CN112041069A - 用于在一反应腔室中致动数个磁反应性微柱的磁基致动机构及方法 - Google Patents

用于在一反应腔室中致动数个磁反应性微柱的磁基致动机构及方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于在一反应(或化验)腔室中致动数个磁反应性微柱的磁基致动机构及一种在一反应(或化验)腔室中致动数个磁反应性微柱的方法。亦即，提供了一微流控系统，所述微流控系统包括一微流控装置(或匣筒)，所述微流控装置包括所述反应(或化验)腔室，数个附着于表面的磁反应性微柱的一场域被安装于所述反应(或化验)腔室中。当前公开的磁基致动机构是紧邻于所述数个磁反应性微柱而被提供，其中所述磁基致动机构是用于致动所述数个磁反应性微柱。亦即，所述磁基致动机构产生一致动力，所述致动力被用于迫使所述数个磁反应性微柱中的至少一些表现出运动。此外，提供了使用当前公布的磁基致动机构以致动所述数个磁反应性微柱的方法。

Description

用于在一反应腔室中致动数个磁反应性微柱的磁基致动机构 及方法
对相关申请的交叉引用
本发明为一PCT国际申请，自申请日为2018年4月6日的美国临时专利申请第62/654,048号请求优先权；上述申请通过引用被整体并入本文中。
技术领域
本发明的标的物一般地是关于处理生物性流体(或生物流体)的方法，及更特定地是关于用于在一反应(或化验)腔室中致动数个磁反应性微柱的磁基致动机构及方法。
背景技术
微流控系统可以包括一活动表面(active surface)，所述活动表面可以是，举例而言，(典型地在一反应(或化验)腔室中)用于处理生物性材料的任何表面或区域。各种流控操作，比如但不限于，混合操作、清洗操作、结合操作及细胞处理操作，可以在所述反应(或化验)腔室中进行。然而，对在所述腔室中流动的流体，通常仅有微少的或不佳的控制。因此，需要新手段以在一微流控系统中提供更好的流体流动控制。
发明内容
为了整体地或部分地应对上述问题，及/或可能已被本领域中的一般技术人员观察到的其它问题，本揭示提供了如在下文中以示例的方式被描述的组成物及方法。
当前揭示的标的物提供了一种用于在一反应(或化验)腔室中致动数个磁反应性微柱的磁基致动机构及一种在一反应(或化验)腔室中致动数个磁反应性微柱的方法。亦即，提供了一微流控系统，所述微流控系统包括一微流控装置(或匣筒)，所述微流控装置包括所述反应(或化验)腔室，数个附着于表面的磁反应性微柱的一场域被安装于所述反应(或化验)腔室中。当前公开的磁基致动机构是紧邻于所述数个磁反应性微柱而被提供，其中所述磁基致动机构是用于致动所述数个磁反应性微柱。亦即，所述磁基致动机构产生一致动力，所述致动力被用于迫使所述数个磁反应性微柱中的至少一些表现出运动。
在一些实施例中，所述磁基致动机构是一碟形或圆柱形磁铁，所述磁铁是可经由，举例而言，一微型的有刷或无刷DC马达而移动的(例如，可旋转的)。在一示例中，所述磁铁可以是一径向磁化(DM)磁铁。在另一示例中，所述磁铁可以是一轴向磁化(AM)磁铁。所述移动(例如，旋转)磁铁提供相对于所述数个磁反应性微柱而移动(例如，旋转)的一磁场，其中所述移动的(例如，旋转的)磁场是所述致动力的一示例。
在其它实施例中，所磁基致动机构是一个或更多个板状磁铁、一个或更多个金属板、一磁遮罩或以上的任何组合，用以(1)将所述数个磁反应性微柱保持在一基本上直立的或垂直的姿态(亦即，用于使所述数个磁反应性微柱挺直)，及(2)在所述数个磁反应性微柱被击倒后将所述数个磁反应性微柱恢复到一基本上直立的或垂直的姿态。
在又其它实施例中，磁遮罩可以被用于控制当前揭示的数个磁基致动机构的所述致动力，其中所述磁遮罩是被排列在一平面中，所述平面在所述磁铁及所述数个磁反应性微柱的所述平面间，及其中所述磁遮罩是可移动的，用以允许所述磁铁的所述磁场触及所述数个磁反应性微柱或用于阻挡所述磁铁的所述磁场触及所述数个磁反应性微柱。
在又其它实施例中，任何数量、类型、配置及/或组合的当前揭示的磁基致动机构可以被组合使用。
在再其它实施例中，数个线性平移机构(X轴、Y轴及Z轴线性平移机构)可以被用于控制当前揭示的磁基致动机构相对于一个或多个微流控装置的位置。
此外，提供了使用当前揭示的磁基致动机构以致动所述数个磁反应性微柱的方法。
在再其它实施例中，提供了一微流控系统，包含：
至少一微流控装置，包含一反应腔室，其中所述反应腔室包含一活动表面，其中所述活动表面是磁反应性的；及
至少一磁基致动机构，紧邻所述活动表面被提供，其中所述至少一磁基致动机构是配置以产生足以起动所述活动表面的一致动力；
其中所述至少一磁基致动机构包含一或多个可移动的碟形或圆柱形磁铁、一或多个板状磁铁、一或多个金属板、一个或多个磁遮罩或以上的组合。在一些实施例中，所述活动表面包含一微柱场域，所述微柱场域包含数个附着于表面的磁反应性微柱，其中所述至少一磁基致动机构是紧邻所述数个磁反应性微柱而被提供，且其中所述至少一磁基致动机构是配置以产生足以迫使所述数个磁反应性微柱中的至少一些表现出运动的一致动力。
在又其它实施例中，提供了一微流控系统，包含：
至少一微流控装置，包含一反应腔室，其中所述反应腔室包含一活动表面，其中所述活动表面是磁反应性的；
至少一磁基致动机构，紧邻所述活动表面被提供，其中所述至少一磁基致动机构是配置以产生足以起动所述活动表面的一致动力；及
一或更多个磁遮罩，至少部分地围绕所述至少一微流控装置及/或所述至少一磁基致动机构；
其中所述至少一磁基致动机构包含一或多个可移动的碟形或圆柱形磁铁、一或多个板状磁铁、一或多个金属板、一个或多个磁遮罩或以上的组合。在一些实施例中，所述一或更多个磁遮罩至少部分地围绕所述至少一微流控装置且是静止的。在其它实施例中，所述一或更多个磁遮罩至少部分地围绕所述至少一磁基致动机构且是可移动的。在进一步的实施例中，所述至少一磁基致动机构是可移动的，且其中所述一或更多个磁遮罩是被连接到所述至少一磁基致动机构及与所述至少一磁基致动机构一起移动。在又进一步的实施例中，所述活动表面包含一微柱场域，所述微柱场域包含数个附着于表面的磁反应性微柱，其中所述至少一磁基致动机构是紧邻所述数个磁反应性微柱而被提供，且其中所述至少一磁基致动机构是配置以产生足以迫使所述数个磁反应性微柱中的至少一些表现出运动的一致动力。
本发明的其它的组合物、方法、特征及优势在检视后附的图式及详细描述后，对本领域的一般技术人员将是或将成为明显的。所有这样的额外组合物、方法、特征及优势是意在被包括在本描述中、包含在本发明的范围内、及被附随的权利要求所保护。
附图说明
本发明的特征及优势将自下文结合附随图式的描述而更清楚地被了解，图式不必然按比例绘制，及其中：
图1例示一微流控系统的一示例的一方块图，所述微流控系统包括与当前揭示的磁基致动机构结合的一微流控装置，所述磁基致动机构用于致动附着于表面的数个微柱；
图2A及图2B例示所述微流控装置的数个微柱的一示例的侧面图；
图3A及图3B例示一微柱的侧面图并展示其致动运动的数个示例；
图4A及图4B分别例示展示于图1中的所述微流控系统的所述微流控装置的一示例的一平面图及一截面图，其中所述微流控装置具有包括数个微柱的一场域的一反应(或化验)腔室；
图5例示展示于图4A及图4B中的所述微流控装置与当前揭示的磁基致动机构结合的一截面图；
图6例示所述微流控装置的一部分的一侧面图，其中所述当前揭示的磁基致动机构是定位于所述微流控装置下方；
图7例示所述微流控装置的一部分的一侧面图，其中所述当前揭示的磁基致动机构是定位于所述微流控装置上方；
图8例示一磁基致动机构的一立体图，所述磁基致动机构是当前揭示的磁基致动机构的一示例；
图9A、图9B、图10A、图10B、图11A及图11B展示展示于图8中的所述磁基致动机构的所述马达的数个示例的视图；
图12例示展示于图8中的所述磁基致动机构的一磁铁的一示例的一立体图，其中所述磁铁是径向磁化的；
图13例示展示于图8中的所述磁基致动机构的所述磁铁的一示例的一立体图，其中所述磁铁是轴向磁化的；
图14例示展示于图8中的所述磁致动机构的一侧视图，所述磁致动机构包括所述径向磁化磁铁，其中所述径向磁化磁铁被相对于所述微流控装置而被安排；
图15展示一系列的图示，显示经所述径向磁化磁铁的完整一周逆时钟旋转的磁场方向；
图16展示经所述径向磁化磁铁的完整一周逆时钟旋转的磁场在数个微柱的一场域上方的重迭；
图17A及图17B例示用于格栅化当前揭示的磁基致动机构的线性致动器的数个示例的立体图；
图18例示一基于定子的磁致动机构的一立体图，所述机构是当前揭示的磁基致动机构的另一示例；
图19例示相对于展示在图4及图5中的微流控装置被安排的展示于图18中的所述基于定子的磁致动机构的一侧视图；
图20例示另一基于定子的磁致动机构的一立体图，所述机构是当前揭示的磁基致动机构的又一示例；
图21例示展示于图20中的所述基于定子的磁致动机构的一立体图，一微流控装置被安排在所述磁致动机构的环形磁铁中；
图22例示展示于图8中的所述磁致动机构被相对于所述微流控装置安排的一侧视图，其中所述磁致动机构包括一轴向磁化磁铁；
图23例示展示所述微流控系统的一配置的一侧视图，其中所述磁基致动机构是相对于所述微流控装置被安排的一对板状磁铁；
图24例示展示所述微流控系统的一配置的一侧视图，其中所述磁基致动机构是相对于所述微流控装置被安排的一马蹄形磁铁；
图25例示展示所述微流控系统的一配置的一侧视图，其中所述磁基致动机构是相对于所述微流控装置被安排的一板状磁铁及一金属板；
图26例示展示图23或图25的所述微流控系统被密封在一磁遮罩中的一侧视图；
图27、图28及图29例示包括数个可移动(例如，可旋转)的磁铁的当前揭示的磁基致动机构的配置的数个示例的俯视图；
图30例示当前揭示的包含可以选择性地被一马达驱动的数个可移动(例如，可旋转)磁铁的磁基致动机构的一示例的一立体图；
图31A及图31B例示包含用于控制所述致动力的磁遮罩的当前揭示的磁基致动机构的一示例的各种视图；
图32A及32B例示使用用于迫使数个微柱表现特定类型的运动的当前揭示的磁基致动机构的数个示例的各种视图；
图33例示使用用于致动所述数个磁反应性微柱的当前揭示的磁基致动机构的一方法的一示例的一流程图；及
图34例示所述微流控系统的另一配置的一侧视图，其中展示于图8中的所述磁致动机构相对于所述微流控装置被侧向定向。
具体实施方式
当前揭示的标的物将在下文中参照随附的图式而被更完整地描述。在所述图式中，展示了当前被揭示的标的物的一些，但非全部实施例。类似的数字贯串全文表示相似的元件。当前揭示的标的物可以以许多不同形态被实施，且不应被视为限于本文中所提出的实施例；而是，这些实施例是被提供以便本揭示能满足所适用的法律要求。确实，在本文中提出的当前揭示的标的物的许多修改及其它实施例将会为得益于下文的描述及关联的图式中所呈现的教示的本揭示所属领域的一般技术人员所思及。因此，应被了解的是，当前揭示的标的物不限于被揭示的特定实施例，且修改及其它实施例是意在被包括在附随的权利要求的范围中。
一般定义
如在本文中所使用地，“活动表面”意指可以被用于处理样本的任何表面或区域，所述样本包括但不限于，生物性材料、流体、环境样本(例如，水样本、空气样本、土壤样本及液体废弃物，及动物与植物组织)及工业样本(例如，食物、试剂等)。所述活动表面可以在一反应或化验腔室中。举例而言，所述活动表面可以是具有设计以操纵所述腔室中的流体的性质的任何表面。操纵可以包括，举例而言，产生流体流动、改变外部驱动的一流体的流动剖面、分离样本为数个组分、在所述腔室中建立或消除浓度梯度等。可能具有此效果的表面性质可以包括，举例而言，柱状物技术：无论是静态的或经致动的(亦即，经起动的)。所述表面性质也可以包括所述表面上的微尺度质地或形貌(topography)、通过振动或形变进行的所述表面的物理扰动；在所述表面上或表面中的电学的、电子的、电磁及/或磁性的系统；光学活性(例如，透镜)表面，比如包埋LED或与外部光源互动的材料；及类似物。
如本文中所使用地，“附着于表面的柱”或“附着于表面的微柱”或“附着于表面的结构”等词汇是可互换地被使用。一般地，一个附着于表面的结构具有两个相反的末端：一固定端及一自由端。所述固定端可以通过任何适宜的方式被附着到一基板，视乎制备技术及使用的材料。所述固定端可以通过被与所述基板整体地形成或，比如通过一微加工过程，被附接至所述基板上而被“附着”。替代地，所述固定端可以经由一连结、黏着、融合或焊接过程被“附着”。所述附着于表面的结构具有自所述固定端至所述自由端被界定的一长度，及位于与所述长度正交的一平面的一横切面。举例而言，使用笛卡儿座标系统作为一参考系(frame of reference)，并将所述附着于表面的结构的长度与Z轴(可以是一弯曲轴)关联，所述附着于表面的结构的所述横切面位于X-Y平面。
一般地，所述附着于表面的结构的所述横切面可以具有任何形状，比如圆形的(rounded)(例如，圆形(circular)，椭圆形等)、多边形(或棱柱形(prismatic)、直线形(rectilinear)等)、具有圆形特征的多边形(例如，具有圆角(rounded corners)的直线形)，或不规则形。所述附着于表面的结构的所述横切面在所述X-Y平面中的尺寸可以由所述横切面的“特征尺寸”(characteristic dimension)界定，所述特征尺寸是取决于形状的。作为示例，所述特征尺寸可以在一圆形横切面的案例中是直径、在椭圆截面的案例中是长轴、或在多边形截面的案例中是最大长度或宽度。一不规则形横切面的特征尺寸可以被视为所述不规则形横切面最密切近似的一规则形状横切面的特征尺寸(例如，一圆形的直径、一椭圆的长轴、一多边形的长度或宽度等。)。
如在本文中被描述的一附着于表面的结构相对于其固定端或附着到所述基板的点是不可移动的(静态的、刚性的等)或可移动的(弹性的、可偏转的、可弯折的等)。为了促进可移动的附着于表面的结构的可移动性，所述附着于表面的结构可以包括由一弹性体(elastomeric)(弹性(flexible))材料组成的一弹性主体，及可以在所述附着于表面的结构的所述主要尺度是其长度的意义上具有一细长的几何形状，亦即，所述长度基本上大于所述特征尺寸。所述弹性主体的所述组成的数个示例包括但不限于，弹性体材料比如水胶及其它活动表面材料(例如，聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS))。
所述可移动的附着于表面的结构是配置而使所述附着于表面的结构相对于它的固定端的所述动作可以以一非接触性的方式被致动或诱发，特别是通过施加所欲的一强度、场线朝向及频率(频率在静磁场或静电场的案例中可以是零)的磁场或电场而被致动或诱发。为使所述附着于表面的结构可以被一施加的磁场或电场移动，所述附着于表面的结构可以包括一适当的金属组成，所述组成被装设在所述附着于表面的结构的弹性主体上或所述弹性主体中。为使所述附着于表面的结构对一磁场有反应性，所述金属组成可以是一铁磁性材料，比如，举例而言，铁、镍、钴或其磁性合金，一个非限定性的示例是“磁钢”(alnico)(含有铝、镍及钴的一铁合金)。为了使所述附着于表面的结构对一电场有反应性，所述金属组成可以是展现良好导电性的一金属例如，铜、铝、金及银，以及各种其它金属及金属合金。视乎应用的制备技术，所述金属组成可以在所述弹性主体的一选定的区域沿着其长度被形成为在所述弹性主体的所述外表面上的一表层(或涂层，薄膜等)。所述表层可以是一连续的表层或数个粒子的一密集群集排列。替代地，所述金属组成可以被形成为在所述弹性主体的一指定区域被包埋在所述弹性主体中的粒子的一排列。
如本文中所使用地，“致动力”一词意指施加于所述数个微柱的力。举例而言，所述致动力可以包括一磁力、热力、声波力或电力。值得注意的是，所述致动力可以作为频率或强度的一函数被施加，或作为一冲击力(亦即，一阶梯函数)而被施加。类似地，其它致动力，比如跨越所述微柱阵列(例如，经由以一光学系统监控倾斜角度而作为液流感测器的数个弹性微柱)的流体流动可以被使用而不脱离当前标的物的范围。
因此，一致动力的施用致动所述数个可移动的附着于表面的微柱。举例而言，所述致动通过将细胞处理腔室与包含提供一致动力，比如一磁场或电场，的数个元件的控制仪器接触而发生。因此，所述控制仪器包括，举例而言，任何用于致动所述数个微柱的机构(例如，磁系统)、任何用于计数细胞的机构(例如，影像系统)、用于泵送流体的气动装置(例如，泵浦、流体孔口、瓣膜)及一控制器(例如，微处理器)。
如在本文中所使用地，一“流通池”是包含一固态表面的任何腔室，一或更多液体可以流过所述固态表面，其中所述腔室具有至少一入口及至少一出口。
“微柱阵列”一词是如在本文中所使用地用于描述数个小柱的一阵列，所述数个小柱自一基板向外延伸，典型地高度自1微米至100微米。在一实施例中，一微柱阵列的数个微柱可以是被垂直对齐的。值得注意的，每个微柱包括附着于所述基板基底的一近端及与所述近端相对的一远端或尖端。数个微柱可以被排列为阵列，比如，举例而言，获准于2016年1月19日的题名为“使用被致动的附着于表面的微柱评估生物流体流变学的方法及系统”的美国专利第9,238,869号所描述的数个微柱；上述专利的整体揭示通过引用被并入本文中。美国专利第9,238,869号描述用于使用被致动的附着于表面的数个微柱以评估生物流体流变学的方法、系统及计算机可读取媒体。在美国专利第9,238,869号中被描述的一个方法是被导向以测试一生物流体样本的性质，所述方法包括将所述样本放置在一微柱阵列(所述微柱阵列具有自一基板向外延伸的数个微柱，其中每个微柱包括附着于所述基板的一近端及与所述近端相对的一远端)上，及邻近于所述微柱阵列产生一致动力以致动所述数个微柱，从而迫使所述数个微柱中的至少一些表现出运动。此方法进一步包括测量所述数个微柱中的至少一个应所述致动力的所述运动，并基于测得的所述至少一个微柱的动作决定所述样本的一性质。
美国专利第9,238,869号亦指出所述微柱阵列的所述数个微柱及微柱基板可以由聚二甲基硅氧烷(PDMS)形成。进一步地，数个微柱可以包括一弹性主体及一金属组成，所述金属组成被装设在所述主体上或所述主体中，其中一磁场或电场的施用将所述数个微柱相对于它们所附着的所述基板致动进入动作(例如，其中通过所述致动机构产生的所述致动力是一磁性及/或电性致动力)。
“磁反应性的”意指对一磁场有反应性。“磁反应性微柱”包括磁反应性材料或由磁反应性材料组成。磁反应性材料的数个示例包括但不限于顺磁性材料、铁磁性材料、次铁磁性材料及变磁性材料。适宜的顺磁性材料的数个示例包括铁、镍及钴，以及金属氧化物，比如但不限于，四氧化三铁(Fe3O4)、六亚铁酸钡(BaFe12O19)、氧化亚钴(CoO)、一氧化镍(NiO)、三氧化二锰(Mn2O3)、三氧化二铬(Cr2O3)及磷化钴锰(CoMnP)。
跟随长久的专利法惯例，“一”(a)、“一”(an)及“所述”(the)等词汇当在本申请，包括权利要求中被使用时意指“一或更多”。因此，举例而言，提及“一对象”包括数个对象，除非上下文清楚另有所指(例如，数个对象)，诸如此类。
遍及本说明书及权利要求，除非上下文另有要求，“包含”(comprise)、“包含”(comprises)及“包含”(comprising)等词汇是在一非排除性意义下被使用。相似地，“包括”一词及其语法上的变体是意在为非限制性的，而使一清单中的数个物品的列举并非意在排除可以替换或被添加到被列举的物品中的其它类似物品。
对于本说明书及附随的权利要求而言，除非另外指出，在本说明书及权利要求中使用的所有表达量、大小、尺寸、性质、形状、配方、参数、百分率、数量、特征及其它数字数值的数字，应被理解为在所有语句中由“约”(about)一词修饰，虽然“约”一词可以不与所述数值、数量或范围明确地一起出现。因此，除非有相反的指示，在接下来的说明书及随附的权利要求中提出的数字性参数并非且不需要是精确的，而是可以如所欲的是近似的及/或较大或较小的，反映允许偏差值、单位换算、四舍五入、测量误差等，与依当前揭示的标的物所要获得的所欲性质而定的，为本技艺的一般技术人员所知的其它因素。举例而言，“约”一词，当意指一数值时，当这样的变化对执行所述揭示的方法或应用揭示的组成物而言是适当的，可以意在包括自一特定数值的变化，所述变化在一些实施例中是±100％、在一些实施例中是±50％、在一些实施例中是±20％、在一些实施例中是±10％、在一些实施例中是±5％、在一些实施例中是±1％、在一些实施例中是±0.5％及在一些实施例中是±0.1％。
进一步地，当与一或更多数字或数值范围连接使用时，“约”(about)一词应被理解为涉及所有这样的数字，包括在一范围中的所有数字，并通过将边界延伸到所提出的数字性数值以上及以下而修改所述范围。由端点界定范围的数字的列举包括所述范围中包摄的所有数字，例如，整数，包括其分数(举例而言，1至5的列举包括1、2、3、4及5，以及其分数，例如，1.5、2.25、3.75、4.1等)及在那个范围中的任何范围。
用于在一反应腔室中致动数个磁反应性微柱的磁基致动机构及方法
当前揭示的标的物提供了一种用于在一反应(或化验)腔室中致动数个磁反应性微柱的磁基致动机构及一种在一反应(或化验)腔室中致动数个磁反应性微柱的方法。亦即，提供了一微流控系统，所述微流控系统包括一微流控装置(或匣筒)，所述微流控装置包括所述反应(或化验)腔室，数个附着于表面的磁反应性微柱的一场域被安装于所述反应(或化验)腔室中。当前公开的磁基致动机构是紧邻于所述数个磁反应性微柱而被提供，其中所述磁基致动机构是用于致动所述数个磁反应性微柱。亦即，所述磁基致动机构产生一致动力，所述致动力被用于迫使所述数个磁反应性微柱中的至少一些表现出运动。
在一些实施例中，所述磁基致动机构是一碟形或圆柱形磁铁，所述磁铁是可经由，举例而言，一微型的有刷或无刷DC马达而移动的(例如，可旋转的)。在一示例中，所述磁铁可以是一径向磁化(DM)磁铁。在另一示例中，所述磁铁可以是一轴向磁化(AM)磁铁。所述移动(例如，旋转)磁铁提供相对于所述数个磁反应性微柱而移动(例如，旋转)的一磁场，其中所述移动(例如，旋转)的磁场是所述致动力的一示例。
在其它实施例中，所磁基致动机构是一个或更多个板状磁铁、一个或更多个金属板、一磁遮罩或以上的任何组合，用以(1)将所述数个磁反应性微柱保持在一基本上直立的或垂直的姿态(亦即，用于使所述数个磁反应性微柱挺直)，及(2)在所述数个磁反应性微柱被击倒后将所述数个磁反应性微柱恢复到一基本上直立的或垂直的姿态。
在又其它实施例中，磁遮罩可以被用于控制当前揭示的数个磁基致动机构的所述致动力，其中所述磁遮罩是被排列在一平面中，所述平面在所述磁铁及所述数个磁反应性微柱的所述平面间，及其中所述磁遮罩是可移动的，用以允许所述磁铁的所述磁场触及所述数个磁反应性微柱或用于阻挡所述磁铁的所述磁场触及所述数个磁反应性微柱。
在又其它实施例中，任何数量、类型、配置及/或组合的当前揭示的磁基致动机构可以被组合使用。
在再其它实施中，数个线性平移机构(X轴、Y轴及Z轴线性平移机构)可以被用于控制一个或更多个当前揭示的磁基致动机构相对于一个或更多个微流控装置的位置。
此外，提供了使用当前揭示的磁基致动机构以致动所述数个磁反应性微柱的方法。
参照图1，图1是一微流控系统100的一示例的一方块图，所述微流控系统100包括与当前揭示的磁基致动机构结合的一微流控装置105，所述磁基致动机构用于致动附着于表面的数个磁反应性微柱。微流控系统100的微流控装置105是，举例而言，包括一反应(或化验)腔室114的一微流控匣筒。数个微柱122的一场域被安排在反应(或化验)腔室114中。数个微柱122在跨越反应(或化验)腔室114的所述区域的一基本上连续的场域中被提供。
磁致动机构150紧邻于微流控装置105的反应(或化验)腔室114而被提供，其中磁致动机构150被用于对所述数个附着于表面的微柱122施加一致动力152。如在本文中他处所描述的，“致动力”一词意指施加到数个微柱122的所述力。磁致动机构150是用于邻近一反应(或化验)腔室114产生一致动力(例如，致动力152)，所述致动力迫使数个微柱122中的至少一些表现出运动。在微流控系统100中，微流控装置105的所述数个微柱122是磁反应性微柱。因此，由磁致动机构150提供的所述致动力152是一磁致动力。进一步地，磁致动机构150的所述磁致动力152可以作为频率或强度的一函数被施加，或作为一冲击力(亦即，一阶梯函数)被施加。亦即，磁致动机构150的所述磁致动力152可以是一时变致动力。
在微流控系统100的微流控装置105中，与磁致动机构150结合的所述数个磁反应性微柱122可以被用以，相较于缺少所述数个磁反应性微柱122及所述磁致动机构150的一微流控装置，增进在反应(或化验)腔室114中的各种流导操作，比如但不限于，混合操作、清洗操作、结合操作及细胞处理操作。数个微柱122的更多细节在下文中参照图2A、图2B、图3A及图3B而被展示及描述。微流控装置105的更多细节在下文中参照图4A、图4B、图5、图6及图7而被展示及描述。
参照图2A及图2B。图2A及图2B是微流控装置105的数个微柱122的一示例的侧面图，其中数个微柱122可以被排列在一微柱场域或阵列中。如在本文中所使用的，“微柱场域”一词是与“微柱阵列”一词可互换地被使用，如在本文中他处所界定的。因此，数个微柱122的一排列是在一基板124上以一微柱场域或阵列被提供。
数个微柱122及基板124可以，举例而言，由PDMS形成。在所述场域或阵列中的数个微柱122的长度、直径、几何构造、朝向及间距可以不同。举例而言，数个微柱122的所述长度可以在自约1微米至约100微米间变化。数个微柱122的所述直径可以在自约0.1微米至约10微米间变化。进一步地，数个微柱122的所述截面形状可以如在本文中他处所描述的而变化。举例而言，数个微柱122的所述截面形状可以是圆形、椭圆形、方形、矩形、三角形等。数个微柱122的所述朝向可以不同。举例而言，图2A展示数个微柱122被定向为基本上垂直于基板124的所述平面，而图2B展示数个微柱122被定向为与基板124的所述平面的法线夹一角度α。在没有致动力被施加的一中性位置，所述角度α可以是，举例而言，自约0度至约45度。此外，在一微柱场域或阵列中的数个微柱122的所述间距可以，举例而言，在自约0微米至约50微米间变化。进一步地，在所述微柱场域或阵列中的数个微柱122的所述相对位置可以不同。
图3A及3B例示一微柱122的侧面图并展示其致动运动的数个示例。亦即，图3A展示定向为与基板124的所述平面基本上垂直的一微柱122的一示例。图3A展示所述微柱122的所述远端可以(1)仅相对于所述固定近端侧向2D运动或(2)相对于所述固定近端圆周运动，所述圆周运动是一锥形运动。相对地，图3B展示定向为与基板124的所述平面呈一角度的一微柱122的一示例。图3B展示所述微柱122的所述远端可以(1)仅相对于所述固定近端倾斜侧向2D运动或(2)相对于所述固定近端倾斜圆周运动，所述倾斜圆周运动是一倾斜锥形运动。在微流控装置105中，通过致动数个微柱122并造成数个微柱122的运动，在反应(或化验)腔室114中的任何流体被有效地搅拌或被导致在反应(或化验)腔室114中并跨越所述腔室的所述表面区域流动或循环，如所示地，举例而言，如在图6及图7中所示地。进一步地，在图3A中所展示的微柱122的所述锥形运动，以及在图3B中所展示的微柱122的所述倾斜锥形运动，可以使用一移动的(例如，旋转的)磁场而被达成。一移动的(例如，旋转的)磁场是磁致动机构150的致动力152的一示例。
依然参照图1至图3B，数个微柱122是基于，举例而言，在美国专利第9,238,869号中被描述的所述数个微柱，如在本文中的他处所描述的。在一示例中，根据美国专利第9,238,869号，数个微柱122及基板124可以以PDMS形成。进一步地，数个微柱122可以包括一弹性主体及被装设在所述主体上或所述主体中的一金属组成，其中一磁场或一电场的施加致动数个微柱122进入运动，所述运动是相对于所述数个微柱122附着的所述表面。再一次的，在此示例中，由驱动机构150产生的所述致动力是一磁致动力。
图4A及图4B各自为展示于图1中的所述微流控系统100的所述微流控装置105的一示例的一平面图及一截面图。图4B的所述截面图是沿着图4A的线A-A而被截取。进一步地，图5是与磁基致动机构150一同被展示的微流控装置105的一截面图，所述磁基致动机构是当前揭示的磁基致动机构的一个示例。
现在参照图4A、图4B及图5，微流控装置105具有反应(或化验)腔室114，所述腔室包括数个磁反应性微柱122的一场域。举例而言，微流控装置105包括被一间隙113分离的一底部基板110及一顶部基板112，从而在底部基板110及顶部基板112间形成所述反应(或化验)腔室114。一间隔物或垫片116可以在底部基板110及顶部基板112间被提供以形成间隙113并界定反应(或化验)腔室114的所述区域。底部基板110及顶部基板112可以由，举例而言，塑胶或玻璃形成。数个流体孔口118在举例而言，顶部基板112中被提供。举例而言，提供了两个流体孔口118，每一端一个(例如，一入口及一出口)用于装载流体进入反应(或化验)腔室114。在此示例中，微流控装置105提供一简单的“流通池”(flow cell)类型的腔室。如在本文中的他处所描述的，一流通池可以是包含一固态表面的任何腔室，一或更多液体可以流过所述固态表面，其中所述腔室具有至少一入口及至少一出口。各种流控操作，比如但不限于，混合操作、清洗操作、结合操作及细胞处理操作，可以在反应(或化验)腔室114中进行。
微流控装置105的反应(或化验)腔室114可以被决定尺寸以容纳任何体积的流体。反应(或化验)腔室114的间隙113的高度可以是，举例而言，自约50微米至约1毫米。数个磁反应性微柱122的一场域在底部基板110的所述内表面上被提供。然而，在各种实施例中，数个微柱122可以仅于底部基板110上被提供、仅于顶部基板112上被提供，或于底部基板110及顶部基板112两者上皆被提供。
图5展示被安排得紧邻于微流控装置105的反应(或化验)腔室114的磁致动机构150。亦即，数个微柱122处于由磁致动机构150产生的所述磁场(未展示)中，其中所述磁场是可以被用于致动所述数个磁反应性微柱122的所述致动力。
通过致动数个微柱122并造成数个微柱122的运动，在间隙113中的所述样本流体(未展示)举例而言，如图6及图7中所示地被有效地搅拌或被导致在反应(或化验)腔室114的间隙113中流动或循环。举例而言，图6展示微流控装置105的一部分的一侧视图，其中磁致动机构150是被定位在微流控装置下方；而图7展示微流控装置105的一部分的一侧视图，其中磁致动机构150是被定位在微流控装置上方。
在任一配置中，数个微柱122可以被来自磁致动机构150的所述磁致动力152致动而移动。举例而言，来自磁致动机构150的一磁场的所述施加致动所述数个磁反应性微柱122进入移动。亦即，一样本流体130在反应(或化验)腔室114的间隙113中被提供。接着，磁致动机构150紧邻数个微柱122的所述场域产生致动力152，所述致动力152迫使数个微柱122的至少一些表现出运动。如此，局部循环140及主体循环145的区域皆在微流控装置105的反应(或化验)腔室114中发生。在一示例中，由于由微流控装置105的反应(或化验)腔室114中的数个微柱122的所述运动创造的局部循环140及主体循环145的区域的存在，相较于仅依赖扩散以流动及/或混合的应用，所述反应时间可以被显著减少。举例而言，相较于仅依赖扩散的应用，微流控装置105及磁致动机构150可以被用于将所述反应时间自数小时或数天减至仅数分钟。
现在参照图8。图8是一磁致动机构200的一立体图，所述磁基致动机构200是当前揭示的磁基致动机构的一示例。亦即，磁致动机构200是展示于图1中的所述磁致动机构150的一个示例。在此示例中，磁致动机构200包括一磁铁210，所述磁铁210安装在一马达214的一马达轴212上。因此，磁铁210是可移动的，特别地，磁铁210是可移动的(例如，可旋转的)。磁铁210是一永久磁铁。磁铁210可以是，举例而言，一圆柱形磁铁。在一示例中，磁铁210是一径向磁化永久磁铁(见图12)。亦即，磁铁210是横向于马达轴212而被磁化。在另一实施例中，磁铁210是一轴向磁化永久磁铁(见图13)。亦即，磁铁210是沿着马达轴212的所述轴线而被磁化。磁铁210的所述磁通量密度B可以是，举例而言，自约10毫特斯拉(mT)至约500毫特斯拉。
马达214可以是，举例而言，任何微型的有刷或无刷DC马达。马达214可以以举例而言，以自约1,000转每分钟至约20,000转每分钟或自约2,000转每分钟至约15,000转每分钟或自约7,000转每分钟至约10,000转每分钟运作。图9A、图9B、图10A、图10B、图11A、及图11B展示展示于图8中的磁致动机构200的马达214的数个示例的视图。在一第一示例中，且参照图9A及图9B，马达214是一有刷DC马达，比如可得自Portescap(宾州，西切斯特)的12GS88Athlonix有刷DC高能量密度马达(12GS88 Athlonix Brush DC High Power DensityMotor)。在下一个实施例中且参照图10A及图10B，马达214是一无刷DC马达，比如可得自Portescap(宾州，西切斯特)的16ECP36 ULTRA EC无槽无刷DC马达(16ECP36ULTRA ECSlotless Brushless DC Motor)。在下一个实施例中且参照图11A及11B，马达214是一有刷DC微传呼机马达(micro pager motor)(例如，0408系列)，比如在传呼机与手机中被使用的震动马达。
参照图12。图12是展示于图8中的磁基致动机构200的磁铁210的一示例的一立体图，其中所述磁铁210是径向磁化的。所述径向磁化(DM)磁铁210在在下文中被称为DM磁铁210。在所述DM磁铁210中，北极与南极是沿着马达轴212的长度(未显示)被并排配置。因此，DM磁铁210是横向于马达轴212而被磁化。在图12中，所述径向磁化是经由磁场线216与自北极至南极展示所述磁场的方向而被表示。进一步地，当DM磁铁210旋转时，它提供一旋转的磁场。再次地，DM磁铁210的所述磁通量密度B可以是，举例而言，自约10mT至约500mT。进一步地，如通过磁场线216所表示的DM磁铁210的所述磁场，是参照图1而被描述的致动力152的一示例。
现在参照图13。图13是展示于图8中的所述磁基致动机构200的磁铁210的一示例的一立体图，其中所述磁铁210是轴向磁化的。所述轴向磁化(AM)磁铁210在下文中被称为AM磁铁210。在所述AM磁铁210中，所述北极与南极是以一堆迭的方式沿着马达轴212的所述长度(未展示)被配置。因此，AM磁铁210是沿着马达轴212的所述轴线而被磁化。在图13中，所述轴向磁化是经由磁场线216与自北极至南极展示所述磁场的方向而被表示。进一步地，当AM磁铁210旋转时，它提供一旋转的磁场。再次地，AM磁铁210的所述磁通量密度B可以是，举例而言，自约10mT至约500mT。进一步地，如通过磁场线216所表示的AM磁铁210的所述磁场，是如参照图1而被描述的致动力152的一示例。
参照图14。图14是展示于图8中的所述磁致动机构200的一侧视图，所述磁基致动机构200包括DM磁铁210，其中DM磁铁210被相对于所述微流控装置105而被安排。再次地，DM磁铁210可以是圆柱形的。直径可以大约相等于微流控装置105的所述区域。在一示例中，DM磁铁210的所述直径是约0.5英吋。进一步地，DM磁铁210是被设为距微流控装置105中的数个微柱122有一特定距离d。所述距离d可以是，举例而言，自约5毫米至约15毫米。此外，DM磁铁210的场强度及/或马达214的所述每分钟转速可以依数个微柱122的刚硬度及/或样本流体130的黏滞性而不同。
所述可移动(例如，可旋转)DM磁铁210是被定向而使马达轴212的所述轴线是基本上垂直于包含数个微柱122的所述场域的反应(或化验)腔室114的所述平面。为致动力152的一示例的，DM磁铁210的所述磁场，是通过磁场线216而被指示。所述磁场是基本上在数个微柱122的所述平面中移动的(例如，旋转的)一移动的(例如，旋转的)磁场。举例而言，图15展示一系列的图示，显示经DM磁铁210的完整一周逆时钟旋转的磁场线216的方向。亦即，DM磁铁210的一俯视图在0度、接着为45度、接着为45度、接着为90度、接着为135度、接着为180度、接着为235度、接着为270度、接着为315度、及接着为360度连同所述磁场线216而被展示。进一步地，图16展示经DM磁铁210的完整一周旋转的磁场线216在数个微柱122的一场域上方的重迭，且从而指示相对于数个微柱122的，且与数个微柱122处于同一平面的一移动的(例如，旋转的)磁场。DM磁铁210的所述移动的(例如，旋转的)磁场是展示于图1中的致动力152的一示例。
参照图12至图16，磁致动机构200的磁铁210提供一移动的(例如，旋转的)磁场，所述磁场是磁致动机构150的致动力152的一示例。进一步地，由于所述旋转的磁铁210的所述每分钟转速可以变化，磁致动机构200提供一时变磁场。
现在参照图17A及图17B。图17A及图17B是用于格栅化当前揭示的磁基致动机构的线性致动器的数个示例的立体图。亦即，图17A展示一个一维(1D)线性致动器300且图17B展示一个二维(2D)线性致动器350。1D线性致动器300及2D线性致动器350可以基于，举例而言，1D及2D机动线性平移平台的基本设计。
1D线性致动器300包括，举例而言，驱动一蜗轮312的一步进马达310。1D线性致动器300进一步包括一握持器314，被穿到所述蜗轮312并沿着所述蜗轮312骑行且被一对侧轨316所稳定。步进马达310、蜗轮312、握持器314及数个侧轨316皆是相对于一底板318而被安排。握持器314是被设计以握持任何当前揭示的磁基致动机构，比如在展示于图8中的磁致动机构200。1D线性致动器300可以被使用，举例而言，以(在X方向或Y方向)横跨任何微流控装置105的区域扫描所述磁致动机构200，其中所述微流控装置105可以包括一个或更多个反应(或化验)腔室114，所述腔室中具有数个微柱122。在此示例中，1D线性致动器300允许一个磁致动机构200被用于数个反应(或化验)腔室114。进一步地，当磁致动机构200不处于使用中时，1D线性致动器300可以被用于将磁致动机构200定位在微流控装置105不具有反应(或化验)腔室114或数个微柱122的一区域。
2D线性致动器350包括被正交地安装在一第二线性平移平台上的1D线性致动器300(亦即，一第一线性平移平台)。所述第二线性平移平台包括，举例而言，一步进马达360，所述步进马达360驱动一蜗轮362。2D线性致动器350进一步包括一携带平台364，所述携带平台364被穿到所述蜗轮362并沿着所述蜗轮362骑行并由一对侧轨366所稳定。步进马达360、蜗轮362、携带平台364及数个侧轨366皆是相对于一底板368而被安排。携带平台364是被设计以容纳1D线性致动器300的底板318。亦即，1D线性致动器300的底板318可以被安装在2D线性致动器350的携带平台364的顶上。2D线性致动器350可以被用于，举例而言，(在X方向或Y方向)横跨任何微流控装置105的区域扫描所述磁致动机构200，其中所述微流控装置105可以包括一个或更多个反应(或化验)腔室114，所述腔室中具有数个微柱122。在此示例中，2D线性致动器350允许一个磁致动机构200被用于数个反应(或化验)腔室114。进一步地，当磁致动机构200不处于使用中时，2D线性致动器350可以被用于将磁致动机构200定位在微流控装置105不具有反应(或化验)腔室114或数个微柱122的一区域。
进一步地，在一线性致动器的另一示例中，所述(数个)线性平移平台可以基于一弹簧加载齿条齿轮(spring-loaded rack-and-pinion)或位能的其它机械性储存，用于沿着一条线平移磁致动机构200。举例而言，握持器314是被连接到一齿条齿轮轴承而非一线性致动器，其中所述齿轮缠绕一线圈，且当所述线圈被释放时，握持器314沿着所述齿条行走。
进一步地，在线性致动的另一个示例中，一个三维(3D)线性致动器可以被提供以在X、Y及Z维度中相对于反应(或化验)腔室114及数个微柱122平移磁致动机构200。相对于所述X方向，磁致动机构200可以使用一3D线性致动器被移近于或移远于数个微柱122的所述平面。亦即，在图14中展示的距离d可以使用一3D线性致动器被改变。接着，取决于所述距离d，在数个微柱122处的所述磁场(亦即，所述致动力)可以当距离d小时是强大的接着当距离d大时被减少或完全消除。
现在参照图18。图18是一基于定子的磁致动机构400的一立体图，所述机构是当前揭示的磁基致动机构的另一示例。基于定子的磁致动机构400包括一定子环410，所述定子环410支撑数个磁杆412、一轴承414及一磁铁416。磁铁416是一固态永久物，所述固态永久物是被径向磁化的，且在下文中被称为DM磁铁416。
基于定子的磁致动机构400与一基本的AC电动马达大致相同地运作，其中数个磁杆412是提供一移动的(例如，旋转的)磁场的电磁铁。DM磁铁416连结到所述基本AC马达的所述转子。亦即，定子环410及数个磁杆412被保持固定而DM磁铁416相对于数个磁杆412移动(例如，旋转)，且其中DM磁铁416是被限制在所述定子环410及所述轴承414中。基于定子的磁致动机构400不限于三个磁杆412。任何数量的磁杆412皆是可能的。基于定子的磁致动机构400提供相对于，举例而言，图8中展示的磁致动机构200来说轮廓低矮的磁基致动机构。举例而言，图19展示相对于微流控装置105被安排的基于定子的磁致动机构400的一侧视图。在此示例中，微流控系统100的总体Z尺度相对于，举例而言，展示于图14中的磁致动机构200及微流控装置105而言是减少的。
参照图20。图20是一基于定子的磁致动机构500的一立体图，所述机构是当前揭示的磁基致动机构的又一示例。基于定子的磁致动机构500与在图18及图19中所描述的基于定子的磁致动机构400基本上是相同的，除了DM磁铁416是被以一DM环形磁铁510取代。DM环形磁铁510是被径向磁化的一永久环形磁铁。基于定子的磁致动机构500是被设计而使一微流控装置，比如微流控装置105，可以如举例而言，在图21中所示地(未依比例绘制)被装入DM环形磁铁510的开口中。以此方式，DM环形磁铁510的磁力是处于微流控装置105的所述平面中。虽然基于定子的磁致动机构500可以被安装在微流控装置105上方或下方(如同在图19中)，基于定子的磁致动机构500在微流控装置105被装入DM环形磁铁510的开口中时运作得更有效率。亦即，在DM环形磁铁510及所述数个磁反应性微柱122间的磁耦合在微流控装置105被配置在DM环形磁铁510中时被最大化。展示于图21中的配置相较于展示于图14及图19中的配置具有又更低的一整体轮廓。
关于光学侦测能力，展示于图14中的磁致动装置200至微流控装置105的配置以及展示于图19中的基于定子的磁致动机构400至微流控装置105的安排允许自微流控装置105的一侧的光学接入。举例而言，在这些配置中，萤光光学接入是被允许的。然而，具有被装入DM环形磁铁510的所述开口中的微流控装置105的基于定子的磁致动机构500(如在图21中所展示)的一优势在于，所述磁致动机构500允许自微流控装置105的两侧的光学接入。亦即，自微流控装置105的一侧至另一侧有一净空的光路。这是因为DM环形磁铁510并不干扰自微流控装置105的一侧至另一侧的光学接入。结果，基于定子的磁致动机构500允许透射光学接入。
现在再次参照图18至图21。马达设计是周知的，且本技艺的一般技术人员将辨认出与数个微柱相关联的所述移动(例如，旋转)磁铁元件是当前揭露的磁致动机构的主要新颖处。
参照图22。图22是展示于图8中的磁致动机构200被相对于所述微流控装置105安排的一侧视图，其中所述磁致动机构200包括AM磁铁210。所述AM磁铁210在应用中对使数个微柱122挺直可以是有用的。在这些案例中，AM磁铁210被安排而使其磁通量密度B在所述Z方向中。举例而言，有时将流体装载入所述反应(或化验)腔室中的动作(由于所述流动)将数个微柱122击倒，且所述数个微柱122保持在被击倒姿态。然而，磁致动机构200的AM磁铁210可以被用于排除此问题。亦即，AM磁铁210在所述Z方向中的所述磁力可以被用于在所述装载过程中将所述数个微柱122保持在直立姿态或在所述数个微柱122被击倒后将所述数个微柱122恢复到一基本上直立的或垂直的姿态。在另一个有用的应用中，在不具有微柱的一腔室中，称为泰勒分散(Taylor dispersion)的一现象可能发生。由此，举例而言所述试剂，流入所述腔室中并聚集在远端。泰勒分散是流体力学中的一效应，在其中一剪流可以增加一物种的有效扩散系数。然而，数个微柱122在所述腔室中的存在可以帮助缓解此问题，特别是如果所述数个微柱被以，举例而言，磁致动机构200的AM磁铁210保持垂直的话。进一步地，在此示例中，AM磁铁210并不需要旋转。亦即，无论所述AM磁铁210旋转与否，所述磁场并不变化。因此，在此配置中，磁致动机构200可以被以一静态板状磁铁取代。
参照图23。图23是展示微流控系统100的一配置的一侧视图，其中所述磁基致动机构是相对于微流控装置105被安排的一对板状磁铁。亦即，微流控系统100包括被安排在微流控装置105的一边上的一第一板状磁铁610及被安排在微流控装置105的相对边上的另一板状磁铁610。在此示例中，数个板状磁铁610是被自顶至底(或自底至顶)极化，且磁通量密度B是在所述Z方向中。微流控系统100的此配置是对将所述数个微柱122保持在所述直立姿态，亦即，用于使数个微柱122挺直，有用的另一配置。
参照图24。图24是展示所述微流控系统100的一配置的一侧视图，其中所述磁基致动机构是相对于所述微流控装置105被安排的一马蹄形磁铁620。亦即，马蹄形磁铁620的南极是被安排在微流控装置105最接近数个微柱122的所述远端的所述侧边且马蹄形磁铁620的所述北极是被安排在微流控装置105最接近数个微柱122的所述近端的所述侧边。微流控系统100的此配置是对将所述数个微柱122保持在所述直立姿态，亦即，用于使数个微柱122挺直，有用的又一配置。此外，所述马蹄形磁铁可以一角度被安排且在所述腔室周围旋转以创造一时变磁场。
参照图25。图25是展示微流控系统100的一配置的一侧视图，其中所述磁基致动机构是相对于微流控装置105被安排的一板状磁铁及一金属板。亦即，微流控系统100包括被安排在微流控装置105的一边上的一板状磁铁610及被安排在微流控装置105的相对边上的一金属板612。金属板612可以由任何具有高磁导率的金属形成，比如但不限于，铁、镍及钴，以及金属氧化物。在此示例中，板状磁铁610是被自顶至底(或自底至顶)极化，且磁通量密度B是在所述Z方向中。微流控系统100的此配置是对将所述数个微柱122保持在所述直立姿态，亦即，用于使数个微柱122挺直，有用的另一配置。
参照图26。图26是展示图23、图24或图25的所述微流控系统100被密封在一磁遮罩(例如，箔片)中的一侧视图。亦即，微流控系统100是基本上完全被密封在一磁遮罩614中。磁遮罩614可以是，举例而言，任何具有高磁导率的箔片，比如但不限于，高磁导合金(mu-metal)箔片或其他任何磁性箔片。磁遮罩614被磁化而将磁场线导回所述一或更多板状磁铁610的另一侧。磁遮罩614可以被用于将所述磁场线导向沿所欲的一方向延伸。由于所述磁通量密度B是在所述Z方向中。微流控系统100的此配置是对将所述数个微柱122保持在所述直立姿态，亦即，用于使数个微柱122挺直，有用的又一配置。进一步地，所述磁场可以通过使用不同形状的箔片614及/或一不同形状的金属板612而被修改。
图27、图28及图29例示包括数个可移动(例如，可旋转)的磁铁的当前揭示的磁基致动机构的配置的数个示例的俯视图。参照图27，一磁致动机构700包括数个可移动磁铁210，其中所述数个可移动磁铁210中的每个具有各自的被独立驱动并控制的马达214。在此示例中，磁致动机构700包括三个磁致动机构200(例如，200A、200B、200C)。
参照图28。一磁致动机构800包括数个可移动磁铁210，其中所述数个可移动磁铁210是由数个齿轮可移动地(例如，可旋转地)结合并由一单一马达214驱动。在此示例中，磁致动机构800包括三个磁铁210(例如，磁铁210A、210B、210C)。所述数个磁铁210中的每个被安装到一齿轮815。举例而言，磁铁210A被安装到齿轮815A、磁铁210B被安装到齿轮815B且磁铁210C被安装到齿轮815C。在此示例中，齿轮815A及齿轮815C两者位于齿轮815B的两侧且齿轮815B与齿轮815A及齿轮815C啮合。进一步地，齿轮815B是由一马达214驱动，而齿轮815A及815C没有马达214。然而，这仅是示例性的。马达214可以被连接到所述数个齿轮815中的任何一个。亦即，马达214可以驱动齿轮815A或齿轮815B或齿轮815C。以此方式，数个磁铁210可以由一个马达214驱动。
参照图29，包括数个可移动磁铁210的一磁致动机构900，其中所述数个可移动磁铁210是可移动地(例如，可旋转地)被磁性耦合所连结并由一单一马达214驱动。磁致动机构900是使用磁铁的无齿轮连结的一个示例。在此示例中，磁致动机构900包括三个磁铁210(例如，磁铁210A、210B、210C)。在磁致动机构900中，马达214被连结到一磁铁210，而另外两个磁铁210是由于在相邻的磁铁210间有磁耦合而被被动地驱动。在此示例中，磁铁210A、210B、210C是被排在一直线上。磁铁210B是由马达214驱动，而磁铁210A及210C是不被一马达驱动的独立可移动磁铁。进一步地，磁铁210A、210B、210C被安排得适宜地接近彼此而使其间有磁耦合。在运作中，马达214被启动且磁铁210B移动(例如，旋转)。接着，因为磁铁210B与磁铁210A及磁铁210C两者的所述磁耦合，磁铁210A及210B移动(例如，旋转)，虽然是以与磁铁210B相反的方向。以此方式，数个磁铁210可以由一马达214驱动。
在磁致动机构900的此示例中，磁铁210B是由一马达214驱动，而磁铁210A及210C没有马达214。然而，这仅是示例性的。亦即，马达214可以驱动磁铁210A或磁铁210B或磁铁210C。亦即，马达214可以被连接到所述数个磁铁210中的任何一个，而剩下的两个磁铁210没有马达214。
依然参照图27、图28及图29。磁致动机构700、800及900可以举例而言，与包括数个微柱122的数个场域及/或数个微柱122的一大型场域的一微流控装置105一起被使用。在一示例中，数个微柱122的一个场域可以使用磁铁210A被致动、数个微柱122的另一个场域可以使用磁铁210B被致动及数个微柱122的又一个场域可以使用磁铁210C被致动。在另一示例中，数个微柱122的一个大型场域可以使用磁铁210A、磁铁210B及磁铁210C的组合而被致动。进一步地，磁致动机构700、800及900不限于展示于图27、图28及图29中的磁铁210的数量及排列。磁致动机构700、800及900可以包括以任何线条、任何阵列、任何位置等被排列的任何数量的磁铁210。
参考图30。图30是一磁致动机构1000的一立体图，所述磁致动机构1000是当前揭示的磁基致动机构的一示例，包括可以被一马达选择性地驱动的数个可移动(例如，可转动)磁铁。举例而言，磁致动机构1000可以包括与被定位在预先决定的位置的数个可移动磁铁(例如，磁铁210A、210B、210C)结合的，展示于图17中的所述1D线性致动器300。磁铁210A、210B、210C可以被安装在1D线性致动器300中的马达214选择性地驱动。亦即，马达214可以在任何给定时间被连接到任何给定磁铁210及与任何给定磁铁210解除连接。进一步地，与线性移动相同，马达214可以在所述Z方向中移动，以将马达轴212与数个磁铁210中的任何磁铁啮合及解除啮合。在另一配置中，所述数个磁铁210可以被在Z中移动，而不是在Z中移动马达214。在运作中，在一例证中，1D线性致动器300将马达214移动至磁铁210A的位置，接着马达轴212被与磁铁210A啮合。接着，马达214可以被启动以在磁铁210A处产生所欲的致动力。当此过程完成时，马达轴212可以自磁铁210A被解除啮合。在一下一例证中，1D线性致动器300将马达214移动至磁铁210B处接着马达轴212被与磁铁210B啮合。接着，马达214可以被启动以在磁铁210B处产生所欲的致动力。当此过程完成时，马达轴212可以自磁铁210B被解除啮合。在一下一例证中，1D线性致动器300将马达214移动至磁铁210C处接着马达轴212被与磁铁210C啮合。接着，马达214可以被启动以在磁铁210B处产生所欲的致动力。当此过程完成时，马达轴212可以自磁铁210B被解除啮合。
图31A及31B例示包含用于控制所述致动力的磁遮罩的当前揭示的磁基致动机构的一示例的俯视图及侧视图。亦即，一磁基致动机构1100包括，举例而言，被相对于包括数个微柱122的反应(化验)腔室114安排的磁铁210。此外，磁致动机构1100包括一磁遮罩膜1110，所述磁遮罩膜1110被可动地安排在磁铁210及反应(或化验)腔室114间的平面中，如图31A及31B中所展示的。磁遮罩膜1110可以是，例如，由高磁导合金形成的一扁平膜。高磁导合金是具有非常高的磁导率的一镍-铁软铁磁性(soft ferromagnetic)合金，被用于屏障敏感电子设备抵抗静磁场或低频率磁场。高磁导合金具有数种组成。如此的组成中的一种是约77％镍、16％铁、5％铜及2铬或钼。
在一位置中及参照图31A、磁遮罩膜1110被自磁铁210及反应(或化验)腔室114横向移开，而使所述磁遮罩膜1110并不干扰磁铁210的所述磁力。在此状态中，磁铁210的所述磁力，即所述致动力，能自由地触及数个微柱122。在另一位置中及参照图31B，磁遮罩膜1110被横向地移动而使它位于磁铁210及反应(或化验)腔室114间。由此，磁铁210的所述磁力，即所述致动力，被阻挡而无法触及数个微柱122。以此方式，磁遮罩膜1110可以被作为一开关机制，用于将对数个微柱122的所述致动力关闭及打开。换言之，磁遮罩膜1110可以被用于选择性的允许磁铁210的所述磁场(亦即，所述致动力)触及所述数个磁反应性微柱122或阻挡所述磁铁210的所述磁场触及所述数个磁反应性微柱122。
磁致动机构1100并不仅限于一个磁遮罩膜1110。举例而言，当有数个磁铁210被与微流控装置105连结时，可能有数个对应的磁遮罩膜1110用以控制各自的致动力。在另一示例中，一特定的微流控装置105可以具有一个大型磁铁210，用于为，举例而言，共同的数个微柱122的数个场域或数个微柱122的一个大型场域进行供给。在此示例中，数个磁遮罩膜1110可以被用于控制在特定时间对所述微流控装置105的特定区域的所述致动力。
参照图32A及图32B。图32A及32B是使用用于迫使数个微柱122表现特定类型的运动的当前揭示的磁基致动机构的数个示例的各种视图。举例而言，在图32A中，DM磁铁210的位置相对于反应(或化验)腔室114及所述腔室的数个磁反应性微柱122而言基本位于中心。在此配置中，在未致动状态中，所述数个微柱122中的每个是被定向为基本上垂直于基板124的所述平面。接着一旦被致动(一旦DM磁铁210开始旋转)，所述微柱122的所述远端相对于所述固定近端以圆周运动移动，所述运动是一锥形运动。相对地，图32B展示DM磁铁210的位置相对于反应(或化验)腔室114及所述腔室的数个磁反应性微柱122而言偏离中心。由于所述致动力是源自反应(或化验)腔室114的偏离中心处，所述数个微柱122中的每个当处于所述未被致动状态时可以自垂直于基板124的位置被拉离一角度。接着一旦被致动(一旦DM磁铁210开始旋转)，所述数个呈角度微柱122的所述远端相对于所述固定近端以倾斜圆周运动移动，所述运动是一倾斜锥形运动。在反应(或化验)腔室114中，倾斜旋转可能可以在所述倾斜的方向上影响流体流动。
参照图33。图33例示使用用于致动在一反应(或化验)腔室中的所述数个磁反应性微柱的当前揭示的磁基致动机构的一方法1200的一示例的一流程图。方法1200可以包括，但不限于下述的步骤。
于一步骤1210，一反应(或化验)腔室被提供，所述腔室包括数个磁反应性微柱的一场域。举例而言，展示于图1至图32B中的任何一个微流控装置105被提供，所述微流控装置105包括至少一反应(或化验)腔室114，数个磁反应性微柱122的一场域被安装在所述腔室中。
于一步骤1215，所述反应(或化验)腔室被以将被处理(例如，混合操作、清洗操作、结合操作及细胞处理操作)的流体淹没。举例而言，展示于图1至图32B中的所述数个微流控装置105中的任何一个的反应(或化验)腔室114被以将经由例如，混合操作、清洗操作、结合操作及细胞处理操作而被处理的流体(例如，样本流体、液态试剂、缓冲溶液)淹没。
于一步骤1220，一时变致动力被施加到数个磁反应性微柱的所述场域。举例而言，在展示于图1至图32B中的所述数个微流控装置105的任何一个中，一致动力152可以经由磁致动机构150(见图1至图7)被施加到数个微柱122，且其中所述致动力152可以是一时变致动力。磁致动机构150的特定示例包括但不限于，展示于图8至图17中的所述磁致动机构200、展示于图18及图19中的所述磁致动机构400、展示于图20及图21中的所述基于定子的磁致动机构500等。由举例而言，磁致动机构200、400及500所提供的所述时变致动力152是一移动的(例如，旋转的)磁场。使用此移动的(例如，旋转的)磁场，数个微柱122中的至少一些被迫表现出运动。通过致动数个微柱122并造成所述数个微柱122运动，所述流体在反应(或化验)腔室114的间隙113中被有效地搅拌或被导致在反应(或化验)腔室114的间隙113中流动或循环。在另一示例中，一致动力被施加到数个磁反应性微柱122的所述场域，以使数个微柱122挺直或使所述数个微柱122恢复垂直，如图23至图26所示及参考图23至图26所描述的。
参照图34。图34是所述微流控系统100的另一配置的一侧视图，其中磁致动机构200相对于所述微流控装置105被侧向定向。亦即，举例而言在展示于图14及图22中的配置中，磁致动机构200被定向而使磁铁210的旋转轴基本上垂直于数个微柱122的所述平面。然而，在此示例中，磁致动机构200被定向而使DM磁铁210的旋转轴基本上平行于数个微柱122的所述平面。DM磁铁210的此朝向提供了相对于所述反应(或化验)腔室114的所述X或Y方向来回相对于所述数个微柱122振荡所述磁通量密度B的方式。亦即，为了提供此振荡，DM磁铁210并不旋转，而是被来回移动180度。因此，所述致动力并非一旋转磁场，而是来回振荡180度的一磁场。作为结果的被赋予数个微柱122的运动对，举例而言，用以(1)在增进扩散同时抑制长程流体输送、(2)优化自反应(或化验)腔室114的顶部至底部的流动及/或(3)优化沿着反应(或化验)腔室114的一特定轴的横向流动，可能是有用的。
参照图1至图34。在包括一马达(例如，马达214)的任何当前揭示的磁基致动机构中，所述马达可以由一电池供能。进一步地，在包括一马达驱动元件(例如，磁铁210驱动马达214)的任何当前揭示的磁基致动机构中，所述磁铁可以使用一被动轴承而被驱动，且所述能量是通过机械方式被储存以在一特定时间被释放，而非由一马达及电池驱动。举例而言，所述旋转磁铁坐落在一旋转轴承而非一马达上及是被连接到一缠绕线圈(woundcoil)，所述缠绕线圈被释放，造成所述磁铁旋转。进一步地，所述数个当前揭示的磁基致动机构可以包含任何其它简单机械(例如，斜坡、轴承、杠杆)及机械能储存装置(例如，弹簧、线圈、摆锤)的组合，所述组合创造本文中所描述的磁铁运动。
进一步地，在包括一马达驱动元件(例如，磁铁210驱动马达214)的任何当前揭示的磁基致动机构中，所述马达可以以任何所欲的模式被关闭及开启及/或马达的工作循环(duty cycle)可以以任何所欲的模式被控制。两个例子皆提供一时间相关的驱动机制。在一示例中，所述磁场的极性可以通过转变旋转方向(例如，顺时针旋转所述磁铁210，接着停止及逆时针旋转磁铁210)而被改变。进一步地，在两个案例中，所述磁场并非被切换到零。而是，所述磁场依然存在，但不随时间改变且所述数个磁反应性微柱122不处于放松状态。相对地，磁遮罩(例如，图31A及图31B的磁遮罩膜1110)的使用的确将所述磁场降至零且所述数个微柱122处于所述放松状态。
进一步地，在其它实施例中，微流控系统100可以包括与一单一微流控装置105结合的数个当前揭示的磁基致动机构的数个类型及/或配置。亦即，参照图1至图34被展示及在上文中被描述的任何数量、类型、配置及/或组合的当前揭示的磁基致动机构可以被与一单一微流控装置105及/或与数个磁反应性微柱122的一单一场域结合使用。
在又其它实施例中，提供了一微流控系统，包含：
至少一微流控装置，所述装置包含一反应腔室，其中所述反应腔室包含一活动表面，其中所述活动表面是磁反应性的；及
至少一磁基致动机构，紧邻所述活动表面被提供，其中所述至少一磁基致动机构是配置以产生足以起动所述活动表面的一致动力；
其中所述至少一磁基致动机构包含一或更多个可移动的碟形或圆柱形磁铁、一或更多个板状磁铁、一或更多个金属板、一或更多个磁遮罩，或以上的组合。在一些实施例中，所述活动表面包含一微柱场域，所述微柱场域包含数个附着于表面的磁反应性微柱，其中所述至少一磁基致动机构是紧邻所述数个磁反应性微柱而被提供，且其中所述至少一磁基致动机构是配置以产生足以迫使所述数个磁反应性微柱中的至少一些表现出运动的一致动力。
在又其它实施例中，提供了一微流控系统，包含：
至少一微流控装置，包含一反应腔室，其中所述反应腔室包含一活动表面，其中所述活动表面是磁反应性的；
至少一磁基致动机构，紧邻所述活动表面被提供，其中所述至少一磁基致动机构是配置以产生足以起动所述活动表面的一致动力；及
一或更多个磁遮罩，至少部分地围绕所述至少一微流控装置及/或所述至少一磁基致动机构；
其中所述至少一磁基致动机构包含一或多个可移动的碟形或圆柱形磁铁、一或多个板状磁铁、一或多个金属板或以上的组合。在一些实施例中，所述一或更多个磁遮罩至少部分地围绕所述至少一微流控装置且是静止的。在其它实施例中，所述一或更多个磁遮罩至少部分地围绕所述至少一磁基致动机构且是可移动的。在进一步的实施例中，所述至少一磁基致动机构是可移动的，且其中所述一或更多个磁遮罩是被连接到所述至少一磁基致动机构及与所述至少一磁基致动机构一起移动。在又进一步的实施例中，所述活动表面包含一微柱场域，所述微柱场域包含数个附着于表面的磁反应性微柱，其中所述至少一磁基致动机构是紧邻所述数个磁反应性微柱而被提供，且其中所述至少一磁基致动机构是配置以产生足以迫使所述数个磁反应性微柱中的至少一些表现出运动的一致动力。
进一步地，在其它实施例中，微流控系统可以包括与当前揭示的数个微流控装置结合的数个当前揭示的磁基致动机构的数个类型及/或配置。亦即，任何数量、类型、配置及/或组合的当前揭示的磁基致动机构可以被与上文中描述的微流控装置结合使用。

Claims (98)

1.一种微流控系统，其特征在于：包含：
至少一微流控装置，包含一反应腔室，其中所述反应腔室包含一微柱场域，其中所述微柱场域包含：附着于表面的数个磁反应性微柱；及
至少一磁基致动机构，紧邻所述数个磁反应性微柱而被提供，其中所述至少一磁基致动机构是配置以产生一致动力，所述致动力足以迫使所述数个磁反应性微柱中的至少一些表现出运动；
其中所述至少一磁基致动机构包含一或更多个可移动的碟形或圆柱形磁铁、一或更多个板状磁铁、一或更多个金属板、一或更多个磁遮罩或以上的组合。
2.如权利要求1所述的微流控系统，其特征在于：所述至少一磁基致动机构包含一或更多个可动的碟形或圆柱形磁铁，所述磁铁配置以提供一致动力，所述致动力包含相对于所述数个磁反应性微柱的一移动磁场。
3.如权利要求2所述的微流控系统，其特征在于：所述一或更多个可移动的碟形或圆柱形磁铁是配置用以由一直流(DC)马达转动。
4.如权利要求3所述的微流控系统，其特征在于：所述DC马达包含一有刷DC马达。
5.如权利要求3所述的微流控系统，其特征在于：所述DC马达包含一无刷DC马达。
6.如权利要求1至5中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述一或更多个可移动的碟形或圆柱形磁铁包含一或更多个径向磁化(DM)磁铁或一或更多个轴向磁化(AM)磁铁。
7.如权利要求1所述的微流控系统，其特征在于：所述至少一磁基致动机构是配置用以：(1)将所述数个磁反应性微柱保持在一基本上直立的或垂直的姿态；及/或(2)在所述数个磁反应性微柱被击倒后将所述数个磁反应性微柱恢复到一基本上直立的或垂直的姿态。
8.如权利要求7所述的微流控系统，其特征在于：所述至少一磁基致动机构包含一或更多个磁遮罩，所述磁遮罩配置以控制所述致动力。
9.如权利要求8所述的微流控系统，其特征在于：所述一或更多个磁遮罩是被排列在一平面中，所述平面在所述磁铁及所述数个磁反应性微柱的所述平面间。
10.如权利要求9所述的微流控系统，其特征在于：所述一或更多个磁遮罩是可移动的且配置用以允许所述磁铁的所述磁场触及所述数个磁反应性微柱或用于阻挡所述磁铁的所述磁场触及所述数个磁反应性微柱。
11.如权利要求1至10中任一项所述的微流控系统，其特征在于：一或更多个线性平移机构被配置，以控制所述至少一磁基致动机构相对于所述至少一微流控装置的所述数个位置。
12.如权利要求1至11中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述至少一磁致动机构是配置以施加振荡的或重复的一致动力。
13.如权利要求1至11中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述至少一磁致动机构作为一冲击力而施加所述致动力。
14.如权利要求13所述的微流控系统，其特征在于：所述冲击力是一阶梯函数。
15.如权利要求1至11中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述至少一磁致动机构作为一时变致动力施加所述致动力。
16.如权利要求1至15中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述至少一微流控装置中的每个包含被一间隙分离的一底部基板及一顶部基板，从而在所述底部基板及所述顶部基板间形成所述反应腔室。
17.如权利要求16所述的微流控系统，其特征在于：在所述底部基板及所述顶部基板间提供了一间隔物或垫片，以形成所述间隙及界定所述反应腔室。
18.如权利要求16至17中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述顶部基板包含一入口及一出口。
19.如权利要求16至18中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述反应腔室是被决定尺寸以容纳一所欲体积的流体。
20.如权利要求16至19中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述间隙具有自约50微米至约1毫米的一高度。
21.如权利要求16至20中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述微柱场域是在所述底部基板的内表面上被提供。
22.如权利要求16至20中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述微柱场域是在所述顶部基板的内表面上被提供。
23.如权利要求16至20中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述微柱场域是在所述底部基板的内表面及所述顶部基板的内表面两者上被提供。
24.如权利要求16至20中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述至少一磁基致动机构是被定位在所述至少一微流控装置之下。
25.如权利要求16至20中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述至少一磁基致动机构是被定位在所述至少一微流控装置之上。
26.如权利要求1至25中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述磁基致动机构包含一磁铁，所述磁铁安装在一马达的一马达轴上，且其中所述磁铁是可移动的。
27.如权利要求26所述的微流控系统，其特征在于：所述磁铁是一永久径向磁化(DM)磁铁。
28.如权利要求27所述的微流控系统，其特征在于：所述DM磁铁包含沿着所述马达轴的长度并排配置的北极与南极，由此所述DM磁铁是横向于所述马达轴而被磁化。
29.如权利要求28所述的微流控系统，其特征在于：所述DM磁铁是被定向而使所述马达轴的轴线是基本上垂直于所述反应腔室的包含所述微柱场域的所述平面。
30.如权利要求29所述的微流控系统，其特征在于：所述DM磁铁是配置以制造一移动磁场，其中所述移动磁场基本上在所述微柱场域的所述数个微柱的所述平面中移动。
31.如权利要求26所述的微流控系统，其特征在于：所述磁铁是一永久轴向磁化(AM)磁铁。
32.如权利要求31所述的微流控系统，其特征在于：所述AM磁铁包含以堆迭方式沿着所述马达轴的长度配置的北极与南极，由此所述磁铁是沿着所述马达轴的轴线而被磁化。
33.如权利要求26至32中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述磁铁具有自约10毫特斯拉(mT)至约500mT的一磁通量密度。
34.如权利要求1至33中任一项所述的微流控系统，其特征在于：进一步包含一线性致动器，配置以栅格化所述磁基致动机构。
35.如权利要求34所述的微流控系统，其特征在于：所述线性致动器是一个一维(1D)线性致动器。
36.如权利要求35所述的微流控系统，其特征在于：所述1D线性致动器包含：
一步进马达，配置以驱动一蜗轮；
一握持器，被穿到所述蜗轮并沿着所述蜗轮骑行；及
一对侧轨，配置以稳定所述握持器；
其中所述步进马达、所述蜗轮、所述握持器及所述数个侧轨是相对于一底板而被安排。
37.如权利要求36所述的微流控系统，其特征在于：所述握持器是配置以握持所述磁基致动机构。
38.如权利要求37所述的微流控系统，其特征在于：所述1D线性致动器是配置以横跨所述微流控装置扫描所述磁致动机构，所述微流控装置所述反应腔室，所述反应腔室包含所述微柱场域。
39.如权利要求38所述的微流控系统，其特征在于：所述微流控装置包含数个反应腔室，所述数个反应腔室包含数个微柱场域，且所述1D线性致动器是配置以扫描所述数个反应腔室中的每个。
40.如权利要求35至39中任一项所述的微流控系统，其特征在于：当所述磁致动机构不处于使用中时，所述1D线性致动器是配置以将所述磁致动机构定位在所述微流控装置不具有反应腔室或微柱的一区域。
41.如权利要求35至40中任一项所述的微流控系统，其特征在于：进一步包含一个二维(2D)线性致动器，其中所述2D线性致动器包含一第一线性平移平台，所述第一线性平移平台包含所述1D线性致动器，其中所述第一线性致动阶段是被正交地安装在一第二线性平移平台上，所述第二线性平移平台包含所述2D线性致动器。
42.如权利要求41所述的微流控系统，其特征在于：所述2D线性致动器包含：
一第二步进马达，配置以驱动一第二蜗轮；
携带平台，被穿到所述蜗轮并沿着所述蜗轮骑行；及
一第二对侧轨，配置以稳定所述携带平台；
其中所述第二步进马达、所述第二蜗轮、所述携带平台及所述数个第二侧轨是相对于一第二底板而被安排。
43.如权利要求42所述的微流控系统，其特征在于：所述携带平台是配置以容纳所述1D线性致动器的所述底板，其中所述1D线性致动器的所述底板是被安装在所述携带平台的顶上。
44.如权利要求43所述的微流控系统，其特征在于：所述2D线性致动器是配置以横跨所述微流控装置扫描所述磁致动机构，所述微流控装置包含所述反应腔室，所述反应腔室包含所述微柱场域。
45.如权利要求44所述的微流控系统，其特征在于：所述微流控装置包含数个反应腔室，所述数个反应腔室包含数个微柱场域，且所述2D线性致动器是配置以扫描所述数个反应腔室中的每个。
46.如权利要求41至45中任一项所述的微流控系统，其特征在于：当所述磁致动机构不处于使用中时，所述2D线性致动器是配置以将所述磁致动机构定位在所述微流控装置不具有反应腔室或微柱的一区域。
47.如权利要求41至46中任一项所述的微流控系统，其特征在于：进一步包含一个三维(3D)线性致动器，配置以在X、Y及Z维度中相对于包含所述微柱场域的所述反应腔室或相对于包含数个微柱场域的所述数个反应腔室移动所述磁致动机构。
48.如权利要求47所述的微流控系统，其特征在于：所述3D线性致动器是配置以将所述磁致动机构移近于或移远于所述微柱场域的所述平面或所述数个微柱场域的所述数个平面。
49.如权利要求47所述的微流控系统，其特征在于：所述磁致动机构距所述微柱场域的所述平面或所述数个微柱场域的所述数个平面一段距离，其中当所述距离较小时所述微柱场域或数个微柱场域上的致动力较强，且当所述距离较大时所述微柱场域或数个微柱场域上的致动力被减少或被消除。
50.如权利要求1至33中任一项所述的微流控系统，其特征在于：进一步包含一基于定子的致动机构。
51.如权利要求50所述的微流控系统，其特征在于：所述基于定子的磁致动机构包含一定子环，所述定子环配置以支撑数个磁杆、一轴承及一永久DM磁铁。
52.如权利要求51所述的微流控系统，其特征在于：所述数个磁杆是配置以提供一移动磁场。
53.如权利要求51至52中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述定子环及所述数个磁杆是配置以被保持在静止而所述DM磁铁是配置以相对于所述数个磁杆而移动，且进一步地，其中所述DM磁铁是被限制在所述定子环及所述轴承中。
54.如权利要求51至53中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述DM磁铁是一DM环形磁铁。
55.如权利要求54所述的微流控系统，其特征在于：所述DM环形磁铁是配置而使所述微流控装置是被装入所述DM环形磁铁的一开口中，其中来自所述DM环形磁铁的磁力是在所述微流控装置的所述平面中。
56.如权利要求54所述的微流控系统，其特征在于：所述DM环形磁铁是被定位在所述微流控装置的上方或下方。
57.如权利要求1至56中任一项所述的微流控系统，其特征在于：进一步地，所述微流控装置包含至少一光学通道，所述光学通道是配置以以允许萤光光学接入。
58.如权利要求1至56中任一项所述的微流控系统，其特征在于：进一步地，所述微流控装置包含至少二个光学通道，所述二个光学通道是配置以允许透射光学接入。
59.如权利要求1至58中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述磁致动机构包含一AM磁铁，其中所述AM磁铁是配置而使其磁通量密度是在所述Z维度中，且进一步地，其中所述AM磁铁也配置用以：(1)将所述数个磁反应性微柱保持在一基本上直立的或垂直的姿态；及/或(2)在所述数个磁反应性微柱被击倒后将所述数个磁反应性微柱恢复到一基本上直立的或垂直的姿态。
60.如权利要求1至58中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述磁致动机构包含一静止板状磁铁，配置而使其磁通量密度是在所述Z维度中，且进一步地，其中所述静止板状磁铁也配置用以：(1)将所述数个磁反应性微柱保持在一基本上直立的或垂直的姿态；及/或(2)在所述数个磁反应性微柱被击倒后将所述数个磁反应性微柱恢复到一基本上直立的或垂直的姿态。
61.如权利要求1至58中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述磁致动机构包含一对静态板状磁铁，其中所述的一对静态板状磁铁中的一个是被安排在所述微流控装置的一边上，且另一静态板状磁铁是被安排在所述微流控装置的所述相对边上，其中所述的一对静态板状磁铁中的每个是被自顶至底或自底至顶极化，且它们的磁通量密度是在所述Z维度中，且进一步地，其中所述的一对静态板状磁铁也是配置用以：(1)将所述数个磁反应性微柱保持在一基本上直立的或垂直的姿态；及/或(2)在所述数个磁反应性微柱被击倒后将所述数个磁反应性微柱恢复到一基本上直立的或垂直的姿态。
62.如权利要求1至58中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述微流控机构包含一马蹄形磁铁，其中所述马蹄形磁铁是相对于所述微流控机构而配置，而使所述马蹄形磁铁的南极是最接近所述数个微柱的所述远端，且所述马蹄形磁铁的北极是最接近所述数个微柱的所述近端，其中所述马蹄形磁铁是配置用以：(1)将所述数个磁反应性微柱保持在一基本上直立的或垂直的姿态；及/或(2)在所述数个磁反应性微柱被击倒后将所述数个磁反应性微柱恢复到一基本上直立的或垂直的姿态。
63.如权利要求62所述的微流控系统，其特征在于：所述马蹄形磁铁呈一角度配置。
64.如权利要求62所述的微流控系统，其特征在于：所述马蹄形磁铁配置用以在所述腔室周围旋转，以创造一时变磁场。
65.如权利要求1至58中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述磁基致动机构包含一板状磁铁及一金属板，其中所述板状磁铁是被安排在所述微流控装置的一边上且所述金属板是被安排在所述微流控装置的相对边上，其中所述板状磁铁是被自顶至底或自底至顶极化，且其磁通量密度是在所述Z维度中，且进一步地，其中所述磁基驱动机构是配置用以：(1)将所述数个磁反应性微柱保持在一基本上直立的或垂直的姿态；及/或(2)在所述数个磁反应性微柱被击倒后将所述数个磁反应性微柱恢复到一基本上直立的或垂直的姿态。
66.如权利要求1至58中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述磁基致动机构包含一或更多个板状磁铁，且进一步地，其中所述微流控系统是被密封在一磁遮罩中，其中所述磁遮罩被磁化而使来自所述一或更多板状磁铁的磁场线被导向所欲的一方向，其中所述磁通量密度是在所述Z维度中，且进一步地，其中所述磁基致动机构是配置用以：(1)将所述数个磁反应性微柱保持在一基本上直立的或垂直的姿态；及/或(2)在所述数个磁反应性微柱被击倒后将所述数个磁反应性微柱恢复到一基本上直立的或垂直的姿态。
67.如权利要求1所述的微流控系统，其特征在于：所述磁基致动机构包含数个可移动磁铁。
68.如权利要求67所述的微流控系统，其特征在于：所述数个可移动磁铁中的每个是被其各自的马达独立地驱动及控制。
69.如权利要求67所述的微流控系统，其特征在于：所述数个可移动磁铁全部被一单一马达驱动及控制。
70.如权利要求69所述的微流控系统，其特征在于：所述数个可移动磁铁中的每个被安装到其各自的齿轮上，其中所述数个齿轮中的一个是被一单一马达驱动，且其中所有所述齿轮是直接地或间接地与彼此啮合，而使所述单一马达驱动及控制所有的所述齿轮，并从而驱动及控制所有的所述可移动磁铁。
71.如权利要求69所述的微流控系统，其特征在于：所述数个可移动磁铁中的至少一些经由磁耦合被可动地耦合到彼此，及其中经由磁耦合被可动地耦合到其它磁铁的所述数个磁铁中的一个是被一单一马达驱动及控制，而使所述单一马达驱动及控制所有经由磁耦合被可动地耦合到彼此的磁铁。
72.如权利要求69所述的微流控系统，其特征在于：所述数个可移动磁铁中的每个是配置以被一单一马达选择性地驱动及控制。
73.如权利要求72所述的微流控系统，其特征在于：所述磁致动机构包含与所述数个可动磁铁结合的一个一维(1D)线性致动器，其中所述数个可动磁铁被设置在预先决定的数个位置，及其中所述单一马达是配置以被连接到任何的所述数个可移动磁铁或自任何的所述数个可移动磁铁解除连接。
74.如权利要求73所述的微流控系统，其特征在于：所述马达包含一马达轴，所述马达轴配置以当所述马达在所述Z维度中被移动时，与任何的所述数个可移动磁铁啮合或解除啮合，其中当所述马达轴与一可移动磁铁啮合时，所述可移动磁铁被所述马达驱动及控制。
75.如权利要求67至74中任一项所述的微流控系统，其特征在于：所述磁基致动机构包含一或更多个磁遮罩，配置以控制所述致动力。
76.如权利要求75所述的微流控系统，其特征在于：所述一或更多个磁遮罩是被安排一平面上，所述平面在所述磁铁及所述数个磁反应性微柱的所述平面间。
77.如权利要求76所述的微流控系统，其特征在于：所述一或更多个磁遮罩是可移动的，且配置用以允许所述磁铁的磁场触及所述数个磁反应性微柱或用以阻挡所述磁铁的所述磁场触及所述数个磁反应性微柱。
78.如权利要求1所述的微流控系统，其特征在于：所述磁基致动系统包含一马达，所述马达由一电池供能，其中所述马达驱动及控制所述磁基致动机构。
79.如权利要求1所述的微流控系统，其特征在于：所述磁基致动系统是配置以被以一被动轴承驱动，且由通过机械设备储存并在一特定时间释放的能量驱动。
80.如权利要求79所述的微流控系统，其特征在于：所述机械设备包含一弹簧加载齿条齿轮轴承，其中所述齿轮是配置以缠绕一线圈以储存能量并在所述线圈被释放时释放所述能量。
81.如权利要求1所述的微流控系统，其特征在于：所述微流控系统包含数个微柱的数个场域及/或数个微柱的一大型场域，其中所述微流控系统进一步包含数个磁基致动机构，配置以分别致动所述数个微柱的数个场域中的数个微柱的个别场域及/或分别致动所述数个微柱的一大型场域中的数个微柱的数个群组。
82.如权利要求1所述的微流控系统，其特征在于：所述磁基致动机构包含一或更多个可移动的碟形或圆柱形磁铁，且其中所述磁致动机构是相对于所述微流控装置被侧向定向，而使所述数个磁铁中的每个的旋转轴是基本上平行于所述数个微柱的所述平面。
83.如权利要求82所述的微流控系统，其特征在于：所述一或更多个可移动的碟形或圆柱形磁铁包含数个径向磁化(DM)磁铁，配置以提供一相对于所述反应腔室的所述X或Y维度来回相对于所述数个微柱振荡所述磁通量密度的方式，由此所述一或更多个DM磁铁被来回移动180度。
84.一种增进一流体中的扩散同时抑制长程流体输送的方法，其特征在于：包含：在权利要求82至83中的任一项的所述微流控系统的所述反应腔室中处理所述流体。
85.一种优化一流体自一反应腔室的顶部至底部的流动的方法，其特征在于：包含：在权利要求82至83中的任一项的所述微流控系统的所述反应腔室中处理所述流体。
86.一种优化一流体沿着一反应腔室的一所欲轴的横向流动的方法，其特征在于：包含：在权利要求82至83中的任一项的所述微流控系统的所述反应腔室中处理所述流体。
87.一种用于在一反应腔室中致动数个磁反应性微柱的方法，其特征在于：包含下述步骤：
(a)提供权利要求1至83中任一项所述的微流控系统；
(b)将要被处理的一流体装载入或流入所述反应腔室；及
(c)经由所述磁致动机构对所述数个微柱施加一致动力，而使所述数个微柱中的至少一些被迫表现出运动，且由此所述流体被搅动或被在所述反应腔室中流动或循环。
88.如权利要求87所述的方法，其特征在于：所述磁致动机构是一可动致动机构，且其中所述致动力是一时变致动力，由一移动磁场提供，所述移动磁场通过移动所述可移动磁致动机构而被制造。
89.一种用于在数个磁反应性微柱被装载入或流入一反应腔室中的流体击倒后将所述数个磁反应性微柱恢复到一基本上直立的或垂直的姿态的方法，其特征在于：包含下述步骤：
(a)提供权利要求1至83中任一项的所述微流控系统；
(b)将要被处理的一流体装载入或流入所述反应腔室，由此所述数个微柱中的至少一些被击倒；及
(c)经由所述磁致动机构对所述数个微柱施加一致动力，而使被所述流体击倒的所述数个微柱中的至少一些被恢复到所述基本上直立或垂直的姿态。
90.一种用于当流体被装载入或流入一反应腔室中时保持数个磁反应性微柱处于一基本上直立或垂直的姿态的方法，其特征在于：所述方法包含下述步骤：
(a)提供权利要求1至83中任一项所述的微流控系统；
(b)经由所述磁致动机构对所述数个微柱施加一致动力；及
(c)将要被处理的一流体装载入或流入所述反应腔室；
其中所述数个微柱中的至少一些在所述流体被装载入或流入所述腔室中时是被保持在所述基本上直立或垂直的姿态。
91.一种用于减少或消除被装载入或流入一反应腔室中的一流体的泰勒分散的方法，其特征在于：所述方法包含下述步骤：
(a)提供权利要求1至83中任一项所述的微流控系统；
(b)经由所述磁致动机构对所述数个微柱施加一致动力；及
(c)将要被处理的一流体装载入或流入所述反应腔室；
其中所述数个微柱中的至少一些在所述流体被装载入或流入所述腔室中时是被保持在所述基本上直立或垂直的姿态，由此所述流体中的泰勒分散被减少或消除。
92.一种微流控系统，其特征在于：所述系统包含：
至少一微流控装置，所述装置包含一反应腔室，其中所述反应腔室包含一活动表面，其中所述活动表面是磁反应性的；及
至少一磁基致动机构，紧邻所述活动表面被提供，其中所述至少一磁基致动机构是配置以产生足以起动所述活动表面的一致动力；
其中所述至少一磁基致动机构包含一或更多个可移动的碟形或圆柱形磁铁、一或更多个板状磁铁、一或更多个金属板、一或更多个磁遮罩，或以上的组合。
93.如权利要求92所述的微流控系统，其特征在于：所述活动表面包含一微柱场域，所述微柱场域包含数个附着于表面的磁反应性微柱，其中所述至少一磁基致动机构是紧邻所述数个磁反应性微柱被提供，及其中所述至少一磁基致动机构是配置以产生足以迫使所述数个磁反应性微柱中的至少一些表现出运动的一致动力。
94.一种微流控系统，其特征在于：包含：
至少一微流控装置，包含一反应腔室，其中所述反应腔室包含一活动表面，其中所述活动表面是磁反应性的；
至少一磁基致动机构，紧邻所述活动表面被提供，其中所述至少一磁基致动机构是配置以产生足以起动所述活动表面的一致动力；及
一或更多个磁遮罩，至少部分地围绕所述至少一微流控装置及/或所述至少一磁基致动机构；
其中所述至少一磁基致动机构包含一或多个可移动的碟形或圆柱形磁铁、一或多个板状磁铁、一或多个金属板或以上的组合。
95.如权利要求94所述的微流控系统，其特征在于：所述一或更多个磁遮罩至少部分地围绕所述至少一微流控装置且是静止的。
96.如权利要求94所述的微流控系统，其特征在于：所述一或更多个磁遮罩至少部分地围绕所述至少一磁基致动机构且是可移动的。
97.如权利要求96所述的微流控系统，其特征在于：所述至少一磁基致动机构是可移动的，且其中所述一或更多个磁遮罩是被连接到所述至少一磁基致动机构及与所述至少一磁基致动机构一起移动。
98.如权利要求94至97所述的微流控系统，其特征在于：所述活动表面包含一微柱场域，所述微柱场域包含数个附着于表面的磁反应性微柱，其中所述至少一磁基致动机构是紧邻所述数个磁反应性微柱而被提供，且其中所述至少一磁基致动机构是配置以产生足以迫使所述数个磁反应性微柱中的至少一些表现出运动的一致动力。
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