專利名稱：流體連接機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體連接機(jī)構(gòu) ，尤其是涉及在一輸入毛細(xì)管或其它小孔管與一顯微(微觀)工程流體結(jié)構(gòu)之間的一流體連接機(jī)構(gòu)。此后術(shù)語“小孔管”將包括毛細(xì)管和非毛細(xì)管。
目前已越來越重視用于輸送微小量流體的顯微工程結(jié)構(gòu)，其中對(duì)流體進(jìn)行化學(xué)和/或生物化學(xué)處理和分析。尤其是在我們的在審申請(qǐng)WO96/12541中描述和要求了在第一和第二非互溶的流體之間進(jìn)行一擴(kuò)散輸送過程的方法和裝置，其中第一和第二流體通道在某一區(qū)域相互連接，以允許流體形成一穩(wěn)定的開放分界面，并且其中在分界面區(qū)域的流體通道具有垂直于該分界面的在10～500微米范圍內(nèi)的一寬度。如上所述，該裝置通常是這樣構(gòu)成的通過在一硅層的表面內(nèi)蝕刻槽來形成流體流動(dòng)通道，并且在硅層上粘結(jié)一玻璃覆蓋層。但是，該申請(qǐng)未詳細(xì)描述給顯微工程裝置形成一外部連接的問題。在該申請(qǐng)和許多其它顯微流體裝置的應(yīng)用中，尤其是進(jìn)行分析和監(jiān)測或控制裝置內(nèi)流體的應(yīng)用中，需要形成外部連接，這種連接是形成為與外部管相連，以不至于形成過大的堵死空間或停滯區(qū)域。這需要將顯微流體裝置通道連接到類似橫截面尺寸的毛細(xì)管上。
關(guān)于形成對(duì)毛細(xì)管連接的方法有大量的文獻(xiàn)記錄，并且這些方法是多種多樣的，這取決于具體的應(yīng)用。例如，玻璃毛細(xì)管的一端可由一塑料護(hù)套環(huán)繞，以牢靠地固定在一裝置的輸入小孔內(nèi)，例如可參見EP-A-0698789，其描述了毛細(xì)管到高壓流體套色板(chromatography)裝置的一連接機(jī)構(gòu)。但是，形成與一柔性護(hù)套或其它插入件的一強(qiáng)制配合將不適于我們上述在審申請(qǐng)中所述的這樣一精細(xì)顯微工程結(jié)構(gòu)。此外通過傳統(tǒng)的步驟連接到圓形橫截面毛細(xì)管的連接接線結(jié)構(gòu)需要帶有一圓形橫截面凹口、有時(shí)是錐形的結(jié)構(gòu)，這對(duì)于顯微工程裝置通常是不能獲得的，并且通常其尺寸大于傳統(tǒng)用于構(gòu)成顯微工程結(jié)構(gòu)的基層的厚度。為說明，顯微工程結(jié)構(gòu)將是指形成有一個(gè)或一個(gè)以上疊置基層的結(jié)構(gòu)，每一基層通常是平面形式的并且其厚度最好為2mm或更小，而且具有形成在其內(nèi)的流體流動(dòng)通道，至少部分這種通道的橫截面直徑小于1000微米。應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于非圓形橫截面通道直徑將是指厚度或?qū)挾?。還應(yīng)當(dāng)理解這種通道可以在特定區(qū)域延伸，以在直徑大于1000微米的結(jié)構(gòu)內(nèi)形成腔室等。基層一般由硅、玻璃、陶瓷、塑料或金屬形成。
毛細(xì)管(一般具有50到1000之間、最好在100到300微米之間外徑的尺寸)到顯微工程結(jié)構(gòu)的連接，尤其是通過粘結(jié)平面蝕刻的或形成的基層而形成的那些，通常需要低應(yīng)力的連接技術(shù)。例如焊接金屬、陶瓷或玻璃所需的高溫處理可能產(chǎn)生例如基層破裂或分層的損壞。在相對(duì)薄(通常＜2mm)的基層內(nèi)、尤其是在陶瓷或玻璃內(nèi)，不好形成螺紋連接或壓配連接，并且對(duì)其進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)也不易。因此對(duì)連接進(jìn)行密封通常需要使用密封材料。
在由Reston & Kolesar于1994年12月發(fā)表的《IEEE/ASME顯微機(jī)械系統(tǒng)學(xué)報(bào)》的文章“硅-顯微加工氣體套色板系統(tǒng)-第一部分”的第139頁，描述了將一氣體輸入管連接到一氣體套色板的方法，該套色板包括一螺旋形流體通道，該通道300微米寬、10微米深，并且蝕刻在一硅膠片基層的表面內(nèi)。一玻璃板在螺旋形流體通道上被粘結(jié)到基層的上表面，并且在硅膠片的下表面內(nèi)形成經(jīng)一小孔的一錐形氣體輸入通道，該輸入通道與螺旋形流體通道相連。直徑為254微米的一氣體輸入管的一端被插入錐形小孔內(nèi)，并且繞輸入管的端部和小孔的開口部分施加一粘結(jié)劑(環(huán)氧樹脂)，以將管密封在小孔內(nèi)。
毛細(xì)管垂直于基層平面進(jìn)入裝置內(nèi)并且流體結(jié)構(gòu)形成在這些基層內(nèi)的這種布置具有許多問題和缺陷。一個(gè)問題是具有垂直于平面基層的一毛細(xì)管連接和與疊層這種基層干涉的裝置、以及要生產(chǎn)小巧系統(tǒng)的裝置。另一問題是經(jīng)基層形成通道以將毛細(xì)管垂直于基層連接會(huì)使得裝置的制造過于復(fù)雜，并且降低可獲得的裝置密度和產(chǎn)量。經(jīng)基層形成幾乎平行的通道或與毛細(xì)管尺寸相配的略為錐形的孔是困難的。對(duì)于在玻璃或硅內(nèi)蝕刻的結(jié)構(gòu)，深層蝕刻以形成這種通道所需的遮蔽與蝕刻時(shí)間比在基層表面內(nèi)蝕刻流體通道所需的時(shí)間更加嚴(yán)格。
這種布置的再一問題是封閉在基層內(nèi)的毛細(xì)管的長度被限定于基層的厚度，并且由毛細(xì)管外壁緊密支承的的粘結(jié)劑的長度和經(jīng)基層的孔同樣被限定于基層的厚度。這會(huì)導(dǎo)致相對(duì)弱和脆的密封。繞毛細(xì)管和在基層外表面應(yīng)用進(jìn)一步的粘合劑可能改善密封質(zhì)量，但這種改善通常受到平面基層表面上薄弱粘結(jié)的限制。繞毛細(xì)管和在基層外表面上應(yīng)用進(jìn)一步的粘合劑也可能是不希望的，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致單位容積的增大和與封裝到一系統(tǒng)內(nèi)的單元干涉。類似地，將傳統(tǒng)的毛細(xì)管連接接頭經(jīng)一通道粘結(jié)到基層表面上可能產(chǎn)生較差的密封質(zhì)量，增大各裝置所需的面積，并且與裝置的封裝及疊置干涉。
這種布置的又一問題是難于向毛細(xì)管外壁與通道孔側(cè)邊之間的區(qū)域輸送粘合劑材料、以足以形成一密封而粘合劑本身又不至于進(jìn)入和阻斷或損害(污染)流體通道及毛細(xì)管本身。通常需使用具有足夠高粘性的粘合劑配方，以防止粘合劑由于毛細(xì)管作用而快速流入流體通道內(nèi)。但是，通常難以觀察或監(jiān)測和控制粘合劑已輸送到所希望的通道區(qū)域內(nèi)的情況。
這種布置的還一問題是，尤其是對(duì)于氣體，流體必須沿垂直于結(jié)構(gòu)內(nèi)流體通道方向的一方向流入顯微工程結(jié)構(gòu)中，并且流體經(jīng)一直角的運(yùn)動(dòng)可能產(chǎn)生紊流或其它循環(huán)或混合過程和產(chǎn)生難以預(yù)測的流動(dòng)狀態(tài)。
發(fā)明概述本發(fā)明的一第一方面提供將一毛細(xì)管或小孔管連接到一顯微工程結(jié)構(gòu)上、用作流體流動(dòng)通口的方法，包括(1)提供一顯微工程結(jié)構(gòu)，其具有至少一第一基層，該基層內(nèi)形成有流體流動(dòng)通道，該基層或每一基層由第一和第二相對(duì)的側(cè)面以及從側(cè)面的邊緣延伸的端面限定，并且其中該至少一個(gè)基層的一端面具有位于其內(nèi)的一小孔，該小孔與所述的流體流動(dòng)通道相連；
(2)提供一毛細(xì)管或其它小孔管，并且將其端部插入所述端面的所述小孔內(nèi)；以及(3)在環(huán)繞管的小孔內(nèi)流動(dòng)一密封劑材料，然后固化所述材料以將該管密封在所述小孔內(nèi)。
本發(fā)明另一方面提供一種裝置，包括具有一流體連接器的一顯微工程結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括至少一第一基層，該基層內(nèi)形成有一個(gè)或多個(gè)流體流動(dòng)通道，該基層或每一基層由第一和第二相對(duì)的側(cè)面以及從側(cè)面的邊緣延伸的端面限定，并且包括流體輸入裝置，該輸入裝置包括插入一小孔內(nèi)的毛細(xì)管或其它小孔管，所述小孔形成在該至少一個(gè)基層的一端面內(nèi)，所述小孔與一所述的流體流動(dòng)通道相連，并且其中在小孔內(nèi)設(shè)有一密封劑材料，在將管插入小孔內(nèi)后，緊接著使密封劑材料在繞管的小孔內(nèi)固化。
在再一方面，本發(fā)明提供用于上述流體連接器的一顯微工程結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)包括至少一第一基層，該基層內(nèi)形成有一個(gè)或多個(gè)流體流動(dòng)通道，該基層或每一基層由第一和第二相對(duì)的側(cè)面以及從側(cè)面的邊緣延伸的端面限定；形成在該至少一基層的一端面內(nèi)的一小孔，并且該小孔與一流體流動(dòng)通道相連并且其尺寸適于容納一毛細(xì)管或其它小孔管。
所述小孔的直徑足以允許插入管(其直徑可能為1000微米)和繞該管的密封劑材料，并且可能不同于流體流動(dòng)通道的直徑。所述小孔是如此的，以至于管被設(shè)置在同一平面內(nèi)并且最好是與結(jié)構(gòu)的流體流動(dòng)路徑相同的方向，此處該小孔是由一筆直的或稍微彎曲的導(dǎo)引通道形成，該導(dǎo)引通道從一流體流動(dòng)通道延伸到一基層端面。
正如在顯微工程結(jié)構(gòu)中是普遍的，流體流動(dòng)通道可以形成在一第一基層的表面內(nèi)，并且一第二基層疊置在該第一基層上，以密封流體流動(dòng)通道。或者第二基層可具有形成在其下表面內(nèi)的流體流動(dòng)通道，該流體流動(dòng)通道可以與第一基層的上表面內(nèi)的流體通道相連或相配。作為一種可替換的配置，流體流動(dòng)通道可以形成在第一基層的本體內(nèi)，并且無需一第二基層來限定或密封該流體流動(dòng)通道。在另一配置中，流體流動(dòng)通道與所述的小孔可以通過在一第一基層的頂上設(shè)置連續(xù)的層來形成，其中最好由一第二基層來密封流體流動(dòng)通道的頂部。
當(dāng)顯微工程結(jié)構(gòu)上的流體通道和用于管連接的導(dǎo)引通道是形成在平面基層上和平面基層之間時(shí)，將通常不是圓形的橫截面來匹配連接管道。蝕刻的、研磨的或鋸制的通道可通常具有大致半圓形、三角形、梯形或矩形的橫截面。將第一和第二基層內(nèi)的半圓形通道疊置起來可以產(chǎn)生大致圓形橫截面，但可以預(yù)想的是其至少會(huì)產(chǎn)幾微米的未對(duì)準(zhǔn)和中心偏離。因此要求用于連接到基層平面的導(dǎo)引通道內(nèi)的管道的密封劑必須充滿繞管的很大的空間。
根據(jù)本發(fā)明，提供了設(shè)立通向一顯微工程結(jié)構(gòu)的一流體流動(dòng)連接的裝置，其中流體可以沿平行于結(jié)構(gòu)內(nèi)流體流動(dòng)通道的一方向直接流到結(jié)構(gòu)內(nèi)。因此不會(huì)產(chǎn)生紊流或其它不可預(yù)測的流動(dòng)狀態(tài)。此外，由于是在緊接著插入管后、通過在毛細(xì)管的外壁與包含該毛細(xì)管的一通道段的內(nèi)壁之間附加或形成密封材料來產(chǎn)生密封，因此不會(huì)產(chǎn)生過多的可能會(huì)使顯微工程結(jié)構(gòu)破裂或引起密封失效的壓力、熱量或應(yīng)力。
本發(fā)明的一優(yōu)點(diǎn)是連接在顯微工程裝置平面內(nèi)的毛細(xì)管允許裝置進(jìn)行疊置。另一優(yōu)點(diǎn)是在裝置內(nèi)繞毛細(xì)管的密封長度可以在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行選擇而不會(huì)受到基層厚度的約束，并且可以足夠地設(shè)置來確保一良好的密封。再一優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)一個(gè)或多個(gè)基層是透明的時(shí)候，可以觀察密封的范圍和可采用照射固化的低粘性毛細(xì)管填充密封劑。某些實(shí)施例的還一優(yōu)點(diǎn)是不需在基層內(nèi)形成通道。當(dāng)如下所述為輸送密封劑而設(shè)置通道時(shí)，這些通道可以遠(yuǎn)離顯微工程流體結(jié)構(gòu)并且不必象垂直于基層的接頭所需要的那樣精確地形成。
除了提供通向顯微工程流體裝置的外部流體連接機(jī)構(gòu)外，還提供了在獨(dú)立的顯微流體裝置內(nèi)的用于連接流體流動(dòng)通道的裝置，其可位于獨(dú)立的基層上或占用一個(gè)基層，或可位于一系列粘結(jié)在一起的疊置基層上。
密封劑材料可包括一物質(zhì)或物質(zhì)的混合物，這在下面將明了。將從諸如粘合劑或粘結(jié)材料的物質(zhì)中選擇密封劑材料。這些大多通常是諸如環(huán)氧樹脂之類的有機(jī)材料，但可包括其它聚合物或可聚合的材料，包括無機(jī)材料或成分。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，密封是由我們的歐洲專利EP-B-319175(我們的參考號(hào)是PA1314)所描述和要求保護(hù)的一方法形成的，該專利描述和要求保護(hù)由可通過照射來固化的一流體形成一預(yù)定形狀的固體物質(zhì)的方法，該方法包括以下的步驟提供在其上要形成物質(zhì)的一表面；用一照射光束來照射該表面的一預(yù)定區(qū)域，向該表面的未被照射的區(qū)域供應(yīng)流體，從而在該流體與光束的交界處形成限定固體物質(zhì)表面的一固體凸起，并且使已供應(yīng)但還尚未固化的流體固化，以形成所述的固體物質(zhì)。
因此將此方法應(yīng)用于本發(fā)明，制造可在基層平面內(nèi)帶有流體通道的一顯微工程結(jié)構(gòu)，其中流體通道根據(jù)所需與筆直的或略彎的導(dǎo)引通道相連，所述導(dǎo)引通道也在基層平面內(nèi)，其延伸到一基層邊緣。導(dǎo)引通道的橫截面足夠大，以允許管插入形成在一基層邊緣的小孔內(nèi)，并且毛細(xì)管被送入結(jié)構(gòu)內(nèi)，以與流體通道相連。經(jīng)鄰近于一毛細(xì)管端部的一透明的基層材料施加例如一紫外線照射光束，其中該毛細(xì)管設(shè)置在一顯微工程結(jié)構(gòu)的一端部小孔內(nèi)，位于密封物質(zhì)所需位置的末端。然后向?qū)бǖ赖拈_口端輸送一照射固化密封物質(zhì)，從而液體密封劑繞管流動(dòng)并流入小孔內(nèi)。液體密封劑的流動(dòng)可以由流體靜力學(xué)或其它作用的壓力或通過毛細(xì)管作用力或者這些力的組合來促進(jìn)。當(dāng)流體密封劑到達(dá)照射光束時(shí)，其硬化和固化。當(dāng)在端部形成一固體堵塞時(shí)，然后將光束移動(dòng)通過未固化的物質(zhì)，以形成一完全固化的堵塞?；蛘撸赏ㄟ^大量暴露于紫外線或日(燈)光下、或者采用加熱來固化剩余的物質(zhì)。
圖面的簡單說明下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一顯微工程結(jié)構(gòu)的一示意平面圖，其中第一和第二流體連接頭上設(shè)有輸入和輸出口；
圖2是表示形成圖1的第一流體連接頭的方法的一示意側(cè)視剖面圖；圖3是表示形成圖1的第二流體連接頭的方法的一示意側(cè)視剖面圖；圖4和5是圖1的第二流體連接頭和其改進(jìn)的一示意側(cè)視剖面圖；圖6a～6h是流體流動(dòng)通道各剖面的沿圖1的6-6線的剖面圖；圖7和8分別是本發(fā)明第二和第三實(shí)施例的方法的示意側(cè)視剖面圖；圖8～12分別是本發(fā)明第四至第七實(shí)施例的方法的示意側(cè)視剖面圖；圖13a～13c是表示根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的一方法的視圖。
優(yōu)選實(shí)施例的說明現(xiàn)參照?qǐng)D1～6，示出了包括第一硅基層2和與其面對(duì)的第二玻璃基層4(圖6)的一顯微工程結(jié)構(gòu)?；鶎?由上下相對(duì)側(cè)面和從側(cè)面的邊緣延伸的端面限定。第一基層2具有形成在其上表面內(nèi)的一蜿蜒的流體流動(dòng)通道6，其從一輸入口8延伸到一輸出口10，其中輸入口和輸出口兩者都形成在基層的一端面11內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解流體流動(dòng)通道根據(jù)應(yīng)用可以采用各種形式，例如大面積腔等。流體流動(dòng)通道6具有小于1000微米、通常是100微米的一直徑、寬度或厚度，并且可以是任何適當(dāng)?shù)男螤?，例如三角形截面?br> 流體輸入口8和流體輸出口10兩者形成有小孔12，該小孔12形成在端面11內(nèi)并且具有孔的形式，其寬度如圖所示大于通道6的兩倍。小孔12容納可具有各種尺寸的毛細(xì)管14，例如300微米外徑、200微米內(nèi)徑；或200微米外徑、150微米內(nèi)徑；或100微米外徑、50微米內(nèi)徑?？?2的橫截面形狀可以采用多種形式，例如圖6a所示的三角形、圖6b所示的截去尖頂?shù)娜切巍D6c所示的半圓形、圖6d所示的矩形和圖6e所示的圓形?？勺⒁獾匠藞D6e的圓形孔部分形成在基層2內(nèi)和部分形成在基層4的下表面內(nèi)，在圖6中所有的孔12都形成在基層2的上表面內(nèi)，但總體上說孔可形成在任一基層內(nèi)。一種可替換的結(jié)構(gòu)表示在圖6f和圖6g中，其中通過蝕刻技術(shù)完全在基層2內(nèi)形成一圓形孔，包括在基層2的上表面內(nèi)切割一垂直槽19和然后通過蝕刻技術(shù)形成一圓形孔。在完成流體連接后，用密封材料18密封槽，如圖6g所示。
在圖6h中表示了一可替換的結(jié)構(gòu)，其中通過任何合適的顯微工程技術(shù)(由印刷、照相制版、疊層和需要時(shí)采用蝕刻修改來形成)設(shè)立層20，使孔12和流體流動(dòng)通道6形成在基層2的上表面上，其中層20形成了孔和流體流動(dòng)通道的側(cè)壁。孔的下表面由基層2的上表面形成，而孔的上表面則由此后粘結(jié)到層20上的基層4的下表面形成。在這種布置中，層20的上表面部分形成了所述第一基層的上表面。
為了說明本發(fā)明，連接到輸入口8的流體與連接到輸出口10的流體以不同方式形成。參見圖2，表示了形成帶輸入口8的流體連接頭的方法，首先毛細(xì)管14插入孔12內(nèi)靠近孔12與流動(dòng)通道6在軸肩16匯合的位置。毛細(xì)管14可以由硅形成，但也可由玻璃、聚合物或甚至金屬形成。一照射(輻射)固化材料18流入孔12的開口端并由此而沿孔12吸向管14的端部。一束紫外線22從一光源24穿過透明的玻璃基層4照射到管14的端部，從而當(dāng)流體到達(dá)光束時(shí)，該流體就被硬化。一旦在管14的端部形成一固體柱塞，可沿管的長度移動(dòng)光源，從而固化和硬化流體18的其余部分。或者設(shè)置一第二光源(未示出)來主要照射流體18。
在圖3所示的用于輸出口10的一變型方法中，設(shè)有一通孔或通道30，其中照射固化材料流入該通孔或通道內(nèi)。該方法的其它方面與圖2的相似。給照射固化材料設(shè)置一單獨(dú)的輸入通道30的優(yōu)點(diǎn)在于在材料沒有充分流動(dòng)的地方可允許其從流體輸入口8的端部流入。
參照?qǐng)D4和5，當(dāng)向流體輸入口8內(nèi)流入材料時(shí)，必須避免注入過多的材料，因?yàn)檫^多的材料可能流入流體流動(dòng)通道6并阻塞該通道。通常是通過對(duì)注入的材料量的物理觀察來進(jìn)行控制。在圖4中，一通道30位于孔的開口端與流體流動(dòng)通道6之間的中間附近。當(dāng)密封材料開始從孔的開口端流入時(shí)，如隆起部40所示，一觀察者將知道材料已經(jīng)到達(dá)管14的內(nèi)端，并且應(yīng)當(dāng)停止進(jìn)一步注入材料。
在圖5中示出了注入少量材料的一可替換的布置，其中設(shè)有一第二通道50，其與孔相連并且位于通道30的附近。在經(jīng)通道30流入密封材料的過程中，一觀察者觀察密封材料進(jìn)入通道50內(nèi)，如隆起部52所示，并且此時(shí)將意識(shí)到已經(jīng)注入足夠量的密封材料并且已到達(dá)管14的內(nèi)端。
照射固化材料可通常是一UV(紫外線)或日光固化的聚合材料。在商業(yè)上可獲得多種具有一定范圍的粘性的UV固化的炳烯酸材料(例如由位于美國的New Brunswick，N.J.08902的Norland產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)的Norland UV密封劑)，并且可以選擇其中的一些(例如高粘性Norland 91，低粘性Norland 81)或類似材料用于下面所述的方法中，其中一種或多種基層材料對(duì)于照射是透明的。
向位于一基層邊緣的小孔內(nèi)輸入密封劑對(duì)于低粘性的密封劑來說是特別便利的，其中該密封劑由于毛細(xì)作用而輸入導(dǎo)引通道內(nèi)。對(duì)于這種低粘性的密封劑，必須提供在導(dǎo)引通道的所需位置固化該密封劑的裝置，例如通過UV照射，從而防止密封劑流到管端部以外并進(jìn)入管與流體結(jié)構(gòu)內(nèi)。對(duì)于足夠粘稠的密封劑，其中僅當(dāng)施加壓力時(shí)其流動(dòng)才是顯著的，也可通過照射來固化，但也可采用非照射固化的密封劑。當(dāng)采用一足夠粘稠的密封劑，尤其是一粘彈性組份，從而在毛細(xì)作用下導(dǎo)引通道內(nèi)的流動(dòng)不明顯時(shí)，可通過向一基層邊緣處的小孔內(nèi)的密封劑施加壓力或者通過在顯微結(jié)構(gòu)內(nèi)施加真空吸附來產(chǎn)生流動(dòng)，通過消除壓力差而可停止流動(dòng)，并且密封劑固化或允許固化。一例子是可用于例如Ciba Geigy Araldite 2005的高粘性兩部分環(huán)氧樹脂。可根據(jù)在導(dǎo)引通道前觀察到密封劑、或者通過觀察到密封劑被擠出通道、或者在生產(chǎn)所需量的流動(dòng)而確定的一已知時(shí)間后來取消壓力差，其中的觀察可借助于一觀察系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行。圖4和5的布置尤為適用。
在可向結(jié)構(gòu)部件施加足夠熱控制的地方，可以采用一熔化的密封材料，該密封材料在導(dǎo)引通道內(nèi)的所需位置固化。
參照?qǐng)D7和8，示出了圖4方法的一修改，其中一插入桿件70被插入管14內(nèi)，以至于越過管14的端部而進(jìn)入流體流動(dòng)通道6內(nèi)。在圖7中，孔12和通道6同樣地形成于基層2和4中，而在圖8中，孔12和通道6均形成在基層2內(nèi)。圖7和8表示用于允許密封劑越過管端部并減少堵死空間的一方法。插入件70，例如桿、纖維(可能是光學(xué)的)、金屬絲或更窄的管被插入管14內(nèi)并進(jìn)入流體通道6。在固化前允許密封劑流過連接管14的端部和繞插入件70流動(dòng)。通過拔出(例如鎢絲、或光學(xué)纖維，可能涂有潤滑劑)、或熔化(例如聚丙烯或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)纖維或桿，或銦絲)、或溶解(例如Cu或Ni管)而取出插入件。
現(xiàn)參照?qǐng)D9所示的實(shí)施例，基層2、4是一不透明材料。為允許采用照射(例如UV)固化密封劑，通過插入一透明管14內(nèi)的一光學(xué)纖維92將照射光束90送入結(jié)構(gòu)中?；蛘?，纖維可插入流體通道6內(nèi)。因此如參照?qǐng)D2所描述地形成連接，但由于光學(xué)纖維92插入并設(shè)置在管14內(nèi)，因此在該管端部的區(qū)域94沐浴在照射之中。照射固化密封劑18向?qū)бǖ郎狭飨蚬艿亩瞬坎⑼ㄟ^照射而固化，由此防止密封劑進(jìn)入管和流體通道內(nèi)。在區(qū)域94內(nèi)形成一堵塞后，慢慢抽出光學(xué)纖維，以便通過管壁照射密封劑的其余部分。
現(xiàn)參照?qǐng)D10，示出了通過向系統(tǒng)內(nèi)流入兩種流體(該兩種流體反應(yīng)形成一固體)來進(jìn)行沉淀物密封的方法。因此，例如濃縮的粘稠鈉硅酸鹽溶液100經(jīng)通道102輸入，同時(shí)一較少粘稠的溶液104，例如鈣或鎂鹽(例如CaCl2)溶液經(jīng)管14輸入。在管端部的區(qū)域108形成一不能溶解的硅酸鹽沉淀物。通過調(diào)整濃度和流速，可以確保沉淀物保留在繞管的孔12內(nèi)并隨著Ca2+離子擴(kuò)散到硅酸鹽內(nèi)而逐漸變濃，而在流過管14中央的溶液內(nèi)所形成的任何沉淀物會(huì)通過流動(dòng)力而被清掃掉。
參照?qǐng)D11和12，其類似于圖7和8，不同處只是兩基層2、4是不透明的，因而需要使用一粘稠的、最好是粘彈性材料110，其可在壓力下經(jīng)通道30注入并且在取消壓力和/或加熱后而設(shè)置好。
在圖7和8的另一修改(未示出)中，省略毛細(xì)管并且密封材料形成在小孔12的外側(cè)，從而可在其上形成一外部連接。
現(xiàn)參照?qǐng)D13a～13c，其表示本發(fā)明的一第八實(shí)施例，其中一管14具有一預(yù)先形成的套筒插入件130，該插入件130繞管14的內(nèi)端形成，其外徑小于孔12的外徑。這允許將管14自由插入孔內(nèi)，如圖13a所示。當(dāng)完全設(shè)置在孔內(nèi)時(shí)，加熱使插入材料熔化并在管14與孔12的內(nèi)壁之間形成一密封，如圖13b所示。
在圖13c中，設(shè)有一套筒插入材料132，通過采用一化學(xué)反應(yīng)物來改變材料的成分，例如使鐵擴(kuò)散到氧化鐵中，所述的套筒插入材料132在插入后可膨脹。當(dāng)取消加熱時(shí)，密封劑材料保留在圖13c所示的位置。
可以理解在圖13和10的實(shí)施例中，特別是在管的端部形成一堵塞的地方，可根據(jù)任何其它實(shí)施例、例如圖2所示實(shí)施例來接著在孔的其余部分填充注入并固化的一密封劑材料。
此外，可以采用除照射固化的密封劑以外的其它密封劑。例如，可采用在繞管的孔內(nèi)固化的一厭氧固化密封劑，在此情況中需要對(duì)密封劑的流速和/或固化時(shí)間進(jìn)行足夠的控制，并且還可能需要帶有氮或其它無氧氣體的一沖洗裝置(flush device)。或者密封劑材料可以是一粘稠的陶瓷膠結(jié)劑，其通過如圖3所述的一通道插入。這種陶瓷膠結(jié)劑的例子有波特蘭膠結(jié)劑、巴黎石膏(氫氧化石膏CaSO4)、或磷酸鹽膠結(jié)劑(例如基于鋁正磷酸鹽溶液和MgO)。
權(quán)利要求
1.在一小孔管與一顯微工程結(jié)構(gòu)之間形成用作一流體流動(dòng)通口的一流體連接機(jī)構(gòu)的方法，包括(1)提供一顯微工程結(jié)構(gòu)，其具有至少一第一基層，該基層內(nèi)形成有流體流動(dòng)通道，該基層或每一基層由第一和第二相對(duì)的側(cè)面以及從側(cè)面的邊緣延伸的端面限定，并且其中該至少一個(gè)基層的一端面具有位于其內(nèi)的一小孔，該小孔與所述的流體流動(dòng)通道相連；(2)提供一毛細(xì)管或其它小孔管，并且將其端部插入所述端面的所述小孔內(nèi)；以及(3)在環(huán)繞管的小孔內(nèi)流動(dòng)一密封劑材料，然后固化所述材料以將該管密封在所述小孔內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是物質(zhì)包括一可由照射固化的材料，并且一照射光束被引到小孔內(nèi)管的內(nèi)端，從而當(dāng)固化材料被引入小孔內(nèi)時(shí)，該固化材料一旦到達(dá)照射光束就固化。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是一旦在管的端部形成一固體堵塞，就沿管移動(dòng)光束來固化小孔內(nèi)材料的剩余部分。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是一基層是一透明的材料，并且照射光束通過該基層導(dǎo)入，或者管是照射透明的材料并且通過管使照射導(dǎo)引到固化材料。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是物質(zhì)是粘稠的、最好是粘彈性的或擬塑性的，并且在壓力下流入小孔，然后去除壓力以允許該物質(zhì)固化。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是以一熔化形式將物質(zhì)插入管內(nèi)，然后冷卻物質(zhì)以允許其固化。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是物質(zhì)是以一流體形式插入小孔內(nèi)的一膠結(jié)劑，并且然后固化。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是一第一物質(zhì)被引入所述小孔內(nèi)，并且一第二物質(zhì)經(jīng)所述管被引入，該兩物質(zhì)在管的內(nèi)端混合并反應(yīng)，以在繞管的小孔內(nèi)形成一密封。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是一物質(zhì)被形成為在管端部的一圓筒形插入件，其中管的外徑允許管自由插入小孔內(nèi)，并且當(dāng)管被插入小孔內(nèi)時(shí)熔化插入件，以將管密封在小孔的內(nèi)表面。
10.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征是一基層具有貫穿形成的一通道，以與所述小孔相連，從而允許物質(zhì)經(jīng)所述通道流動(dòng)到所述小孔。
11.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征是流入小孔內(nèi)的材料的量是通過對(duì)小孔內(nèi)材料的物理觀察來確定。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征是在一基層內(nèi)設(shè)有與所述小孔相連的另一通道，以允許觀察沿小孔流動(dòng)并流入該另一通道內(nèi)的密封材料，從而確定足夠的材料已流入小孔內(nèi)。
13.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征是一插入件經(jīng)管插入流體流動(dòng)通道內(nèi)，以允許物質(zhì)流入所述小孔內(nèi)，直到與流體流動(dòng)通道相連而不阻斷流體流動(dòng)通道，然后從管內(nèi)抽出桿以固化物質(zhì)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征是取消毛細(xì)管。
15.在一小孔管與一顯微工程結(jié)構(gòu)之間的一流體連接機(jī)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有至少一第一基層，該基層內(nèi)形成有一個(gè)或多個(gè)流體流動(dòng)通道，該基層或每一基層由第一和第二相對(duì)的側(cè)面以及從側(cè)面的邊緣延伸的端面限定，并且包括流體輸入裝置，該裝置包括插入一小孔內(nèi)的小孔管，所述小孔形成在該至少一個(gè)基層的一端面內(nèi)，所述小孔與一所述的流體流動(dòng)通道相連，并且其中在小孔內(nèi)設(shè)有一密封劑材料，在將管插入小孔內(nèi)后，緊接著密封劑材料在繞管的小孔內(nèi)固化。
16.如權(quán)利要求15所述的一顯微工程結(jié)構(gòu)，其特征是該結(jié)構(gòu)包括至少一第一基層，該第一基層內(nèi)形成有一個(gè)或多個(gè)流體流動(dòng)通道，該基層或每一基層由第一和第二相對(duì)的側(cè)面以及從側(cè)面的邊緣延伸的端面限定；形成在該至少一基層的一端面內(nèi)的一小孔，該小孔與一流體流動(dòng)通道相連并且其尺寸適于容納一毛細(xì)管或其它小孔管。
17.如前述任一權(quán)利要求所述的裝置或方法，其特征是小孔是由一筆直的或略彎的導(dǎo)引通道或者孔形成，該通道或孔從一流體流動(dòng)通道延伸到所述端面。
全文摘要
一種包括一顯微工程結(jié)構(gòu)和一毛細(xì)或其它小孔管的裝置和一種將管連接到結(jié)構(gòu)上的一方法。該顯微工程結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)基層2,其中在基層2內(nèi)形成有流體流動(dòng)通道6,該通道6連接到一小孔12,其中管14插入該小孔12內(nèi)。一密封劑材料流入繞管的小孔內(nèi)、然后固化,以將管密封在小孔內(nèi)。
文檔編號(hào)B29C65/54GK1244239SQ9718128
公開日2000年2月9日 申請(qǐng)日期1997年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月7日
發(fā)明者安東尼·羅伯特·科里斯, 約翰·羅伯特·道奇森, 約翰·愛德華·安德魯·肖, 克里特·特納 申請(qǐng)人:研究中心實(shí)驗(yàn)室(有限)