Un método para formar un dispositivo microfluídico que contiene vidrio que tiene al menos un pasaje de fluido a su través,

comprendiendo el método: proporcionar una pieza (3; 62; 82) que tiene una superficie de moldeo con un patrón impreso (14); proporcionar una primera cantidad de composición que contiene vidrio (2; 60; 81); poner en contacto a la primera cantidad de composición que contiene vidrio (2; 60; 81) con la superficie de moldeo con patrón impreso (14); presionar la superficie de moldeo con patrón impreso (14) y la primera cantidad de composición que contiene vidrio (2; 60; 81) juntas; calentar la pieza (3; 62; 82) y la primera cantidad de composición que contiene vidrio (2; 60; 81) juntas suficientemente para ablandar la cantidad de composición que contiene vidrio (2; 60; 81) de modo que la superficie de moldeo con patrón impreso (14) se replique en la primera cantidad de composición que contiene vidrio (2; 60; 81), formando la primera cantidad de composición que contiene vidrio (2; 60; 81) un primer artículo que contiene vidrio formado (51; 63; 91); y estando caracterizado porque además comprende: apilar el primer artículo que contiene vidrio formado (51; 63; 91) con al menos dos artículos que contienen vidrio adicionales; sellar los artículos apilados juntos mediante tratamiento térmico para crear un dispositivo microfluídico que tiene al menos un pasaje fluídico a su través; teniendo dicha pieza (3; 62; 82) una superficie moldeada con patrón impreso (14) que es de un material rígido no adhesivo

Método para fabricar dispositivos microfluídicos.

Antecedentes

Los dispositivos microfluídicos, como se entiende en este documento, son dispositivos que contienen pasajes o cámaras fluídicas que tienen típicamente al menos una y generalmente más dimensiones en el intervalo de por debajo del milímetro al milímetro. En parte debido a sus característicamente bajos volúmenes de fluido procesado total y característicamente altas proporciones de superficie respecto a volumen, los dispositivos microfluídicos pueden ser útiles para realizar reacciones y procesos químicos difíciles, peligrosos o incluso de otra forma imposibles, de manera segura eficaz y respetuosa con el medioambiente, y con tasas de rendimiento que están en el orden de 100 ml/minuto de flujo continuo y pueden ser significativamente más altas.

Los dispositivos microfluídicos se han hecho de diversos materiales incluyendo metales, cerámica, silicio y polímeros. Las desventajas que encontradas con estos materiales son numerosas.

Por ejemplo, los dispositivos hechos de polímeros típicamente no pueden resistir temperaturas de más de 200ºC a 300ºC durante un periodo prolongado. Además, a menudo es difícil controlar estados de superficie eficazmente dentro de dichas estructuras.

Los dispositivos de silicio son caros e incompatibles con algunos fluidos químicos y biológicos. Además, la naturaleza semiconductora del silicio da origen a problemas al implementar algunas técnicas de bombeo, tales como bombeo electrohidrodinámico y bombeo electrosmótico. Es más, las técnicas litográficas usadas en la formación de dispositivos microfluídicos de silicio producen de forma natural pequeños canales (típicamente menos de 100 μm). Dichos pequeños canales tienen altas contrapresiones y tienen dificultades para cumplir los requisitos de rendimiento de producción.

Los dispositivos hechos de metal son proclives a la corrosión y típicamente no son compatibles con algunos fluidos químicos o biológicos.

Es deseable, por lo tanto, en numerosos contextos, tener estructuras microfluídicas hechas de vidrio, o que al menos tengan canales de reacción forrados de vidrio.

Se han obtenido dispositivos microfluídicos hechos de vidrio mediante ataque químico o físico. El ataque puede usarse para producir zanjas en un sustrato de vidrio, zanjas que pueden sellarse con una tapa de vidrio, por ejemplo. Dichas técnicas no son completamente satisfactorias, sin embargo. El ataque químico Isotrópico no permite la obtención de relaciones de aspecto significativas, mientras que el ataque físico es difícil de implementar debido a su alto coste y a su limitada capacidad de producción. Para cerrar las zanjas abiertas, la técnica empleada más a menudo para unir o sellar una tapa es la unión iónica. Esta técnica, sin embargo, es cara y difícil de implementar dado que es altamente sensible al polvo. Además, la superficie de cada capa debe ser extremadamente plana para proporcionar un sellado de alta calidad.

Los dispositivos microfluídicos formados por frita consolidada estructurada que define huecos o pasajes entre dos o más sustratos se han desarrollado en trabajos anteriores de los presentes inventores y/o sus socios, como se describe en la Patente de Estados Unidos Nº 6.769.444, "Microfluidic Device and Manufacture Thereof". Los métodos descritos en ese documento incluyen diversas etapas incluyendo proporcionar un primer sustrato, proporcionar un segundo sustrato, formar una primera estructura de frita en una superficie enfrentada de dicho primer sustrato, formar una segunda estructura de frita en una superficie enfrentada de dicho segundo sustrato, y consolidar dicho primer sustrato y dicho segundo sustrato y dichas primera y segunda estructuras de frita juntas, con superficies enfrentadas entre sí, para formar uno o más huecos o pasajes definidos en la frita consolidada entre dichos primer y segundo sustratos. En dispositivos de este tipo, dado que la frita consolidada define los pasajes fluídicos, los pasajes pueden estar forrados con el vidrio o material de vidrio-cerámica de la frita consolidada, incluso si se usa un sustrato no de vidrio.

Otro enfoque para fabricar dispositivos microfluídicos de vidrio, descrito por ejemplo en la Publicación de Patente Internacional WO 03/086958 implica la deposición por vapor del vidrio sobre una superficie de un sustrato temporal que está conformado para servir como un molde negativo para la forma a producir. Después de que se forme el vidrio en la superficie mediante deposición por vapor, el sustrato temporal se retira del vidrio mediante ataque húmedo. La deposición por vapor y el ataque son procesos relativamente lentos, caros y poco respetuosos con el medioambiente.

Los presentes inventores y/o sus socios han desarrollado un método de formación de un dispositivo microfluídico en el que se forma al vacío una fina lámina de vidrio dando como resultado una estructura de canal alterno en lados opuestos de la lámina, que a continuación se cierran fusionándola con una o más otras láminas formadas al vacío o planas, como se muestra por ejemplo en la Publicación de Patente de Estados Unidos 2005/0241815. Aunque el método descrito en ese documento es útil para los fines descritos en ese documento, es deseable ser capaces de formar estructuras aún más finas y más complejas de lo que es posible con esta técnica de formación en vacío, incluyendo ángulos de surco muy pronunciados (por ejemplo, 90º) y una mayor variedad de formas y tamaños de los canales.

Sumario

En este documento se describen métodos de producción de dispositivos microfluídicos. Las ventajas de los materiales, métodos y dispositivos descritos en este documento se mostrarán en parte en la siguiente descripción, o pueden aprenderse mediante la puesta en práctica de los aspectos descritos a continuación. Las ventajas descritas a continuación se comprenderán y obtendrán por medio de los elementos y combinaciones señaladas particularmente en las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de las figuras

La figura 1 muestra un sistema apilado para formar una composición que comprende un vidrio en un artículo formado.

La figura 2 muestra múltiples sistemas apilados que están siendo procesados a través de un horno mediante una cinta transportadora.

La figura 3 muestra la sección transversal de una composición que comprende vidrio dispuesto entre las superficies de procesamiento térmico de primera y segunda estructuras.

La figura 4 muestra la sección transversal de una composición que comprende un vidrio dispuesto entre primera y segunda estructuras, donde una superficie de una de las estructuras ha penetrado en la composición.

La figura 5 muestra la sección transversal de una composición que contiene vidrio formada, retirada de la superficie de moldeo y un ángulo de liberación de una impresión del molde.

La figura 6 muestra la sección transversal de una cantidad de una composición que contiene vidrio dispuesta entre dos superficies de moldeo diferentes para producir un artículo formado con impresiones del molde en ambos lados.

La figura 7 muestra una lámina de vidrio con cuatro impresiones de superficie de moldeo en un lado de la lámina.

La figura 8 muestra un sistema apilado compuesto por múltiples cantidades de una composición que comprende vidrio dispuesto entre respectivas múltiples estructuras que tienen superficies con un patrón impreso.

La figura 9 es una fotografía de una estructura de grafito porosa ilustrativa de algunas realizaciones de la presente invención.

La figura 10 es una fotografía de una estructura de grafito porosa y una lámina de vidrio formada producida a partir del molde.

La figura 11 es una fotografía de una lámina de vidrio formada.

La figura 12 es una fotografía de un dispositivo microfluídico de muestra ensamblado presionando juntas dos láminas de vidrio formadas, donde los canales grises son huecos abiertos en el dispositivo.

La figura 13 muestra una fotografía de una lámina de vidrio formada presionada y fusionada sobre una oblea de silicio.

Descripción detallada

En un aspecto, el método para fabricar un dispositivo microfluídico que contiene vidrio comprende:

proporcionar una pieza que tiene una superficie de moldeo con un patrón impreso;

1. Un método para formar un dispositivo microfluídico que contiene vidrio que tiene al menos un pasaje de fluido a su través, comprendiendo el método:

proporcionar una pieza (3; 62; 82) que tiene una superficie de moldeo con un patrón impreso (14);

proporcionar una primera cantidad de composición que contiene vidrio (2; 60; 81);

poner en contacto a la primera cantidad de composición que contiene vidrio (2; 60; 81) con la superficie de moldeo con patrón impreso (14);

presionar la superficie de moldeo con patrón impreso (14) y la primera cantidad de composición que contiene vidrio (2; 60; 81) juntas;

calentar la pieza (3; 62; 82) y la primera cantidad de composición que contiene vidrio (2; 60; 81) juntas suficientemente para ablandar la cantidad de composición que contiene vidrio (2; 60; 81) de modo que la superficie de moldeo con patrón impreso (14) se replique en la primera cantidad de composición que contiene vidrio (2; 60; 81), formando la primera cantidad de composición que contiene vidrio (2; 60; 81) un primer artículo que contiene vidrio formado (51; 63; 91); y estando caracterizado porque además comprende:

apilar el primer artículo que contiene vidrio formado (51; 63; 91) con al menos dos artículos que contienen vidrio adicionales;

sellar los artículos apilados juntos mediante tratamiento térmico para crear un dispositivo microfluídico que tiene al menos un pasaje fluídico a su través;

teniendo dicha pieza (3; 62; 82) una superficie moldeada con patrón impreso (14) que es de un material rígido no adhesivo.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material rígido no adhesivo comprende carbono.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el carbono comprende carbono poroso con una porosidad abierta de al menos el 5%.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el carbono comprende carbono poroso con una porosidad abierta de al menos el 10%.

5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que la etapa de calentamiento comprende además calentar en una atmósfera inerte.

6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que la etapa de calentamiento comprende además calentar en una atmósfera a presión reducida o al vacío.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la etapa de calentamiento comprende además calentar en una atmósfera a presión ambiente o ligeramente superior, según sea necesario para mantener una atmósfera inerte sin vacío.

8. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que la etapa de apilamiento comprende apilar el primer artículo que contiene vidrio formado (51; 63; 91) con al menos dos artículos que contienen vidrio formados adicionales.

9. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que la etapa de calentamiento comprende además la formación por la primera cantidad de composición que contiene vidrio (2) de un primer artículo que contiene vidrio formado (51) que tiene al menos un orificio pasante (16).

10. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que la etapa de presionado comprende aplicar una presión de menos de 100 kilopascales a la superficie de moldeo con patrón impreso (14).

11. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que la composición que contiene vidrio es un vidrio vítreo.

12. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que la composición que contiene vidrio es una vitrocerámica.

13. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que la composición que contiene vidrio es un vidrio cargado.

14. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en el que el material que contiene vidrio está en forma de una lámina (2).

15. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en el que el material que contiene vidrio está en forma de una frita.