专利名称：用于制造一次性微流体装置的基材的制作方法
技术领域：
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。
背景技术：
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。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(PDMQ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。其复制的混合一浇铸一和一烘烤方法快速、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。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. Μ. ；Schiro, P. G. ；Mutch, S. Α.； Lorenz, R. Μ. ；Chiu, D. Τ. Lab on a chip 2007，7，923_拟6 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, Μ. ；Nam, S. W. ；Lee, K. Μ. ；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,Μ. 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ΙΟΟμπι)。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。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。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。发明概述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。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一脱模过程。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。附图简要说明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。

图1和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。图2禾Π 2'显示了 SEM图像，(A)硅烷化PDMS刻印和⑶对应的PUMA复制件。小图较高放大倍数下设计的精密细节。图3和3'显示了不同PUMA复制件的SEM图像。(Α)2μπι(高)χ 4μπι(宽) 结构。(B)双层通道结构(水平通道3μπι(宽)χ 3μπι(高)；竖直通道10μπι(宽)χ ΙΟμπι(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。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；660-71 lnm，λ Sli= 633nm)强度。小图各聚合物的自发荧光最大值(初始值)。图5和5'显示了在㈧全氟萘烷，⑶四氢呋喃，(C)异丙醇，和⑶25μΜ罗丹明B中浸M小时后的PUMA盘(533-nm激发下的荧光图像)。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 :_2kVStandford PS350电源；2 具有50 μ m(高)χ 50μπι(*)χ 3cm(长)通道并装有硼酸盐缓冲液的PUMA芯片；3 =IOOk' Ω电阻；4 =Keithley 6485微微安表；5 用于获取数据的PC)。 ⑶电动力学推动流动的电流迹线。小图\。f测量的统计分布；N = 68。(C)电流迹线与施加电场的关系。⑶与粘接后PUMA存期的关系。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。⑶电动力学推动流动的电流迹线。小图\。f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。图7显示㈧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。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。图8和8'显示了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㈧反向的硅母模，和(C)由图⑶中的硅母模制得的PDMS复制件。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。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。图10和10'显示㈧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。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°C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。图12显示㈧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15μπι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。图12'显示㈧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15 μ m直径的珠粒。图13是本公开一种实施方式的微流体基材的截面视图。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。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。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。发明详述综沭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。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。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。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。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。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。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。不限于本文所述的具体实施例，术语“生物偶联颗粒”可包括生物偶联的珠粒、纳米颗粒、磁性纳米颗粒、量子点、聚合物分子、或染料分子。■薩體胃臓術口伺撤纖細測線翻輔械图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13 ，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13 粘接的玻璃部分13观。在一种实施方式中，该玻璃部分13 用玻璃部分 13 上的粘合剂涂层1332与基材13 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13 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。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)。在一种实施方式中，基材13 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。在一些实施方式中，基材13 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。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°C、70°C、或121°C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。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°C、7(TC、或121°c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。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IOx Imm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。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。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。C.牛产微流体基材的方法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。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140 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。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。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°C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。
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。
参考回图15C，可以在PDMS模具1514上分配PUMA树脂1516(例如以3_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(HoneywelLMorristown， 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15M曝光)以形成PUMA基材15 (见图15D)。图15D显示了在方法中从PUMA基材15 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15 便通过使用轻柔的机械压力与涂覆有PUMA (固化)的玻璃15 保形粘接而形成PUMA芯片1530。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15 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15 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)。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°C烘烤至少 15分钟。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。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。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。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。P.基材、设I、禾Π泡丨造材与设I的方法的实施彳列禾Π补充实施方式材料与方法光学测量。通过将可紫外固化的PUMA树脂(140-Μ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)χ 75mm(长)χ 2mm(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紫外泛光源，装有400W金属卤素灯，在365纳米下提供标称强度为80mW/cm2)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。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。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。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IOOx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。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) χ 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&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°C烘烤2天。为测量接触角，在环境温度下采用静态固着液滴法由C⑶相机拍下l-μ LMilliQ 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。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M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CXD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。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。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(50μπι(高)χ 50μπι(*)Χ 3cm(长))。电路和电流感应元件的设置按前人所述 W ^ ^ ' , Huang, X. H. ；Gordon, Μ. J. ；Zare, R. N. Analytical Chemistry 1988, 60,1837-1838 ；禾口 Locascio，L. Ε. ；Perso, C. Ε. ；Lee, C. S. Journal of Chromotography A 1999，857，275-284。负极性可编程的2kV直流电源(Manford 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(IOmM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60 μ L硼酸溶液重新填充。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)。结果与讨论一般物理性质。表1小结了 PDMS、TPEJP PUMA的主要物理和表面性质。表 1.
权利要求
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。
全文摘要
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。
文档编号G01N35/08GK102272592SQ200980153820
公开日2011年12月7日 申请日期2009年10月28日 优先权日2008年10月30日
发明者D·T·赵, J·S·郭 申请人:华盛顿大学