Микроструйное устройство и способ его изготовления и содержащий его сенсор

Микроструйное устройство и способ его изготовления и содержащий его сенсор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к микроструйному устройству. Устройство может быть частью, например, для биодатчика или устройства для обнаружения заданного вещества в пробе жидкости или может являться ими.

Применения включают в себя биодатчики молекулярной диагностики, датчики ДНК-цепочек, лекарства, окружающей среды и качества пищи. Рассматриваемое устройство может быть применено для разделения веществ (хроматография), например, для расшифровки ДНК-последовательности, экстрагирования ДНК или белка из пробы и молекулярного рассеивания.

Предшествующий уровень техники

В таких областях, как молекулярная диагностика, биодатчики используются для исследования или анализа пробы текучей среды, такой как кровь или другая текучая среда организма человека, на наличие одного или более заданных веществ. Такие заданные вещества включают в себя, например, антиген, микроорганизм и/или молекулы. С этой целью в одном типе биодатчика заданное вещество связывается или улавливается улавливающим веществом, которое иммобилизовано на поверхности в микроструйном устройстве. Зоны иммобилизации могут называться пятнами. Микроструйное устройство обычно используется из-за его способности обрабатывать небольшие количества пробы текучей среды, которые часто являются едва доступными. Наличие заданного вещества делается заметным путем присоединения метки, такой как флуоресцентная молекула или любая другая метка, которая создает физический эффект, который может быть обнаружен. Наиболее часто используемыми являются оптические метки. Для того чтобы обеспечить многократное обнаружение, т.е. обнаружение множественных заданных веществ последовательно или одновременно в пробе текучей среды одним биодатчиком, микроструйное устройство может содержать множественные улавливающие вещества, иммобилизованные в одном или более пятен, либо организованных, либо не организованных в ряд на одной из его поверхностей.

Два размещения устройств биодатчиков предложено и используется на практике, т.е. так называемый принцип перетекания и так называемый принцип протекания.

Биодатчик согласно принципу протекания использует пористую мембрану, имеющую средние размеры пор меньше одного микрона. Пятна, содержащие улавливающие вещества, присутствуют на мембранах. При пропускании пробы текучей среды через мембрану становятся очень небольшими диффузионные расстояния для биологических молекул, содержащихся в пробе текучей среды, так что диффузионный перенос не ограничивает кинетику адсорбции, и осуществляется эффективное улавливание заданного вещества.

В WO-2007/060580-A1 раскрывается микроструйное устройство, содержащее пористую мембрану, заключенную в две корпусные части. Мембрана обеспечена пятнами иммобилизованных улавливающих веществ для связывания заданных веществ. Две корпусные части содержат ряд вырезов. Вместе вырезы двух корпусных частей образуют канал для направления пробы текучей среды. Пятна предусматриваются в одной или более позициях, где канал пересекает мембрану. Пробная текучая среда, которая направляется через конкретный канал, проходит каждую мембрану указанного канала.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание улучшенного микроструйного устройства и датчика, который вводит микроструйное устройство.

Изобретение определяется независимыми пунктами формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения определяют предпочтительные варианты.

Микроструйное устройство настоящего изобретения сочетает ряд характеристик, так что требуется небольшой объем пробы, при снижении или подавлении утечки пробной текучей среды из пористого материала в одном вырезе в пористый материал в другом вырезе через путь, который не является частью канала. Например, в устройстве из WO-2007/060580-A1 пробная текучая среда может вытекать через собственно мембрану таким образом, т.е. пробная текучая среда может транспортироваться через пористую мембрану, которая расположена между двумя корпусными частями, в направлении, ином, чем направление канала, т.е. в плоскости пористой мембраны. Средний размер пор мембраны в указанном устройстве поэтому ограничивается такими размерами, чтобы утечка пробы текучей среды ограничивалась до приемлемого уровня.

Конструкция микроструйного устройства настоящего изобретения является такой, что мембраны не пересекаются, так как в направлении канала отсутствует мембранный материал между последовательно расположенными мембранами. Отсюда утечка, имеющаяся в устройствах известного уровня техники, предотвращается совсем, и устройство настоящего изобретения обеспечивает более широкую сферу применимости.

Кроме того, конструкция микроструйного устройства настоящего изобретения интегрирует пористый материал в вырезы (в часть вырезов), так что стенки вырезов поддерживают и защищают пористый материал от деструкции в процессе использования. Устройство является более устойчивым и надежным и обеспечивает более устойчивое надежное функционирование.

Предпочтительно, вырезы являются по существу полностью заполненными. Так вырез, например, заполняется в зависимости от точности соответствующей технологии, которая используется для размещения пористого материала в вырезе. Выражение «по существу полностью заполненный» указывает, например, что по меньшей мере поперечное сечение канала, т.е. поперечное сечение вырезов, составляет более 80%, предпочтительно более 90%, наиболее предпочтительно более 95%, заполненных указанным пористым материалом. Не все вырезы должны заполняться пористым материалом. Вдоль канала заполняется по меньшей мере один или множество вырезов. Предпочтительно, вырез заполнен так, что пористый материал контактирует с по меньшей мере одной поверхностью выреза, которая не является параллельной главному направлению потока в канале, т.е. примыкает к углу канала, так что он расположен в углу выреза. Примыкание или контактирование в данном случае означает присоединение или даже физический контакт. В таком случае пористый материал поддерживается стенкой канала в направлении потока в канале. Альтернативно или дополнительно пористый материал может быть размещен так, что его размер вдоль продольного направления канала (параллельно главному направлению потока) в канале является большим, чем по меньшей мере один из его размеров в направлении поперечного сечения канала. Указанные расположения в углу и/или геометрические размеры пористого материала в канале придают повышенную устойчивость пористому материалу, так что он может теперь выдерживать большие давление и скорость потока, обеспечивающие увеличенную скорость работы микроструйного устройства или датчика, который использует микроструйное устройство. Кроме того, более вязкие пробы могут быть прокачаны через канал. Альтернативно, открытая пористость (как определено далее) пористого материала может быть увеличена без снижения устойчивости мембраны. Например, это позволяет снизить давления, используемые в устройстве для введения потока, и/или позволяет использовать более вязкие пробы без использования повышенного давления для введения потока.

Таким образом, в целом, поскольку сечения пористого материала заключены в полость сплошного материала, механическая нагрузка на пористый материал снижается, и пористый материал может быть хрупким и очень открытым. Выражение «хрупкий и очень открытый» здесь указывает на то, что пористый материал имеет относительно низкую сплошную фракцию. Данное изобретение позволяет использовать очень тонкие мембраны из хрупкого пористого материала.

В US-2004/0053422-A1 раскрываются микроструйные устройства, имеющие пористые мембраны для молекулярного рассеивания, дозирования и отделения жидких аналитов. В одном аспекте устройство включает в себя подложку, имеющую впускную и выпускную секции, разделенные пористой мембраной, формованной как единое целое с подложкой. В другом аспекте устройство включает в себя каскадные ряды верхних и нижних каналов, в которых каждая граница раздела верхний/нижний канал разделяется соответствующей пористой мембраной.

Пористые мембраны, содержащиеся в устройствах US-2004/0053422-A1, размещаются в канале перпендикулярно направлению потока пробной текучей среды. В противоположность данному изобретению компоновка согласно данному уровню техники испытывает недостаток в увеличенной стойкости, чтобы выдерживать усилие потока пробной текучей среды за пределами определенного интервала, как рассмотрено здесь выше.

Кроме того, относительно трудно изготовить устройство, содержащее несколько свободно установленных пористых мембран, как в US-2004/0053422-A1, причем каждая мембрана, имеющая толщину в интервале от 100 мкм до нескольких миллиметров, является уязвимой в процессе изготовления. Выражение «свободно установленные» здесь указывает мембраны, которые размещены в канале перпендикулярно направлению потока пробной текучей среды, где края мембраны фиксируются в стенках канала. Устройство согласно настоящему изобретению не требует таких свободно установленных мембран и снижает уязвимость устройства с увеличением производительности.

Согласно предпочтительному варианту пористый материал имеет открытую пористость более 25% и менее 80%, предпочтительно в интервале 35-70%, наиболее предпочтительно в интервале 45-60%. Термин «открытая пористость Х%» здесь означает, что Х% объема пористого материала является незаполненным. Поры материала соединяются друг с другом и с наружной поверхностью материала. Термин «открытая пористость» указывает фракцию общего объема пористого материала, где эффективно имеет место течение текучей среды.

В другом варианте средний размер пор пористого материала составляет, например, от 10 нм до 10 мкм, предпочтительно от 20 нм до 2 мкм, более предпочтительно от 25 нм до 1 мкм и наиболее предпочтительно от 50 нм до 500 нм. Распределение пор по размеру является, предпочтительно, очень небольшим. ПШПМ (FWHM) (полная ширина при половине максимума) является, например, меньше фактора 2 среднего размера пор.

В одном варианте пористый материал включают в себя изотропный полимерный материал.

Описанная подложечная технология позволяет использовать более широкий ряд материалов, а также более тонкие пористые структуры в сочетании с улучшенными механической прочностью и жесткостью. Последняя обеспечивает более легкую обработку, например, в процессе применения пятен биомолекулярных захватывающих зондов. Устройство настоящего изобретения обеспечивает более высокие давления и скорости потока пробной текучей среды в процессе использования.

В одном варианте первый и второй вырезы расположены в различных подложках. Это является преимуществом в отношении изготовления микроструйного устройства в отношении сложности. Обе подложки могут быть переработаны независимо, и препятствия между стадиями способа снижаются или даже отсутствуют. Например, когда первые вырезы должны иметь другие улавливающие зонды, чем вторые вырезы. Однако за исключением снижения стоимости это обеспечивает массовое производство с получением заменяемого микроструйного устройства.

В одном варианте по меньшей мере часть вторых вырезов заполняется дополнительным пористым материалом. Предпочтительно, дополнительное улавливающее вещество для связывания заданного вещества размещается в или на дополнительном пористом материале по меньшей мере части вторых вырезов. Дополнительный пористый материал может включать в себя такой же материал, как первый пористый материал, и/или другие пористые материалы. Конструкция устройства настоящего изобретения воспроизводит любую комбинацию возможных пористых материалов.

В одном варианте улавливающее вещество для связывания заданного вещества размещается в или на пористом материале одного или более первых вырезов, и/или дополнительное улавливающее вещество для связывания заданного вещества размещается в или на дополнительном пористом материале одного или более вторых вырезов. Каждое пятно, содержащее улавливающее вещество, предпочтительно, контактирует с поверхностью противоположной подложки. Контакт между улавливающим веществом и поверхностью подложки улучшает сопряжение и улучшает отношение сигнал/помехи, например, в случае светового выходного обнаружения. Улавливающее вещество, например, содержится в классе люминесцентных веществ, таких как, например, флуоресцентные или фосфоресцентные вещества.

Устройство объединяет две подложки, причем обе имеют чередующиеся зоны пористого материала и сплошного материала. Меандрирующий канал поочередно следует по одному из первых вырезов и продолжается в одном из вторых вырезов и т.д. Наличие чередующихся сплошных и пористых, зон имеет преимущества по сравнению с прямым каналом, который обеспечен стенками из пористых материалов. Улавливающие зонды, или пятна, могут быть отпечатаны ближе вместе, так как предотвращается смешение различных улавливающих зондов. Кроме того, поток пробной текучей среды направляется к позициям соответствующих улавливающих зондов, т.е. пятен. Это ведет к лучшему рассеиванию раствора и к увеличенной скорости связывания заданного вещества (веществ).

В другом варианте стенки предусматриваются на границе раздела первой подложки и второй подложки для направления первого сигнала измерения улавливающего вещества в первом направлении и/или для направления второго сигнала измерения другого улавливающего вещества во втором направлении. Предпочтительно, второе направление является по существу противоположным первому направлению. Противоположные направления сигналов измерения улучшают световыходное сопряжение и снижают отношение сигнал/помехи. При интегрировании пористого материала и пятен в обеих подложках плотность пятен может быть удвоена при той же самой конструкции канала потока.

В одном варианте первый пористый материал контактирует со второй поверхностью второй подложки. В другом варианте второй пористый материал контактирует с первой поверхностью первой подложки. Таким образом, пористый материал полностью заполняет высоту канала и предотвращает пропускание пробной текучей среды пористым материалом вместо прохождения через пористый материал.

Рассмотренная конструкция обеспечивает улучшение оптических характеристик устройства, т.к. пятно, содержащее флуоресцентное улавливающее вещество, может быть вполне определенным, т.е. надежным и воспроизводимым, благодаря конструкции подложки. Устройство настоящего изобретения не основано на неопределенном крае печатной текучей среды с улавливающими зондами в пористой структуре.

В другом варианте пористый материал способен набухать в контакте с пробной текучей средой. Если имеется некоторое пространство между поверхностью подложки и пятном, заделанным в пористый материал, часть пробной текучей среды будет способна проходить пятно без взаимодействия, что дает хуже воспринимаемые сигналы. Пористый материал, который способен к набуханию, закрывает такое пространство и предотвращает пробу жидкости от прохождения пятна без взаимодействия. В процессе использования проба текучей среды производит набухание пористого материала. Материал оказывает давление на пятно, которое заделывается напротив поверхности противоположной подложки, таким образом улучшая контакт поверхности противоположной подложки и соответствующего пятна.

В одном варианте в пористый материал вводят гасящие вещества. Альтернативно, дно первых вырезов и/или вторых вырезов обеспечиваются поглощающим или отражающим слоем. Гасящие вещества и поглощающий или отражающий слой снижают люминесцентные фоновые помехи, такие как помехи, возникающие, например, от фоновой флуоресценции.

В одном варианте первые вырезы и/или вторые вырезы имеют скошенные, или наклонные, стенки. Скошенные, или наклонные, стенки сводят в параллельный пучок свет, испускаемый улавливающими веществами пятен.

В одном другом варианте боковые стенки первых вырезов и/или вторых вырезов обеспечиваются отражающим слоем. Отражающие слои направляют свет, который испускается улавливающими веществами пятен, для улучшения испускания света и отношения сигнал/помехи.

В одном варианте первая подложка и/или вторая подложка является по существу прозрачной. Прозрачная первая подложка и/или вторая подложка является, предпочтительно, прозрачной для излучения, имеющего длину волны в интервале 350-1000 нм. Интервал может включать в себя длину волны видимого света. Прозрачные подложки обеспечивают обнаружение заданных веществ с использованием люминесценции, такой как, например, флуоресценция и/или фосфоресценция.

Согласно другому аспекту предусматривается сенсорное устройство, содержащее микроструйное устройство и детектор. Детектор служит для обнаружения и приема сигналов, генерируемых заданными молекулами, которые улавливаются улавливающими веществами, иммобилизованными на микроструйном устройстве. В одном варианте пористый материал может использоваться для осуществления фильтрующих функций перед обнаружением на других участках. В другом варианте улавливающие зонды могут быть предусмотрены в пористом материале каналов микроструйного устройства.

Сенсорное устройство имеет выгоду от преимуществ микроструйного устройства в отношении увеличенной скорости потока или получаемого давления в канале с преобразованием среди прочего в увеличенную скорость восприятия сигналов, чувствительность восприятия сигналов, увеличенную устойчивость и/или увеличенную надежность в процессе использования и/или изготовления. Микроструйное устройство может быть частью сенсорного устройства в постоянной конструкции, т.е. оно может образовывать интегральную часть сенсорного устройства. В данном случае сенсорное устройство также имеет выгоду от преимуществ, обеспечиваемых изготовлением микроструйного устройства. Альтернативно, микроструйное устройство может быть удаляемым из сенсорного устройства. В последнем случае пробная текучая среда может подаваться в микроструйное устройство так, что устройство осуществляет свои функции фильтрации и/или улавливания заданных веществ перед введением в сенсорное устройство для того, чтобы осуществлять анализ обработанной пробной текучей среды.

Сенсорным устройством может быть биодатчик. Устройство согласно изобретению особенно используется в биомолекулярной области технологии, так как текучие среды, анализируемые в данной области, такие как текучие среды организма или препараты таких текучих сред, будут едва доступными и обычно имеются в небольших количествах. Кроме того, применение устройств согласно настоящему изобретению в данной области технологии, включая медицинскую диагностику и анализ загрязнения окружающей среды или отравление пищи, требует, чтобы рассматриваемые заданные вещества обнаруживались как можно надежно и воспроизводимо часто при очень низких концентрациях в текучих средах. Кроме того, часто большое число различных заданных веществ или молекул должно одновременно обнаруживаться таким образом.

Чувствительность определяется эффективностью иммобилизации заданных веществ и чувствительностью принципа сенсора. Иммобилизация заданных веществ зависит от концентрации заданных веществ, их диффузии и кинетики реакции, площади поверхности улавливающих веществ и их доступности. Чувствительность принципа сенсора, главным образом, определяется фоном сигнала (включая все виды помех) и, в случае оптического обнаружения, эффективностью сбора фотонов.

Скорость связывания заданных веществ или молекул при очень низких концентрациях в пробной текучей среде ограничивается диффузией в подложку сенсора. Скорость связывания ограничивается даже больше для молекул с высокой молекулярной массой. Настоящее изобретение обеспечивает улучшенные характеристики, что дает улучшенную чувствительность и надежность.

Согласно другому аспекту настоящее изобретение предусматривает способ изготовления микроструйного устройства.

Для изготовления подложек согласно настоящему изобретению может использоваться низкозатратный способ рулонного изготовления по сравнению, например, с изготовлением CD и DVD. Таким образом, стоимость изготовления может быть низкой с обеспечением экономически жизнеспособного получения одноразовых устройств.

Микроструйное устройство согласно настоящему изобретению имеет преимущества по отношению к устройствам уровня техники, имеющим поперечные мембраны с перетоком или многочисленные параллельно расположенные проточные мембраны. Это благодаря тому, что при прокачивании пробной текучей среды через мембрану или мембраны такого устройства уровня техники все пятна, содержащие улавливающие вещества, подвергаются воздействию одновременно. Однако, поскольку каждое пятно проверяет только очень ограниченную часть объема пробной текучей среды (обычно менее 1% или даже меньше), истощение раствора ограничивает достижимую чувствительность измерения. Размещение текучей среды для проточной системы также может ограничить доступность областей зондов для оптических компонентов, которые требуются для люминесцентного обнаружения. Кроме того, неравномерности проницаемости мембраны могут привести к сильным колебаниям эффективно проверяемого объема пробной текучей среды на пятно. Хотя в таких случаях гомогенность может быть улучшена циркуляцией пробной текучей среды и/или реверсированием потока после каждого прохода мембраны, это требует рабочего времени, что является дорогостоящим. В дополнение к увеличенному объему пробной текучей среды также требуются дополнительные меры смешения для гарантированного гомогенного и эффективного смешения. Смешение в микроструйных каналах является особенно трудным, когда поток пробной текучей среды является по существу ламинарным благодаря низким числам Рейнольдса. Пробная текучая среда должна быть повторно рециркулирована для значительного улучшения рассеивания заданных веществ. Однако повторная циркуляция пробной текучей среды является слишком непрактичной для рассеивания по существу 100% всех заданных веществ. Все указанные недостатки могут быть снижены или предотвращены микроструйным устройством согласно настоящему изобретению.

Краткое описание чертежей

Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут видны из прилагаемых чертежей, на которых:

на фиг.1 представлен вид сверху микроструйного устройства согласно изобретению;

на фиг.2 представлен вид в разрезе варианта согласно фиг.1;

на фиг.3 представлен вид в разрезе другого варианта устройства согласно изобретению;

на фиг.4 представлен подробный вид в разрезе варианта выполнения устройства согласно изобретению;

на фиг.5 представлен подробный вид в разрезе варианта выполнения подложки устройства согласно изобретению, имеющей вырезы со скошенными стенками;

на фиг.6А-6D показаны типовые стадии изготовления для изготовления подложки устройства согласно изобретению;

на фиг.7 представлен вид сверху шаблона для получения первой подложки;

на фиг.8 представлен вид сверху шаблона для получения второй подложки;

на фиг.9 показана деталь шаблона согласно фиг.7;

на фиг.10 представлено сечение на виде сбоку устройства согласно настоящему изобретению;

на фиг.11 представлено сечение на виде сверху второй подложки;

на фиг.12 представлено сечение на виде сбоку устройства согласно настоящему изобретению;

на фиг.13 представлено схематическое изображение пористого материала, подходящего для устройства согласно изобретению;

на фиг.14 представлено схематическое изображение пористого материала, подходящего для устройства согласно изобретению;

на фиг.15 представлена СЭМ-микрофотография пористого материала, подходящего для устройства согласно изобретению;

на фиг.16 представлена СЭМ-микрофотография пористого материала, подходящего для устройства согласно изобретению;

на фиг.17 схематически показано сечение сенсорного устройства изобретения.

Подробное описание вариантов

На фиг.1 показано микроструйное устройство 100 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство содержит двухслойный ламинат, включающий в себя канал 104 для направления пробной текучей среды от впуска 106 до выпуска 108. Впуск 106 и выпуск 108 имеют большее поперечное сечение, чем канал, для обеспечения более легкого соединения наружных контейнеров текучей среды (не показано). Канал 104 содержит: впускную часть канала 110 и выпускную часть канала 112, участки пористого материала 114 и пустые участки 118 между участками пористого материала 114. Впускная часть канала 110 и выпускная часть канала 112, а также пустые участки 118 обеспечивают открытый проход газообразных или жидких проб через канал.

Двухслойная ламинатная структура микроструйного устройства 100 дополнительно поясняется на виде в разрезе на фиг.2, где показано, что микроструйное устройство 100 содержит первую подложку 120, имеющую по существу плоскую первую поверхность 122, первые вырезы 124, и вторую подложку 128, имеющую по существу плоскую поверхность 126 и имеющую вторые вырезы 130 в ней. Вторая поверхность 126 контактирует с первой поверхностью 122 так, что первая и вторая поверхности образуют двухслойный ламинат. В ламинате образуется граница раздела между первой и второй контактирующими поверхностями, на которых расположены первые и вторые вырезы. Таким образом, вырезы в подложках образуют канал 104, который меандрирует в плоскости поперечного сечения. Первые и вторые вырезы, предпочтительно, сформированы в виде вытянутых канавок, т.е. канавок, которые являются относительно неглубокими, узкими и длинными. Подробности и примеры вырезов описаны ниже в отношении фиг.7-9.

Канал 104 варианта, представленного на фиг.2, меандрирует через поверхность контакта двух подложек, так как первые вырезы находятся в первой подложке, а вторые вырезы - во второй подложке. В другом варианте весь канал расположен в одной из подложек. В данном другом варианте как первые вырезы, так и вторые вырезы расположены в первой подложке. Первые и вторые вырезы расположены по отношению друг к другу таким образом, что они образуют канал, который меандрирует в плоскости устройства, т.е. в направлении, перпендикулярном площади поперечного сечения. В данном варианте не требуется, чтобы вторая подложка имела образованные в ней вырезы для того, чтобы определять каналы в устройстве. Вторая подложка может иметь по существу плоскую вторую поверхность, так что она действует как крышка или колпак при контактировании с первой подложкой.

Согласно изобретению по меньшей мере часть первых вырезов 124 заполняется пористым материалом 114. Присутствие пористого материала позволяет использовать микроструйное устройство как микрофильтрующее устройство с пористым материалом в вырезе, образующем один микрофильтр. Альтернативно, пористый материал может обеспечить расширение эффективной площади поверхности, которая находится в контакте с пробой газа или жидкости, текущей через канал. Оба назначения могут также использоваться одновременно или последовательно в одном устройстве.

Возможны многочисленные вариации комбинаций пористого материала в устройстве для того, чтобы обеспечить все виды функций фильтрации или увеличить эффективную площадь поверхности. Так, в одном варианте только первые вырезы содержат пористый материал, так что непрерывный сплошной меандрирующий канал 104 содержит чередующиеся пористые и пустые части. Альтернативно, в другом варианте, показанном на фиг.3 и 4, пористый материал 114 интегрируется как в первые вырезы 124, так и во вторые вырезы 130, так что образуется меандрирующий непрерывный канал пористого материала.

В устройстве согласно настоящему изобретению, как проиллюстрировано вариантами на фиг.2, 3 и 4, первая и вторая подложки являются, например, склеенными, локально расплавленными или сжатыми вместе, так что первая подложка 120 и вторая подложка 128 непосредственно контактируют друг с другом. Пористый материал расположен так, что отсутствует мембранный слой пористого материала, расположенный между контактирующими поверхностями подложек, через который может иметь место утечка текучей среды, как в случае устройств уровня техники. Вместо этого пористые секции погружаются в подложки так, что пористые секции образуют интегральную часть структурированной подложки. Поскольку пористые структуры разделяются и замыкаются в «полость» сплошного материала, они не подвергаются значительной механической нагрузке, и поэтому они могут быть хрупкими и очень открытыми (низкая сплошная фракция). Пористый материал может быть расположен так, чтобы быть в контакте с угловой частью канала, обеспечивающей улучшенное поддерживание пористого материала стенкой канала. Микроструйное устройство, таким образом, обеспечивает улучшенное функционирование и является более устойчивым.

Согласно предпочтительному варианту пористый материал имеет открытую пористость более 25% и менее 80%, предпочтительно от 35% до 70%, наиболее предпочтительно 45-60%. Термин «открытая пористость Х%» здесь означает, что Х% объема пористого материала является пустым. Поры материала соединяются друг с другом и с наружной поверхностью материала, так что обеспечивается канал от одного выреза до следующих вырезов через пористый материал. Термин «открытая пористость» показывает фракцию общего объема пористого материала, в которой эффективно имеет место течение текучей среды.

В другом варианте средний размер пор пористого материала составляет, например, от 10 нм до 10 мкм, предпочтительно от 20 нм до 2 мкм, более предпочтительно от 25 нм до 1 мкм и наиболее предпочтительно от 50 нм до 500 нм. Распределение пор по размеру является, предпочтительно, очень малым. ПШПМ является, например, меньше фактора 2 среднего размера пор.

В одном варианте весь пористый материал в устройстве изобретения может содержать один и тот же пористый материал. Например, пористый материал может осуществлять функцию увеличения эффективной площади поверхности в контакте с пробой газа или жидкости, текущей через канал в устройстве. В альтернативном варианте различные вырезы могут иметь различные пористые материалы и/или различную пористость, так что в направлении потока канала размер пор снижается. Это представляет преимущество в том, что, когда микроструйное устройство используется в качестве микрофильтра для фильтрующихся частиц, более крупные частицы являются менее подходящими для закупоривания очень мелких фильтров (пористых материалов), имеющих очень мелкую пористость. Для того чтобы регулировать давление, необходимое для введения потока конкретной пробы через пористый материал, может регулироваться пористость. Таким образом, когда, например, средний размер пор пористого материала снижается от одного выреза к следующему, пористость может увеличиваться с компенсацией снижения скорости потока, которое вызвано снижением размера пор. Увеличение размера пор часто сопровождается снижением прочности пористого материала, т.к. меньше материала доступно на единицу объема. Отсюда для таких случаев устройство настоящего изобретения обеспечивает преимущество увеличения прочности.

В варианте, показанном на фиг.1, пористый материал 114 по меньшей мере в части первых вырезов 124 обеспечен пятнами 116, содержащими одно или более улавливающих веществ. Это позволяет отфильтровывать заданные вещества из газообразной или жидкой пробы, текущей через каналы, если они могут улавливаться улавливающими веществами. В альтернативном варианте, показанном на фиг.3 и 4, вторые вырезы также обеспечены пористым материалом, несущим пятна улавливающих веществ. Вследствие этого плотность пятен удваивается по отношению к устройству, показанному на фиг.1, которое имеет такую же конструкцию проточного канала.

Улавливающие вещества могут либо присутствовать только в части выреза, либо улавливающие вещества могут быть распределены по всему объему выреза. Также улавливающие вещества могут быть размещены на дне соответствующего выреза, как показано, например, на фиг.5.

Согласно вышеуказанным характеристикам микроструйное устройство согласно настоящему изобретению может быть использовано в сенсорном устройстве, обеспечивая сенсор с фильтрующей функцией. Однако, дополнительно или альтернативно, сенсорное устройство может дать характеристику обнаружения с использованием изобретения. С этой целью пятна независимо от того, где они расположены в вырезах с пористым материалом, должны быть способными обеспечивать сигнал измерения, когда заданные молекулы улавливаются улавливающими веществами в пятнах. Сигнал измерения означает любое различие между начальным положением перед улавливанием и конечным положением после улавливания, которое может быть обнаружено сенсорным устройством. Таким образом, начальным положением может быть положение, когда измеряется сильный сигнал, который снижается после улавливания или наоборот. Например, улавливающие вещества в пятнах 116 испускают радиочастотное излучение, такое как оптическое излучение, если контактируют с одним или более заданных веществ. Излучение может происходить от химической реакции в пятне, т.е. хемолюминесценция. Альтернативно, излучением может быть люминесценция, такая как флуоресценция или фосфоресценция, которая испускается при выходе люминесцентных частиц, которые испускаются в процессе или после облучения пятна испускаемым излучением. Люминесценция может быть облучена химическим или физическим комплексом улавливающего и заданного вещества либо в сочетании, либо без сочетания с частицами метки, или маркера, последнее для обеспечения, например, люминесцентной характеристики. В способе может быть использован любой способ, обеспечивающий сигнал после того, как заданное вещество взаимодействует с улавливающим веществом, либо с внешним влиянием, либо без него. Сигнал также может включать изменение поглощения или излучения, т.е. после улавливания поглощение специального излучения снижается или увеличивается. Такие преобразования хорошо известны в технике. Взаимодействие может включать в себя физическое и/или химическое связывание.

В одном варианте участки пористого материала содержат оптические вещества-гасители, например, в форме частиц, которые закрепляются на пористом материале 114. В процессе возможного действия обнаружения вещества-гасители снижают оптические фоновые сигналы, не перегораживаясь от меток, которые используются для определения, имеет ли место улавливание заданного вещества улавливающим веществом в пятне.

В варианте, показанном на фиг.4, устройство 300 включает в себя первую подложку 120 и вторую подложку 128. Подложки содержат первые вырезы 124 и вторые вырезы 130, соответственно, которые вместе образуют меандрирующий канал 104. Те и другие вырезы заполнены пористым материалом 114. В середине зоны пористого материала 114 в вырезах 124 первой подложки 124 устройство содержит пятна 1-16, в которых иммобилизованы улавливающие молекулы. Две подложки 120, 128 свариваются вместе, так что пробная текучая среда прогоняется, следуя по пути 132, в котором чередуются первые вырезы 124 и вторые вырезы 130. Последовательные вырезы разделяются стенками, или штампами, 134, 135, которые представляют собой участки сплошного материала подложки. Хотя не требуется, в данном варианте стенки 134 контактируют с вырезами и/или улавливающими веществами в пятнах 116. Если оптические метки, или маркеры, которые включены в пятна 116, испускаются, сигнал 140 будет отсоединяться через штампы 134 прозрачной второй подложки 128. Таким образом, стенки 134 служат для собирания и направления сигналов 140, которые происходят от пятен, когда улавливающие вещества улавливают заданные вещества. Это улучшает чувствительность и специфичность в процессе обнаружения.

В одном варианте предусматривается дополнительный поглощающий или отражающий слой 136. Указанный отражающий слой может