CN109070077B

CN109070077B - 微流体过滤

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Publication number: CN109070077B
Application number: CN201680085057.3A
Authority: CN
Inventors: E·D·托尔尼埃宁; N·麦金尼斯; D·P·马克尔; A·戈夫亚迪诺夫
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2036-04-28
Also published as: JP2019514017A; EP3414011B1; WO2017188962A1; TW201811436A; TWI640363B; EP3414011A1; US20190054469A1; CN109070077A; EP3414011A4; US10646868B2

Abstract

在示例性实施方式中，一种微流体过滤的方法包括：激活微流体通道内的第一流体泵，以使正向的流体流通过所述微流体通道并通过过滤器回路的过滤器。所述过滤器回路在回路入口处和回路出口处与所述微流体通道相交。所述方法包括激活第二流体泵，以使反向的流体流通过所述过滤器。

Description

微流体过滤

背景技术

微流体于诸如工程、化学、生物化学、生物技术等众多学科具有范围广泛的应用。微流体可涉及对例如喷墨打印头、实验室芯片装置和其他类型的微流体芯片装置之类的各种系统和装置内的少量流体的操纵和控制。

附图说明

现在将参考附图来描述示例，附图中：

图1示出了微流体过滤系统的一个示例，其包括用于从流体样本过滤和/或分离颗粒的微流体过滤装置；

图2a、图2b、图2c和图2d示出了包括单一的嵌套式过滤器回路112的微流体过滤装置的示例；

图3示出了颗粒过滤器的一个示例，其包括颗粒容限架构以滤除不同的颗粒尺寸；

图4a和图4b示出了微流体过滤装置的一个示例，其中，过滤器回路通道包括嵌入式传感器；

图5a、图5b、图5c和图5d示出了微流体过滤装置的示例，其各自包括单一的嵌套式过滤器回路，所述嵌套式过滤器回路具有位于过滤器回路的腔内的流体泵114；

图6a、图6b、图6c、图6d、图6e和图6f示出了微流体过滤装置的示例，其各自包括单一的嵌套式过滤器回路，所述嵌套式过滤器回路具有两个回路出口，以使得能够将已过滤的流体分选到分选储存器中；

图7a、图7b、图7c、图7d和图7e示出了微流体过滤装置的示例，其各自包括多个嵌套式过滤器回路；

图8和图9为示出了微流体过滤装置中的微流体过滤的示例性方法的流程图。

贯穿附图，相同的附图标记标示相似但不一定相同的元件。

具体实施方式

各种生物、化学、工程和其他的应用可以采用并且依赖对微颗粒的过滤和分离。例如，在许多生物学应用中，样本的制备可涉及从流体样本过滤生物细胞。在特定示例中，白血细胞可从全血样本中被过滤或分离，用于后续的分析。

微过滤系统可以结合过滤器部件，例如膜、柱的阵列或者具有设计成过滤或分离超过特定尺寸的颗粒或物体的间隙或孔尺寸的其他物理结构。因此，过滤器部件中的间隙或孔的尺寸可根据具体的过滤器应用和/或待从流体样本被过滤的颗粒的尺寸而变化。在许多微过滤系统中经常遇到的一个挑战是过滤器部件的堵塞或阻塞。当过滤器系统操作时，被过滤的颗粒可能堵塞过滤器中的孔或间隙。随着过滤器变得越来越被颗粒堵塞，通过系统的样本流率可能会减少，并且继续运行过滤器所需的压力可能会增加。过滤器的堵塞最终可能会使得过滤器无效率或无法操作。

因此，除了可帮助防止过滤器堵塞以及疏通已变得堵塞的过滤器的主动和被动的自清理功能之外，本文所公开的微流体过滤装置的示例提供了对流体样本的主动过滤和/或对这样的流体样本的颗粒分选。结合在微流体通道和过滤器回路通道内的过滤器可以使用嵌入所述通道内的激活的惯性微型泵来维护。具有集成的过滤器和微型泵的过滤器回路通道可被嵌套在主流体通道之外，并且可使正向和反向的流体流能够促进不同水平的颗粒过滤和分选，以及过滤器自清理。

通过控制嵌入微流体通道内的惯性微型泵，样本流体流的速率和方向可通过选择的过滤器回路通道来控制，以实现不同的颗粒过滤和分离结果。例如，引导样本流体通过具有不同尺寸的过滤器的嵌套式回路通道，可以使得能够在减小颗粒尺寸的基础上实现颗粒过滤和分离。因此，使得能够实现主动的颗粒过滤和分离。类似地，通过提供通过微流体通道内的颗粒过滤器的主动的(即，基于感测的)和被动的(即，基于定时的)反向流体流，控制嵌入式惯性微型泵使得能够实现过滤器的主动和被动的自清理。控制沿正向和反向方向的流体流通过主流体通道和嵌套式过滤器回路通道，使得能够实现可有助于使过滤器保持畅通的并行和相反的流体流模式。此外，反向的流体流可被用于将堵塞的颗粒从过滤器的间隙和孔中冲出。在未堵塞状态下主动维护过滤器可以提高微流体过滤装置的速度、效率和生产率。

在特定示例中，一种微流体过滤的方法包括激活微流体通道内的第一流体泵。所述微流体通道可以在第一储存器与第二储存器之间延伸，并且所述第一流体泵可被非对称地定位在所述微流体通道内接近所述第一储存器，以使正向的流体流从所述第一储存器朝向所述第二储存器通过所述微流体通道，以及通过过滤器回路内的过滤器。所述方法还包括激活第二流体泵，以使反向的流体流通过所述过滤器。这种反向流可以通过去除可能堵塞所述过滤器的颗粒来清理所述过滤器。在一些实施方式中，激活所述第二流体泵包括激活非对称地定位在所述微流体通道内接近所述第二储存器的所述第二流体泵。所述过滤器回路在回路入口处和在回路出口处与所述微流体通道相交，并且在一些实施方式中，激活所述第二流体泵包括激活位于所述回路出口内的所述第二流体泵。

在另一示例中，一种微流体过滤装置包括微流体通道，以使流体在第一储存器与第二储存器之间流通。过滤器回路在回路入口处被耦接到所述微流体通道，并且过滤器被定位在所述回路入口处，以过滤从所述微流体通道进入所述过滤器回路的流体。正向泵将流体沿正向方向从所述微流体通道通过所述过滤器泵送到所述过滤器回路中，并且反向泵将流体沿反向方向泵送以清理所述过滤器。在一些实施方式中，所述过滤器回路在回路出口处被耦接到所述微流体通道，使得已过滤的流体可以重新进入所述微流体通道并朝向所述第二储存器流动，而在一些其他的实施方式中，所述过滤器回路在回路出口处被耦接到分选颗粒储存器，使得已过滤的流体可以与所述第二储存器中的流体分离。

在另一示例中，一种微流体过滤装置包括微流体通道，以使流体在第一储存器与第二储存器之间流通。所述装置包括多个嵌套式过滤器回路，其中，第一嵌套式过滤器回路与所述微流体通道直接流体连通，并且其他的嵌套式过滤器回路通过另一嵌套式过滤器回路与所述微流体通道间接地流体连通。第一流体泵将引起沿正向方向通过所述嵌套式过滤器回路的流体流，并且与每个嵌套式过滤器回路相关联的颗粒过滤器将从所述流体过滤颗粒。第二流体泵将引起沿反向方向通过所述嵌套式过滤器回路的流体流，以清理所述颗粒过滤器。

图1示出了微流体过滤系统100的一个示例，其包括用于从流体样本过滤和/或分离颗粒的微流体过滤装置102。图2(即，图2a、图2b、图2c、图2d)示出了包括单一的嵌套式过滤器回路112的微流体过滤装置102的示例。图2中的装置102被示出为处于不同的操作模式中，所述不同的操作模式用于使样本流体移动通过处于第一引入储存器106(即，引入流体样本供应储存器106)与第二出口储存器108之间的微流体通道104，以及用于通过过滤器回路112中的颗粒过滤器110(即，颗粒过滤器110a、110b)来过滤所述样本流体的一部分。参照图1和图2，示例性微流体过滤装置102包括微流体通道104、第一引入供应储存器106、第二输出储存器108、设置在过滤器回路112内的过滤器110以及设置在微流体通道104和过滤器回路112内的不同位置处的多个流体泵114(即，泵114a、114b、114c、114d)。

微流体过滤系统100、并且更具体而言微流体过滤装置102的结构和部件可以使用集成电路微细加工技术来制造，例如电铸、激光烧蚀、各向异性蚀刻、溅射、干式和湿式蚀刻、光刻法、铸造、模制、冲压、机械加工、旋涂、层压、3-D打印和/或它们的任何组合和/或任何其他的微机电系统(即，MEMS)、芯片或基材制造技术。因此，例如，微流体过滤装置102可以包括全部处于单一芯片或基材上的多个储存器106和108、例如微流体通道104和过滤器回路112之类的多个流体通道(104、112)、嵌入或集成到所述通道中的多个惯性微型泵114(即，流体泵114)以及多个过滤结构110(即，颗粒过滤器110)。此外，微流体过滤系统100还可以包括成不同拓扑结构的微流体过滤装置102，例如一维、二维和/或三维的拓扑结构。

例如，流体泵114可以被实施为热气泡电阻器元件、压电元件、声学致动器、压电膜致动器、静电(MEMS)膜致动器、机械/冲击驱动的膜致动器、音圈致动器、磁致伸缩驱动致动器、机械驱动器和/或任何其他的流体和/或机械位移致动器。当流体泵114在通道(例如，104、112)内被激活时，泵114在暂时或短暂的持续时间内产生相对高的压力(例如，惯性气泡驱动的压力)，以引起通过该通道的流体流。通过所述通道的流体流可以通过激活的并被非对称地定位在所述通道内的流体泵114引起。例如，如图2a中所示，激活的流体泵114a(表示为深色阴影的泵114a)可以引起沿正向方向通过微流体通道104的流体流，如正向箭头116所示。在图2a的示例中，流体泵114b、114c和114d的浅色阴影表示这些泵是未激活的泵。在一些示例中，例如图2a中的泵114b、114c和114d之类的浅色阴影的泵可以表示在该位置处不存在泵。一般而言，流体泵在微流体通道104内的非对称放置产生了通道104的短侧118(例如，短臂)以及通道104的长侧120(例如，长臂)，如图2a中关于激活的流体泵114a所示。以这种方式，泵114a相对于通道104的中心122的非对称定位产生了沿朝向通道104的长侧120的方向116驱动净流体流的惯性条件。也就是说，当泵114a激活时，图2a的示例中的流体泵元件114a从第一储存器106朝向第二储存器108在通道104内引起单向流体流(即，沿一个方向的流体流)。在此示例中，沿方向116的流体流可被认为是正向方向116。

仍然参照图2a，第二正向方向箭头124意在指示激活的流体泵114a还引起一些流体流通过过滤器回路112。正向方向箭头124比正向方向箭头116要小，以表示在此示例中(即，其中，流体泵114a是激活的，并且流体泵114b、114c、114d是非激活的或不存在)，通过过滤器回路112的流可比通过微流体通道104的流稍小和/或稍弱。当流体从微流体通道104被推入到过滤器回路112中时，它通过过滤器110a。在一些示例中，过滤器回路112可以包括附加的过滤器，例如110b等。例如，诸如过滤器110a之类的过滤器110可被实施为颗粒容限架构，所述颗粒容限架构包括柱的阵列或者具有设计成过滤或分离超过特定尺寸的颗粒或物体的间隙或孔的尺寸的其他物理结构。

图3示出了颗粒过滤器110的一个示例，其包括颗粒容限架构以滤除不同的颗粒尺寸。如图3中所示，示例性颗粒容限架构126(图示为126a、126b和126c)可以包括柱或柱的阵列，所述柱或柱的阵列可以提供颗粒能够穿过其或通过其来过滤的多种不同的间隙尺寸。有许多方式可以实现这样的过滤器架构。在一些示例中，如图3中所示，这样的架构可以包括柱的N行乘M列的构造。在特定示例中，过滤器架构126a可包括具有不同列数的单行柱。在另一示例中，过滤器架构126b可包括具有不同列数的双行柱。在另一示例中，过滤器架构126c可包括具有不同列数的三行柱。

再次参照图2(即，图2a、图2b、图2c、图2d)，如上所述，微流体过滤装置102可以具有不同的操作模式，用于使样本流体移动通过微流体通道104，以及通过过滤器回路112，以便通过过滤器回路112中的颗粒过滤器110(即，颗粒过滤器110a、110b)来过滤样本流体的一部分。在一个示例性操作模式中，如上面关于图2a所论述的，激活的流体泵114a可引起流体流沿正向方向116通过微流体通道104，以及沿正向方向124通过过滤器回路112和过滤器110a。图2b示出了另一示例性操作模式，其中，另一激活的流体泵114b可以引起附加的流体流沿正向方向124通过过滤器回路112和过滤器110a。如图2b中所示，流体泵114b被定位在过滤器回路112中位于回路入口111处，在那里，流体从微流体通道104通过过滤器110a进入过滤器回路112。流体泵114b在图2b中是深色阴影的，以指示它是激活的泵。流体泵114b的激活以与上面关于图2a所论述的方式类似的方式引起朝向过滤器回路112的长臂的流体流。与图2a中所示的较小的正向方向箭头124相比，图2b中所示的较大的正向方向箭头124意在表明流体泵114b的激活增加了流动通过过滤器回路112以及通过过滤器110a和110b的流体的量。因此，图2a和图2b图示了如下操作模式，即：其中，引起沿正向方向116通过微流体通道以及沿正向方向124通过过滤器回路112的流体流。

现在参照图2c和图2d，其示出了如下操作模式，即：其中，引起沿反向方向的流体流。在一些示例中，可以沿反向方向引起流体流，以帮助将颗粒清除出过滤器110a和110b，如下面所论述的。如图2c中所示，流体泵114d是深色阴影的，从而表明它是激活的流体泵。流体泵114a、114b和114c未激活，如它们的浅色阴影所示。激活的流体泵114d引起沿反向方向128远离第二储存器108并且朝向第一储存器106返回的流体流。过滤器回路112中的第二反向方向箭头130意在指示激活的流体泵114d还引起一些流体流通过过滤器回路112。反向方向箭头130比反向方向箭头128要小，以表明在此示例中(即，其中，流体泵114d是激活的，并且流体泵114a、114b、114c是非激活的或不存在)，通过过滤器回路112的反向流可比通过微流体通道104的反向流稍小和/或稍弱。

图2d示出了另一示例性操作模式，其中，另一激活的流体泵114c可以引起沿反向方向130通过过滤器回路112的附加的流体流。如图2d中所示，流体泵114c被定位在过滤器回路112中位于回路出口113处，在那里，流体通过过滤器110b离开过滤器回路112回到微流体通道104中。如图2d中所示，流体泵114c是深色阴影的，以指示它是激活的泵。流体泵114c的激活以与上面关于图2a所论述的方式类似的方式引起沿反向方向130朝向过滤器回路112的长臂的流体流。与图2c中所示的较小的反向方向箭头130相比，图2d中所示的较大的反向方向箭头130意在表明流体泵114c的激活增加了沿反向方向130流动通过过滤器回路112以及通过过滤器110a和110b的流体的量。因此，图2c和图2d图示了如下操作模式，即：其中，引起沿反向方向128通过微流体通道104以及沿反向方向130通过过滤器回路112的流体流。

反转流动通过过滤器回路112和过滤器110的流体的方向可有助于清除被困在过滤器110内的已过滤的颗粒，所述颗粒可堵塞过滤器并减少进入到过滤器回路112中的流体流。再次参照图1和图2(即，图2a、图2b、图2c、图2d)，示例性微流体过滤系统100包括控制器132，以控制微流体过滤装置102的各种部件的功能，来执行不同的操作模式，例如上面关于图2a、图2b、图2c和图2d中的示例所论述的操作模式。因此，例如，控制器132可以控制例如流体泵114之类的系统部件，以启用不同的操作模式，其中，从第一储存器106通过微流体通道104、过滤器回路112以及颗粒过滤器110的流体流的量和方向可被控制，以实现不同水平的过滤和/或颗粒分离，以及主动和被动的过滤器自清理。

如图1中所示，示例性控制器132可包括处理器(CPU)134和存储器136。控制器132可附加地包括用于与微流体过滤系统100的各种部件通信和控制所述各种部件的其他电子装置(未示出)，所述部件例如离散电子部件和ASIC(专用集成电路)等。存储器136可包括易失性(即，RAM)和非易失性的存储器部件(例如，ROM、硬盘、光盘、CD-ROM、磁带、闪存等)二者。存储器136的部件包括非暂时性的机器可读(例如，计算机/处理器可读)介质，其提供对机器可读编码程序指令、数据结构、程序指令模块以及可通过系统100的处理器134执行的其他数据和/或指令的存储。

存储于存储器136中的指令的示例包括与模块138和140相关联的指令，而存储的数据的示例包括控制数据142。在一些示例中，控制器132可从例如计算机之类的主机系统接收数据142。例如，数据142表示诸如与控制通过系统100的流体的移动相关联的泵送频率数据和泵定时数据之类的数据。使用控制数据142，处理器134可以执行指令(例如，来自模块138和140)以控制系统100的部件，例如流体泵114等，以改变通过微流体通道104和过滤器回路112的流体流的量和方向。模块138和140包括编程指令，其可通过处理器134来执行，以使微流体过滤系统100响应于来自定时器144的定时信息和/或来自嵌入过滤器回路内的传感器146的信息来执行与激活流体泵相关的各种操作，包括下面相应地参照图8和图9中的流程图所描述的方法800和900的操作。

在一些示例中，来自定时和频率模块138的指令在不同的实施方式中可在处理器134上执行，来控制不同的流体泵114的激活的定时和频率，以引起通过微流体过滤装置102的微流体通道104和/或过滤器回路112的流体流。在一些示例中，流体泵114的激活的定时可以基于在启动定时器144之后经过的时间间隔。例如，这样定时的流体泵激活可被实施，以对颗粒过滤器110执行被动的自清理操作。例如，参照图2b和图2d，如图2b中所示，当流体泵114b开始沿正向方向124泵送流体通过过滤器回路112时，可以启动定时器144。在由定时器144确定已经经过一定时间间隔之后，流体泵114d可被激活，以沿反向方向130泵送流体通过过滤器回路112，如图2d中所示。流体泵114d可以保持激活，以沿反向方向130泵送流体并持续预定的时间量(如由定时器144测量的)，所述时间量足以将颗粒从过滤器110a中冲出，从而清理过滤器110a。

在一些示例中，来自感测模块140的指令在不同的实施方式中可在处理器134上执行，以基于来自传感器146的感测信息来控制微流体过滤装置102中的不同流体泵114的激活，所述传感器146被嵌入例如过滤器回路112的通道之类的流体通道内。例如，这种基于传感器的流体泵激活可被实施，以对颗粒过滤器110执行主动的自清理操作。图4a和图4b示出了例如图2中所示的装置102的微流体过滤装置102的一个示例，其中，过滤器回路112的通道包括嵌入式传感器148。在不同的示例中，传感器148可以被实施为不同的传感器装置，其例如可以包括内部光学传感器、外部光学成像系统、μCoulter/Impedance传感器、流量传感器、压力传感器、它们的组合等。这样的传感器可以感测处于过滤器回路112内的流体的不同特性，例如流体内的颗粒的尺寸、流体的流率、回路内的流体的压力等。

参照图4a，在一些示例中，例如流体泵114a和114b之类的一个或多个流体泵可以是激活的(如深色阴影所指示的)，以将流体沿正向方向116泵送通过微流体通道104以及沿正向方向124泵送通过过滤器回路112的通道。传感器148可以感测关于流动通过过滤器回路112的流体和/或流体内的颗粒的特性或其他信息，并将感测到的信息提供给执行感测模块140的处理器134用于分析。响应于来自传感器148的感测到的信息，处理器134可以控制流体泵114中的任何流体泵来改变微流体通道104和/或过滤器回路112的通道内的流体流。例如，在一种状况下，传感器148可能感测到通过过滤器回路112的流体流的流率已降低到低于一定的流率阈值。在一些示例中，如果颗粒过滤器110a已变得被颗粒堵塞并且阻挡沿正向方向124通过过滤器回路112的一些或全部流体流，则可能会形成这样的状况。响应于来自传感器148的感测到的低流率，处理器134可暂时地激活流体泵114c，同时暂时地停用流体泵114b，如图4b中所示，以使流体沿反向方向130流动通过过滤器回路112。这样的沿反向方向130的流可将颗粒从颗粒过滤器110a中冲出并进入到微流体通道104中，在那里，它们可被输送到第二储存器108。以这种方式，主动的基于传感器的过程使得能够实现微流体过滤装置102内的颗粒过滤器的主动自清理。

图5(图5a、图5b、图5c和图5d)、图6(图6a、图6b、图6c、图6d、图6e和图6f)以及图7(图7a、图7b、图7c、图7d和图7e)示出了具有替代性几何形状和构造的微流体过滤装置102的另外的示例。上面关于图2的示例性微流体过滤装置102所论述的概念以类似的方式应用于图5、图6和图7中所示的替代性示例。因此，图5、图6和图7的示例性微流体过滤装置102中的不同的操作模式可通过控制器132来控制，并可通过装置102的部件以与上面关于图2a、图2b、图2c和图2d所论述的方式类似的方式来执行。

参照图5，各自具有单一的嵌套式过滤器回路112的示例性微流体过滤装置102包括位于过滤器回路112的腔150内的流体泵114(图示为流体泵114a、114b、114c和114d)。腔150包括过滤器回路的辅助部段，所述辅助部段不直接与通过过滤器回路112的流体流成直线地定位。尽管腔150被图示为与过滤器回路112的上部共线，并且处于过滤器回路112的上部的任一端处，但是其他的实施方式是可能的。例如，腔可以相对于过滤器回路以一定角度定位，并且可沿过滤器回路112设置在不同的位置中。将流体泵114设置在这样的腔150内而不是直接设置在过滤器回路112中有助于避免对可能在流动通过过滤器回路112的流体样本内携带的脆弱的细胞或其他颗粒的损伤。例如热气泡电阻器泵之类的流体泵114的激活可产生围绕泵114的高压力区域，所述高压力区域可能会损伤脆弱的细胞或其他易碎颗粒。当流体泵114被定位在腔150中时，损伤处于流动通过过滤器回路112的流体内的脆弱的细胞或其他颗粒的可能性降低。

仍然参考图5中所示的示例，可以实施与上面关于图2所论述的那些操作模式类似的示例性操作模式。因此，在图5a中所示的一种示例性操作模式中，激活的流体泵114a可以引起流体流沿正向方向116通过微流体通道104，以及沿正向方向124通过过滤器回路112和过滤器110a。图5b示出了另一示例性操作模式，其中，另一激活的流体泵114b可以引起附加的流体流沿正向方向124通过过滤器回路112和过滤器110a。

在图5c和图5d中，其示出了如下操作模式，即：其中，引起沿反向方向的流体流。在一些示例中，可以沿反向方向引起流体流，以帮助将颗粒清除出过滤器110。如图5c中所示，激活的流体泵114d引起沿反向方向128远离第二储存器108并且朝向第一储存器106返回的流体流。过滤器回路112中的第二反向方向箭头130意在指示激活的流体泵114d还引起一些流体流通过过滤器回路112。反向方向箭头130比反向方向箭头128要小，以表明在此示例中(即，其中，流体泵114d是激活的，并且流体泵114a、114b、114c是非激活的或不存在)，通过过滤器回路112的反向流可比通过微流体通道104的反向流稍小和/或稍弱。图5d示出了一种示例性操作模式，其中，另一激活的流体泵114c可以引起沿反向方向130通过过滤器回路112的附加的流体流。与图5c中所示的较小的反向方向箭头130相比，图5d中所示的较大的反向方向箭头130意在表明流体泵114c的激活增加了沿反向方向130流动通过过滤器回路112以及通过过滤器110a和110b的流体的量。因此，图5c和图5d图示了如下操作模式，即：其中，引起沿反向方向128通过微流体通道104以及沿反向方向130通过过滤器回路112的流体流。

参照图6(图6a、图6b、图6c、图6d、图6e和图6f)，示例性微流体过滤装置102各自包括单一的嵌套式过滤器回路112，所述嵌套式过滤器回路112具有两个回路出口，以使得能够将已过滤的流体分选到分选储存器中。如图6的示例中的每一个中所示，除了第二输出储存器108之外，微流体过滤装置102还包括分选储存器152。分选储存器152将接收流动通过过滤器回路112的附加出口154的已过滤的流体。图6的示例中的过滤装置102可包括位于过滤器回路112内处在附加出口154处的附加的流体泵114e。因此，附加的操作模式可被实施并且通过控制器132来控制，例如，其中，使样本流体移动通过微流体通道104以及通过过滤器回路112，以便通过不同的颗粒过滤器110以不同的方式来过滤流体。

例如，如图6a中所示，激活的流体泵114a可以引起流体流沿正向方向116通过微流体通道104，以及沿正向方向124通过过滤器回路112和过滤器110a。图6c示出了另一示例性操作模式，其中，另一激活的流体泵114b可以引起附加的流体流沿正向方向124通过过滤器回路112和过滤器110a。图6e示出了示例性装置102，其中，激活的流体泵114b引起流体流沿正向方向124通过过滤器回路112，同时激活的过滤器114d引起流体流沿反向方向128通过微流体通道104。图6b示出了示例性装置102，其中，激活的流体泵114d引起流体流沿反向方向130通过过滤器回路112以及沿反向方向128通过微流体通道104。图6d示出了示例性装置102，其中，激活的流体泵114a引起流体流沿正向方向116通过微流体通道104，同时激活的过滤器114c引起流体流沿反向方向130通过过滤器回路112。图6f示出了示例性装置102，其中，位于附加出口154中的激活的流体泵114e引起流体流沿反向方向130通过过滤器回路112，同时激活的过滤器114d引起流体流沿反向方向128通过微流体通道104。所描述的各种操作模式可通过处理器如上面一般性描述地被主动和/或被动地控制，以例如实现各种流体过滤和/或颗粒分选结果，以及实现对颗粒过滤器110的主动和被动的自清理。

参照图7(图7a、图7b、图7c、图7d和图7e)，示例性微流体过滤装置102各自包括多个嵌套式过滤器回路112，以使得能够将已过滤的流体分选到不同的分选储存器中。具有相对应的附加的流体泵114x、颗粒过滤器110x以及分选储存器152x的多个嵌套式过滤器回路112使得能够实现许多操作模式，其中，流体可在整个过滤装置102中被引导，以实现不同的过滤和/或颗粒分选结果，以及实现对颗粒过滤器110的主动和被动的自清理。如图7a中所示，不同的示例性颗粒过滤器110可以包括颗粒容限架构126，以滤除不同的颗粒尺寸。如上面关于图3所论述的，示例性颗粒容限架构126(图示为126a、126b和126c)可以包括不同的柱阵列，所述不同的柱阵列可以提供颗粒能够穿过其或通过其来过滤的多种不同的间隙尺寸。参照图7b，微流体过滤装置102包括多个嵌套式过滤器回路112，其包括腔150，流体泵114位于腔150中。如上面参照图5所论述的，腔150包括过滤器回路的辅助部段，所述辅助部段有助于将流体泵114与通过所述回路的总的流体流隔离，使得产生自流体泵激活的高压不会损伤可能在流动通过过滤器回路112的流体样本内携带的脆弱的细胞或其他颗粒。图7c、图7d和图7e示出了微流体过滤装置102的变型，其中，多个嵌套式过滤器回路112一个在另一个之上级联在微流体通道104之外。在图7c中的示例中，分选储存器152x使得能够实现对流动通过相应的过滤器回路112和颗粒过滤器110x的已过滤的流体的分选。在图7d和图7e中所示的示例性装置102中，过滤器回路112中的每一个包括传感器148。如上面参照图4a和图4b所述，传感器148可提供关于流动通过过滤器回路112的流体和颗粒的感测到的信息，所述信息可被用于控制流体泵114以及过滤器装置102的其他部件。

图8和图9为流程图，其示出了在例如上面关于图1至图7所论述的微流体过滤装置102和系统100中的微流体过滤的示例性方法800和900。方法900是方法800的扩充，其结合了微流体过滤方法的附加的细节。所述方法可以在控制器的控制下在微流体过滤装置102和系统100中执行，所述控制器具有处理器以执行控制指令，例如图1中所示的控制器132。

现在参考图8的方法800，如框802处所示，微流体过滤的示例性方法包括：激活微流体通道内的第一流体泵，以使正向的流体流通过所述微流体通道以及通过过滤器回路的过滤器，其中，所述过滤器回路在回路入口处以及回路出口处与所述微流体通道相交。所述方法800可如框804处所示地继续激活第二流体泵，以使反向的流体流通过所述过滤器。

如上所述，方法900是方法800的扩充，其结合了微流体过滤方法的附加的细节。因此，如框902处所示，方法900包括激活微流体通道内的第一流体泵，以使正向的流体流通过所述微流体通道以及通过过滤器回路的过滤器，其中，所述过滤器回路在回路入口处以及回路出口处与所述微流体通道相交。在一些示例中，如框904处所示的那样，微流体通道在第一储存器与第二储存器之间延伸，并且激活第一流体泵包括激活非对称地定位在所述微流体通道内接近所述第一储存器的所述第一流体泵。

所述方法900继续在框906处激活第二流体泵，以使反向的流体流通过过滤器。在一些示例中，如框908处所示，激活第二流体泵可以包括激活非对称地定位在所述微流体通道内接近所述第二储存器的所述第二流体泵。在一些示例中，激活第二流体泵可包括激活位于所述过滤器回路的回路出口内的第二流体泵，如框910处所示。如框912处所示，在一些示例中，激活第二流体泵包括激活定位在所述过滤器回路的腔内的第二流体泵。在一些示例中，激活第二流体泵可包括：在激活第一流体泵时启动定时器，以及从所述定时器的所述启动起，每次经过一段时间间隔就激活所述第二流体泵，以便在有规律的基础上清理所述过滤器，如框914处所示。在一些示例中，如框916处所示，激活第二流体泵包括感测处于通过所述过滤器回路的正向的流体流中的流体的特性，并基于所述感测，激活所述第二流体泵。

如框918处所示，所述方法900还可包括激活位于所述回路入口内的第三流体泵，以增加通过所述过滤器回路的正向的流体流。在一些示例中，激活所述第三流体泵包括激活位于所述过滤器回路的腔内的所述第三流体泵，如框920处所示。

Claims

1.一种微流体过滤的方法，包括：

激活微流体通道内的第一流体泵，以使正向的流体流通过所述微流体通道并且通过过滤器回路的过滤器，所述过滤器回路在回路入口处和回路出口处与所述微流体通道相交；以及

激活第二流体泵，以使反向的流体流通过所述过滤器，其中激活所述第二流体泵包括激活定位在所述过滤器回路的腔内的所述第二流体泵，所述腔包括过滤器回路的辅助部段，所述辅助部段有助于将所述第二流体泵与通过所述回路的总的流体流隔离，使得产生自所述第二流体泵激活的高压不会损伤可能在流动通过所述过滤器回路的流体样本内携带的脆弱的细胞或其他颗粒。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微流体通道在第一储存器与第二储存器之间延伸，并且其中：

激活所述第一流体泵包括激活非对称地定位在所述微流体通道内接近所述第一储存器的所述第一流体泵。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，激活所述第二流体泵包括激活非对称地定位在所述微流体通道内接近所述第二储存器的所述第二流体泵。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，激活所述第二流体泵包括：

在激活所述第一流体泵时，启动定时器；以及

从所述定时器的所述启动起，每次经过一段时间间隔就激活所述第二流体泵，以便在有规律的基础上清理所述过滤器。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，激活所述第二流体泵包括：

感测处于通过所述过滤器回路的所述正向的流体流中的流体的特性；以及

基于所述感测，激活所述第二流体泵。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：激活定位在所述过滤器回路的腔内的第三流体泵，以增加通过所述过滤器回路的所述正向的流体流。

7.一种微流体过滤装置，包括：

微流体通道，其使流体在第一储存器与第二储存器之间流通；

过滤器回路，其在回路入口处耦接到所述微流体通道；

处于所述回路入口处的过滤器，所述过滤器过滤从所述微流体通道进入所述过滤器回路的流体；

正向泵，其将流体沿正向方向从所述微流体通道通过所述过滤器泵送到所述过滤器回路中；以及

反向泵，其沿与所述正向方向相反的反向方向泵送流体，以清理所述过滤器，并且所述反向泵定位在所述过滤器回路的腔内，所述腔包括过滤器回路的辅助部段，所述辅助部段有助于将所述第二流体泵与通过所述回路的总的流体流隔离，使得产生自所述第二流体泵激活的高压不会损伤可能在流动通过所述过滤器回路的流体样本内携带的脆弱的细胞或其他颗粒。

8.如权利要求7所述的微流体过滤装置，其特征在于，所述过滤器回路还在回路出口处被耦接到分选储存器，以接收已过滤的流体。

9.如权利要求7所述的微流体过滤装置，其特征在于：

所述正向泵包括定位在所述过滤器回路的回路入口内的流体泵，以沿所述正向方向从所述回路入口朝向回路出口泵送流体，并产生通过所述过滤器的正向流；以及

所述反向泵包括定位在所述回路出口内的流体泵，以沿所述反向方向从所述回路出口朝向所述回路入口泵送流体，从而产生通过所述过滤器的反向流。

10.如权利要求7所述的微流体过滤装置，还包括嵌入所述过滤器回路中的传感器，以感测所述过滤器回路中的流体的特性，并基于感测到的特性来激活所述反向泵。

11.如权利要求7所述的微流体过滤装置，包括：

多个嵌套式过滤器回路，其中，第一嵌套式过滤器回路与所述微流体通道直接流体连通，并且每个其他的嵌套式过滤器回路通过另一嵌套式过滤器回路与所述微流体通道间接地流体连通；

所述第一流体泵引起沿正向方向通过所述嵌套式过滤器回路的流体流；

颗粒过滤器，其与每个嵌套式过滤器回路相关联，以从所述流体过滤颗粒；

所述反向泵引起沿反向方向通过所述嵌套式过滤器回路的流体流，以清理所述颗粒过滤器。

12.如权利要求11所述的微流体过滤装置，其特征在于，所述颗粒过滤器包括具有过滤器间隙的架构，当所述嵌套式过滤器回路更远离所述微流体通道时，所述过滤器间隙在尺寸上减小。

13.如权利要求11所述的微流体过滤装置，包括与每个嵌套式过滤器回路相关联的分选储存器，以接收通过相关联的嵌套式过滤器回路的颗粒过滤器过滤的流体。