專利名稱：微槽式有源流體傳輸裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有一結構化聚合物表面的裝置，所述表面包含用于傳輸流體的、分離的、微結構化槽道。該裝置還具有一將所述分離的微結構化槽道流體連接于一勢能源的連接器，所述勢能源可促使流體通過槽道傳輸。本發(fā)明還涉及一種利用這樣的裝置來傳輸流體的方法，以及利用該裝置的各種制品。
流體傳輸?shù)奶匦匀Q于在裝置中形成流動的機理。當流體傳輸涉及的是一種在大多數(shù)情況下是由于外力施加于該裝置而造成的非自然流體流動狀況時，就認為這種流體傳輸是“有源”的。另一方面，當流體傳輸涉及的是一種由于裝置的內(nèi)在性質而造成的自然流動狀況時，就認為這種流體傳輸是“無源”的。導管是眾所周知的一種有源流體傳輸裝置的例子。通常，導管連接于一可將液體通過裝置吸入的真空源。吸收墊或海棉是無源流體傳輸裝置的一個例子。
有源流體傳輸裝置的設計很大程度上取決于其特定的應用場合。在很多情況下，希望能控制流體的流道。就某種意義而言，可以對流體的流道加以控制，以使一特定的流體在另一個目標或流體附近流動，如在一熱交換器中的情況。
授予Hoopman等人的美國專利5,317,805敘述了一種熱交換器，該熱交換器具有在第一和第二集流管之間延伸的分離的微槽。這種微槽式熱交換器是這樣制作的，即，例如圍繞一將被放棄的內(nèi)芯以電鍍或蒸鍍的方式沉積出一個殼體。同樣授予Hoopman等人的美國專利5,070,606描述了另一種微槽式熱交換器，該熱交換器是這樣制作的，即，圍繞一種纖維結構形成一塑料或陶瓷體，隨后將纖維結構去除而在成形體內(nèi)留下多個微槽。
就另一種意義而言，可以對一流體流道加以控制，以按照特定的流動特性來形成流體流。也就是說，可以簡單地通過各層之間的單個管道或通過多個槽道來促使流體流動。其它的例子包括可以附連于一勢能發(fā)生裝置的多孔產(chǎn)品，所述勢能發(fā)生裝置可導致流體流過多孔產(chǎn)品，例如授予Rainin的美國專利5,599,330、授予Beck等人的美國專利4,533,352和授予Kliger的美國專利3,935,863所述。
一流體傳輸流道可以由多個槽道限定，這些槽道可以用來將液體從一收集位置傳輸至另一個位置，如一儲存容器。當頻繁地使用該裝置時，液體與氣體混合，兩相的流體有時會導致液體和氣體紊流混合。按照流體流的混合比例和速度，液體和氣體會組合成不希望有的流動形態(tài)。已知的帶泡沫的、分散的和團狀(slug)的流動形態(tài)有時會對被傳輸?shù)牧黧w造成不利的影響，或者說，這樣的流動可能會影響傳輸系統(tǒng)和/或周圍環(huán)境。
例如，在帶有泡沫的流動情況下，氣泡遍布于液體，空氣與液體的密切接觸可能會導致例如液體的加速氧化。在分散流動的情況下，幾乎所有的液體都會以細小液滴的形式被夾帶在氣體中。此流動形態(tài)所產(chǎn)生的氣懸液滴可以進入周圍環(huán)境，從而造成危害(視液體的性質而定)。該情況的一個例子是在外科領域，其中當收集容器被打開時，被吸入以便處理的生物污染流體會變成氣懸狀態(tài)并進入工作環(huán)境。在團狀流動的情況下，液體波會被快速移動的氣體周期性地拾取，從而形成一個以高于平均液體速度的速度流過系統(tǒng)的多泡沫團狀流。在此類流動情況下，當團狀流撞擊系統(tǒng)構件時，可能會導致設備振動。這種撞擊除了會作用于系統(tǒng)構件(如管接頭和彎頭)以外，還會對流體施加很大的機械應力。猛烈的流體傳輸作用還可能破壞應力敏感型流體(例如在外科手術過程中被收集起來以便重新輸入的血液)的細胞結構。
由于在流體傳輸過程中產(chǎn)生噪聲，所以兩相流體還會對工作場所造成不利的影響。也就是說，當紊流液體混合物流過裝置時，經(jīng)常會發(fā)出噪聲。在很多環(huán)境中，噪聲污染必須降至最小，特別是在需要良好通訊的場所，例如在手術室中。
授予Nguyen的美國專利4,966,584描述了一種可解決噪聲問題的有源流體傳輸裝置。具體地說，描述了一種可在外科手術過程中使用的吸氣機。該裝置結合有一個閥組件，該閥組件可對流過裝置的流體加以控制，以降低噪聲。該閥組件據(jù)稱可以通過對經(jīng)過裝置的吸入流進行調節(jié)來控制噪聲。
另一種用于醫(yī)療領域的有源流體傳輸裝置是一種流體回收地板墊，即，可以從Technol醫(yī)藥產(chǎn)品股份有限公司購得的商標名為“流體控制”的地板吸收墊。這種產(chǎn)品既利用無源的裝置也利用有源的裝置，以除去在外科手術過程中從手術位置落下的流體。該裝置具有一位于很多平行槽道上方的吸收墊。在槽道表面上設置有許多孔，這些孔與吸收墊連接，以便將吸收墊所回收的流體吸入槽道。各平行槽道連接于一集流管，該集流管連接于一吸收管。因此，當流體已經(jīng)積聚在墊子上之后，可以借助施加真空而通過多個槽道來去除流體。由于回收的液體可以作為液體/空氣混合物流過各槽道，所以該裝置具有產(chǎn)生噪聲的可能性。也就是說，當流體借助抽真空系統(tǒng)流過各槽道時，空氣可以與液體混合而產(chǎn)生噪聲，這將會給工作環(huán)境帶來負面影響。
授予Skow的美國專利5,628,735揭示了一種有源流體傳輸裝置，聲稱該裝置可以在手術過程中從一工作現(xiàn)場平緩地和連續(xù)地除去不需要的流體。該裝置利用了無源的和有源的流體傳輸機理來在手術過程中除去多余的流體。它包括一個具有很高毛細作用能力的柔性墊子，在這個墊子內(nèi)嵌設有一柔性吸管，此吸管連接于一真空源，可從墊子中除去流體而防止流體飽和。該吸管有一個或多個孔，以允許回收的流體從墊子流入吸管。由于該裝置沒有采用多個分離的槽道，因而不能將抽吸作用分散于各個槽道，故采用一根吸管可能會限制裝置的應用。
授予Todd等人的美國專利5,437,651和授予Hergenroeder的4,679,590描述了可以用來回收流體的其它有源流體傳輸裝置。在Todd等人的專利中，揭示了一種醫(yī)用抽吸裝置，它可以用來在外科手術過程中收集積聚在一病人體內(nèi)的血液或其它流體。該裝置包括一吸收泡沫墊，該泡沫墊通過一柔性的背襯板連接于一抽氣源。背襯板上具有將回收流體引向一小孔的槽道。由于液體/空氣混合物被一起抽吸而流過裝置，所以該裝置很容易產(chǎn)生噪聲。
Hergenroeder的專利描述了一種容器，該容器用于收集來自于手術室地板的流體。此裝置特別適合于收集在手術時使用的沖洗流體，例如對一關節(jié)(如膝蓋)進行的關節(jié)內(nèi)窺鏡檢查。該容器是薄而且大致扁平的，并且具有一形成一個收集面的小盆網(wǎng)格組織，所述收集面上帶有排水道，回收的流體可以通過此排水道流入形成在容器和地板之間的槽道。槽道將流體引向一共同的排放口，該排放口可以連接于一抽氣裝置。由于這種槽道構造，與前述的其它裝置一樣，該裝置很容易產(chǎn)生一個兩相的液體/空氣流，這可能會產(chǎn)生很大的噪聲污染。
例如在授予Degen的美國專利5,445,771、授予Drobish等人的4,623,329和授予Wepsic的3,598,127中揭示了其它的柔性管道裝置或導管。在Degen的專利中，將中空的熱塑性纖維束收集并固定在一起，并以分離型裝置的方式加以使用。Drobish等人和Wepsic專利所描述的裝置涉及到導管，此類導管具有一主流道和一個或多個設置在各管層之間的副流道。Drobish等人的裝置包括一同心的副流道，副流道具有形成在用于加大表面積的限定表面之一中的許多凹槽，在副流道中流動的流體可到達所述限定表面。在Wepsic的專利中，圍繞一主流道布置了多個V形的副流道(凹槽)。這些V形槽被一個可滲透抗菌物質的外管所包圍。
本發(fā)明提供了一種有源流體傳輸裝置，該裝置包括一具有一第一主表面的聚合材料層。第一主表面包括一結構化表面，在該表面上具有多個基本上分離的流動槽道。這些流動槽道沿著結構化表面從第一點延伸至第二點，并具有大約10∶1的最小長寬比和不超過大約300微米(μm)的水力半徑。該傳輸裝置還包括一流體連通于所述各分離流道的連接器。連接器允許從結構化聚合材料表面外側的勢能源對各流動槽道施加一勢能，以促使流體經(jīng)過所述各流動槽道，從第一勢能至達第二勢能。
本發(fā)明具有很多特性，可將很多優(yōu)點集中在能體現(xiàn)本發(fā)明的一個有源流體傳輸裝置中。一個特別的特性是，采用一個由聚合材料制成的微結構化表面。在制造過程中，該聚合材料可允許結構化表面以相對低成本的方式精確地復制。帶有該結構化表面的聚合材料層能利用一模制或鑄造技術可靠地加以復制。因此，無需高成本的加工條件即可制造出該結構化表面，而當采用諸如機加工和化學腐蝕等其它技術時，就可能引起高成本的加工。采用聚合材料來形成微結構化表面還允許在制造過程中以相對較高的允差維持各種特征的精確度。另外，采用聚合材料還使得可以通過選擇具有較低拉伸模量的聚合物來制造柔性的有源流體傳輸裝置。利用這些聚合物的產(chǎn)品可以滿足各種效用的各種不同的結構。
通過設置具有大約10∶1的最小長寬比以及不超過大約300μm的水力半徑的許多分離流動槽道所形成的微結構化槽道可以以高度分散的方式將勢能分散作用于很多個槽道。勢能不是全如通過一個大的槽道總地傳送，而是可以分散很多個小槽道，因而不會有一個槽道對傳輸流過該槽道的流體有不良作用。高度分散的勢能作用可以在流體流過各個槽道時對流體施加較小的應力。當流體比較靈敏或具有不應改變的形態(tài)時，減小應力是非常重要的。如果流體例如是血液、膠狀流體和其它非均勻同質的液體混合物或懸浮液，這就是一個重要的考慮事項。
此外，高度分散的勢能作用還使得作用在和槽道入口或出口相接觸的零件上的應力減小。例如，當把本發(fā)明的有源流體傳輸裝置構造成為連接于一真空源的導管形式時，采用微結構化分離的流動槽道可以使來自于真空源的勢能高度地分散，從而使作用于暴露在槽道入口處的勢能的人體組織的應力最小。因此，該有源流體傳輸裝置可以允許從體腔中取出流體，同時僅對附近組織造成最小的傷害。
本發(fā)明的這種微槽式有源流體傳輸裝置的另一個有利之處是，它可以很方便地以來自于周圍環(huán)境的流體填滿各槽道。分離的槽道系統(tǒng)還允許各槽道相互獨立地填滿或保持空置。例如，一個槽道可以完全填滿一種液體，而其相鄰的槽道則僅包含空氣。在傳統(tǒng)的流體傳輸裝置中，各槽道要大得多和/或不是分離的，因而經(jīng)常包含液體和空氣的兩相流體。由本發(fā)明促使的液體單相流還可以有利地減少作用在通過該裝置的液體上的應力，并且可以使噪聲污染降至最小。因此，本發(fā)明的有利之處在于，它可以安全并且安靜地將液體從一個位置傳輸?shù)搅硪粋€位置。
利用結構化表面上的小的流動槽道還使得裝置可以承受相對較高的沖擊力、壓力、彎折角度和真空作用，不會破壞流動槽道。這一優(yōu)點使有源流體傳輸裝置可以被用于可能出現(xiàn)這些作用力的場合，例如，在重物下方、或人行走的地板上、或在水檢眼鏡檢查外科手術過程中，其中流體被用來保持手術位置的膨脹和視力不受傷害，但經(jīng)常需要一個柔性的流體抽吸裝置，該抽吸裝置會受到壓縮或大角度地彎曲，否則可能會壓斷常用管子中的流體流動。
在以上描述的本發(fā)明中，出現(xiàn)了如下限定的一些術語。
“長寬比”是指一槽道的長度與其水力半徑的比值；“連接器”意指諸如設備、裝置或零部件組合之類的任何機構，該機構是構造成為可允許來自于一勢能源的勢能沿著分離的微結構化流動槽道來施加；“毛細管模塊”是指一具有若干個分離的微結構化流動槽道的裝置，所述槽道具有槽道入口和槽道出口；“分離的流動槽道”是指這樣的一些槽道，即，它們能獨立地接受一勢能以使一流體基本上獨立于相鄰各槽道沿一特定的槽道流動；“水力半徑”是指一槽道的可潤濕橫截面積除以其可潤濕的周長。對一圓形槽道而言，水力半徑是其直徑的四分之一；“柔性的”意指能彎曲或撓曲而不會發(fā)生很大的流動阻礙；
“流體”意指氣體和/或液體；“微觀復制”或“被微觀復制”意指通過某一工藝來形成微結構化表面的生產(chǎn)，其中在從產(chǎn)品一產(chǎn)品的制造過程中，使結構化表面的特征保持一單獨特征的精確度不超過大約50μm；“微結構化槽道”或“微結構化流動槽道”在本文中是指最小長寬比為大約10∶1、水力半徑不超過大約300μm的槽道；“聚合材料”意指這樣形成的材料，即，通過合成各單體而形成一種天然的或合成的有機分子，其包含一個或多個重復的單元，這些單元規(guī)則地或不規(guī)則地排列在有機分子中。
“勢能”意指能使一流體移動的能量；“勢能源”或“能提供勢能的源”意指能提供能量而做功使一流體移動的實體；以及“結構化表面”意指一個具有在一預定結構中的限定特征的非平表面。
圖1是本發(fā)明的一種有源流體傳輸裝置10的立體圖，它具有一結合有一覆蓋層24的結構層12，以提供多個與一真空源14相連通的分離槽道16；圖2a至圖2c是結構層12、12b、12c的端視圖，它們示出了可以與本發(fā)明有源傳輸裝置一起使用的、幾種可能的槽道結構；圖3a和圖3b是結構層的俯視示意圖，它們示出了可以與本發(fā)明有源傳輸裝置一起使用的另一些槽道結構；圖4是本發(fā)明的一種液體回收裝置40的立體圖；圖4a是沿圖4中線4a-4a截取的所述液體回收裝置40的局部剖視圖；圖5是一個結構12的層疊塊50的端視圖，所述結構層的層疊塊是由幾層結構層12相互堆疊而構成的，從而使結構層12的底部主表面51覆蓋一下層的結構化表面13，從而形成了多個分離的槽道16；圖6是本發(fā)明的一抽吸器54的立體圖，它采用了一由多個微結構層12構成的層疊塊50；圖7是本發(fā)明的另一種有源流體傳輸裝置60的立體圖，它具有一由覆蓋層64覆蓋而形成多個分離槽道(未示)的微結構層62，所述的多個分離槽道連接在第一集流管66和第二集流管68之間；圖8示出了在一病人身上使用圖6所示的抽吸器54的使用情況；以及圖9示出了在一手術室內(nèi)采用有源流體傳輸裝置40、54和60的多個使用情況。
在這些附圖中，凡是相同的編號均標示相同的構件。
在圖1中，示出了一種有源流體傳輸裝置10，它基本上包括一由聚合材料制成的層12，在其兩個主要表面的其中之一上具有一結構化表面13。所述傳輸裝置10還包括一用來有助于使流體移動經(jīng)過所述有源流體傳輸裝置10的結構化表面13的源14。聚合材料層12還包括一結構化表面13從其突伸出來的本體層15。本體層15可對結構化表面13加以支承，以將各個結構特征一起保持在聚合材料層12內(nèi)。
聚合材料層12可以由柔性的、半剛性的、或剛性的材料制成，它可根據(jù)所述有源流體傳輸裝置10的具體應用情況而定。聚合材料層12包括一種聚合材料，這是因為這些材料可以被精確地成形而形成一微結構化表面13。由于聚合材料具有很多適于各種需要的不同特性，因此，它具有非常顯著的多用性。聚合材料可以例如根據(jù)柔性、剛性、滲透性等來選擇。聚合材料層12的使用還可以使結構化表面得以一致地制造，以便生產(chǎn)出大量且高密度的槽道，當這些槽道被覆蓋時將形成彼此分離的流體流動槽道16。因此，可以提供一種高分布的流體傳輸系統(tǒng)，它適于進行高精確度地且經(jīng)濟地制造。結構化的聚合面13可以用與本體層15相同或不同的材料制成。
如圖2a所示，根據(jù)所示的實施例，各槽道16可以藉助一系列V形側壁17和凸峰18而形成在聚合材料層12內(nèi)部。在一些情況中，側壁17和凸峰18可以從聚合材料層12的一個邊緣整個地延伸至另一邊緣而沒有變化-雖然在一些應用場合中，人們希望縮短側壁17，并使凸峰18僅僅沿著結構化表面13的一部分延伸。也就是，形成在凸峰18之間的各槽道16可以整個地從聚合材料層12的一個邊緣延伸至另一邊緣，或者這些槽道16可以僅僅延伸經(jīng)過一部分聚合材料層12。僅延伸經(jīng)過一部分聚合材料層的各槽道可以起始于聚合材料層12的一邊緣，或者它們可以起始和終止于聚合材料層12的結構化表面13內(nèi)部的中間位置。各槽道以一種預定的、最好有序的排列方式形成在由聚合材料制成的一個連續(xù)表面上。
如圖1所示，每一槽道16均開口于層12的一邊緣以形成一些槽道入口19。這樣流體就可以通過那些由各槽道16所導引的各入口19而朝著層12的另一邊緣流至一連接器20。所述連接器最好通過一些出口(未示)而與每一槽道呈流體連通，并與勢能源14呈流體連通。除了圖1所示的之外，連接器20還可以呈各種形式，它包括一集流管22。所述集流管22在其內(nèi)部設置有一與各槽道16流體連通的壓力通風系統(tǒng)(未示)。所述壓力通風系統(tǒng)可以簡單地包括一位于集流管22內(nèi)部且與至少多個槽道16密封連接的腔室。集流管22可以像層12一樣可以是柔性的、半剛性的或剛性的。一第二集流管(未示)也可以設置在層12的那一具有入口20的側面，以便根據(jù)具體應用情況將流體供給至槽道16。
根據(jù)本發(fā)明，所述連接器基本上可以采取各種形式，只要能將勢能從勢能源傳送至所述多個槽道即可。雖然上文已對一具有一壓力通風系統(tǒng)的集流管和一管道作了描述，但是，也可考慮將其它的連接器-諸如那些可將一導管與流動槽道流體地連接起來并且可以使較高和較低勢能與周圍環(huán)境絕緣或分開的壓縮聯(lián)接件、或密封件和墊圈-用在本發(fā)明中。所述連接器也可以包括一些例如內(nèi)徑小于10微米的毛細纖維，每一毛細纖維均與一獨立的槽道流體連通，以使各流體彼此分離地流過各槽道。所述連接器也可以是一(或幾個)模腔、一相對于那些分離的流動槽道而言整體或非整體設置的微結構化流體導管、或者例如一可以使那些分離的微結構化流動槽道位于一離心機或可使諸如一射流之類的液流在各槽道入口或出口處得到導引的系統(tǒng)或機構。
為了將至少多個槽道16阻隔或封閉在各凸峰18處，可以將一覆蓋層24并置在所述結構化表面上。這樣，覆蓋層24就可以覆蓋住至少多個槽道，從而可以在一毛細管模塊25內(nèi)形成一些彼此分離的流動槽道16。所述毛細管模塊25通常具有1至10毫米的厚度，更通常是是2至6毫米。覆蓋層24同樣可以密封地連接于集流管22，從而可以根據(jù)各槽道16兩端的勢能從第一勢能變?yōu)榈诙莶顣r形成的勢差，使多個分離槽道16用作有源的流體傳輸槽道。覆蓋層24通常具有大約0.01至1毫米的厚度，更通常的是0.02至0.5毫米。如果本發(fā)明的槽道是密封的，由于各個小槽道的圓周強度，由各槽道所形成的柔性系統(tǒng)一般可以承受高壓而不會發(fā)生斷裂。
覆蓋層24可以粘結于一些或所有的結構化表面13的凸峰18，以增強分離槽道16的形成。這可以藉助熱學方法或藉助采用適合于覆蓋層材料24和結構化的聚合材料層12的傳統(tǒng)粘接劑來進行。分離槽道16的成形可以通過熱粘接、超聲波焊接、壓縮或諸如壓配合之類的機械嚙合來完成。粘接劑可以完全沿著凸峰18來施加于覆蓋層20上，或者可以以一種有序或隨機的排列方式對設置在其上的粘接劑進行點焊或點粘。
覆蓋層24最好是由一種聚合材料制成，諸如將在下文中在所描述的用于結構化聚合材料層的聚合物。聚合物可選擇為無需粘接劑就能將覆蓋層固定于結構化表面13上?？梢赃x擇這樣一種聚合物，即，藉助例如在進行超聲波焊接作業(yè)時施加熱量，可使覆蓋層變得牢固地焊接于所述結構化表面上。
所述勢能源基本上可以包括任何一種能沿著多個流動槽道16建立一勢能差以促使流體從一第一位置流動至第二位置的裝置。所述勢能足以引起或有助于引起流體流過多個流動槽道16，它部分地是以任一具體應用情況的流體特性為基礎的。如圖1所示，勢能源14可以包括一與收集器容器26按傳統(tǒng)方法連接或其它方式連接的真空發(fā)生器(Ⅴ)。所述收集器容器26借助一傳統(tǒng)的軟管28與集流管18流體地連接。這樣，就可以將流體從毛細管模塊25之外抽吸入各入口19內(nèi)，通過各槽道16、通過集流管22、通過管子28而抽吸入收集器容器16內(nèi)。容器26最好是可以打開的，以便將其內(nèi)的收容物排空或者可以按其它方式與傳統(tǒng)的排放系統(tǒng)相連。
在勢能源14包括一真空發(fā)生器(Ⅴ)的情況中，借助集流管22提供給各槽道16的真空可足以將覆蓋層24充分地密封于各凸峰18上。也就是，真空本身就可以將覆蓋層24吸持在各凸峰18上而形成彼此分離的槽道16。較佳的是，由結構化表面13所形成的每一槽道16均被覆蓋層24所覆蓋，從而可形成最多數(shù)量的、能獨立地適應勢能的分離槽道16?？梢杂行У貙⒏鞑鄣?6之間流體穿越減至最小，并且可以將由一外源所提供的勢能更有效且高效率地分布到聚合材料層12的結構化表面13上。
一具有微結構的表面或毛細管模塊與一流體傳輸源或勢能源的連接可以根據(jù)需要通過一固定的集流管或一些集流管來實現(xiàn)。也可以根據(jù)具體適應性或應用場合采用多個勢能源。壓差是一種有效的流體流動方法或可以用來使流體流過(那些)具有微結構的表面的勢能。通過采用一泵送系統(tǒng)可以很方便地建立壓差，并且可以施加正壓或負壓。
除了真空發(fā)生裝置(Ⅴ)或者與其一起使用之外，本發(fā)明也可以采用其它的勢能源14?；旧先魏我环N以人工方式導致或促使流體流過各槽道16(尤其是液體流動)的方式都可以用于本發(fā)明。所述勢能源與槽道式結構和/或毛細管模塊是分離的，或者換言之不是所述槽道式結構和/或毛細管模塊所固有的。也就是，本發(fā)明不是僅僅依賴于槽道式結構的性能來例如藉助毛細作用使流體流動的。其它勢能源的例子包括(但不限于)真空泵、壓力泵和壓力系統(tǒng)，諸如一風機、磁流體動力驅動裝置、聲波流動系統(tǒng)、離心旋轉、靜壓頭，以及其它已知或后來研制出來的、通過形成勢差來使或促使流體作至少一定程度的流動的流體驅動系統(tǒng)。此外，諸如離心力或磁場之類直接作用于流體上使流體在本發(fā)明的各槽道內(nèi)部流動的任一種所施加的場力都可以被當作一流體流動勢能。但是，本發(fā)明沒有將重力作為一沿著各流動槽道施加的勢能，除非它是借助一連接器來這樣使用的，諸如一與一定容量的液體呈流體連通的導管，例如一藉助重力驅使液體流入所述裝置內(nèi)的靜壓頭。在大氣壓形成勢能以使流體在各槽道中流動的情況中，也可以藉助一虹吸管的作用而促使流體流過各槽道。
雖然圖1所示的流體傳輸裝置具有一包括多個V形凸峰18(如圖2a所示)的結構化表面，但是，也可以考慮采用其它的構造。例如，如圖2b所示，各槽道16’在每兩個略微平整的凸峰18’之間具有一較寬的平槽谷。與圖2a所示實施例相同，一覆蓋層可以沿著其中一個或多個凸峰18’固定從而形成分離的槽道16’。在這種情況中，底面30是在每兩個槽道側壁31之間延伸，而在圖2a所示的實施例中，側壁17是沿著各直線而連接起來的。
圖2c示出了這樣一種結構，其中，寬槽道32形成在每兩個凸峰18″之間，不是在每兩側壁之間提供一平整表面，而是多個較小的凸峰33位于凸峰18″的側壁之間。這樣，這些較小的凸峰33就在其間形成了一些副槽道34。凸峰33的高度可以或不與凸峰18″的高度相同，并且如圖所示形成了一第一寬槽道32，它包括一些分布在其內(nèi)的較小槽道34。凸峰18″和33相對于它們自身或彼此不必是均勻分布的。小槽道34可用來藉助改變沿著槽道長度方向的摩擦力而控制流過寬槽道32的流體流動。
雖然圖1和圖2a-2c示出的是一些細長的、呈線性構造的槽道，但是，各槽道也可以采用其它的構造。例如，各槽道沿著槽道長度方向可以具有變化的橫截面寬度一也就是，槽道可以沿著槽道的長度方向擴張和/或收攏。槽道側壁的輪廓也可以被構造成不是沿著槽道的延伸方向或者沿著槽道的高度方向呈筆直的。通常，任何一種槽道都可以予以考慮，只要它們能提供至少多個可以在流體傳輸裝置內(nèi)部從一第一位置延伸至一第二位置的分離槽道部分即可。如果需要，可以將各槽道構造成沿著它們的總長方向保持彼此相互分離。
圖3a和圖3b示意性地示出了槽道結構的平面圖，所述槽道溝槽可以形成本發(fā)明有源流體傳輸裝置的結構化表面。如圖所示，設置有多個彼此分離的、不平行的會聚形槽道36來中間收集流體。這些會聚形槽道36與單個分離槽道37相連。這樣就可以將出口的設置減至最少。如圖3b所示，一中心槽道38與多個槽道分支39相連，這些槽道分支由于類似原因可以設計成覆蓋住某一特定區(qū)域。此外，本發(fā)明還可以采用任何一種圖案，只要多個彼此分離的槽道是設置在所述結構化表面的那一自一第一位置至一第二位置的部分上即可。與上述的幾個實施例類似，圖3a和圖3b所示設置樣式的槽道最好是被一覆蓋層所覆蓋，以便進一步形成分離的流動槽道，從而可以基本上獨立于其相鄰槽道來沿著某一特定槽道提供勢能。
對于上文中所提到的本發(fā)明任一種槽道，這些槽道都是藉助一結構層的第一主表面的結構化表面而形成在結構層內(nèi)部。本發(fā)明的各槽道是被構造成彼此相互分離，從而可以使任一個槽道獨立于其它槽道而承接來自于周圍環(huán)境的流體。每一槽道的微結構化尺寸均有助于使大量的流體作單相的流動。由于液體內(nèi)沒有夾雜空氣，因此，可以顯著降低噪聲的產(chǎn)生，而且可以將較小的應力施加于通過所述有源流體傳輸裝置而傳輸?shù)囊后w上。
本發(fā)明的微結構化表面的各個流動槽道基本上是彼此相互分離的。也就是，流體可以獨立于相鄰槽道內(nèi)的流體而流動通過各槽道。各槽道相互之間單獨地容納勢能，引導流體沿著或通過一特定槽道，而與相鄰槽道無關。雖然相鄰槽道之間可以有一些漫滲，但是，流入一個流動槽道的流體在很大程度上最好是不流入一相鄰槽道。重要的是有效地保持住各微槽道的分離性以便有效地傳輸流體，并且保持住這些槽道所提供的優(yōu)點。但是，對于所有的實施例來說，不是所有的槽道都必需是分離的。一些槽道可以是分離的，而其它槽道可以是不分離的。此外，槽道的“分離性”可以是一種例如藉助使壓力上下波動而產(chǎn)生的暫時現(xiàn)象。
在美國專利申請No.09/09/099,565中，揭示了這樣一種有源流體傳輸裝置，它采用了一些未加以覆蓋的微結構化流動槽道，當將所述傳輸裝置放置在一具有匹配輪廓的表面(例如，放置在一平整表面上的平整結構化槽道式表面)上時，這些流動槽道將變成被頂蓋住。該專利申請是與本申請同日申請的，其題為“用來與一流體傳輸源相連的、具有一敞口式結構化表面的流體導引裝置”。
所述結構化表面是一形成有分離流動槽道的微結構化表面，所述流動槽道具有一最小的長寬比10∶1，在一些實施例中，該長寬比超過的100∶1，在其它一些實施例中，至少約為1000∶1。在頂端，所述長寬比可以是不確定地高，但一般是小于大約1,000.000∶1。一槽道的水力半徑不超過大約300微米。在很多實施例中，它可以小于100微米，并且可以小于10微米。雖然對于很多的應用情況來說，水力半徑越小越好(而且水力半徑的大小可以是以亞微米為單位)，但是，對于大多數(shù)的實施例來說，水力半徑通常是不小于1微米。正如將在下文中具體描述的那樣，在這些參數(shù)范圍內(nèi)的槽道可以將大量的流體傳輸通過一有源流體傳輸裝置。
所述結構化表面還可以設置一非常低矮的外形輪廓。這樣，可以考慮采用結構化的聚合材料層的厚度小于5000微米，并且可能小于1500微米的有源流體傳輸裝置。為此，可以由高度近似5至1200微米且凸峰間距約為10至2000微米的凸峰來形成各槽道。
本發(fā)明的微結構化表面提供了一種可對系統(tǒng)容積進行高度分布的流動系統(tǒng)。也就是，可以將流過這種流動系統(tǒng)的流體容量分布到一較大面積上。密度約從每厘米10個(25/英寸)至每厘米1,000個(2500/英寸)(橫向于各槽道進行測量)的微結構化槽道可以提供較高的流體傳輸速率。通常，當采用一共用集流管時，每一槽道的長寬比比將集流管設置在槽道入口和出口處時大至少400％，更佳的是至少900％。長寬比的這種顯著增大有助于勢能的分布，從而使本發(fā)明具有突出的優(yōu)點。
圖4示出了一種液體捕獲和抽除墊40，它具有一種與圖1所示且在上文中描述的裝置10相類似的有源流體傳輸裝置。所述液體捕獲和抽除墊40可以包括一毛細管模塊25’，它與圖1所示的模塊25相類似，但它是呈一細長三角形的構造，并且是夾設在一支承層42和一液體吸收層44之間。當墊40使用時，所述液體吸收層44是設置在毛細管模塊25’的上方，用作液體的收集器或容器，而且它可以使與該吸收層相接觸的液體穿過所述吸收層。液體吸收層44基本上可以包括任一種能具有這些作用的材料，諸如非織造纖維網(wǎng)，尤其是那些具有熔噴法微纖維和微纖維網(wǎng)的非織造材料。在授予Insley的美國專利No.4,813,948中揭示了一種較適當?shù)睦w維網(wǎng)材料的例子。支承層42不僅可以為液體捕獲和抽除墊40提供結構上的支承和完整性，而且還可以形成一底面，該底面對于將要收集的液體來說最好是不可滲透的。這樣，就可以將液體收集和保持在液體吸收層44內(nèi)部，并且可以防止它們穿過支承層42。毛細管模塊25’包括一諸如集流管46之類的連接器，它最好與一諸如真空發(fā)生器之類的勢能源密封地連接。
所述毛細管模塊25’最好具有一定形狀，以便使各入口48暴露在沿液體抽除墊40的整個長度方向的各個位置處。一種作法是為毛細管模塊25’設置一些角形邊緣49，這些角形邊緣自集流管46附近的一位置處朝著液體吸取墊40的一個相對邊緣集中。角形邊緣49的使用增大了每一入口48的橫截面面積。圖4a示出了一邊緣49的一部分，其中各槽道的各入口48被放大。各入口48在液體吸取墊40的結構內(nèi)部是敞口的，最好是沿著所述液體吸取墊40的基本整個長度敞口，并位于各個橫向寬度處。也可以設置其它形狀的邊緣以實現(xiàn)類似或不同的效果。例如，人們希望在一可能需要更多回收流體的墊子制品的某一區(qū)域集中設置一些入口。同樣，可以在一塊液體抽除墊40內(nèi)部設置多個毛細管模塊25’。多個毛細管模塊25’可以自所述液體抽除墊40的同一側或不同側來加以設置，并且每一毛細管模塊均與一些單獨集流管或一共用集流管相連。
藉助構造這樣一種液體捕獲和抽除墊40，即，它具有一夾設在一液體吸收層44和一支承層42之間的毛細管模塊25’，在將液體吸收層44位于支承層42的正上方并且其間沒有毛細管模塊25’的地方就能提供墊40的絕大部分的流體保持性能。也就是，如果將一覆蓋層24(它可以是不能滲透流體的)設置在所述有源液壓流體傳輸裝置41內(nèi)部，則流體將趨于流入所述裝置41周圍的下部區(qū)域內(nèi)。藉助在各入口48處將流體吸出，并使流體通過有源流體傳輸裝置41的任意數(shù)量的分離的槽道，可以有效地將流體從液體吸取墊40的基本整個表面中除去。
墊40還可以被構造成這樣，即，支承層42是一與層12相類似的微槽式結構面。也可以除去支承層42，并將結構層12制成一定尺寸，使其延伸超過毛細管模塊25’，并且最好是至少位于所述液體吸收層44的整個表面的下方(或一主要部分的下方)。在這樣一種實施例中，延伸的結構層12將起支承層的作用，它可以防止流體從墊40下方經(jīng)過。延伸的結構層可以與層12形成一體?！耙惑w”指的是所述支承層和結構層12是同一個物品，即，是同時制造，不是分開生產(chǎn)然后再將它們連接在一起。在這樣一種支承層內(nèi)的各槽道可以如圖3a和圖3b所示那樣呈枝狀構造，以有助于使流體從延伸層12的外端流入毛細管模塊25’內(nèi)。
本發(fā)明微結構化槽道的使用能藉助有源流體傳輸裝置41來除去流體，而不會產(chǎn)生很大噪聲。正如上文所指出的，這主要是由于微結構化槽道有助于使流體單相地流過每一獨立的槽道，并且可以最大程度地減少空氣/液體混合現(xiàn)象和紊流現(xiàn)象。單相流可以為塞狀流或連續(xù)單相流的方式流過各槽道。
在需要排放和除去流體的應用場合中可以利用一種諸如本文所描述的液體吸取和抽除墊。這些應用可以包括從手術區(qū)的地板和設備、手術床單、床墊中除去流體，以及從個人護理裝置中的一些小型結構，諸如失禁用尿布和尿墊中除去流體。所述吸收墊還可以用在一些工業(yè)應用中，以將從機器中泄漏或滴落下來的油和其它液體除去。
可以設計出多種構造的毛細管模塊，以便提供所需的性能?？梢圆捎枚鄬泳€性微結構，以增大模塊每單位寬度的流量?？梢詷嬙煲恍┚哂卸瞬考鞴艿哪K，以提供一些在一結構層的內(nèi)邊緣上而不是在附圖所示的周緣或外邊緣處暴露的槽道入口。藉助切掉結構層的一內(nèi)部，可以使槽道入口暴露在結構層上。這將使那些槽道入口暴露在外，這些槽道入口是直接連接于諸如真空之類的勢能源，以及那些借助一端部集流管和直接連接的槽道而與所述勢能源相連的開口。
在與本專利申請同日申請且題為“微結構化分離裝置”的美國專利申請No.09/100,163中，揭示了一種這樣一種裝置，它具有類似的構造，但是它具有一覆蓋住微結構化流動槽道的、可有選擇地滲透的分離介質。
如圖5所示，可以對多個層12進行構造以形成一層疊塊50，每一層均具有一微結構化表面13。由于每一層顯著增大了流量，因此，這種構造顯然可以成倍增大該結構傳送流體的能力。各層可以包括不同的槽道構造和/或不同數(shù)量的槽道，視具體應用情況而定。此外，這種堆疊式的構造能特別適于那些寬度受到限制從而需要一相對較狹小的流體傳輸裝置來獲得一定的流體傳輸能力的應用情況。這樣，就可以使所制造出來的狹小型裝置具有增大的流動能力。
層疊塊50的一個顯著優(yōu)點是各層12的一第二主表面51(與結構化表面13相對置的那一表面)可以封閉或覆蓋住一相鄰層12的各槽道。換言之，雖然可以利用一些彼此單獨的覆蓋層來特別覆蓋住最上那層的裸露微結構化表面13，但是，這些覆蓋層是不需要的。然而，可以將這些單獨的覆蓋層設置在所述第二主表面51上來作為一附加層。選擇用于這樣一種附加層的材料可以是一種聚合材料或視具體應用情況而定。所述層疊塊內(nèi)的各層可以以任何一種上文所描述的傳統(tǒng)方式彼此相粘接，或者可以將它們很簡單地彼此相互堆疊而使該層疊塊的結構完整性能適當?shù)匦纬梢恍┍舜讼嗷シ蛛x的流動槽道。如上所述，當將真空用作勢能源時，該能力會有所增強。所述第二主表面51可以如圖所示那樣呈平面狀，或者可以是一與表面13相類似或不同的結構化表面。
雖然圖5所示裝置包括一個由五層結構層12構成的層疊塊，但是，也可以將各層疊塊構造成具有其它數(shù)量的層疊塊，例如具有大于10層或甚至大于100層的結構層，而且可以包括可聚合成一較大層疊塊的一些輔助層疊塊。例如，可以將圖5所示的5層式層疊塊一分為四，四個輔助層疊塊的每個(具有一些層疊塊入口)均可以聚合進入圖5所示的較大層疊式構造，該較大層疊式構造隨后再連接于一與勢能源連通的連接器。所述層疊塊可以包括多個連接器，以便可以連接多個具有各種勢能的勢能源，以用作該層疊塊內(nèi)的各子集。
在與本專利申請同日申請、題為“結構化表面過濾介質”的美國專利申請No.09/106,506中描述了一些可以用作過濾介質的層疊式微結構槽道。
在圖6中，在一抽吸器54內(nèi)采用了一種諸如圖5所示的層疊式構造。所述抽吸器54采用一包括多個層12的層疊塊50，每一層在其一個主表面上均具有一微結構化聚合材料表面13。各層12的第二主表面51起一覆蓋層的作用，可以將相鄰底層12的各槽道16封閉住而形成一層疊塊或毛細管模塊50，它在抽吸器54的頂端或端部具有多個層槽道入口19。所述第二主表面51可以是由聚合材料制成，或者可以根據(jù)需要用其它材料，例如金屬箔來加以覆蓋。
毛細管模塊50能與一包括一管道56和一接頭58的連接器55相連。所述管道56可以緊固于或連接于一諸如真空之類的勢能源。所述接頭58在密封連接區(qū)59處將橫截面呈方形的毛細管模塊50與橫截面呈圓形的管道56相連。所述接頭58可以按傳統(tǒng)方式與管道56密封地連接，并藉助粘接劑或其它粘接技術與模塊50相連接。所述層疊塊或模塊50可以用或也可以不用一導管或管道來進一步密封?；蛘?，所述管道56和模塊50可以藉助一段在收縮之前將所述管道56和模塊50的端部插入其內(nèi)的熱收縮管道而連接起來。層12以及層疊塊50可以自接頭58僅延伸一小段距離，從而可以提供一個相對較堅強的抽吸器端部，或者各層12可以進一步延伸，以使抽吸器54更加柔軟。為了能提供一柔性且舒適的抽吸器端部，各層12最好在層的整個表面上不彼此相互粘接或固定，尤其是在端部，以使各層能在各槽道12的縱向彼此相互滑動或移動。這種獨立的滑動能使頂端圍繞一垂直于各流動槽道16的軸線彎曲。當用在一抽吸器中時，所述模塊的長度一般將約為1至10厘米。一種較堅強的抽吸器可能更適于插入緊密空間內(nèi)，而柔性可能是需要的，從而可以將所述抽吸器的頂端定位在一更遠的位置，同時還與一通向該位置的通道相適應。
還可以將一護套套置在如上文所描述的毛細管模塊50之外。根據(jù)應用情況，可以將一多孔或封閉的護套設置在所述層疊塊周圍。在那些將護套用作一濾網(wǎng)或過濾器的情況中，可以采用一種多孔護套，而在那些需要對液體進行流體傳送或抽除的內(nèi)窺鏡手術應用場合中，一種封閉的護套構造可能是比較合適的。
還可以將一有源流體傳輸裝置用作一煙霧或氣體抽空器。例如所述柔性抽吸器可以用在那些可能遭遇到來自激光手術的縷縷煙霧影響的應用情況中。它還可以用作地質合成膜從填埋地中回收甲烷氣體以及滲透的流體或氣體。
各層12最好是不要彼此相互粘接，雖然如果需要可以將它們連接成這樣。在各層12沒有粘接在一起的情況中，可以依賴于層疊塊50的完整性，和/或通過管道56所施加的真空來適當?shù)匦纬筛鞣蛛x的流動槽道16。根據(jù)本發(fā)明，層12的微結構化表面13可形成促進單相液體流動的流動槽道16。這也有利于降低噪聲，這在醫(yī)學領域中是特別有利的。
包括一個由一些彼此未連接起來的各層12所形成的層疊塊的抽吸器54還具有另一個優(yōu)點可以將所述層疊塊50分開，甚至可進一步細分為多個抽吸器分支。也就是，可以將層疊塊50的一部分導引至一特定位置，在該處將流體X抽取出來，而將層疊塊50的另一部分導引至另一區(qū)域，在該處將流體Y抽取出來。具體地說，在抽吸器54依靠一通過導管或管道56所提供的真空來除去流體時，可以將其分成任意數(shù)量的分支，由此可以在每一分支內(nèi)部提供多個彼此分離的流動槽道。管道56也可以被細分，從而將來自于每一特定分支或層疊塊50的細分塊的流體導引至其各自的導管，從而使流體適當流動。同時還可以藉助這種裝置來進行沖洗和/或抽吸。也就是，可以利用各獨立導管來對一沖洗流體和一抽吸流體進行傳輸。由于每次可在一個以上的位置處進行抽吸，因此該特征對于包括牙齒治療在內(nèi)的醫(yī)療用途來說是特別有利的。
一種層疊式模塊構造可以包括多個彼此相互緊靠設置的層疊塊。也就是，可以將一種諸如圖5所示的層疊塊設置在一個相類似或不同的層疊塊的附近。然后，可以藉助一諸如圖6所示的接頭將它們集合在一起，或者可以將它們單獨地與一流體傳輸管道或其它類似物相連。
雖然圖6所示的抽吸器具有一基本上呈直線形狀的輪廓，但是，在一些實施例中，人們可能希望采用一種不同構造的抽吸器。例如，所述管道56或接頭58以及/或層疊塊50可以是彎曲的或可以彎曲的，從而可以使該抽吸器到達較困難的區(qū)域或者可以使抽吸器自我支承。例如，牙醫(yī)可以利用圖6所示的抽吸器來將病人口中的唾液和水漱洗流體抽吸出來。如果抽吸器的端部是具有彎鉤的，則可以將它擱置在病人唇上。管道56或接頭58最好是柔性的，以便獲得這樣一種弧形構造，并且可以由一種極柔材料制成，或者可以包括這樣一種材料，以將該抽吸器暫時彎曲成這樣一種弧形構造。這樣一種裝置是極為有益的更便于牙醫(yī)和病人作相互溝通而無需克服在這傳統(tǒng)的牙齒治療用抽吸器中存在的噪聲。
其它特征或零部件也可以設置在槽道16的各入口19的前部，以起到附加作用。例如，可以藉助粘附一塊棉紗布或海綿狀材料而將一柔軟的纖維質端部設置在抽吸器上。該特征對于牙齒治療或其它醫(yī)學應用來說可能是特別有用的。還可以將一些特征添加在所述模塊的槽道出口側上，從而可以與一抽吸器一起或替代該抽吸器來提供例如沖洗作用。
目前的抽吸器技術通常采用大直徑管子來獲取和傳送抽吸液體。對于這些管子來說，內(nèi)徑為1厘米或1厘米以上不是罕見的。除非這些管子在使用過程中被徹底淹沒(這是不太常見)，所述抽吸器主要是對兩相流起作用，其中空氣是連續(xù)相，它促使液體在流動系統(tǒng)內(nèi)流動。這就需要相對較大的氣一液比，以這種氣-液比，流動空氣的動量將足以攜帶液體。氣流的所需動量對于常用醫(yī)療抽吸器的功能具有很多負面影響。這些負面影響可以包括對在抽吸器頂端接觸到的組織造成外傷、由于剪切和充氣使抽吸出來的血細胞受損、大量的空氣流動可能會導致潛在生物危害液體霧化、增大職業(yè)的照射，以及它們工作時的總噪聲值。
圖7示出了本發(fā)明的有源流體傳輸裝置60的另一實施例。裝置60可以包括一與圖1所示裝置10相類似的構造。也就是，它可以包括一層62，在該層的主表面之一上具有一微結構化表面，并且具有至少多個被一覆蓋層64所覆蓋而形成毛細管模塊65的槽道。覆蓋層64可以具有如上文結合圖1所描述的厚度尺寸。為了能獲得良好的傳熱特性，覆蓋層64的厚度最好約為.02至.2毫米。所述毛細管模塊也可以具有如上文結合圖1所描述的尺寸。各槽道(未示)最好是設置成使各入口(未示)與一入口集流管66呈流體連通，而在所述裝置60的另一邊緣處，一出口集流管68可以與各槽道出口(未示)流體連接。勢能源可以借助入口集流管66或出口集流管68而與傳輸裝置60相連，這視需要如何將流體流動通過該裝置而定。例如，可以采用一泵(未示)，通過一包括集流管66的連接器，將所述泵與所述入口集流管流體連接起來，可使流體從入口集流管66流動至出口集流管68?；蛘撸梢酝ㄟ^一包括那一集流管的連接器，將一真空設置成與出口集流管69流體連通。
在希望使某一流體循環(huán)流過裝置60以藉助其與層62或64相接觸來改變流體的特性的情況中，有源流體傳輸裝置60可能是特別有用的。也就是，藉助使流體通過那些由層62和64形成的槽道，可以對所述流體加以處理。流體處理作業(yè)可以包括藉助放置在各槽道表面上或其內(nèi)的組分而促進的化學反應、催化反應和電離反應。由于槽道表面面積與槽道容積之比很大，因此，諸如藉助將流體組分吸收在適當準備的槽道表面上的分離處理作業(yè)將是有效的。可以采用相同的特征，以便在接觸層62或64用作一監(jiān)測或檢測系統(tǒng)中的流體界面部分的情況中，可以對流通流體進行監(jiān)測或檢測。一流體檢測系統(tǒng)可以對流體的傳導率、PH值、溫度或組分進行監(jiān)測。或者，可以對一種當其循環(huán)流過各槽道時受周圍環(huán)境影響的流體進行監(jiān)測，作為一種其中裝置60可自行起作用的檢測系統(tǒng)的一部分并作為一監(jiān)測或檢測系統(tǒng)的組成部分。流動槽道的表面可以被功能化，以響應或檢測這些物理狀況。加熱或冷卻能夠用來熱處理該流體。在與本專利申請同日申請且題為“微槽化有源流體熱交換器”的美國專利申請No.09/099,632(代理案號53634USA8A)中揭示了一種微結構化槽式有源流體熱交換器。還可以將不同組分的流體液流合并在一起以彼此相互作用和處理，作為一種導致反應、稀釋或混合的措施。否則，流體可以改變層62和/或64的特性，例如一熱交換器。在遠離層62或64處，可以采用一諸如顯微鏡或分光計之類的觀察、檢測或分析裝置，以便當流體以薄膜形式通過各槽道時對流體進行分析。在任何一種情況中，正如所提到的任一個實施例那樣，可以用柔性、半剛性或剛性的材料來制造所述結構。
如果采用柔性材料，這種裝置的機械柔性特征可以使它用在一些廓形構造中。柔性裝置可以是相對較大，從而可以很方便地對它們加以處理，而不會發(fā)生斷裂，并且可以在一需要受該裝置影響的較大區(qū)域上提供一種高度分布的流體流。一種柔性流體傳輸裝置可以呈一毯子的形式，例如，用來對一病人進行冷卻或加熱。這樣一種柔性裝置可以與一物體相一致，或者可以使其與一(例如，設置在一軟墊上的)物體整體結合在一起。雖然所述流體傳輸裝置可以是柔性的，但是，這也證明了它具有抵抗因加載和扭彎而破壞的能力。毛細管模塊65的微結構化特征能提供足夠的結構，它可以用在任何一種有源流體傳輸裝置中，以提供承載完整性以便支承住例如一站立著的人。流動槽道的小尺寸，以及它們的幾何形狀，可以將相對較大的作用力(例如，超過10kpa或者甚至大于50kpa)施加于所述表面上，而不會使各流動槽道被破壞。
圖8示出了用在一病人身上并與一收集容器57相連的抽吸器54。在這種情況中，所述收集容器57可以與一勢能源相連，諸如一較小的真空泵?？梢岳靡环N如圖8所示的抽吸器來將諸如血液、血漿或身體分泌物之類的體內(nèi)流體，或者諸如緩沖鹽溶液、無菌溶液等手術用沖洗流體從一手術場所中除去。
圖9示出了本發(fā)明的有源流體傳輸裝置的許多特定使用情況。在醫(yī)療領域，流體采集和抽除墊40可以放置在溢出可能發(fā)生的地方，以便吸收和去除溢出的液體。根據(jù)需要，可以連續(xù)或間斷地進行清除操作。回收的液體可以是體液或醫(yī)療噴洗液體。也示出了以上所述的抽吸器54，用來在醫(yī)療過程中清除例如體液，而同時示出病人位于一裝置60上，該裝置可以是柔性毯的形式，以對病人進行例如加熱或冷卻。
傳熱裝置，如圖7和9所示的裝置60具有某些優(yōu)點。由于傳熱流體被保持在很小的槽道內(nèi)，在各槽道內(nèi)只有很小的流體停滯。各槽道內(nèi)的層狀流顯示了這樣一種流動速度分布，即，在槽道中心的流體的速度最大。在此流動狀態(tài)下，槽道周邊的流體基本上是停滯的。按照一槽道的尺寸、流體的導熱性、以及流體流過槽道所需的時間，這流動分布圖可以在槽道的橫截面上產(chǎn)生一個很大的溫度梯度。相反，根據(jù)本發(fā)明的具有最小長寬比和水力半徑的槽道將在槽道的橫截面上產(chǎn)生一個較小的溫度梯度，這是因為其具有較小的傳熱距離。當流體通過槽道時受到一個不均勻的熱載荷時，有一個較小的溫度梯度是較為有利的。
傳熱流體在小槽道系統(tǒng)中的駐留時間，從入口集流管66至出口集流管68基本上是均勻的。由于能使流體受到的熱載荷的不均勻性減至最低，所以均勻的駐留時間是比較有利的。
溫度梯度的減小以及均勻的駐留時間還有助于提高總的效率，對于一給定的傳熱速率而言，可以允許在傳熱流體和被加熱或冷卻的元件之間有較小的溫差。當把熱交換器用于諸如皮膚或組織接觸的熱敏感場合，較小的溫差可減少不希望有的局部熱或冷的區(qū)域。傳熱模塊中的單位體積的傳熱流體的大接觸表面積會增加系統(tǒng)的容積效率。
該傳熱裝置特別適用于有限的區(qū)域。這種以帶有微觀結構的薄膜為基礎的裝置在材料方面的節(jié)省使得它們非常適合于有限的或單個應用的場合，如醫(yī)用裝置，這些裝置需要被丟棄而解決污染問題。
本發(fā)明之傳熱裝置的優(yōu)點在于，它可以是柔性的，使其能用于各種場合。該裝置可以圍繞尖陡的彎頭或曲線來構形。其柔性還使裝置可以用于需要和不規(guī)則表面接觸的場合。包括熱交換器在內(nèi)的本發(fā)明的流體傳輸裝置可以被制成為柔性的，使該裝置或毛細管模塊可以圍繞一個直徑約為1英寸(2.54cm)或更大的心軸，而不會對流動槽道或結構化的聚合材料層造成很大的壓縮。本發(fā)明的裝置還可以用這樣的聚合材料來改造，這種材料可允許流體傳輸裝置無損害地圍繞一個直徑約為1cm的心軸。
都是授予Marentic等人的美國專利5,069,403和5,133,516揭示了在一聚合材料層(如-聚合薄膜)上制作結構化表面特別是微結構化表面的方法。結構化表面還可以利用授予小Benson等人的美國專利5,691,846中所描述的原理和步驟來連續(xù)地微觀復制。描述微結構化表面的其它專利包括授予Johnston等人的美國專利5,514,120、授予Noreen等人的5,158,557、授予Lu等人的5,175,030和授予Barber的4,668,558。
按照這些技術制作的結構化聚合材料層可以被微觀地復制。設置微觀復制的結構層是有利的，這是因為這些表面可以大批量地制作，無需從產(chǎn)品一產(chǎn)品作很大的變化，也無需用相對較為復雜的加工技術。這些微觀復制的表面最好是這樣制作的，即，在制造過程中，結構化表面的特征可以保持一單個特征的精確度，從產(chǎn)品一產(chǎn)品的變化不超過25微米。
用于本發(fā)明任何一個實施例的流體傳輸層可以用各種不同的聚合物或共聚物制成，包括熱塑性、熱固性和可硬化共聚物。在此，與熱固性材料不同，熱塑性材料指的是在受熱時軟化和熔化、在冷卻時重新固化、并且可以熔融和固化多次的聚合物。另一方面，熱固性共聚物則在受熱和冷卻之后不可逆地固化。聚合物鏈互連或交聯(lián)的硬化聚合物系統(tǒng)可以通過利用化學制劑或離子輻射而在室溫下成形。
可用于形成本發(fā)明制品的聚合物包括但不限于聚烯烴，如聚乙烯和聚乙烯共聚物、聚丙烯、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物。其它有用的聚合材料包括乙烯基聚合物(例如聚氯乙烯、聚乙烯醇、氯乙烯/乙烯醇共聚物、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF))、丙烯酸酯共聚物(例如聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯共聚物、聚酯(例如聚對苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰胺(例如尼龍)、聚氨酯、多糖(例如乙酸纖維素)、聚苯乙烯(例如聚苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物)、聚硅氧烷共聚物(例如聚硅氧烷和有機聚硅氧烷共聚物)。流體傳輸構件可以用諸如丙烯酸樹脂或環(huán)氧樹脂之類的可硬化樹脂材料(單體和預聚合物的混合物)模制，并且通過游離基聚合作用通道來硬化，并通過暴露于熱、紫外線、γ射線或電子束輻射而加以化學地促進。在本發(fā)明的聚合物中可以采用增塑劑、填料或補充劑、抗氧化劑、紫外光穩(wěn)定劑、表面活性劑等。
如上所述，有需要采用柔性有源流體傳輸裝置的場合?？梢岳檬谟鑃mith等人的美國專利5,450,235和授予小Benson等人的5,691,846中所描述的聚合物對一結構層賦予柔性。不必將整個聚合層都用柔性聚合材料制作。例如，本體層(圖1中的15)可以有柔性聚合物構成，而結構化部分或某些部分可以由更具剛性的聚合物制成。在該段落中所引用的專利描述了以此方式來利用共聚物制作具有微結構化表面的柔性制品。可以設想的是，如果需要，本體層還可以用除聚合物以外的材料來制作。
包括聚合物混合體的聚合材料可以通過熱熔混合一些增塑的活性制劑(如表面活性劑或抗菌制劑)來進行改型?？梢酝ㄟ^蒸鍍或利用離子輻射的功能部分(functional moeities)的共價接枝，實現(xiàn)結構化表面的表面改型。美國專利4,950,549和5,078,925揭示了，例如借助離子輻射來將單體接枝聚合于聚丙烯的方法和技術。這些共聚物還可以包含添加劑，以對結構化聚合材料層賦予各種性質。例如，可以添加增塑劑來降低彈性模量而提高柔性。
流體(包括氣體和液體)的有源傳輸對很多裝置的工作而言都是很重要的。這些工作包括例如傳熱、傳質、離子交換和化學反應。另外，本發(fā)明提供了一種可用于諸如化學或輻射反應器場合的有源薄膜反應的裝置和方法。在一化學反應器中，一種化學制劑或催化劑可以類似地被制成在一個微結構化表面上或一個交界面上。在一輻射反應器中，可以將某些形式的輻射通過一表面來傳遞，以在被傳遞的流體中產(chǎn)生一種作用。
本發(fā)明的較佳實施例可以采用薄的柔性聚合物薄膜，它具有作為帶有微結構的元件的平行的直線構形。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，可以將“薄膜”看成是一個薄的(厚度小于5mm)、大致為柔性的聚合材料片。利用這種具有精確限定的帶有微結構的薄膜表面的低成本的薄膜，在經(jīng)濟上有很大好處。柔性的薄膜可以與很寬范圍的覆蓋材料結合使用，可以不受支承或在需要時與一支承體相結合。由這樣的微結構化表面和覆蓋層形成的毛細管模塊對很多場合都是柔性的，但也可以在適當?shù)膱龊吓c一剛性的結構體相聯(lián)系。例如，當采用結構化表面來抽吸流體時，希望將模塊附連于一可作為把手的剛性體。結構化表面具有相互獨立的槽道，它們可以壓制在一個連續(xù)的表面區(qū)域上，以允許獨立的流體在各個獨立的結構化槽道之間移動。
由于本發(fā)明的有源流體傳輸裝置包括微結構化槽道，每個裝置都共同采用多個槽道。如上述的一些實施例所述，本發(fā)明的有源流體傳輸裝置可以很容易地具有每個裝置10或100個槽道。對某些應用場合，有源流體傳輸裝置可以具有每個裝置多于1,000或10,000個槽道。連接于一單個勢能源的多個槽道可允許勢能作用高度地分散。對諸如一抽吸器之類的裝置而言，勢能通常是采用大約20至大約40kPa，更通常的是采用大約40至大約60kPa。
本發(fā)明的有源流體傳輸裝置可以具有每平方厘米橫截面多達10,000個槽道入口。本發(fā)明的有源流體傳輸裝置可以具有每平方厘米至少大約50個槽道入口。典型的裝置可以具有每平方厘米大約1,000個槽道入口。由于在單位橫截面積上有如此多的槽道入口，可以在有源流體傳輸裝置的那些部位將勢能作用高度地分散，因而對接觸槽道入口區(qū)域的物體所施加的力是可以忽略不計的。
實例實例1--液體采集和抽除墊可以利用一由聚合材料層形成的毛細管模塊來構造一個真空輔助液體采集裝置，所述聚合材料層包含多個被一個平的薄膜所覆蓋的微結構化槽道。該裝置類似于圖4所述的裝置。為了完成該裝置，可將一非織造吸收制品放到毛細管模塊上，并使毛細管模塊連接于一真空源。
毛細管模塊是這樣形成的，即，將帶有微結構化槽道的聚合材料層層壓于一層Scotch PackTM型29905薄膜上。所述微結構化的層是通過將熔融的聚合物澆注到一個鎳質工具上而形成的，所述鎳質工具的一個表面上有微結構化槽道。用于形成結構層的聚合物是低密度聚乙烯，如來自于Eastman化學公司的TeniteTM1550P。該聚合物的割線模量是193×106帕斯卡，這是用ASTMD 790來確定的。將一種非離子表面活化劑(如來自于Rohm & Haas公司的TritonX-102)熔化并混合于所述基體聚合物，以增加結構層的表面能量。各槽道是形成在模制聚合物的連續(xù)的長度方向上。鎳質模制工具是這樣制作的，即，用鉆石劃刻工具對一個平滑的銅表面進行成形處理以形成所需結構，隨后再實施一個無電的鍍鎳步驟以形成一個鎳質工具。對這個用來形成聚合材料層的工具加以制作，以制出如圖2a所示那樣的微結構化“V”形槽。這樣形成的槽的標稱深度為459微米，而其開口寬度為420微米。于是，當把槽道覆蓋時，就能使其具有62.5微米的水力半徑。結構化聚合材料層和覆蓋層的尺寸都是40×10厘米(cm)。帶有微結構層的線性微結構平行于層疊件的縱軸線。將聚合材料層和覆蓋層并置，使各個微結構化槽道對著低熔點ScotchPackTM型薄膜。
隨后，通過熱熔接將結構層和覆蓋層相互熔合。熱熔接接頭大約是5毫米(mm)寬，并且僅在外側邊緣上平行于層疊件的縱軸線。毛細管模塊的構造是這樣實現(xiàn)的，即，將熔接的層疊件的一端切割成V字形，從而沿模塊的長軸線暴露毛細管開口。
通過將該毛細管模塊夾設于一層非織造吸收制品和一薄的不透液薄膜之間，即可完成裝置的組裝。如授予Insley的美國專利4,813,948所述的那樣制備吹制的微纖維吸收制品，它是由與15旦尼爾的PET短纖維(20wt％)相結合的聚丙烯(Fina 400 MFI)微纖維(60wt％)纖維網(wǎng)源(其帶有直徑為5-10微米的纖維)、以及微纖維的微纖維網(wǎng)(20wt％)構成的。在擠出過程中，在所有微纖維成分中以10wt％的纖維添加率將一種非離子表面活性劑(如可以從北卡羅萊納州的Charlotte的Henkel購得的OP9型)熔化并混合于樹脂，以使纖維馬上能被水潤濕。所獲得纖維網(wǎng)的重量和充實度分別是每平方米180克(180g/m2)和6％。纖維網(wǎng)的體積吸收性為2000cm3/m2。支承層是-0.02毫米的薄膜(75wt％的PP和25wt％的EVA，來自于Dow化學公司)。吸收纖維網(wǎng)和支承層通過一熱熔噴射的粘合劑相互結合。粘合劑(來自于明尼蘇達州圣保羅市的H.B.Fuller的HL-1358-X ZP)是以10g/m2的密度涂敷于吸收制品。毛細管模塊位于結構內(nèi)，只有一小部分模塊伸出吸收纖維網(wǎng)和支承層。模塊的V形端部對準吸收片的中心。
隨后，將一集流管裝配于毛細管模塊的伸出端。該集流管是這樣形成的，即，在例如來自于紐約州Rochester市的Nalge公司的Ⅵ級、內(nèi)徑3.18mm、壁厚1.6mm的管材的側壁上形成一切縫。該切縫是借助一剃刀順著沿管子軸線方向的一根直線切割出來的。切縫的長度大致等于毛細管模塊的寬度。隨后，將管子套到毛細管模塊的端部上，并熱熔地膠接到位?？梢杂脽崛壅澈蟿⒚毠苣K處的管子敞開端封閉。
該裝置的流體抽除能力是這樣估計的，即，使吸收劑飽和，并通過所述管材將毛細管模塊連接于一真空源。將被測試裝置以吸收側向上的方式放到位于一頂載型秤的頂部的盤子上。在對測試裝置施加了28毫米汞柱(Hg)的真空作用之后，記下墊子中的水含量，并確定液體的抽除速率。抽除速率的結果如以下的表1所示。
表1
如上可證明，該裝置可以有效地從排放點采集和抽除液體。該測試裝置特別適合于處理高度飽和的或滿濫程度的流體，并且能以接近1升/分鐘的速率來抽除流體。該裝置能接受多種流體的負荷，并且基本上都是以無聲的方式工作。在吸氣瓶中觀察到，在抽出的流體中只夾帶了相對少量的空氣。該液體采集和抽除墊是耐用的和柔性的，并具有覆蓋和順從于它所放置于上的表面外形的能力，而且可以彎曲在成尖陡的外形之上，不會損害毛細結構。毛細管模塊的微結構化表面在機械性能方面是耐久的，并且能承受站立或坐在帶有滑輪的凳子上的一個人的重量(大約25Kpa)，不會使模塊破壞。
實例2-醫(yī)用抽吸裝置利用類似于圖5所示層疊塊那樣的一疊微結構化槽式聚合材料層，可以構造成類似于圖6所示抽吸器的真空輔助抽吸裝置。該層疊塊是這樣制作的，即，將實例1中的微結構化帶槽道的條層疊在一起，使一個薄膜層的微結構對著相鄰層的光滑的后側面，藉以生成一個毛細管模塊。微結構化聚合材料層的直線槽道結構的取向為平行于層疊塊的縱軸線。各結構聚合材料層的尺寸是5mm×115mm。用10層結構層來形成毛細管模塊。將一個集流管附連于層疊塊的一端，以便于附連一真空源。集流管是由熱收縮管材制成，與實例1中一樣，套在層疊塊和一連接管子的端部。隨后，使該收縮管(可購自于明尼蘇達州圣保羅市的3M公司)圍繞連接管和層疊塊被熱膨脹而后收縮。
為測試裝置的采集和傳輸能力，將一個25毫升(ml)的量筒裝滿水并抽空。在將一個28mm Hg的真空源連接于毛細管模塊的集流管之后，使抽吸器的末端接觸并伸入液體表面下方大約5mm。抽吸器的末端將隨著支柱的下降而向下移動。抽空量筒所需的時間是7秒，因而平均抽除速率是214ml/min。
由于抽吸器中的小槽道的作用，在所采集的液體中只夾帶有很少量的空氣。這相對于已有技術的抽吸器技術而言是一個非常重要的區(qū)別。
該實例的裝置帶有大約200個分開的槽道，每個槽道均具有1840∶1的長寬比和62.5微米的水力半徑。毛細管模塊的小槽道很容易被吸入的流體所充滿，因而不會以兩相流的方式來攜帶流體。
由于吸氣模塊兩端的壓差較小，所以可將該裝置用作一導管或外科排放裝置。由于是用充滿的毛細管而不是用敞開的管子來工作，所以該裝置可以使空氣回流進入體腔的可能性減至最小。
權利要求
1．一種有源流體傳輸裝置，包括(a)一聚合材料層，該材料層具有一包括一個結構化表面的第一主表面，所述結構化表面上設置有多個分離的流動槽道，各流動槽道沿著結構化表面從一第一位置延伸至一第二位置，并具有約為10∶1的最小長寬比和不超過約300微米的水力半徑；以及(b)一流體連通于各分離流動槽道的連接器，該連接器允許來自結構化聚合材料表面外的勢能源對各流動槽道施加一勢能，以促使流體經(jīng)過所述各流動槽道，從第一位置移動至第二位置。
2．一種有源流體傳輸裝置，包括(a)一聚合材料層，該材料層具有一包括一個結構化表面的第一主表面，所述結構化表面上設置有多個分離的流動槽道，各流動槽道沿著結構化表面從一第一位置延伸至一第二位置，并具有約為10∶1的最小長寬比和不超過約300微米的水力半徑；以及(b)一位于所述聚合材料層外的作用源，該作用源可提供一作用于各流動槽道的勢能，以促使流體經(jīng)過所述各流動槽道從第一位置流動至第二位置。
3．一種有源流體傳輸裝置，包括(a)一毛細管模塊，該模塊包括一聚合材料層，該材料層具有一包括一個結構化表面的第一主表面，所述結構化表面上覆蓋有一個限定了多個分離的流動槽道的覆蓋層，分離流動槽道允許一流體從一第一位置傳輸至一第二位置，并具有10∶1的最小長寬比和不超過300微米的水力半徑；以及(b)一流體連通于各分離流動槽道的連接器，該連接器允許來自結構化聚合材料表面外的勢能源對各流動槽道施加一勢能，以促使流體經(jīng)過所述各流動槽道，從第一位置移動至第二位置。
4．如權利要求1或3所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，它還包括一位于所述結構化表面外側的勢能源，該勢能源可促使流體經(jīng)過各流動槽道，從第一位置流動至第二位置。
5．如權利要求1-4所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述聚合材料層是微觀復制的。
6．如權利要求1或3所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述連接器包括一其內(nèi)限定有一空腔的集流管，該集流管流體連通地設置在各流動槽道和勢能源之間，來自于勢能源的勢能通過集流管施加于各流動槽道。
7．如權利要求1或3所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述連接器包括以下的一個或多個一集流管、一壓縮聯(lián)接件、密封件、或將一管道流體連通地連接于各流動槽道的墊圈、毛細纖維、一微結構化流體管道、一用于使各分離的微結構化流動槽道座落在一離心機中的系統(tǒng)、以及一用于在槽道入口或槽道出口處對流體流加以引導的系統(tǒng)。
8．如權利要求1-7所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述各流動槽道包括一相對于所述結構化表面并列的覆蓋層。
9．如權利要求8所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述覆蓋層密封地固定于所述結構化表面，以限定所述各分離的流動槽道。
10．如權利要求2或4所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述勢能源包括以下的一個或多個一真空發(fā)生器、一泵、一風機、一磁性水力驅動器、一聲音流動系統(tǒng)、一離心機和一靜水壓頭。
11．如權利要求1-10所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述結構化表面包括若干個V形槽道，和/或各流動槽道是構造成為在略為平的凸峰之間有一個平的槽谷，和/或所述結構化表面包括多個槽道，在這些槽道之間設置有較小的槽道。
12．如權利要求1-11所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述流動槽道包括多個分離的會聚槽道，它們連接于一較大的分離槽道。
13．如權利要求1-12所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述各流動槽道的最小長寬比超出100∶1，所述水力半徑不超過100微米。
14．如權利要求1-13所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述各流動槽道具有至少為1,000∶1的最小長寬比。
15．如權利要求1-14所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述長寬比小于1,000,000∶1。
16．如權利要求1-15所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述水力半徑小于10微米。
17．如權利要求1-15所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述聚合材料層的厚度小于5,000微米，所述各流動槽道是由各凸峰限定而成的，這些凸峰的高度約為5-1,200微米，并且具有大約為10-2,000微米的峰距。
18．如權利要求1-3所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述微結構化槽道的密度是大約每厘米10個至每厘米1,000個。
19．如權利要求6所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述各流動槽道的長寬比至少比所述集流管大400％。
20．如權利要求1-19所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述裝置包括層疊塊形式的多層結構層。
21．如權利要求20所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述聚合材料層具有一第二主表面，該表面覆蓋所述第一主表面上的結構化表面。
22．如權利要求20-21所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述層疊塊包括至少10層結構層。
23．如權利要求1-22所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，它還包括設置在各流動槽道入口和出口處的第一和第二集流管。
24．如權利要求1-23所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述各流動槽道可影響從中流過的流體的某一特性，或者各流動槽道可提供一分離處理，使從中流過的流體具有來自于其流體流的多個組分。
25．如權利要求1-24所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述各流動槽道是構造成為能使不同組分的流體流匯合在一起相互作用。
26．如權利要求1-24所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述各流動槽道是由所述結構化表面和一覆蓋層限定的，所述結構化表面和覆蓋層相互結合成毛細管模塊的形式，該毛細管模塊可以圍繞一直徑約為2.5厘米的心軸，不會對流動槽道造成很大的壓縮。
27．如權利要求1-26所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述聚合材料層包括一本體層，構成該本體層的聚合物的柔性高于形成結構化表面的聚合物的柔性。
28．如權利要求1-27所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述聚合材料層是薄膜形式的。
29．如權利要求1-28所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，它具有100個以上的分離的流動槽道。
30．如權利要求1-29所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，它具有1,000個以上的分離的流動槽道。
31．如權利要求1-30所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，它在每平方厘米上具有10,000個槽道入口。
32．如權利要求1-31所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述連接器包括多個分離的管道，它們都流體連通于各分離的流動槽道。
33．如權利要求1-32所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述各槽道沿著它們的整個長度分離。
34．如權利要求1-33所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述水力半徑小于10微米，而所述聚合材料層的厚度小于5,000微米。
35．如權利要求1-34所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述聚合材料層具有一第二主表面，該表面包括一結構化表面，在該結構化表面上設置有分離的流動槽道。
36．如權利要求35所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述第二主表面包括一聚合材料。
37．如權利要求3所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述毛細管模塊的厚度為1-10微米。
38．如權利要求3所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述毛細管模塊的厚度為2-6微米。
39．如權利要求3所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述毛細管模塊是柔性的。
40．如權利要求1-2所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述各流動槽道是由所述結構化表面和一覆蓋層形成的，所述結構化表面和覆蓋層相互結合成一毛細管模塊的形式，該毛細管模塊可以圍繞一直徑約為2.5厘米的心軸，不會對流動槽道造成很大的壓縮。
41．如權利要求1-40所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述各流動槽道包含能在流體流過各槽道時使之發(fā)生化學反應、催化反應和離子反應的組分。
42．如權利要求1-41所述的有源流體傳輸裝置，其特征在于，所述各流動槽道可檢測從中流過之流體的物理性質。
43．一種液體采集和抽除墊，包括如權利要求1-42所述的有源流體傳輸裝置，并且還包括一當墊子被使用時設置在聚合材料層上方的液體吸收層，該液體吸收層可允許與該層接觸的液體透過。
44．如權利要求43所述的液體采集和抽除墊，其特征在于，所述液體吸收層包括一融吹微纖維制的非織造纖維網(wǎng)。
45．如權利要求43-44所述的液體采集和抽除墊，其特征在于，它還包括一當墊子被使用時設置在液體吸收層下方的支承層，該支承層不可滲透液體。
46．如權利要求45所述的液體采集和抽除墊，其特征在于，所述支承層包括一其上設置有流動槽道的微結構層。
47．如權利要求45-46所述的液體采集和抽除墊，其特征在于，所述支承層是所述有源流體傳輸裝置中的聚合材料層的一個整體延伸部。
48．如權利要求43-47所述的液體采集和抽除墊，其特征在于，它包括一具有三角形構造的毛細管模塊。
49．一種抽吸器，包括如權利要求1-42所述的有源流體傳輸裝置。
50．如權利要求49所述的抽吸器，其特征在于，它包括一聚合材料層疊塊。
51．如權利要求50所述的抽吸器，其特征在于，所述層疊塊是柔性的，其長度約為1-10厘米，多個結構層在所述層疊塊的入口端處沒有相互固定。
52．如權利要求50-51所述的抽吸器，其特征在于，所述連接器包括一連接于一真空源的管道，該連接器流體連通地連接于所述層疊塊中的各流動槽道。
53．如權利要求50-51所述的抽吸器，其特征在于，所述層疊塊可被細分成多個支路。
54．如權利要求49-53所述的抽吸器，其特征在于，多個管道被布置成流體連通于所述多個支路，以使流體在獨立于其它管道的某些管道中輸送通過。
55．如權利要求53所述的抽吸器，其特征在于，一第一管道可輸送一沖洗流體，而一第二管道可輸送一吸入流體。
56．如權利要求49-50所述的抽吸器，其特征在于，該抽吸器是可放置在人的嘴唇上，以便抽取該人口腔中的唾液或其它流體。
57．一種熱交換器，包括如權利要求1-42所述的有源流體傳輸裝置。
58．如權利要求57所述的熱交換器，其特征在于，所述熱交換器是柔性的，其中分離的流動槽道包括一厚度為大約0.02-0.2mm的覆蓋層。
59．一種毯子，包括如權利要求57-58所述的熱交換器。
60．一種傳輸流體的方法，包括使流體流過如權利要求1-42所述的有源流體傳送裝置。
61．如權利要求60所述的方法，其特征在于，所述流體包括人體的流體。
62．如權利要求61所述的方法，其特征在于，所述人體的流體包括唾液。
63．如權利要求61所述的方法，其特征在于，所述人體的流體包括血液、血漿或人體分泌物。
64．如權利要求60所述的方法，其特征在于，所述流體包括煙霧。
65．如權利要求60所述的方法，其特征在于，所述流體包括液體。
66．如權利要求65所述的方法，其特征在于，兩種或多種不同的液體分別單獨地通過所述裝置。
67．如權利要求66所述的方法，其特征在于，一種液體是沖洗流體，而另一種液體是人體流體。
68．一種傳輸流體的方法，包括使甲烷氣體流過權利要求60所述的抽吸器。
69．一種微結構化帶槽裝置，包括一具有一第一主表面的聚合材料層，所述第一主表面包括一結構化表面；所述結構化表面包括各流道槽道，流動槽道具有約為10∶1的最小長寬比和不超過約300微米的水力半徑；所述各流動槽道還具有當流體與各槽道接觸時能使之發(fā)生化學反應、催化反應和離子反應的組分。
70．一種抽吸器，包括如權利要求69所述的有源流體輸送裝置。
全文摘要
一種有源流體傳輸裝置(10、40、54、60),包括一聚合材料層(12)。該材料層(12)具有一包括多個基本上分離的流動槽道(16)的結構化表面(13)。各流動槽道(16)具有約為10∶1的最小長寬比和不超過約300微米的水力半徑。該裝置還可以包括一連接器(20,55),該連接器使位于結構化聚合材料表面(13)外的勢能源(14)流體連通于各流動槽道(16)。勢能源(14)可促使流體經(jīng)過所述各流動槽道(16),從一第一位置移動至一第二位置。
文檔編號A61M1/00GK1306446SQ99807619
公開日2001年8月1日 申請日期1999年5月18日 優(yōu)先權日1998年6月18日
發(fā)明者T·I·英斯利, R·P·約翰斯頓, R·L·諾爾 申請人:3M創(chuàng)新有限公司