NO20130600A1 - Lab-on-a-chip-system og fremstillingsmåte for samme - Google Patents

Lab-on-a-chip-system og fremstillingsmåte for samme Download PDF

Info

Publication number
NO20130600A1
NO20130600A1 NO20130600A NO20130600A NO20130600A1 NO 20130600 A1 NO20130600 A1 NO 20130600A1 NO 20130600 A NO20130600 A NO 20130600A NO 20130600 A NO20130600 A NO 20130600A NO 20130600 A1 NO20130600 A1 NO 20130600A1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
chip
mold
fluid
lab
support structure
Prior art date
Application number
NO20130600A
Other languages
English (en)
Inventor
Michal Marek Mielnik
Terje Rosquist Tofteberg
Erik Andreassen
Original Assignee
Sinvent As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sinvent As filed Critical Sinvent As
Priority to NO20130600A priority Critical patent/NO20130600A1/no
Priority to EP18192222.0A priority patent/EP3457433A1/en
Priority to PCT/NO2014/050069 priority patent/WO2014178726A1/en
Priority to EP14791125.9A priority patent/EP2992550B1/en
Priority to DK14791125.9T priority patent/DK2992550T3/da
Priority to JP2016511702A priority patent/JP2016520011A/ja
Priority to KR1020157034208A priority patent/KR20160003232A/ko
Priority to CA2909789A priority patent/CA2909789A1/en
Priority to US14/888,217 priority patent/US9815054B2/en
Priority to CN201490000623.2U priority patent/CN205194658U/zh
Publication of NO20130600A1 publication Critical patent/NO20130600A1/no

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14065—Positioning or centering articles in the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14336—Coating a portion of the article, e.g. the edge of the article
    • B29C45/14418—Sealing means between mould and article
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
    • H01L21/565—Moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/10—Integrating sample preparation and analysis in single entity, e.g. lab-on-a-chip concept
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/12—Specific details about manufacturing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/16—Surface properties and coatings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12—Thermoplastic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2707/00—Use of elements other than metals for preformed parts, e.g. for inserts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Moulds, Cores, Or Mandrels (AREA)
  • Press-Shaping Or Shaping Using Conveyers (AREA)

Abstract

En fremgangsmåte for produksjon av et lab-på-brikke-system og et lab-på-brikke-system. Fremgangsmåten omfatter framstilling av en støpeform omfattende en første og en andre formdel, der minst en av disse formdelene har posisjoneringsmidler som kan motta og posisjonere en brikke slik at den sitter i en første støttestruktur, og første og andre formdel er laget slik at de sammenføyet danner et hulrom for å oppta posisjoneringsmidlene og den første støttestrukturen, og som mottar brikken i posisjoneringsmidlene, og danner nevnte hulrom ved sammenføyning av første og andre formdel, sikrer brikken med en fluidåpning på brikken hvilende på den første støttestrukturen, slik at den første støttestrukturen maskerer fluidåpningen, og ved å introdusere et støpemateriale i nevnte hulrom for å overstøpe minst en del av brikken samt et volum som strekker seg bort fra brikken, separere første og andre formdel, trekke ut brikken fra støpeformen, overstøpt med nevnte støpemateriale i områder tilstøtende området ved fluidåpningen, maskert av første støttestruktur som strekker seg bort fra brikken, med en første overflate som har en fluidkanal, og denne kanalen er dannet av første støttestruktur.

Description

Innledning
Denne oppfinnelsen gjelder et heterogent brikkesystem omfattende en prefabrikkert første brikke integrert i en støpt del, typisk realisert i et materiale som er forskjellig fra materialet i den første brikken, der brikkesystemet har fluidkanaler eller fluidledninger, og der kanalene eller ledningene i den første brikken og brikkesystemet er i forbindelse med hverandre. En fremgangsmåte for fabrikasjon av et heterogent brikkesystem i én eneste operasjon er beskrevet.
Brikken i denne oppfinnelsen kan være laget av forskjellige materialer. Det kan være en silisiumbrikke med ett eller flere lag, en sammenføyd silisium-silisium-brikke, en silisium-glass-brikke, en glass-glass-brikke, en metallbrikke, en polymerbrikke, etc. Den kan være aktiv eller passiv og den har fluidkanaler. Den støpte delen i denne oppfinnelsen er typisk støpt i et polymermateriale. Den kan være aktiv eller passiv og den har fluidkanaler.
Brikkesystemet i denne oppfinnelsen gjelder det kombinerte systemet av en støpt del og en eller flere brikker som er integrert i den støpte delen. Brikkesystemet kan, i en spesifikk utførelse, være et såkalt lab-på-brikke-system (" lab- on- a- chip").
Lab-på-brikke-systemer kan realiseres i ulike materialer, bl.a. polymerer (harde eller myke polymerer, termoplast- eller herdeplastpolymerer), papir, glass og silisium-baserte materialer. Materialvalget avhenger av applikasjonens spesifikasjoner; funksjonalitet, pris, egnethet for engangsbruk/avhending, biokompatibilitet, fysiske egenskaper etc, og er ofte et kompromiss mellom fordelene og ulempene med et gitt materiale. Termoplastiske polymerer er godt egnet for fabrikasjon av lab-på-brikke-systemer i store serier til lav pris ved hjelp av sprøytestøping. Den geometriske strukturdefinisjonen (f.eks. høyde-bredde-forholdet) og funksjonalitetene kan være begrenset sammenliknet med f.eks. silisium-basert mikromaskineringsteknologi. Funksjonaliteter som ikke kan implementeres tilfredsstillende med polymerer, eller som kan implementeres bedre med andre materialer, inkluderer f.eks. spesielle optiske egenskaper (silisium-nitrid bølgeledere, gull for overflateplasmonresonans, glass for høy optiske kvalitet), spesielle biofunksjonaliteter (ikke-spesifikk absorpsjon, væting, overflatekjemi for funksjonalisering), aktuatormekanismer (pneumatiske ventiler i PDMS, mikropumper, kapillærpumper og -ventiler i silisium), og sensorfunksjoner (fotoniske biosensorer, fluoresens-baserte sensormatriser, utliggerbjelke(cantilever)-sensorer, elektrokjemiske sensorer, nanostav- og nanopartikkel-baserte (magnetiske og ikke-magnetiske) matriser, biokjemiske assays) og termisk regulering.
For å lage lab-på-brikke-systemer med høy grad av funksjonalitet til en lav pris bør ulike materialer og ulike produksjonsteknologier kombineres.
I dag unngår man integrasjon av ulike komponenter i ett enkelt lab-på-brikke-system, eller man implementerer dette ved å sammenkoble ulike mikrofluidikkomponenter til å danne et system bestående av enklere underkomponenter ved hjelp av ulike sammenføyningsmetoder, slik som liming, sveising, mekanisk sammenkobling (trykk og pakning), klikk-systemer, samt ulike plug- and- play- plattformer som utgjør standardiserte enheter for bygging av multikomponentsystemer, som gir stort dødvolum pga. tilkoblingene. I tillegg til disse teknologiene for sammenkobling av mange komponenter, i et system-oppsett, er det utviklet en rekke metoder og systemer for å innkapsle lab-på-brikke- og mikrofluidikkomponenter, og lage brikke-til-verden-grensesnitt. Disse krever typisk manuell montering, og involverer ofte pakking eller innkapsling av brikken i et bærersubstrat eller en brikkeramme med pakninger og eksterne fluidkoblinger, eller påklemming eller liming av fluidkoblinger direkte på brikken.
Formålet med denne oppfinnelsen er å angi en fremgangsmåte for direkte integrasjon av ulike komponenter/brikker, slik at disse utgjør et heterogent lab-på-brikke-system, i ett enkelt produksjonstrinn mens det etableres fluidkoblinger mellom komponentene.
Sammendrag av oppfinnelsen
Oppfinnelsen angir en fremgangsmåte for fabrikasjon av et lab-på-brikke-system, med trekk som beskrevet i patentkrav 1.
Trekk ved utførelsesformer av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er beskrevet i patentkrav 2-4.
Oppfinnelsen leder til et lab-på-brikke-system, med trekk som beskrevet i patentkrav 5.
Trekk ved utførelsesformer av systemet ifølge oppfinnelsen er beskrevet i patentkrav 6-9.
Beskrivelse av oppfinnelsen
I det følgende vil oppfinnelsen bli beskrevet ved hjelp av et eksempel og med henvisning til de vedlagte tegningene, der: Figur 1 er en detaljperspektivtegning som illustrerer den første formhalvdelen 100 med strukturer for posisjonering av brikken, samt støttestrukturer. Figur 2 er en detaljperspektivtegning som illustrerer den første formhalvdelen 100 med en innlagt første brikke 300. Figur 3 er en tegning av et tverrsnitt i planet AA' i figur 2, av den første formhalvdelen 100 og den andre formhalvdelen 200, som illustrerer den første brikken 300 holdt på plass av strukturene i den første formhalvdelen og ved klemkraften fra den andre formhalvdelen. I denne figuren er støpeformen lukket slik at den danner et hulrom som skal fylles med polymermaterialet. Figur 4 er en tegning av et tverrsnitt i planet AA' i figur 2, av et heterogent støpt brikkesystem i henhold til denne oppfinnelsen, dvs. med en første brikke 300 integrert i et støpt delsystem 400, som resultat av en innleggs-støpeprosess med den første brikken som innlegg, og med kanaler 420 dannet i av støttestrukturene 120. Brikkesystemet er laminert med en folie eller plate 500, typisk i en sekundær prosess, som innelukker kanalene 420 i brikkesystemet for å danne ledninger, bortsett fra enkelte fluidåpninger 410 for å sammenkoble fluidkanalene i brikkesystemet med en ekstern enhet. Andre områder kan også være ulaminert, f.eks. områder for elektrisk tilkobling til den første brikken, f.eks. et område i midten som ikke er overstøpt fordi det var maskert av den sentrale støttestrukturen 130. Figur 5 a er en tegning av et tverrsnitt av brikkesystemet i denne oppfinnelsen, tilsvarende tverrsnittet i figur 4, men i denne illustrasjonen har den første brikken en hyllestruktur 330, som støpematerialet har trengt inn i og fylt. Figur 5b er en perspektivtegning av den første brikken med en hyllestruktur 330, som illustrert i figur 5a. Figur 6a er en tegning av et tverrsnitt av brikkesystemet i denne oppfinnelsen, tilsvarende tverrsnittene i figur 4 og figur 5a, tilsvarende planet AA' indikert i figur 2, men i denne illustrasjonen har den første brikken grøftestrukturer 340 rundt denne brikkens fluidåpninger, og støpematerialet har trengt inn i og fylt disse grøftestrukturene. Figur 6b er en perspektivtegning av den første brikken med en hyllestruktur og med grøftestrukturer rundt fluidåpningene, som illustrert i figur 6a.
I henhold til denne oppfinnelsen blir en prefabrikkert første brikke integrert i en støpt del i en innleggs-støpeprosess. Støpeformen er konstruert på en slik måte at det etableres fluidforbindelser mellom den første brikken og den støpte delen. Den første brikken har spesielle utformingstrekk som sikrer en robust integrasjon og lekkasje-frie fluidkoblinger.
Den første brikken (som kan være laget av en rekke forskjellige materialer, f.eks. en silisiumbrikke bestående av ett eller flere lag, en sammenføyd silisium-silisium-brikke, en silisium-glass-brikke, en glass-glass-brikke, en metallbrikke, en polymerbrikke) posisjoneres og fikseres i støpeformen, enten manuelt (for prototyper eller små produksjonsserier) eller ved hjelp av en robot eller en annen form for matesystem. Etter posisjonering og fiksering av den første brikken i støpeformen lukkes støpeformen slik at det dannes et hulrom rundt den første brikken, og dette hulrommet fylles med støpemateriale, f.eks. et smeltet polymermateriale innsprøytet i en automatisert sprøytestøpeprosess. Den første brikken blir delvis overstøpt av det strømmende støpematerialet, for å danne det endelige produktet som er et brikkesystem omfattende en støpt del med den første brikken integrert i den støpte delen.
Støpeformen
Støpeformen i denne oppfinnelsen har strukturer og trekk for å posisjonere brikken og holde den på plass under støpeprosessen, samt strukturer for å lage fluidkoblinger mellom den første brikken og den støpte delen. Støpeformen har typisk minst to deler, som vist i figur 3; de to formhalvdelene 100, 200. Støpeformen er typisk maskinelt i stål eller et annet passende metall, eller et annet temperaturbestandig materiale.
Den første brikken kan holdes på plass med en kombinasjon av rammestrukturer 110 i den første formhalvdelen 100 og en klemkraft frembrakt av et klemelement i den andre formhalvdelen 200 og introdusert ved lukkingen av de to formhalvdelene, som vist i figurene 1-3.
Innsetting av den første brikken kan forårsake slitasje på formoverflatene brikken kommer i kontakt med i rammestrukturene 110. Derfor kan det være nødvendig å belegge disse overflatene på rammestrukturene med et slitasjebestandig belegg, f.eks. TiN. Videre bør de ytre hjørnene på slike rammestrukturer ha tilstrekkelig stor radius slik at disse ytre hjørnene ikke initierer sprekker i den støpte delen.
I tillegg til slike rammestrukturer for å holde fast den første brikken i støpeformen, kan vakuum benyttes for å holde den første brikken på plass før formen lukkes, f.eks. via vakuumeringsåpninger 140 i rammestrukturens 110 overflate i kontakt med den innlagte brikken. Med en vakuumløsning behøver ikke rammestrukturene være særlig høye og dermed blir det lettere å sette inn brikken, og redusert sannsynlighet for slitasje.
I de fleste støpeprosesser/maskiner åpnes og lukkes støpeformen horisontalt. For innleggsstøping brukes av og til vertikale støpemaskiner. En vertikal maskin med den første brikken innlagt i den nederste formhalvdelen, dvs. med en orientering som vist i figur 3, vil forenkle prosessen med å sette inn den første brikken og holde den på plass i støpeformen (før støpeformen lukkes).
For å sikre en skånsom, men tilstrekkelig, klemkraft på den første brikken under støpeprosessen, dvs. en vertikal kraft i figur 3, kan den andre formhalvdelen 200 ha et element 210 som kompenserer for variasjoner i tykkelsen til den innlagte første brikken 300, og som dermed begrenser den maksimale klemkraft-induserte mekaniske spenningen og mulig skade dette kan forårsake på den første brikken. Posisjonen til dette kompenserende elementet 210 relativt til overflaten 220 til andre formhalvdelen kan også være justerbar. Størrelsen og posisjonen til det kompenserende elementet 210 er tilpasset slik at det presser mot den første brikken 300, normalt på dets plan, med tilstrekkelig kraft for å hindre at støpemateriale strømmer inn på områder på den første brikken som skal være eksponert på den endelige støpte delen, samtidig som den første brikken ikke skades eller knekkes.
En enkel utførelsesform av et kompenserende element 210 kan være en forminnsats i stål belagt med en polymer eller en gummi, f.eks. teflon eller en fluorinert gummi med høy temperaturbestandighet og god slipp fra den støpte delen ved avforming.
En annen utførelsesform av et kompenserende element 210 kan regulere klemkraften på den første brikken 300, og holder klemkraften konstant (i alle støpesykluser) ved å justere posisjonen til det kompenserende elementet langs klemaksen i hver støpesyklus. Posisjonsjusteringen kan implementeres med en fjærfunksjon eller med en aktuatorinnretning (elektrisk, pneumatisk, hydraulisk) i kombinasjon med en kraftmåling.
Den første formhalvdelen 100 har strukturer 120 som dekker og beskytter fluidåpningene 310 i den første brikken under støpeprosessen. Dermed danner disse strukturene 120 fluidgrensesnittet mellom den første brikken og den støpte delen i brikkesystemet, og de danner også kanalene 420 i den støpte delen 400.
Den første formhalvdelen 100 kan ha strukturer 130 som dekker og beskytter elektriske kontakter eller kontakteringspunkter (" pads") på den første brikken 300.
Så, for å oppsummere: Med passende strukturer 120 i første formhalvdelen kan fluidkoblinger mellom den første brikken 300 og den støpte delen 400 i systemet realiseres direkte i støpeprosessen. I tillegg kan elektriske tilkoblingspunkter eller andre tilkoblingspunkter på den første brikken holdes ueksponert for støpemateriale under støpeprosessen med passende utformede formstrukturer 110, 130.
Prosesser og materialer
Lab-på-brikke-systemer rettet mot kommersielle anvendelser har typisk blitt utviklet for pasientnære ( point- of- caré) markeder, som impliserer engangsinnretninger med lav pris. Den ledende teknologien for produksjon av slike systemer er per i dag sprøytestøping med termoplastiske polymermaterialer, typisk transparente amorfe polymerer som PMMA, COC, COP, PC eller PS. Sprøytestøping med termoplastiske materialer gir lav stykkpris.
Denne oppfinnelsen innen produksjon av heterogene lab-på-brikke-systemer er godt egnet for sprøytestøping med termoplastiske polymermaterialer.
Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til sprøytestøping med termoplastiske materialer, inklusive spesielle sprøytestøpeprosesser som sprøyte-presstøping ( injection-compression moulding). Oppfinnelsen er også egnet for støping med andre materialer, slik som herdeplast (f.eks. silikongummi eller epoxy), metallpulver og keramiske pulver. Videre er oppfinnelsen også egnet for andre produksjonsprosesser (med ulike materialer) som involverer strømmende materialer, slik som presstøping, trartsfer-støping, varmpreging, termoforming, mikropreging, nanopreging, ulike prosesser som involverer UV-indusert herding, samt ekstrusjonsprosesser og beleggingsprosesser.
Oppfinnelsen er i utgangspunktet uavhengig av valget av støpemateriale, og støpematerialet velges primært basert på spesifikasjonene til det gitte lab-på-brikke-systemet. Sekundært er det imidlertid slik at for en gitt første brikke (materiale og geometri) vil noen støpematerialer (type og kvalitet) ha visse fordeler med tanke på å oppnå pålitelige og lekkasje-frie fluidkoblinger mellom brikke og støpt del.
Med hensyn til å oppnå god vedheft mellom brikke og støpt del kan støpematerialet velges blant tilgjengelige materialer med kjent vedheftsytelse mot et gitt brikkemateriale. Dette kan f.eks. være et støpemateriale som danner hydrogenbindinger, eller til og med kovalente kjemiske bindinger, med brikkeoverflaten.
For å redusere termiske og strømningsinduserte spenninger i den støpte delen 400 kan det være påkrevet å optimalisere støpebetingelsene. Forvarming av den innlagte første brikken 300 kan være fordelaktig. Aktiv eller passiv lokal oppvarming av formveggen i området med den ganske tynne seksjonen som skal fylles under den innlagte første brikken 300 kan avhjelpe fyllingen av denne seksjonen, redusere skarpheten av sveiselinjer, og redusere spenninger i den støpte delen. En enkel implementering av dette kan være passiv lokal oppvarming ved å bruke et temperaturbestandig polymermateriale i formveggen, og med dette redusere størkningsraten til det strømmende støpematerialet lokalt.
Når det gjelder sprøytestøping av amorfe termoplastiske polymermaterialer, kan ytelsen til lab-på-brikke-systemet i denne oppfinnelsen optimaliseres ved å velge et materiale med mest passende viskositet (molekylvektsfordeling). Typisk kan tre materialer i samme polymerfamilie, men med forskjellige viskositeter, brukes i støpeforsøk med tanke på optimalisering. Et materiale med lav viskositet er fordelaktig med tanke på fylling av de typisk tynne seksjonene mellom innlagt brikke og formvegg. På den annen side bør viskositeten (og dermed molekylvekten) være over et visst nivå for at materialet skal ha tilstrekkelig motstand mot sprekkinitiering (sprekkinitiering relatert til geometri/kjerv-effekter og prosess-induserte restspenninger). Det er også kjent at noen amorfe transparente polymermaterialer, som f.eks. polykarbonat, har bedre motstand mot sprekkinitiering enn andre. Til slutt; amorfe polymerer krymper relativt lite ved størkning, noe som er en fordel for denne innleggsstøpeprosessen.
Trekk ved den første (innlagte) brikken
For å frambringe lekkasje-frie fluidkoblinger mellom den første brikken 300 og den støpte delen 400 i systemet, og unngå langtids delamineringsfeil (f.eks. delaminering mellom brikken og den støpte delen), må det være tilstrekkelig vedheft mellom brikken og den støpte delen. Dette kan sikres ved hjelp av kjemiske midler og/eller mekaniske midler.
Hvis den første brikken er laget av silisium kan vakuum-dehydrering av silisiumbrikken være tilstrekkelig for å oppnå tilstrekkelig vedheft. I andre tilfeller kan den første brikken trenge overflatebehandling før støping, eller koblingsmidler kan tilsettes polymeren. (Merk at mange polymerer for sprøytestøping har additiver for at de skal slippe lett fra støpeformen. Dette kan forhindre vedheft mellom polymeren og den første brikken.) En vanlig metode for å forbedre vedheften mellom et uorganisk materiale (det typiske materialet i den første brikken) og en organisk polymer er å utføre en silanoverflatebehandling av den uorganiske overflaten, med et silanmolekyl som gir god binding (ikke nødvendigvis kovalente bindinger) til den valgte polymeren eller klassen av polymerer. Silanbehandling kan utføres med våtkjemi eller, mer kostnadseffektivt, i en plasma-indusert prosess. Støpeform-integrert plasmabehandling eller kun plasmarensing er også alternativer.
Kjemiske overflatebehandlinger vil imidlertid bidra til økt kompleksitet og økte kostnader for denne prosessen. Det finnes andre måter for å unngå lekkasje i grensesnittet mellom den første brikken og den støpte delen.
Grøfter/riller 340 kan maskineres rundt fluidåpningene på den første brikken 300, som illustrert i figur 6a og 6b. Disse grøftene/rillene kan virke som mekaniske pakninger; støpematerialet presses ned i grøftene under støpingen og danner en væsketett forsegling rundt fluidåpningene 310. Hvis den første brikken er lagd av silisium kan det, med passende silisiummikromaskineringsprosesser, lages grøfter med negativ slippvinkel, og dermed blir det en sterk mekanisk forankring av polymeren til silisiumbrikken (grøftene). Enda enklere, ved å introdusere runet eller vilkårlige geometriske strukturer på overflaten nær fluidåpningen på den første brikken kan man legge til rette for lekkasjefrie koblinger.
De geometriske strukturene kan implementeres som en integrert del av framstillingsprosessen for brikken, eller som et siste trinn i framstillingsprosessen for brikken. De kan realiseres med en rekke mikromaskineringsmetoder, slik som våt- eller tørretsing, saging/kutting ( dicing), laserstrukturering ( laser ablation) etc.
For å sikre en robust mekanisk integrasjon, og forhindre at den innlagte første brikken 300 dyttes fra støttene 110, 120, 130 pga. krympingen til støpematerialet ved størkning, kan ekstra holdestrukturer introduseres i den første brikken. Disse strukturene kan realiseres som riller i den første brikken eller hyllestrukturer 300 rundt toppflaten til den første brikken, som illustrert i figur 5a, 5b, 6a og 6b. Hvis den første brikken er en silisiumbrikke eller en silisium-glass-brikke, kan en slik hyllestruktur bli realisert ved hjelp av en totrinns skivesagingsprosess.
Etter støpeprosessen er den første brikken integrert i den støpte delen. I utførelsen vist i figur 3-5 kan den første brikken 300 ha kanaler mikromaskinert i silisium og et transparent glasslokk mot det kompenserende elementet 210 i den andre formhalvdelen 200. Dermed vil glasslokket ligge helt ut i overflaten til den støpte delen 400 etter støping. Dermed vi det være sikret utmerket optisk tilgang til kanalene inne i den første brikken. Slik tilgang er viktig for applikasjoner der avbildning eller optisk avlesning av brikkefunksjoner er nødvendig. I tilfeller der optisk tilgang ikke er essensielt kan toppflaten til den første brikken 300 være plassert inne i den støpte delen 400.
Den første brikken 300 kan inneholde en rekke passive strukturer eller aktive strukturer eller en kombinasjon av begge. Spesielt kan den inneholde kanaler, kamre, filtre, oppmålingsstrukturer, blandestrukturer, partikkelfeller, matrisestrukturer av staver, tredimensjonale strukturer. Den første brikken kan være et aktivt element slik som en pumpe, en ventil, en trykksensor, en temperatursensor, et akselerometer, en massestrømmåler eller enhver form for mikro-elektro-mekanisk, mikro-opto-elektro-mekanisk, bio-mikro-elektro-mekanisk eller annen type sensor eller aktuator. Det kan være en kjemisk sensor, en biosensor, spesielt en optisk, mekanisk, elektrokjemisk, akustisk eller fotonisk biosensor, en energihøstingsinnretning eller en bioreaktor eller kjemisk reaktor. Den første brikken kan inneholde nanostrukturer og nanopartikler, så vel som forhåndslagrede kjemikalier. Den første brikken kan også ha biofunksjonaliserte ogbioaktive områder, og kjemisk modifiserte områder, som f.eks. forankringspunkter for senere biofunksjonalisering.
Sekundære prosesser
Sekundære prosesstrinn som er etablert for lab-på-brikke-systemer, slik som kjemisk overflatebehandling av støpte kanaler, kan også implementeres for de støpte delene laget med denne oppfinnelsen.
Det siste produksjonstrinnet er typisk å forsegle de (åpne) støpte kanalene 420. Den konvensjonelle måten for dette er å applisere en film/folie eller plate 500, f.eks. ved liming eller sveising.
Beskrivelse av henvisningstall
100: Første formhalvdel
110: Rammestrukturer for å holde den innlagte (første) brikke på plass 120: Strukturer som danner kanaler i den støpte delen og fluidkoblinger mellom den første brikken og den støpte delen
130: Struktur som danner et eksponert område på den første brikken, f.eks. for elektriske tilkoblinger til den første brikken
140: Mulige posisjoner for vakuumåpninger
200: Andre formhalvdel
210: Kompenserende element
220: Formoverflate til den andre formhalvdelen 300: Den prefabrikkerte innlagte første brikken 310: Fluidåpninger på den første brikken 320: Kanal gjennom den første brikken
330: Hyllestruktur på den første brikken 340: Grøfter rundt fluidåpningene 310 på den første brikken 300
400: Støpt del i systemet
410: Fluidåpninger i den støpte delen i systemet 420: Kanaler i den støpte delen i systemet 500: Lamineringsfolie eller plate

Claims (9)

1. En fremgangsmåte for fabrikasjon av et lab-på-brikke-system, der fremgangsmåten omfatter å frembringe en form som omfatter første (100) og andre (200) formdeler, der minst én av de første og andre formdelene har posisjoneringsmidler
(110) som er tilpasset for å motta og posisjonere en brikke (300) for å hvile på en første støttestruktur (120,130), og første og andre formdel er tilpasset for å forenes for å danne et hulrom for å oppta deri posisjoneringsmildene og den første støttestrukturen , motta brikken i posisjoneringsmildene, danne nevnte hulrom ved sammenføyning av første og andre formdel, feste brikken med en fluidåpning (310) på brikken hvilende på den første støttestrukturen for at den første støttestrukturen skal maskere fluidåpningen, innføre et støpemateriale inn i nevnte hulrom for å overstøpe i det minste en del av brikken og et volum av hulrommet som strekker seg bort fra brikken, adskille første og andre formdel, trekke brikken ut fra formen, der brikken er overstøpt av nevnte støpemateriale i områder som er tilliggende et område ved fluidåpningen maskert av den første støttestrukturen og strekker seg bort fra brikken med, i en første overflate, en fluidkanal (420) dannet av den første støttestrukturen.
2. Fremgangsmåten som angitt i krav 1, videre innbefattende å legge et dekke (500) på den første overflate for å dekke i det minste en del av nevnte fluidkanal for derved å danne en fluidledning i forbindelse med brikkens fluidåpning.
3. Fremgangsmåten som angitt i krav 1 eller krav 2, videre innbefattende å forsyne minst én av den første og den andre formdelene med en festeinnretning for å feste brikken i nevnte posisjoneringsmidler.
4. Fremgangsmåten som angitt kravl, 2 eller 3, der brikken er en silisiumbrikke.
5. Et lab-på-brikke-system, der systemet omfatter en brikke med en fluidåpning og er overstøpt av et støpemateriale i det minste i et område som omslutter nevnte fluidåpning, og har støpemateriale som strekker seg bort fra brikken, der nevnte støpemateriale strekker seg bort fra brikken og har, i en første overflate som ligger over i det minste en del av brikken, en fluidkanal i forbindelse med brikkens fluidåpning.
6. Lab-på-brikke-systemet som angitt i krav 5, der systemet omfatter et dekke påført på den første overflaten for å dekke minst en del av nevnte fluidkanal for derved å danne en fluidledning, og der dekket strekker seg over en del av nevnte første overflate som omslutter fluidåpningen for at fluidledningen skal være i forbindelse med fluidåpningen.
7. Lab-på-brikke-systemet som angitt i krav 5 eller 6, der brikken har en hyllestruktur langs en av sine sider, og der hyllestrukturen er overstøpt av nevnte støpemateriale for å feste brikken.
8. Lab-på-brikke-systemet som angitt i et hvilket som helst av kravene 5 til 7, der et område av brikken som omslutter fluidåpningen omfatter en grøft, en grovgjort overflate, eller en behandlet overflate, for å bedre vedheften av støpematerialet på det området til brikken.
9. Lab-på-brikke-systemet som angitt i et hvilket som helst av kravene 5 til 8, der brikken er en silisiumbrikke.
NO20130600A 2013-04-30 2013-04-30 Lab-on-a-chip-system og fremstillingsmåte for samme NO20130600A1 (no)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20130600A NO20130600A1 (no) 2013-04-30 2013-04-30 Lab-on-a-chip-system og fremstillingsmåte for samme
EP18192222.0A EP3457433A1 (en) 2013-04-30 2014-04-30 A lab-on-a-chip fabrication method and system
PCT/NO2014/050069 WO2014178726A1 (en) 2013-04-30 2014-04-30 A lab-on-a-chip fabrication method and system
EP14791125.9A EP2992550B1 (en) 2013-04-30 2014-04-30 A lab-on-a-chip fabrication method
DK14791125.9T DK2992550T3 (da) 2013-04-30 2014-04-30 Fremgangsmåde til fremstilling af et lab-on-a-chip
JP2016511702A JP2016520011A (ja) 2013-04-30 2014-04-30 ラボオンチップの製造方法及びシステム
KR1020157034208A KR20160003232A (ko) 2013-04-30 2014-04-30 랩온어칩 제조 방법 및 시스템
CA2909789A CA2909789A1 (en) 2013-04-30 2014-04-30 A lab-on-a-chip fabrication method and system
US14/888,217 US9815054B2 (en) 2013-04-30 2014-04-30 Lab-on-a-chip fabrication method and system
CN201490000623.2U CN205194658U (zh) 2013-04-30 2014-04-30 芯片实验室系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20130600A NO20130600A1 (no) 2013-04-30 2013-04-30 Lab-on-a-chip-system og fremstillingsmåte for samme

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NO20130600A1 true NO20130600A1 (no) 2014-10-31

Family

ID=51843744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20130600A NO20130600A1 (no) 2013-04-30 2013-04-30 Lab-on-a-chip-system og fremstillingsmåte for samme

Country Status (9)

Country Link
US (1) US9815054B2 (no)
EP (2) EP2992550B1 (no)
JP (1) JP2016520011A (no)
KR (1) KR20160003232A (no)
CN (1) CN205194658U (no)
CA (1) CA2909789A1 (no)
DK (1) DK2992550T3 (no)
NO (1) NO20130600A1 (no)
WO (1) WO2014178726A1 (no)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2768710T3 (es) * 2015-03-27 2020-06-23 Univ Wageningen Método de fabricación de un dispositivo microfluídico
EP3448565A1 (en) * 2016-04-28 2019-03-06 SABIC Global Technologies B.V. Microfluid devices
US20190083978A1 (en) * 2016-04-28 2019-03-21 Sabic Global Technologies B.V. Manufacturing of microfluidic device in multi-step method using hesitation injection moulding
CN106514941B (zh) * 2016-11-09 2019-10-25 张国清 一种保温容器的测温层成型工艺
ES2836104T3 (es) * 2016-12-15 2021-06-24 Sintef Tto As Método y proceso para proporcionar un modelo computacional específico de un sujeto utilizado para apoyar la decisión y hacer el diagnóstico de enfermedades cardiovasculares
WO2019055007A1 (en) 2017-09-14 2019-03-21 Hewlett-Packard Development Company, L.P. MICROFLUIDIC HOUSING
CN108144661B (zh) * 2017-12-27 2020-04-10 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种微流控芯片的封装方法
DE102019202722B4 (de) * 2019-02-28 2022-06-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Kombinierte pumpe-sensor-anordnung
KR102347734B1 (ko) * 2019-11-21 2022-01-07 한국생산기술연구원 미세 채널이 형성된 하부 케이스 상에 오버 몰딩을 통해 상부 커버를 결합한 구조를 갖는 바이오칩
CN113427604B (zh) * 2021-05-07 2022-10-14 李静 一种热风炉蓄热格子砖制作方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5681356A (en) * 1991-05-10 1997-10-28 Gao Gesellschaft Fur Automation Und Organisation Mbh Method and apparatus for producing a plastic molded chip card having reduced wall thickness
US5964239A (en) * 1996-05-23 1999-10-12 Hewlett-Packard Company Housing assembly for micromachined fluid handling structure
US6136212A (en) * 1996-08-12 2000-10-24 The Regents Of The University Of Michigan Polymer-based micromachining for microfluidic devices
US6548895B1 (en) * 2001-02-21 2003-04-15 Sandia Corporation Packaging of electro-microfluidic devices
US6443179B1 (en) * 2001-02-21 2002-09-03 Sandia Corporation Packaging of electro-microfluidic devices
US20040061257A1 (en) 2002-09-27 2004-04-01 The Regents Of The University Of Michigan Packaging technique for elastomeric microfluidic chips and microfluidic device prepared thereby
JP4495916B2 (ja) * 2003-03-31 2010-07-07 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 半導体チップの製造方法
DE102004011667B4 (de) * 2004-03-10 2006-03-23 Technische Fachhochschule Berlin Vorrichtung mit einem Halbleiterchip und einem mikrofluidischen System und Verfahren zur Herstellung
WO2006088427A1 (en) * 2005-02-15 2006-08-24 Agency For Science, Technology And Research Microfluidics package and method of fabricating the same
WO2007044088A2 (en) * 2005-05-23 2007-04-19 Biovitesse, Inc. Biomems cartridges
JP4137137B2 (ja) * 2006-04-11 2008-08-20 株式会社リッチェル インサート成形体
WO2008042482A2 (en) * 2006-06-19 2008-04-10 The Regents Of The University Of California Disposable, high pressure microfluidic chips
ITTO20070489A1 (it) * 2007-07-05 2009-01-06 St Microelectronics Srl Procedimento e sistema di fabbricazione di un dispositivo a semiconduttore incapsulato
CN101842690B (zh) * 2007-10-29 2013-06-26 皇家飞利浦电子股份有限公司 受抑全内反射生物传感器盒
US8087310B2 (en) * 2008-01-17 2012-01-03 University Of Southern California Interconnect for MEMS device including a viscoelastic septum
DE102010002990A1 (de) 2010-03-18 2011-09-22 Robert Bosch Gmbh Mikrofluidisches System für Analyse- und Diagnosezwecke sowie entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines mikrofluidischen Systems
DE102010038445B4 (de) * 2010-07-27 2020-08-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines mikrofluidischen Systems
TW201205833A (en) 2010-07-28 2012-02-01 Nanmat Technology Co Ltd Photo-chemical solar cell with acicular electrode and method manufacturing the same
TWM397030U (en) * 2010-08-16 2011-01-21 Liang Meng Plastic Share Co Ltd LED packaging structure
DE102011109338B3 (de) * 2011-08-03 2013-01-31 Dietrich Reichwein Vorrichtung zur Speicherung elektromagnetischer Energie
DE102011119472B3 (de) * 2011-11-28 2012-12-27 Otto-Von-Guericke-Universität Magdeburg Basis für Fluidikanwendung
US9314948B2 (en) * 2012-11-02 2016-04-19 Palo Alto Research Center Incorporated Systems and methods for employing magnetic assistance in precision wire placement when producing overmolded products

Also Published As

Publication number Publication date
US9815054B2 (en) 2017-11-14
EP2992550B1 (en) 2019-04-24
EP3457433A1 (en) 2019-03-20
US20160067708A1 (en) 2016-03-10
DK2992550T3 (da) 2019-07-22
JP2016520011A (ja) 2016-07-11
CA2909789A1 (en) 2014-11-06
EP2992550A1 (en) 2016-03-09
EP2992550A4 (en) 2016-12-21
KR20160003232A (ko) 2016-01-08
WO2014178726A1 (en) 2014-11-06
CN205194658U (zh) 2016-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO20130600A1 (no) Lab-on-a-chip-system og fremstillingsmåte for samme
CN103231518B (zh) 一种聚二甲基硅氧烷阵列微孔薄膜制备方法
Han et al. Multi-layer plastic/glass microfluidic systems containing electrical and mechanical functionality
US20110049401A1 (en) Magnetic microvalve using metal ball and method of manufacturing the same
US20140065035A1 (en) Method for manufacturing a microvalve device mounted on a lab-on-a-chip, and microvalve device manufactured by same
CN106179543A (zh) 一种基于焦糖倒模制作微流控芯片的方法及其应用
US20090041624A1 (en) Fluidic structure and method for production of a fluid structure
KR20080090410A (ko) 정밀한 라인 접합 및/또는 밀봉 시스템과 그 방법
Shamsi et al. Low cost method for hot embossing of microstructures on PMMA by SU-8 masters
Simone et al. A microvalve for hybrid microfluidic systems
Convery et al. 3D printed tooling for injection molded microfluidics
WO2015057166A1 (en) An interface for packaging a microfluidic device
JP6138159B2 (ja) マイクロ流路の製造方法およびマイクロ流路
Perozziello et al. A fluidic motherboard for multiplexed simultaneous and modular detection in microfluidic systems for biological application
US20190351410A1 (en) Microfluid devices
Kim et al. Collapse-free thermal bonding technique for large area microchambers in plastic lab-on-a-chip applications
KR101151221B1 (ko) 마이크로 채널을 가진 구조물의 제조 방법 및 그 구조물
Andreassen et al. BioMEMS meets lab-on-a-chip: Heterogeneous integration of silicon MEMS and NEMS in polymer microfluidics
FR2813073A1 (fr) Dispositif de positionnement et de guidage pour la connexion etanche de capillaires a un micro-composant
JP2011215006A (ja) マイクロチップの製造方法及びマイクロチップ
Toh et al. Modular membrane valves for universal integration within thermoplastic devices
Wu et al. Design and manufacture of high-filling-efficiency microfluidic devices
CN112654485B (zh) 热成型、注塑成型和/或包覆成型的微流控结构及其制造技术
Mielnik et al. Heterogeneous integration of silicon fluidic components in polymer chips
JP4549755B2 (ja) マイクロチップの製造方法及び当該製造方法によって製造されたマイクロチップ。