TW202346564A - 微流體閥 - Google Patents

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聿熹 朱
耀南 劉
樂庭 劉
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Abstract

一種微流體閥，其包括：黏合膠帶；出口，設置在第一微流體通道之一端；以及入口，設置在第二微流體通道之一端，其中該入口及該出口彼此鄰近設置，其中該黏合膠帶覆蓋該出口及該入口兩者。還揭露一種操作微流體閥之方法。

Description

微流體閥
本發明一般涉及微流體技術。更具體地說，本發明的眾態樣涉及閥件。特別地，本發明涉及應用於微流體通路的流體閥機構。
微流體系統通常使用於處理用於從生化分析到醫療診斷等各種目的之小樣本流體。微流體系統允許使用少量樣本及試劑進行生化反應。微流體系統在樣本分析及診斷方面提供大幅的成本節省。
微流體系統在單一微流體晶片上整合測定操作。測定操作通常涉及通過微通道將液體移動到晶片內的不同區域，以用於樣本預處理、樣本製備及檢測。將閥件安裝在微通道上以控制液體的流動。
這些晶片上(on-chip)閥件通常放置在或安裝在微流體通道內。在微流體通道內安裝閥件需要高精度工程，從而增加製造成本。此外，微流體通道內的附加閥件結構使得微流體晶片的定標、尺寸及優化非常困難。
鑒於上述背景，成本、尺寸及可靠性成為用於微流體系統之閥件的關鍵因素。
為了緩解這些問題，本發明的眾態樣提供一種易於製造的低成本微流體閥。此外，該微流體閥可在低溫下製造。在本發明的一些具體實施例中，可通過熱塑性塑膠的熱接合(thermal bonding)來製造微流體閥，而不使用任何黏合劑材料(adhesive materials)。在接合製程中，可對熱塑性材料施加鄰近或高於玻璃轉化溫度（Tg）的溫度及充足壓力以軟化熱塑性材料。Tg取決於熱塑性塑膠的種類；例如，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）及聚碳酸酯（PC）的Tg可分別約為100°C及145°C。在這種溫度及壓力的條件下，可能會發生熱塑性塑膠(例如微流體特徵(microfluidic features))上的變形，並且可能導致微流體裝置中所製作之通道或腔室的形狀及/或體積不一致。因此，可能需要在足夠低的溫度下製造微流體元件，以最小化包括本發明的微流體閥在內的微流體元件批次之間的不一致。在本發明的一些具體實施例中，可在比用於製造微流體裝置的熱塑性塑膠之Tg還低20°C或低更多的低溫下製造微流體閥，從而可顯著提高微流體閥及微流體匣件/裝置的整體製造一致性。此外，本發明的微流體閥可精確地控制微流體通道內的流體流動。
現在可參照附圖更充分地描述具體實施例，附圖構成具體實施例的一部分，並且藉由圖繪的方式顯示可實施的具體示例性具體實施例。這些繪示及示例性具體實施例之提出可理解為本揭露是一個或多個具體實施例的原理的示例，並且不旨在限制所說明的任何一個具體實施例。可以許多不同的形式體現具體實施例，並且不應被解釋為限於本文中提出的具體實施例；反之，這些具體實施例的提供使得本揭露可更為全面及完整，並且可將具體實施例的範圍完全傳達給本技術領域中具通常知識者。除此之外，可將本發明具體化為方法、系統、電腦可讀取媒體、設備或裝置。因此，本發明可採取完全硬體之具體實施例、完全軟體之具體實施例、或結合軟體及硬體的具體實施例的形式。因此，以下詳細描述不應理解為具限制性者。
參照圖1，微流體晶片或匣件10可包括複數微流體通道12（例如，12a及12b）及微流體閥100，微流體閥100設置在多個微流體通道12之間。微流體閥100可與複數微流體通道12進行流體連通，並且可設置成控制微流體通道12之間/之中(between/among)的流體流動。微流體晶片或匣件10可包括設置在不同位置的多個微流體閥100，以控制微流體通道12之間的流體流動。
參見圖2，微流體閥100可包括三層結構式壓敏膠帶(three-layer structure pressure sensitive tape)102，其包括背襯層104、黏合層106及襯墊層108。在一個具體實施例中，黏合層106夾置在背襯層104及襯墊層108之間。膠帶102可為可彎曲(bendable)及/或撓性(flexible)材料。背襯層104可對膠帶102提供機械支撐。黏合層106可配置成將膠帶102接合(bond)到微流體晶片或匣件10的表面上。襯墊層108可為可避免、減輕或防止黏合層106曝露的層體。在一些具體實施例中，襯墊層108只能覆蓋黏合層106的既定部分，使得當襯墊層 108被放置在微流體晶片或匣件10上時，襯墊層 108可覆蓋位於第一微流體通道 12a之一端的入口 16，但是不覆蓋位於第二微流體通道 12b之一端的出口 18。在一些具體實施例中，襯墊層108可僅覆蓋黏合層的既定部分，使得當襯墊層108放置在微流體晶片或匣件10上時，襯墊層108僅可覆蓋位於第一微流體通道12a之一端的入口16及位於第二微流體通道12b之一端的出口18。在一些具體實施例中，襯墊層108可僅覆蓋黏合層的既定部分，使得當襯墊層108放置在微流體晶片或匣件10上時，襯墊層108可僅覆蓋入口16及鄰近入口16的微流體晶片或匣件10之表面。一些具體實施例中，襯墊層108可僅覆蓋黏合層的既定部分，使得當襯墊層108放置在微流體晶片或匣件10上時，襯墊層108可僅覆蓋入口16、出口18、及鄰近入口16和出口18的微流體晶片或匣件10之表面。
黏合層106的底部可包括設置成黏附(adhere)或接合到微流體晶片或匣件10之表面的黏合劑材料。在一些具體實施例中，黏合劑材料可設置成黏附至黏合區域14處的微流體通道12周圍的表面。在又一些具體實施例中，黏合劑材料可設置成黏附在位於第一微流體通道12a之一端的入口16、及位於第二微流體通道12b之一端的出口18周圍的表面，其中第一微流體通道12a及第二微流體通道12b為彼此鄰近。
在一些具體實施例中，背襯層104由金屬箔製成，其可包括鋁箔、或聚合物，聚合物可包括聚丙烯（PP）、聚酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、高密度聚乙烯（HDPE）、聚氯乙烯（PVC）、乙烯基、聚乙烯（PE）、聚醯胺、尼龍、聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯醇（PVA）、聚氨酯（PU）或聚氟乙烯（PVF）。
在又一些具體實施例中，黏合層106由黏合劑材料製成，包括但不限於丙烯酸、矽酮及橡膠/乳膠。
在又一些具體實施例中，襯墊層108由聚合物製成，其可包括聚丙烯（PP）、聚酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、高密度聚乙烯（HDPE）、聚氯乙烯（PVC）、乙烯基、聚乙烯（PE）、聚醯胺、尼龍、聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯醇（PVA）、聚氨酯（PU）或聚氟乙烯（PVF）。
在一些具體實施例中，本發明之三層結構式壓敏膠帶(three-layer structure pressure sensitive tape)的背襯層104可包括小於約0.5mm的厚度。 然而其強度仍可足以對膠帶提供充分的機械支撐。背襯層104可具有理想的特性，包括但不限於物理撓性或順應性、防水性(waterproof)、耐化學性及耐溶劑性、耐高達約100°C的溫度及低吸濕性。在其它具體實施例中，耐溫性可在攝氏50至80度之間。 因此，背襯層可為耐用及穩定的，並且可適合長期及連續使用。
在一些具體實施例中，本發明之三層結構式壓敏膠帶的襯墊層108可為小於約0.2毫米的厚度。襯墊層108可具有理想的特性，包括但不限於堅固但仍具物理撓性或順應性(conformable)、防水性、耐化學性及耐溶劑性、耐溫至約100°C、低吸濕性及易於切割成各種尺寸。在其它具體實施例中，耐溫性可在攝氏50至80度之間。襯墊層108也可為非黏附(non-sticky)至匣件材料，並且可附著至黏合層上。
在一些具體實施例中，本發明之三層結構式壓敏膠帶的黏合層106可表現出對匣件材料的強接合強度，並且能夠在高達100°C下保持其黏合強度，從而即使在高溫下也能在微流體值及匣件之間提供良好的黏合。在其它具體實施例中，耐溫性(temperature resistance)可在攝氏50至80度之間。
參見圖3，微流體閥之製造方法200包括剪裁步驟202、剝離步驟204及黏附步驟206。參見圖4，剪裁步驟202可包括以預定尺寸及形狀剪裁膠帶102，以滿足預定要求。在一些示例中，尺寸可大於彼此鄰近設置的兩個微流體通道12的橫截面積。在一些示例中，形狀可為圓形、矩形、三角形或任何其它形狀。
在剝離步驟204中，可保留襯墊層108的預定部分，並且可從自剪裁步驟202所獲得之膠帶102中移除非保留部分。參見圖5，在移除襯墊層108後，可曝露黏合層106，其可黏附在微流體晶片或匣件10的表面上。在一些具體實施例中，保留部分的尺寸及形狀可大於入口16的橫截面積，但不可覆蓋設置在入口16附近的出口18。在又一些具體實施例中，保留部分的大小及形狀可覆蓋入口16及出口18兩者。在一些具體實施例中，未移除的襯墊層108可為任何形狀，例如圓形、矩形、三角形或任何其它形狀。
在黏附步驟206中，參見圖6，來自剝離步驟204的膠帶102可在入口16及出口18周圍的黏合區域14處黏附至微流體晶片或匣件10的表面。
現請參考本發明之微流體閥100的操作。圖7可繪示出微流體閥100處於關閉位置。微流體閥100還可包括致動器110。致動器110設置成朝向或遠離入口16及出口18移動。在一些具體實施例中，致動器110可垂直地、對角線性地或水平地移動。在一些具體實施例中，可藉由任何機械結構移動或控制致動器110，以使其朝向或遠離出入口16及出口18移動。在又一些具體實施例中，致動器110可僅通過彈力或重力朝向入口16移動，並且當在入口16處可達到預定的壓力時遠離入口16移動。
參見圖8所示，微流體閥100處於開啟位置。在此開啟位置，致動器110可移動遠離入口16，使得鄰近入口16及出口18的膠帶102之預定部分可因流體流動至入口16時在入口16處形成的壓力而被推動遠離入口16及出口18。可在這部分形成袋體，使得入口16可與出口18進行流體連通。微流體通道12a及微流體通道12b可通過第一微流體通道12a及第二微流體通道12b與膠帶102之間的袋體容積進行流體連通。因此，流體可自由地從微流體通道12a流動至微流體通道12b。
在一些具體實施例中，微流體閥100可不包括致動器110。
參見圖9，可將複數膠帶102放置在微流體晶片或匣件10的表面上。藉此，可將複數微流體閥100輕易地安裝在多個入口16及出口18上。
上述描述是說明性的而不具有限制性。實施例的許多變化對於本技術領域中具通常知識者在審視本揭露內容時可能變得顯而易見。因此，本揭露之範圍不應參照上述描述來確定，而應參照所附申請專利範圍及其全部或均等範圍來確定。
微流體系統可使用於各種應用，包括但不限於生物、化學、氣相反應或其診斷測定及方法。
來自任何實施例的一個或多個特徵可與任何其它具體實施例的一個或多個特徵組合而不脫離眾具體實施例範圍。 “一(a)”、“一(an)”或“該(the)”之記載旨在表示“一個(種)或多個(種)”，除非有相反之特別指示。“及/或(and/or)” 之記載旨在表示該術語最具包容性的含義，除非有相反之特別指示。
雖然本揭露可以許多不同的形式體現，但這些圖式及討論内容之提出應理解為本揭露是一個或多個發明的原理的示例，並且不旨在將任一個具體實施例限制在所示的實施例中。
因此，在本揭露在其更廣泛態樣中並不限於上文所述的具體細節、代表性系統及方法、以及說明性示例。在不偏離本揭露的範圍或精神的情況下，可以對上述說明作各種修飾及變化，而且本揭露意在涵蓋這些修飾及變化的全部，只要這些修飾及變化屬於下述請求項及其均等的範圍。
10:微流體晶片或匣件 12a:第一微流體通道 12b:第二微流體通道 14:黏合區域 16:入口 18:出口 100:微流體閥 102:膠帶 104:背襯層 106:黏合層 108:襯墊層 200:微流體閥之製造方法 202:剪裁步驟 204:剝離步驟 206:黏附步驟
本技術領域中具通常知識者可理解，圖式中的元件是為了簡化及明確而繪示的，因此並未顯示所有連接性及選項。例如，在商業上可行的具體實施例中有用或必要的常見但易於理解的元件通常不加以描繪，以促成對本揭露的這些各種具體實施例的較少受阻的視圖。可進一步理解本文可能按特定的發生順序描述或描繪某些動作及/或步驟，惟本技術領域中具通常知識者可理解這種關於順序的特殊性實際上並不是必需的。還可理解，本文使用的術語及表達可相對於其相應的各自之調查及研究領域進行定義，除非本文另有規定其特定意義。
圖1為根據本發明一個具體實施例的微流體晶片或匣件上的微流體閥的示例的示意圖。
圖2為沿圖1的A-A'線作成的截面圖，示出根據本發明之一個具體實施例的微流體晶片或匣件上的微流體閥中的一者。
圖3為根據本發明之一個具體實施例的微流體閥的製程流程圖。
圖4為根據本發明之一個具體實施例的剝離步驟前之閥件之壓敏黏合膠帶(pressure sensitive adhesive tape)的剖面圖。
圖5為根據本發明之一個具體實施例的剝離步驟後的閥件之壓敏黏合膠帶的剖面圖。
圖6為根據本發明之一個具體實施例的組裝步驟後之微流體閥的剖面圖。
圖7為根據本發明之一個具體實施例的微流體閥在關閉位置的剖面圖。
圖8為根據本發明之一個具體實施例的微流體閥在開啟位置的剖面圖。
圖9為根據本發明之另一個具體實施例的微流體晶片或匣件上的微流體閥的示例的示意圖。
無
10:微流體晶片或匣件
12a:第一微流體通道
12b:第二微流體通道
100:微流體閥

Claims (7)

  1. 一種微流體閥，包括： 黏合膠帶，包括： 背襯層； 黏合層；以及 襯墊層；其中該黏合層夾置在該背襯層及該襯墊層之間，且該黏合膠帶藉由表面接合而成為接合材料； 出口，設置在第一微流體通道之一端；以及 入口，設置在第二微流體通道之一端， 其中該入口及該出口彼此鄰近設置， 其中該黏合膠帶覆蓋該出口及該入口兩者。
  2. 根據請求項1所述的微流體閥，其中該襯墊層覆蓋該黏合層的既定部分，使得該襯墊層覆蓋位於該第一微流體通道之一端的該入口，但不覆蓋位於該第二微流體通道之一端的該出口。
  3. 根據請求項1所述的微流體閥，其中該襯墊層覆蓋該黏合層的預定部分，使得該襯墊層僅覆蓋位於該第一微流體通道之一端的該入口、位於該第二微流體通道之一端的該出口、以及鄰近該入口及該出口的表面。
  4. 一種方法，包括如下步驟： 提供覆蓋設置在第一微流體通道之一端的入口及設置在第二微流體通道之一端的出口的黏合膠帶； 將流體引導至在該第一微流體通道之另一端； 在該入口處形成流體壓力； 推動該黏合膠帶的預定部分遠離該入口及該出口，從而形成袋體，使得該入口與該出口進行流體連通；以及 引導該流體通過該袋體從該入口流動至該出口。
  5. 根據請求項4所述的方法，其中僅將該黏合膠帶的該預定部分推動遠離該入口及該出口，並且該預定部分鄰近該入口及該出口。
  6. 根據請求項4所述的方法，還包括藉由在該預定部分向該微流體通道施加壓力來斷開該入口及該出口之間進行的流體連通的步驟。
  7. 根據請求項6所述的方法，還包括在該推動步驟之前在該預定部分降低壓力的步驟。
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