[發(fā)明專利]用于微流體用途的低彈性膜

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711024398.2
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN107824233B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設計）人: I·斯普拉格;J·L·凱;M·S·布拉格德;C·F·巴特雷爾
• 申請（專利權）人: 珀金埃爾默健康科學有限公司
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;F04B19/00;F04B43/04;F16K99/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李東暉

提供了一種例如微型閥、微型泵或者微型通風口這樣的微流體回路元件，所述微流體回路元件由微型腔形成，隔膜網(wǎng)將微型腔分成由第一內(nèi)壁界定的第一子腔和由第二內(nèi)壁界定的第二子腔，其中，隔膜網(wǎng)的特征在于它是一種薄膜，具有接觸第一內(nèi)壁的第一狀態(tài)和接觸第二內(nèi)壁的第二狀態(tài)并且在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間運動的過程中表現(xiàn)為基本沒有彈性，在使用之前或者使用期間薄膜網(wǎng)已經(jīng)被拉伸為超過其屈服點。所公開的元件使隔膜能夠更快和更高效地在微型腔中循環(huán)運動并且增加了隔膜的表面積。在優(yōu)選的實施例中，所述微流體回路元件被氣動地驅(qū)動并且控制微型分析裝置中的流體運動。

本申請是發(fā)明名稱為“用于微流體用途的低彈性膜”、國際申請日為2013年12月20日、國際申請?zhí)枮镻CT/US2013/077269、國家申請?zhí)枮?01380072973.X的發(fā)明專利申請的分案申請。

技術領域

本公開整體涉及用于在微型分析裝置中使用的微型閥、微型泵和其它氣動流體元件所用的隔膜技術，并且涉及它們的制造方法。

背景技術

微型分析盒已經(jīng)越來越多地被用作診斷分析裝置。Wilding名下的美國專利US5304487描述的裝置包括形成在可重復使用的硅襯底上的“中等尺度”的通道和腔室，在其中加注有來自于盒外注射泵的流體試劑。對于機載流體的操縱和控制考慮得很少。然而，實際的商業(yè)應用已經(jīng)在朝著“可消耗的”盒也就是用后可棄、一次性使用的“采樣-反饋(sample-to-answer)”盒的方向發(fā)展，這種盒是自成一體(self-contained)的，以便用于特定的分析裝置或分析儀器所需的所有試劑。

用于操縱流體的微型裝置包括例如活塞驅(qū)動裝置這樣的機械液壓系統(tǒng)、例如電動泵和閥裝置這樣的電動液壓系統(tǒng)以及氣動液壓系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，具有氣動致動器和控制表面的系統(tǒng)已被證實在控制微小尺度的流體流動方面尤為實用。

由受讓人Micronics有限公司(華盛頓州Redmond市)制造的具有氣動接口的流體裝置就是一種公知的類型。利用系統(tǒng)的氣動控制器實現(xiàn)微流體通道中的流體流動的控制，所述氣動控制器根據(jù)可編程的閥邏輯操作塑料盒中的微型閥。隔膜分隔盒的氣動側(cè)和液壓側(cè)；即，閥隔膜是用于將氣動控制脈沖轉(zhuǎn)換成使流體開始流動和停止流動的轉(zhuǎn)換元件。通過逐層裝配層壓件而形成盒，其中，通道和腔室被密封在覆蓋的疊層之間。以這種方式，形成復雜的流體回路。

為了通過常規(guī)的制造方法形成流體回路，將彈性材料層作為層壓件夾持在本體層之間，并且氣動和液壓的通道和腔室在彈性層的任一側(cè)上形成在并置層中，以使得由隔膜層分隔盒的氣動工作區(qū)和液壓工作區(qū)。對于這種方法而言，由聚氨酯、聚酰亞胺和PDMS(聚二甲基硅氧烷)形成的隔膜尤為優(yōu)選。

例如需要用微型泵元件實現(xiàn)流體微型回路技術的最大利益，所述流體微型回路技術例如在診斷以及更一般地在生命科學中獲得了大量應用。由隔膜驅(qū)動的泵因為缺少了機械密封件和潤滑劑及其清潔的特性而是有利的。

盡管Wilding(例如在美國專利US5304487和US5498392中)一般性地提示了微型泵，但是自身公開的內(nèi)容不足以實現(xiàn)流體微型回路式的泵和閥。Wilding引用了Van Lintel[1988，“A Piezoelectric Micropump Based on Micromachining of Silicon”，Sensorsand Actuators，15:153-167]，其中涉及基于硅的微電子機械(MEMS)結(jié)構。然而，硅已知具有非常高的楊氏模量(約100GPa)；因此，硅隔膜泵通常具有非常低的壓縮比ε，所述壓縮比ε由以下的公式定義：

ε＝(ΔV+V₀)/V₀

其中，ΔV是沖程容積且V₀是死區(qū)容積也就是在噴射沖程期間不能從增壓室置換的流體的體積。因此，不利地，這些裝置在用于液體時可能無法在操作中自吸。