专利名称：微流体装置中选择性的粘结性降低的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及层状复合材料和装置的制造。更具体地，本发明涉及选择性粘结两个表面的方法，该方法通过在粘结之前选择性改性或者涂覆至少ー个表面以降低或者防止在所选择区域的粘结。本发明的领域还延伸至聚合物复合材料和装置的制造，特别是用于在微流体应用中使用的那些。本发明还涉及在微流体装置中用于光学成像的结构、装置和制造方法，其在检测流动池内部使用多孔材料。
背景技术：
多项产业已经开始使用层状材料以利用由这样的复合结构所提供的增强的材料特性和功能。在某些实例中，由层状材料制备的装置可以通过堆叠并粘结多个已经分别被机械制造或者加工的层形成三维(3D)组件来简化制造エ艺。在微流体领域中，材料的成层对于密封该微结构是尤其重要的。在聚合物微流体的制备中，将很多制造方法限定为形成ニ维或者ニ维半的结构。这些方法中最常用的为电脑数字控制(CNC)的微碾磨、注射模塑或者热模压印，其仅可以产生非常有限的特征复杂性。三维复合部件的制备通常需要若干个分别机械制造的部件的组装。然而，这些通常为当组装微部件时具有校准难题的一系列制备エ艺，其导致具有相对低的生产能力以及相关的高生产成本的劳动密集型エ艺。近来另ー种制备聚合物微流体装置的方法为堆叠、校准并粘结多个薄的、已经被构造为薄膜的层。该成层的方法允许使用相对简单的ニ维制造技术(如模压、冲切以及激光加工)以及已有的粘结技术来制造三维复合材料或者装置。这样的三维设计方法特别适合于使用卷盘到卷盘エ艺的大体积制造，正如最近由Mehalso (Robert Mehalso, “TheMicrosystems road in the USA，，Mstnews,第 4/02 卷，6-8 页(2002))、Schuenemann 等人(Matthias Schuenemann, David Thomson, Micah Atkin, Sebastiaan Gars, AbdirahamYussuf, Matthew Solomon, Jason Hayes, Erol Harvey, “Packaging of DisposableChips for Bioanalytical Applications，，IEEE Electronic Components & TechnologyConference, Nevada, USA 2004)、以及 TO 2007/085043 所描述的。在聚合物微流体中，由于需要在形成良好密封性的同时保持微结构完整性，因此粘结表现为ー个特别难以解决的问题。可以将粘结技术主要划分为两种类型两个基材的整个表面被粘合在一起的面粘结，和表面上选择性区域被粘结在一起的选择性粘结。这两种技术都可以应用于微流体粘结。通常地，选择性粘结对于制造的实施是更为昂贵的技术，但是粘结密封性的空间控制可以更好，从而降低了干扰微结构的风险。粘合剂粘结通常是聚合物微流体中最常用的方法。所述方法需要另ー种材料作为连接剂将两个表面粘结在一起。典型的粘合剂包括腈基丙烯酸酯、硅树脂、环氧树脂以及丙烯酸基材料。在制造中，可以通过喷雾、缄锭、刮刀、辊容易地将固化粘合剂涂覆在整个表面上，或者作为片材或条带铺放。此外，寿命性能、毒性以及表面相互作用均为十分重要的考虑因素，特别是对于表面与体积的比值非常大的微流体装置。这些经常会导致将其中的粘合剂暴露于微流体通道的这些装置失败。因此在很多微流体应用中，选择匹配的粘合剂或者能够进行选择性粘合的控制是十分重要的。可以通过印刷技术将有限量的粘合剂选择性地沉积，如使用热熔粘合剂，或者利用图案化(patterned)的粘合剂片材或者条带。然而，由于合适的粘合剂和沉积技术的选择适用性，在成批制造装配(setting)中选择性地沉积粘合剂可能是困难的。众多问题中的ー些包括粘合剂粘性的需求、在粘合之前的粘合剂寿命、沉积的速度以及沉积的控制。扩散法也常常应用于聚合物微流体中，因为其不需要添加任何可能会负面影响装·置性能的化学物质。美国专利US 5，882，465描述了这样的方法，其在真空压カ下进行粘结从而减少气泡形成的机会。这种常用的基于间歇式的技术包括将基材的表面置于一起的同时施用压カ和温度，并使分子链随着时间从各自材料慢慢地扩散到彼此之中。通常地，其需要分子链具有足够的移动性的相似材料。尽管可以将多个层很快地粘结在一起，但是仍需要注意无效的(void)弱化粘结层以及所施加的压カ使结构变形。从制造的角度出发，该エ艺需要相当长的加工时间，其限制了生产能力。通过如等离子体、电晕放电或者UV辅助粘结技术进行的表面改性已在文献中有所描述，并且其包括改变表面化学基团来改善粘结性。通常地，通过这些技术中的一种将聚合物暴露在氧气环境中会导致表面含氧基团的増加，其对于很多基材来说増加了表面能量并增强了粘结性。可以使在表面上的其它气体和液体暴露来产生其它的功能性表面基团。通过这些暴露技术所形成的很多反应途径均包括不稳定的自由基类型。然而，这些技术已经被证明仅适用于几种材料。在受限的情况下，如果使用遮蔽技术，通过表面改性可以实现选择性粘结，从而确保将所暴露的区域限定为该粘结区域。然而，高速生产环境下实施并还保持微结构化装置所要求的严格公差是很难的。溶剂辅助粘结利用溶剂使聚合物表面膨胀并增强链移动性以使两个表面相互扩散。通常来说，这ー技术的主要问题在于，在生产环境中难于处理溶剤。此外，对于流体装置，溶剂的残留物可能提供了污染源，并且该溶剂可以使所述微结构变形。美国专利申请US2008178987中描述了ー种用于将弱溶剂和热活化粘结相结合的エ艺。激光透射焊接通过ー种对其透明的材料和另ー种为辐射的激光波长的吸收体的材料来实施。这使得当热量高于玻璃化转变温度时激光束在两种进行局部焊接的材料之间选择性加热。对于整合至生产环境中而言，主要的限制为加工时间、以及匹配的材料和可加エ层数的限制。逆向传导焊接以类似于透射层焊接的方式操作，除了由激光吸收在背板产生热量之外。在吸收层上方夹紧的聚合物膜从其表面传导热量并局部熔融。由于聚合物内的均匀的热传导限制空间分辨率，因此该技术仅适用于薄膜以及相对大型的结构。
高频或者电介质加热是ー种可以通过使交流电电流穿过其中来粘合极性材料的技木。所述方法对于通常在其软化点附近降解的粘结材料是有效的。这是因为热量在所述材料内均匀地产生，而不是在表面产生然后再向内传导。然而对于微结构，这可能由于该非特定性加热导致变形而带来问题。超声焊接依赖于通过材料传输的振动能量。在该两种材料的界面，振动能量转变为热量。该特征可被用来集中能量，并且用围绕结构化部件的精确的能量控制和几何设计可以获得良好的密封性而不使其余的材料变形。由于这些用于粘结的几何结构的约束，超声密封在其对微流体的应用中受到限制。当通过合适的能量源辐射的时候，在接合处附近沉积特定的能量吸收材料也可以用来引发局部熔合并由此选择性地粘结。能量吸收体包括薄膜金属、Clearweld 、聚苯胺、聚吡咯、聚烷基噻吩、金属纳米颗粒、磁性和顺磁性颗粒以及其它合适的掺杂材料。能量源包括电磁、微波、UV/可见光以及红外辐射。对于密封微结构，该效能通常依赖于并受到沉积技术的限制并均匀地控制吸收的能量。
层压是一种用于粘连塑料膜的十分流行的技术，其通过利用ー个或多个具有粘合层的膜将材料置于一起。所述粘合层可以是如上所述的粘合剤，或者是具有较低玻璃化转变温度的聚合物，该聚合物将在一定温度和压カ下流动从而粘结至其它的表面。将这些方法广泛地应用在印刷和包装エ业的卷盘到卷盘体系中并将其应用于微流体装置(A. Schwarz F. Bianchi R. Ferrigno F. Reymond H. H. Giraultj. S. Rossier, . IViicrochannels Networks for Electrophoresis Separations, 20Electrophoresis. 727(1999))。以相似的方式，其中那些层中的至少ー层为粘合剂层(如压敏粘结剂)的各层的层压常常应用在微流体中(Robert Mehalso,. “The Microsystemsroad in the USA’lstnews，第4/02卷，6_8页(2002))。然而，这些层压方法为粘结所有接触表面的面粘结技木。对于聚合物装置中的很多微结构，在粘结加工过程中结构的变形使其更复杂化。如果邻接的表面在施加压カ的过程中接触，然后粘结就可以形成。在化学上或者生物化学上与很多分析的不相容性以及由这些条带的机器加工所帯来的尺寸限制使得用于微流体的粘结剂条带的使用进ー步被复杂化。层压和其它的面粘结技术对于简化制造是有利的，其改善了速率和成本(W02007/085043，将其全部内容以引用的方式并入本文)。然而，所有的这些面粘结技术均会产生问题，即在两个相互接触的表面之间的选择性区域内不需要粘结或者需要不同強度的粘结。在很多情况中，由于材料的相容性、成本、速率和尺寸的限制，选择性粘结并不是ー种可选项。微流体生产所需要的是允许与适用于大規模生产的粘结技术匹配的表面选择性失活的技术。对于快速并简单地对体外分析进行床旁检测(point of care)的需求持续快速地增长。该主要需求为迅速、简单(优选一歩)、可靠的分析，该分析检测具体的分析物并且可以容易地在实验室环境之外进行，由病人在家中进行、在医生诊室进行或者在任何偏远地点进行。“浸量尺”、“横向流”、以及“流通”制式系统为目前通常使用的床旁检测系统。这些系统被设计为用于对不同的分析物进行快速的现场检測。浸量尺类型的分析和装置在专利号为 US4, 059，407 ；US5, 275，785 ；US5, 504，013 ；US5, 602，040 ；US5, 622，871 和US5, 656，503的美国专利中被示例性说明。浸量尺床旁检测装置通常由多孔材料的条带构成，其由三个相邻的部分一祥品接收端、试剂区域、以及反应区域組成。不同的材料(通常为多孔的)用于不同的区域，但通常被结合为形成単一的条带或者浸量尺。可以将液体试样施加至试样区域，或者将试样区域在液体试样中浸蘸。然后，该液体试样通过毛细作用沿着多孔条带进入试剂区域，在该区域所述分析物与已经在该试剂区域中预引入至该条带内的试剂结合，由此形成复合体。该复合体通常为形成标记物的受体/配体或者抗体/抗原对。该标记的复合体接着通过毛细作用移动至反应区域内，在该反应区域所述复合物结合至另ー种特定的结合匹配物并被固定。该产物提供了某种可视的信息显不。典型的横向流装置使用具有类似于浸量尺的线型构造的多孔材料，其引入所述的三个区域试样区域、试剂释放区域和反应区域。横向流装置横穿流过多孔材料，而不是试样通过纵向的毛细作用在浸量尺上上升。使用横向流制式的分析和装置的实例可以在专利 号为 US4, 943，522，US5, 075，078 ；US5, 096，837 ；US5, 229，073 ；US5, 354，692 ；US6, 316，205 ；和US6，368，876的美国专利中找到，将其内容以引用的方式并入本文。类似组件有时经常在流通和横向流装置中。关键的差别在于在这样的流通装置中的组件，其将ー个堆叠在另ー个的顶部从而能够单向横向向下流动。在这样的流通装置的绝大多数情况下，试样施加板位于缀合板(conjugate pad)上方并与其直接接触,该缀合板位于分析膜上，在该分析膜下方设置吸收板。在流通分析的其它实例中，流体依靠重力通过具有分离器多孔元件以及光学分析功能的玻璃柱，如在W02008/145722中。作为具有其它前述的横向和纵向流装置，毛细作用或者重力引导流动的效用被限制为相对简单的实验方案(protocol)，因为如来自于不同来源的多股流体以及复杂的流态(如回洗)是不可行的。从上文描述的典型的分析物检测装置可以看出，该试样接收区域、试剂区域、反应区域或者分析膜、以及吸收材料均可以由多孔材料(如多孔聚合材料)制成。此类体系的限制包括流体运动对毛细作用或者重力流动的依赖性，其本身导致关于流动速率的再现性问题以及在分析方法的适用性方面的限制。这些毛细作用和重力流动装置被限制在仅执行简单的一歩分析方面；其提供了影响整体再现性的对流体体积不精确的处理；其在可以使用的最大体积方面受到限制并由此限制了敏感性；其容易受到基体效应的影响使孔阻塞；并且其通常提供定性或半定量的响应[Analytical and Bioanalytical Chemistry,第393卷，第 2 期，2009 年 I 月，569-582 页(14) ] 微流体技术已经得到发展从而在微细结构中提供精确的流动控制。不得不提供的小型化的优点促成了这些发展。特别地，在自动控制、再现性、速率、成本和尺寸方面，相对于传统的实验室装备来说可以获得性能上的改善。所述快速成长的领域包括微型全分析系统TAS)，或者“芯片实验室”装置。很多这种早期的工作在硅或者玻璃基材上进行，其使用发展于70年代和80年代的用于半导体エ业的已有技木。目前已经具有很多已整合到小型化装置中的不同的泵送和调阀对策很多。在很多应用中，微流体装置可用性的关键在于分析包含在所述微结构中的流体的特性的能力。光学检测方法保持为用于在微流体装置中測量这些特性的最常用的对策之一。这样的光学检测对策包括基于吸收、传递和发光(通常为化学发光和荧光)的測量。在微结构内的光学測量中的大多数困难由紧密的尺寸限定、缩短的路径长度以及減少的流体体积引起，其导致了小得多的信号反应。用于增强敏感性和动态范围的方法通常包括增加试样体积的用量和/或指示剂试剂的用量。相比于粘结至微流体装置中的毛细管、孔(well)或者室的壁，多孔固相给出了相对高的用于结合的表面积。通常将这样的多孔材料用来结合感兴趣的分析物并将亲和色谱中不想要的试剂(如用于免疫測定和DNA杂交)除去。微流体的ー个优点在于，由于溶液中的分析物和传感器表面之间的距离的缩减，更小体积的流体通常导致在检测中速率的提升。然而，微流体装置制造中成问题的方面是，増加了与获得更小的尺寸及与其相关的公差所需的制造エ艺相关的成本。已经将聚合物用作用于制造消耗型装置的玻璃和硅的更加廉价的替代品，特别是在二十世纪四十年代之后，并且从二十世纪九十年代早期至中期，已将其用于大規模生产用于测试设备的复合 材料和装置。然而对于聚合物装置的制备，众所周知随着装置的空间特征在所需要的尺寸和公差方面的减小，在大規模生产环境中实施的成本和难度极大地増大。在微流体中这是特别突出的问题，其中该公差需求通常为比100微米小得多。通常可以将用于使特征在微流体装置中形成的制造方法的实例划分为两类。第一类使用直接机械制造的方法，其中使所需要特征的图案直接形成在由合适材料构成的基材层的表面上。这些方法包括微碾磨、基于激光的平版印刷和电子束扫描、等离子体蚀刻、使用光致抗蚀剂的湿法化学UV平版印刷、软性平版印刷、X射线平版印刷以及印刷头沉积。第二类方法包括使用主模板来形成所需要的图案的エ艺。这些特征复制エ艺包括软性平版印刷、冲压、模压、压模、热成型、注射模塑以及反应注射模塑。本发明结合了利用多孔结构、用于在亲和色谱中改善检测方法的微流体的流体操控优势和对于大規模生产经济有效的方法。所有上文描述的エ艺均可应用于根据本发明在本申请中所描述的方法中。在本申请中对任何现有技术的參考均不是，也不应被认为是认同或以任何形式建议该现有技术形成了公知常识。发明概述本发明主要涉及层状复合材料和装置的制造，并且尤其涉及微流体装置的制造。本发明通过提供一种选择性降低材料粘结性的方法来克服被描述为对结构化层的粘结性的限制。粘结性降低的材料用于完全地或者部分地防止在空间限定区域内形成粘结，并且可以用于改进微结构中的表面特性。—方面,本发明提供ー种用于在第一表面和第二表面之间形成空间限定粘结的方法，该方法包括步骤(i)在第一表面上的某一区域印刷粘结性降低的材料，和(ii)在使第一表面粘结至第二表面的条件下使所述第一表面和第二表面接触，其中该粘结性降低的材料基本上防止或者否则干扰该第一表面和第二表面之间在施涂粘结性降低的材料的该区域周围形成粘结，其中由所述第一表面和第二表面的粘结所形成的结构为微流体装置。在一种实施方式中，该粘结性降低的材料通过选自如下的エ艺来印刷微点印刷(接触或者不接触)；接触印刷；丝网印刷；注射器或者喷墨输送；平版印刷；干燥的或者液体化学品的机器布置；凸版印刷、凹版印刷、胶版印刷或者其它这样的印刷方法；基于接触掩模的沉积方法；基于激光的沉积或者表面改性技木；以及热传递方法，如利用激光、热印以及热感打印带印刷机(thermal ribbon printer)。在一种实施方式中，所述粘结性降低的材料选自以下墨A)提供颜色对比的着色剂(包括顔料、调色剂和染料)；B)载色剂，或者清漆，其结合至印刷表面并且在印刷操作期间可以作为任何着色剂的载体；C)添加剤，其影响印刷适性、膜特性、干燥速度或者最終使用性能，如用于降低粘结性的化学组分的掺杂；D)溶剂，其可以帮助形成载色剂、降低墨的粘度、调整干燥特性、或者树脂相容性。在一种实施方式中，粘结性降低的材料为固体膜或者箔、粉末、高粘度糊剂、凝胶或者低粘度液体。在一种实施方式中，所述第一表面通过选自下面的方法粘结至所述第二表面激光焊接、扩散粘结、表面改性的化学粘结、溶剂辅助粘结、热层压、化学共价或者带电的表面基团粘结、机械联锁、超声焊接、电介质粘结、微波粘结、静电或者磁力吸引、以及粘合剂粘 结。在一种实施方式中，所述粘结性降低的材料通过选自蒸发、吸收、化学反应或者施加机械力、气压或者液压的方法来至少部分地被除去。在一种实施方式中，通过将所述第一结构空间选择性地粘结至第二结构来形成复合结构，该复合结构在ー个区域内具有包括第一结构、粘结性降低的材料以及第二结构的截面布置，并且在另ー个区域中具有该第一结构、形成粘结的材料和该第二结构。在另ー个方面，本发明提供ー种复合结构，其中第一结构或者第二结构为选自以下物质的材料聚烯烃；环烯烃聚合物；聚丙烯；聚こ烯；低密度聚こ烯；高密度聚こ烯 ’聚甲基丙烯酸甲酯；聚碳酸酯；聚对苯ニ甲酸こニ酯；聚对苯ニ甲酸こニ酯-こニ醇共聚物(polyethylene terephtalate glycol);聚对苯ニ甲酸丁ニ酷；聚苯こ烯；聚酰亚胺；聚醚酰亚胺；丙烯腈-丁ニ烯-苯こ烯共聚物；聚氨酯；聚ニ甲硅氧烷；醋酸纤维素；聚酰胺 ’聚醚醚酮；聚氯こ烯；聚偏ニ氯こ烯；聚偏ニ氟こ烯；聚甲基戊烯；聚砜；聚四氟こ烯；聚亚甲基氧化物(polyoxide methylene);硝化纤维,尼龙类,丙烯酸树脂类,醋酸酯类,聚丙烯酰胺类，胶乳或者硅石颗粒，玻璃纤维类或其组合。在一种实施方式中，该复合结构通过本申请中所描述的方法来制造。另ー方面，本发明提供ー种微流体装置，其包括本申请中所描述的复合结构。另ー方面，本发明提供ー种用于对液体分析物进行亲和色谱分析的基本上平面的微流体装置，该装置包括基本上比连接的微流体通道更大的检测流动池，将该检测流动池设置为基本上垂直于该装置的平面，该流动池包括(i)液体进入孔(ii)多孔区域和(iii)液体排出孔，其中在使用过程中，所述分析物从液体进入孔流入，经过多孔区域并通过液体排出孔排出流动池。在一种实施方式中，将该基本上较大的检测流动池设置为相对于该装置的平面呈约 45、50、55、60、65、70、75、80、85 或者 90 度的角度。在一种实施方式中，将该基本上较大的检测流动池设置为相对于该装置的平面呈约90度的角度。在一种实施方式中，该检测流动池能够维持1000微升每分钟的最大流动速率。
在一种实施方式中，该检测流动池的长度为10微米-10毫米。在一种实施方式中，该检测流动池的宽度为100微米-10毫米。在一种实施方式中，该检测流动池基本上为圆柱形或者矩形的形状。在一种实施方式中，该检测流动池包括聚合物熔块(frit)。在一种实施方式中，该检测流动池包括亲和性配体。在一种实施方式中，该检测流动池包括亲和色谱树脂。在一种实施方式中，该装置具有的尺寸和检测流动池的设计与基于微量滴定板的标准体系相匹配。在一种实施方式中，该装置具有包括微流体结构的多层层压结构。 在一种实施方式中，该装置基本上如附图中所示。另ー方面，本发明提供ー种微流体亲和色谱方法，该方法包括(i)在使分析物中的目标分子结合至亲和性配体的条件下，将分析物引入至根据权利要求12-21中任ー项所述的装置的检测流动池内，以及(ii)检测是否存在被结合的目标分子。
图Ia和Ib图示在粘结之前和之后涂覆在一个基材上的粘结性降低的材料。图Ic和Id图示在粘结之前和之后涂覆在两个界面连接的基材上的粘结性降低的材料。图2图示降低冲击激光辐射的能量密度的粘结性降低的材料。图3图示改变界面表面的电荷的粘结性降低的材料。图4a和4b图示具有和不具有外加磁场的具有磁性的粘结性降低的材料。图5示出在微流体结构的上表面和下表面涂覆的粘结性降低的材料。图6示出沿着微流体结构的粘结边缘图案化的粘结性降低的材料。图7图示具有两个变形层的爆破阀。图8图示具有ー个变形层的爆破阀。图9图示止回阀或者单通阀。图10图示止回阀或者单通阀的主视图。图11图示止回阀或者单通阀的截面图。图12图示泵结构的截面图。图13图示蠕动式泵的施用。图14图示设置在具有防护的粘结性降低的层的两个微通道之间的过滤器结构的截面图。图15图示穿过多孔材料的光路的实施例。图16图示用于分析检测器流动池的来源和检测器构造的实施例。图17图示穿过多孔材料的流动方向的实施例。图18描述具有检测流动池的微通道的串联的、并联的和独立的微流体连接。图19图示在基材和密封层内的多孔材料的截面图。图20图示在卡(card)内部的气动分布的实施例。图21图示具有单通止回阀的分析卡。图22图示具有流动控制的流动控制阀的分析卡。
图23为阀控制通道需求的图示。图24为具有串联设置的共享五个共用存储器的检测池的测试卡。图25为具有两组并联设置的检测池的测试卡，每组具有一个单独的存储器和四个共用的存储器。图26图示具有24个检测流动池的微流体卡。本发明的详细说明在本文中，将本发明与涉及微流体装置的特别优选的实施方式结合起来描述是方便的。然而，本发明可应用于很广泛的情况和产品中，并且应当理解为其它的构造和设置也被认为落入本发明的范围之中。对本申请中所描述的构造和设置的各种改进、替换、变形和/或添加也被认为落入本发明的领域和范围中。
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本发明通过提供一种选择性降低材料粘结性的方法来克服被描述为结构化层的粘结性的限制。在本发明的上下文中，将粘结性降低的材料定义为一种用于降低两个表面之间的粘结强度，或者阻止否则将已经在两个表面之间产生粘结的材料。可以在粘结过程之前或者期间施涂该粘结性降低的材料。在其最通用的形式中，本发明使用结合了印刷方法的粘结技术来改性或者覆盖具有粘结性降低的材料的表面的至少一部分，从而完全地或者部分地防止局部粘结。该结构化工艺可以在将各层粘结之前或者之后作用于所述层。本发明具有很多用于微流体粘结的优点。首先，其提供一种简化的适于高生产能力生产的制造方法。其还通过使用已知的印刷方法能够实现对粘结エ艺更大的空间控制从而提供受控的粘结区域。其还具有额外的优点，即，大量的空间和面粘结技术是可以使用的，否则因为其空间分辨率或者与微流体应用的不相容性致使其不适用。粘结性降低的材料的功能在于完全地或者部分地防止粘结在空间限定区域形成和/或改进微结构内的表面特性。该粘结性降低的材料可以造成表面永久性改变，或者在粘结过程期间存在的暂时性改变。在一种实施方式中，该粘结性降低的材料包括永久性涂层。在另一种实施方式中，粘结性降低的材料包括暂时性的易挥发组分，或者在粘结过程之后可物理除去的不挥发组分。在一种实施方式中，暂时性组分的除去在装置的制造或者操作期间通过蒸发、吸收、化学反应或者机械力、气压或者液压的施加来实现。在一种实施方式中，该粘结性降低的材料包括一种或多种墨组分，如A)着色剂(包括顔料、调色剂和染料)，其提供颜色对比；B)载色剂，或者清漆，其结合至印刷表面并且在印刷操作期间可以作为任何着色剂的载体；C)添加剤，其影响印刷适性、膜特性、干燥速度或者最終使用性能，如用于粘降低结性的化学物质组分的掺杂；D)溶剂，其可以帮助形成载色剂、降低墨的粘度、调节干燥特性、或者树脂相容性。该粘结性降低的材料可以是固体膜或者箔、粉末、高粘度糊剂、凝胶或者低粘度液体。各种干燥、固化或者附着的方法可以包括加热、氧化、UV交联、蒸发、滲透、沉淀、聚合、反应，包括辐射固化、凝胶化、冷固化或者速凝，以及热固化。在本发明的一种优选的实施方式中，该粘结性降低的材料通过印刷技术选择性地沉积。这样的印刷技术包括但不限于 微点印刷(接触或者不接触) 接触印刷 丝网印刷
注射器或者喷墨输送 平版印刷 干燥的或者液体化学品的机器布置 凸版印刷、凹版印刷、胶版或者其它这样的印刷方法 基于接触掩模的沉积方法 基于激光的沉积或者表面改性技术 热传递方法，如利用激光、热印以及热感打印带印刷机粘结性降低或者控制粘结的机制依赖于所使用的具体的粘结方法。这样的方法可 以包括但不限于激光焊接、扩散粘结、表面改性的化学粘结、溶剂辅助粘结、热层压、化学共价或者带电的表面基团粘结、机械联锁、超声焊接、电介质粘结、微波粘结、静电或者磁力吸弓I、以及粘合剂粘结。在基于扩散的粘结中，该印刷的层作为全部的或者部分的阻挡层，其防止了待粘结的各层之间分子的内部扩散。类似地，在形成局部熔融的化学粘结或者机械互锁中，如利用溶剂、激光、超声、电介质、微波以及层压粘结方法，该印刷的层也可以作为阻挡层，其防止两个粘结的表面的一部分接触。替换地，该印刷的层赋予邻接表面不同的化学方面特性以改变粘结强度。在本发明ー种优选的实施方式中，至少待粘结的层之一包括聚合物，如聚烯烃；环烯烃聚合物；聚丙烯；聚こ烯；低密度聚こ烯；高密度聚こ烯；聚甲基丙烯酸甲酯；聚碳酸酷；聚对苯ニ甲酸こニ酯；聚对苯ニ甲酸こニ酷-こニ醇共聚物；聚对苯ニ甲酸丁ニ酯；聚苯こ烯；聚酰亚胺；聚醚酰亚胺；丙烯腈-丁ニ烯-苯こ烯共聚物；聚氨酯；聚ニ甲硅氧烷；醋酸纤维素；聚酰胺；聚醚醚酮；聚氯こ烯；聚偏ニ氯こ烯；聚偏ニ氟こ烯；聚甲基戊烯；聚砜；聚四氟こ烯；聚亚甲基氧化物；硝化纤维，尼龙类，丙烯酸树脂类，醋酸酯类，聚丙烯酰胺类，胶乳或者硅石颗粒，玻璃纤维树脂类或其组合。在一种实施方式中，该印刷的粘结性降低的层在粘结之前仅位于ー个表面上。例如，在图Ia)和b)中，如粘结之前的图Ia)和粘结之后的图Ib)所示，该粘结性降低的层103在粘结至表面102上之前仅位于ー个表面101上。在替换的实施方式中，该印刷的层可以位于两个邻接的表面上。例如图Ic)和d)，如粘结之前的图Ic)和粘结之后的图Id)所示，粘结性降低的层103位于表面101和102上。在本发明的另ー种实施方式中，该印刷的粘结性降低的层位于邻近的表面上，但是没有与粘结区域直接接触，并且作用为在粘结表面的区域内減少粘性エ艺。例如，在激光焊接中，该印刷的层可以作为掩膜，其部分地或者完全地有效防护目标区域避开激光束。图2示出通过激光辐射粘结的两个层。印刷的层204可以或者不可以直接与受粘结エ艺影响的位于层201和202界面的表面接触。该印刷的层部分地或者完全地反射、吸收、或者扩散激光能量，其导致由该印刷的层所覆盖的界面处的粘结降低。在本发明的另ー种实施方式中，该粘结性降低的材料可以赋予或者改变表面的静电或者磁性状况从而引起粘结强度的变化。在一种实施方式中，该粘结性降低的材料改变了表面的静电特性从而引起粘结强度的变化。图3描述了层301、302相互接触的相邻表面，其带有相反的电荷并且贡献于粘结强度，除了在其中印刷的层303提供了贡献排斥力的电荷并由此在该区域内降低了粘结強度。静电カ(F)的大小可以通过库伦定律来计算，其中施加在电荷( )上的カ由于第二电荷(q2)的存在而产生，该静电力(F)由下式F = ke——^
r得到，其中！■为两个电荷之间的距离，并且匕为比例常数，其约等于9X109Nm2/C2。正值的カ表示相互排斥，而负值力表示相互吸引。在另ー种实施方式中，该粘结性降低的材料包括磁性、铁磁性或者顺磁性的特性，其可以有效地用于引起粘结强度的变化。在图4A和4B中示出不具有和具有外加磁场404的实施例。其中，存在具有磁性或者顺磁性特性材料的印刷层403，其在层401和402之间界面连接。能够施加在涂覆表面的机械カ可以根据下述方程式増大或者减小。
HoH2A B2A F=---
22|Uo其中A为每个表面的面积，以HI2计出为其磁场，以A/m计；h为空间的导磁率，其等于4 Ji X 10_7T m/A ;并且B为通量密度，以T计。该粘结性降低的材料可以延伸超过粘结表面的界面。在本发明的另ー种实施方式中，该印刷沉积的粘结性降低的材料延伸超过两个表面之间的粘结区域从而在涂覆表面和微流体结构之间提供界面涂层。这是特别有利的，因为该粘合剂层否则将提供在微结构表面中的一个并导致在微流体应用中不利的表面特性。如此获得的优点可以包括改变表面毒性、可润湿性、非特异性的结合、拓扑结构、透明度或者折射率性能。图5a和5b分别示出主视图和截面图，利用503指出图5b的截面图来自图5a的位置。所示的平行微通道504含有粘结性降低的材料501，其被印刷在微通道504的上表面和下表面，而不是固体表面502之间。本发明对于面粘结方法是特别有利的，如扩散、表面改性、溶剂以及热层压，从而避免相邻的层在微结构内部以及其附近的粘结。类似地，选择性粘结技术的分辨率可以通过使用这样的印刷层来改迸。正下方的表格描述了大致的分辨率以及由当前的卷盘到卷盘的印刷方法可获得的印刷材料的厚度。表卷盘到卷盘的印刷技术的分辨率
权利要求
1.一种用于在第一表面和第二表面之间形成空间限定粘结的方法，该方法包括步骤(i)将粘结性降低的材料印刷至第一表面的某一区域，和(ii)在使该第一表面粘结至该第ニ表面的条件下令第一表面与第二表面接触，其中该粘结性降低的材料基本上防止或者否则干扰在第一表面和第二表面之间，在施涂粘结性降低的材料的区域周围形成粘结，其中由将第一表面和第二表面粘结所形成的结构为微流体装置。
2.根据权利要求I的所述的方法，其中将该粘结性降低的材料通过选自以下的方法印刷微点印刷(接触或者非接触)；接触印刷；丝网印刷；注射器或者喷墨输送；平版印刷；干燥的或者液体化学品的机器布置；凸版印刷、凹版印刷、胶版印刷或者其它这样印刷方法；基于接触掩模的沉积方法；基于激光的沉积或者表面改性技术；以及热传递方法，如利用激光、热印以及热感打印带印刷机。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其中该粘结性降低的材料选自以下墨A)着色剂(包括顔料、调色剂和染料)，其提供颜色对比；B)载色剂，或者清漆，其结合至印刷表面并且在印刷操作期间可以作为任何着色剂的载体；C)添加剤，其影响印刷适性、膜特性、干燥速度或者最終使用性能，如用于降低粘结性的化学组分的掺杂；D)溶剂，其可以帮助形成载色剂、降低墨的粘度、调节干燥特性、或者树脂相容性。
4.根据权利要求I或2所述的方法，其中该粘结性降低的材料为固体膜或者箔、粉末、高粘度糊剂、凝胶或者低粘度液体。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中该第一表面通过选自下面的方法粘结至所述第二表面激光焊接、扩散粘结、表面改性的化学粘结、溶剂辅助粘结、热层压、化学共价或者带电的表面基团粘结、机械联锁、超声焊接、电介质粘结、微波粘结、静电或者磁力吸引、以及粘合剂粘结。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中在所述第一表面粘结至所述第二表面之前或者之后将该粘结性降低的材料至少部分地除去。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中该粘结性降低的材料通过选自蒸发、吸收、化学反应或者施加机械力、气压或者液压的方法来至少部分地除去。
8.ー种复合结构，其通过将第一结构空间选择性地粘结至第二结构形成，该复合结构ー个区域中具有包括第一结构、粘结性降低的材料以及第二结构的截面布置；并且在另一个区域中具有该第一结构、形成粘结的材料以及该第二结构。
9.根据权利要求7所述的复合结构，其中所述第一结构或者所述第二结构是选自以下物质的材料聚烯烃；环烯烃聚合物；聚丙烯；聚こ烯；低密度聚こ烯；高密度聚こ烯 ’聚甲基丙烯酸甲酯；聚碳酸酯；聚对苯ニ甲酸こニ酯；聚对苯ニ甲酸こニ酷-こニ醇共聚物 ’聚对苯ニ甲酸丁ニ酯；聚苯こ烯；聚酰亚胺；聚醚酰亚胺；丙烯臆-丁ニ烯-苯こ烯共聚物 ’聚氨酯；聚ニ甲硅氧烷；醋酸纤维素；聚酰胺；聚醚醚酮 ，聚氯乙烯;聚偏ニ氯こ烯；聚偏ニ氟こ烯；聚甲基戊烯；聚砜；聚四氟こ烯；聚亚甲基氧化物；硝化纤维，尼龙类，丙烯酸树脂类，醋酸酯类，聚丙烯酰胺类，胶乳或者硅石颗粒，玻璃纤维类或其组合。
10.ー种复合结构，其通过根据权利要求1-7中任一项所述的方法制造。
11.ー种微流体装置，其包括根据权利要求9或者10的复合结构。
12.一种用于液体分析物的亲和色谱分析的基本上平面的微流体装置，该装置包括基本上大于连接的微流体通道的检测流动池，将该检测流动池设置为基本上垂直于该装置的平面，该流动池包括⑴液体进入孔(ii)多孔区域和(iii)液体排出孔，其中在使用过程中，所述分析物从液体进入孔流入，经过多孔区域并通过液体排出孔排出流动池。
13.根据权利要求12所述的装置，其中将该基本上较大的检测流动池设置为相对于该装置的平面呈约45、50、55、60、65、70、75、80、85或者90度的角度。
14.根据权利要求12所述的装置，其中将该基本上较大的检测流动池设置为相对于该装置的平面呈约90度的角度。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的装置，其中该检测流动池能够维持1000微升每分钟的最大流动速率。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的装置，其中该检测流动池的长度为10微米-10毫米。
17.根据权利要求12-16中任一项所述的装置，其中该检测流动池的宽度为100微米-10毫米。
18.根据权利要求12-17中任一项所述的装置，其中该检测流动池基本上为圆柱形或者矩形的形状。
19.根据权利要求12-18中任一项所述的装置，其中该检测流动池包括聚合物熔块。
20.根据权利要求12-19中任一项所述的装置，其中该检测流动池包括亲和性配体。
21.根据权利要求12-20中任一项所述的装置，其中该检测流动池包括亲和色谱树脂。
22.根据权利要求12所述的装置，其具有的尺寸和检测流动池的设计与基于微量滴定板的标准体系相匹配。
23.根据权利要求12所述的装置，其具有包括微流体结构的多层层压结构。
24.根据权利要求12-23中任一项所述的装置，其基本上如附图中所示。
25.ー种微流体亲和色谱方法，该方法包括(i)在使分析物中的目标分子结合至亲和性配体的条件下，将分析物引入至根据权利要求12-24中任一项所述的装置的检测流动池内，以及(ii)检测是否存在被结合的目标分子。
全文摘要
本发明通过提供一种用于选择性降低材料粘结性的方法来克服被描述为结构化层的粘结性的限制。以其最通用的形式，本发明使用与印刷方法结合的粘结技术来改性或者覆盖表面的至少一部分，从而完全地或者部分地防止局部粘结。该结构化工艺可以在各层的粘结之前或者之后在各层上实施。本发明通过提供具有离散光学检测流动池的平面基材及用于制备该基材的方法来克服被描述为亲和色谱应用中的限制，该流动池包含多孔材料并具有用于流体输送和/或除去的连接的微通道基材。
文档编号B32B7/04GK102844176SQ201080054368
公开日2012年12月26日 申请日期2010年9月30日 优先权日2009年9月30日
发明者M·阿特金 申请人:微型实验室诊断股份有限公司