[发明专利]具有隔膜阀的流控设备

说明书

交叉引用

本申请涉及2009年6月2号提交的USSN第61/183,468及2009年7月21号提交的USSN第61/227,186，两篇文献出于所有目的通过引用的方式全文引入本文。

联邦资助研究的声明

无。

发明背景

Mathies等人(美国专利公布第2004-0209354)描述了一种微流体结构，其包含：包括气动通道的第一表面；包括流控通道的第二表面；及位于第一表面和第二表面之间的弹性体膜，使得应用到气动通道的压力或真空引起膜的偏移以调节流控通道中流体的流量。

在这种装置的流体导管(fluidic conduit)中，流体流可通过导管中的隔膜阀来调节，隔膜阀包括位于弹性体膜上的阀座。当与阀座接触时，弹性体膜阻止流体流过流体导管。当不与阀座接触时，存在允许液体通过阀的通路。

Anderson等人(Nucleic Acids Res.(核酸研究)2000年6月15号；28(12)：E60)描述了使用超声波焊接或粘合剂结合到一起的塑料装置。

在某些实施方式中，弹性体膜包括一层夹在两个玻璃层之间的聚二甲基硅氧烷(PDMS)。弹性体膜通常位于阀座的上面且通过将负压应用于弹性体的反面使其从阀座移开。典型地，弹性体膜通过与流控层和气动层的表面接触或结合来密封阀，及只要弹性体膜不会由于弹性体层与流控层和气动层的接触表面之间的不充分结合而粘住阀座或其它暴露表面或装置分层，阀就能运行。

发明概述

本发明的一方面提供包括流控层(fluidics layer)、驱动层及夹在流控层与驱动层之间的弹性层的微流控装置，其中：(a)流控层与驱动层包括接触弹性层的密封表面；且(b)流控层包括多个含有表面的流体导管，且驱动层包括多个含有表面的驱动导管，其中流体导管和驱动导管的至少一部分表面暴露于弹性层且其中至少一部分的暴露表面包括低表面能材料。在一个实施方式中，装置还包括多个隔膜阀，每一个隔膜阀都调节流体导管中的流体流动，其中每一个隔膜阀包括：(i)阀主体，其包括驱动层的暴露表面，(ii)阀座，其包括流控层的暴露表面，(iii)隔膜，其包括在弹性层中并配置成位于阀座的表面上或离开阀座的表面，及(iv)阀端口，其配置成允许流体进入和离开阀，其中至少一部分的阀座表面包括低表面能材料。在又一实施方式中，密封表面不包括低表面能材料。在又一实施方式中，至少一个流体导管还包括：室，其包括不含有阀座的暴露表面，其中室的至少一部分暴露表面包括低表面能材料。在又一实施方式中，至少一部分阀主体包括低表面能材料。在又一实施方式中，阀的所有暴露表面包括低表面能材料。在又一实施方式中，流体导管和驱动导管的所有暴露表面包括低表面能材料。在又一实施方式中，图案化暴露表面使得只有一部分暴露表面包括低表面能材料。在又一实施方式中，低表面能材料选自自组装单层、聚对二甲苯、类金刚石碳及金属氧化物(例如，来自二氧化钛和氧化铝)、金属及陶瓷。在又一实施方式中，低表面能材料包括贵金属，比如金。在又一实施方式中，将贵金属涂覆于难熔金属比如铬的层上。在又一实施方式中，低表面能材料包括全氟化聚合物。在又一实施方式中，低表面能材料包括聚(四氟乙烯)(特氟)。在又一实施方式中，包括低表面能材料的表面具有比接触表面大至少20°的水接触角。在又一实施方式中，低表面能材料具有至少100°的水接触角。在又一实施方式中，流控层或驱动层包括选自玻璃(例如，硅硼酸盐玻璃(例如，硼浮法玻璃(borofloat glass)、Corning Eagle 2000、派热克斯玻璃(pyrex))、硅、石英及塑料(例如，聚碳酸酯、烯烃共聚物(例如，Zeonor)、环烯烃共聚物、硅丙烯酸类塑料(silicon acrylic)、液晶聚合物、聚甲氧基丙烯酸甲酯(polymethylmethoxyacrylate，PMMA)、聚苯乙烯、聚丙烯及聚硫醇(polythiol))的材料。在又一实施方式中，弹性层包括选自热塑性塑料或交联塑料的材料。在又一实施方式中，弹性层包括选自硅树脂(例如，聚二甲基硅氧烷)、聚酰亚胺(例如，Kapton^TM，Ultem)、环烯烃共聚物(例如，Topas^TM，Zeonor)、橡胶(例如，天然橡胶，布纳橡胶，EPDM)、苯乙烯嵌段共聚物(例如，SEBS)、聚氨酯橡胶、全氟弹性体(例如，特氟隆，PFPE，Kynar)、迈拉(Mylar)、Viton、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、山都平(Santoprene，一种聚烯烃热塑性橡胶)、聚乙烯及聚丙烯的材料。在又一实施方式中，弹性层包括硅树脂。在又一实施方式中，弹性层包括PDMS。在又一实施方式中，弹性层包括通过脱气和紫外臭氧离子化处理的PDMS。在又一实施方式中，密封表面热结合到弹性层。在又一实施方式中，密封表面通过压力保持到弹性层。在又一实施方式中，整体的弹性层覆盖多个阀座。在又一实施方式中，驱动层是气动层。在又一实施方式中，驱动层包括至少一个驱动不同流体导管上的多个隔膜阀的驱动导管。在又一实施方式中，装置还包括与流控通道相通的外端口。在又一实施方式中，装置还包括以不大于1毫米分开的流体导管。在又一实施方式中，装置还包括每1000平方毫米具有至少5个流控回路的流控层。