[发明专利]流体回路及相关的制造方法

说明书

本发明涉及流体滤筒及其制造，其具有包括气动地操作的隔膜构件的多个回路元件子类型，其中隔膜材料针对屈服点、耐化学品性、透气性和其它特性根据流体元件子类型独立地进行选择。本发明还提供现场边缘粘接剪贴工艺，其用于形成滤筒内的隔膜构件，并且形成流体回路，在流体回路中隔膜构件用作主动和被动回路元件，回路元件包括泵、阀、通风口、废弃物容器、试剂贮存器以及具有光学窗口的透明小容器，其中在制造期间，每个独立隔膜构件的材料组成可以选择各类材料。

技术领域

本发明整体涉及流体装置，例如微流体装置，并且涉及用于制造和使用流体装置的方法。

背景技术

流体微回路是本领域中已知的，并且包括诸如活塞驱动装置的机械系统、诸如动电泵和阀装置的电动液压系统、以及气动液压系统。具有气动式致动器和控制表面的这些系统已经证明在控制微量流体流方面是最实用的。

具有气动式接口的一类流体装置由Micronics有限公司(华盛顿州雷德蒙德)制造。利用系统气动式控制器来实现微流体通道中的流体流的控制，该控制器根据可编程阀逻辑在塑料滤筒中操作毫米大小的阀。微型隔膜将滤筒的气动侧和液压侧分隔开；即阀隔膜是用于将气动控制脉冲转换为开始和停止流体流的接口元件。滤筒通过逐层层合构建而成，其中封堵层之间密封有通道和腔室。所有的隔膜由单个层形成。这样，形成复杂的流体回路。气动和液压通道和腔室形成为使得滤筒的气动工作和液压工作由弹性体隔膜层分隔开。由聚氨酯和PDMS形成的隔膜有利于这种方法。一个未解决的问题是制造回路的能力，其中隔膜材料可能根据回路元件的类型或子类型而变化(例如可透气的、耐化学腐蚀的、可破裂的、弹性体的、非弹性的，等等)。

第二个未解决的问题涉及具有毫米和亚毫米印迹的微回路的可制造性。微型化已经证明是装置的有利发展，每单位面积具有较高的密度，但是当前的生产方法很难获得毫米或亚毫米大小的阀和隔膜。

微泵

例如，需要微型隔膜泵元件来获得流体微回路技术的最完全的优点，流体微回路技术可以用于多种应用，例如通常可以用于诊断学和生命科学。隔膜驱动的泵是有利的，原因在于它们的卫生特征结构，包括不具有机械密封件和润滑剂。

尽管Wilding(例如在美国专利No.5304487和No.5498392中)一般性地公开了微型泵，但是公开本身不足以完全能够形成微回路泵和阀。Wilding引用了Van Lintel[1988，APiezoelectric Micropμmp Based on Micromachining of Silicon,Sensors andActuators，15：153-167]，该文献涉及由硅微加工而成的泵。硅基微电子机械(MEMS)结构通常与现代塑料装置是不相容的。

对弹性体隔膜材料存在较大的兴趣，原因是较高的压缩比和较大的置换体积，这在流体操作中提供自灌注的优点。例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS)和硅树脂总体上易于形成薄片或铰链块，并且用作隔膜材料。还使用过胶乳橡胶和非晶态聚氨酯。遵循胡克定律弹性体材料具有的优点在于，隔膜在松弛状态中返回到其初始形状，但是这仅仅对于某些应用而言是有利的，并且相关地可能缺少耐化学品性。

微阀

代表性的技术涉及包括美国专利No.4304257('257阀)的阀，其中软的、弹性的、聚氨酯片材夹持在形成于硬丙烯酸本体内的流动通道上。两个不连续的流体通道之间的流体路径通过致动活塞而打开和关闭，活塞使片材的一部分机械地挠曲。片材上的帐蓬状覆盖动作与阀打开相关联；阀关闭与弹性片材弹簧回复到关闭位置相关联。片材通过螺线管操作的杆在两个位置之间机械地挠曲，该杆嵌入在阀座上附接到片材，使得在关闭时片材接触阀座，并且片材被拉入到上覆阀座的孔口中以打开阀。