CN203108546U - 流体芯片器件 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及流体芯片器件。具体地，本实用新型涉及一种被构造来处理流体样品的流体芯片器件(100)，该流体芯片器件包括：两个外边界层(191，193)；至少一个增强层(162，164)，该至少一个增强层布置在两个外边界层之间，并且在其相对的两个主表面处与直接相邻的层(191，193，140)层叠，以通过层叠来增强流体芯片器件的耐压性，其特征在于，流体芯片器件的这些层(191，193，140，162，164)中的至少一部分包含孔，该孔形成用于在压力下引导流体样品的流体导管(111)的一部分。

Description

流体芯片器件
技术领域
本实用新型涉及流体芯片器件(fluidic chip device)。 
背景技术
在液相色谱中，流体分析物可以被泵送通过包含能够分离流体分析物的不同组分的材料。这样的材料，所谓的可以包含硅胶的球珠，可以被填充到柱管中，所述柱管可以与其他元件(如控制单元、包含样品和/或缓冲液的容器)连接。这样的色谱设备的一部分可以被集成在流体芯片器件中。 
US 2009/238722公开了被配置来处理流体样品的这种流体芯片器件，该流体芯片器件包括：包含用于在压力下引导流体样品的流体导管的基板以及两个所述基板被布置其之间的增强结构，其中所述两个增强结构彼此连接，以增强基板的抗压性。 
液相色谱系统的操作可能包括施加诸如1000bar或更高的高压。这对于液相色谱系统的所包含构件可能是一个挑战。 
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供适用于高压应用的高效流体芯片。本目的由独立权利要求来解决。进一步的实施方式通过从属权利要求来说明。 
根据本实用新型的示例性实施方式，提供了一种被构造来处理流体样品的流体芯片器件，所述流体芯片器件包括：两个外边界层；以及至少一个增强层，所述至少一个增强层布置在所述两个外边界层之间，并且在其相对的两个主表面处与直接相邻的层层叠，以通过这种层叠来增强所述流体芯片器件的耐压性，其中所述流体芯片器件的所述层中的至少一部分包含孔，所述孔形成用于在压力下引导所述流体样品的流体导管的一部分。 
根据另一示例性实施方式，提供了一种制造用于处理流体样品的流体芯片器件的方法，所述方法包括：将至少一个增强层布置在两个外边界层之间；将所述至少增强层在其相对的两个主表面上与直接相邻的层层叠，以通过层叠增强所述流体芯片器件的耐压性；以及向所述流体芯片器件的所述层中的至少一部分设置孔，所述孔形成用于在压力下引导所述流体样品的流体导管的至少一部分。 
在本申请的上下文中，术语“处理”可以具体表示任何针对样品执行的处理。这可能包括仅仅引导流体样品通过流体芯片器件(例如，当流体芯片器件是连接件时)。但是，处理也可能是活性过程，诸如例如利用色谱柱或电泳分离单元的样品分离。 
在本实用新型的上下文中，术语“主表面”可以具体表示诸如板状增强层的结构的、贡献增强层的整个表面的大部分(例如加起来占至少80％或甚至至少90％)的两个相对(并且通常是平行的)表面中的一个。换句话说，增强层可以是具有第一外延、第二外延和第三外延(其全部彼此垂直或与正交轴相关联)的立方形结构或薄层基板，其中第一外延和第二外延可以都比第三外延小至少3倍、具体小至少5倍、更具体小至少10倍。 
在本实用新型的上下文中，术语“层叠”可以具体表示通过粘接材料的板，具体使用粘接材料或粘接剂，生成叠层的结果。层叠可以被执行，使得多种预先形成的层在相邻的层直接接触(除了非常薄的粘接剂层(如果有的话)之外)的情况下彼此固定连接，使得层不能彼此分离，不会破坏层叠的层的叠层。这样的固定链接可以通过例如胶接、压接、焊接、粘接、再熔融以及固化或化学反应来实现。 
在本申请的上下文中，术语“直接相邻的层”可以具体表示彼此紧邻或直接接触的层，即具有接触的表面部分的层，其可以被堆叠或包封。但是，本领域技术人员将理解，非常薄的衬层或粘接剂被认为没有排除被粘接的层或被层叠的层的直接相邻的特性。 
在本申请的上下文中，术语“孔”可以具体表示在物理主体中的任何凹入，所述凹入可以具有任何期望的形状的横截面，诸如圆形、矩形、多边形、梯形等等，或是长圆凹入。这样的孔可以例如是通孔或盲孔。孔轴 可以例如平行于或垂直于基板的主表面延伸。孔可以是直道结构，或者可以是弯曲的。 
根据本实用新型的示例性实施方式，提供了一种叠层，其中结合了至少一个被夹在中间的增强层。这样的增强层可以被具体构造来因为至少一个增强层和相邻的层之间的层叠连接而实现耐压稳定性。还发现，不在叠层的顶部或底部具有而是在层叠层内包埋增强结构，或者不仅在叠层的顶部或底部具有而且在层叠层内包埋增强结构，是非常有利的，这一方面提供了显著改善的增强效果，并且同时，允许外边界层根据其增强功能而被特定设计。换句话说，在示例性实施方式中，对于边界层的材料的选择基本不再有任何限制，可以例如根据针对安装在一个边界层上的任何可移动构件的密封性能来自由地选择边界层的材料。同时，结合在层叠层的内部中的增强层的材料也可以根据期望的增强效果而被独立地并特定地选择。 
具体地，提供了具有用于抗压增强的层叠的金属层的HPLC芯片。更具体地，塑料层(诸如聚酰亚胺层)可以被包含作为层叠层的、围绕有用于抗压增强的增强层(例如金属层)的内芯，所述增强层反过来又被外边界层覆盖。具体地，在HPLC领域中，通过将增强层结合在多层芯片的内部中，可以克服纯塑料层叠层的压力极限，例如150巴的极限。这样的金属层可以被布置多个位置处，其中在这些位置处，不出现与分析物的直接接触，或这样的金属层可以被构造为(例如通过适当的材料选择和/或通过涂层)与流体样品诸如生物样品相容。因此，经处理的聚酰亚胺箔与夹在中间的增强层(优选金属的增强层)的层叠结构可以允许满足600巴、1200巴或更高的高压要求，同时保持层叠层紧凑并流体密封。 
下面，将说明流体芯片器件的其他示例性实施方式。但是，这些实施方式也适用于方法。 
在一个实施实施方式中，至少一个增强层在其两个主表面的整个表面积上与直接相邻的层层叠。因此，在整个表面积上的层叠(即，以连续的二维方式)允许进一步改善耐压稳定性。 
在一个实施方式中，至少一个增强层在其两个相对的主表面与直接相邻的层胶接。通过使用胶水或胶粘剂来用于增强层的两个相对侧面的层 叠，获得就耐压稳定性而言进一步改善的层序列。用于粘接层、特别是用于将金属增强层粘接到塑料边界层和/或芯层的胶水的实例是聚酰亚胺、氟碳化合物、环氧、压敏硅酮、橡胶-酚醛类树脂、丙烯酸类树脂、聚酯。 
在一个实施方式中，至少一个增强层在其两个相对的主表面与塑料材料直接接触。已经发现高度优选用于微流体芯片的塑料材料诸如聚酰亚胺可以以稳固的方式被适当地层叠到诸如那些由金属材料制成的增强层上。 
在一个实施方式中，至少两个外边界层中的至少一个包含形成所述流体导管的一部分的孔。因此，可以通过外边界层中的至少一个实现对于流体导管的外部进出。 
在一个实施方式中，至少一个增强层中的至少一个包含形成所述流体导管的一部分的孔。因此，还可以将流体引导通过增强层。为此，可以由与用流体芯片分析的生物流体相容的生物相容材料形成增强层。但是，也可以用生物相容的材料涂布不是由生物相容材料制成的增强层的表面部分。 
在一个实施方式中，至少一个增强层中的至少一个的孔与至少两个外边界层中的至少一个的孔彼此对齐，以共同形成流体导管的直道部分。因此，各层中的孔可以合作用于一起形成流体导管的至少直道部分。 
在一个实施方式中，流体芯片器件包括至少两个增强层，所述至少两个增强层中的每一个布置在两个外边界层之间，并且在其相对的两个主表面处与直接相邻的层层叠，以通过层叠增强所述流体芯片器件的耐压性。已经发现，提供多个增强层进一步改善了耐压稳定性。例如，可以提供塑料层和增强层的交替序列。 
在一个实施方式中，流体芯片器件包括布置在至少两个增强层之间的至少一个其他层，特别是多个其他层。因此，不同的增强结构可以不彼此直接接触，使得一个或多个塑料层或其他功能层可以被夹在增强层之间，从而安全地提供对于被引导通过流体导管的流体压力的耐压稳定性。这样的增强层和夹在其间的芯层之间的封闭空间关系提供了对于耐压强度的非常直接的影响。 
在一个实施方式中，至少一个其他层中的至少一个包含形成流体导管 的一部分的孔。因此，这些中间层也可以对流体导管的形成作出贡献。 
在一个实施方式中，至少一个其他层包含顶层，底层，以及至少一个夹在所述顶层和所述底层之间的中间层。已经发现，三个这样的层的序列允许被适当地处理，从而允许在这三个层中的流体的供应、分离和排出。 
在一个实施方式中，至少一个其他层中的至少一个由塑料、特别是聚酰亚胺制成。但是，其他耐压稳定生物相容塑料材料也是可以的，但是聚酰亚胺已被证实是非常有效的用于微流体芯片的材料。 
在一个实施方式中，至少两个增强层分开设置，并没有相互的直接物理连接。因此，流体芯片器件可以没有任何耦合不同增强层的互连结构，由此增强层保持彼此分离，并层叠到其他的非增强层上。 
在一个实施方式中，流体芯片器件包括流体阀，所述流体阀配置用于选择性地将所述流体导管与流体通路连接或断开，并与所述至少两个外边界层中的一个直接接触安装。设置这样的流体阀可能要求当流体阀为了开关目的而被移动时与被连接构件的流体密封性密封。在一个实施方式中，外边界层不同于增强结构，使得可以根据可移动阀的材料和相应的外边界层的材料之间的密封性能而具体设计外边界层。 
在一个实施方式中，流体阀包含陶瓷材料或由陶瓷材料组成。具体地，对于这样的材料，将陶瓷与金属层连接将是一个挑战，因此将陶瓷与塑料边界层连接的有利状态简化了陶瓷阀与塑料边界层之间的流体密封性密封。 
在一个实施方式中，至少两个外边界层中的至少一个包含形成流体导管的一部分的孔，其中，所述流体阀被布置来选择性地建立所述孔和所述流体通路之间的流体连通。例如，流体阀可以在不同的操作模式之间切换，其中，孔和流体通路之间的流体连通可以被选择性地允许或禁止。因此，系统可以是流体可控的。 
在一个实施方式中，流体阀是旋转阀，所述旋转阀配置用于旋转来选择性地将流体导管与所述流体通路连接或断开，所述旋转阀在与至少两个外边界层中的一个的材料、特别是塑料材料密封接触的情况下旋转。例如，这样的流体阀可以具有多个部件，这些部件可相对于彼此位移，从而 选择性将不同的流体子部件对齐或取消对齐。 
在一个实施方式中，至少一个增强层中的至少一个具有介于约25μm和约300μm之间、具体介于约50μm和约200μm之间、更具体介于约70μm和约120μm之间的厚度。因此，已经非常薄的箔可以足以作为增强层并已经提供了足够的耐压稳定性，同时流体芯片器件保持紧凑。这还缘于如下的事实：将增强层以层叠形式夹在其他层之间提供了特别高的强度。 
在一个实施方式中，所述层中的每一个是带凹入的平板。所述层当层叠在一起时形成具有平面侧壁(由这些层的不同于主表面的表面形成)的叠层，每一个侧壁由所有这些层一起形成。因此，可以使用具有孔或凹入的箔或薄板层，所述孔或凹入可以例如通过激光加工来形成。可以形成这样的被打孔的箔的多层叠层。 
在一个实施方式中，至少一个增强层中的至少一个和/或两个外边界层中的至少一个和/或至少一个其他层的表面粗糙度介于约0.1μm和约10μm之间、具体介于约3μm和约5μm之间。已经发现，如果增强层和/或外边界层在层叠之前在其表面上稍加粗糙化，各被层叠的层之间的稳定性和粘附强度被进一步改善。 
在一个实施方式中，至少一个增强层中的至少一个是板。该板可以是很薄，从而形成片状或箔状结构。 
在一个实施方式中，两个外边界层的形状和表面积与至少一个增强层的形状和表面积匹配。例如，对于外边界层以及增强层和可选地对于其他的层(例如芯层)，可以使用具有相同面积和长度的矩形主表面的箔或板。 
在一个实施方式中，至少一个增强层的厚度与两个外边界层中的至少一个的厚度相差小于约30％，具体小于约20％，更具体小于约10％。因此，由于将增强层层叠在层叠层的内部，所以较薄的增强层已经能够获得增强效果。甚至可以使得增强层比外边界层更薄。 
在一个实施方式中，至少一个增强层的机械耐受性大于所述两个外边界层的机械耐受性。机械耐受性是用于增强层的材料与外边界层形成对比的性能，并且可以指明最大到多大的力或压力下相应的层保持完好以承受 该力或压力。 
在一个实施方式中，两个外边界层中的至少一个的厚度介于约25μm和约300μm之间、具体介于约50μm和约200μm之间、更具体介于约70μm和约120μm之间。因此，外边界层也可以是非常薄的箔或薄膜基板。 
在一个实施方式中，至少一个增强层中的至少一个包含金属和硬塑料中的至少一种。例如，增强层可以由不锈钢制成，而还有一些应用中，聚芳基醚酮(PAEK)可以是另一种适用于增强层的材料。聚醚醚酮(PEEK)是可被使用的塑料的具体实例。将陶瓷材料诸如碳化硅、氧化铝、氧化镁等用于增强层也是可以的。 
在一个实施方式中，所有层形成多个层的叠层，其中，每对相邻的层通过层叠相互连接。因此，流体芯片器件可以由其中结合有一个或多个流体部件的叠层构成。这样的被结合在其中的流体部件可以例如是微型色谱柱。 
在一个实施方式中，至少两个外边界层中的至少一个包含顶层和底层。因此，外边界层也可以是双层或甚至具有三个或更多子层的多层。因此，也可以建立具有复杂功能的复杂结构。 
在一个实施方式中，至少两个外边界层中的至少一个包含塑料、聚合物、金属、半导体和陶瓷中的至少一种或由塑料、聚合物、金属、半导体和陶瓷中的至少一种构成。但是可能优选的是，外边界层也由塑料材料诸如聚酰亚胺制成。 
在一个实施方式中，两个外边界层中的每一个包含一个主表面，所述主表面至少部分是未覆盖的并暴露于环境。两个外边界层的这些主表面可以形成整个层叠层的外表面。 
在一个实施方式中，至少一个增强层在其主表面中的一个处被层叠到至少两个外边界层中一个上。因此，在外边界层和增强结构之间可以存在直接接触。 
在一个实施方式中，至少一个增强层在其主表面中的一个处被层叠到中间层上，所述中间层布置在至少一个增强层和至少两个外边界层中的一个之间。这样的中间层可被形成用于执行特定任务。 
在一个实施方式中，流体导管是流体芯片器件的一部分。例如，流体芯片器件可以是HPLC芯片，其中，流体样品被引导通过所述HPLC芯片并由色谱柱分离。 
在一个实施方式中，流体芯片器件包含布置在所述流体导管中并配置用于与所述流体样品相互作用的处理元件。这样的处理元件可以是结合在层叠层中的色谱柱。 
设置在基板中的处理元件的至少一部分可以填充流体分离材料。这样的流体分离材料(也可称为固定相)可以是允许与样品的可调节程度的相互作用从而能够分离这样的样品的不同组分的任何材料。流体分离材料可以是液相色谱柱填充材料或填装材料，包括如下组成的组中的至少一种：聚苯乙烯、沸石、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、玻璃、聚合物粉末、二氧化硅和硅胶。但是，可以使用任何填装材料，只要所述填装材料具有如下的材料性质：允许通过该材料的分析物例如由于填装材料和分析物的级分之间的不同类型的相互作用或亲合力被分离成不同的组分。 
处理元件的至少一部分可以填充流体分离材料，其中所述流体分离材料包含具有在基本1μm到基本50μm的范围内的尺寸的球珠。因此，这些球珠可以是可被填充在分离柱的内部的小颗粒。球珠可以包含具有在基本0.008μm到基本0.03μm的范围内的尺寸的孔。可以使得流体样品通过这些孔，在这些孔中，在流体样品和孔之间可以发生相互作用。通过这样的作用，可以发生流体的分离。 
流体芯片器件可被构造为用于分离移动相的化合物的流体分离系统。当包含流体样品的移动相例如利用高压被泵送通过流体芯片器件时，柱的填充物和流体样品之间的相互作用可以允许分离样品的部分组分，如在液相色谱器件或凝胶电泳器件中进行的一样。 
但是，流体芯片器件也可被构造为用于纯化所述流体样品的流体纯化系统。通过空间上分离流体样品的不同级分，多组分样品例如蛋白质溶液可以被纯化。当在生化实验室中已经制备出蛋白质溶液时，其可能仍然包含多种组分。如果例如该多组分液体中的仅仅一种蛋白质是感兴趣的，则可以强迫样品通过柱子。由于不同蛋白质级分与柱的填充物(例如利用凝 胶电泳器件或液相色谱器件)的不同相互作用，不同的样品可被区分，并且一种样品或材料带可被选择性分离作为经纯化的样品。 
流体芯片器件可被构造来分析移动相的至少一种组分的至少一个物理、化学和/或生物参数。术语“物理参数”可以具体表示流体的尺寸或温度。术语“化学参数”可以具体表示分析物的级分的浓度、亲合力参数等。术语“生物参数”可以具体表示生物溶液中的蛋白质、基因等的浓度、组分的生物活性等。 
流体芯片器件可以是或可以被实现于不同的技术环境，如传感器器件、用于测试待测试器件或物质的测试器件、用于化学、生物和/或药物分析的器件、毛细管电泳器件、液相色谱器件、气相色谱器件、电子测量器件和质谱器件。具体地，流体芯片器件可以是高性能液相色谱(HPLC)器件，该高性能液相色谱(HPLC)器件可以分离、检测和分析分析物的不同级分。 
流体芯片器件可以被构造来引导液体移动相通过处理元件以及可选的进一步的处理元件。作为液体移动相的替代者，液体移动相或包含固体颗粒的移动相可以利用流体芯片器件来处理。还可以利用示例性实施方式分析作为不同相(固相、液相和气相)的混合物的材料。 
流体芯片器件可被构造来利用高压，具体至少600巴、更具体至少1200巴的压力引导移动相通过处理元件。在这样的高压应用的情况下，互连的增强结构的加固功能可以是特别受关注的。 
流体芯片器件可被构造为微流体芯片器件。术语“微流体芯片器件”可以具体表示本文所述的允许运输流体通过具有μm或更小的数量级的尺寸的微通道的流体芯片器件。 
流体芯片器件可被构造为纳流体芯片器件。术语“纳流体芯片器件”可以具体表示本文所述的允许运输流体通过具有nm或更小的数量级的尺寸的微通道的流体芯片器件。 
流体芯片器件被构造为工作流集成系统，所述工作流集成系统被构造来根据待执行的工作流执行预定的一系列处理。这样的工作流集成系统可以具有一个或多个(例如三个、四个或更多个)柱。工作流可以表示在分 离之前的一个或多个过程，诸如柱富集、消化等等。 
附图说明
通过下面结合附图对实施方式的更具体的描述，可以很容易地认识并且更好地理解本实用新型的实施方式的其他目的和许多随附的优点。基本上或者功能上相同或者相似的特征将以相同的参考标记来表示。 
图1图示了根据本实用新型的示例性实施例的流体芯片器件的横截面。 
图2图示了根据本实用新型的安装有旋转阀的示例性实施方式的HPLC芯片。 
图3图示了根据本实用新型的示例性实施方式的流体芯片器件的穿过层叠层的横截面。 
图4示意性地图示了根据本实用新型的示例性实施方式的流体芯片器件的层叠层的横截面。 
图5示出了具有九个单独的层的流体芯片器件的分解视图，所述九个单独的层通过层叠被调准连接以形成层叠层，作为根据本实用新型的示例性实施方式的流体芯片器件。 
图6示出了例如用于高性能液相色谱(HPLC)的根据本实用新型的实施方式的液体分离装置。 
图7图示了根据本实用新型的示例性实施例的流体芯片器件的层叠层的侧视图。 
附图中的图示是示意性的。 
具体实施方式
现在更详细地参考附图，图6描绘了液体分离系统10的一般示意图。泵20从溶剂供应源25、通常经由脱气器27接收流动相，所述脱气器27进行脱气，由此减少溶解在流动相中的溶解气体的量。作为流动相驱动装置的泵20驱动流动相通过包含固定相的分离装置30(诸如色谱柱)。取样单元40(具有图6中示意性地描绘的针/座结构)可被设置在泵20和分离装置30之间，以使样品流体进入或加到(常被称为样品引入)流动 相中。分离装置30的固定相适用于分离样品流体的化合物。检测器50被设置用于检测样品流体的经分离的化合物。分级单元60可被设置用于输出样品流体中的经分离的化合物。 
尽管流动相可以仅由一种溶剂组成，但是其也可以是多种溶剂的混合物。这样的混合可以是低压混合，并且可以设置在泵20的上游，结果泵20接收和泵送混合溶剂作为流动相。或者，泵20可由多个单独的泵送单元组成，其中多个泵送单元中的每个接收和泵送不同的溶剂或混合物，结果移动相(被分离设备30接收)的混合在高压下、泵20(或作为其部分)的下游发生。移动相的组合物(混合物)可以随时间保持恒定(所谓的等强度模式)或可以随时间变化(所谓的梯度模式)。 
数据处理单元70(其可以是常规PC或工作站)可以耦合(如虚线箭头所示)到液体分离系统10中的一个或多个设备上，从而接收信息和/或控制操作。例如，数据处理单元70可以控制泵20的操作(例如设定控制参数)和从其接收关于实际工作条件(诸如在泵出口处的输出压力、流速等)的信息。数据处理单元70还可以控制溶剂供应源25(例如设定要供应的溶剂或溶剂混合物)和/或除气器27(例如设定控制参数，如真空水平)的操作，并且可以从其接收关于实际工作条件(诸如随时间供应的溶剂组成、流速、真空水平等)的信息。数据处理单元70可以进一步控制取样单元40(例如控制样品注射或者使样品注射与泵20的操作条件同步)的操作。可切换阀90可以被操作，以调节液体分离系统10内的期望的流体耦合。分离设备30也可由数据处理单元70控制(例如选择特定的流动通路或柱子、设定操作温度等)，并且回过来向数据处理单元70发送信息(例如操作条件)。相应地，检测器50也可由数据处理单元70控制(例如光谱或波长设置，设定时间常数，开始/终止数据获取)，并且向数据处理单元70发送信息(例如关于所检测的样品化合物)。数据处理单元70还可以控制分级单元60的操作(例如与从检测器50接收的数据相关联)，并且提供数据反馈。 
可切换阀90可以被操作，以调节液体分离系统10内的期望的流体耦合。 
下面将说明涉及金属芯片增强层的本实用新型的多个实施方式。 
HPLC芯片/质谱装置的挑战之一是形成液压通路的微通道的耐压稳定性，这样的耐压稳定性是满足关于这些装置的耐压稳定性的严苛要求所必需的。HPLC芯片/质谱可以使用聚酰亚胺箔作为被金属增强层包围的芯。可以通过设置例如两个100μm厚度的不锈钢箔304L来实现这样的金属增强，所述两个不锈钢箔304L被层叠来增强由聚酰亚胺箔制成的芯片的芯。由于这样的增强，该芯片可以具有例如9层(参见图5)，其中，例如，包埋在层叠层的内部中的两个层可以由金属制成。为了在金属和聚酰亚胺之间获得良好的粘附性，可以将表面粗糙度Ra调节至优选介于3μm和5μm之间的范围内(但是，其他粗糙度值也是可以的)。金属表面可以利用化学清洁剂在超声波浴中清洁。换句话说，将被层叠的表面在层叠之前可以被活化或功能化。在一个实施方式中，可以使用具有不同机械性能的材料组合，以获得组合件来形成高压芯片，即具有抗压稳定性的芯片。 
在下文中，将参考图1和图7说明根据示例性实施方式的流体芯片器件100。 
图1示出了流体芯片器件100的多层叠层的功能性、经处理的聚酰亚胺芯层140。图7示出流体芯片器件100的整个多层叠层的侧视图，其示出了包埋在其他层之间的芯层140，如将在下面更详细描述的。 
流体芯片器件100适用于作为用于进行液相色谱研究的系统。用于分离流体或移动相(其可以被泵送通过设备100)的不同组分的流体芯片器件100包括用于预处理(例如样品制备或样品富集)流体样品的前置柱101，并包括用于对已经通过前置柱101的流体样品进行后处理的分析柱或主柱120。换句话说，系统100是两级流体分离系统。其他实施方式可以仅包括具有仅仅一个柱的一级流体分离系统，或包括具有多个(例如三个、四个或更多个)柱的多级流体分离系统或工作流集成系统。工作流将分离之前的过程表示为：柱富集、消化等等。 
在图1和图7的实施方式中，流体分离柱101，120中的每一个都包括柱管102，所述柱管102被成型来定义例如具有矩形横截面的封闭填装通 道。在这些流体分离柱101，120中的每一个中，限定了填充填装组合物104的管状接收部103。 
流体芯片器件100适用于作为液相色谱装置100，并且在柱101，120中的每一个中具有靠近柱101，120的各自入口131，134的第一玻璃料105和设置在柱101，120的各自出口133，135的第二玻璃料106。第一玻璃料105形成柱101，120的各自入口，并且分别被设置在柱管102的上游。第二玻璃料106形成柱101，120的各自出口，并且分别位于柱管102的下游。利用流体芯片器件100分离的流体的流动方向由参考标号109指示。 
流体泵(没有示出)被设置在芯片100的外部，并且在例如1000巴的压力下将流体泵送通过连接管或流体导管111(垂直于图1和图7的纸面延伸)，并且从此处到达前置柱101的入口131，通过第一玻璃料105进入柱管102中。在离开柱管102之后，也就是说在通过了第二玻璃料106之后，与前置柱101的出口133连接的中间管132将经预处理的分析物运输到主柱120的入口134。主柱120的内部结构与前置柱101的结构相似，但是可以在尺寸和管状接收部中填充的流体分离材料114方面不同(或可以不不同)。 
在下一阶段，样品在主柱120中被进一步分离，并且经进一步分离的样品离开主柱120的出口135。在离开主柱120的管柱102之后，也就是说在通过了主柱120的第二玻璃料106之后，第二流体导管112(垂直于图1和图7的纸面延伸)将经分离的分析物运输到位于芯片100的外面的容器和分析单元(没有示出)。容器和分析单元113包括用于接收流体的不同组分的腔或容器，并且还可以完成与经分离的组分的分析相关的计算功能。 
柱管102包括填料104。换句话说，包含多个硅胶球珠114的填装组合物104被插入到各个柱101，120的柱管102的中空内膛103中。 
移动相首先被引导通过前置柱101。通过选择在H2O环境中的适当ACN浓度，流体样品中的一部分可以首先被截留在前置柱101的柱管102内的特定位置处。该过程可以被称为预聚集或预分离。没有被截留在前置柱101中的移动相的组分可以被收集在废液单元(没有示出)中。 
此后，前置柱101的柱管102内的ACN/H2O浓度比可以被选择性地修改，从而洗脱前置柱101的柱管102中截留的样品。然后，流体样品将移动通过前置柱101的出口133，并将进入主柱120的出口134，以被截留在靠近主柱120的第一玻璃料105的出口的部分中。 
当流体通过主柱120时，不同于将被分离的级分的组分可能直接通过柱120而不被截留，并且可被收集在废液(没有示出)中。在此过程的终点，所关注的流体样品的级分带被截留在主柱120内的特定位置处。通过再次修改ACN/H2O浓度比，例如通过逐渐修改这两种组分各自的占比，被截留的样品可以被从主柱120释放出，并可以被引导到用于进一步处理的另一流体构件。 
图1和图7的层140是所谓的层叠层的活性层，其中，多个流体分离过程在其中进行。但是，图7所示的层叠层100的侧视图也示出了两个外边界层191，193形成层叠层的外层，并且由塑料材料诸如聚酰亚胺制成。夹在活性层140和外边界层191，193中的一个之间的分别是一个或两个例如由不锈钢制成的增强金属层162，164。层193，162，140，164，191中的每一个在其两个相对的主表面(图1示出了活性层140的一个主表面)上与相邻层的主表面通过施加胶水或胶粘剂并通过施加一定的压力对其进行连接，在所述主表面的整个面积上层叠(只有外边界层191，193的两个主表面中的仅仅一个被层叠，而另一主表面是暴露的)。由于该层叠过程，可以获得非常结实的层叠层，该层叠层能够承受600巴、1200巴或甚至更高的压力值。在HPLC分析过程中，高压力值可能出现在通道111，132，112中。层191，164和140包括凹入或孔或通道，共同形成流体导管111(层191，164和140，参见图7)，流体导管132(仅层140)和流体导管112(还是在层191，164，140中)。因此，这些凹入或孔或通道可以彼此对齐，从而共同形成流体芯片器件100的流体通路。 
图2示出了根据本实用新型的另一个示例性实施方式的流体芯片器件200，其中示出了与图7相似的层序列。上部边界层191的流体供应开口(没有示出)被陶瓷材料的旋转阀212覆盖，所述旋转阀212被耦合到层叠层上，从而提供用于从外部位置向层叠层的流体通路供应流体的流体 阀。旋转阀212可以通过旋转运动来开关，从而选择性地允许或禁用外部流体样品源和层叠层中的流体通路之间的流体连通。参考标号208示出了排出孔，经处理的流体在层140被具体处理之后可以经由所述排出孔排出。 
重要的是，旋转阀212的陶瓷材料和直接接触的层，即上部边界层191的材料之间的密封是流体密封的。因为上部边界层191可以由塑料材料诸如聚酰亚胺制成，所以旋转阀212的材料和上部密封层191的材料之间的合适密封连接是可能的。 
图3示出了根据本实用新型的另一个示例性实施方式的流体芯片器件300的横截面视图，其中多个层被层叠在一起。层构造与图7中的相同，但是图3中可以更好地看到流体导管111，112的详细布置。此外，芯层序列308被夹在金属增强层162和164之间，并且在图3中被分成用参考标号302，304和306表示的三个子层。上层306、下层302和中间层304被形成凹入并图案化，并且被夹在增强层162，164之间以获得适当的耐压稳定性。 
图4示出了根据本实用新型的另一个示例性实施方式的流体芯片器件400的层叠层的横截面视图，其还是示出了层序列，但是其中，上部边界层具有两个子层402和404，并且下部边界层具有两个子层406和408。 
图5示出了九个带凹入的板或箔形式的层，其被层叠在一起，从而形成与图4中所示的相似的流体芯片器件。 
应当注意，术语“包括”或“包含”不排除其它元件或特征，并且对应于冠词的术语“一个”不排除“多个”的情况。此外，可以将结合不同实施方式而描述的元件组合在一起。应当注意，权利要求中的参考标记不应解释为对权利要求的限制。 

Claims (63)

1.一种被构造来处理流体样品的流体芯片器件(100)，所述流体芯片器件(100)包括： 
两个外边界层(191,193)； 
至少一个增强层(162,164)，所述至少一个增强层布置在所述两个外边界层(191,193)之间，并且在其相对的两个主表面处与直接相邻的外边界层(191,193)层叠，以通过这种层叠来增强所述流体芯片器件(100)的耐压性， 
其特征在于，所述流体芯片器件(100)的这些外边界层和增强层(191,193,162,164)中的至少一部分包含孔，所述孔形成用于在压力下引导所述流体样品的流体导管(111)的一部分。 
2.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)在其两个主表面的整个表面积上与所述直接相邻的外边界层(191,193)层叠。 
3.根据权利要求1或2所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)在其两个相对的主表面处与所述直接相邻的外边界层(191,193)胶接。 
4.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)在其两个相对的主表面处与塑料材料直接接触。 
5.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少两个外边界层(191,193)中的至少一个包含孔，该孔形成所述流体导管(111)的一部分。 
6.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)中的至少一个包含孔，该孔形成所述流体导管(111)的一部分。 
7.根据权利要求5或6所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)中的所述至少一个的所述孔与所述至少两个外边界层(191,193)中的所述至少一个的所述孔彼此对齐，以共同形成所述 流体导管(111)的直道部分。 
8.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于包括至少两个增强层(162,164)，所述至少两个增强层(162,164)中的每一个布置在所述两个外边界层(191,193)之间，并且各自在其相对的两个主表面处与直接相邻的外边界层(191,193)层叠，以通过这种层叠来增强所述流体芯片器件(100)的耐压性。 
9.根据权利要求8所述的流体芯片器件(100)，其特征在于包括布置在所述至少两个增强层(162,164)之间的至少一个其他层(140)。 
10.根据权利要求8所述的流体芯片器件(100)，其特征在于包括布置在所述至少两个增强层(162,164)之间的多个其他层。 
11.根据权利要求9所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个其他层(140)中的至少一个包含孔，该孔形成所述流体导管(111)的一部分。 
12.根据权利要求9所述的流体芯片器件(300)，其特征在于，所述至少一个其他层(308)包含顶层(306)、底层(302)、以及夹在所述顶层(306)和所述底层(302)之间的至少一个中间层(304)。 
13.根据权利要求9所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个其他层(140)中的至少一个由塑料制成。 
14.根据权利要求9所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个其他层(140)中的至少一个由聚酰亚胺制成。 
15.根据权利要求8所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少两个增强层(162,164)分开设置，没有彼此直接实体连接。 
16.根据权利要求1所述的流体芯片器件(200)，其特征在于包括流体阀(212)，所述流体阀(212)被配置来选择性地将所述流体导管(111)与流体通路连接或断开，并被安装成与所述至少两个外边界层(191,193)中的一个直接接触。 
17.根据权利要求16所述的流体芯片器件(200)，其特征在于，所述流体阀(212)由陶瓷材料组成。 
18.根据权利要求16所述的流体芯片器件(200)，其特征在于，所述至 少两个外边界层(191,193)中的至少一个包含孔，该孔形成所述流体导管(111)的一部分，所述流体阀(212)被布置来选择性地在所述孔与所述流体通路之间建立流体连通。 
19.根据权利要求16所述的流体芯片器件(200)，其特征在于，所述流体阀(212)是旋转阀，所述旋转阀被配置来旋转以选择性地将所述流体导管(111)与所述流体通路连接或断开，所述旋转阀(212)在与所述至少两个外边界层(191,193)中的所述一个的材料密封接触的情况下旋转。 
20.根据权利要求19所述的流体芯片器件(200)，其特征在于，所述至少两个外边界层(191,193)中的所述一个的材料是塑料材料。 
21.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)中的至少一个具有介于25μm和300μm之间的厚度。 
22.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)中的至少一个具有介于50μm和200μm之间的厚度。 
23.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)中的至少一个具有介于70μm和120μm之间的厚度。 
24.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述外边界层和增强层(191,193,162,164)中的每一个是带凹入的平板，所述外边界层和增强层(191,193,162,164)当层叠在一起时形成具有平面侧壁的叠层，每个侧壁由所有这些外边界层和增强层(191,193,162,164)一起形成。 
25.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)中的至少一个和/或所述两个外边界层(191,193)中的至少一个和/或所述至少一个其他层(140)的表面粗糙度介于0.1μm和10μm之间。 
26.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)中的至少一个和/或所述两个外边界层(191,193)中 的至少一个和/或所述至少一个其他层(140)的表面粗糙度介于3μm和5μm之间。 
27.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)中的至少一个是板。 
28.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述两个外边界层(191,193)的形状和表面积与所述至少一个增强层(162,164)的形状和表面积匹配。 
29.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)的厚度与所述两个外边界层(191,193)中的至少一个的厚度相差小于30%。 
30.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)的厚度与所述两个外边界层(191,193)中的至少一个的厚度相差小于20%。 
31.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)的厚度与所述两个外边界层(191,193)中的至少一个的厚度相差小于10%。 
32.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)的机械耐受性大于所述两个外边界层(191,193)的机械耐受性。 
33.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述两个外边界层(191,193)中的至少一个的厚度介于25μm和300μm之间。 
34.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述两个外边界层(191,193)中的至少一个的厚度介于50μm和200μm之间。 
35.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述两个外边界层(191,193)中的至少一个的厚度介于70μm和120μm之间。 
36.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)中的至少一个由金属和硬塑料中的一种组成。 
37.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所有的外边界层和增强层(191,193,162,164)形成多个层的叠层，其中，每对相 邻的外边界层和增强层(191,193,162,164)通过层叠而相互连接。 
38.根据权利要求1所述的流体芯片器件(400)，其特征在于，所述至少两个外边界层(402,404,406,408)中的至少一个包含顶层(402,406)和底层(404,408)。 
39.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少两个外边界层(191,193)中的至少一个由塑料、聚合物、金属、半导体和陶瓷中的一种构成。 
40.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述两个外边界层(191,193)中的每一个包含一个主表面，所述主表面至少部分地未被覆盖，而是暴露于环境。 
41.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述至少一个增强层(162,164)在其一个主表面处被层叠到所述至少两个外边界层(191,193)中的一个上。 
42.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述流体导管(111)是所述流体芯片器件(100)的一部分。 
43.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于包含处理元件(101,120)，所述处理元件被布置在所述流体导管(111)中并被配置成与所述流体样品相互作用。 
44.根据权利要求43所述的流体芯片器件(100)，其特征在于， 
所述处理元件(101,120)被配置来保留作为移动相的一部分的所述流体样品，并允许所述流动相的其他组分通过所述处理元件(101,120)。 
45.根据权利要求43所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述处理元件(101,120)包括分离柱。 
46.根据权利要求43所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述处理元件(101,120)包括色谱柱，所述色谱柱用于分离所述流体样品的组分。 
47.根据权利要求43所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述流体芯片器件(100)包含至少一个其他的处理元件(101,120)。 
48.根据权利要求43所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述流 体芯片器件(100)包含至少一个其他的分离柱。 
49.根据权利要求43所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述流体芯片器件(100)被构造为工作流集成系统，所述工作流集成系统被构造来根据待执行的工作流而执行预定的一系列处理。 
50.根据权利要求43所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述流体芯片器件(100)被构造来引导液体样品通过所述处理元件(101,120)。 
51.根据权利要求43所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述流体芯片器件(100)被构造来利用高压引导所述液体样品通过所述处理元件(101,120)。 
52.根据权利要求43所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述流体芯片器件(100)被构造来利用至少100巴的压力来引导所述液体样品通过所述处理元件(101,120)。 
53.根据权利要求43所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述流体芯片器件(100)被构造来利用至少500巴的压力来引导所述液体样品通过所述处理元件(101,120)。 
54.根据权利要求43所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述流体芯片器件(100)被构造来利用至少1000巴的压力来引导所述液体样品通过所述处理元件(101,120)。 
55.根据权利要求43所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述处理元件(101,120)的至少一部分填充有流体分离材料。 
56.根据权利要求43所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述处理元件(101,120)的至少一部分填充有流体分离材料，其中，所述流体分离材料包含尺寸在1μm到50μm的范围内的球珠。 
57.根据权利要求43所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述处理元件(101,120)的至少一部分填充有流体分离材料，其中所述流体分离材料包含球珠，这些球珠包含尺寸在0.008μm到0.03μm的范围内的孔。 
58.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于， 
所述流体芯片器件(100)被构造为用于分离所述流体样品的化合物的流体分离系统。 
59.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述流体芯片器件(100)被构造为用于纯化所述流体样品的流体纯化系统。 
60.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述流体芯片器件(100)被构造来分析所述流体样品的至少一种化合物的至少一个物理、化学和/或生物参数。 
61.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述流体芯片器件(100)包括由如下项构成的组中的至少一项：传感器器件、用于测试待测试器件或物质的测试器件、用于化学、生物和/或药物分析的器件、毛细管电泳器件、液相色谱器件、HPLC装置、气相色谱器件、凝胶电泳器件、电子测量器件和质谱器件。 
62.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述流体芯片器件(100)被构造为微流体芯片器件(100)。 
63.根据权利要求1所述的流体芯片器件(100)，其特征在于，所述流体芯片器件(100)被构造为纳流体芯片器件(100)。 
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