CN1997691A - 光固化的全氟聚醚用作微流体器件中的新材料 - Google Patents

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贾森·P.·罗兰
斯蒂芬·R.·夸克
德里克·A.·绍兹曼
贾森·亚伯勒
迈克尔·范达姆
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University of North Carolina at Chapel Hill
North Carolina State University
California Institute of Technology CalTech
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Abstract

本发明公开了一种用作制造耐溶剂微流体器件的材料的官能化的光固化的全氟聚醚。这些耐溶剂的微流体器件可以用来控制少量流体(例如有机溶剂)的流动，并且进行在其它聚合物基微流体器件内不能进行的微尺度化学反应。

Description

光固化的全氟聚醚用作微流体器件中的新材料
                      相关申请
本申请要求申请日为2003年9月23日、申请号为第60/505,384号的美国临时专利申请和申请日为2003年11月21日、申请号为第60/524,788号的美国临时专利申请的优先权；每篇专利的全部内容引入本文作参考。
                      技术领域
本发明涉及光固化的全氟聚醚(PFPE)材料用于制造耐溶剂的PFPE基微流体器件的用途；在耐溶剂的PFPE基微流体器件中流动物料并进行化学反应的方法；以及耐溶剂的PFPE基微流体器件本身。
缩略语
aL＝阿升(attoliter)
℃＝摄氏度
cm＝厘米
cSt＝厘斯
DBTDA＝二醋酸二丁锡
DMA＝二甲基丙烯酸酯
DMPA＝2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮
DMTA＝动态力学热分析
EIM＝甲基丙烯酸-2-异氰酸乙酯
fL＝飞升
Freon113＝1，1，2-三氯三氟乙烷
g＝克
h＝小时
Hz＝赫兹
kHz＝千赫兹
kPa＝千帕斯卡
MHz＝兆赫兹
min＝分钟
mL＝毫升
mm＝毫米
mmol＝毫摩尔
mN＝毫牛顿
m.p.＝熔点
nL＝纳升
nm＝纳米
PDMS＝聚二甲基硅氧烷
PFPE＝全氟聚醚
pL＝皮升
psi＝每平方英寸磅数
s＝秒
Tg＝玻璃化转变温度
μL＝微升
μm＝微米
UV＝紫外线
W＝瓦特
ZDOL＝聚(四氟环氧乙烷-共聚-二氟甲醛)α，ω-二醇
                      背景技术
在二十世纪九十年代早期开发的微流体器件使用光刻和刻蚀技术从例如硅和玻璃的硬材料来制造。例如参见 Ouellette，J.，TheIndustrial Physicist2003，8月/9月，14-17； Scherer，A.等，Science2000，290，1536-1539。但是，光刻和刻蚀技术是昂贵的并且是劳动密集性的，它们需要清洁室条件并且从材料观点来看存在多个缺点。为此，已经使用软材料作为用于微流体器件制造的可选材料。使用软材料可以制造并且操控包含阀、泵和混合器的器件。例如参见 Ouellette，J.，The Industrial Physicist2003，8月/9月，14-17； Scherer，A.等，Science2000，290，1536-1539； Unger，M.A.等，Science2000，288，113-116；McDonald，J.C.等，Acc.Chem.Res.2002，35，491-499和 Thorsen，T.等，Science2002，298，580-584。举例来说，这种微流体器件允许不使用机械阀而控制流动方向。参见 Zhao.B.等，Science2001，291，1023-1026。
微流体器件日益增加的复杂性已经产生在数量快速增长的应用中使用这些器件的需求。为此，软材料的使用已经使微流体技术发展成为有用的技术而应用于基因组测序、快速分离、传感器、纳米级反应、喷墨印刷、药物输运、芯片实验室(Lab-on-a-Chip)、体外诊断、注射喷嘴、生物研究和药物筛选。例如参见 Ouellette，J.，The IndustrialPhysicist2003，8月/9月，14-17； Scherer，A.等，Science2000，290，1536-1539； Unger，M.A.等，Science2000，288，113-116； McDonald，J.C. 等，Acc.Chem.Res.2002，35，491-499； Thorsen，T.等，Science2002，298，580-584和 Liu，J.等，Anal.Chem.2003，75，4718-4723。
对于许多微流体器件应用，聚二甲基硅氧烷(PDMS)是上选的软材料。参见 Scherer，A.等，Science2000，290，1536-1539； Unger，M.A. 等，Science2000，288，113-116； McDonald，J.C.等，Acc.Chem.Res.2002，35，491-499； Thorsen，T.等，Science2002，298，580-584和 Liu，J. 等，Anal.Chem.2003，75，4718-4723。PDMS材料在微流体应用中提供了许多诱人的特性。在交联时，PDMS变成具有低杨氏模量(例如大约750kPa)的弹件材料。参见 Unger，M.A.等，Science2000，288，113-116。该性质使PDMS与表面相吻合并且形成可逆的密封。此外，PDMS具有低的表面能，例如大约20erg/cm2，这使其在图案化后便于从模具上释放出来。参见 Scherer，A.等，Science2000，290，1536-1539； McDonald，J.C.等，Acc.Chem.Res.2002，35，491-499。
PDMS另一个重要的特征是其突出的透气性。该性质允许微流体器件沟道(channel)内的气泡渗出器件外。该性质在维持微流体器件内的细胞和微生物方面也是有用的。例如PDMS的有机硅氧聚合物的无毒特性在这方面也是有益的，并且允许其用于医学植入物领域。McDonald，J.C.等，Acc.Chem.Res.2002，35，491-499。
许多目前的PDMS微流体器件基于Sylgard184(DowCorning，Midland，Michigan，美国)。Sylgard184通过铂催化的硅氢化反应而热固化。Sylgard184的完全固化只需要5个小时。但是，最近已经报道了光固化PDMS材料的合成，其力学性质与用于软光刻的Sylgard184相似。参见 Choi，K.M.等，J.Am.Chem.Soc.2003，125，4060-4061。
尽管有上述优点，但是因为在大多数有机溶剂中溶胀，PDMS在微流体中的应用仍遭遇到障碍。因此，PDMS基微流体器件与各种有机溶剂的兼容性有限。参见 Lee，J.N.等，Anal.Chem.2003，75，6544-6554。溶胀PDMS的有机溶剂有己烷、乙醚、甲苯、二氯甲烷、丙酮和乙腈。参见 Lee，J.N.等，Anal.Chem.2003，75，6544-6554。有机溶剂溶胀PDMS微流体器件会破裂其微米级的部件(feature)，例如沟道或多个沟道，并且限制或者完全关闭有机溶剂通过沟道的流动。因此，使用PDMS基器件的微流体应用局限于使用不会溶胀PDMS的流体，例如水。结果，需要使用有机溶剂的那些应用可能将需要使用由硬材料(例如玻璃和硅)制成的微流体系统。参见 Lee，J.N.等，Anal.Chem.2003，75，6544-6554。但是，从硬材料中制造微流体器件的缺点限制了这种途径的应用。
另外，众所周知PDMS基器件和材料的惰性不足使其甚至无法用于水基化学中。举例来说，PDMS容易与弱和强的酸和碱反应。众所周知PDMS基器件还包含可提取的，特别是可提取的低聚体和环状硅氧烷，尤其是在暴露于酸和碱中之后。因为PDMS容易被有机试剂溶胀，所以疏水物料，即使那些在水中轻微溶解的疏水物料也可能会渗入(partition into)用来构建PDMS基微流体器件的PDMS基材料。
因此，具有PDMS的有人力学性质并在常用有机溶剂中具有耐溶胀性的弹性材料将会使微流体器件的用途拓展至目前PDMS基器件无法应用的大量新的化学应用中。因此，本发明所提出的解决方案是使用在常用有机溶剂中耐溶胀的弹性材料，更具体地说光固化的全氟聚醚(PFPE)材料来制造微流体器件。
光固化PFPE材料代表独一无二的一类在室温下是液体的氟代聚合物，其表现出低的表面能、低的模量、高的透气性和低毒性，并且还具有极高的化学耐性。参见 Scheirs.J.，Modem Fluoropolymers；JohnWiley & Sons，Ltd.：New York，1997年；第435-485页。此外，PFPE材料表现出疏水和疏液性质。为此，PFPE材料通常在恶劣条件下运转的高性能机械中用作润滑剂。已经报道了PFPE材料在超临界二氧化碳中的合成和溶解性。参见 Bunyard，W.等，Macromolecules1999，32，8224-8226。
本发明描述了光固化的全氟聚醚用作制造耐溶剂的微流体器件的材料的用途。光固化的全氟聚醚用作制造微流体器件的材料解决了由例如PDMS的其它聚合物材料制造的微流体器件所表现出的在有机溶剂中溶胀的相关问题。因此，可以使用PFPE基微流体器件来控制少量流体，例如有机溶剂的流动，并进行其它聚合物微流体器件所不能进行的微尺度化学反应。
                      发明内容
本发明描述了光固化的全氟聚醚用于制造耐溶剂的微流体器件的用途。更具体地说，在一些实施方案中，本发明描述了光固化的全氟聚醚材料的图案化层(patterned layer)的形成方法。在一些实施方案中，该方法包括用全氟聚醚前体涂布例如刻蚀硅晶片的衬底，并且光固化的全氟聚醚前体以形成光固化的全氟聚醚的图案化层。
在一些实施方案中，本发明描述了多层图案化光固化的全氟聚醚材料的形成方法。在一些实施方案中，该方法包括在光固化的全氟聚醚的第二图案化层上面覆盖光固化的全氟聚醚的第一图案化层，其中以预定的排列方式排列光固化的全氟聚醚的第一层和第二层的图案，然后使光固化的全氟聚醚的第一层和第二层暴露于紫外线辐射下一段时间。该固化步骤使两层粘附到一起，从而在两层光固化的全氟聚醚的图案化层之间产生密封。
在一些实施方案中，多层图案化的光固化的全氟聚醚结构包括多个微沟道(microscale channel)，该沟道可以进一步构成微沟道的集成网络。因此，在一些实施方案中，本发明描述了使物料流过微沟道集成网络的方法。在一些实施方案中，使物料流动的方法包括在微沟道内操控(actuate)阀结构。在一些实施方案中，使物料流动的方法包括侧开式(side-actuated)阀结构。在一些实施方案中，使物料流动的方法包括不同形状和尺寸的流动沟道。在一些实施方案中，使物料流动的方法包括同时操控多个阀结构以控制液流通过微沟道的多路网络(multiplexted network)。
在一些实施方案中，本发明描述了在微流体器件中进行化学反应的方法，其中所述方法包括使第一种试剂与第二种试剂在微流体器件内接触，从而形成反应产物。在一些实施方案中，所述第一种试剂与第二种试剂独立地选自核苷酸和多核苷酸之一，其中反应产物包括多核苷酸。在一些实施方案中，所述多核苷酸是DNA。在一些实施方案中，本发明描述了将微流体器件合并入集成反应或流动系统中的方法。
此外，在一些实施方案中，本发明描述了针对某个特征筛选样品的方法。在一些实施方案中，本发明描述了分配物料的方法。在一些实施方案中，本发明描述了分离物料的方法。
如上所述部分或全面地给出了本发明的一些目标，结合下文中详细描述的附图和实施方案进行进一步的说明，以使本发明的其它方面和目标更加易于理解。
                   附图说明
图1A-1C是描述根据本发明的图案化层的形成过程的一系列端视图。
图2A-2D是描述根据本发明的包括两层图案化层的微流体器件的形成过程的一系列端视图。
图3A是显示了开口流道的PFPE基微流体器件的剖视图。
图3B是显示了基本上关闭的流道的PFPE基微流体器件的剖视图。
图4A是矩形流道的剖视图。
图4B是具有弯曲上表面的流道的剖视图。
图5A是显示处于打开位置时侧开式阀结构的平面图。
图5B是显示处于关闭位置时侧开式阀结构的平面图。
图6A是一个同时操控多个流道的控制沟道的顶部示意图。
图6B是沿着如图6A所示的控制沟道322的立剖图。
图7是适于允许液流通过各种沟道的多路系统的示意图。
图8是根据本发明的微流体器件的示意平面图。
图9是用于生物大分子合成的集成微流体系统的示意图。
图10是用于在根据本发明的微流体器件中流动溶液或者进行化学反应的系统的示意图。如图8所示，以示意平面图描述微流体器件800。
图11是Sylgard184和全氟聚醚二甲基丙烯酸酯(PFPE DMA)材料的粘度对剪切速率的曲线。
图12表示交联聚二甲基硅氧烷(PDMS)和全氟聚醚(PFPE)材料的动态力学热分析迹线(DMTA)，其中显示了作为温度的函数的损耗模量的极值。
图13A-13C描述了代表性的器件制造程序。图13A：部分固化PFPEDMA薄层(20微米)和厚层(5毫米)。图13B：从基片上剥离厚层、旋转90°，然后将其放在所述薄层之上。然后，完全固化整个器件以将所述两层粘附到一起。图13C：从基片上剥离所述器件。
图14描述了进入PFPE器件沟道(左)的二氯甲烷、乙腈和甲醇的染色溶液的照片。相比而言，由于溶胀没有溶液进入相同尺寸的PDMS沟道。
图15A-15C为描述阀的操控过程的照片。图15A：不含溶剂的沟道的俯视图。薄层上的沟道(流体)为垂直走向，而厚层上的沟道(空气)为水平走向。图15B：用染色的乙腈、二氯甲烷和甲醇溶液填充薄层沟道。图15C：通过将25psi空气引入厚层沟道中而进行阀的操控。每张图片的下方提供了阀的略图。
                    具体实施方式
现在将参照附图和表示代表性实施方案的实施例，在下文中更全面地描述本发明。但是，可以以不同的形式来实现本发明并且不应解释为本发明局限于下文中提出的实施方案。提供这些实施方案，只为使本发明是彻底且完全的，并向本领域技术人员全面传达实施方案的范围。
除非另有说明，本文使用的所有技术和科学术语的含义与本发明所属领域的一般技术人员通常理解的相同。本文提到的所有出版物、专利申请、专利和其它引文的全部内容引入本文作参考。
在整个说明书和权利要求中，所给出的化学式或名称将涵盖所有光学和立体异构体，以及存在这些异构体和混合物的外消旋混合物。
I.定义
本文使用的术语“微流体器件”通常指可以通过其传输材料(特别是流体负载的材料(例如液体))的器件，在一些实施方案中所述器件为微米级别，并且在一些实施方案中为纳米级别的器件。因此，本发明描述的微流体器件可以包括微米级部件(features)、纳米级部件及其组合。
因此，微流体器件典型地包括尺寸在毫米级以下的结构或功能部件，它们能够以微升/分钟以下量级的流速操纵流体。典型地，这些部件包括，但不局限于沟道、储液池、反应室、混合室和分离区。在一些实施例中，沟道包括至少一个尺寸在约0.1微米至约500微米之间的剖面。使用该量级的尺寸允许在更小的区域中组合更大量的沟道，并且使用更少量的流体。
微流体器件可以单独存在，或者是作为微流体系统的一部分，所述系统举例来说但非局限地包括：用于向系统中引入流体(例如样品、试剂、缓冲液等)和/或使流体通过系统的泵；检测设备或系统；数据存储系统；以及用于控制器件内流体传输和/或方向、监控并控制器件中流体所处环境条件(例如温度、流量等)的控制系统。
本文使用的术语“沟道”、“微沟道”以及“微流体沟道”可以互换并且指借助在材料中引入图的案图案化衬底，或者通过任何适当的材料去除技术而在材料中形成的凹槽(recess)或孔洞(cavity)；或者可以指组合了安装在所述凹槽或孔洞中的任何适当的导流结构(例如管道、毛细管等)的凹槽或孔洞。
本文使用的术语“流道”和“控制沟道”可以互换并且意指微流体器件中例如流体(例如气体或液体)的材料可以流通的沟道。更具体地说，术语“流道”指所关注的材料(例如溶剂或化学试剂)可以流通的沟道。此外，术语“控制沟道”指用以通过例如流体(例如气体或液体)的物质来操控阀或泵的沟道。
本文使用的术语“阀”除非另有说明，指通过响应施加到另一个沟道(例如控制沟道)上的操控力而可以从一个沟道(例如流道)偏离或缩回的弹性段(例如PFPE段)来隔开两个沟道的结构。
本文使用的术语“图案”意指沟道或微流体沟道，或者微流体沟道的集成网络，在一些实施方案中这些沟道可以在预定的点处交叉。所述图案还可以包含一个或多个微储液池、微反应室、微混合室以及微分离区。
本文使用的术语“交叉”意指在某点相遇、在某点相遇并且贯穿或交叉、或者在某点相遇并且重叠。更具体地说，本文使用的术语“交叉”描述了其中两个沟道在某点相遇、在某点相遇并且彼此贯穿或交叉、或者在某点相遇并且彼此重叠的实施方案。因此，在一些实施方案中，两个沟道可以交叉，即在某点相遇、或者在某点相遇并且彼此贯穿，并且是彼此流体连通(communicate)的。在一些实施方案中，两个沟道可以交叉，即在某点相遇并且彼此重叠，并且是流体彼此不连通，这就是流道和控制沟道交叉时的情况。
本文使用的术语“连通”(例如第一种组分与第二种组分“连通”或“处于连通状态”)及其语法上的变化均用来表示两种或多种组分或元件之间的结构、功能、力学、电学、光学或流体学关系。如此，称一种组分与第二种组分连通并不排除在第一和第二种组分之间存在、和/或操作上相关或涉及其它组分的可能性。
针对使用微流体器件用于处理流体的抑制或运动，术语“在器件中”、“在器件上”、“进入器件内”、“在器件之上”、“通过器件”和“穿过器件”通常具有相等的含义。
本文使用的术语“整体的”指包含或者用作单个、统一结构的结构。
本文使用的术语“非生物有机材料”指生物材料以外的有机材料，即那些具有共价碳-碳键的化合物。本文使用的术语“生物材料”包括核酸大分子(例如DNA、RNA)、氨基酸大分子(例如酶)和小的有机化合物(例如类固醇、激素)，其中所述小的有机化合物具有生物活性，尤其是对人或商业上重要的动物(例如宠物和家畜)具有生物活性，并且所述小的有机化合物主要用于治疗或诊断目的。当生物材料在制药和生物技术应用方面有意义时，大量的应用涉及用生物学以外的材料(即非生物有机材料)促进的化学过程。
遵循长期以来的专利法惯例，本申请中(包括在括权利要求中)使用的术语“an”、“a”和“the”指“一个或多个”。因此，举例来说，表述“微流体沟道”包括多个这种微流体沟道，等等。
II.从光固化的全氟聚醚材料制造微流体器件的方法
本发明描述了从光固化的全氟聚醚(PFPE)材料制造微流体器件的方法。更具体地说，本发明描述了光固化PFPE材料图案化层的形成方法。还公开了包含至少一层这种光固化PFPE材料图案化层的微流体器件。
IIA.光固化的全氟聚醚材料图案化层的形成方法
在一些实施方案中，本发明提供了光固化PFPE材料图案化层的形成方法。现在参照图1A-1C，给出了本发明实施方案的示意性代表。其中描述了具有包含凸起(raised protrusion)P的图案化表面PS的衬底S。因此，衬底S的图案化表面PS包含至少一个形成图案形状的凸起P。在一些实施方案中，衬底S的图案化表面PS包含多个形成复杂图案的凸起P。
从图1B中明显可见，聚合物前体PP位于衬底S的图案化表面PS上方。如图1B所示，施用紫外线UV，光固化聚合物前体PP。在聚合物前体PP固化后，形成如图1C所示的光固化的全氟聚醚的图案化层PL。
如图1C所示，光固化的全氟聚醚的图案化层PL包含在图案化层PL底面形成的凹槽R。凹槽R的尺寸与衬底S的图案化表面PS的凸起P相应。在一些实施方案中，凹槽R包含至少一个沟道CH，在本发明的一些实施方案中包含微沟道。从衬底S的图案化表面PS中除去图案化层PL，从而制得微流体器件MD。
因此，在一些实施方案中，光固化的全氟聚醚的图案化层的形成方法包括：
(a)提供衬底，其中该衬底包含图案化表面；
(b)使全氟聚醚前体与所述衬底的图案化表面接触；和
(c)光固化的全氟聚醚前体以形成光固化的全氟聚醚的图案化层。
在一些实施方案中，光固化的全氟聚醚的图案化层的形成方法包括：
(a)用全氟聚醚前体和光引发剂的掺合物涂布衬底的图案化表面以形成涂布的、图案化衬底；
(b)将所述涂布的、图案化衬底暴露于紫外线辐射下一段时间，从而在图案化衬底上形成光固化的全氟聚醚层；和
(c)将所述光固化的全氟聚醚层从所述图案化衬底上移去，从而制得光固化的全氟聚醚的图案化层。
在一些实施方案中，所述图案化衬底包括硅晶片。在一些实施方案中，所述图案化衬底包括光刻胶图案化的衬底。对于本发明而言，可以通过本领域中公知的任何加工方法，包括但不局限于光刻法、电子束光刻法和离子蚀刻来制造图案化的衬底。
在一些实施方案中，所述涂布步骤包括旋涂步骤。在一些实施方案中，所述全氟聚醚前体包括聚(四氟环氧乙烷-共聚-二氟甲醛)α，ω-二醇。在一些实施方案中，光引发剂包括2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。在一些实施方案中，光固化的全氟聚醚包括全氟聚醚二甲基丙烯酸酯。在一些实施方案中，光固化的全氟聚醚包括联苯乙烯全氟聚醚(perfluoropolyether distyrenic)。
本领域一般技术人员公知全氟聚醚(PFPEs)已经在25年内用于许多应用。市售PFPE材料通过全氟化单体的聚合来制造。这类产品的第一个成员通过氟化铯催化的六氟环氧丙烷(HFPO)聚合来制造，生产出一系列称作Krytox(DuPont，Wilmington，Delaware，美国)的分支聚合物。通过UV催化的六氟丙烯光氧化生产出相似的聚合物(FomblinY)(Solvay Solexis，Brussels，比利时)。此外，通过相似的过程，但是使用四氟乙烯制备出线性聚合物(FomblinZ)(Solvay)。最后，通过聚合四氟氧杂环丁烷，接着直接氟化的方法生产出第四种聚合物(Demnum)(Daikin Industries，Ltd.，Osaka，日本)。这些流体的结构表示在表I中。表II包含一些PFPE类润滑剂的性质数据。除了这些可商购的PFPE流体外，通过直接氟化技术正制备出一系列新的结构。这些新的PFPE材料代表性的结构表示在表III中。在上述PFPE流体中，只有Krytox和FomblinZ已经被广泛用于各种应用中。参见Jones，W.R.，Jr.，The Properties of Perfluoropolyethers Used for SpaceApplications，NASA Technical Memorandum 106275(1993年7月)，该文献全部内容引入本文作参考。因此，在本发明公开的内容中提供了这些PFPE材料的应用。
表I市售PFPE流体的名称和化学结构
名称  结构
DemnumKrytoxFomblinYFomblinZ  C3F7O(CF2CF2CF2O)xC2F5C3F7O[CF(CF3)CF2O]xC2F5C3F7O[CF(CF3)CF2O]x(CF2O)yC2F5CF3O(CF2CF2O)x(CF2O)yCF3
表IIPFPE物理性质
润滑剂  平均分子量   20℃下粘度(cSt)   粘度指数   流点℃ 蒸气压(托)
 20℃  100℃
 FomblinZ-25Krytox143ABKrytox143ACDemnumS-200  9500370062508400   255230800500   355113134210   -66-40-35-53  2.9×10-121.5×10-62×10-81×10-10  1×10-83×10-48×10-61×10-7
表III代表性PFPE流体的名称和化学结构
   名称   结构a
   全氟聚(甲醛)(PMO)全氟聚(环氧乙烷)(PEO)全氟聚(二氧戊环)(DIOX)全氟聚(三氧八环)(TRIOX)   CF3O(CF2O)xCF3CF3O(CF2CF2O)xCF3CF3O(CF2CF2OCF2O)xCF3CF3O[(CF2CF2O)2CF2O]xCF3
a其中x是任何整数。
在一些实施方案中，紫外线辐射的波长约为365纳米。在一些实施方案中，涂布的图案化衬底暴露于紫外线辐射下的时间在约1秒到约300秒的范围内。在一些实施方案中，涂布的图案化衬底暴露于紫外线辐射下的时间在从约1秒到约100秒的范围内。在一些实施方案中，涂布的图案化衬底暴露于紫外线辐射下的时间约为6秒。在一些实施方案中，涂布的图案化衬底暴露于紫外线辐射下的时间约为60秒。
在一些实施方案中，光固化的全氟聚醚的图案化层介于约0.1微米至约100微米厚之间。在一些实施方案中，光固化的全氟聚醚的图案化层介于约0.1毫米至约10毫米厚之间。在一些实施方案中，光固化的全氟聚醚的图案化层介于约1微米至约50微米厚之间。在一些实施方案中，光固化的全氟聚醚的图案化层约为20微米厚。在一些实施方案中，光固化的全氟聚醚的图案化层约为5毫米厚。
在一些实施方案中，光固化的全氟聚醚的图案化层包含多个微沟道。在一些实施方案中，所述沟道具有从约0.01微米至约1000微米范围的宽度；从约0.05微米至约1000微米范围的宽度；和/或从约1微米至约1000微米范围的宽度。在一些实施方案中，沟道具有从约1微米至约500微米范围的宽度；从约1微米至约250微米范围的宽度；和/或从约10微米至约200微米范围的宽度。示例性的沟道宽度包括，但不局限于0.1微米、1微米、2微米、5微米、10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、110微米、120微米、130微米、140微米、150微米、160微米、170微米、180微米、190微米、200微米、210微米、220微米、230微米、240微米和250微米。
在一些实施方案中，沟道具有从约1微米至约1000微米范围内的深度；和/或从约1微米至约100微米范围内的深度。在一些实施方案中，沟道具有从约0.01微米至约1000微米范围内的深度；从约0.05微米至约500微米范围内的深度；从约0.2微米至约250微米范围内的深度；从约1微米至约100微米范围内的深度；从约2微米至约20微米范围内的深度；和/或从约5微米至约10微米范围内的深度。示例性的沟道深度包括，但不局限于0.01微米、0.02微米、0.05微米、0.1微米、0.2微米、0.5微米、1微米、2微米、3微米、4微米、5微米、7.5微米、10微米、12.5微米、15微米、17.5微米、20微米、22.5微米、25微米、30微米、40微米、50微米、75微米、100微米、150微米、200微米和250微米。
在一些实施方案中，沟道的宽度-深度比在从约0.1∶1至约100∶1的范围内。在一些实施方案中，沟道的宽度-深度比在从约1∶1至约50∶1的范围内。在一些实施方案中，沟道的宽度-深度比在从约2∶1至约20∶1的范围内。在一些实施方案中，沟道的宽度-深度比在从约3∶1至约15∶1的范围内。在一些实施方案中，沟道的宽度-深度比约为10∶1。
本领域一般技术人员应明白本发明的沟道尺寸不局限上述示例性的范围，并且可以改变宽度和深度来影响使物料流过沟道和/或操控阀以控制其中的物料流所需的力的大小。此外，下面将更详细地说明使用更宽的沟道作为储液池、反应室、混合沟道和分离区等。
II.B.多层图案化光固化的全氟聚醚材料的形成方法
在一些实施方案中，本发明公开的内容描述了多层图案化光固化的全氟聚醚材料的形成方法。在一些实施方案中，使用多层图案化光固化的全氟聚醚材料来制造整体PFPE基微流体器件。
现在参考图2A-2D，显示了本发明实施方案的制备方法的示意性代表。提供了图案化层PL1和PL2，图案化层PL1和PL2中每个都包含沟道CH。在本发明的本实施方案中，沟道CH是微沟道。在图2A-2C中，图案化层PL1中的沟道由虚线表示，即在阴影中。在图案化层PL1上以预定的排列叠置图案化层PL2。在本实施例中，预定的排列是图案化层PL1和PL2中的沟道CH基本上彼此垂直。在一些实施方案中，如图2A-2D所示，在未图案化层NPL上叠置图案化层PL1。未图案化层NPL可以包含全氟聚醚。
继续参考图2A-2D，将图案化层PL1和PL2以及在一些实施方案中将未图案化层NPL暴露于紫外线UV下。将层PL1和PL2以及在一些实施方案中的未图案化层NPL暴露于紫外线UV下使图案化层PL1和PL2彼此粘附，并且在一些实施方案中，图案化层PL1和未图案化层NPL彼此粘附，如图2C和2D所示。所得的微流体器件MD包含在预定交叉点IP处交叉的微沟道CH的集成网络IN，在图2D中提供的剖视图中看得最清楚。图2D中还显示了包含使图案化层PL2的沟道CH与图案化层PL1的沟道CH分开的图案化层PL1的沟道CH上表面的膜M。
继续参考图2A-2C，在一些实施方案中，图案化层PL2包含许多孔洞，并且这些孔洞被设计成输入孔IA和输出孔OA。在一些实施方案中，孔洞(即输入孔IA和输出孔OA)与沟道CH流体连通。在一些实施方案中，如图5A和5B所示并且将在下文中详细讨论，所述孔洞包含侧开式阀结构，其包括可以操控用以限制邻接沟道中液流的PFPE材料薄膜。
因此，在一些实施方案中，本发明描述了形成多层图案化光固化的全氟聚醚材料的方法，该方法包括：
(a)在光固化的全氟聚醚第二图案化层上覆盖光固化的全氟聚醚的第一图案化层，其中以预定的排列方式排列光固化的全氟聚醚第一层和第二层的图案；及
(b)将光固化的全氟聚醚的第一层和第二层暴露于紫外线辐射下一段时间。
在一些实施方案中，光固化PFPE材料的第一图案化层被浇铸成赋予PFPE结构一定程度力学稳定性的厚度。因此，在一些实施方案中，光固化PFPE材料的第一图案化层约50微米至几厘米厚。在一些实施方案中，光固化PFPE材料的第一图案化层的厚度介于50微米至10毫米之间。在一些实施方案中，光固化PFPE材料的第一图案化层为5毫米厚。在一些实施方案中，PFPE材料的第一图案化层为约4毫米厚。此外，在一些实施方案中，PFPE材料第一图案化层的厚度在从约0.1微米至约10厘米的范围内；从约1微米至约5厘米的范围内；从约10微米至约2厘米的范围内以及从约100微米至约10毫米的范围内。
在一些实施方案中，光固化PFPE材料的第二图案化层的厚度介于约1微米至约100微米之间。在一些实施方案中，光固化PFPE材料的第二图案化层的厚度介于约1微米至约50微米之间。在一些实施方案中，光固化PFPE材料的第二图案化层为约20毫米厚。
尽管图2A-2C和图13公开了微流体器件的形成过程，其中结合了两层PFPE图案化层，在本发明的一些实施方案中还可以形成包含一层PFPE材料图案化层和一层非图案化层的微流体器件。因此，第一图案化层可以包含微沟道或者微沟道的集成网络，然后将第一图案化层覆盖在非图案化层上面并采用光固化步骤(例如本文所公开的施用紫外线)粘附到非图案化层上，从而形成包含其中内含的沟道的整体结构。
因此，在一些实施方案中，光固化的全氟聚醚材料第一和第二图案化层，或者可选地光固化的全氟聚醚材料第一图案化层和光固化的全氟聚醚材料非图案化层彼此粘附，从而形成整体PFPE基微流体器件。
III.引导物料流通过PFPE基微流体器件的方法
在一些实施方案中，本发明描述了引导物料流通过PFPE基微流体器件的方法。在一些实施方案中，引导物料流通过PFPE基微流体器件的方法包括操控微流体器件内的一个阀结构或多个阀结构。在一些实施方案中，所述阀结构构成微流体器件自身的一部分。在一些实施方案中，所述阀结构进一步包含侧开式阀。
III.A.操控PFPE基微流体器件内阀结构的方法
在一些实施方案中，操控PFPE基微流体器件内阀结构的方法包括通过向邻接的第二流道(或“控制流道”)施加压力，将隔开两个沟道的PFPE材料薄膜偏移进入第一流道，从而关闭第一流道。图3A和3B一起表示通过加压第二流道而关闭第一流道。现在参考图3A，其中显示了包含粘附到平面非图案化PFPE层312上的多层图案化PFPE材料310的整体PFPE基微流体器件300的前视图。第一流道320和第二流道322通过膜314隔开，该膜形成第一流道320的顶部和第二流道322的底部。如图3A所示，流道320是敞开的。
现在参考图3B，流道322的加压(通过其中的气体或者液体)引起膜314向下偏移，从而限制流体F通过流道320，如图3A所示。因此，通过改变沟道322中的压力，提供了可操控的阀动系统，通过按照需要偏移膜314使流道320基本上打开或者基本上关闭，或者处于半开或半闭位置。仅为了举例说明，以“基本上关闭”的状态，而不是“全关闭”的状态表示图3B中的沟道320。
在一些实施方案中，隔开叠置的沟道320和322的PFPE材料膜314的厚度介于约0.01微米至1000微米、约0.05微米至500微米、0.2微米至250微米、1微米至100微米、2微米至50微米以及5微米至40微米之间。示例性膜的厚度包括，但不局限于0.01微米、0.02微米、0.03微米、0.05微米、0.1微米、0.2微米、0.3微米、0.5微米、1微米、2微米、3微米、5微米、7.5微米、10微米、12.5微米、15微米、17.5微米、20微米、22.5微米、25微米、30微米、40微米、50微米、75微米、100微米、150微米、200微米、250微米、300微米、400微米、500微米、750微米和1000微米。
因为这些阀通过移动沟道本身的一部分(例如偏移膜314)来操控并且不需要附加组件，所以通过该技术生产的阀和泵具有0死体积(dead volume)，并且通过该技术开关阀的死体积大约等于阀的有效体积(active volume)，例如约100微米×100微米×10微米＝100皮升。这种移动膜消耗的死体积和面积大约小于已知传统的微阀两个数量级。在本发明中提供了更小和更大的阀，包括但不局限于死体积从1阿升至1微升、100阿升至100纳升、1飞升至1纳升、100飞升至1纳升以及1皮升至100皮升的阀。
通过根据本发明的泵和阀输送的小体积物料(例如流体)表现出优于本领域公知的泵和阀的很大优点。举例来说，能够手动计量的流体最小体积为约0.1微升。此外，能够通过自动系统计量的流体最小体积为约1微升。使用根据本发明的泵和阀，可以计量并且分配10纳升或更小体积的流体。通过本发明能够精确计量极小体积的流体在大量的生物学应用(包括例如DNA的生物材料的微尺度分析以及诊断试验和分析)中可能是极其有价值的。
如授予 Unger等的美国专利第6,408,878号所述(该专利全部内容引入本文作参考)，弹性膜响应压力时发生的偏移是膜长度、宽度、厚度、例如由其杨氏模量提供的膜柔韧性、以及施加的操控力的函数。因为这些参数每种都将根据具体弹性器件(例如根据本发明的PFPE器件)的尺寸和物理组成而变化，所以提供了广泛范围的膜厚、沟道宽度和操控力。
可以通过使流体或例如空气的气体举例来说通过与第二个更窄的管道(例如皮下注射器管，例如金属皮下注射器针头)连接的第一个管道来施加压力以操控所述器件的膜，其中通过在与流道垂直的方向上插入PFPE块中使金属皮下注射器针头与流道接触。
因此，在一些实施方案中，操控PFPE基微流体器件的方法进一步包括在至少一层光固化的全氟聚醚材料图案化层中形成多个孔洞。在一些实施方案中，如图2A所示，多个孔洞中的至少一个包括进口孔IA。在一些实施方案中，也如图2A所示，多个孔洞中的至少一个包括出口孔OA。
此外，该实施方案解决了将传统的微流体器件与外部流体源连接而引起的大量问题。其中一个问题就是微流体器件和外部流体源间连接的脆弱性。传统的微流体器件包含硬的、刚性材料，例如硅，必须与其连接提供与外部元件相连的管道。传统材料的刚性在与外部管道接触点处产生物理应力，使传统的微流体器件易于在这些接触点处碎裂并泄漏。
相反，本发明的PFPE材料是柔性的，并且可以被包含硬材料的硬管(例如金属皮下注射器针头)刺穿以形成外部连接。举例来说，在使用图1和2所示的方法制造的PFPE结构中，如图2A-2C所示，在从模具中除去PFPE材料上层(如图1C所示)后并且在该层已经与PFPE材料第二图案化层粘接(如图2A-2C所示)前，通过用金属注射针头穿过PFPE材料图案化层的外表面可以制造出从该结构外表面延伸入流道的孔洞。
在这些步骤之间，一部分流道暴露于用户的视野中，并且方便了皮下注射针头的插入和孔洞的正确定位。在完成器件的制造后，金属皮下注射针头被插入孔洞中，完成与外部流体源的流体连接。另外，本发明的PFPE材料相应于外部连接接触点处的物理应变而弯曲，使外部物理连接更加牢固。这种柔韧性大大降低了本发明所述微流体器件泄漏或碎裂的可能性。
传统微流体器件的另一个缺点是难以在器件及其与外部液流之间建立有效的密封。由于这些微流体器件的沟道直径通常较窄，即使在实现中等速率的液流时也可能需要输入高的压力。因此，可能导致器件和外部连接间接触点处的意外泄漏。用于制造本发明的微流体器件的PFPE材料的柔韧性有助于防止与高输入压力相关的泄漏。更具体地说，柔性的PFPE材料符合插入管道的形状，从而形成充分耐压的密封。
至此已描述了通过施加气压来控制物料流通过器件，但也可以使用其它的流体。气体是可压缩的，因此在例如通过电磁阀施加压力的时间和隔开微流体器件流道的膜经受该压力的时间之间存在有限的延迟。因此，在本发明的一些实施方案中，从外部源向不可压缩的流体(例如水或液压油)施加压力，导致施加的压力几乎同时转移到膜上。如果膜的转换体积(displaced volume)是大的或者流道是窄的，控制流体的粘度越高会越有助于启动的延迟。因此，转移压力的最优介质将取决于具体的应用和器件的结构。因此，本发明提供了使用气态和液态两种介质来操控可偏移的膜。
在一些实施方案中，通过泵和经过压力调节器和外部阀的储罐系统来施加外压。本领域一般技术人员将理解本发明提供了施加外压的其它方法，包括气罐、压缩机、活塞系统和液柱。本发明还提供了天然存在的压力源，例如那些在活有机体中发现的压力源，包括血压、胃的压力、脑脊髓液中存在的压力、眼内存在的压力以及正常弯曲期间肌肉施加的压力。本发明还提供了调节外压的其它方法，包括微型阀、蠕动泵、夹阀和本领域公知的其它类型流体调节设备。
在一些实施方案中，根据本发明的微流体阀的响应在其工作范围内相当部分中几乎是线性的，只有极小的滞后。参见授予 Unger等的美国专利第6408,878号，该专利全部内容引入本文作参考。因此，根据本发明的阀理想地适用于微流体计量和流体控制。
当本发明的阀和泵不要求通过线性操控(linear actuation)来打开或关闭时，线性响应也有利于使用该阀作为计量装置。在一些实施方案中，使用阀的打开，通过部分操控至已知关闭程度来控制流速。线性阀操控也便于确定关闭阀至所需关闭程度所需要的操控力的大小。线性操控的另一个好处是可以从流道中的压力确定阀操控所需的力。因此，如果操控是线性的，可以通过向阀的操控部分施加相同的压力(单位面积的力)来对抗流道中增加的压力。因此，通过增加操控压力可以对抗流道中的高压(即背压)。
阀响应的线性取决于阀的结构、组成以及操控方法。此外，线性是否是阀中所需的特性取决于应用。因此，在本发明中提供了线性和非线性操控的两种阀，并且线性操控所述阀的压力范围随具体的实施方案而变化。
除了上述基于压力的操控系统外，本发明还提供了静电操控和磁操控系统。举例来说，通过直接向整体PFPE结构中形成荷相反电荷的电极(当向它们施加电压差时电极将趋向于彼此吸引)可以实现静电操控。再次参考图3A，第一个电极330A(以虚线表示)可以位于膜314上(或其中)，并且第二个电极330B(也以虚线表示)可以位于平面非图案化PFPE层312上(或其中)。当电极330A和330B荷相反极性时，两个电极间的吸收力将引起膜314向下偏移，从而关闭流道320。
为了使膜电极充分导电以支持静电操控而在力学上不至于过于刚性以阻碍膜的运动，所以必须在膜314上方或其中提供足够柔性的电极。可以通过在膜314上沉积薄的金属化层、用导电材料掺杂聚合物，或者导电材料形成表面层以提供这种足够柔性的电极。
在一些实施方案中，通过薄的金属化层(metallization layer)来提供在偏移膜处存在的电极，举例来说薄的金属化层可以通过溅射例如20纳米金的金属薄膜来提供。除了通过溅射形成金属化膜外，其它金属化途径，例如化学外延、蒸镀、电镀和无电电镀也都是有效的。向弹性体表面上物理转移金属层也是有效的，例如通过在其粘附不良的平面衬底上蒸镀金属，然后将弹性体放到金属上并将金属从衬底上剥离。
还可以通过在弹性体表面沉积炭黑(例如VulcanXC72R CabotCorporation，Boston，Massachusetts，美国)来形成导电电极330A。可选地，可以通过从导电材料(即炭黑或细分散的金属颗粒)掺杂的弹性体构建整个结构300而形成电极330A。还可以通过静电沉积，或者产生碳的化学反应来形成电极。
不需要移动的下电极330B可以是如上所述的顺从性电极(compliant electrode)，或者传统的电极，例如蒸镀的金、金属板或者掺杂的半导体电极。
在一些实施方案中，流道的磁操控可以通过用磁可极化的材料(例如铁)或者永磁材料(例如极化的NdFeB)来制备隔开流道的膜来实现。
在使用磁可极化的材料制造膜的实施方案中，通过响应施加的磁场而吸引可以操控所述膜。在使用能够维持永久磁性的材料制造膜的实施方案中，首先通过暴露至足够高的磁场中而磁化材料，然后通过响应所施加的不匀磁场而吸引或排斥来操控。
可以通过许多方法产生操控所述膜的磁场。在一些实施方案中，通过在弹性体膜中或附近形成的小的感应线圈来产生磁场。这种磁线圈的操控作用是局部的，从而允许操控单个泵和/或阀结构。在一些实施方案中，由较大的更有力的磁源来产生磁场，在此情况下操控不是局部的，并且可以同时操控多个泵和/或阀结构。
还可以结合压力操控与静电或磁操控。更具体地说，可以静电或磁操控与凹槽和/或沟道流体连通的风箱(bellows)结构以改变凹槽和/或沟道内的压力，从而操控与该凹槽和/或沟道相邻的膜结构。
除了上述电或磁操控外，本发明还提供了电解和电动操控系统。举例来说，在一些实施方案中，对膜的操控压力源于与膜叠置的凹槽和/或沟道中的电解反应。在这种实施方案中，凹槽和/或沟道中存在的电极在凹槽和/或沟道内的电解质间施加电压。这种电势差在电极处引起电化学反应，并且导致气体物质的产生，从而在凹槽和/或沟道中引起压力差。
在一些实施方案中，对膜的操控压力源于控制沟道中的电动液流。在这种实施方案中，控制沟道相对端处存在的电极在控制沟道中存在的电解质间施加电势差。电解质中荷电物种向各电极的迁移引起压力差。
在一些实施方案中，可以通过施加热能使流体在控制沟道中流动，或者通过热膨胀或者从液体产生气体来操控器件。相似地，产生气态产物的化学反应可以使压力增加至足以用于膜的操控。
III.B.在包含不同横截面尺寸和形状的流道的PFPE基微流体器件内操控阀结构的方法
在一些实施方案中，本发明描述了具有不同横截面尺寸和形状的流道，这些流道根据其所需的应用具有不同的优点，特别是与密封流道相关的优点。举例来说，下流道的横截面形状或者沿着其整个长度或者在位于向上的交叉沟道下方的区域中具有弯曲的上表面。
现在参考图4A，显示与图3A的流道320和322相似的剖视图。在本实施方案中，流道320的横截面形状是矩形。在一些实施方案中，如图4B所示，流道320的横截面具有如图320A所述的弯曲上表面。
再参考图4A，当流道322被加压时，隔开流道320和322的膜部分314将向下移动到虚线314A、314B、314C、314D和314E所示的连续位置。在某些情况下，在矩形流道320的边缘和相邻的平面非图案化PFPE层312处可能发生不完全的密封。
再参考图4B，流道320具有如图320A弯曲上表面314A。当流道322被加压时，膜部分314将向下移动到虚线314A2、314A3、314A4和314A5所示的连续位置，膜的边缘部分首先移入流道中，膜的顶部紧随其后。在膜314处具有这种弯曲上表面的优点在于当流道322被加压时，将提供更完全的密封。更具体地说，流道320A的上表面将相对非图案化PFPE层312提供连续的接触边缘，从而避免在膜314和图4A中的流道320的底部之间出现不完全的接触。
在膜314处具有弯曲上流道表面的另一个优点在于在响应操控时，所述膜可以更容易地符合流道的形状和体积。更具体地说，当使用矩形流道时，整个周长(2×流道高度+流道宽度)必须被迫进入流道中。当使用弯曲的流道时，更小的材料周长(只有半圆弧部分)必须被迫进入流道中。按照这种方式，操控时膜的周长不需要太多的变化，因此对关闭流道而施加的操控力更加灵敏。
在一些实施方案中，(未显示)，流道320的底部是圆形的，以至于其弯曲的表面与如上面图4B所示的弯曲的上表面314A紧密配合。
总之，所述膜在操控时所经历的实际结构变化取决于具体PFPE结构的配置。更具体地说，所述构象变化将取决于膜的长度、宽度和厚度分布、其与该结构剩余部分的附着、流道和控制沟道的高度、宽度和形状，以及所用PFPE材料的材料性质。因为响应施加压力的膜操控方式与响应磁或静电力的膜操控方式有些不同，所以构象变化还取决于操控的方法。
另外，膜中所需的构象变化还根据PFPE结构的具体应用而变化。在上述实施方案中，在通过计量以控制阀的关闭程度时，所述阀可以是打开或关闭的。
本发明提供了许多膜厚分布和流道横截面，包括矩形的、斜方形的、圆形的、椭圆形的、抛物线的、双曲线的和多边形的，以及上述形状的截面。本发明还提供了更复杂的横截面形状，例如具有上面刚讨论的突起的实施方案或者流道中包含孔洞的实施方案。
III.C.操控侧开式阀结构的方法
在一些实施方案中，本发明包含侧开式阀结构。现在参考图5A和5B，图5A表示了处于未操控状态(unactuated position)的侧开式阀结构500。在PFPE层502中形成流道510。在PFPE层502中还形成邻接流道510的控制沟道512。在一些实施方案中，控制沟道512包含例如通过用上述的皮下注射针头穿透PFPE层所形成的“孔洞”。控制沟道512通过PFPE膜部分504与流道510隔开。在底部PFPE层502上例如通过光固化粘接第二层PFPE层(未显示)，以关闭流道510和控制沟道512。
图5B显示了处于操控位置的侧开式阀结构500。在响应压力时，或者采用其它操控技术时，在控制沟道512内，膜504变形进入流道510，阻断流道510。在释放控制流道512内的压力时，膜504松驰，返回控制沟道512中并且打开流道510。
虽然在图5A和5B中显示了响应压力操控的侧开式阀结构，根据本发明的侧开式阀结构并不局限该结构。在一些实施方案中，如上所述，通过电场或磁场来操控位于邻接的流道和控制沟道之间的PFPE膜部分。
III.D.操控包含PFPE基微流体器件的微沟道集成网络的方法
在一些实施方案中，第一层和第二层光固化的全氟聚醚的预定排列形成多个微沟道。在一些实施方案中，所述多个微沟道包括微沟道的集成网络。在一些实施方案中，集成网络的微沟道在预定的相交点处相交。
现在参考图6A和6B，其中显示了可由一个控制沟道控制的多个流道的示意图。该系统包括复合在一起的多个可单寻址的多路传输开/关阀。更具体地说，提供了多个平行的流道320A、320B和320C。流道322(即“控制线路”)通过流道320A、320B和320C的上方。控制管线322的加压通过压低位于控制管线322与流道320A、320B和320C相交处的膜314A、314B和314C同时关闭F1、F2和F3。
现在参考图7，其中显示了适于允许液体流过所选沟道的多路传输系统(包含连接或交织在一起的多个单开/关阀)的示意图。在多个平行的控制管线322A、322B、322C和322D的下方安置了多个平行的流道320A、320B、320C、320D、320E和320F。除了进行下述的调整外，使用任何上述的阀系统，操控控制沟道322A、322B、322C和322D，关闭通过平行流道320A、320B、320C、320D、320E和320F的液流F1、F2、F3、F4、F5和F6。
将各个流道与通过其上面的控制管线隔开的膜(例如图6A和6B中的膜314A、314B和314C)的向下偏移取决于膜的尺寸。因此，通过改变图6A和6B中的流道控制管线322的宽度，可以使控制管线跨过多个流道，但只操控(即关闭)所需的流道。每个控制管线322A、322B、322C和322D都具有宽和窄的部分。举例来说，控制管线322A在位于流道320A、320C和320E上方的位置是宽的。相似地，控制管线322B在位于流道320B、320D和320F上方的位置是宽的，并且控制管线322C在位于流道320A、320B、320E和320F上方的位置是宽的。
在控制管线宽的位置处，其加压引起隔开流道和控制管线(如图6B所示)的膜314显著压低，进入流道中，从而阻断其中的流体通过。相反，在控制管线窄的位置处，膜314也是窄的。因此，相同程度的加压不会导致膜314压低进入流道320中。因此，不会阻断其下方的流体通过。
举例来说，当控制管线322A被加压时，它阻断分别在流道320A、320C和320E中的液流F1、F3和F5。相似地，当控制管线322C被加压时，它阻断分别在流道320A、320B、320E和320F中的液流F1、F2、F5和F6。本领域一般技术人员在阅读本发明时将会理解可以同时操控一个或多个控制管线。举例来说，同时使控制管线322A和322C加压，阻断除F4以外的液流(其中控制管线322A阻断F1、F3和F5，并且控制管线322C阻断F1、F2、F5和F6)。
通过两者一起和以不同的顺序选择性地加压不同的控制管线322A-D，可以实现液流控制的程度。另外，通过将本发明系统拓展至六个以上平行流道320A-F和四个以上平行控制管线322A-D，并且通过改变控制管线宽和窄区域的位置，可以制造出复杂的液流控制系统。
IV.使用PFPE基微流体器件的方法
在一些实施方案中，本发明描述了在PFPE基微流体器件中流动物料和/或进行化学反应的方法。在一些实施方案中，本发明描述了合成生物大分子(例如DNA)的方法。在一些实施方案中，本发明描述了针对某个特征筛选样品的方法。在一些实施方案中，本发明公开了分散物料的方法。在一些实施方案中，本发明公开了分离物料的方法。
IV.A.在PFPE基微流体器件中流动物料和/或进行化学反应的方法
在一些实施方案中，本发明描述了在PFPE基微流体器件中流动物料和/或进行化学反应的方法。现在参考图8，其中显示了本发明的微流体器件的示意平面图。该微流体器件一般被称作800。微流体器件800包括图案化层802和多个孔洞810A、810B、810C和810D。这些孔洞可以进一步被描述为进口孔810A、进口孔810B和进口孔810C和出口孔810D。孔810A、810B、810C和810D中每个都由密封盖820A、820B、820C和820D覆盖，这些密封盖优选是可逆的密封。提供密封盖820A、820B、820C和820D，以至于如果需要可以储存、运输，或者保持在微流体器件中，所述物料包括但不局限于溶剂、化学试剂、生物化学系统的组分、样品、墨水和溶剂、化学试剂、生物化学系统的组分、样品、墨水的反应产物和/或混合物，以及它们的组合。密封盖820A、820B、820C和820D可以是可逆的，即可拆除的，以至于微流体器件800可以用于化学反应或其它用途，然后如果需要再进行密封。
继续参考图8，在一些实施方案中，孔810A、810B、810C还包含可以操控以密封与该孔相关的微流体沟道(microfluidic channel)的压力操控阀(包含未显示的交叉、重叠的流道)。
继续参考图8，在一些实施方案中，微流体器件800的图案化层802包含微沟道的集成网络830。该集成网络830包含一系列流体连接的微沟道，这些沟道用如下的参考符号表示：831、832、833、834、835、836、837、838、839和840。因此，进口孔810A与从进口810A延伸的微沟道831流体连通，并且借助弯曲部(bend)与微沟道832流体连通。在图8所示的集成网络830中，为了方便表示了一系列90°的弯曲部。但是，应当注意集成网络830的沟道中提供的通道和弯曲部可以具有任何所需的结构、角度或者其它特征。事实上，如果需要，分别沿着微沟道831、832、833和834提供储液池850A和850B。如图8所示，储液池850A和850B至少一个尺寸大于与其紧邻的沟道的尺寸。
然后，继续参考图8，微沟道832和834在交叉点860A处相交并且进入单个微沟道835。微沟道835进入室870中，在图8所示的实施方案中，该室的尺寸比微沟道835宽。在一些实施方案中，室870包含反应室。在一些实施方案中，室870包含混合室。在一些实施方案中，室870包含分离室。在一些实施方案中，分离室具有给定的沟道尺寸(例如长度)，其中借助其电荷、质量或其组合，或者其中可以在给定的尺寸上可以发生分离的任何其它物理特性来分离所述物料。在一些实施方案中，分离区包含活性材料880。本领域一般技术人员将理解此处为了方便使用术语“活性材料”，并非意味着为了用于其目的用途必须激活该材料。在一些实施方案中，所述活性材料是色谱材料。在一些实施方案中，所述活性材料是靶材料。
还是在图8中，注意室870不必具有比相邻微沟道宽的尺寸。事实上，室870可以简单地为微沟道中给定的段，其中至少两种物料被分开、混合和/或反应。微沟道836基本上与微沟道835相反地从室870延伸出来。微沟道836与从孔810C处向外延伸并与和其流体连通的微沟道837形成T形结。因此，微沟道836和837的结形成交叉点860B。微沟道838从交叉点860B沿基本上与微沟道837相反并向着储液池850C的方向延伸。储液池850C的尺寸比微沟道838宽预定的长度。但是，如上所述，给定的微沟道段也可以用作储液池而不需要改变微沟道段的尺寸。另外，微沟道838可以用作反应室，其中从微沟道837流向交叉点860B的试剂与从微沟道836流向交叉点860B并进入微沟道838的试剂反应。
继续参考图8，微沟道839从储液池850C基本上对着微沟道838延伸，并且通过弯曲进入微沟道840。微沟道840与出口孔810D流体连通。出口孔810D可以任选地借助密封盖820D被可逆地密封，如上所述。另外，在微流体器件800中形成反应产物并且需要传输到微流体器件800中另一个位置的实施方案中，出口孔810D的可逆密封是可取的。
通过图7所述的方法，将物料流引导通过微沟道的集成网络830，包括沟道、储液池和反应室。
因此，在一些实施方案中，本发明包含使物料在微流体器件中流动的方法，所述方法包括：(a)提供至少包含一层光固化的全氟聚醚的图案化层的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层至少包含一个微沟道；及(b)使物料在该微沟道中流动。
在一些实施方案中，所述方法包括将物料置于微流体器件中。在一些实施方案中，如图10所示并且下面更详细地讨论，所述方法包括施加驱动力，使物料沿着微沟道移动。在一些实施方案中，所述方法还包含多个微沟道。在一些实施方案中，所述多个微沟道包括微沟道的集成网络。在一些实施方案中，集成网络的微沟道在预定点处相交。在一些实施方案中，光固化的全氟聚醚的图案化层包括多个孔洞。在一些实施方案中，多个孔洞中的至少一个包括进口孔。在一些实施方案中，多个孔洞中的至少一个包括出口孔。在一些实施方案中，所述方法包含至少一个压力操控阀，其中所述压力操控阀由以下结构之一限定：(a)微沟道；和(b)多个孔洞中的至少一个。在一些实施方案中，所述压力操控阀通过将加压流体引入以下结构之一来操控：(a)微沟道；和(b)多个孔洞中的至少一个。
在一些实施方案中，加压流体的压力在约10psi至约40psi之间。在一些实施方案中，压力为约25psi。在一些实施方案中，所述物料包括流体。在一些实施方案中，所述流体包含溶剂。在一些实施方案中，所述溶剂包括有机溶剂。在一些实施方案中，所述物料沿着微沟道在预定的方向上流动。
此外，在一些实施方案中，本发明描述了进行化学反应的方法，所述方法包括：
(a)提供包含光固化的全氟聚醚的图案化层的微流体器件；及
(b)使微流体器件中第一种试剂与第二种试剂接触，形成反应产物。
在一些实施方案中，所述光固化的全氟聚醚的图案化层包含多个微沟道。在一些实施方案中，至少一个微沟道包括储液池。在一些实施方案中，至少一个微沟道包括与所述储液池流体连通的流体反应室。
在一些实施方案中，所述方法还包含使所述第一种试剂和第二种试剂在微流体器件中沿预定的方向流动。在一些实施方案中，在微反应室中进行第一种试剂与第二种试剂的接触。在一些实施方案中，所述方法还包括使反应产物在微流体器件中沿预定的方向流动。
在一些实施方案中，所述方法还包括回收所述反应产物。在一些实施方案中，所述方法还包括使反应产物流向微流体器件的出口孔。
在一些实施方案中，所述方法还包括使反应产物与第三种试剂接触，形成第二种反应产物。在一些实施方案中，所述第一种试剂和第二种试剂包括有机溶剂，包括但不局限于己烷、乙醚、甲苯、二氯甲烷、丙酮和乙腈。
IV.B.在PFPE基微流体器件中合成生物大分子的方法
在一些实施方案中，本发明公开的PFPE基微流体器件可以用于生物大分子的合成，例如合成低聚核苷酸、蛋白质、肽、DNA等。在一些实施方案中，这些生物大分子的合成系统包括集成系统，其包括一组储液池、用于从特定的储液池中选择液流的流体逻辑线路、一组沟道、储液池、进行合成的反应室、以及用于确定所选试剂要注入哪个沟道的流体逻辑线路。
现在参考图9，如图所示，多个储液池，例如储液池910A、910B、910C和910D分别具有布置在其中的基料(base)A、C、T和G。四个流道320A、320B、320C和320D与储液池910A、910B、910C和910D连接。交叉布置四个控制流道322A、322B、322C和322D(如虚线所示)，当控制流道322A被加压时，控制流道322A仅允许液流通过流道320A(即封堵流道320B、320C和320D)。相似地，控制流道322B在加压时仅允许液流通过流道320B。如此，控制流道322A、322B、322C和322D的选择性加压从所需的储液池910A、910B、910C和910D顺序选择所需的基料A、C、T和G。然后，流体穿过流道920，进入复合(multiplexed)沟道液流控制器930(例如包括图7和8所示的任何系统)，依次将流体导入可以进行固相合成的多个合成沟道或反应室940A、940B、940C、940D和940E中的一个或多个。
在一些实施方案中，代替从所需的基料A、C、T和G开始，在至少一个储液池910A、910B、910C和910D中布置选自核苷酸和多核苷酸之一的试剂。在一些实施方案中，反应产物包含多核苷酸。在一些实施方案中，所述多核苷酸是DNA。
因此，在阅读本发明公开内容之后，本领域一般技术人员将认识到本发明公开的PFPE基微流体器件可以用来合成生物大分子，如同在授予 Unger等的美国专利第6,408,878号和授予 O′Conner等的美国专利第6,729,352号中所述，和/或用于组合合成系统中，如同授予 van Dam等的美国专利第6,508,988号所述，每篇专利的全部内容引入本文作参考。
IV.C.将PFPE基微流体器件结合进集成液流系统的方法
在一些实施方案中，所述在PFPE基微流体器件内进行化学反应或流动物料的方法包括将PFPE基微流体器件结合进集成液流系统。现在参考图10，其中示意性描述了根据本发明实施在微流体器件中流动物料的方法和/或进行化学反应的方法的系统。该系统本身一般称作1000。系统1000可以包含中央处理单元1002、一个或多个驱动力传动装置1010A、1010B、1010C和1010D、收集器1020和检测器1030。在一些实施方案中，检测器1030与微流体器件流体连通(如虚线所示)。在图10中使用图8的系统微流体器件1000和图8中的这些附图标记。举例来说，中央处理单元(CPU)1002可以是配备相关监视器、键盘或其它所需用户界面的常用个人计算机。本领域一般技术人员在阅读本发明分开内容时应理解驱动力致动装置1010A、1010B、1010C和1010D可以是任何合适的驱动力致动装置。举例来说，驱动力致动装置1010A、1010B、1010C和1010D可以是泵、电极、注射器、注射管、或者其它可以用来迫使物料通过微流体器件的装置。因此，代表性的驱动力致动装置自身包括毛细作用、泵驱动的液流、基于电泳的液流、pH梯度驱动液流、或者其它梯度驱动液流。
在图10的示意图中，驱动力致动装置1010D与出口孔810D连接(这将在下面说明)，这表明在所需溶液、试剂等液流终点处可以提供至少部分驱动力。还提供了收集器102以表示可以在系统流动终点处收集反应产物1048(在下面讨论)。在一些实施方案中，收集器1020包括储液池。在一些实施方案中，收集器1020包括衬底。在一些实施方案中，收集器1020包含检测器。在一些实施方案中，收集器1020包括需要治疗性处理的对象。为了方便，在图10中一般通过方向箭头F1、F2和F3来表示系统流。
继续参考图10，在一些实施方案中，在集成液流系统1000中进行化学反应。在一些实施方案中，通过孔洞810A向微流体器件1000中引入物料1040(例如化学试剂)，而借助进口孔810B向微流体器件1000中引入第二种物料1042(例如第二种化学试剂)。驱动力传动装置1010A和1010B分别向微流体沟道831和833中推进化学试剂1040和1042。化学试剂流1040和1042继续流向储液池850A和850B，在储液池中收集储备试剂1040和1042。化学试剂流1040和1042继续流入微流体沟道832和834，到达交叉点860A，在此化学试剂1040和1042开始接触。然后，化学试剂流1040和1042继续流向反应室870，在那里进行试剂1040和1042间的化学反应。
继续参考图10，反应产物1044流向微沟道836并到达交叉点860B。然后，从交叉点860B处开始，化学试剂1046与反应产物1044反应，并通过反应室838到达储液池850C。形成第二种反应产物1048。第二种反应产物流1048继续通过微沟道840至孔洞810D，并最终流入收集器1020。因此，注意到CPU1002操控驱动力传动装置1010C，以便在适当的时间释放化学试剂1046，使其在交叉点860B与反应产物1044接触。
IV.D.PFPE基微流体器件的代表性应用
在一些实施方案中，本发明公开了针对某个特征筛选样品的方法。在一些实施方案中，本发明公开了分配物料的方法。在一些实施方案中，本发明公开了分离物料的方法。因此，本领域一般技术人员将认识到本文所述的基于PFPE的微流体器件可以应用于许多应用，包括但不局限于基因组测序、快速分离、传感器、纳米级反应、喷墨印刷、药物输运、芯片实验室(Lab-on-a-Chip)、体外诊断、注射喷嘴、生物研究、高通量筛选技术，例如用于药物发现和材料科学、诊断和治疗工具、研究工具以及食物和天然资源(例如用便携式或静态监控设备收集的土壤、水和/或空气样品)的生化监控。
IV.D.1.针对某个特征筛选样品的方法
在一些实施方案中，本发明公开了针对某个特征筛选样品的方法，所述方法包括：
(a)提供包含光固化的全氟聚醚的图案化层的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包含多个沟道；
(b)提供靶材料；
(c)在多个沟道的至少一个中布置样品；
(d)使样品与靶材料接触；及
(e)检测样品与靶材料间的相互作用，其中以存在或不存在相互作用来指示样品的特征。
再次参考图10，物料1040和1042中至少一种包括样品。在一些实施方案中，物料1040和1042中至少一种包括靶材料。在此，“样品”一般指待获取其与某一特征相关的信息的任何物料。另外，“靶材料”可以指基于靶材料和样品间的相互作用可以用来提供与样品特征相关的信息的任何物料。举例来说，在一些实施方案中，当样品1040接触靶材料1042时，发生相互作用。在一些实施方案中，该相互作用产生反应产物1044。在一些实施方案中，该相互作用包括结合事件。在一些实施方案中，该结合事件包括例如抗体与抗原、底物(substrate)与配体，或更具体地说是受体与配体、或者催化剂与一种或多种化学反应物之间的相互作用。在一些实施方案中，由检测器1030检测反应产物。
在一些实施方案中，所述方法包括在多个沟道的至少一个中布置靶材料。再次参考图10，在一些实施方案中，靶材料包括活性材料880。在一些实施方案中，所述靶材料包括衬底(substrate)，例如如图2A-2D所示的非图案化层NPL。在一些实施方案中，所述衬底包括半导体材料。现在更具体地参考图2B-2D，在一些实施方案中，微流体器件的多个沟道中的至少一个与所述衬底(例如非图案化层NPL)流体连通。在一些实施方案中，在例如非图案化层NPL的衬底上布置靶材料。在一些实施方案中，微流体器件的多个沟道中的至少一个与布置在所述衬底上的靶材料流体连通。
在一些实施方案中，所述方法包括在多个沟道的至少一个中布置多个样品。在一些实施方案中，所述样品选自治疗剂、诊断剂、研究试剂、催化剂、金属配体、非生物学有机材料、无机材料、食品、土壤、水和空气。在一些实施方案中，所述样品包括一个或多个化学或生物化合物或组分库中的一种或多种。在一些实施方案中，所述样品包括核酸模板、测序试剂、引物、引物延伸产物、限制酶、PCR试剂、PCR反应产物以及它们的组合中的一种或多种。在一些实施方案中，所述样品包括抗体、细胞受体、抗原、受体配体、酶、底物、免疫化学试剂、免疫球蛋白、病毒、病毒结合组分、蛋白质、细胞因子、生长因子、抑制剂以及它们的组合中的一种或多种。
在一些实施方案中，靶材料包括抗原、抗体、酶、限制酶、染料、荧光染料、测序试剂、PCR试剂、引物、受体、配体、化学试剂以及它们的组合中的一种或多种。
在一些实施方案中，所述相互作用包括结合事件。在一些实施方案中，通过至少一种或多种以下设备检测相互作用：分光光度计、荧光计、光电二极管、光电倍增管、显微镜、闪烁计数器、照相机、CCD摄像机、胶片、光学探测系统、温度传感器、电导率计、电位计、安培计、pH计以及它们的组合。
因此，在阅读本发明公开内容之后，本领域一般技术人员将认识到本文公开的基于PFPE的微流体器件可以用于许多筛选技术，例如在授予 Bergh等的美国专利第6,749,814号、授予 Bergh等的美国专利第6,737,026号、授予 Parce等的美国专利第6,630,353号、授予Wolk等的美国专利第6,620,625号、授予 Parce等的美国专利第6,558,944号、授予 Kopf-Sill等的美国专利第6,547,941号、授予 Wada 等的美国专利第6,529,835号、授予 Kercso等的美国专利第6,495,369号、以及授予 Parce等的美国专利第6,150,180号中所描述的技术，每篇专利的全部内容引入本文作参考。此外，在阅读本发明公开内容之后，本领域一般技术人员将认识到本文公开的基于PFPE的微流体器件例如可以用来检测DNA、蛋白质或者与特定生化系统相关的其它分子，如在授予 Quake等的美国专利第6,767,706号中所公开的，该专利全部内容引入本文作参考。
IV.D.2.分配物料的方法
在一些实施方案中，本发明描述了分配物料的方法，所述方法包括：
(a)提供包含光固化的全氟聚醚的图案化层的微流体器件，其中光固化的全氟聚醚的图案化层包含多个沟道，并且其中多个沟道中的至少一个包括出口孔；
(b)提供至少一种物料；
(c)在多个沟道的至少一个中布置至少一种物料；及
(d)通过所述出口孔分配至少一种物料。
再次参考图10，在一些实施方案中，物料(例如物料1040、第二种物料1042、化学试剂1046、反应产物1044和/或反应产物1048)流过出口孔810D并且在收集器1020中或其上面进行分配。
在一些实施方案中，所述物料包括药物。在一些实施方案中，所述方法包括计量预定剂量的药物。在一些实施方案中，所述方法包括分配预定剂量的药物。
在一些实施方案中，所述物料包括墨水组合物。在一些实施方案中，所述方法包括在衬底上分配墨水组合物。在一些实施方案中，通过在衬底上分配墨水组合物形成印刷图像。
因此，在阅读本发明公开内容之后，本领域一般技术人员将认识到本文公开的基于PFPE的微流体器件可以用于微流体印刷，如同在授予 Kaszczuk等的美国专利第6,334,676号、授予 DeBoer等的美国专利第6,128,022号、授予 Wen的美国专利第6,091,433号中所述，每篇专利的全部内容引入本文作参考。
IV.D.3分离物料的方法
在一些实施方案中，本发明公开了分离物料的方法，所述方法包括：
(a)提供包含光固化的全氟聚醚的图案化层的微流体器件，其中光固化的全氟聚醚的图案化层包含多个沟道，并且其中多个沟道中的至少一个包含分离区；
(b)在微流体器件中布置至少包含第一种物料和第二种物料的混合物；
(c)使该混合物流入包括分离区的多个沟道中的至少一个；及
(d)在所述分离区分离第一种物料和第二种物料，形成至少一种分离的物料。
再次参考图10，在一些实施方案中，物料1040和第二种物料1042中至少一种包括混合物。举例来说，物料1040(例如混合物)流过微流体系统至反应室870，在一些实施方案中，所述反应室包含分离区。在一些实施方案中，所述分离区包含活性材料880，例如色谱材料。在反应室870(例如分离室)中分离物料1040(例如混合物)，形成第三种物料1044(例如分离的物料)。在一些实施方案中，由检测器1030检测分离的物料1044。
在一些实施方案中，分离区包含色谱材料。在一些实施方案中，所述色谱材料选自尺寸-分离基质、亲合力-分离基质和凝胶-排阻基质，或者它们组合。
在一些实施方案中，所述第一或第二种物料包括一个或多个化学或生物化合物或组分库中的一种或多种。在一些实施方案中，所述第一或第二种物料包括核酸模板、测序试剂、引物、引物延伸产物、限制酶、PCR试剂、PCR反应产物以及它们的组合中的一种或多种。在一些实施方案中，所述第一或第二种物料包括抗体、细胞受体、抗原、受体配体、酶、底物、免疫化学试剂、免疫球蛋白、病毒、病毒结合组分、蛋白质、细胞因子、生长因子、抑制剂以及它们的组合中的一种或多种。
在一些实施方案中，所述方法包括检测分离的物料。在一些实施方案中，通过至少一种或多种以下设备检测所述分离的物料：分光光度计、荧光计、光电二极管、光电倍增管、显微镜、闪烁计数器、照相机、CCD摄像机、胶片、光学探测系统、温度传感器、电导率计、电位计、安培计、pH计以及它们的组合。
因此，在阅读本发明公开内容之后，本领域一般技术人员将认识到本文公开的基于PFPE的微流体器件可以用于分离物料，例如在授予 Huang等的美国专利第6,752,922号、授予 Chow等的美国专利第6,274,089号、授予 Knapp等的美国专利第6,444,461号，每篇专利的全部内容引入本文作参考。
V.实施例
本申请包括下面的实施例来举例说明本发明的实施方式。以在本发明的实践中发现或者实施良好的技术和工艺来说明下面实施例的某些方面。根据本发明和本领域的一般技术水平，技术人员可以理解下面的实施例仅是示例性的，并且可以进行大量的变化、修改和变化而不会背离本发明的范围。
                      实施例1
          光固化的官能化PFPE材料的合成
在示意图1中提供了官能化的全氟聚醚的合成和光固化的代表性方案。
Figure A20048003462000641
示意图1：官能化全氟聚醚的合成和光固化
该方法基于先前报道的工艺。参见 Priola，A.等，Macromol.Chem.Phys.1997，198，1893-1907。反应包括用甲基丙烯酸异氰酸乙酯来实施商购PFPE二醇((Mn)3800g/mol)的甲基丙烯酸酯官能化。随后，通过与1重量％的2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮混合并且暴露于UV辐射(λ＝365nm)下来实施所述材料的固化。
                      实施例2
                        材料
按原样使用聚(四氟氧化乙烯-共聚-二氟甲醛)α，ω-二醇(ZDOL，平均Mn约3,800g/mol，95％，Aldrich Chemical Company，Milwaukee，Wisconsin，美国)、甲基丙烯酸2-异氰酸乙酯(EIM，99％，Aldrich)、2，2-二甲氧基-2-苯基乙酮(DMPA，99％，Aldrich)和1，1，2-三氯三氟乙烷(Freon113，99％，Aldrich)。
                     实施例3
           PFPE二甲基丙烯酸酯(DMA)的制备
在典型的合成中，向干燥的50毫升圆底烧瓶中加入ZDOL(5.7227克，1.5毫摩尔)并且通氩气15分钟。然后，借助注射器加入EIM(0.43毫升，3.0毫摩尔)和Freon113(2毫升)以及DBTDA(50微升)。将该溶液浸入油浴中并在50℃下搅拌24小时。然后，使溶液通过色谱柱(氧化铝，Freon113，，2厘米×5厘米)。蒸发溶剂，得到澄清、无色、粘性的油状物，再通过0.22微米的聚醚砜过滤器纯化。1H-NMR(ppm)：2.1，s(3H)；3.7，q(2H)；4.4，t(2H)；4.7，t(2H)；5.3，m(1H)；5.8，s(1H)；6.3，s(1H)。
                      实施例4
                 PFPE DMA的光固化
在典型的固化中，向PFPE DMA(5克，1.2毫摩尔)中加入1重量％DMPA(0.05克，2.0毫摩尔)和2毫升Freon113，直到形成澄清溶液。在除去溶剂后，使混浊的粘稠油状物通过0.22微米的聚醚砜过滤器以除去不能分散入PFPE DMA中的任何DMPA。然后，将过滤后的PFPE DMA在氮气净化保护下，用UV光源(Electro-lite UV固化室81432-ELC-500型，Danbury，Connecticut，美国，λ＝365nm)照射10分钟，得到澄清、淡黄色、橡胶状的油状物。
                       实施例5
                 用PFPE DMA制造器件
在典型的制造中，在包含所需光刻胶图案的Si基片上旋涂(800rpm)20微米厚的包含光引发剂的PFPE DMA(如实施例4所述)。然后，将该基片放入UV固化室，并且照射6秒。单独地，通过将包含光引发剂的PFPE DMA倒入围绕包含所需光刻胶图案的Si基片的模具中来制备所述材料的厚层(～5毫米)。用UV光照射该基片1分钟。在该步骤后，除去所述厚层并且在器件的特定区域中仔细刺穿形成进口孔。然后，将该厚层小心放到薄层的上面，使两层中的图案精确对准，再照射整个器件10分钟。一旦完成后，从基片上剥离整个器件，使两层粘附在一起。选择最佳曝光时间作为所述固化时间以便在结构破损和所述两层间的适当粘附间实现良好平衡。
                      实施例6
                      溶胀实验
通过在二氯甲烷中浸泡完全固化的PFPE DMA和完全固化的Sylgard184(Dow Corning，Midland，Michigan，美国)。使用下面的等式确定溶胀百分数：
％溶胀＝100％*(Wt-W0)/W0
其中，Wt是在二氯甲烷中浸泡时间t后并用棉纸轻轻吸干后的材料的重量，而W0是材料的原始重量。
                     实施例7
                     流变特性
在TA仪器AR2000流变仪(New Castle，Delaware，美国)上测量两种弹性体前体(PFPE DMA和Sylgard184)的粘度。对大约3-5毫升材料进行测量。对Sylgard184前体的测量在两种组分刚混合后进行。Sylgard184的剪切速率在0.03s-1至0.70s-1之间并且在每个剪切速率下产生恒定的粘度。PFPE DMA的剪切速率在0.28s-1至34.74s-1之间并且无论剪切速率如何也在每个剪切速率下产生恒定的粘度。通过在对数曲线上将粘度值对所有测量的剪切速率取平均值来获得粘度值。这些实验的原始数据表示在图11中。
                       实施例8
                   动力学分析(DMA)
在PerkinElmer DMA 7e动力学分析仪(Boston，Massachusetts，美国)上进行模量测量。将样品切成4毫米×8毫米×0.5毫米(宽度×长度×厚度)的矩形。每两个样品上的初始静力均是5mN并且以每分钟500mN的速率增加负荷直至样品破裂或达到6400mN。由应力/应变的初始斜率(达到约20％应变)来获得拉伸模量。
                    实施例9
                 动态力学热分析
在Seiko DMS210动态力学热分析仪(Seiko Instruments，Inc.，Chiba，日本)上获得两种弹性体的热转变。样品被切成4毫米×20毫米×0.5毫米(宽度×长度×厚度)的矩形。使用下面的设置：Lamp＝10；最小拉伸/压缩力＝10.000克；拉伸/压缩校正＝1.2；力的大小＝100。温度扫描在-140℃至50℃之间。从E”(损失模量)对温度的曲线中的极值所对应的温度来获得Tg。
                     实施例10
                 接触角测量
使用KSV仪器CAM 200光学接触角计(KSV Instruments，Ltd.，Helsinki，芳兰)测量静态接触角。使用250微升有螺旋盖的注射器在每种完全固化的弹性体上放置液滴。
                       实施例11
                         结果
为了测量耐溶剂性，在交联的PFPE DMA和Sylgard184(PDMS)上进行使用经典溶胀测量的试验。 Rubinstein，M.等，Polymer Physics；Oxford University Press：New York，2003年，第398页。比较在二氯甲烷中浸泡前和浸泡几个小时后的样品重量。数据表明94小时后，PDMS网络溶胀至109％重量，而PFPE网络表现出可忽略的溶胀(＜3％)。
PDMS和PFPE前体材料和完全固化的网络具有相似的加工和力学性质。流变学实验表明未固化的PFPE DMA在25℃下的粘度为0.36Pa·s，该值显著低于未固化Sylgard184的3.74Pa·s。但是，因为两种材料在室温下都是粘稠的油状物，标准的PDMS器件制造方法也适用于PFPE材料。
换句话说，本发明的PFPE材料表现出低的粘度并且是可浇注的。这些性质使PFPE材料不同于其它含氟弹性体，例如Kalrez(DuPontDow Elastomers，L.L.C.，Wilmington，Delaware，美国)和Viton(DuPont Dow Elastomers，L.L.C.，Wilmington，Delaware，美国)，这两种弹性体都具有高的粘度。举例来说，Viton在160℃下的粘度为7800Pa·s。此外，Kalrez和Viton每种都只能热固化。
在完全固化的材料上进行动态力学热分析(DMTA)。PFPE和PDMS网络都具有低的转变温度(分别为-112℃和-128℃)，如损失模量E”(参见图12)的最大值所示。该转变使得所述两种交联材料在室温下具有相似的弹性。应力/应变分析表明完全固化的PFPE基弹性体的拉伸模量为3.9Mpa，这类似于Sylgard184的测量结果(2.4MPa)。对两种弹性体进行了静态接触角测量。
如表IV中提到，PFPE DMA弹性体对水和甲醇表现出高于Sylgard184的接触角。甲苯和二氯甲烷在接触即刻即溶胀Sylgard184，这使得无法对其进行测量。而对于PFPE DMA材料，则在未发生溶胀时，获得对这些溶剂的接触角。
                表IV.静态接触角(度)a
   弹性体  水     甲醇     甲苯  二氯甲烷
 PFPE DMASylgard184  107101     3522     40-     43-
aA(-)表示溶剂使材料溶胀从而无法进行精确的测量。
在一些实施方案中，根据图13中显示的工艺流程实施器件制造。该流程使用部分固化技术粘附两层而不会损害组件尺寸。 Unger，M.A. 等，Science2000，288，113-116。旋涂PFPE DMA材料并采用针对Sylgard184设计的流程对其进行模制。
为了比较从两种材料制造的器件的溶剂相容性，通过毛细作用将包含二氯甲烷、乙腈和甲醇的染色溶液引入PFPE沟道和PDMS沟道中(参见图14)。随着溶液容易地穿过沟道，PFPE沟道没有表现出明显的溶胀。观察到明显的弯液面，表明具有良好的浸润特性。相比而言，因为当沟道与液滴接触时沟道被堵塞而关闭，所以没有溶液进入PDMS器件中。作为对照，以相同的方式，将染色的甲醇溶液容易地引入PDMS沟道中。通过向位于沟道起始处贯穿所述厚层的小孔内引入加压空气(～25psi)而实现阀的操控。当沟道中存在溶液时，观察到阀的操控(参见图15)。
很清楚可以改变本发明的许多细节而不会背离本发明的范围。此外，前述说明仅用于举例说明的目的，而不是用来限制的。

Claims (171)

1.一种形成光固化的全氟聚醚的图案化层的方法，所述方法包括：
(a)提供衬底，其中该衬底包含图案化表面；
(b)使全氟聚醚前体与所述衬底的图案化表面接触；及
(c)光固化所述全氟聚醚前体以形成光固化的全氟聚醚的图案化层。
2.权利要求1的方法，其包括：
(a)用全氟聚醚前体和光引发剂的掺合物涂布所述衬底的图案化表面以形成涂布的、图案化衬底；
(b)将所述涂布的、图案化衬底暴露于紫外线辐射下一段时间，从而在所述图案化衬底上形成光固化的全氟聚醚层；及
(c)将所述光固化的全氟聚醚层从所述图案化衬底上移去，从而制得光固化的全氟聚醚的图案化层。
3.权利要求2的方法，其中所述光固化的全氟聚醚前体包括端部官能化的全氟聚醚。
4.权利要求2的方法，其中所述光引发剂包括2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。
5.权利要求2的方法，其中所述光固化的全氟聚醚包括全氟聚醚二甲基丙烯酸酯。
6.权利要求2的方法，其中所述光固化的全氟聚醚包括联苯乙烯全氟聚醚。
7.权利要求2的方法，其中所述图案化衬底包括刻蚀的硅晶片。
8.权利要求2的方法，其中所述图案化衬底包括光刻胶图案化的衬底。
9.权利要求2的方法，其中所述涂布步骤包括旋涂步骤。
10.权利要求2的方法，其中所述紫外线辐射的波长约为365纳米。
11.权利要求2的方法，其中所述紫外线辐射的时间为约1秒至约300秒。
12.权利要求11的方法，其中所述紫外线辐射的时间为约1秒至约100秒。
13.权利要求12的方法，其中所述紫外线辐射的时间为约60秒。
14.权利要求12的方法，其中所述紫外线辐射的时间为约6秒。
15.权利要求2的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层为约1微米至约100微米厚。
16.权利要求15的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层为约1微米至约50微米厚。
17.权利要求16的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层为约20微米厚。
18.权利要求2的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层为约0.1毫米至约10毫米厚。
19.权利要求18的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层为约5毫米厚。
20.权利要求1的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包含多个微沟道。
21.权利要求20的方法，其中所述多个微沟道包括微沟道的集成网络。
22.权利要求21的方法，其中所述集成网络的微沟道在预定点处交叉。
23.权利要求1的方法，其包括在所述光固化的全氟聚醚的图案化层中形成多个孔洞。
24.权利要求23的方法，其中所述多个孔洞中的至少一个包括进口孔。
25.权利要求23的方法，其中所述多个孔洞中的至少一个包括出口孔。
26.权利要求23的方法，其包括至少一个压力操控阀，其中所述压力操控阀由以下之一限定：
(a)微沟道；及
(b)所述多个孔洞中的至少一个。
27.权利要求2的方法，其包括：
(a)将光固化的全氟聚醚的第一图案化层覆盖在所述光固化的全氟聚醚第二图案化层上，其中以预定的排列方式排列所述光固化的全氟聚醚的第一层和第二层的图案；及
(b)将所述光固化的全氟聚醚的第一层和第二层暴露于紫外线辐射下一段时间。
28.权利要求27的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的第一和第二图案化层彼此粘附。
29.权利要求27的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的第一图案化层为约5毫米厚。
30.权利要求27的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的第二图案化层为约20微米厚。
31.权利要求27的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的第一层和第二层的预定排列形成了多个微沟道。
32.权利要求31的方法，其中所述多个微沟道包括微沟道的集成网络。
33.权利要求32的方法，其中所述集成网络的微沟道在预定点处交叉。
34.权利要求27的方法，其包括在所述光固化的全氟聚醚的第一图案化层中形成多个孔洞。
35.权利要求34的方法，其包括至少一个压力操控阀，其中所述压力操控阀由以下之一限定：
(a)微沟道；及
(b)所述多个孔洞中的至少一个。
36.一种由权利要求1的方法制造的微流体器件。
37.一种包含光固化的全氟聚醚的图案化层的微流体器件。
38.权利要求37的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚选自全氟聚醚二甲基丙烯酸酯和联苯乙烯全氟聚醚之一或者它们的组合。
39.权利要求37的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层为约1微米至约100微米厚。
40.权利要求39的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层为约20微米厚。
41.权利要求37的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层为约0.1毫米至约10毫米厚。
42.权利要求41的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层为约5毫米厚。
43.权利要求37的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包含多个微沟道。
44.权利要求43的微流体器件，其中所述多个微沟道包括微沟道的集成网络。
45.权利要求44的微流体器件，其中所述集成网络的微沟道在预定点处交叉。
46.权利要求37的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包括多个孔洞。
47.权利要求46的微流体器件，其中所述多个孔洞中的至少一个包括进口孔。
48.权利要求46的微流体器件，其中所述多个孔洞中的至少一个包括出口孔。
49.权利要求46的微流体器件，其包括至少一个压力操控阀，其中所述压力操控阀由以下之一限定：
(a)微沟道；及
(b)所述多个孔洞中的至少一个。
50.一种包括光固化的全氟聚醚第一图案化层和光固化的全氟聚醚第二图案化层的微流体器件，其中：
(a)将所述光固化的全氟聚醚第一图案化层覆盖在所述光固化的全氟聚醚第二图案化层上；及
(b)以预定的排列方式排列所述光固化的全氟聚醚的第一层和第二层的图案。
51.权利要求50的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的第一和第二图案化层彼此粘附。
52.权利要求50的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的第一图案化层为约5毫米厚。
53.权利要求50的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的第二图案化层为约20微米厚。
54.权利要求50的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的第一层和第二层的预定排列形成了多个微沟道。
55.权利要求54的微流体器件，其中所述多个微沟道包括微沟道的集成网络。
56.权利要求55的微流体器件，其中所述集成网络的微沟道在预定点处交叉。
57.权利要求50的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层中至少一层包括多个孔洞。
58.权利要求57的微流体器件，其中所述多个孔洞中的至少一个包括进口孔。
59.权利要求57的微流体器件，其中所述多个孔洞中的至少一个包括出口孔。
60.权利要求57的微流体器件，其包括至少一个压力操控阀，其中所述压力操控阀由以下之一限定：
(a)微沟道；及
(b)所述多个孔洞中的至少一个。
61.一种包含光固化的全氟聚醚的图案化层的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包含置于其中的溶剂。
62.权利要求61的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包含多个微沟道，并且其中所述溶剂被置于一个或多个所述沟道中。
63.权利要求62的微流体器件，其中所述微沟道中的至少一个包括储液池，并且其中所述溶剂被置于该储液池中。
64.权利要求62的微流体器件，其中所述多个微沟道包括微沟道的集成网络。
65.权利要求64的微流体器件，其中所述集成网络的微沟道在预定点处交叉。
66.权利要求61的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包括多个孔洞。
67.权利要求66的微流体器件，其中所述多个孔洞中的至少一个包括进口孔。
68.权利要求66的微流体器件，其中所述多个孔洞中的至少一个包括出口孔。
69.权利要求66的微流体器件，其包括至少一个压力操控阀，其中所述压力操控阀由以下之一限定：
(a)微沟道；及
(b)所述多个孔洞中的至少一个。
70.权利要求66的微流体器件，其中所述多个孔洞中的一个或多个被可逆地密封。
71.权利要求61的微流体器件，其中所述溶剂包括有机溶剂。
72.一种包含光固化的全氟聚醚的图案化层的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包含置于其中的一种或多种化学反应物。
73.权利要求72的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包含多个微沟道，并且其中所述一种或多种化学反应物被置于一个或多个所述沟道中。
74.权利要求73的微流体器件，其中所述微沟道中的至少一个包括储液池，并且其中所述一种或多种化学反应物被置于该储液池中。
75.权利要求74的微流体器件，其中的至少一个所述微沟道包括与所述储液池流体连通的反应室，并且其中所述一种或多种化学反应物被置于该反应室中。
76.权利要求73的微流体器件，其中所述多个微沟道包括微沟道的集成网络。
77.权利要求76的微流体器件，其中所述集成网络的微沟道在预定点处交叉。
78.权利要求72的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包括多个孔洞。
79.权利要求78的微流体器件，其中所述多个孔洞中的至少一个包括进口孔。
80.权利要求78的微流体器件，其中所述多个孔洞中的至少一个包括出口孔。
81.权利要求78的微流体器件，其包括至少一个压力操控阀，其中所述压力操控阀由以下之一限定：
(a)微沟道；及
(b)所述多个孔洞中的至少一个。
82.权利要求78的微流体器件，其中所述多个孔洞中的一个或多个被可逆地密封。
83.一种包含光固化的全氟聚醚的图案化层的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包含置于其中的一种或多种反应产物。
84.权利要求83的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包含多个微沟道，并且其中所述一种或多种反应产物被置于一个或多个所述沟道中。
85.权利要求84的微流体器件，其中所述微沟道中的至少一个包括反应室，并且其中所述一种或多种反应产物被置于该反应室中。
86.权利要求85的微流体器件，其中的至少一个所述微沟道包括与所述反应室流体连通的储液池，并且其中所述一种或多种反应产物被置于该反应室中。
87.权利要求84的微流体器件，其中所述多个微沟道包括微沟道的集成网络。
88.权利要求87的微流体器件，其中所述集成网络的微沟道在预定点处交叉。
89.权利要求83的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包括多个孔洞。
90.权利要求89的微流体器件，其中所述多个孔洞中的至少一个包括进口孔。
91.权利要求89的微流体器件，其中所述多个孔洞中的至少一个包括出口孔。
92.权利要求89的微流体器件，其包括至少一个压力操控阀，其中所述压力操控阀由以下之一限定：
(a)微沟道；及
(b)所述多个孔洞中的至少一个。
93.权利要求89的微流体器件，其中所述多个孔洞中的一个或多个被可逆地密封。
94.一种包含光固化的全氟聚醚的图案化层的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包含置于其中的一种或多种化学反应物和一种或多种反应产物。
95.权利要求94的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包含多个微沟道，并且其中所述一种或多种化学反应物和一种或多种反应产物置于一个或多个沟道中。
96.权利要求95的微流体器件，其中所述微沟道中的至少一个包括第一储液池，并且其中所述一种或多种化学反应物被置于该第一储液池中。
97.权利要求96的微流体器件，其中所述微沟道中的至少一个包括与所述第一储液池流体连通的反应室，并且其中所述一种或多种化学反应物和一种或多种反应产物被置于该反应室中。
98.权利要求97的微流体器件，其中所述微沟道中的至少一个包括与所述反应室流体连通的第二储液池，并且其中所述一种或多种反应产物被置于该第二储液池中。
99.权利要求95的微流体器件，其中所述多个微沟道包括微沟道的集成网络。
100.权利要求99的微流体器件，其中所述集成网络的微沟道在预定点处交叉。
101.权利要求95的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包括多个孔洞。
102.权利要求101的微流体器件，其中所述多个孔洞中的至少一个包括进口孔。
103.权利要求101的微流体器件，其中所述多个孔洞中的至少一个包括出口孔。
104.权利要求101的微流体器件，其包括至少一个压力操控阀，其中所述压力操控阀由以下之一限定：
(a)微沟道；及
(b)所述多个孔洞中的至少一个。
105.权利要求101的微流体器件，其中所述多个孔洞中的一个或多个被可逆地密封。
106.一种使材料在微流体器件中流动的方法，所述方法包括：
(a)提供至少包含一层光固化的全氟聚醚的图案化层的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层至少包含一个微沟道；及
(b)使材料在所述微沟道中流动。
107.权利要求106的方法，其包括将材料置于所述微流体器件中。
108.权利要求106的方法，其包括施加驱动力，使所述材料沿着微沟道移动。
109.权利要求106的方法，其进一步包含多个微沟道。
110.权利要求109的方法，其中所述多个微沟道包括微沟道的集成网络。
111.权利要求110的方法，其中所述集成网络的微沟道在预定点处交叉。
112.权利要求106的经方法，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包括多个孔洞。
113.权利要求112的方法，其中所述多个孔洞中的至少一个包括进口孔。
114.权利要求112的方法，其中所述多个孔洞中的至少一个包括出口孔。
115.权利要求112的方法，其包括至少一个压力操控阀，其中所述压力操控阀由以下之一限定：
(a)微沟道；及
(b)所述多个孔洞中的至少一个。
116.权利要求115的方法，其通过将加压流体引入以下之一中而操控所述压力操控阀：
(a)微沟道；及
(b)所述多个孔洞中的至少一个。
117.权利要求116的方法，其中所述加压流体的压力为约10psi至约40psi。
118.权利要求117的方法，其中所述压力为约25psi。
119.权利要求106的方法，其中所述物料包含流体。
120.权利要求119的方法，其中所述流体包含溶剂。
121.权利要求120的方法，其中所述溶剂包括有机溶剂。
122.权利要求106的方法，其中所述物料以预定的方向沿着微沟道流动。
123.一种进行至少一种化学反应的方法，所述方法包括：
(a)提供包含光固化的全氟聚醚的图案化层的微流体器件；及
(b)使第一种试剂和第二种试剂在所述微流体器件中接触，以形成至少一种反应产物。
124.权利要求123的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包含多个微沟道。
125.权利要求124的方法，其中所述微沟道中的至少一个包括储液池。
126.权利要求125的方法，其中的至少一个所述微沟道包括与所述储液池流体连通的流体反应室。
127.权利要求124的方法，其中所述多个微沟道包括微沟道的集成网络。
128.权利要求127的方法，其中所述集成网络的微沟道在预定点处交叉。
129.权利要求123的方法，其中所述第一种试剂和第二种试剂被置于所述微流体器件的不同沟道中。
130.权利要求123的方法，其包括使所述第一种试剂和第二种试剂以预定的方向在微流体器件中流动。
131.权利要求123的方法，其中在微反应室中实施所述第一种试剂和第二种试剂的接触。
132.权利要求123的方法，其包括使所述反应产物以预定的方向在所述微流体器件中流动。
133.权利要求123的方法，其包括回收所述反应产物。
134.权利要求133的方法，其包括使所述反应产物流向微流体器件的出口孔。
135.权利要求123的方法，其包括使所述反应产物与第三试剂接触以形成第二种反应产物。
136.权利要求123的方法，其中所述第一种试剂和第二种试剂包括有机溶剂。
137.权利要求123的方法，其中所述化学反应包括纳米级化学反应。
138.一种由权利要求123的方法形成的反应产物。
139.权利要求123的方法，其中所述第一种试剂和第二种试剂独立地选自核苷酸和多核苷酸之一。
140.权利要求139的方法，其中所述反应产物包括多核苷酸。
141.权利要求140的方法，其中所述多核苷酸是DNA。
142.一种由权利要求139的方法形成的反应产物。
143.一种针对某个特征筛选样品的方法，所述方法包括：
(a)提供包含光固化的全氟聚醚的图案化层的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包含多个沟道；
(b)提供靶材料；
(c)在所述多个沟道的至少一个中布置样品；
(d)使所述样品与所述靶材料接触；及
(e)检测所述样品与所述靶材料间的相互作用，其中以存在或不存在相互作用来指示样品的特征。
144.权利要求143的方法，其包括在所述多个沟道的至少一个中布置靶材料。
145.权利要求143的方法，其中所述靶材料包括衬底。
146.权利要求145的方法，其中所述微流体器件的多个沟道中的至少一个与所述衬底流体连通。
147.权利要求143的方法，其中所述靶材料被放在衬底上。
148.权利要求147的方法，其中所述微流体器件的多个沟道中的至少一个与所述放在衬底上的靶材料流体连通。
149.权利要求143的方法，其包括将多个样品置于所述多个沟道的至少一个中。
150.权利要求143的方法，其中所述样品选自治疗剂、诊断剂、研究试剂、催化剂、金属配体、非生物学有机材料、无机材料、食品、土壤、水和空气。
151.权利要求143的方法，其中所述样品包括一个或多个化学或生物化合物或组分库中的一种或多种。
152.权利要求143的方法，其中所述样品包括核酸模板、测序试剂、引物、引物延伸产物、限制酶、PCR试剂、PCR反应产物以及它们的组合中的一种或多种。
153.权利要求143的方法，其中所述样品包括抗体、细胞受体、抗原、受体配体、酶、底物、免疫化学试剂、免疫球蛋白、病毒、病毒结合组分、蛋白质、细胞因子、生长因子、抑制剂以及它们的组合中的一种或多种。
154.权利要求143的方法，其中所述靶材料包括抗原、抗体、酶、限制酶、染料、荧光染料、测序试剂、PCR试剂、引物、受体、配体、化学试剂以及它们的组合中的一种或多种。
155.权利要求143的方法，其中所述相互作用包括结合事件。
156.权利要求143的方法，其中通过至少一种或多种以下设备检测相互作用：分光光度计、荧光计、光电二极管、光电倍增管、显微镜、闪烁计数器、照相机、CCD摄像机、胶片、光学探测系统、温度传感器、电导率计、电位计、安培计、pH计以及它们的组合。
157.一种分配物料的方法，所述方法包括：
(a)提供包含光固化的全氟聚醚的图案化层的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包含多个沟道，并且其中所述多个沟道中的至少一个包括出口孔；
(b)提供至少一种物料；
(c)在所述多个沟道的至少一个中布置至少一种物料；及
(d)通过出所述口孔分配至少一种物料。
158.权利要求157的方法，其中所述物料包括药物。
159.权利要求158的方法，其包括计量预定剂量的所述药物。
160.权利要求159的方法，其包括分配预定剂量的所述药物。
161.权利要求157的方法，其中所述物料包括墨水组合物。
162.权利要求161的方法，其包括在衬底上分配所述墨水组合物。
163.权利要求162的方法，其中在衬底上分配所述墨水组合物形成印刷图像。
164.一种分离物料的方法，所述方法包括：
(a)提供包含光固化的全氟聚醚的图案化层的微流体器件，其中所述光固化的全氟聚醚的图案化层包含多个沟道，并且其中所述多个沟道中的至少一个包含分离区；
(b)将至少包含第一种物料和第二种物料的混合物置于所述微流体器件中；
(c)使所述混合物流入包括分离区的多个沟道中的至少一个；及
(d)在所述分离区使所述第一种物料与第二种物料分离，以形成至少一种分离的物料。
165.权利要求164的方法，其中所述分离区包含色谱材料。
166.权利要求165的方法，其中所述色谱材料选自尺寸-分离基质、亲合力-分离基质和凝胶-排阻基质以及它们的组合。
167.权利要求164的方法，其中所述第一或第二种物料包括一个或多个化学或生物化合物或组分库中的一种或多种。
168.权利要求164的方法，其中所述第一或第二种物料包括核酸模板、测序试剂、引物、引物延伸产物、限制酶、PCR试剂、PCR反应产物以及它们的组合中的一种或多种。
169.权利要求164的方法，其中所述第一或第二种物料包括抗体、细胞受体、抗原、受体配体、酶、底物、免疫化学试剂、免疫球蛋白、病毒、病毒结合组分、蛋白质、细胞因子、生长因子、抑制剂以及它们的组合中的一种或多种。
170.权利要求164的方法，其包括检测所分离的物料。
171.权利要求170的方法，其中通过至少一种或多种以下装置检测所分离的物料：分光光度计、荧光计、光电二极管、光电倍增管、显微镜、闪烁计数器、照相机、CCD摄像机、胶片、光学探测系统、温度传感器、电导率计、电位计、安培计、pH计以及它们的组合。
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