CN107208015A - 微流体流量控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置，所述装置包括：位于基底上的微流体通道结构；以及位于所述微流体通道结构内的第一流体致动器和第二流体致动器。可选择地使所述流体致动器中的一个流体致动器能够用于响应于堵塞或者防止堵塞而至少部分地使所述微流体通道结构的至少一部分内的流体流反向流动。

Description

微流体流量控制
背景技术
微流体技术适用于多种学科并且涉及对少量流体的研究以及对如何在各种系统和装置(诸如微流体芯片)中操纵、控制和使用这样的少量流体的研究。例如，在一些示例中，可以将微流体芯片用作“芯片上实验室”，诸如，用于医疗和生物领域中对流体及其组分进行评估。
附图说明
图1是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置的框图。
图2A是示意性地图示了根据本公开的示例的与微流体装置相关联的流体流量传感器的框图。
图2B是示意性地图示了根据本公开的示例的流体流反馈环路的框图。
图3是示意性地图示了根据本公开的示例的容装微流体装置的匣盒的流程图。
图4A是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置的框图。
图4B是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置的属性传感器的框图。
图5是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置的输入/输出元件的框图。
图6是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置的部件的框图。
图7是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体测试系统的框图。
图8是示意性地图示了根据本公开的示例的图7的系统的主机装置的框图。
图9是示意性地图示了根据本公开的示例的图7的系统的控制接口的框图。
图10是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置的顶视平面图。
图11是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置的包括通道结构和关联部件的部分的顶视平面图。
图12A是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置的包括通道结构和关联部件的部分的顶视平面图。
图12B是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置的包括通道结构和关联部件的部分的顶视平面图。
图13A是示意性地图示了根据本公开的示例的流体流量管理器的框图。
图13B是示意性地图示了根据本公开的示例的至少包括存储器的微流体装置的框图。
图14是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置的包括通道结构和关联部件的部分的顶视平面图。
图15是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置的包括通道结构和关联部件的部分的顶视平面图。
具体实施方式
在以下的详细说明中，对附图进行参照，这些附图构成了说明书的一部分，在这些附图中，以图示的方式示出了可以实践本公开的具体示例。要理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其它示例，并且可以进行结构性的或者逻辑性的改变。因此，以下详细说明不应视为具有限制意义。
本公开的至少一些示例涉及用于处理和评估生物流体的微流体装置。在一些示例中，这种处理和评估涉及对微流体装置的流体流量控制。因此，本公开的至少一些示例涉及控制在微流体装置的(多个)通道结构内和各处的流体流。
本公开的至少一些示例通过采用除了主要用于控制在微流体装置的通道结构内和通过该通道结构的流体流的任何其它流体致动器之外的附加流体致动器来实现管理流体流量控制。因此，因为微流体装置的主要操作不依赖这种附加流体致动器，所以这些附加流体致动器有时被视为是多余的。相反，选择性地启动这种附加流体致动器以暂时修改微流体通道结构内的流体流。在一些示例中，微流体通道结构内的期望流速出现显著下降，诸如，当微流体通道结构内出现部分或者完全堵塞时。通过在出现堵塞时战略上地定位附加流体致动器并且选择性地启动附加流体致动器，使用附加流体致动器来暂时地且至少部分地逆转流体流动方向以清除堵塞。
在一些示例中，第二流体致动器保持处于被动状态，直到在第一方向上的流体流的速度出现显著下降，此时，第二流体致动器在一定时间段内产生反向的流体流并且强度适合清除堵塞。
在一些示例中，该反向的流体流限于堵塞区域，并因此出现在局部区域中，该局部区域不会在微流体通道结构内以其它方式显著影响或改变主要流向上的总流体流(general fluid flow)。然而，在其它示例中，使用附加流体致动器在微流通道结构内产生完全反向的流体流以清除堵塞。换言之，在微流体通道结构的至少一部分中，总流体流被堵塞，并且只有反向的流体流是活动的。
在一些示例中，经由微流体通道结构内的流体流速来检测流向和/或流速的变化。
在一些示例中，一旦附加流体致动器用于清除堵塞，就停用该附加流动致动器。
因此，在一些示例中，在堵塞出现时经由去除堵塞来管理流体流量控制，同时以其它方式维持通过微流体通道结构的总流体流以支持期望流体操作。
在一些示例中，按照一定的周期间隔来自动启动附加或者多余的流体致动器，以在总流体流内产生暂时的局部反向的流体流并且其与总流体流的方向相反从而帮助防止微流体通道结构内的堵塞和拥塞。在尽管存在附加流体致动器的该防止模式也出现了堵塞的情况下，可以进一步选择性地启动附加流体致动器，直到清除堵塞为止。
这些布置确保微流体装置运行稳健，同时确保结果一致，从而使即时诊断测试对于现实世界、临床设置都是实用的，而且利用较低成本的测试芯片即可完成。
至少结合图1至图17对这些示例和其它示例进行描述和图示。
图1是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置20的框图。如图1所示，微流体装置20形成在基底22上，并且包括微流体通道结构30。该微流体通道结构30包括一种布置，该布置在执行不同的功能(诸如，加热、泵送、混合和/或感测)的同时使流体在微流体通道中移动，以操纵所需的流体，从而执行对流体的测试或者评估，或者执行反应过程。
在一些示例中，通道结构30包括第一流体致动器32和第二流体致动器34。通常，第一流体致动器32定位为在第一方向上产生总流体流(37)以在通道结构30内实施操作。同时，第二流体致动器38定位为在通道结构30内选择性地并且暂时地产生反向的流体流(38)。在一些示例中反向的流体流(38)以一定的规模出现并出现在不会显著改变总流体流(37)的位置处。
在一些示例中，第二流体致动器定位在通道结构30内与第一流体致动器的位置间隔隔开足以提供局部反向的流体流(在相反的方向上)的一段距离的位置处，这独立于由第一流体致动器32产生的总流体流。
在一些示例中，以显著低于第一流体致动器32运行从而维持经过通道结构30的总流体流的强度的强度(例如，更低的功率、更长的脉冲宽度)启动第二流体致动器34。
在一些示例中，当被选择性地启动时，流体致动器32、34产生一般在0.5微微升与15微微升之间的流体替换，并且可以按照1Hz至100kHz范围内的频率启动。在一些示例中，当被选择性地启动时，流体致动器32、34产生高达100微微升的流体替换，并且可以按照1kHz至100kHz的频率启动。因此，在一些示例中，第二流体致动器34可以在单脉冲模式下运行，在该单脉冲模式下，单一的、小数量级的单成核脉冲实施为产生单个小反向的流体流脉冲以帮助清除堵塞，却不会显著改变总流体流。在一些示例中，第二流体流致动器34在多脉冲模式下允许，在该多脉冲模式下，一串间隔隔开的单一的、小数量级的单成核脉冲实施为产生一串小反向的流体流脉冲以帮助清除堵塞，却不会显著改变总流体流。
在一些实例中，微流体装置20称为微流体芯片或者生物测试芯片。
下面进一步描述关于在通道结构30的流体流量控制下的第二流体致动器34的作用和属性的细节。
如图2A所示，在一些示例中，在图1中识别到的微流体通道结构30包括用于感测流体流的速度42和/或方向44的(多个)流量感测器。使用该信息来识别流体流的非预期变化，诸如但不限于检测在微流体通道结构30内的总流体流的流速的显著变化(例如，下降)。在一些示例中，将多个流体流量传感器40彼此间隔隔开并且分布在通道结构30各处以便有助于识别堵塞出现的精确位置。
在一些示例中，第二流体致动器34包括多个第二流体致动器，并且根据相应的第二流体致动器34相对于在流量传感器40中的一个相应流量传感器的对应位置处感测到的流量的位置，来确定哪些第二流体致动器34将产生相反的或者次流体流。
图2B是结合先前至少结合图1至图2A描述的并且稍后将结合图3至图15描述的微流体装置20的操作示意性地图示了根据本公开的示例的流体流量控制反馈回路51的流程图50。如图2B中的框52所示，可以感测到微流体通道结构30内的流体流。在一些示例中，感测到的流体流是总流体流54B。在一些示例中，感测到的流体流是在微流体通道结构30的一部分内的局部流体流54A。
感测到的流体流可以识别流体流的速度53A和流向53B，不管感测到的流体流是总流体流54A还是局部流体流54B。
在感测到微流体通道结构30内的流体流之后，在图2B的框55中，确定感测到的流体流是否满足或者超过标准，诸如，最小值、最大值或者其它参数。例如，为了执行涉及微流体装置20内的生物颗粒的测试和操作，可以涉及最小流速或者可以涉及最大流速，它们中的每一种促进相应的测试或者操作。
在微流体通道结构30内可能存在多种不同的目标局部流体流的一些示例中，框55中的确定可以查询这些局部流体流中的每一种是否满足或者超过测量这些流体流的特定位置的标准。
如果在框55中针对查询的回答为“是”，则将路径56A带到框52进行进一步的流体流感测。如果在框55中针对查询的回答为“否”，则将路径56B带到框57导致间隙泵(例如，图1中的第二流体致动器34)启动以清除微流体通道结构30内的预期堵塞并且将流体流恢复到每种标准的微流体通道结构30的总操作条件。
在经由第二流体致动器34进行这种清除活动之后，环路51中的控制返回框55进行进一步的流体流感测。
通过采用反馈环路51，可以保持微流体装置的一致且稳健的操作。
在一些示例中，将关于反馈环路51的操作的信息中的至少一些从微流体装置20传送至外部部件和装置以进一步处理和控制关于微流体装置20的动作。
在至少结合图3至图9提供关于微流体装置20可以运行的装置环境的进一步的信息之后，将至少结合图10至图15提供关于微流体通道结构30和第二流体致动器34的关于流体流量控制的更多特征和属性的进一步的细节。
图3示意性地图示了根据本公开的示例的包括微流体装置20(图1至图2)的模块60的框图。在一些实例中，该模块称为匣盒或者容器。如图3所示，模块60包括至少部分地包含和/或支撑微流体装置20的壳体61。
在一些示例中，如图3所示，流体贮存器64限定在壳体61内，非常靠近微流体装置20，以实现在其间的流体连通。如图3所示，(经由进口62)沉积流体样本67以进入流体贮存器64并且在流到微流体装置20中之前与(多个)试剂66混合。在一些实例中，微流体装置20包括自己的贮存器以在流体流到微流体装置20的通道中之前首先接收来自贮存器64的流体样本(已与试剂66混合)。
如果流体样本67是血液，则在一些示例中，(多个)试剂66包括诸如乙二胺四乙酸(EDTA)等抗凝血剂和/或磷酸盐缓冲盐水(PBS)等缓冲溶液。在一些示例中，合适的血液样本的体积为约2微升，而试剂的体积为约8微升，由此产生待经由微流体装置20处理的10微升的体积。
要进一步理解，当全血是流体样本67时，在一些示例中，(多个)试剂66包括其它或者附加试剂以制备要进行感兴趣的诊断测试的血液。在一些示例中，这种(多个)试剂66帮助传感器识别流体样本中的某些颗粒以便追踪这些颗粒，对这些颗粒进行计数，移动这些颗粒等。在一些示例中，这种(多个)试剂66与流体样本67中的某些颗粒粘合以便有利于从流体排除或者过滤掉这某些颗粒，以更好地隔离或者聚集感兴趣的特定生物颗粒。在一些示例中，(多个)试剂66的操作与过滤器和/或其它分类和分离机构配合使用以从微流体装置20的感测区域排除某些生物颗粒。
在一些示例中，(多个)试剂66包括适合执行抗体-抗原结合以便进行微粒标记的材料和/或适合实施纳米粒子标记技术、磁性颗粒分类技术、和/或高密度颗粒标记技术的材料。
在一些示例中，至少一些(多个)试剂66包括裂解剂，诸如(但不限于)，当需要在实施后续的对白血球进行计数或者分析之前将红血球分离出来时。
当然，在流体样本67不是血液但却是不同的生物流体(诸如，尿、脊髓流体等)的情况下，(多个)试剂66可包括合适类型和数量的、适合处理这种流体并且能够实现期望的对这些流体的组分的分离和分类的(多个)试剂66。
在一些示例中，提供(多个)试剂66以准备发起、执行和/或终止各种反应过程，诸如但不限于，前面提到的用于执行分子诊断和相关任务的过程。
在一些示例中，合适的血液样本(即，流体样本67)的体积为约2微升，而试剂的体积为约8微升，由此产生待经由微流体装置20处理的10微升的体积。因此，在这种布置中，将约为5的稀释因子应用于全血的流体样本。在一些示例中，将大于或者小于5的稀释因子应用于全血。在一些示例中，这种低稀释因子确保了在感测体积的流体(待测)通过对目标生物颗粒进行计数的感测区域时的高信噪比。另外，稀释因子越低，待由微流体装置处理的流体的总体积越小，这又减少了特定流体样本的总测试时间。在一些示例中，采用等于或者小于10的稀释因子。
在一些示例中，无论流体样本67是血液还是另一种类型的生物流体，都可以使用大于或者小于2微升的体积。另外，在一些示例中，无论流体样本67是血液还是另一种类型的生物流体，都可以使用大于或者小于8微升的试剂体积。在一些示例中，也利用除了试剂66之外的其它或者附加流体来稀释流体样本67。
图4A是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置80的框图。在一些示例中，微流体装置80包括与图1至图3的微流体装置20大体相同的至少一些特征和属性。在一些示例中，图4A的微流体装置80的至少一些部件包含在图1至图3的微流体装置20内。
如图4A所示，微流体装置80包括(多个)致动器82和(多个)流速传感器84，致动器82用作泵85A和/或用作加热器85B。在一些示例中，致动器82包括电阻元件，诸如，热敏电阻。当在高强度和足够的脉冲宽度下被启动时，致动器82可以导致替换通道结构30内的流体的成核气泡形成，以驱动流体沿着通道结构30通过。作为副产物，可能会产生适度量的热能。在一个方面中，这种高强度启动涉及较短的脉冲宽度和更高的功率。
然而，当在显著较低的强度和不足的脉冲宽度下被启动时，致动器82不用作泵，这是因为存在不足以导致显著的流体替换的能量。相反，会产生热能，从而使致动器82用作加热器85B，而不替换流体。在一个方面中，这种低强度启动涉及较长的脉冲宽度和更低的功率。
在一个示例中，(多个)致动器82与图1中的第一流体致动器32和第二流体致动器34对应。
在一些示例中，微流体装置80包括用于感测微流体通道结构30内的流速和流向的(多个)流体流量传感器40(图2A)。在一些示例中，(多个)流体流量传感器40是专门用于感测流速和流向的传感器。在该感测中，(多个)流体流量传感器40与诸如属性传感器(参见图4B中的83)等其它传感器分开并且独立于该其它传感器。然而，在一些示例中，经由属性传感器(图4B中的83)的功能来至少部分地实施(多个)流体流量传感器40。在一些示例中，经由来自阻抗传感器的指示缺乏在传感器附近或者上方流动的细胞的信号的值(或者值的变化)来至少部分地识别堵塞或者减弱的流体流。在一些实施例中，经由检测硅基底的高于阈值温度的温度来至少部分地识别堵塞或者减弱的流体流。在进行这种识别时，启动第二流体致动器34作为多余的泵以在相反的方向上产生流体流。
在一些示例中，流体流量传感器40(是否专用或者作为属性传感器的部分)包括不对称设置的电极，这种不对称能够经由信号分析推断出流向并且/或者分析在特定时间内独立细胞在感测区中的停留时间以确定流速。
稍后描述的控制接口106可联接至微流体装置20、89的用于对(多个)致动器82和(多个)流体流量传感器84上电并且控制其操作的电气接口。
在一些示例中，通过使用集成电路微制造技术，诸如，电成型、激光烧蚀、各向异性蚀刻、溅射、干法蚀刻和湿法蚀刻、光刻、铸造、模塑、冲压、加工、旋涂、层压等，来制造基于芯片的微流体装置20、80的结构和部件。
图4B是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置的(多个)属性传感器83的框图。在一些示例中，微流体装置，诸如装置20、80(图1至图4)，进一步包括用于检测pH、特定生物颗粒的识别、温度、细胞计数等的(多个)属性传感器83。在一些示例中，属性传感器83包括阻抗传感器。在一些示例中，属性传感器83可以用作流量传感器40。在一些示例中，属性传感器83与专用流量传感器40分开并且独立于专用流量传感器40。
图5是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置(诸如，图1至图4A中的微流体装置20、80)的输入/输出元件89的框图。输入/输出元件89能够将数据、功率、控制信号等传送至外部装置/从外部装置传送数据、功率、控制信号等，该外部装置有利于微流体装置20、80的运行，并且稍后将至少结合图7至图10进一步描述该外部装置。
图6是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置的部件86、87的框图。在一些示例中，微流体装置，诸如装置20、80(图1至图4C)，进一步包括进口/出口腔室86和/或过滤器87。进口/出口腔室使流体能够进入和离开通道结构30的各个部分，而过滤器87使流体的不同组分彼此隔离，诸如，使更大的颗粒不能进一步通过通道结构30，如稍后进一步提到的。
图7是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体测试系统100的框图。如图7所示，系统100包括匣盒60、控制接口106(具有壳体107)、和主机装置108。在一些示例中，匣盒60包括与如前面至少结合图3所描述的匣盒60大体相同的至少一些特征和属性，并且，微流体装置20包括与如前面至少结合图1至图6所描述的微流体装置20、80大体相同的至少一些特征和属性。
如图7所示，除了至少微流体装置20之外，匣盒60包括用于在微流体装置20(在匣盒60内)与控制接口106之间传送电力、数据和/或控制信号等的输入/输出(I/O)模块102，该输入/输出(I/O)模块102又与主机装置108通信。在一些示例中，匣盒60的I/O模块102与微流体装置80(图4A)的I/O元件89接口。
在一些示例中，如图7所示，匣盒60可移除地联接至控制接口106，从而，若需要，可以将其联接和解除联接。控制接口106可移除地联接至主机装置108，如下文进一步描述的。在一些实例中，控制接口106称为或者体现为电子狗或者连接器。
通常，通过微流体学来处理流体样本67(图3)，并且在控制接口106的控制下，在将流体样本67暴露于微流体装置20中的感测区域中之前，使流体样本67遭受各种功能或者反应过程。微流体装置20将表示传感器数据的电输出信号提供至控制接口20。利用在主机装置108控制下的控制接口20，主机装置108可以向控制接口106发送数据和接收来自控制接口106的数据，包括：用于控制微流体装置20、执行基底22的热管理、和/或获得从微流体装置20获得的传感器数据的命令信息。
图8是示意性地图示了根据本公开的示例的主机装置108(图7)的框图。如图8所示，在一些示例中，主机装置108通常包括中央处理单元(CPU)110、各种支持电路112、存储器114、各种输入/输出(IO)电路116、和外部接口118。CPU 110包括微处理器。在一些示例中，支持电路112包括缓存、电源、时钟电路、数据寄存器等。在一些示例中，存储器114包括随机存取存储器、只读存储器、高速缓冲存储器、磁性读/写存储器等、或者这种存储器装置的任何组合。在一些示例中，IO电路116与外部接口118协作以促进通过通信介质(如图7所示)与控制接口106的通信。通信介质19可以涉及任何类型的有线和/或无线通信协议，并且可以包括电气的、光学的、射频等的传送路径。
在一些示例中，外部接口118包括能够向控制接口106发送数据和从控制接口106接收数据、以及通过USB电缆向控制接口106供电的通用串行总线(USB)控制器。要理解，在一些示例中，使用其它类型的通往控制接口106的电气的、光学的或者射频接口来发送和接收数据和/或供电。
在一些示例中，如图8所示，主机装置108的存储器114存储操作系统(OS)109和驱动器111。OS 109和驱动器111包括可由CPU 110执行以便控制主机装置108并且通过外部接口118控制控制接口106的指令。驱动器111在OS 109与控制接口106之间提供接口。在一些示例中，主机装置108包括可编程装置，该可编程装置包括存储在非暂时性处理器/计算机可读介质(例如，存储器114)上的机器可读指令。
在一些示例中，如图8所示，主机装置108包括显示器120，通过该显示器120，OS109可以提供图形用户界面(GUI)122。用户可以使用用户界面122来与OS 109和驱动器111交互以控制控制接口106，，并且显示从控制接口106接收到的相似数据。要理解，主机装置108可以是任何类型的通用或者专用计算装置。在示例中，主机装置108是移动计算装置，诸如，“智能电话”、“平板”等。
图9是示意性地图示了根据本公开的示例的控制接口106的框图。在一个示例中，控制接口106包括控制器134、IO电路136、和存储器138。控制器134包括微控制器或者微处理器。在一些示例中，控制接口106从主机装置108接收功率，而在一些示例中，控制接口106包括电源142。
在一些示例中，存储器138存储可由控制器134执行以便至少部分地控制微流体装置20和/或与主机装置108通信的指令140。同样，控制接口106包括可编程装置，该可编程装置包括存储在非暂时性处理器/计算机可读介质(例如，存储器138)上的机器可读指令。在其它示例中，可以通过使用硬件或者硬件和存储在存储器138中的指令140的组合来实施控制接口106。例如，在一些示例中，通过使用可编程逻辑器件(PLD)、专用集成电路(ASIC)等来实施控制接口16的所有或者一部分。
在一些示例中，主机装置108的存储器114和/或控制接口106的存储器138中的驱动器111存储用于实施和/或操作微流体通道结构30的流体流量控制管理的机器可读指令。在一些示例中，经由流体流量控制管理器350来至少部分地实施这种流体流量管理，如稍后至少结合图13A进一步描述的。
图10是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置160的顶视平面图。在一些示例中，微流体结构160包括与之前至少结合图1至图9描述的微流体装置(例如，20、80)大体相同的至少一些特征和属性，因此，适合实施贯穿本公开描述的流体流量控制。
如图10所示，微流体装置160包括：基底22，在该基底22上形成有微流体通道结构162；以及输入/输出部180。如前所述，在一些示例中，基底由硅材料制成。
如图10所示，微流体通道结构162包括微流体通道单元166阵列，该微流体通道单元166设置在位于中心的贮存器164周围并且与贮存器164流体连通。然而，要理解，单元166不严格局限于图10所示的特定大小、形状和位置，而是可以表现出其它大小、形状和位置。
在一些示例中，微流体通道单元166通常彼此独立，并且每个相应通道单元166的流体流的流速和流向独立于其它相应通道单元166进行管理。
图11是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置20的部分的微流体结构200的顶视平面图，该微流体结构200仅仅提供图10中的微流体通道单元166中的相应的一个微流体通道单元的一种示例实施方式。
如图11所示，在一些示例中，微流体结构200包括微流体通道202、第一流体致动器204、属性传感器206、喷嘴205(例如，出口)、和进口208。图10还描绘了流体贮存器214，该流体贮存器214与匣盒60(图3)的流体贮存器64连通。在一些示例中，通道202与图10中的(微流体通道单元166的)通道165中的相应的一个通道对应。
在一些示例中，如图11进一步示出的，在流体贮存器214中设置有筛网过滤器212以便过滤掉所施加的流体样本中的颗粒。虽然图10中的流体通道202的形状被示出为是“U形”的，但是这并不旨在是对通道202的形状的普遍限制。因此，通道202的形状可以包括其它形状，诸如，弯曲形状、蜿蜒形状、具有角部的形状、上述的组合等，稍后将结合图12A至图12B、图14至图15进一步描述和说明该形状中的一些。另外，通道202的不同部分的宽度可能不同。而且，并未以任何特定的比例或者比率来示出通道202。通道202在装置上的制造宽度可与本公开附图中示出的任何比例或者比率不同。通道中的箭头表示流体流经通道的示例方向。
进口208为通道202提供了接收流体的开口。过滤器210设置在进口208中并且防止流体中特定大小(取决于过滤器210的大小)的颗粒进入通道202。在一些示例中，进口208可以具有比通道202更大的宽度和体积。
在一些示例中，属性传感器206设置在通道202中，靠近进口208(例如，比泵致动器204更靠近进口208)，如图10所示。在一些示例中，属性传感器206设置在进口208中。在一些示例中，属性传感器206是阻抗传感器并且在流体中的生物颗粒通过传感器206时检测阻抗变化。
如图11进一步示出的，在一些示例中，第一流体致动器204(例如，泵)设置在通道202的闭合端附近，位于属性传感器206下游。第一流体致动器204可以是流体惯性泵致动器，可以通过使用多种结构来实施该流体惯性泵致动器。在一些示例中，第一流体致动器204是产生成核气泡以在通道202内建立流体替换的热敏电阻。替换的流体从喷嘴405排出，从而在通道202内/通过通道202实现惯性流动模式。在一些示例中，第一流体致动器204被实施为压电元件(例如，PZT)，该压电元件的电致偏转在通道202内生成流体替换。通过电力、磁力和其它力启动的其它偏转薄膜元件也可以用于实施第一流体致动器204。
通常，将流体致动器204定位为足够靠近属性传感器206以在属性传感器206附近确保高流体流速。虽然未示出，但是在一些示例中，将第一流体致动器204定位为产生推动生物颗粒通过传感器206处的区域的惯性泵送，而在一些示例中，将流体致动器204定位为产生拉动生物颗粒通过传感器206处的区域的惯性泵送，如图11所示。
与之前描述的微流体装置(图1至图2A中的20、图4A中的80)一致，当在较长的脉冲宽度和强度下运行时，第一流体致动器204也充当用于加热通道202内的流体的加热器。如前所述，在这种情况下，在脉冲模式下运行第一流体致动器204，在该脉冲模式下，启动发生在较低的强度和较长的脉冲宽度下以将加热脉冲提供至流体，而不形成成核气泡。
在一些示例中，通道202包括一个以上的第一流体致动器204，从而将一个以上的流体致动器设置在单个通道202内以控制通道结构200内的总流体流。
图12A是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置240的顶视平面图。在一些示例中，微流体结构240包括与(之前至少结合图10描述的)微流体装置160和图11中的通道结构200的一般部件大体相同的至少一些特征和属性。
如图12A所示，在一些示例中，微流体通道结构240包括第一通道242，该第一通道242包括第一分支241A和第二分支241B，该第一分支241A和该第二分支241B(经由段242E)连接至和通往端部243。第一分支241A包括进口248A和通道段(即，部分)242A、242C，而第二分支241B包括进口248B和段242B、242D。在段242D、242C和242E的交叉处形成有接合部249。
在一些示例中，第一属性传感器246A位于段242D内，而第二属性传感器246B位于段242E内。
第一致动器流体致动器244C(如图1中的第一流体致动器32)位于端部243内，其中，喷嘴245(由叠加在表示致动器244C的正方形上的圆圈表示)也位于端部243中。在运行中，启动第一流体致动器244C将流体从贮存器214拉动通过通道242的分支241A、241B，其中，在流体经由喷嘴245离开通道242之前，流体通过属性传感器246A、146B。
在一些示例中，至少一个流体流量传感器(F)250(或者252)位于通道242内。在特定示例实施方式中，在通道段242D中示出流体流量传感器(F)250，该通道段242D位于属性传感器246A下游并且与属性传感器246A相邻，但是位于接合部249上游。在一些示例中，第二流体流量传感器252(或者250)位于通道242内。在图12A所示的一种特定示例实施方式中，第二流体流量传感器252位于通道段242C内，该通道段242C位于接合部249上游。
每个分支241A、241B包括定位在相应段242A、242B的第一端附近的相应的第二流体致动器244A、244B(如第二流体致动器34)。
在运行中，主流出现在由方向箭头A表示的方向上，其中，第一流体致动器244C拉动流体通过分支241A、241B。
在一些示例中，经由用相应段242D、242C定位的流量传感器250、252中的一个或者两个来识别堵塞。虽然堵塞可以出现在沿通道242的多个位置中的任何一个位置处，但是，在一些示例中，由于通道段242C、242D形成的一对90度转弯和来自彼此相遇的这些相应段242C、242D的流体流的动量，接合部249呈现更可能出现堵塞的位置。
然而，在堵塞形成在通道242中的一些情况下，启动第二流体致动器244A、244B中的一者或两者，以在暂时的一端时间内在方向B(与方向A相反)上产生足以清除堵塞的反向的流体流。在一些示例中，在启动第二流体致动器244A和/或244B期间保持由第一流体致动器244C产生的主流。
在一种示例实施方式中，经由仅仅启动第二流体致动器244A、244B中的一个流体致动器来清除接合部249附近的堵塞，该一个流体致动器在远离接合部249的单个方向上拉动堵塞所涉及的流体和元件，而仍然经由继续启动第一流体致动器244C将沿方向A的主流中的至少一些朝端部243拉动。在清除堵塞之后，停用特定的第二流体致动器(244A、244B中的一个)。
通过在不同的分支中提供一对第二流体致动器244A、244B中的相应的一个第二流体致动器，可根据哪一个第二流体致动器可能会产生堵塞的更快的、更有效的间隙来选择这些第二流体致动器244A、244B中的一个第二流体致动器。
图12B是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置260的顶视平面图。在一些示例中，微流体结构260包括与之前至少结合图10描述的微流体装置160和图11中的通道结构200的一般部件大体相同的至少一些特征和属性。
如图12B所示，在一些示例中，微流体通道结构260包括第一通道262，该第一通道262包括主分支261A和第二分支261B，该第二分支261B延伸离开并且返回到主分支261A。主分支241A包括进口268A和通道段(即，部分)262A、262B、262C、262D、262H、262I。第二分支241B经由从主分支261A延伸的进口268从接合部275处开始，其中，在重新连接主分支261A的段262I之前，第二分支241B进一步包括段262E、262F和262G。接合部275位于段262D、262E和262H的交叉处。
在一些示例中，第一属性传感器266位于段262E内，并且过滤器270A位于进口268处，该进口268B位于第一属性传感器266下游。
在一些示例中，流体流量传感器270位于在第二分支241B的进口268B上游的主分支261内，以监控接合部275附近的流量参数。
第一致动器流体致动器264A(如图1中的第一流体致动器32)位于主分支261A的起始段262A内并且经由通过将流体流从贮存器214导入通道262中以在第一流体流向A上拉动流体而产生的通过主分支241A的流体的惯性泵送在方向A上产生流体流。将主分支241A中的流体流的部分转向到第二分支241B中。
在一些示例中，第二分支261B中的段262G中的另一第一流体致动器264B用于将流体流导入第二分支261B中。宽度更小的第二分支261B和过滤器270A允许更小的颗粒进入第二分支261B，其中，这些颗粒通过第二分支261B的段262E中的属性传感器。不具有适合进入第二分支261B的大小的任何较大的颗粒将继续留在通道段262G、262H中的主流体流中。
在一些示例中，至少一个流体流量传感器270位于通道262内。在特定示例实施方式中，在位于接合部275上游的通道段262D中示出流体流量传感器270。虽然在图12B中未示出，但是要理解，在一些示例中，可以将附加流体流量传感器定位在通道262内的各个位置处以感测总流体流和/或识别除了接合部275之外的位置处的局部堵塞。
在一些示例中，如图12B所示，将第二流体致动器264C(如第二流体致动器34)定位在接合部275和流量传感器270上游并且非常靠近它们。
在运行中，主流以上面通常描述的方式出现在由方向箭头A表示的方向上。
在一些示例中，可经由流量传感器270识别堵塞。虽然堵塞可以潜在地出现在沿通道262的多个位置中的任何一个处，但是在一些示例中，由于连接至第二分支261B的段262E的通道段262D、262H形成的一对90度转弯和/或由于过滤器270A存在于第二分支261B的进口268B中，接合部275呈现更可能出现堵塞的位置，因为第二分支261B的通道段的宽度(W2)比主分支261A的宽度(W1)窄。
在堵塞形成在接合部275附近的通道262中的该非限制示例之后，启动第二流体致动器264C(如图1中的第二流体致动器34)以在暂时的一段时间内在方向B(与方向A相反)上产生足以清除堵塞的反向的流体流。在一些示例中，在启动第二流体致动器264C期间保持由第一流体致动器264A产生的主流。在清除堵塞之后，停用第二流体促动器264C。
在一些示例中，另一第二流体致动器264D通常与第二流体致动器264C同时出现和启动。第二流体致动器264D位于接合部275和第二流体致动器264C下游，并且当启动时，第二流体致动器264D帮助在由第二流体致动器264C产生的暂时的反向流(在方向B上)期间将主流体流保持在方向A上。
图13A是示意性地图示了根据本公开的示例的流体流量管理器350的框图。在一些示例中，流体流量控制管理器350结合与之前至少结合图1至图12B描述的微流体装置相同的特征和属性中的至少一些运行。通常，在一些示例中，流体流量控制管理器350经由感测流体流速和流向并且选择性地通过第二或者多余的流体致动器将流体流逆转来至少部分地管理微流体装置通道结构内的流体流。如图14所示，流体流量控制管理器350包括流量参数模块360和流体致动模块380。
如图13A所示，流量参数模块360包括感测函数362、主函数364和间隙函数366。流量参数包括速度参数53A、方向参数53B、局部参数54A、通用参数54B和标准参数370。
经由流量传感器40，感测函数362运行以根据流速参数53A(图2B、图13A)和流向参数53B(图2B、图13)来感测微流体通道结构内的流体流。感测函数362可以局部地(图2B、图13A中的54A)和/或通常(图2B、图13A中的54B)感测流量。标准参数370实现关于所需的或者可接受的流速或者流向的设置标准，将感测到的流量信息与该设置标准进行比较，诸如，在图2B中的反馈回路51的框55中。
主函数364在经由主要流体致动器(例如，图1中的第一流体致动器32)实施的微流体通道结构30内和各处实现了主要或者主流体流模式，而间隙函数366在经由用于清除堵塞和/或防止堵塞的附加流体致动器(图1中的第二流体致动器34)实施的通道结构30的至少一部分内实现了辅助(例如，反向)流体流模式。
主函数364和间隙函数266根据之前至少结合图2B描述的速度参数53A、方向参数53B、局部参数54A和通用参数54B来运行。
如图13A进一步示出的，流体致动模块380包括主函数390和间隙函数390，其具有速度参数394、功率参数396、脉冲宽度参数398和位置参数399。主函数390实施第一流体致动器32的启动以产生主流体流操作，而间隙函数392选择性地将流体流的部分逆转。至少根据所采用的相应流体致动器的速度参数394、功率参数396、脉冲宽度参数398和位置参数399来实施相应的主函数390和间隙函数392。速度参数394控制流体致动器(图1中的32、34、图4A中的82)的范围从1Hz到100kHz的启动速度，而功率参数396控制应用于流体致动器的功率的幅值。在微流体通道结构包括一个以上的流体致动器(要么是第一流体致动器，要么是第二流体致动器34)的情况下，位置参数399能够基于每个相应流体致动器在通道结构内的位置来选择启动哪一个流体致动器。
在一些示例中，流体流量控制管理器350驻留在存储在与控制器相关联的存储器(诸如，控制接口106的存储器138和/或主机装置108的存储器114)中的机器可读指令内。经由之前至少结合图3描述的连接和通信路径，流体流量控制管理器350至少部分地控制微流体装置20、80、160的流体操作以在微流体通道结构30(图1至图2A)、162(图10)内在运行期间帮助保持一致的流体流。
在一些示例中，流体流量控制管理器350的功能的至少一些驻留在微流体装置20(图1至图12B、图14至图15)，诸如，经由将机器可读指令(用于实施这些函数)存储在微流体装置20上的存储器352中，如图13B所示，其中，存储器352具有与存储器114(图8)或者存储器138(图9)大体相同的至少一些特征和属性。在这种示例中，微流体装置20上的流体流量控制管理器350的功能会与留在控制接口106(图9)和/或主机装置(图8)上的流体流量控制管理器350的任何功能互补或者协作。在一些示例中，将流体流量控制管理器350的所有功能存储在微流体装置20的存储器352中。在一些示例中，当这种存储器352存在于微流体装置20上时，微流体装置20还包括具有一些控制功能的控制器或者电路系统，该控制器或者该电路系统具有与控制接口106(图9)的控制器134大体相同的至少一些特征和/或主机装置108(图8)的控制器功能(例如，CPU 110)。
图14是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置的通道结构400的顶视平面图。在一些示例中，包括通道结构400的微流体装置包括与(之前至少结合图10描述的)微流体装置160和图11中的通道结构200的一般部件大体相同的至少一些特征和属性。
如图14所示，在一些示例中，微流体通道结构400包括第一通道402，该第一通道402包括第一部分401A、第二部分401B和第三部分401C。第一部分401A包括进口408A、408B和通道段402A、402B。在第二部分401B的端段402E连接至第三部分401C之前，第二部分401B包括段402C和多转弯段402D，该多转弯段402D包括一串90度转弯。第三部分401C包括两个相对延伸段402M和402P，其分别包括相应的属性传感器406A、406B和相应的端段402N、402Q。每个端段402N、402Q包括相应的第一流体致动器404A、404B和相应的流体离开喷嘴405A、405B。
在运行中，启动第一流体致动器404A、404B将流体流从贮存器214导入第一部分401A的段402A、402B中，并且使流体流通过第一部分401A的段402A、402B，然后，使流体流通过第二部分401B和第三部分401C，在该第二部分401B和该第三部分401C处，在流体流离开喷嘴405A、405B之前，流体流通过相应的属性传感器406A、406B中的一个属性传感器。
在一些示例中，至少一个流体流量传感器(F)位于通道402内。在图14所示的特定示例实施方式中，在位于属性传感器406A、406B上游的第二部分401B中示出至少一个流体流量传感器(F)。而且，在一些示例中，如图14所示，将多个流量传感器(F)包括在通道402中并且沿通道402的部分401A、401B、401C中的一个部分的长度分布。在一个示例实施方式中，将至少一些流量传感器(F)定位在沿第二部分401B的通道段402D的一些90度转弯处或者附近。
在一些示例中，将第二流体致动器404D(如图1中的第二流体致动器34)定位在一对流量传感器(F)之间并且在属性传感器406A、406B上游。
在一些示例中，将另一第二流体致动器404C定位在通道段402A、402B和402C的接合部413处，该接合部413位于所有的多个流量传感器(F)上游。
在运行中，主流出现在由方向箭头A表示的方向上，其中，第一流体致动器404A、404B按照之前提到的方式拉动流体流通过通道402。
在一些示例中，可经由用第二部分401B的相应段402D定位的至少一些流量传感器(F)来识别堵塞。在一些示例中，为了上面结合图12A中的接合部249提到的大体相同的原因，可经由在接合部413附近的流量传感器(F)来识别堵塞。如前所述，可在通道402内的其它位置中识别堵塞。
在堵塞形成在通道402中的一些情况下，启动第二流体致动器404C、404D中的一个或者两个以在暂时的一端时间内在方向B(与方向A相反)上产生足以清除堵塞的反向的流体流。在一些示例中，在启动第二流体致动器404C、404D期间保持由第一流体致动器404A、404B产生的主流。要理解，在一些示例实施方式中，仅仅将第二流体致动器404C、404D中的一个包括在微流体通道结构400中。
在清除堵塞之后，然后停用特定的(多个)第二流体致动器404C和/或404D。
图15是示意性地图示了根据本公开的示例的微流体装置的通道结构500的顶视平面图。在一些示例中，包括通道结构500的微流体装置包括与(之前至少结合图10描述的)微流体装置160和图11中的通道结构200的一般部件大体相同的至少一些特征和属性。
如图15所示，在一些示例中，微流体通道结构500包括第一通道502，该第一通道502包括第一部分501A、第二部分501B和第三部分501C。第一部分501A包括进口508A、508B和通道段502A、502B，其经由共同段502C连接在一起。第二部分501B包括多转弯段502E，在连接至第三部分501C之前，该多转弯段502E包括一串90度转弯。第三部分501C包括两个相对延伸的段502K和502L，其分别包括相应的属性传感器506A、506B和在相应的传感器506A、506B下游的相应的传感器502M、502N。
在运行中，启动第一流体致动器504A、504B将流体流从贮存器214导入第一部分501A的段502A、502B中，并且使流体流通过第一部分501A的段502A、502B，然后，使流体流通过第二部分501B和第三部分501C，在该第二部分501B和该第三部分501C处，流体流通过相应的属性传感器506A、506B中的一个属性传感器。
在一些示例中，至少一个流体流量传感器(F)位于通道502内。在图15所示的特定示例实施方式中，在位于属性传感器506A下游的第三部分501C中示出流体流量传感器(F)513A。要理解，在一些示例中，可以将相似的流体流量传感器(F)定位在属性传感器506B下游。
在一些示例中，通道502可以包括附加流体流量传感器，该附加流体流量传感器定位在之前至少结合图1至图4描述的示例中的至少一些位置中。
在运行中，主流出现在由方向箭头A表示的方向上，其中，第一流体致动器504A、504B按照之前提到的方式拉动流体流通过通道502。
在一些示例中，可经由定位在通道502的第三部分501C中的相应段502L的至少一些流量传感器(F)来识别堵塞。如前所述，可经由被适当地定位的流体流量传感器(F)在通道502内的其它位置中潜在地识别其它堵塞。
在堵塞形成在通道502中(诸如，在属性传感器506A附近)的一些情况下，启动第二流体致动器404C、404D以在暂时的一端时间内在方向B(与方向A相反)上产生足以清除堵塞的反向的流体流。在一些示例中，在启动第二流体致动器504C期间保持由第一流体致动器504A产生的主流。在清除堵塞之后，停用(多个)第二流体促动器504C。
本公开的至少一些示例实现了对微流体通道结构的流体流量控制，包括用于清除堵塞和/或防止堵塞形成的附加或者多余的(多个)流体致动器。
虽然本文图示和描述了具体示例，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用多种替代和/或等效实施方式来替代所示出和描述的具体示例。本申请旨在涵盖本文讨论的具体示例的任何改变或者变型。

Claims (15)

1.一种生物测试芯片，其包括：
基底；
形成在所述基底上的微流体通道结构，所述通道结构包括贮存器和从所述贮存器延伸的第一通道；以及
位于所述第一通道内的第一和第二流体致动器，处于第一位置的所述第一流体致动器选择性地在从所述贮存器进入所述第一通道的第一方向上产生总流体流，并且在不显著改变所述第一方向上的所述总流体流的情况下，处于第二位置的所述第二流体致动器选择性地在相反的第二方向上产生反向的流体流。
2.根据权利要求1所述的芯片，其包括：
位于所述第一通道内的属性传感器，其中，所述第二位置在所述属性传感器的上游。
3.根据权利要求1所述的芯片，其包括：
位于所述第一通道内的属性传感器，其中，所述第二位置在所述属性传感器的下游。
4.根据权利要求1所述的芯片，其包括：
位于所述第一通道内的属性传感器；以及
至少一个流体流量传感器，所述至少一个流体流量传感器位于所述第一通道内以检测在所述第一方向上的所述流体流的速度的显著下降，其中，所述至少一个流体流量传感器与所述至少一个属性传感器间隔隔开并且独立于所述至少一个属性传感器。
5.根据权利要求4所述的芯片，其中，所述至少一个流体流量传感器包括分布在相应的第一端和第二端之间的多个流量传感器。
6.根据权利要求5所述的芯片，其中，所述第二流体致动器包括多个第二流体致动器，并且其中，根据所述相应的第二流体致动器相对于在所述流量传感器中的一个相应流量传感器的对应位置处感测到的流量的位置，来确定哪些第二流体致动器将产生次流体流。
7.根据权利要求1所述的芯片，其中，所述第二流体致动器保持处于被动状态，直到在所述第一方向上的所述流体流的速度出现非计划的显著下降，此时，所述第二流体致动器在可选的时间段内产生反向的流体流并且强度足以减轻所述显著下降。
8.一种生物微流体装置，其包括：
基底；
位于所述基底上的微流体通道结构；
第一流体致动器，所述第一流体致动器在所述通道结构内在第一方向上产生主要流体流；
第二流体致动器，所述第二流体致动器在所述微流体通道结构内在相反的第二方向上产生次流体流；以及
至少一个流体流量传感器，所述至少一个流体流量传感器在所述第一流体致动器的操作期间感测所述通道结构内的所述主要流体流的流速和流向中的至少一个是否出现显著变化，
其中，所述第二流体致动器将保持不活动直到确定显著变化为止，并且在所述主要流体流的目标流速和流向恢复时将返回到不活动状态。
9.根据权利要求8所述的生物微流体装置，其中，所述至少一个流体流量传感器包括多个流体流量传感器，所述多个流体流量传感器以间隔隔开的关系分布在所述通道结构中，并且其中，所述第二流体致动器包括多个第二流体致动器，并且其中，根据所述相应的第二流体致动器相对于在所述流量传感器中的一个相应流量传感器的对应位置处感测到的流量的位置，来确定哪些第二流体致动器将产生次流体流。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述第一流体致动器能够在第一级启动，以产生足以建立总体的流体流的流速和流向，并且其中，所述第二流体致动器能够在显著低于所述第一级的第二级启动，以产生所述次流体流。
11.根据权利要求8所述的生物微流体装置，其包括：
输入/输出模块，所述输入/输出模块用于传送关于感测到的流体流的反馈环路信息，以便外部控制器能够发起选择性地产生所述次流体流的命令信号。
12.根据权利要求8所述的生物微流体装置，其中，所述微流体通道结构包括独立的微流体通道单元阵列，并且其中，每个相应通道单元的所述流体流的流速和流向独立于所述其它相应通道单元进行管理。
13.一种生物测试芯片，其包括：
基底；
形成在所述基底上的微流体通道结构，所述通道结构包括贮存器和从所述贮存器延伸的第一通道；以及
位于所述第一通道内的至少两个流体致动器，所述至少两个流体致动器包括：
处于第一位置的第一流体致动器，所述第一流体致动器用于在从所述贮存器进入所述第一通道的第一方向上产生总流体流；以及
处于第二位置的第二流体致动器，所述第二流体致动器用于自动地、按照一定周期间隔地在相反的第二方向上产生局部的反向流动流，以防止堵塞。
14.根据权利要求13所述的生物测试芯片，其中，所述第一流体致动器能够在第一级启动，以产生足以建立所述总流体流的流速和流向，并且其中，所述第二流体致动器能够在显著低于所述第一级的第二级启动，以产生所述局部的反向流动流。
15.根据权利要求13所述的生物测试芯片，其包括：
至少一个流体流量传感器，所述至少一个流体流量传感器用于至少感测所述通道结构内的所述总流体流的流速和流向中的至少一个是否出现显著变化，
其中，当感测到所述总流体流的流速和流向出现显著变化时，将所述第二流体致动器选择性地启动至足以恢复所述总流体流的流速和流向的更高的功率和脉冲宽度。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111542393A (zh) * 2017-12-31 2020-08-14 Imec 非营利协会 微流体路由中的流控制
CN111727365A (zh) * 2017-12-15 2020-09-29 ams 国际有限公司 集成的颗粒物传感器系统

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10746474B2 (en) * 2016-04-11 2020-08-18 Qualcomm Incorporated Multi-phase heat dissipating device comprising piezo structures
US10646868B2 (en) 2016-04-28 2020-05-12 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microfluidic filtering
US11686327B2 (en) 2017-04-07 2023-06-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Inertial pumps
US11364496B2 (en) 2017-04-21 2022-06-21 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Coplanar fluidic interconnect
WO2018194635A1 (en) * 2017-04-21 2018-10-25 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Chip to chip fluidic interconnect
US11235328B2 (en) 2017-04-21 2022-02-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Coplanar microfluidic manipulation
US11278887B2 (en) 2017-04-21 2022-03-22 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microfluidic chip
EP3658283A4 (en) * 2017-10-20 2020-06-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. MICROFLUIDIC DEVICE
WO2019103730A1 (en) 2017-11-22 2019-05-31 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Temperature-controlling microfluidic devices
US11547998B2 (en) * 2018-02-12 2023-01-10 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Devices to measure flow rates with movable elements
US11680957B2 (en) 2018-02-12 2023-06-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microfluidic flow sensor
US11181323B2 (en) 2019-02-21 2021-11-23 Qualcomm Incorporated Heat-dissipating device with interfacial enhancements

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006133400A2 (en) * 2005-06-08 2006-12-14 California Institute Of Technology Intravascular diagnostic and therapeutic sampling device
CN103003577A (zh) * 2010-05-21 2013-03-27 惠普发展公司，有限责任合伙企业 微流体系统和网络
WO2014178827A1 (en) * 2013-04-30 2014-11-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microfluidic sensing device and system

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3670851B2 (ja) 1998-07-21 2005-07-13 アクト・サイエンス株式会社 液体クロマトグラフィー用送液ポンプ
US6723062B1 (en) 1999-09-03 2004-04-20 Baxter International Inc. Fluid pressure actuated blood pumping systems and methods with continuous inflow and pulsatile outflow conditions
US6700130B2 (en) 2001-06-29 2004-03-02 Honeywell International Inc. Optical detection system for flow cytometry
US20040246294A1 (en) 2002-04-22 2004-12-09 Toyohiko Mitsuzawa Method of cleaning print head
US7455770B2 (en) 2002-09-09 2008-11-25 Cytonome, Inc. Implementation of microfluidic components in a microfluidic system
US7694694B2 (en) 2004-05-10 2010-04-13 The Aerospace Corporation Phase-change valve apparatuses
US8361410B2 (en) * 2005-07-01 2013-01-29 Honeywell International Inc. Flow metered analyzer
GB0724128D0 (en) 2007-12-11 2008-01-23 Smiths Detection Watford Ltd Apparatus systems amd methods
US9395050B2 (en) * 2010-05-21 2016-07-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microfluidic systems and networks
EP2571696B1 (en) * 2010-05-21 2019-08-07 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fluid ejection device with circulation pump
US10132303B2 (en) 2010-05-21 2018-11-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Generating fluid flow in a fluidic network
JP2012177599A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Arkray Inc 再生可能なマイクロチップ、それを用いる測定装置、およびマイクロチップの再生方法
TWI411779B (zh) 2011-05-18 2013-10-11 Univ Nat Sun Yat Sen 微流體生物晶片及其自動化反應偵測系統
JP6003020B2 (ja) * 2011-08-03 2016-10-05 ソニー株式会社 マイクロチップ及び微小粒子分析装置
TW201319563A (zh) 2011-11-08 2013-05-16 Jung-Tang Huang 整合ｉｃ晶片與塑膠微流體基板的檢測系統
TW201326814A (zh) 2011-12-21 2013-07-01 Nat Univ Tsing Hua 篩選細胞適合體之微流體晶片裝置及其方法
CN105992946B (zh) 2014-01-30 2021-07-13 惠普发展公司，有限责任合伙企业 微流体感测装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006133400A2 (en) * 2005-06-08 2006-12-14 California Institute Of Technology Intravascular diagnostic and therapeutic sampling device
CN103003577A (zh) * 2010-05-21 2013-03-27 惠普发展公司，有限责任合伙企业 微流体系统和网络
WO2014178827A1 (en) * 2013-04-30 2014-11-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microfluidic sensing device and system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111727365A (zh) * 2017-12-15 2020-09-29 ams 国际有限公司 集成的颗粒物传感器系统
CN111542393A (zh) * 2017-12-31 2020-08-14 Imec 非营利协会 微流体路由中的流控制

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JP2018503829A (ja) 2018-02-08
EP3250674A1 (en) 2017-12-06
US20180015460A1 (en) 2018-01-18
EP3250674A4 (en) 2018-06-20
WO2016122554A1 (en) 2016-08-04

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