用于制造一次性微流体装置的基材
阅读：268发布：2023-03-14
专利汇可以提供用于制造一次性微流体装置的基材专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 的实施方式涉及用于制造微 流体 装置的可紫外 固化 的聚 氨 酯甲基 丙烯酸 酯(PUMA)基材。PUMA是光学透明、 生物 相容的，并且具有稳定的表面性质。实施方式包括与现有的快速 原型 制作方法兼容的两种生产工艺，并提供了所得PUMA微流体装置的表征。本发明的实施方式还涉及改进由PUMA 树脂 生产芯片的产率的方案，特别是用于包括密集和高纵横比结构的 微流体系统 。描述了一种将微结构剪切面的移动最小化的模塑—脱模过程。还揭示了用于在PUMA基材之间形成密封的简单、但可规模化的方法，其避免了可能压坏精密结构的过度压缩 力 。详述了用于形成与PUMA微流体装置的互连结构的两种方法。这些改进生产出包括紧密间隔和高纵横比的翅片的微过滤装置，适于从高度稀释的悬浮液中保留和浓缩细胞或珠粒。，下面是用于制造一次性微流体装置的基材专利的具体信息内容。
1.一种用于积累生物实体的装置，该装置包括至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物壁内的流动通道。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述聚合物包含聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述聚合物吸收波长在300-500nm间的辐射。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述聚合物根据注射测试、静脉测试、植入测试、或其组合确定为生物相容性。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述聚合物包括氨基甲酸酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、硅酮、或其组合。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述聚合物为热塑性。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述聚合物为非弹性体。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壁耐油、酸、和/或碱。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述生物实体是细胞、细胞器、细菌、病毒、蛋白质、抗体、DNA、或生物偶联的颗粒。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述细胞在样品中为低丰度。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述细胞是癌细胞。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述限定流动通道的壁中至少有一个壁涂覆有抗体。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壁无自发荧光。
14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壁通过交联医用粘合剂形成。
15.包括至少部分限定在聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)壁内的流动通道的装置在生物实体积累中的应用。
16.如权利要求15所述的应用，其特征在于，所述流动通道用于电泳、电层析、高压液相色谱、过滤、表面选择性捕获、DNA扩增、聚合酶链反应、Southern印迹分析、细胞培养、细胞增殖分析、或其组合。
17.如权利要求15所述的应用，其特征在于，所述装置用于临床诊断。
18.一种形成封闭微流体流动通道的方法，该方法包括
从模具脱离已形成的基材；
提供真空将形成的基材压向表面；和
提供能量以在形成的基材和表面之间形成密封。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述微流体流动通道设置为供生物实体流动。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述形成的基材包含聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述形成的基材是通过将树脂暴露于辐射而形成。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述辐射的波长在300-500nm之间。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述树脂包括氨基甲酸酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、硅酮、或其组合。
24.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述形成的基材通过以大于90度角牵拉从模具脱离。
25.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述形成的基材从模具的脱离包括使用真空抽吸脱离。
26.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述真空的提供包括在可变形囊中提供真空。
27.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述能量的提供包括提供选自氧化能、紫外辐射、热能、或红外辐射的能量。
用于制造一次性微流体装置的基材
[0001] 通过引用纳入的交叉参考申请
[0002] 本申请请求2008年10月30日递交的题为“SUBSTRATE FOR MANUFACTURING DISPOSABLE MICROFLUIDIC DEVICES(用于制造一次性微流体装置的基材)”的美国临时专利申请第61/109,871号的优先权，其全文通过引用纳入本文。
技术领域
[0003] 本公开一般涉及具有封闭通道的装置和制造该装置的方法。更具体地，本公开涉及用于积累生物实体的具有封闭通道的微流体基材和微流体芯片。
[0004] 发明背景
[0005] 用于临床诊断应用的微流体装置始终面临着商业化的挑战：如何经济地生产这些装置以使它们在满足医用材料的要求的同时真正能一次性使用。第一代微流体装置大多在硅或玻璃基材上开发，严重依赖于半导体加工工具。由于这些基材的加工要求大笔资金投入，基于硅或玻璃的装置不能廉价销售到可以一次性使用的程度。
[0006] 在1990年代后期，基于聚合物的快速原型制作(例如模塑或压纹)产生了第二代微流体装置。最值得注意的是，聚二甲基硅氧烷(PDMS)已是一种用于复杂微流体系统快速原型制作的非常成功的聚合物基材材料。其复制的混合—浇铸—和—烘烤方法快速、高度一致、且简单。尽管其便于快速原型制作，但是PDMS并非所有微流体应用的通用材料。虽然其弹性本质对于气动阀很重要，但该同一性质使其在受到高流体压力时易于膨胀或在涉及高纵横比结构或低纵横比通道时易于塌陷。PDMS的永久表面修饰仍然是一种挑战，因为其表面高度倾向于恢复到疏水状态。
[0007] 近来，第三波微流体装置利用了PDMS复制方案的优点并解决了PDMS在某些类型的应用中作为基材的缺点。为提高生产速度，紫外固化取代热固化正越来越受青睐。Fiorini，G.S.；Lorenz，R.M.；Kuo，J.S.；Chiu，D.T.Analytical Chemistry 2004，76，
4697-4704；和 Fiorini，G.S.；Yim，M.；Jeffries，G.D.M.；Schiro，P.G.；Mutch，S.A.；
Lorenz，R.M.；Chiu，D.T.Lab on a chip 2007，7，923-926研究了紫外固化的热固性聚酯(TPE)作为PDMS的互补基材材料。已经提出紫外固化市售光粘合剂例如Norland 63，Kim，S.H.；Yang，Y.；Kim，M.；Nam，S.W.；Lee，K.M.；Lee，N.Y.；Kim，Y.S.；Park，S.Advanced Functional Materials 2007，17，3494-3498，或聚丙烯酸酯的定制混合物，Zhou，W.X.；
Chan-Park，M.B.Lab on a Chip 2005，5，512-518，但由于树脂或光引发剂的选择，在合理的时间内只能固化薄层(数量级为100μm)。为解决这一问题，Fiorini等采用紫外曝光后的热固化来制造一般厚度的微流体芯片。此外，尚未就这些基材材料用于医疗应用进行评估，对于树脂溶解、反应性、溶剂残留、或交联副产物所知甚少。特别是，尚未按行业指南(美国药典(USP)或国际标准化组织(ISO))进行生物相容性测试，这些测试根据注射测试、静脉内测试、或植入测试证实任何上述提到的材料(PDMS、TPE、Norland光粘合剂、或聚丙烯酸酯定制混合物)的生物相容性。
4697-4704；和 Fiorini，G.S.；Yim，M.；Jeffries，G.D.M.；Schiro，P.G.；Mutch，S.A.；
Lorenz，R.M.；Chiu，D.T.Lab on a chip 2007，7，923-926研究了紫外固化的热固性聚酯(TPE)作为PDMS的互补基材材料。已经提出紫外固化市售光粘合剂例如Norland 63，Kim，S.H.；Yang，Y.；Kim，M.；Nam，S.W.；Lee，K.M.；Lee，N.Y.；Kim，Y.S.；Park，S.Advanced Functional Materials 2007，17，3494-3498，或聚丙烯酸酯的定制混合物，Zhou，W.X.；
Chan-Park，M.B.Lab on a Chip 2005，5，512-518，但由于树脂或光引发剂的选择，在合理的时间内只能固化薄层(数量级为100μm)。为解决这一问题，Fiorini等采用紫外曝光后的热固化来制造一般厚度的微流体芯片。此外，尚未就这些基材材料用于医疗应用进行评估，对于树脂溶解、反应性、溶剂残留、或交联副产物所知甚少。特别是，尚未按行业指南(美国药典(USP)或国际标准化组织(ISO))进行生物相容性测试，这些测试根据注射测试、静脉内测试、或植入测试证实任何上述提到的材料(PDMS、TPE、Norland光粘合剂、或聚丙烯酸酯定制混合物)的生物相容性。
[0008] 如上所示，PDMS已经是用于制造一次性微流体装置的有吸引力的替代物，其优点中主要包括易于制造及其弹性本质，使能方便进行芯片上的阀调节。然而，在弹性体PDMS中浇铸高纵横比凸起结构或低纵横比微通道是高挑战性的：由于剪切模量低，微结构往往在其自身重量下弯曲，微通道从下垂顶部处被挤掉，或狭缝在增强的操作压力下膨胀。解决这些机械完整性问题的努力包括引入更硬的微流体基材例如h-PDMS(“硬”PDMS)，和紫外浇铸热固性聚酯(TPE)或市售光粘合剂，其包括Norland 63或聚丙烯酸酯混合物。
[0009] 随着临床应用中采用微流体装置的兴趣的增长，既能经济的生产又能满足管理批准的基材材料的开发很重要。
[0010] 发明概述
[0011] 随着微流体系统从研究工具转变为一次性临床诊断装置，新的基材材料需要同时满足管理的要求和一次性装置的经济性。本发明的实施方式介绍了一种可紫外固化的聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)基材，其已适于医疗应用并满足所有生产微流体装置中的要求。PUMA是光学透明、生物相容的，并且具有稳定的表面性质。我们报告与现有的快速原型制作方法兼容的两种生产工艺，并提供了所得PUMA微流体装置的表征。
[0012] 本发明具体的实施方式涉及新的可紫外固化的聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)树脂，其作为用于临床诊断应用的一次性微流体基材具有优异的品质。讨论了多种方案以改进由PUMA树脂生产芯片的产率，特别是用于包括密集且高纵横比结构的微流体系统。具体而言，所述为一种将微结构剪切面的移动最小化的模塑—脱模过程。还揭示了用于在PUMA基材之间形成密封的简单但可规模化的方法，其避免了可能压坏精密结构的过度压缩力。还详述了用于形成与PUMA微流体装置的互连结构的两种方法。采用这些制造的改进以生产含有紧密间隔且高纵横比的翅片的微过滤装置，适于从高度稀释的悬浮液中保留和浓缩细胞或珠粒。
[0014] 为便于理解本公开的优点，上述本公开各方面的更具体说明可参考具体实施方式和附图得到。应当理解这些附图仅描述了本公开的典型实施方式，且因此不视为对其范围的限制，本公开将通过使用附图由补充特点和细节得以描述和解释。
[0016] 图2和2′显示了SEM图像，(A)硅烷化PDMS刻印和(B)对应的PUMA复制件。小图：较高放大倍数下设计的精密细节。
[0017] 图3和3′显示了不同PUMA复制件的SEM图像。(A)2μm(高)x 4μm(宽)结构。(B)双层通道结构(水平通道：3μm(宽)x 3μm(高)；竖直通道：10μm(宽)x
10μm(高))。(C)由不同宽度实心壁和规则间隔柱组成的测试样式。(D)(C)所示高纵横比柱的侧视图。
10μm(高))。(C)由不同宽度实心壁和规则间隔柱组成的测试样式。(D)(C)所示高纵横比柱的侧视图。
[0018] 图4和4′显示：(A)PUMA、PDMS、玻璃和TPE的光学透射性质。(B)TPE、PUMA、和PDMS的绿色荧光(实线；510-565nm，λ发射＝488nm)和红色荧光(虚线；660-711nm，λ发射＝633nm)强度。小图：各聚合物的自发荧光最大值(初始值)。
[0019] 图5和5′显示了在(A)全氟萘烷，(B)四氢呋喃，(C)异丙醇，和(D)25μM罗丹明B中浸24小时后的PUMA盘(533-nm激发下的荧光图像)。
[0020] 图6显示了PUMA基材的电动力学特征。(A)EOF测量所用电路的示意图。(1：-2kV Standford PS350电源；2：具有50μm(高)x 50μm(宽)x 3cm(长)通道并装有硼酸盐缓冲液的PUMA芯片；3：100k′Ω电阻；4：Keithley 6485微微安表；5：用于获取数据的PC)。(B)电动力学推动流动的电流迹线。小图：veof测量的统计分布；N＝68。(C)电流迹线与施加电场的关系。(D)veof与粘接后PUMA存期的关系。
[0021] 图6′显示了PUMA基材的电动力学特征。(A)EOF测量所用电路的示意图。(B)电动力学推动流动的电流迹线。小图：veof测量的统计分布；N＝68。(C)电流迹线与施加电场的关系。(D)veof与粘接后PUMA存期的关系。
[0022] 图7显示：(A)显示PUMA芯片的模塑和固化的布局图。具有2-mm深凹陷的PDMS模具1装有PUMA树脂2并包埋PTFE柱3。树脂顶部用透明的聚丙烯片4和界面玻璃纸(或Aclar)片5覆盖，其可在树脂固化后撕去。1：PDMS模具；2：PUMA树脂；3：PTFE柱；4：透明聚丙烯片；5：玻璃纸(或Aclar)。(B)示意图显示将外部管件与芯片连接的两种方法。左：具有1/8英寸孔的PUMA芯片1可用1/8英寸外径的聚氨酯管3连接到倒钩连接器2；可以在管周围分配额外的PUMA树脂4防止渗漏。右：具有1/8英寸孔的PUMA芯片5可以连接到1/16英寸外径的PTFE管6。5：PUMA基材；6：1/16英寸外径的PTFE管；7：聚烯烃热收缩件；8：扣环(retaining ring)；9：额外的粘合剂；10：1/8英寸外径的聚氨酯管；11：额外的PUMA树脂。
[0023] 图7′显示：(A)显示PUMA芯片的模塑和固化的布局图。(B)示意图显示将外部管件与芯片连接的两种方法。
[0025] 图9显示了定制设计的用于将PUMA芯片从PDMS模具脱离的脱模拉出器(puller)。拉动杠杆时工作台下移；放松杠杆后，其弹簧加载的动作上移，确保从PDMS模具精确地以180度拉出PUMA芯片。灰色显示表示标准Dremel工作台组件1。1英寸直径的乙烯基类吸盘2经钻孔、搭接、并通过1/8英寸(内径)的Tygon管与真空泵相连。下面搭接有反向吸盘3，同样与真空连接。用金属基座4将反向吸盘固定在工作台上。
[0026] 图9′显示了定制设计的用于将PUMA芯片从PDMS模具精确脱离的脱模拉出器。
[0027] 图10和10′显示：(A)在立体镜下常观察到高纵横比结构复制的缺陷。波形壁1通常由于PDMS模具在各次复制运行之间的不充分清洁造成，而在规则阵列中的不规则黑点2表明结构相互间的倾斜(将PUMA从PDMS模具脱离过程中的机械损伤)。(B)受损高纵横比柱的SEM图像；未使用真空拉出器。(C)采用上文所述真空拉出器完美脱模的PUMA芯片的光学图像。
[0028] 图11和11′显示了粘接PUMA芯片以形成封闭通道的方法。PUMA芯片可先采用氧等离子体粘接，然后在＞75℃下烘烤23天。O2等离子体改善芯片与底部封盖之间的保形接触。对于高纵横比或精密结构，建议使用真空封口机来控制保形密封所用的压力。一旦实现良好的保形密封，可以通过简单地使芯片经受延长的紫外曝光、使用可编程的红外炉、或超声焊接实现永久粘接。
[0029] 图12显示：(A)用由PUMA树脂制备的高纵横比狭缝(图像右侧)保留MCF-7癌细胞。标称流速为0.3ml/min；细胞用4％多聚甲醛固定15分钟。(B)用由PUMA树脂制备的高纵横比狭缝保留15μm直径的珠粒。(A)和(B)使用相同的微流体设计，包括高纵横比狭缝的过滤屏障放置在微通道的出口处。
[0030] 图12′显示：(A)用由PUMA树脂制备的高纵横比狭缝(图像右侧)保留或积累MCF-7癌细胞。(B)用由PUMA树脂制备的高纵横比狭缝保留或积累15μm直径的珠粒。
[0031] 图13是本公开一种实施方式的微流体基材的截面视图。
[0032] 图14的流程图说明按本公开一种实施方式使用PUMA树脂制造微流体基材的方法。
[0033] 图15A-15F的截面图示意性说明了按本公开的一种实施方式，使用PUMA树脂通过从SU-8母模复制制造微流体基材的方法的各阶段。
[0034] 图16A-16B的截面图示意性说明了按本公开的一种实施方式，使用PUMA树脂和深度反应离子刻蚀制得的硅母模制造微流体基材的方法的各阶段。
[0035] 发明详述
[0036] 综述
[0037] 本公开的实施方式涉及用于积累生物实体的微流体基材和微流体芯片。这种基材可适用于装置，例如微流体装置。在一些实施方式中，该基材由生物相容性材料形成。在其它实施方式中，该基材用于形成具有一个或多个封闭流动通道的微流体芯片。在另外的实施方式中，所述基材壁吸收辐射。
[0038] 在一种实施方式中，提供了用于积累生物实体的装置。该装置可包括流动通道，其至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内。
[0039] 本公开的另一方面涉及一种形成封闭微流体的流动通道的方法。该方法可包括将已形成的基材从模具脱离。该方法还可包括提供真空将形成的基材压向表面，并提供能量以在形成的基材和表面之间形成密封。在一种实施方式中，形成的基材通过将树脂暴露于辐射而形成。
[0040] 本公开的具体实施方式涉及作为一次性微流体基材用于临床诊断应用的可紫外固化的聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)树脂。还公开了由PUMA树脂生产芯片的方法，特别是用于包括密集且高纵横比结构的微流体系统。例如，用PUMA树脂生产芯片的方法的一种实施方式包括将微结构剪切面的移动最小化的脱模过程。还公开了用于在PUMA基材之间形成密封的简单但可规模化的方法，其能避免会压坏精密结构的过度压缩力。此外，还公开了用于形成与PUMA微流体装置的互连的两种方法。本公开的另一方面涉及包含紧密间隔且高纵横比的翅片的微过滤装置。在一些实施方式中，该微过滤装置适于从高度稀释的悬浮液中保留和浓缩细胞或珠粒。
[0041] 本公开的另一方面涉及该装置在积累生物实体中的应用，其中该装置包括至少部分限定在PUMA壁内的流动通道。在一些实施方式中，该装置可用于电泳、电层析、高压液相色谱、过滤、表面选择性捕获、DNA扩增、聚合酶链反应、Southern印迹分析、细胞培养、细胞增殖分析、或其组合。在其它实施方式中，该装置可用于临床诊断。
[0042] 本文所用术语“积累”是指局部密度或浓度的提高。积累可以发生在静止部位、材料矩阵中、或移动相中。积累的示例可包括聚集、浓缩、分离、分隔、富集、聚焦、强度提高、或形成清晰条带或点，其可以是静态的或者动态的。
[0043] 不限于本文所述的具体实施例，术语“生物实体”可指细胞、细胞器、亚细胞结构、细菌、病毒、蛋白质、抗体、DNA或RNA(或适体)分子、氨基酸、脂质分子、生物偶联颗粒或其它生物或生物相容性材料。例如，在一种实施方式中，该生物实体可以是细胞，例如癌细胞。在一些实施方式中，该装置适于积累低丰度的生物实体，例如稀有的或非典型的细胞。
[0045] 用于微流体装置的基材和包括该基材的微流体装置的实施方式
[0046] 图13是本公开一种实施方式的微流体芯片1330的截面视图。如图13所示，微流体芯片1330可包括基材1326，例如用PUMA树脂形成的PUMA基材。微流体芯片1330还可包括与基材1326粘接的玻璃部分1328。在一种实施方式中，该玻璃部分1328用玻璃部分1328上的粘合剂涂层1332与基材1326粘接。在一种实施方式中，该粘合剂涂层1332包括医用级粘合剂例如PUMA。如图所示，该粘合剂涂层1332可以通过施加的能量(例如，紫外光、热)与基材1326保形粘接，使得凸起结构1336被密封从而在微流体芯片1330内形成一个或多个流动通道1334。在一种实施方式中，微过滤芯片1330适于保留和浓缩高度稀释的悬浮液中的细胞或珠粒。
[0047] 流动通道1334的壁用具有某些物理和化学性质的基材材料构建。这些物理和化学性质包括辐射吸收、热机械响应、硬度、弹性(弹性体的或者非弹性体的)、化学组成、化学或生物相容性、表面和界面行为(例如，接触角或吸附)和电响应(例如，电动流的产生)。
[0048] 在一种实施方式中，基材1326和凸起结构1336的壁用聚合物基材材料构建。在一种实施方式中，该聚合物是热塑性的。在另一种实施方式中，该聚合物是非弹性体的。在另一种实施方式中，该聚合物包括氨基甲酸酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、硅酮、或其组合。在一种实施方式中，该用于积累生物实体的微流体芯片，例如芯片1330，包括一个或多个封闭在能吸收辐射的壁内，例如凸起结构1336的壁内的流动通道1334，其中壁通过医用级粘合剂的交联形成。
[0049] 在一些实施方式中，基材1326的材料是根据注射测试、或皮内测试、或植入测试、或其组合定为生物相容性的聚合物。
[0050] 在一种实施方式中，根据注射测试，该聚合物、包括凸起结构1336的壁是生物相容性的。注射测试可以按美国药典(USP)或国际标准化组织(ISO)规定的医用塑料的测试指南进行。作为示例，注射测试的进行可以通过在50℃、70℃、或121℃下制备所述聚合物的氯化钠溶液、含氯化钠的醇溶液、聚乙二醇400溶液、或植物油的提取物，然后将该抽提物注射入小鼠。若注射了提取物的动物与注射了空白标准品的动物相比无一显示反应性，则认为聚合物是生物相容的。
[0051] 在另一种实施方式中，根据皮内测试确定聚合物的生物相容性。皮内测试可以按美国药典(USP)或国际标准化组织(ISO)规定的医用塑料的测试指南进行。作为示例，皮内测试可以通过在50℃、70℃、或121℃下制备所述聚合物的氯化钠溶液、含氯化钠的醇溶液、聚乙二醇400溶液、或植物油的提取物，然后将该提取物注射入兔子。若注射了提取物的动物与注射了空白标准品的动物相比无一显示反应性，则认为聚合物是生物相容的。
[0052] 在另一种实施方式中，根据植入测试确定聚合物的生物相容性。植入测试可以按美国药典(USP)或国际标准化组织(ISO)规定的医用塑料的测试指南进行。作为示例，植入测试可以通过将所述聚合物切成不小于10x 1mm的条并植入兔子来进行。若聚合物条的植入位点与植入了对照标准品的位点相比无一显示反应性，则认为聚合物是生物相容的。
[0053] 在一些实施方式中，壁由聚合物构建。在一种实施方式中，该聚合物是热塑性的。在另一种实施方式中，所述聚合物是非弹性体的。在另一种实施方式中，该聚合物包括氨基甲酸酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、硅酮、或其组合。在一种实施方式中，用于积累生物实体的设备包括封闭在可吸收辐射的生物相容性壁内的流动通道，其中壁由医用级粘合剂交联形成。
[0054] 本文介绍了聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)基材作为用于微流体装置制造的新材料，其已经由供应商认证为符合美国药典(USP)VI级(Class VI)。USP VI级材料是已经根据系统注射测试、皮内测试、和植入测试进行测试并证实为生物相容性和无毒性的。在表征PUMA微流体装置的物理、光学、和化学、和电动性质以外，我们还报告了两种高度稳健的微结构复制方法，其与现有的复制母模(例如，硅上的SU-8光致抗蚀剂或硅)兼容，因此目前使用其它快速原型制作方法的研究人员可以受益于这种新基材。
[0055] C.生产微流体基材的方法
[0056] 本公开的其它方面涉及上述基材和含有上述基材的装置的生产方法。图14的流程图说明根据本公开的一种实施方式使用PUMA树脂制造微流体基材的方法1400。方法1400可用于，例如，将精细结构复制到PUMA基材上。在一种实施方式中，方法1400包括浇铸PDMS以形成PDMS模具(模块1402)。在一些实施方式中，浇铸PDMS可包括在具有凸起结构的SU-8母模上浇铸PDMS以形成具有例如PDMS通道的PDMS刻印(即与凸起结构反向)。在其它实施方式中，并用于复制高纵横比结构时，浇铸PDMS 1402可包括在深度反应离子刻蚀(DRIE)硅母模上浇铸PDMS刻印。
[0057] 方法1400还包括在PDMS模具上浇铸PUMA树脂(模块1404)以形成PUMA基材。方法1400还包括将PUMA基材从PDMS模具脱离(模块1406)。步骤1406后，方法1400还包括将PUMA基材与涂覆有PUMA的玻璃基材粘接(模块1408)并向粘接的PUMA基材和涂覆有PUMA的玻璃施加紫外和/或热能(模块1410)以形成PUMA芯片。在一些实施方式中，PUMA芯片是适用于例如微流体装置(如一次性微流体装置)的微流体基材。
[0058] 图15A-15F的截面图示意性说明了根据本公开的一种实施方式，例如上文所述关于图14所示的方法，使用PUMA树脂通过从SU-8母模复制制造微流体基材的方法的各阶段。
[0059] 图15A显示了具有凸起结构1504的SU-8母模1502，其用于通过将PDMS材料1506倾倒(例如浇铸)在SU-8母模1502的上表面1508之上而生成与凸起结构1504反向的PDMS刻印(1510；如图15B所示)。PDMS材料浇铸后，如图15B所示，PDMS刻印1510在等离子体中氧化然后用(十三氟-1，1，2，2-四氢辛基)三氯硅烷在真空干燥器(例如，为避免刚固化的PDMS与已形成的PDMS刻印1510粘合)中硅烷化。通过向硅烷化的PDMS刻印1510顶部倾倒额外的PDMS、75℃固化至少2小时，并小心地从刻印1510上分离而生成PDMS复制件1512(即，与SU-8母模1502同向)。PDMS复制件1512(由SU-8母模1502复制)可用作PUMA树脂1516的模具1514(图15C)。只要各次复制之间清洁(更多细节见下文)，PDMS“母模”模具1514可多次使用。在一种实施方式中，由于PUMA树脂1516可能难以从SU-8母模1502脱离，可能需要生成SU-8母模1502的PDMS复制件1512。
[0060] 图15A-15B显示了使用现有用于PDMS复制的SU-8母模的步骤。然而，在另一种实施方式中，SU-8母模1502可以设置成凸起结构1504与所需PUMA树脂1516同向。在该实施方式中，PDMS模具1514可由SU-8母模直接制得而无需额外步骤制作PDMS刻印1510。
[0061] 参考回图15C，可以在PDMS模具1514上分配PUMA树脂1516(例如以3mm厚度)，然后盖上透明盖1518，例如粘在透明聚丙烯背板(例如8密耳厚)上的玻璃纸片，以避免交联反应的氧抑制。Aclar片材(新泽西州莫里斯镇的霍尼韦尔公司(Honeywell，Morristown，NJ))是不含增塑剂的聚氯代三氟乙烯(PCTFE)聚合物，在一些应用中可用来替代玻璃纸。为形成流体储器或用于外部连接的孔，可以在固化前将PTFE柱(3mm(D)x 3mm(H)；未显示)包埋在PUMA树脂1516内。所得的装配件1520可在紫外光源中放置80秒(通过PUMA树脂侧1522曝光)，接着再补充40秒(通过PDMS模具侧1524曝光)以形成PUMA基材1526(见图15D)。图15D显示了在方法中从PUMA基材1526除去PDMS模具1514的阶段。如图15E所示，一旦从模具1514脱离，PUMA基材1526便通过使用轻柔的机械压力与涂覆有PUMA(固化)的玻璃1528保形粘接而形成PUMA芯片1530。
[0062] 如图15F所示，通过将PUMA芯片1530在紫外泛光源下额外放置10分钟可将玻璃1528上的PUMA涂层1532和PUMA基材1526之间的保形粘接转化成永久粘接。PUMA芯片
1530可具有在PUMA基材1526和PUMA涂层1532间形成的一个或多个流动通道1534。由于PUMA材料可吸收辐射，流动通道1534的壁1536能吸收辐射(例如波长300-500nm)。
1530可具有在PUMA基材1526和PUMA涂层1532间形成的一个或多个流动通道1534。由于PUMA材料可吸收辐射，流动通道1534的壁1536能吸收辐射(例如波长300-500nm)。
[0063] 在各次复制之间，PDMS模具1514可在异丙醇和水中超声处理并在75℃烘烤至少15分钟。
[0064] 图16A-16B的截面图示意性说明了根据本公开的一种实施方式，例如上文所述关于图13所示的方法，使用PUMA树脂和深度反应离子刻蚀(DRIE)制得的硅母模制造微流体基材的方法的各阶段。
[0065] 如图16A-B所示，对于高纵横比结构的复制，用于PUMA浇铸的PDMS模具可以是浇铸在DRIE-Si母模上的PDMS刻印。图16A显示了具有凸起结构1604的DRIE-Si母模1602，其用于生成PDMS模具(例如图15C所示的PDMS模具1514)。如图16B所示，通过在DRIE-Si母模1602的上表面1608之上浇铸PDMS材料1606，可形成与DRIE-Si母模1602反向的PDMS模具(例如图15C所示的PDMS模具1514)。由如图16A-16B所示步骤得到的PDMS模具可用于形成如图15C-15F所示步骤中的PUMA芯片。
[0066] 图16A-16B所述方法消除了生成PDMS中的高纵横比凸起结构的需要，这一结构易于倾斜或塌陷。此外，图16A-16B所述方法可消除可能的撕裂，所述撕裂可能在分离两个互相交错的PDMS件(例如，图15B所示)时发生，例如当微结构的纵横比增加时。
[0067] 通过以下实施例进一步说明本公开，但不意于受到以下实施例限制。
[0068] D.基材、设备、和制造与使用所述基材与设备的方法的实施例和补充实施方式[0069] 材料与方法
[0070] 光学测量。通过将可紫外固化的PUMA树脂(140-M医用/光学粘合剂，戴马斯公司(Dymax Corporation))倾倒入PDMS模具中，浇铸得到PUMA基材(25mm(宽)x 75mm(长)x2mm(高))。为防止交联反应的氧抑制，在树脂的上表面盖以透明的聚丙烯片(8密耳厚)，片材具有可剥离的玻璃纸界面层。树脂和模具在高强度紫外光源(ADAC Cure Zone 2紫外
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泛光源，装有400W金属卤素灯，在365纳米下提供标称强度为80mW/cm)中曝光1分钟，翻转后再曝光1分钟。然后将固化的PUMA基材从模具脱离。
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泛光源，装有400W金属卤素灯，在365纳米下提供标称强度为80mW/cm)中曝光1分钟，翻转后再曝光1分钟。然后将固化的PUMA基材从模具脱离。
[0071] 采用Polylite 32030-10树脂(北卡罗来纳州雷胡德公司(Reichhold Company，NC))按前文所述制得热固性聚酯(TPE)件。
[0072] 用紫外-可见光(UV-VIS)分光光度计(贝克曼库尔特公司(Beckman Coulter)，DU720)以1纳米的分辨率采集透射光谱。TPE、PUMA和PDMS样品厚度均为2毫米，但玻璃基材厚度为1毫米。对各材料采集3次光谱，取平均。
[0073] 采用基于Nikon TE-2000机身定制的共聚焦显微镜采集各材料的自发荧光。将固态二极管泵浦的488纳米激光(美国加州圣克拉拉的连贯蓝宝石公司(Coherent Sapphire，Santa Clara，CA，USA))和633纳米的HeNe激光的激发偶联到100x物镜(N.A.1.4)的背孔中。由雪崩光电二极管(SPCM-AQR-14，美国加州弗里蒙特的帕金埃尔默公司(Perkin Elmer，Fremont，CA，USA))采集荧光。在绿色波长范围(510-565纳米)和红色波长范围(660-710nm)各采集3次各材料的荧光。
[0074] 接触角测量。采用前面部分所述的相同方法制备PUMA平板(25mm(宽)x75mm(长)x 3mm(高))。为了补偿平板厚度的增加，紫外固化时间延长到80秒，接着翻转PDMS模具，透过模具再曝光40秒。为确定表面上等离子体氧化的影响，3片PUMA平板在等离子体室(PDC-001，纽约州欧斯宁的海瑞克科学公司(Harrick Scientific Corp，Ossining，NY))中经受6分钟的氧等离子体处理(在200毫托的标称O2压力下，RF线圈上施加29.6W)。为了表征等离子体氧化后疏水性的恢复，将这些氧化后的PUMA基材密封在玻璃罐中，在烘箱中以75℃烘烤2天。
[0075] 为测量接触角，在环境温度下采用静态固着液滴法由CCD相机拍下1-μLMilliQ水滴在PUMA基材上的侧面图。用ImageJ软件的液滴分析(Drop Analysis)插件测量水-PUMA界面和水-空气界面之间的静态接触角。还获得了固化的PDMS上的接触角，用以和文献值进行比较。进行最少3次的重复测试。
[0076] 溶剂相容性。通过将PUMA树脂浇铸到具有小的圆形储器(6mm(直径)x3mm(高))的PDMS模具中、覆盖并紫外固化制得PUMA小盘。小盘在微流体应用常用的20种不同化学品中室温浸没24小时。通过在实验结束时观察小盘的圆形区域中的变化确定相容性。采集3个重复样品，结果取平均。用CCD相机在立体镜下拍下各盘的顶部图像，用ImageJ处理软件测量圆形区域。
[0078] 电渗流。测量EOF的微流体通道是通道两端具有3毫米(深)的流体储器的笔直通道(50μm(高)x 50μm(宽)x 3cm(长))。电路和电流感应元件的设置按前人所述的电流监控方法，Huang，X.H.；Gordon，M.J.；Zare，R.N.Analytical Chemistry 1988，60，1837-1838；和Locascio，L.E.；Perso，C.E.；Lee，C.S.Journal of Chromotography A
1999，857，275-284。负极性可编程的2kV直流电源(Stanford PS350)与浸没在阴极储器中的Pt电极连接。浸没在阳极储器中的第二电极与100k′Ω电阻连接，与Keithly 6485微微安表串联。微微安表的电流读数由计算机采用定制的Lab View程序记录，该程序还控制高压电源的输出。用硼酸钠溶液(10mM和20mM)作缓冲液。临用前将溶液超声处理以减少偶然性的气泡产生。用橡胶球泡通过虹吸填充PUMA通道，随后将储器清空并用60μL硼酸溶液重新填充。
1999，857，275-284。负极性可编程的2kV直流电源(Stanford PS350)与浸没在阴极储器中的Pt电极连接。浸没在阳极储器中的第二电极与100k′Ω电阻连接，与Keithly 6485微微安表串联。微微安表的电流读数由计算机采用定制的Lab View程序记录，该程序还控制高压电源的输出。用硼酸钠溶液(10mM和20mM)作缓冲液。临用前将溶液超声处理以减少偶然性的气泡产生。用橡胶球泡通过虹吸填充PUMA通道，随后将储器清空并用60μL硼酸溶液重新填充。
[0079] 为研究芯片老化对电渗迁移性的影响，由三次单独的制备操作制备了多个芯片，然后在环境条件下简单保存在皮氏培养皿中。保存前通道为干燥的，只在临EOF测量前才充入缓冲液。各芯片只使用一天(即随后的日子里不再重复用于EOF测量)。
[0080] 结果与讨论
[0081] 一般物理性质。表1小结了PDMS、TPE、和PUMA的主要物理和表面性质。
[0082] 表1.
[0083]
[0084] 基于Dymax 140-M树脂的PUMA的粘度与PDMS(道康宁(Dow Coming)的Sylgard184)相当，因此预期能象PDMS一样精细复制结构。固化的PUMA树脂明显比PDMS硬，更适于生成高纵横比的微结构。一旦硬化后，PUMA为热塑性：尽管供应商鉴定其工作温度在-55至200℃之间，我们发现＞75℃时有些许软化，这一温度在粘接研究时会采用。与PDMS相似(但不同于TPE)，PUMA气味极低，无需在特殊的通风下操作。
[0085] 结构复制。图1′显示了通过从SU-8母模112(左栏)和从深度反应离子刻蚀(DRIE)制得的硅母模121(右栏)复制生产PUMA芯片的过程的简化图。
[0086] 结构复制。图1显示了通过从SU-8母模(左栏)和从深度反应离子刻蚀(DRIE)制得的硅母模(右栏)复制生产PUMA芯片的过程的简化图。
[0087] 图1′显示了用于将精细结构复制到PUMA基材上的两种过程：左栏(步骤100、101、105、106、107、和108)显示了从用于生产PDMS通道的SU-8母模112复制的步骤，而右栏(步骤120、122、105、106、107、和108)显示了从深度反应离子刻蚀(DRIE)的硅母模121复制的步骤。
[0088] 图1显示了用于将精细结构复制到PUMA基材上的两种过程：左栏显示了从用于生产PDMS通道的SU-8母模复制的步骤，而右栏显示了从深度反应离子刻蚀(DRIE)的硅母模复制的步骤.
[0089] 按照图1′左栏(步骤100、101、105、106、107、108)，使用具有凸起结构的SU-8母模112生产PDMS刻印111(即，与凸起结构方向相反)。该PDMS刻印111在等离子体中氧化然后用(十三氟-1，1，2，2-四氢辛基)三氯硅烷在真空干燥器中硅烷化，该过程避免新固化的PDMS与已形成的PDMS刻印111粘合。通过向硅烷化的刻印111顶部倾倒额外的PDMS、在75℃固化至少2小时，并小心地从刻印111分离而生成PDMS复制件113(即，与SU-8母模同向)。(SU-8母模的)PDMS复制件113可用作PUMA树脂131的模具132。只要各次复制之间清洁(更多细节见下文)，PDMS“母模”可多次使用。由于PUMA不太好从SU-8脱离，所以这种PDMS对PDMS的复制是需要的。若SU-8母模具有正确的方向，则仅一次PDMS复制就足够了。我们描述这一过程使得现有的用于PDMS复制的SU-8母模可用于制作PUMA装置。
[0090] 按照图1左栏，使用具有凸起结构的SU-8母模生产PDMS刻印(即，与凸起结构方向相反)。该PDMS刻印在等离子体中氧化然后用(十三氟-1，1，2，2-四氢辛基)三氯硅烷在真空干燥器中硅烷化，该过程避免新固化的PDMS与已形成的PDMS刻印粘合。通过向硅烷化的刻印顶部倾倒额外的PDMS、在75℃固化至少2小时，并小心地从刻印分离而生成PDMS复制件(即，与SU-8母模同向)。然后(SU-8母模的)PDMS复制件可用作PUMA树脂的模具。只要各次复制之间清洁(更多细节见下文)，PDMS“母模”可多次使用。由于PUMA不太好从SU-8脱离，所以这种PDMS对PDMS的复制是需要的。若SU-8母模具有正确的方向，则仅一次PDMS复制就足够了。我们描述这一过程使得现有的用于PDMS复制的SU-8母模可用于制作PUMA装置。
[0091] 在获得正确的PDMS模具132后，在PDMS模具132上分配3毫米厚的PUMA树脂131，然后用粘在透明聚丙烯背板130(8密耳厚)上的玻璃纸片覆盖以避免交联反应的氧抑制。Aclar片材(新泽西州莫里斯镇的霍尼韦尔公司)是不含增塑剂的聚氯代三氟乙烯(PCTFE)聚合物，其可在关键应用中用来替代玻璃纸。为形成流体储器或用于外部连接的孔，可以在固化前将PTFE柱(3mm(直径)x 3mm(高))包埋在PUMA树脂内。将整个装配件在紫外光源134内放置80秒(透过树脂侧曝光)，然后再放置40秒(透过模具曝光)。一旦从模具脱离，就采用温和的机械压力将PUMA基材153和另一涂覆有PUMA(固化)的玻璃(152和151)保形粘接并形成封闭通道。通过把PUMA芯片于紫外泛光源162中再放置10分钟，将保形粘接转化成永久粘接。
[0092] 在获得正确的PDMS模具后，在PDMS模具上分配3毫米厚的PUMA树脂，然后用粘在透明聚丙烯背板(8密耳厚)上的玻璃纸片覆盖以避免交联反应的氧抑制。Aclar片材(新泽西州莫里斯镇的霍尼韦尔公司)是不含增塑剂的聚氯代三氟乙烯(PCTFE)聚合物，其可在关键应用中用来替代玻璃纸。为形成流体储器或用于外部连接的孔，可以在固化前将PTFE柱(3mm(直径)x3mm(高))包埋在PUMA树脂内。将整个装配件在紫外光源内放置80秒(透过树脂侧曝光)，然后再放置40秒(透过模具曝光)。一旦从模具脱离，PUMA基材就通过采用温和的机械压力和另一涂覆有PUMA(固化)的玻璃保形粘接。通过将PUMA芯片于紫外泛光源中再放置10分钟，将保形粘接转化成永久粘接。
[0093] 在各次复制之间，PDMS模具在异丙醇和水中超声处理并在75℃烘烤至少15分钟。
[0094] 为了复制高纵横比结构，用于PUMA浇铸的模具是浇铸在DRIE-Si母模121上的PDMS刻印123，如图1′右栏(步骤120、122、105、106、107、和108)所述。该方法消除了生成PDMS中的高纵横比凸起结构的需要，其易于倾斜或塌陷。此外，随着微结构纵横比的提高，如图1′左栏第二步(步骤101)所述的两个互相交错的PDMS件极易在分离时撕裂。
[0095] 为了复制高纵横比结构，用于PUMA浇铸的模具是浇铸在DRIE-Si母模上的PDMS刻印，如图1右栏所述。该方法消除了生成PDMS中的高纵横比凸起结构的需要，其易于倾斜或塌陷。此外，随着微结构纵横比的提高，如图1左栏第二步所述的两个互相交错的PDMS件极易在分离时撕裂。
[0096] 为形成流体储器或用于相互连接的孔，我们发现包埋PTFE柱是一种简单的过程。因为PUMA是热塑性的，激光切割也是形成流体储器或相互连接孔的一种有效方法。由于打孔在壁上产生大量碎片并导致基材在接触点弯曲，因此不推荐。
[0097] 复制保真度。紫外浇铸过程的主要困难在于根据浇铸厚度控制紫外剂量。由于紫外光在穿透树脂时被消减，顶部的树脂首先固化。这导致树脂顶部变得过于固化(过硬)而与PDMS模具接触的界面，特别是精细结构，保持未固化。为解决这一困难，通过PDMS对PUMA交联反应进行温和抑制。尽管弹性体硅酮具有优异的脱模性能，但是过量紫外固化的确会导致树脂和模具间的永久粘接。因此存在最适紫外曝光的时间窗口，且必须从树脂上以及透过透明模具同时进行曝光。这一窗口必须针对各紫外曝光源分别确定。在时间窗口太短导致手动操作无法精确遵守的情况中，可以通过降低光子流量，例如通过使用较低强度的光源或在树脂上放置玻璃以减弱强度，从而给予更大的容差。
[0098] 图2′显示了SEM图像，(A)：硅烷化的PDMS刻印210和(B)：对应的PUMA复制件220。小图230显示了较高放大倍数下设计的精密细节。图2′A显示了硅烷化的PDMS刻印210的SEM图像，图2′B显示了对应的PUMA复制件220(与刻印同向)。
[0099] 图2显示了SEM图像，(A)：硅烷化的PDMS刻印和(B)：对应的PUMA复制件。小图显示了较高放大倍数下设计的精密细节。图2A显示了硅烷化的PDMS刻印的SEM图像，图2B显示了对应的PUMA复制件(与刻印同向)。
[0100] PUMA复制件220采用按图1′左栏(步骤100、101、105、106、107、和108)所述的两步PDMS转移法制备。复制保真度优异，如图2B的小图230所示低至约2μm。我们注意到PDMS刻印210的SEM图像显示了显著的表面开裂211，这些开裂211的长度足以肉眼可见，但它们显得非常精细且浅表。我们在SEM样品制备中通过氧等离子体处理或薄Au/Pd涂层的溅射使PDMS经受等离子体轰击，在其SEM图像中一致地观察到这一表面开裂现象。大多数情况下，PUMA复制件220中未见这些表面开裂。
[0101] PUMA复制件采用按图1左栏所述的两步PDMS转移法制备。复制保真度优异，如图2B的小图所示低至约2μm。我们注意到PDMS刻印的SEM图像显示了显著的表面开裂，这些开裂的长度足以肉眼可见，但它们显得非常精细且浅表。我们在SEM样品制备中通过氧等离子体处理或薄Au/Pd涂层的溅射使PDMS经受等离子体轰击，在其SEM图像中一致地观察到这一表面开裂现象。大多数情况下，PUMA复制件中未见这些表面开裂。
[0102] 图3′显示了不同PUMA复制件310、320、330、340的SEM图像。图3′(A)显示2μm(高)x 4μm(宽)的收缩体(constriction)312。图3′(B)显示了双层通道结构(水平通道322：3μm(宽)x 3μm(高)；竖直通道321：10μm(宽)x 10μm(高))。图3′(C)显示了由不同宽度的实心壁(332、333)和规则间隔柱331组成的测试样式。图3′(D)显示了(C)中所示高纵横比柱331的侧视图。
[0103] 图3显示了不同PUMA复制件的SEM图像。图3(A)显示2μm(高)x 4μm(宽)的收缩体。图3(B)显示了双层通道结构(水平通道：3μm(宽)x 3μm(高)；竖直通道：10μm(宽)x 10μm(高))。图3(C)显示了由不同宽度的实心壁和规则间隔柱组成的测试图案。图3(D)显示了(C)中所示高纵横比柱的侧视图。
[0104] 具体地，图3′显示了微结构复制成PUMA的更多SEM图像。图3′A显示了高2μm、颈宽4μm的微通道收缩体312的PUMA复制件310。如SEM图像所示，通道锥形311的细节得以很好地保留。图3′B为双层结构：两个正交的通道321和322高度不同，水平通道322为3μm(宽)x 3μm(高)，而竖直通道321为10μm(宽)x 10μm(高))。双层结构未对脱模步骤造成任何问题。
[0105] 具体地，图3显示了微结构复制成PUMA的更多SEM图像。图3A显示了高2μm、颈宽4μm的微通道收缩体的PUMA复制件。如SEM图像所示，通道锥形细节得以很好地保留。图3B为双层结构：两个正交的通道高度不同，水平通道为3μm(宽)x 3μm(高)，而竖直通道为10μm(宽)x 10μm(高))。双层结构未对脱模步骤造成任何问题。
[0106] 图3′C显示了PUMA中复制的由不同宽度的实心壁(332和333)和间隔(334和335)交错组成的测试图案的SEM图像。与图3′A和3′B所示复制件(310和320)不同，图3′C中的复制件330按照图1显示过程的右栏(步骤120、122、105、106、107、和108)制得，换言之，复制过程开始于DRIE刻蚀的硅母模121。该测试图案用于测试(1)紫外交联是否可能因结构密度而非均一、(2)密集结构在脱模时是否会更易损坏。微结构的高度约为40μm。图3′D是图3′C下半部分的柱331的剖面图：这些紧密间隔的柱341具有清晰的侧壁，没有倾斜或膨胀的迹象。这一情况中实现的纵横比(高/宽)约为3.5。
[0107] 图3C显示了PUMA中复制的由不同宽度的实心壁和间隔交错组成的测试图案。与图3A和3B所示复制件不同，图3C中的复制件按照图1显示过程的右栏制得，换言之，复制过程开始于DRIE刻蚀的硅母模。该测试图案用于测试(1)紫外交联是否可能因结构密度而非均一、(2)密集结构在脱模时是否会更易损坏。微结构的高度约为40μm。图3D是图3C下半部分的柱的剖面图：这些紧密间隔的柱具有清晰的侧壁，没有倾斜或膨胀的迹象。这一情况中实现的纵横比(高/宽)约为3.5。
[0108] 接触角。为与文献值比较，在我们的设定中，测得水在天然PDMS上的接触角为102°，这与Hillborg等的报道一致。紫外固化的PUMA基材的接触角为72°，其亲水性与PDMS相比显著较高。该数值很接近聚氨酯的报道值，聚氨酯是本文树脂的主要成分。氧等离子体的处理将PUMA的接触角进一步降至53°，其也与氧化的聚氨酯的数值相符。通过等离子体处理降低接触角的作用被烘烤逆转，接触角回复到75°，这与天然PUMA基材的值在统计学相符范围内。
[0109] 光学性质。固化的PUMA为光学透明的，折射率为1.504。图4′A显示了PUMA414、PDMS411、玻璃412、和TPE413的透射性质410。图4′B显示了TPE、PUMA、和PDMS的绿色荧光(实线；432、433、435；510-565nm，λ发射＝488nm)和红色荧光(虚线；431、434、436；660-711nm，λ发射＝633nm)强度。小图：各聚合物的自发荧光最大值(初始值)。
[0110] 光学性质。固化的PUMA为光学透明的，折射率为1.504。图4(A)显示了PUMA、PDMS、玻璃、和TPE的透射性质。图4(B)显示了TPE、PUMA、和PDMS的绿色荧光(实线；510-565nm，λ发射＝488nm)和红色荧光(虚线；660-711nm，λ发射＝633nm)强度。小图：各聚合物的自发荧光最大值(初始值)。
[0111] 在一种实施方式中，用于积累生物实体的装置包括流动通道，通道至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内。在另一种实施方式中，用于积累生物实体的装置包括流动通道，通道至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内，其中聚合物包括聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)。在另一种实施方式中，用于积累生物实体的装置包括流动通道，通道至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内，其中聚合物包括氨基甲酸酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、硅酮、或其组合。
[0112] 在另一种实施方式中，用于积累生物实体的装置包括流动通道，通道至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内，其中聚合物根据注射测试、皮内测试、植入测试、或其组合定为生物相容性的。
[0113] 在一种实施方式中，用于积累生物实体的装置包括流动通道，通道至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内，其中壁通过交联医用级粘合剂形成。
[0114] 在一种实施方式中，用于积累生物实体的装置包括流动通道，通道至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内，其中聚合物吸收波长在300-500纳米之间的辐射。在另一种实施方式中，用于积累生物实体的装置包括流动通道，通道至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内，其中聚合物吸收波长在350-500纳米之间的辐射。
[0115] 在一种实施方式中，用于积累生物实体的装置包括流动通道，通道至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内，其中聚合物吸收超过20％的波长在300-500纳米之间的辐射，或在另一种实施方式中，波长在350-500纳米之间的辐射。如图4′A的迹线412所示，在300-500纳米之间，PDMS透过超过80％且不吸收超过20％的辐射。
[0116] 在又一种实施方式中，用于积累生物实体的装置包括流动通道，通道至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内，其中聚合物吸收低于20％的波长在500-1000纳米之间的辐射但吸收超过20％的波长在350-500纳米之间的辐射。图4′A所示PUMA树脂所制壁的透射表明，在可见光谱范围(500-1000纳米)内为光学透明(透射＞
80％)，在紫外范围(350-500纳米)由于树脂吸收辐射而迅速成为不透明(不透射)。
80％)，在紫外范围(350-500纳米)由于树脂吸收辐射而迅速成为不透明(不透射)。
[0117] 图4′A绘制了200-1000纳米波长的光通过PUMA的透射，该材料构成了通道壁。在300-500纳米范围内，透射陡然下降，表明紫外辐射的强烈吸收。
[0118] 图4′A绘制了200-1000纳米范围通过PUMA的透射(迹线414)，以及TPE(迹线413)、PDMS(迹线411)、和玻璃(迹线412)的透射。在可见光范围内，PUMA具有与玻璃相似的光学透明度；然而，由于用于交联的紫外光引发剂的高度残留存在，预期在紫外区域有强烈的吸收。
[0119] 图4A绘制了200-1000纳米范围通过PUMA的透射，以及TPE、PDMS、和玻璃的透射。在可见光范围内，PUMA具有与玻璃相似的光学透明度；然而，由于存在用于交联的紫外光引发剂，自然会预期在紫外区域有强烈的吸收。因此，PUMA与TPE相似，不太适合紫外吸收的应用。
[0120] 在一种实施方式中，用于积累生物实体的装置包括流动通道，通道至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内，其中壁不会自发荧光。例如，在一些实施方式中，壁在488纳米照射下无自发荧光。在其它实施方式中，壁在633纳米照射下无自发荧光。
[0121] 图4′B显示了聚合物基材在488和633纳米激发下的自发荧光。与其它塑料材料的观察一致，所有三种聚合物基材的自发荧光水平(431、432、433、434、435、436)随时间衰减。图4′B的小图比较了PDMS(424、425)、PUMA(422、423)、和TPE(426、427)的自发荧光水平最大值：PUMA显示的自发荧光低于TPE但高于PDMS。该自发荧光水平适于大多数涉及荧光检测的应用。然而，对于高灵敏度单分子研究，可以采用能有效排除基材背景信号的共聚焦检测几何结构。
[0122] 图4B显示了聚合物基材在488和633纳米激发下的自发荧光。与其它塑料材料的观察一致，所有三种聚合物基材的自发荧光水平随时间衰减。图4B的小图比较了PDMS、PUMA、和TPE的自发荧光水平最大值：PUMA显示的自发荧光低于TPE但高于PDMS。该自发荧光水平适于大多数涉及荧光检测的应用。然而，对于高灵敏度单分子研究，应当采用能有效排除基材背景信号的共聚焦检测几何结构。
[0123] 在一种实施方式中，用于积累生物实体的装置包括流动通道，通道至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内，其中壁耐油、酸或碱。例如，壁可以耐矿物油、电子氟化液油、全氟萘烷、或硅油。
[0124] 溶剂相容性。表2列出了PUMA盘在各化学品中所观察到的溶胀比(swelling ratio)。
[0125] 表2.
[0126]
[0127] 发现PUMA极耐染料、酸、碱、水、甲醛、矿物油、硅油、电子氟化液、和全氟萘烷。尽管大多数纯度100％的溶剂导致PUMA溶胀，但是PUMA在丙酮和乙腈中的溶胀比低于TPE。我们注意到对于低分子量的醇，例如甲醇和乙醇，PUMA显示出比聚氨酯本身更多的溶胀，聚氨酯的溶胀比约为1.1。
[0128] 图5′显示了在(A)全氟萘烷，(B)四氢呋喃，(C)异丙醇，和(D)25μM罗丹明B中浸24小时后的PUMA盘510、520、530、和540(533-nm激发下的荧光图像)。图5′选择显示了PUMA盘510、520、530、和540在不同有机化合物和染料中浸没24小时后的图像，以显示浸没的效果。与水不混溶的油对PUMA盘510没有影响(图5′A)。我们还进行了PUMA的补充测试，将样品在矿物油、电子氟化液、全氟萘烷中加热到90℃；未观察到明显的圆面积变化或溶解。因此，PUMA可与滴式微流体的浸没应用兼容，这些应用中采用了很多这些油类。另一方面，在醇、庚烷、DMSO中观察到明显的溶胀，特别是在四氢呋喃中，观察到严重的开裂(图5′B，盘520)。对一些溶剂，与导致均相的膨胀相反，浸没导致一些盘530在中心形成凹陷532(图5′C，浸入异丙醇)。这可能是由于较慢的渗透率使得24小时后盘的中心仍基本未受影响所致。
[0129] 图5显示了在(A)全氟萘烷，(B)四氢呋喃，(C)异丙醇，和(D)25μM罗丹明B中浸24小时后的PUMA盘(533-nm激发下的荧光图像)。图5选择显示了PUMA盘在不同有机化合物和染料中浸没24小时后的图像，以显示浸没的效果。与水不混溶的油对PUMA盘没有影响(图5A)。我们还进行了PUMA的补充测试，将样品在矿物油、电子氟化液、全氟萘烷中加热到90℃；未观察到明显的圆面积变化或溶解。这一事实使得PUMA可与滴式微流体的浸没应用兼容，这些应用中采用了很多这些油类。另一方面，在醇、庚烷、DMSO中观察到明显的溶胀，特别是在四氢呋喃中，观察到严重的开裂(图5B)。对一些溶剂，与导致均相的膨胀相反，浸没导致一些盘在中心形成凹陷(图5C，浸入异丙醇)。这可能是由于较慢的渗透率使得24小时后盘的中心仍基本未受影响所致。
[0130] 在浸没在25μM罗丹明B(图5′D)中的PUMA盘540中观察到染料渗透，但未观察到荧光素的渗透。罗丹明B的染料渗透是令人失望的，但并非意外的，因为已知罗丹明B能渗透大多数聚合物材料。
[0131] 在浸没在25μM罗丹明B(图5D)中的PUMA盘中观察到染料渗透，但未观察到荧光素的渗透。罗丹明B的染料渗透是令人失望的，但并非意外的，因为已知罗丹明B能渗透大多数聚合物材料。
[0132] 在一种实施方式中，用于积累生物实体的装置包括流动通道，通道至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内，其中流动通道产生电动流。
[0133] 电渗流。图6′A显示了EOF实验的电流。图6′显示了PUMA基材的电动力学性质。图6′A为用于EOF测量的电路示意图。(601：-2kV Standford PS350电源；602：具有50μm(高)x 50μm(宽)x 3cm(长)通道606并装有硼酸盐缓冲液的PUMA芯片；603：100k′Ω电阻；604：Keithley 6485微微安表；605：用于获取数据的PC)。图6′B显示了电动力学推动流动的电流迹线611、612、和613。小图620显示了veof测量的统计分布；N＝
68。图6′C显示了电流迹线631和632与所施加的电场的关系。图6′D绘制了veof(641)与PUMA芯片的粘接后存期的关系。天然PUMA显示了很强的电渗迁移性；EOF向阴极移动，与在PDMS、玻璃、和TPE中的方向相同。这表明在所用的缓冲环境下，天然PUMA的表面也带-4 2 -1 -1
负电。在硼酸盐缓冲液中，PUMA的电渗迁移性veof为5.5x10 cmV sec ，与熔融石英毛细管大致相当；图6′B的小图(620)显示了电渗迁移性测量的统计分布。其数值比文献报道的热固化的聚氨酯的数值高约2倍。图6′B显示了当阳极储器中换成20mM硼酸盐缓冲液时，电流611、612、和613被稳定化的情况。随着EOF推动阳极储器中的20mM缓冲溶液置换通道中原有的10mM缓冲液，离子强度升高并导致电流增加，直至整个通道充满20mM缓冲液。随着电场从200V/cm增至667V/cm(我们所用电源的最大输出)，达到新的稳态的时间如预期的那样缩短。在我们施加的电场范围内，未发现任何焦耳加热(Joule heating)现象。图6′C绘制了使用10和20mM硼酸盐缓冲液测得的电流631和632与所施加电场的关系。它们的关系直到667V/cm都是线性的，表明没有因焦耳加热而改变离子传导性。
68。图6′C显示了电流迹线631和632与所施加的电场的关系。图6′D绘制了veof(641)与PUMA芯片的粘接后存期的关系。天然PUMA显示了很强的电渗迁移性；EOF向阴极移动，与在PDMS、玻璃、和TPE中的方向相同。这表明在所用的缓冲环境下，天然PUMA的表面也带-4 2 -1 -1
负电。在硼酸盐缓冲液中，PUMA的电渗迁移性veof为5.5x10 cmV sec ，与熔融石英毛细管大致相当；图6′B的小图(620)显示了电渗迁移性测量的统计分布。其数值比文献报道的热固化的聚氨酯的数值高约2倍。图6′B显示了当阳极储器中换成20mM硼酸盐缓冲液时，电流611、612、和613被稳定化的情况。随着EOF推动阳极储器中的20mM缓冲溶液置换通道中原有的10mM缓冲液，离子强度升高并导致电流增加，直至整个通道充满20mM缓冲液。随着电场从200V/cm增至667V/cm(我们所用电源的最大输出)，达到新的稳态的时间如预期的那样缩短。在我们施加的电场范围内，未发现任何焦耳加热(Joule heating)现象。图6′C绘制了使用10和20mM硼酸盐缓冲液测得的电流631和632与所施加电场的关系。它们的关系直到667V/cm都是线性的，表明没有因焦耳加热而改变离子传导性。
[0134] 电渗流。图6A显示了EOF实验的电流。图6显示了PUMA基材的电动力学性质。图6(A)为用于EOF测量的电路示意图。(1：-2kV Standford PS350电源；2：具有50μm(高)x 50μm(宽)x 3cm(长)通道并装有硼酸盐缓冲液的PUMA芯片；3：100k′Ω电阻；4：
Keithley 6485微微安表；5：用于获取数据的PC)。图6(B)显示电动力学推动流动的电流迹线。小图显示了veof测量的统计分布；N＝68。(C)为电流迹线与所施加电场的关系。图
6(D)绘制了veof与PUMA芯片的粘接后存期的关系。天然PUMA显示了很强的电渗迁移性；
EOF向阴极移动，与在PDMS、玻璃、和TPE中的方向相同。这表明在所用的缓冲环境下，天然-4 2 -1 -1
PUMA的表面也带负电。在硼酸盐缓冲液中，PUMA的电渗迁移性veof为5.5x10 cmV sec ，与熔融石英毛细管大致相当；图6B的小图显示了电渗迁移性测量的统计分布。其数值比文献报道的热固化的聚氨酯的数值高约2倍。图6B显示了当阳极储器中换成20mM硼酸盐缓冲液时，电流被稳定化的情况。随着EOF推动阳极储器中的20mM缓冲溶液置换通道中原有的10mM缓冲液，离子强度升高并导致电流增加，直至整个通道充满20mM缓冲液。随着电场从200V/cm增至667V/cm(我们所用电源的最大输出)，达到新的稳态的时间如预期的那样缩短。在我们施加的电场范围内，未发现任何焦耳加热现象。图6C绘制了使用10和20mM硼酸盐缓冲液测得的电流与所施加电场的关系。它们的关系直到667V/cm都是线性的，表明没有因焦耳加热改变离子传导性。
Keithley 6485微微安表；5：用于获取数据的PC)。图6(B)显示电动力学推动流动的电流迹线。小图显示了veof测量的统计分布；N＝68。(C)为电流迹线与所施加电场的关系。图
6(D)绘制了veof与PUMA芯片的粘接后存期的关系。天然PUMA显示了很强的电渗迁移性；
EOF向阴极移动，与在PDMS、玻璃、和TPE中的方向相同。这表明在所用的缓冲环境下，天然-4 2 -1 -1
PUMA的表面也带负电。在硼酸盐缓冲液中，PUMA的电渗迁移性veof为5.5x10 cmV sec ，与熔融石英毛细管大致相当；图6B的小图显示了电渗迁移性测量的统计分布。其数值比文献报道的热固化的聚氨酯的数值高约2倍。图6B显示了当阳极储器中换成20mM硼酸盐缓冲液时，电流被稳定化的情况。随着EOF推动阳极储器中的20mM缓冲溶液置换通道中原有的10mM缓冲液，离子强度升高并导致电流增加，直至整个通道充满20mM缓冲液。随着电场从200V/cm增至667V/cm(我们所用电源的最大输出)，达到新的稳态的时间如预期的那样缩短。在我们施加的电场范围内，未发现任何焦耳加热现象。图6C绘制了使用10和20mM硼酸盐缓冲液测得的电流与所施加电场的关系。它们的关系直到667V/cm都是线性的，表明没有因焦耳加热改变离子传导性。
[0135] 与PDMS或TPE不同，PUMA表面无需氧化以获得高EOF，此外，制备后的电渗迁移性非常稳定。图6′D显示制备后在不同日期测得的电渗迁移性641；为避免与从单次生产运行中的取样相关的系统性取样误差，在各测试中从三次生产运行中选取不同存期的不同芯片。如图6′D所示，就芯片存期最长达12天而言，均值(水平线641)不变。然而，我们注意到气泡破坏测量的频率随着芯片的老化而提高。尽管我们不知道这一现象的确切原因，我们已经非常小心地在使用前将所有溶液超声处理并在显微镜检查下虹吸去除任何可见的气泡，以排除气泡的常见来源。我们推测，将PUMA芯片保存在氮气或真空中可能有助于降低气泡产生的发生。
[0136] 与PDMS或TPE不同，PUMA表面无需氧化以获得高EOF，此外，制备后的电渗迁移性非常稳定。图6D显示制备后在不同日期测得的电渗迁移性；为避免与从单次生产运行中取样相关的系统性取样误差，在各测试中从三次生产运行中选取不同存期的不同芯片。如图6D所示，就芯片存期最长达12天而言，均值(水平线)不变。然而，我们注意到气泡破坏测量的频率随着芯片的老化而提高。尽管我们不知道这一现象的确切原因，我们已经非常小心地将所有溶液在使用前超声处理并在显微镜检查下虹吸去除任何可见的气泡，以排除气泡的常见来源。我们推测，将PUMA芯片保存在氮气或真空中可能有助于降低气泡产生的发生。
[0137] 在一种实施方式中，用于积累生物实体的装置包括流动通道，通道至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内，其中所述装置用于临床诊断。
[0138] PUMA对于临床状况中所用一次性微流体装置的制造是一种很有前途的材料。由于原料已经认证为符合USP VI级，其化学惰性，工作温度、生物相容性、和可灭菌性已被充分表征，且可预期由该材料制造的装置能满足管理批准的要求。本文报道了一种精细调节的生产工艺，即便是高密度和高纵横比的微结构，该工艺也能提供高保真微结构复制。该生产工艺可以基于现有的用SU-8对硅母模或者用DRIE刻蚀的硅母模制得的PDMS模具。PUMA提供了可见区域的光学透明度并且是非弹性体的。其表面性质与PDMS相比是高度稳定的。PUMA表面主要由聚氨酯组成，可以预期其具有与聚氨酯类似的耐生物淤积性。紫外固化过程用时数分钟(在我们的过程中＜2分钟，且为了连续生产中紫外剂量精确定量，紫外光源可以固定在传送带上)，而不是热固化所要求的数小时，预期紫外固化能导致更高的生产量，这是降低一次性微流体装置的生产成本所需要的。此外，由于PUMA是热塑性的，粘接形成封闭的微流体装置是简单且可靠的。在本例中，我们简单地将保形密封的芯片放在紫外光源中一段时间。超声焊接、快速变温红外箱(例如，在电路板修复中常用于回流焊料)、或其它商业化非溶剂结合方法可在质量控制中提供额外的优势。加上这些特性，我们预期PUMA是制造基于微流体的一次性诊断装置的有用基材。
[0139] 上述报道的是新型可紫外固化的聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)树脂的实施方式，该材料为非弹性体的，作为一次性微流体基材，特别是用于临床诊断应用中，具有优异的品质。该PUMA基材是光学透明、耐生物淤积、与微流体应用中所用的很多化学品兼容、可固化成典型厚度(约为玻片的厚度)、可容易地粘接形成封闭装置、并无需表面修饰就能产生与熔融石英毛细管相当的电渗流。该PUMA树脂已由供应商认证为符合美国药典(USP)VI级，其化学惰性、工作温度、生物相容性、可灭菌性(制造医用诊断装置必须的所有品质)都已经过充分测试。
[0140] 本申请还公开了一种形成封闭微流体流动通道的方法，其包括：
[0141] 将已形成的基材从模具脱离；
[0142] 提供真空将形成的基材压向表面；和
[0143] 提供能量以在形成的基材和该表面之间形成密封。
[0144] 在一种实施方式中，微流体流动通道设置为供生物实体流动。
[0145] 在一种实施方式中，形成的基材包含聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)。
[0146] 在一种实施方式中，该形成的基材通过将树脂暴露于辐射而形成。在另一种实施方式中，该形成的基材通过将树脂暴露于辐射而形成，其中所述辐射的波长在300-500纳米。在又一种实施方式中，该形成的基材通过将树脂暴露于辐射而形成，其中所述树脂包含氨基甲酸酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、硅酮、或其组合。
[0147] 在一种实施方式中，该形成的基材通过以大于90度角牵拉而从模具脱离。在另一种实施方式中，该形成的基材通过采用真空抽吸而从模具脱离。
[0148] 在一些实施方式中，所提供的将形成的基材压向表面的真空包含在可变形的囊或袋内。在一种实施方式中，所述可变形的囊或袋包封住形成的基材和表面。
[0149] 在一种实施方式中，用以在形成的基材和表面之间形成密封的能量是紫外辐射。在另一种实施方式中，用以在形成的基材和表面之间形成密封的能量是热能或红外辐射。
在又一种实施方式中，用以在形成的基材和表面之间形成密封的能量是氧化能。
在又一种实施方式中，用以在形成的基材和表面之间形成密封的能量是氧化能。
[0150] 下面的讨论着重于紫外浇铸PUMA树脂的后端步骤-脱模、粘接、和与外部流体输送的相互连接。在脱模过程中，高纵横比微结构易于受剪切引发而损坏，而在粘接过程中，它们易于发生与压缩相关的损坏。这两个步骤中的损失不应和紫外浇铸的产率相混，一旦紫外剂量和树脂厚度适当优化后，紫外浇铸的产率是高度一致的。我们投入了大量努力以解决脱模和粘接步骤中的问题，并开发了消除复制所得微结构的不一致性和偶然性损坏的技术。结果是质量控制的提高和产率的改善。这些技术还可容易地调整用于商业规模的生产。
[0151] 实验
[0152] 参见图7′，按前人所述的快速原型制作过程制得聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具711，不同的是，制模的母模是由深度反应离子刻蚀(DRIE)制得的硅晶片，用(十三氟-1，
1，2，2-四氢辛基)三氯硅烷处理过夜使模具硅烷化。在PDMS模具711上分配3毫米厚的PUMA树脂712(Dymax 140-M，康涅狄格州托灵顿)，然后用粘在透明聚丙烯背板714(8密耳厚)上的玻璃纸片715覆盖以避免交联反应的氧抑制(图7′A)。
1，2，2-四氢辛基)三氯硅烷处理过夜使模具硅烷化。在PDMS模具711上分配3毫米厚的PUMA树脂712(Dymax 140-M，康涅狄格州托灵顿)，然后用粘在透明聚丙烯背板714(8密耳厚)上的玻璃纸片715覆盖以避免交联反应的氧抑制(图7′A)。
[0153] 聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具按前人所述的快速原型制作过程制得，不同的是，制模的母模为由深度反应离子刻蚀(DRIE)制得的硅晶片，用(十三氟-1，1，2，2-四氢辛基)三氯硅烷处理过夜使模具硅烷化。在PDMS模具上分配3毫米厚的PUMA树脂(Dymax 140-M，康涅狄格州托灵顿)，然后用粘在透明聚丙烯背板(8密耳厚)上的玻璃纸片覆盖以避免交联反应的氧抑制(图7A)。
[0154] 具体地，图7′A显示了PUMA芯片的模塑和固化的布局图。PDMS模具711具有深度2mm的凹陷，模具内装有PUMA树脂712并包埋PTFE柱713。树脂顶部用透明的聚丙烯片714和界面玻璃纸(或Aclar)片715覆盖，其可在树脂固化后撕去。711：PDMS模具；712：
PUMA树脂；713：PTFE柱；714：透明聚丙烯片；715：玻璃纸(或Aclar)。图7′B的示意图显示了连接外部管件与芯片的两种方法。左：具有1/8英寸孔的PUMA芯片721可用1/8英寸外径的聚氨酯管723连接到倒钩连接器722；可以在管周围分配额外的PUMA树脂724防止渗漏。右：具有1/8英寸孔的PUMA芯片731可与1/16英寸外径的PTFE管735连接。
731：PUMA基材；735：1/16英寸外径的PTFE管；736：聚烯烃热收缩件；737：扣环；734：额外的粘合剂；733：1/8英寸外径的聚氨酯管；734：额外的PUMA树脂。
PUMA树脂；713：PTFE柱；714：透明聚丙烯片；715：玻璃纸(或Aclar)。图7′B的示意图显示了连接外部管件与芯片的两种方法。左：具有1/8英寸孔的PUMA芯片721可用1/8英寸外径的聚氨酯管723连接到倒钩连接器722；可以在管周围分配额外的PUMA树脂724防止渗漏。右：具有1/8英寸孔的PUMA芯片731可与1/16英寸外径的PTFE管735连接。
731：PUMA基材；735：1/16英寸外径的PTFE管；736：聚烯烃热收缩件；737：扣环；734：额外的粘合剂；733：1/8英寸外径的聚氨酯管；734：额外的PUMA树脂。
[0155] 具体地，图7(A)显示了PUMA芯片的模塑和固化的布局图。PDMS模具1具有深度2mm的凹陷，模具内装有PUMA树脂2并包埋PTFE柱3。树脂顶部用透明的聚丙烯片4和界面玻璃纸(或Aclar)片5覆盖，其可在树脂固化后撕去。1：PDMS模具；2：PUMA树脂；3：
PTFE柱；4：透明聚丙烯片；5：玻璃纸(或Aclar)。图7(B)的示意图显示了连接外部管件与芯片的两种方法。左：具有1/8英寸孔的PUMA芯片1可用1/8英寸外径的聚氨酯管3连接到倒钩连接器2；可以在管周围分配额外的PUMA树脂4防止渗漏。右：具有1/8英寸孔的PUMA芯片5可与外径1/16英寸的PTFE管6连接。5：PUMA基材；6：外径1/16英寸的PTFE管；7：聚烯烃热收缩件；8：扣环；9：额外的粘合剂；10：外径1/8英寸的聚氨酯管；11：
额外的PUMA树脂。
PTFE柱；4：透明聚丙烯片；5：玻璃纸(或Aclar)。图7(B)的示意图显示了连接外部管件与芯片的两种方法。左：具有1/8英寸孔的PUMA芯片1可用1/8英寸外径的聚氨酯管3连接到倒钩连接器2；可以在管周围分配额外的PUMA树脂4防止渗漏。右：具有1/8英寸孔的PUMA芯片5可与外径1/16英寸的PTFE管6连接。5：PUMA基材；6：外径1/16英寸的PTFE管；7：聚烯烃热收缩件；8：扣环；9：额外的粘合剂；10：外径1/8英寸的聚氨酯管；11：
额外的PUMA树脂。
[0156] Aclar片材715(新泽西州莫里斯镇的霍尼韦尔公司)是不含增塑剂的聚氯代三氟乙烯(PCTFE)聚合物，其可在关键应用中用来替代玻璃纸。为形成流体储器或用于外部连接的孔，可以在固化前将PTFE柱713(3mm(直径)x 3mm(高))包埋在PUMA树脂712内。整个装配件在高强度紫外光源(ADAC Cure Zone 2紫外泛光源，装有400W金属卤素灯，在3652
纳米下提供标称强度为80mW/cm)中放置80秒(透过树脂侧曝光)，随后再放置40秒(透过模具曝光)。一旦从模具脱离，就采用温和的机械压力将PUMA基材和另一涂覆有PUMA(固化)的玻璃保形粘接。通过将PUMA芯片于紫外泛光源中再放置10分钟，将该保形粘接转化成永久粘接。
纳米下提供标称强度为80mW/cm)中放置80秒(透过树脂侧曝光)，随后再放置40秒(透过模具曝光)。一旦从模具脱离，就采用温和的机械压力将PUMA基材和另一涂覆有PUMA(固化)的玻璃保形粘接。通过将PUMA芯片于紫外泛光源中再放置10分钟，将该保形粘接转化成永久粘接。
[0157] Aclar片材(新泽西州莫里斯镇的霍尼韦尔公司)是不含增塑剂的聚氯代三氟乙烯(PCTFE)聚合物，其可在关键应用中用来替代玻璃纸。为形成流体储器或用于外部连接的孔，可以在固化前将PTFE柱(3mm(直径)x 3mm(高))包埋在PUMA树脂内。整个装配件在高强度紫外光源(ADAC Cure Zone 2紫外泛光源，装有400W金属卤素灯，在365纳米下2
提供标称强度为80mW/cm)中放置80秒(透过树脂侧曝光)，随后再放置40秒(透过模具曝光)。一旦从模具脱离，就采用温和的机械压力将PUMA基材和另一涂覆有PUMA(固化)的玻璃保形粘接。通过将PUMA芯片于紫外泛光源中再放置10分钟，将该保形粘接转化成永久粘接。
提供标称强度为80mW/cm)中放置80秒(透过树脂侧曝光)，随后再放置40秒(透过模具曝光)。一旦从模具脱离，就采用温和的机械压力将PUMA基材和另一涂覆有PUMA(固化)的玻璃保形粘接。通过将PUMA芯片于紫外泛光源中再放置10分钟，将该保形粘接转化成永久粘接。
[0159] 在各次复制之间，PDMS模具在异丙醇和水中超声处理并在75℃烘烤至少15分钟。
[0160] 结果与讨论
[0161] 流体相互连接。图7′B显示了对接(interfacing)PUMA芯片进行外部流体输送的两种实施例。当我们在涉及高体积流速(1-10mL/min)或高流体阻力的应用中采用由这两种对接方法制得的芯片时，它们可常规经受最高达40psi的压力。图7′B左侧显示了采用90度弯头722使得能简单地连接外部管件。弯头722插入厚壁聚氨酯(PU)管723(1/8英寸外径，1/16英寸内径)，其作为机械锚定对抗剪切。随后，PU管723插入PUMA基材721中的1/8英寸孔(通过包埋PTFE柱或激光切割形成)中并在接口周围分配额外的粘合剂724。这一设计使得能快速的将外部管件从倒钩连接器脱离。
[0162] 流体相互连接。图7B显示了对接PUMA芯片用于外部流体输送的两种实施例。当我们在涉及高体积流速(1-10mL/min)或高流体阻力的应用中采用由这两种对接方法制得的芯片时，它们可常规经受最高达40psi的压力。图7B左侧显示了采用90度弯头使得能简单地连接外部管件。弯头插入厚壁聚氨酯(PU)管(1/8英寸外径，1/16英寸内径)，其作为机械锚定对抗剪切。随后，PU管插入PUMA基材中的1/8英寸孔(通过包埋PTFE柱或激光切割形成)中并在接口周围分配额外的粘合剂。这一设计使得能快速地将管从倒钩连接器脱离。
[0163] 第二种设计(图7′B右侧)显示了将1/16英寸外径(或与BD公司(Becton Dickinson)的PE100管具有相同尺寸)的PTFE管735与PUMA芯片731对接。我们发现传统的常用于对接基于PDMS的微流体装置的聚乙烯(PE)管(例如，PE100)用于PUMA芯片时表现不好，原因是(1)PE表面是抗粘合剂粘接的，以及(2)高度弹性的管在沿纵向牵拉时容易塌陷。我们发现1/16英寸外径的PTFE管是最佳的管件。尽管几乎不能与PTFE管735化学粘接，但是可以通过用聚烯烃热收缩件736包裹外表面避免这一问题。然后，PTFE管735可直接插入1/16英寸直径的孔并用额外的树脂固定、或插入带有补充PU管733(1/8英寸外径)作为剪切锚定的1/8英寸孔并用额外的树脂734固定。
[0164] 第二种设计(图7B右侧)显示了将1/16英寸外径(或与BD公司(BectonDickinson)的PE100管具有相同尺寸)的PTFE管与PUMA芯片对接。我们发现传统的常用于对接基于PDMS的微流体装置的聚乙烯(PE)管(例如，PE100)用于PUMA芯片时表现不好，原因是(1)PE表面是抗粘合剂粘接的，以及(2)高度弹性的管在沿长度方向牵拉时容易塌陷。我们发现1/16英寸外径的PTFE管是最佳的管件。尽管几乎不能与PTFE管化学粘接，但是可以通过用聚烯烃热收缩件包裹外表面避免这一问题。然后，PTFE管可直接插入
1/16英寸直径的孔并用额外的树脂固定、或插入带有补充PU管(1/8英寸外径)作为剪切锚定的1/8英寸孔并用额外的树脂固定。
1/16英寸直径的孔并用额外的树脂固定、或插入带有补充PU管(1/8英寸外径)作为剪切锚定的1/8英寸孔并用额外的树脂固定。
[0165] 与PDMS芯片比较。固化的PUMA树脂的肖氏硬度为D 60，明显比弹性体PDMS更硬(道康宁公司的Sylgard 184的肖氏硬度为A 50)。因为剪切模量低，PDMS不能用作制造自立式、机械易碎结构(特别是未支承的高直立柱或触须)的材料，在重力作用下这些结构会倾斜并倒塌。
[0166] 图8′显示了扫描电子显微镜图像，(A)为紧密间隔的高纵横比柱812和816的阵列的PUMA复制件810，(B)为DRIE制得的与(A)反向的硅母模820，和(C)为由(B)中的硅母模820制得的PDMS复制件830。
[0167] 图8显示了扫描电子显微镜图像，(A)为紧密间隔的高纵横比柱的阵列的PUMA复制件，(B)为DRIE制得的与(A)反向的硅母模，和(C)为由(B)中的硅母模制得的PDMS复制件。
[0168] 图8′显示了可用PUMA但不能用PDMS制造的结构的一种实施例。图8′A显示了PUMA树脂的复制件810的扫描电子显微镜(SEM)图像；用于复制的测试图案由紧密间隔的竖直柱(812和816)和实心壁(811和817)交错构成。结构高度约为40μm且竖直柱(812、816)的纵横比约为3.5。为了在复制或脱模过程中出现方向问题时帮助解决问题，设计中包括了弯曲。由图8′A可见，用PUMA制得的柱(812、816)具有清晰的、未显示倾斜的竖直剖面。
[0169] 图8显示了可用PUMA但不能用PDMS制造的结构的一种实施例。图8A显示了PUMA树脂的复制件的扫描电子显微镜(SEM)图像；用于复制的测试图案由紧密间隔的竖直柱和实心壁交错构成。结构高度约为40μm且竖直柱的纵横比约为3.5。为了在复制或脱模过程中出现方向问题时帮助解决问题，设计中包括了弯曲。由图8A可见，用PUMA制得的柱具有清晰的、未显示倾斜的竖直剖面。
[0170] 图8′B显示了深度反应离子刻蚀(DRIE)制得的硅母模820的SEM图像。母模820具有相反的方向(即凸起变成凹陷)并旨在用PDMS复制与图8′A同向的结构。虽然在硅晶片上用SU-8光致抗蚀剂是更常见的母模制作方式，但由于其难以确保完全除去深的凹陷中未固化的SU-8树脂，所以本文中的母模820采用DRIE制得。深的凹陷中SU-8的存在会造成复制的PDMS中的结构收缩，这种收缩无法和凹陷中PDMS的不完全填充相区分。
图8′C显示用图8′B中的硅母模820模制的PDMS 830。人们会马上注意到，尽管PDMS柱(831、831)与长的曲壁高度相同，表明复制成功，但它们无法支承自身重量并因此倾倒。
预期低纵横比的PDMS微通道也会在其自身重量下倒塌或下垂。
图8′C显示用图8′B中的硅母模820模制的PDMS 830。人们会马上注意到，尽管PDMS柱(831、831)与长的曲壁高度相同，表明复制成功，但它们无法支承自身重量并因此倾倒。
预期低纵横比的PDMS微通道也会在其自身重量下倒塌或下垂。
[0171] 图8B显示了深度反应离子刻蚀(DRIE)制得的硅母模的SEM图像。这种母模具有相反的方向(即凸起变成凹陷)并旨在用PDMS复制与图8A同向的结构。虽然在硅晶片上用SU-8光致抗蚀剂是更常见的母模制作方式，但由于其难以确保完全除去深的凹陷中未固化的SU-8树脂，所以本文中母模采用DRIE制得。深的凹陷中SU-8的存在会造成复制的PDMS中结构的收缩，这种收缩无法和凹陷中PDMS的不完全填充相区分。图8C显示用图8B中的硅母模模制的PDMS。人们会马上注意到，尽管PDMS柱与长的曲壁高度相同，表明复制成功，但它们无法支承自身重量并因此倾倒。预期低纵横比的PDMS微通道也会在其自身重量下倒塌或下垂。
[0172] 脱模过程。我们发现，对于低纵横比(高/宽＜1)结构，可以通过(1)将模具轻轻地从固化的树脂剥离或(2)在树脂和模具之间楔入手术刀以轻轻抬起树脂，使固化的PUMA树脂从PDMS模具脱离。这种情况下，脱模过程中损坏凸起结构的可能性很低。然而，对于高纵横比的结构，特别是那些由于缺乏支承而机械易碎的结构，脱模过程在芯片产率中起到关键作用。
[0173] 为了改善脱模过程，我们尝试了多种PDMS表面修饰过程(例如等离子体氧化、用(十三氟-1，1，2，2-四氢辛基)三氯硅烷进行硅烷化、和涂覆薄层表面活性剂例如正十二烷基-β-D-麦芽糖苷(DDM)、Gransurf 71、和Gransurf77)。这些表面修饰技术没有改善复制过程，在硅烷化的情况中，PUMA树脂表面的疏水性太高以致不能适当润湿。我们还尝试研究热膨胀(例如快速冷冻到-80℃或加热)中的差异：热处理导致PDMS在与固化的树脂相反的方向翘曲，但固化的树脂也与翘曲的PDMS全面贴合。得到的结果是翘曲的PUMA树脂，使得后续与平面基材的保形密封无法进行。
[0174] 在一种实施方式中，形成并封闭微流体流动通道的方法包括使形成的基材从模具脱离，其中形成的基材通过以大于90度角牵拉而从模具脱离。在另一种实施方式中，形成并封闭微流体流动通道的方法包括使形成的基材从模具脱离，其中形成的基材通过以大于120度角牵拉而从模具脱离，或者在另一种实施方式中，以大于150度角或大于180度角牵拉。
[0175] 在某些实施方式中，形成并封闭微流体流动通道的方法包括使形成的基材从模具脱离，其中形成的基材采用真空抽吸从模具脱离。
[0176] 本文还描述了以大于90度角施加反向真空吸力使形成的基材从模具脱离的设备和方法。就图9′讨论的这种设备和方法通过尽可能减少剪切面的偶然性移动而显著降低对复制的微结构和通道的机械损伤。
[0177] 不希望局限于任何具体的机理，在脱模过程中必须抑制偶然性机械剪切，我们设计了一种简单的牵拉工作站将使固化的树脂与PDMS模具分离。通过精确控制分离的方向和速度，最大程度减少对微结构的损伤。
[0178] 图9′显示了定制设计的用于使PUMA基材921从PDMS模具922精确脱离的脱模拉出器911。拉动杠杆912时拉出器911下移；放松杠杆912后，其弹簧加载的动作上移，确保PUMA基材921以恰好180度(方向919)从PDMS模具922拉出。1英寸直径的乙烯基类吸盘914经钻孔、搭接、并通过1/8英寸(内径)的Tygon管913与真空泵相连。下面搭接有反向吸盘915，同样与真空917连接。用金属基座916将反向吸盘915固定在工作站910上。
[0179] 图9显示了定制设计的用于使PUMA芯片从PDMS模具精确脱离的脱模拉出器。拉动杠杆时工作站下移；放松杠杆后，其弹簧加载的动作上移，确保PUMA芯片以恰好180度从PDMS模具拉出。灰色显示表示标准Dremel工作站组件1。1英寸直径的乙烯基类吸盘2经钻孔、搭接、并通过1/8英寸(内径)的Tygon管与真空泵相连。下面搭接有反向吸盘
3，同样与真空连接。用金属基座4将反向吸盘固定在工作站上。
3，同样与真空连接。用金属基座4将反向吸盘固定在工作站上。
[0180] 图9′显示了牵拉工作站911的示意图。该装置是基于Dremel工作站220-01的组件910，该组件用于台式钻床。工作站具有加载弹簧的杠杆912以控制沿轴的竖直移动；放松杠杆912后，上部固件向上移动直至遇到限位器。1英寸直径的乙烯基类吸盘914被固定于上部固件以连接PUMA基材921，用于连接PDMS模具922的第二乙烯基类吸盘915被固定于金属基座916。通过在吸盘914和915底部钻出通孔(1/16英寸直径)用于连接隔膜真空泵。
[0181] 图9显示了牵拉工作站的示意图。该装置是基于Dremel工作站220-01的组件，该组件用于台式钻床。工作站具有加载弹簧的杠杆以控制沿轴的竖直移动；放松杠杆后，上部固件向上移动直至遇到限位器。1英寸直径的乙烯基类吸盘被固定于上部固件以连接PUMA芯片，用于连接PDMS模具的第二乙烯基类吸盘被固定于金属基座。通过在吸盘底部钻出通孔(1/16英寸直径)用于连接隔膜真空泵。
[0182] 紫外固化后，将PUMA-PDMS组件(920、921和922)放在底部吸盘915上并打开真空泵。底部吸盘915将PDMS模具922保持在原位，同时上部吸盘914缓缓向下与固化的树脂(已形成的基材)921顶部的透明聚丙烯盖920接触。速度应当足够慢，使得施加在已形成的基材921上的向下压力尽可能小。真空计从大气压力降至泵的最终压力时，表明在上部吸盘914和聚丙烯盖920之间实现良好的真空密封，放松加载弹簧的杠杆912，将已形成的基材921和模具922拉开。
[0183] 紫外固化后，将PUMA-PDMS组件放在底部吸盘上并打开真空泵。底部吸盘将PDMS模具保持在原位，同时上部吸盘缓缓向下与固化的树脂顶部的透明聚丙烯盖接触。速度应当足够慢，使得施加在树脂上的向下压力尽可能小。真空计从大气压力降至泵的最终压力时，表明在上部吸盘和聚丙烯盖之间实现良好的真空密封，放松加载弹簧的杠杆将树脂和模具拉开。
[0184] 在设计牵拉工作站911时，我们注意到下列事项：(1)上部吸盘914和底部吸盘915必须正确对齐使得力均匀分布，和(2)所有部件必须牢固地固定以避免水平方向(微结构的剪切面)的偶然性振动或移动。脱模速度(越快越好)也有助于减少缺陷。
[0185] 在设计牵拉工作站时，我们注意到下列事项：(1)上部吸盘和底部吸盘必须正确对齐使得力均匀分布，和(2)所有部件必须牢固地固定以避免水平方向(微结构的剪切面)的偶然性振动或移动。脱模速度(越快越好)也有助于减少缺陷。
[0186] 图10′A显示在立体镜下常观察到高纵横比结构复制的缺陷。波形壁1011常由于各复制操作之间PDMS模具清洗不充分所造成，其中规则阵列中的不规则黑点1012表明结构间相互倾斜(使PUMA从PDMS模具脱离时的机械损伤)。
[0187] 图10′B是受损的高纵横比柱1021的SEM图像1020；未使用真空拉出器。图10′C是采用上文所述的真空拉出器完美脱模的PUMA基材1030的光学图像。
[0188] 图10(A)显示在立体镜下常观察到高纵横比结构复制的缺陷。波形壁1通常由于各次复制运行之间PDMA模具的不充分清洁造成，而在规则阵列中的不规则黑点2表明结构间相互倾斜(使PUMA从PDMS模具脱离过程中的机械损伤)。图10(B)是受损的高纵横比柱的SEM图像；未使用真空拉出器。图10(C)是采用上文所述真空拉出器完美脱模的PUMA芯片的光学图像。
[0189] 图10′显示拉出器对脱模的改善。图10′A是立体镜下不借助拉出器所得的PUMA复制件1010(与图8′A相同图案)的图像。两种缺陷很清楚：(1)长波形壁1011表观呈带状，和(2)竖直柱1012为不规则。长波形壁1011的带状外观是由于壁的侧向弯曲造成，这通常是由于复制运行之间PDMS模具的不当清洗使模具和树脂之间的粘合增强所造成的。严格遵循固化条件时，新制的未用过的PDMS模具没有这一问题。在复制之间用异丙醇和水进行严格的声波处理极大地减少波形壁1011的发生。
[0190] 图10显示拉出器对脱模的改善。图10A是立体镜下不借助拉出器所得的PUMA复制件(与图8A相同图案)的图像。两种缺陷很清楚：(1)长波形壁呈带状外观，和(2)竖直柱是不规则的。长波形壁的带状外观是由于壁的侧向弯曲造成，这通常是由于复制运行之间PDMS模具的不当清洗使模具和树脂之间的粘合增强所造成的。严格遵循固化条件时，新制的未用过的PDMS模具没有这一问题。在复制之间用异丙醇和水进行严格的声波处理极大地减少波形壁的发生。
[0191] 图10′B显示了在立体镜检查下会被视为“不规则”的竖直柱1021的SEM图像。不规则性是由于柱1021相互倾斜所产生的。虽然PUMA明显比PDMS更硬，但在这一规格下，其结构在机械上是脆弱的。图10′C是采用拉出器完美脱模的PUMA复制件1030的立体镜图像。竖直柱之间的间隔是周期性的(无不规则黑点)。
[0192] 图10B显示了在立体镜检查下会被视为“不规则”的竖直柱的SEM图像。不规则性是由于柱的相互倾斜所产生的。虽然PUMA明显比PDMS更硬，但在这一规格下，其结构在机械上是脆弱的。图10C显示了采用拉出器完美脱模的PUMA复制件的立体镜图像。竖直柱之间的间隔是周期性的(无不规则黑点)。
[0193] 粘接。图11′显示数种可用于形成封闭PUMA微通道的方法。图11′。粘接PUMA芯片以形成封闭通道的方法。PUMA芯片可先采用氧等离子体1121粘接(步骤1120)，然后在＞75℃下烘烤2-3天(步骤1125)。O2等离子体1121改善芯片(形成的基材)1128与底部封盖1126之间的保形接触。对于高纵横比或精密结构，建议使用真空封口机1141来控制保形密封(步骤1140)所用的压力。一旦实现良好的保形密封，可以通过简单地使芯片经受延长的紫外曝光(步骤1150)、使用可编程的红外炉(步骤1160)、或超声焊接(步骤1170)形成永久粘接。
[0194] 粘接。图11显示数种可用于形成封闭PUMA微通道的方法。图11。粘接PUMA芯片以形成封闭通道的方法。PUMA芯片可先采用氧等离子体粘接，然后在＞75℃下烘烤2-3天。O2等离子体改善芯片与底部封盖之间的保形接触。对于高纵横比或精密结构，建议使用真空封口机来控制保形密封所用的压力。一旦实现良好的保形密封，可以通过简单地使芯片经受延长的紫外曝光、使用可编程的红外炉、或超声焊接形成永久粘接。
[0195] 由于PUMA为热塑性，加热是在微通道基材和盖之间形成永久粘接的一种有效方式。然而，为避免损坏微结构，在粘接过程中必须避免过度软化和压力。
[0196] 在某些实施方式中，形成封闭微流体流动通道的方法包括提供真空将形成的基材压向表面。在一种实施方式中，将形成的基材压向表面的真空包含在可变形的囊或袋内。例如，囊或袋可以包封形成的基材和表面。
[0197] 本申请中还描述了提供真空将形成的基材压向表面以形成封闭流动通道的设备和方法。参考图11′所描述的这种设备和方法在可变形的囊或袋中提供真空以同时施加压缩力并除去任何截留的空气来改善形成的基材和接触表面之间的接触。
[0198] 参见图11′，由于基材的刚性，PUMA的保形密封(步骤1140)不象PDMS那么简单。还必须小心避免截留的气泡。我们优选的方法是将芯片1143放入塑料袋1142内，采用作为厨房器具市售的真空封口机1141在袋上抽真空，依靠袋的压缩在芯片上均匀施加压力并形成保形密封。真空袋1142常具有脊以减少气穴的截留，这些脊会在PUMA基材1143上留下刻印，这可以通过在真空袋1142内衬以无毛布避免。
[0199] 由于基材的刚性，PUMA的保形密封不象PDMS那么简单。还必须小心避免截留的气泡。我们优选的方法是将芯片放入塑料袋内，采用作为厨房器具市售的真空封口机在袋上抽真空，依靠袋的压缩在芯片上均匀施加压力并形成保形密封。真空袋常具有脊以减少气穴的截留，这些脊会在PUMA基材上留下刻印，这可以通过在真空袋内衬以无毛布避免。
[0200] 保形密封(步骤1140)后，封闭的芯片放在紫外灯下10-15分钟(步骤1150)。强紫外和加热造成PUMA基材的软化，保形密封在回流过程中成为永久粘接。只要在芯片还是柔软的时候不施加压力，回流通常不引起微结构的变形。一旦芯片冷却，永久密封能在高压(20-30psi)下承受高流速(＞1ml/min)；我们常规观察到，构成芯片底部表面的显微镜盖玻片(2号)在永久密封失效之前破碎。粘接方法1150是我们选择的方法；但是，也可使用我们下文简述的其它粘接技术。
[0201] 保形密封后，封闭的芯片在紫外灯下放置10-15分钟。强紫外和加热造成PUMA基材的软化，保形密封在回流过程中成为永久粘接。只要在芯片还是柔软的时候不施加压力，回流通常不引起微结构的变形。一旦芯片冷却，永久密封能在高压(20-30psi)下承受高流速(＞1ml/min)；我们常规观察到，构成芯片底部表面的显微镜盖玻片(2号)在永久密封失效之前破碎。该粘接方法是我们选择的方法；但是，也可使用我们下文简述的其它粘接技术。
[0202] 在某些实施方式中，形成封闭微流体流动通道的方法包括提供能量在形成的基材和表面之间形成密封。在一些实施方式中，能量是紫外辐射。在一些实施方式中，能量是热能或红外辐射。在另一种实施方式中，能量为由离子或电子轰击、暴露于氧等离子体、或暴露于氧化性化学品所产生的氧化能。
[0203] 参考回图11′，氧等离子体(步骤1120)可用来提高保形密封，氧等离子体1121处理15分钟后，保形接触得以改善。截留的气泡更少，且密封的面积增大。但是，如PDMS和玻璃之间常见的，由于密封面积通常远远不到100％，仍然需要人工消除气泡。当封闭芯片(1128和1126)在75℃烘箱内放置两天后，永久粘接已形成；但是，与采用上述第一种粘接方法制得的芯片相比，采用这一过程时，密封在试验过程中失效的频率更高。
[0204] 氧等离子体可用来提高保形密封，氧等离子体处理15分钟后，保形接触得以改善。截留的气泡更少，且密封的面积增大。但是，如PDMS和玻璃之间常见的，由于密封面积通常远远不到100％，仍然需要人工消除气泡。当封闭芯片在75℃烘箱内放置两天后，永久粘接已形成；但是，与采用上述第一种粘接方法制得的芯片相比，采用这一过程时，密封在试验过程中失效的频率更高。
[0205] 也可采用另一种与热塑材料的商业化生产更相似的无溶剂粘接方法。例如，提供快速温度变化的可编程红外烘箱(步骤1160)常在电路板制作中用于回流焊料，该烘箱提供比紫外灯更可靠的温度控制。超声焊接(步骤1170)是粘接热塑材料的常用技术，只要操作条件经过适当优化就可采用，以减少局部熔化导致的微结构损坏。
[0206] 也可采用另一种与热塑材料的商业化生产更相似的无溶剂粘接方法。例如，提供快速温度变化的可编程红外烘箱常在电路板制作中用于回流焊料，该烘箱提供比紫外灯更可靠的温度控制。超声焊接是粘接热塑材料的常用技术，只要操作条件经过适当优化就可采用，以减少局部熔化导致的微结构损坏。
[0207] 在一种实施方式中，用于积累生物实体的装置包括流动通道，通道至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内，其中所述生物实体是癌细胞。在另一种实施方式中，所述生物实体是稀有细胞(例如低丰度的细胞)。如果细胞浓度具有以下特征则将其视作稀有细胞：(1)在液体总细胞数量中少于10％；(2)在液体总细胞数量中少于1％；或(3)每毫升液体的细胞数量少于1百万。
[0208] 在某些实施方式中，所述包括至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内的流动通道的装置可用于积累生物实体。所述流动通道可进一步用于电泳、电层析、层析、高压液相色谱(HPLC)、过滤、表面选择性捕获(包括选择性抗体-蛋白捕获、DNA杂交、酶联免疫吸附实验(ELISA))、DNA扩增、聚合酶链反应(PCR)、Southern印迹分析、细胞培养、增殖实验、或其它实验、或其组合。在另一种实施方式中，该装置可用于临床诊断。
[0209] 在某些实施方式中，所述包括至少部分限定在聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)壁内的流动通道的装置可用于积累生物实体。所述流动通道可用于电泳、电层析、层析、高压液相色谱(HPLC)、过滤、表面选择性捕获(包括选择性抗体-蛋白捕获、DNA杂交、酶联免疫吸附实验(ELISA))、DNA扩增、聚合酶链反应(PCR)、Southern印迹分析、细胞培养、增殖实验、或其它实验、或其组合。在另一种实施方式中，该装置可用于临床诊断。
[0210] 在某些实施方式中，用于积累生物实体的装置包括流动通道，通道至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内，其中限定流动通道的壁中至少有一个壁涂覆有抗体。
[0211] 用于表面选择性捕获的抗体的示例包括但不限于泛细胞角蛋白抗体A45B/B3、AE1/AE3、或CAM5.2(识别细胞角蛋白8(CK8)、细胞角蛋白18(CK18)、或细胞角蛋白19(CK19)的泛细胞角蛋白抗体)和针对乳腺癌抗原NY-BR-1(又称为B726P、ANKRD30A、锚蛋白重复结构域30A)；B305D同种型A或C(B305D-A或B305D-C；也称为抗原B305D)；
Hermes抗原(也称为抗原CD44、PGP1)；E-钙粘着蛋白(也称为桑葚胚粘着蛋白，钙粘着蛋白-1、CDH1)；癌-胚胎抗原(CEA；也称为CEACAM5或癌-胚胎抗原相关细胞粘着分子
5)；β-人绒毛膜促性腺素(β-HCG；也称为CGB、绒毛膜促性腺素、β多肽)；组织蛋白酶-D(也称为CTSD)；神经肽Y受体Y3(也称为NPY3R)；脂多糖相关蛋白3、LAP3、融合肽；
趋化因子(CXC基序受体4；CXCR4)；癌基因ERBB1(也称为c-erbB-1、表皮生长因子受体、EGFR)；Her-2Neu(也称为c-erbB-2或ERBB2)；GABA受体A、pi(π)多肽(也称为GABARAP、GABA-A受体、pi(π)多肽(GABA A(π)、γ-氨基丁酸A型受体pi(π)亚基)、或GABRP)；
ppGalNac-T(6)(也称为β-1-4-N-乙酰氨基半乳糖转移酶6、GalNAc转移酶6、GaINAcT6、UDP-N-乙酰-d-半乳糖胺：多肽N-乙酰氨基半乳糖转移酶6、或GALNT6)；CK7(也称为细胞角蛋白7、肌凝集素、SCL、角蛋白7、或KRT7)；CK8(也称为细胞角蛋白8、角蛋白8、或KRT8)；CK18(也称为细胞角蛋白18、角蛋白18、或KRT18)；CK19(也称为细胞角蛋白19、角蛋白19、或KRT19)；CK20(也称为细胞角蛋白20、角蛋白20、或KRT20)；Mage(也称为黑色素瘤抗原家族A亚型或MAGE-A亚型)；Mage3(也称为黑色素瘤抗原家族A3或MAGA3)；肝细胞生长因子受体(也称为HGFR、肾细胞乳头状癌2、RCCP2、原癌基因met、或MET)；粘蛋白-1(也称为MUC1、癌抗原15.3、(CA15.3)、癌抗原27.29(CA 27.29)；CD227抗原、上皮唾液蛋白、上皮膜抗原(EMA)、多态性上皮粘蛋白(PEM)、花生反应性尿粘蛋白(PUM)、肿瘤相关糖蛋白(TAG12))；毛囊肿病液蛋白(也称为GCDFP-15、催乳素诱导蛋白、PIP)；尿激酶受体(也称为uPR、CD87抗原、纤溶酶原激活剂受体尿激酶型、PLAUR)；PTHrP(甲状旁腺激素相关蛋白；也称为PTHLH)；BS106(也称为B511S、小乳腺上皮粘蛋白、或SBEM)；前列腺蛋白类亲脂素B(LPB、LPHB、也称为抗原BU101、分泌球蛋白家族1-D成员2，SCGB1-D2)；乳腺球蛋白2(MGB2；也称为乳腺球蛋白B、MGBB、Lacryglobin(LGB)亲脂素C(LPC、LPHC)，分泌球蛋白家族2A成员1、或SCGB2A1)；乳腺球蛋白(MGB；也称为乳腺球蛋白1，MGB1、乳腺球蛋白A、MGBA、分泌球蛋白家族2A成员2、或SCGB2A2)；乳腺丝氨酸蛋白酶抑制剂(Maspin，也称为丝氨酸(或半胱氨酸)蛋白酶抑制剂分支B(卵清蛋白)成员5、或SERPINB5)；前列腺上皮特异性Ets转录因子(PDEF；也称为不育阿尔法基序指向域-包含ets转录因子、或SPDEF)；肿瘤相关钙信号传导蛋白1(也称为大肠癌抗原CO17-1A、上皮糖蛋白2(EGP2)、
40kDa的上皮糖蛋白(EGP40)、上皮细胞粘附分子(EpCAM)、上皮特异性抗原(ESA)，胃肠道肿瘤相关抗原733-2(GA733-2)、KS1/4抗原、染色体4表面标记物1的膜成分(M4S1)、MK-I抗原、MIC18抗原、TROP-1抗原、或TACSTD1)；端粒酶逆转录酶(也称为端粒酶催化亚基、或TERT)；三叶因子1(也称为乳腺癌雌激素诱导序列、BCEI、胃肠三叶蛋白、GTF、pS2蛋白、或TFF1)；叶酸；或三叶因子3(也称为肠三叶因子、ITF、p1.B；或TFF3)的抗体。
Hermes抗原(也称为抗原CD44、PGP1)；E-钙粘着蛋白(也称为桑葚胚粘着蛋白，钙粘着蛋白-1、CDH1)；癌-胚胎抗原(CEA；也称为CEACAM5或癌-胚胎抗原相关细胞粘着分子
5)；β-人绒毛膜促性腺素(β-HCG；也称为CGB、绒毛膜促性腺素、β多肽)；组织蛋白酶-D(也称为CTSD)；神经肽Y受体Y3(也称为NPY3R)；脂多糖相关蛋白3、LAP3、融合肽；
趋化因子(CXC基序受体4；CXCR4)；癌基因ERBB1(也称为c-erbB-1、表皮生长因子受体、EGFR)；Her-2Neu(也称为c-erbB-2或ERBB2)；GABA受体A、pi(π)多肽(也称为GABARAP、GABA-A受体、pi(π)多肽(GABA A(π)、γ-氨基丁酸A型受体pi(π)亚基)、或GABRP)；
ppGalNac-T(6)(也称为β-1-4-N-乙酰氨基半乳糖转移酶6、GalNAc转移酶6、GaINAcT6、UDP-N-乙酰-d-半乳糖胺：多肽N-乙酰氨基半乳糖转移酶6、或GALNT6)；CK7(也称为细胞角蛋白7、肌凝集素、SCL、角蛋白7、或KRT7)；CK8(也称为细胞角蛋白8、角蛋白8、或KRT8)；CK18(也称为细胞角蛋白18、角蛋白18、或KRT18)；CK19(也称为细胞角蛋白19、角蛋白19、或KRT19)；CK20(也称为细胞角蛋白20、角蛋白20、或KRT20)；Mage(也称为黑色素瘤抗原家族A亚型或MAGE-A亚型)；Mage3(也称为黑色素瘤抗原家族A3或MAGA3)；肝细胞生长因子受体(也称为HGFR、肾细胞乳头状癌2、RCCP2、原癌基因met、或MET)；粘蛋白-1(也称为MUC1、癌抗原15.3、(CA15.3)、癌抗原27.29(CA 27.29)；CD227抗原、上皮唾液蛋白、上皮膜抗原(EMA)、多态性上皮粘蛋白(PEM)、花生反应性尿粘蛋白(PUM)、肿瘤相关糖蛋白(TAG12))；毛囊肿病液蛋白(也称为GCDFP-15、催乳素诱导蛋白、PIP)；尿激酶受体(也称为uPR、CD87抗原、纤溶酶原激活剂受体尿激酶型、PLAUR)；PTHrP(甲状旁腺激素相关蛋白；也称为PTHLH)；BS106(也称为B511S、小乳腺上皮粘蛋白、或SBEM)；前列腺蛋白类亲脂素B(LPB、LPHB、也称为抗原BU101、分泌球蛋白家族1-D成员2，SCGB1-D2)；乳腺球蛋白2(MGB2；也称为乳腺球蛋白B、MGBB、Lacryglobin(LGB)亲脂素C(LPC、LPHC)，分泌球蛋白家族2A成员1、或SCGB2A1)；乳腺球蛋白(MGB；也称为乳腺球蛋白1，MGB1、乳腺球蛋白A、MGBA、分泌球蛋白家族2A成员2、或SCGB2A2)；乳腺丝氨酸蛋白酶抑制剂(Maspin，也称为丝氨酸(或半胱氨酸)蛋白酶抑制剂分支B(卵清蛋白)成员5、或SERPINB5)；前列腺上皮特异性Ets转录因子(PDEF；也称为不育阿尔法基序指向域-包含ets转录因子、或SPDEF)；肿瘤相关钙信号传导蛋白1(也称为大肠癌抗原CO17-1A、上皮糖蛋白2(EGP2)、
40kDa的上皮糖蛋白(EGP40)、上皮细胞粘附分子(EpCAM)、上皮特异性抗原(ESA)，胃肠道肿瘤相关抗原733-2(GA733-2)、KS1/4抗原、染色体4表面标记物1的膜成分(M4S1)、MK-I抗原、MIC18抗原、TROP-1抗原、或TACSTD1)；端粒酶逆转录酶(也称为端粒酶催化亚基、或TERT)；三叶因子1(也称为乳腺癌雌激素诱导序列、BCEI、胃肠三叶蛋白、GTF、pS2蛋白、或TFF1)；叶酸；或三叶因子3(也称为肠三叶因子、ITF、p1.B；或TFF3)的抗体。
[0212] 在一种实施方式中，用于积累生物实体的装置包括流动通道，通道至少部分限定在生物相容性且辐射吸收性聚合物的壁内，其中所述生物实体是细胞、细胞器、细菌、病毒、蛋白质、抗体、DNA、或生物偶联颗粒。
[0213] 应用。为微过滤应用制作高纵横比狭缝的紧密阵列是推动我们开发PUMA芯片的一个动因。图12′显示了由PUMA制得的竖直柱或翅片阵列1213保留、截留、并积累的紧密堆积细胞1211(图12′A)和珠粒1223(图12′B)的显微镜图像。
[0214] 应用。为微过滤应用制作高纵横比狭缝的紧密阵列是推动我们开发PUMA芯片的一个动因。图12显示了由PUMA制得的竖直柱或翅片阵列保留并截留的紧密堆积细胞(图12A)和珠粒(图12B)的显微镜图像。
[0215] 具体而言，图12′A显示用由PUMA树脂制备的高纵横比狭缝1214(图像右侧)保留和积累的MCF-7癌细胞1211。标称流速为0.3ml/min；细胞用4％多聚甲醛固定15分钟。图12′B显示由PUMA树脂制备的高纵横比狭缝1224保留并积累的15μn直径的珠粒1223。(A)和(B)使用相同的微流体设计，包括高纵横比狭缝1214的过滤屏障1213放置在微通道1221的出口1222处。
[0216] 具体而言，图12(A)显示用由PUMA树脂制备的高纵横比狭缝(图像右侧)保留MCF-7癌细胞。标称流速为0.3ml/min；细胞用4％多聚甲醛固定15分钟。图12(B)用由PUMA树脂制备的高纵横比狭缝保留15μm直径的珠粒。(A)和(B)使用相同的微流体设计，包括高纵横比狭缝的过滤屏障放置在微通道的出口处。
[0217] 在一个方面，“积累”不要求消除其它相似物质。积累是某一种类绝对数量的增加。通过消除第二种类导致相对于第二种类的比例提高进行的富集不同于积累。例如，若开始时有10份A和10份B(1∶1比例)，结束时有10份A和2份B(5∶1比例)，这是富集而不是积累，因为A的绝对数量没有增加。
[0218] 在两种实验中采用了相同的微流体设计，柱1213之间的间距为8μm，柱1213的高度为40μm。图12′A中，采用已固定的培养所得癌细胞1211的稀释溶液(在4％多聚甲醛中固定15分钟的MCF-7细胞)并以0.3ml/min的速度流经芯片。因为其能将细胞浓缩到较小区域以便更精确和快速地进行细胞计数，这样的微流体过滤器可在临床诊断中，特别是当细胞以极为稀释的浓度存在时，作为现有的基于网格的人工血细胞计数器的补充。图12′B中，采用15μm直径的珠粒1223的溶液。这一在微通道中堆积珠粒的能力还可以有广泛的用途，例如亲和纯化(如珠粒上偶联有抗体)或尺寸排阻色谱。对所有此类基于微过滤的应用，必须能以高产率制造过滤元件，因为单个翅片复制的失败就会导致整个芯片的失败。本文显示，只要加以小心并遵循所述的微制造过程，PUMA就具有用于制造此类高要求微流体系统的材料特性。
[0219] 在两种实验中采用了相同的微流体设计，柱之间的间距为8μm，柱的高度为40μm。图12A中，采用已固定的培养所得癌细胞的稀释溶液(在4％多聚甲醛中固定15分钟的MCF-7细胞)并以0.3ml/min的速度流经芯片。因为其能将细胞浓缩到较小区域以便更精确和快速地进行细胞计数，这样的微流体过滤器可在临床诊断中，特别是当细胞以极为稀释的浓度存在时，作为现有的基于网格的人工血细胞计数器的补充。图12B中，采用
15μm直径的珠粒的溶液。这一在微通道中堆积珠粒的能力还可以有广泛的用途，例如亲和纯化(如珠粒上偶联有抗体)或尺寸排阻色谱。对所有此类基于微过滤的应用，必须能以高产率制造过滤元件，因为单个翅片复制的失败就会导致整个芯片的失败。本文显示，只要加以小心并遵循所述的微制造过程，PUMA就具有用于制造此类高要求微流体系统的材料特性。
15μm直径的珠粒的溶液。这一在微通道中堆积珠粒的能力还可以有广泛的用途，例如亲和纯化(如珠粒上偶联有抗体)或尺寸排阻色谱。对所有此类基于微过滤的应用，必须能以高产率制造过滤元件，因为单个翅片复制的失败就会导致整个芯片的失败。本文显示，只要加以小心并遵循所述的微制造过程，PUMA就具有用于制造此类高要求微流体系统的材料特性。
[0220] 总之，PUMA是临床诊断用微流体芯片的商业化生产中很有前途的基材。由于PUMA是非弹性体基材，必须格外小心以避免在脱模或粘接形成封闭微流体装置的过程中破坏高纵横比微结构。PUMA树脂的紫外固化过程是高度可靠的，但是不当的脱模或粘接会显著降低芯片产率。我们展示了通过采用尽量减少微结构剪切面移动的脱模拉出器，高纵横比微结构，即使是如我们的微过滤芯片中所用的高密度阵列也可以被完美地复制。为避免保形密封过程中压缩力过度，应当采用真空封口机除去PUMA复制件和芯片底部表面之间的空气，同时利用真空袋的压缩施加温和而均匀的压缩力。一旦建立起保形密封，就可以采用不同的粘接方案将这一保形密封转化成永久粘接，包括使用紫外灯进一步固化并加热芯片，这一过程提供了高产率和强粘接。PUMA复制高纵横比微结构的能力可在各种分析应用中得到应用，我们还相信PUMA能在一次性微流体装置，特别是那些用于临床情况的装置的生产中作为现有基材的补充。
[0221] 本文附上的证据A和B是两篇文章的拷贝，其通过引用全文纳入本文用于所有目的。本文附上的证据C是用于本发明实施方式的示例材料的产品信息。
[0222] 上面描述了本发明的各实施方式。应当理解，提供前文所述的细节是为了用充分的方式描述实施方式以使相关技术领域的技术人员能进行并利用所公开的实施方式。但是，一些细节和优点对于实施一些实施方式可能不是必须的。此外，为避免不同实施方式的相关描述中不必要的混淆，一些公知的结构或功能可能未显示或未详细描述。虽然一些实施方式可以在权利要求的范围内，但是可能没有参照附图对它们进行详细描述。此外，不同实施方式的特征、结构、或特点可以以任何合适的方式组合。而且，本领域技术人员了解有各种其它技术能用于进行与上述相似的功能，因此权利要求不应当局限于本文所述的装置和方法。虽然以给定顺序描述了一些过程，但是其它实施方式可以用不同顺序的步骤进行该方法，一些过程可被删除、移动、添加、细分、组合、和/或改进。因此，这些方法中的每个都可以各种不同方式实施。而且，虽然有时一些方法显示为按序进行，但是这些方法还可以平行进行、或可以在不同时间进行。本文提供的标题仅为方便使用，不应理解为权利要求的范围或含义。
[0224] 除非说明书和权利要求书中有另外的明确说明，否则，术语‘包括’、‘包含’等应被认为是包括性含义，而不是排他性或穷举性含义，也就是说，其含义是“包括但不限于”。使用单数或复数形式的用词还分别包括其复数或单数数量。当权利要求对两项或更多项目的列表使用“或”时，该词覆盖下列所有对其的解读：列表中的任何项目、列表中的所有项目、和列表中项目的任意组合。
[0226] 这些和其它的变化可以根据以上发明详述的提示作出。虽然上述说明提供了某些实施方式的细节，并描述了预期的最佳方式，但不论如何详细，仍然可以进行不同的改变。实施细节可以显著变化，但仍被本文所公开的技术所包含。如上所述，描述技术某些特征或方面时所用的具体术语不应理解为表示该术语在此被重新限定为局限于与该术语相关的本技术特定的特征、特点或方面。一般来说，除非以上发明详述部分对术语有明确定义，否则，下列权利要求中所用的术语不应当理解为将权利要求限制于本说明书公开的具体实施方式。因此，权利要求的实际范围不仅仅包含所公开的实施方式，还包括其所有等同方式。
[0227] 证据A
[0228] A New USP Class VI-Compliant Substrate for
[0229] Manufacturing Disposable Microfluidic Devices
[0230] (一种新型的符合美国药典第VI类认证的用于制造一次
[0231] 性微流体装置的基材)
[0232] Jason S.Kuo，Laiying Ng，Gloria S.Yen，Robert M.Lorenz，Perry G.Schiro，J.Scott
[0233] Edgar，Yongxi Zhao，David S.W.Lim，Peter B.Allen，Gayin D.M.Jeffries，和Daniel T.
[0234] Chiu*
[0235] Department of Chemistry，University of Washington，Seattle，WA98195-1700(华盛顿大
[0236] 学化学系，华盛顿州西雅图98195-1700)
[0237] *通讯作者。
[0238] 电子邮箱：chiu@chem.washington.edu
[0239] 传真：+1206 685 8665
[0240] 电话：+1 206 543 1655
[0241] 收到日
[0242] 简介
[0243] 用于临床诊断应用的微流体装置始终面临商业化的挑战：如何经济地生产这些装置以使它们在满足医用材料的要求的同时真正能一次性使用。第一代微流体装置大多以硅1-8
或玻璃基材开发， 主要依赖于半导体加工工具。由于这些基材的加工要求大笔资金投入，基于硅或玻璃的装置不可能廉价销售到可以一次性使用的程度。
或玻璃基材开发， 主要依赖于半导体加工工具。由于这些基材的加工要求大笔资金投入，基于硅或玻璃的装置不可能廉价销售到可以一次性使用的程度。
[0244] 在1990年代后期，基于聚合物的快速原型制作(例如模塑或压纹)产生了第二代9-21
微流体装置。 最值得注意的是，聚二甲基硅氧烷(PDMS)已经是快速原型制作复杂微流体
22-25
系统的非常成功的聚合物基材材料。 其混合-浇铸-烘烤的复制方法快速、高度一致、
26
且简单。尽管其便于用作原型制作，但是PDMS不是所有微流体应用的通用材料。 虽然其弹性体本质对于气动阀调节很重要，但该同一性质使其在受到高流体压力时易于膨胀或在涉及高纵横比结构或低纵横比通道时易于塌陷。PDMS的永久表面修饰仍然是一种挑战，因
27-29
为其表面高度倾向于恢复到疏水状态。
微流体装置。 最值得注意的是，聚二甲基硅氧烷(PDMS)已经是快速原型制作复杂微流体
22-25
系统的非常成功的聚合物基材材料。 其混合-浇铸-烘烤的复制方法快速、高度一致、
26
且简单。尽管其便于用作原型制作，但是PDMS不是所有微流体应用的通用材料。 虽然其弹性体本质对于气动阀调节很重要，但该同一性质使其在受到高流体压力时易于膨胀或在涉及高纵横比结构或低纵横比通道时易于塌陷。PDMS的永久表面修饰仍然是一种挑战，因
27-29
为其表面高度倾向于恢复到疏水状态。
[0245] 近来，第三波微流体装置利用了PDMS复制方法的优点并解决了PDMS在某些类型26，30-38
的应用中作为基材的缺点。 为提高生产速度，紫外固化取代热固化正越来越受青睐。
26，38
Fiorini等人 研究了紫外固化的热固性聚酯(TPE)作为PDMS的补充基材材料。已经提
39 40
出紫外固化商业化光学粘合剂，例如Norland 63，或定制的聚丙烯酸酯混合物，但总是由于选择的树脂或光引发剂而只能在合理的时间内固化薄层(为100μm数量级)。为解决
26
这一问题，Fiorini等 采用UV曝光后的热固化来制造典型厚度的微流体芯片。此外，尚未就这些基材材料用于医疗应用进行评估，对于树脂溶解、反应性、溶剂残留、或交联副产物所知甚少。
的应用中作为基材的缺点。 为提高生产速度，紫外固化取代热固化正越来越受青睐。
26，38
Fiorini等人 研究了紫外固化的热固性聚酯(TPE)作为PDMS的补充基材材料。已经提
39 40
出紫外固化商业化光学粘合剂，例如Norland 63，或定制的聚丙烯酸酯混合物，但总是由于选择的树脂或光引发剂而只能在合理的时间内固化薄层(为100μm数量级)。为解决
26
这一问题，Fiorini等 采用UV曝光后的热固化来制造典型厚度的微流体芯片。此外，尚未就这些基材材料用于医疗应用进行评估，对于树脂溶解、反应性、溶剂残留、或交联副产物所知甚少。
[0246] 随着临床应用中采用微流体装置的兴趣的增长，既能经济生产又能满足管理批准的基材材料的开发很重要。本文介绍了聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)基材作为用于微流体装置制造的新材料，其已经由供应商认证为符合美国药典(USP)第VI类(Class VI)。USP第VI类材料是已经根据系统注射测试、皮内测试、和植入测试进行测试并证实为生物相容41
性和无毒性的。 在表征PUMA微流体装置的物理、光学、和化学、和电动性质以外，我们还报告了两种高度稳健的微结构复制方法，其与现有的复制母模(例如，硅上的SU-8光致抗蚀剂或硅)兼容，所以目前使用其它快速原型制作方法的研究人员可以受益于这种新基材。
性和无毒性的。 在表征PUMA微流体装置的物理、光学、和化学、和电动性质以外，我们还报告了两种高度稳健的微结构复制方法，其与现有的复制母模(例如，硅上的SU-8光致抗蚀剂或硅)兼容，所以目前使用其它快速原型制作方法的研究人员可以受益于这种新基材。
[0247] 材料和方法
[0248] 光学测量。通过将可紫外固化的PUMA树脂(140-M医用/光学粘合剂，戴马斯公司(Dymax Corporation))倾倒入PDMS模具中浇铸得到PUMA基材(25mm(宽)x 75mm(长)x2mm(高))。为防止交联反应的氧抑制，树脂的上表面盖以透明的聚丙烯片材(8密耳厚)，片材具有可剥离的玻璃纸界面层。树脂和模具在高强度紫外光源(ADAC Cure Zone 2紫外
2
泛光源，装有400W金属卤素灯，在365纳米下提供标称强度为80mW/cm)中曝光1分钟，翻转后再曝光1分钟。然后将固化的PUMA基材从模具脱离。
2
泛光源，装有400W金属卤素灯，在365纳米下提供标称强度为80mW/cm)中曝光1分钟，翻转后再曝光1分钟。然后将固化的PUMA基材从模具脱离。
[0249] 采用Polylite 32030-10树脂(北卡罗来纳州雷胡德公司(Reichhold Company，10，26，38
NC))按前人所述制得热固性聚酯(TPE)件。
NC))按前人所述制得热固性聚酯(TPE)件。
[0250] 用紫外-可见光(UV-VIS)分光光度计(贝克曼库尔特公司(Beckman Coulter)，DU720)以1纳米的分辨率采集透光谱。TPE、PUMA和PDMS样品均为2毫米厚，但玻璃基材为1毫米厚。对各材料采集3次光谱，取平均。
[0251] 采用基于Nikon TE-2000机身定制的共聚焦显微镜采集各材料的自发荧光。将固态二极管泵浦的488纳米激光(美国加州圣克拉拉的连贯蓝宝石公司(Coherent Sapphire，Santa Clara，CA，USA))和633纳米的HeNe激光的激发偶联到100x物镜(N.A.1.4)的背孔中。由雪崩光电二极管(SPCM-AQR--14，美国加州弗里蒙特的帕金埃尔默公司(Perkin Elmer，Fremont，CA，USA))采集荧光。在绿色波长范围(510-565纳米)和红色波长范围(660-710纳米)各采集3次各材料的荧光。
[0252] 接触角测量。采用前面部分所述的相同方法制备PUMA平板(25mm(宽)x75mm(长)x 3mm(高))。为了补偿平板厚度的增加，紫外固化时间延长到80秒，接着翻转PDMS模具，透过模具再曝光40秒。为确定表面上等离子体氧化的影响，3片PUMA平板在等离子体室(PDC-001，纽约州欧斯宁的海瑞克科学公司(Harrick Scientific Corp，Ossining，NY))中经受6分钟的氧等离子体处理(在200毫托的标称O2压力下，RF线圈上施加29.6W)。为了表征等离子体氧化后疏水性的恢复，将这些氧化后的PUMA基材密封在玻璃罐中，在烘箱中75℃烘烤2天。
[0253] 为测量接触角，在环境温度下采用静态固着液滴法由CCD相机拍下1μLMilliQ水滴在PUMA基材上的侧面图。用ImageJ软件的液滴分析(Drop Analysis)插件测量水-PUMA界面和水-空气界面的静态接触角。还获得固化的PDMS的接触角用以和文献值进行比较。进行最少3次的重复测试。
[0254] 溶剂相容性。通过浇铸PUMA树脂到具有小的圆形储器(6mm(直径)x3mm(高))的PDMS模具中、覆盖并紫外固化制得PUMA小盘。小盘在微流体应用常用的20种不同化学品中室温浸没24小时。通过在实验结束时观察小盘的圆形区域中的变化确定相容性。采集3个重复样品，结果取平均。用CCD相机在立体镜下拍下各盘的顶部图像，用ImageJ处理软件测量圆形区域。
[0255] 所研究的化学品包括水性或有机溶剂、酸、碱、和染料。为观察染料(罗丹明B)的渗透，用Nikon AZ100显微镜在533纳米激发下获得PUMA盘的荧光图像。
[0256] 电渗流。测量EOF的微流体通道是通道两端具有3毫米(深)的流体储器的笔直通道(50μm(高)x 50μm(宽)x 3cm(长))。按前人所述的电流监控方法搭建电路和电42，43
流感应元件。 负极性可编程的2kV直流电源(StanfordPS350)与浸没在阴极储器中的Pt电极连接。浸没在阳极储器中的第二电极与100kΩ电阻连接，与Keithly 6485微微安表串联。微微安表的电流读数由计算机采用定制的LabView程序记录，该程序还控制高压电源的输出。用硼酸钠溶液(10mM和20mM)作缓冲液。临用前将溶液超声处理以减少偶然性的气泡产生。用橡胶球泡通过虹吸填充PUMA通道，随后将储器清空并用60μL硼酸盐溶液重新填充。
流感应元件。 负极性可编程的2kV直流电源(StanfordPS350)与浸没在阴极储器中的Pt电极连接。浸没在阳极储器中的第二电极与100kΩ电阻连接，与Keithly 6485微微安表串联。微微安表的电流读数由计算机采用定制的LabView程序记录，该程序还控制高压电源的输出。用硼酸钠溶液(10mM和20mM)作缓冲液。临用前将溶液超声处理以减少偶然性的气泡产生。用橡胶球泡通过虹吸填充PUMA通道，随后将储器清空并用60μL硼酸盐溶液重新填充。
[0257] 为研究芯片老化对电渗迁移性的影响，从三次单独的制备操作中制备了多个芯片，然后在环境条件下简单存放在皮氏培养皿中。保存前通道为干燥的，只在临EOF测量前才充入缓冲液。各芯片只使用一天(即随后的日子里不再重复用于EOF测量)。
[0258] 结果与讨论
[0259] 一般物理性质。表1小结了PDMS、TPE、和PUMA的主要物理和表面性质。基于Dymax 140-M树脂的PUMA的粘度与PDMS(道康宁(Dow Coming)的Sylgard 184)相当，因此预期可以象PDMS那样复制精细结构。固化的PUMA树脂明显比PDMS硬，更适于生成高纵横比的微结构。一旦硬化后，PUMA为热塑性：尽管供应商鉴定其工作温度在-55至200℃之间，我们发现＞75℃时有些许软化，这一温度在粘接研究时会采用。与PDMS相似(但不同于TPE)，PUMA气味极低，无需在特殊的通风下操作。
[0260] 结构复制。图1显示了用于将精细结构复制到PUMA基材上的两种过程：左栏显示了从用于生产PDMS通道的SU-8母模复制的步骤，而右栏显示了从深度反应离子刻蚀(DRIE)的硅母模复制的步骤.
[0261] 按照图1左栏，使用具有凸起结构的SU-8母模生产PDMS刻印(即，与凸起结构方向相反)。该PDMS刻印在等离子体中氧化然后用(十三氟-1，1，2，2-四氢辛基)三氯硅烷在真空干燥器中硅烷化，该过程避免新固化的PDMS与已形成的PDMS刻印粘合。通过向硅烷化的刻印顶部倾倒额外的PDMS、75℃固化至少2小时，并小心地从刻印分离而生成PDMS复制件(即，与SU-8母模同向)。然后(SU-8母模的)PDMS复制件可用作PUMA树脂的模具。只要各次复制之间清洁(更多细节见下文)，PDMS“母模”可多次使用。由于PUMA不太好从SU-8脱离，这种PDMS对PDMS的复制是需要的。若SU-8母模具有正确的方向，则仅一次PDMS复制就足够了。我们描述这一过程使现有的用于PDMS复制的SU-8母模可用于制作PUMA装置。
[0262] 在获得正确的PDMS模具后，将PUMA树脂分配到PDMS模具上达到3毫米厚，然后用粘在透明聚丙烯背板(8密耳厚)上的玻璃纸片覆盖以避免交联反应的氧抑制。Aclar片材(新泽西州莫里斯镇的霍尼韦尔公司)是不含增塑剂的聚氯代三氟乙烯(PCTFE)聚合物，其可在关键应用中用来替代玻璃纸。为形成流体储器或用于外部连接的孔，可以在固化前将PTFE柱(3mm(直径)x 3mm(高))包埋在PUMA树脂内。将整个装配件放入紫外光源内80秒钟(透过树脂侧曝光)，然后再放置40秒(透过模具曝光)。一旦从模具脱离，PUMA基材就通过采用温和的机械压力和另一涂覆有PUMA(固化)的玻璃保形粘接。通过把PUMA芯片于紫外泛光源中再放置10分钟，将该保形粘接转化成永久粘接。
[0263] 在各次复制之间，PDMS模具在异丙醇和水中超声处理并在75℃烘烤至少15分钟。
[0264] 为了复制高纵横比结构，用于PUMA浇铸的模具是浇铸在DRIE-Si母模上的PDMS刻印，如图1右栏所述。该方法消除了在PDMS中形成高纵横比凸起结构的需要，其易于倾斜或塌陷。此外，随着微结构纵横比的提高，如图1左栏第二步所述的两个互相交错的PDMS件极易在分离时撕裂。
[0265] 为形成流体储器或用于相互连接的孔，我们发现包埋PTFE柱是一种简单的过程。因为PUMA是热塑性的，激光切割也是形成流体储器或相互连接的孔的一种有效方法。由于打孔在壁上产生大量碎片并导致基材在接触点弯曲，因此不推荐。
[0266] 复制保真度。紫外浇铸过程的主要困难在于根据浇铸厚度控制紫外剂量。由于紫外光在穿透树脂时被消减，顶部的树脂首先固化。这导致树脂顶部变得过于固化(过硬)而与PDMS模具接触的界面，特别是精细结构，保持未固化。为解决这一困难，PUMA的交联反应被PDMS温和抑制。尽管弹性体硅酮具有优异的脱离性能，但是过量紫外固化的确会导致树脂和模具间的永久粘接。因此存在最适紫外曝光的时间窗口，且曝光必须从树脂上以及透过透明模具两面进行。这一窗口必须针对各紫外曝光源分别确定。在时间窗口太短以致于手动操作无法精确遵守时，可以通过降低光子流量，例如通过使用较低强度的光源或在树脂上放置玻璃板以减弱强度，从而给予更大的容差。
[0267] 图2A显示了硅烷化的PDMS刻印的SEM图像，图2B显示了对应的PUMA复制件(与刻印同向)。PUMA复制件采用按图1左栏所述的两步PDMS转移法制备。复制保真度优异，如图2B的小图所示低至约2μm。我们注意到PDMS刻印的SEM图像显示了显著的表面开裂，这些开裂的长度足以肉眼可见，但它们显得非常精细且浅表。我们在SEM样品制备中通过氧等离子体处理或薄Au/Pd涂层的溅射使PDMS经受等离子体轰击，在其SEM图像中一致44
地观察到这一表面开裂现象。 大多数情况下，PUMA复制件中未见这些表面开裂。
地观察到这一表面开裂现象。 大多数情况下，PUMA复制件中未见这些表面开裂。
[0268] 图3显示了在PUMA中复制的微结构的更多SEM图像。图3A显示了2μm高、4μm颈宽的微通道收缩体的PUMA复制件。如SEM图像所示，通道锥形细节得以很好地保留。图3B为双层结构：两个正交的通道高度不同，水平通道为3μm(宽)x 3μm(高)，而竖直通道为10μm(宽)x 10μm(高))。双层结构未对脱模步骤造成任何问题。
[0269] 图3C显示了PUMA复制的由不同宽度的实心壁和间隔交错组成的测试图案的SEM图像。与图3A和3B所示复制件不同，图3C中的复制件按照图1显示过程的右栏制得，换言之，复制过程开始于DRIE刻蚀的硅母模。该测试图案用于测试(1)紫外交联是否可能因与结构密度有关而非均一、(2)密集结构在脱模时是否会更易损坏。微结构的高度约为40μm。图3D是图3C下半部分的柱的剖面图：这些紧密间隔的柱具有清晰的侧壁，没有倾斜或变宽的迹象。这一情况中纵横比(高/宽)达到约3.5。
[0270] 接触角。为与文献值比较，在我们的设定中，水在天然PDMS上的接触角为102°，45
这与Hillborg等的报道一致。 紫外固化的PUMA基材的接触角为72°，其亲水性明显比
46
PDMS更高。该数值很接近聚氨酯的报道值，聚氨酯是本文树脂的主要成分。氧等离子体
46
的处理将PUMA的接触角进一步降至53°，其与氧化的聚氨酯的数值相符。 通过等离子体处理减小接触角的作用被烘烤逆转，接触角回复到75°，这与天然PUMA基材的值在统计学相符范围内。
这与Hillborg等的报道一致。 紫外固化的PUMA基材的接触角为72°，其亲水性明显比
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PDMS更高。该数值很接近聚氨酯的报道值，聚氨酯是本文树脂的主要成分。氧等离子体
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的处理将PUMA的接触角进一步降至53°，其与氧化的聚氨酯的数值相符。 通过等离子体处理减小接触角的作用被烘烤逆转，接触角回复到75°，这与天然PUMA基材的值在统计学相符范围内。
[0271] 光学性质。固化的PUMA为光学透明的，折射率为1.504。图4A绘制了200-1000纳米范围通过PUMA的透射，以及TPE、PDMS、和玻璃的透射。在可见光范围内，PUMA具有与玻璃相似的光学透明度；然而，由于存在用于交联的紫外光引发剂，自然会预期在紫外区域有强烈的吸收。因此，PUMA与TPE相似，不太适合紫外吸收的应用。
[0272] 图4B显示了聚合物基材在488和633纳米激发下的自发荧光。与其它塑料材料的47
观察一致，所有三种聚合物基材的自发荧光水平都随时间衰减。图4B的小图比较了PDMS、PUMA、和TPE的自发荧光水平最大值：PUMA显示的自发荧光低于TPE但高于PDMS。该自发荧光水平适于大多数涉及荧光检测的应用。然而，对于高灵敏度单分子研究，应当采用能有效排除基材背景信号的共聚焦检测几何结构。
观察一致，所有三种聚合物基材的自发荧光水平都随时间衰减。图4B的小图比较了PDMS、PUMA、和TPE的自发荧光水平最大值：PUMA显示的自发荧光低于TPE但高于PDMS。该自发荧光水平适于大多数涉及荧光检测的应用。然而，对于高灵敏度单分子研究，应当采用能有效排除基材背景信号的共聚焦检测几何结构。
[0273] 溶剂相容性。表2列出了PUMA盘在各化学品中所观察到的溶胀比。发现PUMA极耐染料、酸、碱、水、甲醛、矿物油、硅油、电子氟化液、和全氟萘烷。尽管大多数纯度100％的26
有机溶剂导致PUMA溶胀，但PUMA在丙酮和乙腈中的溶胀比低于TPE。 我们注意到对于低分子量的醇，例如甲醇和乙醇，PUMA显示出比聚氨酯本身更多的溶胀，聚氨酯的溶胀比约为
46
1.1。
有机溶剂导致PUMA溶胀，但PUMA在丙酮和乙腈中的溶胀比低于TPE。 我们注意到对于低分子量的醇，例如甲醇和乙醇，PUMA显示出比聚氨酯本身更多的溶胀，聚氨酯的溶胀比约为
46
1.1。
[0274] 图5选择显示了PUMA盘在不同有机化合物和染料中浸没24小时后的图像以显示浸没的效果。与水不混溶的油对PUMA盘没有影响(图5A)。我们还进行了PUMA的补充测试，将样品在矿物油、电子氟化液、全氟萘烷中加热到90℃；未观察到明显的圆面积变化或溶解。这一事实使得PUMA可与滴式微流体的浸没应用兼容，这些应用中采用了很多这些油类。另一方面，在醇、庚烷、DMSO中观察到明显溶胀，特别是在四氢呋喃中，观察到严重的开裂(图5B)。对一些溶剂，与导致均相的膨胀相反，浸没导致一些盘在中心形成凹陷(图5C，浸入异丙醇)。这可能是由于较慢的渗透率使得24小时后盘的中心仍基本未受影响所致。
[0275] 在25μM罗丹明B(图5D)中浸没的PUMA盘中观察到染料渗透，但未观察到荧光素的渗透。罗丹明B的染料渗透是令人失望的，但并非意外的，因为已知罗丹明B渗透大多数聚合物材料。
[0276] 电渗流。图6A显示了EOF实验的电路。天然PUMA显示了很强的电渗迁移性；EOF向阴极移动，与在PDMS、玻璃、和TPE中的方向相同。这表明在所用的缓冲环境下，天然PUMA-4 2 -1 -1的表面也带负电。在硼酸盐缓冲液中，PUMA的电渗迁移性veof为5.5x10 cmV sec ，与熔融石英毛细管大致相当；图6B的小图显示了电渗迁移性测量的统计分布。其数值比文献
46
报道的热固化的聚氨酯的数值高约2倍。 图6B显示了当阳极储器中换成20mM硼酸盐缓冲液时，电流被稳定化的情况。随着EOF推动阳极储器中的20mM缓冲溶液置换通道中原有的10mM缓冲液，离子强度升高并导致电流增加直至整个通道充满20mM缓冲液。随着电场从200V/cm增至667V/cm(我们所用电源的最大输出)，达到新的稳态的时间如预期的那样缩短。在我们施加的电场范围内，未发现任何焦耳加热现象。图6C绘制了使用10和20mM硼酸盐缓冲液测得的电流与所施加电场的关系。它们的关系直到667V/cm都是线性的，表明没有因焦耳加热而改变离子传导性。
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报道的热固化的聚氨酯的数值高约2倍。 图6B显示了当阳极储器中换成20mM硼酸盐缓冲液时，电流被稳定化的情况。随着EOF推动阳极储器中的20mM缓冲溶液置换通道中原有的10mM缓冲液，离子强度升高并导致电流增加直至整个通道充满20mM缓冲液。随着电场从200V/cm增至667V/cm(我们所用电源的最大输出)，达到新的稳态的时间如预期的那样缩短。在我们施加的电场范围内，未发现任何焦耳加热现象。图6C绘制了使用10和20mM硼酸盐缓冲液测得的电流与所施加电场的关系。它们的关系直到667V/cm都是线性的，表明没有因焦耳加热而改变离子传导性。
[0277] 与PDMS或TPE不同，PUMA表面无需氧化以获得高EOF，此外，制备后的电渗迁移性非常稳定。图6D显示制备后在不同日期测得的电渗迁移性；为避免与从单次生产运行中取样相关的系统性取样误差，在各测试中从三次生产运行中选取不同存期的不同芯片。如图6D所示，就芯片存期最长达12天而言，均值(水平线)不变。然而，我们注意到气泡破坏测量的频率随着芯片的老化而提高。尽管我们不知道这一现象的确切原因，我们已经非常小心地将所有溶液在使用前超声处理并在显微镜检查下虹吸去除任何可见的气泡以排除气泡的常见来源。我们推测将PUMA芯片保存在氮气或真空中可能有助于降低气泡产生的发生。
[0278] 结论
[0279] PUMA对于临床状况中所用一次性微流体装置的制造是一种非常有前途的材料。由于原料已经符合USP VI级认证，其化学惰性，工作温度、生物相容性、和可灭菌性已被充分表征，且可预期由该材料制造的装置能满足管理批准的要求。本文报道了一种精细调节的生产工艺，其能提供高保真微结构复制，即便是高密度和高纵横比的微结构。该生产工艺可以基于现有的用SU-8对硅母模或者用DRIE刻蚀的硅母模制得的PDMS模具。PUMA提供了可见区域的光学透明度并且是非弹性体的。其表面性质与PDMS相比是高度稳定的。PUMA表面主要由聚氨酯组成，可以预期其具有与聚氨酯类似的耐生物淤积性。紫外固化过程用时数分钟(在我们的过程中＜2分钟，且为了连续生产中紫外剂量精确定量，紫外光源可以固定在传送带上)而不是热固化所要求的数小时，预期紫外固化能导致更高的生产量，这是降低一次性微流体装置的生产成本所需要的。此外，由于PUMA是热塑性的，粘接形成封闭的微流体装置是简单且可靠的。在本例中，我们简单地将保形密封的芯片放在紫外光源中一段时间。超声焊接、快速变温红外箱(例如，在电路板修复中常用于回流焊料)、或其它商业化非溶剂结合方法可在质量控制中提供额外的优势。加上这些特性，我们预期PUMA是制造基于微流体的一次性诊断装置的有用基材。
[0280] 致谢
[0281] 我们感谢生命科学发现基金(Life Sciences Discovery Fund(LSDF))国家卫生研究院(EB005197)和凯科基金会(Keck Foundation)对本研究的支持。
附图说明
[0282] 图1.通过从SU-8母模(左栏)和从深度反应离子刻蚀(DRIE)制得的硅母模(右栏)复制生产PUMA芯片的过程。
[0283] 图2.SEM图像，(A)：硅烷化的PDMS刻印和(B)：对应的PUMA复制品。小图：较高放大倍数下设计的精密细节。
[0284] 图3.不同PUMA复制件的SEM图像。(A)2μm(高)x 4μm(宽)收缩体。(B)两层通道结构(水平通道为3μm(宽)x 3μm(高)，而竖直通道为10μm(宽)x 10μm(高))。(C)由不同宽度的实心壁和规则间隔柱组成的测试图案。(D)(C)所示高纵横比柱的侧视图。
[0285] 图4.(A)PUMA、PDMS、玻璃、和TPE的透光特性。(B)TPE、PUMA、和PDMS的绿色荧光(实线；510-565nm，λ发射＝488nm)和红色荧光(虚线；660-711nm，λ发射＝633nm)强度。小图：各聚合物的自发荧光最大值(初始值)。
[0286] 图5.在(A)全氟萘烷，(B)四氢呋喃，(C)异丙醇，和(D)25μM罗丹明B中浸24小时后的PUMA盘(533-nm激发下的荧光图像)。
[0287] 图6.PUMA基材 的电动 力学 特性。(A)EOF测 量所用 电路的 示意 图。(1：-2kVStandford PS350电源；2：具有50μm(高)x 50μm(宽)x 3cm(长)通道并装有硼酸盐缓冲液的PUMA芯片)；3：100kΩ电阻；4：Keithley 6485微微安表；5：用于获得数据的PC)。(B)电动力学推动流动的电流迹线。小图：veof测量的统计分布；N＝68。(C)电流迹线与施加电场的关系。(D)veof与粘接后PUMA芯片存期的关系。
[0288] 表格说明
[0289] 表1.PDMS、TPE、和PUMA的物理性质
[0290] 1制造商具有更高粘度的形式。
[0291] 2＞5分钟的O2等离子体处理后。
[0292] 3等离子体处理后75℃烘烤2天。
[0293] 表2.PUMA盘在不同溶剂中浸24小时后的面积比。
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[0353] 制造高纵横比结构的聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)一次性微
[0354] 流体装置的优化方法
[0355] Jason S.Kuo，Yongxi Zhao，Laiying Ng，Gloria S.Yen，Robert M.Lorenz，[0356] David S.W.Lim，和Daniel T.Chiu*
[0357] Department of Chemistry，University of Washington，Seattle，WA98195-1700(华盛顿大学化学系，华盛顿州西雅图98195-1700)
[0358] *通讯作者。
[0359] 电子邮箱：chiu@chem.washington.edu
[0360] 传真：+1 206 685 8665
[0361] 电话：+1 206 543 1655
[0363] 我们最近报道了一种新的可紫外固化的聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)树脂，其作为用于临床诊断应用的一次性微流体基材具有优异的品质。本文讨论了多种方案以改进由PUMA树脂生产芯片的产率，特别是用于包括密集且高纵横比结构的微流体系统。具体而言，我们描述一种使微结构剪切面的移动最小化的模塑—脱模过程。我们还提供了用于在PUMA基材之间形成密封的简单但可规模化的方法，其避免了可能压坏精密结构的过度压缩力。最后，我们详述了用于形成与PUMA微流体装置的互连结构的两种方法。采用这些制造的改进以生产含有紧密间隔且高纵横比的翅片的微过滤装置，适于从高度稀释的悬浮液中保留和浓缩细胞或珠粒。
[0364] 关键词.聚二甲基硅氧烷、PDMS、聚氨酯甲基丙烯酸酯、PUMA、生物芯片、微流体、紫外固化、浇铸、快速原型制作、临床诊断。
[0365] 简介
[0366] 聚二甲基硅氧烷(PDMS)已是一次性微流体装置制造中的一种有吸引力的基材，1-4
其优点中主要包括易于制造及其弹性体本质，使得能方便进行芯片上的阀调节。 但是，在弹性体PDMS中浇铸高纵横比凸起结构或低纵横比微通道是高挑战性的：原因在于剪
5-7
切模量低，微结构往往在其自身重量下弯曲， 微通道从下垂顶部处被挤掉，或狭缝在增强的操作压力下膨胀。解决这些机械完整性问题的努力包括引入更硬的微流体基材例如
8，9 4，10
h-PDMS(“硬”PDMS) ，和UV浇铸热固性聚酯(TPE) 或市售光粘合剂，其包括Norland
11 12
63 或聚丙烯酸酯混合物 。
其优点中主要包括易于制造及其弹性体本质，使得能方便进行芯片上的阀调节。 但是，在弹性体PDMS中浇铸高纵横比凸起结构或低纵横比微通道是高挑战性的：原因在于剪
5-7
切模量低，微结构往往在其自身重量下弯曲， 微通道从下垂顶部处被挤掉，或狭缝在增强的操作压力下膨胀。解决这些机械完整性问题的努力包括引入更硬的微流体基材例如
8，9 4，10
h-PDMS(“硬”PDMS) ，和UV浇铸热固性聚酯(TPE) 或市售光粘合剂，其包括Norland
11 12
63 或聚丙烯酸酯混合物 。
[0367] 我们最近报道了一种新的可紫外固化的聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)树脂，它是非弹性体的，其作为用于临床诊断应用的一次性微流体基材具有优异的品质。该PUMA基材是光学透明、耐生物淤积、与微流体应用中所用的很多化学品兼容、可固化成典型厚度(约为玻片的厚度)、可容易地粘接形成封闭装置、并无需表面修饰就能产生与熔融石英毛细管相当的电渗流。该PUMA树脂已由供应商认证为符合美国药典(USP)VI级，其化学惰性、工作温度、生物相容性、可灭菌性(制造医用诊断装置必须的所有品质)都已经过充分测试。
[0368] 本文中，我们着重于紫外浇铸PUMA树脂的后端步骤-脱模、粘接、和与外部流体输送的相互连接。在脱模过程中，高纵横比微结构易于发生剪切引发的损坏，而在粘接过程中，它们易于发生压缩相关的损坏。这两个步骤中的损失不应和紫外浇铸的产率相混，一旦紫外剂量和树脂厚度适当优化后，紫外浇铸的产率是高度一致的。我们投入了大量努力以解决脱模和粘接步骤中的问题，并开发了消除复制所得微结构的不一致性和偶然性损坏的技术。结果是质量控制的提高和产率的改善。这些技术还可容易地调整用于商业规模的生产。
[0369] 实验
[0370] 聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具按前人所述的快速原型制作过程制得13，不同的是，制模的母模为由深度反应离子刻蚀(DRIE)制得的硅晶片，用(十三氟-1，1，2，2-四氢辛基)三氯硅烷处理过夜使模具硅烷化。在PDMS模具上分配3毫米厚的PUMA树脂(Dymax140-M，康涅狄格州托灵顿)，然后用粘在透明聚丙烯背板(8密耳厚)上的玻璃纸片覆盖以避免交联反应的氧抑制(图1A)。Aclar片材(新泽西州莫里斯镇的霍尼韦尔公司)是不含增塑剂的聚氯代三氟乙烯(PCTFE)聚合物，其可在关键应用中用来替代玻璃纸。为形成流体储器或用于外部连接的孔，可以在固化前将PTFE柱(3mm(直径)x 3mm(高))包埋在PUMA树脂内。整个装配件放入高强度紫外光源(ADAC Cure Zone2紫外泛光源，装有400W
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金属卤素灯，在365纳米下提供标称强度为80mW/cm)中曝光80秒(透过树脂侧曝光)，随后再曝光40秒(透过模具曝光)。一旦从模具脱离，就采用温和的机械压力将PUMA基材和另一涂覆有PUMA(固化)的玻璃保形粘接。通过把PUMA芯片于紫外泛光源中再放置10分钟，将该保形粘接转化成永久粘接。
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金属卤素灯，在365纳米下提供标称强度为80mW/cm)中曝光80秒(透过树脂侧曝光)，随后再曝光40秒(透过模具曝光)。一旦从模具脱离，就采用温和的机械压力将PUMA基材和另一涂覆有PUMA(固化)的玻璃保形粘接。通过把PUMA芯片于紫外泛光源中再放置10分钟，将该保形粘接转化成永久粘接。
[0371] 在各次复制之间，PDMS模具在异丙醇和水中超声处理并在75℃烘烤至少15分钟。
[0372] 结果和讨论
[0373] 流体相互连接。图1B显示了对接PUMA芯片用于外部流体输送的两种实施例。当我们在涉及高体积流速(1-10mL/min)或高流体阻力的应用中采用由这两种对接方法制得的芯片时，它们可常规经受最高达40psi的压力。图1B左侧显示了采用90度弯头使得能简单连接外部管件。弯头插入厚壁聚氨酯(PU)管(1/8英寸外径，1/16英寸内径)作为机械锚定对抗剪切。随后，PU管插入PUMA基材中的1/8英寸孔(通过包埋PTFE柱或激光切割形成)中并在接口周围分配额外的粘合剂。这一设计使得能快速地将外部管件从倒钩连接器脱离。
[0374] 第二种设计(图1B右侧)显示了外径1/16英寸(或与BD公司(BectonDickinson)的PE100管具有相同尺寸)的PTFE管与PUMA芯片的对接。我们发现传统的常用于对接基于PDMS的微流体装置的聚乙烯(PE)管(例如，PE100)在用于PUMA芯片时表现不好，原因是(1)PE表面是抗粘合剂粘接的，以及(2)当高度弹性的管沿长度方向牵拉时容易塌陷。我们发现1/16英寸外径的PTFE管是最佳的管件。尽管几乎不能与PTFE管化学粘接，但可以通过用聚烯烃热收缩件包裹外表面避免这一问题。然后，PTFE管可直接插入1/16直径的孔并用额外的树脂固定、或插入带有补充PU管(1/8英寸外径)作为剪切锚定的1/8英寸孔并用额外的树脂固定。
[0375] 与PDMS芯片比较。固化的PUMA树脂的肖氏硬度为D 60，明显比弹性体PDMS更硬(道康宁公司的Sylgard 184的肖氏硬度为A 50)。因为剪切模量低，PDMS不能用作制6
造自立式、机械易碎结构(特别是未支承的高直立柱或触须)的材料；在重力作用下这些结构会倾斜并倒塌。
造自立式、机械易碎结构(特别是未支承的高直立柱或触须)的材料；在重力作用下这些结构会倾斜并倒塌。
[0376] 图2显示了可用PUMA但不能用PDMS制造的结构的一种实施例。图2A显示了PUMA树脂复制件的扫描电子显微镜(SEM)图像；用于复制的测试图案由紧密间隔的竖直柱和实心壁交错构成。结构高度约为40μm且竖直柱的纵横比约3.5。为了在复制或脱模过程中出现方向问题时帮助解决问题，设计中包括了弯曲。由图2A可见，用PUMA制得的柱具有清晰的、未显示倾斜的竖直剖面。
[0377] 图2B显示了深度反应离子刻蚀(DRIE)制得的硅母模的SEM图像。母模具有相反的方向(即凸起变成凹陷)并旨在用PDMS复制与图2A同向的结构。虽然在硅晶片上用SU-8光致抗蚀剂是更常见的母模制作方式，但由于其难以确保完全除去深的凹陷中未固化的SU-8，本文中母模采用DRIE制得。深的凹陷中SU-8的存在会造成复制的PDMS中结构的收缩，这种收缩无法和凹陷中PDMS的不完全填充相区分。图2C显示用图2B中的硅母模模制的PDMS。人们会马上注意到，尽管PDMS柱与长的曲壁高度相同，表明复制成功，但它们无法支承自身重量并因此倾倒。预期低纵横比PDMS微通道也会在其自身重量下倒塌或下垂。
[0378] 脱模过程。我们发现，对于低纵横比(高/宽＜1)结构，可以通过(1)将模具轻轻地从固化的树脂剥离或(2)在树脂和模具之间楔入手术刀以轻轻抬起树脂将，从而使固化的PUMA树脂从PDMS模具脱离。这种情况下，脱模过程中损坏凸起结构的可能性很低。然而，对于高纵横比的结构，特别是那些由于缺乏支承而机械易碎的结构，脱模过程在芯片产率中起到关键作用。
[0379] 为了改善脱模过程，我们尝试了多种PDMS表面修饰过程(例如等离子体氧化、用(十三氟-1，1，2，2-四氢辛基)三氯硅烷进行硅烷化、和涂覆薄层表面活性剂例如正十二烷14
基-β-D-麦芽糖苷(DDM) 、Gransurf 71、和Gransurf77)。这些表面修饰技术没有改善复制过程，在硅烷化的情况中，PUMA树脂表面的疏水性太强以致不能适当润湿。我们还尝试研究了热膨胀(例如快速冷冻到-80℃或加热)中的差异：热处理导致PDMS在与固化的树脂相反的方向翘曲，但固化的树脂也与翘曲的PDMS全面贴合。得到的结果是翘曲的PUMA树脂，使得后续与平面基材的保形密封无法进行。
基-β-D-麦芽糖苷(DDM) 、Gransurf 71、和Gransurf77)。这些表面修饰技术没有改善复制过程，在硅烷化的情况中，PUMA树脂表面的疏水性太强以致不能适当润湿。我们还尝试研究了热膨胀(例如快速冷冻到-80℃或加热)中的差异：热处理导致PDMS在与固化的树脂相反的方向翘曲，但固化的树脂也与翘曲的PDMS全面贴合。得到的结果是翘曲的PUMA树脂，使得后续与平面基材的保形密封无法进行。
[0380] 假设在脱模过程中必须抑制偶然性的机械剪切，我们设计了简单的牵拉工作站将固化的树脂从PDMS模具分离。通过精确控制分离的方向和速度，最大程度减小了微结构的损伤。
[0381] 图3显示了牵拉工作站的示意图。该装置是基于Dremel工作站220-01的组件，该组件用于台式钻床。工作站具有加载弹簧的杠杆以控制沿轴的竖直移动；放松杠杆后，上部固件向上移动直至遇到限位器。1英寸直径的乙烯基类吸盘被固定于上部固件以连接PUMA芯片，用于连接PDMS模具的第二乙烯基类吸盘被固定于金属基座。通过在吸盘底部钻出通孔(1/16英寸直径)用于连接隔膜真空泵。
[0382] 紫外固化后，将PUMA-PDMS组件放在底部吸盘上并打开真空泵。底部吸盘将PDS模具保持在原位，同时上部吸盘缓缓向下与固化的树脂顶部的透明聚丙烯盖接触。速度应当足够慢，使得施加到树脂上的向下压力尽可能小。真空计从大气压力降至泵的最终压力时，表明在上部吸盘和聚丙烯盖之间实现良好的真空密封，放松加载弹簧的杠杆将树脂和模具拉开。
[0383] 在设计牵拉工作站时，我们注意到下列事项：(1)上部吸盘和底部吸盘必须正确对齐使得力均匀分布，和(2)所有部件必须牢固地固定以避免水平方向(微结构的剪切面)的偶然性振动或移动。脱模速度(越快越好)也有助于减少缺陷。
[0384] 图4显示拉出器对脱模的改善。图4A是立体镜下不借助拉出器所得的PUMA复制件(与图2A相同图案)的图像。两种缺陷很清楚：(1)长波形壁呈带状外观，和(2)竖直柱是不规则的。长波形壁的带状外观是由于壁的侧向弯曲造成，这通常是由于复制运行之间PDMS模具的不当清洗使得模具和树脂之间的粘合增强所造成的。严格遵循固化条件时，新制的未用过的PDMS模具没有这一问题。在复制之间用异丙醇和水进行严格的声波处理极大地减少波形壁的发生。
[0385] 图4B显示了在立体镜检查下会被视为“不规则”的竖直柱的SEM图像。不规则性是由于柱的相互倾斜所产生的。虽然PUMA明显比PDMS硬，但在这一规格下，其结构在机械上是脆弱的。图4C显示了采用拉出器完美脱模的PUMA复制件的立体镜图像。竖直柱之间的间隔是周期性的(无不规则黑点)。
[0386] 粘接.图5显示数种可用于形成封闭PUMA微通道的方法。由于PUMA为热塑性，加热是在微通道基材和盖之间形成永久粘接的一种有效方式。但是，为避免损坏微结构，在粘接过程中必须避免过度软化或压力。
[0387] 由于基材的刚性，PUMA的保形密封不象PDMS那么简单。还必须小心避免截留的气泡。我们优选的方法是将芯片放入塑料袋内，采用作为厨房器具市售的真空封口机在袋上抽真空，依靠袋的压缩在芯片上均匀施加压力并形成保形密封。真空袋常具有脊以减少气穴的截留，这些脊会在PUMA基材上留下刻印，这可以通过在真空袋内衬以无毛布避免。
[0388] 保形密封后，封闭的芯片在紫外灯下放置10-15分钟。强紫外和加热造成PUMA基材的软化，保形密封在回流过程中成为永久粘接。只要在芯片还是柔软的时候不施加压力，回流通常不引起微结构的变形。一旦芯片冷却，永久密封能在高压(20-30psi)下承受高流速(＞1ml/min)；我们常规观察到，构成芯片底部表面的显微镜盖玻片(2号)在永久密封失效之前破碎。该粘接方法是我们选择的方法；但是，也可使用我们下文简述的其它粘接技术。
[0389] 氧等离子体可用来提高保形密封，氧等离子体处理15分钟后，保形接触得以改善。截留的气泡更少，且密封的面积增大。但是，如PDMS和玻璃之间常见的，由于密封面积通常远远不到100％，仍然需要人工消除气泡。当封闭芯片在75℃烘箱内放置两天后，永久粘接已形成；但是，与采用上述第一种粘接方法制得的芯片相比，采用这一过程的密封在试验过程中失效的频率更高。
[0390] 也可采用另一种与热塑材料的商业化生产更相似的无溶剂粘接方法。例如，提供快速温度变化的可编程红外烘箱常在电路板制作中用于回流焊料，该烘箱提供比紫外灯更可靠的温度控制。超声焊接是粘接热塑材料的常用技术，只要操作条件经过适当优化就可采用，以减少局部熔化导致的微结构损坏。
[0391] 应用。为微过滤应用制作高纵横比狭缝的紧密阵列是推动我们开发PUMA芯片的一个动因。图6显示了由PUMA制得的竖直柱或翅片阵列保留和截留的紧密堆积细胞(图6A)和珠粒(图6B)的显微镜图像。在两种实验中采用了相同的微流体设计，柱之间的间距为8μm，柱的高度为40μm。在图6A中，采用已固定的培养所得癌细胞的稀释溶液(在
4％多聚甲醛中固定15分钟的MCF-7细胞)并以0.3ml/min的速度流经芯片。因为其能将细胞浓缩到较小区域以便更精确和快速地进行细胞计数，这样的微流体过滤器可在临床诊断中，特别是当细胞以极为稀释的浓度存在时作为现有的基于网格的人工血细胞计数器的补充。在图6B中，采用15μm直径的珠粒的溶液。这一在微通道中堆积珠粒的能力还可以有广泛的用途，例如亲和纯化(如珠粒上偶联有抗体)或尺寸排阻色谱。对所有此类基于微过滤的应用，必须能以高产率制造过滤元件，因为单个翅片复制的失败就会导致整个芯片的失败。本文显示，只要加以小心并遵循所述的微制造过程，PUMA就具有用于制造此类高要求微流体系统的材料特性。
4％多聚甲醛中固定15分钟的MCF-7细胞)并以0.3ml/min的速度流经芯片。因为其能将细胞浓缩到较小区域以便更精确和快速地进行细胞计数，这样的微流体过滤器可在临床诊断中，特别是当细胞以极为稀释的浓度存在时作为现有的基于网格的人工血细胞计数器的补充。在图6B中，采用15μm直径的珠粒的溶液。这一在微通道中堆积珠粒的能力还可以有广泛的用途，例如亲和纯化(如珠粒上偶联有抗体)或尺寸排阻色谱。对所有此类基于微过滤的应用，必须能以高产率制造过滤元件，因为单个翅片复制的失败就会导致整个芯片的失败。本文显示，只要加以小心并遵循所述的微制造过程，PUMA就具有用于制造此类高要求微流体系统的材料特性。
[0392] 结论
[0393] PUMA是临床诊断用微流体芯片的商业化生产中很有前途的基材。由于PUMA是非弹性体基材，必须格外小心以避免在脱模或粘接形成封闭微流体装置的过程中破坏高纵横比微结构。PUMA树脂的紫外固化过程是高度可靠的，但是不当的脱模或粘接会显著降低芯片产率。我们展示了通过采用尽量减少微结构剪切面移动的脱模拉出器，高纵横比微结构，即使是如我们的微过滤芯片中所用的高密度阵列也可以被完美地复制。为避免保形密封过程中压缩力过度，应当采用真空封口机除去PUMA复制件和芯片底部表面之间的空气，同时利用真空袋的压缩施加温和而均匀的压缩力。一旦建立起保形密封，可以采用不同的粘接方案将这一保形密封转化成永久粘接，包括使用紫外灯进一步固化并加热芯片，这一过程提供了高产率和强粘接。PUMA复制高纵横比微结构的能力可在各种分析应用中得到应用，我们还相信PUMA能在一次性微流体装置，特别是那些用于临床情况的装置的生产中作为现有基材的补充。
[0394] 参考文献
[0395] 1.G.M.Whitesides，E.Ostuni，S.Takayama，X.Y.Jiang and D.E.Ingber，Annual Review of Biomedical Engineering，2001，3，335-373.
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[0398] 4.G.S.Fiorini，R.M.Lorenz，J.S.Kuo and D.T.Chiu，Analytical Chemistry，2004，76，4697-4704.
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[0401] 7.C.Y.Hui，A.Jagota，Y.Y.Lin and E.J.Kramer，Langmuir，2002，18，1394-1407.[0402] 8.T.W.Odom，J.C.Love，D.B.Wolfe，K.E.Paul and G.M.Whitesides，Langmuir，2002，18，5314-5320.
[0403] 9.H.Schmid and B.Michel，Macromolecules，2000，33，3042-3049.[0404] 10.G.S.Fiorini，M.Yim，G.D.M.Jeffries，P.G.Schiro，S.A.Mutch，R.M.Lorenz and D.T.Chiu，Lab on a Chip，2007，7，923-926.
[0405] 11.S.H.Kim，Y.Yang，M.Kim，S.W.Nam，K.M.Lee，N.Y.Lee，Y.S.Kim and S.Park，Advanced Functional Materials，2007，17，3493-3498.
[0406] 12.W.X.Zhou and M.B.Chan-Park，Lab on a Chip，2005，5，512-518.[0407] 13.J.C.McDonald，D.C.Duffy，J.R.Anderson，D.T.Chiu，H.K.Wu，O.J.A.Schueller and G.M.Whitesides，Electrophoresis，2000，21，27-40.[0408] 14.B.Huang，H.K.Wu，S.Kim and R.N.Zare，Lab on a Chip，2005，5，1005-1007.[0409]
[0410] 图1.(A)布局图显示PUMA芯片的模塑和固化。PDMS模具1具有深度2mm的凹陷，模具内装有PUMA树脂2并包埋PTFE柱3。树脂顶部用透明的聚丙烯片4和界面玻璃纸(或Aclar)片5覆盖，其可在树脂固化后撕去。1：PDMS模具；2：PUMA树脂；3：PTFE柱；4：透明聚丙烯片；5：玻璃纸(或Aclar)。(B)示意图显示将外部管件与芯片连接的两种方法。左：具有1/8英寸孔的PUMA芯片1可用1/8英寸外径的聚氨酯管3连接到倒钩连接器2；可以在管周围分配额外的PUMA树脂4防止渗漏。右：具有1/8英寸孔的PUMA芯片5可与具有
1/16英寸外径的PTFE管6连接。5：PUMA基材；6：1/16英寸外径PTFE管；7；聚烯烃热收缩件；8：扣环；9：额外的粘合剂；10：1/8英寸外径的聚氨酯管；11：额外的PUMA树脂。
1/16英寸外径的PTFE管6连接。5：PUMA基材；6：1/16英寸外径PTFE管；7；聚烯烃热收缩件；8：扣环；9：额外的粘合剂；10：1/8英寸外径的聚氨酯管；11：额外的PUMA树脂。
[0411]
[0412] 图2.扫描电子显微镜图像：(A)紧密间隔的高纵横比柱的阵列的PUMA复制件，(B)DRIE制得的与(A)反向的硅母模，和(C)由(B)中硅母模制得的PDMS复制件。
[0413]
[0414] 图3.定制设计的用于将PUMA芯片从PDMS模具精确脱离的脱模拉出器。拉动杠杆时工作站下移；放松杠杆后，其弹簧加载的动作上移，确保将PUMA芯片精确地以180度从PDMS模具拉出。灰色显示表示标准Dremel工作站组件1。1英寸直径的乙烯基类吸盘2经钻孔、搭接、并通过1/8英寸(内径)的Tygon管与真空泵相连。下面搭接有反向吸盘
3，同样与真空连接。用金属基座4将反向吸盘固定在工作站上。
3，同样与真空连接。用金属基座4将反向吸盘固定在工作站上。
[0415]
[0416] 图4.(A)在立体镜下常观察到高纵横比结构复制的缺陷。波形壁1通常由于各次复制运行之间PDMS模具的不充分清洁造成，而在规则阵列中的不规则黑点2表明该结构相互间的倾斜(在使PUMA从PDMS模具脱离过程中的机械损伤)。(B)受损的高纵横比柱的SEM图像；未使用真空拉出器。(C)采用上文所述的真空拉出器完美脱模的PUMA芯片的光学图像。
[0417]
[0418] 图5.粘接PUMA芯片以形成封闭通道的方法。PUMA芯片可先采用氧等离子体粘接，然后在＞75℃下烘烤2天。O2等离子体改善芯片与底部封盖之间的保形接触。对于高纵横比或精密结构，建议使用真空封口机来控制保形密封所用的压力。一旦实现良好的保形密封，可以通过简单地使芯片经受延长的紫外曝光、使用可编程的红外炉、或超声焊接实现永久粘接。
[0419]
[0420] 图6.(A)用由PUMA树脂制备的高纵横比狭缝(图像右侧)保留MCF-7癌细胞。标称流速为0.3ml/min；细胞用4％多聚甲醛固定15分钟。(B)用由PUMA树脂制备的高纵横比狭缝保留15μm直径的珠粒。(A)和(B)使用相同的微流体设计，包括高纵横比狭缝的过滤屏障放置在微通道的出口处。
[0421] 证据C
[0422]
[0423] 说明
[0424] DYMAX高性能光学粘合剂在紫外光曝光数秒即固化。由于其无溶剂和快速固化特性，它们提高了产率、降低了组装成本并提高了工人的安全性。当采用DYMAX点、束或泛光灯固化时，它们为多种光学应用提供了优化的速度和性能。
[0425] 常规未固化性质(非规格参数)
[0426]
[0427] 常规固化性质(非规格参数)
[0428]
[0429] *DSTM是指DYMAX标准测试方法
[0430] 常规光固化数据
[0431]
[0432] *装有Fusion“D”灯泡
[0433] 在最初的过程验证阶段应当确定所需的强度和固化时间。在过程验证中应当考虑的会影响粘合剂固化速度和固化厚度的因素包括但不限于：部件的几何形状、粘接缝隙尺寸、365nm和436nm下透过基材的透射光百分数、粘合剂粘接面与光源的距离、光源的紫外和可见光强度以及输出光谱、需植入过程的安全边际和最小与最大曝光时间。
[0434] 光学性质
[0435]
[0436] 粘合剂的分配和操作
[0437] DYMAX 140-M系列粘合剂提供有3-ml、10-ml和30-ml手动或机器即用注射器。机器即用注射器可以按需要用多种自动化标准台式注射器施料器或其它设备分配。有关具体应用中的分配和固化系统的任何问题可通过(860)482-1010联系DYMAX技术中心。
[0438] 保存和保质期
[0439] 材料不使用时应存放在阴凉的暗处。不可暴露于紫外光或日光。材料长时间暴露于环境光下会聚合。用后应立即盖上盖子。在低于32℃(90℉)下，初始未开封容器中的产品保质期为1年。
[0440] 生物相容性和灭菌
[0441] 根据美国药典VI类和/或ISO 10993对一次性医疗器械的推荐对DYMAX医疗器械粘合剂进行了多种生物相容性测试。各产品数据表上列出了完成的测试，证书拷贝可根据要求提供。除非在产品数据表上另有说明，否则，这些粘合剂未就长时间或永久植入进行测试。在所有情况下，确定并验证这些粘合剂在需要的医疗器械中的适用性的责任由用户承担。
[0442] SME技术文件#AS91-397，1991建议“所有粘合剂在其原料和未固化状态都有毒性。要求完全固化……以保持VI类认证状态。”推荐在灭菌后进行完整器械的生物相容性测试以消除少数过程变化和装配中污染的影响。优选的灭菌方法是γ照射和环氧乙烷。高压灭菌可能仅限于某些应用。已知γ照射会聚合不饱和系统。但是，确保此类过程的有效性仍是用户的责任。
[0443] 安全性
[0444] 应佩戴不渗透的手套和/或涂抹阻挡乳液。皮肤重复或连续接触液体粘合剂会造成刺激，应当避免。切勿佩戴吸收性手套。用肥皂和水除去皮肤上的粘合剂。切忌用溶剂去除皮肤或眼部的粘合剂。
[0445] 注意事项
[0446] 仅供工业使用。避免吸入蒸气。避免眼部与衣物接触。若发生接触，立即用水至少冲洗15分钟；眼部接触应寻求医疗帮助。再次使用前清洗衣物。放在儿童拿不到的地方。不可内服。若发生吞咽，应立即催吐并就医。使用前，参考物质安全数据表的具体信息。
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