CN106687216B - 用于便携微流泵送的真空电池系统 - Google Patents

用于便携微流泵送的真空电池系统 Download PDF

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Abstract

一种流体芯片，使用真空空隙来存储真空势，该真空势用于结合了仿生真空肺的受控微流体泵送。

Description

用于便携微流泵送的真空电池系统
对相关申请的交叉引用
本申请要求2014年9月17日递交的美国临时专利申请62/051,678的优先权和利益，该临时专利申请在此通过引用的方式整体引入。
关于联邦资助的研究人员发展的声明
不适用
计算机程序附录的参考引入
不适用
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本专利文献中的内容的一部分受美国和其他国家的版权法下的版权保护。当它呈现于美国专利商标局的可公开获得的文件或记录中时，该版权的所有者不反对任何人对专利文献或者专利披露内容的传真复制，但是除此之外该版权的所有者保留所有版权。版权所有者并不因此放弃它的任何权利以使这个专利文献保密，包括但不限于根据37C.F.R.§1.14的权利。
背景技术
1.技术领域
这个说明书一般地属于诊断感测系统，更特别地属于被动诊断感测系统。
2.背景讨论
低成本、无电源、便携和受控的微流泵送是下一代一次性现场医疗诊断芯片所需要的决定性的特征。理想地，泵送系统应该使得一次性芯片能够在基础设施(即，训练有素的技术人员、电源或设备)可能薄弱的地方执行现场检测。而且，泵送系统应该提供与通常在中央实验室中完成的常见的定量分析技术(比如酶联免疫吸附测定(ELISA)或者聚合酶链反应(PCR))兼容的平台。优选地，泵送系统也应该具有良好的光学特性，使得可以使用各种类型的光学检测。最后，它应该是简单的和足够鲁棒的，使得它可以只需最少的训练或者无需训练即可操作。
微流体泵送基本上是一种在微型流体系统中驱动流体流动的方法。取决于泵送是否使用外部动力源，微流体泵送通常可以被分成两种主要类型：主动泵送或被动泵送。主动泵送的例子包括注射泵、蠕动泵、膜片气动阀、离心泵、电介质上电润湿(EWOD)、电渗、压电泵和表面声波驱动方法。典型地，与被动系统相比，主动泵送系统具有更精确的流控制和通常更大的流量。但是，对外部动力源、外围控制系统或者机械部件的需要使得装置更庞大、更复杂或者成本更高。这些障碍使得主动泵送系统对于低成本一次性现场系统而言远远不可行。
在被动泵送中，有两种主要类型：毛细泵送或者脱气泵送。这两种类型被称为被动式是因为该系统典型地不需要动力源或者外围设备进行泵送，因此它们对于低成本现场测定而言是理想的。对于毛细系统，侧流测定(例如，怀孕试纸测试)是一种普遍的商业实例。这些测定使用纤维材料来吸入体液以进行免疫测定。但是，不透明的或者反射性的纤维可以阻碍光路，或者在荧光检测中导致更高的背景噪声。这些原因使得透射型光学检测(比如荧光、相位对比和暗场显微镜)难以在试纸形式的毛细管中进行。
也存在塑料形式的毛细泵送。葡萄糖测试条是这种类型的一种非常常见的商业实例。这些测试条将血液吸入塑料狭缝中以进行电化学检测。但是，由于毛细力取决于几何形状，因此在设计上具有内在限制。例如，通道不能太厚，并且因此具有大直径的深的(毫米尺度)光学透明井与毛细管设计不兼容。流体通道也不能太宽，因为气泡可能容易被截留。周期性结构已经被用来防止气泡被截留，但是这些结构使得流体区域不平坦并且不适于光学检测，因为它们可以导致过度散射(例如，在暗场显微镜或者全内反射显微镜中)。而且，常常需要特别的表面处理步骤以使表面亲水/疏水，并且流体速度对液体中的表面张力差高度敏感。
最后，在所有毛细管形式中，具有完全的死端加载或者用以去除气泡的后脱气处理是不可能的。死端加载在核酸扩增应用中是有用的，因为它防止了蒸发。但是，死端加载在毛细管系统中无法完成，因为总是需要一个用于空气的出气口。如果涉及升高的热过程(比如PCR中的热循环)，则死端加载和气泡去除至关重要，因为气泡可以膨胀并且导致装置中的液体的灾难性的逐出。
使用脱气泵送，流体流当气包扩散进入周围的可透气预抽真空硅树脂材料(比如聚二甲基硅氧烷(PDMS))中时被驱动。它类似于浸泡在水中的干海绵，但是不是水而是空气被扩散进抽了真空的硅树脂中并且吸引流体运动。脱气加载的主要优点是加载死端腔的能力、具有大的光学清晰度和允许在设计几何形状上更灵活，因为深的和宽的结构可以被无气泡地加载。但是，主要缺点是缺乏流控制，以及当装置从真空中取出时流率的快速指数衰减。
发明内容
本说明书包括使用便携的和低成本的泵送方案的医疗诊断测定，该泵送方案使用了真空电池系统，其在空隙真空电池腔中预先存储真空势，并且在可透气肺状结构上卸载该真空以更精确地驱动流体。
另一个方面是流体芯片，该流体芯片使用真空空隙来存储真空势，该真空势用于结合了仿生真空肺的受控流体泵送。与用于数字扩增测定的常规脱气泵送相比，该芯片在流体控制的四个关键方面展现了显著的进步，包括：更可靠和稳定的流，具有小大约8倍的在加载时间上的偏差以及对于慢得多的和稳定的在流率上的指数衰减而言高达5倍的在衰减时间常数上的增加；高达大约2小时的可靠的泵送而不需要任何外部电源或者额外的外围设备；高达大约10倍的增加了的加载速度，具有至少140μl的大加载能力；通过改变真空电池体积或者真空肺表面积而调整流和增大流动一致性。
在一个实施例中，本发明的泵送系统被配置用于一步样本制备和数字扩增，并且直接从一步中的人类全血样本(从大约10至大约105拷贝数DNA/μl)中展示了病原体DNA(耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)的定量检测。
该技术的另外的方面将被在本说明书的后续部分中展示出，其中该详细说明是为了完全披露该技术的优选实施例的目的，而不是对其做限制。
附图说明
参考下面的附图，本文中说明的技术将被更完全地理解，其中这些附图仅仅是为了说明性的目的：
图1是使用根据本说明书的真空电池泵送机构的医疗诊断感测系统的透视图。
图2A显示了根据本说明书的死端井和相应的交叉指状空气通道的特写视图。
图2B显示了表示本说明书的真空电池系统的电路原理图。
图3显示了图1的流体芯片的侧剖视图。
图4A至4C分别显示了基于真空电池的诊断感测系统在充载、储存和卸载操作阶段的简化示意图的侧视图。
图5A至5C分别显示了基于真空电池的诊断感测系统在充载、储存和卸载操作阶段的透视图。
图6A是通过改变从真空中取出装置与加载之间的时间间隔而显示本说明书的系统与常规的脱气系统之间在流动速度上的效果的曲线图。
图6B是显示从图6A中提取出的加载时间的标准偏差的比较的曲线图。
图7A是显示流量相对时间的曲线图。
图7B是显示电池体积相对于加载所需时间的曲线图。
图8A和图8B分别显示了8肺对和4肺对的特写示意图。
图9A显示了对于变化的肺对数量流量相对于时间的曲线。
图9B显示了加载时间相对于肺对数量的曲线。
图10是对于不同肺对数量和块脱气而言流率相对于加载后的经过时间的曲线图。
图11是对于不同肺对数量和块脱气而言流率的时间常数的曲线图。
图12A至图12F显示了反应的实际荧光图像(对比度已调整)和与核酸浓度的相关性。
图13是平均时间强度的曲线图，显示了阳性光斑强度在10分钟内增加到可检测水平。
图14是显示真空电池系统的检测范围的曲线图。
图15显示了根据本说明书的真空电池芯片的简化二维扩散模型。
图16显示了图15中的虚线的模拟压力分布。
图17A是显示对于不同肺结构而言随时间推移而数字化的井的数量的曲线图。
图17B是显示对于不同电池体积而言加载所有井所需要的时间的曲线图。
图18A和图18B是通过改变加载时间间隔而图示在数字化速度上的变化的曲线图。
具体实施方式
图1图示了以流体芯片12的形式的医疗诊断感测系统10，该流体芯片12使用了用于不需要任何外部外围设备的受控泵送的真空电池结构。与毛细泵送相比，芯片12提供了死端加载和在几何形状或者表面能上的更少的设计约束。死端加载可以使能多重测定(比如数字PCR)以提供对于现场诊断系统而言是理想的的简单的、便携的和低成本的技术。为了本说明书的目的，芯片12(其可以被在微流体尺度上以及超出微流体应用的尺度上实现)被以针对液体样本具体化的结构显示。但是，将被理解的是，本文中披露的系统和方法除了液体之外也可以在气态流体上实现。因此，词语“流体”或者“流体的”被宽泛地解释成意思是气体和液体。而且，词语“芯片”被宽泛地定义成意思是包括一个或者多个材料和/或部件层的装置，其在形状上可以是或者不是平面的。
芯片12中并入了真空电池系统18，该真空电池系统18包括主真空电池20和真空肺14。真空电池系统18使用空隙来预先存储真空势并且通过穿过真空肺14的肺泡状结构(空气或者真空通道24)的空气扩散来逐渐卸载真空以驱动流体流穿过流体管路16和流体通道26。真空电池20和真空肺14部件被彼此连接，但是与流体管路16或者流体通道26既没有物理连接也没有流体连通。如图1中所见的一样，芯片12包括具有上层40和下层42的双层结构。层40和42在图1中为了清楚被显示为不透明的。
在图1中所示的一个优选实施例中，两个真空电池部件被包含在芯片12上以服务于不同的目的。主真空电池20连接到真空肺14，并且通过横越真空肺14的扩散而从流体通道26中吸入空气。它将来自于入口32的主流体流从左到右泵送穿过流体管路16进入光学窗/废液池34和液体通道26中。辅助井加载真空电池30被连接到辅助真空管路或者空气通道22，该辅助真空管路或者空气通道22与死端井28相邻并且指状交叉(详情也见图2A)。如主电池系统20中的一样，辅助井加载真空电池30没有物理连接到流体通道16，而是仅仅通过横越分隔辅助通道22和井28的薄PDMS壁25的扩散吸入空气，并且协助使死端井28以更快的速度加载。也被认识到的是，辅助井加载电池30是可选的，因为常规的脱气泵送仍然可以导致井28被加载，尽管速度会慢一些。
死端加载对于PCR反应是特别有用的，因为它将蒸发问题变得最小。而且，死端井28在数字PCR应用中可以是有用的，在该应用中，一个PCR反应被分割和划分成多个更小的反应体积，并且每个腔被运行到直至数字读数饱和。另一方面，死端井28对于多重反应也是有用的，例如，多种疾病可以被在不同的井中筛查。但是，死端井对于使用毛细加载的加载将是不可能的，并且常规的脱气泵送是比较慢的。因此，真空电池系统10具有独特的优点：其展示了与常规的脱气泵送相比快大约2倍的死端加载(见图18A和图18B)。如图1中所示，芯片12设有224个死端井。但是，这只是一个为了示例性的目的的可能的结构的表示，并且应该认识到的是可以使用其他的几何结构和尺寸。
真空肺14被配置成通过允许空气扩散穿过薄可透气硅树脂(例如，PDMS或者类似材料)壁25(由交叉指状空气通道24和流体通道26限定)从流体管路16进入真空电池20中而模拟肺泡气体交换。重要的是，注意到，真空电池系统18没有被连接到流体管路16或者通道26，因为如果它被连接的话，则一旦装置被从真空环境中取出，真空就将立即失去。相反，横越可透气硅树脂材料的气体扩散被通过薄壁25的设计来控制，以调节流动性质。
与常规的块脱气泵送相比，真空电池20和真空肺14单独地、以及特别是共同地、极大提高了系统10在鲁棒性、速度和操作时间方面的泵送特性。
首先，真空电池空隙20可以提供比块PDMS更多的真空势存储，并且因此更多的空气可以被脱气，并且导致更多的液体被吸入。由于更多的真空被累积，因此更长的操作时间是可能的。这类似于并联设置电池以放电更长时间。图2B图示了通过真空获得的电池电势关于流体阻力的简单电路图。
其次，由于主真空势被存储在真空电池20、30中而不是块PDMS中，系统10更不易从芯片12的侧面失去真空功率。这有助于获得更高一致性的流体加载。
第三，空气不再必须穿过块PDMS材料扩散，而仅仅穿过薄PDMS壁25(例如，空气通道24与流体通道26之间的以及辅助空气通道22与死端井28之间的壁)。这转化成更快和更一致的流。在常规的块脱气扩散中，当空气扩散进PDMS的表面层中时，存在在流率上的特征性的初始急剧指数下降，但是其后变得慢得多，因为空气会花长的多的时间扩散进入块材料中。由于当真空电池提供大的真空能量存储容量时真空在更恒定的横越真空肺薄PDMS壁的压力降下扩散，更一致的流是可能的。
第四，流率可以通过更改真空肺14的扩散区域的表面积(见图8A和图8B)或者增大真空电池20的体积而容易地调整和增大。真空电池系统18加上块脱气泵送的组合效果也帮助增大流率。
此外，与毛细泵送相反，真空电池系统10使得在几何形状的设计上能够更灵活。在一个示例性的结构中，深的池34(例如，5毫米直径，3毫米高)用来保留超量的泵送液体。这个池34使得大加载体积的液体能够被连续地泵入。装置可以泵入至少140μl，并且通过冲成更大的废液池和真空电池，体积可以容易地进一步增大。这是可能的，因为与块脱气系统相比，真空电池20大大地增加了装置的真空容量。这个额外的容量是帮助使剩余的空气体积脱气的驱动力。池34也帮助防止液体立即流入真空肺区域14中，因此防止当液体覆盖用于气体扩散的表面区域时流率被过早地影响。
大的和深的池34的容量对于荧光或者透射型的光学检测也是有益的，因为由于光路长度更长，因此比尔郎伯定律可以被完全地利用。例如，酶联免疫吸附测定(ELISA)或者实时PCR测定是可以从系统10获益的常见的使用透射型光学检测的实例。
图3显示了图1的芯片12的侧剖视图。上PDMS层40包括入口孔32，下PDMS层42包括池34、电池腔20和用于肺14和流体管路16的通道。压敏粘合剂层44可以被铺在芯片12的底部和顶部表面上以防止过度的气体扩散。
图4A至图4C分别显示了基于真空电池的诊断感测系统10在充载、储存和卸载操作阶段的简化示意图的侧视图。图5A至图5C分别显示了基于真空电池的诊断感测系统10在充载、储存和卸载操作阶段的透视图。如图4A至图4C和图5A至图5C中所见的一样，基本上存在三个系统操作循环，其被描述为结构10a、10b和10c。可选的废液池34也显示在图4A至图4C和图5A至图5C中。虽然废液池帮助增大加载体积，但是这种池对于操作而言不是必需的。
图4A和图5A中描述的第一循环是充载阶段，在该阶段中系统10a被放入真空环境中并且空气从真空电池20中穿过通道24、横越薄膜25慢慢地扩散到流体通道26中，并且最终扩散到入口32之外。空气也从芯片12的侧面脱气到块PDMS材料之外。这个步骤一般地被称为“充载真空势”步骤。
在图4B和图5B中描述的第二循环中，芯片12被用真空密封机封装在气密密封装置或者容器中，例如铝袋50或类似的真空容器中。这个步骤主要在需要长期储存时执行。芯片12可以在这种真空袋中无限期地储存和容易地运输，其对于现场诊断装置而言是理想的。这个步骤一般地被称为“储存”步骤。在被储存在这种袋中长达一年的装置中，没有发现可观察到的加载速度差异。
在一个实施例中，芯片12被在真空中孵育一整夜，然后被用真空密封机密封在铝袋50中。塑料层可以被层压在铝封(未示出)的内侧，使得可以通过加热密封缝直至熔化而影响袋50的密封，并且密封该袋50。
在图4C和图5C中描述的第三循环中，使用者简单地打开袋50并且将液体样本52加载/涂敷在入口32处。来自于电池20和肺14的真空势将空气从流体管路26横越膜25拉入肺24和电池20中，因此推动液体样本52从入口32进入可选的池34以及进入流体通道26中。
应该注意到的是，图4A至图5C是简化了的图示说明，并且流体样本52也可以被通过来自于如图1所示的辅助池30的真空势引导穿过流体管路16和死端井28。第三步骤一般地被称为“卸载”步骤，并且被配置成是简单的和直接的，因此不需要特别的训练即可执行。
实例
本说明书的系统和方法被在与图1中所具体化的系统真空电池10类似的测试结构中实现，并且真空电池系统10在流率上的效果被与常规的脱气泵送进行比较。
被测试的流体芯片12被使用标准软光刻工艺制造。具有突出的微流体通道的主模被通过在硅晶片上光刻(例如，OAI 200系列光刻机)300μm的SU-8光致抗蚀剂(例如，Microchem)而形成。然后3毫米的聚二甲基硅氧烷(例如，PDMS、Sylgard 184、道康宁(DowCorning))被浇注和固化在硅晶片模上以复制该微流体通道。所有芯片通过围绕硅晶片模进行激光切割丙烯酸铸塑而形成为具有相同的尺寸25mm x 75mm，其是与标准显微镜载玻片相同的占位面积。废液池被通过5毫米冲头冲压形成。单独的3毫米PDMS空白件将被粘合在顶部侧上以通过氧等离子体粘合密封流体层。最后，透明的压敏粘合剂被贴在芯片的底部表面和顶部表面上以防止过量的气体扩散。
真空电池空隙20可以通过在粘合顶部和底部PDMS层之前简单地在PDMS流体层上冲压形成通孔而形成。不同直径的冲孔机将被用来制造期望的真空电池体积。用来覆盖顶部侧和底部侧的压敏粘合剂带也可以密封电池空隙而形成隔室。
为了产生真空充载，芯片在液体加载实验之前被在真空室中在-95kPa下孵育24小时。如果需要长期储存的话，芯片被真空密封机密封在铝真空袋中。
参数研究通过改变操作时间间隔、真空电池的体积和真空肺对的表面积而进行。结果显示真空电池系统提高了流的可靠性，具有更长的加载窗，具有更快的加载，并且流容易调整。
芯片脱离真空与加载液体之间的时间间隔的效果被测试以展示本说明书的真空系统10提供了足够长的操作窗使得使用者可以在打开真空密封装置之后以合理的时间加载样本。100μl体积的蓝色食品染料被在芯片12从真空中取出之后以不同的时间间隔加载进芯片12的入口32。为了本讨论的目的，“数字化”被定义为当流体管路16的所有死端井28都被填充时是完整的并且当空气隙进入(在到达池34之前，图1中从左到右)时是划分的。而且，“完全加载”被定义为液体填充到真空肺14的端部(在图1中也从左到右朝向主电池井20)的点。
本说明书的真空电池系统10与常规的脱气泵送系统之间的实际加载的经历时间的比较被进行。死端井28的前部分被划分以显示对于多重反应的适应性。芯片12被在从真空中取出之后暴露于大气10分钟之后加载。真空电池系统10在40分钟时完成加载，而常规的脱气泵送系统仍然具有显著的未加载部分。
参考图6A的时间间隔和加载图，也发现，真空电池系统10对于长达40分钟的更长加载时间间隔也是起作用的，而常规的脱气泵送在30分钟处开始加载失败。即使在从真空中取出在大气中空载40分钟之后，真空电池系统10仍然保持功能并且继续泵送了另外的107分钟，因此可以推断出真空电池系统10总共可以可靠地泵送至少2小时。
虽然常规的脱气泵送方法在液体被加载进入口之后可以继续加载更长的时间(例如，大约50至大约200分钟，图6A)，但是更重要的因素是使用者可以载入液体的初始时间间隔的长度。而且，更长的后加载泵送时间表明常规的脱气泵送是更慢的。已经发现，不管时间间隔，真空电池系统10中的加载速度快得多。例如，在释放真空之后的5分钟时，真空电池系统10在加载上快4.5倍。而且，真空电池系统10显示是鲁棒的多的，因为它很好地遵循着一个线性趋势，而常规的脱气具有更大的变化，其中r2值分别为0.97和0.83。
图6B是显示图6A中提取的加载时间的标准偏差的比较的曲线图。可以发现，真空电池系统10在可重复性方面一致的多，其中真空电池系统10的加载时间的标准偏差平均比常规脱气小大约8倍。
也进行了实验以通过改变真空电池20的体积或者真空肺对14的数量而确定流的调整的效果。图7A是显示流量相对于时间的曲线，图7B是显示电池体积相对于加载所需时间的曲线。图7A和图7B图示了通过借助于在真空电池体积上的变化而改变存储的真空势而实现的微调。取出真空的时间间隔是10分钟，其中n＝3。辅助真空电池30保持恒定为100μl，而主真空电池20的体积被承载。除了增大流可靠性和速度之外，可以发现电池越大，流率越快。但是，在电池大于150μl之后存在流率的饱和。150μl与200μl电池之间在加载时间上差别不大。模拟结果(下文中详述)被用虚线绘出，并且与以点表示的实验结果良好吻合。
总之，可以发现，加载时间与真空电池的体积成反比，并且当体积更大时达到饱和。我们能够以从大约9.0μl/min到大约16.7μl/min的更精细的增量调整流率。通过在模具已经制造之后简单地冲压不同直径尺寸的真空空隙20而容易地调整流率是可能的。
下一步，测试真空肺横截面积在流动特性上的影响。粗调可以通过改变扩散表面积(其为改变肺对14的数量的结果)实现。
参考图8A和图8B，其分别显示了8肺对14A和4肺对14b的特写图像。流体通道26a/b和真空通道24a/24b被紧密地交错排列成阵列(其中300μm的薄PDMS膜分隔它们)来模拟肺泡的气体交换。“肺对”被定义为一个流体通道26a/26b加一个真空通道24a/24b。
如图8A和图8B中所示，流体通道和真空通道之间没有物理连接，因为所有压力差被通过横越薄PDMS壁的气体扩散激励。这类似于血管不与肺泡中的大气环境连接、但是依赖于扩散进行气体交换的概念。流体通道26a/26b和真空通道24a/24b二者在宽度和高度上都为300μm，在长度上都为16.8mm。每个肺对具有10mm2的扩散横截面积。被认识到的是，其他的尺寸和几何形状也可以被考虑。
图9A显示了用于改变肺对的数量的流量相对于时间的曲线。图9B显示了加载时间相对于肺对数量的曲线。图9A和图9B显示肺对的数量(其决定了扩散横截面)与流速成正比，并且加载时间也与扩散横截面区域的表面积成反比。通过增加“肺对”的数量而在从大约1.6至大约18.2μl/min的更大的范围中调整流率是可能的。真空肺14具有更显著的增大加载速度的效果，与没有任何真空肺的芯片相比能够增大加载速度高达10倍。为了调整流率，模具必须被预先设计为具有期望数量的肺对。
参考图10和图11，也进行流量衰减测量，并且显示恒定的流率对于真空电池系统10而言具有比常规脱气泵送系统更慢的衰减。图10是对于不同的肺对数量和块脱气而言在加载之后流率相对于经过时间的曲线，并且显示当具有更多的肺对时具有真空电池系统10的情况下流率衰减的更慢。取出真空的时间间隔是15分钟。图11是对于不同的肺对数量和块脱气而言流率的时间常数的曲线，并且显示指数衰减时间常数在具有真空电池系统10的情况下比常规的脱气泵送慢5倍。对于所有实验两个真空电池都保持恒定在100μl，n＝3。
图12至图14显示了使用本发明的真空电池系统10的人血HIV RNA的定量数字检测的结果。具有重组酶聚合酶扩增(RPA)化学的等温核酸扩增被在系统10上证明。芯片12首先将血液样本划分入224个井28中，用于数字扩增。RPA试剂被在井中冻干。在划分之后，使用者将芯片置于即时加热包上并且孵育至少30分钟，然后进行终点荧光计数以确定多少井显示为阳性。图12A至图12F显示了反应的实际荧光图像(对比度已调节)和与核酸浓度的相关性。图13是平均时间强度的曲线，显示阳性斑点的强度在10分钟内增大到了可检测水平。图14是显示系统10的检测范围的曲线。对于这些测试，MRSA DNA被掺入人类全血。
参考图17A的曲线(显示了随着时间推移数字化的井的数量)和图17B的曲线(显示了对于不同电池体积而言加载所有井所需要的时间)，加载所有井所需要的时间被显示为随着电池基体的增大而减小。而且，在具有真空电池系统10的情况下所有井的加载和划分被在12分钟内完成(图17B中的实线)，而常规的脱气井的加载花费了23分钟(图17B中的虚线)。
井28的数字化的速度的特征也在于改变加载时间间隔，如图18A和图18B的曲线中图示的一样，证明了与常规的脱气泵送相比快大约2倍的死端加载。
现在参考图15，简化的二维扩散模型被使用对流扩散方程用COMSOL模拟软件构建。真空电池系统10被简化为具有四个区域的二维模型，该四个区域从左到右为其中空气被吸出的流体通道16、用以控制扩散速度的真空肺14的薄PDMS膜(在通道24和26之间)、用以存储真空势的真空电池空隙空间20和周围的块PDMS材料。在PDMS区域内，假定没有对流。空气逐步从左侧区域扩散到右侧区域。
上述的实验也证明在芯片12中涉及宽的流体通道(例如，3x15mm,300μm高)并且没有任何气泡地加载是可能的，其在先是难以在毛细或者塑料微流体系统中进行的，因为气泡的截留在更宽的几何形状中是一个常见问题。在微流体系统中最小化气泡是关键问题，因为它们可以容易地阻塞通道，或者导致当加热时由于热膨胀而产生的液体的灾难性喷射。在PCR测定中这是一个特别大的问题。
图16显示了图15中的虚线的模拟压力分布。当时间增加时，真空电池空隙空间20首先由空气填充，然后它逐渐扩散进块PDMS中。块PDMS脱气跟随在在压力上的特征性指数衰减之后。
从流体通道穿过PDMS真空肺进入真空电池空间的空气扩散可以用对流扩散方程描述：
其中ci表示空气在流体通道、PDMS或者真空电池中的浓度种类，Di是空气在每个状况下的扩散常数，是流体通道和真空电池中的对流速度矢量。在块PDMS中，没有对流，因此方程简化为菲克第二定律：
流体通道和真空电池中的压力可以通过借助于理想气体定律使气体浓度相关得到：
其中P是压力，V是体积，n是摩尔数，R是阿伏伽德罗数，T是温度。被吸入装置中的液体的体积与已经扩散进真空电池和PDMS中的空气的体积相同。这个体积可以通过将正在被脱气的空气浓度的通量随时间和表面积积分而计算出。随时间的压力变化曲线被显示在图16中。
总之，本发明的电池真空系统和方法通过扩展的(大约2小时)和可靠的流(在加载时间上的标准偏差小大约8倍)而提供了相对于常规脱气泵送的显著优点。通过改变真空肺的扩散面积或者改变真空空隙的尺寸，加载速度容易调整并且增强到高达10倍。在一个示例性的结构中，电池真空系统的泵送机构能够加载至少140μl的液体，并且将液体划分成数百个死端井用于数字扩增或者多重测定应用。
由于真空电池芯片12可以容易地集成到光学透明的微流体电路中同时保留对于不同几何形状的设计灵活性，因此在低成本无电源手持设备中使用受控泵送的情况下，它们是特别有益的应用。真空电池系统10在现场诊断中也是特别有用的，因为该系统是鲁棒的并且不需要技术技能或者额外的外围设备/电源以供操作。作为其效用的示范，真空电池系统被与等温数字核酸扩增和预备用于直接来源于人血样本的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)DNA的定量检测的样本集成。
被显示出的是本说明书的真空电池和真空肺有助于更一致的流率，因为家加载的斜率是更线性的。也被显示出的是真空肺不仅增大了加载速度，也增大了流稳定性。与常规的脱气泵送中的一样，流率伴随着随时间的特征性指数衰减，但是，当具有更多肺对时，流率衰减可以变得慢得多。用这个样机，我们能够将指数衰减时间常数增大大约5倍。我们预期通过增加额外的真空电池和用以脱气和稳定主真空电池的额外的次级脱气肺而进一步优化真空电池系统以使得衰减时间常数甚至更长也是可能的。
真空电池系统可以与数字血浆分离系统集成，该数字血浆分离系统能够通过“微崖结构”将血浆分离到数百至数千个纳升尺度的井中以执行数字扩增。不同的掺入DNA浓度被使用被称为重组酶聚合酶扩增(RPA)的等温核酸扩增技术进行测试。直接来源于掺入了的人类全血的从大约10至大约105拷贝数/μl的MRSA DNA的定量检测被实现。
真空电池系统也证明了大死端井阵列(总共224个)的加载快了高达2倍并且没有截留任何气泡。这些死端井可以被在多重测定或者数字PCR测定中实现。大光学窗和深井的更快的无气泡的加载被显示出，其在透射型光学检测中是有用的。真空电池系统不需要任何特殊的表面处理并且对于通道几何形状设计具有更大的灵活性，因为它不依赖于表面张力或者毛细作用来驱动流体。
真空电池系统的特性也可以根据下列中的一个或者多个来调整：(1)如果需要更长的操作时间或者样本体积则增大真空电池空隙；(2)如果需要更快的流动速度则增大真空肺对的数量；(3)更大的样本体积是必须的则增大废液池体积。
而且，系统的泵送部件可以被直接集成进芯片12中并且可以通过模塑而容易地制造。对于批量生产，PDMS可以被通过使用注塑相容的可透气弹性体(例如，液体硅酮、TPE等等)而替换。在一个实施例中，芯片结构仅仅使用两层，因此它可以以低成本制造。而且，流率可以被通过增加用以使主电池系统18脱气的第二级真空电池系统而进一步稳定。
总之，与常规的脱气加载相比，真空电池系统特别是提供了更可靠的流动、更长的操作时间、更快的流动和流率的容易调整性。此外，它克服了毛细管加载的多种限制。真空电池系统能够加载死端井、没有气泡地加载深的和宽的几何形状，并且具有优异的透明光学性能。这个简单的系统容易操作、可以长时间储存、便于运输、并且可以在现场操作而无需任何外部的电源或者设备。这转化成许多应用，比如执行现场ELISA、数字PCR或者多重数字核酸扩增。
由于至少这些原因，真空电池系统10提供了用于手持式现场装置的替换毛细系统或者常规脱气泵送的理想的替代平台技术。
由上述说明可以了解本发明包含多种实施方案，其中包括但不限于如下所列的实施方案：
1.一种用于便携流体泵送的系统，所述系统包括：芯片；空隙，所述空隙设置在所述芯片内；
所述空隙包括被配置成随着使所述芯片经受真空状态而存储真空的体积；真空通道，所述真空通道被连接到所述空隙并与所述空隙连通；流体通道，所述流体通道邻近所述真空通道设置使得材料的薄可透气壁被设置在所述流体通道和所述真空通道之间；所述流体通道和真空通道彼此不物理连接；以及容器，所述容器用于将所述芯片保持在所说的真空状态；其中随着所述芯片从所述容器中的真空状态的脱离，所述空隙内存储的真空被动地吸引空气穿过所述薄可透气壁进入所述空隙中以将流体样本推动进所述流体通道中。
2.如前述任一实施方案所述的系统，其中：所述真空通道包括多个真空通道，并且所述流体通道包括多个流体通道；以及所述真空通道与所述多个流体通道指状交叉以形成薄可透气壁的真空肺。
3.如前述任一实施方案所述的系统，其中，所述真空肺被配置成通过允许空气扩散穿过所述流体通道与所述真空通道和空隙之间的薄可透气壁而模拟肺泡气体交换。
4.如前述任一实施方案所述的系统，其中，所述肺被配置成控制穿过所述薄可透气壁的气体扩散，从而调节所述流体通道中的流体的流动性质。
5.如前述任一实施方案所述的系统，其中：所述流体通道还包括串联连接的多个死端井；以及所述流体样本被配置成被顺序地吸入所述多个死端井中。
6.如前述任一实施方案所述的系统，还包括：多个辅助真空通道，所述多个辅助真空通道与所述多个死端井指状交叉以在所述死端井与辅助真空通道之间形成第二组薄可透气壁；以及其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，空气被穿过所述第二组薄可透气壁吸入以推动所述流体样本进入所述多个死端井中。
7.如前述任一实施方案所述的系统，还包括：辅助空隙，所述辅助空隙连接到所述辅助真空通道；所述辅助空隙包括被配置成随着使所述芯片经受真空状态而存储真空的体积；其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，所述辅助空隙内存储的真空吸引空气穿过所述第二组薄可透气壁以推动所述流体样本进入所述多个死端井中。
8.如前述任一实施方案所述的系统，还包括：池，所述池连接到所述流体通道；其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，流体被从所述入口推动沿着所述流体通道进入所述池中。
9.如前述任一实施方案所述的系统，还包括：池，所述池连接到所述流体通道；以及入口，所述入口设置在所述芯片中；所述入口被连接到所述流体通道并与所述流体通道连通，并且被配置成接收样本流体；其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，流体被从所述入口推动并且顺序地穿过所述多个死端井、所述池和所述多个流体通道。
10.如前述任一实施方案所述的系统，其中，所述芯片包括：可透气材料的第一层；所述第一层包括所述真空通道、流体通道和空隙中的一个或者多个；以及第二层，所述第二侧覆盖于所述第一层上以封闭所述真空通道、流体通道和空隙中的一个或者多个。
11.如前述任一实施方案所述的系统，其中：所述芯片包括多个层；以及所述真空通道、流体通道和空隙中的一个或者多个被设置在分离的层上。
12.一种芯片上的便携流体泵送的方法，包括：提供芯片，所述芯片包括被设置在所述芯片内的空隙、真空通道和流体通道，所述真空通道被连接到所述空隙并与所述空隙连通，所述流体通道被邻近所述真空通道设置使得材料的薄可透气壁被设置在所述流体通道和所述真空通道之间；施加真空到所述芯片以充载所述芯片以在所述空隙内存储真空；储存所述芯片以保持所述真空；将所述芯片从所述真空中卸载；将流体样本施加在所述芯片上的位置处；以及作为所述空隙内存储的真空的结果，被动地吸引空气穿过所述薄可透气壁进入所述空隙中以推动所述流体样本进入所述流体通道中。
13.如前述任一实施方案所述的方法，其中，储存所述芯片以保持所述真空包括将所述芯片置于真空密封袋中。
14.如前述任一实施方案所述的方法，其中，卸载所述芯片包括打开所述真空密封袋以破坏所述真空。
15.如前述任一实施方案所述的方法，其中：所述真空通道包括多个真空通道，并且所述流体通道包括多个流体通道；以及所述多个真空通道与所述多个流体通道指状交叉以形成薄可透气壁的真空肺。
16.如前述任一实施方案所述的方法，还包括步骤：控制穿过所述可透气壁的气体扩散以调节所述样本液体进入所述流体通道的流的速率。
17.如前述任一实施方案所述的方法，其中：所述流体通道包括多个死端井；并且所述方法还包括顺序地将所述流体样本吸入所述多个死端井中。
18.如前述任一实施方案所述的方法，其中：所述流体通道还包括池；以及其中推动所述流体样本包括将所述流体样本从所述位置推动到所述流体通道和池中。
19.如前述任一实施方案所述的方法，其中：所述流体通道还包括池；所述位置包括到所述流体通道的入口；以及其中推动所述流体样本包括将所述流体样本从所述入口顺序地推动进入所述多个死端井、进入所述池然后进入所述多个流体通道中。
20.如前述任一实施方案所述的方法，其中储存所述芯片以保持所述真空包括在将所述芯片从所述真空状态中脱离之前储存所述芯片至少一天。
21.一种用于泵送流体样本的便携装置，包括：芯片，所述芯片包括多个真空通道和多个流体通道；真空电池空隙，所述真空电池空隙设置在所述芯片内；所述真空电池空隙包括被配置成随着使所述芯片经受真空状态而存储真空的体积；所述多个真空通道与所述多个流体通道相邻以形成被设置在所述多个真空通道和多个流体通道之间的薄可透气壁的真空肺；所述多个真空通道被连接到所述真空电池空隙并且与所述真空电池空隙连通；所述多个真空通道和多个间隔开的流体通道没有物理连接到彼此；以及其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，所述真空电池空隙内存储的真空被动地吸引空气穿过所述薄可透气壁进入所述真空电池空隙中以推动所述流体样本进入所述多个间隔开的流体通道中。
22.如前述任一实施方案所述的便携装置，其中，所述真空肺被配置成通过允许空气扩散穿过所述薄可透气壁横越所述流体通道和所述真空通道及真空电池空隙而模拟肺泡气体交换。
23.如前述任一实施方案所述的便携装置，其中，所述肺被配置成控制穿过所述可透气壁的气体扩散，从而调节所述多个流体通道中的流体的流动性质。
24.如前述任一实施方案所述的便携装置，还包括：多个死端井，所述多个死端井被连接到所述多个流体通道；所述流体样本被配置成被顺序地吸入所述多个死端井中。
25.如前述任一实施方案所述的便携装置，还包括：多个辅助真空通道，所述多个辅助真空通道与所述多个死端井指状交叉以在所述死端井和辅助真空通道之间形成第二组薄可透气壁；以及其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，空气被吸引穿过所述第二组薄可透气壁以推动所述流体样本进入所述多个死端井中。
26.如前述任一实施方案所述的便携装置，还包括：辅助真空电池空隙，所述辅助真空电池空隙被连接到所述辅助真空通道；所述辅助真空电池空隙包括被配置成随着使所述芯片经受真空状态而存储真空的体积；其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，所述辅助真空电池空隙内存储的真空吸引空气穿过所述第二组薄可透气壁以推动所述流体样本进入所述多个死端井中。
27.如前述任一实施方案所述的便携装置，还包括：池，所述池被连接到所述多个流体通道；其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，所述流体样本被从所述多个流体通道推动并且进入所述池。
28.如前述任一实施方案所述的便携装置，其中：所述芯片还包括被连接到所述多个流体通道的池和入口，所述入口被设置在所述芯片上的位置处；以及其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，所述流体样本被顺序地从所述入口推动进入所述多个死端井、进入所述池、然后进入所述多个流体通道。
29.如前述任一实施方案所述的便携装置，所述芯片包括：可透气材料的第一层；所述第一层包括所述多个真空通道、多个流体通道和电池真空空隙中的一个或者多个；以及第二层，所述第二层覆盖在所述第一层上以封闭所述多个真空通道、多个流体通道和电池真空空隙中的一个或者多个。
30.如前述任一实施方案所述的便携装置，其中：所述芯片包括多个层；以及所述真空通道、流体通道和电池真空空隙中的一个或者多个被设置在分离的层上。
31.如前述任一实施方案所述的便携装置，还包括：不可渗透层对，所述不可渗透层对被连接到所述芯片的顶部表面和底部表面上。
32.如前述任一实施方案所述的便携装置，还包括容器，所述容器用于在脱离所说的真空状态之前将所述芯片保持在所说的真空状态中。
虽然这里的说明书包含了许多细节，但是这些不应该被解释为限制本发明的范围，而是应该被解释为仅仅提供了目前的优选实施例中的一些的说明。因此，将被认识到的是，本发明的范围完全包含对本领域技术人员而言是显而易见的的其他实施例。
在权利要求中，除非明确地如此陈述，以单数形式对一个元件的引用并不意味着意思是“一个并且仅仅一个”，而是意思是“一个或者多个”。本领域普通技术人员所熟知的所披露的实施例的元件的所有结构的、化学的和功能的等同在这里通过引用的方式明确地引入并且意图被包含在呈现的权利要求中。而且，本发明中的元件、部件或者方法步骤对公众而言都并不意图是专用的，不管该元件、部件或者方法步骤是否在权利要求中明确列出。在这里，没有权利要求的元素将被解释为“装置加功能”元素，除非该元素被清楚地使用了短语“means for”来陈述。在这里，没有权利要求元素将被解释为“步骤加功能”元素，除非该元素被清楚地使用了短于“step for”来陈述。

Claims (32)

1.一种用于便携流体泵送的系统，其特征在于，所述系统包括：
芯片；
空隙，所述空隙设置在所述芯片内；
所述空隙包括被配置成随着使所述芯片经受真空状态而存储真空的体积；
真空通道，所述真空通道被连接到所述空隙并与所述空隙连通；
流体通道，所述流体通道邻近所述真空通道设置使得材料的薄可透气壁被设置在所述流体通道和所述真空通道之间；
所述流体通道和真空通道彼此不物理连接；以及
容器，所述容器用于将所述芯片保持在所说的真空状态；
其中随着所述芯片从所述容器中的真空状态的脱离，所述空隙内存储的真空被动地吸引空气穿过所述薄可透气壁进入所述空隙中以将流体样本推动进所述流体通道中。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述真空通道包括多个真空通道，并且所述流体通道包括多个流体通道；以及
所述真空通道与所述多个流体通道指状交叉以形成薄可透气壁的真空肺。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述真空肺被配置成通过允许空气扩散穿过所述流体通道与所述真空通道和空隙之间的薄可透气壁而模拟肺泡气体交换。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述肺被配置成控制穿过所述薄可透气壁的气体扩散，从而调节所述流体通道中的流体的流动性质。
5.如权利要求2所述的系统，其特征在于：
所述流体通道还包括串联连接的多个死端井；以及
所述流体样本被配置成被顺序地吸入所述多个死端井中。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：
多个辅助真空通道，所述多个辅助真空通道与所述多个死端井指状交叉以在所述死端井与辅助真空通道之间形成第二组薄可透气壁；以及
其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，空气被穿过所述第二组薄可透气壁吸入以推动所述流体样本进入所述多个死端井中。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：
辅助空隙，所述辅助空隙连接到所述辅助真空通道；
所述辅助空隙包括被配置成随着使所述芯片经受真空状态而存储真空的体积；
其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，所述辅助空隙内存储的真空吸引空气穿过所述第二组薄可透气壁以推动所述流体样本进入所述多个死端井中。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
池，所述池连接到所述流体通道；
其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，流体被推动沿着所述流体通道进入所述池中。
9.如权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：
池，所述池连接到所述流体通道；以及
入口，所述入口设置在所述芯片中；
所述入口被连接到所述流体通道并与所述流体通道连通，并且被配置成接收流体样本；
其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，流体被从所述入口推动并且顺序地穿过所述多个死端井、所述池和所述多个流体通道。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述芯片包括：
可透气材料的第一层；
所述第一层包括所述真空通道、流体通道和空隙中的一个或者多个；以及
第二层，所述第二层覆盖于所述第一层上以封闭所述真空通道、流体通道和空隙中的一个或者多个。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述芯片包括多个层；以及
所述真空通道、流体通道和空隙中的一个或者多个被设置在分离的层上。
12.一种芯片上的便携流体泵送的方法，其特征在于，包括：
提供芯片，所述芯片包括被设置在所述芯片内的空隙、真空通道和流体通道，所述真空通道被连接到所述空隙并与所述空隙连通，所述流体通道被邻近所述真空通道设置使得材料的薄可透气壁被设置在所述流体通道和所述真空通道之间；
施加真空到所述芯片以充载所述芯片以在所述空隙内存储真空；
储存所述芯片以保持所述真空；
将所述芯片从所述真空中卸载；
将流体样本施加在所述芯片上的位置处；以及
作为所述空隙内存储的真空的结果，被动地吸引空气穿过所述薄可透气壁进入所述空隙中以推动所述流体样本进入所述流体通道中。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，储存所述芯片以保持所述真空包括将所述芯片置于真空密封袋中。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，卸载所述芯片包括打开所述真空密封袋以破坏所述真空。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于：
所述真空通道包括多个真空通道，并且所述流体通道包括多个流体通道；以及
所述多个真空通道与所述多个流体通道指状交叉以形成薄可透气壁的真空肺。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括步骤：控制穿过所述可透气壁的气体扩散以调节所述流体样本进入所述流体通道的流的速率。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于：
所述流体通道包括多个死端井；并且所述方法还包括顺序地将所述流体样本吸入所述多个死端井中。
18.如权利要求12所述的方法，其特征在于：
所述流体通道还包括池；以及
其中推动所述流体样本包括将所述流体样本从所述位置推动到所述流体通道和池中。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于：
所述流体通道还包括池；
所述位置包括到所述流体通道的入口；以及
其中推动所述流体样本包括将所述流体样本从所述入口顺序地推动进入所述多个死端井、进入所述池然后进入所述多个流体通道中。
20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，其中储存所述芯片以保持所述真空包括在将所述芯片从所述真空状态中脱离之前储存所述芯片至少一天。
21.一种用于泵送流体样本的便携装置，其特征在于，包括：
芯片，所述芯片包括多个真空通道和多个流体通道；
真空电池空隙，所述真空电池空隙设置在所述芯片内；
所述真空电池空隙包括被配置成随着使所述芯片经受真空状态而存储真空的体积；
所述多个真空通道与所述多个流体通道相邻以形成被设置在所述多个真空通道和多个流体通道之间的薄可透气壁的真空肺；
所述多个真空通道被连接到所述真空电池空隙并且与所述真空电池空隙连通；
所述多个真空通道和多个间隔开的流体通道没有物理连接到彼此；以及
其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，所述真空电池空隙内存储的真空被动地吸引空气穿过所述薄可透气壁进入所述真空电池空隙中以推动所述流体样本进入所述多个间隔开的流体通道中。
22.如权利要求21所述的便携装置，其特征在于，所述真空肺被配置成通过允许空气扩散穿过所述薄可透气壁横越所述流体通道和所述真空通道及真空电池空隙而模拟肺泡气体交换。
23.如权利要求22所述的便携装置，其特征在于，所述肺被配置成控制穿过所述可透气壁的气体扩散，从而调节所述多个流体通道中的流体的流动性质。
24.如权利要求21所述的便携装置，其特征在于，还包括：
多个死端井，所述多个死端井被连接到所述多个流体通道；
所述流体样本被配置成被顺序地吸入所述多个死端井中。
25.如权利要求24所述的便携装置，其特征在于，还包括：
多个辅助真空通道，所述多个辅助真空通道与所述多个死端井指状交叉以在所述死端井和辅助真空通道之间形成第二组薄可透气壁；以及
其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，空气被吸引穿过所述第二组薄可透气壁以推动所述流体样本进入所述多个死端井中。
26.如权利要求25所述的便携装置，其特征在于，还包括：
辅助真空电池空隙，所述辅助真空电池空隙被连接到所述辅助真空通道；所述辅助真空电池空隙包括被配置成随着使所述芯片经受真空状态而存储真空的体积；
其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，所述辅助真空电池空隙内存储的真空吸引空气穿过所述第二组薄可透气壁以推动所述流体样本进入所述多个死端井中。
27.如权利要求21所述的便携装置，其特征在于，还包括：
池，所述池被连接到所述多个流体通道；
其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，所述流体样本被从所述多个流体通道推动并且进入所述池。
28.如权利要求24所述的便携装置，其特征在于：
所述芯片还包括被连接到所述多个流体通道的池和入口，所述入口被设置在所述芯片上的位置处；以及其中随着所述芯片从所述真空状态的脱离，所述流体样本被顺序地从所述入口推动进入所述多个死端井、进入所述池、然后进入所述多个流体通道。
29.如权利要求21所述的便携装置，其特征在于，所述芯片包括：
可透气材料的第一层；
所述第一层包括所述多个真空通道、多个流体通道和真空电池空隙中的一个或者多个；以及
第二层，所述第二层覆盖在所述第一层上以封闭所述多个真空通道、多个流体通道和真空电池空隙中的一个或者多个。
30.如权利要求21所述的便携装置，其特征在于：
所述芯片包括多个层；以及
所述真空通道、流体通道和真空电池空隙中的一个或者多个被设置在分离的层上。
31.如权利要求21所述的便携装置，其特征在于，还包括：
不可渗透层对，所述不可渗透层对被连接到所述芯片的顶部表面和底部表面上。
32.如权利要求21所述的便携装置，其特征在于，还包括容器，所述容器用于在脱离所说的真空状态之前将所述芯片保持在所说的真空状态中。
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