用于样品分离装置的平板型结构的集成流体连接的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可流体耦合的流体部件，尤其涉及高效液相色谱应用中的流体部件。
【背景技术】
[0002]在液相色谱法中，流体样品(流动相)可被栗入经过导管以及包含能够使流体分析物的不同组分分离的材料(固定相)的柱。这种材料，即所谓的颗粒，其)可填充到通过导管与其它元件(例如，采样单元、流动池、包含样品和/或缓冲液的容器)连接的柱管中。
[0003]流动相的流路通常包括一起连接的多个独立部件，这些独立部件还可以由独立的子部件组成。由于多数HPLC应用采用高压，因此需要对流路中以及沿流路的部件进行压力密封。密封也应该提供小的死体积和低的残留。
[0004]所谓的接头是能够在毛细管和其它的流体导管(例如，另一个毛细管或基质内的通道或类似物)之间提供密封连接的流体部件。
[0005]US 6，494，500公开了一种用于要求在接头与连接器之间的液密且无泄漏密封的高压液相色谱(HPLC)柱的通用自调整液体连接器。该设备在HPLC端接头的端部和端盖(end cap)之间提供液密密封，从而消除了连接区域内任何潜在的死体积。该设备包括主体、固定套圈、可替换套圈、设置在主体内的阀杆和滑动地安装在延伸穿过连接器的毛细管上的偏置弹簧。弹簧将连接器的毛细管偏置到HPLC端接头中，自调整并保持足以保证液密密封的压力，而无论匹配的HPLC柱的HPLC管限位器或套圈限位器的深度如何。
[0006]但是，随着操作压力值的进一步增加，对于流体测量装置的流体部件的密封性能和机械稳定性的需求也随之增加。同时，用户需要快速样品操作的这样的接头。随着具有集成流体通道的平板型结构的出现，连接技术面临新的挑战。
[0007]US 5，988，703公开了一种流体连接器系统，该系统用于将具有流体支承能力的导管连接到平板型歧管部件中的具有流体支承能力的通道，从而在导管和通道之间提供基本无泄露的流体连通。流体连接器系统的实施例对于将导管连接到位于样品分析系统中的平板型歧管是有效的。导管位于流体处理功能装置内并与位于流体处理功能装置上的端口表面区域内的装置口连通。焊接突起部位于端口表面区域内，并且包围第一端口。通道位于平板型部件的接收器端口内并与歧管端口连通。平板型部件外部的端口表面区域围绕歧管端口。端口表面区域是互补的，它们被叠加以共同定位设备端口和歧管端口。前缘可以以限定接触线的形式接触平板型歧管上的端口表面区域。焊接突起部以及加强(underline)接触线的材料两者都是由电阻材料形成，该电阻材料适于经由由于短暂施加电流所引起的电阻加热而融化并且随后熔合。因此，一旦施加足以在焊接突起部处引起电阻加热的电流脉冲，焊接突起部和突显接触线的材料被加热并混合，从而熔合在一起。焊接突起部和接触线一旦冷却就被合并并且因此几乎不能被分开，从而将端口表面区域固定在一起，使得气密密封施加在叠加设备端口和歧管端口的接合处。
[0008]US 2010/239462公开了一种包括安装件和至少一个微流体装置的部件，该微流体装置包括至少一个材料层和至少一个第一流体端口，该第一流体端口至少部分位于材料层的端表面，并且该安装件包括至少一个流体部件，其中，借助于此目的所提供的第一耦合器件将安装件耦合到微流体装置，使得流体部件连接到第一流体端口。
[0009]然而，具有一体式流体通道的平板型结构与外部环境连接仍然是困难的。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是为具有平板型流体结构的流体装置提供高效密封的流体部件。该目的由独立权利要求解决。其它的实施例通过从属权利要求示出。
[0011]根据本发明的示例性实施例，提供了一种流体装置，该流体装置包括平板型结构和凹形配件，该平板型结构由多个叠合层构成并且容纳一个或多个流体通道，该流体通道延伸至该平板型结构的表面，该凹形配件被构造为液密地容纳具有流体导管的凸形配件，其中，该凹形配件连接到或者能够连接到该平板型结构，使得当该凸形配件容纳在该凹形配件中时，该流体导管与该流体通道液密地流体连通，其中，在该平板型结构的露出该叠合层的侧表面处，该流体通道暴露给该凹形配件。
[0012]根据又一个示例性实施例，提供了一种用于分离流动相中的样品流体的组分的样品分离系统，特别是一种色谱分离系统，其中，该样品分离系统包括具有上述提及的特征的一个或多个流体装置；分离单元，优选为色谱柱，其被构造为分离该流体样品中的该样品流体的组分；以及流体供应系统，其被构造为将该样品流体和该流动相驱动到该分离单元。
[0013]根据又一个示例性实施例，提供了一种制造流体装置的方法，其中，该方法包括:彼此叠合多个层，其中，该多个层中的至少一者被图案化，从而形成容纳流体通道的平板型结构，该流体通道延伸至该平板型结构的表面；连接凹形配件与该平板型结构，该凹形配件被构造为液密地容纳具有流体导管的凸形配件，使得当该凸形配件容纳在该凹形配件中时，该流体导管与该流体通道液密地流体连通；其中，该流体通道在该平板型结构的露出该叠合层的侧表面处连接到该凹形配件。
[0014]在本发明的上下文中，术语“流体”可特别表示液体或气体，其中，可选地固体颗粒也可以是流体的一部分。
[0015]根据本发明的示例性实施例，提供了一种用于耦合平板型结构的一体连接技术。更具体地，将平板型结构(诸如扁平微流体芯片等)连接到接头的凹件以形成广泛可用的流体连接装置。通过采用该措施，并且具体通过在微流体芯片的侧表面处而不是在主表面处提供流体连接，所提供的流体装置允许用于基本无死体积的连接，该连接能够忍受等于或者大于几百或甚至几千巴的高压。因此，可以提供紧凑的、由很少量部件组成的并且因此用户易于操作的流体连接系统。通过将凹形配件直接连接到流体通道的端部，能够确保流体接口处的流体流向在平板型结构内以及在经过接口的凹件时基本平直，其中，该流体通道在层堆叠的条纹状侧表面处(即，在平板型结构的包括层的堆叠方向的表平面处)离开平板型结构。具有根据本发明实施例的构造，基本上任何期望的流体处理能力可以集成在用于经由接头直接流体连接到任何期望的流体构件的平板型结构中，从而为流体处理系统的设计提供较高的灵活性，同时满足紧凑性的需求。
[0016]以下，将会阐述流体装置、流体分离系统和方法的其它实施例。
[0017]在实施例中，凹形配件与平板型结构一体地固定。在该实施例中，以在不损坏流体装置的情况下平板型结构不能从凹形配件脱离的方式将凹形配件连接到平板结构。通过采用该措施，用户单独处理的工件(piece)数量非常少，同时允许用于在平板型结构和凹形配件之间进行安全液密连接。
[0018]在实施例中，叠合层的至少一部分被图案化，从而限定流体通道。叠合层例如通过粘结、结合、钎焊等彼此连接。这些层中的每一者可以是平面层，使得平面层堆叠在每一者的顶部，从而形成平板型结构。然而，在叠合之前，层中的每一者能够通过本领域技术人员已知的那些处理方法(诸如，蚀刻、光刻等)被图案化。叠加多个这样的图案化叠合层允许在平板型结构中限定流体通道，甚至限定流体地互连的相邻层。因此，流体通道能够形成为较小的尺寸，并且甚至能够构成复杂的、分叉的流体网络。此外，用于对流经该流体网络的流体进行流体处理的处理元件(下文将详细描述)能够容纳在图案化空腔中。
[0019]在实施例中，流体装置包括流体处理单元，流体处理单元位于平板型结构内并且被构造用于处理流经流体通道的流体。例如，流体处理单元可以包括流体样品分离材料、色谱分离柱、热交换器、流体阀、压力传感器、流速传感器、流体混合器、聚合酶链反应单元、检测器、流体开关、分叉流体网络、流体合路器、和流体分路器等。包括流体样品分离材料(诸如色谱珠等)的流体处理单元允许执行流体样品分离。集成在平板型结构中的色谱柱可以是在流体通道中样品地粉末填充的微柱或多孔体。热交换器能够加热流体样品或者冷却流体样品。流体阀集成在平板型结构中还允许在期望的流体流路之间进行切换，从而启动或关闭该流路中的一者。压力传感器或流动传感器集成在平板型结构中允许获得有关表示流经流体通道的流体的流速或压力值的信息，从而允许相应的调控系统。流体混合器例如可以为T形件，在该处两种输入流体被混合并且经由流体输出通道输出该混合物。还可以提供必需的生物、化学和/或物理部件来执行PCR。任何类型的检测器还可以集成在流体处理单元中。例如，用于区分流体样品中不同类型的流体或级分的荧光检测器可以集成在平板型结构中。流体切换可以允许在不同的流路之间切换，以便例如提供预定的不同流体或者沿着预定的或可选的路径引导流体。此外，包括具有多于两条通道的一个或多个部分的复杂分叉流体网络可以在一个流体节点结合。流体分路器可以将输入的流体分流到两个或多个目标流路中。
[0020]在实施例中，凹形配件与平板型结构连接使得当凸形配件被凹形配件容纳时，流体导管和流体通道沿着共同的流体流向对齐。换句话说，流经平板型结构的流体导管并且从流体导管流经凹形配件的流体通道的流体不得不改变它的流向。流体通道能够至少在流体导管和流体通道之间的流体连接处沿共同的直线对齐。因此，很难在流体接口处干扰流体流动。能够防止不期望的紊流效应。
[0021]在实施例中，叠合层的至少一部分为相结合的金属层。叠合平板型结构的片材的金属材料例如可以为不锈钢、钛等。通过由金属片形成平面结构，不仅可以获得现代生物化学应用(诸如，液相色谱法等)所需的高压鲁棒性(robustness)，而且在平板型结构的侧面处暴露的金属材料特别适于被一体地连接到凹形配件，在许多情况下，凹形配件也由金属材料制成。例如，鉴于平板型结构和凹形配件两者的金属特性，它们可以通过金属与金属的连接而连接。
[0022]在另一个实施例中，叠合层的至少一部分由塑料材料和/或陶瓷材料制成。因此，与前述实施例相反，叠合层中的一些或全部还可以来自塑料材料或陶瓷材料。可以是材料的各种混合物，例如，塑料与金属或者陶瓷与金属。例如，塑料层的生物相容性可以优于某些金属材料的生物相容性。
[0023]在一些实施例中，流体装置包括使凹形配件与平板型结构固定连接的连接结构，特别是环形连接结构。如果该连接结构呈环状(即形成为封闭的环)，通过这样的物理连接结构就可以实现圆周液密密封效果。
[0024]在实施例中，连接结构被布置成在凹形配件和平板型结构之间提供直接的物理连接，而无需在它们之间布置任何其它的中间部件。因此，在该机械流体接口处的死体积能够保持非常小。如果焊缝直