微孔微流体装置的利记博彩app

专利名称：微孔微流体装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及具有互连微孔结构的微流体装置，具体地涉及至少部分由聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)形成的微流体装置。
背景技术：
微流体是化学和生物应用中最快速发展的新兴领域之一，对于鉴定用于微流体装置的合适材料以及新功能属性已经投入了巨大的努力。能结合入微流体装置的一个诱人的特征是多孔隔膜或者微流体通道内或者之间的多孔区域或材料。此类多孔区域可允许气体或者其他化学物质从一个微流体通道选择性扩散到另一个微流体通道，并且具有各种潜在用途，包括化学和药物应用中的多相催化反应。由于广泛的用途和该领域的快速发展，对于快速制造低成本微流体装置的需求不断增加。自从90年代后期首次报道以来，通过软性平版印刷制备的PDMS微流体装置被广泛地用于各种化学和生物应用。在微流体装置中使用PDMS实现了简单制备、快速原型化并降低了材料成本。迄今为止，还未公开具有微孔区域的PDMS微流体装置。这可能是由于微孔PDMS倾向于不透光，这使得难以对装置的微流体通道进行观察。

发明内容
本发明揭示了具有微孔PDMS区域和能够对通道进行观察的透光部分的微流体装置及其它内容。此类微流体装置具有PDMS装置的优点(包括易于制造、快速原型化和材料成本的下降)以及微孔装置的优点，同时实现在装置使用时对所希望的部分进行视觉观察。此外，由于微孔PDMS的疏水特性，防止非气体的水性液体通过微孔PDMS从一个微流体管道达到另一个微流体管道。从而可以有利地实现气体的选择性扩散。在本文所述的各种实施方式中，微流体装置包含第一管道和第二管道；以及与所述第一和第二管道相连通的三维(3D)互联微孔网络。所述微孔网络包含PDMS并防止水性流体通过该微孔网络在所述第一和第二管道之间流动，但是(通过其互连微孔网络)配置成允许气体在所述第一和第二管道之间的扩散。在许多实施方式中，微流体装置的制造方法包括将包含PDMS预聚物和成孔剂的组合物置于模具中。该模具配置成形成微流体装置的第一部件。装置的第一部件具有第一和第二通道。该方法还包括使模具中的组合物固化以形成第一部件。形成第一部件的材料包含散布有成孔剂的PDMS聚合物。该方法还包括从PDMS聚合物中去除成孔剂以产生包含多孔PDMS聚合物的多孔第一部件。此外，该方法还包括使多孔第一部件与第二部件密封，从而所述第二部件的表面与所述第一部件的第一和第二通道一起形成微流体装置的第一和第二管道。在一些实施方式中，微流体装置的制造方法包括将包含PDMS预聚物的组合物置于模具中。该模具配置成形成微流体装置的第一部件。装置的第一部件具有第一和第二通道。该方法还包括使模具中的组合物固化以形成第一部件。该方法还包括提供装置的第二部件。所述第二部件含有具有互连微孔结构的PDMS。此外，该方法还包括使第一部件与第二部件密封，从而所述第二部件的表面与所述第一部件的第一和第二通道一起形成微流体装置的第一和第二管道。相比于现有的微流体装置和方法，本文所述的装置和方法可提供一种或多种优点。使用本文所述的方法，可以制造大范围的孔径并对将其调整到特定用途的所需范围。此夕卜，通过在固化前在预聚物中使用不同尺寸的成孔剂，可以在单个装置中制造具有不同孔径的高度互连的微孔结构。另外，对于模塑3D互连微孔结构的物理尺寸基本没有限制。另夕卜，可以制造3D构型的微孔微流体装置。同样，通过3D互连微孔结构的气体传输效率是受控的，原因在于可以使用大范围的孔径来制造装置。除此之外，可以使用简单过程对装置进行高效组装。本领域的技术人员阅读本文所述的本发明内容后，容易看出本文所述的设备和方法的各种实施方式的上述及其它优点。附图简要说明

图1是具有两个部件的微流体装置的示意性分解透视图。图2是图1中的微流体装置在组装形式下的示意性透视图。图3是图2中的微流体装置的截面示意图。图4-6是微流体装置的各个实施方式的截面示意图。图7-8是本文所述方法的实施方式的总体流程图。图9A是微结构模具图，该微结构模具是由粘合到载玻片上的三层定制切割自粘性白色乙烯基板制造得到的。图9B是使用图9A所示模具制造的完全组装的微孔PDMS微流体装置。图10A-D是由150微米-180微米糖颗粒制造的微孔PDMS结构的扫描电镜的俯视图(A和C)与截面图(B和D)。图C和D分别是图A和B虚线区域的放大图。图11是由各种尺寸的预筛分糖颗粒制造的微孔PDMS基板上的水滴图。图12A-D是显示通过CO2气体实验使水酸化的微流体装置在0秒(A)、30秒(B)、50秒(C)以及I分30秒(D)时的图像。图13A-D是显示通过CO2气体实验使水酸化的微流体装置在0秒(A)、45秒(B)、I分30秒(C)以及4分30秒(D)时的图像。本文所提供的示意图不一定是按比例绘制的。图中使用的相同附图标记表示相同的部分、步骤等。但应理解，在特定的附图中使用附图标记表示一个部分并不会对另一附图中用相同附图标记标出的部分构成限制。此外，用不同的附图标记表示各部分并不表明附图标记不同的部分不能相同或相似。
具体实施例方式在以下详述中，参照构成说明书的一部分的附图，以示意性方式描述本发明的装置、系统和方法的几种具体实施方式
。应理解，可以在不偏离本发明的范围或精神的前提下，可构思和实现其它的实施方式。因此，以下发明详述不应理解为限制性的。除非另外说明，本文使用的所有科学和技术术语的含义是本领域通用的含义。本文提供的定义是用来帮助理解本文经常用到的某些术语，不对本发明的范围构成限制。在本说明书和权利要求书中所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”包括具有多个所指对象的实施方式，除非文中有明确的相反表示。如本说明书和所附权利要求书所用，“或”字通常在其包括“和/或”的含义上使用，除非文中有明确的相反表示。在本文中，“具有”、“含有”、“包括”、“包含”、“含”、“拥有”等在其开放含义上使用，
通常表示“包括但不限于”。应当理解，术语“由……组成”、“主要由……组成”涵盖在术语“包含”的范围之内。例如包含微孔PDMS聚合物的微流体装置的部件可由微孔PDMS聚合物组成或者基本由微孔PDMS聚合物组成。当术语“基本由……组成”涉及组合物、制品、系统、设备或方法时，其表示所述组合物、制品、系统、设备或方法仅包括组合物、制品、系统、设备或方法的所述组分或步骤，以及可任选的不对组合物、制品、系统、设备或方法的基本性质和新颖性质造成实质影响的其他组分或步骤。本文提到的任何方向，如“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“上”、“下”、“上方”、“下方”
及其它方向和取向，在本文中是用来清楚地描述附图，而不是对实际的设备或系统或者所述设备或系统的使用构成限制。本文所述的设备或系统可以许多方向和取向使用。本文所用术语“互连微孔结构”指的是具有平均直径大小小于1000微米的孔隙或者空隙的结构，其中所述孔隙 或者空隙互连使得流体(例如液体、气体或蒸汽)可在所述孔隙或者空隙之间从结构的一个表面移动到达结构的另一个表面。应理解互连微孔结构可具有一些“死角”或“非出口 ”或者“孤立空穴”。本文所用术语“孔隙”指的是固体制品的表面和/或主体内的空腔或空穴，其中所述空腔或空穴具有至少一个位于制品表面的外部开口。本文所用术语“空隙”指的是固体聚合物中在制品表面没有直接开口的空腔或空穴，即不是孔隙，但是通与过相邻或靠近“孔隙”、“空隙”的连接或相连的方式(或其组合)，空隙可具有间接外部开口或者达到制品外表面的通路。本发明描述了至少一部分由微孔PDMS形成的微流体装置等。微孔PDMS与装置的第一和第二管道连通，并使得气体和蒸汽等通过PDMS的互连微孔结构实现管道间的扩散。由于微孔PDMS的疏水特性，第一或第二管道中的水性液体不会通过微孔PMDS扩散到其他管道中。因此，所述微流体装置可有利地用于需要在管道间产生气体而非水性液体的相互作用或交换的情况。例如，微流体装置可用于细胞培养，其中，互连微孔网络提供了到达和离开细胞的二氧化碳和氧气的快速交换；微流体装置可作为多相反应(例如气-液或气-液-固反应)的微反应器；微流体装置可用于样品过滤、流体混合或者阀门等目的。在各个实施方式中，微流体装置由两个部件形成。例如并参见图1-3，装置10可以由顶部件200和底部件100形成。在图1-3所示的装置10中，底部件100由具有3D互连微孔网络110的微孔PDMS形成。在底部件100中形成通道120A、120B，当完全组装时，所述通道120AU20B与顶部件200的表面220 —起作用形成微流体装置的流体管道250的一部分。
顶部件200可以是适合覆盖第一部件的通道120A、120B以形成管道250的板、膜、盖或者任意其他制品。顶部件200由透光材料形成并提供通向管道250的观察窗口，否则的话由于互连微孔PDMS110的不透明性，所述管道250是不可见的。本文所用术语“透光”指的是可以清楚地看到位于透光制品后方的物品。任意合适的透光材料可用于形成提供了窗口的透光部件200。例如，部件可以由无机材料或者塑料或聚合物制造，所述无机材料例如玻璃，所述塑料或聚合物包括树枝状聚合物，如聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(乙酸乙烯酯-马来酸酐)、聚(二甲基硅氧烷)单甲基丙烯酸酯，环烯烃聚合物和共聚物，包括降冰片烯与乙烯的共聚物，碳氟聚合物，聚苯乙烯，聚丙烯，聚乙烯亚胺；共聚物如乙酸乙烯酯-马来酸酐共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物，聚糖，聚糖肽，乙烯-丙烯酸共聚物，或者它们的衍生物等。在一些实施方式中，透明部件200是由非多孔或透明PDMS或者玻璃基材形成的。在图1-3所示的实施方式中，顶部件200具有与底部件100相同或者基本相同的长度和宽度，并且两个部件100、200是对准的。但是应理解，顶部件200 (或者不具有通道120的部件)的长度或宽度可以小于底部件100的长度或宽度，只要顶部件200覆盖了通道120即可。顶部件具有贯穿其深度的开口 210，当完整组装后，所述开口 210起了通往管道250的进口或出口的作用。因此，当组装时，顶部件200和底部件100是对准的，从而开口210与通道120AU20B是对准的。当然，可以是底部件(或者具有通道的部件)中形成开口。取决于用于形成顶部件100或底部件200的材料，部件可以是自密封的。否则，部件100、200可以通过粘合等方式密封地结合。可利用泵、注射器或其它合适的注射或输注装置将流体引入与微流体装置的管道相连的进口。本文所述的微流体装置可容易地改造成适合与可得的自动流体输送系统联用。现具体参考图3，流体管道120AU20B与微孔PDMS的互连微孔网络110流体连通。因而，气体和蒸汽等可以容易地通过微孔网络从一个管道扩散到其他管道。由于微孔PDMS的疏水特性，水性液体不会通过微孔网络110。通常，微孔PDMS的水接触角大于或等于90度(例如，大于或等于100度、大于或等于110度等)，该疏水性足以防止水性液体通过孔隙。虽然可能，并且在一些情况下希望对微孔PDMS (例如通道120A、120B)的表面进行处理以增加亲水性或可湿性，但是难以增加整个微孔网络110的亲水性。因此，可以制造具有更亲水表面或管道的微流体装置，同时保留微孔网络的疏水特性，从而防止水性液体扩散通过网络。应注意一些使表面更亲水的处理如氧等离子体处理可能对PDMS不具有持续效果。现参考图4，显示具有三个微流体管道250A、250B、250C的微流体装置。应理解，微流体装置可具有任何合适和所需数量的管道，通过该管道可以引入或回收流体(气体或者液体等)。管道可以分别与进口或出口连通用于从管道引入或回收流体。如图4所示，管道250A、250B、250C分别与微孔PDMS的互连微孔网络110连接。从而气体(而不是水性液体)可通过网络110从一个管道达到另一个管道。现参考图5，微流体装置包含第一微孔网络110和第二微孔网络300。微孔网络110和300互连，并且是由PDMS形成的。第一网络110与第二网络300的平均孔径或者孔隙密度不同，并允许气体以不同的速率扩散通过网络110和300。在所示实施方式中，第二微孔网络300与第二管道250B和第三管道250C连通，而第一互连微孔网络110与第一管道250A、第二管道250B以及第三管道250C连接。举例来说，如果第二微孔网络300配置成比第一网络110更快速的气体扩散(例如具有较大或较高的孔隙密度)，则第三管道250C与第二管道250B之间发生的气体交换会比第一管道250A和第二管道250B或者第一管道250A和第三管道250C之间的气体交换更快。虽然图5所示的第二微孔网络300起了侧壁的作用并且设置在第二管道250B和第三管道250C之间，但是网络300可以任意合适的方式与管道250B、250C连通。例如，网络300可以作为管道250B、250C的底部或者部分侧壁。在一些实施方式中，微孔网络300一直延伸通过微孔网络110。当然，可以任意合适的方式构建微流体装置，以实现微流体管道之间不同的扩散速率，并且可以具有超过两个不同的互连微孔网络，并且可以具有无孔隙的PDMS以进一步降低所选定管道之间的扩散速率。现参考图6，可以由两个PDMS部件100、200形成微流体装置，其中在无多孔PDMS部件200中形成通道。由通道产生的管道250A、250B与微孔PDMS部件的微孔网络110连通，所述微孔PDMS部件起了管道250A、250B的顶壁或底壁的作用。可通过任何合适的技术制备本文所述的微流体装置。可通过任意合适的方法使PDMS微孔化。例如，可用CO2挤出或模塑PDMS，可在挤出或模塑之前使PDMS起泡，或者可引入成孔剂然后去除成孔剂使PDMS微孔化。如果采用了成孔剂，则成孔剂可与PDMS预聚物，例如Sylgard 184 (美国密歇根州米德兰市道康宁公司(Dow Corning Corporation,Midland, MI, USA))和GE RTV 615 A+B成套用品(美国纽约州沃特福德市G.e.硅酮公司(G.e.Waterford, NY, USA)),掺混或者任意其他方式混合。所述成孔剂的非限制性例子包括盐，例如碳酸氢钠、明胶珠、糖晶体以及聚合微粒等。可以在固化或固定之前使一种或多种成孔剂与预聚物或聚合物结合。然后使聚合物固化或固定，并可用适当的溶剂萃取成孔齐U。在各种实施方式中，成孔剂的平均直径大小约为10-1000微米，约为50-1000微米或者约为100-1000微米。可通过所用成孔剂的尺寸和浓度、气体或泡沫的混合程度等，对PDMS材料的孔隙尺寸和孔隙度进行控制。因此，由于孔径和孔隙度会扩散速率相关，所以可以通过改变形成孔隙时的条件来控制给定气体扩散通过微孔PDMS的速率。在许多实施方式中，使用母模例如硅母模来模塑多孔PDMS部件。母模可通过近紫外光刻法用硅制造。例如，可用旋涂器将一薄层光刻胶(一种对紫外光敏感的有机聚合物)旋涂到硅晶片上。光刻胶的厚度取决于旋涂的速度和持续时间。在通过软烘晶片除去一些溶剂后，可使光刻胶通过光掩模受紫外光作用。掩模的功能是使光通过某些区域而阻止光通过其它区域，从而将光掩模的图案转移到下面的光刻胶上。然后用显影剂洗去可溶的光刻胶，在硅上留下交联光刻胶的保护性图案。此时，通常将光刻胶保持在晶片上，用作形貌模板(topographic template),用来模制印模(stamp)。或者,可蚀刻娃上未受保护的区域，然后剥离光刻胶，留下图案化硅晶片，得到更稳定的模板。如果需要高分辨率的母模，则可以采用PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)上的电子束光刻技术。模板也可通过微机械加工生产，或者可通过例如衍射光栅预先制造。为了能够使母体简单脱模，可在含例如OTS (十八烷基三氯硅烷)或氟硅烷的液相中，利用硅烷化进行抗黏处理。显影之后，可用氟硅烷对晶片进行蒸气涂底，以利于后面除去凸起阵列。可用的氟硅烷的例子包括但不限于，(十三氟_1，1，2，2-四氢辛基)三甲氧基娃烧和(十二氟_1，I, 2, 2-四氢羊基)二乙氧基娃烧。在一些实施方式中，可利用热压印法或注射成型法形成所得聚合物。但是，硅母体在用于这种工艺的条件下可能无法保持得很好。在这种情况下，可制备反向硅母体，然后可在反向母体上沉积金属如镍，形成用于这种工艺的金属母体。在一些实施方式中，可采用性平版印刷并可通过任意合适的技术来产生模具，例如P.K.Yuer^PV.N.Goral在“使用台式数字工艺切割机对挠性微流体装置进行低成本的快速原型化，’(Low-cost rapid prototyping of flexible microfluidic devices usinga desktop digital craft cutter), Lab on a Chip, 2010, 10, 384-387,中所述的技术，其中采用了数字台式切割机使膜具有图案化结构。无论采用何种技术，模具应具有足够的分辨率，允许产生用于形成装置管道的通道。在许多实施方式中，通道和所得管道的宽度大于或等于0.1mm，因此几乎任何技术都应该是适用的。如果装置是双部件装置或更多部件装置，则可以由能够密封或者与微孔PDMS部件密封的任意合适材料来制造透光部件(例如图1-5中的顶部件200)。PDMS部件能够容易地与由许多材料(例如玻璃)制造的部件或者其他PDMS部件发生自密封，特别是当要密封的表面经过氧等离子体处理时。否则，部件可以通过粘合等方式密封地结合。在采用超过一个微孔PDMS网络的实施方式中(参见例如图5中的物品300和110)，可以独立地制造微孔网络(例如110和300)，然后使用氧等离子体处理将它们结合在一起。在此情况下，会在网络110和网络300之间实现良好限定的界面。在模塑期间还有一个其他方法，首先加入用于网络300的预聚物和成孔剂，然后向模具的剩余部分以及所述用于网络300的预聚物和成孔剂的顶上加入用于网络110的预聚物和成孔剂。然后预聚物固化并去除成孔剂 。当然，可以使用任意其他合适的技术或方法来制造具有不止一个PDMS微孔网络的装置。虽然任何合适的技术或方法可用于形成微流体装置或其部件，图7-8显示了可用的总体方法的代表性例子。出于方便和清楚的目的，下面参考图7-8的方法描述图1-3中标出的部件和特征。现参见图7，将包含PDMS预聚物和成孔剂的组合物置于模具中(700)。模具配置成形成装置10的第一部件100，使得所述第一部件100包含第一和第二通道120。组合物在模具中固化(710)，形成具有微孔PDMS聚合物和散布其中的成孔剂的模塑第一部件100。从模具中取出第一部件100 (720)，并通过例如使成孔剂接触合适的溶剂来去除成孔剂(730)。当然可用在从模具取出部件之前从模塑的第一部件中去除成孔剂。现参考图8，显示对微流体装置的两个部件进行密封的总体方法。该方法包括提供第一部件100和第二部件200。本文所用术语“提供”，当其涉及方法时，表示制造、购买或其其他方式获得。第一 PDMS部件100的表面经过氧等离子体处理(800)，通过自密封使第一部件与第二部件200密封，前提是第二部件200能够与PDMS第一部件100自密封。当然在一些情况下，可用对第二部件200的表面进行氧等离子体处理以促进与第一 PDMS部件100的自密封。
本文所述的微流体装置可用于任意合适的用途。例如，微流体装置可有利地用于需要在管道间产生气体而非水性液体的相互作用或交换的情况。例如，微流体装置可用于细胞培养，其中互连微孔网络提供了到达和离开细胞的二氧化碳和氧气的快速交换。可以将细胞和细胞培养介质引入一个管道，同时将包含氧气的气体组合物引入另一个管道。又例如，微流体装置可用于液-气反应，其中将液态反应物引入一个管道并将气态反应物引入另一个管道。当然，本文所述的微流体装置可用于样品过滤、流体混合或者阀门等目的。在各个方面，本文描述了方法和装置。在第一方面，微流体装置包含(i)第一管道；(ii)第二管道；以及(iii)与所述第一和第二管道连通并且配置成允许气体在所述第一和第二管道之间扩散的第一互连微孔网络。微孔网络包含PDMS，并防止水性液体通过该微孔网络在第一和第二管道之间流动。第二方面是根据第一方面的装置，其中所述互连微孔网络的水接触角大于或等于90度。第三方面是根据前两个方面中任一方面的装置，其中，所述互连微孔网络包含由平均粒径在10-1000微米之间的成孔剂形成的孔隙。第四方面是根据前述方面中任一方面的装置，其中所述第一和第二管道的至少一部分是由形成所述互连微孔网络的材料形成的。第五方面是根据前述方面中任一方面的装置，其中所述第一和第二管道的宽度大于或等于0.1毫米。第六方面是根据前述方面中任一方面的微流体装置，该微流体装置还包含:(i)第三管道；以及(ii)与所述第二和第三管道连通并且配置成允许气体在所述第二和第三管道之间扩散的第二互连微孔网络，其中所述第二互连微孔网络包含PDMS并防止水性流体通过该第二微孔网络在所述第二和第三管道之间流动，第一和第二互连多孔网络的平均孔径是不同的。第七方面是根据前述方面中任一方面的装置，其中所述第一管道的至少一部分是由透光非多孔材料形成的。第八方面是根据前述方面中任一方面的微流体装置，其中所述装置包含:(i)包含第一互连微孔网络的第一部件；以及(ii)透光第二部件，其中，所述第一和第二部件一
起形成第一和第二管道。第九方面是根据第八方面的微流体装置，其中，所述第一部件限定了第一和第二通道，第二部件的表面以及第一和第二通道一起形成了第一和第二管道。第十方面是根据第八或第九方面的微流体装置，其中所述第二部件是膜。第十一方面是根据第八或第九方面的微流体装置，其中所述第二部件是由非多孔PDMS形成的。第十二方面是用于培养细胞的方法，该方法包括:(i)将细胞插入根据前述1-11方面的任一种微流体装置的第一管道；(ii)将细胞培养介质引入第一管道与细胞接触；以及(iii)使包含氧气的气体组合物流过微流体装置的第二管道。第十三方面是使气态反应物与水性反应物反应的方法，该方法包括:(i)将包含水性反应物的组合物插入根据前述1-11方面的任一种微流体装置的第一管道；(ii)将气态反应物引入该微流体装置的第二管道；以及(iii)允许气态反应物通过第一互连微孔网络从第二管道扩散到第一管道，与水性反应物接触。第十四方面是一种制造微流体装置的方法，该方法包括:(i)将组合物置于模具中，所述组合物包含PDMS预聚物和成孔剂，所述模具配置成形成微流体装置的第一部件，该部件具有第一和第二通道；(ii)使组合物在模具中固化形成第一部件，其中，形成第一部件的材料包含散布有成孔剂的PDMS聚合物；(iii)从PDMS聚合物中去除成孔剂以产生包含多孔PDMS聚合物的多孔第一部件；以及(iv)使多孔第一部件与第二部件密封，从而使得第二部件的表面与第一部件的第一和第二通道一起形成微流体装置的第一和第二管道。第十五方面是根据第十四方面的一种方法，其中所述成孔剂的平均粒径在10-1000微米之间。第十六方面是根据第十四或者第十五方面的一种方法，其中所述第二部件包含透光部分，该透光部分配置成与第一通道对准从而能够看到第一管道。第十七方面是根据第十六方面的方法，其中所述第二部件是膜。第十八方面是根据第十六方面的方法，其中所述第二部件是由非多孔PDMS形成的。第十九方面是根据14-18方面的任意一种方法，其中，多孔第一部件的表面在与第二部件密封前经过氧等离子体处理。第二十方面是微流体装置的制备方法，该方法包括:(i)将组合物置于模具中，所述组合物包含PDMS预聚物，所述模具配置成形成微流体装置的第一部件，该部件具有第一和第二通道；(ii)使组合物在模具中固化以形成第一部件；(iii)提供装置的第二部件，所述第二部件包含具有互连微孔结构的PDMS ;以及(iv)使第一部件与第二部件密封，从而第二部件的表面与第一部件的第一和第二通道一起形成了微流体装置的第一和第二管道。下面给出了非限制实施例，它们描述了以上讨论的制品和方法的各种实施方式。实施例实施例1:装置的设计、制造和组装3D互连微孔PDMS微流体装置被开发用于展示此类装置在气体吸收反应中的潜在应用。该装置包含被Imm宽的圆壁分隔开的直径为9.4mm的内圆室和2mm宽的外圆室。使用软性平版印刷来制造微孔PDMS微流体装置。简单地说，通过将三块厚度为90 y m的定制切割自粘性白色乙烯基板(物品编号#699009 ;The Paper Studio⑩，Oklahoma City, OK,
USA(纸f:作美国俄克拉何马州俄克拉何马城))堆叠到载玻片上来制造微结构模具(图9)。将混合有经过预筛选的糖颗粒(1:2.5 v/v %)的PDMS预聚物(10:1 w/w)(Sylgard 184,美国密歇根州米德兰市道康宁公司(Dow Corning Corporation, Midland, MI, USA))浇铸到模具上，厚度为2 mm,在60oC固化过夜。小心地剥离厚度为2mm的微结构化PDMS复制件。然后，通过在20%乙醇溶液的超声清洁器(型号FS220H ;美国宾夕法尼亚州匹兹堡市费舍尔科学公司(Fisher Scientific, Pittsburgh, PA, USA))中浸泡并清洗至少3小时,之后空气干燥或者在60oC的烘箱中干燥，使所述微结构化PDMS复制件中的糖颗粒溶解并洗去。去除糖颗粒之后，在微结构化PDMS复制件中形成3D互连微孔结构(图10)。接着，对所述微结构化PDMS复制件和厚度为2mm的非多孔PDMS复制件(它的制备不含任意糖颗粒，具有进口和出口)在60W的RF等离子体室(型号MPS-300 ;美国加利福尼亚州康科德市三月仪器有限公司(March Instruments, Inc., Concord, CA, USA))中进行30秒氧等离子体处理，之后将它们对准，组装在一起，并在60oC孵育过夜。孵育过夜之后，两件复制件不可逆地结合在一起(图9B)。虽然氧等离子体处理可以改变PDMS表面的可湿性，但是PDMS表面快速回到其疏水特性。使用非多孔PDMS复制件是为了便于可视化。如果需要的话，微孔PDMS复制件可用于封装微结构化的微孔PDMS复制件，从而可由微孔PDMS制造整个装置。同样地，可以通过重复上述步骤来制造3D构型的微孔PDMS微流体装置。为了证实孔径的可调节性以及微孔PDMS表面的可湿性，使用范围为75-1000 iim的经过预筛选的颗粒来制造各种微孔PDMS结构(图11)。经由水滴测试的可湿性研究显示在所有微孔PDMS结构的表面上展现出疏水特性，所述所有微孔PDMS结构经测试形成近球形水滴。因此，可以通过使用不同尺寸的经过筛选的糖颗粒来制造具有可调节孔隙率的3D互连微孔PDMS微流体装置。每个样品使用至少六个位置的平均值来确定所得到的微孔PDMS的水接触角。结果见下表I。表1:多孔PDMS的水接触角
权利要求
1.一种微流体装置，其包括: 第一管道； 第二管道；以及 与所述第一和第二管道连通并且配置成允许气体在所述第一和第二管道之间扩散的第一互连微孔网络； 其中，所述微孔网络包含聚(二甲基硅氧烷)(PDMS )，并防止水性液体通过该微孔网络在第一和第二管道之间流动。
2.如权利要求1所述的微流体装置，其特征在于，所述互连微孔网络的水接触角大于或等于90度。
3.如权利要求1或2所述的微流体装置，其特征在于，所述互连微孔网络包含由平均粒径在10-1000微米之间的成孔剂形成的孔隙。
4.如前述任一项权利要求所述的微流体装置，其特征在于，所述第一和第二管道的至少一部分是由形成所述互连微孔网络的材料形成的。
5.如前述任一项权利要求所述的微流体装置，其特征在于，所述第一和第二管道的宽度大于或等于0.1毫米。
6.如前述任一项权利要求所述的微流体装置，其特征在于，该装置还包含: 第三管道；以及 与所述第二和第三管道连通并且配置成允许气体在所述第二和第三管道之间扩散的第二互连微孔网络，其中所述第二互连微孔网络包含PDMS并防止水性流体通过该第二微孔网络在所述第二和第三管道之间流动， 其中，所述第一和第二互连多孔网络的平均孔径是不同的。
7.如前述任一项权利要求所述的微流体装置，其特征在于，所述第一管道的至少一部分是由透光非多孔材料形成的。
8.如前述任一项权利要求所述的微流体装置，其特征在于，该装置还包含: 包含所述第一互连微孔网络的第一部件；以及 透光第二部件， 其中所述第一和第二部件一起形成第一和第二管道。
9.如权利要求8所述的微流体装置，其中，所述第一部件限定了第一和第二通道，并且第二部件的表面与第一和第二通道一起形成了第一和第二管道。
10.如权利要求8或9所述的微流体装置，其特征在于，所述第二部件是膜。
11.如权利要求8或9所述的微流体装置，其特征在于，所述第二部件是由非多孔PDMS或者玻璃形成的。
12.—种用来培养细胞的方法，该方法包括: 将细胞插入如前述权利要求1-11中任一种所述的微流体装置的第一管道中； 将细胞培养介质引入第一管道与细胞接触；以及 使包含氧气的气体组合物流过微流体装置的第二管道。
13.一种使气态反应物与水性反应物反应的方法，该方法包括: 将包含水性反应物的组合物插入如前述权利要求1-11中任一种所述的微流体装置的第一管道中；以及将气态反应物引入该微流体装置的第二管道；以及 允许气态反应物通过第一互连微孔网络从第二管道扩散到第一管道，与水性反应物接触。
14.一种用于制造微流体装置的方法，该方法包括: 将组合物置于模具中，所述组合物包含PDMS预聚物和成孔剂，所述模具配置成形成微流体装置的第一部件，该部件具有第一和第二通道； 使组合物在模具中固化形成第一部件，其中形成第一部件的材料包含散布有成孔剂的PDMS聚合物； 从PDMS聚合物中去除成孔剂以产生包含微孔PDMS聚合物的多孔第一部件；以及使多孔第一部件与第二部件密封，从而所述第二部件的表面与所述第一部件的第一和第二通道一起形成微流体装置的第一和第二管道。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述成孔剂的平均粒径在10-1000微米之间。
16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述第二部件包含透光部分，该透光部分配置成与第一通道对准从而能够看到第一管道。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二部件是膜。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二部件是由非多孔PDMS或者玻璃形成的。
19.如权利要求14-18中任一项所述的方法，其特征在于，所述微孔第一部件的表面在与第二部件密封前经过氧等离子体处理。
20.一种用于制造微流体装置的方法，该方法包括: 将组合物置于模具中，所述组合物包含PDMS预聚物，所述模具配置成形成微流体装置的第一部件，该部件具有第一和第二通道； 使组合物在模具中固化以形成第一部件； 提供装置的第二部件，所述第二部件包含具有互连微孔结构的PDMS ;以及使第一部件与第二部件密封，从而所述第二部件的表面与所述第一部件的第一和第二通道一起形成微流体装置的第一和第二管道。
全文摘要
本发明涉及一种微流体装置，其包含(i)第一管道；(ii)第二管道；以及(iii)与所述第一和第二管道连通并且配置成允许气体在所述第一和第二管道之间扩散的第一互连微孔网络。微孔网络包含聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)，并防止水性液体通过该微孔网络在第一和第二管道之间流动。
文档编号B01L3/00GK103118784SQ201180045947
公开日2013年5月22日 申请日期2011年9月13日 优先权日2010年9月22日
发明者K·A·芬克, V·N·戈拉尔, 苏慧, 阮宝祺 申请人:康宁股份有限公司