用于包装微流体装置的接口件的制作方法
【专利摘要】一种接口件，包括：多个外部端口，配置为与多个流体输送平台的端口流体连通；和多个接合导管，配置为与多个微流体生物芯片的端口流体连接；其中，多个外部端口和/或多个接合导管这两者的公差均明显比多个微流体生物芯片端口的公差更小。
【专利说明】用于包装微流体装置的接口件
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于微流体装置的接口件。
【背景技术】
[0002] 基于微流体的系统已经由使用玻璃/硅聚合物进行制造进化为使用聚合物。该聚 合物制造方法已经替代了从微电子工业（MEMS)借用来的技术，使得它们的制造更加简单 和廉价。聚合物的生物相容性使得它们成为一种用于很多诊断应用中的芯片实验室（L0C) 或定点照护（P0C)设备的更有吸引力的材料选择。聚二甲基硅氧烷（PDMS)，一种像聚合 物一样的软质橡胶，在产品研发和学术界中作为受欢迎的材料出现以制造/生产微流体装 置，超过传统的硬质塑料，例如聚碳酸酯（PC)，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)，聚丙烯（PP)和 聚苯乙烯。主要由于制造的成本低，基于PDMS的微流体芯片适于手工机械加工（manual machining)。PDMS还具有杰出的光学、机械和化学性能。而且，PDMS与喷射铸造相比具有 高的重复性和准确性，这也使它成为理想的用于大量制造带有高尺寸精度要求的微米到次 微米图案的微流体芯片的材料。
[0003] 然而，随着基于微流体的设备在过去十年间的迅速发展，将这些设备连接到宏观 世界的连接器产品（例如耳咽管、注射泵、加压泵等）仍然是一种技术挑战。并且，连接器不 能容易地调整比例，通常使得设备的体积庞大。再加上PDMS的易弯曲的性质使得这个问题 极其具有挑战性。小型号的微流体设备通常需要定制的解决方案，通常没有用于基于PDMS 的设备的"一种型号适合所有"的包装策略。不同于集成电路（1C)芯片，没有用于微流体 设备包装的标准。
[0004] 就这一点而言，当微流体设备从实验室到商业形式进行过渡时，PDMS通常不是理 想的材料。PDMS易弯曲的特点使得基于压缩的夹紧以实现防漏密封非常困难。当将实验 室机构演化为具有集成流体输送模块的自动化仪器时，硬质材料制成的塑料芯片通常是优 选的。这是因为与PDMS微流体芯片相比，将硬质塑料芯片与流体输送仪器相连接更容易。 然而，投入在生产硬质塑料芯片中的时间和金钱是大量的，这通常是对成功的微流体芯片 商业化的一个障碍。无疑地，当微流体设备从实验室过渡到商业化形式时这是一个问题。
【发明内容】
[0005] 概括地说，本发明提出一种用于可变形的微流体芯片的非可变形接口件。接口件 的端口可以做成小公差，并可容易地与芯片上大公差端口进行配对，在生产制造中这可能 是有优势的。因此，小公差接口件端口可以容易得与流体输送平台进行配对和/或使用压 缩密封。
[0006] 本发明的具体表现中，提供了一种接口件，包括：
[0007] 多个外部端口，配置为与流体输送平台的多个端口流体连通（fluidically communicate)；
[0008] 多个接合导管，配置为与多个微流体生物芯片的端口流体连接；
[0009] 其中，多个外部端口和/或多个接合导管的公差明显比微流体生物芯片的多个端 口的公差更小。所述多个外部端口的每一个包括凹处，所述凹处配置为用于密封件，所述密 封件选自由〇型环、垫片和垫圈组成的组。
[0010] 进一步包括位于所述接口件的内表面处的多个肋结构。
[0011] 进一步包括位于外表面的至少一个感受器，所述至少一个感受器配置为将所述接 口件和所述流体输送平台的歧管对准。
[0012] 所述多个接合导管的每一个都是截头圆锥形。
[0013] 所述接口件配置为与不可拆卸的盖子相密封。
[0014] 所述接口件是非可变形的。
[0015] 每个外部端口与每个接合导管是同轴的，每个外部端口配置为与每个同轴的接合 导管流体连通。
[0016] 多个接合导管与微流体生物芯片的所述多个端口紧密配合以提供防漏密封。
[0017] 每个接合导管的倾斜角度在0° -15°之间。
[0018] 每个接合导管的开口末端具有比所述微流体生物芯片的所述多个端口的内部直 径小0· lmm-lmm的外部直径。
[0019] 每个接合导管的接口件末端具有比所述微流体生物芯片的所述多个端口直径的 大0. 2mm_l. 5mm的外部直径。
[0020] 进一步包括容纳在所述接口件内的微流体生物芯片。
[0021] 进一步包括防干扰锁以长期地阻止所述微流体生物芯片从所述接口件处移开。
[0022] 所述微流体生物芯片是由聚二甲硅氧烷PDMS或易弯曲的软质聚合物材料制成。
[0023] -种流体输送平台或诊断设备，配置为与上述任一技术方案提供的接口件的外部 端口形成压缩密封。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 为了可以充分地理解本发明并易于说明其实际效果，现将通过本发明的非限制性 的实例、仅优选的实施方式进行描述，所述描述将参考伴随的说明性附图。
[0025] 图1示出了实例实施方式的接口件的第一透视图。
[0026] 图2示出了接口件的第一张照片。
[0027] 图3示出了接口件的第二透视图。
[0028] 图4示出了接口件的第二张照片。
[0029] 图5示出了可用于接口件的盖子的正视图。
[0030] 图6示出了盖子的照片。
[0031] 图7示出了盖子和平行放置的接口件的照片。
[0032] 图8示出了盖子和图7示出的视图反面的接口件的照片。
[0033] 图9示出了用于评估接口件的歧管机构的照片。
[0034] 图10示出了用于压力测试机构的原理图。
[0035] 图11示出了图10的压力测试机构的照片。
[0036] 图12(a)到⑷示出了连接接口件与生物芯片的一系列照片。
[0037] 图13示出了正在承受压缩的接口件的照片。
[0038] 图14示出了连接到流体输送平台的歧管的接口件的剖视图，所述接口件承受压 缩。
【具体实施方式】
[0039] 实施例可提供一种具有端口的接口件，允许基于PDMS的微流体设备与流体输送 平台容易的并可靠的连接。所述接口件能够克服每当需要流体输送平台与基于PDMS的微 流体设备连接时所带来的问题。因此，接口件可作为用于种种涉及微流体设备的经济解决 方案的基础。
[0040] 参考图1-8,提供了具有端口的接口件20的各种视图，示出了接口件20的各自的 组件/部分的图或照片。接口件20包括多个外部端口 22,配置为与多个流体输送平台（未 示出）流体连通。特别的，多个外部端口 22典型的与集成于流体输送平台的仪器上的歧管 相连接，诸如，例如，加压泵、注射泵等。多个外部端口 22的每一个包括凹处24,配置为粘 附0型环26。可替代的，垫片、垫圈或类似物在承受压缩的同时用于提供防漏密封。0型环 26用于提供歧管的密封。凹处的直径/深度小于0型环26的外部直径约0. 2-0. 6mm，以保 证0型环能够紧紧地坐在每个凹处24中。接口件20还包括位于外部表面36的至少一个 感受器（receptor) 34以校准接口件20和流体输送平台的歧管。
[0041] 接口件20还包括多个接合导管28,配置为与多个微流体生物芯片50的端口流体 连通。多个接合导管28的每一个都是截头圆锥形，并且每个接合导管28与外部端口 22是 同轴的。每个外部端口 22配置为与每个同轴接合导管28流体连通。外部端口 22提供在 接口件20内通向接合导管28的通孔。这些外部端口 22对齐流体输送平台的歧管上的端 口（特别是集成于流体输送平台的仪器），流体连通微流体生物芯片50和流体输送平台。 所述流体可以泵入到微流体生物芯片50中的是任一液体或气体。所述流体可以是泵入到 用于诊断应用的微流体芯片50中的生物样品，例如，血液、唾液、胸膜积液、尿液等。
[0042] 多个接合导管28的每一个与多个微流体芯片50的端口的每一个紧密配合以提供 防漏密封。图12示出了外部端口 22和接合导管28共用一个均匀直径的通道25。然而，夕卜 部端口 22和接合导管28的直径可以是不同的，只要可以保持适当的流速（例如0.01-5ml/ min)以避免紊流。此外保持外部端口 22和接合导管28相对均匀的直径，避免了可以损害 细胞的高剪切环境。接合导管28的一个开口末端29与接口件末端27相比，具有较小的直 径。在固化过程中，由于材料的收缩，微流体生物芯片50的多个端口 49是扭曲的。如图 12 (a) - (d)所示，在接合过程中，开口末端29促使可变形的端口 49紧密配合并提供对接口 件末端27的防漏密封。
[0043] 由于微流体生物芯片50通常由PDMS制成，如图8所示，当微流体生物芯片以一种 适当的方式与接口件20相对齐时，微流体生物芯片50的多个端口 49的每一个可适用于 (紧密配合于）多个接合导管28的每一个以提供防漏密封。
[0044] 微流体生物芯片50可以具有不同的尺寸（厚度、广度、宽度）。应该理解的是4个 接合导管28的外部表面也可以充当微流体生物芯片50的对齐特征。装配（紧密配合）微 流体生物芯片50的多个端口 49到接合导管28时的插入的深度（被插入到芯片50每个端 口的每个接合导管28的深度）通过PDMS模具的厚度和接口件20的高度确定。
[0045] 每个接合导管28的倾斜角度的合理范围是在0° -15°之间。每个接合导管28 为截头圆锥形并且具有小于端口 49的直径的、外端直径在0· 1mm到1mm之间的开口末端 29。每个接合导管28与端口 49紧密配合，使得它们可以插入微流体生物芯片50的厚度的 50-90%。每个接合导管28的接口件末端27的外部直径在0. 2mm-l. 5mm之间，大于端口 49 的直径，以保证在接合导管28和端口 49之间良好的压缩密封性。
[0046] 应当理解的是，多个外部端口 22到歧管的连接比多个接合导管28到微流体生物 芯片50的紧密配合更容易实施。这主要是由于在与接口件20的多个接合导管28配对时， 微流体生物芯片50的端口 49的微观尺寸和灵活性造成更大的难度。多个外部端口 22和多 个接合导管28的位置被固定在接口件20上。鉴于微流体生物芯片50的端口 49是灵活的， 微流体生物芯片50的端口 49能够与附着的多个接合导管28紧密配合并固定到其上，以保 证接口件20可在流体输送平台和微流体生物芯片50之间用于流体流通。在这方面，多个 外部端口 22和多个接合导管28的公差（涉及物理结构）比多个微流体生物芯片50 (在固 化中更易于变形）的端口 49的公差（涉及物理结构）明显地要小（更精确的或可靠的）。 因此，由于外部端口 22和接合导管28的小的公差，多个端口 49的高度变形是可以调节的。 PDMS厚度的公差是±0. 5mm。在固化过程中，由于PDMS的2-5%的收缩，多个端口的公差也 可以达到±0. 5mm。根据使用的模具技术和材料，在所有方向上，接口件20的尺寸公差可以 控制在±0. 1mm内。
[0047] 接口件20用硬质塑料制成，例如，PC、PMMA、PVC、HDPE、LDPE、PS、PP等。使用经济 的和可扩展性的方法容易地制造接口件20,例如，喷射铸造法或其它塑料模具技术。接口 件20是非可变形的，在接口件20的内表面32处还包括多个肋结构30。在内表面32的多 个肋结构30提供结构硬度，并在承受高压缩负载时阻止接口件20的塌陷以及因此造成的 对附着的微流体生物芯片50的损害。这是至关重要的，因为为了在接口件20和微流体芯 片50之间达到良好的密封，高的压缩负载是必不可少的。没有接口件20,对于施加恒定负 载到微流体芯片50上而不对微流体芯片50产生重大变形和损坏将是一个挑战。
[0048] 一旦微流芯片50与接口件20紧密配合，接口件20随后用盖子60密封（示于图5 和图6中）。如图12(a)所示，在装配过程中，微流体芯片50与多个接合导管28大致手动 地对齐。如图12(b)所示，然后芯片50被压在接合导管28上以便可变形的端口 49可以被 强制地紧密配合。如图12(c)所示，最终盖子60接近以束缚微流芯片50。使用集成于盖子 60的至少一种防干扰锁62,盖子60能够长期的束缚（锁）到接口件20上。这将确保可靠 性并阻止再利用。根据芯片50的厚度，在从压缩适配到接合导管28的过程中，它有可能是 悬浮的。这样接口件20可以是标准规格以适用于芯片50的不同模具的范围。对于更高 的压力应用，它也可设计成挤压盖子60内部的底部以确保在使用中密封不会分开。
[0049] 图12(d)、13和14示出了连接到流体输送平台的歧管10的正承受压缩的接口件 20。0型环26是被压缩的，因此，提供了从歧管10到微流体芯片50的高可靠性的密封。
[0050] 执行测试以确定接口件20可以承受的最大压力。使用铝（如图9所示）制造歧 管99以模仿典型的基于微流体的自动化系统的的接口件。如图10中所示出的，在测试中， 所述歧管99连接初始注射器100和压力计120。图11中示出了实际机构。冲满空气的初 始注射器100驱动充满水的次级注射器110的栓塞（与适配器装配）。允许增大刺激注射 器110中的压力。能够测量到200kPa的压力计120使用3通T型接头被连接以测量次级 注射器110中增大的压力。在测试中，30N的负载被施加到歧管99,初级注射器100允许泵 速在10ml/min，且系统的压力可被监控。在操作中的故障返回错误状态后，初级注射器100 也具有200kPa的最大压力额定值。使用上述的装置，示出的接口件20在最后15分钟成功 的用于承受高达200kPa的压力。所述测试机构在制造/装配中可以用于原理的测试证明 和接口件20的质量控制。
[0051] 可以理解的是，接口件20可以提供1个或更多的优势：
[0052] -能够提供基于可选择的在粘合剂/胶中普遍流行的无堵塞的密封；
[0053] -成本低，由于接口件20可以由经济的方法和材料制成；
[0054] -重复性，由于接口件20能够充分保护与接口件20紧密配合的微流体生物芯片 50 ；
[0055] -低死体积，由于使用接口件20时上述液体的损耗是可最少化的，当用低样品体 积和昂贵的试剂工作时是重要的；
[0056] -能够承受约200kPa的高压，其确保在接口件20和微流体芯片50之间良好的密 封；和
[0057] -可扩展的制造，由于产品的低成本。
[0058] 尽管上述说明已描述了本发明的优选的实施例，所涉及的本【技术领域】中的技术人 员将可以理解的是，在不脱离本发明的情况下可得出设计或构造的在细节上的多种变化或 修改。
【权利要求】
1. 一种接口件，包括： 多个外部端口，配置为与流体输送平台的多个端口流体连通； 多个接合导管，配置为与微流体生物芯片的多个端口流体连接； 其特征在于，多个外部端口和/或多个接合导管的公差明显比微流体生物芯片的多个 端口的公差更小。
2. 根据权利要求1所述的接口件，其特征在于，所述多个外部端口的每一个包括凹处， 所述凹处配置为用于密封件，所述密封件选自由0型环、垫片和垫圈组成的组。
3. 根据权利要求1所述的接口件，其特征在于，进一步包括位于所述接口件的内表面 处的多个肋结构。
4. 根据权利要求1所述的接口件，其特征在于，进一步包括位于外表面的至少一个感 受器，所述至少一个感受器配置为将所述接口件和所述流体输送平台的歧管对准。
5. 根据权利要求1所述的接口件，其特征在于，所述多个接合导管的每一个都是截头 圆锥形。
6. 根据权利要求1所述的接口件，其特征在于，所述接口件配置为与不可拆卸的盖子 相密封。
7. 根据权利要求1所述的接口件，其特征在于，所述接口件是非可变形的。
8. 根据权利要求1所述的接口件，其特征在于，每个外部端口与每个接合导管是同轴 的，每个外部端口配置为与每个同轴的接合导管流体连通。
9. 根据权利要求1所述的接口件，其特征在于，多个接合导管与微流体生物芯片的所 述多个端口紧密配合以提供防漏密封。
10. 根据权利要求1所述的接口件，其特征在于，每个接合导管的倾斜角度在0° -15° 之间。
11. 根据权利要求1所述的接口件，其特征在于，每个接合导管的开口末端具有比所述 微流体生物芯片的所述多个端口的内部直径小0. lmm-lmm的外部直径。
12. 根据权利要求1所述的接口件，其特征在于，每个接合导管的接口件末端具有比所 述微流体生物芯片的所述多个端口直径的大〇. 2mm-l. 5mm的外部直径。
13. 根据权利要求1所述的接口件，其特征在于，进一步包括容纳在所述接口件内的微 流体生物芯片。
14. 根据权利要求13所述的接口件，其特征在于，进一步包括防干扰锁以长期地阻止 所述微流体生物芯片从所述接口件处移开。
15. 根据权利要求13所述的接口件，其特征在于，所述微流体生物芯片是由聚二甲硅 氧烷PDMS或易弯曲的软质聚合物材料制成。
16. -种流体输送平台或诊断设备，其特征在于，配置为与根据权利要求1-15任一项 所述的接口件的外部端口形成压缩密封。
【文档编号】B01L3/00GK203886559SQ201320640193
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】阿里·阿斯加尔·S·巴哈盖, 关国峰 申请人:凯利生物医学私人有限公司