微流体设备的超声焊接

摘要

本发明涉及一种基于超声焊接的微流体设备。其主要由经由至少一个结构(10、10')被焊接到彼此的第一元件和第二元件组成。所述结构(10、10')包括细长焊接部分、焊接通道(12、12')、以及排出通道(13)，所述细长焊接部分用于所述焊接，所述焊接通道在所述第一元件与所述第二元件之间并且沿着所述焊接部分的一侧延伸，所述排出通道与所述设备的所述焊接通道(12、12')和微流体路径(20、20')连通。本发明还涉及一种制造这样的设备的方法。

权利要求

1.一种提供有用于流体的微流体路径(20、20’)的基于超声焊接的设备，所述设备主要由经由至少一个结构(10、10’)被焊接到彼此的第一元件和第二元件组成，所述结构包括：细长焊接部分，其提供所述焊接，所述细长焊接部分由当使用超声焊接时初始能量引导件(11、11’)的熔融产生，焊接通道(12、12’)，其在所述第一元件与所述第二元件之间并且沿着所述焊接部分的一侧延伸，以及排出通道(13)，其与所述焊接通道(12、12’)和所述微流体路径(20、20’)连通。

2.根据权利要求1所述的基于超声焊接的设备，其中，所述结构(10、10’)包括第二焊接通道(12、12’)，所述第二焊接通道在所述第一元件与所述第二元件之间并且沿着所述细长焊接部分的相反侧延伸。

3.根据权利要求2所述的基于超声焊接的设备，其中，所述排出通道(13)还与所述第二焊接通道(12、12’)连通。

4.根据权利要求2所述的基于超声焊接的设备，其中，所述结构(10、10’)还包括第二排出通道(13)，所述第二排出通道与所述第二焊接通道(12、12’)和所述微流体路径(20、20’)连通。

5.根据权利要求4所述的基于超声焊接的设备，其中，所述第二排出通道(13)还与所述焊接通道(12、12’)连通。

6.根据权利要求5所述的基于超声焊接的设备，其中，所述排出通道(13)还与所述第二焊接通道(12、12’)连通。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的基于超声焊接的设备，包括彼此相邻并且由相应的壁(15’)彼此分开的焊接接合的阵列(100)，所述阵列(100)中的所述焊接接合中的每个焊接接合包括提供焊接并且由当使用超声焊接时初始能量引导件(11’)的熔融产生的焊接部分，其中，所述阵列包括所述结构(10’)中的至少一个。

8.根据权利要求7所述的基于超声焊接的设备，其中，焊接接合的所述阵列(100)包括所述结构(10’)中具有一个或多个相同的排出通道(13)的至少两个结构。

9.根据权利要求7所述的基于超声焊接的设备，其中，一个或多个所述壁(15’)的高度确定所述焊接通道(12’)的高度。

10.根据权利要求1至6中的任一项所述的基于超声焊接的设备，其中，该设备被布置为使得，当所述设备在使用中时，所述流体主要在所述微流体路径(20、20’)中靠近与所述至少一个排出通道(13)的连接流入经确定的流动方向，并且其中，该至少一个排出通道(13)大多情况下垂直于该流动方向延伸。

11.根据权利要求1至6中的任一项所述的基于超声焊接的设备，还以以下方式进行布置：所述排出通道(13)中的流体阻力高于所述微流体路径(20、20’)中在所述排出通道(13)与所述微流体路径(20、20’)连通的位置处的流体阻力，使得填充在所述微流体路径(20、

20’)中的流体在该位置处优先进入所述微流体路径(20、20’)。

12.根据权利要求1至6中的任一项所述的基于超声焊接的设备，其中，至少一个结构(10、10’)包括具有疏水、疏油或超疏液性质的表面。

13.根据权利要求1至6中的任一项所述的基于超声焊接的设备，其中，至少一个结构(10、10’)包括提供有纳米尺度或微米尺度的结构元件(19)的表面，所述纳米尺度或微米尺度的结构元件增强这些表面的疏水、疏油或超疏液性质。

14.根据权利要求1至6中的任一项所述的基于超声焊接的设备，其中，所述第一元件是箔片或层压材料。

15.一种由要被焊接到彼此的第一元件和第二元件制造微流体设备的方法，包括：(a)形成所述第一元件；

(b)形成所述第二元件；

(c)组装所述第一元件和所述第二元件；以及

(d)将所述第一元件与所述第二元件进行超声焊接；

其中，步骤(a)和/或(b)包括分别在所述第一元件和/或所述第二元件的主要面上形成至少一个细长能量引导件(11、11’)；

其中，步骤(a)包括在所述第一元件的主要面上形成：

微流体腔(20、20’)，其用于在一旦所述第一元件和所述第二元件被焊接到彼此的情况下就提供用于流体的微流体路径的至少部分；以及至少一个焊接凹槽(12、12’)以及与至少一个焊接凹槽(12、12’)连通的排出通道或凹槽(13)，使得一旦所述第一元件和所述第二元件在步骤(c)中被组装：与一个或多个焊接凹槽相对应的一个或多个焊接通道(12、12’)就在所述第一元件与所述第二元件之间延伸，所述至少一个焊接凹槽(12、12’)就进一步沿着所述能量引导件(11、11’)的一侧延伸，并且所述排出通道或凹槽(13)就与一些微流体腔(20、20’)连通；并且其中，步骤(d)包括将超声能量应用到一个或多个所述能量引导件(11、11’)以在一个或多个所述能量引导件(11、11’)处执行所述焊接。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括，在步骤(a)和(c)之间，将液体提供在所述第一元件上，使得所述液体在所述第一元件和所述第二元件被焊接到彼此之前存在于所述微流体路径中，并且任选地在步骤(d)之前或之后实施使该液体干燥的另一步骤。

17.一种要被超声焊接到顶部零件以用于制作提供有流体的集成的微流体路径的设备的基础零件，所述基础零件包括针对所述微流体路径的微流体腔(20、20’)和结构，所述结构包括：细长能量引导件(11、11’)，其被布置为当出于所述焊接目的而应用适当的超声能量时被部分地熔融，焊接凹槽(12、12’)，其沿着所述能量引导件(11、11’)的一侧延伸，以及排出凹槽(13)，其与所述焊接凹槽(12、12’)和所述微流体腔(20、20’)连通。

说明书

微流体设备的超声焊接

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于超声焊接的微流体设备以及一种制造所述微流体设备的方法。

[0002] 这些类型的设备可以用于出于分析目的而接收流体(例如生物样品)的一次性物品。通常，这样的一次性物品可以被设计为被插入在分析器中。

背景技术

[0003] 超声焊接用来将顶部元件(例如板、箔片、基础零件、基底等)组装到底部元件(例如板、箔片、基础零件、基底等)以便制造微流体设备，然后封闭在所述第一元件和所述第二元件的一个和/或另一个主要表面上制作的微流体凹槽和腔以在之后形成微流体路径的微流体通道和腔室。焊接在涉及塑料和/或金属材料的接合点处被执行。

[0004] 在工业环境中，超声焊接通常意味着对被提供在所述顶部元件上或所述底部元件上的能量引导件的使用。然后出于焊接目的，通过在短时间内同时应用超声能量和机械压力将它们熔融，从而产生所述接合点以及对顶部元件和底部元件的密封。

[0005] 重要的是，设备中的通常包含要在设备的制造期间提供的干试剂或湿试剂或化学品或涂层的(一个或多个)微流体路径具有以工业上可再现的方式与设备的预定设计规范准确匹配的几何形状、尺寸和位置。特别关键的是，焊接不改变微流体的设计或不会由于焊接的低公差而导致不准确性。

[0006] 为了解决这些要求，US2009152326公开了对焊接止挡件和能量引导件的使用，所述焊接止挡件具有一定的高度并且被提供在底板上，所述能量引导件被提供在顶板上。一旦底板和顶板由于焊接而被组装以用于提供微流体设备，一些间隙就将每个能量引导件与相邻的焊接止挡件分开，然后在能量引导件的任一侧上形成一些焊接通道。从能量引导件的尖端的超声熔融提供的熔融材料然后流入这些焊接通道，并且不在能量引导件与底板之间，否则这将在两者之间产生额外的厚度，从而影响焊接深度以及底板和顶板的良好定位。此外，当顶板和底板在焊接步骤之前被组装时，所述焊接止挡件防止顶板不再下降，这可以进一步增加在焊接之前两个板的定位准确性。

[0007] 类似地，US6066216公开了对焊接止挡件和能量引导件的使用，所述焊接止挡件和能量引导件通过接收熔融材料的焊接凹槽被彼此分开，但是焊接止挡件和能量引导件两者都被提供在底板上。

发明内容

[0008] 本发明的一个目的是改善微流体设备的制造过程以便提高公差。具体地，如果这种制造涉及在组装和焊接之前在所述两个元件中的一个和/或另一个上应用试剂液体，则预见到这种液体不干扰焊接。

[0009] 本发明的另一目的是提供一种被布置为在其集成的微流体网络中填充有样品流体而在焊接位置处不损失任何样品流体的基于超声焊接的微流体设备。

[0010] 本发明的另一目的是提供一种被布置为是通用设备的基于超声焊接的微流体设备，即所述微流体设备能够与要被填充在其微流体路径中的不同类型的样品流体一起使用，并且所述微流体设备能够容纳在使用中要被填充在设备中的不同体积的样品，以用于对该样品的最佳分析。

[0011] 这些目的中的至少一些通过根据本发明的第一实施例提供一种基于超声焊接的设备来实现，所述基于超声焊接的设备包括用于流体的微流体路径，所述设备主要由经由至少一个结构被焊接到彼此的第一元件和第二元件组成，所述结构包括：

[0012] -细长中心部分，其提供所述焊接，所述细长中心部分由当使用超声焊接时初始能量引导件的熔融产生，

[0013] -焊接通道，其在所述第一元件与所述第二元件之间并且沿着所述中心部分的一侧延伸，以及

[0014] -排出通道，其与所述焊接通道和所述微流体路径连通。

[0015] 从能量引导件的尖端的超声熔融提供的熔融材料在制造期间流入焊接通道，并且不在能量引导件与另一个元件(第一元件或第二元件)之间，否则这将在两者之间产生额外的厚度，从而影响焊接深度并因此产生第一元件与第二元件之间的一定错误定位或不想要的间隙。该焊接通道因此允许在焊接和高公差之后保持垂直的几何形状。

[0016] 作为一选项，(一个或多个)初始能量引导件能够被提供在第一底部元件上和/或第二底部元件上。

[0017] 所述排出通道可以允许将可能已经被接收在焊接通道中的任何液体从焊接通道排出或流出到微流体路径。这样的液体可以已经在制造微流体设备的步骤中、在第一元件与第二元件的组装或焊接之前被采用。例如，该制造步骤能够包括将试剂液体或涂层提供到第一元件上，以便处置微流体路径的表面(例如以改变该表面的一些物理或化学性质)，或者将一些试剂沉积在该路径中以便此后当设备在使用中时与流体样品混合(例如，试剂可以出于样品中的分析物的检测目的而被特别地提供有到存在于样品中的一些分析物的结合，或者是要溶解样品中的细胞的溶解试剂)。这样的液体试剂或涂层然后可以在焊接之前或之后被至少部分地干燥。备选地，它们可以保持处于液体状态。

[0018] 该试剂或涂层可以在第二元件与第一元件组装之前由在第一元件的微流体路径的一些适当位置中的液体溶液的蒸发来沉积。但是由于缺乏对这种沉积步骤的完全控制，该试剂的一部分也可能被沉积在焊接通道中，如果不经由本发明的排出通道被排出到微流体路径，焊接通道然后将因此充当该化学品的不想要的贮藏所。因此，排出通道防止焊接通道中的任何试剂(或其他液体)占据当能量引导件在(如前述的)超声焊接期间被熔融时流入焊接通道的焊接材料所需的体积，并且因此防止焊接通道中不存在足够的空间来接纳焊接材料。如果没有排出通道，则因此存在该焊接材料越过焊接通道的边缘因此在第一元件与第二元件之间的焊接之后产生间隙或在设备中的焊接位置处产生导致设备的结构性缺陷的内部压力的风险。如果第二元件是柔性元件(例如箔片、薄层压材料或膜状物)，则该间隙或内部压力可以是特别有害的，柔性元件能够由于质量差的焊接而容易变形，导致设备和/或其麻醉方面中的紧密性问题。在焊接通道中的大量过多液体在焊接期间被涂抹在表面上面的情况下，结果甚至可能更糟。这种情况的原因是，(通常三角形形状的)能量引导件的焊接结构在焊接期间熔融，并且当焊接结构向下流动时，将相邻的液体挤压到侧面。这导致液体(其可以包括如前述的化学品)的不受控的重新分布以及不受控的焊接过程。

[0019] 本发明的排出通道的主要功能于是允许试剂或任何其他不期望的液体从焊接通道被排出到它与之连通的微流体路径。

[0020] 任选地，基于超声焊接的设备可以包括第二焊接通道，所述第二焊接通道在所述第一元件与所述第二元件之间并且沿着焊接中心部分(或焊接之前的能量引导件)的相对侧延伸。

[0021] 第二焊接通道可以对储存在超声焊接期间来自能量引导件的熔融的焊接材料是有用的，因此允许设备分别在第一焊接通道和第二焊接通道中接纳焊接能量引导件的右侧上和左侧上的焊接材料。

[0022] 该第二焊接通道可以与所述排出通道连通。

[0023] 通过这种方式，在设备的制造过程中使用的任何液体也可以经由该排出通道从第二焊接通道排出。该实施例可以是方便的，因为同一排出通道排出第一焊接通道和第二焊接通道两者，这导致设备的更简单且更牢固的设计。

[0024] 备选地，第二焊接通道可以经由第二排出通道连通到微流体路径。

[0025] 这样的第二排出通道可以具有与第一排出通道类似的上面提到的功能性。如果该第二排出通道与微流体路径的不同于第一排出通道与之连通的微流体通道的另一部分的一部分连通，则该第二排出通道可以是特别有利的。这可以对通过这种方式将被储存在两个焊接通道中的液体散布在微流体路径的不同位置上是有利的。该实施例也能够是有利的，因为第一排出通道和第二排出通道中的每个排除通道的横截面可以相对于具有针对第一焊接通道和第二焊接通道的单个排出通道的设计被减小。并且，更小的排出通道可以呈现出将在微流体路径中流动的流体样品的更高的流动阻力，并且防止它进入焊接通道。该第二排出通道可以在要被接收在第二焊接通道中的液体不同于被接收在第一焊接通道中的液体的情况下具有另一优点，因此允许将(第一焊接通道中的)第一液体引导到该第一液体必须被接收在其中的微流体路径的第一位置，并且将(第二焊接通道中的)第二液体引导到该第二液体必须被接收在其中的微流体路径的第二位置。例如，该第一液体可以是要被提供在微流体路径的第一表面上的抗生物淤积材料，并且第二液体含有抗体、核酸或要被结合到存在于样品中的生物标记/分析物的其他材料。

[0026] 备选地，所述第二排出通道也可以与第一焊接通道连通(进一步连通到第二焊接通道)，使得存在于第一焊接通道中的液体也能够经由第二排出通道被排泄到微流体路径。如果两种液体(第一焊接通道中的一种和第二焊接通道中的一种)的混合导致对制造过程有用的混合液体，则这能够是有利的。类似地，第一排出通道也可以与第二焊接通道连通(进一步连通到第一焊接通道)，使得第一焊接通道和第二焊接通道能够既通过第一排出通道又通过第二排出通道与微流体路径连通。如果第一排出通道与微流体路径的一部分连通并且如果第二排出通道与微流体路径的另一部分连通，则这种设计可以是特别有利的。这可以对因此将被储存在两个焊接通道中的液体散布在微流体路径的不同位置上是有利的。
该实施例也能够是有利的，因为第一排出通道和第二排出通道中的每个排出通道的横截面可以相对于具有针对第一焊接通道和第二焊接通道的单个排出通道的设计被减小，然后可以呈现出将在微流体路径中流动的液体样品的更高的流动阻力(因此防止它进入焊接通道)。

[0027] 在该实施例的特定方面中，第一焊接通道和第二焊接通道能够直接连通到彼此并且围绕焊接部分(或能量引导件)。一个或两个或多于两个排出通道可以与该被围绕的通道并且与微流体路径(例如与微流体路径的一个或两个或更多个通道和/或腔室)连通。

[0028] 在本发明的第二实施例中，提供了一种提供有用于液体的微流体路径的基于超声焊接的设备，所述设备主要由经由彼此相邻并且由相应的壁彼此分开的焊接接合的至少一个阵列被焊接到彼此的第一元件和第二元件组成。焊接接合的阵列中的所述焊接接合中的每个焊接接合包括提供所述焊接并且由当使用超声焊接时初始能量引导件的熔融产生的焊接部分。

[0029] 焊接接合的该阵列可以等价于由当使用超声焊接时单个初始大能量引导件的熔融产生的单个更大焊接接合，通过由多个小且相邻的接合来代替该单个大接合。在优选的情况下，阵列中的接合的尺寸实际上比等价的大接合中的一个小得多。这可以具有比在单个大接合的情况下更均匀地将(通过超声能量的供应而产生的)熔融和热散布在接合区域上。尤其是在要焊接的第二元件是可容易变形的或是热敏的情况下(例如如果它是箔片、膜状物，或由热敏材料制成)，这可以具有一定的重要性。此外，第一元件与第二元件之间发现一些熔融材料的风险也降低，这可以提高焊接的公差。

[0030] 任选地，所述阵列中的这些接合中的至少一个接合包括：

[0031] -细长焊接部分，其提供所述焊接并且由当使用超声焊接时初始能量引导件的熔融产生，

[0032] -一(或两)侧通道，其在所述第一元件与所述第二元件之间并且沿着所述焊接部分的一侧(或两侧)延伸。

[0033] 从能量引导件的尖端的超声熔融提供的熔融材料然后流入焊接通道，并且不在能量引导件与另一个元件(第一元件或第二元件)之间，否则这将在两者之间产生额外的厚度，从而影响焊接深度并因此产生第一元件与第二元件之间的某个差的定位或不想要的间隙。该焊接通道因此允许在焊接和高公差之后保持垂直的几何形状。

[0034] 任选地，多个或所有接合被提供有(一个或多个)所述焊接通道。

[0035] 任选地，所述阵列中的这些接合中的至少一个接合包括所述结构，即：

[0036] -细长焊接部分，其提供所述焊接，所述细长焊接部分由当使用超声焊接时初始能量引导件的熔融产生，

[0037] -焊接通道，其在所述第一元件与所述第二元件之间并且沿着所述焊接部分的一侧延伸，以及

[0038] -排出通道，其所述焊接通道和所述微流体路径连通。

[0039] 根据本发明的第一实施例的结构的所有前面提到的选项和改进也能够适用于接合的该阵列。

[0040] 任选地，多个或所有接合是根据本发明的第一实施例的所述结构。

[0041] 通过提供结合所述排出通道使用的更小能量引导件(或焊接部分)/焊接通道的这种阵列，焊接通道和排出通道两者的横截面也被急剧地减小。这具有可能进入排出通道和焊接通道的流体的流动阻力被增加的结果。当流体样品被引入到(使用中的)设备的微流体路径中时，这可以是特别有利的，于是它大多情况下将不会进入焊接通道(相比于利用单个大焊接通道和大排出通道的单个更大焊接接合)，这样的微流体路径经由排出通道与焊接通道连通。此外，这能够防止在流体填充期间对气泡的诱捕。应注意，这在维持相同的总焊接面积的同时被获得。

[0042] 在所述第一实施例或第二实施例的又一选项中，基于超声焊接的设备还被布置为使得，在使用中微流体路径要被填充有流体(例如液体样品，例如生物样品)，所述流体主要在所述微流体路径中靠近与所述至少一个排出通道的连接流入经确定的流动方向，并且其中，该至少一个排出通道大多情况下垂直于该流动方向延伸。

[0043] 通过提供这样的设计，毛细管止挡件可以被形成在所述排出通道的入口处，从而防止所述流体进入焊接通道。由于将已经经由排出通道进入焊接通道的流体的体积是无用的，所以这种任选设计避免了流体的这种损失，并且因此微流体路径被优先填充。此外，将流体样品引入焊接通道中可能具有不期望的美学或反市场效果，尤其是如果设备是大部分透明的(例如如果设备与光学分析器一起使用)并且流体样品具有可见颜色(例如血液)的话。

[0044] 备选地或组合地，设备还可以以以下方式进行布置：排出通道中的流体阻力高于微流体路径中在排出通道与微流体路径连通的位置处的流体阻力，使得填充在微流体路径中的流体优先流入微流体路径。这可以例如被提供在具有疏水、疏油或超疏液性质(取决于要在设备中流动的流体的疏水、疏油或超疏液性质)的所述结构中。更具体地，至少一个结构包括提供有纳米尺度或微米尺度的结构元件的表面，所述纳米尺度或微米尺度的结构元件增强这些表面的疏水、疏油或超疏液性质。这样的结构元件可以例如是小柱或小峰。作为一选项，焊接通道和/或排出通道的表面还可以被提供有帮助在焊接之前排出被储存在焊接通道中的任何液体的结构(如前述的)。

[0045] 作为第三实施例，本发明涉及一种提供有用于流体的微流体路径的基于超声焊接的设备，所述设备主要由经由至少一个焊接接合被焊接到彼此的第一元件和第二元件组成，所述至少一个焊接接合由当使用超声焊接时初始能量引导件的熔融产生，其中，所述微流体路径包括两个流体通道，每个流体通道由两个纵向侧壁界定，每个通道具有不同的高度，并且其中，所述焊接接合位于两个侧壁之间。它可以具有在这两个侧壁之间延伸的细长形状。

[0046] 这些高度可以被选择为容纳在使用中要被填充在设备中的不同体积或高度的流体。具体地，如果流体是血液(或血浆或血清)并且设备包括用于血液(或血浆或血清)的光学分析的光学透明的腔室或通道，这些不同的高度可以被确定以优化对血液中的某些细胞的光学检测。例如，最佳高度可以取决于血液的凝固状态、和/或是想要检测红细胞、血小板还是白血细胞而改变。因此，通道的适当高度能够在存在于设备中的不同通道之中进行选择，和/或分析的灵敏度因此可以被优化。

[0047] 该设备可以因此用作通用设备、一次性物品或筒状物。

[0048] 根据一选项，一些焊接通道可以沿着焊接接合(即焊接之前的能量引导件)的一侧或两侧来提供。

[0049] 根据该第三实施例的另一选项，焊接部分由根据第一实施例的结构或根据第二实施例的焊接接合来代替。

[0050] 根据另一实施例，本发明提出了一种由要被焊接到彼此的第一元件和第二元件制造微流体设备的方法，包括：

[0051] (a)形成所述第一元件；

[0052] (b)形成所述第二元件；

[0053] (c)组装所述第一元件和所述第二元件；以及

[0054] (d)将所述第一元件与所述第二元件进行超声焊接；

[0055] 其中，步骤(a)和/或(b)包括分别在所述第一元件和/或所述第二元件的主要面上形成至少一个细长能量引导件；

[0056] 其中，步骤(a)包括在所述第一元件的主要面上形成微流体腔以在一旦所述第一元件和所述第二元件被焊接到彼此的情况下就提供用于流体(即液体和/或气体)的微流体路径的至少部分；并且

[0057] 其中，步骤(d)包括将超声能量应用到所述(一个或多个)能量引导件以在所述(一个或多个)能量引导件处执行所述焊接。

[0058] 在没有本发明的任何限制的情况下，所述能量引导件的高度可以被包括在1至200μm的大约范围内，其中长度通常在1mm(或更低)至若干cm之间。

[0059] 在没有本发明的任何限制的情况下，所述微腔的高度可以在大约1μm至大约1mm之间，其中长度在100μm(或更低)至若干cm的范围内。

[0060] 任选地，所述步骤(a)还包括在所述第一元件的主要面上形成至少一个焊接凹槽，使得一旦所述第一元件和所述第二元件在步骤(c)中被组装，(一个或多个)对应的焊接通道就在所述第一元件与所述第二元件之间延伸，并且所述至少一个焊接凹槽就进一步沿着能量引导件的一侧延伸。

[0061] 在没有本发明的任何限制的情况下，所述(一个或多个)焊接凹槽的高度可以以在大约1μm至大约1mm之间，其中长度在100μm(或更低)至若干cm的范围内。

[0062] 作为特定的选项，所述步骤(a)还包括在所述第一元件的主要面上形成与至少一个焊接凹槽连通的至少一个排出凹槽或隧道，使得一旦所述第一元件和所述第二元件在步骤(c)中被组装，所述排出通道就与所述微流体路径连通。

[0063] 在没有本发明的任何限制的情况下，所述(一个或多个)排出凹槽的高度可以在大约1μm至大约1mm之间，其中长度在100μm(或更低)至500μm(或更低)的范围内。

[0064] 作为特定的选项，步骤(a)和/或(b)包括(分别)在所述第一元件和/或所述第二元件的主要面上形成彼此相邻并且由相应的壁彼此分开的能量引导件的至少一个阵列，步骤(d)包括将超声能量应用到所述(一个或多个)能量引导件以在所述(一个或多个)能量引导件处执行所述焊接。任选地，机械压力还被施加在第二元件和/或第一元件上，同时应用超声能量。

[0065] (一个或多个)初始能量引导件能够最初被提供在第一元件上和/或第二元件上。

[0066] 任选地，(一个或多个)能量引导件最初仅被提供在第一元件上。通过这种方式，本发明在第一元件上提供了所有(或大部分)微流体图案(即微流体凹槽、能量引导件、焊接凹槽(如果有的话)、排出凹槽(如果有的话)等)，使得第二元件能够被简化，特别地，第二元件可以不呈现出微流体图案(它可以例如是简单的平板或箔片)：因此，不需要用于该第二元件的特定模具和制造过程中的对应的模制步骤。此外，第二元件的任何微流体图案与第一元件的微流体图案的定位准确性也能够在制造过程中被避免。因此，将能量引导件仅提供在第一元件上导致更低的成本和更快的制造过程。

[0067] 在设备的制造过程的又一选项中，一些结合表面被提供在第一元件上作为焊接止挡件，以当第二元件和第一元件在步骤(c)中被组装时防止设备的第二元件不再下降。设备的第一元件和第二元件的定位因此是准确的，并且微流体路径于是被紧密地封闭。那些结合表面可以通过在同一平面内延伸的围绕所述微流体腔、焊接凹槽(如果有的话)、排出凹槽(如果有的话)的表面来提供。仅第一元件中的能量引导件(如果它们被提供在该第一元件中)将高于那些表面，以预期在当超声能量被应用时的熔融期间其高度的降低。

[0068] 根据另一实施例，本发明提出了一种要被超声焊接到顶部零件以用于制作具有流体的集成的微流体路径的设备的基础零件，所述基础零件包括针对所述微流体路径的腔和结构，所述结构包括：

[0069] -细长能量引导件，其被布置为当出于焊接目的而应用适当的超声能量时被部分地熔融，

[0070] -焊接凹槽，其沿着所述能量引导件的一侧延伸，以及

[0071] -排出凹槽，其与所述焊接凹槽和所述微流体腔连通。

附图说明

[0072] 本发明的这些和其他方面将参考下文描述的(一个或多个)实施例变得显而易见并将参考下文描述的(一个或多个)实施例得以阐述。在附图中：

[0073] 图1示出了本发明的微流体设备的基础零件的一部分的示意性顶视图。

[0074] 图2示出了根据沿着图1的基础零件的2-2平面的切割的示意性剖视图。

[0075] 图3示出了在图2中描绘的设备的元件的透视图。

[0076] 图4示出了微流体设备的一部分的示意性剖视图。

[0077] 图5示出了微流体设备的接合结构的一部分的示意性剖视图。

[0078] 图6分别示出了微流体设备的两个不同接合结构的示意性剖视图：第一个包括单个大能量引导件，而第二个包括小能量引导件的阵列，两者之间具有类似的接合面积。

[0079] 图7示出了通过光学显微镜获取的根据本发明的超声焊接接合的第一照片。

[0080] 图8示出了通过光学显微镜获取的根据本发明的超声焊接接合的第二照片。

具体实施方式

[0081] 图1示出了基于超声焊接的设备的基础零件的一部分。该基础零件要与顶部零件(未在该图中示出)组装在一起，并且要经由超声焊接被焊接到后者。

[0082] 该基础零件包括微流体凹槽和腔，在该范例中所述微流体凹槽和腔包括主要凹槽20(在该范例中，主要凹槽20包括两个平行通道以及与这两个平行通道连通的中间通道)。
其被布置为一旦设备的顶部零件被密封或被焊接到它的基础零件就接收流体。该流体可以例如是出于分析目的而被填充在最终设备中的液体样品。

[0083] 一旦被密封在一起，基础零件和顶部零件就形成集成了集成的微流体路径的微流体设备，所述微流体路径包括所述微流体凹槽和腔(其包括所述主要凹槽20)。这样的最终设备可以是一次性物品或筒状物。该一次性物品或筒状物可以被设计为被插入在分析仪器中以分析被引入设备中的流体样品。

[0084] 该基础零件的一个主要表面还包括两个结构10，每个结构(如在图3中描绘的)包括：

[0085] -细长能量引导件11，其用于通过当使用适当的超声能量时将其尖端熔融来提供所述焊接，

[0086] -两个焊接凹槽12，其沿着所述能量引导件11的任一侧延伸，以及

[0087] -两个排出凹槽13，其与焊接凹槽12和所述主要通道20连通。

[0088] 基础零件可以主要被制作成塑料或聚合物材料。

[0089] 焊接凹槽12和排出凹槽13能够被包含到现有的设备模具内，因此不需要额外的过程步骤或成本。

[0090] 它可以被一体地模制或微铣削、铸造、浮雕有适当的形状和尺寸。

[0091] 由于能量引导件10的尖端处的超声焊接(所述尖端通常具有金字塔形形状或三角形形状)，参见图2，该尖端被熔融以执行该焊接，基础零件能够被组装并且然后焊接到所述顶部零件。作为一范例，设备的顶部零件可以是基底、膜状物、箔片、薄膜等。它可以被至少部分地制作成塑料或聚合物材料，尤其在焊接位置处。可以在短时间期间带来超声能量，如本领域中众所周知的脉冲。此外，机械压力可以与对这种能量的施加同时地被施加，使得基础零件与顶部零件之间的焊接在高公差的情况下是有效的、牢固的且紧密的。

[0092] 在焊接之后，(被焊接到基础零件的)顶部零件将所有这些凹槽20、12以及排出通道13紧密地封闭或密封到以下程度：后者还未被提供为通过将焊接凹槽12与主要凹槽20分开的相应壁提供的隧道。因此，在焊接之后，主要凹槽20变成主要通道，焊接凹槽12变成焊接通道，并且排出凹槽13变成排出通道。由于在主要平坦表面内延伸的基础零件的结合表面14-30，提供了这种紧密封闭。这些结合表面充当焊接止挡件，因为当顶部零件和基础零件在焊接步骤之前被组装时，它们防止设备的顶部零件不再下降。设备的基础零件和顶部零件的定位因此是准确的，并且微流体路径20然后能够被紧密地封闭。

[0093] 此外，应注意，所有微流体图案(即微流体凹槽20、能量引导件11、焊接凹槽12、排出凹槽13、等等)仅被在基础零件上，使得顶部零件(未示出)能够被简化，特别地，后者可以不呈现出微流体图案(它可以例如由简单的平板或箔片组成)：因此不需要用于顶部零件的特定模具和制造过程中的对应的模制步骤。此外，顶部零件的任何微流体图案与基础零件的微流体图案的定位准确性在制造过程中也是不需要的。因此，将能量引导件提供在基础零件上导致更低的成本和更快的制造过程。

[0094] 然而，在非常具体的应用中，这些结合表面14-30的至少一部分可以不在同一平面内延伸：出于微流体目的和/或因为顶部零件是柔性的并且于是其形状能够适于非平坦结合表面14或30的图案，这能够对提供基础零件与顶部零件之间的间隙有用。

[0095] 在图4中示出的具体情况下，基础零件包括微流体路径的两个流体凹槽20和20’，每个流体凹槽由一个底板21和两个纵向侧壁22界定。两个流体凹槽20和20’分别具有不同的高度h1和h2。能量引导件11位于两个流体通道20-20’之间，焊接凹槽12将侧壁22与能量引导件11分开。排出通道13(本文未示出)可以被进一步提供，以从焊接通道排出一些化学品或液体(如已经解释的)。

[0096] 这些高度h1和h2可以被选择为容纳在使用中要被填充在设备中的不同体积或高度的流体。具体地，如果流体是血液(或血浆或血清)并且设备包括用于执行血液(或血浆或血清)的光学分析的任选透明的腔室或通道，则这些不同的高度可以被确定为优化对血液中的某些细胞的光学检测。例如，最佳高度可以取决于血液的凝固状态、和/或是想要检测红细胞、血小板还是白血细胞而改变。因此，通道的适当高度能够在存在于设备中的不同的通道之中进行选择，并且分析的灵敏度因此可以被优化。例如，h1可以为大约10μm，并且h2可以为大约20μm。

[0097] 图2示出了(例如在设备的制造过程中使用的)液体40可以如何被储存在焊接通道12中，并且该液体可以如何阻止(来自能量引导件10的尖端的熔融的)熔融材料向下流到焊接通道12。排出凹槽13于是确保被沉积在基础零件或结构10上并且优先地不在焊接凹槽12中干燥的该液体(其可以包括化学品)能够在化学品的干燥期间流出焊接凹槽12并且流入外部通道20，如在图1和图3中可见的。

[0098] 在图7和图8的显微镜图像(在顶部薄膜的焊接之后)中示出了实施方式的范例(即在焊接之后)。此处，可见位于焊接凹槽内的熔融的能量引导件。

[0099] 根据如在图5中描绘的本发明的又一实施例，一些纳米尺度或微米尺度的结构元件19以以下方式被提供在结构10的一些表面上：排出通道13中或焊接通道12中的流体阻力高于微流体路径20中具体地在排出通道与微流体路径20连通的位置处的流体阻力，使得填充在微流体路径20中的流体优先流入微流体路径20。这些结构元件19实际上被布置为使得它们增强它们已经被形成在其上的这些表面的疏水、疏油或超疏液性质。这样的结构元件19可以例如是小柱或小峰。

[0100] 小柱或小峰的尺寸可以大致在10nm至1μm的范围内。

[0101] 结构元件19能够被重复地布置或被随机化有与其尺寸类似的结构到结构的分隔。

[0102] 这些结构元件19对解决如下情况中包含的潜在问题可以是有用的：(被引入设备中以填充微流体路径20的至少部分的)流体在填充期间沿着能量引导件11流动，这可以干扰填充过程并且占据一定的流体空间。折中的填充也可以通过适当尺寸的小通道(诸如具有在10μm之下的高度的通道)来找到，因为在这种情况下主要通道的填充时间将由于其高流动阻力而是缓慢的。

[0103] 优选地，表面元件19被布置为使得：

[0104] -从焊接凹槽12朝向主要通道20排出沉积的化学试剂40，并且

[0105] -减少沿着焊接凹槽12的不利的流体流动。

[0106] 在通过图6描绘的本发明的另一实施例中，(图1-3的)单个结构10由彼此相邻且由相应的壁15’彼此分开的结构10’的阵列100代替。所述结构10’中的每个结构包括能量引导件11’、焊接凹槽12’以及任选地至少一个如前所述的排出通道(未示出)。优选地，每个结构10’的每个能量引导件11’和每个焊接通道12’的高度和大致尺寸比单个结构10的大能量引导件11和侧壁12(图6的顶部附图)小得多。通常，焊接凹槽12’高度低于50μm，优选地低于20μm，低于10μm。因此，来自每个能量引导件11’的熔融的超声焊接力比大能量引导件11的整体小得多，但是这些焊接力的相加可以等价于大能量引导件11的整体。额外地并且优选地，用于大结构10的焊接面积可以等价于或类似于阵列100的整体以达到类似的焊接面积。

[0107] 对该阵列100的使用可以具有提高焊接的公差的一定重要性。

[0108] 此外，焊接通道12’和排出通道两者的更小横截面的这样的阵列100增加可能进入排出通道和焊接通道12’的液体的流动阻力。当液体样品被引入到(使用中的)设备的微流体路径20中时，这可以是特别有利的，于是它大多情况下将不会进入焊接通道12’(相比于利用单个大焊接通道和大排出通道的单个更大焊接接合)，这样的微流体路径经由排出通道与焊接通道12’连通。这还能够防止气泡的截留。

[0109] 所述结构元件19还可以被使用在阵列100中以增加流动阻力。

[0110] 根据另一实施例，本发明提出了一种由要被焊接到彼此的第一元件和第二元件制造微流体设备的方法，包括：

[0111] (a)形成所述第一元件，例如通过模制或任何其他已知技术(例如微铣削、浮雕、铸造)；

[0112] (b)形成所述第二元件，例如通过模制或任何其他已知技术(例如微铣削、浮雕、铸造)；

[0113] (c)组装所述第一元件和所述第二元件；以及

[0114] (d)将所述第一元件与所述第二元件进行超声焊接；

[0115] 其中，步骤(a)和/或(b)包括(分别)在所述第一元件和/或所述第二元件的主要面上形成至少一个细长能量引导件；

[0116] 其中，步骤(a)包括在所述第一元件的主要面上形成：

[0117] -微流体腔，其用于一旦所述第一元件和所述第二元件被焊接到彼此就提供用于流体的微流体路径的至少部分；以及

[0118] -至少一个焊接凹槽以及与所述至少一个焊接凹槽连通的排出凹槽，使得一旦所述第一元件和所述第二元件在步骤(c)中被组装：

[0119] ο(一个或多个)对应的焊接通道就在所述第一元件与所述第二元件之间延伸，[0120] ο所述至少一个焊接通道就进一步沿着能量引导件的一侧延伸，以及[0121] ο所述排出通道就与所述微流路径连通；并且

[0122] 其中，步骤(d)包括将超声能量应用到所述(一个或多个)能量引导件以在所述(一个或多个)能量引导件处执行所述焊接。

[0123] 在特定的选项中，所述方法还包括，在步骤(a)和(c)之间，将(包含例如试剂或涂覆化学品的)液体提供在所述第一元件上，使得所述液体在所述第一元件和所述第二元件被焊接到彼此之前存在于所述微流体路径中，并且任选地在步骤(d)之前或之后实施使该液体干燥的另一步骤。

[0124] 尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述应当被认为是说明性或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、说明书以及权利要求书，在实践请求保护的发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。

[0125] 在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载的特定措施，但是这并不指示不能有效地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。