技术领域
[0001] 本
发明涉及一种制造微流体系统的方法，以及一种，尤其是按照该方法制成的微流体系统和这样的微流体系统的应用。技术背景
[0002] 微流体系统尤其是应用于
生物技术、分析、制药和临床化学，环境分析和日用品化学等领域。它们例如以微型分析系统的形式来使用，所谓µTAS（微型化整套分析系统(Miniaturized Total Analysis System)），以及作为
芯片实验室系统（Lab- on- chip-System）。微流体系统例如可以用于在生物活性物质研究，诊断分析和筛选中的
采样、制备样、微反应、分离、探测。使用微流体系统的优点在于：通过减少试样体积和
试剂的使用和试剂消耗降低成本，简化操纵。此外可以实现较短的分析时间和较高的试样通过能
力。
[0003] 微流体系统一般由玻璃-或者
聚合物基片组成，其中通过现场结构，例如借助于
热压或者压注，建立起通道和其它
钝化的流体元件，如集成的混合器结构，试样储存容器。活性元件，如
泵，执行元件和
传感器例如可以通过混合集成而集成起来。这里大多数按串接方法预先结构化的基片设置有单个活性的构件，并然后使之接通。
[0004] 在文献WO 2005/014452 中公开了一种制造具有塑料
外壳的
半导体元器件的成批生产工艺方法，其中载体板在其顶面上设有一种热敏粘结剂，而且这个顶面设置许多单个的
半导体芯片。然后将半导体芯片埋入在塑料外壳材料里，并通过加热热敏粘结剂去除载体板。这样开通的复合晶片然后可以借助于标准薄层工艺和-材料环绕布线。所产生的印刷线路则设有钎焊焊台。随后可以使复合晶片分离成单个的半导体芯片。
发明内容
[0005] 按照本发明建议了一种制造微流体系统的方法，这种系统包含至少一个具有一个微流体活性表面的微流体构件，方法至少包括以下步骤：A)提供一个具有一个连接侧面的微流体复合基片，它包括有至少一个置入在聚合物材料里的微流体构件，其中这构件的微流体活性表面至少部分地构成微流体复合基片的连接侧面的一部分，
B)提供一个对置基片，它具有一个连接侧面，用于与微流体复合基片连接，C)提供一种微流体结构，至少在复合基片的连接侧面上和/或在对置基片的连接侧面上，至少用于在微流体系统里形成一个微流体通道结构，和
D)使微流体复合基片和对置基片用它们的连接侧面连接，同时形成一个微流体通道结构，尤其是用于使微流体构件上下相互之间和/或微流体构件向外建立一种流体连接。
[0006] 微流体构件按照本发明例如可以是微流体芯片，例如像
微泵，传感器或者
阀门。
[0007] 所谓微流体活性表面，按照本发明是指微流体构件的一个表面，这表面例如具有微流体功能元件和/或结构，例如像加热器构件、传感器、
薄膜、至微型空腔的开孔或者通路，或者微流体构件里的微型通道结构，或者其它的微流体功能元件和/或结构。
[0008] 用按照本发明的方法可以有利地以高的
精度和同时以高通过能力，由
电子装置，只用微小的调整，在利用建造和连接技术的已经确立和标准化的工艺过程条件下建立微流体系统。按照本发明的方法成本有利，而且除此之外，可以在一个成批生产的工艺过程中实现微流体系统的大量生产。这特别也对于一次性系统的范围来说，例如在关心诊断部位（Poin-of-Care Diagnostik）方面具有意义，并且可以有利地实现经济的批量生产和更大范围的应用。
[0009] 在方法的一种实施方案变型中，步骤A)又可以包括以下步骤：AA) 在一个临时载体的一个安装侧上安设至少一个微流体构件，其中将微流体构件用其流体活性表面置于临时载体上；
AB) 用一种聚合物材料涂覆和围住微流体构件，同时形成一种微流体复合基片；和AC) 将临时载体与步骤B)中制成的微流体复合基片分离。
[0010] 换句话说，在这种方法方案中将微流体构件暂时安放在一个载体上并与之连接。构件用其微流体活性表面设置在载体的安装侧上（这活性表面具有例如一个或多个流体开孔），然后将构件装入一种合适的聚合物材料里。换句话说，将这微流体构件埋入聚合物材料里并且也与之固定。例如可以通过环喷，压注，模制或者通过注入使构件埋入在聚合物材料里。通过用临时载体的遮盖，可以有利地在步骤AB)里，通过聚合物材料最大程度上避免对构件的微流体活性表面上的微流体结构和元件造成影响。微流体结构和元件可以是薄膜，传感器、加热器结构和/或流体开孔，例如像微流体通道的入口或者出口。例如在聚合物材料至少局部硬化之后，就可以在步骤AC)里与载体进行分离。用复合基片的分离开使得预先设置在复合基片上的微流体活性表面，例如微流体构件的微流体开孔又开通。
[0011] 用按照本发明的方法方案可以令人惊奇良好地，简单地使得尤其是许多相同的或者不同的微流体构件集成于一个复合基片里，并且继续一起进行加工。这是有利地可能的，并不影响微流体构件 ，尤其是也并不影响已经存在于微流体构件内的微流体结构，例如像微通道、微型混合结构、停留结构和储存空腔、和/或活性元件，如微泵、阀门，而且不影响分别与之联系的功能。
[0012] 临时载体尤其可以是一个载体板或者薄膜，它在其安装侧上设有一种合适的附着剂，用于与微流体构件实现暂时的连接，或者可以具有合适的自附着性能，用于暂时固定住微流体构件。换言之，临时载体可以在其安装侧上例如具有一层附着层。载体板或者薄膜例如可以由金属材料，例如像由
钢组成，或者由此构成。
[0013] 对于用于制造在复合基片上的聚合物涂覆层的聚合物材料合适的聚合物例如可以是模制材料、环
氧树脂、
硅树脂、聚酯树脂、聚
氨酯树脂、热塑性塑料，如聚
碳酸酯（PC）、COC、硅
酮或者聚甲基
丙烯酸甲酯（PMMA），还可以列举许多。
[0014] 按照本发明有利地也可以除了微流体构件之外，将其它的，例如非活性或者活性的部分，例如像半导体芯片，集成在复合基片里，而不是通过混合集成将它们合在一起。这有利地扩展了按照本发明的微流体系统可能的功能。
[0015] 在步骤D)里可以通过微流体复合基片，与在其连接侧上预先结构化的对置基片的接合和
覆盖，使一个或者多个微流体构件向外形成流体连接，和/或使微流体复合基片上下相互实现流体连接。
[0016] 对置基片例如可以是一种玻璃基片、硅基片、
电路板基片或聚合的基片特别是聚碳酸酯基片、派热克斯玻璃（Pyrex）基片、聚四氟乙烯基片、聚苯乙烯基片、由环烯
烃共聚物组成的基片、聚酯基片或者聚二甲基硅氧烷（PDMS）基片。这样的基片的结构例如可以通过已建立的，用于制造微系统技术部件的方法，例如压注、深度
腐蚀或者压制，尤其是热压。
[0017] 在方法的一种实施方案中，可以在步骤C)里，与步骤A)和/或步骤B)同时地形成微流体结构，其中在复合基片里形成微流体结构包括了提供和应用一个在至少安装侧上结构化的临时载体。
[0018] 因此对置基片可以至少在其对着复合基片的连接表面上具有一种适合的，尤其是微流体结构。这种结构尤其可以设计用于形成微流体构件的向外的流体连接的，和/或微流体构件上下相互之间的流体连接的微流体通道结构。然而也可以随着对置基片的结构化而形成和提供其它的，不同的微流体结构，如混合结构和/或停留结构。
[0019] 就使用一种预结构化的对置基片来说，备选或附带地在按照本发明的方法的另一种设计方案中，例如在步骤AB)里，为了建立一种向外的流体连接和/或微流体构件上下相互之间的流体连接，设有一种微流体结构，用于在复合基片的聚合物材料里形成一种微流体通道结构。换句话说在步骤C)里的微流体结构化按照本发明可以简单地与步骤A)里的制造和提供复合基片同时进行，并因此已集成在复合基片里。这种结构化除了提供微流体通道用于微流体构件的流体连接之外，也可以包括有其它的非活化的和/或活化的微流体部件，例如像腔室、混合结构、或者阀门。另一个优点在于：复合基片的覆盖，在一定条件下也可以通过一种简单的未结构化的作为对置基片的对置板来进行。这有利地使基片接合和连接时的调节花费实现最小化。
[0020] 在按照本发明的方法的另一种设计方案中，可以在步骤AB)里通过提供和应用一个在至少安装侧上结构化的临时载体来规定微流体通道结构。在临时载体的安装侧上例如可以布置有合适的隆起和凹陷，这些隆起和凹陷可以在步骤AB)里通过聚合物材料而成型。临时载体在这种实施形式中也就是除了用于对微流体构件已经提供的支承和保护功能之外，同样也用作为复合基片连接表面结构化的成型体（模板）。
[0021] 在按照本发明的方法的另一种设计方案中，可以通过在临时载体的安装侧上结构化地涂覆一种可去除的材料，来提供在安装侧上结构化的临时载体。备选或者附带地可以在微流体构件上进行可去除材料的结构化的涂覆，这些构件置于载体上。在一种优选的方案中，可去除材料可以是一种模附着粘结剂。所谓可去除材料是指：这种材料尤其是在步骤AC)里，在复合基片与载体分离开之后，例如用一种
溶剂，和/或热的方法，可以被去除，从而尤其是在复合基片的聚合物材料里相应的结构化，在一定条件下也例如使微流体构件的开孔被释放。优选无残留地消除可去除材料，然而总是使得复合基片连同在其里面包含的微流体构件的功能不会受到影响。
[0022] 在一种备选的设计方案中，结构化的临时载体具有与这载体持久连接的隆起，作为在安装侧上的结构。临时载体与凸起的结构，也就是隆起可以优先设计成一体。这样在复合基片的相应表面上构成和形成的结构则可以在步骤AC)里按照本发明释放。其优点在于：不需要另外的步骤来使结构和/或存在于微流体构件里的开孔开通释放。开孔例如可以是微流体通道的入口或者出口。此外这种方法方案的优点还在于：可以重复地使用和应用临时载体，这特别有利于工业规模的批量生产。临时载体例如可以制造和应用为压制的钢板。这种选择即使在大批量生产时也可以实现特别精密和保证尺寸的再生产。
[0023] 在按照本发明的方法的另一种实施形式中，临时载体可以在步骤AA)里装配微流体构件之前，全面地(Vollflächig)或者结构化地用一层可除去的附着层进行涂覆，例如用一层模-附着-粘结剂-薄膜。临时载体可以设计为不结构化地具有一个平的安装侧，或者结构化。通过这种按照本发明的方案可以简单地实现复合基片形成的结构的调整。同时附着层可以用于将构件临时固定在临时载体上。
[0024] 在按照本发明的方法的另一种设计方案中，在步骤A)里除了所述至少一个微流体构件之外，在聚合物材料里装入了，也就是埋入至少一个电子元件，尤其是半导体芯片，并固定在其中。
[0025] 在方法的另一种实施形式中，可以在步骤D)之前或者之后，进行半导体芯片和/或微流体构件的环绕电接线和/或电
接触。因此可以有利地提供必要的和/或所希望的电
信号和电
流线路，以及既接触半导体芯片也接通微流体构件。
[0026] 在另一种按照本发明的方法方案中，可以在步骤D)之前在复合基片的连接侧上，有利地布置至少另外一个微流体构件和/或电子元器件，尤其是半导体芯片。
[0027] 在方法的另一种按照本发明的设计方案中，在步骤B)里提供对置基片包括了装入，也就是在一个聚合物材料里埋入和固定至少一个微流体构件。换句话说，对置基片也可以是一个复合基片。
[0028] 在按照本发明的方法的另一种实施形式中，此外还包括了在复合基片和/或对置基片里加入流体接通装置(Durchkontakten)。因此可以同时在一个方法步骤中，也实现一个或者多个微流体构件向外的微流体连接。
[0029] 本发明还涉及一种微流体系统，尤其是按照前面所述的方法制成，它包含至少一个具有至少一个微流体活性表面的微流体构件，其中所述至少一个微流体构件在形成一个微流体复合基片情况下，埋入在一种聚合物材料里并在其中固定，而且微流体构件的微流体活性表面构成了微流体复合基片的一个连接面的一部分，而复合基片在连接面上通过与一个对置基片的连接设有一种覆盖，其中此外，尤其是在复合基片和对置基片之间，设计了微流体结构，尤其是用于实现微流体构件向外和/或微流体构件上下相互之间的流体连接。
[0030] 在一种实施形式中，微流体构件的微流体活性表面包括有一个或多个流体活性薄膜、传感器面、加热器结构和/或通道结构的开孔。微流体结构按照本发明可以是微流体通道，但也可以是或者包括有腔室、混合结构、阀门、泵和/或其它非活性的和/或活性的元部件。
[0031] 按照本发明的微流体系统在一种设计方案中，可以包括有至少一个电子元部件，尤其是一个半导体芯片。电子元部件可以有利地设计用于检测一种流体的物理性能，或者说属于它的测量值，和/或调整在微流体系统里流体的运行参数。除此之外，一个电子元部件也可以具有发射和接收装置，用于与外部的元部件交换电子信号和数据。外部元部件例如可以是计算机。
[0032] 此外本发明涉及一种按照本发明的微流体系统的，尤其是在一种集成的微流体芯片实验室系统，一种µTAS或者一种微反应器里的应用。它们例如可以使用在药物技术、
微生物学里和/或在药物的、生物技术的分析中。使用这样的微流体系统优点是：由于减小了试样体积和试剂的加入和消耗，降低了成本，简化了操纵，以及由于按照本发明的制造方法和可以批量生产降低了成本。此外可以有利地实现较短的分析时间和较高的试样通过能力。
附图说明
[0033] 按照本发明的对象物的其它优点和有利的设计方案通过附图表示出来，并在随后的说明中叙述。应该注意到：附图只具有所说明的特征，而且并不考虑以任何形式限制本发明。
[0034] 图1用剖视简图a)至d)表示了一种本发明的微流体系统的建立，这系统具有预先结构化的对置基片作为覆盖；图2用剖视简图a)至d)表示了一种本发明微流体系统的建立，这系统具有一种可去除的材料的结构化地涂覆在一个临时载体上的层；
图3用剖视简图a)至d)表示了一种本发明微流体系统的建立，这系统具有一种未结构化的对置基片作为覆盖；和
图4用剖视简图a)至d)表示了一种本发明的微流体系统的建立，同时应用了一种结构化的临时载体。
具体实施方式
[0035] 图1a至1d表示了按照本发明的微流体系统的，或者说一种按照本发明的用于建立微流体系统的方法的第一种设计方案。图1a以剖视简图表示了两个微流体构件1，它们分别在其微流体活性表面上具有一个带有微流体开孔3的微流体通道2，例如一个入口和一个出口。微流体构件1在按照本发明的方法的步骤AA)里，用其布置有开孔3的微流体活性表面，在箭头方向上装在一个临时载体4上（这临时载体在其安装侧上有一个附着层5）并且与临时载体4连接。临时载体4例如可以是一个平面平行的板。临时载体4例如可以是一个钢板。在图1b里，微流体构件1埋入在一种聚合物材料6里。在方法的步骤AB)里，装在临时载体4上的并且与载体4通过附着层5连接的构件1用聚合物材料6例如进行环喷，模制或者备选地注入其中。通过与临时载体4的连接有利地使开孔3防止有聚合物材料6进入，而且保持畅通。在图1c里表示了在按照本发明的方法的步骤AC)里与具有附着层5的临时载体4分离开的，由聚合物材料6组成的复合基片10和微流体构件1。 在这步骤里又使微流体构件1的开孔3开通。复合基片10的开通表面构成了复合基片10的连接侧。在图1d里复合基片10与一个作为覆盖的对置基片7连接。对置基片7在这实施形式中，为了在其连接侧上建立流体连接，按已经预先结构化地提供。对置基片7的结构化的连接侧与复合基片10接合，并且例如通过粘结连接起来。例如在复合基片10和对置基片7连接之前，按照本发明此外还可以规定一种电的环绕接线。对置基片7的预先结构化包括了流体接通装置8，它用于使微流体构件向外形成流体连接，例如至位于微流体系统之外的元部件。对置基片7的预先结构化此外还包括了在连接侧上的，尤其是用于形成通道结构的微流体结构。用这些结构用复合基片与对置基片7连接，在微流体系统里设计有微流体通道结构9，这结构可以用于与层间流体接通8连接，并且用于微流体构件1的上下相互流体连接。按照本发明也可以设计其它的微流体结构和元部件，如停留结构、腔室、微混合器、泵和/或阀门。
[0036] 图2a至2d表示了一种按照本发明的系统的，或者说一种按照本发明的，用于制造微流体系统的方法的第二种设计方案。图2a用剖视简图表示了两个微流体构件1，它们分别具有一个带有开孔3的微流体通道2。微流体构件1用其带有开孔3的微流体活性表面置于一个结构化的临时载体24上，并与其连接。临时载体24通过一个结构化地涂覆的附着层25结构化。结构化的附着层25例如由一种可去除的材料构成。附着层的材料例如可以用溶剂和/或热的措施去除。因此可以简单地得到一种可变的和可调整的临时载体24的结构。图2b表示了在图2a中所示的布置，其中微流体构件1这里埋入在一种聚合物材料26里，同时形成一个复合基片20。复合基片20在按照本发明的方法步骤AB)中，例如通过环绕喷注、压注、模制或者用聚合物材料26浇注而构成。图2c用剖视图表示了与临时载体
24分离开的复合基片20。通过除去在复合基片20里结构化的附着层25，在聚合物材料26里形成集成的微流体结构21。换句话说，在微流体系统（图2d）里微流体结构21可以已集成在复合基片20里，尤其是用于形成一个微流体通道结构29。通道结构29的微流体通道可以用于微流体构件1向外的流体连接和/或微流体构件1上下相互之间的流体连接。图
2d此外表示了来自图2c的复合基片20，具有一个与之连接的对置基片27作为覆盖。对置基片27在这种实施形式中具有流体接通装置28。接通装置28的至少一个部分可以是与微流体通道结构29接通的。
[0037] 图3a至3d表示了一种按照本发明的微流体系统的，或者说一种按照本发明的，用于制造微流体系统的方法的第三种实施形式。图3a对应于图2a中所示的布置。图3b表示了图3a所示的布置，其中微流体构件1埋入在聚合物材料36里，同时形成一个复合基片30，其中复合基片30与临时载体24连接。此外在聚合物材料36里设计有流体接通装置
38。这种接通装置38可以有利地在将微流体构件1埋入聚合物材料36里时，在按照本发明的方法的步骤AB)里就已经一起成型出来并作了规定。流体接通装置38也可以备选地通过补充的加工制成，例如通过钻孔。图3c用剖视图表示了与临时载体24分离开的复合基片30。通过去除在复合基片30里的结构化的附着层25而开通释放的微流体结构31设计成在聚合物材料36里的凹陷。换句话说，微流体结构31可以已集成在复合基片30里，例如用于形成一种微流体通道结构39。微流体通道结构39的通道可以用于使微流体构件
1向外实现流体连接和/或微流体构件1上下相互的流体连接。通道结构39的通道的至少一部分与流体接通装置38接通。在图3d中表示了：复合基片30的覆盖在本发明的这种设计方案中，可以有利地通过与一种未结构化的对置基片37的接合和连接来进行。对置基片
37例如可以是一个平板。这还使得接合时的调节花费减轻。
[0038] 图4a至4d表示了一种按照本发明的微流体系统的，或者说一种按照本发明的，用于制造微流体系统的方法的第四种实施形式。图4a用剖视简图表示了两个微流体构件1，它们分别具有一个带有开孔3的微流体通道2。微流体构件1用其带有开孔3的微流体活性表面置于一个结构化的临时载体44上，并与其连接。临时载体44具有隆起44A，它们可以持久地与载体44连接。临时载体44例如可以是一个
铣削的钢板，这钢板可以有利地重复使用于按照本发明的方法。这尤其是对于微流体系统的批量生产来说是有利的。在隆起44A上在这种实施形式中涂覆了一层附着层45，用这附着层使微流体构件1暂时固定。附着层45可以由一种可去除的材料构成，例如由一种模-附着-粘结剂。图4b表示了图4a的布置，其中微流体构件1埋入在聚合物材料46里，同时形成一个复合基片40。此外在这聚合物材料46里已经设有流体接通装置48。接通装置48可以有利地在按照本发明的方法的步骤AB)里，已一起成型出来。流体接通装置48也可以备选地通过补充的加工制成，例如通过钻孔。图4c用剖视图表示了与临时载体44分离开的复合基片40。通过带其隆起
44a的结构化的载体44在复合基片40里成型出的微流体结构41设计成在聚合物材料46里的凹陷，因为在那里复合基片40在其被聚合物材料46形成时，被开通释放。换句话说，微流体结构41，例如为了在微流体系统里形成微流体通道结构49的通道，可以至少局部集成在复合基片40里，用于使构件1向外和/或微流体构件1上下相互之间实现流体连接。
通道结构49的至少一部分通道用流体接通装置48接通。在图4d中表示了：复合基片40的覆盖在本发明的这种设计方案中，可以通过与一个未结构化的对置基片47的接合和连接来进行。这有利地使得接合合时的调节花费最小化。
