微通道结构方法和设备技术

提供一种形成用在生物传感装置中的微通道结构的方法。提供具有微通道的第一构造的主结构，微通道的第一构造具有对应的第一液流特性。使用流体喷射工艺将一个或多个材料区域沉积在主结构上，以便将第一构造改性成与具有与第一液流特性不同的对应的第二液流特性的第二构造。还描述了使用该方法形成的功能生物传感装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种形成用在生物传感装置中的微通道结构的方法。
技术介绍
诸如利用制造在载体中或载体上的微通道的免疫分析之类的生物传感装置在生物
中的应用越来越广泛。s Haeberle和R Zengerle在RSC LabChip 2007年7月的第1094至1110页中提供了有关微流控平台的讨论。这种化验或者芯片实验室装置具有相对广泛的应用，或者至少这些装置的应用经常被提及。制造方法可以通过模塑(例如参见US6039897)、通过施加前体然后被掩模及热处理、或者通过大量其他方法。已知大量用于检测分子(反应物)、它们的固定化和对它们引入分析物的效果的方法。既然至少在实验室中存在必要技术，生物传感装置应用的潜力将会以显著速度增长。 应用范围尤其意味着涉及分析物/反应物相互作用的科学在相当长的时间内需要不断发展，并且在该发展过程中具有巨大帮助作用的是具有快速原型和引导生物结合的有效性以便检测到介质中的目标分析物的能力，以及然后快速地投入到制造能够在现实世界中使用的传感器。生物传感装置的应用驱动力不仅需要定性检测也需要定量检测，其中定性检测通常被认为足以满足要求，这是因为定量测试成本过高。鉴于这些进步，需要提供简单的和经济实用的制造方法和技术，来允许以低成本制造已知的和新的生物传感器。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种形成用在生物传感装置中的微通道结构的方法，包括a)提供主结构，该主结构具有微通道的第一构造，该第一构造具有对应的第一液流特性；以及b)使用流体喷射工艺将一个或多个材料区域沉积在主结构上，以便将第一构造改性成第二构造，第二构造具有不同于第一液流特性的对应的第二液流特性。本专利技术能够设计出不昂贵的、一次性的、个人的和敏感的装置来检测和量化介质中的分析物，其中介质、生物活性反应物、固定化分子或探针连同目标分析物的处理在制造时都是可定制的。本专利技术提供了适于在实验室外产生少量和大量生物传感装置的制造方法及处理。本专利技术通过提供微通道的主结构来实现上述目标，所述微通道的主结构给大量生物传感装置提供公共构建块，每一个这种装置的生物传感器具有特定的特异性。因此，从微通道的液流特性可受主结构内的一个或多个位置中的流体喷射材料的沉积控制而言，微通道是“可编程的”。液流特性可以控制结构内流体所采取的实际流动路径或多个路径。因此，在第一构造下施加给主结构的流体可以沿着与在第二构造下采取的路径不同的路径流动。液流特性还表示这种流体将在什么条件下开始或结束流动，或者流体在该结构内流动的方式(诸如其流动速度)。更一般地说，该方法涉及用于生物传感装置的微通道结构的制造，可以通过定义特定生物传感装置所需的特性来定制所述微通道结构；这些特性包括包含分析物的介质的引入、必需的照明路径、流动路径、表面处理、流动确定人工制品(artefact)和固定化反应物所处的腔室。微通道包括大量不同类型的结构，包括管道、阀门和腔室。微通道限定了小的流路，这些流路可以包括反应物位点、收缩管道(constriction)、阀门、泵、和混合腔室。这些结构可以利用毛细管作用作为移动所施加的流体介质的机制，该移动由具体的通道设计和接触角的控制来实现。可选地或者另外地，可以通过泵送、囊状物/膜盒的按压、或者振动 (包括摇动)来引起流波。还可以通过渗透过程来实现驱动力，该渗透过程利用了介质引入和反应物位置之间的半透薄膜。微通道的设计和产生包括对组件特征的纵横尺寸比和横截面轮廓的控制，所述组件特征的尺寸通常处于511111至30(^111范围内。在大多数应用中，单独微通道的长度可以达到50mm。可选地，可以通过诸如通孔的方法使得微通道在Z轴上分层和互连。在这种情况下，可以在编程步骤之后对微通道结构进行分层。另外，通过改变微通道宽度/半径比， 可以制造可变路径。图13示出了一个示例(假定毛细管传输距离是1/r的函数)。通过这种手段，从分析物到反应物的连续地逐渐变得尖细的通道将不需要十分确定地控制接触角。微通道可以制造于由不能浸透的(不吸液)的基板形成的主结构中，虽然它们也可以形成在具有纤维结构或其它“吸液”材料的主结构中。还可以提供分开放置的纤维结构。因此，纤维材料可以提供所需的毛细管流路和其它流控人工制品的一部分或者全部。例如，这可以通过特定地逐渐变得尖细的润湿纤维(诸如半纤维素)或构造的纤维束的阻挡结构来实现。可选地，可以将这些特征与非纤维基板的特征结合。所述基板是物理材料，其上或者其内部包含生物传感装置的元件并且在其内部优选地形成有主结构。基板实际上能够是一个单块或者是不同元件的复杂结构。多个不同的基板可以包括天然纤维纸或板；包含设计的和定向布置的一个或多个纤维素、半纤维素和木质素的构造的纤维材料；聚合处理的结果(当场形成或者先前形成的)，诸如MMA(甲基丙烯酸甲酯)、PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、PDMS (聚二甲基硅氧烷)、PLA(聚乳酸)、或者丙交酯/乙交酯共聚物、聚酰亚胺、能够用于提供特定物理特性(诸如弹性、耐化学腐蚀、折射率等)的其他均聚物或者多杂聚合物；以及玻璃粉(玻璃细粒)。基板的关键特性是如果与分析物或反应物接触其必须不能使分析物或反应物变性或者不能损害分析物或反应物。 这可以通过基板布置或者化学方法或者其结合来实现。对微通道的第一构造的改性以形成第二构造是使用流体喷射工艺来进行的。这种处理通常是非接触处理，其中材料从喷射头传到微通道布置上的目标位置。通常，喷墨技术可以用于该目的。喷射材料的理论要求是其足以粘合到主结构并且在化学和物理上具有鲁棒性以便例如在可以使用完全形成的生物传感装置的温度、压力和湿度条件范围内形成用于液流转向的不能穿过的阻挡。沉积材料的特定耐化学腐蚀性将根据生物传感器内使用的分析物必要地改变，但是假设改性处理的固有特性将排除使用水溶性或者尤其是吸湿性材料。相反，优选的是该构造处理中使用的材料选自聚合物或者可聚合成分。前一分类可以包括热塑性聚合物，其玻璃化转变温度(Tg)高于将使用生物传感装置的最大实际温度，并且低于流体喷射工艺的最大操作温度。对于喷墨压电沉积而言，该范围因此应当介于60°C 和140°C之间，虽然本领域的技术人员将明白其他流体喷射沉积系统能够扩大该上限温度。对于可聚合成分，可以设想，可以想到包括简单的两部分环氧树脂固化系统以及需要另外的外部源来提供激励的那些工艺。其中可以包括UV固化自由基或阳离子系统、热激励的交联系统(例如使用过氧化物)、电子束固化流体等。作为一个特定示例，通过喷墨将包含活化的光敏引发剂的UV固化丙烯酸酯单体溶液沉积在预先形成的纤维基板上。所施加的溶液的粘度和流体及基板的润湿参数将决定流体向纤维材料的渗透度、以及固化步骤之前其在表面上的流动。流体喷射工艺是一种通过非接触方法在需要的空间布置中沉积用在构造中的可控但是量可变的一种流体或多种流体的处理。通常，喷射方法将利用当前能够获得的具有沉积系统的工业构件，这些沉积系统采用的方法是二进制的或者灰度级并且分辨率可变， 这对于流体喷射
的技术人员而言是容易理解的。然而，还包括微喷射和连续喷墨的相关技术作为应用工艺，这是因为它们提供放置较大的材料“点”的具体方法并且还能够满足不同的流体特性。本文中，“流体喷射材料”描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·沃尔什，戴维·阿尔宾，马丁·古弛，
申请(专利权)人：FFEI公司，
类型：发明
国别省市：