本领域中已知包含一个或多个例如以流动通道形式的流路的微流 体器件。这样的器件通常完全或部分取决于毛细力充填所述流动片 (flow patch)。所述通道的几何形状因此是非常重要的。在某些微流 体器件中，为充填所述流动片可施加另外的力，例如离心力、泵力等。
US6451264公开了包括毛细管路径的微流体器件，其中多个微结 构的组被固定在所述毛细管路径中。所述微结构的组的形式是从所述 路径的一个主要壁(maior wall)上突出并进入到所述路径中的不连续 区段(discrete segment)。这些不连续区段被安排以促进沿着所述路径 希望的运送。所述微流体器件通过将两片或更多片其自身是通过微观 注塑工艺制备的片连接而制备。
US2004/0206399公开了具有由第一和第二表面提供的微通道的 微流体器件。在其中描述的微流体器件可包括亲水表面和/或疏水表面 以帮助引导物质从出口排出以将该物质提供给质谱仪。其还描述了所 述疏水表面可防止流体物质发生不希望的铺展。在这里公开的微流体 器件的制备通过将两个基板彼此连接以提供在它们之间的微观通道而 进行。所述基板的表面可用涂层涂覆以因此提供需要的亲水特性。
US2004/0265172公开了另一种微流体器件，其特别用于分析生物 样品。该微流体器件包括具有入口的通道，其中所述通道包括排气口 用于除去当液体样品通过所述入口进入时由液体样品置换的空气。因 而所述空气可随着所述液体样品进入所述通道而被清除出所述通道， 并且可避免形成空气泡。所述通道可包括流动限制(flow restriction) 以使得所述空气排出而不会使所述液体样品由相同路径排出。该流动 限制可以例如为凹槽或堰坝的形式。该微流体器件可包含具有疏水毛 细中断(capillary stop)的亲水毛细管通路，所述疏水毛细中断的形式 为具有疏水壁的较小通路。所述壁的疏水/疏水特性可通过用疏水/亲水 材料涂覆、电晕处理或移接而被调节。
上述公开的现有技术的微流体器件满足了对于这样的装置的许多 需要。然而，在微流体器件中制备微结构元件，例如不连续区段可能 是困难的，并且注塑用的模具可能也是昂贵的。一旦需要改变确定的 微流体器件，将必须需要新的模具。
同样也难于改变表面的限定部分的亲水和疏水特性，例如提供疏 水中断(hydrophobic stop)。

因此本发明的目的是提供制备微流体器件的新方法，该方法克服 了上述缺点。
具体而言，本发明的目的是提供制备微流体器件的方法，该方法 是简单的和廉价的，并且通过使用它可制备高品质的微流体器件。
本发明的这些和其它目的已经通过本发明如其在权利要求中定义 的那样完成。
因此本发明的发明人开发了制备具有流路的微流体器件的全新方 法，其中所述的流路包括至少一个疏水表面部分和至少一个亲水表面 部分
通过使用该方法制备的微流体器件可被制备成具有高品质、高精 确度和高再现性。另外，改变所述微流体器件是非常简单和廉价的。
本发明的方法已经表明具有将在下文中进一步描述的多个优点。
同样，本发明的方法提供了到目前为止还是不可能的制备具有微 结构化的表面图案的微流体器件的可能性。本发明还涉及这样的微流 体器件以及如在权利要求中定义的其它微流体器件。
在下文中，除非另外说明，术语“亲水”和“疏水”被用作相对 性的术语，即，流路具有至少一个疏水表面部分和至少一个亲水表面 部分指至少一个比所述亲水表面部分更疏水的疏水表面部分和至少一 个比所述疏水表面部分更亲水的亲水表面部分。
术语“流路”是安排在所述微流体器件中的路径，沿着该路径， 液体样品可借助于毛细力或借助于毛细力和外力的组合而流动，所述 外力例如为离心力、泵力、真空力和类似的力，其可沿着所述流路拉 动所述样品。
在多数微流体器件中，所述流路可优选为封闭流路的形式，所述 封闭流路为其中所述液体完全由除了入口、出口和排气口的壁限制的 通道的形式。因此，所述流路可以是沿着其边缘的部分或全部开放的， 和/或它可以包含没有盖的流路部分。这些实施方案在下文中公开。
术语“边界线”为沿着所述流路的线，其例如由物理边缘定义、 由疏水表面特性定义或由防止液体样品的流动超出所述边界流动的其 它方式定义。
根据本发明的制备具有至少一个流路的微流体器件的方法包括如 下步骤：
i.提供具有第一表面的底基板和具有第二表面的顶基板，
ii.对所述第一和所述第二表面中的至少一个进行亲水处理以给 表面层提供比在进行所述亲水处理前的表面张力更高的表面张力，
iii.部分或全部除去在经亲水处理的第一和/或第二表面的选择的 图案(还被称为需要的图案或正确的图案)中的具有更高表面张力的 表面层，以从而给所述选择的图案提供比在部分或全部除去在经亲水 处理的第一和/或第二表面的选择的图案中的具有更高表面张力的表面 层之前的表面张力更低的表面张力，和
iv.将所述底基板和顶基板彼此连结以提供在所述第一和第二表 面之间的流路。
所述各底基板和顶基板可分部分制备，但通常在一个片中制备所 述底基板和在一个片中制备所述顶基板是较简单的。
制备这样的底基板和顶基板的方法在本领域中是公知的，并且通 常制备这些部件的所有方法可在本发明中实施。
因此，所述底基板和顶基板可通过任何方法，例如采用流延、压 制、剪切和模塑而成形。通常，优选采用注塑，特别是当所述流路要 成为流动通道时。在一个实施方案中，所述底基板和顶基板二者都采 用注塑法制备，在另一个实施方案中，所述底基板采用注塑法制备， 和所述顶基板为例如通过压制法制备的简单的板。
如本领域本领域技术人员将理解的，多个不同的微流体装置可采 用本发明的方法，简单地通过改变所述选择的图案由一种类型的模塑 的底基板和顶基板制备。
所述底基板和顶基板原则上可以是任何类型的材料，例如本领域 中通常已知的材料。用于所述底基板和顶基板的材料可彼此独立地选 择；只要该材料可通过加上另外的连结层而被连结即可。优选的材料 包括选自玻璃、陶瓷、金属、硅和例如塑料的聚合物的材料，优选所 述底基板和所述盖基板由聚合物，更优选由可注塑的聚合物制成，所 述聚合物例如选自如下的聚合物：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，聚碳 酸酯，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、 聚甲基戊烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚砜，聚四氟乙烯(PTFE)，聚氨 酯，聚氯乙烯(PVC)，聚偏二氟乙烯，尼龙，苯乙烯-丙烯酰基共聚 物及其混合物。
在一些实施方案中，在用于形成多层层压的盒的底和盖的材料中， 可包括添加剂，例如炭黑，染料，二氧化钛，金，例如电镀金或无电 镀金，碳颗粒、另外的聚合物，例如与所述层压材料层的与主要聚合 物有反应性的次要聚合物或第二相聚合物，IR吸收材料等作为表面涂 层和/或填料。由适合于微观机械加工的材料形成的层可例如和与波导、 厚膜、薄膜或其它表面处理相适合的材料形成的另一层一起使用。鉴 于本公开的优点，对于用于适合于具体应用的所述盒的底和盖的材料 进行选择将在本领域技术人员的能力范围内。
优选地，用于形成至少所述底基板而且还优选用于形成所述顶基 板的材料是可通过注塑成形的材料。这样的材料通常还相对简单地， 例如通过焊接，与其它材料结合。
可利用任何结合方法将所述底基板和所述顶基板结合。优选的结 合方法包括如下的结合方法，其选自粘合、机械密封、溶剂辅助的结 合，胶合和焊接，例如超声波焊接、脉冲焊接、激光掩模焊接和热焊 接。
当例如通过胶合或焊接进行所述结合时，将所述底基板和所述顶 基板彼此靠着压制。为了控制所述结合步骤以提供该结合材料和/或在 所述底基板和所述顶基板之间的界面的需要的厚度，邻近于和沿着所 述流路，可以在例如不应提供结合的区域中使用结合中断单元(bonding stop unit)以控制距离，所述结合中断单元的形式是从所述底基板和/ 或所述顶基板凸出的固体凸出。
可优选进行将所述底基板和顶基板彼此结合以提供在所述第一和 第二表面之间的流路的步骤，使得沿着至少一个流路的在所述第一和 第二表面之间的距离为毛细尺度，该尺度优选为1μm-1000μm，例如 25μm-250μm，例如50μm-100μm。
在本发明的一个实施方案中，将所述底基板和所述顶基板成形， 使得当将它们彼此连结时形成腔，其中在所述第一和第二表面之间的 距离为1μm-1000μm，例如25μm-250μm，例如50μm-100μm。在一 个实施方案中所述腔可比所述流路更宽，在这种情况下，所述流路通 过安排所述第一和第二表面中的至少一个或两个具有沿着所述流路的 一个或两个疏水边界线而被提供，所述疏水边界线比所述流路更疏水。 在该实施方案中，所述流路是没有物理边缘的开放流路，但所述边缘 由一个或多个沿着所述流路的疏水边界线提供。在该实施方案中，理 想的是所述疏水边界线具有小于60mN/m，更优选小于30或甚至小于 15mN/m的表面张力。
在本发明的一个实施方案中，所述底基板(也叫做底盒)包含例 如包括一个或多个通道的底腔。所述第一表面优选包含所述底腔的表 面，并且所述亲水处理包括对所述底腔的第一表面的至少一部分，例 如全部，进行的亲水处理。
可优选安排该底腔，使得当将所述底基板和所述顶基板彼此连接 时形成腔，所述腔可被封闭以形成沿着至少一部分所述流路的边缘的 物理边界，和/或所述流路可如上所述地部分或全部由一个或多个疏水 边界线限定。
在一个实施方案中，将所述底腔成形以形成封闭的流路，流路的 形式为流动通道，其中所述液体被除了入口、出口和排气口的壁完全 限制。所述流动通道优选具有由所述第一表面形成的底部和边缘和由 所述第二表面形成的盖。
所述底腔可具有包括至少一个通道的任何形状。这样的腔的形状 通常在本领域中是已知的并优选可在具有至少一个通道和任选具有一 个或多个其它室的流体连接(fluid connection)中包括一个或多个室， 以提供沿着所述一条或多条通道的流路和沿着所述流体连接的室。
在一个实施方案中，将所述腔成形以给所述微流体器件提供一个 或多个室，所述室的形式为通道部分在垂直于所述流动通道的中心方 向的切面中具有大于50％更大的横截面积，所述室可以例如被安排为 用作储库室、混合室、反应室、保温室和终止室。
这样的室可具有如在本领域中公知的任何大小和形状，例如公开 于US5300779和US5144139中的那样。
通道和室的理想尺寸和形状可如在本发明人共同未决的申请，对 应于美国临时申请60/634,289的PA200401913DK和对应于美国临时 申请60/642,987的PA200500057DK中公开，它们通过引用并入本文 中。
在一个实施方案中，所述通道可因此优选具有至少5μm的宽度， 例如10μm至20mm，例如20μm至10mm，并且所述通道的深度可 优选为至少0.5μm，例如1μm至1mm，例如5μm至400μm，例如 25μm至200μm。
所述底腔可包括一个或多个具有边缘表面的边缘部分，其包括例 如以一个或多个结构性形状间隙、凸出和凹陷形式的结构性边缘微结 构，其中该边缘微结构优选是比所述底盒的腔基本上更小的尺寸。优 选所述结构性边缘微结构可以是如在本发明人的如下共同未决申请的 任一个中公开的：对应于美国临时申请60/634,289的PA200401913DK 和对应于美国临时申请60/642,987的PA200500057DK，它们通过引 用并入本文中。
因此在一个实施方案中，本发明的微流体器件可包括具有流动通 道盒底和用于该流动通道的盖。所述微流体器件还包括至少一个沿着 所述流动通道形成的凹槽和将所述流动通道与所述凹槽分开的突嵴。 所述突嵴从第一所述盒底和所述盖中的一个向第二所述盒底和所述盖 中的一个突出，其中在其长度的至少一部分中所述突嵴没有固定于第 二所述盒底和所述盖中的一个上。
在相同的或在另一个实施方案中，本发明的微流体器件可进一步 包括具有在盒底和盖之间的界面的流动通道。所述盒底包括通道状的 凹陷并且所述盖子被结合于所述盒底以形成所述流动通道。临近于并 沿着所述流动通道的，在所述盒底和所述盖之间的界面包含至少两个 毛细间隙部分，所述毛细间隙部分的形状为在所述盖和所述盒底之间 的间隙，其被流动间断部分(flow break section)分开，该流动间断部 分提供用于液体沿着临近的毛细间隙部分的毛细流动的障碍。
通常，优选将至少所述底基板经历亲水处理。因此可知，如果所 述顶基板(也叫做盖)的第二表面具有不是过低的表面张力，例如大 于20mN/m，优选大于30mN/m，更优选大于40mN/m，所述顶基板 的第二表面就不需要进行亲水处理。
在一个实施方案中，所述第一和所述第二表面二者都至少部分经 历亲水处理。
在进行所述亲水处理之前，待被处理的表面可原则上具有任何表 面张力。经常地，所述表面张力将由所述底基板/顶基板的本体材料确 定。然而，该待被处理的表面可在进行所述亲水处理前用另一涂层涂 覆。
表1说明多种材料(固体和液体)在空气中，在20℃下的表面能 的例子。如从其中可见的，水的表面能为约73mN/m。水溶液通常为 约60-77mN/m，并且对于许多水溶液，表面张力相当接近于纯水的表 面张力。
    表面     表面能(mN/m)     乙酸     28     丙酮     24     苯     29     四氯化碳     27     乙醇     24     乙醚     17     甘油     63     己烷     18     异丙醇     22     甲苯     29     水     73     NaCl水溶液(盐溶液)     73     1.2％MgSO4水溶液(硫酸镁)     73     5.7％NaOH水溶液(氢氧化钠)     76     4.1％H2SO4水溶液(硫酸)     72     5％乙酸(醋)     60     10％蔗糖水溶液(糖溶液)     73     10％甲醇水溶液     59     5％丙酮水溶液     56     水银     435
    聚四氟乙烯(特氟纶*)     18     聚偏二氟乙烯     25     聚丙烯     29     聚乙烯     31     聚苯乙烯     33     支链淀粉     35     聚环氧氯丙烷     35     直链淀粉     37     聚乙烯醇     37     聚氯乙烯     39     淀粉     39     聚砜     41     聚碳酸酯     42     聚对苯二甲酸乙二醇酯(聚酯)     43     酪蛋白(牛乳蛋白质)     43     聚丙烯腈     44     纤维素     44     聚己二酰己二胺(尼龙6/6)     46
表1
所述表面能(也叫做自由表面能)定义为与在两相之间的界面处 形成单位表面积相关的能量的量。当固体-水的表面能超过固体-蒸气界 面的表面能时，表面将是绝对亲水的，即，具有对水的接触角为小于 90度。所述差异越大，该体系是越亲水的。以相同的方式，对于某些 液体，当固体-液体表面能超过固体-蒸汽界面的表面能时，可以说表面 是绝对亲液体的。所述差异越大，该体系是越亲液体的。
所述表面能和所述表面张力是覆盖表面同样性质的两个术语，并 且通常这些术语可互换使用。表面或表面部分的表面能可利用张力计， 例如SVT20，由DataPhysics Instruments GmbH销售的Spinning drop video张力计进行测量。在本申请中，术语“表面能”和“表面张力” 指宏观表面能，即，其与通过如下所述的对水的接触角的测量得到的 表面的亲水性质成正比。在比较测量中，例如当测量两个表面部分哪 个具有最高表面能时，不必知道准确的表面能，并且简单比较两个表 面中哪一个具有较低的对水的接触角就足够了。
为了建立特定流体在流动通道中的毛细流动，所述流动通道壁的 至少一些表面需要具有可驱动所述流体向前的表面能。根据公知的理 论，然而该理论不应被解释为限制本发明的范围，只要至少所述流动 通道壁的一些表面具有对所讨论液体的接触角为小于90°，毛细流动 就可被建立。原则上所述角度越低，流动将越快。关于这点，还可提 及的是，根据使接触角、所述液滴的液体-蒸汽表面张力和与液体接触 的固体表面张力相关联的杨氏方程，周围空气也可能影响所述液体和 所述流动通道壁之间的接触角。
接触角测量被用作测量固体的相对表面张力的目标和简单方法。 杨氏方程说明固体的表面张力正比于所述接触角。该方程为：
g(sv)＝g(lv)(cosq)+g(sl)
其中，g(sv)为固体-蒸汽的界面表面张力，g(lv)为液体-蒸汽界面的 界面表面张力，g(sl)为在固体和液体之间的界面表面张力，和(q)为接 触角。
还已知的是表面的粗糙度对表面的亲水性有巨大的影响。通常， 可以说，在粗糙表面的单位面积中，所述表面能的强度大于在同样材 料的平滑表面上的相应面积中的强度。通过改变表面部分的粗糙度， 可相应改变所述亲水特性。不被该理论限制，可以提及的是，根据 Wenzels理论，具有对一种液体的接触角小于90°的表面，当将该表面 粗糙化时，将获得对所述液体降低的接触角，和具有对一种液体的接 触角高于90°的表面，当将该表面粗糙化时，将获得对所述液体增加 的接触角。关于该效果的更多信息可在由N.E.Schlotter，发表在因特网 上并被作为附录包含的“Surface Topology and Chemical Parameters Controlling Superhydrophobicity Studied by Contact Angle Measurements”中找到。
在一个实施方案中，待经历亲水处理的表面(至少所述第一和第 二表面中的一个的一部分)具有在进行所述亲水处理前的表面张力为 低于80，优选低于73，例如低于60，例如20至50mN/m，优选经历 所述亲水处理的基板的第一和第二表面中的至少一个具有在进行所述 亲水处理前的初始表面张力为低于80，优选低于73，例如低于60，例 如20至50mN/m。
一旦待经历亲水处理的表面预先已经用如在本说明书中下文公开 的疏水涂层涂覆，该表面可具有甚至更低的表面张力，例如低于20 mN/m。
通常，希望所述亲水处理给所述第一和所述第二表面中的至少一 个提供大于60，优选大于70mN/m，更优选大于85mN/m的表面张力。
如上所述，希望经过所述亲水处理的表面区域具有至少如适合于 与所述微流体器件一起使用的液体样品的表面张力那样高的表面张 力。
在一个实施方案中，所述亲水处理给所述第一和所述第二表面中 的至少一个提供与其在进行所述亲水处理之前的初始表面张力相比， 增加了至少5mN/m，例如至少10mN/m，例如至少15mN/m，例如至 少20mN/m的表面张力。如上所述，所述粗糙度也可影响所述表面的 疏水/亲水特性。这意味着在除去表面层的步骤之后，所述图案将具有 在所述选择的图案和邻近于该选择的图案的表面的表面张力之间的表 面张力差异，该差异高达例如10mN/m，这比通过所述亲水处理提供 的表面张力增加要高。
优选部分或全部除去在经亲水处理的第一和/或第二表面的选择 的图案中的具有较高表面张力的表面层的步骤给所述图案提供比在部 分或全部除去所述表面层的步骤之前的表面张力相比降低至少3 mN/m，例如至少5mN/m，例如至少10mN/m，例如至少15mN/m， 例如至少20mN/m的表面张力。
通过选择待被处理的表面的表面能，和任选地选择所述表面的初 始施加的层的表面能，以及选择由所述亲水处理产生的表面能，和此 外选择厚度，在除去步骤的过程中除去的表面层的部分，所述的选择 的图案和临近于该选择的图案的表面可被安排具有需要的设想性质以 给所述微流体器件提供需要的性质。
在一个实施方案中，其中部分或全部除去在经亲水处理的第一和/ 或第二表面的选择的图案中的具有较高表面张力的表面层的步骤给所 述图案提供低于80，优选低于73，例如低于60，例如20至50mN/m， 或者甚至低于20mN/m的表面张力。
在一个实施方案中，部分或全部除去在经亲水处理的第一和/或第 二表面的选择的图案中的具有较高表面张力的表面层的步骤给所述图 案提供在所述表面在进行所述亲水处理之前的表面张力的向上25 mN/m和向下10mN/m之间的表面张力。
在一个实施方案中，除去在选择的图案中的具有较高表面张力的 表面层的步骤包括除去在亲水处理步骤中施加的涂层的50至100％， 例如在亲水处理步骤中施加的涂层的75至100％。本发明的发明人因 此发现在所述除去步骤(在选择的图案中除去具有较高表面张力的表 面层的步骤)中，除去的表面层的量可被高度控制，以从而获得所述 的选择的图案的希望的表面能。
如上所述，所述的选择的图案的和在该选择的图案周围的表面的 希望的表面能和通常所述流路的整个表面的希望的表面能，取决于在 所述微流体器件中适合于通过用于流动的液体样品。
所述液体样品可因此原则上是任何类型的液体样品，有机物、无 机物和混合物。所述液体样品最经常是水性样品，例如生物样品，例 如任何体液，包括血液、尿液和唾液，以及细胞、蛋白质、肽、激素 等的悬浮液或溶液。
在所述微流体器件和其制备方法的一个实施方案中，与所选择的 液体样品相结合，所述基板的第一和第二表面中的至少一个，具有在 进行所述亲水处理前的对所选择样品的接触角为大于45度，例如大于 50度，例如大于60度，例如大于70度。
在所述微流体器件和其制备方法的一个实施方案中，与所选择的 液体样品相结合，所述亲水处理给所述第一和第二表面中的至少一个 提供对所选择样品的接触角为小于45度，优选小于30度，例如小于 20度，例如小于10度，例如小于5度。
在所述微流体器件和其制备方法的一个实施方案中，与所选择的 液体样品相结合，部分或全部除去在经亲水处理的第一和/或第二表面 的选择的图案中的具有较高表面张力的表面层的步骤给所述图案提供 对所选择样品的接触角为大于45度，优选大于50度，例如大于60度， 例如大于70度。
本领域技术人员将通过用于明确选择液体样品的规程而能够确定 希望的表面能。
所述亲水处理可利用例如在本领域中公知的方法的任何方法进 行。所述亲水处理可优选通过涂覆所述表面、通过化学改性所述表面、 通过物理改性所述表面或通过这些方法的任意组合而提供。
在一个实施方案中，所述亲水处理通过化学改性所述表面而提供， 化学改性优选包括用一种或多种处理方法处理所述表面，所述处理方 法选自气体等离子体处理、电晕放电处理、UV/臭氧处理、火焰处理、 例如利用氩气和/或氧气的离子束处理、和用氧化性化学品，例如酸， 例如铬酸的处理。
如上所述，所述表面的粗糙度具有对表面的亲水特性的影响。在 其中所述表面张力相对高，例如为大于70mN/m，优选大于75mN/m 的情况下，或者在其中所述表面张力足够高以使得对选择液体样品的 接触角为低于90度，优选低于60度的情况下，所述亲水处理可以是 例如利用激光进行的表面粗糙化。在这种情况下，除去具有较高表面 张力的表面层的步骤应当包括在选择的图案中熔融所述表面，以从而 消除在所述选择的图案中的表面的粗糙度。因为利用粗糙化作为所述 亲水处理的这种方法仅导致在所选择的图案的表面和经历所述亲水处 理的周围表面之间的表面张力小的差异，所以这种方法不是用于通常 使用的优选方法，但它可用于制备一些类型的微流体器件，例如用于 提供一部分流路(提供有所述选择的图案)，其具有与所述流路其它 部分(没有所述的选择的图案)相比降低的流动速度。
因此在一个实施方案中，所述亲水处理由通过例如利用激光处理 增加所述表面的粗糙度而对所述表面的物理改性而提供，并且利用激 光处理部分或全部除去具有较高表面张力的表面层的步骤包括对所述 表面进行激光处理以至少部分软化或甚至熔融所述表面以从而降低所 述表面的粗糙度的步骤。
在一个实施方案中，所述亲水处理由施加涂层提供。所述涂层可 利用任何方法施加。方法的例子是等离子体沉积、喷施、浸渍、印刷、 真空沉积、化学镀、涂覆、移接、固定法、水凝胶包封和，例如包括 利用高能量粒子轰击的离子注入法。
涂层组合物的例子包括一种或多种选自纤维素聚合物、聚丙烯酰 胺、聚二甲基丙烯酰胺、基于丙烯酰胺的共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯 基吡咯烷酮、聚环氧乙烷、PluronicTM聚合物或聚-N-羟乙基丙烯酰胺、 聚亚胺、聚唑啉、TweenTM(山梨聚糖酯的聚氧乙烯衍生物)、硅聚 合物(例如硅氧烷，例如五硅氧烷和聚醚改性的硅氧烷)葡聚糖、糖、 羟乙基methacrylene和indoleactic酸的组合物。
应当注意到，该列举不是穷举，并且本领域技术人员将能够选择 其它可用作本发明范围内的涂层的涂层组合物。
通常，优选所述亲水处理包括利用等离子体沉积的涂覆。所述等 离子体沉积可以是任何类型的并且其经常优选使用低能量等离子体， 因为所施加的涂层的组合物是较高质量的并且能提供高度亲水性涂 层。
优选的等离子体方法为例如描述于EP831679或WO00/44207中 的那些，其关于该方法，通过引用并入本文中。
用于所述等离子体的单体可包括在等离子体方法中可提供粘附表 面涂层和同时可提供比经历所述亲水处理的表面更高表面张力的任何 组分和组分的组合物。单体的例子包括选自如下的单体：甲基丙烯酸 酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酐、4-戊酸酐、丙烯醛、甲基丙烯醛、 1，2-环氧-5-己烯、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、1-乙烯基-2-甲酰胺、R-唑啉 (R为例如但不限于甲基、乙基)、含乙二醇的前体，如乙二醇、二乙 二醇、二乙二醇二乙烯基醚、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇 二甲醚、冠醚，例如12-冠-4醚、15-冠-5醚，甲基丙烯酸缩水甘油基 酯，乙腈，丙烯腈，烯丙基胺、烯丙基硫醇有机硅组合物，例如六甲 基二硅氧烷和甲氧基三甲基硅烷；有机磷，例如亚磷酸三甲酯和磷酸 三甲酯；和有机硼酸酯，例如硼酸三甲酯和硼酸三乙酯。
用于等离子体方法的单体的其它例子包括任何低分子量烃，例如 具有分子量高至500，例如甲烷、乙烯、乙烷、丙烯和乙炔。
另外，上述单体可与非可聚合前体，例如氧、氮、氧化二氮、二 氧化碳、水、甲醇或乙醇组合沉积。这些非可聚合前体将不会化学连 接在所施加的涂层中，但将夹杂在通过所沉积和聚合的单体提供的网 络结构中。所夹杂的非可聚合前体可具有对所述涂层的物理性质(粘 合性、强度、硬度等)，以及所施加涂层的表面特性，包括其亲水/疏 水特性的影响。
作为涂层，施加的厚度可以是希望的任何厚度，但优选所述涂层 厚度是相对薄的，因为这样薄的涂层将在除去具有较高表面张力的表 面层的步骤中易于除去，并且另外，在所述选择的图案的表面和其周 围表面之间的表面中的尺度梯阶(dimensional step)将是小的，优选不 显著地小，使得该尺度梯阶不影响沿着所述流路的流动。在某些情况 下，希望所述流路包括尺度梯阶，但在其它情况下，这是不希望的。
通过使用等离子体，可施加非常薄和均匀的层。在一个实施方案 中，因此优选所述亲水处理包括涂覆所述表面层，所述涂层的厚度优 选为小于10μm，优选小于1μm，例如0.1nm至500nm，例如5nm 至50nm。
所述涂层应当优选具有沿着所涂覆表面的均匀的厚度
在大多数情况下，这优选涉及整个所述第一表面或整个所述第二 表面或在某些情况下整个所述第一和第二表面二者。然而，所述亲水 处理可涉及在所述第一和第二表面中的一个或两个上的一部分。因此， 在一个实施方案中，将所述第一和第二表面的一个或两个在进行亲水 等离子体处理之前用掩模覆盖，所述掩模覆盖了不应经历所述亲水处 理的表面区域。在所述处理后将所述掩模除去。
部分或全部除去具有较高表面张力的表面层的步骤优选利用激光 处理进行。
因此已经发现，通过利用用于除去具有较高表面张力的表面层的 步骤的激光处理，该除去步骤可在高精度下被控制，因此可获得希望 的图案，并且可除去希望厚度的层。
优选利用激光进行所述激光处理，所述激光能够提供在所述表面 处足以除去(例如，烧蚀)至少部分具有较高表面张力的表面层的吸 收能量密度。
所用的激光器可以是能够发出可由待处理表面(在所选择的图案 中的表面)吸附的波长的激光束的任何激光器。本领域技术人员将能 够找到用于给定表面的可用的激光器。
优选的激光器包括CO2激光器或UV激光器，优选UV受激准分 子激光器。
在部分或所有的激光处理过程中，惰性气体流例如氦气流，可沿 着待处理表面被提供以除去所述表面层的蒸发部分。从而，可避免一 旦除去的材料的再沉积。
在所述选择的图案中的激光处理过程中，施加到所处理表面上的 能量可优选为100至10000mJ/cm2，例如200至2000mJ/cm2，例如250 至1000mJ/cm2。
在一个实施方案中，所述激光处理可利用掩模进行。在一个实施 方案中，所述掩模可对应于所述选择的图案。在另一个实施方案中， 将所述掩模和基板在所述激光处理过程中彼此相对移动以从而提供所 述选择的图案。
通过将所述掩模和基板彼此相对移动而进行所述激光处理，所述 掩模可对于具有变化图案的多种不同的微流体器件重复使用。
通过除去在选择的图案中的具有较高表面张力的表面层的步骤所 除去的厚度层可优选为0.1nm-10μm，优选0.1nm-500nm。本领域技 术人员将了解到所除去的厚度层当然可以甚至更高，并且还清楚的是， 所除去的厚度层可沿着所选择的图案变化，例如从而给所述选择的图 案提供不同表面张力的区域，例如沿着所述图案逐步变化或逐渐变化。
由除去具有较高表面张力的表面层的步骤所提供的图案可具有任 何形状和大小。本发明的这个新方法因此提供了用于装备具有需要流 路特性的微流体器件的有用的工具，并且另外，本发明已经公开了具 有希望性质的完全新型微流体器件的制备，而所述微流体器件在本发 明的日期之前还不可能制备或考虑被制备。
在下文中，将描述多个希望的图案，但本发明不限于该图案。
所述液体样品的流动方向指在下文中，如关于所述入口确定的液 体样品的锯齿状流动方向。即，所述方向沿着流路，在流路中，当将 液体样品引入到所述入口中时，它将流动或锯齿状流动。术语“流动 方向”指所述液体样品的流动方向或与所述液体样品流动方向相反的 方向。
由于根据本发明提供的方法，可以提供微流体器件，其中所述选 择的图案是包含一个或多个图案区段的微观图案，所述图案区段具有 至少一个尺度为小于250μm，优选小于200μm，例如小于150μm，例 如小于100μm，例如小于50μm，例如小于25μm，优选小于10μm， 例如小于5μm。
在一个实施方案中，所述微观图案包括一个或多个具有至少一个 尺度为小于所述流路的深度(在所述第一和所述第二表面之间的距离) 的图案区段。
这些图案区段可以例如是具有在上述尺度范围内的宽度的线。
在一个实施方案中，所述选择的图案是包含多个微圆点的微观图 案，所述微圆点具有尺度为高至30μm，例如高至25μm，例如高至20 μm，例如高至15μm，例如1至20μm。所述微圆点的大部分(数量上 50％或更多)可优选具有与最近微圆点的最短距离为30μm或更低，例 如高至25μm，例如高至20μm。
通过例如以周期性图案将多个微圆点安排在所述流路上，可获得 不同的性质，例如可提供延缓部分。如果将所述微圆点放置得彼此之 间比所述流路的深度更近，这些微圆点的阵列可完全阻断沿着所述流 路的毛细流动。
如果将所述微圆点以线状排列，其中距离为小于所述流路的深度， 该微圆点线可以起到好像它是真实的线的作用，只是微圆点线将例如 从其端部比真实的线润湿得更快。
在下文中描述的图案中，由此应当理解的是，线可以是真实的线 或具有距离小于所述流路深度的微圆点线。
单个的微圆点可具有任何形状，例如，一个或多个选自圆形，卵 形或多边形，例如三角形、正方形、矩形、五边形和六边形，和其它 欧几里得(euclidic)形的形状。经常最简单地将所述微圆点制成基本 上为圆形。
在一个实施方案中，所述的选择的图案完全或部分延伸跨过流路。 如果所述的选择的图案完全延伸跨过所述流路，该图案将延缓流动或 阻断沿着所述流路的流动，这取决于在所述的选择的图案中的表面张 力和所述图案的尺度。
在一个实施方案中，所选择的图案包含障碍线对，其从所述流路 的各边界线延伸出并延伸向彼此以提供在所述障碍线对之间窄的开 口。在所述障碍线对之间的距离优选小于所述流路的深度，例如小于 所述流路的深度的50％。在一个实施方案中，在所述障碍线对之间的 距离为在所述障碍线对与所述边界线接触处的边界线之间的流路的宽 度的50％或更低。在一个实施方案中，在所述障碍线对之间的距离优 选为小于250μm，例如小于200μm，例如小于150μm，例如小于100 μm，例如小于50μm，例如小于25μm，优选为小于10μm，例如小于 5μm。
如果所述障碍线之间的距离变得过小，例如小于所述流路的深度， 所述障碍线可能完全阻断所述毛细流动。经常地，将希望使用这样的 障碍线对以延缓沿着所述流路的流动。因此，在一个实施方案中，所 述的选择的图案包含多个障碍线对，所述障碍线优选位于在沿着流路 的彼此之间一定距离处。沿着所述流路的距离可以是例如10至500μm。
所述一个或多个障碍线对，可优选是对状平行的。在一个实施方 案中，各障碍线对优选具有对所述流路的边界线的一定角度，该角度 为80至100度，更优选约90度。
在一个实施方案中，一个或多个障碍线对，成对地具有彼此之间 的一定角度，例如90至135度的角度。各障碍线对可优选对所述流路 的边界线具有一定角度，该角度为45至135度，例如55至80度，或 100至125度。
在使用中，液体样品将被一个或多个障碍线对延缓或中断。如果 它被中断，必须施加外力用于使所述液体通过所述一个或多个障碍线 对。在所述一个或多个障碍线对已经被润湿后，它们不会再构成任何 延缓或阻断元件，并且所述液体将简单流过所述一个或多个障碍线对， 就好像它们根本不在那里一样。
在一个实施方案中，所述选择的图案包括一个或多个交错的流动 线对，该交错的流动线对从所述流路的各边界线延伸出并延伸向所述 流路的各相对边界线。所述交错的流动线对不到达所述相对的边界线， 而是留下在所述各交错的流动线和所述相对边界线之间的间隙。所述 交错的流动线对位于在所述液体样品流动方向看的一定距离处，该距 离为例如5μm或更大。更优选所述在流动方向中所述距离为所述流路 宽度的5至100％。该距离可优选确定为在流动方向中的最小距离。
在该实施方案中所选择的图案可优选包含多个交错的流动线对， 所述交错的流动线优选位于沿着流路彼此之间一定距离处。
在使用中，液体样品将被一个或多个交错的流动线对延缓。在所 述一个或多个交错的流动线对已经被润湿后，它们不再构成任何延缓 元件，并且所述液体将简单流经所述一个或多个交错的流动线对，就 好像它们不在那里一样。在一个实施方案中，所述交错的流动线对包 含增加的部分，例如成形为最接近于所述相对边界线(其不接触的边 界线)的圆点。因而，当所述液体样品沿着所述流路流动时，所述润 湿过程可被延缓。
在一个实施方案中，一个或多个所述交错的流动线包括如下所述 的单向阀。所述单向阀在指向所述入口的方向中是关闭的，即，在液 体样品流动方向中的流动将被阻断直至所述单向阀从所述交错的流动 线的另一侧上被润湿，这时所述液体已经经过所述侧上。在该实施方 案中，可进行所述液体样品的轻微混合。
在一个实施方案中，所述的选择的图案包括岛形区段。所述岛形 区段优选通过完全或部分环绕流动阻碍线而形成，所述岛的中心部分 任选具有所述较高表面张力的表面层。
这样的岛形区段可用于将试剂施加给所述液体样品。将试剂施加 到具有所述较高表面张力的表面层的岛的中心部分上，从而，经常以 水性溶液或悬浮液形式的试剂铺展到具有所述较高表面张力的表面层 的岛的中心部分上，但不会通过以完全或部分围绕流动阻碍线形式的 选择的图案。所述试剂可在将所述底基板和顶基板彼此连结的步骤之 前被干燥。
在一个实施方案中，在所述岛面向使用中的流动前锋的那侧上(即 面向所述入口)，所述阻碍线至少延伸跨过如下流路的50％或更多， 例如75％或更多，例如90％或更多。优选所述阻碍线在所述岛面向使 用中的流动前锋的那侧上，至少延伸跨过所述流路的足够部分，使得 任选的开口小于所述流路的深度。在所述岛面向使用中的流动前锋的 那侧上，在所述流路的阻碍线中的任选开口优选为小于100μm，优选 小于50μm，例如5至100μm。
在一个实施方案中，所述阻碍线可被安排使得其阻断沿着所述流 路的液体样品的流动进入和/或跨出所述岛形区段。因此可施加外力以 帮助所述液体样品跨过所述阻碍线。
在一个实施方案中，所述阻碍线配备有如下所述的单向阀，从而 所述试剂当被施加于具有所述较高表面张力的表面层的岛的中心部分 时将被所述阻碍线阻断，但所述液体样品可流经所述单向阀进入到所 述岛形区段中以与所述试剂接触。
在一个实施方案中，所述阻碍线的间隙和厚度可被安排使得所述 液体样品的液体流动可在从所述岛形区段中流出时被延缓，以从而提 供用于所述液体样品稀释和任选与所述试剂反应所希望的时间。
在一个实施方案中，所述阻碍线环绕所述岛至少延伸跨过50％或 更高，例如75％或更高，例如90％或更高，在围绕阻碍线中提供的任 选的一个或多个间隙各自优选为小于100μm，优选小于50μm，例如 25至100μm。
在所述微流体器件的一个优选的实施方案中，所述选择的图案形 成单向阀。因此已经发现可能通过安排具有比邻近表面区域的表面张 力更低的表面张力的图案而提供单向阀。所述选择的图案完全或部分 延伸跨过流路以提供疏水障碍，并被安排具有一定几何形状以提供在 一个流动方向中的毛细中断，但在相反的流动方向中不提供。
在一个实施方案中，其中所述选择的图案形成单向阀，将所述选 择的图案安排使其具有一定几何形状，使得从所述流路的一侧需要克 服疏水障碍的力比从所述流路的另一侧所需要的力更大。这可以通过 提供沿着所述流路部分在所述液体样品流动方向中逐渐增加或降低的 表面张力而安排。
在一个实施方案中，所述选择的图案被安排使其具有完全跨过所 述流路的几何形状，使得在所述流路的边界线的一定距离处跨过所述 流路的宽度部分包括比跨过所述流路的其余部分窄化的疏水障碍区 段。
在一个实施方案中，所述选择的图案具有V形前锋。在一个实施 方案中，由V形图案提供的单向阀可具有其开口端(该端具有V形的 两条腿)，该开口端被安排面对沿着所述流路的液流前锋，即，其面 向所述入口。在所述液体样品流动方向中流动的液体样品将被所述单 向阀阻断(临时中断或完全中断)，例如因为所述液体前锋将被在所 述V形图案的腿之间的尖端附近的由于所述表面、液体样品和所述空 气之间的表面张力导致滞留的空气泡中断。在另一个实施方案中，由 所述V形图案提供的单向阀具有其开口端，所述开口端被安排面对远 离所述入口。在这种情况下，在所述液体样品流动方向中流动的液体 样品将通过开始润湿所述V形的尖端，和之后逐渐润湿所述疏水图案 的剩余部分而流过所述单向阀。
在一个实施方案中，所述选择的图案被形成为具有一个或多个窄 化的疏水障碍区段的带，所述障碍区段由在所述带状的一侧中的一个 或多个V形刻痕提供。在一个实施方案中，所述V形刻痕可以在面向 所述入口的带状的一侧中形成。从而，在所述液体样品流动方向中流 动的液体样品将由所述单向阀阻断(临时中断或完全中断)。在另一 个实施方案中，所述V形刻痕优选在面向远离所述入口的带状的一侧 中形成。从而在所述液体样品流动方向中流动的液体样品将通过开始 润湿所述V形的尖端，和之后逐渐润湿所述疏水图案的其余部分而流 过所述单向阀。
所述V形的腿原则上具有彼此之间的任何角度，但优选所述V形 具有在其腿之间的角度为小于120度，优选小于100度，例如小于90 度。所述角度越小，所述V形图案将从所述尖端方向被润湿得越快。 实际上，在其腿之间的角度可以低至约30度。
所述V形图案即使没有所述尖端也可良好地起作用。在这种情况 下，从所述尖端一侧的润湿可能甚至比在所述尖端是完整的条件下更 快。
在一个实施方案中，其中所述选择的图案被安排具有部分跨越所 述流路的几何形状，使得在所述流路的边界线的一定距离处的跨越所 述流路的流路宽度部分没有所述选择的图案，所述流路宽度部分优选 具有小于100μm，优选小于50μm，例如25至100μm的宽度。所述 流路宽度部分可对应于所述V形的缺失尖端。因此，在优选的实施方 案中，所述选择的图案具有没有尖端的V形前锋，在所述V形的腿之 间提供没有图案的流路宽度部分代替尖端。所述没有尖端的V形可被 安排为上述的V形。
类似地，在一个实施方案中，所述选择的图案可被形成为间断的 带，其中所述一个或多个间断由一个或多个没有图案的流路宽度部分 提供，形状为一个或多个贯穿所述带状的没有尖端的V形交叉点。
没有尖端的V形阀可具有任何角度，例如在其腿之间的角度为小 于120度，优选小于100度，例如小于90度。实际上，在其腿之间的 角度可以低至约30度。
在一个实施方案中，所述选择的图案完全或部分跨过所述流路， 并包括V形图案，该V形图案可任选是没有尖端的。所述V形由具有 相等或变化厚度的障碍线提供，所述厚度例如为更接近所述流路的边 界线比更接近于在与沿着所述流路的两个边界线相等距离处的沿着所 述流路的中心线具有更宽的厚度。
在一个实施方案中，所述毛细中断是完全中断，或临时中断。通 常希望所述临时中断优选提供至少1秒，例如至少5秒，例如至少10 秒，例如至少30秒，例如高至1分钟，例如高至5分钟，例如高至10 分钟的毛细中断。在完全中断的情况下，可施加外力以通过所述临时 中断。
在本发明的微流体器件和其制备方法的一个实施方案中，所述选 择的图案包括两个单向阀，它们位于所述流路中彼此之间一定距离处， 在所述两个单向阀之间的距离形成岛形区段，例如如上所述的那样。 所述两个单向阀可被安排以提供在流路的两个方向中从所述岛形区段 向外的毛细中断。
在本发明的微流体器件和方法的一个实施方案中，所选择的图案 形成一个或多个分割线，将流路分成2个或更多个流路区段。所述选 择的图案优选包括多个分割线和因此包括多个流路区段。
所述分割线可优选具有基本平行于所述流动方向的方向，然而， 在某些实施方案中，所述分割线与所述流动方向相比可以是稍微成角 度或波形的。如果有多于一条的分割线，这些分割线优选彼此平行。
所述分割线可优选被提供以提供一个或多个流路区段，该流路区 段具有足够低至提供流动延缓的宽度。最佳宽度高度依赖于所述流路 的深度。优选所述流路区段的宽度应当小于所述流路的深度。优选各 流路区段具有宽度为小于250μm，优选小于200μm，例如小于150μm， 例如小于100μm，例如小于50μm，例如小于25μm，例如小于10μm。
在包含两个或更多个流路区段的这个实施方案中，希望在所述各 流路区段中所述流路的第一和第二表面中的至少一个具有表面张力大 于75mN/m，优选大于85mN/m。
因为所述流路区段非常窄，沿着所述流路流动的液体样品可能与 所述第一和第二表面中的一个，通常是具有最低表面张力的一个表面 松散接触，但毛细流动可在具有较高表面张力的表面上的薄膜层中持 续，特别是如果所述表面张力大于75mN/m。优选在所述亲水表面和 所述液体样品之间的接触角度接近0(例如低于5度)。这种毛细膜流 动可导致所述液体样品的过滤，因为较大分子可能沿着所述流路区段 被捕获。
在一个实施方案中，所述选择的图案形成完全中断的疏水障碍， 该疏水障碍完全跨过所述流路，该完全中断的疏水障碍优选位于临近 于所述流路的出口处。这样的完全中断的疏水障碍可防止液体从所述 微流体器件中溢出，即使空气可自由地离开所述微流体器件的出口。
在一个实施方案中，在所述流路的第一和第二表面中的至少一个 上的具有较低表面张力的选择的图案具有沿着所述流路的形状以提供 疏水边界线。在亲水处理步骤中，所述流路被提供有充分的亲水特性 以提供沿着所述流路的流动。
如上所述，所述方法可进一步包括对所述第一和所述第二表面中 的至少一个进行疏水处理，以给所述表面层提供比在所述疏水处理前 的表面张力更低的表面张力的步骤。因此，所述疏水图案可以是尽可 能疏水的，而与用于所述底基板和顶基板的本体材料无关。
对所述第一和所述第二表面中的至少一个进行的疏水处理的步骤 可优选在对所述第一和所述第二表面中的至少一个进行的亲水处理的 步骤之前进行。经历了疏水处理的一个或多个表面还优选经历所述亲 水处理。
例如，应当提及，待被处理的一个或多个基板的一个或多个表面 优选可具有在所述疏水处理前的表面张力为大于30，优选大于35 mN/m，例如37至80mN/m的表面张力。如果所述待被处理的一个或 多个基板的一个或多个表面具有较低的表面张力，通过进行所述疏水 处理仅可获得微小的改进。所述疏水处理可例如在所述基板的本体材 料上直接进行，或者可另选地，待处理的一个或多个表面可具有一个 或多个涂层。
所述疏水处理可例如给所述第一和第二表面中的至少一个提供小 于50，优选小于40，例如小于30，例如小于20mN/m或甚至更低的 表面张力。
所述疏水处理，与在所述疏水处理前的初始表面张力相比，可优 选降低所述表面张力至少5mN/m，例如至少10mN/m，例如至少15 mN/m，例如至少20mN/m。
在其中所述微流体器件已经经历疏水处理的情况下，希望部分或 全部除去在经亲水处理的第一和/或第二表面的选择的图案中的具有较 高表面张力的表面层的步骤，至少部分暴露由在所述选择的图案的至 少部分中通过疏水处理提供的疏水层。
在一个实施方案中，部分或全部除去在经亲水处理的第一和/或第 二表面的选择的图案中的具有较高表面张力的表面层的步骤还包括部 分或全部除去在所述选择的图案中由所述疏水处理提供的层。
在一个实施方案中，部分或全部除去在经亲水处理的第一和/或第 二表面的选择的图案中的具有较高表面张力的表面层的步骤给所述选 择的图案提供低于所述基板的本体材料的表面张力的表面张力。该选 择的图案可因此具有两种或更多种具有彼此不同的表面张力的图案部 分。
所述疏水处理可通过例如在本领域中公知的方法的任何方法提 供，所述方法包括涂覆所述表面和/或化学改性所述表面。
优选地，所述疏水处理通过施加涂层而提供，所述涂层可优选利 用一种或多种选自如下的方法施加：等离子体沉积、喷施、浸渍、印 刷、真空沉积、化学镀、移接和固定工艺，水凝胶包封。
更优选地，所述疏水处理包括利用等离子体沉积的涂覆，所述等 离子体沉积任选利用一个或多个单体，所述单体选自酰卤，例如丙烯 酰氯和甲基丙烯酰氯，氟代烃，例如全氟烷烃、全氟烯烃，例如四氟 乙烯和六氟丙烯，全氟环烷烃；烃，例如烷烃和烯烃，例如乙烯、乙 炔、丙烯、1-己烯；部分取代的烃，如C2F2H2；或1，2-环氧-3-苯氧基- 丙烷。
所述疏水等离子体涂层的厚度可以是如上所述的亲水等离子体涂 层的厚度，例如，所述涂层的厚度优选为高至1μm，例如25nm至500 nm。
在根据本发明制备具有至少一个流路的微流体器件的方法的变体 中，该方法包括如下步骤：
i.提供具有第一表面的底基板和具有第二表面的顶基板，
ii.对所述第一和所述第二表面中的至少一个进行疏水处理以给 所述表面层提供比进行所述疏水处理前的表面张力更低的表面张力，
iii.部分或全部除去在经疏水处理的第一和/或第二表面的选择的 图案中的具有较低表面张力的表面层，以从而给所述选择的图案提供 比在部分或全部除去在经疏水处理的第一和/或第二表面的选择的图案 中具有较低表面张力的表面层之前的表面张力更高的表面张力，和
iv.将所述底基板和顶基板彼此连结以提供在所述第一和第二表 面之间的流路。
步骤i和iv与如上所述的步骤相同。代替将所述表面进行亲水处 理和除去该部分以提供疏水图案，这个方法包括将所述表面进行疏水 处理和除去该部分以提供亲水图案。进行所述疏水处理的方法可以是 如上所述的那样。除去具有较低表面张力的表面层的步骤可以是如如 上所述的除去具有较高表面张力的表面层的步骤那样，通过这个方法 提供的厚度和设计也可以是如上述那样，其中亲水图案是如上所述的 疏水图案(或选择的图案/希望的或正确的图案)的负片图案，即，所 述亲水图案对应于上述的经历亲水处理和不包括疏水图案的表面的部 分。
在所述方法的这个变体的一个实施方案中，在所述流路的所述第 一和第二表面的至少一个上具有较高表面张力的选择的图案具有安排 的沿着所述流路的形状，以给所述流路提供足以提供沿着所述流路流 动的亲水性质。
本发明还涉及任选与液体样品组合的根据上述公开的方法可获得 的微流体器件。该微流体器件可优选是已经如上公开的。另外，在一 个实施方案中，所述的选择的图案可优选具有比周围表面的粗糙度更 高的粗糙度。
本发明还涉及具有至少一个流路和包括具有第一表面的底基板和 具有第二表面的顶基板的微流体器件，所述第一和所述第二表面彼此 相对，所述至少一个流路被提供在所述第一和第二表面之间，至少一 个所述表面包括亲水表面区域和疏水表面区域，其中所述疏水表面区 域具有比所述亲水表面区域更低的表面张力，所述疏水表面区域在所 述亲水表面区域中形成微观图案，所述微观图案包括一个或多个具有 至少一个尺度为小于250μm，优选小于200μm，例如小于150μm，例 如小于100μm，例如小于50μm，例如小于25μm，优选小于10μm， 例如小于5μm的图案区段。
具有这样的疏水微观图案的微流体器件可以是如上所述的那样， 但独立于提供它的方法。
本发明还涉及具有至少一个流路和包括具有第一表面的底基板和 具有第二表面的顶基板的微流体器件，所述第一和所述第二表面彼此 相对，所述至少一个流路被提供在所述第一和第二表面之间，至少一 个所述表面包括亲水表面区域和疏水表面区域，其中所述疏水表面区 域具有比所述亲水表面区域更低的表面张力，所述疏水表面区域在所 述亲水表面区域中形成微观图案，所述微观图案包括岛形区段，所述 岛形区段优选通过完全或部分环绕流动障碍线而形成，所述岛形区段 的中心部分任选具有所述较高表面张力的表面层，任选该装置包括施 加到所述岛形区段的中心部分的试剂。
具有这样岛形区段的微流体器件可以是如上所述的那样，但独立 于提供它的方法。
本发明还涉及具有至少一个流路和包括具有第一表面的底基板和 具有第二表面的顶基板的微流体器件，所述第一和所述第二表面彼此 相对，所述至少一个流路被提供在所述第一和第二表面之间，至少一 个所述表面包括亲水表面区域和疏水表面区域，其中所述疏水表面区 域具有比所述亲水表面区域更低的表面张力，所述疏水表面区域在所 述亲水表面区域中形成图案，该图案包括一个或多个交错的流动线对， 所述流动线从所述流路的各边界线延伸出并延伸向所述流路的各相对 边界线，任选所述流动线的一个或多个包括单向阀。
具有这样一个或多个的交错的流动线对的微流体器件可以是如上 所述的那样，但独立于提供它的方法。
本发明还涉及具有至少一个流路和包括具有第一表面的底基板和 具有第二表面的顶基板的微流体器件，所述第一和所述第二表面彼此 相对，所述至少一个流路被提供在所述第一和第二表面之间，至少一 个所述表面包括亲水表面区域和疏水表面区域，其中所述疏水表面区 域具有比所述亲水表面区域更低的表面张力，所述疏水表面区域在所 述亲水表面区域中形成图案，该图案形成单向阀，该选择的图案全部 或部分延伸跨过流路以提供疏水障碍，并且被安排具有一定几何形状 以提供在一个流动方向中的毛细中断。
具有这样的单向阀的微流体器件可以是如上所述的那样，但独立 于提供它的方法。
本发明还涉及具有至少一个流路和包括具有第一表面的底基板和 具有第二表面的顶基板的微流体器件，所述第一和所述第二表面彼此 相对，所述至少一个流路被提供在所述第一和第二表面之间，至少一 个所述表面包括亲水表面区域和疏水表面区域，其中所述疏水表面区 域具有比所述亲水表面区域更低的表面张力，所述疏水表面区域在所 述亲水表面区域中形成微观图案，该图案形成一个或多个分割线，该 分割线将流路分割成2个或更多个流路区段，该选择的图案优选包括 多个分割线，并从而包括多个流路区段。
具有这样一个或多个分割线的微流体器件可以是如上所述的那 样，但独立于提供它的方法。
这种类型的微流体器件可优选用作过滤器，以例如从所述样品中 过滤具有固定的抗体的珠，以及从血浆中过滤血细胞。
在包括过滤器的微流体器件发明的变体中，具有至少一个流路的 微流体器件包括具有第一表面的底基板和具有第二表面的顶基板，所 述第一和所述第二表面彼此相对，所述至少一个流路被提供在所述第 一和第二表面之间，至少一个所述表面包括亲水表面区域和疏水表面 区域，其中所述疏水表面区域具有比所述亲水表面区域更低的表面张 力，所述疏水表面区域形成跨过所述流路的疏水中断线(例如由多个 跨过所述流路的疏水片(hydrophobic patch)提供)，在所述液体样品 流动方向中紧接着流动中断(flow stop)后面的该区域是高度亲水的， 其中对所述液体样品的接触角约为0。这样的微流体器件的例子示于图 1中。
激光切割测试
该实施例说明用不同能量在PVP涂覆的塑料表面中激光切割的效 果。
所用的激光器为Optec Micromaster 248nm准分子激光器。所述芯 片是没有结构(空白)的标准(PS-聚合物)SMB 50×20形式，其已 经用PVP10的涂层预先涂覆，厚度120，其中控制测量说明所有表 面具有低于10°的接触角。所有接触角相对于水测量。
激光设定：激光孔径为500×500μm2，具有250μm的motor step size。每个激光脉冲的能量保持恒定在12mJ/脉冲，并且然后改变脉冲 的数量以给出需要的积分通量。
在图13中，在最高激光积分通量下，熔融的聚苯乙烯的标记区环 绕所述方形，受激区域(excimered area)。在所有的受激区域上，观 察到由所述激光的有限孔径引起的水平扫描线。在这些表面之间非常 显著的差异是所述表面反射光的程度。对于在535mJ/cm2下受激的芯 片，观察到最高的光的反射(对于所示的芯片)。在较高的和较低的 受激积分通量下，所述反射率下降。在202mJ/cm2下，对于受过训练 的眼睛，仍可能观察到受激区域作为与黑色的PS背景相比更高反射区 域，但低于该积分通量下，就不再能辨别受激区域了。在1782和1069 mJ/cm2下，当所述激光照射其上时，可看到材料从表面上蒸发。这对 于任何其它被测试的积分通量不出现。相反，对于所述眼睛，所述表 面在光滑度方面看起来没有改变，尽管在下面的聚苯乙烯已经受激。
对于所有受激区域，测量对水的接触角。这在SMB下利用10μl 体积的水滴进行。利用得白First Ten ngstrms，Inc的接触角评价程序 评价静接触角，并将该接触角报告为在所述液滴的左侧和右侧的平均 值。在图14中，这些结果以激光积分通量的函数被绘制。在图中可辨 别出两个目标区域，一个在积分通量在400mJ/cm2下，在这个区域所 述接触角从10°增加到60°，和在较高积分通量处的第二区域，在该区 域，PS对水的接触角的接触角平均为85°。
从前面的实验可知，PVP膜将随着在所述聚合物中交联程度的增 加而改变其对水的接触角从润湿直至约60°。对于保留主要PVP特性 的膜，高于60°的接触角还没有被观察到。这明显说明在高于400mJ/cm2 下，PVP涂覆的层完全受激离去仅留下所述芯片的PS。
利用在SMB处的Dektak，得自Veeco Instruments Inc.，Santa Barbara CA的Dektak 3030ST，测量整个受激区域的粗糙度，结果示于 图15中，作为积分通量的函数。如从图15的两个图可见，所述粗糙 度随着增加激光积分通量增加而显著增加，从在积分通量低于300 mJ/cm2下的低于15nm的粗糙度直至在一个例子中在1782mJ/cm2下的 1200nm的粗糙度。
同样可从图13中可见，其中PVP膜已经受激离去的表面与那些 其中其被保留的显著不同。并且尽管所述粗糙度将随着积分通量从300 mJ/cm2增加至400mJ/cm2，所述粗糙度仅从15增加至30nm，然而当 所述积分通量从400增加至500mJ/cm2时，所述粗糙度从30nm增加 至100nm，即进入到完全除去PVP的范围。
令人惊奇地发现在积分通量为300mJ/cm2下，表面粗糙度不会增 加超过约10nm的初始量，倘若得自所述激光的扫描线在202mJ/cm2 下是可见的。
附图说明
下文中将参照附图描述本发明的实施方案的实施例：
图1说明本发明的微流体器件的底基板的透视图。
图2为通常的微流体器件的截面图。
图3-10为本发明的微流体器件的多种底基板的俯视图。
图11和12说明具有激光处理的表面区段的注塑和涂覆的聚合物 部件的横截面。
图13-15说明上述激光切割测试的照片和曲线。
图11说明注塑聚合物部件111的横截面。该聚合物部件111涂覆 有非常薄的亲水涂层112(相当于水接触角为3-20度)。该涂层112 已经从在区域B中的表面上被激光烧蚀掉，从而使得所述模塑部件的 表面在该表面处可用。所述模塑部件典型地是亲水中性的(相当于水 接触角为70-110度)。因此，与所述表面接触的液体，取决于通过激 光烧蚀机所除去的图案，将经历可以是亲水中性的(B)或者是亲水性 的(A)的接触表面张力。
图12说明注塑聚合物部件121的横截面。该聚合物部件121涂覆 有两种不同的涂层，在疏水涂层123顶上的亲水涂层122。亲水涂层 122非常薄，和疏水涂层123稍微更厚一些。
涂层122、123可通过激光烧蚀而被除去以露出下面的具有不同表 面张力的不同材料。不用激光烧蚀，则亲水涂层122在表面上，用浅 度激光烧蚀，则疏水涂层123被暴露，和用深度激光烧蚀，则亲水中 性的121基础材料被暴露。因此，取决于通过所述激光烧蚀机所除去 的图案，与该表面接触的液体将经历可以是亲水性的(A)、亲水中性 的(B)或者疏水性的(C)的接触表面张力。
图2说明具有底基板11和基板12的微流体器件，底基板11和基 板12定义了以通道13形式的流路13。该流路13的边界线由边缘表面 14定义。在一个没有示出的另选实施方案中，所述流路的边界线由如 所述的疏水边界线定义。该图，如在下文中所述的那样，仅示出微流 体器件的一部分，即，构成所述流路的底基板/顶基板的表面。应当理 解的是，这些表面是整个微流体器件的部分，其中未示出部分可以如 在前文中公开的那样。
图1说明了本发明微流体器件的底基板1。该底基板1包括由在 底基板1中的通道的边缘3定义的流路2。液体样品的流动方向用箭头 A表示。
流路2的表面包括具有不同表面张力的三个或更多个表面区域。 第一表面区域4是通常的亲水表面区域4，其是充分亲水的以在将所述 顶基板连结于所述底基板时提供通常的毛细流动。所述顶基板可具有 任何表面张力，但优选不太低，例如如上所述的那样。第二表面区域5 是高度亲水表面区域，其优选具有足以提供在所述液体样品和所述表 面之间的接触角约为0的高的表面张力。第三表面区域的形式是多个 延伸跨过流路2的疏水斑块6。所示的底基板1还包括突出的凸缘7， 其具有各自的亲水表面，并且其起到流动提升器的作用，如将在下文 中说明的那样。应当注意到，在另外可选的实施方案中，所述底基板 不包括这样的突出的凸缘7。
在流路2中结构性提供的几何形状和表面张力给所述微流体器件 提供过滤器的功能。
在使用中，包含待过滤颗粒的液体样品沿着所述液体样品的流动 方向经过，直到它遇到所述多个延伸跨过流路2的疏水斑块6。这些斑 块6构成毛细中断，在这里主流动中断了。在疏水斑块6之间和在疏 水斑块6之后的具有高度亲水表面的区域5的部分构成过滤器部分， 在这里所述样品将通过薄表面定义的孔流经所述毛细中断，从而将所 述颗粒留下。所述流动将仅与在所述过滤器部分中的微观通道4的一 个表面接触。在通过所述过滤器部分后，所述液体样品将与突出的凸 缘7的亲水表面接触，在这里经过滤的样品再次与通道4的所有侧面 接触，并可重新建立毛细流动。
所述毛细中断由多个延伸跨过所述通道的疏水斑块6组成。即使 在这些疏水斑块之间有窄的亲水区域，但样品不能在所述疏水斑块之 间通过。为了防止所述样品以毛细流动的形式进入到所述疏水斑块之 间的间隙，在所述斑块之间的距离必须小于两倍的流路高度。(这假 定在所述顶基板处为约90度的接触角，在所述疏水斑块处为80-110 度和在所有其它表面上为10度)。如果所述顶基板非常亲水，则在所 述疏水斑块之间在一个通道高度距离下就开始排出。
实际上，疏水斑块6对于所述样品的流动起到毛细中断的作用。 在疏水斑块6之间的流动排出只有所述样品与所述顶基板接触才可行。 当所述样品在所述毛细中断处已经停止时，所述样品将开始蠕变跨过 在所述疏水斑块之间的亲水表面。为此，发生在所述间隙中的亲水表 面必须是可润湿的(表面至少是足以给出接触角为0度的亲水性)。 这可优选通过结构化所述基底以使其具有粗糙表面以使其变得易于润 湿而完成。为了最优化所述过滤器功能，这种所述表面的粗糙化最好 被制成非常窄的凹槽，该凹槽垂直于所述毛细中断延伸。
如果所述亲水流路的润湿性质由表面化学形成，所述样品将以非 常薄的层蠕变通过所述可润湿表面。该层的高度由样品和空气对对样 品的润湿性表面的表面张力的比例确定。典型的高度为几个微米，因 此，防止了大于该高度的颗粒通过所述亲水流路。
如果所述亲水流路的润湿性质由粗糙表面形成，所述流路的高度 由所述粗糙表面的最小和最大高度给出。因为通过微结构化制备所述 粗糙表面，所以所述流路的高度可被非常准确地控制。
随着所述样品蠕变通过所述表面，它留下所述颗粒，因为这些颗 粒不能与所述亲水流路相适合。通过制备结构化的精细表面，例如从 血液中过滤红细胞是可能的。
当经过过滤的样品已经通过疏水斑块6时，希望将经过过滤的样 品重新与所有的通道表面接触。这是为了降低具有高的流动阻力的表 面流动的长度。通过利用在朝向所述顶基板的方向中具有高毛细作用 的结构，所述样品被使得与所述顶基板接触。这可在未说明的实施方 案中通过逐渐降低所述通道高度(也称作流路深度)直至其接近所述 顶基板而完成，并且因此所述样品将与所述顶基板接触。另一个方法 是使用多个从所述通道底部朝向所述盖子延伸的亲水凸缘7。在狭缝之 间存在大的亲水区域，因此给出高的毛细管作用，这填充了在所述凸 缘7之间的体积并最终使所述样品与所述盖接触。在该流动提升器后， 经过过滤的样品以其在遇到所述毛细中断之前的状态相同的方式在输 出通道中继续前进。
所述过滤器可例如被用于从所述样品中过滤具有被固定的抗体的 珠，以及从血浆中过滤血细胞。
图3-10说明具有不同疏水图案的底基板和/或顶基板的流路表面。 如上所述，这些表面自然构成整个微流体器件的部分，其中所述底基 板和/或顶基板的一个或两个包括所述的图案。如在上述说明书中所述 的，最经常足够的是所述两个基板中的仅一个包括所述疏水图案。
图3说明具有疏水图案的流路，所述疏水图案被成形以形成V形 单向阀。所述流路包括通常亲水的表面区域21，该表面区域具有形状 为V形的疏水图案22。
如果所述液体样品以流动方向B流动，该流动将完全或暂时被V 形疏水图案22中断。由于不同的材料，亲水表面21、疏水图案22、 液体样品(其经常是亲水的)和空气的表面能，所述液体流动的前锋 将在所述V形图案的两条腿之间的尖端附近被牵制，并且从而所述流 动将被中断。
如果所述液体样品以流动方向A流动，所述液体的前锋将沿着所 述V形的腿向下传输，并将其自身拉过所述V形图案的尖端，并从而 突破了所述阀结构并逐渐润湿所述疏水图案的其余部分。
图4说明具有疏水图案的流路，其类似于在图3中所示的疏水图 案。该疏水图案在这里也被成形以形成V形单向阀，但缺少尖端，即 所述V形图案是没有尖端的。该流路包括通常亲水表面区域31，该亲 水表面区域具有以没有尖端的V形形状的疏水图案32。该选择的图案 因此被安排为具有部分跨过所述流路的几何形状，使得在所述流路的 边界线34的一定距离处的跨过所述流路的流路宽度部分33(即缺少的 尖端)没有所述的选择的图案。
如果所述液体样品以流动方向B流动，所述流动将完全或暂时被 没有尖端的V形疏水图案中断。由于不同的材料，亲水表面31、疏水 图案32、液体样品(其经常是亲水的)和空气的表面能，所述液体流 动的前锋将在所述V形图案的两条腿之间的缺失的尖端附近(所述流 路宽度部分33附近)被牵制，并且从而所述流动将被中断。
如果所述液体样品以流动方向A流动，所述流动将简单地通过由 流路宽度部分33提供的在没有尖端的V形图案中的间隙进入并逐渐润 湿所述疏水图案。
图5说明具有形成岛形区段的疏水图案的流路。该流路包括通常 的亲水表面区域41，该亲水表面区域41具有通过将流动阻碍线42环 绕而形成的岛形部分形状的疏水图案42。岛的中心部分44可优选具有 所述较高表面张力的，例如与通常的亲水表面区域41相同的表面张力 的表面层。所述阻碍线42包括面向所述入口的开口43。所述开口43 被安排为如上所述的单向阀结构。
这样的岛形区段用于将试剂施加于所述液体样品。将所述试剂施 加到岛44的中心部分上，由此所述试剂铺展到所述到的中心部分上， 但不通过环绕的流动阻碍线42。由于所述单向阀结构，所述试剂将不 会经过开口43从所述岛的中心部分流出。
当液体样品沿着所述流路以用箭头A指示的方向流动时，所述液 体样品将经过开口43进入到所述岛的中心部分，并且所述液体样品将 逐渐润湿全部流动阻碍线42。
图6说明具有疏水图案的流路，所述疏水图案形成交错的流动线 对。所述流路包括通常的亲水表面区域51，该亲水表面51具有疏水图 案52，该疏水图案52的形状为多个交错的流动线对52，该流动线对 52从所述流路的各边界线53延伸出并延伸向所述流路的各相对边界线 53。交错的流动线对52没有到达所述相对的边界线，而是在所述各交 错的流动线和所述相对边界线之间留下间隙54。将所述交错的流动线 对布置为具有距离d。
在使用中，所述液体样品将被所述交错的流动线对52延缓。在一 个或多个交错的流动线对已经被润湿后，它们不再构成任何延缓元件， 并且所述液体将简单地流过所述疏水图案52。
图7说明具有疏水图案的流路，所述疏水图案为图6中所示的疏 水图案的变体。
该流路包括通常的亲水表面区域61，该亲水表面区域61具有疏 水图案62，该疏水图案62的形状为多个交错的流动线对62，该交错 的流动线对62从所述流路的各边界线63延伸出并延伸向所述流路的 各相对边界线63。所述交错的流动线对62不到达所述相对边界线，而 是留下在所述各交错的流动线和所述相对边界线之间的间隙64。所述 交错的流动线对被布置为具有距离d。
每个所述交错的流动线包含单向阀62a，该单向阀62a的形状为如 图4所示的没有尖端的V形阀。所述单向阀62包括流路宽度部分62b (即所述的缺失尖端)。
在所述单向阀的相对端，所述交错的流动线包括增加的部分65， 部分65的形状为最接近于所述相对边界线(其没有接触的边界线)的 圆点。从而所述润湿过程可随着所述液体样品沿着所述流路流动而被 延缓。
所述单向阀在指向所述入口的方向中是关闭的，即在所述液体样 品流动方向中的流动将被阻断，直至所述单向阀已经从所述交错的流 动线的另一侧被润湿，此时所述液体已经传递到所述侧上。在该实施 方案中，将完成所述液体样品的轻度混合。
在使用中，液体样品将被交错的流动线对62延缓，并且同时将进 行混合。在一个或多个交错的流动线对已经被润湿后，它们不再构成 任何延缓元件，并且所述液体将简单地流过所述疏水图案52。
图8说明具有疏水图案的流路，所述疏水图案形成障碍线对。所 述流路包括通常的亲水表面区域71，该亲水表面区域71具有疏水图案 72，该疏水图案72的形状为障碍线对，该障碍线对从所述流路的各边 界线73延伸出并延伸向彼此，以在所述障碍线对之间提供窄开口74。
经常需要使用这样的障碍线对72以延缓沿着所述流路的所有流 动。
在所示的实施方案中，所述亲水图案包括两对障碍线对72，一对 具有基本成对平行的障碍线，和一对具有在所述障碍线之间的角度。 在实践中，所述流路通常将被提供有多个障碍线对以形成希望的延缓。 为了避免“死角”或捕获气泡，经常希望所述障碍线具有朝向彼此的 至少微小的角度，并从各边界线延伸向彼此，所成的角度使得所述窄 开口面向如用流动方向箭头A指示的流动前锋。
所述障碍线对还可用于引导所述流动，以例如使所述流动变直。
在使用中，液体样品将被一个或多个障碍线对延缓或中断。如果 它被中断，必须对所述液体施加外力以使其通过所述一个或多个障碍 线对。在所述一个或多个障碍线对已经被润湿后，它们不再构成任何 延缓或阻断元件，并且所述液体将简单地流过所述一个或多个障碍线 对，就好像它们根本不存在那样。
图9说明具有疏水图案的流路，其为示于图8中的图案的变体。
该流路包括通常的亲水表面区域81，该亲水表面区域81具有疏 水图案82，该疏水图案82的形状为障碍线对，所述障碍线对从所述流 路的各边界线83延伸出并延伸向彼此，以提供在所述障碍线的对之间 的窄开口84。
所述障碍线对82是楔形的，其可导致比示于图8中的形状增加的 延缓效应，因为该楔形亲水图案可能更难于被润湿。
图10说明具有形成多个微圆点(光栅设计)的疏水图案的流路。 该流路包括具有疏水图案的通常亲水的表面区域91，所述疏水图案的 形状为多个为圆点92。
在所示的实施方案中的微圆点位于两个微圆点化的区段94和95 中，其中在区段95中的微圆点比在区段94中的微圆点更紧密地堆积。 在较紧密堆积的区段95中，因为所述表面比在较不紧密堆积的区段94 中更疏水，所述液体样品将反应。所述微圆点被周期性安排在两部分 94和95中。
通过例如以周期性图案将多个微圆点安排在所述流路上，可获得 不同的性质，例如可提供延缓部分。如果将所述微圆点放置得比所述 流路的深度彼此更紧密，这样微圆点的阵列可完全阻断顺着所述流路 的毛细流动
如上所述，本领域本领域技术人员将理解所述微圆点可以许多其 它方式安排，而没有偏离本发明。