[發明專利]微流體裝置及其制造方法

無效

• 申請號: 201210100296.5
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102641756A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 安德魯·約翰·奈斯比;麥奎爾·安杰·托雷洛·阿爾法羅;約瑟夫·古格勒;沃夫岡·弗朗茲·雷特爾
• 申請（專利權）人: 索尼達德克奧地利股份公司
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 肖善強

技術領域

本發明涉及具有導電性構件(feature)的微流體裝置及其制造方法。

背景技術

微流體裝置是分析各種流體，包括化學和生物流體的有用工具。這些裝置主要由流體輸送通道——例如輸入和輸出通道，加上樣品診斷的結構區域組成。為了利用該裝置有效處理流體，要使流體可控地通過這些通道。

已知有各種類型的微流體裝置。微流體裝置的通道截面尺寸可以相差很大，可以從毫米級到納米級的任意值。本文中的提到的微流體裝置，并不局限于微米級裝置，而包括本領域常見的較大(毫米)和較小(納米)級的裝置。

微流體裝置的一種基本形式是基于通過通道的相關流體的連續流動。

該基本形式的發展使得活性流體在液滴中傳送通過通道，該液滴懸浮在功能惰性載液中。一般來說，本文所描述的大部分裝置是數字的，即基于液滴的微流體裝置。在這樣的裝置中，液滴形成第一液體——液滴液，不混溶地懸浮在第二液體——載液中。液滴液和載液，應選擇為在實現裝置的良好運轉所需的相關時間范圍內不混溶的，相關時間取決于例如輸送時間、儲存時間和裝置內的反應時間等因素。液滴一般呈球形，但在使用過程中液滴可能會被外力扭曲或受微流體裝置的通道或其他部位的邊界約束，所以也可能存在其他形狀。因此，在數字微流體裝置的上下文中，液滴是保持在載液中的接觸體積(contiguous?volume)的流體，其中該流體和載液互不相溶。

微流體裝置可由各種基板材料制成，包括熱塑性塑料、玻璃和晶體。在熱塑性微流體裝置中，可以采用各種方法形成通道，包括注塑。

已知微流體裝置的許多功能是由設置在流通通道內或附近的電極進行電子控制的。這些電極可以根據需要由交流電(AC)或直流電(DC)驅動。

電極可通過已知的方法形成，如上面提到的正壓注射或噴墨打印。該技術包括使用導電油墨印刷圖案，導電油墨包括分散在溶劑中的導電顆粒，然后由燒結或固化過程蒸發溶劑使油墨干燥并融合導電顆粒，形成不中斷的金屬導電通路。

WO2007/081385A2公開了多種基于液滴的微流體裝置，其中，在流體上實施電氣功能的電極位于與流通通道相鄰的通道內。為了形成電極，通道內填滿了熔化的金屬合金。這可以用注射器向通道內正壓注射入熔化的金屬合金來實現。金屬合金隨后冷卻并凝固。它還公開了，微觀焊球或紫外線(UV)可固化的導電油墨用來形成流通通道與電極通道之間的屏障，以限定金屬合金組分的幾何形狀。現有技術還設想使用銦錫氧化物(ITO)或金屬(例如鉑)通過平版印刷圖案來形成電極。微流體裝置可以包括集成的金屬合金組分和導電圖案層的組合。例如，已經公開了電極對由第一電極和第二電極制成，第一電極由圖案化導電構件制成，第二電極由填滿了金屬合金的電極通道制成。

在熱塑性材料上噴墨打印導電油墨是已知的，例如US?2009/0078915，WO?2004/068389，US?2006/0065897和WO?2008/069565所描述的。

已知的油墨組合物中含有非揮發性溶劑，特別是高沸點的多元醇，如甘油。這些多元醇的沸點通常是80-300℃，在一些實施例中為100-200℃。這些組分作為保濕劑，防止油墨在噴射噴嘴中過早干燥，以確保噴射過程的可靠性。燒結通常是一個加熱步驟，其蒸發掉導電油墨中的溶劑并融合金屬納米顆粒以形成導電軌道。高沸點液體的存在影響了燒結溫度，然而任何殘留的有機組分將阻礙導電通路，從而使生產的產品具有較低和更多變的電導率。較高的燒結溫度需要更大的能量輸入，并可能會損害熱塑性基板。

致動和感應電極的精準位置是裝置性能的關鍵。例如，對于從流通通道終止控制的距離的電極類型，無論在準確度還是精確度方面，確定電極與流動通道的間隔距離的重現性是非常重要的。間隔距離可以在例如10-100微米的范圍內。優選的是，這種間隔能夠極好地控制以符合指定的距離。此外，還優選的是，電極與流動通道的間隔可以做得非常小，從而使電極可以非常接近流通通道放置。對于主動電極，即由外加電壓驅動的電極，電極越接近流通通道的邊緣，一般會使得使用更小的電壓就能在流通通道中獲得同樣的磁場梯度，即更低電壓實現相同的功能效果。此外，電極邊緣的放置位置的變化將導致電極邊緣距離流通通道的距離的變化，這反過來又會導致電場強度發生變化，電場強度由給定的外加電壓在流通通道內產生。此外，如果這種電極制造不當使得其蔓延到流通通道內會導致裝置失效，因為會有電線與通道間短路，而不是所期望的由熱塑性塑料，玻璃或其他基板材料提供的絕緣體分離。對于形成無源器件(如感應液滴傳感器)而設置的電極的準確性和靈敏度也適用類似要求，。