用于包裝微流體裝置的接口件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種接口件，包括：多個(gè)外部端口，配置為與多個(gè)流體輸送平臺(tái)的端口流體連通；和多個(gè)接合導(dǎo)管，配置為與多個(gè)微流體生物芯片的端口流體連接；其中，多個(gè)外部端口和/或多個(gè)接合導(dǎo)管這兩者的公差均明顯比多個(gè)微流體生物芯片端口的公差更小。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于包裝微流體裝置的接口件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于微流體裝置的接口件。

【背景技術(shù)】
[0002] 基于微流體的系統(tǒng)已經(jīng)由使用玻璃/硅聚合物進(jìn)行制造進(jìn)化為使用聚合物。該聚 合物制造方法已經(jīng)替代了從微電子工業(yè)（MEMS)借用來(lái)的技術(shù)，使得它們的制造更加簡(jiǎn)單 和廉價(jià)。聚合物的生物相容性使得它們成為一種用于很多診斷應(yīng)用中的芯片實(shí)驗(yàn)室（L0C) 或定點(diǎn)照護(hù)（P0C)設(shè)備的更有吸引力的材料選擇。聚二甲基硅氧烷（PDMS)，一種像聚合 物一樣的軟質(zhì)橡膠，在產(chǎn)品研發(fā)和學(xué)術(shù)界中作為受歡迎的材料出現(xiàn)以制造/生產(chǎn)微流體裝 置，超過(guò)傳統(tǒng)的硬質(zhì)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的微流體芯片適于手工機(jī)械加工（manual machining)。PDMS還具有杰出的光學(xué)、機(jī)械和化學(xué)性能。而且，PDMS與噴射鑄造相比具有 高的重復(fù)性和準(zhǔn)確性，這也使它成為理想的用于大量制造帶有高尺寸精度要求的微米到次 微米圖案的微流體芯片的材料。
[0003] 然而，隨著基于微流體的設(shè)備在過(guò)去十年間的迅速發(fā)展，將這些設(shè)備連接到宏觀 世界的連接器產(chǎn)品（例如耳咽管、注射泵、加壓泵等）仍然是一種技術(shù)挑戰(zhàn)。并且，連接器不 能容易地調(diào)整比例，通常使得設(shè)備的體積龐大。再加上PDMS的易彎曲的性質(zhì)使得這個(gè)問(wèn)題 極其具有挑戰(zhàn)性。小型號(hào)的微流體設(shè)備通常需要定制的解決方案，通常沒(méi)有用于基于PDMS 的設(shè)備的"一種型號(hào)適合所有"的包裝策略。不同于集成電路（1C)芯片，沒(méi)有用于微流體 設(shè)備包裝的標(biāo)準(zhǔn)。
[0004] 就這一點(diǎn)而言，當(dāng)微流體設(shè)備從實(shí)驗(yàn)室到商業(yè)形式進(jìn)行過(guò)渡時(shí)，PDMS通常不是理 想的材料。PDMS易彎曲的特點(diǎn)使得基于壓縮的夾緊以實(shí)現(xiàn)防漏密封非常困難。當(dāng)將實(shí)驗(yàn) 室機(jī)構(gòu)演化為具有集成流體輸送模塊的自動(dòng)化儀器時(shí)，硬質(zhì)材料制成的塑料芯片通常是優(yōu) 選的。這是因?yàn)榕cPDMS微流體芯片相比，將硬質(zhì)塑料芯片與流體輸送儀器相連接更容易。 然而，投入在生產(chǎn)硬質(zhì)塑料芯片中的時(shí)間和金錢(qián)是大量的，這通常是對(duì)成功的微流體芯片 商業(yè)化的一個(gè)障礙。無(wú)疑地，當(dāng)微流體設(shè)備從實(shí)驗(yàn)室過(guò)渡到商業(yè)化形式時(shí)這是一個(gè)問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 概括地說(shuō)，本發(fā)明提出一種用于可變形的微流體芯片的非可變形接口件。接口件 的端口可以做成小公差，并可容易地與芯片上大公差端口進(jìn)行配對(duì)，在生產(chǎn)制造中這可能 是有優(yōu)勢(shì)的。因此，小公差接口件端口可以容易得與流體輸送平臺(tái)進(jìn)行配對(duì)和/或使用壓 縮密封。
[0006] 本發(fā)明的具體表現(xiàn)中，提供了一種接口件，包括：
[0007] 多個(gè)外部端口，配置為與流體輸送平臺(tái)的多個(gè)端口流體連通（fluidically communicate)；
[0008] 多個(gè)接合導(dǎo)管，配置為與多個(gè)微流體生物芯片的端口流體連接；
[0009] 其中，多個(gè)外部端口和/或多個(gè)接合導(dǎo)管的公差明顯比微流體生物芯片的多個(gè)端 口的公差更小。所述多個(gè)外部端口的每一個(gè)包括凹處，所述凹處配置為用于密封件，所述密 封件選自由〇型環(huán)、墊片和墊圈組成的組。
[0010] 進(jìn)一步包括位于所述接口件的內(nèi)表面處的多個(gè)肋結(jié)構(gòu)。
[0011] 進(jìn)一步包括位于外表面的至少一個(gè)感受器，所述至少一個(gè)感受器配置為將所述接 口件和所述流體輸送平臺(tái)的歧管對(duì)準(zhǔn)。
[0012] 所述多個(gè)接合導(dǎo)管的每一個(gè)都是截頭圓錐形。
[0013] 所述接口件配置為與不可拆卸的蓋子相密封。
[0014] 所述接口件是非可變形的。
[0015] 每個(gè)外部端口與每個(gè)接合導(dǎo)管是同軸的，每個(gè)外部端口配置為與每個(gè)同軸的接合 導(dǎo)管流體連通。
[0016] 多個(gè)接合導(dǎo)管與微流體生物芯片的所述多個(gè)端口緊密配合以提供防漏密封。
[0017] 每個(gè)接合導(dǎo)管的傾斜角度在0° -15°之間。
[0018] 每個(gè)接合導(dǎo)管的開(kāi)口末端具有比所述微流體生物芯片的所述多個(gè)端口的內(nèi)部直 徑小0· lmm-lmm的外部直徑。
[0019] 每個(gè)接合導(dǎo)管的接口件末端具有比所述微流體生物芯片的所述多個(gè)端口直徑的 大0. 2mm_l. 5mm的外部直徑。
[0020] 進(jìn)一步包括容納在所述接口件內(nèi)的微流體生物芯片。
[0021] 進(jìn)一步包括防干擾鎖以長(zhǎng)期地阻止所述微流體生物芯片從所述接口件處移開(kāi)。
[0022] 所述微流體生物芯片是由聚二甲硅氧烷PDMS或易彎曲的軟質(zhì)聚合物材料制成。
[0023] -種流體輸送平臺(tái)或診斷設(shè)備，配置為與上述任一技術(shù)方案提供的接口件的外部 端口形成壓縮密封。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024] 為了可以充分地理解本發(fā)明并易于說(shuō)明其實(shí)際效果，現(xiàn)將通過(guò)本發(fā)明的非限制性 的實(shí)例、僅優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行描述，所述描述將參考伴隨的說(shuō)明性附圖。
[0025] 圖1示出了實(shí)例實(shí)施方式的接口件的第一透視圖。
[0026] 圖2示出了接口件的第一張照片。
[0027] 圖3示出了接口件的第二透視圖。
[0028] 圖4示出了接口件的第二張照片。
[0029] 圖5示出了可用于接口件的蓋子的正視圖。
[0030] 圖6示出了蓋子的照片。
[0031] 圖7示出了蓋子和平行放置的接口件的照片。
[0032] 圖8示出了蓋子和圖7示出的視圖反面的接口件的照片。
[0033] 圖9示出了用于評(píng)估接口件的歧管機(jī)構(gòu)的照片。
[0034] 圖10示出了用于壓力測(cè)試機(jī)構(gòu)的原理圖。
[0035] 圖11示出了圖10的壓力測(cè)試機(jī)構(gòu)的照片。
[0036] 圖12(a)到⑷示出了連接接口件與生物芯片的一系列照片。
[0037] 圖13示出了正在承受壓縮的接口件的照片。
[0038] 圖14示出了連接到流體輸送平臺(tái)的歧管的接口件的剖視圖，所述接口件承受壓 縮。

【具體實(shí)施方式】
[0039] 實(shí)施例可提供一種具有端口的接口件，允許基于PDMS的微流體設(shè)備與流體輸送 平臺(tái)容易的并可靠的連接。所述接口件能夠克服每當(dāng)需要流體輸送平臺(tái)與基于PDMS的微 流體設(shè)備連接時(shí)所帶來(lái)的問(wèn)題。因此，接口件可作為用于種種涉及微流體設(shè)備的經(jīng)濟(jì)解決 方案的基礎(chǔ)。
[0040] 參考圖1-8,提供了具有端口的接口件20的各種視圖，示出了接口件20的各自的 組件/部分的圖或照片。接口件20包括多個(gè)外部端口 22,配置為與多個(gè)流體輸送平臺(tái)（未 示出）流體連通。特別的，多個(gè)外部端口 22典型的與集成于流體輸送平臺(tái)的儀器上的歧管 相連接，諸如，例如，加壓泵、注射泵等。多個(gè)外部端口 22的每一個(gè)包括凹處24,配置為粘 附0型環(huán)26。可替代的，墊片、墊圈或類(lèi)似物在承受壓縮的同時(shí)用于提供防漏密封。0型環(huán) 26用于提供歧管的密封。凹處的直徑/深度小于0型環(huán)26的外部直徑約0. 2-0. 6mm，以保 證0型環(huán)能夠緊緊地坐在每個(gè)凹處24中。接口件20還包括位于外部表面36的至少一個(gè) 感受器（receptor) 34以校準(zhǔn)接口件20和流體輸送平臺(tái)的歧管。
[0041] 接口件20還包括多個(gè)接合導(dǎo)管28,配置為與多個(gè)微流體生物芯片50的端口流體 連通。多個(gè)接合導(dǎo)管28的每一個(gè)都是截頭圓錐形，并且每個(gè)接合導(dǎo)管28與外部端口 22是 同軸的。每個(gè)外部端口 22配置為與每個(gè)同軸接合導(dǎo)管28流體連通。外部端口 22提供在 接口件20內(nèi)通向接合導(dǎo)管28的通孔。這些外部端口 22對(duì)齊流體輸送平臺(tái)的歧管上的端 口（特別是集成于流體輸送平臺(tái)的儀器），流體連通微流體生物芯片50和流體輸送平臺(tái)。 所述流體可以泵入到微流體生物芯片50中的是任一液體或氣體。所述流體可以是泵入到 用于診斷應(yīng)用的微流體芯片50中的生物樣品，例如，血液、唾液、胸膜積液、尿液等。
[0042] 多個(gè)接合導(dǎo)管28的每一個(gè)與多個(gè)微流體芯片50的端口的每一個(gè)緊密配合以提供 防漏密封。圖12示出了外部端口 22和接合導(dǎo)管28共用一個(gè)均勻直徑的通道25。然而，夕卜 部端口 22和接合導(dǎo)管28的直徑可以是不同的，只要可以保持適當(dāng)?shù)牧魉伲ɡ?.01-5ml/ min)以避免紊流。此外保持外部端口 22和接合導(dǎo)管28相對(duì)均勻的直徑，避免了可以損害 細(xì)胞的高剪切環(huán)境。接合導(dǎo)管28的一個(gè)開(kāi)口末端29與接口件末端27相比，具有較小的直 徑。在固化過(guò)程中，由于材料的收縮，微流體生物芯片50的多個(gè)端口 49是扭曲的。如圖 12 (a) - (d)所示，在接合過(guò)程中，開(kāi)口末端29促使可變形的端口 49緊密配合并提供對(duì)接口 件末端27的防漏密封。
[0043] 由于微流體生物芯片50通常由PDMS制成，如圖8所示，當(dāng)微流體生物芯片以一種 適當(dāng)?shù)姆绞脚c接口件20相對(duì)齊時(shí)，微流體生物芯片50的多個(gè)端口 49的每一個(gè)可適用于 (緊密配合于）多個(gè)接合導(dǎo)管28的每一個(gè)以提供防漏密封。
[0044] 微流體生物芯片50可以具有不同的尺寸（厚度、廣度、寬度）。應(yīng)該理解的是4個(gè) 接合導(dǎo)管28的外部表面也可以充當(dāng)微流體生物芯片50的對(duì)齊特征。裝配（緊密配合）微 流體生物芯片50的多個(gè)端口 49到接合導(dǎo)管28時(shí)的插入的深度（被插入到芯片50每個(gè)端 口的每個(gè)接合導(dǎo)管28的深度）通過(guò)PDMS模具的厚度和接口件20的高度確定。
[0045] 每個(gè)接合導(dǎo)管28的傾斜角度的合理范圍是在0° -15°之間。每個(gè)接合導(dǎo)管28 為截頭圓錐形并且具有小于端口 49的直徑的、外端直徑在0· 1mm到1mm之間的開(kāi)口末端 29。每個(gè)接合導(dǎo)管28與端口 49緊密配合，使得它們可以插入微流體生物芯片50的厚度的 50-90%。每個(gè)接合導(dǎo)管28的接口件末端27的外部直徑在0. 2mm-l. 5mm之間，大于端口 49 的直徑，以保證在接合導(dǎo)管28和端口 49之間良好的壓縮密封性。
[0046] 應(yīng)當(dāng)理解的是，多個(gè)外部端口 22到歧管的連接比多個(gè)接合導(dǎo)管28到微流體生物 芯片50的緊密配合更容易實(shí)施。這主要是由于在與接口件20的多個(gè)接合導(dǎo)管28配對(duì)時(shí)， 微流體生物芯片50的端口 49的微觀尺寸和靈活性造成更大的難度。多個(gè)外部端口 22和多 個(gè)接合導(dǎo)管28的位置被固定在接口件20上。鑒于微流體生物芯片50的端口 49是靈活的， 微流體生物芯片50的端口 49能夠與附著的多個(gè)接合導(dǎo)管28緊密配合并固定到其上，以保 證接口件20可在流體輸送平臺(tái)和微流體生物芯片50之間用于流體流通。在這方面，多個(gè) 外部端口 22和多個(gè)接合導(dǎo)管28的公差（涉及物理結(jié)構(gòu)）比多個(gè)微流體生物芯片50 (在固 化中更易于變形）的端口 49的公差（涉及物理結(jié)構(gòu)）明顯地要小（更精確的或可靠的）。 因此，由于外部端口 22和接合導(dǎo)管28的小的公差，多個(gè)端口 49的高度變形是可以調(diào)節(jié)的。 PDMS厚度的公差是±0. 5mm。在固化過(guò)程中，由于PDMS的2-5%的收縮，多個(gè)端口的公差也 可以達(dá)到±0. 5mm。根據(jù)使用的模具技術(shù)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內(nèi)。
[0047] 接口件20用硬質(zhì)塑料制成，例如，PC、PMMA、PVC、HDPE、LDPE、PS、PP等。使用經(jīng)濟(jì) 的和可擴(kuò)展性的方法容易地制造接口件20,例如，噴射鑄造法或其它塑料模具技術(shù)。接口 件20是非可變形的，在接口件20的內(nèi)表面32處還包括多個(gè)肋結(jié)構(gòu)30。在內(nèi)表面32的多 個(gè)肋結(jié)構(gòu)30提供結(jié)構(gòu)硬度，并在承受高壓縮負(fù)載時(shí)阻止接口件20的塌陷以及因此造成的 對(duì)附著的微流體生物芯片50的損害。這是至關(guān)重要的，因?yàn)闉榱嗽诮涌诩?0和微流體芯 片50之間達(dá)到良好的密封，高的壓縮負(fù)載是必不可少的。沒(méi)有接口件20,對(duì)于施加恒定負(fù) 載到微流體芯片50上而不對(duì)微流體芯片50產(chǎn)生重大變形和損壞將是一個(gè)挑戰(zhàn)。
[0048] 一旦微流芯片50與接口件20緊密配合，接口件20隨后用蓋子60密封（示于圖5 和圖6中）。如圖12(a)所示，在裝配過(guò)程中，微流體芯片50與多個(gè)接合導(dǎo)管28大致手動(dòng) 地對(duì)齊。如圖12(b)所示，然后芯片50被壓在接合導(dǎo)管28上以便可變形的端口 49可以被 強(qiáng)制地緊密配合。如圖12(c)所示，最終蓋子60接近以束縛微流芯片50。使用集成于蓋子 60的至少一種防干擾鎖62,蓋子60能夠長(zhǎng)期的束縛（鎖）到接口件20上。這將確?？煽?性并阻止再利用。根據(jù)芯片50的厚度，在從壓縮適配到接合導(dǎo)管28的過(guò)程中，它有可能是 懸浮的。這樣接口件20可以是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格以適用于芯片50的不同模具的范圍。對(duì)于更高 的壓力應(yīng)用，它也可設(shè)計(jì)成擠壓蓋子60內(nèi)部的底部以確保在使用中密封不會(huì)分開(kāi)。
[0049] 圖12(d)、13和14示出了連接到流體輸送平臺(tái)的歧管10的正承受壓縮的接口件 20。0型環(huán)26是被壓縮的，因此，提供了從歧管10到微流體芯片50的高可靠性的密封。
[0050] 執(zhí)行測(cè)試以確定接口件20可以承受的最大壓力。使用鋁（如圖9所示）制造歧 管99以模仿典型的基于微流體的自動(dòng)化系統(tǒng)的的接口件。如圖10中所示出的，在測(cè)試中， 所述歧管99連接初始注射器100和壓力計(jì)120。圖11中示出了實(shí)際機(jī)構(gòu)。沖滿(mǎn)空氣的初 始注射器100驅(qū)動(dòng)充滿(mǎn)水的次級(jí)注射器110的栓塞（與適配器裝配）。允許增大刺激注射 器110中的壓力。能夠測(cè)量到200kPa的壓力計(jì)120使用3通T型接頭被連接以測(cè)量次級(jí) 注射器110中增大的壓力。在測(cè)試中，30N的負(fù)載被施加到歧管99,初級(jí)注射器100允許泵 速在10ml/min，且系統(tǒng)的壓力可被監(jiān)控。在操作中的故障返回錯(cuò)誤狀態(tài)后，初級(jí)注射器100 也具有200kPa的最大壓力額定值。使用上述的裝置，示出的接口件20在最后15分鐘成功 的用于承受高達(dá)200kPa的壓力。所述測(cè)試機(jī)構(gòu)在制造/裝配中可以用于原理的測(cè)試證明 和接口件20的質(zhì)量控制。
[0051] 可以理解的是，接口件20可以提供1個(gè)或更多的優(yōu)勢(shì)：
[0052] -能夠提供基于可選擇的在粘合劑/膠中普遍流行的無(wú)堵塞的密封；
[0053] -成本低，由于接口件20可以由經(jīng)濟(jì)的方法和材料制成；
[0054] -重復(fù)性，由于接口件20能夠充分保護(hù)與接口件20緊密配合的微流體生物芯片 50 ；
[0055] -低死體積，由于使用接口件20時(shí)上述液體的損耗是可最少化的，當(dāng)用低樣品體 積和昂貴的試劑工作時(shí)是重要的；
[0056] -能夠承受約200kPa的高壓，其確保在接口件20和微流體芯片50之間良好的密 封；和
[0057] -可擴(kuò)展的制造，由于產(chǎn)品的低成本。
[0058] 盡管上述說(shuō)明已描述了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，所涉及的本【技術(shù)領(lǐng)域】中的技術(shù)人 員將可以理解的是，在不脫離本發(fā)明的情況下可得出設(shè)計(jì)或構(gòu)造的在細(xì)節(jié)上的多種變化或 修改。
【權(quán)利要求】
1. 一種接口件，包括： 多個(gè)外部端口，配置為與流體輸送平臺(tái)的多個(gè)端口流體連通； 多個(gè)接合導(dǎo)管，配置為與微流體生物芯片的多個(gè)端口流體連接； 其特征在于，多個(gè)外部端口和/或多個(gè)接合導(dǎo)管的公差明顯比微流體生物芯片的多個(gè) 端口的公差更小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口件，其特征在于，所述多個(gè)外部端口的每一個(gè)包括凹處， 所述凹處配置為用于密封件，所述密封件選自由0型環(huán)、墊片和墊圈組成的組。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口件，其特征在于，進(jìn)一步包括位于所述接口件的內(nèi)表面 處的多個(gè)肋結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口件，其特征在于，進(jìn)一步包括位于外表面的至少一個(gè)感 受器，所述至少一個(gè)感受器配置為將所述接口件和所述流體輸送平臺(tái)的歧管對(duì)準(zhǔn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口件，其特征在于，所述多個(gè)接合導(dǎo)管的每一個(gè)都是截頭 圓錐形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口件，其特征在于，所述接口件配置為與不可拆卸的蓋子 相密封。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口件，其特征在于，所述接口件是非可變形的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口件，其特征在于，每個(gè)外部端口與每個(gè)接合導(dǎo)管是同軸 的，每個(gè)外部端口配置為與每個(gè)同軸的接合導(dǎo)管流體連通。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口件，其特征在于，多個(gè)接合導(dǎo)管與微流體生物芯片的所 述多個(gè)端口緊密配合以提供防漏密封。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口件，其特征在于，每個(gè)接合導(dǎo)管的傾斜角度在0° -15° 之間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口件，其特征在于，每個(gè)接合導(dǎo)管的開(kāi)口末端具有比所述 微流體生物芯片的所述多個(gè)端口的內(nèi)部直徑小0. lmm-lmm的外部直徑。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口件，其特征在于，每個(gè)接合導(dǎo)管的接口件末端具有比所 述微流體生物芯片的所述多個(gè)端口直徑的大〇. 2mm-l. 5mm的外部直徑。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口件，其特征在于，進(jìn)一步包括容納在所述接口件內(nèi)的微 流體生物芯片。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的接口件，其特征在于，進(jìn)一步包括防干擾鎖以長(zhǎng)期地阻止 所述微流體生物芯片從所述接口件處移開(kāi)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的接口件，其特征在于，所述微流體生物芯片是由聚二甲硅 氧烷PDMS或易彎曲的軟質(zhì)聚合物材料制成。
16. -種流體輸送平臺(tái)或診斷設(shè)備，其特征在于，配置為與根據(jù)權(quán)利要求1-15任一項(xiàng) 所述的接口件的外部端口形成壓縮密封。
【文檔編號(hào)】B01L3/00GK203886559SQ201320640193
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
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