用于微流体装置的插入物组件的制作方法
【专利说明】用于微流体装置的插入物组件
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求享有2012年10月25日提交的、题名为“用于微流体芯片上树脂集成的方法”的美国临时专利申请N0.61/718，434的优先权，为了所有的目的，其全部内容通过引用并入本文中。
【背景技术】
[0002]在化学中多重处理采用固体固定相以用于试剂或试剂混合物的净化、过滤、或者分离。常规的实施方式可包括充满包含一定尺寸的珠或多孔介质的树脂的柱体，其带有功能化的表面、和/或特殊的材料性质。固体固定相经常在色层分析中实施。例如，固体固定相可用于分割、正常相、位移、反相、尺寸排除、离子交换以及生物亲和性色层分析。其他实施方式是固相萃取(SPE)和离子交换柱体，它们在例如放射能化学中使用以用于放射性核素的净化和浓缩。
[0003]微流体技术具有在化学、生物化学、生物学、物理学和制药学中的应用。微流体技术通常涉及小样本体积，例如，在几纳升至几百微升的范围内，并且提供诸如低试剂消耗、有效的热控制、在高水平的功能性整合和通用性下的小系统轨迹、可布置的微流体芯构件的优点。尽管微流体系统已发展超过数十年，但是仅一些基于微流体的产品已经成功并进入市场。在微流体中的挑战可涉及系统可靠性、微观到宏观的分界、系统控制、读出、整个系统复杂性、制造复杂性和微流体可消费产品的最终成本、以及在化合物的分析、合成和净化期间利用的常规化学方法的实施方式。关于化学技术到微流体环境中的并入，在适合于大量生产的微流体芯片装置上的固定相和珠的实施方式是格外有挑战性的。
【发明内容】
[0004]在一个实施例中，提供了一种制造微流体装置的方法。方法包括提供衬底的步骤，其带有微流体路径和在衬底中形成的中断微流体路径的通道。方法还包括在通道中提供插入物组件的步骤，其构造为与微流体路径一致地布置并越过通道桥接微流体路径，使得在微流体路径中的试样材料经过插入物组件。方法进一步包括提供布置在衬底的第一表面的顶层和布置在衬底的与第一表面相反的第二表面上的底层；以及联接顶层和底层至插入物组件。
[0005]在另一个实施例中提供了一种微流体芯片。微流体芯片包括:衬底，其带有微流体路径和在衬底中形成的中断微流体路径的通道；在通道中的插入物组件，其与微流体路径一致地布置并越过通道桥接微流体路径，其中插入物组件包括带有中央内孔的壳体和布置在内孔中的功能材料；顶层，其布置在衬底的第一表面；以及底层，其布置在衬底的与第一表面相反的第二表面上，其中衬底、顶层或底层中的至少一个由第一材料形成，第一材料包括相对于形成插入物组件的插入物壳体的第二材料不同的热性质，使得第一材料和第二材料具有不同的软化或熔化温度。在一个实施例中，插入物和衬底材料可由不同的材料或由处于不同材料等级的相同材料制造，从而导致插入物和衬底材料之间的软化/变形或熔化温度的差异。
[0006]在另一个实施例中提供了一种制造微流体装置的方法。方法包括提供衬底的步骤，其带有微流体路径和在衬底中形成的中断微流体路径的通道。方法还包括在通道中提供插入物组件，其构造为与微流体路径一致地布置，其中插入物组件包括限定内孔的插入物壳体；提供布置在衬底的第一表面的顶层和布置在衬底的与第一表面相反的第二表面上的底层；在顶层和底层之间并在所述通道内包围插入物组件，使得环绕插入物组件形成的封罩包括在插入物壳体与顶层、底层、以及通道中的一个或更多之间的缝隙；以及使插入物壳体变形，以填充缝隙而将插入物组件联接至顶层和底层。还应理解的是，可实施本公开的某些实施例，其中衬底材料环绕带有相对高的变形或熔化温度的插入物壳体而变形。
【附图说明】
[0007]当参考附图阅读以下详细的描述时，将变得更好理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，在附图中贯穿附图相同的符号表现相同的零件，其中:
图1是按照本公开的各方面的插入物组件的分解图；
图2是图1的插入物组件的剖视图；
图3是图1的插入物组件的透视图；
图4是包括按照本公开的各方面的插入物组件的微流体芯片的分解图；
图5是图4的微流体芯片的透视图；
图6是定位在图4的微流体芯片内的插入物组件的详细视图；
图7是用于形成(结合)微流体芯片的过程的示意图，以剖面显示了制造过程的中间组件，其包括按照本公开的各方面的插入物组件；
图8是包括按照本公开的各方面的结合框架的微流体芯片组件的剖视图；
图9是包括按照本公开的各方面的插入物的组装和结合的芯片的俯视图，其中顶芯片A显示了比底芯片B更多的脱层；
图10显示了在芯片制造和结合之后截取的显微镜图像，示出了一个芯片组件中的脱层区域；以及
图11显示了在芯片制造和结合之后截取的显微镜图像，得到了在另一个芯片组件中减少的脱层区域。
[0008]图12是按照本公开的各方面的插入物构件的透视图；
图13是按照本公开的各方面的插入物构件的透视图；
图14是按照本公开的各方面的组装的芯片的透视图；
图15是图14的微流体芯片的剖视图。
【具体实施方式】
[0009]本公开涉及并入固定相构件的微流体装置。在某些实施例中，本公开提供固体固定相实施策略以用于并于插入物且适合于大量生产的基于微流体芯片的系统。使用的设计和材料可与通常的封装技术相容。
[0010]某些微流体技术可实施经由管连接至微流体装置而不是与作为芯片的功能元件一致的常规的固体树脂盒。其他技术可并入珠技术，由此珠被放置在芯片内。而且，液体混合物可被引入至微流体装置并随后利用诸如UV光或热诱导固化的放射线固化为固体或多孔树脂。所有的这些实施方式都是劳动密集的，常常涉及与建立的常规过程相比的功能材料的变化，可提供不一致的结果，并且很难在大量生产规模上用于微流体系统的组装的自动化。本文所提供的是包括整合的插入物组件的微流体装置，该插入物组件在与芯片上流体路径一致的组装后，并且可先于从芯片分离形成和加工的组装，这提供了更多的制造灵活性。例如，通过使用插入物组件，用于在插入物组件中的功能材料的制造条件(例如，固体固定相)可被选择而不考虑已经在芯片上适当位置的构件，这减少了制造的复杂性并增加了可在芯片上实施的树脂的类型和量的灵活性。插入物组件和在芯片上相应的容器还可被标准化，使得芯片可被实施以包括各种固定相，而没有用于形成插入物组件和/或插入物填料的另外的加工步骤。
[0011]转到附图，图1是根据本公开的某些实施例的插入物组件12的分解图。插入物组件12包括插入物壳体14，其限定内孔或通道16穿过在相反侧具有开口 18的插入物壳体14。在一个实施例中，通道16可用反应材料或功能材料(例如树脂)20填充。一个或更多的多孔帽22包围在通道16中的功能材料20。通道16可以是任意合适的形状，诸如剖面为大体圆形或倒圆的(例如，形成圆形开口 18)或是矩形的或椭圆的。插入物壳体14包括在接合处28相遇的外表面26 (例如，外表面26a和26b)。在一个实施例中，外表面26可在接合处28形成90度角，限定大体矩形的剖面以用于插入物壳体14，如在图2中所示。S卩，插入物壳体14可以是大体立方体或矩形体。在其他实施例中，插入物壳体14可采用其他合适的形状，其特别形成以配合在微流体装置上的相应凹部或容器中，和/或支撑与结合期间周围衬底材料相对在插入物的压缩或热成型期间最佳的力和压力分布。而且，在一个实施例中，插入物壳体14可形成环绕大体倒圆的通道16的大体长方形的外部形状。图3是插入物组件12的透视图，显示了在开口 18中定位以关闭通道16的多孔帽22。多孔帽22可由与插入物壳体14相同的材料形成，或可由其他的材料，例如密封可能是烧结元件。外表面26可包括另外的特征，诸如肋条(例如肋条30)、凹槽、或有助于在微流体芯片内对准的匹配特征。
[0012]图4是包括插入物组件12的微流体芯片50的分解图。微流体芯片包括底层52、中间层54和顶层56。插入物组件12定