微流体芯片的制作方法_3

文档序号:9793829阅读:来源:国知局
体163限制边界或围绕,同时维持通道164A中的层流。然而,本领域普通技术人员应当知道,只要能够实现本发明的目的,进入到交叉点161中的主通道164可以具有任何的物理布置,例如矩形的或圆形形状的通道。
[0088]在一个示例性实施方式中,通道116、通道117中的至少一者设置在微流体芯片100的与通道164所设置的层不同的结构层中。例如,通道116可以设置在层103中,并且通道117可以设置在层101中(见图1),使得当鞘状或缓冲流体163在交叉点162处结合流体混合物120时,通道116、通道117与其它的通道164和通道114、通道115(在层102中)处于不同的平面。在一个实施方式中,主通道164设置在层102、层103之间(见图3);然而,本领域普通技术人员应当知道,通道114-117、通道164、通道123、通道124、通道140-142、通道125a、通道125b、通道126a、通道126b、通道127、通道128等等可以设置在任何层中或任何两层之间。另夕卜,尽管在如图中所示出的示例性实施方式中描述了通道114-117、通道164、通道123、通道124、通道140-142、通道125a、通道125b、通道126a、通道126b、通道127、通道128等等,但是本领域普通技术人员应当知道,通道在芯片100上的特定布置或布局可以是任何所期望的布置,只要它们实现本发明所描述的特征即可。
[0089]在一个实施方式中,通道116、通道117中的鞘状或缓冲流体经由层101-103中在交叉点162之上和之下大体上垂直的位置处切割的孔结合流体混合物。来自通道116、通道117的鞘状或缓冲流体以相对于通道164B垂直的方式压缩流体混合物120流,使得流体混合物120中的成分160被压缩或被压平,并且在所选择的方向或所期望的方向(见以下)上取向,同时仍然维持通道164B中的层流。
[0090]在一个实施方式,如图1至图2中所示,通道114、通道115和通道116、通道117描述为相对于样本输入106限定的中心点而彼此部分地同轴。因此,在一个实施方式中,通道114、通道115和通道116、通道117设置成大体上平行的布置,其中通道114、通道115和通道116、通道117到主通道164等距。然而,本领域普通技术人员应当认识到,只要实现本发明所期望的特征,所描述的配置可以不同。
[0091]另外,在一个实施方式中,通道114、通道115优选以45度或更小的角度结合同一平面中的交叉点161,而平行样本输入通道164A的通道116、通道117以大体上90度的角度结合来自不同层的交叉点162。然而,本领域普通技术人员应当领会的是,所描述的微流体芯片100的层或通道的配置、角度和结构布置可以不同,只要它们实现本发明所期望的特征即可。
[0092]在一个实施方式中,在交叉点162的下游,流体混合物120中的成分160流经通道164B而进入到质询腔室129中,在该质询腔室中质询成分160。
[0093]在一个实施方式中,由合适材料(例如不锈钢、黄铜、钛、镍合金、聚合物或其它具有所期望的弹性响应的合适的材料中的一者)制成的柔性膜片170、柔性膜片171(见图1)覆盖喷射腔室130、喷射腔室131。在一个实施方式中,致动器设置在通道164B和质询腔室129的至少一侧上(见图2A和图2B),以便使膜片170、膜片171机械移位,从而将鞘状或缓冲流体163从喷射腔室130、喷射腔室131中的一者喷射或推动在通道164B的那一侧上,以在通道164B的另一侧上将成分160从通道164C推动到输出通道140、输出通道142中的一者中。换句话说,致动器将鞘状或缓冲流体163从喷射腔室130喷射到通道164C中,并将通道164C的目标成分160推动到输出通道142中,以从流体混合物120分离目标成分。当仅一个类型的目标成分160被分离(例如,这可能仅仅需要两个输出通道141、输出通道142,而不是三个输出通道140-142(见图2B))时,该实施方式是有用的。
[0094]该致动器可以是压电型、磁性型、静电型、液压型或气动型的致动器。尽管在图1至图2中示出了盘状致动器组件(S卩109、110),但是本领域普通技术人员应当知道,可以使用执行所需功能的任何类型或形状的致动器。
[0095]在其它的实施方式中,致动器设置在通道164B的任一侧上(如图2A所示),但是在其它的实施方式中,不止一个(相对较小尺寸的)致动器可以设置在通道164B的一侧或多侧上,并经由喷射通道连接到通道164B(见图2C)。
[0096]以下将参照图2A进行描述致动器的功能,尽管本领域普通技术人员已知设置在芯片100上的一个位置处的任何类型的致动器是可接受的,只要它实现本发明的特征即可。
[0097]在一个实施方式中,为了激活膜片170、膜片171并将鞘状或缓冲流体163从腔室130、腔室131喷射到通道164B中,设置两个外部的、堆叠的压电致动器组件209、210(见图6和图7),这两个压电致动器组件209、210与膜片170、膜片171对准并致动膜片170、膜片171。外部的、堆叠的压电致动器组件209、压电致动器组件210设置在微流体芯片保持器200中。堆叠的压电致动器组件209、压电致动器组件210分别各自包括压电致动器219、压电致动器220,压电致动器组件209、压电致动器组件210具有高的共振频率,并且各自设置在膜片170、膜片171的中心的位置处并与膜片170、膜片171接触,以将鞘状或缓冲流体163从腔室130、腔室131挤压到通道164C中。
[0098]微流体芯片保持器200可以为本领域普通技术人员已知的任何类型,并被配置成精确地定位压电致动器219、压电致动器220,使得压电致动器219、压电致动器220可以维持与微流体芯片100的膜片170、膜片171持续接触。例如,在一个实施方式中,这是通过将压电致动器组件209、压电致动器组件210分别安装(或利用合适的环氧树脂粘接)在可锁定的调节螺钉201以及手拧螺钉202上,可锁定的调节螺钉201使压电致动器219、压电致动器220分别移动到抵靠膜片170、膜片171的位置中;手拧螺钉202的螺纹体用来使螺钉202抵靠膜片170、膜片171而移动,用于稳定性。附接到压电致动器219、压电致动器220的间隔件203允许在间隔件203与微流体芯片100的膜片170、膜片171之间形成可行的接触。调节螺钉201允许用户调节压电致动器209、压电致动器210相对微流体芯片100的位置,用于粗调和细调。手拧螺钉202可以被拧紧以将压电组件209、压电组件210固定到主芯片体100,或者,手拧螺钉202可以被松开以从主芯片体100拆卸压电致动器组件209、压电致动器组件210。
[0099]在一个实施方式中,至少一个压电致动器(209或210)安装在可以沿正交于微流体芯片100的膜片(170或171)的方向平移的板(未示出)上。调节螺钉201安装在保持器200上,并可以通过转动螺钉201来伸出和缩回。调节螺钉201的尖端抵靠该板。在伸出螺钉201时,以平移运动朝向膜片170、膜片171推动该板以及压电致动器209、压电致动器210,以便在压电致动器209、压电致动器210与膜片170、膜片171之间形成可行的接触。利用该方法,仅仅通过压电致动器209、压电致动器210的平移调节压电致动器209、压电致动器210的定位,而在先前的压电致动器209、压电致动器210直接安装在调节螺钉201的实施方式中,压电致动器209、压电致动器210的定位是压电致动器209、压电致动器210的平移和旋转的组合,在该过程中,可以引起对易碎的压电致动器209、压电致动器210的损坏。
[0100]在另一个实施方式中,在驱动堆叠的压电致动器组件209、压电致动器组件210之前,将电子线路连接到堆叠的压电致动器组件209、压电致动器组件210。当堆叠的压电致动器219、压电致动器220中的每一者与相应的膜片170、膜片171接触时,来自膜片170、膜片171的阻力在堆叠的压电致动器219、压电致动器220上引起应变,其产生了电信号。因此,电子线路能够将电信号放大到预定值,以触发LED(light emitting d1de,发光二极管)。当堆叠的压电致动器219、压电致动器220与膜片170、膜片171接触时,LED自动开启,这指示在堆叠的压电致动器219、压电致动器220与膜片170、膜片171之间形成了接触。该接触感测允许对致动器219、致动器220而言足够的力,以压缩腔室130、腔室131,从而将流体163喷射到通道164B中。
[0101]对于本领域普通技术人员将清楚的是,LED为接触指示器的一个示例。例如,一旦形成接触,且电信号超过了设定的阈值,则向用户生成反馈,该反馈可以是以下的任何形式:光(S卩LED)、声(即蜂鸣器)、触觉(即振动器)或其任意组合。因此,用户可以停止调节该接触并维持该接触。当然,在一个实施方式中,上面描述的过程可以是自动的。
[0102]在替选的实施方式中,代替至少一个外部的、堆叠的压电致动器组件,压电材料的薄膜(对于本领域普通技术人员是众所周知的)直接设置在至少一个膜片170、膜片171的顶表面上,以形成至少一个压电致动器组件109、110(见图2A和图4),来使相应的膜片170、膜片171移位(弯曲)并分别将相应的喷射腔室130、喷射腔室131中的流体驱动到通道164C中。压电材料通过粘接机构与先前所描述的柔性膜片170、柔性膜片171永久结合。因此,在这一实施方式中,当在压电致动器组件109、压电致动器组件110的电极的两端施加电压时,整个的膜片170、膜片171弯曲到腔室130、腔室131中并将腔室130、腔室131中的流体163挤压到通道164C中,以使目标或所选择的成分160偏转到侧输出通道140、侧输出通道142中。
[0103]如上所述,关于外部堆叠的压电致动器组件209、压电致动器组件210或压电致动器组件109、压电致动器组件110,在一个实施方式中,如图2B中所示,可以仅要求一个压电致动器组件来将鞘状或缓冲流体163从喷射腔室130喷射到通道164C中,并将通道164C中的目标成分160推动到输出通道142中,以从流体混合物120分离目标成分。
[0104]在一个实施方式中,例如在腔室130、腔室131充满鞘状或缓冲流体163之后,压电致动器组件109、压电致动器组件110分别用来在层103处(但是本领域普通技术人员应当知道可以在任何结构层中)密封喷射腔室130、喷射腔室131,以使微流体芯片100不受流体泄漏的影响。
[0105]因此,相较于由能够以非常高的流速工作的外部堆叠压电致动器组件209、压电致动器组件210所施加的大位移和强作用力,压电致动器组件109、压电致动器组件110满足了在考虑膜片170、膜片171的相对小的弯曲位移情况下的低流速要求和作用在膜片170、膜片171上的小作用力的要求。然而,本领域普通技术人员应当知道,基于不同的操作速度和流速要求,可以独立地选择用在微流体芯片100中的致动器组件109、致动器组件110、致动器组件209、致动器组件210。
[0106]在一个实施方式中,设置在膜片170、膜片171的顶部的压电薄膜作为应变传感器工作,从而在通过电信号触发外部堆叠的压电致动器组件209、压电致动器组件210以使相应的膜片170、膜片171移位时,确定外部堆叠的压电致动器组件209、压电致动器组件210生成多少应变或位移。压电薄膜的直径和厚度取决于外部堆叠的压电致动器219、压电致动器220的横截面和在膜片170、膜片171上所生成的作用力。压电薄膜和膜片170、膜片171可以不同于上文在替选的实施方式中所讨论的对应部件。
[0107]现在描述喷射腔室130、喷射腔室131的填充。在一个实施方式中,设置空气通风口121、空气通风口 122,以在腔室130、腔室131填充鞘状或缓冲流体163(迫使空气通过空气通风口 121、空气通风口 122排出)的制造之后,并在利用腔室130、腔室131中的鞘状或缓冲流体163密封腔室130、腔室131之前,分别从喷射腔室130、喷射腔室131去除空气(见图2A)。可替选地,在另一个实施方式中,如果空气通风口 121、空气通风口 122保持开启,则可以引导鞘状或缓冲流体163穿过通风口 121、通风口 122进入到腔室130、腔室131中,假设这在制造的过程中并未进行。设置在喷射腔室130、腔室131中的鞘状或缓冲流体或其它流体163可以与通过通道114、通道115、通道116或通道117输入的鞘状或缓冲流体163相同或者不同。
[0108]在一个实施方式中,如果鞘状或缓冲流体163用来填充满喷射腔室130、喷射腔室131,则它们可以分别通过输入口 121、输入口 122输入并流经通道123、通道124,以经由通道125a和通道125b进入喷射腔室130,并经由
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