CN107614421B - 微流体传输 - Google Patents

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Abstract

一种用于微流体传输的装置，其包括：第一流体储液器；第二流体储液器，其与第一流体储液器间隔开；主流体通道，其与第一流体储液器及第二流体储液器相连通；辅助流体通道，其与主流体通道连通；以及流体致动器，其位于辅助流体通道内，该辅助流体通道与主流体通道不对称，该流体致动器的操作用于引起主流体通道内的流体从第一储液器向第二储液器的流动。

Description

微流体传输
技术领域
本发明关于微流体传输。
背景技术
微流体技术涉及对小体积流体以及如何在各种系统以及诸如微流体芯片之类的装置中操纵、控制及使用所述小体积流体的研究。在一些实例中，微流体芯片也可用于医疗及生物学的领域中，以评估流体及其成分。
附图说明
图1是描绘一种用于微流体传输装置的一个实施例的示意图。
图2是描绘一种用于微流体传输装置的另一个实施例的示意图。
图3是描绘一种用于微流体传输装置的另一个实施例的示意图。
图4是描绘一种用于微流体传输装置的另一个实施例的示意图。
图5是描绘一种用于微流体传输装置的另一个实施例的示意图。
图6是描绘一种用于微流体传输装置的另一个实施例的示意图。
图7是描绘一种用于微流体传输装置的另一个实施例的示意图。
图8是描绘一种微流体传输方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
在以下的各个实施例中，详细的文字描述和附图说明共同说明公开的实施例是如何实施的。应当理解的是，只要不偏离本发明公开的范围，其它实施方式也是可行的，也可对实施例做出结构或逻辑上的改变。
本发明公开的实施例是关于一种微流体装置，其可用于，例如，处理及评估生物流体。在某些实施例中，此种处理及评估涉及微流体的流动控制及传输。相应地，本发明实施例涉及在微流体装置流体通道内的流体控制，或穿过流体通道的流体控制。
图1是描绘一种用于微流体传输的微流体装置100的一个示意图。微流体装置100包括流体储液器110、流体储液器120、主流体通道130、辅助流体通道140、以及流体致动器150。流体储液器110以及流体储液器120可以彼此间隔开，并且分别可包括或接收流体或是流体混合物，例如是生物流体、或是其它液体、流体、或可流动物质。
在一个实施例中，主流体通道130的一端部与流体储液器110连通，另一相对端部与流体储液器120连通，使得主流体通道130在流体储液器110与流体储液器120之间延伸。此外，辅助流体通道140与主流体通道130连通，流体致动器150形成或设置在辅助流体通道140内或是与辅助流体通道140连通。如下文所述，流体致动器150的启动或操作可引起主流体通道130中流体在流体储液器110与流体储液器120之间的流动。除了通过主流体通道130的流体连通外，流体储液器110与流体储液器120间也可另外彼此流体连通。
在图1所示的实施例中，辅助流体通道140是U形通道，并且包括与主流体通道130连通的区段或腿部142、与主流体通道130连通的区段或腿部144、以及延伸在腿部142与144之间的区段或腿部146。如此，在一实施例中，腿部142、144以及146形成流体通道回路。
在一实施例中，辅助流体通道140与主流体通道130不对称，其中辅助流体通道140从在流体储液器110与流体储液器120之间的主流体通道130的中心偏移、或是相对于该中心而偏移。更具体地，辅助流体通道140的腿部142和/或腿部144从在流体储液器110与流体储液器120之间的主流体通道130的中心偏移、或是相对于该中心而偏移。因此，辅助流体通道140相对于流体储液器110及120也是不对称的。如下文所述，辅助流体通道140的不对称性有利于流体储液器110与流体储液器120之间的主流体通道130内或流经主流体通道130的流体传输(也即是，液体的微流体传输)。
在一实施例中，如图1所示，流体致动器150沿着辅助流体通道140的腿部(如腿部142)加以设置、或是被设置在该腿部之内。然而，流体致动器150也可设置在辅助流体通道140的内部或其它位置。此外，流体致动器150可包括多个形成或设置在辅助流体通道140内或是与辅助流体通道140连通的流体致动器。
流体致动器150可以是在辅助流体通道140内的任何可使流体流动的装置。在一实施例中，流体致动器150表示流体惯性泵,且可有各种不同结构。例如，流体致动器150可被实施为热敏电阻，其可产生成核的蒸汽泡，而该汽泡能使辅助流体通道140内的流体流动。此外，流体致动器150可被实施为压电致动器,其包括被设置在可移动薄膜上的压电材料，使得当其被启动时，该压电材料产生薄膜的偏转，从而产生压力脉冲，而该压力脉冲能使辅助流体通道140内的流体流动。通过电、磁或是其它力启动的偏转薄膜组件也可以用于实施流体致动器150。
如图1的实施例所示，流体致动器150与主流体通道130不对称，其中流体致动器150从在流体储液器110与流体储液器120之间的主流体通道130的中心偏移、或是相对于该中心而偏移。更具体地，流体致动器150沿着且参照主流体通道，并且从在流体储液器110与流体储液器120之间的主流体通道130的中心偏移、或是相对于该中心而偏移。因此，流体致动器150相对于流体储液器110及120也是不对称的。如下文所述，流体致动器150的不对称性有利于流体储液器110与流体储液器120之间的主流体通道130内或流经主流体通道130的流体传输(也即是，液体的微流体传输)。
在一实施例中，选择或是限定微流体装置100的各种参数，以优化微流体装置100的性能。参考图1,此种参数被识别为并包括如下内容：
Ll-主通道长度
L2-主通道长度
LX-辅通道长度
WX-辅通道宽度
LOC-流体致动器位置
L-流体致动器长度
在一实施例中，主通道长度(L1)被定义为从流体储存器110到流体致动器150的位置并且相对于主流体通道130的距离，并且主通道长度(L2)被定义为从流体储存器120到流体致动器150的位置并且相对于主流体通道130的距离。于是，微流体装置100的不对称性导致主通道长度(L1)大于主通道长度(L2)。此外，在一实施例中，辅助通道长度(LX)被定义为辅助流体通道140的例如腿部142和144的长度，并且辅助通道宽度(WX)被定义为辅助流体通道140的例如是腿部146的宽度。再者，在一实施例中，流体致动器位置(LOC)被定义为主流体通道130到流体致动器150间的距离，并且流体致动器长度(L)被定义为流体致动器150的长度。
图2是描绘一种用于微流体传输的微流体装置200的另一个实施例的示意图。类似于微流体装置100，微流体装置200包括流体储液器210、流体储液器220、主流体通道230、辅助流体通道240、以及流体致动器250。此外，类似于微流体装置100的辅助流体通道140，微流体装置200的辅助流体通道240是U形的通道，并且包括与主流体通道230连通的区段或腿部242、与主流体通道230连通的区段或腿部244、以及延伸在腿部242及244之间的区段或腿部246。因此，在一实施例中，腿部242、244以及246形成流体通道回路。
如图2的实施例所示，流体致动器250被设置在辅助流体通道240的腿部244中。此外，与微流体装置100相比，微流体装置200的辅助通道宽度(WX)小于微流体装置100的辅助通道宽度(WX)。因此，与微流体装置100相比，微流体装置200的主通道长度(L1)小于微流体装置100的主通道长度(L1)。然而，类似于微流体装置100，微流体装置200的辅助流体通道240以及流体致动器250分别相对主流体通道230是不对称的，并且相对流体储液器210及220也是不对称的。
如图2中所示的一个实施例中，微流体装置200包括过滤器260。过滤器260用来防止某些微粒(例如，外来的微粒或是该流体的特定成分)从主流体通道230流入到辅助流体通道240中。在一个实施例中，过滤器260被设置在辅助流体通道240的介于主流体通道230与流体致动器250之间的腿部244中。因此，过滤器260排除和/或保护某些微粒免于接触或是和流体致动器250相互作用。在一个实施例中，除了腿部244之外，过滤器260也可被设置在辅助流体通道240的腿部242中。因此，过滤器260阻止某些微粒进入到辅助流体通道240中。
在一个实施例中，过滤器260包括微粒容忍架构。微粒容忍架构(PTA)例如可包括形成于辅助流体通道240中、或是设置在辅助流体通道240之内的柱、圆柱、杆或是其他结构(或是多种结构)。如此，该微粒容忍架构在辅助的流体通道240中形成“岛状物”，其容许流体流入到辅助流体通道240中，同时防止某些微粒流入到辅助流体通道240中。在一个实施例中，该微粒容忍架构形成于辅助流体通道240之内，朝向或是位于辅助流体通道240的与主流体通道230连通的一端部。
过滤器260还可包括多孔薄膜，其在阻挡某些颗粒的同时容许流体通过。此外，辅助流体通道240可包括例如朝向或是位于辅助流体通道240一端部的变窄的腿部242和/或腿部244，以避免某些微粒流入到辅助流体通道240中。
图3是描绘一种用于微流体传输的微流体装置300的另一个实施例的示意图。类似于微流体装置100，微流体装置300包括流体储液器310、流体储液器320、主流体通道330、辅助流体通道340、以及流体致动器350。此外，类似于微流体装置100的辅助流体通道140，微流体装置300的辅助流体通道340包括与主流体通道330连通的区段或腿部342、与主流体通道330连通的区段或腿部344、以及延伸在腿部342及344之间的区段或腿部346。因此，在一实施例中，腿部342、344以及346形成流体通道回路。
图4是描绘一种用于微流体传输的微流体装置400的另一个实施例的示意图。类似于微流体装置100，微流体装置400包括流体储液器410、流体储液器420、主流体通道430、辅助流体通道440、以及流体致动器450。此外，类似于微流体装置100的辅助流体通道140，微流体装置400的辅助流体通道440包括与主流体通道430连通的区段或腿部442、包括子区段或子腿部444a及444b并与主流体通道430连通的区段或腿部444、以及延伸在腿部442及444(包括子腿部444a和444b)之间的区段或腿部446，其中子区段或子腿部444a及444b是形成区段或腿部444的分岔。因此，在一实施例中，腿部442、444(包括子腿部444a和444b)以及腿部446形成流体通道回路。
图5是描绘一种用于微流体传输的微流体装置500的另一个实施例的示意图。类似于微流体装置100，微流体装置500包括流体储液器510、流体储液器520、主流体通道530、辅助流体通道540、以及流体致动器550。此外，类似于微流体装置100的辅助流体通道140，微流体装置500的辅助流体通道540包括与主流体通道530连通的区段或腿部542、与主流体通道530连通的区段或腿部544、以及延伸在腿部542及544之间的区段或腿部546。因此，在一实施例中，区段542、544以及546形成流体通道回路。
尽管辅助流体通道140和辅助流体通道240分别在图1及2的实施例中被描绘为U形，但是该辅助流体通道还可包括其它形状、构造和/或配置。例如，如同图3、4及5和下文所述，该辅助流体通道的腿部中的任意个之一的一个腿部、两个腿部、和/或一部分或多个部分都可与主流体形成一定角度(非零角度)。
例如，如同在图3所示，辅助流体通道340的腿部344的一部分与主流体通道330成一定角度。此外，如图4所示，辅助流体通道440的腿部444包括被与主流体通道430成一定角度的子腿部444b。再者，如图所示，辅助流体通道540的腿部542及544分别与主流体通道530成一定角度。然而，该辅助流体通道也可能设置成其他角度、构造和/或配置。例如，该辅助流体通道的区段或腿部可以具有可变尺寸(宽度及高度)，并且可包括圆形或弯曲的角部或区段。
图6是描绘一种用于微流体传输之微流体装置600的另一个例子的示意图。类似于微流体装置100，微流体装置600包括流体储液器610、流体储液器620、主流体通道630、辅助流体通道640、以及流体致动器650。
如图6中所示的一个实施例中，微流体装置600的辅助流体通道640与流体储液器610以及主流体通道630连通。更具体地，在一实施例中，辅助流体通道640包括与流体储液器610连通的区段或腿部642，与主流体通道630连通的区段或腿部644、以及介于区段642与区段644之间的区段或腿部646。在一实施例中，辅助流体通道640是U形通道，使得区段642、区段644和区段646作为辅助流体通道640的弯曲部分形成一流体通道回路。因此，在一实施例中，流体致动器650沿着辅助流体通道640的区段642设置、或是设置在该区段642之内。于是，辅助流体通道640相对于主流体通道630不对称，并且相对于流体储液器610及620也是不对称的，并且流体致动器650相对主要的流体通道630为不对称的，并且相对流体储液器610及620也是不对称的。如下文所述，辅助流体通道640及流体致动器650的不对称性有利于流体储液器610与流体储液器620之间的主流体通道630内或流经主流体通道630的流体传输。
图7是描绘一种用于微流体传输之微流体装置700的另一个例子的示意图。类似于微流体装置100，微流体装置700包括流体储液器710、流体储液器720、主流体通道730、辅助流体通道740、以及流体致动器750。
在图7描绘的实施例中，微流体装置700的辅助流体通道740与流体储液器710以及主流体通道730连通。更具体地，在一实施例中，辅助流体通道740包括与流体储液器710连通的区段742、以及与主流体通道730连通的区段744。在一实施例中，区段744向与主流体通道730连通的辅助流体通道740提供弯曲的部分。如此，在一实施例中，流体致动器750沿着辅助流体通道740的区段742设置、或是设置在该区段742之内。于是，辅助流体通道740相对于主流体通道730不对称，相对于流体储液器710及720也是不对称的。并且流体致动器750相对于主流体通道730是不对称的，相对于流体储液器710及720也是不对称的。如下文所述，辅助的流体通道740以及流体致动器750的不对称性有利于流体储液器710与流体储液器720之间的主流体通道730内或流经主流体通道730的流体传输。
在一实施例中，类似于微流体装置200，微流体装置700包括过滤器760来防止某些微粒(例如，外来的微粒或是该流体的特定成分)流入到辅助流体通道740中。如图7的实施例所示，过滤器760被设置在辅助流体通道740的介于流体储液器710与流体致动器750之间的区段742中。就此而论，过滤器760排除和/或保护某些微粒免于接触或是和流体致动器750相互作用。类似于微流体装置200的过滤器260，过滤器760可包括微粒容忍架构、多孔薄膜、或是变窄的辅助流体通道740，以避免某些微粒流入到辅助流体通道740中。
图8是描绘一种用微流体装置，例如，如同分别在图1、2、3、4、5、6及7的实施例中所描绘的微流体装置100、200、300、400、500、600和700，进行微流体传输的方法800的流程图。
在802处，方法800包括将主流体通道，例如，主流体通道130、230、330、430、530、630、730与第一储液器以及与该第一储液器间隔开的第二储液器，例如，流体储液器110和120、210和220、310和320、410和420、510和520、610和620、710和720连通。
在804处，方法800包括将辅助流体通道，例如，辅助流体通道140、240、340、440、540、640、740与该主流体通道，例如，主流体通道130、230、330、430、530、630、730连通。
在806处，方法800包括操作设置在相对于该主流体通道不对称的该辅助流体通道内的流体致动器，例如，被设置在相对于主流体通道130、230、330、430、530、630、730不对称的辅助流体通道140、240、340、440、540、640、740内的流体致动器150、250、350、450、550、650、750。因此，方法800的806包括在该主流体通道中引起流体从第一储液器朝向该第二储液器流动，例如，在主流体通道130、230、330、430、530、630、730中，从流体储液器110、210、310、410、510、610、710流向流体储液器120、220、320、420、520、620、720。
更具体地，在图1、2、3、4、5、6及7的实施例中，如箭头808所示，操作或启动流体致动器，例如，流体致动器150、250、350、450、550、650、750，使辅助流体通道，例如，辅助流体通道140、240、340、440、540、640、740，发生辅助流体流动；随后，如箭头810所示，在主流体通道，例如，主要的流体通道130、230、330、430、530、630、730，产生主流体流动。因此，流体流动发生在流体储液器之间的主流体通道中，例如，流体储液器110和120、210和220、310和320、410和420、510和520、610和620、710和720之间的主流通通道，例如主流体通道130、230、330、430、530、630、730，或是穿过该主流体通道。
尽管上述方法被描绘及叙述为单独和/或顺序的步骤，但是该方法可包括不同的顺序和序列的步骤，并且可以同时、部分或全部地组合上述步骤或是执行上述步骤。
在一些实施例中，一种如同在此所描述的包括微流体流动控制及传输控制的微流体装置，其提供利用一种“非接触”或者“软性泵送”的方式以将流体移动通过流体通道的功能。更具体地，如同在此所描述的，通过在相对主流体通道不对称的辅助流体通道中设置流体致动器(亦即，流体泵)，以使流体暴露至流体致动器，例如，流体暴露至流体致动器可能的温度和/或压力的影响，可以被降低或避免。
在某些实施例中，如同在此所描述的一种微流体装置，可以应用在微流体技术、绿色化学、化学物质合成、化学物质分析、生物学分析及侦测、生物学合成、医疗诊断、以及其它的领域中。例如，在此所描述的流体致动器、辅助流体通道以及主流体通道的配置可实现容许微流体流动的控制及传输，并同时尽量降低材料，例如，像是生物学或是生化的物体/细胞之脆弱的材料的暴露至流体致动器的可能温度和/或压力。
在一些实施例中，通过在辅助流体通道的入口和/或出口处或附近包括过滤器(例如，PTA，多孔膜)，可以防止某些流体组分，例如固体颗粒或如细胞之类的脆弱成分进入辅助流体通道，且因此可以排除和/或防止其接触流体致动器的温度和/或压力(即，潜在地使其劣化的温度和/或压力)。
尽管上文已详细地描述了各种实施例，但本领域技术人员应当知道的是，在不偏离本发明内容的前提下，各种替代和/或等同的实施方式都可以替代上述实施例的具体披露。本申请旨在涵盖包括对所讨论的各实施例的任何修改和变化。

Claims (13)

1.一种用于微流体传输的装置，其包括：
第一流体储液器；
第二流体储液器，其与第一流体储液器间隔开；
主流体通道，其与第一流体储液器及第二流体储液器相连通；
辅助流体通道，其与主流体通道连通；以及
流体致动器，所述流体致动器仅位于辅助流体通道内，该辅助流体通道相对于主流体通道的中点偏移，并且该流体致动器的操作用于引起主流体通道内的流体从第一流体储液器向第二流体储液器的流动，
其中，仅该辅助流体通道内的所述流体致动器的启动产生在主流体通道中的主流体流动。
2.如权利要求1所述的装置，其中该辅助流体通道具有与第一流体储液器连通的第一端部以及与主流体通道连通的第二端部。
3.如权利要求1所述的装置，其中该辅助流体通道具有分别与主流体通道连通的第一端部和第二端部。
4.如权利要求1所述的装置，其中辅助流体通道包括与主流体通道连通的区段，该区段被定向成相对于主流体通道成非零的角度。
5.如权利要求1所述的装置，其中辅助流体通道包括通道回路，并且包含与主流体通道连通的第一腿部以及与主流体通道连通的第二腿部，且其中所述流体致动器定位于第一腿部与第二腿部中之一者内。
6.如权利要求1所述的装置，进一步包括：
过滤器，其在流经辅助流体通道的流体流动的方向上位于所述流体致动器之前。
7.一种用于微流体传输的装置，其包括：
第一流体储液器与第二流体储液器；
主流体通道，其在第一流体储液器与第二流体储液器之间延伸；
辅助流体通道，其与主流体通道连通，并具有相对于主流体通道的中点偏移的区段；以及
流体致动器，所述流体致动器仅位于辅助流体通道的区段内，该流体致动器用于引起主流体通道内的流体在第一流体储液器与第二流体储液器之间的流动，
其中，仅该辅助流体通道内的所述流体致动器的启动产生在主流体通道中的主流体流动。
8.如权利要求7所述的装置，其中辅助流体通道进一步与该第一流体储液器及第二流体储液器中的一者连通。
9.如权利要求7所述的装置，其中辅助流体通道包含与主流体通道连通的另一个区段。
10.如权利要求7所述的装置，其中辅助流体通道包括通道回路，并且所述流体致动器位于相对于主流体通道的中点偏移的该通道回路中。
11.一种微流体传输的方法，其包括：
将主流体通道与第一流体储液器及与第一流体储液器相间隔的第二流体储液器连通；
将辅助流体通道与主流体通道连通；以及
操作位于相对于主流体通道的中点偏移的辅助流体通道内的流体致动器，该操作包括引起主流体通道内的流体从第一流体储液器向第二流体储液器的流动，
其中，所述流体致动器仅位于辅助流体通道内，
其中，仅该辅助流体通道内的所述流体致动器的启动产生在主流体通道中的主流体流动。
12.如权利要求11所述的方法，其中将辅助流体通道与主流体通道连通包括将辅助流体通道的第一端部与第一流体储液器连通，以及将辅助流体通道的第二端部与主流体通道连通。
13.如权利要求11所述的方法，其中将辅助流体通道与主流体通道连通包括将辅助流体通道的第一端部和第二端部与主流体通道连通。
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