微流体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及微流体装置(microfluidic device)以及制造并检查这种装置的方法。
【背景技术】
[0002]本文中所提供的“【背景技术】”描述以对本公开的背景作一般性说明为目的。就其描述程度而言，描述在【背景技术】部分的、目前署名的发明人的工作以及申请时未另限定为现有技术资格的说明的方面，既没有明确地也没有隐含地承认作为与本发明的相对的现有技术。
[0003]微流体电路通常由结合在一起并且被布置在载体中的两个基板制造成平面结构。载体有时被称为盒子(caddy)。在聚合物基板的情况下，热结合和溶剂蒸汽结合为示例结合方法。尤其是，热结合具有用于生物应用的优势，该优势在于例如与粘合结合相比没有污染物。诸如通道和混合腔的微流体电路元件通过一个或两个基板的表层结构形成在基板之间的界面上。
[0004]热结合和溶剂蒸汽结合依赖于:首先，对将要结合的一个或两个聚合物表面进行软化，然后将两个表面按压在一起以引起一定程度的变形。虽然形成良好的结合需要大量的变形，但是过量的变形将对形成装置的微流体通道及其他微流体部件的精密的表面结构具有负面影响。另一方面，如果变形不充分，则结合在物理上可能不牢固并且潜在地发生泄漏。因此，需要以足够但是不过大的变形方式进行结合。
[0005]可以通过测量完成的装置结构中的通道深度来测量由结合所引起的垂直压缩的量，因为在结合之前的通道深度是已知的。因此，结合之前的通道深度与结合后的通道深度之间的差异测量出的结合所诱发的压缩。测量通道深度的已知的破坏性方法是切割通道处的结合部分并且利用光学显微镜或者扫描电子显微镜(SEM)来测量通道的该部分的深度。存在可用的诸如X线断层摄影术(X-Ray tomography)或者光学方法的非破坏性方法，但是这种装备昂贵并且在某些情况下不是特别精确。
【发明内容】
[0006]根据本公开内容的第一方面，提供了一种微流体装置，包括:由第一聚合物材料(polymer material，高分子材料)制成的第一基板和由第二聚合物材料制成的第二基板，第一基板和第二基板具有相应的结合面，至少一个结合面具有通道形成物(channelformat1n)，使得当所述结合面通过表面变形而彼此结合时，所结合的第一基板和第二基板与通道形成物形成包括多个微流体通道(microfluidic channel)的微流体通道网络的至少一部分，其中，与限定微流体通道网络的通道形成物分离的一个或多个指示凹坑形成在至少一个所述结合面中，使得通过结合处理所引起的表面变形引起一个或多个指示凹坑(indicator pit)的构造的变化。
[0007]本公开内容还提供了一种测量仪器，包括:如以上所定义的微流体装置；处理器，被配置为检测来自所述微流体装置的流体测量结果；以及检测器，被配置为将一个或多个指示凹坑的变形与一个或多个指示凹坑结合前的构造进行比较，以在微流体装置的制造过程中检测结合期间发生的压缩的量；处理器被配置为根据通过检测器检测出的压缩的量在检测来自微流体装置的流体测量结果时调整一个或多个参数。
[0008]本公开内容还提供制造微流体装置的方法，方法包括:设置由相应的第一聚合物材料和第二聚合物材料制成的第一基板和第二基板，第一基板和第二基板具有相应的结合面，至少一个结合面具有通道形成物，使得当结合面通过表面变形而彼此结合时，所结合的第一基板和第二基板与通道形成物形成包括多个微流体通道的微流体通道网络的至少一部分，其中，与限定微流体通道网络的通道形成物分离的一个或多个指示凹坑形成在至少一个结合面中；在准备彼此结合时使至少一个结合面软化；并且通过压缩第一基板和第二基板的结合面进行结合，压缩引起该一个或多个指示凹坑的构造的变化。
[0009]通过所附权利要求限定了另外的相应的方面及特征。
【附图说明】
[0010]当结合附图考虑时，通过参照以下示例性实施方式的详细描述，本公开内容的更全面的认识及容易获得的本发明所伴随的优点将会变得更容易理解，在附图中:
[0011]图1是根据本公开内容的实施方式的微流体装置在结合之前的一部分的示意性截面图；
[0012]图2A、图2B和图2C是在分别利用较少量和较大量的压缩结合之前和结合之后的5级指示凹坑的平面示意图；
[0013]图3示意性地示出了可替代的指示凹坑形状；
[0014]图4是示例性微流体装置的一部分的示意性截面图；
[0015]图5A是整个示例性微流体装置的平面示意图；
[0016]图5B是微流体装置的示意性截面图；
[0017]图6示意性地示出基板制造过程的主要步骤；并且
[0018]图7A至图7B、图8A至图8B、图9A至图9B、图1OA至图10B、图1lA至图1lB示意性地示出指示凹坑的替代的截面形成物；
[0019]图12示意性地示出测试仪器；
[0020]图13示意性地示出使用指示凹坑作为垂直对准标记；
[0021]图14示意性地示出互补的内啮合形成物的使用；
[0022]图15是制造方法的示意流程图；并且
[0023]图16是检查方法的示意流程图。
【具体实施方式】
[0024]现在参考附图，贯穿几个视图，其中相同参考标号指代相同或对应的部分，图1是根据本公开内容的实施方式的微流体装置的一部分的示意性截面图。所示出的装置部分具有两个平坦的基板层。基板层102在所示出的部分上是平坦的并且是非结构化的(unstructured)(也就是说，基板层102的与另一个基板层接触的表面在所示出的部分上整体上是平坦的)，然而，基板层104具有平坦的且还是结构化的上表面(也就是说，层基本上是平坦的，但是具有一些印在其上作为表面凹陷的结构或者部件)。基板层102具有顶面21和底面23。基板层104具有顶面41和底面43。应注意，这里使用术语“顶”、“底”仅提供对包括图1的多个示图进行清晰的参考。技术人员将理解的是，它们并不暗示或者要求所装配的装置在制造或者使用时的任何特定的方位。
[0025]第一基板层和第二基板层由相应的第一聚合材料和第二聚合材料制成。虽然在本公开内容的实施方式中两种材料是相同的“类别(class)”，诸如(下面限定的)C0P，但第一聚合材料和第二聚合材料可以是相同或者不同的。在本公开内容的实施方式中，两种材料是相同的。
[0026]用于基板层的合适的原料聚合物(base polymer，基体聚合物)包括:聚苯乙稀(PS)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯聚合物(COP)、聚碳酸酯共聚物(COC)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、聚酰胺(尼龙)、聚碳酸酯(PC)及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。特定示例的塑料化合物如下。PS:BASF ‘158K’，其是一种适用于注塑成型的高热、光洁(clear)的材料；COP:Zeon化学公司‘Zeonor 1060R’，其是一种适用于注塑成型的透明的低吸水性材料；PMMA:AsahiKasei ‘Delpet 70NH’，其是透明的并且适用于注塑成型；以及HM671T’PC拜耳材料科技公司‘Makrolon 2458’，其是适用于注塑成型的医学级、光洁的材料。
[0027]在基板层104的上表面41中的结构包括多个微流体通道14，该多个微流体通道被示出为从示图的平面延伸出来，故图示以截面图的形式示出了它们；以及被布置为邻近于通道但是与通道流体隔离的数个多级指示凹坑11。可以看出，指示凹坑被阶梯形地形成多个级，在图中示出五个这种级的示例组合，由平行于基板表面布置的相应的台顶(plateau) 13形成各个级，该台顶在最小指示凹坑深度与最大指示凹坑深度之间的相应的深度上变化。应注意，在其他实施方式中，示出为多级指示凹坑的形成物可以被实施为楔形的指示凹坑，使得指示凹坑的深度在指示凹坑的宽度(如所示出的左至右方向)上平稳且连续地而不是以台阶进行改变，例如作为在指示凹坑的各个侧面的第一(最小指示凹坑)深度与不同的第二深度(最大指示凹坑深度)之间变化的直线函数。在其他实施方式中，可以使用深度轮廓线而不是直线函数。还应当理解的是，在多级指示凹坑中，在图1中示出为台顶的一种或多种部件反而可以具有在台顶部件的宽度上变化的深度，换言之，形成梯台的级，但是在其宽度上具有变化的深度。
[0028]在此，术语“凹坑(pit)”表示在基板的表面中形成的孔。孔可以具有阶梯的或变化的深度。在一些实施方式中凹坑是盲孔，也就是说它们不是贯通至基板的另一侧的孔。在其他实施方式中，凹坑可以形成为贯通孔，通过将基板粘合至孔的另一端来将该贯通孔制成盲孔。
[0029]还注意到，虽然图1的装置已被装配好，但图1中的示例指示凹坑示意性地被示出为具有五个级。这仅提供基本结构的初始说明。事实上，装配的装置的以其完成的形式可以保留很少的最初形成在基板104中的级。以下将论述在制造过程期间，这种级的数目减少的原因。所以现在在图1中示出的五个级应该被认为是示意性示出仅在装置的装配和结合之前的指示凹坑11的状态。
[0030]为了制造在图1中示出的装置，基板层102的下表面23被结合至基板层104的上表面41，使得在结合时它们形成包括微流体通道14的微流体通道网络的至少一部分。将理解的是，该网络可以延伸至层之间的另外的界面，如可以通过设置结合至第一基板层或者第二基板层的第三基板层、或者实际上的另外的基板层来设置界面。此外，垂直孔可以延伸通过基板层以提供垂直流体互接至外侧或者至装置内的更多的微流体部件。应注意，这里所使用的术语“垂直的”仅出于使该附图的描述清楚起见，并且如之前所论述的，技术人员将理解在制造或者使用期间并没有在装置的方位上布置或者暗示任何限制。
[0031]在适当地对接触面23、43中的一个或两个进行软化之后，通过将基板按压在一起来使它们结合在一起。在实施方式中，可以使具有少数的微流体形成物(或者根据设计而一个也没有)的表面软化，以避免变形或者微流体结构的表面糙度上的变化，但是可以使另一个表面(或者实际上的两个表面)软化。该处理可以是热结合，在这种情况下，通过加热来进行软化。可替代地，该处理可以是溶剂蒸汽结合，其中，通过将一个或两个表面暴露于溶剂蒸汽来引起软化。当然，溶剂蒸汽结合还可以与一定程度的加热相关联(例如，至低于材料的玻璃转变温度Tg的高温)。还可以使用其他软化技术来代替已经描述的技术或者已经描述的技术之外的其他软化技术。这些包括下列各项中的一个或多个:血浆活化、紫外线活化、流体溶剂活化。所有的这些技术可以被认为是用作相同的目的:至少