微流体装置的制作方法

微流体装置可在微观层面探索流体的化学和物理性质。仅举几例，这些装置可用于研究应用、医学应用和法医学应用，以使用与原本用于全面（full-scale）分析装置或系统的量相比极少量的样品和/或与样品相互作用的试剂评估或分析流体。

附图简述

图1图示说明根据本公开的一种示例性微流体装置的示意图；

图2图示说明根据本公开的一种示例性微流体装置的示意图；

图3图示说明根据本公开的一种示例性微流体装置的示意图；

图4图示说明根据本公开的一种示例性微流体装置的示意图；

图5图示说明根据本公开的一种示例性微流体装置的示意图；

图6图示说明根据本公开的一种示例性微流体装置的示意图；

图7图示说明根据本公开的一种示例性微流体装置的示意图；

图8图示说明根据本公开的一种示例性微流体装置的示意图；

图9图示说明根据本公开的一种示例性的含干试剂聚合物粒子的示意图；

图10图示说明根据本公开的一种示例性的含干试剂聚合物粒子的示意图；

图11图示说明根据本公开的一种示例性的含干试剂聚合物粒子的示意图；

图12图示说明根据本公开的一种示例性的含干试剂聚合物粒子的示意图；

图13图示说明根据本公开的一种示例性微流体系统的横截面视图；

图14图示说明根据本公开的一种示例性微流体系统的横截面视图；

图15图示说明根据本公开的一种示例性微流体系统的横截面视图；

图16图示说明根据本公开的一种示例性微流体系统的横截面视图；和

图17是图示说明根据本公开的制造微流体装置的一种示例性方法的流程图。

详述

微流体装置可允许在微观层面分析流体样品。这些装置在分析过程中使用比原本用于全面分析更小体积的流体样品和试剂。此外，微流体装置也可允许平行分析，由此提供流体样品的更快速分析。例如，在样品分析过程中，可递送试剂以与样品流体相互作用。试剂可用于除去干扰传感的化学品和/或用于辅助传感。在样品分析过程中引入试剂可提高与分析相关的成本和技能、与进行样品分析相关的时间和出错的可能性。此外，一些试剂容易发生环境降解和/或可在暴露于水分时水解，且一些非热稳定的试剂可在暴露于热时降解。因此，受到保护以防止环境降解的试剂可提供益处。

根据本公开的一个实例，微流体装置包括微流体基底和含干试剂聚合物粒子。微流体基底包括流体连接到多个微流体通道的微流体保留区。含干试剂聚合物粒子包含试剂和可降解聚合物。当暴露于释放流体时可从可降解聚合物中释放该试剂。将含干试剂聚合物粒子保留在微流体基底内的微流体保留区的某位置以在释放流体从入口微流体通道流过微流体保留区时将试剂释放到出口微流体通道中。在一个实例中，可降解聚合物部分包封或完全包封该试剂，形成聚合物包封的试剂，其包含聚合物壳和含试剂的核。在另一个实例中，聚合物壳进一步包含与可降解聚合物混合的第二试剂，所述第二试剂不同于含试剂的核的试剂。第二试剂可位于可降解聚合物中以在来自含试剂的核的试剂之前释放。在再一个实例中，第二聚合物壳包封可降解聚合物。在进一步实例中，将可降解聚合物和试剂均匀混合在一起，然后粒化以形成具有分散在其中的试剂的聚合物基质的粒子。在一个实例中，含干试剂聚合物粒子具有100 nm至10 µm的D50粒度，且含干试剂聚合物粒子的试剂具有1 µm至500 µm的D50粒度。在另一个实例中，可降解聚合物具有大约10 kDa至大约500 kDa的重均分子量。在再一个实例中，可降解聚合物包括聚乳酸、炔官能化聚乳酸、生物素化聚乳酸、聚乙烯醇、生物素化聚乙烯醇、聚乙二醇、生物素化聚乙二醇、聚丙二醇、生物素化聚丙二醇、聚丁二醇、生物素化聚丁二醇、聚己内酯（polycarbolactone）、生物素化聚己内酯、明胶（gelatene）、生物素化明胶、它们的共聚物或它们的组合。在进一步实例中，可降解聚合物包括生物素。

也公开了一种微流体系统并且其包括具有微流体基底和盖子的微流体装置。该系统也包括试剂。在微流体基底内安置具有开放通道的微流体保留区。盖子可安置在微流体基底上以形成包围式微流体保留区。试剂可加载在微流体保留区中以被盖子包围。包围式微流体保留区流体连接到多个微流体通道，所述微流体通道例如由微流体基底和盖子界定、由微流体基底界定或其组合。在一个实例中，将试剂加载在开放通道中，可降解聚合物将试剂层压在其中。在将盖子安置在微流体基底上时，形成部分由可降解聚合物界定的包围式微流体通道，从而在释放流体流过时，与其接触有助于从可降解聚合物中释放试剂。在一个实例中，该系统进一步包括加载在包围式微流体保留区内的第二位置的第二试剂，其用第二可降解聚合物层压。第二试剂不同于该试剂，第二可降解聚合物不同于该可降解聚合物，或第二试剂和第二可降解聚合物分别不同于该试剂和该可降解聚合物。

在另一个实例中，一种制造微流体装置的方法包括将含干试剂聚合物粒子加载到流体连接到多个微流体通道的微流体基底的微流体保留区中。含干试剂聚合物粒子包含试剂和可降解聚合物。将含干试剂聚合物粒子保留在微流体基底内的微流体保留区的某位置以在暴露于经过微流体保留区的释放流体时将试剂释放到出口微流体通道中。在一个实例中，含干试剂聚合物粒子包含聚合物包封的试剂、分散在聚合物基质中的试剂、多层聚合物包封的试剂、具有分散在聚合物基质中的试剂的聚合物包封的试剂、具有分散在聚合物基质中的试剂的多层聚合物包封的试剂、具有分散在聚合物包封的试剂的聚合物壳中的试剂的聚合物包封的试剂及其组合。当存在多种试剂和/或多种可降解聚合物时，所述多种试剂和/或所述多种可降解聚合物可相同或不同。在一个实例中，该方法包括将试剂溶解在溶剂中以形成含试剂的溶液；将含试剂的溶液与可降解聚合物混合以形成试剂-聚合物溶液；从试剂-聚合物溶液中除去溶剂以形成含干试剂聚合物；和将含干试剂聚合物粒化以形成含干试剂聚合物粒子，其中含干试剂聚合物粒子具有1 µm至500 µm的D50粒度。

当在本文中论述微流体装置、微流体系统或制造微流体装置的方法时，这样的论述可被认为适用于彼此，无论是否在该实例的背景下明确地论述它们。因此，例如，当在微流体装置的背景下论述含干试剂聚合物粒子时，这样的公开内容也与微流体系统和/或制造微流体装置的方法的背景相关并在微流体系统和/或制造微流体装置的方法的背景下得到直接支持，反之亦然。

除非另行规定，本文所用的术语将被解释为相关技术领域中的普通含义。在一些情况下，有些术语在文中各处更具体地定义或包括在本公开的结尾，因此这些术语被补充为具有本文描述的含义。

根据本文中的定义和实例，图1-8描绘各种微流体装置，图13-16描绘各种微流体系统。这些各种实例可包括各种特征，一些特征是实例之间共有的。因此，用于指代图1-8和13-16中描绘的特征的附图标记在各处相同以避免冗余，尽管微流体装置和微流体系统可具有如所示的结构差异。

图1描绘微流体装置100的示意图，所述微流体装置100可包括微流体基底110和可流体连接到微流体通道120（有时显示为120(a)和120(b)以显示通道的入口和出口）的微流体保留区130。可将含干试剂聚合物粒子200安置在微流体保留区并且其可包含试剂202和可降解聚合物212。显而易见，图2-9描绘了类似特征，它们共同用与图1中所示相同的附图标记标示，在这些图中显示各自的微流体保留区的各种结构的显著差异。因此，这些图在本文中在一定程度上一起描述。

术语“含干试剂粒子”不是表明该粒子在每个时间点都是干的，例如在粒子的制造过程中或在微流体装置中加载粒子的过程中。举例而言，含干试剂粒子可被加载（分散）在载体流体中以形成加载流体（为了将粒子加载在微流体不连续特征处和/或保留粒子的粒子保留化学涂层（particle-retaining chemical coating）处）。可除去载体流体，留下含干试剂粒子（即使固有地残留一些水分）。因此，含干试剂粒子同样可被定义为可加载在微流体装置或系统内的位置并在暴露于释放流体时可从中释放试剂的微粒。

因此，在本文的实例中，当释放流体（未显示，因为其通常在使用过程中存在）流过微流体通道120并因此与微流体保留区130流体连通时，可从可降解聚合物212中释放试剂202。本文所用的“释放流体”可以是指可降解、溶解或侵蚀可降解聚合物或在通过其它手段，如紫外线、热或酶降解、溶解或侵蚀可降解聚合物时可携带试剂的流体。

微流体基底110可以是单层或多层基底。微流体基底的材料可包括玻璃、硅、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、全氟烷氧基树脂（perflouroaloxy）、氟化乙烯丙烯、多氟聚醚二醇甲基丙烯酸酯、聚氨酯、环烯烃聚合物、聚四氟乙烯、其共聚物及组合。在一个实例中，微流体基底可包含水凝胶、陶瓷、热固性聚酯、热塑性聚合物或其组合。在另一个实例中，微流体基底可包含硅。在再一个实例中，微流体基底可包含低温共烧陶瓷。

微流体通道120可以是可从微流体基底的材料蚀刻、模制或雕刻或可由多层微流体基底的不同区段的壁形成的负空间。微流体通道可包括入口微流体通道120(a)和出口微流体通道120(b)并可具有直径可为1 µm至1 mm的通道尺寸。在另一些实例中，微流体通道可具有可为1 µm至500 µm、100 µm至1 mm、250 µm至750 µm或300 µm至900 µm等的通道尺寸。微流体通道可具有直线路径、曲线路径、有转弯的路径、分支路径、蛇形路径或任何其它路径配置。

在一个实例中，微流体保留区130可包括微流体不连续特征。微流体不连续特征可包括微流体腔、微流体堰、微流体鲸须状物（baleen）或其组合。在一个实例中，微流体不连续特征可包括例如图1、2、7和8中的实例示意性描绘的微流体腔。在另一个实例中，微流体不连续特征可包括例如图3中的实例描绘的微流体堰。在再一个实例中，微流体不连续特征可包括例如图4中的实例示意性描绘的微流体鲸须状物。在一些实例中，微流体不连续特征可包括不连续特征的组合。微流体不连续特征可用于将含干试剂聚合物保留在微流体保留区中。

在一些实例中，特别如图5和7中描绘，微流体保留区130可与过滤元件140关联。过滤元件可安置在微流体保留区的下游并可具有可允许空气、释放流体、样品流体和在加载流体存在下的释放的试剂流过其中，同时阻止含干试剂聚合物粒子200流过其中的平均开孔。过滤元件可操作以在含干试剂聚合物粒子的加载后，但在从中释放试剂202前防止含干试剂聚合物粒子的迁移。相应地，过滤元件可具有可小于含干试剂聚合物粒子的平均粒度但大于试剂的平均粒度的平均开孔。在一些实例中，过滤元件可具有5 µm至70 µm、5 µm至7 µm、12 µm至15 µm、50 µm至70 µm、10 µm至50 µm或15 µm至65 µm的平均开孔。过滤元件可包括柱、柱阵列、V形（chevron）过滤器、多孔膜或其组合。在一个实例中，过滤元件可包括多孔膜。

在另一些实例中，微流体保留区130可为图6中的130(a)所示的化学涂层的形式，其可对可降解聚合物210或附着于含干试剂聚合物粒子200的可降解聚合物的官能团具有亲合力。例如，该化学涂层可包含链霉亲和素，且可降解聚合物可包含生物素。在另一个实例中，可降解聚合物可包含链霉亲和素，且可降解聚合物可包含亲和素。链霉亲和素与生物素和亲和素形成非共价键。在再一个实例中，可降解聚合物可包含炔官能化聚乳酸，且该化学涂层可包含叠氮官能化聚乳酸。这些官能化基团发生铜(I)催化的叠氮-炔环加成，形成共价键。化学涂层在一些实例中可如图6中所示结合到微流体保留区的微流体通道壁表面。在另一个实例中，化学涂层可结合到微流体不连续特征，如微流体腔的壁、微流体堰的壁、鲸须状物的外表面或微流体柱的壁、过滤元件或它们的任何组合。

在一些实例中，微流体装置100可包括例如图8中的实例示意性显示的一系列微流体腔。该系列微流体腔（130(a)、130(b)和130(c)）可各自加载含干试剂聚合物粒子。微流体腔可加载相同的含干试剂聚合物粒子200或加载多种不同类型的含干试剂聚合物粒子。例如，微流体腔可加载含干试剂聚合物粒子、第二含干试剂聚合物粒子300和第三含干试剂聚合物粒子400。向微流体腔加载不同类型的含干试剂聚合物粒子可允许多步反应。

在再一个实例中，微流体装置100可进一步包括有助于从可降解聚合物中释放试剂202的配置。例如，微流体装置可对紫外线透明。在另一个实例中，微流体装置可包括例如图2中所示的热电阻170，但其可用于本文中显示或描述的任何实例。如果存在热电阻，其可与微流体保留区关联以施加热，从而将可降解聚合物降解、侵蚀等或以其它方式从中释放试剂。更详细地，可安置热电阻以与含干试剂聚合物粒子200热相互作用。热电阻可加热易受热影响的可降解聚合物，从而辅助可降解聚合物的降解和从中释放试剂。

无论配置如何，微流体装置100可包括安置在装置100的微流体保留区130内的含干试剂聚合物粒子200。如图1-16中描绘，含干试剂聚合物粒子可包含干试剂202和可降解聚合物212。尽管在许多图中相对于该装置显示了含干试剂聚合物粒子的一般配置，但要理解的是，有许多不同类型的布置，其中聚合物和试剂可组合用于所示装置。例如，含干试剂聚合物粒子可为聚合物包封的试剂、分散在聚合物基质中的试剂、多层聚合物包封的试剂、具有分散在聚合物基质中的试剂的聚合物包封的试剂、具有分散在聚合物基质中的试剂的多层聚合物包封的试剂、具有分散在聚合物包封的试剂的聚合物壳中的试剂的聚合物包封的试剂等和/或它们的组合的形式。含干试剂聚合物粒子的形状不受特别限制。在一些实例中，含干试剂聚合物粒子可以是如图1、9、11和12中描绘的球形；如图10中描绘的类立方体、如图14中描绘的矩形，或可具有不规则形状。图9-12和14中所示的附图标记同样类似于参考图1-8和下文参考图13-16描述的那些。

含干试剂聚合物粒子200的尺寸也可变。例如，含干试剂聚合物粒子可具有可为750 nm至10 µm、1 µm至8 µm或1 µm至5 µm的D50粒度。个别粒度可在这些范围外，因为“D50粒度”被定义为按重量计大约一半的粒子大于D50粒度且大约一半的其它粒子小于D50粒度的粒度。

本文所用的粒度是指球形粒子的直径值，或在非球形粒子中，可以是指该粒子的最长尺寸。粒度可呈现为高斯分布或类高斯分布（或正态分布或类正态分布）。类高斯分布是在其分布曲线形状上可能看起来基本为高斯型但在一个或另一方向上稍有偏斜（朝粒度分布范围的较小端或较大端）的分布曲线。粒度分布值不是普遍与高斯分布曲线相关，但在本公开的一个实例中，含干试剂聚合物粒子可具有高斯分布或更通常类高斯分布，具有在D50附近的偏移峰。在实践中，通常不存在真实高斯分布，因为可存在一定偏斜，但类高斯分布仍可被认为是“高斯型”分布。

含干试剂聚合物粒子的试剂可基于微流体装置的预期用途而变。例如，当进行链反应检测时，该试剂可包括核酸引物。在另一个实例中，当进行ELISA夹心检测时，该试剂可包括第二抗体。在再一个实例中，试剂可以是试剂的混合物。例如，试剂的混合物可包括PCR mastermix。PCR mastermix可包含聚合酶、镁盐、缓冲剂、牛血清白蛋白（BSA）、引物或其组合。在进一步实例中，可将液体试剂冻干以获得微粒形式的试剂。微粒试剂可具有可为500 nm至500 µm、1 µm至500 µm、25 µm至250 µm或100 µm至300 µm的D50粒度。

本文所用的可降解聚合物可以是指在与释放流体、热、光、酶或其组合反应时降解、侵蚀或溶解以释放干试剂的聚合物。在一些实例中，可降解聚合物可用于防止试剂的过早反应。可降解聚合物可以不抑制干试剂与样品流体之间的所需反应。在一个实例中，可降解聚合物可对干试剂和/或样品流体呈惰性。可降解聚合物可操作以在1秒至5分钟、5秒至2分钟或30秒至3分钟的时间内释放干试剂。

可降解聚合物可具有可为大约10 kDa至大约500 kDa的重均分子量。在另一些实例中，可降解聚合物可具有可为50 kDa至300 kDa、25 kDa至250 kDa、15 kDa至450 kDa或100 kDa至400 kDa的重均分子量。在一些实例中，可降解聚合物可以是水溶性的。可降解聚合物可选自聚乳酸、炔官能化聚乳酸、生物素化聚乳酸、聚乙烯醇、生物素化聚乙烯醇、聚乙二醇、生物素化聚乙二醇、聚丙二醇、生物素化聚丙二醇、聚丁二醇、生物素化聚丁二醇、聚己内酯、生物素化聚己内酯、明胶、生物素化明胶、它们的共聚物或它们的组合。在一个实例中，可降解聚合物可包含生物素。含生物素的可降解聚合物可用于将含干试剂聚合物附着于微流体基底的微流体保留区。例如，生物素可与涂布在表面上的链霉亲和素形成非共价键。

在一些实例中，可降解聚合物可部分包封或完全包封该试剂以形成含干试剂聚合物粒子。例如，如图9中描绘，可降解聚合物212可包封试剂202以形成球形聚合物壳和含试剂的核。含试剂的核可包括单个试剂粒子或可包括试剂簇。

在一个实例中，可降解聚合物212和试剂202可均匀混合在一起并粒化以形成如图10中描绘的具有分散在其中的试剂的聚合物基质的粒子。在另一个实例中，含干试剂聚合物可包含多于一种试剂。例如，可降解聚合物壳可进一步包含第二试剂204。见图11。在再一个实例中，可将第二试剂与可降解聚合物混合。第二试剂可涂布可降解聚合物212并且含干试剂聚合物粒子可进一步包含第二可降解聚合物214。见图12。第二试剂204可不同于含试剂的核的试剂202。第二可降解聚合物可与可降解聚合物不同或相同。在再一些实例中，含干试剂聚合物可包含可包封可降解聚合物的第二可降解聚合物。第二可降解聚合物可用于控制从可降解聚合物中释放试剂。

现在具体转向本文描述的某些微流体系统500，图13-16提供若干实例。在这些图中，微流体系统可包括微流体基底110、盖子150和试剂202。微流体基底可包括微流体保留区130，其可包括位于微流体系统内，例如部分由基底和盖子界定的开放通道，但也可包括例如嵌入基底或其它位置的通道。微流体保留区可流体连接到一个或多个微流体通道120。这些系统还可包括与微流体通道关联的微流体入口和出口。盖子可安置在微流体基底上以形成包围式微流体保留区，例如一个或多个微流体通道。试剂可加载在微流体保留区中以被盖子包围。微流体基底、微流体保留区、微流体通道和试剂可如上所述。

在一些实例中，试剂可以是如上所述的含干试剂聚合物粒子。在再一些实例中，可将试剂加载在微流体保留区中，并可在随后将可降解聚合物加载在微流体保留区中以使可降解聚合物如图14中所示将试剂层压在其中。然后可将盖子安置在微流体基底上，形成包围式微流体通道。在一些实例中，微流体保留区可以是空腔。在再一些实例中，微流体保留区可以是开放微流体通道的一部分。可将试剂和可降解聚合物安置在微流体通道中。当释放流体流过时，与可降解聚合物的接触有助于从可降解聚合物中释放试剂。

在一个实例中，微流体系统可包括附加试剂和附加可降解聚合物。例如，微流体系统可包括第二试剂和第二可降解聚合物、第三试剂和第三可降解聚合物、第四试剂和第四可降解聚合物，以此类推。在一个实例中，附加试剂和附加可降解聚合物可如图15中所示保留在相同的微流体保留区内。接连加载附加试剂和附加可降解聚合物以使试剂可在第二试剂前释放且第二试剂可在第三试剂前释放，以此类推。在再一些实例中，附加试剂可如图16中所示保留在不同的微流体保留区内。例如，可在包围式微流体保留区内的第二位置加载第二试剂，其可用第二可降解聚合物层压。第二试剂可不同于该试剂，第二可降解聚合物可不同于该可降解聚合物，或第二试剂和第二可降解聚合物可分别不同于该试剂和该可降解聚合物。

无论配置如何，本文中给出的微流体装置和微流体系统可作为微流体芯片的一部分制造。在一个实例中，微流体芯片可以是芯片实验室（lab on chip）装置。芯片实验室装置可以是即时（point of care）系统。

在本文中进一步给出一种制造微流体装置的方法1000。见图17。在一个实例中，该方法可包括1002将含干试剂聚合物粒子加载到可流体连接到多个微流体通道的微流体基底的微流体保留区中。含干试剂聚合物粒子可包含试剂和可降解聚合物。含干试剂聚合物粒子可保留在微流体基底内的微流体保留区的某位置以在暴露于经过微流体保留区的释放流体时将试剂释放到出口微流体通道中。

在一个实例中，含干试剂聚合物粒子可包含聚合物包封的试剂、分散在聚合物基质中的试剂、多层聚合物包封的试剂、具有分散在聚合物基质中的试剂的聚合物包封的试剂、具有分散在聚合物基质中的试剂的多层聚合物包封的试剂、具有分散在聚合物包封的试剂的聚合物壳中的试剂的聚合物包封的试剂及其组合，其中当存在多种试剂和/或多种聚合物时，所述多种试剂和/或所述多种聚合物可相同或不同。在一些实例中，该试剂可以是液相并在微流体保留区内冻干以形成干试剂。在再一些实例中，该试剂可作为熔融聚合物/试剂混合物的一部分加载。

在一个实例中，加载含干试剂聚合物粒子可包括将试剂溶解在溶剂中以形成含试剂的溶液；将含试剂的溶液与可降解聚合物混合以形成试剂-聚合物溶液；从试剂-聚合物溶液中除去溶剂以形成含干试剂聚合物；和将含干试剂聚合物粒化以形成含干试剂聚合物粒子。

在另一个实例中，加载含干试剂聚合物粒子可包括透过熔融的可降解聚合物的片材喷射试剂。可降解聚合物的表面张力可确保试剂可被可降解聚合物包封。

在进一步实例中，加载含干试剂聚合物粒子可包括将试剂与熔融的可降解聚合物混合以形成熔融试剂-聚合物混合物；将该混合物挤出成薄膜；和将含干试剂聚合物粒化以形成含干试剂聚合物粒子。

在再进一步实施例中，加载含干试剂聚合物粒子可包括将试剂夹在可降解聚合物的膜之间；将其间具有试剂的膜加压；和将含干试剂聚合物粒化以形成含干试剂聚合物粒子。加压可包括真空压机、辊或其它加压工具。

除非上下文清楚地另行规定，本说明书和所附权利要求书中所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数对象。

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