CN102159863A - 微流体设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微流体设备。该微流体设备包括第一流体隔室(10)与第二流体隔室(11)。微流体设备还包括至少一个微机械致动器元件(14)，该微机械致动器元件(14)用于在使用中迫使样品流体从第一流体隔室(10)流到第二流体隔室(11)。

Description

微流体设备
技术领域
本发明涉及微流体设备，涉及用于形成这样的微流体设备的方法，以及用于控制样品流体从这样的微流体设备的第一流体隔室到第二流体隔室内流动的方法。
背景技术
用于自动的(生物)化学分析(诸如分子诊断)的小型微流体设备正变成多种临床应用、法庭应用和食品应用中的重要工具。这样的微流体设备也可被称作生物芯片，其在一个设备中合并多种实验室步骤且可用于在中央实验室或在护理点、患者床旁边、现场测试或犯罪现场进行迅速测试。
样品流体与试剂接触的时间和/或流体以特定温度或浓度存在于反应腔室中的时间对于大多数反应过程而言是至关重要的，反应过程例如必须在生物芯片上进行的DNA扩增、杂交、免疫测定、SDA、TMA。除了在特定时间控制液体释放，针对多个隔室控制液体释放的灵活性提供了重要的选择以对结果进行复核或者取决于第一次测试结果的成果执行额外测试。
控制液体从第一隔室释放到第二隔室的常规办法是使用被动阀，即，基于表面张力的屏障，以将液体约束到第一隔室内直到施加了超过被动阀的压力屏障的过压(例如，利用外部泵)。这个办法的主要缺点在于生物芯片的设计自由度受到限制，因为(暂时地)存储液体的所有隔室将需要与泵接触，泵通常可为外部泵，该外部泵需要位于芯片与外部仪器之间的流体界面。这限制了生物芯片的灵活性和便携性。
近来，静电致动的聚合物复合结构(PolyMEMS)被提出用作流体致动器元件来操纵(例如)生物芯片通道中的生物流体。这种结构的实例在图1(a)中以截面形式示意性地示出。该结构在基板1上包括由第一绝缘膜3(例如SiO2或聚丙烯酸酯膜)和第二绝缘膜4(例如聚酰亚胺或聚丙烯酸酯膜)覆盖的下部电极2。而第二膜4又被顶部电极5覆盖。第二膜4被结构化且通过光刻和牺牲性层蚀刻而自基板1脱离。当在两个电极2与5之间施加电压差时，第二膜4可克服由内部应力造成的力并展开。当移除电压时，膜4再次卷起到其原始位置。该结构的长度可在15 μm与100μm之间，但也可实现更大的结构。图1(b)示出这样的膜4在卷起状态的显微照片。可以以0 Hz与200 Hz之间的频率致动这些结构，即使在流体存在的情况下也是如此。这样的结构可用于有效地混合流体。
静电致动的替代是磁场致动。在此情况下，待致动的结构由磁性材料制成，或者包括磁性粒子，其可被吸引到基板或者被从基板排斥，生成磁场的线圈或电流线位于基板上。磁场也可由(移动的)永久磁体引起。与静电相比较，磁性致动的优点在于(i)取决于磁场方向，力可以是排斥力或吸引力，(ii)样品液体并不包括显著的磁性材料且因此不受磁场影响，(iii)不能发生电解，以及(iv)在样品液体中无电极，因此无生物相容性问题。
又一替代是使用光，环境变化(例如，湿度变化)或热(例如，受控制的温度变化)来致动polyMEMS。
图2示出被动止回阀，其适合于保持流体约束于第二隔室8的入口7处的第一隔室6中。通常，仅使用毛细作用力使流体样品流入到第一隔室6内直到第二隔室8的入口7。当例如通过使用外部泵施加微小压差以克服阀的压力屏障时，液体从第一隔室6流入到第二隔室8。
用于形成被动阀的另一方法是通过在两个隔室6与8之间施加疏水性区域(例如，在水性液体的情况下)或者亲水性区域(例如，在类似于油的液体的情况下)。同样，如在上文所述的被动止回阀的情况下，当例如通过使用外部泵施加微小压差以克服阀的压力屏障时，液体从第一隔室6流入到第二隔室8。
但是，上述阀需要使用外部泵来将流体样品从一个隔室移到另一个隔室内。这可以增加微流体设备或生物芯片的复杂性。
发明内容
本发明的目的是提供一种微流体设备，用于形成这样的微流体设备的方法，以及用于控制样品流体从这样的微流体设备的第一流体隔室到第二流体隔室内流动的方法。
本发明的实施例提供设计微流体设备的自由，因为其中必须存储液体的反应腔室(也被称作流体隔室)的入口无需连接到外部泵和阀以选择必须被填充的反应腔室并控制样品流体从一个流体隔室到另一个流体隔室的流动。
而且，由于无需外部泵和阀，因此可改进微流体设备的灵活性、简单性和便携性。
上述目的通过根据本发明的方法和设备来实现。
本发明的特别且优选的方面在所附独立和从属权利要求中陈述。出自从属权利要求的特征可适当地与独立权利要求的特征和其它从属权利要求的特征组合，而不是只如权利要求中明确陈述的那样。
本发明提供一种微流体设备，其包括：
-第一流体隔室，
-第二流体隔室，以及
-至少一个微机械致动器元件，其在使用中用于允许或迫使样品流体从第一流体隔室流到第二流体隔室(11)。至少一个微机械致动器元件可位于第一流体隔室和/或第二流体隔室中。
微机械致动器元件的致动优选地造成：
流体弯液面的扭曲或打破，和/或
例如通过横跨屏障形成疏水性/亲水性路径来降低表面张力，和/或
通过强制流动而横跨屏障形成流体驱替（fluid displacement）。
优选地，至少一个微机械致动器元件被涂覆表面活性剂。这具有降低致动器元件表面的表面能的优点。
在一个实施例中，微流体设备包括多个微机械致动器元件，多个微机械致动器元件分组为多个微机械致动器元件的至少一个区块。区块中的这样的多个微流体元件可排列成阵列。
在另一实施例中，微流体设备还包括用于确定样品流体何时流入到第二流体隔室内的装置，例如，流体流量检测器，流体存在检测器或流体液位检测器。举例而言，用于确定样品流体何时流到第二流体隔室内的装置可包括与至少一个微机械致动器元件电连接的电极。
根据本发明的实施例，电极可位于第一流体隔室中。根据本发明的其它实施例，电极可位于第二流体隔室中。
在另外的实施例中，微流体设备还包括在第一流体隔室与第二流体隔室之间的非湿润区。
在另外的实施例中，第一流体隔室可为毛细作用流体隔室，和/或第二流体隔室可为微流体设备的反应腔室。
可选地，至少一个微机械致动器元件可为polyMEMS。
在另一方面，本发明提供用于制造微流体设备的方法，该方法包括：
-提供第一流体隔室，
-提供第二流体隔室，以及
-提供至少一个微机械致动器元件，其在使用时用于迫使样品流体从第一流体隔室流到第二流体隔室。
优选地，微机械致动器元件的致动造成：
流体弯液面的扭曲或打破，和/或
例如通过横跨屏障形成疏水性/亲水性路径来降低表面张力，和/或
通过强制流动而横跨屏障形成流体驱替。
至少一个微机械致动器元件可设于第一流体隔室和/或第二流体隔室中。
该方法还包括提供用于确定样品流体何时流入到第二流体隔室内的装置，例如，流体流量检测器，流体存在检测器或流体液位检测器。举例而言，用于确定样品流体何时流到第二流体隔室内的装置可包括与至少一个微机械致动器元件电接触的电极。
在一实施例中，所述方法可以还包括在第一流体隔室与第二流体隔室之间提供非湿润区。
在另一实施例中，该方法还可包括利用表面活性剂来涂覆至少一个微机械致动器元件。
本发明还提供用于控制样品流体从微流体设备的第一流体隔室向第二流体隔室流动的方法，该方法包括：
-将样品流体施加到第一流体隔室，以及
-致动至少一个微机械致动器元件以允许样品流体从第一流体隔室流到第二流体隔室。
优选地，微机械致动器元件的致动造成：
流体弯液面的扭曲或打破，和/或
例如通过横跨屏障形成疏水性/亲水性路径来降低表面张力，和/或
通过强制流动而横跨屏障形成流体驱替。
在某些实施例中，电气地、光学地、磁性地或通过加热来执行对至少一个微机械致动器元件的致动。
该方法还可包括使用用于确定样品流体何时流入到第二流体隔室内的装置，例如，流体流量检测器，流体存在检测器或流体液位检测器。举例而言，用于确定样品流体何时流到第二流体隔室内的装置包括与至少一个微机械致动器元件电连接的电极。
本发明还提供用于控制样品流体从微流体设备的第一流体隔室向第二流体隔室流动的控制器，该控制器包括用于控制致动装置以致动该微流体设备的至少一个微机械致动器元件的控制单元。
还提供一种计算机程序产品，其在计算装置上执行时实现本发明的方法中的任一方法。
本发明还提供一种机器可读数据存储设备，其存储根据本发明实施例的计算机程序产品。
本发明还提供根据本发明的实施例的计算机程序产品在局域或广域电信网络上的传输。
结合附图，通过下文的详细描述，本发明的上述和其它特性、特征和优点将会变得清楚明白，附图以举例说明的方式说明本发明的原理。仅出于举例说明目的给出这些描述，但不限制本发明的范围。下文所引用的附图标记参考附图。
附图说明
图1示出根据现有技术的polyMEMS结构(a)和这样的结构的SEM图像(b)。
图2示出根据现有技术的被动止回阀(a)和其运作原理(b)。
图3至图7示出根据本发明的不同实施例的微流体设备。
图8示意性地示出与根据本发明实施例的微流体设备一起使用的系统控制器。
图9是根据本发明实施例的处理系统的示意图，该处理系统可用于执行用于控制流体从微流体设备的第一流体隔室到第二流体隔室流动的方法。
在不同的附图中，相同的附图标记指代相同或类似的元件。
具体实施方式
现将关于特定实施例且参看特定的附图来描述本发明，但本发明并不限于此而是仅受权利要求的限制。所描述的附图只是示意性的而不是限制性的。在附图中，出于说明目的，某些元件的大小可能被夸大且并未按照比例绘制。尺寸和相对尺寸并不对应于实践本发明的实际缩小。
而且，在说明书和权利要求中的用语第一、第二和类似用语用于区分类似元件，且未必在时间上、空间上、等级上或者任何其它方式上来描述顺序。应了解如此使用的用语可在适当情况下互换且本文所描述的本发明的实施例能够以本文所描述和图示的顺序之外的其它顺序来操作。
应当注意的是，在权利要求中所用的用语“包括”不应被理解为限于下文所列出的装置；其并不排除其它元件或步骤。其因此应被理解为规定所提及的陈述的特征、整体、步骤或构件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤或构件或其群组的存在或添加。因此，表述“包括装置A与B的设备”的范围应不限于仅由构件A与B组成的设备。其表示关于本发明，设备仅有的相关构件是A与B。
在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合该实施例所描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在此整个说明书各个位置中的“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现不必全指相同实施例，但可以全指相同实施例。而且，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以一个本领域普通技术人员根据本公开内容而清楚的任何合适方式来进行组合。
同样，应了解在本发明的示范性实施例的描述中，本发明的各种特征有时在单个实施例、附图或其描述中组合在一起，用于使本公开内容简化并有助于理解各种创造性方面的一个或多个方面。但本公开内容的方法不应被理解为反映这样的意图，即所主张的本发明需要比每个权利要求中所明确陈述的特征多的特征。而是，如所附权利要求所反映的那样，创造性方面在于，少于单个前面公开的实施例的所有特征。因此，本文中紧跟着详细描述的权利要求书明确地合并到此详细描述中，且每个权利要求独立地代表本发明的单独实施例。
而且，虽然本文所描述的某些实施例包括一些特征而不包括包括在其它实施例中的其它特征，不同实施例的特征的组合意味处于本发明的范围内，且形成不同实施例，如本领域技术人员所理解。举例而言，在下面的权利要求书中，所主张的实施例中的任何实施例可以以任何组合方式使用。
而且，某些实施例在本文中描述为可由计算机系统的处理器或者由实现该功能的其它装置实施的方法或方法要素的组合。因此，具有用于执行这种方法或方法要素的必需指令的处理器形成用于执行方法或方法要素的装置。而且，本文描述的设备实施例的元件是用于实现由实现本发明目的的元件所执行的功能的装置的实例。
在本文所提供的描述中，陈述了多种具体细节。但是，应了解可在无这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在其它情形中，并未详细地示出熟知的方法、结构和技术，以便不混淆对本说明书的理解。
现将通过本发明的若干实施例的详细描述来描述本发明。显然，在不偏离本发明的真实精神或技术教导的情况下，本发明的其它实施例可根据本领域技术人员的知识来配置，本发明仅受到所附权利要求的限制。
本发明提供微流体设备，提供用于形成这样的微流体设备的方法，以及用于控制样品流体从这样的微流体设备的第一流体隔室到第二流体隔室内流动的方法。
本发明的实施例提出使用至少一个微机械致动器元件来克服由两个相邻流体隔室之间的流体弯液面形成的(被动)阀的存在所造成的压力屏障。克服此压力屏障必需控制流体样品从第一隔室到第二隔室内的流动。
在第一方面，本发明提供一种微流体设备或生物芯片，其包括：
第一流体隔室，
第二流体隔室，以及
至少一个微机械致动器元件，其在使用时用于迫使样品流体从第一流体隔室流到第二流体隔室。
本发明的实施例提供设计微流体设备的自由，因为其中必须存储液体的反应腔室(也被称作流体隔室)的入口无需连接到外部泵和阀以选择必须被填充的反应腔室以及控制样品流体从一个流体隔室到另一个流体隔室的流动。
而且，由于无需外部泵和阀，因此可改进微流体设备的灵活性、简单性和便携性。
为了克服由在第一流体隔室与第二流体隔室之间的流体弯液面形成的(被动)阀的存在所造成的压力屏障，至少一个微机械致动器元件靠近流体弯液面放置使得微机械致动器元件的致动造成：
(i)流体弯液面的扭曲，例如打破，和/或
(ii)例如横跨屏障形成疏水性/亲水性路径来降低表面张力，和/或
(iii)通过强制流动而横跨屏障形成流体驱替。
根据本发明的实施例，可使用电场、磁场、电磁辐射或热控制来控制至少一个微机械致动器元件。用于施加这些致动场的装置可合并在生物芯片或其中放置生物芯片的盒内以测量并读出结果。
根据本发明的实施例的微流体设备包括至少一个集成的微机械致动器元件，也被称作集成致动器元件。致动器元件可(例如)在本发明的任何实施例中为单压电晶片（unimorphs）或双压电晶片（bimorphs）或多压电晶片（multimorphs）。根据本发明，集成微机械致动器元件可优选地基于聚合物材料。合适材料可见于书本“Electroactive Polymer (EAP) Actuators as Artificial Muscles”，编辑Bar-Cohen, SPIE Press, 2004。但是，其它材料也可用于微机械致动器元件。可用于形成根据本发明的实施例的微机械致动器元件的材料应使得形成的微机械致动器元件具有以下特性：
-微机械致动器元件应为柔顺的，即非刚性的，
-微机械致动器元件应为韧性的，即非脆性的，
-机械致动器元件应通过弯曲或改变形状而对特定刺激(诸如光、电场、磁场等)做出响应，以及
-微机械致动器元件应易于借助于相对廉价的过程来处理。
取决于致动刺激的类型，用于形成微机械致动器元件的材料可能不得不被功能化。考虑上述总结的列表的第一特性、第二特性和第四特性，对于致动器的至少一部分而言，优选聚合物。根据本发明可使用大多数类型的聚合物，除了很脆的聚合物之外，诸如聚苯乙烯，其并不太适于与本发明一起使用。在某些情况下，例如，在静电或磁性致动(参看下文)的情况下，可使用金属来形成微机械致动器元件或者可为致动器元件的部分，例如在离子化（ionomeric）聚合物-金属复合物(IPMC)中。举例而言，对于磁性致动而言，可使用FeNi或另一磁性材料来形成致动器元件。但金属的缺点可为机械疲劳和处理花费。也可由复合材料，例如包含磁性粒子的聚合物基质来获得磁性材料。粒子可为顺磁性(例如，铁氧体纳米粒子)或铁磁性(例如，铁、钴或钴铁氧体)。
根据本发明的实施例，可使用所有合适材料，即，可使用(例如)通过响应于外部刺激而机械地变形从而能够改变形状的所有合适材料。示出此机械响应且可应用于形成用于根据本发明的实施例的设备和方法中的致动器元件的传统材料可为电活性（electro-active）压电陶瓷，诸如，钛酸钡、石英或锆钛酸铅(PZT)。这些材料可通过扩张而对所施加的外部刺激(诸如所施加的电场)做出响应。但是，电活性陶瓷的重要缺陷在于它们是脆性的，即，它们相当容易破裂。而且，用于电活性陶瓷的处理技术相当昂贵且不能扩展(scale up)至较大表面积。因此，电活性压电陶瓷仅可适合于有限的几种情况。
最近开发的响应材料类别是形状记忆合金(SMA)类别。其为当金属被加热高于特定温度时具有返回到所记忆形状或大小的能力的金属。因此，此处的刺激为温度变化。一般而言，那些金属可在低温变形且将在暴露于高温时由于在临界温度发生相变而返回到其原始形状。这些SMA的实例可为NiTi或者铜铝基合金(例如，CuZnAl和CuAl)。而且，SMA具有某些缺陷且因此限制这些材料可用于形成致动器元件的情况数量。合金制造和机械加工起来相对昂贵，且大表面积处理并不太容易进行。而且，大部分SMA具有较差的疲劳属性，这意味着在有限次数的负载循环后，材料可能会无效。
可使用的其它材料包括所有形式的电活性聚合物(EAP)。它们可很笼统地分为两类：离子型和电子型。电子激活的EAP包括电致伸缩(例如，电致伸缩移植弹性体)聚合物、静电(介电)聚合物、压电聚合物、磁性聚合物、电黏弹性聚合物、液晶弹性体聚合物和铁电致动聚合物中的任合种类。离子EAP包括凝胶，诸如离子聚合物凝胶、离子聚合物-金属复合物(IPMC)、导电聚合物和碳纳米管。这些材料可展示导电或光子属性，或者可被化学激活，即，不可电性地变形。
由于上述原因，根据本发明的实施例，微机械致动器元件可优选地由聚合物材料形成或者包括聚合物材料作为其构造的部分。因此，在下面的描述中，本发明将借助于聚合物致动器元件或polyMEMS来描述。但本领域技术人员应了解，本发明也可应用于使用如上文所述的聚合物之外的其它材料形成致动器元件的时候。聚合物材料通常为韧性而非脆性，相对廉价，弹性高达大的应变(高达10%)且提供可利用简单过程在大表面积上进行处理的前景。
图3示出本发明的微流体设备的部分的第一实施例。该设备包括第一流体隔室10与第二流体隔室11。在本实施例中，第一流体隔室10是毛细作用流体隔室。第二流体隔室11可为反应腔室或测量腔室。样品流体12提供在第一毛细作用隔室10中。受毛细作用力驱动，样品流体12通过第一隔室10流动以被提供到第二流体隔室11。在第一毛细作用隔室10的端部，或者换言之，在第二流体隔室11的入口处，形成流体弯液面13(参看图3(a))，其防止样品流体12流入到第二流体隔室11内。因此，需要某种力来以某种方式破坏流体弯液面13并允许样品流体12流入到第二流体隔室11内。因此，根据本发明的实施例，微流体设备包括至少一个微机械致动器元件14(参看图3(b))。根据本实施例，微机械致动器元件14可为polyMEMS致动器，其靠近弯液面13放置。在给出的实例中，微机械致动器元件14可位于第二流体隔室11中。但根据本发明的其它实施例，微机械致动器元件14也可位于第一流体隔室10中(参看下文)。
微机械致动器元件14包括基板15。在基板15上形成下电极16，在下电极16上提供第一绝缘膜17。该结构还包括第二绝缘膜18，第二绝缘膜18由上电极19覆盖。当该设备并不运作时，或者换言之，当不存在样品流体12时，微机械致动器元件14处于卷曲形状，如在图3的上图中所示。通过致动微机械致动器元件14，其伸展或展开，从而打破流体弯液面13。所形成的流体弯液面13的扭曲发起样品流体12从第一隔室10到第二隔室11内的流动。根据本发明的实施例，微机械致动器元件14的致动可以不同方式执行，诸如电气地，光学地，磁性地或者通过加热执行。
在图4中示出根据本发明的微流体设备的第二实施例。根据第二实施例，微机械致动器元件14(参看图4(b))的第二绝缘膜18被涂覆表面活性剂20以降低流体弯液面13附近的表面能。根据本实施例，微流体设备可包括多个微机械致动器元件14，它们位于流体弯液面13附近。这在图4(a)中示出，其中区块21代表微机械致动器元件14的组。在微机械致动器元件14的区块21内，致动器14可以排列成阵列(参看下文)。当该设备并不运作时，或者换言之，当不存在样品流体12时，微机械致动器元件14处于卷曲形状，如在图4(b)中所示。通过致动微机械致动器元件14使之展开而使表面活性剂20与流体弯液面13接触。根据本发明的实施例，微机械致动器元件14的致动可以不同方式执行，诸如电气地，光学地，磁性地或者通过加热来执行。取决于微流体设备所期望作用于的样品流体12，表面活性剂20可不同，例如可为极性的或非极性的。由于归因于表面活性剂20在流体弯液面13附近的存在的微机械致动器元件14的低表面能，样品流体12可开始从第一隔室10流到第二隔室11。根据第二实施例，微机械致动器元件14可如关于第一实施例所讨论的那样进行建置。
图5示出根据本发明的微流体设备的第三实施例。在此第三实施例中，多个微机械致动器元件14位于止回阀的颈部并因此在第一流体隔室10中。这在图5(a)中示出，其中区块21代表微机械致动器元件14的组。在这样的区块21内，微机械致动器元件14可排列成阵列(参看图5(b)，其示出展开的微机械致动器元件14)。根据第三实施例，微机械致动器元件14可如关于第一实施例所讨论的那样进行建置。
在第二流体隔室11的入口方向上致动微机械致动器元件14，即，打开(伸展)和关闭(卷曲)微机械致动器元件14以形成流体驱替。当通过这样生成的流体驱替所积聚的压力足够大时，将打破弯液面且允许样品流体12从第一流体隔室10流入到第二流体隔室11。根据本发明的实施例，微机械致动器元件14的致动可以不同方式执行，诸如电气地，光学地，磁性地或者通过加热地执行。
在第四实施例中，微流体设备还可包括用于确定样品流体12何时流入到第二流体隔室11内的装置。用于确定样品流体12何时流入到第二流体隔室11内的装置可包括电极22，电极22位于第二流体隔室11中，例如在第二流体隔室11的内壁23处。根据本实施例，多个微机械致动器元件14位于止回阀的颈部且因此在第一流体隔室10中。这在图6中示出，其中区块21代表微机械致动器元件14的组。如从图6可看出，电极22位于流体弯液面13(还被称作流体屏障)的不同于多个微机械致动器元件14的侧部。多个微机械致动器元件14通过连接24电耦接到电极22。类似于在前面的实施例中所述，通过致动微机械致动器元件14，即，通过在第二流体隔室11的入口方向上打开(伸展)和关闭(卷曲)微机械致动器元件14，形成流体驱替。当通过这样生成的流体驱替所积聚的压力足够大时，将打破弯液面13 且允许样品流体12从第一流体隔室10流入到第二流体隔室11。根据本发明的实施例，微机械致动器元件14的致动可以不同方式执行，诸如电气地，光学地，磁性地或者通过加热地执行。根据第四实施例，微机械致动器元件14可如上文关于第一，第二和第三实施例所述的那样进行建置。当样品流体12从第一流体隔室10到第二流体隔室11的驱替发生时，由于样品流体12中的离子，电子电路将闭合，然后可检测电流。以此方式，形成流体驱替传感器。
可替换地，作为图6中所示的在第二流体隔室11中提供电极22的替代，电极22可提供在样品流体12中且多个微机械致动器元件14可提供在第二流体隔室11(在附图中未示出)中。在此情况下，多个微机械致动器元件14位于无样品流体12的隔室11中，并且监视样品流体12中存在的电极与公共电极之间的电容允许测量致动器元件14的状态和/或确定样品流体12在致动器元件14上的存在。
根据第四实施例，微机械致动器元件14可如关于第一实施例所讨论的那样进行建置。
根据图7中所示的本发明的第一方面的第五实施例，作为在止回阀附近使用微机械致动器元件14的替代，本发明的原理也可结合非湿润区25来应用，非湿润区25充当流体停止区(fluidic stop)。在此情况下，在非湿润区25之前的流体隔室被称作第一流体隔室10且在非湿润区25之后的流体隔室被称作第二流体隔室11。可以不同方式，例如，通过印刷、自行组装或通过使用遮罩步骤来形成非湿润区25。取决于样品流体12的性质，非湿润区25可被制成疏水性或亲水性。根据此第五实施例，微机械致动器元件14存在的目的不是为了破坏流体弯液面13。而是，当展开时，致动器在第一流体隔室10与第二流体隔室11之间的非湿润区25上形成桥。因此微致动器材料应湿润，即，其表面能应类似于隔室10和11表面的表面能。根据本发明的实施例，微机械致动器元件14的致动可以不同方式执行，诸如电气地，光学地，磁性地或者通过加热地进行执行。
根据第五的实施例，微机械致动器元件14可如关于第一实施例所讨论的那样进行建置。
在第二方面本发明提供用于制造微流体设备的方法。该方法包括：
-提供第一流体隔室10，
-提供第二流体隔室11，以及
-提供至少一个微机械致动器元件14，其在使用中迫使样品流体12从第一流体隔室10流到第二流体隔室11内。
根据本发明的实施例，至少一个微机械致动器元件14可提供在第一流体隔室中。根据本发明的其它实施例，至少一个微机械致动器元件14可提供于第一流体隔室中 11。根据本发明的实施例，至少一个微机械致动器元件14可被涂覆表面活性剂以降低流体弯液面13附近的表面能。
因此，该方法还可包括提供用于检测样品流体何时从第一流体隔室10流入到第二流体隔室11内的装置。根据本发明的实施例，用于确定样品流体何时从第一流体隔室10流到第二流体隔室11内的装置可包括与至少一个微机械致动器元件14电接触的电极22。
根据本发明的实施例，该方法还可以包括在第一流体隔室10与第二流体隔室11之间提供非湿润区25 。
在另一方面，本发明提供用于控制样品流体12从微流体设备的第一流体隔室10到第二流体隔室11流动的方法。该方法包括：
-将样品流体12施加到第一流体隔室10，以及
-致动至少一个微机械致动器元件14以允许样品流体12从第一流体隔室流10流到第二流体隔室11。
根据本发明的实施例，可以电气地、光学地、磁性地或通过加热来执行对至少一个微机械致动器元件14的致动。
该方法还可包括确定样品流体12何时流入到第二流体隔室11内。这可借助于电极22来进行，根据一个实施例，电极22可位于第二流体隔室11的内壁23处。电极22与第一流体隔室10中存在的至少一个微机械致动器元件14电连接。根据其它实施例，电极22可存在于第一流体隔室10中，而至少一个微机械致动器元件14存在于第二流体隔室11中。
在另外的方面，本发明还提供一种用于微流体系统中的系统控制器30以控制样品流体12从根据本发明的实施例的微流体设备的第一流体隔室10到第二流体隔室11的流动。在图8中示意性地示出的系统控制器30可控制微流体设备的总体操作从而控制流体从微流体系统的一个隔室到另一个隔室的流动。根据本方面的系统控制器30可包括控制单元31，用于控制致动装置32来致动微流体设备的至少一个微机械致动器元件14。致动装置32可为电致动装置、光学致动装置、磁性致动装置或加热装置。对于本领域技术人员而言清楚的是，系统控制器30可包括其它控制单元用于控制微流体系统的其它部分；但是，这样的其它控制单元在图8中未示出。
系统控制器30可包括计算设备，例如，微处理器，例如，其可为微控制器。特别地，其可包括可编程的控制器，例如可编程的数字逻辑设备，诸如可编程的阵列逻辑(PAL)，可编程的逻辑阵列、可编程的门阵列，特别是现场可编程门阵列(FPGA)。FPGA的使用例如通过下载FPGA的所需设置来允许随后对微流体设备进行编程。系统控制器30可根据可设置的参数来操作。
用于控制样品流体12从根据本发明的实施例的微流体设备的第一流体隔室10到第二流体隔室11的流动的方法可实施于例如图9所示的处理系统50中。图9示出处理系统50的一种配置，其包括耦接到存储器子系统52的至少一个可编程的处理器51，存储器子系统52包括至少一种形式的存储器，例如RAM、ROM等。应当指出的是，一个或多个处理器51可为通用的，或者专用的处理器，且可包括在例如具有执行其它功能的其它构件的芯片的设备中。因此，本发明的一个或多个方面可实施于数字电子电路中，或者在计算机硬件、固件、软件或者它们的组合中。处理系统可包括存储子系统53，其具有至少一个盘驱动器和/或CD-ROM驱动器和/或DVD驱动器。在某些实施方式中，可包括显示系统、键盘和指示设备作为用户接口子系统54的部分以提供给用户用于手动输入信息。也可包括用于输入和输出数据(例如，所需或所获得的流率)的端口。可包括更多的元件，诸如网络连接器，到各个设备的接口等，但在图9中未示出。处理系统50的各个元件可以各种方式耦接，包括经由总线子系统55，为了简单起见，在图9中示出为单个总线，但本领域技术人员应了解包括至少一个总线的系统。存储器子系统52的存储器有时可保持一组指令中的部分或全部(如示为56的任一情况下)，这组指令在处理系统50上执行时实施本文所述的方法实施例的步骤。因此，虽然诸如图9所示的处理系统50是现有技术，但包括用于实施控制样品流体12从微流体设备的第一流体隔室10到第二流体隔室11的流动的方法的方面的指令的系统并非现有技术，且因此图9不应被标记为现有技术。
本发明还包括在计算设备上执行时提供根据本发明的方法中任何方法的功能的计算机程序产品。这样的计算机程序产品可有形地实施于载体介质中，载体介质携带由可编程的处理器执行的机器可读代码。因此本发明涉及携带计算机程序产品的载体介质，计算机程序产品在计算装置上执行时提供用于执行如上文所述的方法中的任何方法的指令。用语“载体介质”指代参与向处理器提供用于执行的指令的任何介质。这样的介质可呈许多形式，包括(但不限于)非挥发性媒介和传输媒介。非挥发性媒介包括(例如)光盘或磁盘，诸如为大容量存储器的部分的存储设备。计算机可读媒介的普通形式包括CD-ROM、DVD、柔性盘或软盘、磁带、存储器芯片或储存盒或者计算机可从中读取的任何其它介质。各种形式的计算机可读媒介可参与将一个或多个指令的一个或多个序列输送到处理器来执行。计算机程序产品也可经由网络(诸如LAN、WAN或因特网)中的载波传输。传输媒介可呈声波或光波的形式，诸如那些在无线电波和红外数据通信中所生成的波。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括这样的电线，该电线包括位于计算机内的总线。
应了解，尽管在本文中针对根据本发明的设备讨论了优选实施例、具体构造和配置以及材料，在不偏离本发明的范围和精神的情况下可以做出各种形式和细节的变化或修改。

Claims (15)

1. 一种微流体设备，其包括：
第一流体隔室(10)，
第二流体隔室(11)，以及
至少一个微机械致动器元件(14)，其在使用中用于允许样品流体从第一流体隔室(10)流到第二流体隔室(11)，所述微机械致动器元件的致动造成：
流体弯液面的扭曲或打破，和/或
例如通过横跨屏障形成疏水性/亲水性路径来降低表面张力，和/或
通过强制流动而横跨所述屏障形成流体驱替。
2. 根据权利要求1所述的微流体设备，其中所述至少一个微机械致动器元件(14)位于所述第一流体隔室(10)中。
3. 根据权利要求1所述的微流体设备，其中所述至少一个微机械致动器元件(14)位于所述第二流体隔室(11)中。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的微流体设备，其中所述至少一个微机械致动器元件(14)被涂覆表面活性剂。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的微流体设备，其中所述微流体设备包括多个微机械致动器元件(14)，所述多个微机械致动器元件(14)被分组为多个微机械致动器元件(14)的至少一个区块(21)。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的微流体设备，其中所述微流体设备还包括用于确定所述样品流体(12)何时流入到所述第二流体隔室(11)内的装置。
7. 根据权利要求6所述的微流体设备，其中用于确定样品流体(12)何时流到第二流体隔室(11)内的装置包括与至少一个微机械致动器元件(14)电连接的电极(22)。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的微流体设备，其中所述微流体设备还包括在第一流体隔室与第二流体隔室之间的非湿润区(21)。
9. 一种用于制造微流体设备的方法，所述方法包括：
提供第一流体隔室(10)，
提供第二流体隔室(11)，以及
提供至少一个微机械致动器元件(14)，其用于在使用中允许样品流体(12)从第一流体隔室(10)流到第二流体隔室(11)，所述微机械致动器元件的致动造成：
流体弯液面的扭曲或打破，和/或
例如通过横跨屏障形成疏水性/亲水性路径来降低表面张力，和/或
通过强制流动而横跨屏障形成流体驱替。
10. 用于控制样品流体(12)从微流体设备的第一流体隔室(10) 向第二流体隔室(11)流动的方法，所述方法包括：
将样品流体(12)施加到所述第一流体隔室(10)，以及
致动至少一个微机械致动器元件(14)以允许所述样品流体(12)从所述第一流体隔室(10)流到第二流体隔室(11)，所述微机械致动器元件的致动造成：
流体弯液面的扭曲或打破，和/或
例如通过横跨屏障形成疏水性/亲水性路径来降低表面张力，和/或
通过强制流动而横跨屏障形成流体驱替。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中电气地、光学地、磁性地或通过加热来执行对至少一个微机械致动器元件(14)的致动。
12. 根据述权利要求10或11所述的方法，其还包括用于确定所述样品流体(12)何时流入到所述第二流体隔室(11)内的装置。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中用于确定所述样品流体(12)何时流到所述第二流体隔室(11)内的装置包括与至少一个微机械致动器元件(14)电连接的电极(22)。
14. 一种用于控制样品流体(12)从微流体设备的第一流体隔室(10)向第二流体隔室(11)流动的控制器(30)，所述控制器包括控制单元(31)，用于控制致动装置(32)以致动所述微流体设备的至少一个微机械致动器元件(14)，所述微机械致动器元件的致动造成：
流体弯液面的扭曲或打破，和/或
例如通过横跨屏障形成疏水性/亲水性路径来降低表面张力，和/或
通过强制流动而横跨所述屏障形成流体驱替。
15. 一种计算机程序产品，其用于在计算装置上执行时实现权利要求10至13中任一项所述的方法。
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