具有閥門的微流體設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有至少一個被動閥門的流體設(shè)備，其特別地以微流體藥筒的形式。而且，其涉及用于制造這樣的流體設(shè)備的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]US7942160 B2公開了包括具有入口和出口的流體路徑中的閥門的微流體系統(tǒng)。流體路徑中的關(guān)閉構(gòu)件在其松弛狀態(tài)中和在流體流動方向改變時阻擋入口。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]將合期望的是具有被動閥門和微流體設(shè)備的可替換設(shè)計，特別是具有高魯棒性和可靠性和/或可以容易地制造的設(shè)計。
[0004]這些關(guān)注點通過根據(jù)權(quán)利要求1和14的流體設(shè)備和通過根據(jù)權(quán)利要求15的方法來解決。優(yōu)選實施例在從屬權(quán)利要求中公開。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的實施例的流體設(shè)備可以進行特別設(shè)計和尺寸設(shè)定以用于處理小體積的流體，特別地小于約ΙΟΟμΙ或甚至小于10μ1的體積。設(shè)備因而還可以稱為“微流體設(shè)備”。其可以特別地設(shè)計為其中可以進行關(guān)于樣品流體(諸如生物液體)的測量的藥筒。流體設(shè)備包括具有以下層序列的至少一個被動閥門:
a)在下文中稱為“第一載體層”并且具有提供用于流體的(第一)通路的孔的層。
[0006]b)在下文中稱為“第一結(jié)合層”并且具有“第一開口”的可選層。
[0007]c)具有至少一個通孔的“柔性層”。
[0008]d)具有“第二開口”的可選“第二結(jié)合層”。第一結(jié)合層和第二結(jié)合層中的至少一個應(yīng)當(dāng)存在。
[0009]e) “第二載體層”。
[0010]而且，這些層的設(shè)計和布置應(yīng)當(dāng)使得朝向第一載體層推動柔性層關(guān)閉通路，而朝向第二載體層(CL2)推動它打開通路(P1)。
[0011 ]柔性層的前述推動要理解為由流體系統(tǒng)中的流體施加的推動，推動的方向取決于流體中的壓力分布。推動將通常僅影響暴露于流體的柔性層的部分，特別是圍繞通孔的部分。當(dāng)打開時，通路將通常以某種方式經(jīng)由柔性層中的通孔而連續(xù)。
[0012]術(shù)語“被動閥門”應(yīng)當(dāng)指代取決于流動方向(或跨單元的壓力差的符號)而改變其在流體的流動通道中的流動阻力的單元，其中該改變由流體自身單獨引起而沒有外部能量或控制的應(yīng)用。典型地，被動閥門是單向閥門或止回閥門，其僅允許一個方向(“前向”)上的流體流動并且在壓力使得流體流動將反向時進行阻擋。
[0013]流體設(shè)備的層優(yōu)選地直接部署在彼此之上而其間沒有另外的中間層。然而，其中存在一個或多個中間層的實施例也應(yīng)當(dāng)由本發(fā)明所包括。
[0014]第一和第二結(jié)合層的“開口”優(yōu)選地為這些層的切口，即穿過整個層厚度的孔洞。開口通常在大小方面大于第一載體層中的孔和柔性層中的通孔。
[0015]術(shù)語“層”應(yīng)當(dāng)一般是指具有平坦幾何形狀的元件或單元，所述平坦幾何形狀具有大幅大于其厚度的寬度和長度。而且，厚度優(yōu)選地跨整個層而唯一，盡管具有厚度變化的層也由本發(fā)明所包括。厚度變化可以例如用于實現(xiàn)流體結(jié)構(gòu)，諸如流動通道或處理腔室。
[0016]所描述的流體設(shè)備具有以下優(yōu)點:其提供了一種被動閥門的簡單設(shè)計，其僅要求具有適當(dāng)尺寸設(shè)定和對準的開口或通孔的層序列。而且，閥門功能通過柔性層的彎曲來提供，其中該層的彎曲部分在其松弛狀態(tài)中可以與相鄰層間隔開地定位，因為(多個)結(jié)合層充當(dāng)(多個)間隔物。因此可以實現(xiàn)閥門的高可靠性，因為松弛的柔性層無法偶然粘附到接觸層，這可能破壞正確閥門功能。
[0017]在下文中，將更加詳細地描述本發(fā)明的各種優(yōu)選實施例。
[0018]優(yōu)選地，在下文中稱為“閥門腔室”的腔室由結(jié)合層的第一和/或第二開口形成使得該閥門腔室提供通孔(TH)周圍的柔性層的部分可以在其中移動的腔體。
[0019]柔性層的通孔或至少一個通孔(如果存在若干個的話)優(yōu)選地靠近前述閥門腔室的邊界定位。通孔然后靠近(相鄰層之間的)柔性層的固定點，這喻示著通孔基本上處于靜態(tài)中。
[0020]第一載體層的孔優(yōu)選地靠近以上提到的閥門腔室的中心定位，即靠近第一結(jié)合層中的第一開口和/或第二結(jié)合層中的第二開口。在該位置處，柔性層具有用于彎曲運動(朝向第一載體層)的最大自由度并且因而可以最容易地到達孔并關(guān)閉它，因而中斷通路中的流體流動。
[0021]由第一載體層中的孔提供的(第一)通路通常通過通孔和被動閥門后面的某個“第二通路”而連續(xù)。實現(xiàn)這樣的第二通路的一種可能性是提供第二載體層中的通孔。已經(jīng)經(jīng)過被動閥門的流體的進一步移動和處理然后將發(fā)生在第二載體層的下游側(cè)。
[0022]在另一實施例中，第二通路可以通過柔性層中的孔提供(其中已經(jīng)選擇術(shù)語“孔”以將該組件與柔性層的通孔區(qū)分開來;在技術(shù)上，在“通孔”與“孔”之間不應(yīng)當(dāng)存在實質(zhì)差異)。通過該孔，已經(jīng)經(jīng)過柔性層的通孔的流體可以返回，從而允許其中流體的處理基本上發(fā)生在柔性層的一側(cè)上的設(shè)計。
[0023]—般而言，流體設(shè)備的層可以由適合于考慮中的目的的任何材料制成，諸如玻璃或Si，盡管出于成本和制造原因，聚合物是優(yōu)選的。第一載體層和/或第二載體層可以例如包括選自包含聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)和/或聚碳酸酯(PC)的組的材料。此外，可以使用PP、PE和聚酯。
[0024]如其名稱所指示的，結(jié)合層典型地用于將兩個層連接到彼此，從而提供它們之間的某種間隔。相應(yīng)地，第一結(jié)合層和/或第二結(jié)合層可以優(yōu)選地包括壓力敏感粘合劑或雙面膠帶。典型地，除諸如丙烯酸粘合劑、環(huán)氧樹脂膠合劑或硅橡膠之類的粘合層之外，結(jié)合層可以具有聚合物載體(諸如聚酯、聚乙烯、聚烯烴、聚氨酯)或甚至A1箔。
[0025]柔性層由具有充足柔性和彈性以允許閥門腔室內(nèi)的所要求彎曲的材料制成。柔性層可以包括諸如TPE(熱塑性彈性體)或乳膠之類的柔性橡膠。
[0026]總體流體設(shè)備將典型地包括比僅僅被動閥門更多的單元和元件。其可以例如包括另外的被動和主動閥門、栗送元件、通道、腔室、流體入口或出口等。在優(yōu)選實施例中，其包括以上所描述的種類的兩個或更多被動閥門，其中所述閥門共享包括載體層、結(jié)合層和柔性層的組中的至少一層。將這些層中的至少一個用于構(gòu)成至少一個更多的被動閥門(在層平面中的不同位置處)允許特別經(jīng)濟的設(shè)計。
[0027]在前述實施例的優(yōu)選變形中，至少兩個被動閥門由所述層的不同位置處的相同載體層、結(jié)合層和柔性層形成。因而層的給定集合最優(yōu)地用于生成期望數(shù)目的被動閥門。全部要做的是為層提供在不同位置處對準以構(gòu)成所要求的被動閥門的適當(dāng)通路、孔、通孔和開
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[0028]根據(jù)另一實施例，流體設(shè)備此外包括具有栗送腔室的主動閥門，所述栗送腔室具有用于流體的入口和出口，其中所述腔室的體積可以可控地改變(擴大和縮小)。如名稱“主動閥門”所指示的，體積改變典型地通過作用于閥門元件上的某種外部力或能量的應(yīng)用來引起。栗送腔室體積的受控改變可以用于將流體主動栗送通過流體設(shè)備。
[0029]在前述實施例的進一步發(fā)展中，以上描述的種類的第一被動閥門部署在主動閥門的上游，并且以上描述的種類的第二被動閥門部署在其下游。利用這些被動閥門(即其流過方向)的適當(dāng)取向，可以實現(xiàn)第一被