專利名稱：光固化的全氟聚醚用作微流體器件中的新材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光固化的全氟聚醚(PFPE)材料用于制造耐溶劑的PFPE基微流體器件的用途；在耐溶劑的PFPE基微流體器件中流動(dòng)物料并進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的方法；以及耐溶劑的PFPE基微流體器件本身。
縮略語aL＝阿升(attoliter)℃＝攝氏度cm＝厘米cSt＝厘斯DBTDA＝二醋酸二丁錫DMA＝二甲基丙烯酸酯DMPA＝2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮DMTA＝動(dòng)態(tài)力學(xué)熱分析EIM＝甲基丙烯酸-2-異氰酸乙酯fL＝飛升Freon113＝1，1，2-三氯三氟乙烷
g＝克h＝小時(shí)Hz＝赫茲kHz＝千赫茲kPa＝千帕斯卡MHz＝兆赫茲min＝分鐘mL＝毫升mm＝毫米mmol＝毫摩爾mN＝毫牛頓m.p.＝熔點(diǎn)nL＝納升nm＝納米PDMS＝聚二甲基硅氧烷PFPE＝全氟聚醚pL＝皮升psi＝每平方英寸磅數(shù)s＝秒Tg＝玻璃化轉(zhuǎn)變溫度μL＝微升μm＝微米UV＝紫外線W＝瓦特ZDOL＝聚(四氟環(huán)氧乙烷-共聚-二氟甲醛)α，ω-二醇
背景技術(shù)：
在二十世紀(jì)九十年代早期開發(fā)的微流體器件使用光刻和刻蝕技術(shù)從例如硅和玻璃的硬材料來制造。例如參見Ouellette，J.，TheIndustrial Physicist2003，8月/9月，14-17；Scherer，A.等，Science2000，290，1536-1539。但是，光刻和刻蝕技術(shù)是昂貴的并且是勞動(dòng)密集性的，它們需要清潔室條件并且從材料觀點(diǎn)來看存在多個(gè)缺點(diǎn)。為此，已經(jīng)使用軟材料作為用于微流體器件制造的可選材料。使用軟材料可以制造并且操控包含閥、泵和混合器的器件。例如參見Ouellette，J.，The Industrial Physicist2003，8月/9月，14-17；Scherer，A.等，Science2000，290，1536-1539；Unger，M.A.等，Science2000，288，113-116；McDonald，J.C.等，Acc.Chem.Res.2002，35，491-499和Thorsen，T.等，Science2002，298，580-584。舉例來說，這種微流體器件允許不使用機(jī)械閥而控制流動(dòng)方向。參見Zhao.B.等，Science2001，291，1023-1026。
微流體器件日益增加的復(fù)雜性已經(jīng)產(chǎn)生在數(shù)量快速增長(zhǎng)的應(yīng)用中使用這些器件的需求。為此，軟材料的使用已經(jīng)使微流體技術(shù)發(fā)展成為有用的技術(shù)而應(yīng)用于基因組測(cè)序、快速分離、傳感器、納米級(jí)反應(yīng)、噴墨印刷、藥物輸運(yùn)、芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-Chip)、體外診斷、注射噴嘴、生物研究和藥物篩選。例如參見Ouellette，J.，The IndustrialPhysicist2003，8月/9月，14-17；Scherer，A.等，Science2000，290，1536-1539；Unger，M.A.等，Science2000，288，113-116；McDonald，J.C.等，Acc.Chem.Res.2002，35，491-499；Thorsen，T.等，Science2002，298，580-584和Liu，J.等，Anal.Chem.2003，75，4718-4723。
對(duì)于許多微流體器件應(yīng)用，聚二甲基硅氧烷(PDMS)是上選的軟材料。參見Scherer，A.等，Science2000，290，1536-1539；Unger，M.A.等，Science2000，288，113-116；McDonald，J.C.等，Acc.Chem.Res.2002，35，491-499；Thorsen，T.等，Science2002，298，580-584和Liu，J.等，Anal.Chem.2003，75，4718-4723。PDMS材料在微流體應(yīng)用中提供了許多誘人的特性。在交聯(lián)時(shí)，PDMS變成具有低楊氏模量(例如大約750kPa)的彈件材料。參見Unger，M.A.等，Science2000，288，113-116。該性質(zhì)使PDMS與表面相吻合并且形成可逆的密封。此外，PDMS具有低的表面能，例如大約20erg/cm2，這使其在圖案化后便于從模具上釋放出來。參見Scherer，A.等，Science2000，290，1536-1539；McDonald，J.C.等，Acc.Chem.Res.2002，35，491-499。
PDMS另一個(gè)重要的特征是其突出的透氣性。該性質(zhì)允許微流體器件溝道(channel)內(nèi)的氣泡滲出器件外。該性質(zhì)在維持微流體器件內(nèi)的細(xì)胞和微生物方面也是有用的。例如PDMS的有機(jī)硅氧聚合物的無毒特性在這方面也是有益的，并且允許其用于醫(yī)學(xué)植入物領(lǐng)域。McDonald，J.C.等，Acc.Chem.Res.2002，35，491-499。
許多目前的PDMS微流體器件基于Sylgard184(DowCorning，Midland，Michigan，美國(guó))。Sylgard184通過鉑催化的硅氫化反應(yīng)而熱固化。Sylgard184的完全固化只需要5個(gè)小時(shí)。但是，最近已經(jīng)報(bào)道了光固化PDMS材料的合成，其力學(xué)性質(zhì)與用于軟光刻的Sylgard184相似。參見Choi，K.M.等，J.Am.Chem.Soc.2003，125，4060-4061。
盡管有上述優(yōu)點(diǎn)，但是因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)有機(jī)溶劑中溶脹，PDMS在微流體中的應(yīng)用仍遭遇到障礙。因此，PDMS基微流體器件與各種有機(jī)溶劑的兼容性有限。參見Lee，J.N.等，Anal.Chem.2003，75，6544-6554。溶脹PDMS的有機(jī)溶劑有己烷、乙醚、甲苯、二氯甲烷、丙酮和乙腈。參見Lee，J.N.等，Anal.Chem.2003，75，6544-6554。有機(jī)溶劑溶脹PDMS微流體器件會(huì)破裂其微米級(jí)的部件(feature)，例如溝道或多個(gè)溝道，并且限制或者完全關(guān)閉有機(jī)溶劑通過溝道的流動(dòng)。因此，使用PDMS基器件的微流體應(yīng)用局限于使用不會(huì)溶脹PDMS的流體，例如水。結(jié)果，需要使用有機(jī)溶劑的那些應(yīng)用可能將需要使用由硬材料(例如玻璃和硅)制成的微流體系統(tǒng)。參見Lee，J.N.等，Anal.Chem.2003，75，6544-6554。但是，從硬材料中制造微流體器件的缺點(diǎn)限制了這種途徑的應(yīng)用。
另外，眾所周知PDMS基器件和材料的惰性不足使其甚至無法用于水基化學(xué)中。舉例來說，PDMS容易與弱和強(qiáng)的酸和堿反應(yīng)。眾所周知PDMS基器件還包含可提取的，特別是可提取的低聚體和環(huán)狀硅氧烷，尤其是在暴露于酸和堿中之后。因?yàn)镻DMS容易被有機(jī)試劑溶脹，所以疏水物料，即使那些在水中輕微溶解的疏水物料也可能會(huì)滲入(partition into)用來構(gòu)建PDMS基微流體器件的PDMS基材料。
因此，具有PDMS的有人力學(xué)性質(zhì)并在常用有機(jī)溶劑中具有耐溶脹性的彈性材料將會(huì)使微流體器件的用途拓展至目前PDMS基器件無法應(yīng)用的大量新的化學(xué)應(yīng)用中。因此，本發(fā)明所提出的解決方案是使用在常用有機(jī)溶劑中耐溶脹的彈性材料，更具體地說光固化的全氟聚醚(PFPE)材料來制造微流體器件。
光固化PFPE材料代表獨(dú)一無二的一類在室溫下是液體的氟代聚合物，其表現(xiàn)出低的表面能、低的模量、高的透氣性和低毒性，并且還具有極高的化學(xué)耐性。參見Scheirs.J.，Modem Fluoropolymers；JohnWiley & Sons，Ltd.New York，1997年；第435-485頁。此外，PFPE材料表現(xiàn)出疏水和疏液性質(zhì)。為此，PFPE材料通常在惡劣條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的高性能機(jī)械中用作潤(rùn)滑劑。已經(jīng)報(bào)道了PFPE材料在超臨界二氧化碳中的合成和溶解性。參見Bunyard，W.等，Macromolecules1999，32，8224-8226。
本發(fā)明描述了光固化的全氟聚醚用作制造耐溶劑的微流體器件的材料的用途。光固化的全氟聚醚用作制造微流體器件的材料解決了由例如PDMS的其它聚合物材料制造的微流體器件所表現(xiàn)出的在有機(jī)溶劑中溶脹的相關(guān)問題。因此，可以使用PFPE基微流體器件來控制少量流體，例如有機(jī)溶劑的流動(dòng)，并進(jìn)行其它聚合物微流體器件所不能進(jìn)行的微尺度化學(xué)反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了光固化的全氟聚醚用于制造耐溶劑的微流體器件的用途。更具體地說，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了光固化的全氟聚醚材料的圖案化層(patterned layer)的形成方法。在一些實(shí)施方案中，該方法包括用全氟聚醚前體涂布例如刻蝕硅晶片的襯底，并且光固化的全氟聚醚前體以形成光固化的全氟聚醚的圖案化層。
在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了多層圖案化光固化的全氟聚醚材料的形成方法。在一些實(shí)施方案中，該方法包括在光固化的全氟聚醚的第二圖案化層上面覆蓋光固化的全氟聚醚的第一圖案化層，其中以預(yù)定的排列方式排列光固化的全氟聚醚的第一層和第二層的圖案，然后使光固化的全氟聚醚的第一層和第二層暴露于紫外線輻射下一段時(shí)間。該固化步驟使兩層粘附到一起，從而在兩層光固化的全氟聚醚的圖案化層之間產(chǎn)生密封。
在一些實(shí)施方案中，多層圖案化的光固化的全氟聚醚結(jié)構(gòu)包括多個(gè)微溝道(microscale channel)，該溝道可以進(jìn)一步構(gòu)成微溝道的集成網(wǎng)絡(luò)。因此，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了使物料流過微溝道集成網(wǎng)絡(luò)的方法。在一些實(shí)施方案中，使物料流動(dòng)的方法包括在微溝道內(nèi)操控(actuate)閥結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，使物料流動(dòng)的方法包括側(cè)開式(side-actuated)閥結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，使物料流動(dòng)的方法包括不同形狀和尺寸的流動(dòng)溝道。在一些實(shí)施方案中，使物料流動(dòng)的方法包括同時(shí)操控多個(gè)閥結(jié)構(gòu)以控制液流通過微溝道的多路網(wǎng)絡(luò)(multiplexted network)。
在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了在微流體器件中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的方法，其中所述方法包括使第一種試劑與第二種試劑在微流體器件內(nèi)接觸，從而形成反應(yīng)產(chǎn)物。在一些實(shí)施方案中，所述第一種試劑與第二種試劑獨(dú)立地選自核苷酸和多核苷酸之一，其中反應(yīng)產(chǎn)物包括多核苷酸。在一些實(shí)施方案中，所述多核苷酸是DNA。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了將微流體器件合并入集成反應(yīng)或流動(dòng)系統(tǒng)中的方法。
此外，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了針對(duì)某個(gè)特征篩選樣品的方法。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了分配物料的方法。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了分離物料的方法。
如上所述部分或全面地給出了本發(fā)明的一些目標(biāo)，結(jié)合下文中詳細(xì)描述的附圖和實(shí)施方案進(jìn)行進(jìn)一步的說明，以使本發(fā)明的其它方面和目標(biāo)更加易于理解。


圖1A-1C是描述根據(jù)本發(fā)明的圖案化層的形成過程的一系列端視圖。
圖2A-2D是描述根據(jù)本發(fā)明的包括兩層圖案化層的微流體器件的形成過程的一系列端視圖。
圖3A是顯示了開口流道的PFPE基微流體器件的剖視圖。
圖3B是顯示了基本上關(guān)閉的流道的PFPE基微流體器件的剖視圖。
圖4A是矩形流道的剖視圖。
圖4B是具有彎曲上表面的流道的剖視圖。
圖5A是顯示處于打開位置時(shí)側(cè)開式閥結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖5B是顯示處于關(guān)閉位置時(shí)側(cè)開式閥結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖6A是一個(gè)同時(shí)操控多個(gè)流道的控制溝道的頂部示意圖。
圖6B是沿著如圖6A所示的控制溝道322的立剖圖。
圖7是適于允許液流通過各種溝道的多路系統(tǒng)的示意圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的微流體器件的示意平面圖。
圖9是用于生物大分子合成的集成微流體系統(tǒng)的示意圖。
圖10是用于在根據(jù)本發(fā)明的微流體器件中流動(dòng)溶液或者進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)的示意圖。如圖8所示，以示意平面圖描述微流體器件800。
圖11是Sylgard184和全氟聚醚二甲基丙烯酸酯(PFPE DMA)材料的粘度對(duì)剪切速率的曲線。
圖12表示交聯(lián)聚二甲基硅氧烷(PDMS)和全氟聚醚(PFPE)材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)熱分析跡線(DMTA)，其中顯示了作為溫度的函數(shù)的損耗模量的極值。
圖13A-13C描述了代表性的器件制造程序。圖13A部分固化PFPEDMA薄層(20微米)和厚層(5毫米)。圖13B從基片上剝離厚層、旋轉(zhuǎn)90°，然后將其放在所述薄層之上。然后，完全固化整個(gè)器件以將所述兩層粘附到一起。圖13C從基片上剝離所述器件。
圖14描述了進(jìn)入PFPE器件溝道(左)的二氯甲烷、乙腈和甲醇的染色溶液的照片。相比而言，由于溶脹沒有溶液進(jìn)入相同尺寸的PDMS溝道。
圖15A-15C為描述閥的操控過程的照片。圖15A不含溶劑的溝道的俯視圖。薄層上的溝道(流體)為垂直走向，而厚層上的溝道(空氣)為水平走向。圖15B用染色的乙腈、二氯甲烷和甲醇溶液填充薄層溝道。圖15C通過將25psi空氣引入厚層溝道中而進(jìn)行閥的操控。每張圖片的下方提供了閥的略圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖和表示代表性實(shí)施方案的實(shí)施例，在下文中更全面地描述本發(fā)明。但是，可以以不同的形式來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明并且不應(yīng)解釋為本發(fā)明局限于下文中提出的實(shí)施方案。提供這些實(shí)施方案，只為使本發(fā)明是徹底且完全的，并向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_(dá)實(shí)施方案的范圍。
除非另有說明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語的含義與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員通常理解的相同。本文提到的所有出版物、專利申請(qǐng)、專利和其它引文的全部?jī)?nèi)容引入本文作參考。
在整個(gè)說明書和權(quán)利要求中，所給出的化學(xué)式或名稱將涵蓋所有光學(xué)和立體異構(gòu)體，以及存在這些異構(gòu)體和混合物的外消旋混合物。
I.定義本文使用的術(shù)語“微流體器件”通常指可以通過其傳輸材料(特別是流體負(fù)載的材料(例如液體))的器件，在一些實(shí)施方案中所述器件為微米級(jí)別，并且在一些實(shí)施方案中為納米級(jí)別的器件。因此，本發(fā)明描述的微流體器件可以包括微米級(jí)部件(features)、納米級(jí)部件及其組合。
因此，微流體器件典型地包括尺寸在毫米級(jí)以下的結(jié)構(gòu)或功能部件，它們能夠以微升/分鐘以下量級(jí)的流速操縱流體。典型地，這些部件包括，但不局限于溝道、儲(chǔ)液池、反應(yīng)室、混合室和分離區(qū)。在一些實(shí)施例中，溝道包括至少一個(gè)尺寸在約0.1微米至約500微米之間的剖面。使用該量級(jí)的尺寸允許在更小的區(qū)域中組合更大量的溝道，并且使用更少量的流體。
微流體器件可以單獨(dú)存在，或者是作為微流體系統(tǒng)的一部分，所述系統(tǒng)舉例來說但非局限地包括用于向系統(tǒng)中引入流體(例如樣品、試劑、緩沖液等)和/或使流體通過系統(tǒng)的泵；檢測(cè)設(shè)備或系統(tǒng)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)；以及用于控制器件內(nèi)流體傳輸和/或方向、監(jiān)控并控制器件中流體所處環(huán)境條件(例如溫度、流量等)的控制系統(tǒng)。
本文使用的術(shù)語“溝道”、“微溝道”以及“微流體溝道”可以互換并且指借助在材料中引入圖的案圖案化襯底，或者通過任何適當(dāng)?shù)牟牧先コ夹g(shù)而在材料中形成的凹槽(recess)或孔洞(cavity)；或者可以指組合了安裝在所述凹槽或孔洞中的任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)流結(jié)構(gòu)(例如管道、毛細(xì)管等)的凹槽或孔洞。
本文使用的術(shù)語“流道”和“控制溝道”可以互換并且意指微流體器件中例如流體(例如氣體或液體)的材料可以流通的溝道。更具體地說，術(shù)語“流道”指所關(guān)注的材料(例如溶劑或化學(xué)試劑)可以流通的溝道。此外，術(shù)語“控制溝道”指用以通過例如流體(例如氣體或液體)的物質(zhì)來操控閥或泵的溝道。
本文使用的術(shù)語“閥”除非另有說明，指通過響應(yīng)施加到另一個(gè)溝道(例如控制溝道)上的操控力而可以從一個(gè)溝道(例如流道)偏離或縮回的彈性段(例如PFPE段)來隔開兩個(gè)溝道的結(jié)構(gòu)。
本文使用的術(shù)語“圖案”意指溝道或微流體溝道，或者微流體溝道的集成網(wǎng)絡(luò)，在一些實(shí)施方案中這些溝道可以在預(yù)定的點(diǎn)處交叉。所述圖案還可以包含一個(gè)或多個(gè)微儲(chǔ)液池、微反應(yīng)室、微混合室以及微分離區(qū)。
本文使用的術(shù)語“交叉”意指在某點(diǎn)相遇、在某點(diǎn)相遇并且貫穿或交叉、或者在某點(diǎn)相遇并且重疊。更具體地說，本文使用的術(shù)語“交叉”描述了其中兩個(gè)溝道在某點(diǎn)相遇、在某點(diǎn)相遇并且彼此貫穿或交叉、或者在某點(diǎn)相遇并且彼此重疊的實(shí)施方案。因此，在一些實(shí)施方案中，兩個(gè)溝道可以交叉，即在某點(diǎn)相遇、或者在某點(diǎn)相遇并且彼此貫穿，并且是彼此流體連通(communicate)的。在一些實(shí)施方案中，兩個(gè)溝道可以交叉，即在某點(diǎn)相遇并且彼此重疊，并且是流體彼此不連通，這就是流道和控制溝道交叉時(shí)的情況。
本文使用的術(shù)語“連通”(例如第一種組分與第二種組分“連通”或“處于連通狀態(tài)”)及其語法上的變化均用來表示兩種或多種組分或元件之間的結(jié)構(gòu)、功能、力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)或流體學(xué)關(guān)系。如此，稱一種組分與第二種組分連通并不排除在第一和第二種組分之間存在、和/或操作上相關(guān)或涉及其它組分的可能性。
針對(duì)使用微流體器件用于處理流體的抑制或運(yùn)動(dòng)，術(shù)語“在器件中”、“在器件上”、“進(jìn)入器件內(nèi)”、“在器件之上”、“通過器件”和“穿過器件”通常具有相等的含義。
本文使用的術(shù)語“整體的”指包含或者用作單個(gè)、統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。
本文使用的術(shù)語“非生物有機(jī)材料”指生物材料以外的有機(jī)材料，即那些具有共價(jià)碳-碳鍵的化合物。本文使用的術(shù)語“生物材料”包括核酸大分子(例如DNA、RNA)、氨基酸大分子(例如酶)和小的有機(jī)化合物(例如類固醇、激素)，其中所述小的有機(jī)化合物具有生物活性，尤其是對(duì)人或商業(yè)上重要的動(dòng)物(例如寵物和家畜)具有生物活性，并且所述小的有機(jī)化合物主要用于治療或診斷目的。當(dāng)生物材料在制藥和生物技術(shù)應(yīng)用方面有意義時(shí)，大量的應(yīng)用涉及用生物學(xué)以外的材料(即非生物有機(jī)材料)促進(jìn)的化學(xué)過程。
遵循長(zhǎng)期以來的專利法慣例，本申請(qǐng)中(包括在括權(quán)利要求中)使用的術(shù)語“an”、“a”和“the”指“一個(gè)或多個(gè)”。因此，舉例來說，表述“微流體溝道”包括多個(gè)這種微流體溝道，等等。
II.從光固化的全氟聚醚材料制造微流體器件的方法本發(fā)明描述了從光固化的全氟聚醚(PFPE)材料制造微流體器件的方法。更具體地說，本發(fā)明描述了光固化PFPE材料圖案化層的形成方法。還公開了包含至少一層這種光固化PFPE材料圖案化層的微流體器件。
IIA.光固化的全氟聚醚材料圖案化層的形成方法在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了光固化PFPE材料圖案化層的形成方法?，F(xiàn)在參照?qǐng)D1A-1C，給出了本發(fā)明實(shí)施方案的示意性代表。其中描述了具有包含凸起(raised protrusion)P的圖案化表面PS的襯底S。因此，襯底S的圖案化表面PS包含至少一個(gè)形成圖案形狀的凸起P。在一些實(shí)施方案中，襯底S的圖案化表面PS包含多個(gè)形成復(fù)雜圖案的凸起P。
從圖1B中明顯可見，聚合物前體PP位于襯底S的圖案化表面PS上方。如圖1B所示，施用紫外線UV，光固化聚合物前體PP。在聚合物前體PP固化后，形成如圖1C所示的光固化的全氟聚醚的圖案化層PL。
如圖1C所示，光固化的全氟聚醚的圖案化層PL包含在圖案化層PL底面形成的凹槽R。凹槽R的尺寸與襯底S的圖案化表面PS的凸起P相應(yīng)。在一些實(shí)施方案中，凹槽R包含至少一個(gè)溝道CH，在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中包含微溝道。從襯底S的圖案化表面PS中除去圖案化層PL，從而制得微流體器件MD。
因此，在一些實(shí)施方案中，光固化的全氟聚醚的圖案化層的形成方法包括(a)提供襯底，其中該襯底包含圖案化表面；(b)使全氟聚醚前體與所述襯底的圖案化表面接觸；和(c)光固化的全氟聚醚前體以形成光固化的全氟聚醚的圖案化層。
在一些實(shí)施方案中，光固化的全氟聚醚的圖案化層的形成方法包括(a)用全氟聚醚前體和光引發(fā)劑的摻合物涂布襯底的圖案化表面以形成涂布的、圖案化襯底；(b)將所述涂布的、圖案化襯底暴露于紫外線輻射下一段時(shí)間，從而在圖案化襯底上形成光固化的全氟聚醚層；和(c)將所述光固化的全氟聚醚層從所述圖案化襯底上移去，從而制得光固化的全氟聚醚的圖案化層。
在一些實(shí)施方案中，所述圖案化襯底包括硅晶片。在一些實(shí)施方案中，所述圖案化襯底包括光刻膠圖案化的襯底。對(duì)于本發(fā)明而言，可以通過本領(lǐng)域中公知的任何加工方法，包括但不局限于光刻法、電子束光刻法和離子蝕刻來制造圖案化的襯底。
在一些實(shí)施方案中，所述涂布步驟包括旋涂步驟。在一些實(shí)施方案中，所述全氟聚醚前體包括聚(四氟環(huán)氧乙烷-共聚-二氟甲醛)α，ω-二醇。在一些實(shí)施方案中，光引發(fā)劑包括2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。在一些實(shí)施方案中，光固化的全氟聚醚包括全氟聚醚二甲基丙烯酸酯。在一些實(shí)施方案中，光固化的全氟聚醚包括聯(lián)苯乙烯全氟聚醚(perfluoropolyether distyrenic)。
本領(lǐng)域一般技術(shù)人員公知全氟聚醚(PFPEs)已經(jīng)在25年內(nèi)用于許多應(yīng)用。市售PFPE材料通過全氟化單體的聚合來制造。這類產(chǎn)品的第一個(gè)成員通過氟化銫催化的六氟環(huán)氧丙烷(HFPO)聚合來制造，生產(chǎn)出一系列稱作Krytox(DuPont，Wilmington，Delaware，美國(guó))的分支聚合物。通過UV催化的六氟丙烯光氧化生產(chǎn)出相似的聚合物(FomblinY(jié))(Solvay Solexis，Brussels，比利時(shí))。此外，通過相似的過程，但是使用四氟乙烯制備出線性聚合物(FomblinZ)(Solvay)。最后，通過聚合四氟氧雜環(huán)丁烷，接著直接氟化的方法生產(chǎn)出第四種聚合物(Demnum)(Daikin Industries，Ltd.，Osaka，日本)。這些流體的結(jié)構(gòu)表示在表I中。表II包含一些PFPE類潤(rùn)滑劑的性質(zhì)數(shù)據(jù)。除了這些可商購的PFPE流體外，通過直接氟化技術(shù)正制備出一系列新的結(jié)構(gòu)。這些新的PFPE材料代表性的結(jié)構(gòu)表示在表III中。在上述PFPE流體中，只有Krytox和FomblinZ已經(jīng)被廣泛用于各種應(yīng)用中。參見Jones，W.R.，Jr.，The Properties of Perfluoropolyethers Used for SpaceApplications，NASA Technical Memorandum 106275(1993年7月)，該文獻(xiàn)全部?jī)?nèi)容引入本文作參考。因此，在本發(fā)明公開的內(nèi)容中提供了這些PFPE材料的應(yīng)用。
表I市售PFPE流體的名稱和化學(xué)結(jié)構(gòu)

表IIPFPE物理性質(zhì)

表III代表性PFPE流體的名稱和化學(xué)結(jié)構(gòu)

a其中x是任何整數(shù)。
在一些實(shí)施方案中，紫外線輻射的波長(zhǎng)約為365納米。在一些實(shí)施方案中，涂布的圖案化襯底暴露于紫外線輻射下的時(shí)間在約1秒到約300秒的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，涂布的圖案化襯底暴露于紫外線輻射下的時(shí)間在從約1秒到約100秒的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，涂布的圖案化襯底暴露于紫外線輻射下的時(shí)間約為6秒。在一些實(shí)施方案中，涂布的圖案化襯底暴露于紫外線輻射下的時(shí)間約為60秒。
在一些實(shí)施方案中，光固化的全氟聚醚的圖案化層介于約0.1微米至約100微米厚之間。在一些實(shí)施方案中，光固化的全氟聚醚的圖案化層介于約0.1毫米至約10毫米厚之間。在一些實(shí)施方案中，光固化的全氟聚醚的圖案化層介于約1微米至約50微米厚之間。在一些實(shí)施方案中，光固化的全氟聚醚的圖案化層約為20微米厚。在一些實(shí)施方案中，光固化的全氟聚醚的圖案化層約為5毫米厚。
在一些實(shí)施方案中，光固化的全氟聚醚的圖案化層包含多個(gè)微溝道。在一些實(shí)施方案中，所述溝道具有從約0.01微米至約1000微米范圍的寬度；從約0.05微米至約1000微米范圍的寬度；和/或從約1微米至約1000微米范圍的寬度。在一些實(shí)施方案中，溝道具有從約1微米至約500微米范圍的寬度；從約1微米至約250微米范圍的寬度；和/或從約10微米至約200微米范圍的寬度。示例性的溝道寬度包括，但不局限于0.1微米、1微米、2微米、5微米、10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、110微米、120微米、130微米、140微米、150微米、160微米、170微米、180微米、190微米、200微米、210微米、220微米、230微米、240微米和250微米。
在一些實(shí)施方案中，溝道具有從約1微米至約1000微米范圍內(nèi)的深度；和/或從約1微米至約100微米范圍內(nèi)的深度。在一些實(shí)施方案中，溝道具有從約0.01微米至約1000微米范圍內(nèi)的深度；從約0.05微米至約500微米范圍內(nèi)的深度；從約0.2微米至約250微米范圍內(nèi)的深度；從約1微米至約100微米范圍內(nèi)的深度；從約2微米至約20微米范圍內(nèi)的深度；和/或從約5微米至約10微米范圍內(nèi)的深度。示例性的溝道深度包括，但不局限于0.01微米、0.02微米、0.05微米、0.1微米、0.2微米、0.5微米、1微米、2微米、3微米、4微米、5微米、7.5微米、10微米、12.5微米、15微米、17.5微米、20微米、22.5微米、25微米、30微米、40微米、50微米、75微米、100微米、150微米、200微米和250微米。
在一些實(shí)施方案中，溝道的寬度-深度比在從約0.1∶1至約100∶1的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，溝道的寬度-深度比在從約1∶1至約50∶1的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，溝道的寬度-深度比在從約2∶1至約20∶1的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，溝道的寬度-深度比在從約3∶1至約15∶1的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，溝道的寬度-深度比約為10∶1。
本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)明白本發(fā)明的溝道尺寸不局限上述示例性的范圍，并且可以改變寬度和深度來影響使物料流過溝道和/或操控閥以控制其中的物料流所需的力的大小。此外，下面將更詳細(xì)地說明使用更寬的溝道作為儲(chǔ)液池、反應(yīng)室、混合溝道和分離區(qū)等。
II.B.多層圖案化光固化的全氟聚醚材料的形成方法在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明公開的內(nèi)容描述了多層圖案化光固化的全氟聚醚材料的形成方法。在一些實(shí)施方案中，使用多層圖案化光固化的全氟聚醚材料來制造整體PFPE基微流體器件。
現(xiàn)在參考圖2A-2D，顯示了本發(fā)明實(shí)施方案的制備方法的示意性代表。提供了圖案化層PL1和PL2，圖案化層PL1和PL2中每個(gè)都包含溝道CH。在本發(fā)明的本實(shí)施方案中，溝道CH是微溝道。在圖2A-2C中，圖案化層PL1中的溝道由虛線表示，即在陰影中。在圖案化層PL1上以預(yù)定的排列疊置圖案化層PL2。在本實(shí)施例中，預(yù)定的排列是圖案化層PL1和PL2中的溝道CH基本上彼此垂直。在一些實(shí)施方案中，如圖2A-2D所示，在未圖案化層NPL上疊置圖案化層PL1。未圖案化層NPL可以包含全氟聚醚。
繼續(xù)參考圖2A-2D，將圖案化層PL1和PL2以及在一些實(shí)施方案中將未圖案化層NPL暴露于紫外線UV下。將層PL1和PL2以及在一些實(shí)施方案中的未圖案化層NPL暴露于紫外線UV下使圖案化層PL1和PL2彼此粘附，并且在一些實(shí)施方案中，圖案化層PL1和未圖案化層NPL彼此粘附，如圖2C和2D所示。所得的微流體器件MD包含在預(yù)定交叉點(diǎn)IP處交叉的微溝道CH的集成網(wǎng)絡(luò)IN，在圖2D中提供的剖視圖中看得最清楚。圖2D中還顯示了包含使圖案化層PL2的溝道CH與圖案化層PL1的溝道CH分開的圖案化層PL1的溝道CH上表面的膜M。
繼續(xù)參考圖2A-2C，在一些實(shí)施方案中，圖案化層PL2包含許多孔洞，并且這些孔洞被設(shè)計(jì)成輸入孔IA和輸出孔OA。在一些實(shí)施方案中，孔洞(即輸入孔IA和輸出孔OA)與溝道CH流體連通。在一些實(shí)施方案中，如圖5A和5B所示并且將在下文中詳細(xì)討論，所述孔洞包含側(cè)開式閥結(jié)構(gòu)，其包括可以操控用以限制鄰接溝道中液流的PFPE材料薄膜。
因此，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了形成多層圖案化光固化的全氟聚醚材料的方法，該方法包括(a)在光固化的全氟聚醚第二圖案化層上覆蓋光固化的全氟聚醚的第一圖案化層，其中以預(yù)定的排列方式排列光固化的全氟聚醚第一層和第二層的圖案；及(b)將光固化的全氟聚醚的第一層和第二層暴露于紫外線輻射下一段時(shí)間。
在一些實(shí)施方案中，光固化PFPE材料的第一圖案化層被澆鑄成賦予PFPE結(jié)構(gòu)一定程度力學(xué)穩(wěn)定性的厚度。因此，在一些實(shí)施方案中，光固化PFPE材料的第一圖案化層約50微米至幾厘米厚。在一些實(shí)施方案中，光固化PFPE材料的第一圖案化層的厚度介于50微米至10毫米之間。在一些實(shí)施方案中，光固化PFPE材料的第一圖案化層為5毫米厚。在一些實(shí)施方案中，PFPE材料的第一圖案化層為約4毫米厚。此外，在一些實(shí)施方案中，PFPE材料第一圖案化層的厚度在從約0.1微米至約10厘米的范圍內(nèi)；從約1微米至約5厘米的范圍內(nèi)；從約10微米至約2厘米的范圍內(nèi)以及從約100微米至約10毫米的范圍內(nèi)。
在一些實(shí)施方案中，光固化PFPE材料的第二圖案化層的厚度介于約1微米至約100微米之間。在一些實(shí)施方案中，光固化PFPE材料的第二圖案化層的厚度介于約1微米至約50微米之間。在一些實(shí)施方案中，光固化PFPE材料的第二圖案化層為約20毫米厚。
盡管圖2A-2C和圖13公開了微流體器件的形成過程，其中結(jié)合了兩層PFPE圖案化層，在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中還可以形成包含一層PFPE材料圖案化層和一層非圖案化層的微流體器件。因此，第一圖案化層可以包含微溝道或者微溝道的集成網(wǎng)絡(luò)，然后將第一圖案化層覆蓋在非圖案化層上面并采用光固化步驟(例如本文所公開的施用紫外線)粘附到非圖案化層上，從而形成包含其中內(nèi)含的溝道的整體結(jié)構(gòu)。
因此，在一些實(shí)施方案中，光固化的全氟聚醚材料第一和第二圖案化層，或者可選地光固化的全氟聚醚材料第一圖案化層和光固化的全氟聚醚材料非圖案化層彼此粘附，從而形成整體PFPE基微流體器件。
III.引導(dǎo)物料流通過PFPE基微流體器件的方法在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了引導(dǎo)物料流通過PFPE基微流體器件的方法。在一些實(shí)施方案中，引導(dǎo)物料流通過PFPE基微流體器件的方法包括操控微流體器件內(nèi)的一個(gè)閥結(jié)構(gòu)或多個(gè)閥結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，所述閥結(jié)構(gòu)構(gòu)成微流體器件自身的一部分。在一些實(shí)施方案中，所述閥結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含側(cè)開式閥。
III.A.操控PFPE基微流體器件內(nèi)閥結(jié)構(gòu)的方法在一些實(shí)施方案中，操控PFPE基微流體器件內(nèi)閥結(jié)構(gòu)的方法包括通過向鄰接的第二流道(或“控制流道”)施加壓力，將隔開兩個(gè)溝道的PFPE材料薄膜偏移進(jìn)入第一流道，從而關(guān)閉第一流道。圖3A和3B一起表示通過加壓第二流道而關(guān)閉第一流道?，F(xiàn)在參考圖3A，其中顯示了包含粘附到平面非圖案化PFPE層312上的多層圖案化PFPE材料310的整體PFPE基微流體器件300的前視圖。第一流道320和第二流道322通過膜314隔開，該膜形成第一流道320的頂部和第二流道322的底部。如圖3A所示，流道320是敞開的。
現(xiàn)在參考圖3B，流道322的加壓(通過其中的氣體或者液體)引起膜314向下偏移，從而限制流體F通過流道320，如圖3A所示。因此，通過改變溝道322中的壓力，提供了可操控的閥動(dòng)系統(tǒng)，通過按照需要偏移膜314使流道320基本上打開或者基本上關(guān)閉，或者處于半開或半閉位置。僅為了舉例說明，以“基本上關(guān)閉”的狀態(tài)，而不是“全關(guān)閉”的狀態(tài)表示圖3B中的溝道320。
在一些實(shí)施方案中，隔開疊置的溝道320和322的PFPE材料膜314的厚度介于約0.01微米至1000微米、約0.05微米至500微米、0.2微米至250微米、1微米至100微米、2微米至50微米以及5微米至40微米之間。示例性膜的厚度包括，但不局限于0.01微米、0.02微米、0.03微米、0.05微米、0.1微米、0.2微米、0.3微米、0.5微米、1微米、2微米、3微米、5微米、7.5微米、10微米、12.5微米、15微米、17.5微米、20微米、22.5微米、25微米、30微米、40微米、50微米、75微米、100微米、150微米、200微米、250微米、300微米、400微米、500微米、750微米和1000微米。
因?yàn)檫@些閥通過移動(dòng)溝道本身的一部分(例如偏移膜314)來操控并且不需要附加組件，所以通過該技術(shù)生產(chǎn)的閥和泵具有0死體積(dead volume)，并且通過該技術(shù)開關(guān)閥的死體積大約等于閥的有效體積(active volume)，例如約100微米×100微米×10微米＝100皮升。這種移動(dòng)膜消耗的死體積和面積大約小于已知傳統(tǒng)的微閥兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在本發(fā)明中提供了更小和更大的閥，包括但不局限于死體積從1阿升至1微升、100阿升至100納升、1飛升至1納升、100飛升至1納升以及1皮升至100皮升的閥。
通過根據(jù)本發(fā)明的泵和閥輸送的小體積物料(例如流體)表現(xiàn)出優(yōu)于本領(lǐng)域公知的泵和閥的很大優(yōu)點(diǎn)。舉例來說，能夠手動(dòng)計(jì)量的流體最小體積為約0.1微升。此外，能夠通過自動(dòng)系統(tǒng)計(jì)量的流體最小體積為約1微升。使用根據(jù)本發(fā)明的泵和閥，可以計(jì)量并且分配10納升或更小體積的流體。通過本發(fā)明能夠精確計(jì)量極小體積的流體在大量的生物學(xué)應(yīng)用(包括例如DNA的生物材料的微尺度分析以及診斷試驗(yàn)和分析)中可能是極其有價(jià)值的。
如授予Unger等的美國(guó)專利第6,408,878號(hào)所述(該專利全部?jī)?nèi)容引入本文作參考)，彈性膜響應(yīng)壓力時(shí)發(fā)生的偏移是膜長(zhǎng)度、寬度、厚度、例如由其楊氏模量提供的膜柔韌性、以及施加的操控力的函數(shù)。因?yàn)檫@些參數(shù)每種都將根據(jù)具體彈性器件(例如根據(jù)本發(fā)明的PFPE器件)的尺寸和物理組成而變化，所以提供了廣泛范圍的膜厚、溝道寬度和操控力。
可以通過使流體或例如空氣的氣體舉例來說通過與第二個(gè)更窄的管道(例如皮下注射器管，例如金屬皮下注射器針頭)連接的第一個(gè)管道來施加壓力以操控所述器件的膜，其中通過在與流道垂直的方向上插入PFPE塊中使金屬皮下注射器針頭與流道接觸。
因此，在一些實(shí)施方案中，操控PFPE基微流體器件的方法進(jìn)一步包括在至少一層光固化的全氟聚醚材料圖案化層中形成多個(gè)孔洞。在一些實(shí)施方案中，如圖2A所示，多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括進(jìn)口孔IA。在一些實(shí)施方案中，也如圖2A所示，多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括出口孔OA。
此外，該實(shí)施方案解決了將傳統(tǒng)的微流體器件與外部流體源連接而引起的大量問題。其中一個(gè)問題就是微流體器件和外部流體源間連接的脆弱性。傳統(tǒng)的微流體器件包含硬的、剛性材料，例如硅，必須與其連接提供與外部元件相連的管道。傳統(tǒng)材料的剛性在與外部管道接觸點(diǎn)處產(chǎn)生物理應(yīng)力，使傳統(tǒng)的微流體器件易于在這些接觸點(diǎn)處碎裂并泄漏。
相反，本發(fā)明的PFPE材料是柔性的，并且可以被包含硬材料的硬管(例如金屬皮下注射器針頭)刺穿以形成外部連接。舉例來說，在使用圖1和2所示的方法制造的PFPE結(jié)構(gòu)中，如圖2A-2C所示，在從模具中除去PFPE材料上層(如圖1C所示)后并且在該層已經(jīng)與PFPE材料第二圖案化層粘接(如圖2A-2C所示)前，通過用金屬注射針頭穿過PFPE材料圖案化層的外表面可以制造出從該結(jié)構(gòu)外表面延伸入流道的孔洞。
在這些步驟之間，一部分流道暴露于用戶的視野中，并且方便了皮下注射針頭的插入和孔洞的正確定位。在完成器件的制造后，金屬皮下注射針頭被插入孔洞中，完成與外部流體源的流體連接。另外，本發(fā)明的PFPE材料相應(yīng)于外部連接接觸點(diǎn)處的物理應(yīng)變而彎曲，使外部物理連接更加牢固。這種柔韌性大大降低了本發(fā)明所述微流體器件泄漏或碎裂的可能性。
傳統(tǒng)微流體器件的另一個(gè)缺點(diǎn)是難以在器件及其與外部液流之間建立有效的密封。由于這些微流體器件的溝道直徑通常較窄，即使在實(shí)現(xiàn)中等速率的液流時(shí)也可能需要輸入高的壓力。因此，可能導(dǎo)致器件和外部連接間接觸點(diǎn)處的意外泄漏。用于制造本發(fā)明的微流體器件的PFPE材料的柔韌性有助于防止與高輸入壓力相關(guān)的泄漏。更具體地說，柔性的PFPE材料符合插入管道的形狀，從而形成充分耐壓的密封。
至此已描述了通過施加氣壓來控制物料流通過器件，但也可以使用其它的流體。氣體是可壓縮的，因此在例如通過電磁閥施加壓力的時(shí)間和隔開微流體器件流道的膜經(jīng)受該壓力的時(shí)間之間存在有限的延遲。因此，在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，從外部源向不可壓縮的流體(例如水或液壓油)施加壓力，導(dǎo)致施加的壓力幾乎同時(shí)轉(zhuǎn)移到膜上。如果膜的轉(zhuǎn)換體積(displaced volume)是大的或者流道是窄的，控制流體的粘度越高會(huì)越有助于啟動(dòng)的延遲。因此，轉(zhuǎn)移壓力的最優(yōu)介質(zhì)將取決于具體的應(yīng)用和器件的結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明提供了使用氣態(tài)和液態(tài)兩種介質(zhì)來操控可偏移的膜。
在一些實(shí)施方案中，通過泵和經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)器和外部閥的儲(chǔ)罐系統(tǒng)來施加外壓。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將理解本發(fā)明提供了施加外壓的其它方法，包括氣罐、壓縮機(jī)、活塞系統(tǒng)和液柱。本發(fā)明還提供了天然存在的壓力源，例如那些在活有機(jī)體中發(fā)現(xiàn)的壓力源，包括血壓、胃的壓力、腦脊髓液中存在的壓力、眼內(nèi)存在的壓力以及正常彎曲期間肌肉施加的壓力。本發(fā)明還提供了調(diào)節(jié)外壓的其它方法，包括微型閥、蠕動(dòng)泵、夾閥和本領(lǐng)域公知的其它類型流體調(diào)節(jié)設(shè)備。
在一些實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的微流體閥的響應(yīng)在其工作范圍內(nèi)相當(dāng)部分中幾乎是線性的，只有極小的滯后。參見授予Unger等的美國(guó)專利第6408,878號(hào)，該專利全部?jī)?nèi)容引入本文作參考。因此，根據(jù)本發(fā)明的閥理想地適用于微流體計(jì)量和流體控制。
當(dāng)本發(fā)明的閥和泵不要求通過線性操控(linear actuation)來打開或關(guān)閉時(shí)，線性響應(yīng)也有利于使用該閥作為計(jì)量裝置。在一些實(shí)施方案中，使用閥的打開，通過部分操控至已知關(guān)閉程度來控制流速。線性閥操控也便于確定關(guān)閉閥至所需關(guān)閉程度所需要的操控力的大小。線性操控的另一個(gè)好處是可以從流道中的壓力確定閥操控所需的力。因此，如果操控是線性的，可以通過向閥的操控部分施加相同的壓力(單位面積的力)來對(duì)抗流道中增加的壓力。因此，通過增加操控壓力可以對(duì)抗流道中的高壓(即背壓)。
閥響應(yīng)的線性取決于閥的結(jié)構(gòu)、組成以及操控方法。此外，線性是否是閥中所需的特性取決于應(yīng)用。因此，在本發(fā)明中提供了線性和非線性操控的兩種閥，并且線性操控所述閥的壓力范圍隨具體的實(shí)施方案而變化。
除了上述基于壓力的操控系統(tǒng)外，本發(fā)明還提供了靜電操控和磁操控系統(tǒng)。舉例來說，通過直接向整體PFPE結(jié)構(gòu)中形成荷相反電荷的電極(當(dāng)向它們施加電壓差時(shí)電極將趨向于彼此吸引)可以實(shí)現(xiàn)靜電操控。再次參考圖3A，第一個(gè)電極330A(以虛線表示)可以位于膜314上(或其中)，并且第二個(gè)電極330B(也以虛線表示)可以位于平面非圖案化PFPE層312上(或其中)。當(dāng)電極330A和330B荷相反極性時(shí)，兩個(gè)電極間的吸收力將引起膜314向下偏移，從而關(guān)閉流道320。
為了使膜電極充分導(dǎo)電以支持靜電操控而在力學(xué)上不至于過于剛性以阻礙膜的運(yùn)動(dòng)，所以必須在膜314上方或其中提供足夠柔性的電極?？梢酝ㄟ^在膜314上沉積薄的金屬化層、用導(dǎo)電材料摻雜聚合物，或者導(dǎo)電材料形成表面層以提供這種足夠柔性的電極。
在一些實(shí)施方案中，通過薄的金屬化層(metallization layer)來提供在偏移膜處存在的電極，舉例來說薄的金屬化層可以通過濺射例如20納米金的金屬薄膜來提供。除了通過濺射形成金屬化膜外，其它金屬化途徑，例如化學(xué)外延、蒸鍍、電鍍和無電電鍍也都是有效的。向彈性體表面上物理轉(zhuǎn)移金屬層也是有效的，例如通過在其粘附不良的平面襯底上蒸鍍金屬，然后將彈性體放到金屬上并將金屬從襯底上剝離。
還可以通過在彈性體表面沉積炭黑(例如VulcanXC72R CabotCorporation，Boston，Massachusetts，美國(guó))來形成導(dǎo)電電極330A。可選地，可以通過從導(dǎo)電材料(即炭黑或細(xì)分散的金屬顆粒)摻雜的彈性體構(gòu)建整個(gè)結(jié)構(gòu)300而形成電極330A。還可以通過靜電沉積，或者產(chǎn)生碳的化學(xué)反應(yīng)來形成電極。
不需要移動(dòng)的下電極330B可以是如上所述的順從性電極(compliant electrode)，或者傳統(tǒng)的電極，例如蒸鍍的金、金屬板或者摻雜的半導(dǎo)體電極。
在一些實(shí)施方案中，流道的磁操控可以通過用磁可極化的材料(例如鐵)或者永磁材料(例如極化的NdFeB)來制備隔開流道的膜來實(shí)現(xiàn)。
在使用磁可極化的材料制造膜的實(shí)施方案中，通過響應(yīng)施加的磁場(chǎng)而吸引可以操控所述膜。在使用能夠維持永久磁性的材料制造膜的實(shí)施方案中，首先通過暴露至足夠高的磁場(chǎng)中而磁化材料，然后通過響應(yīng)所施加的不勻磁場(chǎng)而吸引或排斥來操控。
可以通過許多方法產(chǎn)生操控所述膜的磁場(chǎng)。在一些實(shí)施方案中，通過在彈性體膜中或附近形成的小的感應(yīng)線圈來產(chǎn)生磁場(chǎng)。這種磁線圈的操控作用是局部的，從而允許操控單個(gè)泵和/或閥結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，由較大的更有力的磁源來產(chǎn)生磁場(chǎng)，在此情況下操控不是局部的，并且可以同時(shí)操控多個(gè)泵和/或閥結(jié)構(gòu)。
還可以結(jié)合壓力操控與靜電或磁操控。更具體地說，可以靜電或磁操控與凹槽和/或溝道流體連通的風(fēng)箱(bellows)結(jié)構(gòu)以改變凹槽和/或溝道內(nèi)的壓力，從而操控與該凹槽和/或溝道相鄰的膜結(jié)構(gòu)。
除了上述電或磁操控外，本發(fā)明還提供了電解和電動(dòng)操控系統(tǒng)。舉例來說，在一些實(shí)施方案中，對(duì)膜的操控壓力源于與膜疊置的凹槽和/或溝道中的電解反應(yīng)。在這種實(shí)施方案中，凹槽和/或溝道中存在的電極在凹槽和/或溝道內(nèi)的電解質(zhì)間施加電壓。這種電勢(shì)差在電極處引起電化學(xué)反應(yīng)，并且導(dǎo)致氣體物質(zhì)的產(chǎn)生，從而在凹槽和/或溝道中引起壓力差。
在一些實(shí)施方案中，對(duì)膜的操控壓力源于控制溝道中的電動(dòng)液流。在這種實(shí)施方案中，控制溝道相對(duì)端處存在的電極在控制溝道中存在的電解質(zhì)間施加電勢(shì)差。電解質(zhì)中荷電物種向各電極的遷移引起壓力差。
在一些實(shí)施方案中，可以通過施加熱能使流體在控制溝道中流動(dòng)，或者通過熱膨脹或者從液體產(chǎn)生氣體來操控器件。相似地，產(chǎn)生氣態(tài)產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)可以使壓力增加至足以用于膜的操控。
III.B.在包含不同橫截面尺寸和形狀的流道的PFPE基微流體器件內(nèi)操控閥結(jié)構(gòu)的方法在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了具有不同橫截面尺寸和形狀的流道，這些流道根據(jù)其所需的應(yīng)用具有不同的優(yōu)點(diǎn)，特別是與密封流道相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。舉例來說，下流道的橫截面形狀或者沿著其整個(gè)長(zhǎng)度或者在位于向上的交叉溝道下方的區(qū)域中具有彎曲的上表面。
現(xiàn)在參考圖4A，顯示與圖3A的流道320和322相似的剖視圖。在本實(shí)施方案中，流道320的橫截面形狀是矩形。在一些實(shí)施方案中，如圖4B所示，流道320的橫截面具有如圖320A所述的彎曲上表面。
再參考圖4A，當(dāng)流道322被加壓時(shí)，隔開流道320和322的膜部分314將向下移動(dòng)到虛線314A、314B、314C、314D和314E所示的連續(xù)位置。在某些情況下，在矩形流道320的邊緣和相鄰的平面非圖案化PFPE層312處可能發(fā)生不完全的密封。
再參考圖4B，流道320具有如圖320A彎曲上表面314A。當(dāng)流道322被加壓時(shí)，膜部分314將向下移動(dòng)到虛線314A2、314A3、314A4和314A5所示的連續(xù)位置，膜的邊緣部分首先移入流道中，膜的頂部緊隨其后。在膜314處具有這種彎曲上表面的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)流道322被加壓時(shí)，將提供更完全的密封。更具體地說，流道320A的上表面將相對(duì)非圖案化PFPE層312提供連續(xù)的接觸邊緣，從而避免在膜314和圖4A中的流道320的底部之間出現(xiàn)不完全的接觸。
在膜314處具有彎曲上流道表面的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在響應(yīng)操控時(shí)，所述膜可以更容易地符合流道的形狀和體積。更具體地說，當(dāng)使用矩形流道時(shí)，整個(gè)周長(zhǎng)(2×流道高度+流道寬度)必須被迫進(jìn)入流道中。當(dāng)使用彎曲的流道時(shí)，更小的材料周長(zhǎng)(只有半圓弧部分)必須被迫進(jìn)入流道中。按照這種方式，操控時(shí)膜的周長(zhǎng)不需要太多的變化，因此對(duì)關(guān)閉流道而施加的操控力更加靈敏。
在一些實(shí)施方案中，(未顯示)，流道320的底部是圓形的，以至于其彎曲的表面與如上面圖4B所示的彎曲的上表面314A緊密配合。
總之，所述膜在操控時(shí)所經(jīng)歷的實(shí)際結(jié)構(gòu)變化取決于具體PFPE結(jié)構(gòu)的配置。更具體地說，所述構(gòu)象變化將取決于膜的長(zhǎng)度、寬度和厚度分布、其與該結(jié)構(gòu)剩余部分的附著、流道和控制溝道的高度、寬度和形狀，以及所用PFPE材料的材料性質(zhì)。因?yàn)轫憫?yīng)施加壓力的膜操控方式與響應(yīng)磁或靜電力的膜操控方式有些不同，所以構(gòu)象變化還取決于操控的方法。
另外，膜中所需的構(gòu)象變化還根據(jù)PFPE結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用而變化。在上述實(shí)施方案中，在通過計(jì)量以控制閥的關(guān)閉程度時(shí)，所述閥可以是打開或關(guān)閉的。
本發(fā)明提供了許多膜厚分布和流道橫截面，包括矩形的、斜方形的、圓形的、橢圓形的、拋物線的、雙曲線的和多邊形的，以及上述形狀的截面。本發(fā)明還提供了更復(fù)雜的橫截面形狀，例如具有上面剛討論的突起的實(shí)施方案或者流道中包含孔洞的實(shí)施方案。
III.C.操控側(cè)開式閥結(jié)構(gòu)的方法在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明包含側(cè)開式閥結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在參考圖5A和5B，圖5A表示了處于未操控狀態(tài)(unactuated position)的側(cè)開式閥結(jié)構(gòu)500。在PFPE層502中形成流道510。在PFPE層502中還形成鄰接流道510的控制溝道512。在一些實(shí)施方案中，控制溝道512包含例如通過用上述的皮下注射針頭穿透PFPE層所形成的“孔洞”?？刂茰系?12通過PFPE膜部分504與流道510隔開。在底部PFPE層502上例如通過光固化粘接第二層PFPE層(未顯示)，以關(guān)閉流道510和控制溝道512。
圖5B顯示了處于操控位置的側(cè)開式閥結(jié)構(gòu)500。在響應(yīng)壓力時(shí)，或者采用其它操控技術(shù)時(shí)，在控制溝道512內(nèi)，膜504變形進(jìn)入流道510，阻斷流道510。在釋放控制流道512內(nèi)的壓力時(shí)，膜504松馳，返回控制溝道512中并且打開流道510。
雖然在圖5A和5B中顯示了響應(yīng)壓力操控的側(cè)開式閥結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明的側(cè)開式閥結(jié)構(gòu)并不局限該結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，如上所述，通過電場(chǎng)或磁場(chǎng)來操控位于鄰接的流道和控制溝道之間的PFPE膜部分。
III.D.操控包含PFPE基微流體器件的微溝道集成網(wǎng)絡(luò)的方法在一些實(shí)施方案中，第一層和第二層光固化的全氟聚醚的預(yù)定排列形成多個(gè)微溝道。在一些實(shí)施方案中，所述多個(gè)微溝道包括微溝道的集成網(wǎng)絡(luò)。在一些實(shí)施方案中，集成網(wǎng)絡(luò)的微溝道在預(yù)定的相交點(diǎn)處相交。
現(xiàn)在參考圖6A和6B，其中顯示了可由一個(gè)控制溝道控制的多個(gè)流道的示意圖。該系統(tǒng)包括復(fù)合在一起的多個(gè)可單尋址的多路傳輸開/關(guān)閥。更具體地說，提供了多個(gè)平行的流道320A、320B和320C。流道322(即“控制線路”)通過流道320A、320B和320C的上方?？刂乒芫€322的加壓通過壓低位于控制管線322與流道320A、320B和320C相交處的膜314A、314B和314C同時(shí)關(guān)閉F1、F2和F3。
現(xiàn)在參考圖7，其中顯示了適于允許液體流過所選溝道的多路傳輸系統(tǒng)(包含連接或交織在一起的多個(gè)單開/關(guān)閥)的示意圖。在多個(gè)平行的控制管線322A、322B、322C和322D的下方安置了多個(gè)平行的流道320A、320B、320C、320D、320E和320F。除了進(jìn)行下述的調(diào)整外，使用任何上述的閥系統(tǒng)，操控控制溝道322A、322B、322C和322D，關(guān)閉通過平行流道320A、320B、320C、320D、320E和320F的液流F1、F2、F3、F4、F5和F6。
將各個(gè)流道與通過其上面的控制管線隔開的膜(例如圖6A和6B中的膜314A、314B和314C)的向下偏移取決于膜的尺寸。因此，通過改變圖6A和6B中的流道控制管線322的寬度，可以使控制管線跨過多個(gè)流道，但只操控(即關(guān)閉)所需的流道。每個(gè)控制管線322A、322B、322C和322D都具有寬和窄的部分。舉例來說，控制管線322A在位于流道320A、320C和320E上方的位置是寬的。相似地，控制管線322B在位于流道320B、320D和320F上方的位置是寬的，并且控制管線322C在位于流道320A、320B、320E和320F上方的位置是寬的。
在控制管線寬的位置處，其加壓引起隔開流道和控制管線(如圖6B所示)的膜314顯著壓低，進(jìn)入流道中，從而阻斷其中的流體通過。相反，在控制管線窄的位置處，膜314也是窄的。因此，相同程度的加壓不會(huì)導(dǎo)致膜314壓低進(jìn)入流道320中。因此，不會(huì)阻斷其下方的流體通過。
舉例來說，當(dāng)控制管線322A被加壓時(shí)，它阻斷分別在流道320A、320C和320E中的液流F1、F3和F5。相似地，當(dāng)控制管線322C被加壓時(shí)，它阻斷分別在流道320A、320B、320E和320F中的液流F1、F2、F5和F6。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明時(shí)將會(huì)理解可以同時(shí)操控一個(gè)或多個(gè)控制管線。舉例來說，同時(shí)使控制管線322A和322C加壓，阻斷除F4以外的液流(其中控制管線322A阻斷F1、F3和F5，并且控制管線322C阻斷F1、F2、F5和F6)。
通過兩者一起和以不同的順序選擇性地加壓不同的控制管線322A-D，可以實(shí)現(xiàn)液流控制的程度。另外，通過將本發(fā)明系統(tǒng)拓展至六個(gè)以上平行流道320A-F和四個(gè)以上平行控制管線322A-D，并且通過改變控制管線寬和窄區(qū)域的位置，可以制造出復(fù)雜的液流控制系統(tǒng)。
IV.使用PFPE基微流體器件的方法在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了在PFPE基微流體器件中流動(dòng)物料和/或進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的方法。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了合成生物大分子(例如DNA)的方法。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了針對(duì)某個(gè)特征篩選樣品的方法。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明公開了分散物料的方法。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明公開了分離物料的方法。
IV.A.在PFPE基微流體器件中流動(dòng)物料和/或進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的方法在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了在PFPE基微流體器件中流動(dòng)物料和/或進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的方法。現(xiàn)在參考圖8，其中顯示了本發(fā)明的微流體器件的示意平面圖。該微流體器件一般被稱作800。微流體器件800包括圖案化層802和多個(gè)孔洞810A、810B、810C和810D。這些孔洞可以進(jìn)一步被描述為進(jìn)口孔810A、進(jìn)口孔810B和進(jìn)口孔810C和出口孔810D?？?10A、810B、810C和810D中每個(gè)都由密封蓋820A、820B、820C和820D覆蓋，這些密封蓋優(yōu)選是可逆的密封。提供密封蓋820A、820B、820C和820D，以至于如果需要可以儲(chǔ)存、運(yùn)輸，或者保持在微流體器件中，所述物料包括但不局限于溶劑、化學(xué)試劑、生物化學(xué)系統(tǒng)的組分、樣品、墨水和溶劑、化學(xué)試劑、生物化學(xué)系統(tǒng)的組分、樣品、墨水的反應(yīng)產(chǎn)物和/或混合物，以及它們的組合。密封蓋820A、820B、820C和820D可以是可逆的，即可拆除的，以至于微流體器件800可以用于化學(xué)反應(yīng)或其它用途，然后如果需要再進(jìn)行密封。
繼續(xù)參考圖8，在一些實(shí)施方案中，孔810A、810B、810C還包含可以操控以密封與該孔相關(guān)的微流體溝道(microfluidic channel)的壓力操控閥(包含未顯示的交叉、重疊的流道)。
繼續(xù)參考圖8，在一些實(shí)施方案中，微流體器件800的圖案化層802包含微溝道的集成網(wǎng)絡(luò)830。該集成網(wǎng)絡(luò)830包含一系列流體連接的微溝道，這些溝道用如下的參考符號(hào)表示831、832、833、834、835、836、837、838、839和840。因此，進(jìn)口孔810A與從進(jìn)口810A延伸的微溝道831流體連通，并且借助彎曲部(bend)與微溝道832流體連通。在圖8所示的集成網(wǎng)絡(luò)830中，為了方便表示了一系列90°的彎曲部。但是，應(yīng)當(dāng)注意集成網(wǎng)絡(luò)830的溝道中提供的通道和彎曲部可以具有任何所需的結(jié)構(gòu)、角度或者其它特征。事實(shí)上，如果需要，分別沿著微溝道831、832、833和834提供儲(chǔ)液池850A和850B。如圖8所示，儲(chǔ)液池850A和850B至少一個(gè)尺寸大于與其緊鄰的溝道的尺寸。
然后，繼續(xù)參考圖8，微溝道832和834在交叉點(diǎn)860A處相交并且進(jìn)入單個(gè)微溝道835。微溝道835進(jìn)入室870中，在圖8所示的實(shí)施方案中，該室的尺寸比微溝道835寬。在一些實(shí)施方案中，室870包含反應(yīng)室。在一些實(shí)施方案中，室870包含混合室。在一些實(shí)施方案中，室870包含分離室。在一些實(shí)施方案中，分離室具有給定的溝道尺寸(例如長(zhǎng)度)，其中借助其電荷、質(zhì)量或其組合，或者其中可以在給定的尺寸上可以發(fā)生分離的任何其它物理特性來分離所述物料。在一些實(shí)施方案中，分離區(qū)包含活性材料880。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將理解此處為了方便使用術(shù)語“活性材料”，并非意味著為了用于其目的用途必須激活該材料。在一些實(shí)施方案中，所述活性材料是色譜材料。在一些實(shí)施方案中，所述活性材料是靶材料。
還是在圖8中，注意室870不必具有比相鄰微溝道寬的尺寸。事實(shí)上，室870可以簡(jiǎn)單地為微溝道中給定的段，其中至少兩種物料被分開、混合和/或反應(yīng)。微溝道836基本上與微溝道835相反地從室870延伸出來。微溝道836與從孔810C處向外延伸并與和其流體連通的微溝道837形成T形結(jié)。因此，微溝道836和837的結(jié)形成交叉點(diǎn)860B。微溝道838從交叉點(diǎn)860B沿基本上與微溝道837相反并向著儲(chǔ)液池850C的方向延伸。儲(chǔ)液池850C的尺寸比微溝道838寬預(yù)定的長(zhǎng)度。但是，如上所述，給定的微溝道段也可以用作儲(chǔ)液池而不需要改變微溝道段的尺寸。另外，微溝道838可以用作反應(yīng)室，其中從微溝道837流向交叉點(diǎn)860B的試劑與從微溝道836流向交叉點(diǎn)860B并進(jìn)入微溝道838的試劑反應(yīng)。
繼續(xù)參考圖8，微溝道839從儲(chǔ)液池850C基本上對(duì)著微溝道838延伸，并且通過彎曲進(jìn)入微溝道840。微溝道840與出口孔810D流體連通。出口孔810D可以任選地借助密封蓋820D被可逆地密封，如上所述。另外，在微流體器件800中形成反應(yīng)產(chǎn)物并且需要傳輸?shù)轿⒘黧w器件800中另一個(gè)位置的實(shí)施方案中，出口孔810D的可逆密封是可取的。
通過圖7所述的方法，將物料流引導(dǎo)通過微溝道的集成網(wǎng)絡(luò)830，包括溝道、儲(chǔ)液池和反應(yīng)室。
因此，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明包含使物料在微流體器件中流動(dòng)的方法，所述方法包括(a)提供至少包含一層光固化的全氟聚醚的圖案化層的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層至少包含一個(gè)微溝道；及(b)使物料在該微溝道中流動(dòng)。
在一些實(shí)施方案中，所述方法包括將物料置于微流體器件中。在一些實(shí)施方案中，如圖10所示并且下面更詳細(xì)地討論，所述方法包括施加驅(qū)動(dòng)力，使物料沿著微溝道移動(dòng)。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包含多個(gè)微溝道。在一些實(shí)施方案中，所述多個(gè)微溝道包括微溝道的集成網(wǎng)絡(luò)。在一些實(shí)施方案中，集成網(wǎng)絡(luò)的微溝道在預(yù)定點(diǎn)處相交。在一些實(shí)施方案中，光固化的全氟聚醚的圖案化層包括多個(gè)孔洞。在一些實(shí)施方案中，多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括進(jìn)口孔。在一些實(shí)施方案中，多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括出口孔。在一些實(shí)施方案中，所述方法包含至少一個(gè)壓力操控閥，其中所述壓力操控閥由以下結(jié)構(gòu)之一限定(a)微溝道；和(b)多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)。在一些實(shí)施方案中，所述壓力操控閥通過將加壓流體引入以下結(jié)構(gòu)之一來操控(a)微溝道；和(b)多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)。
在一些實(shí)施方案中，加壓流體的壓力在約10psi至約40psi之間。在一些實(shí)施方案中，壓力為約25psi。在一些實(shí)施方案中，所述物料包括流體。在一些實(shí)施方案中，所述流體包含溶劑。在一些實(shí)施方案中，所述溶劑包括有機(jī)溶劑。在一些實(shí)施方案中，所述物料沿著微溝道在預(yù)定的方向上流動(dòng)。
此外，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的方法，所述方法包括(a)提供包含光固化的全氟聚醚的圖案化層的微流體器件；及(b)使微流體器件中第一種試劑與第二種試劑接觸，形成反應(yīng)產(chǎn)物。
在一些實(shí)施方案中，所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包含多個(gè)微溝道。在一些實(shí)施方案中，至少一個(gè)微溝道包括儲(chǔ)液池。在一些實(shí)施方案中，至少一個(gè)微溝道包括與所述儲(chǔ)液池流體連通的流體反應(yīng)室。
在一些實(shí)施方案中，所述方法還包含使所述第一種試劑和第二種試劑在微流體器件中沿預(yù)定的方向流動(dòng)。在一些實(shí)施方案中，在微反應(yīng)室中進(jìn)行第一種試劑與第二種試劑的接觸。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括使反應(yīng)產(chǎn)物在微流體器件中沿預(yù)定的方向流動(dòng)。
在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括回收所述反應(yīng)產(chǎn)物。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括使反應(yīng)產(chǎn)物流向微流體器件的出口孔。
在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括使反應(yīng)產(chǎn)物與第三種試劑接觸，形成第二種反應(yīng)產(chǎn)物。在一些實(shí)施方案中，所述第一種試劑和第二種試劑包括有機(jī)溶劑，包括但不局限于己烷、乙醚、甲苯、二氯甲烷、丙酮和乙腈。
IV.B.在PFPE基微流體器件中合成生物大分子的方法在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明公開的PFPE基微流體器件可以用于生物大分子的合成，例如合成低聚核苷酸、蛋白質(zhì)、肽、DNA等。在一些實(shí)施方案中，這些生物大分子的合成系統(tǒng)包括集成系統(tǒng)，其包括一組儲(chǔ)液池、用于從特定的儲(chǔ)液池中選擇液流的流體邏輯線路、一組溝道、儲(chǔ)液池、進(jìn)行合成的反應(yīng)室、以及用于確定所選試劑要注入哪個(gè)溝道的流體邏輯線路。
現(xiàn)在參考圖9，如圖所示，多個(gè)儲(chǔ)液池，例如儲(chǔ)液池910A、910B、910C和910D分別具有布置在其中的基料(base)A、C、T和G。四個(gè)流道320A、320B、320C和320D與儲(chǔ)液池910A、910B、910C和910D連接。交叉布置四個(gè)控制流道322A、322B、322C和322D(如虛線所示)，當(dāng)控制流道322A被加壓時(shí)，控制流道322A僅允許液流通過流道320A(即封堵流道320B、320C和320D)。相似地，控制流道322B在加壓時(shí)僅允許液流通過流道320B。如此，控制流道322A、322B、322C和322D的選擇性加壓從所需的儲(chǔ)液池910A、910B、910C和910D順序選擇所需的基料A、C、T和G。然后，流體穿過流道920，進(jìn)入復(fù)合(multiplexed)溝道液流控制器930(例如包括圖7和8所示的任何系統(tǒng))，依次將流體導(dǎo)入可以進(jìn)行固相合成的多個(gè)合成溝道或反應(yīng)室940A、940B、940C、940D和940E中的一個(gè)或多個(gè)。
在一些實(shí)施方案中，代替從所需的基料A、C、T和G開始，在至少一個(gè)儲(chǔ)液池910A、910B、910C和910D中布置選自核苷酸和多核苷酸之一的試劑。在一些實(shí)施方案中，反應(yīng)產(chǎn)物包含多核苷酸。在一些實(shí)施方案中，所述多核苷酸是DNA。
因此，在閱讀本發(fā)明公開內(nèi)容之后，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明公開的PFPE基微流體器件可以用來合成生物大分子，如同在授予Unger等的美國(guó)專利第6,408,878號(hào)和授予O′Conner等的美國(guó)專利第6,729,352號(hào)中所述，和/或用于組合合成系統(tǒng)中，如同授予vanDam等的美國(guó)專利第6,508,988號(hào)所述，每篇專利的全部?jī)?nèi)容引入本文作參考。
IV.C.將PFPE基微流體器件結(jié)合進(jìn)集成液流系統(tǒng)的方法在一些實(shí)施方案中，所述在PFPE基微流體器件內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或流動(dòng)物料的方法包括將PFPE基微流體器件結(jié)合進(jìn)集成液流系統(tǒng)?，F(xiàn)在參考圖10，其中示意性描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施在微流體器件中流動(dòng)物料的方法和/或進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的方法的系統(tǒng)。該系統(tǒng)本身一般稱作1000。系統(tǒng)1000可以包含中央處理單元1002、一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)裝置1010A、1010B、1010C和1010D、收集器1020和檢測(cè)器1030。在一些實(shí)施方案中，檢測(cè)器1030與微流體器件流體連通(如虛線所示)。在圖10中使用圖8的系統(tǒng)微流體器件1000和圖8中的這些附圖標(biāo)記。舉例來說，中央處理單元(CPU)1002可以是配備相關(guān)監(jiān)視器、鍵盤或其它所需用戶界面的常用個(gè)人計(jì)算機(jī)。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明分開內(nèi)容時(shí)應(yīng)理解驅(qū)動(dòng)力致動(dòng)裝置1010A、1010B、1010C和1010D可以是任何合適的驅(qū)動(dòng)力致動(dòng)裝置。舉例來說，驅(qū)動(dòng)力致動(dòng)裝置1010A、1010B、1010C和1010D可以是泵、電極、注射器、注射管、或者其它可以用來迫使物料通過微流體器件的裝置。因此，代表性的驅(qū)動(dòng)力致動(dòng)裝置自身包括毛細(xì)作用、泵驅(qū)動(dòng)的液流、基于電泳的液流、pH梯度驅(qū)動(dòng)液流、或者其它梯度驅(qū)動(dòng)液流。
在圖10的示意圖中，驅(qū)動(dòng)力致動(dòng)裝置1010D與出口孔810D連接(這將在下面說明)，這表明在所需溶液、試劑等液流終點(diǎn)處可以提供至少部分驅(qū)動(dòng)力。還提供了收集器102以表示可以在系統(tǒng)流動(dòng)終點(diǎn)處收集反應(yīng)產(chǎn)物1048(在下面討論)。在一些實(shí)施方案中，收集器1020包括儲(chǔ)液池。在一些實(shí)施方案中，收集器1020包括襯底。在一些實(shí)施方案中，收集器1020包含檢測(cè)器。在一些實(shí)施方案中，收集器1020包括需要治療性處理的對(duì)象。為了方便，在圖10中一般通過方向箭頭F1、F2和F3來表示系統(tǒng)流。
繼續(xù)參考圖10，在一些實(shí)施方案中，在集成液流系統(tǒng)1000中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。在一些實(shí)施方案中，通過孔洞810A向微流體器件1000中引入物料1040(例如化學(xué)試劑)，而借助進(jìn)口孔810B向微流體器件1000中引入第二種物料1042(例如第二種化學(xué)試劑)。驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)裝置1010A和1010B分別向微流體溝道831和833中推進(jìn)化學(xué)試劑1040和1042?；瘜W(xué)試劑流1040和1042繼續(xù)流向儲(chǔ)液池850A和850B，在儲(chǔ)液池中收集儲(chǔ)備試劑1040和1042。化學(xué)試劑流1040和1042繼續(xù)流入微流體溝道832和834，到達(dá)交叉點(diǎn)860A，在此化學(xué)試劑1040和1042開始接觸。然后，化學(xué)試劑流1040和1042繼續(xù)流向反應(yīng)室870，在那里進(jìn)行試劑1040和1042間的化學(xué)反應(yīng)。
繼續(xù)參考圖10，反應(yīng)產(chǎn)物1044流向微溝道836并到達(dá)交叉點(diǎn)860B。然后，從交叉點(diǎn)860B處開始，化學(xué)試劑1046與反應(yīng)產(chǎn)物1044反應(yīng)，并通過反應(yīng)室838到達(dá)儲(chǔ)液池850C。形成第二種反應(yīng)產(chǎn)物1048。第二種反應(yīng)產(chǎn)物流1048繼續(xù)通過微溝道840至孔洞810D，并最終流入收集器1020。因此，注意到CPU1002操控驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)裝置1010C，以便在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間釋放化學(xué)試劑1046，使其在交叉點(diǎn)860B與反應(yīng)產(chǎn)物1044接觸。
IV.D.PFPE基微流體器件的代表性應(yīng)用在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明公開了針對(duì)某個(gè)特征篩選樣品的方法。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明公開了分配物料的方法。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明公開了分離物料的方法。因此，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本文所述的基于PFPE的微流體器件可以應(yīng)用于許多應(yīng)用，包括但不局限于基因組測(cè)序、快速分離、傳感器、納米級(jí)反應(yīng)、噴墨印刷、藥物輸運(yùn)、芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-Chip)、體外診斷、注射噴嘴、生物研究、高通量篩選技術(shù)，例如用于藥物發(fā)現(xiàn)和材料科學(xué)、診斷和治療工具、研究工具以及食物和天然資源(例如用便攜式或靜態(tài)監(jiān)控設(shè)備收集的土壤、水和/或空氣樣品)的生化監(jiān)控。
IV.D.1.針對(duì)某個(gè)特征篩選樣品的方法在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明公開了針對(duì)某個(gè)特征篩選樣品的方法，所述方法包括(a)提供包含光固化的全氟聚醚的圖案化層的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包含多個(gè)溝道；(b)提供靶材料；(c)在多個(gè)溝道的至少一個(gè)中布置樣品；(d)使樣品與靶材料接觸；及(e)檢測(cè)樣品與靶材料間的相互作用，其中以存在或不存在相互作用來指示樣品的特征。
再次參考圖10，物料1040和1042中至少一種包括樣品。在一些實(shí)施方案中，物料1040和1042中至少一種包括靶材料。在此，“樣品”一般指待獲取其與某一特征相關(guān)的信息的任何物料。另外，“靶材料”可以指基于靶材料和樣品間的相互作用可以用來提供與樣品特征相關(guān)的信息的任何物料。舉例來說，在一些實(shí)施方案中，當(dāng)樣品1040接觸靶材料1042時(shí)，發(fā)生相互作用。在一些實(shí)施方案中，該相互作用產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物1044。在一些實(shí)施方案中，該相互作用包括結(jié)合事件。在一些實(shí)施方案中，該結(jié)合事件包括例如抗體與抗原、底物(substrate)與配體，或更具體地說是受體與配體、或者催化劑與一種或多種化學(xué)反應(yīng)物之間的相互作用。在一些實(shí)施方案中，由檢測(cè)器1030檢測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物。
在一些實(shí)施方案中，所述方法包括在多個(gè)溝道的至少一個(gè)中布置靶材料。再次參考圖10，在一些實(shí)施方案中，靶材料包括活性材料880。在一些實(shí)施方案中，所述靶材料包括襯底(substrate)，例如如圖2A-2D所示的非圖案化層NPL。在一些實(shí)施方案中，所述襯底包括半導(dǎo)體材料?，F(xiàn)在更具體地參考圖2B-2D，在一些實(shí)施方案中，微流體器件的多個(gè)溝道中的至少一個(gè)與所述襯底(例如非圖案化層NPL)流體連通。在一些實(shí)施方案中，在例如非圖案化層NPL的襯底上布置靶材料。在一些實(shí)施方案中，微流體器件的多個(gè)溝道中的至少一個(gè)與布置在所述襯底上的靶材料流體連通。
在一些實(shí)施方案中，所述方法包括在多個(gè)溝道的至少一個(gè)中布置多個(gè)樣品。在一些實(shí)施方案中，所述樣品選自治療劑、診斷劑、研究試劑、催化劑、金屬配體、非生物學(xué)有機(jī)材料、無機(jī)材料、食品、土壤、水和空氣。在一些實(shí)施方案中，所述樣品包括一個(gè)或多個(gè)化學(xué)或生物化合物或組分庫中的一種或多種。在一些實(shí)施方案中，所述樣品包括核酸模板、測(cè)序試劑、引物、引物延伸產(chǎn)物、限制酶、PCR試劑、PCR反應(yīng)產(chǎn)物以及它們的組合中的一種或多種。在一些實(shí)施方案中，所述樣品包括抗體、細(xì)胞受體、抗原、受體配體、酶、底物、免疫化學(xué)試劑、免疫球蛋白、病毒、病毒結(jié)合組分、蛋白質(zhì)、細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子、抑制劑以及它們的組合中的一種或多種。
在一些實(shí)施方案中，靶材料包括抗原、抗體、酶、限制酶、染料、熒光染料、測(cè)序試劑、PCR試劑、引物、受體、配體、化學(xué)試劑以及它們的組合中的一種或多種。
在一些實(shí)施方案中，所述相互作用包括結(jié)合事件。在一些實(shí)施方案中，通過至少一種或多種以下設(shè)備檢測(cè)相互作用分光光度計(jì)、熒光計(jì)、光電二極管、光電倍增管、顯微鏡、閃爍計(jì)數(shù)器、照相機(jī)、CCD攝像機(jī)、膠片、光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)、溫度傳感器、電導(dǎo)率計(jì)、電位計(jì)、安培計(jì)、pH計(jì)以及它們的組合。
因此，在閱讀本發(fā)明公開內(nèi)容之后，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本文公開的基于PFPE的微流體器件可以用于許多篩選技術(shù)，例如在授予Bergh等的美國(guó)專利第6,749,814號(hào)、授予Bergh等的美國(guó)專利第6,737,026號(hào)、授予Parce等的美國(guó)專利第6,630,353號(hào)、授予Wolk等的美國(guó)專利第6,620,625號(hào)、授予Parce等的美國(guó)專利第6,558,944號(hào)、授予Kopf-Sill等的美國(guó)專利第6,547,941號(hào)、授予Wada等的美國(guó)專利第6,529,835號(hào)、授予Kercso等的美國(guó)專利第6,495,369號(hào)、以及授予Parce等的美國(guó)專利第6,150,180號(hào)中所描述的技術(shù)，每篇專利的全部?jī)?nèi)容引入本文作參考。此外，在閱讀本發(fā)明公開內(nèi)容之后，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本文公開的基于PFPE的微流體器件例如可以用來檢測(cè)DNA、蛋白質(zhì)或者與特定生化系統(tǒng)相關(guān)的其它分子，如在授予Quake等的美國(guó)專利第6,767,706號(hào)中所公開的，該專利全部?jī)?nèi)容引入本文作參考。
IV.D.2.分配物料的方法在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明描述了分配物料的方法，所述方法包括(a)提供包含光固化的全氟聚醚的圖案化層的微流體器件，其中光固化的全氟聚醚的圖案化層包含多個(gè)溝道，并且其中多個(gè)溝道中的至少一個(gè)包括出口孔；(b)提供至少一種物料；(c)在多個(gè)溝道的至少一個(gè)中布置至少一種物料；及(d)通過所述出口孔分配至少一種物料。
再次參考圖10，在一些實(shí)施方案中，物料(例如物料1040、第二種物料1042、化學(xué)試劑1046、反應(yīng)產(chǎn)物1044和/或反應(yīng)產(chǎn)物1048)流過出口孔810D并且在收集器1020中或其上面進(jìn)行分配。
在一些實(shí)施方案中，所述物料包括藥物。在一些實(shí)施方案中，所述方法包括計(jì)量預(yù)定劑量的藥物。在一些實(shí)施方案中，所述方法包括分配預(yù)定劑量的藥物。
在一些實(shí)施方案中，所述物料包括墨水組合物。在一些實(shí)施方案中，所述方法包括在襯底上分配墨水組合物。在一些實(shí)施方案中，通過在襯底上分配墨水組合物形成印刷圖像。
因此，在閱讀本發(fā)明公開內(nèi)容之后，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本文公開的基于PFPE的微流體器件可以用于微流體印刷，如同在授予Kaszczuk等的美國(guó)專利第6,334,676號(hào)、授予DeBoer等的美國(guó)專利第6,128,022號(hào)、授予Wen的美國(guó)專利第6,091,433號(hào)中所述，每篇專利的全部?jī)?nèi)容引入本文作參考。
IV.D.3分離物料的方法在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明公開了分離物料的方法，所述方法包括(a)提供包含光固化的全氟聚醚的圖案化層的微流體器件，其中光固化的全氟聚醚的圖案化層包含多個(gè)溝道，并且其中多個(gè)溝道中的至少一個(gè)包含分離區(qū)；(b)在微流體器件中布置至少包含第一種物料和第二種物料的混合物；(c)使該混合物流入包括分離區(qū)的多個(gè)溝道中的至少一個(gè)；及(d)在所述分離區(qū)分離第一種物料和第二種物料，形成至少一種分離的物料。
再次參考圖10，在一些實(shí)施方案中，物料1040和第二種物料1042中至少一種包括混合物。舉例來說，物料1040(例如混合物)流過微流體系統(tǒng)至反應(yīng)室870，在一些實(shí)施方案中，所述反應(yīng)室包含分離區(qū)。在一些實(shí)施方案中，所述分離區(qū)包含活性材料880，例如色譜材料。在反應(yīng)室870(例如分離室)中分離物料1040(例如混合物)，形成第三種物料1044(例如分離的物料)。在一些實(shí)施方案中，由檢測(cè)器1030檢測(cè)分離的物料1044。
在一些實(shí)施方案中，分離區(qū)包含色譜材料。在一些實(shí)施方案中，所述色譜材料選自尺寸-分離基質(zhì)、親合力-分離基質(zhì)和凝膠-排阻基質(zhì)，或者它們組合。
在一些實(shí)施方案中，所述第一或第二種物料包括一個(gè)或多個(gè)化學(xué)或生物化合物或組分庫中的一種或多種。在一些實(shí)施方案中，所述第一或第二種物料包括核酸模板、測(cè)序試劑、引物、引物延伸產(chǎn)物、限制酶、PCR試劑、PCR反應(yīng)產(chǎn)物以及它們的組合中的一種或多種。在一些實(shí)施方案中，所述第一或第二種物料包括抗體、細(xì)胞受體、抗原、受體配體、酶、底物、免疫化學(xué)試劑、免疫球蛋白、病毒、病毒結(jié)合組分、蛋白質(zhì)、細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子、抑制劑以及它們的組合中的一種或多種。
在一些實(shí)施方案中，所述方法包括檢測(cè)分離的物料。在一些實(shí)施方案中，通過至少一種或多種以下設(shè)備檢測(cè)所述分離的物料分光光度計(jì)、熒光計(jì)、光電二極管、光電倍增管、顯微鏡、閃爍計(jì)數(shù)器、照相機(jī)、CCD攝像機(jī)、膠片、光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)、溫度傳感器、電導(dǎo)率計(jì)、電位計(jì)、安培計(jì)、pH計(jì)以及它們的組合。
因此，在閱讀本發(fā)明公開內(nèi)容之后，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本文公開的基于PFPE的微流體器件可以用于分離物料，例如在授予Huang等的美國(guó)專利第6,752,922號(hào)、授予Chow等的美國(guó)專利第6,274,089號(hào)、授予Knapp等的美國(guó)專利第6,444,461號(hào)，每篇專利的全部?jī)?nèi)容引入本文作參考。
V.實(shí)施例本申請(qǐng)包括下面的實(shí)施例來舉例說明本發(fā)明的實(shí)施方式。以在本發(fā)明的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)或者實(shí)施良好的技術(shù)和工藝來說明下面實(shí)施例的某些方面。根據(jù)本發(fā)明和本領(lǐng)域的一般技術(shù)水平，技術(shù)人員可以理解下面的實(shí)施例僅是示例性的，并且可以進(jìn)行大量的變化、修改和變化而不會(huì)背離本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1光固化的官能化PFPE材料的合成在示意圖1中提供了官能化的全氟聚醚的合成和光固化的代表性方案。
示意圖1官能化全氟聚醚的合成和光固化該方法基于先前報(bào)道的工藝。參見Priola，A.等，Macromol.Chem.Phys.1997，198，1893-1907。反應(yīng)包括用甲基丙烯酸異氰酸乙酯來實(shí)施商購PFPE二醇((Mn)3800g/mol)的甲基丙烯酸酯官能化。隨后，通過與1重量％的2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮混合并且暴露于UV輻射(λ＝365nm)下來實(shí)施所述材料的固化。
實(shí)施例2材料按原樣使用聚(四氟氧化乙烯-共聚-二氟甲醛)α，ω-二醇(ZDOL，平均Mn約3,800g/mol，95％，Aldrich Chemical Company，Milwaukee，Wisconsin，美國(guó))、甲基丙烯酸2-異氰酸乙酯(EIM，99％，Aldrich)、2，2-二甲氧基-2-苯基乙酮(DMPA，99％，Aldrich)和1，1，2-三氯三氟乙烷(Freon113，99％，Aldrich)。
實(shí)施例3PFPE二甲基丙烯酸酯(DMA)的制備在典型的合成中，向干燥的50毫升圓底燒瓶中加入ZDOL(5.7227克，1.5毫摩爾)并且通氬氣15分鐘。然后，借助注射器加入EIM(0.43毫升，3.0毫摩爾)和Freon113(2毫升)以及DBTDA(50微升)。將該溶液浸入油浴中并在50℃下攪拌24小時(shí)。然后，使溶液通過色譜柱(氧化鋁，F(xiàn)reon113，，2厘米×5厘米)。蒸發(fā)溶劑，得到澄清、無色、粘性的油狀物，再通過0.22微米的聚醚砜過濾器純化。1H-NMR(ppm)2.1，s(3H)；3.7，q(2H)；4.4，t(2H)；4.7，t(2H)；5.3，m(1H)；5.8，s(1H)；6.3，s(1H)。
實(shí)施例4PFPE DMA的光固化在典型的固化中，向PFPE DMA(5克，1.2毫摩爾)中加入1重量％DMPA(0.05克，2.0毫摩爾)和2毫升Freon113，直到形成澄清溶液。在除去溶劑后，使混濁的粘稠油狀物通過0.22微米的聚醚砜過濾器以除去不能分散入PFPE DMA中的任何DMPA。然后，將過濾后的PFPE DMA在氮?dú)鈨艋Ｗo(hù)下，用UV光源(Electro-lite UV固化室81432-ELC-500型，Danbury，Connecticut，美國(guó)，λ＝365nm)照射10分鐘，得到澄清、淡黃色、橡膠狀的油狀物。
實(shí)施例5用PFPE DMA制造器件在典型的制造中，在包含所需光刻膠圖案的Si基片上旋涂(800rpm)20微米厚的包含光引發(fā)劑的PFPE DMA(如實(shí)施例4所述)。然后，將該基片放入U(xiǎn)V固化室，并且照射6秒。單獨(dú)地，通過將包含光引發(fā)劑的PFPE DMA倒入圍繞包含所需光刻膠圖案的Si基片的模具中來制備所述材料的厚層(～5毫米)。用UV光照射該基片1分鐘。在該步驟后，除去所述厚層并且在器件的特定區(qū)域中仔細(xì)刺穿形成進(jìn)口孔。然后，將該厚層小心放到薄層的上面，使兩層中的圖案精確對(duì)準(zhǔn)，再照射整個(gè)器件10分鐘。一旦完成后，從基片上剝離整個(gè)器件，使兩層粘附在一起。選擇最佳曝光時(shí)間作為所述固化時(shí)間以便在結(jié)構(gòu)破損和所述兩層間的適當(dāng)粘附間實(shí)現(xiàn)良好平衡。
實(shí)施例6溶脹實(shí)驗(yàn)通過在二氯甲烷中浸泡完全固化的PFPE DMA和完全固化的Sylgard184(Dow Corning，Midland，Michigan，美國(guó))。使用下面的等式確定溶脹百分?jǐn)?shù)％溶脹＝100％*(Wt-W0)/W0其中，Wt是在二氯甲烷中浸泡時(shí)間t后并用棉紙輕輕吸干后的材料的重量，而W0是材料的原始重量。
實(shí)施例7流變特性在TA儀器AR2000流變儀(New Castle，Delaware，美國(guó))上測(cè)量?jī)煞N彈性體前體(PFPE DMA和Sylgard184)的粘度。對(duì)大約3-5毫升材料進(jìn)行測(cè)量。對(duì)Sylgard184前體的測(cè)量在兩種組分剛混合后進(jìn)行。Sylgard184的剪切速率在0.03s-1至0.70s-1之間并且在每個(gè)剪切速率下產(chǎn)生恒定的粘度。PFPE DMA的剪切速率在0.28s-1至34.74s-1之間并且無論剪切速率如何也在每個(gè)剪切速率下產(chǎn)生恒定的粘度。通過在對(duì)數(shù)曲線上將粘度值對(duì)所有測(cè)量的剪切速率取平均值來獲得粘度值。這些實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)表示在圖11中。
實(shí)施例8動(dòng)力學(xué)分析(DMA)在PerkinElmer DMA 7e動(dòng)力學(xué)分析儀(Boston，Massachusetts，美國(guó))上進(jìn)行模量測(cè)量。將樣品切成4毫米×8毫米×0.5毫米(寬度×長(zhǎng)度×厚度)的矩形。每?jī)蓚€(gè)樣品上的初始靜力均是5mN并且以每分鐘500mN的速率增加負(fù)荷直至樣品破裂或達(dá)到6400mN。由應(yīng)力/應(yīng)變的初始斜率(達(dá)到約20％應(yīng)變)來獲得拉伸模量。
實(shí)施例9動(dòng)態(tài)力學(xué)熱分析在Seiko DMS210動(dòng)態(tài)力學(xué)熱分析儀(Seiko Instruments，Inc.，Chiba，日本)上獲得兩種彈性體的熱轉(zhuǎn)變。樣品被切成4毫米×20毫米×0.5毫米(寬度×長(zhǎng)度×厚度)的矩形。使用下面的設(shè)置Lamp＝10；最小拉伸/壓縮力＝10.000克；拉伸/壓縮校正＝1.2；力的大?。?00。溫度掃描在-140℃至50℃之間。從E”(損失模量)對(duì)溫度的曲線中的極值所對(duì)應(yīng)的溫度來獲得Tg。
實(shí)施例10
接觸角測(cè)量使用KSV儀器CAM 200光學(xué)接觸角計(jì)(KSV Instruments，Ltd.，Helsinki，芳蘭)測(cè)量靜態(tài)接觸角。使用250微升有螺旋蓋的注射器在每種完全固化的彈性體上放置液滴。
實(shí)施例11結(jié)果為了測(cè)量耐溶劑性，在交聯(lián)的PFPE DMA和Sylgard184(PDMS)上進(jìn)行使用經(jīng)典溶脹測(cè)量的試驗(yàn)。Rubinstein，M.等，Polymer Physics；Oxford University PressNew York，2003年，第398頁。比較在二氯甲烷中浸泡前和浸泡幾個(gè)小時(shí)后的樣品重量。數(shù)據(jù)表明94小時(shí)后，PDMS網(wǎng)絡(luò)溶脹至109％重量，而PFPE網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出可忽略的溶脹(＜3％)。
PDMS和PFPE前體材料和完全固化的網(wǎng)絡(luò)具有相似的加工和力學(xué)性質(zhì)。流變學(xué)實(shí)驗(yàn)表明未固化的PFPE DMA在25℃下的粘度為0.36Pa·s，該值顯著低于未固化Sylgard184的3.74Pa·s。但是，因?yàn)閮煞N材料在室溫下都是粘稠的油狀物，標(biāo)準(zhǔn)的PDMS器件制造方法也適用于PFPE材料。
換句話說，本發(fā)明的PFPE材料表現(xiàn)出低的粘度并且是可澆注的。這些性質(zhì)使PFPE材料不同于其它含氟彈性體，例如Kalrez(DuPontDow Elastomers，L.L.C.，Wilmington，Delaware，美國(guó))和Viton(DuPont Dow Elastomers，L.L.C.，Wilmington，Delaware，美國(guó))，這兩種彈性體都具有高的粘度。舉例來說，Viton在160℃下的粘度為7800Pa·s。此外，Kalrez和Viton每種都只能熱固化。
在完全固化的材料上進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)熱分析(DMTA)。PFPE和PDMS網(wǎng)絡(luò)都具有低的轉(zhuǎn)變溫度(分別為-112℃和-128℃)，如損失模量E”(參見圖12)的最大值所示。該轉(zhuǎn)變使得所述兩種交聯(lián)材料在室溫下具有相似的彈性。應(yīng)力/應(yīng)變分析表明完全固化的PFPE基彈性體的拉伸模量為3.9Mpa，這類似于Sylgard184的測(cè)量結(jié)果(2.4MPa)。對(duì)兩種彈性體進(jìn)行了靜態(tài)接觸角測(cè)量。
如表IV中提到，PFPE DMA彈性體對(duì)水和甲醇表現(xiàn)出高于Sylgard184的接觸角。甲苯和二氯甲烷在接觸即刻即溶脹Sylgard184，這使得無法對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。而對(duì)于PFPE DMA材料，則在未發(fā)生溶脹時(shí)，獲得對(duì)這些溶劑的接觸角。
表IV.靜態(tài)接觸角(度)a

aA(-)表示溶劑使材料溶脹從而無法進(jìn)行精確的測(cè)量。
在一些實(shí)施方案中，根據(jù)圖13中顯示的工藝流程實(shí)施器件制造。該流程使用部分固化技術(shù)粘附兩層而不會(huì)損害組件尺寸。Unger，M.A.等，Science2000，288，113-116。旋涂PFPE DMA材料并采用針對(duì)Sylgard184設(shè)計(jì)的流程對(duì)其進(jìn)行模制。
為了比較從兩種材料制造的器件的溶劑相容性，通過毛細(xì)作用將包含二氯甲烷、乙腈和甲醇的染色溶液引入PFPE溝道和PDMS溝道中(參見圖14)。隨著溶液容易地穿過溝道，PFPE溝道沒有表現(xiàn)出明顯的溶脹。觀察到明顯的彎液面，表明具有良好的浸潤(rùn)特性。相比而言，因?yàn)楫?dāng)溝道與液滴接觸時(shí)溝道被堵塞而關(guān)閉，所以沒有溶液進(jìn)入PDMS器件中。作為對(duì)照，以相同的方式，將染色的甲醇溶液容易地引入PDMS溝道中。通過向位于溝道起始處貫穿所述厚層的小孔內(nèi)引入加壓空氣(～25psi)而實(shí)現(xiàn)閥的操控。當(dāng)溝道中存在溶液時(shí)，觀察到閥的操控(參見圖15)。
很清楚可以改變本發(fā)明的許多細(xì)節(jié)而不會(huì)背離本發(fā)明的范圍。此外，前述說明僅用于舉例說明的目的，而不是用來限制的。
權(quán)利要求
1.一種形成光固化的全氟聚醚的圖案化層的方法，所述方法包括(a)提供襯底，其中該襯底包含圖案化表面；(b)使全氟聚醚前體與所述襯底的圖案化表面接觸；及(c)光固化所述全氟聚醚前體以形成光固化的全氟聚醚的圖案化層。
2.權(quán)利要求1的方法，其包括(a)用全氟聚醚前體和光引發(fā)劑的摻合物涂布所述襯底的圖案化表面以形成涂布的、圖案化襯底；(b)將所述涂布的、圖案化襯底暴露于紫外線輻射下一段時(shí)間，從而在所述圖案化襯底上形成光固化的全氟聚醚層；及(c)將所述光固化的全氟聚醚層從所述圖案化襯底上移去，從而制得光固化的全氟聚醚的圖案化層。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述光固化的全氟聚醚前體包括端部官能化的全氟聚醚。
4.權(quán)利要求2的方法，其中所述光引發(fā)劑包括2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。
5.權(quán)利要求2的方法，其中所述光固化的全氟聚醚包括全氟聚醚二甲基丙烯酸酯。
6.權(quán)利要求2的方法，其中所述光固化的全氟聚醚包括聯(lián)苯乙烯全氟聚醚。
7.權(quán)利要求2的方法，其中所述圖案化襯底包括刻蝕的硅晶片。
8.權(quán)利要求2的方法，其中所述圖案化襯底包括光刻膠圖案化的襯底。
9.權(quán)利要求2的方法，其中所述涂布步驟包括旋涂步驟。
10.權(quán)利要求2的方法，其中所述紫外線輻射的波長(zhǎng)約為365納米。
11.權(quán)利要求2的方法，其中所述紫外線輻射的時(shí)間為約1秒至約300秒。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述紫外線輻射的時(shí)間為約1秒至約100秒。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述紫外線輻射的時(shí)間為約60秒。
14.權(quán)利要求12的方法，其中所述紫外線輻射的時(shí)間為約6秒。
15.權(quán)利要求2的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層為約1微米至約100微米厚。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層為約1微米至約50微米厚。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層為約20微米厚。
18.權(quán)利要求2的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層為約0.1毫米至約10毫米厚。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層為約5毫米厚。
20.權(quán)利要求1的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包含多個(gè)微溝道。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述多個(gè)微溝道包括微溝道的集成網(wǎng)絡(luò)。
22.權(quán)利要求21的方法，其中所述集成網(wǎng)絡(luò)的微溝道在預(yù)定點(diǎn)處交叉。
23.權(quán)利要求1的方法，其包括在所述光固化的全氟聚醚的圖案化層中形成多個(gè)孔洞。
24.權(quán)利要求23的方法，其中所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括進(jìn)口孔。
25.權(quán)利要求23的方法，其中所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括出口孔。
26.權(quán)利要求23的方法，其包括至少一個(gè)壓力操控閥，其中所述壓力操控閥由以下之一限定(a)微溝道；及(b)所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)。
27.權(quán)利要求2的方法，其包括(a)將光固化的全氟聚醚的第一圖案化層覆蓋在所述光固化的全氟聚醚第二圖案化層上，其中以預(yù)定的排列方式排列所述光固化的全氟聚醚的第一層和第二層的圖案；及(b)將所述光固化的全氟聚醚的第一層和第二層暴露于紫外線輻射下一段時(shí)間。
28.權(quán)利要求27的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的第一和第二圖案化層彼此粘附。
29.權(quán)利要求27的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的第一圖案化層為約5毫米厚。
30.權(quán)利要求27的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的第二圖案化層為約20微米厚。
31.權(quán)利要求27的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的第一層和第二層的預(yù)定排列形成了多個(gè)微溝道。
32.權(quán)利要求31的方法，其中所述多個(gè)微溝道包括微溝道的集成網(wǎng)絡(luò)。
33.權(quán)利要求32的方法，其中所述集成網(wǎng)絡(luò)的微溝道在預(yù)定點(diǎn)處交叉。
34.權(quán)利要求27的方法，其包括在所述光固化的全氟聚醚的第一圖案化層中形成多個(gè)孔洞。
35.權(quán)利要求34的方法，其包括至少一個(gè)壓力操控閥，其中所述壓力操控閥由以下之一限定(a)微溝道；及(b)所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)。
36.一種由權(quán)利要求1的方法制造的微流體器件。
37.一種包含光固化的全氟聚醚的圖案化層的微流體器件。
38.權(quán)利要求37的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚選自全氟聚醚二甲基丙烯酸酯和聯(lián)苯乙烯全氟聚醚之一或者它們的組合。
39.權(quán)利要求37的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層為約1微米至約100微米厚。
40.權(quán)利要求39的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層為約20微米厚。
41.權(quán)利要求37的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層為約0.1毫米至約10毫米厚。
42.權(quán)利要求41的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層為約5毫米厚。
43.權(quán)利要求37的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包含多個(gè)微溝道。
44.權(quán)利要求43的微流體器件，其中所述多個(gè)微溝道包括微溝道的集成網(wǎng)絡(luò)。
45.權(quán)利要求44的微流體器件，其中所述集成網(wǎng)絡(luò)的微溝道在預(yù)定點(diǎn)處交叉。
46.權(quán)利要求37的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包括多個(gè)孔洞。
47.權(quán)利要求46的微流體器件，其中所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括進(jìn)口孔。
48.權(quán)利要求46的微流體器件，其中所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括出口孔。
49.權(quán)利要求46的微流體器件，其包括至少一個(gè)壓力操控閥，其中所述壓力操控閥由以下之一限定(a)微溝道；及(b)所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)。
50.一種包括光固化的全氟聚醚第一圖案化層和光固化的全氟聚醚第二圖案化層的微流體器件，其中(a)將所述光固化的全氟聚醚第一圖案化層覆蓋在所述光固化的全氟聚醚第二圖案化層上；及(b)以預(yù)定的排列方式排列所述光固化的全氟聚醚的第一層和第二層的圖案。
51.權(quán)利要求50的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的第一和第二圖案化層彼此粘附。
52.權(quán)利要求50的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的第一圖案化層為約5毫米厚。
53.權(quán)利要求50的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的第二圖案化層為約20微米厚。
54.權(quán)利要求50的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的第一層和第二層的預(yù)定排列形成了多個(gè)微溝道。
55.權(quán)利要求54的微流體器件，其中所述多個(gè)微溝道包括微溝道的集成網(wǎng)絡(luò)。
56.權(quán)利要求55的微流體器件，其中所述集成網(wǎng)絡(luò)的微溝道在預(yù)定點(diǎn)處交叉。
57.權(quán)利要求50的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層中至少一層包括多個(gè)孔洞。
58.權(quán)利要求57的微流體器件，其中所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括進(jìn)口孔。
59.權(quán)利要求57的微流體器件，其中所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括出口孔。
60.權(quán)利要求57的微流體器件，其包括至少一個(gè)壓力操控閥，其中所述壓力操控閥由以下之一限定(a)微溝道；及(b)所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)。
61.一種包含光固化的全氟聚醚的圖案化層的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包含置于其中的溶劑。
62.權(quán)利要求61的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包含多個(gè)微溝道，并且其中所述溶劑被置于一個(gè)或多個(gè)所述溝道中。
63.權(quán)利要求62的微流體器件，其中所述微溝道中的至少一個(gè)包括儲(chǔ)液池，并且其中所述溶劑被置于該儲(chǔ)液池中。
64.權(quán)利要求62的微流體器件，其中所述多個(gè)微溝道包括微溝道的集成網(wǎng)絡(luò)。
65.權(quán)利要求64的微流體器件，其中所述集成網(wǎng)絡(luò)的微溝道在預(yù)定點(diǎn)處交叉。
66.權(quán)利要求61的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包括多個(gè)孔洞。
67.權(quán)利要求66的微流體器件，其中所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括進(jìn)口孔。
68.權(quán)利要求66的微流體器件，其中所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括出口孔。
69.權(quán)利要求66的微流體器件，其包括至少一個(gè)壓力操控閥，其中所述壓力操控閥由以下之一限定(a)微溝道；及(b)所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)。
70.權(quán)利要求66的微流體器件，其中所述多個(gè)孔洞中的一個(gè)或多個(gè)被可逆地密封。
71.權(quán)利要求61的微流體器件，其中所述溶劑包括有機(jī)溶劑。
72.一種包含光固化的全氟聚醚的圖案化層的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包含置于其中的一種或多種化學(xué)反應(yīng)物。
73.權(quán)利要求72的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包含多個(gè)微溝道，并且其中所述一種或多種化學(xué)反應(yīng)物被置于一個(gè)或多個(gè)所述溝道中。
74.權(quán)利要求73的微流體器件，其中所述微溝道中的至少一個(gè)包括儲(chǔ)液池，并且其中所述一種或多種化學(xué)反應(yīng)物被置于該儲(chǔ)液池中。
75.權(quán)利要求74的微流體器件，其中的至少一個(gè)所述微溝道包括與所述儲(chǔ)液池流體連通的反應(yīng)室，并且其中所述一種或多種化學(xué)反應(yīng)物被置于該反應(yīng)室中。
76.權(quán)利要求73的微流體器件，其中所述多個(gè)微溝道包括微溝道的集成網(wǎng)絡(luò)。
77.權(quán)利要求76的微流體器件，其中所述集成網(wǎng)絡(luò)的微溝道在預(yù)定點(diǎn)處交叉。
78.權(quán)利要求72的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包括多個(gè)孔洞。
79.權(quán)利要求78的微流體器件，其中所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括進(jìn)口孔。
80.權(quán)利要求78的微流體器件，其中所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括出口孔。
81.權(quán)利要求78的微流體器件，其包括至少一個(gè)壓力操控閥，其中所述壓力操控閥由以下之一限定(a)微溝道；及(b)所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)。
82.權(quán)利要求78的微流體器件，其中所述多個(gè)孔洞中的一個(gè)或多個(gè)被可逆地密封。
83.一種包含光固化的全氟聚醚的圖案化層的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包含置于其中的一種或多種反應(yīng)產(chǎn)物。
84.權(quán)利要求83的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包含多個(gè)微溝道，并且其中所述一種或多種反應(yīng)產(chǎn)物被置于一個(gè)或多個(gè)所述溝道中。
85.權(quán)利要求84的微流體器件，其中所述微溝道中的至少一個(gè)包括反應(yīng)室，并且其中所述一種或多種反應(yīng)產(chǎn)物被置于該反應(yīng)室中。
86.權(quán)利要求85的微流體器件，其中的至少一個(gè)所述微溝道包括與所述反應(yīng)室流體連通的儲(chǔ)液池，并且其中所述一種或多種反應(yīng)產(chǎn)物被置于該反應(yīng)室中。
87.權(quán)利要求84的微流體器件，其中所述多個(gè)微溝道包括微溝道的集成網(wǎng)絡(luò)。
88.權(quán)利要求87的微流體器件，其中所述集成網(wǎng)絡(luò)的微溝道在預(yù)定點(diǎn)處交叉。
89.權(quán)利要求83的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包括多個(gè)孔洞。
90.權(quán)利要求89的微流體器件，其中所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括進(jìn)口孔。
91.權(quán)利要求89的微流體器件，其中所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括出口孔。
92.權(quán)利要求89的微流體器件，其包括至少一個(gè)壓力操控閥，其中所述壓力操控閥由以下之一限定(a)微溝道；及(b)所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)。
93.權(quán)利要求89的微流體器件，其中所述多個(gè)孔洞中的一個(gè)或多個(gè)被可逆地密封。
94.一種包含光固化的全氟聚醚的圖案化層的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包含置于其中的一種或多種化學(xué)反應(yīng)物和一種或多種反應(yīng)產(chǎn)物。
95.權(quán)利要求94的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包含多個(gè)微溝道，并且其中所述一種或多種化學(xué)反應(yīng)物和一種或多種反應(yīng)產(chǎn)物置于一個(gè)或多個(gè)溝道中。
96.權(quán)利要求95的微流體器件，其中所述微溝道中的至少一個(gè)包括第一儲(chǔ)液池，并且其中所述一種或多種化學(xué)反應(yīng)物被置于該第一儲(chǔ)液池中。
97.權(quán)利要求96的微流體器件，其中所述微溝道中的至少一個(gè)包括與所述第一儲(chǔ)液池流體連通的反應(yīng)室，并且其中所述一種或多種化學(xué)反應(yīng)物和一種或多種反應(yīng)產(chǎn)物被置于該反應(yīng)室中。
98.權(quán)利要求97的微流體器件，其中所述微溝道中的至少一個(gè)包括與所述反應(yīng)室流體連通的第二儲(chǔ)液池，并且其中所述一種或多種反應(yīng)產(chǎn)物被置于該第二儲(chǔ)液池中。
99.權(quán)利要求95的微流體器件，其中所述多個(gè)微溝道包括微溝道的集成網(wǎng)絡(luò)。
100.權(quán)利要求99的微流體器件，其中所述集成網(wǎng)絡(luò)的微溝道在預(yù)定點(diǎn)處交叉。
101.權(quán)利要求95的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包括多個(gè)孔洞。
102.權(quán)利要求101的微流體器件，其中所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括進(jìn)口孔。
103.權(quán)利要求101的微流體器件，其中所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括出口孔。
104.權(quán)利要求101的微流體器件，其包括至少一個(gè)壓力操控閥，其中所述壓力操控閥由以下之一限定(a)微溝道；及(b)所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)。
105.權(quán)利要求101的微流體器件，其中所述多個(gè)孔洞中的一個(gè)或多個(gè)被可逆地密封。
106.一種使材料在微流體器件中流動(dòng)的方法，所述方法包括(a)提供至少包含一層光固化的全氟聚醚的圖案化層的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層至少包含一個(gè)微溝道；及(b)使材料在所述微溝道中流動(dòng)。
107.權(quán)利要求106的方法，其包括將材料置于所述微流體器件中。
108.權(quán)利要求106的方法，其包括施加驅(qū)動(dòng)力，使所述材料沿著微溝道移動(dòng)。
109.權(quán)利要求106的方法，其進(jìn)一步包含多個(gè)微溝道。
110.權(quán)利要求109的方法，其中所述多個(gè)微溝道包括微溝道的集成網(wǎng)絡(luò)。
111.權(quán)利要求110的方法，其中所述集成網(wǎng)絡(luò)的微溝道在預(yù)定點(diǎn)處交叉。
112.權(quán)利要求106的經(jīng)方法，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包括多個(gè)孔洞。
113.權(quán)利要求112的方法，其中所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括進(jìn)口孔。
114.權(quán)利要求112的方法，其中所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)包括出口孔。
115.權(quán)利要求112的方法，其包括至少一個(gè)壓力操控閥，其中所述壓力操控閥由以下之一限定(a)微溝道；及(b)所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)。
116.權(quán)利要求115的方法，其通過將加壓流體引入以下之一中而操控所述壓力操控閥(a)微溝道；及(b)所述多個(gè)孔洞中的至少一個(gè)。
117.權(quán)利要求116的方法，其中所述加壓流體的壓力為約10psi至約40psi。
118.權(quán)利要求117的方法，其中所述壓力為約25psi。
119.權(quán)利要求106的方法，其中所述物料包含流體。
120.權(quán)利要求119的方法，其中所述流體包含溶劑。
121.權(quán)利要求120的方法，其中所述溶劑包括有機(jī)溶劑。
122.權(quán)利要求106的方法，其中所述物料以預(yù)定的方向沿著微溝道流動(dòng)。
123.一種進(jìn)行至少一種化學(xué)反應(yīng)的方法，所述方法包括(a)提供包含光固化的全氟聚醚的圖案化層的微流體器件；及(b)使第一種試劑和第二種試劑在所述微流體器件中接觸，以形成至少一種反應(yīng)產(chǎn)物。
124.權(quán)利要求123的方法，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包含多個(gè)微溝道。
125.權(quán)利要求124的方法，其中所述微溝道中的至少一個(gè)包括儲(chǔ)液池。
126.權(quán)利要求125的方法，其中的至少一個(gè)所述微溝道包括與所述儲(chǔ)液池流體連通的流體反應(yīng)室。
127.權(quán)利要求124的方法，其中所述多個(gè)微溝道包括微溝道的集成網(wǎng)絡(luò)。
128.權(quán)利要求127的方法，其中所述集成網(wǎng)絡(luò)的微溝道在預(yù)定點(diǎn)處交叉。
129.權(quán)利要求123的方法，其中所述第一種試劑和第二種試劑被置于所述微流體器件的不同溝道中。
130.權(quán)利要求123的方法，其包括使所述第一種試劑和第二種試劑以預(yù)定的方向在微流體器件中流動(dòng)。
131.權(quán)利要求123的方法，其中在微反應(yīng)室中實(shí)施所述第一種試劑和第二種試劑的接觸。
132.權(quán)利要求123的方法，其包括使所述反應(yīng)產(chǎn)物以預(yù)定的方向在所述微流體器件中流動(dòng)。
133.權(quán)利要求123的方法，其包括回收所述反應(yīng)產(chǎn)物。
134.權(quán)利要求133的方法，其包括使所述反應(yīng)產(chǎn)物流向微流體器件的出口孔。
135.權(quán)利要求123的方法，其包括使所述反應(yīng)產(chǎn)物與第三試劑接觸以形成第二種反應(yīng)產(chǎn)物。
136.權(quán)利要求123的方法，其中所述第一種試劑和第二種試劑包括有機(jī)溶劑。
137.權(quán)利要求123的方法，其中所述化學(xué)反應(yīng)包括納米級(jí)化學(xué)反應(yīng)。
138.一種由權(quán)利要求123的方法形成的反應(yīng)產(chǎn)物。
139.權(quán)利要求123的方法，其中所述第一種試劑和第二種試劑獨(dú)立地選自核苷酸和多核苷酸之一。
140.權(quán)利要求139的方法，其中所述反應(yīng)產(chǎn)物包括多核苷酸。
141.權(quán)利要求140的方法，其中所述多核苷酸是DNA。
142.一種由權(quán)利要求139的方法形成的反應(yīng)產(chǎn)物。
143.一種針對(duì)某個(gè)特征篩選樣品的方法，所述方法包括(a)提供包含光固化的全氟聚醚的圖案化層的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包含多個(gè)溝道；(b)提供靶材料；(c)在所述多個(gè)溝道的至少一個(gè)中布置樣品；(d)使所述樣品與所述靶材料接觸；及(e)檢測(cè)所述樣品與所述靶材料間的相互作用，其中以存在或不存在相互作用來指示樣品的特征。
144.權(quán)利要求143的方法，其包括在所述多個(gè)溝道的至少一個(gè)中布置靶材料。
145.權(quán)利要求143的方法，其中所述靶材料包括襯底。
146.權(quán)利要求145的方法，其中所述微流體器件的多個(gè)溝道中的至少一個(gè)與所述襯底流體連通。
147.權(quán)利要求143的方法，其中所述靶材料被放在襯底上。
148.權(quán)利要求147的方法，其中所述微流體器件的多個(gè)溝道中的至少一個(gè)與所述放在襯底上的靶材料流體連通。
149.權(quán)利要求143的方法，其包括將多個(gè)樣品置于所述多個(gè)溝道的至少一個(gè)中。
150.權(quán)利要求143的方法，其中所述樣品選自治療劑、診斷劑、研究試劑、催化劑、金屬配體、非生物學(xué)有機(jī)材料、無機(jī)材料、食品、土壤、水和空氣。
151.權(quán)利要求143的方法，其中所述樣品包括一個(gè)或多個(gè)化學(xué)或生物化合物或組分庫中的一種或多種。
152.權(quán)利要求143的方法，其中所述樣品包括核酸模板、測(cè)序試劑、引物、引物延伸產(chǎn)物、限制酶、PCR試劑、PCR反應(yīng)產(chǎn)物以及它們的組合中的一種或多種。
153.權(quán)利要求143的方法，其中所述樣品包括抗體、細(xì)胞受體、抗原、受體配體、酶、底物、免疫化學(xué)試劑、免疫球蛋白、病毒、病毒結(jié)合組分、蛋白質(zhì)、細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子、抑制劑以及它們的組合中的一種或多種。
154.權(quán)利要求143的方法，其中所述靶材料包括抗原、抗體、酶、限制酶、染料、熒光染料、測(cè)序試劑、PCR試劑、引物、受體、配體、化學(xué)試劑以及它們的組合中的一種或多種。
155.權(quán)利要求143的方法，其中所述相互作用包括結(jié)合事件。
156.權(quán)利要求143的方法，其中通過至少一種或多種以下設(shè)備檢測(cè)相互作用分光光度計(jì)、熒光計(jì)、光電二極管、光電倍增管、顯微鏡、閃爍計(jì)數(shù)器、照相機(jī)、CCD攝像機(jī)、膠片、光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)、溫度傳感器、電導(dǎo)率計(jì)、電位計(jì)、安培計(jì)、pH計(jì)以及它們的組合。
157.一種分配物料的方法，所述方法包括(a)提供包含光固化的全氟聚醚的圖案化層的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包含多個(gè)溝道，并且其中所述多個(gè)溝道中的至少一個(gè)包括出口孔；(b)提供至少一種物料；(c)在所述多個(gè)溝道的至少一個(gè)中布置至少一種物料；及(d)通過出所述口孔分配至少一種物料。
158.權(quán)利要求157的方法，其中所述物料包括藥物。
159.權(quán)利要求158的方法，其包括計(jì)量預(yù)定劑量的所述藥物。
160.權(quán)利要求159的方法，其包括分配預(yù)定劑量的所述藥物。
161.權(quán)利要求157的方法，其中所述物料包括墨水組合物。
162.權(quán)利要求161的方法，其包括在襯底上分配所述墨水組合物。
163.權(quán)利要求162的方法，其中在襯底上分配所述墨水組合物形成印刷圖像。
164.一種分離物料的方法，所述方法包括(a)提供包含光固化的全氟聚醚的圖案化層的微流體器件，其中所述光固化的全氟聚醚的圖案化層包含多個(gè)溝道，并且其中所述多個(gè)溝道中的至少一個(gè)包含分離區(qū)；(b)將至少包含第一種物料和第二種物料的混合物置于所述微流體器件中；(c)使所述混合物流入包括分離區(qū)的多個(gè)溝道中的至少一個(gè)；及(d)在所述分離區(qū)使所述第一種物料與第二種物料分離，以形成至少一種分離的物料。
165.權(quán)利要求164的方法，其中所述分離區(qū)包含色譜材料。
166.權(quán)利要求165的方法，其中所述色譜材料選自尺寸-分離基質(zhì)、親合力-分離基質(zhì)和凝膠-排阻基質(zhì)以及它們的組合。
167.權(quán)利要求164的方法，其中所述第一或第二種物料包括一個(gè)或多個(gè)化學(xué)或生物化合物或組分庫中的一種或多種。
168.權(quán)利要求164的方法，其中所述第一或第二種物料包括核酸模板、測(cè)序試劑、引物、引物延伸產(chǎn)物、限制酶、PCR試劑、PCR反應(yīng)產(chǎn)物以及它們的組合中的一種或多種。
169.權(quán)利要求164的方法，其中所述第一或第二種物料包括抗體、細(xì)胞受體、抗原、受體配體、酶、底物、免疫化學(xué)試劑、免疫球蛋白、病毒、病毒結(jié)合組分、蛋白質(zhì)、細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子、抑制劑以及它們的組合中的一種或多種。
170.權(quán)利要求164的方法，其包括檢測(cè)所分離的物料。
171.權(quán)利要求170的方法，其中通過至少一種或多種以下裝置檢測(cè)所分離的物料分光光度計(jì)、熒光計(jì)、光電二極管、光電倍增管、顯微鏡、閃爍計(jì)數(shù)器、照相機(jī)、CCD攝像機(jī)、膠片、光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)、溫度傳感器、電導(dǎo)率計(jì)、電位計(jì)、安培計(jì)、pH計(jì)以及它們的組合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用作制造耐溶劑微流體器件的材料的官能化的光固化的全氟聚醚。這些耐溶劑的微流體器件可以用來控制少量流體(例如有機(jī)溶劑)的流動(dòng)，并且進(jìn)行在其它聚合物基微流體器件內(nèi)不能進(jìn)行的微尺度化學(xué)反應(yīng)。
文檔編號(hào)C08GGK1997691SQ200480034620
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2004年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月23日
發(fā)明者約瑟夫·M.·德西蒙, 賈森·P.·羅蘭, 斯蒂芬·R.·夸克, 德里克·A.·紹茲曼, 賈森·亞伯勒, 邁克爾·范達(dá)姆 申請(qǐng)人:北卡羅來納大學(xué)查珀?duì)栂柗中? 北卡羅來納州大學(xué), 加州理工學(xué)院