SE530370C2 - Förbättrat lock till en mikrofluidistisk skiva - Google Patents

Description

530 370 2 eller något annat icke-passivt drivorgan anläggs för att övervinna motståndet mot vätskeflöde vid ventilpositionen. Samma typ av krafter/ drivorgan används också för att övervinna kapillärventiler i andra positioner.

Den mikrofluidistiska anordningen kan vara cirkulär och av sarnrna dimensioner som en konventionell CD (kompaktskiva).

För att underlätta effektiv transport av vätska mellan olika funktionella delar bör innerytor av delarna vara vätbara (hydrofila), dvs. ha en vattenkontaktvinkel s 90°, företrädesvis s 60° såsom s 50° eller s 40° eller s 30° eller s 20°. Dessa vätbarhetsvärden gäller för åtminstone en, tvâ tre eller fyra av innerväggarna i en rnikroledning. Vätbarheten eller hydrofiliciteten, speciellt i inloppsarrangemang, bör avpassas så att en vattenhaltig vätska kommer att fylla upp en avsedd mikrokavitet/mikroledning medelst kapillaritet (sj älvsugning) när vätskan väl har börjat komma in i kaviteten/mikroledriingen.

En hydrofil inneryta i en rnikrokanalstruktur kan innefatta en eller flera hydrofoba ytbarriärer (surface breaks) (vattenkontaktvinkel 2 90°). Ett sådant brott kan helt eller delvis definiera en passiv/ kapillär ventil, ett sugningsmotverkande organ (anti-vvicking means), en öppning (vent) mot omgivande atmosfär etc. Kontaktvinklar avser värden vid användningstemperatur, typiskt +25°C, och är statiska. Se WO 00056808, WO 01047637 och WO 02074438 (alla tillhörande Gyros AB).

Mikrokanaler/rnikrokaviteter kan arrangeras på en sida av ett substrat och därefter täckas med ett lock för att skapa en sluten rnikrokavitet, naturligtvis kan denna mikrokavitet och /eller denna rnikrokanal vara försedd med åtminstone ett inlopp och åtminstone ett utlopp. Substratet kan ha samma tjocklek som en ordinär kompaktskiva, dvs. i storleksordningen l mm.

Substratet kan betraktas såsom serniflexibelt, dvs. skivan är böjbar men ändrar inte forrn om den stöds av olika topologier. Locket kan betraktas som böjligt. dvs. om man placerar locket på två olika topologier kommer locket att anta två olika fonner. Det är fördelaktigt att använda ett tjockare substrat i vilket man kan definiera rnikrokanalerna och på toppen av detta substrat ett böjligt lock i form av en film, som lätt kan anpassa sig sj älvtill eventuell krökning eller ojämnhet på substratet som kan föreligga. På detta sätt kan man öka sannolikheten för att fästa locket mot varenda delav substratet som man önskar.

Ett problem med de mikrofluidistiska skivorna som beskrivs ovan är att när volymema ökar i mikrokaviteterna och / eller trycket som verkar på vätskan i rnikrokaviteterna ökas, kan det föreligga en risk att en eller flera av mikrokaviteterna kan börja att läcka.

Sammanfattning av uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är att eliminera eller åtminstone reducera problemet med läckande mikrofluidistiska skivor i den utformning som nämnts ovan. 530 370 3 Ovanstående och andra syften, som är uppenbara för fackmannen från föreliggande beskrivning, uppfylles av uppfinningen såsom den anges i patentkraven.

I en första exemplifierande utföringsform innefattar ett mikrofluidistiskt aggregat: ett plant substrat, på vilket åtminstone en första yta har åtminstone en öppen mikrokanalstruktur, ett lockbildande foliematerial fäst med en första yta mot den första ytan av det plana substratet, vilket lockbildande foliematerial täcker åtminstone en del av nämnda mikrokanalstruktur/ nämnda mikrokanalstrukturer, där det lockbildande foliematerialet har ett första ornråde med en första styvhet och ett andra område med en andra styvhet.

I en annan exemplifierande utföringsform år det första området av foliematerialet placerat ovanför mikrokanalstrukturen och det andra området av foliematerialet år placerat ovanför substratets plana område.

I ytterligare en exemplifierande utföringsform år aggregatet en roterbar skiva.

I ännu ett exempel är det första området av foliematerialet lokaliserat vid en första diameter och det andra området av foliematerialet är lokaliserat vid en andra diameter.

I ytterligare en exemplifierande utföringsform är den andra styvheten större än den första styvheten.

I ännu en exemplifierande utföringsform innefattar det andra området åtminstone ett skikt av material fäst ovanpå en andra yta som är motsatt belägen den första ytan av det lockbildande foliematerialet.

I ytterligare en exemplifierande utföringsform år det andra området härdat.

I ännu en exemplifierande utföringsforrn är det första området av det lockbildande foliematerialet tunnare än det plana substratet.

I ännu en exemplifierande utföringsforrn är det första ornrådet av det lockbildande foliematerialet tunnare än en halv tjocklek av det plana substratet.

I ärmu en exemplifierande utföringsforrn är det lockbildande foliematerialet och/ eller det plana substratet transparenta.

I ännu en exemplifierande utföringsform år det lockbildande foliematerialet fäst mot det plana substratet medelst varmlim.

Andra aspekter av föreliggande uppfinning återspeglas i den detaljerade beskrivningen, figurerna och patentkraven. 530 370 Kort beskrivning av ritningarna Figur la avbildar en vy ovanifrän av en första exemplifierande utföringsfonn av ett förbättrat lock enligt föreliggande uppfinning.

Figur lb avbildar en snittvy av den första exemplifierande utföringsfonnen som visas i figur la.

Figur 2 avbildar en vy ovanifrân av en andra exemplifierande utföringsform av ett förbättrat lock enligt föreliggande uppfinning.

Figur 3 avbildar en snittvy av en tredje exemplifierande utföringsform av ett förbättrat lock enligt föreliggande uppfinning.

Figur 4 avbildar en vy ovanifrån av ännu en exemplifierande utföringsforrn av ett förbättrat lock enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning Följande detaljerade beskrivning görs med hänvisning till figurerna. Föredragna utföringsforrner beskrivs för att illustrera föreliggande uppfinning, och inte för att begränsa dess omfattning, vilken definieras av patentkraven. Fackmannen kommer att kunna inse en mängd ekvivalenta variationer i ljuset av följ ande beskrivning.

Figur la och lb avbildar en exemplifierande utförlngsforrn av ett mikrofluidistiskt aggregat 10 enligt föreliggande uppfinning. Aggregatet 10 innefattar ett substrat 16, ett lockbildande foliematerial 14, ett centralt hål 18, ett styvhetsförhöjande material 12, och rnikrokanal 13.

Substratet kan vara tillverkat av olika material, såsom plast inkluderande elastomerer, såsom gummin inkluderande silikongummin (t.ex. polydimetylsiloxan) etc. (polymetylmetakrylat) PMMA, polykarbonat och andra termoplastiska material, dvs. plastmaterial baserade på monomerer som innefattar polymeriserbara kol-koldubbe1- eller trippelbindningar och mättade grenade raka eller cykliska alkyl- och /eller alkylengrupper. Typiska exempel är ZeonexTM och Zeonor TM från Nippon Zeon, Japan.

Substratet 16 och det lockbildande foliematerialet 14 kan fästas medelst bondning. Bondningsmaterialet kan vara en del av eller separat påfört på en yta av Substratet 16 och /eller en yta av det lockbildande foliematerialet 14.

Bondningsmaterialet kan vara samma plastmaterial som föreligger i Substratet 16, förutsatt att detta plastmaterial kan fungera som ett bondningsmaterial.

Andra användbara bondningsmaterial är olika typer av adhesiv vilka passar ihop med materialet i substratet 16 och det lockbildande materialet 14 och den avsedda användningen av den slutliga anordningen. Typiska adhesiv kan väljas bland smältlim, och härdande lim etc. Härdande lim kan vara termohärdande, fukthärdande och två-, tre- och flerkomponentadhesiv. 530 370 5 Det lockbildande foliematerialet 14 kan tillverkas av samma typer av material som substratet 16. Detta material är inte kritiskt så länge som det är kompatibelt med adhesivvärmningsprincipen etc. Emellertid kan man välja en typ av material i substratet 16 att bondas med en annan typ av material i det lockbildande foliematerialet 14. Det lockbildande foliematerialet kan föreligga i form av en laminerad folie och relativt tunt jämfört med substratet 16, vilket substrat 16 innefattar rnikrokanalstrukturerna 13. I en utföringsform är tjockleken hos det lockbildande materialet 14 häften av tjockleken av substratet 16. I en annan utföringsform är tj ockleken hos det lockbildande materialet 14 en fjärdedel av substratets 16 tjocklek. I ytterligare en annan utföringsforrn är tjockleken hos det lockbildande materialet 14 1/8 av substratets 16 tjocklek. I en utföringsform är det lockbildande materialet 14 10% av substratets 16 tjocklek. Det lockbildande materialet kan ha en tjocklek i intervallet 10,um - 2 mm, mer föredraget mellan 20 ,um och 400 um. Olika tj ockleksintervall kan gälla för olika material för att man skall få ett halvflexibelt lockbildande foliematerial. Substratet kan ha en tjocklek i intervallet 100 pm-IO mm, företrädesvis mellan 400 pm och 2 mm.

Det mikrofluidistiska aggregatets form är i enlighet med de exemplifierande utföringsformerna cirkulär. Emellertid kan vilken lämplig form som helst hos det mikrofluidistiska aggregatet användas, såsom triangulär. rektangulär, oktagonal eller polygonal.

I den exemplifierande utföringsformen som illustreras i figur la och lb är det styvhetsförhöjande materialet 12 fäst ovanpå det lockbildande materialet 14, dvs. på en motsatt yta av det lockbildande foliematerialet 14 i förhållande till det som är fäst mot substratet 16. Detta styvhetsförhöjande material 12 kan vara ett härdbart lim av samma typ som används för att bonda det lockbildande foliematerialet 16 mot substratet 16. Det styvhetsförhöjande materialet 12 kan också vara ett plastmaterial som används i Substratet 16 och/ eller det lockbildande foliematerialet 14. Det styvhetsförhöjande materialet 12 såsom det exempliíieras i figur la och lb kan fästas på det lockbildande foliemateralet 14 medelst ett adhesiv. Det styvhetsförhöjande materialet 12 och det lockbildande foliematerialet 14 kan också vara en enda enhet. Det styvhetsförhöjande materialet 12 kan vara av ett icke-transmissivt material såsom metall, icke- transmissiv polymer. keram etc.

Ett tvärsnitt av det fastsatta styvhetsförhöjande materialet kan ha vilken form som helst, t.ex. cirkulär eller rektangulär. En bredd hos det styvhetsförhöjande materialet kan ligga i intervallet från 0.1-5 mm och en höjd av det styvhetsförhöjande materialet kan ligga i intervallet 10 lim-Z mm.

Vätskeflödet kan drivas av kapillårkrafter och/ eller centripetalkrafter, tryckskillnader som påläggs externt över en mikrokanalstruktur och också medelst andra icke-elektrokinetiska krafter som påförs externt och förorsakar transport av vätskan. Även elektroendosmos kan utnyttjas för att skapa Vätskeflödet. 530 370 6 I den runda formen kan mikrokanalstrukturema vara arrangerade radiellt med en avsedd ílödesriktning från en inre appliceringsyta radiellt mot skivans periferi. I denna variant är det mest praktiska sättet att driva flödet medelst kapillärverkan. centripetal kraft (rotation av skivan).

Skivans storlek kan vara densamma som en ordinår CD.

Mikrokanalerna kan ha olika avsnitt med olika karakteristik såsom hydrofobicitet och hydrofilicitet och olika tillämpningar såsom dosering, volymsdefinierande avsnitt, afflnitetsbindande avsnitt och detektionsytor etc. som är väl kända inom tekniken.

En mikrokanais och rnikrokavitets bredd och djup kan variera längs med dess struktur, men ett intervall mellan 10 och 100 um år användbart.

Såsom visas i figur la är det styvhetsförhöjande materialet 12 beläget vid en större diameter än mikrokanalerna 13.

Figur 3 illustrerar en snittvy av en del av ett mikrofluidistiskt aggregat. I denna utföringsform betecknas substratet 36, rnikrokanalen 39, det lockbildande foliematerialet 84 och det styvhetsförhöjande materialet 31. I denna utföringsform kan man se att det styvhetsförhöjande materialet 31 börjar där mikrokanalen 39 slutar. I denna speciella utföringsform är det . styvhetsförhöj ande materialet 31 inte enbart fäst på det lockbildande foliematerialet 34 utan också mot ett spår 32 i substratet 36. Detta är för att ytterligare säkra det styvhetsförhöjande materialet mot den lockbildande folien när trycket ökas i rnikrokanalen 39.

Det kan föreligga ett gap mellan änden av mikrokanalen och början av det styvhetsförhöjande materialet. Storleken av ett sådant gap kan ligga i intervallet mellan O och 1000 pm. I en annan utföringsform överlappar det styvhetsförhöj ande materialet änden av rnikrokanalen något. Detta överlapp kan ligga i intervallet 0-40% av längden i en radiell riktning för mikrokanalen/ rnikrokaviteten.

Figur 2 illustrerar att det styvhetsförhöjande materialet 22 kan formas endast bortom en del av rnikrokanalerna 24 i det rnikrofluidistiska aggregatet 20 för att förhindra läckage från rnikrostrukturen ut ur det mikrofluidistiska aggregatet.

En alternativ utföringsform till ett styvhetsförhöjande material år att låta hårda det lockbildande foliematerialet bortom mikrokanalerna. På detta sätt kommer det att föreligga en första styvhet hos det lockbildande foliematerialet ovanför mikrokanalema och en annan styvhet hos det lockbildande foliematerialet bortom rnikrokanalens ände. Härdningsgraden kan justeras för att matcha tj ockleken hos materialet och materialet i locket som sådant för att bäst hålla fluiden i rnikrokanalen utan läckage. En härdning kan vara homogen genom tj ockleken för det lockbildande foliematerialet eller endast delvis genom det lockbildande foliematerialet. Ett tvärsnitt av denna härdade yta kan ha samma 530 370 7 bredd och höj dintervall som definierats för det fastsatta styvhetförhöjande materialet ovan.

Figur 4 illustrerar ännu en exemplifierande utföringsforrn av ett rnikrofluidistiskt aggregat 400 enligt föreliggande uppfinning. Detta aggregat innefattar ett substrat 41 1 som har fyra rnikrofluidistiska strukturer A, B, C, D utplacerade på avstånd från varandra över vinkelintervall runt ett centralt hål 450. Mikrofluidistisk struktur C innefattar ett första, andra, tredje och fjärde fluiduminlopp betecknade 401, 403, 404 och 407. Det första fluiduminloppet 401 år kopplat till en första fluidumkavitet 404 via en första kanal 422. Det andra fludiuminloppet 403 är kopplat till den första fluidumkaviteten 404 via en andra kanal 424. Det tredje fluiduminloppet 405 är kopplat till den första fluidumkaviteten 404 via en tredje kanal 426. Det fjärde fluiduminloppet 407 är kopplat till den första fluidumkaviteten 404 via en tredje kanal 428. Den första fluidumkaviteten är kopplad till en andra 406 och en tredje fluidumkavitet 408 via en femte och sjätte kanal 418 respektive 420. Den tredje fluidumkaviteten 408 är kopplad till en första iluidumreservoir 410 via en kanal 430.

Det rnikrofluidistiska aggregatet 400 är såsom visas i figur 4 cirkulårt och avpassat för rotation kring sitt centrala hål 450. Fluiduminloppen 401, 403. 405, 407 år i denna utföringsform arrangerade mot aggregatets 400 centrala hål. Fluidumreservoiren är arrangerad mot aggregatets 400 omkrets. Kanalerna 422, 424, 426, 428, 418, 430 kan ha lämpliga dimensioner för att möjliggöra att kapillärkrafter verkar på fluiden inuti kanalen.

Hydrofoba ventiler kan vara arrangerade i en eller flera av kanalerna. Fluidum kan matas in i inloppet och kommer därefter att sugas ned genom kanalen medelst kapillärverkan tills den når ventilen, vilken den inte kan strömma förbi innan ytterligare energi påföres. Denna energi kan exempelvis tillhandahållas med en centrifugalkraft som skapas genom att rotera det mikoíluidala aggregatet 400.

När varvtalet (RPM, Revolution Per Minute) hos det mikrofluidistiska aggregatet ökas, ökas trycket från fluiden som verkar på ytorna i den andra fluidumkaviteten 406. Vid ett visst varvtal (RPM) kan trycket vara tillräckligt högt för att byta bondningen av det lockbildande foliematerialet mot substratet och därvid förorsaka ett läckage 414 från den andra fluidumkaviteten till den första fluidumreservoiren 410. Typiska varvtal (RPM) ligger i intervallet 0-8000 varv per minut, men högre varvtal kan användas såsom 10000, 15000 eller 20000.

För att förhindra läckage från en del av den rnikrofludiala strukturen till en annan del av samma struktur eller en annan struktur kan ett styvhetsförhöjande material 412 appliceras i en radiell riktning bortom den andra fluidumkaviteten. I figur 4 har de rnikrofluidistiska avsnitten A, B och C ett sådant styvhetsförhöj ande material 412 anordnat bortom den andra fluidumkaviteten 406 för att förhindra fluidum 440 i kaviteten 406 att läcka in exempelvis i fluidumreservoiren 410 eller någon annan mikrofluidistisk struktur. Det styvhetsförhöjande materialet 412 kan ha vilken form som helst 530 370 8 och kan lämpligtvis anta samma fonn som kaviteten/kamrnaren, reservoiren, kanalen som det är anbringat mot. I figur 4 kan den andra fluidumkaviteten 406 ha formen av en sfär och det styvhetsförhöjande materialet ha en form som är avpassad till en periferi hos kaviteten 406, i detta fall halvcirkulår.

Styvhetshöjande material kan tillhandahållas i eller på det lockbildande foliematerial som ståcker substratet, vilket substrat innefattar en eller ett flertal mikrokanaler. Det styvhetsbildande materialet kan förhindra läckage från en del av en mikrofluidistisk struktur till en annan struktur eller läckage från det rnikrofluidistiska aggregatet som sådant, dvs. antingen läckage inuti aggregatet eller läckage från aggregatet. Det styvhetsförhöjande materialet är anordnat i riktningen för fluidumtryck. I det fall då skivor roteras anordnas det styvhetsförhöjande materialet i en radiell riktning bortom den struktur som skall hindras från att läcka. I fall med någon annan mekanism för att förflytta fluidum appliceras det styvhetsförhöj ande materialet där fluidumtrycket är som högst. Det styvhetsförhöjande materialet kan i en annan exemplifierande utföringsfonn anordnas runt om periferin av en eller flera strukturer i det mikrofluidistiska aggregatet 400.

Mikrokanalerna och mikrokaviteterna kan tillverkas enligt väl kända metoder inom denna teknik, exempelvis i enlighet med en metod som illustreras i EP 1 1 2 1 234. Även om föregående exempel utformats i termer av en metod, förstår man med lätthet anordningar och system som utnyttjar denna metod. Ett rnagnetiskt minne som innehåller ett program med förmåga att utöva metoden enligt patentkraven är en sådan anordning. Ett datorsystem som har ett minne ivilket lagrats ett program som utför den i patenkraven angivna metoden år en annan sådan anordning. Även om föreliggande uppfinning beskrivs med hänvisning till föredragna utföiingsforrner och exempel som angivits i detalj ovan, är det underförstått att dessa exempel är avsedda såsom illustrerande snarare än begränsande. Det antas att modifieringar och kombinationer lätt kan inses av fackrnannen, vilka modifieringar och kombinationer kommer att ligga inom ramen för uppfinningen och omfånget av efterföljande patentkrav.

Claims (1)

1. 530 370 Patentkrav 1. 10. 11. 12. Ett rnikrofluidistiskt aggregat innefattande: - ett plant substrat, på vilket åtminstone en första yta har åtminstone en öppen mikrokanalstruktur, - ett lockbildande foliematerial anbringat med en första yta mot det plana subtratets första yta, vilket lockbildande foliematerial täcker åtminstone en del av den/ de mikrokanalsiruktur/ strukturer, där det lockbildande foliematerialet har ett första ornråde med en första styvhet och ett andra område med en andra styvhet. Mikrofluidistiskt aggregat enlig krav 1, där det första området av foliematerialet är lokaliserat ovanför rnikrokanalstrukturen och det andra området av foliematerialet är placerat intill mikrokanalstrukturerna i substratet. Mikrofluidistiskt aggregat enligt krav 2, där aggregatet är en roterbar skiva. Mikrofluidistiskt aggregat enligt krav 3, där det första området av foliematerialet är lokaliserat vid en första diameter och det andra området av foliematerialet är lokaliserat vid en andra diameter. Mikrofluidistiskt aggregat enligt krav 4, där den första diametern är mindre än den andra diametern. Mikrofluidistiskt aggregat enligt krav 5, där den andra styvheten är större än den första styvheten. Mikrofluidistiskt aggregat enligt krav 6, där det andra området innefattar åtminstone ett skikt av material anbringat ovanpå en andra yta som är motsatt den första ytan av det lockbildande materialet. Mikrofluidistiskt aggregat enligt krav 1, där det andra området är härdat. Mikrofluidistiskt aggregat enligt krav 1, där det första ornrådet av det lockbildande foliematerialet är tunnare än det plana substratet. Mikrofluidistiskt aggregat enligt krav 1, där det första området av det lockbildande foliematerialet är tunnare än halva tjockleken av det plana substratet. Mikrofluidistiskt aggregat enligt krav 1, där det första området av det lockbildande foliematerialet är tunnare ån 1A av tj ockleken av det plana substratet. Mikrofluidistiskt aggregat enligt krav 1, där det första området av det lockbildande foliematerialet är tunnare än 1/8 av tjockleken av det plana substratet. 13. 14. 15. 530 370 10 Mikroíluidistiskt aggregat enligt krav 1, där det lockbildande foliematerialet är tillverkat av ett annat material än det plana substratet. Mikrofluídistískt aggregat enligt krav l, där det lockbildande foliernaterialet och /eller det plana substratet år transparent. Mikroíluídistiskt aggregat enligt krav 1, där det lockbildande foliematerialet är anbringat mot det plana substratet medelst varmlim.