专利名称：微流体组件的制作方法
微流体组件优先权本申请要求对以下专利的优先权2010年2月23日提交的美国专利申请第12/710，924号，以及2009年11月30日提交的题为“Microf luidic Assembly (微流体组件)”的美国临时专利申请第61/265，186号。
背景技术：
本发明总地涉及微流体装置，具体来说，涉及构造成减小流过其中的流体反应剂压降的微流体装置
发明内容
微流体组件是包括微反应器的装置，微反应器也可被称之为微通道反应器。微反应器是这样的装置，其中，移动的或静止的试样被限制在该装置内并经受处理。在某些情形中，该处理包括化学反应的分析。在另一些情形中，该处理作为利用两个不同反应剂的制造过程一部分来执行。在还有另一些情形中，移动的或静止的试样被限制在微反应器内，而在试样和相关的热交换流体之间进行热交换。如此的过程也可在单一微反应器内组合。在任一种情形中，微反应器根据其通道的尺寸予以定义，通道通常在0. I至5mm的量级上，理想地为0. 5至2mm。微通道是这种限制的最典型的形式，且与间歇式反应器相比，微反应器通常是连续流动的反应器。微通道减小的内部尺寸在质量和传热率上提供了相当大的改进。此外，微反应器相对于传统规格的反应器提供了许多优点，包括能效、反应速度、反应产量、安全性、可靠性、可量测性等方面的很大改进。微流体组件也可被称之为微结构组件，微流体组件可包括多个不同的流体微结构，它们彼此流体地连通，并构造成在微反应器内执行不同的功能。例如，但不加以限制，初始的微结构可构造成混合两种反应剂。其后的微结构可构造成进行热交换、急冷、水解等，或对混合的反应剂简单地提供受控的驻留时间。各种不同的微结构必须经常地放置成彼此串联地或并联地流体连通。在许多情形中，用来将反应剂引导到网络内合适的微结构的相关部件可以是相当地复杂。此外，部件需要构造成在高温和高压下运行。微流体组件采用各种流体导管、配件、适配器、0形环、螺钉、夹具和其它类型的连接元件，来互连微反应器构造内的各种微结构。将微结构组装成微流体组件的方法可影响到压降、组件的复杂性、必须用来形成组装的反应器的那些部件的复杂性，以及在使用过程中零部件所要经受的应力。传统的微结构和连接器可设计成让反应剂流体的入口和出口的连接器相对于微结构处于相同的轴线上；然而，该对齐的结构需要偏离直的流体流动通道(例如，弯头、转向、弧形的微通道)，以便使出口端口与入口端口对齐。这些偏离是微结构中背压和压降变化的主要来源。根据本发明的一个实施例，提供一种微流体组件。微流体组件包括至少两个相邻的微结构和多个互连的流体导管，其中，每个微结构包括至少一个设置在微结构入口侧上的入口端口和至少一个设置在与微结构入口侧相对的微结构出口侧上的出口端口。入口端口形成入口流动路径，出口端口形成出口流动路径，且入口流动路径和出口流动路径不沿共同的轴线上对齐。相应的互连流体导管将一个微结构的出口端口连接到相邻微结构的入口端口。此外，每个微结构包括与入口端口和出口端口流体地连通的内部平面流动路径。微流体组件形成微结构组件的轴线，相邻微结构的对应入口端口沿着该轴线定向，或替代地，相邻微结构的对应出口端口沿着该轴线定向。此外，每个微结构相对于微流体组件轴线以非正交的角度定向。根据以下详细的描述并结合附图，将会更加完全地理解本发明实施例提供的这些特征和其它的特征。
当结合以下附图阅读时，可最好地理解以下本发明特殊实施例的详细描述，其中，相同的结构用相同的附图标记表示，附图中图I是根据本发明一个或多个实施例的微流体组件的俯视图；图2是根据本发明一个或多个实施例的微流体组件的分解立体图，其从入口侧显示该微流体组件；图3是根据本发明一个或多个实施例的微流体组件的分解立体图，其从出口侧显示该微流体组件；以及图4是根据本发明一个或多个实施例的微流体组件的另一俯视图。附图中阐述的实施例本质上是说明性的，并不意图限制由权利要求书限定的本发明。此外，根据详细描述，将会更加完全地明白和理解附图和权利要求书的各个特征。
具体实施例方式参照图1-4，微流体组件10包括至少两个相邻的微结构20，微结构20通过至少一个互连的流体导管50联接起来。如这里所采用的，微流体组件10意指多个联接的微结构20，且每个微结构20定义为包括多个尺寸在约0. I至5mm量级的微通道。尽管附图在微流体组件10中仅示出了 2或3个微结构20，但可以考虑任何数量的微结构20可用于微流体组件10中。如以下详细所示，相邻微结构20彼此平行地设置，但相对于微流体组件轴线M布置成斜的。这允许微结构的连接不要求各个微结构20的入口端口 32和出口端口 42对齐在同一轴线上，并由此具体降低了微结构20内的压降，并在总体上降低微流体组件10内的压降。每个微结构20包括至少一个设置在微结构20入口侧30上的入口端口 32和至少一个设置在微结构20出口侧40上的出口端口 42。微结构20出口侧40与入口侧30相对。如图1-3所示，入口端口 32形成入口流动路径I。类似地，如图1、3和4所示，出口端口 42形成出口流动路径O。如下文中详细描述的，入口流动路径I和出口流动路径0不沿同一轴线对齐，它们偏离一定距离X。图2和3显示入口端口 32和出口端口 42为孔洞，然而，其它的结构，例如向外的突出也可考虑用于入口端口 32和出口端口 42。如图1-3所示，互连的流体导管50可将一个微结构20的出口端口 42连接到相邻微结构20的入口端口 32。在一个实施例中，互连的流体导管50可以是直的。尽管可考虑各种部件，但互连的流体导管50可包括联接到入口端口 32的直的连接器54、联接到出口端口 42的直的连接器56以及设置在入口端口连接器54和出口端口连接器56之间的直管52。使用直的互连流体导管50避免了与较为复杂连接器(例如，带有角度或弯头的连接器)相关的成本，并使与这些复杂连接器相关的压降变得最小。此外，微流体组件10还包括固定装置(未示出)，以将互连的流体导管50联接到入口端口 32和出口端口 42。在一个实施例中，该固定装置包括夹具。将金属连接器固定到微结构的固定器或夹具对于每个入口或出口端口可以是独立的，以实现连接器54、56和相应端口 32、42更佳的对齐。每个微结构20包括内部平面流动路径，该流动路径由多个延伸在入口端口 32和出口端口 42之间的内部混合通道形成，并沿着微结构20的微结构偏移轴线A定向。该内部平面流动路径与入口端口 32和出口端口 42流体地连通。可以考虑混合通道可以是弧形的、直线的，或两者组合，视反应要求的驻留时间而定。为了降低微结构20的出口端口 42处的压降，每个微结构20的出口流动路径0可构造成从内部平面流动路径单向地延伸出。此外，为了降低微结构20的入口端口 32处的压力，每个微结构的入口流动路径I可以构造成单向地延伸到内部平面流动路径。此外，如图4所示，微流体组件10形成微流体组件轴线M，相邻微结构20的相应入口端口 32沿着该轴线M定向，或替代地，相邻微结构20的相应出口端口 42沿着该轴线M定向。微结构20内的内部平面流动路径相对于微流体组件轴线M以非正交的角度a定向，即，倾斜角度或锐角。参照图1-3，入口端口 32可设置在相对于出口侧40上的出口端口 42的位置更靠近入口侧30边缘的位置上。这就得出这样的结构，其中，微结构20设置成相对于微流体组件轴线M为锐角的非正交的角度。在一替代的实施例中，出口端口 42可设置在比入口侧30上的入口端口 32的位置更靠近出口侧40边缘的位置上。这就得出这样的结构，其中，微结构设置成相对于微流体组件轴线M为倾斜的非正交的角度。参照图4，非正交角度是从相对于微流体组件轴线M正交偏移角度偏移0。尽管这里对角度偏移考虑了各种定义，但角度偏移9 = tan-1 (X/ (L+T))，其中，X是沿着平行于微结构偏移轴线A的投影介于入口流动路径I和出口流动路径0之间的距离，L是一个微结构20的出口侧40和相邻微结构20的入口侧30之间的距离，而T是一个微结构20的入口侧30和出口侧40之间的距离。在一个或多个实施例中，角度偏移0可在约1°和约90°之间，或在约10°和约60°之间，或在约15°至45°之间。对于以上的角度偏移0的限定，微流体组件可限定一反应器高度H，其等于H= 2 (L+T)/COS0。正如本技术领域内技术人员所熟悉的，微结构20可包括各种合适的材料。例如，微结构可包括玻璃或玻璃陶瓷材料，例如含有二氧化硅(SiO2)和氧化硼(B2O3)的玻璃或玻璃陶瓷材料、娃石板、或它们的组合。一个合适的市售材料是康宁公司(CorningIncorporated)生产的Vycor 互连的流体导管50也可包括各种材料,例如，金属、聚合物、玻璃、陶瓷以及玻璃-陶瓷，或它们的组合。入口端口连接器54和出口端口连接器56也可包括金属、刚性聚合物材料、玻璃、陶瓷以及玻璃-陶瓷，或它们的组合。在一个示例性实施例中，入口端口连接器54和出口端口连接器56包括钢材。类似地，直管52包括金属、刚性聚合物材料、玻璃、陶瓷以及玻璃-陶瓷，或它们的组合。在一个实施例中，直管包括全氟烷氧基的塑性材料。在另一实施例中，直管包括抗化学品腐蚀的钢材。在还有另一实施例中，直管包括氧化招。 本发明所揭示的方法和/或装置通常可用来进行任何工艺，所述工艺包括在微型结构中对流体或流体混合物进行混合、分离、萃取、结晶、沉淀或其它的处理，所述流体混合物包括流体的多相混合物，并包括流体或包括还含有固体的流体的多相混合物的流体混合物。所述处理可以包括物理过程，化学反应，生物化学过程，或者任意其它形式的处理，化学反应被定义为导致有机物、无机物、或者有机物和无机物发生相互转化的过程。以下列出了可以通过所述方法和/或装置进行的反应的非限制性例子氧化、还原、置换、消除、加成、配体交换、金属交换、以及离子交换。更具体来说，以下列出了可以通过所揭示的方法和/或装置进行的反应的非限制性例子聚合、烷基化、脱烷基化、硝化；过氧化、磺化氧化、环氧化、氨氧化、氢化、脱氢、有机金属反应、贵金属化学/均相催化剂反应、羰基化、硫羰基化、烷氧基化、卤化、脱卤化氢、脱卤化、加氢甲酰化、羧化、脱羧、胺化、芳基化、肽偶联、醇醛缩合、环化缩合、脱氢环化、酯化、酰胺化、杂环合成、脱水、醇解、水解、氨解、醚化、酶合成、酮化、皂化、异构化、季铵化、甲酰化、相转移反应、甲硅烷化、腈合成、磷酸化、臭氧分解、叠氮化学反应、复分解、氢化硅烷化、偶联反应、以及酶反应。
为描述并限定本发明，应注意到的是在此使用的术语“大约”、“约”、“基本上”代表不确定度的固有程度，该不确定度可属于任何定量比较、数值、测量值或其它表述。还在此采用这些术语以表示数量表示可不同于规定参考值而不在此问题上导致本主题的基本功能改变的程度。此外，尽管术语“至少”是用来定义本发明的若干个部件，但不利用该术语的那些部件不局限于单一的元件。对于本书面文件中术语的任何意义或定义与参考文件中术语的任何意义或定义相悖的程度，则赋予本书面文件中术语的意义或定义应是主导的。已经详细地描述了所主张的发明并参照了本发明的具体实施例，应该明白到，还可以作出各种修改和变化，而不会脱离附后权利要求书所定义的范围。具体来说，尽管某些方面在文中被指定为较佳的或特别有利的，但应考虑到，本发明的权利要求书不一定局限于这些优选的方面。
权利要求
1.ー种微流体组件，该微流体组件包括至少两个相邻的微结构和多个互连的流体导管，其中 每个微结构包括至少ー个设置在微结构入口侧上的入口端口和至少ー个设置在与所述微结构入口侧相对的微结构出ロ侧上的出ロ端ロ ； 所述入口端ロ形成入口流动路径； 所述出ロ端ロ形成出ロ流动路径； 所述入口流动路径和所述出ロ流动路径不对齐在共同的轴线上； 相应的互连流体导管将一个微结构的出ロ端ロ连接到相邻微结构的入口端ロ； 每个微结构包括与所述入口端口和出ロ端ロ流体地连通的内部平面流动路径； 所述微流体组件形成微流体组件轴线，相邻微结构的对应入口端ロ沿着该轴线定向，或替代地，相邻微结构的对应出ロ端ロ沿着该轴线定向；以及 每个微结构相对于所述微流体组件轴线以非正交角度定向。
2.如权利要求I所述的微流体组件，其特征在于，非正交的角度定义为a，且从相对于微流体组件轴线M正交偏移角度偏移0，所述角度偏移0 ZtarT1 (X/ (L+T))，其中，X是沿着平行于微结构偏移轴线A的投影介于入口流动路径和出ロ流动路径之间的距离，L是一个微结构的出ロ侧和相邻微结构的入口侧之间的距离，而T是ー个微结构的入口侧和出ロ侧之间的距离。
3.如权利要求2所述的微流体组件，其特征在干，所述微流体组件限定反应器高度H，其等于 H = 2 (L+T)/cos0。
4.如权利要求2所述的微流体组件，其特征在于，所述角度偏移0在15°至45°之间。
5.如权利要求I所述的微流体组件，其特征在于，每个微结构的出ロ流动路径从所述内部平面流动路径单向地延伸。
6.如权利要求I所述的微流体组件，其特征在于，每个微结构的入口流动路径单向地延伸到所述内部平面流动路径。
7.如权利要求I所述的微流体组件，其特征在于，每个微结构包括多个延伸在入口端口和出口端ロ之间的混合通道，其中，多个混合通道形成所述内部平面流动路径。
8.如权利要求I所述的微流体组件，其特征在于，所述入口端ロ设置在相对于出口侧上的出口端ロ的位置更靠近入口侧的边缘的位置上。
9.如权利要求I所述的微流体组件，其特征在于，所述出ロ端ロ设置在相对于入口侧上的入口端ロ的位置更靠近出口侧的边缘的位置上。
10.如权利要求I所述的微流体组件，其特征在于，所述互连的流体导管是直的。
11.如权利要求10所述的微流体组件，其特征在于，直的导管包括从所述入口端ロ延イ申到所述出口端ロ的直管。
12.如权利要求10所述的微流体组件，其特征在于，还包括将互连的流体导管联接到入口端口和出口端ロ的固定装置。
13.如权利要求I所述的微流体组件，其特征在于，所述互连的流体导管包括联接到所述入口端ロ的直的连接器、联接到所述出ロ端ロ的直的连接器、以及设置在入口端ロ连接器和出口端ロ连接器之间的直管。
14.如权利要求13所述的微流体组件，其特征在于，所述入口端ロ连接器和所述出口端ロ连接器包括金属、钢、或它们的组合。
15.如权利要求13所述的微流体组件，其特征在于，所述直管包括刚性的聚合物材料。
16.如权利要求13所述的微流体组件，其特征在于，所述直管包括全氟烷氧基的塑性材料。
17.如权利要求13所述的微流体组件，其特征在于，直管包括金属。
18.如权利要求13所述的微流体组件，其特征在于，直管包括玻璃、陶瓷和玻璃-陶瓷中的ー个或多个。
19.如权利要求13所述的微流体组件，其特征在于，所述入口端口和所述出口端ロ包括孔洞或向外的突出。
全文摘要
微流体组件的实施例包括至少两个相邻的微结构和多个互连的流体导管，互连的流体导管将一个微结构的出口端口连接到相邻微结构的入口端口。每个微结构包括不对齐在共同的轴线上的入口流动路径和出口流动路径。此外，微流体组件形成微流体组件轴线，相邻微结构的对应入口端口沿着该轴线定向，或替代地，相邻微结构的对应出口端口沿着该轴线定向，每个微结构相对于微流体组件轴线以非正交的角度定向。
文档编号B01L3/00GK102630187SQ201080054033
公开日2012年8月8日 申请日期2010年11月22日 优先权日2009年11月30日
发明者M·S·弗莱斯科 申请人:康宁股份有限公司