專利名稱：毛細管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種毛細管，尤其一種適于改善流動的毛細管通道。
背景技術：
在體外診斷儀器(IVD)中使用其內液流受控于毛細管流力的小通道 (channel)變得越來越普遍。僅有幾十到幾百微米大小的通道意味著樣品 和試劑的容量可以減至最小(通常為幾微升0iL))，籍此降低成本、儀器 復雜性和測試次數(shù)。其結果是制造被簡化以提供增加的利潤和極好的可重 復性，這兩者都重要，因為市場主要需求一次性裝置。這種裝置理想地適 合由非專業(yè)操作者在病人身邊使用及在現(xiàn)場護理(PoC)應用中使用，尤
翻。
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在圖1所示的一種典型裝置2中， 一種流*品(例如生物流^# 品，如血液)從樣品進口 4引入到裝置2中。流體樣品在毛細管力作用下 被吸入第一試劑微通道6，并在隨后引起運動以便在最終經(jīng)由第二試劑微 通道10到*置2的傳感器區(qū)域12之前^^液體和/或固體試劑，例如在 混合曲徑8內進行混合。該運動例如可以通過氣流(壓力或真空)、使用 "指狀泵"的液壓運動、或電氣或靜電裝置實現(xiàn)?；旌锨鷱?并不是必需 的，但是包括混合曲徑8可用于使得通過讓待混合物質經(jīng)過一簡單限流孔 進行的》V^^加快實現(xiàn)，盡管不那么有效。
以前，制造這種一次性裝置的最常用方法是注塑。逐漸地，優(yōu)選的制 造方法是利用壓敏粘合劑(PSA)對適宜形狀或沖切的板材進行層疊以形 成幾毫米寬和幾十至幾百微米深的直線通道。這種縱橫比(寬度和深度之 比)在10至100的范圍內的通道的一個問HA流^復運動(例如用以促 :M水試劑的混合、多次表面干^A隨后的再濕潤)易于形成氣泡或充氣 空隙，而這會不利地干擾在樣品/試劑的混合物運動到傳感器區(qū)域時產(chǎn)生的信號。
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果。圖2所示毛細管通道14具有第一部分16和第二部分18，其中第二部 分18比第一部分16寬。氣泡的形成可f汰生在流/f^羊品20 :iiA毛細管通 道時。在點(a)流體進入毛細管通道的較寬部分，在點(b)流體形成一 彎液面。當流體沿著毛細管通道運動時，流體和毛細管通道壁之間的接觸 由于通道的形狀和表面能的變化而增力口，導致在點(c)形成不想要的氣泡 22。
因此，在矩形毛細管內，通道邊緣是直線的情況下，邊緣的毛細管力 表現(xiàn)為明顯大于通道中心的毛細管力。這促使流體"ii^t"遠在大量流體之 前的邊緣，使得在通道的中心形成氣泡。
這種氣泡的形成在一定程度上可以通過使用合適化學制品涂敷相關表 面來減輕矩形毛細管邊緣出現(xiàn)的增強的毛細管作用，以使得相關表面的 "可潤濕性"和液體流體平坦(even out)。然而，這又將另外一個或多個 步驟引入裝置制造，由此使得成本和復雜性增加，并且用于改變表面性質 的材料可能會干擾流體的成分以及隨后的分析物^測動力學，特別是當它 們再溶解于在其上流過的流體中時。
作為替代， 一些IVD的開發(fā)者試圖通過改變表面形態(tài)來改善表面的可 潤濕性，以僅Jt孩0見7jC平的毛細管作用，例如，通過添加孩沐大小的柱、
峰或臺階。參見US 2005/0136552中關于這個方法的例子。這種泮iL^面的 增加可以通過例如其中對各部件進行注塑的才M孩^M^加工而#^1易地實 現(xiàn)。
然而，如果一次性裝置由沖切板材制造，而不采用復雜的多步熱成型 或壓紋預處理，那么實現(xiàn)對W^面的引入要困難的多。這類復雜的多步 方法就一次性層疊裝置的成本來說高的驚人。因此本領域仍然存在解決在 形成為層疊結構的毛細管通道中氣泡的形成問題的要求。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明揭:供了一種毛細管通道，包括定義寬度的第一對相對壁 和定義深度的第二對相對壁，其中通道具有10-100的縱橫比，縱橫比定義為通道的寬度和深度之比，并且其中第二對相對壁中至少一個壁的內表面 是灘的。


本發(fā)明現(xiàn)將參照附圖進行描述，在附圖中
圖l示出包括了根據(jù)現(xiàn)有技術的毛細管通道的傳感器；
圖2示出一種常規(guī)毛細管通道；
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一種寬度大于深度的毛細管通道； 圖4示出本發(fā)明的一種毛細管通道； 圖5"7示出根據(jù)本發(fā)明的毛細管通道壁內的間斷；以及 圖8示出一種包括了本發(fā)明的毛細管通道的傳感器。
M實施方式
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的毛細管通道14。毛細管通道14包括定義寬度的 第一對相對壁24和定義深度的第二對相對壁26，其中寬度大于深度。圖4 示出本發(fā)明的毛細管通道14的橫截面，其中第二對相對壁26的兩個壁的 內表面都是凈雄的。雖然第二對相對壁26的任一個或兩個壁可以是凈1^ 的，但優(yōu)選兩個壁都是扭隨的。當流M品由點(a)經(jīng)由點(b)運動至
(c)時，凈1^的表面最大限度地減少或防止氣泡的形成，
在一個形成層疊結構的典型裝置中，通道14內切入隔板，例如，沖切 入塑料薄膜層。隔板典型地具有50-500 jrni的厚度。適合的材料包括聚酯
(如Mylar， Melinex)或者聚碳酸酯(如Lexan) 。 I^^M PSA在兩個由 類似于隔板的材料形成的平面基板("蓋，，)之間層疊該隔板，從而形成所 需的流動路徑。于是在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，毛細管通道包括層 疊結構，其中第一對相對壁由兩個平面皿構成，第二對相對壁由兩個平
面基板之間夾著切入隔板的通道構成。
本發(fā)明的毛細管通道優(yōu)g具有l(wèi)-5mm的寬度，所iiit道同^^tt 具有10-500nm的深度。所述通道寬度大于深度，并且具有10-100的, 比，縱橫比定義為所述通道的寬度與深度之比。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)能夠通itWt化第二對相對壁26的表面使得毛細管通道中的流動。M化可使用現(xiàn)有技術實現(xiàn)，例如在第二對相對壁26上添加小的 脊、臺階或"齒，，，即PSA層疊隔板的沖切邊緣。
出人意料的是，當大量樣品流經(jīng)通道時， 的表面截留了少量的流 體和/或空氣，ii^得在大量流M回通道時^iiit道中心的流體流動，以 將大氣泡的形成減至最低。令人驚訝的是對更窄或更淺表面的 化具有 期望的效果。
本發(fā)明的一個優(yōu)點在于第 一對相對壁不需要被 化，并且優(yōu)選地這 些壁的內表面是平滑的。然而，如果希望的話，第一對相對壁的一個或兩 個內表面同樣可以被WI化。
表面 化將一個或多個間斷引入另外的光滑表面。 ^面可能包 括正方形、矩形、圓形和/或三角形間斷。間斷可以是凸起或凹陷。間斷往 往具有1-2000 nm的高度(或深度)。優(yōu)選地，間斷在每10-2000 重復 一次。粗糙表面的可能形狀在圖5、 6和7中示出。圖5示出了一個正方形 或矩形的對稱重復才莫式，優(yōu)選每10"2000fun重復。圖6示出了一個正方形 或矩形的非對稱重復模式，優(yōu)選每10-2000nm至少包含一個正方形或矩 形。圖7示出了一個三角形的對稱重復才莫式，可以是豎直的三角形或"鋸齒 形"，并優(yōu)選每10-2000 nm重復。間斷的角部分，例如鋸齒頂部或正方形 間斷底部的內角或凹口，可以是圓角的(例如具有小的內部和外部的彎 曲，而不是類似三角形或正方形角的"尖"角)。對這些角進行圓角化將 進一步改善通道的流動特性。優(yōu)選圓角部分具有O.l-lmm的半徑。
雖然優(yōu)選多個間斷，但是單個間斷(凹口 )若被設置在臨近室14出口 的瓶頸處l更已足夠。更優(yōu)選的，兩個間斷設置為彼jtbf目對。
不希望受理論束縛，本發(fā)明被認為按照四種可能的方式工作，部分或 所有這些方式將有助于在^f可特定情況下流動的可靠性
第一，粗糙的表面意味著在毛細管通道邊緣的流體需要行進更遠，即 夕^X流出各個間斷，而不是沿邊緣直線流動，而這一距離的增加減緩了邊 緣的流體，而沒有減緩中心的流體。
第二， ^面通過干擾常見于毛細管壁上的增強的毛細管作用而減 少了但未消除樣品il^:隔板邊緣。于是^^室內氣泡的形成被抑制.實踐 中，為了看到它們的有利效果，^4面并不是必須要被充滿。實際上，
7這些凹口困住的少量空氣破壞了常見于壁上的增強的毛細管作用。在流體
在充填混合室時確實ii^邊緣的情況下，當流*動終止時，"緩慢"流
體(flow "slug")的中心部分繼續(xù)向前運動，以i^Jij流體邊緣的水平。這種 效果足夠強大，使得有時中央液體部分最終超過邊緣的流體，從而提出 "凸彎液面"效應。這可能是流體洋品前沿Ji^面張力作用的結果。
第三，當流體流動是"往復，，時，它促進了少量流體在隔板間斷之間 保留，使"可潤濕的"通道的邊緣平坦。
第四，當氣泡確實形成時，它們往往被困在(填充空氣的)間斷中并 在流g動期間保持靜止。于是抑止氣泡轉移至有流體樣品的讀數(shù)室。氣 泡大概是被驅使與凹槽中的空氣結合，以最小化與液體的接觸面積。同 樣，這是表面張力效應。氣泡可能被驅使從間斷中取代流體，并插入間斷 以呈現(xiàn)較小的流體表面積。
在一個優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明的毛細管通道被引入傳感器。圖8示 出了一個與圖1所示傳感器類似的傳感器，不同之處在于圖8中的傳感器 包括了本發(fā)明的毛細管通道14,作為其中第二對相對壁26的內表面是Wt 的第二試劑的微逸道IO。
可與本發(fā)明中的毛細管通道14結合的合適傳感器可以政在 WO90/13017、 WO2004/090512和WO2006/079795中所公開的傳感器。
因此，本發(fā)明還提供了使用在此定義的毛細管通道作為傳感器中的流 >(^#品保留元件的應用。本發(fā)明還提供了用于檢測流+洋品中的分析物的 傳感器，傳感器包括基板、用于與分析物結合的試劑、用于照射試劑的輻 射源、具有熱電或壓電元件的能夠將受照射試劑所產(chǎn)生的能量轉變?yōu)殡娦?號的換能器、與換能器電子通信的電極、以及能夠將電信號轉變?yōu)榉治鑫?濃度的指示的處理器，其中基&包括了如這里所述的毛細管通道。
權利要求
1、一種毛細管通道，包括定義寬度的第一對相對壁和定義深度的第二對相對壁，其中所述通道具有10-100的縱橫比，所述縱橫比定義為所述通道的寬度和深度之比，其中所述第二對相對壁中至少一個壁的內表面是粗糙的。
2、 才娥權利要求1所述的毛細管通道，其中所述第二對相對壁的兩個 壁的內表面都是凈雄的。
3、 才Nt權利要求1或2所述的毛細管通道，其中所述第一對相對壁不 是她的。
4、 根據(jù)前述^—權利要求所述的毛細管通道，其中所iiit道具有O.l-10 mm的寬度。
5、 根據(jù)前述任一權利要求所述的毛細管通道，其中所iiit道具有10-1000nm的深度。
6、 根據(jù)前述任一權利要求所述的毛細管通道，包括層疊結構，其中所 述第 一對相對壁由兩個平面J41形成，所述第二對相對壁由夾在所述兩個 平面基板之間的切入隔板的通道形成。
7、 根據(jù)前述任一權利要求所述的毛細管通道，其中^表面包括正方 形、矩形和/或三角形間斷。
8、 4Mt權利要求7所述的毛細管通道，其中所述間斷每10-5000 nm重復。
9、 才N^權利要求7或8所述的毛細管通道，其中所述間斷具有1-2000 拜的高度。
10、 根據(jù)權利要求7至9任一權利要求所述的毛細管通道，其中間斷 的角部分是圓角。
11、 使用根據(jù)前述任一權利要求所述的毛細管通道作為傳感器中的流 糾品絲元件。
12、 一種用于檢測流>^#品中分析物的傳感器，其中所述傳感器包括 如權利要求1至權利要求所述的毛細管通道。
13、 才M^權利要求12所述的傳感器，其中傳感器包括基仗、用于與分析物結合的試劑、用于照射試劑的輻射源、具有能夠將受照射試劑所產(chǎn)生 的能量轉變?yōu)殡娦盘柕臒犭娀驂弘娫膿Q能器、與換能器電子通信的電 極、以及能夠將電信號轉變?yōu)榉治鑫餄舛戎甘镜奶幚砥?，其中基仗包括如權利要?至IO任一權利要求所述的毛細管通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種毛細管通道，包括定義寬度的第一對相對壁和定義深度的第二對相對壁，其中所述通道具有10-100的縱橫比，縱橫比定義為所述通道的寬度和深度之比，并且其中所述第二對相對壁中至少一個壁的內表面是粗糙的。所述毛細管優(yōu)選地包括在傳感器內。
文檔編號B01L3/00GK101641157SQ200880009015
公開日2010年2月3日 申請日期2008年3月20日 優(yōu)先權日2007年3月21日
發(fā)明者A·J·柯克, A·M·克勞福德 申請人:維瓦克塔有限公司