具有多腔软管的微流体装置的制作方法

专利名称：具有多腔软管的微流体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微流体装置，包括具有形成容纳室的槽的基板，外腔和内腔。装置进一步包括多腔软管，其具有固定在容纳室中的自由端部。多腔软管形成第一导管和偏离第一导管的至少一个第二导管，其中外腔与至少一个第二导管流体连通，且内腔与第一导管流体连通，且其中腔由内密封部件分隔，该内密封部件在基板和软管之间密封。
背景技术：
在微系统工程中，各种工艺应用于连接部件。这些工艺通常包括将两个表面胶接在一起。为实现流体密封连接，在涂敷粘接剂之前，必须将部件彼此精确地配合，且明显地，粘接剂和待连接而不意外堵塞流径的两个表面之间的合适接触是重要的。尤其困难的是将软管、纤维或相似柔性且相对薄的部件连接到其它部件，例如到流体芯片或者相似基板。在此情况下，重要的不仅是建立流体密封，而要预防部件长时间的固定，即使当部件之一的柔性意味着部件相对于彼此的运动。
多腔软管在一个单独的单元中包括多个单独的导管。典型地，位于中心的第一导管由至少一个第二导管包围。导管有时同轴地延伸，因此每个导管都同轴，或者第二导管类似左轮手枪中的弹膛一样定位，每一导管都有各自的中心轴线。
通常，导管与合作基板的不同腔连通。为此目的，已有系统中的软管用于两个轴向位移位置处的连通。在软管的自由端处，中央的导管打开，且在将软管连接到基板之前，软管的外部剥除，从而在距软管自由端一定距离处打开第二导管。然而，软管的剥除产生了软管直径的减小，因此对应基板的容纳室具有对应的横截面尺寸的梯级。即，基板包括第一横截面尺寸和第二横截面尺寸之间的梯级，其中所述第一横截面尺寸紧密地围绕软管的剥除部分配合而第二横截面尺寸紧密地围绕软管的未剥除部分配合。如上所述，重要的是，粘合的粘接剂产生软管的外表面和槽的内表面之间的接触，且重要的是粘接剂不堵塞腔。因此，重要的是，基板和软管之间的尺寸公差低，而因此槽的梯级形状的提供相对昂贵。在已知的装置中，基板由上部分和下部分组成，这两部分均具有对应于软管的总直径减少量一半的梯级。当两部分组合时，容纳室精确匹配软管的形状。由于要组合均具有匹配对方结构的结构的两个部分，两个部分的制造以及该部分的装配都是相对昂贵的工艺。

发明内容
本发明的目的是有利于多腔软管和基板的组装。因此，在第一方面，本发明提供了一种微流体装置，其中槽的至少一部分由基板主体的上表面中的凹槽形成，该凹槽由密封到上表面的大致平面的盖封闭。
基板可以是例如流体芯片、例如包括多个微槽的芯片。芯片可以由硅制成，或者由聚合体制成，且槽可以由切割工具机械地制成或者由腐蚀工艺化学地制成。如果芯片由聚合体制成，槽可以通过将加热金属或者硅模压入聚
合体材料中而由热模压制成。槽例如可以是横截面积在20 - 500 M m范围中
的微槽。优选地，容纳室可以紧密围绕软管配合，且对于沿软管自由端部分
的任意轴向位置，因此容纳室的横截面尺寸范围可以是软管横截面尺寸的
101-130%。具体地，由于液体密封部件会因表面张力或毛细力流入室和软
管之间的对应位置，因此室和软管之间的紧密配合会改善紧密密封。软管离
室壁越近，优选用于液体密封部件的粘度就越低。
主体的上表面可以是平坦表面，平坦的盖例如通过粘接方式连接到上表
面，或者盖可以例如通过超声波焊接而焊接到该表面。盖可以由例如厚度为
20- 1000jim的箔材料制成。优选地，盖是高度柔性的，因此当盖施加到主
体部分的平坦上表面时，产生大致平坦形状。软管可以形成任意个导管，例如一个中心管和三个、四个、五个或者更多个沿该中心导管圆周布置的导管。
软管可以由一个单一件制成，其中导管延伸例如挤压件。选择性地，软管可以包括多个单独管，其由外软管包围，即如电力电缆中的电线。软管例如可以由PTFE或者PVC制成，其例如来自Zeus Industrial Products Inc.公司(参见 http:〃www.zeusinc.com/ ) 或者 Medical Tubing SAS ( 参见http:〃www.medical-tubing.com )。
为将盖结合到主体部分，准备盖和主体部分具有大致平面的匹配表面。两个部分定位成匹配表面处于相互接触，且该两部分布置在夹具中。随后，部分用已知方法焊接。如果部分由聚合体制成，可以用已知方法应用激光焊接。如果部分由硅制成，可以用已知方法应用静电粘结。
该表面、诸如盖是大致平坦的，应当理解成它们包括平坦的主表面，用于匹配第二大致平坦表面，但诸如裂口或者凹槽的形状可以成型在表面中。以此方式，大致平坦的盖可以例如包括与形成在基板上表面中的凹槽成镜像的凹槽。在盖的表面和基板的上表面中也可以形成有销和孔，以确保它们充分对齐。
槽例如可以具有进入主体的深度，其对应于软管的厚度。以该方式，软管的一部分与上表面齐平，且盖不仅连结到上表面，也连结到软管。
内密封部件位于通到第 一导管的开口和通到第二导管的开口之间，由此其在与软管连通的腔之间密封。装置可进一步包括外密封部件，外密封部件在软管未剥除的位置在基板和软管间形成密封，即在周围空间和外腔之间，
且外密封部件由此将外腔与周围空间隔开。
密封部件可以由液体材料制成，其被引入容纳室和软管之间的空间，并在其中固化。作为实例，密封部件可以由液体聚合材料形成，其可固化并粘连到盖、主体部分和软管。液体材料可以通过盖中的开口引入，并然后在其中固化。固化工艺可以例如包括硬化，例如基于电子束或电磁辐射。
为支持液体材料直接焊接到容纳室，并使软管相对容纳室中的轴向位移固定，容纳室可形成一个或多个密封井，其中容纳室的横截面尺寸加宽。以此方式，密封部件和容纳室的内壁之间的接触面积会增大，而不增加密封部件的轴向长度，且连接的液体密封和强度可以得到改善，而不增大堵塞内腔和外腔的风险。
在一个实施例中，第二导管由软管的圆周外部分形成，例如径向偏离中央定位的第一导管。外部分被剥除以使第二导管在距离软管自由端一定位置处开口。在自由端和剥除部分之间的中间位置，外部分不被移除，且内密封部件焊接到该中间部分上，因此密封部件在外部分的外表面和容纳室的壁之间形成密封。在该实施例中，第二导管可以由内密封部件单独地密封，以防止内腔和外腔通过第二导管的连通。该内密封部件可以例如是在第二导管中固化的液体材料。
在一个实施例中，软管的外部分剥除，以在距软管自由端的两个不同距离处的两个位置^[吏第二导管开口。内密封部件定位以在容纳室的内表面和近端剥除部分之间密封，即最靠近软管的自由端的部分处。当软管定位在容纳 室中时，近端剥除部分可以用作模具，用于将内密封部件直接模制入软管和 容纳室之间的空间。
为支持软管在容纳室中，并提高连接的密封，容纳室可形成内部分，其 横截面尺寸比容纳室的其余部分更小。这允许软管的剥除部分定位在容纳室 的内部分，并允许未剥除部分定位在容纳室的其余部分中，因此距容纳室的 内壁和软管的距离大致相等。
为提高软管与容纳室的壁接触的长度，容纳室可相对盖以非零角度延 伸。容纳室可例如钻入基板，例如以相对由大致平坦的盖限定的平面、或者
相对基板的上表面限定的平面成45度角。在钻出的钻孔的底部处，优选地 可以设置通到内腔的连通，且在距钻出的钻孔一定距离处，可以设置到外腔 的连通。内腔和外腔可以设置成上表面中的凹槽，该凹槽由盖密封。
在一个实施例中，容纳室形成障碍，该障碍限制软管在容纳室中的可插 入长度。障碍可以是容纳室的内表面上任意种类的凸出，或者容纳室可以在 一些点处限制以阻止软管进入。
在第二方面，本发明提供了一种将多腔软管连接在基板中的方法。该方 法包括为基板设置大致平坦的上表面。设置大致平坦的盖，将软管放置在 容纳室中，其与设置在上表面中的凹槽接触，并通过将盖连接到上表面而封 闭凹槽。该方法可进一步包括与设置根据本发明的第一方面的装置相关的任 意步骤。


以下，参照附图进一步详细地描述本发明，其中 图1和2显示了根据本发明的软管和基板之间的连接； 图3 - 13显示了根据本发明的连接的各种选择性实施例。
具体实施例方式
图l显示了根据本发明的装置的横截面，且图2显示了没有盖的装置的 俯视图。基板1包括平面的上表面2,其中两个凹槽形成内腔3和外腔4。 具有第一导管6和两个第二导管7、 8的多腔软管5定位在基板的容纳室中。 软管包括剥除端部9,以及剥除端部9与自由端11之间的未剥除部分10。对应地，容纳室包括宽部和窄部，其分别用于容纳未剥除部分9和剥除部分 10。内密封井12支持内密封部件在容纳室的内表面和软管剥除部分的外表 面之间的模制，而外密封井13对应地支持外密封部件的模制。内密封部件 位于软管的未剥除部分10处，同时外密封部件位于软管的未剥除部分14处。 基板由主体部分15和盖部分16形成，并匹配软管在剥除部分9和未剥除部 分10之间的过渡处的梯级结构，主体部分15和盖部分16都包括压紋的、 陡峭构造。主体部分15被模压，并形成梯级17。盖16连接到上表面，并因 而封闭凹槽，由此封闭内腔和外腔。通过穿过盖的一个或多个开口 (例如图 6中所示的开口 )，密封部件可以模制到井12、 13中。
图3和4显示了根据本发明的选择性装置的横截面视图，且图5显示了 没有盖的相同装置的俯视图。软管18相对于基板的平坦上表面19以角度P 延伸，并因而相对盖20以一角度延伸。由于角度P，软管接触基板21的距 离更长，因此基板21和软管18之间的粘接提高。容纳室钻入基板，并形成 钻孔，该钻孔具有大横截面尺寸的第一部分22和具有相对小横截面尺寸的 第二部分23。内密封部件模制入密封井24中，而外密封部件模制入密封井 25中。钻孔延伸入形成内腔26的凹槽中，而连接井27将第二导管与外腔 28相连接。
图6- 11显示了装置的另一实施例，其中软管29包括近端剥除部分30、 远端剥除部分31，和剥除的自由端32。内密封部件33位于近端剥除部分30 处，而外密封部件34位于远端剥除部分30的相反侧。内密封部件由此将第 二导管密封在内腔和外腔之间延伸的软管的部分中，并由此完全地密封两个 腔之间。内密封部件33和外密封部件34通过盖35中的开口模制。图8是 沿图7中线A的装置的横截面视图，图9是沿线B的横截面视图，而图10 是沿线C的横截面视图。图ll是没有盖的装置的俯视图。上表面36包括形 成内腔37和外腔38的凹槽。
箭头39、 40表示进入外腔和第二导管及流出第一导管和内腔的流动方向。
图12和13显示了一个实施例，其中软管41包括近端剥除部分42，该 剥除部分42弯曲，从而其端部43偏离软管的其余部分延伸。端部43偏离 剥除部分的直径减小的大致一半。图13是没有盖44的装置的俯视图。
权利要求
1.一种微流体装置，包括具有形成容纳室的槽的基板(1)，外腔(4)，和内腔(3)，所述装置进一步包括具有固定在容纳室中的自由端部(11)的多腔软管(5)，所述多腔软管(5)形成第一导管(6)和偏离所述第一导管的至少一个第二导管(7、8)，其中所述外腔(4)与至少一个第二导管(7、8)流体连通，且所述内腔(3)与所述第一导管(6)流体连通，且其中所述腔由在所述基板和所述软管之间密封的内密封部件分隔，其特征在于，所述槽的至少一部分由所述基板的主体的上表面(2)中的凹槽形成，所述凹槽由密封到所述上表面的盖(16)封闭。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述外腔通过外密封部件与围绕空间隔开，所述外密封部件在所述基板和所述软管之间密封。
3. 根据权利要求l-2所述的装置，其中，所述密封部件中的至少一个延伸穿过所述盖中的开口到所述容纳室。
4. 根据前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述密封部件中的至少一个固定在密封井中，所述密封井形成容纳室的一部分且所述密封井的横截面尺寸比所述容纳室在密封井相反侧上的部分的横截面尺寸更大。
5. 根据前述权利要求中任意一项所述的装置，其中，所述软管包括近端部分，其形成所述软管的端部，其中所述第一导管与所述内腔流体连通；远端部分，所述远端部分具有通到至少一个所述第二导管的开口，通过其所述第二导管与所述外腔流体连通；和中间部分，其中内密封部件在所述软管和所述基板之间密封。
6. 根据权利要求5所述的装置，其中，每一个第二导管都由所述软管的圆周外部分形成，所述外部分至少在所述软管的远端剥除部分中部分地移除。
7. 才艮据权利要求6所述的装置，其中，所述内密封部件位于远端剥除部分和所述软管的自由端之间。
8. 根据权利要求6-7所述的装置，其中，所述软管进一步包括近端剥除部分，其中外部分的至少一部分被移除以暴露至少一个所迷第二导管。
9. 冲艮据权利要求8所述的装置，其中，所述内密封部件位于近端剥除部分处，并防止通过暴露的第二导管的通路。
10. 根据权利要求6-9所述的装置，其中，利用位于每一暴露的第二导管处的至少一个内密封部件，内腔和外腔之间通过至少一个第二导管的通路#皮阻止。
11. 根据前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述容纳室包括内部分和外部分，所述内部分的横截面尺寸比所述外部分的横截面尺寸更小。
12. 根据权利要求11所述的装置，其中，所述软管延伸穿过所述容纳室的外部分进入所述容纳室的内部分。
13. 根据前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述软管以非零角度相对于由所述盖限定的平面延伸。
14. 根据权利要求13所述的装置，其中，所述主体包括壁部分，所述壁部分防止所述软管进一步插入所述容纳室中。
15. —种将多腔软管连接到基板中的方法，所述方法包括以下步骤为基板设置大致平面的上表面；设置盖；将所述软管放置在容纳室中，其与设置在所述上表面中的凹槽接触；和通过将所述盖连接到所述上表面，封闭所述凹槽。
全文摘要
本发明提供一种微流体装置，其包括具有形成容纳室的槽的基板，外腔和内腔，该装置进一步包括具有自由端部固定在容纳室中的多腔软管。多腔软管形成第一导管和径向偏离第一导管的至少一个第二导管，且第二腔与至少一个第二导管流体连通，内腔与第一导管流体连通。腔由位于基板和软管之间的内密封部件隔开。为简化装置的制造，槽由基板主体的上表面中的凹槽形成，该凹槽由密封到上表面的大致平面盖封闭。
文档编号B01L3/00GK101657260SQ200780051907
公开日2010年2月24日 申请日期2007年1月30日 优先权日2007年1月30日
发明者彼得·格雷维森, 珀·B·拉斯马森 申请人:迪拉莫公司