CN1741853A - 微射流结构及其生产方法、装置和使用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产微射流结构的方法，该方法包括：(a)提供一种模塑组件，用以模塑微结构元件；所述模塑组件包括第一和第二成型模，二者一起形成模腔，所述第一 和/或第二成型模包括：(i)一个模塑表面，优选由金属制成，其中金属例如钢、青铜、铍－铜合金或成型模铝合金，该模塑表面构成微结构模塑表面，和(ii)一个或多个芯棒，其在所述第一和第二成型模之间延伸跨过所述模腔，(b)向所述模腔施加模塑材料使其固结；和(d)将所述固结的模塑材料从所述模腔退出。本发明进一步提供了通过该方法获得的微射流结构，用于模塑具有微射流结构的微射流元件的模塑组件，及其使用。本发明进一步提供了微射流结构元件，该元件包括第一外表面(101)和第二外表面(108)，所述第一和/或所述第二外表面包括用于至少一个微射流功能部件(103，109)的至少一个微结构，所述第一和所述第二外表面通过至少一个穿透孔(107)流体连通。

Description

微射流结构及其生产方法、装置和使用
发明背景
本发明涉及一种生产微射流(micro-fluidic)结构元件的方法、一种通过该方法获得的微射流结构、一种用于模塑(mould)微射流结构的微结构元件的模塑组件、一种微射流结构元件、一种微射流结构、及其用途。
技术领域
在生产微射流结构的过程中，模塑和/或微制造技术通常被用于精确制造次毫米级的结构。
包括预制微结构成型模(mould die)的模塑技术必须针对微射流结构的每个单独用途来进行设计。然而，设计和准备微结构成型模是费时且昂贵的。
因此，需要一种微射流结构，其在生产方法和成本方面具有最小的限制。
背景技术
美国2002/0100714 A1公开了一种微射流装置，其操作是针对片上实验室(lab-on-a-chip)的功能而设计的，所述装置是通过对衬底和沟道结构进行喷射模塑制得的。
美国6,126,899公开了一种用于液体试样生化分析的装置，该装置包括一个定义了试样分配网络的衬底，该分配网络具有(i)一个试样入口，(ii)一个或多个检测室，和(iii)沟道装置，其提供了每个检测室和入口之间的闭端(dead end)液力连接。
WO 99/19717公开了一种连续形式的微结构阵列装置，其被制成一个包含微结构阵列(26)的柔性长薄膜层叠件，微结构阵列(26)是沿着该层叠件连续地设置的。层叠件可从辊中连续地拉出，通过处理和分析装置，并再次被卷起或堆叠以便于储存。
发明内容
发明目的
一方面，本发明的一个目的是要提供一种改进的微射流结构，其可以大量地生产，而在生产和成本方面具有最小限制。
本发明的另一个目的是要提供一种改进的微射流结构，其具有大容量的微射流功能部件。
本发明的另一个目的是要提供一种改进的微射流结构，其具有提高的设计灵活性。
本发明的另一个目的是要提供一种方法和装置，用于生产这样一种改进的微射流结构。
通过其它地方的描述，会看出本发明的其它目的。
本发明的技术方案
制造微射流结构元件的方法
根据本发明的一个方面，本发明的目的是通过提供一种制造微射流结构元件的方法来实现的，该方法包括：
(a)提供一种模塑组件，用以模塑微结构元件；所述模塑组件包括第一和第二成型模，二者一起形成一个模腔，所述第一和/或第二成型模包括：
(i)一个模塑表面，优选由金属制成，其中金属例如钢、青铜、铍-铜合金、或成型模铝合金，该模塑表面包括一个微结构模塑表面，和
(ii)一个或多个芯棒，其在所述第一和第二成型模之间延伸跨过所述模腔，
(b)向所述模腔施加模塑材料，所述模塑材料优选为热塑性材料，更优选地是从包括PS、PC、PMMA、COC、PP、PETG、PE、PA、ABS、POM、PUR、PVC和TOPAS的组中选择的一种热塑性材料；
(c)使所述模塑材料固结；和
(d)将所述固结的模塑材料从所述模腔退出。
可选地，在将固结的模塑材料从模腔退出之前，将所述一个或多个芯棒从所述固结的模塑材料释放并退出。
模塑材料是本领域已知的。
在一个优选实施例中，所述模塑表面包括一种从金属、金属合金、半导体和陶瓷构成的组中选择的材料，其中金属优选镍；金属合金优选钢；半导体优选硅；陶瓷优选氧化铝。
在一个优选实施例中，所述第一和第二成型模中的一个或两个，包括一个微结构模塑表面和一个非微结构模塑表面。
在一个优选实施例中，所述一个或多个芯棒包括弹性装置，该弹性装置选自机械弹簧、液力扩张器(hydraulic expander)、气动扩张器、弹性材料，优选为橡胶或聚酰胺类的软塑料，例如nylonPA-6、PA-6.6、PA-9、PA-10、PA-11、PA-12。
将弹性装置和芯棒结合起来使用的优点是，可以在芯棒维护或更换之间提供更长的时间。这是因为，在出现磨损的时候，固定或非弹性芯棒(具有固定的初始长度和“完整”的端面，该端面紧密接触模塑插入元件)的端面变得不平，该端面不能具有“完整”表面接触，随着时间和使用，端面的情况将更加恶劣。另一方面，甚至在端面磨损和芯棒变短的情况下，弹性芯棒仍能保持模塑部分之间的紧密接触。固定或非弹性芯棒需要更多的维护来确保充分接触到模塑部分。
在本发明的一个实施例中，芯棒具有释放滑角(release slip angle)，例如其稍微逐渐变细，例如为圆锥形，因此可以进一步控制模塑元件的芯棒释放。
在一个优选实施例中，芯棒的横截面形状是圆形的。在其它实施例中，根据穿透孔的应用情况，横截面可以采用任何其它的形状，例如，三角形、矩形或方形、或任何多边形，等等。因此，使得穿透孔可以连接到微结构元件表面上不同几何横截面的连接沟道或储液器。
在优选实施例中，所述第一和/或第二成型模包括可释放的结构元件，其可以在施加模塑材料或模塑材料固结期间被释放到所述模塑材料中，或者释放到所述固结的模塑材料上。
根据本发明的另一个方面，本发明的目的是通过提供由本发明的上述方法获得的微射流结构元件来实现的。
用于模塑微结构元件的模塑组件
根据本发明的另一个方面，通过提供一种模塑组件来实现本发明的目的，所述模塑组件用于模塑微射流结构的微结构元件，其包括：
(a)第一成型模；
(b)第二成型模；
(c)一个可调节的支撑，其用于支撑所述第一和第二成型模，从而实现在闭合和开放模塑位置之间彼此靠近或离开的相对运动；
(d)所述第一或第二成型模包括至少一个芯棒，其在所述闭合位置处接合所述第一和所述第二成型模中的所述另一个；
其中所述第一和/或第二成型模包括一个全部或部分微结构化的模塑表面。
在一个优选实施例中，所述微结构模塑表面包括接合装置，用于接合所述至少一个芯棒。
在一个优选实施例中，所述接合装置包括所述微结构模塑表面的突起。
在一个优选实施例中，所述一个或多个芯棒包括弹性装置，该弹性装置选自机械弹簧、液力扩张器(hydraulic expander)、气动扩张器、弹性材料(优选为橡胶)或聚酰胺类的软塑料，例如nylonPA-6、PA-6.6、PA-9、PA-10、PA-11、PA-12。
在一个优选实施例中，所述第一和/或所述第二成型模被设计成能够生产下面“微射流结构元件”一节中所描述的微射流结构元件。
微射流结构元件
根据本发明的一个方面，提供微射流结构元件可以实现本发明的目的，该元件包括第一外表面和第二外表面，所述第一和/或所述第二外表面包括：
用于至少一个微射流功能部件的至少一个微结构，所述第一和所述第二外表面通过至少一个穿透孔(through-going aperture)流体连通。
令人惊奇的是，具有用于至少一个微射流功能部件的至少一个微结构和至少一个穿透孔的微射流结构元件可以通过模塑法生产，从而确保了可以大量生产该元件，而且在其生产方法和成本方面具有最小的限制，其中所述穿透孔用于所述第一和所述第二外表面之间的流体连通。
另外，这种微射流结构元件允许三维微射流结构，从而确保了设计新颖和/或更紧凑的结构的灵活性，这与典型的常规二维微射流结构是相反的，常规二维微射流结构不允许在一个平面内流体交差，而第一面和第二面间的流体连通提供了一种三维结构，从而允许流体交差。
这种微射流结构元件通过穿透孔提供的两个表面间的流体连通，模塑这种元件可以通过在成型模内包括一个或多个芯棒来实现，优选地，所述芯棒具有合适的弹性从而可以相对于成型模表面调节它们的接触情况和位置，而无论它们的定位和磨损情况如何。因此，具有穿透孔的模塑微射流结构元件可以用成型模生产，该成型模具有更长的使用寿命，从而增加了生产量并减少了造价。
另外，这样的微射流结构元件在所述的第一和/或所述的第二外表面上包括至少一种微射流功能部件，上述两个表面间通过穿透孔进行流体连通，因此可以提供两面的、具有大量微射流功能部件的微射流结构。通常，通过组装多个这样的微射流结构元件，就可以获得多层的微射流结构元件。
术语“包括用于至少一种微射流功能部件的至少一个微结构的所述第一和/或所述第二外表面”用来指一种元件，其包括所述第一和第二表面，每个表面或两个表面都容纳至少一个微结构表面。该微结构设计成能够完成至少一种微射流功能部件，例如混合、毛细泵吸(capillary pumping)等。
微射流功能部件在本技术领域是已知的。参考例如P.Gravesen，J.Branebjerg and O.S.Jensen：“Microfluidics-a Review”，J.Micromech，Microeng.3(1993)168-182；and R.Zengerle“Microfluidics”1998，p.111-222.In：Ninth Micromechanics Europe Workshop.MME’98.Proceedings.
通常，对于所述第一和第二外表面之间的直孔而言，微射流结构的穿透孔可以具有任何形状、或任何角度，取决于穿透孔的功能，只要产生该孔的芯棒可以在模塑材料固结后从模塑材料中释放出来并从中被退出，例如芯棒应该具有合适的起摸斜度，例如，对于一个直的、大致圆的芯棒而言，通常小于5度。对于弯曲形状的孔和斜交角处的直孔而言，可以通过在成型模可拆开之前取走芯棒来实现。
在一个实施例中，芯棒可以转动，从而可以产生螺纹状的穿透孔。
在一个优选实施例中，所述第一和第二外表面基本垂直与所述穿透孔，因此特别容易拉出固结成形材料中的芯棒。
微射流结构元件是通过模塑制得的，优选采用喷射模塑，更优选地是采用加压喷射模塑(compression injection moulding)，因此能以低成本成产大量的元件。
通常，微射流结构元件可以制成任意合适数目的部分，取决与应用场合。
在一个优选实施例中，微射流结构元件是一种整体式的元件，因此微射流功能部件可以制成在单个元件内，从而减少与组装单个部件相关的生产成本。
在另一个优选实施例中，微射流结构元件是一种组合元件，由两个或多个结构元件组成，因此，可以使得多个微射流功能部件例如，插入元件被制成最终的微射流结构。
通常，对于许多应用而言，所关心的是全部或部分地功能化微射流结构的不同部分，例如固定或定住化学和生物化合物和细胞用以分析或合成。
因此，在一个优选实施例中，所述第一和第二外表面包括全部或部分功能化的表面，因此，例如可以提供包括井或沟道的观察区域、或用以固定细胞的储液器。
通常，可以通过任何合适的技术功能化表面，然而，所述全部或部分功能化的表面优选通过表面处理被功能化，优选采用物理和/或化学处理。
优选实施例包括等离子体处理、热处理、电晕放电处理、气体燃烧处理和辐射处理，这些技术在成批的或连续的生产过程中都能够容易地适应于对微射流结构元件的处理。
表面功能化的优选实施例也包括表面涂敷，优选地通过等离子体聚合沉积、和/或金属化来进行涂敷。
为了提供针对给定应用所需的功能，例如，检测、信号处理、流控、计算，在微射流结构元件内就需要更特定的元件。因此，在一个优选实施例中，所述第一和/或所述第二外表面包括至少一个额外的元件。
在一个优选实施例中，所述至少一个额外元件选自插入元件，该插入元件优选为MEMS构件，更优选地为微结构芯片或印制电路板(PCB)。
在其它优选实施例中，所述至少一个额外元件选自一个包括粘合层和中间层的组中，其中该中间层优选为薄膜、板或箔片，因此，例如可以实现将气体成分从液体中化学分离的功能。
在一个优选实施例中，所述至少一个额外元件被固定到所述第一和第二外表面，优选被合并在其中或粘合到其上，因此能够提供坚固的微射流结构。
在一个优选实施例中，所述额外元件包括一种从由金属、半导体、陶瓷、玻璃、聚合物和柔性薄膜构成的组中选择的材料，因此可以获得大量特定的功能，其中所述半导体优选为硅，所述柔性薄膜优选为橡胶。
在一个优选实施例中，所述至少一个穿透孔与一个微结构开放腔体流体连通，该腔体优选为井(well)或沟道(channel)，因此液体可以被传送到相反的表面。
通常，在微射流功能部件中希望尽可能使用少量的液体，因此可以高速对液体进行处理。因此，选择微射流结构的尺寸从而以合适的量和时间使被用的液体能够提供所需的功能和流动。这种选择取决于可用的模塑技术和模塑材料，也取决于所要求的机械和化学特性，所有这些对本领域技术人员都是已知的。参考上文引用过的Gravesen等人和Zengerle的文献。
通常，尺寸可以被分别划分成毫米区和亚毫米区的尺寸。
在一个优选实施例中，所述第一外表面和/或所述第二外表面包括一个或多个在毫米区的开放结构，因此可以实现到“大”尺寸场合的射流耦合。
微射流管路和大射流管路的射流耦合，例如，用于供应试剂液体和排放产生的产品或中间产品，可以通过利用适于“大”尺寸场合的已知的耦合方式的原理来实现。
在一个优选实施例中，所述第一外表面和/或所述第二外表面包括管路耦合装置，用于耦合到外部射流管路，优选为一种包括鲁尔转接锁定(luer-lock)系统的装置，更优选地，是一种用于软管的鲁尔转接器，从而确保了可靠的液体连接。
在一个优选实施例中，所述第一外表面和/或所述第二外表面包括一个或多个开放亚毫米结构，优选地在0.1微米到5毫米之间，更优选地在2微米到0.8毫米之间，因此能以高精确度获得微结构和大结构。
在一个优选实施例中，所述第一外表面和/或所述第二外表面包括用于至少一个非微射流功能部件的至少一个微结构，因此可以获得部件、识别器、定位标记、固定结构和标识。
在一个优选实施例中，所述至少一个非微射流功能部件包括用于显示信息的结构，优选是一个或多个识别标记(例如井号标志或管连接器编号)，从而能够单个识别每个微射流部件。
在一个优选实施例中，所述至少一个非射流功能部件包括用于对盖子元件进行定位和暂时固定的定位结构，优选为导向棒、导向边或导向锯齿，因此可以获得精确的定位和固定。
在一个优选实施例中，所述第一外表面和/或所述第二外表面包括至少一个微结构来提供片上实验室功能部件，因此可以在经济实用的微射流结构内执行实验功能，例如筛选细胞或生物化合物。
在一个优选实施例中，所述片上实验室功能部件包括用于一种或多种微射流操作的装置，微射流操作选自包括下列操作的组中：
试样准备，
将试样运送到传感器，
用于视觉检测或光学测量的光学通道，
过滤，
用于栓塞注射试样的交叉液体沟道，
用于存储液体的储液器，
用于将液流从一个沟道切换到另一个沟道的液流切换器，
用于混合一种或多种液流的液体混合器，
细胞培育器，
用于对细胞进行分类的细胞分类器，和
细胞分析。
在一个优选实施例中，该元件基本是平的。
微射流结构
根据本发明的另一个方面，本发明的目标是通过提供一种微射流结构来实现的，该结构包括：
至少一个根据本发明的、在“微射流结构元件”一节中描述的微射流结构元件；和
至少一个盖子元件；
所述至少一个微射流结构元件的所述第一和/或第二外表面全部或部分地被所述至少一个盖子元件盖住，因此开放的微结构被闭合并获得射流管路的功能部件和储液器。
在一个优选实施例中，所述至少一个盖子元件是微结构的。
在一个优选实施例中，所述至少一个微射流结构元件和/或所述至少一个盖子元件包括用以相对于彼此进行定位的配合装置(matingmeans)。
在一个优选实施例中，所述至少一个微射流结构元件和所述至少一个盖子元件形成一个或多个射流腔体或腔体系统，优选地为液体管路、闭合的液体沟道、液体储液器、或它们的组合。
在一个优选实施例中，所述至少一个盖子元件整体地或部分地包括具有一种特性的元件，该特性选自由耐化学性、机械柔韧性、气体渗透性、防水性、光学透明性和可释放的粘合性构成的组中。
在一个优选实施例中，所述至少一个盖子元件包括一种从由热塑性材料构成的组中选择的材料，该热塑性材料选自一个包括PS、PC、PMMA、COC、PP、PETG、PE、PA、ABS、POM、PUR、PVC和TOPAS的组中。
在一个优选实施例中，所述射流腔体整体或部分的横截面选自包括多边形、三角形、矩形、方形、六角形、椭圆形、圆形、半圆形或这些形状的组合的组中，所述横截面在深度和宽度上是不变的或者是变化的。
在一个优选实施例中，所述至少一个盖子元件基本上是平的。
生产标准化微射流结构元件的方法
根据本发明的另一个方面，本发明的目标是通过提供一种生产标准化微射流结构元件的方法来实现的，该元件包括：
一个标准面和一个适用面(use-adapted face)，
该标准面具有预定数目的微射流功能部件，优选地为射流管路耦合装置，而且
该适用面具有用于至少一个预定的微射流功能部件的至少一个预定的微结构，
标准面的微射流功能部件与适用面上的至少一个预定微射流功能部件流体连通，该方法包括：
(a)提供一个在“微射流结构元件”一节中描述的、用于模塑微结构元件的模塑组件；所述模塑组件包括：
(i)形成模腔的第一和第二成型模，所述第一成型模包括微结构和/或大结构模塑表面，该模塑表面具有标准面的预定数目的微射流功能部件；而且所述第二成型模包括微结构和/或大结构模塑表面，该模塑表面具有适用面的至少一个预定的微射流功能部件；
(ii)一个或多个芯棒，其在所述第一和第二成型模间延伸跨过所述模腔；
(b)向所述模腔施加模塑材料；
(c)使所述模塑材料固结；和
(d)从模腔退出所述固结的模塑材料。
可选地，在将固结的模塑材料从模腔退出之前，将所述一个或多个芯棒从所述固结的模塑材料释放并被退出。
在优选实施例中，所述第一和/或所述第二成型模设计成能够生产上面“微射流结构元件”部分所描述的微射流结构元件。
微射流结构的使用
根据本发明的另一个方面，本发明的目标是通过一种将微射流结构用于制造微射流系统的使用方法来实现的，其中该微射流结构是在“微射流结构”一节中描述的、或者是由一个或多个在“微射流结构元件”一节中描述的微射流结构元件制成的、或者是按“制造微射流结构元件的方法”一节中描述的方法制造的，且该微射流系统具有实验分析的片上实验室操作，其包括分析分离、分析测量、细胞分析、DNA测序、和蛋白质测序。
根据本发明的另一个方面，本发明的目标是通过一种将微射流结构用于制造微射流系统的使用方法来实现的，该微射流结构是在“微射流结构”一节中描述的、或者是由一个按“微射流结构元件”一节描述的微射流结构元件制成的、或者是按“制造微射流结构元件的方法”一节描述的方法制造的；其中所述片上实验室操作为实验分析，其包括核苷酸合成、蛋白质合成和细胞繁殖。
表达方式的定义
在本文中，术语“微射流”用来指射流系统的尺寸，例如沟道或穿透孔的横截面，是在亚毫米区内，通常在纳米到毫米的范围内，而且这些横截面的纵向延伸在亚毫米到超毫米(sup-millimetre)区域，通常在1毫米到1000毫米的范围内。
在本文中，术语“一个或多个”被解释成包括“至少一个”，通常是几个。
附图说明
下面结合优选实施例的详细描述进一步公开本发明，且优选实施例仅仅用于示例说明的目的。其中参考了下列附图
图1所示为本发明的一个实施例，示出了一个示例性的微射流结构元件，其包括整体式整合在一起的入口和出口连接；
图2示出了一个根据本发明的微射流结构元件，其在相反的平表面上具有微结构；
图3a和图3b示出了根据本发明的微射流结构，图3a中的结构包括一个微射流结构元件和一个盖子，图3b中的结构包括一个组成的(composed)微射流结构元件和一个盖子元件；
图4示出了一个根据本发明的微射流结构元件的横截面；
图5所示为一个根据本发明的未组装的微射流结构的横截面，该结构包括具有微结构的盖子和一个微结构插入元件；
图6所示为一个根据本发明的微射流结构的横截面，该结构具有一个带凹槽的盖子元件和一个具有导向元件的盖子元件从而能够精确安装；
图7所示为一个根据本发明的微射流结构的横截面，该结构具有一个可分离的盖子元件和一个插入元件；
图8a-图8c示出了根据本发明的几个示例性模塑组件的横截面，图8a使用弹簧元件来调节芯棒，图8b使用弹性体部分来调节芯棒，而图8c包括两个位于相反表面上的模衬元件；
图9示出了一个根据本发明的示例性模塑组件的横截面，其中使用了源自两个不同的模元件的两个芯棒；
图10a和图10b示出根据本发明的示例性模塑组件的横截面，其中使用了固定的芯棒，并示出了退出器的使用；和
图11a和图11b示出了根据本发明的示例性模塑组件的横截面，其中使用了弹性芯棒，而且芯棒相对于彼此偏置以减小相邻芯棒间的距离。
具体实施方式
图1所示为本发明的一个实施例，示出了微射流结构元件100，在此其包括在元件100第一外表面(在此是平侧面)101上的微沟道103、109、110，微沟道与入口/出口102流体连通，102是由进料通孔(feed-throughs)107提供的。在此，进料通孔的形状为鲁尔转接器106的形式，其允许直接连接软管。鲁尔转接器106具有保护结构105，从而可以抵抗物理损害，并向具有准确内径和外径的软管提供夹紧支撑。在这个实例中，鲁尔转接器106的内径为800微米。鲁尔转接器的外径为1.6毫米，端部稍微为锥形以便于套上软管。鲁尔转接器接收3毫米长的软管。
连接管例如是TygonTM管，可以从Cole Palmer处获得，在这个实例中，连接管的内径为1.3毫米，从而当连接管被用力套上鲁尔转接器时会产生稍微的扩张。该扩张与连接管的弹性结合起来产生密封的液体连接，而且只要用足够的力就可将连接管从鲁尔转接器上取下。选择连接管的壁厚，使得其适于装在鲁尔转接器106和保护环105之间。
这种形式的流体连接不适于在压强非常高的流体，例如那些在色谱法、HPLC中使用的流体，但足以用于高达数百磅/平方英寸的压强。
以特定结构包含外部连接的第二侧108可以再用于第一侧101上不同图案的微结构，这些不同图案的微结构确定了各种不同的微射流结构元件100。在某些情况下，不需要进料通孔111，因此，它们不会连到任何结构。
微射流结构的应用有很多，包括颗粒过滤器、混合器、光学试管(optical cuvette)、毛细电泳(capillary eletrophorese)、细胞分类(cellsorting)、试样注入、PCR室，等等。通过在共同的汇合处110将两条分离的液流汇合，从而实现对两条液流的混合，汇合处110引导两条液流以层流的方式穿过沟道。
外部连接104的数目变化取决于结构元件100上的可用空间，。对外部连接104的相对定位也可以变化。明显地，任何微结构103、109都需要根据进料通孔口102的精确位置信息来进行设计。
图2所示本发明的一个实施例示出了元件100，该元件在第一面101和第二面108上都有微结构，在这里第一面和第二面都为平侧面。第二侧面上的微结构203通过进料通孔202、207与第一侧面101上的微结构109流体连通，而微结构103仍是独立的。
其它进料通孔102为外部连接提供了接口(比较例如图1中的104)。
图3a所示为本发明的一个实施例，示出了微结构元件100配有盖子元件301以获取微射流结构300，从而提供闭合的射流管路。经常将盖子301选成与微结构元件100由相同的基材(例如，由相同的方法制成)制成，但在各种填料、颜料、或其它功能添加剂上可以有所不同。一种结合的方法就是传输激光焊(transmission laser welding)。施行这种方法的常用方式就是通过加入吸收颜料，例如炭黑，来使基材不能透过辐射。辐射通过透明的部分传递。在向激光(通常是IR辐射)暴露的期间，这些部分被夹在一起，在交接处产生的热量将两侧焊在一起。其它结合两部分的方法包括层压、利用粘合剂(例如紫外线固化胶)、热熔(hot-melt)等。
盖子元件301和微结构元件100可以包括配合结构361、360以便于在实际的结合工艺开始之前确定位置。这使得盖子元件301的结合表面311可以相对于元件100的第一外面101的结构103来被定位，从而得到组合的结构。同样地，盖子元件301可以包括沿着微结构元件100的配合凸缘(未示出)，产生同样的定位效果。盖子元件310的外表面通常是没有特征的，但可以具有整体式的结构，例如微透镜(micro lenses)、衍射光栅(diffractive gratings)或其它的功能结构(未示出)。外表面310可用作印刷与芯片相关的信息，例如条形码、识别标记、标识等等(未示出)。盖子并没有全部示出，而只是示出了沿着曲线312切下的一部分。
图3b所示为本发明的一个实施例，示出了具有微射流结构元件303的组件300，微射流结构元件303的两侧都有微结构103、102。为了获取用于外部连接的途径，使用连接元件306(与图1中所示的那样，作为微射流结构元件100整体的一部分)。在这个实施例中，连接元件306没有任何微结构，但在其它的实施例中可以包含微结构(除了进料通孔309)，例如，以形成微射流功能部件，例如两个穿透孔(此处的实例为进料通孔)之间的传感器元件或液力连接等(未示出)。微射流结构303的表面305和连接元件306的表面307紧密接触以形成组合的微射流结构元件302，同时，应该使进料通孔315、107相对于彼此正确地定位，可以使用关于图3a提及的配合结构来定位。然后，组装的微结构(组合)元件302通过结合盖子元件301的表面311和微射流结构元件302的表面304而与盖子元件301组装在一起，从而获得具有闭合射流管路的组件300。结合可以联系图3a所讨论的方法来进行。并不是所有的进料通孔309都连接到微射流结构元件303上的微结构。连接元件306可以，例如，用与所述用于微射流结构元件的相同的方法来制造。
图4所示为微射流结构元件100的截面图，示出了进料通孔107，此处该元件具有平的相反的微结构外表面101、108。矩形沟道103的截面可以在相反的平外表面101、108上看到。如沟道103和储液器403的宽度425、424和深度423可以变化那样，沟道结构侧壁的高度422可以在芯片上变化。两个表面101、108都包括微结构。所示的相反的竖直表面420、421没有微结构。然而，如果方便的话，例如，这些表面可以包括微结构以形成储液器，用于注射特定液体或用于耦合到通过配合连接器(未示出)连接的相邻的微射流结构元件。
图5所示为微射流结构元件100和盖子元件510的截面图，所述盖子元件包括结构530(例如，微结构)从而可以相对于微射流结构元件100上的结构403被定位。所示的进料通孔107、507具有不同的直径，一些进料通孔与微沟道结构103流体连通。插入元件505包括结构部分513(例如微结构)，这些结构部分与元件100上的结构512装在一起。可以通过粘合方法或使用与元件100结合的盖子511来将插入元件固定。该盖子元件具有由侧壁532和底壁531形成的凹槽，以接纳插入元件505。微射流结构元件100具有对应的凹槽503，用于在元件100上接收和定位插入元件505。盖子元件可以包括额外的微沟道结构特征533、534(例如，具有不直立的壁)。箭头540和541指出了结构部分510、100、505、511的组装方向，以形成微射流结构300。用于供给流入和流出微射流结构300的液体的外部连接104可以是该结构整体的一部分，或者单独模塑。
图6所示为微射流结构的截面图，该结构为组件300，其具有微结构元件100和盖子610、611。盖子610和微射流结构元件100具有额外的配合结构550，使得这些结构部分可以相对于彼此被定位。进料通孔507、107、607的直径可以不同，而它们的剖面也可以不同(例如，进料通孔607与进料通孔107相比)。在这个实例中，管可以插入宽部分617，而只有剖面618的较小的部分接触液体。进料通孔与沟道113流体连通。微射流结构300进一步包括微沟道103和储液器403，微沟道和储液器与进料通孔和其它结构部分一起利用微射流结构元件100的至少两个面101、108，形成了相对紧凑的微射流流动系统。
图7所示为微射流结构的截面图，该结构的形式为组件300，具有微射流结构元件100和插入元件605，微射流结构元件100具有盖子710、712、713。典型的插入元件是基于硅的传感器，需要与试样液体密切接触。与实例性传感器芯片插入元件的电连接可以设置在微射流结构元件100的外表面108上，或者与盖子元件713整合在一起，从而向传感器元件提供电连接，用于该传感器元件的供电和数据交换。试样液体可以通过进料通孔507被带到具有微沟道结构603的测量处，然后通过结构403和进料通孔107流体连通到外部液力连接604。外部连接604可以单独制造，并结合到元件100的表面108上。
在某些情况下，盖子可以易弯地固定在微射流结构元件100的表面101上，如针对盖子712所示的那样，通过盖子元件712被部分移开的情形712’和箭头602示出了这种情况。移开处理602可以导致能够接近微结构表面101的特定部分403。
图8a示出了模塑组件701的一个实施例，通过该模塑组件可以制造图1-图7所示的微射流结构元件100。模腔715是由第一模元件702和第二模元件703界定的，第二模元件包括模衬(die lining)元件704。当闭合成型模形成模腔时，芯棒710突出到模腔715内，并靠在微结构衬里704的表面705上。由于弹簧元件712，芯棒自我可以调节与相反表面705的接触。通过调节对弹簧预加负载的螺丝713，由芯棒710施加到表面705的力可以变化。在另一个实施例中，可以在螺丝和芯棒间插入柱塞(未示出)。由芯棒上的头部711来限制芯棒的伸出。芯棒710的长度必须略大于模腔715的宽度以充分接触表面705。通常衬里的厚度在0.1毫米到50毫米之间，而且可以更厚。
在另一个实施例中，微结构被整体或部分地直接合并到模塑表面内，例如通过微加工或激光蚀刻、电脑数控铣制(CNC milling)或类似方法，且可选地包括衬里。
芯棒710靠在微结构表面上，在微结构表面中突起705确定了射流结构，而凹槽706确定了微射流结构元件100(参考图1-图7)的结合表面101。模元件702精确地形成了结构709以引导芯棒710。模衬元件704具有不同高度(如台阶707所示的那样)的表面705、706从而形成微结构图案，该模衬元件可以是镍电镀的插入元件。
图8b所示为模塑组件701的截面图，其中弹性的弹簧元件(图8a中的712)已经被弹性体部分720取代。使用弹性体可以帮助减小芯棒间所需的最小距离。芯棒711的头部可以具有简化的几何形状从而能够在一个或多个方向上占据较少的空间。不对称的头部711也可以引导芯棒并防止绕其轴线714的转动。如果用于芯棒710的接触表面705不是转动对称(rotation symmetrical)的，这可能是很重要的。模衬元件704包括不同高度的表面721、705、706，这些表面一起形成模塑微射流结构元件(参考例如图1-图7中的100)或盖子元件(参考例如图5中的510、511)上的微结构图案、或连接元件(参考例如图3b中的306)上的结构图案。
图8c示出模塑组件701的横截面，其中两个模平面都由微结构衬里704、730(或由其它方式，例如，通过模元件702、703自身各自的表面)限定。微结构模衬730中制有精确的孔使得芯棒可以突出到模腔715内。所示的提供芯棒自我调节特性的弹性元件为弹性体元件720，但同样可以由弹簧元件来提供。插入模730具有突出731和凹槽732(由台阶733分开)从而确定微结构元件。插入模704包括不同高度的表面705、706，这些表面一起形成微结构图案。插入模730和704一起至少在部分相对的模塑表面上形成微结构。
在本发明的其它实施例中，微结构可以形成在非相反的模塑表面上(参考例如图4中的面420、421)，通过将微结构成型模应用于上述面就可以实现。
在图8a、图8b和图8c中，模元件702和703相对于彼此在一个相对方向上运动，从而在芯棒710上提供轻压力以确保在模塑工艺的操作期间，它们各自在模衬704上的接触表面有合适的接触。
图9示出模塑组件701的横截面图，其中两个模元件702、703分别包含弹性芯棒709、805，分别接触它们相对的微结构模衬730、704。芯棒805、709可以加载弹簧(如图8a中的712那样)或使用弹性体元件804(如图8b中的720那样)来提供需要的力和弹性。图9所示的芯棒709、805具有圆横截面，其具有相等的外径。在本发明的其它实施例中，芯棒可以有不同的横截面，例如相等或不等的外径807、806，不同的横截面形状或横截面形状不是圆的。
主体801和803表示分别用于模元件702和703的实体基础(solidfoundations)。箭头802表示模元件702相对于模元件703运动的方向，从而在芯棒709、805上提供轻压力以确保在模塑工艺的操作期间，它们各自分别在模衬704和730上的接触表面有合适的接触。假定主体803是固定的，而主体801(和对应的弹性元件720、模衬730和芯棒709)是可移动的。
在本发明的一个实施例中，芯棒805、709具有最小的小于2毫米的横截面尺寸806、807，例如小于1毫米，例如小于0.8毫米，例如小于0.5毫米例如小于0.3毫米。因此，可以制成具有最小横截面尺寸的孔(称为“最小孔”)。特别是，可以获得延伸越过一定长度/厚度的模塑材料的最小孔。
在本发明的一个实施例中，具有最小横截面尺寸的孔的微射流结构元件的最大长度/厚度(称为“最小孔的最大长度”)大于0.5毫米，例如大于0.8毫米，例如大于1毫米，例如大于1.5毫米，例如大于2毫米，例如大于4毫米。
在本发明的一个实施例中，“最小孔的最大长度”和“最小孔”的最小尺寸之比大于2，例如大于4，例如大于6。在本发明的一个优选实施例中，“最小孔的最大长度”和“最小孔的最小尺寸”的对应值分别为4毫米/0.8毫米、1.6毫米/0.35毫米和0.8毫米/0.22毫米。
在本发明的另一个实施例中，芯棒具有释放滑角，例如，芯棒稍微为圆锥形，从而可以进一步控制模塑元件的芯棒释放。
对于那些用于提供微结构穿透孔的芯棒而言，材料的选取应该优选地考虑到它们的尺寸，用于给定应用场合的芯棒的最小尺寸越小，就越是集中考虑机械性能，例如所需的材料硬度。
在本发明的实施例中，芯棒由聚合物(例如，PEEKTM)、黄铜、其它具有合适硬度的金属制成。在一个优选实施例中，最小尺寸的芯棒是由硬化钢制成，例如，做成模针(punch needle)状，例如直径在0.2毫米到10毫米之间，优选地参照DIN 9861制成。
芯棒的横截面形状通常是圆形的，但可以采用任何其它的形状，取决于穿透孔的应用，例如，三角形、矩形或方形、或任何多角形等。
在本发明的一个实施例中，芯棒全部或部分是管状的，例如为中空杆形式的(在接近接触模衬元件721的端部具有至少一个中空芯)。在本发明的一个实施例中，用于芯棒的模衬元件721的接触表面包括小导向凸起(未示出)，适于接收管状芯棒从而改善了其与表面的接触、提高了精确度并减小了芯棒在模塑的过程中侧滑的风险。
在本发明的一个优选实施例中，对芯棒的外表面进行抛光处理，至少在其与模接触的长度部分上进行抛光处理。这样做的优点是在芯棒从模塑组件分离的过程中，最小化由上述芯棒形成的孔的内壁的损坏。在本发明的一个实施例中，通过在抛光处理中使用0.5微米RA或更细的金刚石研膏来获取合适的表面粗糙度。
给定模塑组件的芯棒长度优选地可以通过放电加工(EDM)来调整。那些具有相同长度的芯棒优选同时加工。
在本发明的一个实施例中，模塑组件的一个或多个芯棒805、709是固定的或非弹性的。
图10a示出根据本发明的模塑组件901的一个实施例，其中使用了非弹性的芯棒910。该芯棒具有头部911，该头部具有圆锥形部分912，芯棒头部在运动中由可移动的模塑件920固定。模腔915的一部分由可移动的模塑部分902构成。模腔的另一部分由固定的模塑部分903构成，903包括微结构表面905、906、907。与芯棒910产生的孔液力连接的微沟道905被标识出。模塑组件固定部分903和可移动的部分902、920(由标记951所标识的)间的退出器(ejector plate)950用来保护芯棒910，使得在塑料部分从模塑组件的可移动部分(图10a中退出器950的左边部分)退出的过程中，芯棒不会弯曲或者损坏。
图10a示出模塑组件901的截面图，其中模元件902、903分别包括固定的芯棒910接触、固定的后板920和相对的模衬903——后者具有微结构表面905、906、907——在突起907处。芯棒具有头部911，从而当打开模塑组件以沿着分型线(如分型线标识951所示)对塑料部分进行脱模时，防止芯棒进入模腔915。
图10b所示为根据本发明的模塑组件901的一个实施例，其中使用了非弹性的芯棒910。该芯棒具有头部945，该头部具有圆锥形部分912，芯棒头部在运动中由可移动的模塑件940固定。模腔915的一部分由可移动的模塑部分941构成。模腔的另一部分由固定的模塑部分943构成，943包括微结构表面944。退出器947被设置在芯棒910的周围，从而在对该部分进行脱模时保护芯棒。当退出棒从后面被力990推动时，退出器947就被退出棒991启动或推动。退出器会在塑料部分上施加力948从而产生脱模。模塑组件沿着分型线950(由标记951所示)被分离，以从模腔退出模塑件。
退出器947(和退出棒991)当然也可以结合模塑组件使用弹力驱动的芯棒，例如那些在图8、图9、和图11中所示的。
在本发明的一个实施例中，混合使用了固定的、非弹性的芯棒和弹簧驱动的或弹性的芯棒。
在一些产品的设计中，如果流通沟道非常紧密设置在一起或者模塑组件内没有空间，非弹性的或固定的芯棒910可能是优选的方案以在塑料部分制出小流量的沟道。
图11a示出了模塑组件701的截面图，其中两个模元件743、742都包括弹性芯棒710，芯棒710接触它们各自相对的微结构模衬744。芯棒710可以加载弹簧712(也如图8a中所示的712)以提供所需的力和弹性。图11a所示的芯棒710具有圆形的横截面，并具有相等的外径。在本发明的其它实施例中，芯棒具有不同的横截面，例如相等或不等的外径、不同的横截面形状(包括非圆形的横截面形状)。用于芯棒头部745的支撑板711插入在芯棒710和弹簧712之间。弹簧712被压靠在它们各自的后板740、741上。设置单独的后板使得芯棒能够更紧凑地隔开。芯棒具有头部745，从而当打开模塑组件以沿着分型线750(如分型线标识951所示)对塑料部分进行脱模时，防止芯棒进入模腔715。模塑件的厚度760是重要的设计参数，其决定了芯棒710形成的孔的“深度”和两个芯棒710之间的最近距离761。芯棒710的弹簧712与它们各自的后板740、741的接触表面被隔开一定的距离762，该距离对应后板741的厚度，741的厚度大于下述长度之和——在芯棒710的纵向上——弹簧712、支撑板711(和可能的包括在容纳弹簧712的腔体内的其它部分，例如图11b中的支撑板770)和芯棒710的头部745。因此，相比弹簧712具有共同的后板而言，可以获得更近的芯棒间距760。
图11b示出本发明的另一个实施例，其中芯棒间的小间距761(由芯棒纵向中心线间的垂直距离给定的)是这样实施的，将至少一个芯棒710的头部745与支撑板711间的接触点朝向另一个芯棒偏离一定的距离767。优选地，将两个芯棒都朝向彼此偏离，如图11b所示的那样。在“未偏离”的情况下，每个芯棒的纵向中心线与弹簧的中心线重合，芯棒之间的最短距离是由图11b中的距离766给定的。在图11b中的实施例中，两个芯棒都有上支撑板770，用于接触共同的后板740。通过插入不同厚度的支撑板，就可以因此使给定弹簧712的力适应于不同的数值和不同的腔长。图11b的其它特征与图11a中所述的相同。

Claims (42)

1.一种制造微射流结构元件的方法，该方法包括：
(a)提供一种模塑组件，用以模塑微结构元件；所述模塑组件包括第一和第二成型模，二者一起形成一个模腔，所述第一和/或第二成型模包括：
(i)一个模塑表面，优选由金属制成，其中金属例如钢、青铜、铍-铜合金或成型模铝合金，该模塑表面包括一个微结构模塑表面，和
(ii)一个或多个芯棒，其在所述第一和第二成型模之间延伸跨过所述模腔，
(b)向所述模腔施加模塑材料，所述模塑材料优选为热塑性材料，更优选地是从包括PS、PC、PMMA、COC、PP、PETG、PE、PA、ABS、POM、PUR、PVC和TOPAS的组中选择的一种热塑性材料；
(c)使所述模塑材料固结；和
(d)将所述固结的模塑材料从所述模腔退出。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述模塑表面包括一种从金属、金属合金、半导体和陶瓷构成的组中选择的材料，其中金属优选镍；金属合金优选钢；半导体优选硅；陶瓷优选氧化铝。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一和第二成型模中的一个或两个，包括一个微结构模塑表面和一个非微结构模塑表面。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述一个或多个芯棒包括弹性装置，该弹性装置选自机械弹簧、液力扩张器、气动扩张器、弹性材料或聚酰胺类的软塑料，例如nylonPA-6、PA-6.6、PA-9、PA-10、PA-11、PA-12，其中所述弹性材料优选为橡胶。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述第一和/或第二成型模包括一个可释放的结构元件，其可以在施加模塑材料或模塑材料固结期间被释放到所述模塑材料中，或者释放到所述固结的模塑材料上。
6.一种通过权利要求1-5所述方法获得的微射流结构元件。
7.一种用于模塑微射流结构的微结构元件的模塑组件，所述模塑组件包括：
(a)第一成型模；
(b)第二成型模；
(c)一个可调节的支撑，其用于支撑所述第一和第二成型模，从而实现在闭合和开放模塑位置之间彼此靠近或离开的相对运动；
(d)所述第一或第二成型模包括至少一个芯棒，其在所述闭合位置处接合所述第一和所述第二成型模中的所述另一个；
其中所述第一和/或第二成型模包括一个全部或部分微结构化的模塑表面。
8.根据权利要求7所述的模塑组件，其中所述微结构模塑表面包括接合装置，用于接合所述至少一个芯棒。
9.根据权利要求8所述的模塑组件，其中所述接合装置包括所述微结构模塑表面的突起。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的模塑组件，其中所述一个或多个芯棒包括弹性装置，该弹性装置选自机械弹簧、液力扩张器、气动扩张器、弹性材料或聚酰胺类的软塑料，例如nylonPA-6、PA-6.6、PA-9、PA-10、PA-11、PA-12，其中所述弹性材料优选为橡胶。
11.一种微射流结构元件，该元件包括第一外表面(101)和第二外表面(108)，所述第一和/或所述第二外表面包括用于至少一个微射流功能部件(103，109)的至少一个微结构，所述第一和所述第二外表面通过至少一个穿透孔(107)流体连通。
12.根据权利要求11所述的元件，其中所述第一和第二外表面基本垂直与所述穿透孔。
13.根据权利要求11或12所述的元件，所述元件是通过模塑制得的，优选采用喷射模塑，更优选地是采用加压喷射模塑。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的元件，其中所述元件是一种整体式的元件。
15.根据权利要求11-13中任一项所述的元件，其中所述元件由两个或多个结构元件组成。
16.根据权利要求11-15中任一项所述的元件，其中所述第一和第二外表面包括全部或部分功能化的表面。
17.根据权利要求16所述的元件，其中所述全部或部分功能化的表面是通过表面处理被功能化的，优选采用物理和/或化学处理，更优选的是采用等离子体处理、热处理、电晕放电处理、气体燃烧处理、和辐射处理；或者通过表面涂敷进行表面功能化，优选地通过等离子体聚合沉积、和/或金属化来进行涂敷。
18.根据权利要求11-17中任一项所述的元件，所述第一和/或所述第二外表面包括至少一个额外的元件(605)。
19.根据权利要求18所述的元件，其中所述至少一个额外元件选自插入元件、粘合层和中间层，其中该插入元件优选为MEMS构件，更优选地为微结构芯片(605)、印制电路板(PCB)；该中间层优选为薄膜、板或箔片。
20.根据权利要求18或19所述的元件，其中所述至少一个额外元件被固定到所述第一和/或第二外表面，优选被合并在其中或粘合到其上。
21.根据权利要求18-20中任一项所述的元件，其中所述额外元件包括一种从由金属、半导体、陶瓷、玻璃、聚合物和柔性薄膜构成的组中选择的材料，其中所述半导体优选为硅，所述柔性薄膜优选为橡胶。
22.根据权利要求11-21中任一项所述的元件，其中所述至少一个穿透孔与一个微结构开放腔体流体连通，该腔体优选为井或沟道。
23.根据权利要求11-22中任一项所述的元件，其中所述第一外表面和/或所述第二外表面包括一个或多个在毫米区的开放结构。
24.根据权利要求11-23中任一项所述的元件，其中所述第一外表面和/或所述第二外表面包括一个射流耦合装置，用于耦合到外部射流管路，优选是一种包括鲁尔转接锁定系统的耦合装置，特别是用于软管的鲁尔转接器，最优选的是整体式的射流耦合装置。
25.根据权利要求11-24中任一项所述的元件，其中所述第一外表面和/或所述第二外表面包括一个或多个开放亚毫米结构，优选地在0.1微米到5毫米之间，更优选地在2微米到0.8毫米之间。
26.根据权利要求11-25中任一项所述的元件，其中所述第一外表面和/或所述第二外表面包括用于至少一个非微射流功能部件的至少一个微结构。
27.根据权利要求26所述的元件，其中所述至少一个非微射流功能部件包括一个用于显示信息的结构，优选为一个或多个识别标记，例如井号标志或管连接器编号。
28.根据权利要求11-27中任一项所述的元件，其中所述至少一个非射流功能部件包括用于对盖子元件进行定位和暂时固定的定位结构，优选为导向棒、导向边或导向锯齿。
29.根据权利要求11-28中任一项所述的元件，其中所述第一外表面和/或所述第二外表面包括至少一个微结构来提供片上实验室功能部件。
30.根据权利要求29所述的元件，其中所述片上实验室功能部件包括用于一种或多种微射流操作的装置，所述微射流操作选自包括下列操作的组中：
试样准备，
将试样运送到传感器，
用于视觉检测或光学测量的光学通道，
过滤，
用于栓塞注射试样的交叉液体沟道，
用于存储液体的储液器，
用于将液流从一个沟道切换到另一个沟道的液流切换器，
用于混合一种或多种液流的液体混合器，
细胞培育器，
用于对细胞进行分类的细胞分类器，和
细胞分析。
31.根据权利要求11-30中任一项所述的元件，其中该元件基本是平的。
32.一种微射流结构，该结构包括：
至少一个根据权利要求11-31所述的微射流结构元件；和
至少一个盖子元件；
所述至少一个微射流结构元件的所述第一和/或第二外表面全部或部分地被所述至少一个盖子元件盖住。
33.根据权利要求32所述的结构，其中所述至少一个盖子元件是微结构的。
34.根据权利要求32或33所述的结构，其中所述至少一个微射流结构元件和/或所述至少一个盖子元件包括配合装置，用以相对于彼此进行定位。
35.根据权利要求32-34中任一项所述的结构，其中所述至少一个微射流结构元件和所述至少一个盖子元件形成一个或多个射流腔体或腔体系统，优选地为液体管路、闭合的液体沟道、液体储液器、或它们的组合。
36.根据权利要求32-35中任一项所述的结构，其中所述至少一个盖子元件整体地或部分地包括具有一种特性的元件，该特性选自由耐化学性、机械柔韧性、气体渗透性、防水性、光学透明性和可释放的粘合性构成的组中。
37.根据权利要求32-36中任一项所述的结构，其中至少一个盖子元件包括的材料选自一个包括热塑性材料的组中，该热塑性材料是从包括PS、PC、PMMA、COC、PP、PETG、PE、PA、ABS、POM、PUR、PVC和TOPAS的组中选择的。
38.根据权利要求32-37中任一项所述的结构，其中所述射流腔体整体或部分的横截面选自包括多边形、三角形、矩形、方形、六角形、椭圆形、圆形、半圆形或这些形状的组合的组中，所述横截面在深度和宽度上是不变的或者是变化的。
39.根据权利要求32-38中任一项所述的结构，其中所述至少一个盖子元件基本上是平的。
40.一种生产标准化微射流结构元件的方法，该元件包括一个标准面和一个适用面，该标准面具有预定数目的微射流功能部件，优选地为射流管路耦合装置，而且该适用面具有用于至少一个预定的微射流功能部件的至少一个预定的微结构，标准面的微射流功能部件与适用面上的至少一个预定微射流功能部件流体连通，该方法包括：
(a)提供一个根据权利要求11-31所述的、用于模塑微结构元件的模塑组件；所述模塑组件包括：
(i)形成模腔的第一和第二成型模，所述第一成型模包括微结构和/或大结构模塑表面，该模塑表面具有标准面的预定数目的微射流功能部件；而且所述第二成型模包括微结构和/或大结构模塑表面，该模塑表面具有适用面的至少一个预定的微射流功能部件；
(ii)一个或多个芯棒，其在所述第一和第二成型模间延伸跨过所述模腔；
(b)向所述模腔施加模塑材料；
(c)使所述模塑材料固结；和
(d)从模腔退出所述固结的模塑材料。
41.一种将微射流结构用于制造微射流系统的使用，其中该微射流结构是根据权利要求32-39中所述的、或者是由一个或多个根据权利要求11-31所述的微射流结构元件制成的、或者是根据权利要求1-5所述方法制造的，且该微射流系统具有实验分析的片上实验室操作，其包括分析分离、分析测量、细胞分析、DNA测序和蛋白质测序。
42.一种将微射流结构用于制造微射流系统的使用，其中该微射流结构是根据权利要求32-39中所述的、或者是由一个或多个根据权利要求11-31所述的微射流结构元件制成的、或者是根据权利要求1-5所述方法制造的，且该微射流系统具有实验分析的片上实验室操作，其包括核苷酸合成、蛋白质合成和细胞繁殖。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104708800A (zh) * 2013-12-11 2015-06-17 中国科学院深圳先进技术研究院 制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法
CN109153164A (zh) * 2016-04-28 2019-01-04 沙特基础工业全球技术公司 使用迟滞注射成型的多步法中微流体器件的制造
CN109311013A (zh) * 2017-01-31 2019-02-05 伊鲁米那股份有限公司 流体装置及其制造方法
CN112638531A (zh) * 2018-08-24 2021-04-09 硕腾服务有限责任公司 微流体转子设备
US11370177B2 (en) 2018-08-24 2022-06-28 Zoetis Services Llc Systems and methods for manufacturing a microfluidic rotor device
US11628452B2 (en) 2018-08-24 2023-04-18 Zoetis Services Llc Microfluidic rotor device

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7682817B2 (en) * 2004-12-23 2010-03-23 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Microfluidic assay devices
JP4548259B2 (ja) * 2005-07-27 2010-09-22 パナソニック株式会社 検査ディスク
WO2011122215A1 (ja) * 2010-03-31 2011-10-06 コニカミノルタオプト株式会社 マイクロチップの製造方法及びマイクロチップ
DE102010041681A1 (de) * 2010-09-29 2012-03-29 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Spritzgussverfahren zur wahlweisen Herstellung von Formteilen mit und ohne Durchbruch
CN102069564B (zh) * 2010-11-12 2013-12-04 中南大学 用于微流控芯片制造的旋转多工位注射成型模具
EP2687348A4 (en) * 2011-03-17 2014-10-15 Konica Minolta Inc METHOD FOR PRODUCING A RESIN FORMAT, RESIN FORMAT, METHOD FOR PRODUCING A MICROCHIPSTRATE AND METHOD FOR MANUFACTURING A MICROCHIP WITH THIS MATRIZE
DK2508321T3 (en) * 2011-04-04 2014-03-10 Siemens Ag Mold part, mold unit and method of closing a mold unit
CN107051604B (zh) 2012-08-30 2019-07-05 生命技术公司 竖直夹具装置
WO2016096493A1 (en) * 2014-12-15 2016-06-23 Koninklijke Philips N.V. A method of manufacturing a microfluidic device of a translucent or transparent ceramic material and the resulting microfluidic device
KR102344675B1 (ko) * 2017-04-21 2021-12-31 조에티스 서비시즈 엘엘씨 미세유체 분석용 시스템, 장치 및 방법
WO2019103732A1 (en) * 2017-11-22 2019-05-31 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Multizonal microfluidic devices
CN109990093A (zh) * 2017-12-29 2019-07-09 台达电子工业股份有限公司 防水垫圈结构及其垫圈成型模具
USD1016324S1 (en) * 2020-07-08 2024-02-27 NanoCav, LLC Biological cell processing chip
USD983405S1 (en) * 2021-04-15 2023-04-11 Cytoaurora Biotechnologies, Inc. Microfluidic chip
DE102022214440A1 (de) * 2022-12-29 2024-07-04 Eschmann Textures International Gmbh Formwerkzeug für abdeckgitter sowie formwerkzeugteil für ein solches formwerkzeug und verfahren zur herstellung

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4452420A (en) * 1982-09-30 1984-06-05 Lynn Lundquist Compensating core pin for plastic injection molds
US4645443A (en) * 1984-12-29 1987-02-24 Kabushiki Kaisha Aoki Seisakusho Mold-thickness adjusting apparatus in mold clamping mechanism
US5658413A (en) * 1994-10-19 1997-08-19 Hewlett-Packard Company Miniaturized planar columns in novel support media for liquid phase analysis
CA2250212C (en) * 1996-04-03 2010-02-09 The Perkin-Elmer Corporation Device and method for multiple analyte detection
EP1032824A4 (en) * 1997-10-15 2003-07-23 Aclara Biosciences Inc LAMINATED MICROSTRUCTURE DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
US6167910B1 (en) * 1998-01-20 2001-01-02 Caliper Technologies Corp. Multi-layer microfluidic devices
DE19927533B4 (de) * 1999-06-16 2004-03-04 Merck Patent Gmbh Miniaturisiertes Analysensystem
US20020100714A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-01 Sau Lan Tang Staats Microfluidic devices
EP1414632A4 (en) * 2001-07-10 2006-08-30 Aclara Biosciences Inc INJECTION MOLDING OF A MICROFLUIDIC STRUCTURE WITHOUT SIDING
DE10156767A1 (de) * 2001-11-19 2003-05-28 Rkt Rodinger Kunststoff Techni Verfahren zum Herstellen von Mikro-Fluidikkomponenten, Mikro-Fluidikkomponenten und Werkzeug zum Herstellen von Mikro-Fluidikkomponenten

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104708800A (zh) * 2013-12-11 2015-06-17 中国科学院深圳先进技术研究院 制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法
CN109153164A (zh) * 2016-04-28 2019-01-04 沙特基础工业全球技术公司 使用迟滞注射成型的多步法中微流体器件的制造
CN109311013A (zh) * 2017-01-31 2019-02-05 伊鲁米那股份有限公司 流体装置及其制造方法
CN112638531A (zh) * 2018-08-24 2021-04-09 硕腾服务有限责任公司 微流体转子设备
US11369958B2 (en) 2018-08-24 2022-06-28 Zoetis Services Llc Microfluidic rotor device
US11370177B2 (en) 2018-08-24 2022-06-28 Zoetis Services Llc Systems and methods for manufacturing a microfluidic rotor device
US11628452B2 (en) 2018-08-24 2023-04-18 Zoetis Services Llc Microfluidic rotor device

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