPE；/>NB221-S4050|TPE；/>NB221-S4051|TPE；NB221-S4052|TPE；/>NB221-S4053|TPE；/>TO 132|TPE；/>TL-83-F943D22-NT BLU|TPE；/>K TF2CGT(系列：FC)|TPE；K TF3BTL(系列：FC/AP)|TPE；/>K TF3CGT(系列：FC)|TPE；/>K TF3STE(系列：FC/CS)|TPE；/>K TF4AAB(系列：FC/HE/tl)|TPE；/>K TF4BTL(系列：FC/AP)|TPE；K TF4CGT(系列：FC)|TPE；/>K TF4STE(系列：FC/CS)|TPE；/>K TF5AAC(系列：FC/HE/tl)|TPE；/>KTF5BTL(系列：FC/AP)|TPE；/>K TF5CGT(系列：FC)|TPE；K TF5STE(系列：FC/CS)|TPE；/>K TF5WHA(系列：DW/H)|TPE；/>K TF6AAF(系列：FC/HE/tl)|TPE；/>KTF6BTL(系列：FC/AP)|TPE；/>K TF6CGT(系列：FC)|TPE；/>K TF6STE(系列：FC/CS)|TPE；/>K TF6WCS(系列：DW/CS)|TPE；/>K TF6WHA(系列：DW/H)|TPE；/>KTF6WHB(系列：DW/H)|TPE；/>K TF7AAC(系列：FC/HE/tl)|TPE；K TF7BTL(系列：FC/AP)|TPE；/>K TF7CGT(系列：FC)|TPE；/>K TF7WHB(系列：DW/H)|TPE；/>8201-B|TPE；VersaflexTMFFC 2882-50EU|TPE；VersaflexTMFFC 2882-50|TPE；VersaflexTMG2708 N|TPE；VersaflexTMGP 2810-20N|TPE；VersaflexTMGP 2810-30N|TPE；VersaflexTMGP 2810-40N|TPE；VersaflexTMGP 2810-50N|TPE；VersaflexTMGP 2810-60N|TPE；VersaflexTMGP 2810-70N|TPE；/>MT920|SEBS；/>MT930|SEBS；/>MT940|SEBS；MT950|SEBS；/>MT960|SEBS；/>MT970|SEBS。
通过对附图、本公开和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实施所主张的发明时可以理解并实现所公开的实施例的各种变化。在权利要求中，“包括”一词并不排除其他要素或步骤，不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。
在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这一事实并不表明这些措施的组合不能用来发挥优势。
如果在权利要求或描述中使用了术语“适于”，则应注意术语“适于”旨在等同于术语“被配置为”。
权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (17)

1.一种制造流体设备(214)的方法(100)，所述方法包括：
提供(102，104)支撑第一主体(202)的基板(200)，在所述第一主体中限定第一通道(204)，其中在所述第一通道中设置支撑构件(206)；以及
在增材制造过程中形成(106)由所述第一主体和所述支撑构件支撑的第二主体(208)，其中所述支撑构件包括用于在所述支撑构件支撑所述第二主体时允许流体沿所述第一通道传输的贯穿所述支撑构件的至少一个流体流动路径，且所述支撑构件包括多孔结构，所述多孔结构的孔(222)限定所述至少一个流体流动路径。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，所述提供(102，104)包括在初始增材制造过程中在所述基板(200)上形成(104)所述第一主体(202)和所述支撑构件(206)。
3.根据权利要求2所述的方法(100)，其中，形成所述支撑构件(206)包括在所述第一通道(204)的区域中形成由多个层构成的堆叠体，所述堆叠体的每一层包括空间上分离的多个部分，所述至少一个流体流动路径由位于所述空间上分离的多个部分之间的空间来提供。
4.根据权利要求3所述的方法(100)，其中，所述堆叠体的每一层中的所述空间上分离的多个部分包括在所述层中相互平行地延伸的多个独立的股线。
5.根据权利要求4所述的方法(100)，其中，所述股线的延伸方向在所述堆叠体的层之间变化。
6.根据权利要求5所述的方法(100)，其中，所述股线的延伸方向在相继的层中交替。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法(100)，其中，在所述第二主体(208)中限定第二通道(210)。
8.根据权利要求7所述的方法(100)，其中，所述第二主体(208)的一部分被插置在所述第二通道(210)和所述支撑构件(206)之间。
9.根据权利要求7或8所述的方法(100)，其中，所述第二通道的至少一部分在与所述基板(200)垂直的方向上与所述第一通道(204)对齐。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的方法(100)，其中，所述方法(100)还包括将覆盖构件(212)施加(108)于所述第二主体(208)上以覆盖所述第二通道(210)。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法(100)，其中，所述第一主体(202)和所述第二主体(208)中的至少一个由热塑性弹性体形成。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的方法(100)，其中，所述多孔结构包括交错的股线(220A，220B)，其中所述至少一个流体流动路径被设置在所述交错的股线之间。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法(100)，其中，所述支撑构件(206)由支撑材料形成，所述支撑材料的硬度大于形成所述第一主体(202)和所述第二主体(208)中的至少一个的材料的硬度。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的方法(100)，其中，所述支撑材料和形成所述第一主体和所述第二主体中的至少一个的材料是疏水性的。
15.一种流体设备(214)，包括：
第一主体(202)，在所述第一主体中限定第一通道(204)，其中在所述第一通道中设置支撑构件(206)；以及
由所述第一主体和所述支撑构件支撑的增材制造成的第二主体(208)，其中所述支撑构件包括用于允许流体沿所述第一通道传输的贯穿所述支撑构件的至少一个流体流动路径，并且所述支撑构件包括多孔结构，所述多孔结构的孔(222)限定所述至少一个流体流动路径。
16.根据权利要求15所述的流体设备(214)，其中，所述流体设备(214)还包括被布置成支撑所述第一主体(202)的基板(200)。
17.根据权利要求15或16所述的流体设备(214)，其中，在所述第二主体(208)中限定第二通道(212)；可选地，所述流体设备还包括位于所述第二主体上的覆盖构件(212)，所述覆盖构件覆盖所述第二通道。
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