微结构化区分装置制造方法及图纸

公开了一种用于在流体流中分离包括颗粒和/或流体的疏水‑亲水流体复合材料的微结构化区分装置(100)。区分是通过物理地改变纹理化的表面和/或通过改变表面化学性质而获得的表面能量梯度的结果，这两者在空间上都是分级的。这样的表面在没有外部能量输入的情况下区分颗粒和/或流体并在空间上将它们分离。本发明专利技术的装置包括平台(302)，其具有沿径向布置的分叉微通道(310)。微通道的内腔表面可具有通过改变沿尺寸分层布置的微结构的周期性而产生的表面能量梯度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微结构化区分装置
本专利技术总体上涉及一种包括空间上变化的分层微结构的装置。更具体地，本专利技术涉及一种装置，该装置包括在空间上变化的分层微结构，以生成与流体流的分级温泽尔(Wenzel)和分级凯西(Cassie)界面。这些分级界面可通过表面能量梯度来表征。这些表面能量梯度可单独或组合地涉及空间上变化的微结构，以生成空间上变化的化学诱导的表面能量梯度，该表面能量梯度可驱动装置中的流体流。
技术介绍
微米尺度以及更小尺度的流体的行为与"大流体"行为可能差别在于诸如表面张力、能量耗散和流体阻力的因素开始主导系统动力学。在小尺度(约100纳米到500微米的通道尺寸和表面纹理)下，会出现一些有趣的且有时不直观的特性。特别是，雷诺数(其将流体惯性的效果与粘度的效果进行比较)会变得非常低。关键的结果是复合流体过渡到同流流体状态，其中流体组分不一定按照传统意义进行混合。当流变成层流而不是湍流时，同流流体之间的分子运输通常必须通过扩散。还应注意的是，离子交换表面在水中会生成超过100MPa的非常高的渗透压，因为它们产生反离子的高表面浓度。具有高表面积的聚离子纳米粒子产生如此大的渗透压，使得它们可用于实际的脱盐工艺中。反离子和溶质在尝试理解和开发微流控系统时会遇到困难，因此不带反离子或溶质但具有相同特性的不带电系统将是有益的。能够连续采样和实时测试流体样品中的生化毒素和其它危险病原体的基于微流控的装置可充当针对生物威胁的始终在线的预警系统。在开放式微流控中，去除系统的至少一个边界，使流体暴露于空气或另一界面(即液体)。开放式微流控系统的优点包括可接近流动的液体以用于干预、更大的液-气表面积和最小的气泡形成。开放式微流控的另一个优点是能够将开放式系统与表面张力驱动的流体流架构相集成。表面张力驱动的流体流消除对外部泵送方法(诸如蠕动泵或注射泵)的需求。通过磨削、热成型和热压花来制造开放式微流控装置也是容易且不昂贵的。此外，开放式微流控消除对胶粘或粘合可能不利于毛细管流动的装置盖的需求。开放式微流控的实例包括开放通道微流控、轨基微流控、纸基微流控和线基微流控。开放系统的缺点包括易于蒸发、污染和流速受限。在连续流微流控中，通过微制造通道实现对连续液体流的操纵。通过外部压力源、外部机械泵、集成式机械微型泵或毛细管力和电动机构的组合来实现液体流的致动。连续流微流控操作是主流途径，因为其易于实现且对蛋白质结垢问题不那么敏感。连续流装置适合于许多定义明确且简单的生化应用以及某些任务(诸如化学分离)，但它们不太适合需要高度灵活性的任务或流体操纵。这些封闭通道系统固有地难以集成和缩放，因为支配流场的参数沿流路变化，使得在任一位置处的流体流取决于整个系统的属性。在基于液滴的微流控中，在具有低雷诺数和层流状态的不混溶相中进行对流体的离散体积的操纵。在过去的几十年中，对基于液滴的微流控系统的兴趣已大大增长。微滴允许方便地处理微小体积(μl至fl)的流体，提供更好的混合、封装、分选和感测，并适合高通量实验。有效地利用基于液滴的微流控的优势，需要对液滴的生成有深刻的了解，以执行各种逻辑操作，如液滴运动、液滴分选、液滴合并和液滴破碎。微结构化表面在微流控环境中处理和形成与液滴的特殊界面方面特别有用。在数字微流控中，使用电润湿在微结构化基材上操纵离散的、可独立控制的液滴。遵循数字微电子的类推，此途径称为数字微流控。电毛细作用力用于在数字轨道上移动液滴。在数字微流控中，存在"流体晶体管"的概念。通过使用离散的单位体积液滴，可将微流控功能简化为一组重复的迭代操作，即，将一个单位的流体移动一个单位的距离。这种"数字化"方法有助于将分层表面结构途径用于微流控生物芯片设计。数字微流控提供灵活且可扩展的系统架构以及高容错能力。电润湿机制允许独立控制每个液滴，并可动态地重新配置整个系统，从而可将微流控阵列中的分层结构域组重新配置为在同时执行一组生物测定期间更改其功能。用于数字微流控的一种常见的致动方法是介质上电润湿(EWOD)。然而，表面声波、光电润湿、机械致动等也是数字地操纵流体液滴的方法。在纸基微流控中，装置包括在亲水纸上的表面微结构疏水屏障，亲水纸将水溶液被动地输送至发生生物反应的出口。当前的应用包括便携式葡萄糖检测和环境测试，伴随着对于到达缺乏先进医学诊断工具的地区的希望。在体外或体内环境中，微流控也可与景观生态学结合。可通过将旨在形成细菌和/或细胞栖息地的表面微结构的局部补片并置，并通过分散走廊连接不同的微结构补片以产生景观来构成纳米/微结构的流体景观。通过生成时空分布的生物机会补片的空间镶嵌图，可将所得景观用作自适应景观的物理实现。这些流体景观的补缀性质允许研究使细菌和体细胞适应亚种群系统。微结构化景观可用于研究合成生态系统环境中细菌和细胞系统的进化生态。在植入物情况下，微结构化的景观可引导复杂的、有组织的组织结构，以改善愈合或推动器官的再生。例如，微结构化景观可通过使用微流控来驱动精确且仔细控制的趋化性梯度。受控的趋化性微结构化景观可用于控制细胞运动性和趋化性。相反，微结构化景观可用于研究在少数微生物种群中和在短时间段内细菌对抗生素的抗性演变。包括细菌和形成海洋微生物环的广泛生物的这些微生物负责调节许多海洋生物地球化学。微结构化景观还通过促进产生趋硬(刚度)梯度而极大地帮助趋硬性的研究。因此，于是需要一种具有微结构化表面的装置，该装置能够区分各种流体成分并且适用于各种微流控系统。
技术实现思路
在一些实施例中，公开了一种流体分离装置，其可包括基部，该基部可包括具有第一端和第二端的引导通道。引导通道的第二端可连接到第一分离通道和第二分离通道，第一分离通道和第二分离通道从引导通道的第二端分叉。引导通道还可包括如下表面，该表面包括构造成将流体流从第一端引导到第二端的第一分层微结构。第一分离通道可包括如下表面，该表面包括第二分层微结构，第二分层微结构构造成将至少一部分的流体流从引导通道选择性地引导至第一分离通道。第二分离通道可包括如下表面，该表面包括第三分层微结构，第三分层微结构构造成将至少一部分的流体流从引导通道选择性地引导至第二分离通道。在一些实施例中，流体分离装置可进一步包括设置在基部上的注入端口，其中注入端口可连接至引导通道的第一端。在一些实施例中，流体分离装置可包括形成分级的温泽尔状态的第一分离通道的第二分层微结构和形成分级的凯西状态的第二分离通道的第三分层微结构。在一些实施例中，第二分层微结构和第三分层微结构可各自包括不同的表面能量梯度。在一些实施例中，可通过相对于第三分层微结构在空间上改变第二分层微结构的空间周期性来形成不同的表面能量梯度。在一些实施例中，流体可包括至少第一成分和第二成分，每个第二分层微结构和第三分层微结构的不同的表面能量梯度可配置成将第一成分和第二成分分离为不同的流。在一些实施例中，第一成分的不同流可引导至第一分离通道，并且第二成分的不同流可引导至第二分离通道。在一些实施例中，第一分层微结构、第二分层微结构和第三分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种流体分离装置，包括：/n具有第一端和第二端的至少一个引导通道，所述第二端与多个分离通道流体连通，以及/n所述多个分离通道中的至少一个，其包括表面，所述表面包括构造成选择性地引导流体流的分层微结构。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181121 US 62/7705651.一种流体分离装置，包括：
具有第一端和第二端的至少一个引导通道，所述第二端与多个分离通道流体连通，以及
所述多个分离通道中的至少一个，其包括表面，所述表面包括构造成选择性地引导流体流的分层微结构。


2.根据权利要求1所述的流体分离装置，其特征在于，所述流体分离装置进一步包括与所述至少一个引导通道的第一端流体连通的注入端口。


3.根据权利要求1所述的流体分离装置，其特征在于，所述多个分离通道中的至少一个的分层微结构提供分级的温泽尔状态。


4.根据权利要求1所述的流体分离装置，其特征在于，所述分层微结构提供分级的凯西状态。


5.根据权利要求1所述的流体分离装置，其特征在于，所述引导通道包括具有分层微结构的表面，所述分层微结构构造成将流体流从所述第一端引导至所述第二端。


6.根据权利要求1所述的流体分离装置，其特征在于，所述多个分离通道进一步包括至少第一分离通道和第二分离通道；
所述第一分离通道和所述第二分离通道各包括表面，所述表面包括构造成选择性地引导流体流的分层微结构。


7.根据权利要求6所述的流体分离装置，其特征在于，所述第一分离通道的分层微结构和所述第二分离通道的分层微结构各包括不同的表面能量梯度。


8.根据权利要求7所述的流体分离装置，其特征在于，所述第一分离通道的分层微结构和所述第二分离通道的分层微结构各自包括不同的空间周期性。


9.根据权利要求7所述的流体分离装置，其特征在于，所述第一分离通道的分层微结构的不同表面能量梯度构造成将所述流体的成分分离为不同的流。


10.根据权利要求7所述的流体分离装置，其特征在于，所述第二分离通道的分层微结构的不同表面能量梯度构造成将所述流体的成分分离为不同的流。


11.根据权利要求1所述的流体分离装置，其特征在于，所述分层微结构进一步包括空间上变化的微结构成分，其中所述空间上变化的微结构成分按层次布置并且高度在10纳米与1000微米之间变化。


12.根据权利要求1所述的流体分离装置，其特征在于，所述分层微结构进一步包括空间上变化的微结构成分，其中所述空间上变化的微结构成分按层次布置并且直径在10纳米与1000微米之间变化。


13.根据权利要求1所述的流体分离装置，其特征在于，所述分层微结构进一步包括空间上变化的微结构成分，其中所述空间上变化的微结构成分具有在10纳米与1000微米之间的间距。


14.根据权利要求7所述的流体分离装置，其特征在于，所述第一分离通道构造成沿所述第一分离通道引导所述流体的第一固体成分，所述第二分离通道构造成沿所述第二分离通道引导所述流体的第二固体成分，并且其中所述第一固体成分不同于所述第二固体成分。


15.根据权利要求14所述的流体分离装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·米尔博克，L·布吕赫尔，
申请(专利权)人：BVW控股公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH