CN116997795A - 微型泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动的计算机控制的采样系统和相关方法，其用于针对各种化学性质来收集、处理和分析农业样本，各种化学性质诸如为植物可利用营养物。采样系统允许以同时并发或半并发的方式针对不同分析物或化学性质处理和分析多个样本。有利地，该采样系统可以在“收集”的条件下处理土壤样本，无需进行干燥或研磨以产生样本浆料。该采样系统包括化学分析子系统，其处理和分析所制备的浆料以量化样本的多种分析物和/或化学性质。化学分析子系统可以体现在包括微流体装置的多层微流体歧管处理基板中，其提取和量化分析物浓度或与样本相关联的其他化学参数。该采样系统可用于分析各种类型的与农业相关样本，该农业相关样本包括土壤、植被、肥料、奶质物或其他样本。

Description

微型泵

相关申请的交叉引用

本申请是于2021年6月9日提交的美国专利申请US17/343,434和于2021年6月9日提交的美国专利申请US17/343,536的继续申请，并且要求于2021年6月9日提交的美国临时申请US63/208,865的优先权。前述申请的全部内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及农业采样和分析，并且更具体地涉及用于执行土壤和其他类型的与农业相关的采样和化学性质分析的全自动系统。

背景技术

周期性的土壤测试是农业技术的重要方面。测试结果提供了有关土壤化学组分的有价值信息，诸如植物可利用营养物和其他重要的性质(例如，氮、镁、磷、钾、pH等的水平)，使得可以向土壤中添加各种改良剂，以最大化农作物生产的质量和产量。

在一些现有的土壤采样过程中，对所收集的样本进行干燥、研磨，添加水，并且然后对其进行过滤以获得适于分析的土壤浆料。将萃取剂添加到浆料中以提取出植物可利用营养物。然后过滤浆料，以产生澄清溶液或上清液，将所述澄清溶液或上清液与化学试剂混合以用于进一步分析。

期望在测试土壤、植被和肥料方面的改进。

发明内容

本发明提供了一种自动的计算机控制的采样系统(在下文中被称为“土壤采样系统”)和相关方法，以用于针对各种化学性质来收集、处理和分析土壤样本，所述各种化学性质诸如为植物可利用营养物。采样系统允许以同时并发或半并发的方式相对连续且快速相继地针对不同分析物(例如，植物可利用营养物)和/或化学性质(例如pH值)处理和分析多个样本。有利地，该系统可以在“收集”的条件下处理土壤样本，而无需进行先前描述的干燥和研磨步骤。

本系统通常包括样本制备子系统和化学分析子系统，所述样本制备子系统接收由探头收集子系统收集的土壤样本并且产生用于进一步处理和化学分析的浆料(即，土壤、植被和/或肥料和水的混合物)，所述化学分析子系统从样本制备子系统接收并处理所制备的浆料样本，以量化样本的分析物和/或化学性质。所描述的化学分析子系统可以用于分析土壤、植被和/或肥料的样本。

在一个实施例中，样本制备子系统通常包括混合器-过滤器设备，其将处于“采样”(例如，未干燥和未研磨)条件下的所收集的原始土壤样本与水混合以形成样本浆料。然后，混合器-过滤器设备在从该混合器-过滤器设备中提取浆料期间过滤浆料，以用于在化学分析子系统中进行处理。过滤器可以是独立的。化学分析子系统处理浆料并且执行添加/混合萃取剂和变色试剂的一般功能，将浆料样本离心或经由微孔过滤器过滤浆料样本以产生澄清的上清液，以及最终进行感测或分析以用于诸如经由比色分析来检测分析物和/或化学性质。在各种实施例中，化学分析子系统的全部或部分可以并入具有合适构型的一个或多个微流体装置中。

尽管本文可以关于代表所公开实施例的一种用途的处理土壤样本来描述采样系统(例如，样本收集、制备和处理)，但是应当理解的是，包括该设备的相同系统和相关过程还可以被用于处理其他类型的农业相关样本，其包括但不限于植被/植物、草料、肥料、饲料、奶质物或其他类型的样本。因此，本文公开的本发明的实施例应当被广泛地视为农业采样系统。因此，本发明显然不限于仅针对感兴趣的化学性质来处理和分析土壤样本。

附图说明

通过详细描述和附图将更加全面地理解本发明，其中相同的元件被类似地标记，并且附图中：

图1是根据本公开的农业采样分析系统的示意性流程图，其示出了采样分析系统的每个子系统的高级功能方面；

图2是示出用于处理农业样本浆料的微流体歧管及其微流体装置的微流体流动分配网络的第一实施例的示意性流程图；

图3是示出用于处理农业样本浆料的微流体歧管及其微流体装置的微流体流动分配网络的第二实施例的示意性流程图；

图4是基于可编程处理器的中央处理单元(CPU)或系统控制器的示意性系统图，所述可编程处理器的中央处理单元(CPU)或系统控制器被配置并可操作以用于控制本文公开的微流体处理歧管系统和设备的微流体装置；

图5是具有多个化学分析处理楔形部的微流体处理盘的俯视透视图，每个化学分析处理楔形部均被配置为用于执行完整的土壤浆料处理和化学分析的独立处理系列；

图6是其仰视透视图；

图7是其部分分解透视图，其中流体交换坞流体连接到下文所示的微流体处理盘；

图8是其仰视透视图；

图9是微流体处理盘的侧视图；

图10是其俯视图；

图11是其仰视图；

图12是一个处理楔形部的透视图，其示出了其流动导管和外部流体连接部；

图13是离心机的流体交换坞的俯视透视图；

图14是其仰视透视图；

图15是用于管毂的盖组件的俯视透视图，其示出了处于非离心竖直位置的离心管；

图16是示出离心管处于枢转离心水平位置的视图；

图17是可安装在图96的微流体处理盘中的盘上气动致动的隔膜微型泵的分解透视图；

图18是其示出微型泵处于非致动位置的侧剖视图；

图19是其示出微型泵处于致动位置的图；

图20是用于测量分析物的与图2或图3中所示的流动分析单元窗口相关联的发光二极管(LED)发射二极管组件和LED接收二极管组件的侧剖视图；

图21是其俯视剖视图；

图22是用于处理农业浆料样本的多层微流体歧管浆料处理基板的第一透视图；

图23是其第二透视图；

图24是其第一分解透视图；

图25是其第二分解透视图；

图26是其空气层的透视图；

图27是其液体层的第一侧的透视图，其示出了用于处理农业浆料样本的多个微流体装置；

图28是液体层的相对的第二侧的透视图，其示出了流体联接至微流体装置的微通道流动网络；

图29是其俯视图；

图30是液体层的第一侧的平面图，示出了微流体流动网络被叠加以示出微流体装置之间的流体连接；

图31是取自图30的放大细节；

图32是包括部分地由液体层形成的第一微型泵的微流体装置的透视图；

图33是包括部分地由液体层形成的第二微型泵的微流体装置的透视图；

图34是包括部分地由液体层形成的第三微型泵的微流体装置的透视图；

图35A是穿过第一微型泵、第二微型泵或第三微型泵中任一个的流体入口端口剖切的横截面透视图，其示出了泵腔室的周边流动凹槽、隔膜密封环和防滞留凹槽；

图35B是示出隔膜密封环的第一实施例的第一微型泵的剖视透视图；

图35C是示出隔膜密封环的第二实施例的第一微型泵的剖视透视图；

图36是更详细地示出隔膜密封环的第一实施例的第一微型泵的局部放大透视图；

图37是穿过微型泵的液体层以及流体入口端口和流体出口端口剖切的第三微型泵的剖视图；

图38是取自图37的放大细节；

图39是微型泵之一的第一剖视图，其示出了在操作期间处于泵的填充或吸入冲程的微型泵；

图40是其第二剖视图，其示出了操作期间处于泵的排放冲程期间的微型泵；

图41是包括部分地形成在液体层中的微型阀的另一微流体装置的透视图；和

图42是嵌入在微流体歧管的液体层和空气层之间的完全组装的微型阀的剖视图。

所有附图不一定按比例绘制。除非另有明确说明，否则在一张图中出现并编号但在其它图中出现但未编号的部件是相同的部件。除非另有明确说明，否则在本文中通过对出现在带有相同完整编号但具有不同字母后缀的多个附图中的完整附图编号来对附图参考应被解释为对所有这些附图的总体参考。

详细说明

本文通过参考示例性(“示例”)实施例来说明和描述本发明的特征和益处。示例性实施例的描述旨在结合附图来阅读，这些附图应当被认为是整个书面描述的一部分。因而，本公开明确地不应当受限于这样的示例性实施例，其说明了可以单独存在或以特征的其它组合存在的特征的一些可能的非限制性组合。

在本文公开的实施例的描述中，对方向或取向的任何参考都仅仅为了描述的方便，而不以任何方式限制本发明的范围。相对术语(诸如“下部”、“上部”、“水平”、“竖直”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”)及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应当被解释为是指如继而在所讨论的附图中所描述或所示出的取向。这些相对术语仅仅为了方便描述，而不要求设备以特定取向进行构造或操作。诸如“附接”、“固定”、“连接”、“联接”、“互连”的术语和类似术语是指这样的关系：除非另有明确描述，结构直接地或者通过干预结构间接地以及都通过可移动的或刚性的附接或关系而彼此固定或附接。

如贯穿本文所使用的，本文公开的任何范围都被用作用于描述该范围内的每一个值的简写。在范围内的任何值都可以被选择为该范围的界限点。此外，本文所引用的所有参考文献都通过引用整体并入本文。在本公开中的定义与所引用的参考文献的定义发生冲突的情况下，以本公开为准。

图1是描述根据本公开的农业采样系统3000的功能方面的高级示意性流程图。该系统包括多个协同和依序操作的子系统。本文公开的子系统共同地提供对从农田收集的土壤样本的完整处理和化学分析、样本制备和处理、以及最终化学分析。在一个实施例中，采样的农业物质可以是土壤；然而，可以在同一系统中处理和分析其他类型的农业物质，所述其他类型的农业物质包括但不限于植被/植物、农作物残留物、草料、肥料、饲料、奶质物以及农业、畜牧业、乳制品或类似技术领域中感兴趣的其他与农业相关物质。例如，在对农作物生产和产量很重要的土壤采样方面，农业采样系统3000有利地允许同时针对不同的各种植物可利用营养物或其他参数(例如但不限于pH、BpH(缓冲液pH)等)对多个样本进行处理和化学分析。该信息可以用于生成农田的营养物/参数地图，以确定田地不同区域所需的土壤改良剂的适当数量，以最大化农作物总产量。

在一个实施例中，农业采样系统3000的各部分可以结合在机动化采样车辆上，所述机动化采样车辆被配置成行驶横穿农田以收集和处理来自该农田的各个区域的土壤样本。这允许“即时”准确地生成田地的全面营养物和化学性质概况，以基于对样本中的植物可利用营养物和/或化学性质的量化来快速方便地识别田地每个区域或地区实时所需的土壤改良剂和施用量。

土壤采样系统3000通常包括样本探头收集子系统3001、样本制备子系统3002和化学分析子系统3003。在美国专利申请公报US2018/0124992A1中完整描述了样本收集子系统3001和机动化采样车辆。样本探头收集子系统3001通常执行从田地提取和收集土壤样本的功能。样本可以呈土塞或土芯的形式。所收集的土芯被输送到保持腔室或容器中，以由样本制备子系统3002进一步处理。在下述文献中描述了其他采样系统：2020年2月28日提交的美国申请US62/983237；2020年4月30日提交的US63/017789；2020年4月30日提交的US63/017840；2020年4月30日提交的US63/018120；2020年4月30日提交的US63/018153；2021年5月20日提交的US63/191147；2021年5月20日提交的US63/191159；2021年5月20日提交的US63/191166；2021年5月20日提交的US63/191172；2021年5月20日提交的US17/326050；2021年5月20日提交的US63/191186；2021年5月20日提交的US63/191189；2021年5月20日提交的US63/191195；2021年5月20日提交的US63/191199；2021年5月20日提交的US63/191204；2021年6月9日提交的US17/343434；于2021年6月9日提交的US63/208865；2021年6月9日提交的US17/343536；于2021年6月22日提交的US63/213319；2021年8月31日提交的US63/260772；2021年8月31日提交的US63/260776；2021年8月31日提交的US63/260777；2021年9月17日提交的US63/245278；2021年11月15日提交的US63/264059；2021年11月15日提交的US63/264062；2021年11月15日提交的US63/264065；2022年2月23日提交的US63/268418；2022年2月23日提交的US63/268419；2022年3月8日提交的US63/268990；以及于2021年2月10日提交的PCT/IB2021/051076；2021年2月10日提交的PCT申请号PCT/IB2021/051077；2021年4月7日提交的PCT/IB2021/052872；2021年4月7日提交的PCT/IB2021/052874；2021年4月7日提交的PCT/IB2021/052875；2021年4月7日提交的PCT/IB2021/052876。在下述文献中描述了其他采样系统：2020年2月28日提交的美国申请US62/983237；2020年4月30日提交的US63/017789；2020年4月30日提交的US63/017840；2020年4月30日提交的63/018120；2020年4月30日提交的US63/018153；2021年2月10日提交的PCT/IB2021/051076；以及2021年2月10日提交的PCT申请PCT/IB2021/051077；2021年4月7日提交的PCT/IB2021/052872；2021年4月7日提交的PCT/IB2021/052874；2021年4月7日提交的PCT/IB2021/052875；2021年4月7日提交的PCT/IB2021/052876。

样本制备子系统3002通常执行以下功能：将土壤样本芯接收在混合器-过滤器设备中、定量土壤样本的体积/质量、基于土壤的体积/质量添加预定量或体积的过滤水、混合土壤和水混合物以产生土壤样本浆料、从混合器-过滤器设备移除或输送浆料、以及自清洁混合器-过滤器设备以用于处理下一个可用的土壤样本。在一些实施例中，过滤器可以独立于混合器。

化学分析子系统3003通常执行以下功能：从子系统3002的混合器-过滤器设备接收土壤浆料；添加萃取剂；在第一腔室中混合萃取剂和浆料以取出感兴趣的分析物(例如，植物可用营养物)；离心萃取剂-浆料混合物以产生澄清液或上清液；将上清液移除或输送至第二腔室；注入试剂；在保持时间段内保持上清液-试剂混合物以允许与试剂进行完全化学反应；通过诸如比色分析来测量吸光度；和协助清洁化学分析装备。在一些实施例中，如本文进一步描述的那样，化学分析子系统3003可以体现在微流体装置或设备中。

下文和流程图中描述的过程可以由可编程系统控制器2820自动控制和执行。控制器可以是控制器处理系统的一部分，所述控制器处理系统诸如是本文进一步描述和图4中示出的控制器处理系统或如共同待决的美国专利申请公报US2018/0124992A1中所公开的控制器处理系统。控制器2820可操作地联接到本文公开的化学分析子系统3003的各部件(例如，泵、阀、离心机、压缩机(空气供应器)，等)，用于通过该化学分析子系统控制流体(例如，水、空气、浆料、萃取剂、试剂、上清液等)的处理顺序和流动，以便对土壤或其他类型农业样本进行充分处理和分析。图4描绘了可应用于本申请的可编程系统控制器2820的一个实施例。

上清液分离器

在一些可替代实施例中，可以使用离心机或合适的过滤器介质(诸如代替离心机的超细的微孔过滤器5757)将液体部分从土壤样本浆料和萃取剂混合物分离出，以产生用于化学分析的澄清上清液。合适的离心机包括在共同拥有的WO2020/012369中描述的离心机3400和离心管3450。图2示出了与离心机可操作地相接的农业系统3000的化学分析子系统3003。图3示出了化学分析子系统但代替的是其与微孔过滤器5757可操作地相接以产生上清液。

在一些实施例中，具有合适形状和结构的微孔烧结金属过滤器介质可以用于微孔过滤器5757。图262示出了内联型微孔过滤器5757的一个非限制性示例，其具有：封装在互补配置的壳体5757-1中的管状圆柱形金属过滤器介质，所述壳体包括入口配件5757-2和出口配件5757，所述入口配件和所述出口配件均配置成连接到外部流动管道或管件(例如，螺纹或管道连接器)。当然，可以使用许多其他合适类型和构型的过滤器来适应用于安装和保持过滤器(例如，盘形、锥形、实心圆柱形等)的设备。可以使用适合系统的压力要求的其他类型的多孔过滤器介质(例如，聚合物的等)。优选地，所选择的过滤器介质材料和形状适合反冲刷。所选择的微孔过滤器介质被配置成从浆料和萃取剂混合物产生适合于化学分析的澄清上清液。

一旦将上清液从土壤浆料分离出，就可以用如图263所示的清洁高压液体(例如，过滤水)来反冲刷过滤器，以清洁过滤器介质来用于在下一次土壤样本运行期间重复使用。为了实现反冲刷循环，可以通过选择性地组合地打开/关闭某些阀来重新配置形成于系统中的流动路径，以使过滤水流反向流动通过过滤器5757的过滤器介质。从系统中排出过滤器反冲刷物。

微流体化学分析装置

本文先前描述的图3和图4是流程图，其示出了结合到分析处理装置(诸如，在一个非限制性示例中呈处理楔形部4002形式的微流体歧管)中的化学分析子系统3003的流体流动路径(例如，浆料、水、空气、化学品，等)和流体部件。当使用图4中的微孔过滤器5757代替图3中所示的离心机时，在一种实施方式中，微孔过滤器可以与处理楔形部4002分离开并且不结合到处理楔形部4002中以作为其组成部分(虚线示意性地表示处理楔形部的边界)。然而，在可替代实施方式中，微孔过滤器5757可以被配置并且构造为直接集成到处理楔形部4002中。由于微流体装置的层通常永久地结合在一起，因此非集成式过滤器布置允许根据需要轻松地更换过滤器介质，而不必丢弃整个处理楔形部。然而，在由于空间约束而需要紧凑的外形尺寸的情况中，集成的过滤器布置可以是优选的。

如图3所示的合适的外部盘外高压过滤水源5757a可以被提供用于过滤器反冲刷操作，以在用于化学分析的不同农业样本运行之间清洁过滤器。可以以与本文已经描述的方式类似的方式通过使用高压水沿着与用于过滤农业浆料的方向相反的方向而反向流动通过微孔过滤器5757的过滤器介质来清洁微孔过滤器5757。

图5至图12大体描绘了微流体处理盘4000的一个非限制性实施例，其包括多个化学分析处理装置，诸如处于一种非限制性实施例和构型中的楔形部4002。每个楔形部4002包括流体隔离的化学分析子系统3003，该化学分析子系统可以与本文先前描述的离心机3400或微孔过滤器5757可操作地相接，用于过滤农业浆料和萃取剂混合物以产生用于进行化学分析的澄清上清液。有利地，微流体处理盘4000是一种微流体装置(例如，M2D2)，其被配置并且可操作以集成并且结合整个浆料分析系统，所述浆料分析系统包括与操纵空气、水、浆料、萃取剂、试剂和上清液相关联的图2和图3中所示的流体泵送、混合、阀设置以及流量分配和控制的基本上所有方面。泵、阀设置、混合、流量分配功能例如因此以构造具有活动微部件(例如，泵、阀、混合腔室等)的这种微流体装置的已知方式集成到微流体处理盘4000的每个处理楔形部4002中。这消除了对通常需要经由管道和管连接件的扩展延伸而流体互连的多个物理上离散且独立的流量控制装置(例如，泵、阀、混合腔室等)的需要，从而允许提高系统的化学处理分析部分的紧凑性。

除了对从农业样本中提取的感兴趣分析物进行化学分析和定量之外，微流体处理盘4000有利地提供用于处理和控制所有前述流体的流动的单个一体平台或装置。微流体处理盘4000还提供农业样本处理的并行化，以缩短分析时间并且减少对与该样本相关联的所有化学参数的量化。因此，可以针对所有感兴趣分析物在多个处理楔形部4002中同时对样本进行处理和化学分析。根据图2和图3所示的流程图由空气压缩机3030提供的加压空气至少部分地提供运动力，用于使前述流体流动通过微流体处理盘4000的每个处理楔形部并对前述流体进行处理，如本文进一步描述的那样。空气还用于操作可气动致动的微型阀装置和微型泵，如本文进一步描述的那样。

首先参考图5至图12，微流体处理盘4000可以具有大体环形盘状复合主体，所述大体环形盘状复合主体在一个实施例中由通过本领域中使用的任何合适方式(例如，粘合剂、热熔合等)结合或层压在一起的多层材料形成。在夹层构造中，每一层均可以是基本上平坦的或扁平的，这种微流体装置(例如，M2D2)的典型微流体装置(有时被称为“芯片实验室”。微流体装置的分析处理楔形部4002被配置并且可操作以对各种流体(空气、水、浆料、萃取剂、试剂等)进行计量/测量、泵送、混合和除泡。每个处理楔形部的层中的一层或多层被配置以及图案化以创建嵌入微流体装置中的微尺寸通道、腔室/储器以及空气致动的隔膜操作的阀和泵。

用于构造微流体处理盘4000的处理楔形部4002的层的材料可以包括刚性热塑性塑料和柔性弹性体材料片材的组合。在一个实施例中，可以使用透明聚合材料以允许目视观察在微流体处理盘4000中正在被处理的流体。刚性塑料可以用于形成微流体处理盘4000的整体刚性基板或主体，该微流体处理盘限定其暴露的外表面并且包括内部，所述内部被图案化以产生多个内部微通道4012和腔室，以用于形成活动微流体流动控制装置(例如，隔膜操作的泵、阀、混合腔室等)。可以使用的热塑性塑料(聚合物)的示例包括例如但不限于PMMA(通常称为丙烯酸的聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)、PS(聚苯乙烯)等。可以使用的合适的弹性体材料的示例包括例如但不限于硅树脂、PDMS(聚二甲基硅氧烷)、氟硅酮橡胶、氯丁橡胶等。随着时间的推移，用于保持微流体阀/泵关闭的加压空气将渗透通过弹性体隔膜，从而导致在装置的液体侧中产生气泡。这些气泡会对适当控制液体体积的能力产生负面影响，这是因为空气泡取代了正在被操纵的原本精确的流体体积。氟硅酮橡胶是一种优选的非限制性材料，因为其低透气性性质有助于随着时间的推移减小通过隔膜的气体扩散以解决前述问题。

在每个化学分析处理楔形部4002中使用的弹性体材料可以用于形成微流体流动控制装置的柔性且可变形的活动部分，诸如微型泵和微型阀的可移动隔膜，所述可移动隔膜受空气压力(可替代地，水压)作用以操作这些泵和阀，用于控制微流体处理盘4000内的流体流动。这通常通过在微流体处理盘4000中的更硬的热塑性层的层上方形成薄的柔性弹性体层(例如，硅、PDMS，等)从而形成其柔性顶部部分来实现，所述更硬的热塑性层上图案化有与泵、阀或混合腔室相关的微通道和微腔室。在一个实施例中，向通常平坦的弹性体顶部施加空气压力会使弹性体材料向下变形和偏转，以密封并且闭合微通道/微腔室。在本文进一步描述的图257至图258中示出了这种操作。移除空气压力导致弹性体材料经由其弹性记忆恢复其原始平坦状态，以重新打开微通道/微腔室。这种类型的动作在本领域中是众所周知的，无需过度地进一步阐述。在一些实施例中，如果仅仅去除空气压力不足以满足要求，那么可以可选地施加真空以使弹性体材料恢复成其原始状态。

值得注意的是，在一些实施例中，弹性体材料可以被单独地切割或以其他方式形成，以配合和补充每个活动微流体流动控制装置的形状和尺寸，而不是使用弹性体材料的整个片材或层。

在一个实施例中，盘状的微流体处理盘4000包括多个通常可互换且可分离的三角形或“饼形”化学分析处理楔形部4002。处理楔形部4002可以诸如经由合适的机械互锁特征件(例如，卡扣配合突片/狭槽等)和/或紧固件可拆卸地互锁在一起，以共同形成微流体处理盘4000的环形盘状主体。在其他实施例中，作为一些示例，处理楔形部4002可以诸如经由粘合剂或超声焊接而永久地接合在一起。

微流体处理盘4000的每个处理楔形部4002均是离散的微流体装置，在一个实施例中，所述离散的微流体装置可以在处理盘结构的范围内与每个其他处理楔形部流体隔离开(即，没有在楔形部之间穿过微流体处理盘的交叉流)。然而，在微流体处理盘的物理边界之外，为了构造便捷性和成本效率，各处理楔形部都可以流体共享连接到源流体流(例如，水、浆料、空气、化学品等)的公共入口歧管或流体共享出口歧管(例如，废物/排气歧管)。每个处理楔形部4002都是完整的化学处理装置或系列，其可操作以针对不同分析物处理和分析最初以浆料形式(来自本文先前描述的混合站之一)提供的土壤样本。有利地，这提供了多个化学处理系列(即，楔形部4002)，所述多个化学处理系列能够联合离心机3400针对不同的分析物(例如，植物可利用营养物或其他化学成分/性质)同时并行地处理和分析土壤样本。这种并行化缩短了针对多种分析物完全处理和分析土壤样本所需的时间。

另外参考图13至图16，值得注意的是，当离心机3400用于产生上清液时，微流体处理盘4000可以被配置并且可操作以通过中间流体交换坞3430形成与离心机的可拆卸流体连接。流体交换坞3430流体连接并插置在微流体处理盘4000和离心机3400之间。

离心机3400包括空气动力学盖组件，以在管毂3500组件旋转时使该管毂组件呈流线型，以减小动力输入和降低由于空气动力学损失而产生的噪音，这是因为否则承载可枢转离心管3450的管毂将充当空气叶轮。空气动力学盖组件包括上盖3520和下盖3521，所述上盖和所述下盖例如在一个实施例中经由带螺纹的紧固件或其他机械紧固方法而附连到管毂。因此，管毂3500被夹在并且压缩在上盖和下盖之间，如描绘了完成的管毂组件的图66中进一步所示的。

继续参考图13至图16，上盖3520和下盖3521中的每一个可以具有盘状主体，所述盘状主体包括中心开口3522和多个矩形的管开口3523。所述管开口完全贯穿盖形成在盖的顶表面和底表面之间。管开口3523可以以围绕中心开口的圆周图案布置并且如图所示地沿径向是细长的。管开口3523布置成使得已安装的离心管3450在盖内露出。优选地，管开口3523的径向长度的尺寸被设计为当盖被离心机3400旋转时允许已安装的离心管在开口内完全向外和向上摆动。离心管3450各自可枢转地安装在管开口3523中并且能够在当离心机3400静止时如图15所示的竖直位置和当离心机(例如，盖组件)和管毂3500被旋转离心机驱动机构以全速转动时的如图16所示的水平位置之间成角度地移动。这确保了样本由于重力或旋转加速度而经受的加速始终远离管端口。离心管3450优选地配置成使得顶表面基本上与上盖3520的顶表面3524齐平，或者优选地如图15所示地稍微升高并突出到顶表面上方，以便被流体交换坞3430的底表面3432接合，从而在离心管的流动端口3451和流体交换坞3430的流动通道3434之间形成密封连接。在竖直位置中，离心管3450在下盖3521的底表面3525下方向下突出，使得离心管的高度的大部分在底表面3525下方延伸。

WO2020/012369更详细地描述了包括前述特征和操作的离心机3400。

现在总体上返回参考图5至图16，微流体处理盘4000的每个处理楔形部4002可以具有截头楔形形状，其包括顶部主表面4003、相对的底部主表面4004、相对的弧形弯曲的内表面4005和外表面4006、以及一对会聚的径向侧表面4007。径向侧表面4007各自限定径向参考线R1，所述径向参考线R1在处理楔形部4002的几何竖直中心线C1处相交。当处理楔形部4002在微流体处理盘4000中组装在一起时，它们共同限定圆形的中心开口4014(具有类似于流体交换坞3430的中心开口3435的目的)。处理楔形部4002限定了被定义为接近外表面4006的外周部分或区域4008，以及被限定为接近内表面4005的内部毂部分或区域4009。尽管非限制性示出的实施例包括八个分析处理楔形部4002，但是其他实施例也可以使用更多或更少的楔形部。

在每个处理楔形部4002中形成多个流体交换端口。这些流体交换端口可以包括：在处理楔形部的周边区域4008中以阵列形式布置的多个外端口4010；以及在内毂区域4009中以阵列形式布置的多个内端口4011。在一个实施例中，外端口4010可以仅穿透处理楔形部4002的顶部主表面4003，而内端口4010可以仅穿透底部主表面4004。在一种非限制性实施方式中，作为示例，如图所示，可以提供八个外端口4010和三个内端口4011。在其他实施例中可以使用其他数量的端口并且不限制本发明。内端口4011在数量和布置上对应于流体交换坞3430中的流动通道3434的集群3433(参见，例如图13-14)，当管毂3500处于上部停靠位置时，所述集群进而与形成在离心管3450的顶表面中的流动端口3451匹配，用于交换流体。内端口4011可以与流体交换坞3430中的流动通道3434的顶部入口相互配置，以在它们之间形成可拆卸的防漏密封接头。例如，内端口4011因此可以在流体交换坞3430的底部上配置有与图56所示类型相同类型的喷嘴3436，从而以类似的方式形成与其可分离的密封。

外端口4010被配置为用于流体连接到外部处理管道3021(参见，例如图12)。在一个实施例中，外端口4010可以可选地包括向上突出的管道倒钩4013，以促进联接(参加，例如图12)。可替代地，外端口4010可以替代地包括与内端口4011类似地配置的凹入喷嘴3436，所述凹入喷嘴也可以在没有突出的管道倒钩的情况下促进与外部处理管道3021的流体连接。

参考图2至图3的微流体处理楔形部4002的流程图，内端口4010和外端口4011通过在微流体处理盘4000内部形成的微通道4012的带分支的微通道网络4015流体联接在一起。在液体侧，微通道网络在内端口和外端口之间形成流动路径，并且将嵌入在微流体处理盘4000中的流动控制微流体装置流体联接在一起。微通道网络4015还包括空气微通道4012，所述空气微通道通过气动系统形成与液体微通道和流动控制微流体装置的空气连接，所述气动系统可以如图所示地包括高压空气源和低压空气源。由空气压缩机3030(图2至图3中所示的示例)或另一个/多个压缩机提供的加压空气提供了运动力，用于根据流程图和如本文所述的用于使前述流体流动通过微流体处理盘4000和分析处理楔形部4002并对前述流体进行处理。

每个处理楔形部4002的微通道4012(空气和液体)被配置和图案化以形成在图2和图3的流程图中表示的功能布局和流体连接(认识到物理布局可以不同以创建所示的功能连接)。该图左侧的块体代表每个处理楔形部4002的外端口4010，右侧的块体代表每个处理楔形部4002的内端口4011。使用计算机辅助制造方法创建所描绘的流动网络(和所示的流动控制微流体装置)很好地属于微流体装置制造商的范围内，在此不做过多的详细说明。微通道4012可以通过通常用于构造微流体装置的任何合适的工艺或工艺组合(例如但不限于微机械加工、激光铣削、激光或化学蚀刻、光刻、热压花、注塑或其他方法)形成在微流体处理盘的一层或多层中。

微通道网络4015还包括图2至图3中所示的多个微流体阀、泵、混合腔室。在一个实施例中，这些微流体装置可以是使用嵌入在微流体处理盘4000内的柔性弹性体流动控制层操作和创建的隔膜，所述柔性弹性体流动控制层与在微流体处理盘4000内创建的微通道和腔室连通，如本文其它地方所述的。微流体装置还可以包括气动致动的隔膜微型泵，其包括萃取剂泵4020、浆料泵4021、试剂泵4022和输送泵4023。微通道4012由以圆圈示意性表示(实心圆＝闭合；空心圆＝打开)的多个气动致动的隔膜微型阀4018被打开/关闭。如果需要的话，那么气动致动的微型混合腔室4024可以根据需要可选地提供用于将土壤样本浆料与萃取剂混合，和/或设置在均集成到处理楔形部4002中的流动分析单元4027和流动单元窗口4025的上游，以确保改色试剂(有时也称为“指示剂”)和上清液完全混合。在一些实施例中，微型混合腔室4024可以由经由狭窄且短的微通道连接的两个紧密流体联接的单元形成，所述狭窄且短的微通道是微流体领域中众所周知的构造。这些单元被空气交替加压，以在单元之间循环地多次来回输送液体，从而提供充分的混合。这些混合器可以是也可以不是隔膜操作的混合器。然而，应当意识到的是，可以使用其他类型的微流体混合器、泵和阀，并且本发明不限于所公开的非限制性示例。

图17至图19分别是盘上气动致动的隔膜微型泵5760的分解图和侧剖视图，其可以用于萃取剂泵4020、浆料泵4021、试剂泵4022、输送泵4023或可能需要的其他泵。这些泵被结合到每个盘处理楔形部4002的微通道网络4015中，并且向流体施加运动力以驱动该流体通过盘的微通道网络和与流动相关的各种特征件。所示出的微型泵和特征件各自作为其整体结构部分而一体地形成或模制到每个处理楔形部4002的两个相邻层内。如图256所示的图描绘了包括微型泵的盘的一部分，认识到实际上微型泵仅由直接形成在盘层中的开口和/或凹面结构的边界来限定。

每个微型泵5760均是夹层结构，所述夹层结构包括微流体处理盘4000(例如，处理楔形部4002)的上层5761、微流体处理盘的相邻下层5762、以及薄的弹性可变形隔膜5763，所述弹性可变形隔膜具有弹性记忆并且限定顶表面5763-1和相对的底表面5763-2。特别需要注意的是，上层5761和下层5762不一定是多层微流体处理盘4000的最上层(即，顶部)和最下层(即，底部)，而是可以是它们之间的两个相邻中间层。在一个非限制性实施例中，上层5761和下层5762是5层处理盘4000中的中间层，认识到可以根据需要使用更多或更少的层来创建期望的微流体装置和其中的流动路径。

隔膜5763可以由合适的弹性体材料或聚合物制成，例如在一些实施例中为硅树脂，并且可以具有小于1mm(0.04英寸)的厚度。隔膜5763可以在没有施加气动空气压力信号时的正常平坦的备用状态与在向隔膜的顶表面施加空气时的向下变形的突出凸形致动状态之间弹性移动。隔膜5763在一种构型中可以是椭圆形的；但是，可以使用其他形状。

微型泵5760还包括凹入到微流处理盘4000的上层5761的底表面中的上泵腔室5764以及形成在下层5762中的与上泵腔室直接相对并竖直对准的凹形下泵腔室5765。在一些实施例中，上泵腔室5764可以具有直的侧壁表面5764-1和平坦的顶表面5764-2。下泵腔室5765凹入到下层5762的顶表面中，并且可以包括围绕腔室沿周边延伸以限定凹部的弧形弯曲的侧壁表面5765-1。如图所示，平坦的底表面5765-2在下泵腔室的周边周围邻接侧壁表面。弯曲的侧壁表面确保隔膜5763在多个操作循环中被致动时不会撕裂或破裂。值得注意的是，下泵腔室5765限定了微型泵的每次致动所排空的微型泵体积泵送能力。

微型泵5760还包括形成在上层5761中的与上泵腔室5764流体连通的气动空气压力信号端口5768。气动空气压力信号端口5768优选地在上泵腔室5764的顶表面中居中并且与形成在上层5761正上方的盘层中的气动或空气微通道网络4015-1流体连通并且流体连接到诸如本文描述的空气源。下层5762包括用于将流体引入到下泵腔室5765中的流体入口端口5766，以及用于通过操作微型泵5760从下泵腔室排放流体的流体出口端口5767。流体入口端口5766和流体出口端口5767中的每一个因此均与下泵腔室5765流体连通。流体入口端口5766优选地在与在另一端处的下泵腔室流体出口端口5767相对的端部处穿透下泵腔室5765。流体入口端口和流体出口端口中的每一个都与形成在下层5762正下方的盘层中的流体微通道网络4015流体连通。在一个实施例中，上泵腔室5761和下泵腔室5762可以是椭圆形的；但是，可以使用其他形状。

将简要描述微型泵5760的操作。每个微型泵都具有相关联的流体入口隔膜微型阀4018和流体出口隔膜微型阀4018，所述流体入口隔膜微型阀和所述流体出口隔膜微型阀分别流体连接到微型泵操作所必需的流体入口端口5766和流体出口端口5767。隔膜阀具有与微型泵相同的总体构造和操作，该微型泵包括隔膜、空气压力信号端口以及流体入口端口和流体出口端口。阀在打开位置和闭合位置之间的操作以与下面针对微型泵所述方式相同的方式执行，因此微型泵在结构和功能上与阀类似。但是，由于将多个阀布置在微流体处理盘4000中以节省空间，因此阀尺寸通常较小，并且与旨在保持化学处理和土壤分析所需的预定体积流体的微型泵的细长特征件相比，阀通常利用圆形的隔膜和上下泵腔室。

图18示出了处于初始平坦未致动或备用状态的泵。隔膜5763完全嵌套在上泵腔室5764内并且不向下突出到下泵腔室5765中。隔膜被捕获在上泵腔室5764中、在上盘层5761和下盘层5762之间。在此阶段没有将空气施加到隔膜。首先闭合流体出口隔膜微型阀4018而打开流体入口隔膜阀，以用待从微通道网络4015泵送的流体(例如，土壤浆料、萃取剂、试剂、上清液或其他流体)填充隔膜下方的下泵腔室5765。然后闭合流体入口隔膜微型阀4018而打开流体出口隔膜微型阀4018。

为了泵送包含在下泵腔室5765中的一定体积的流体，从由空气阀控制的空气源经由空气压力信号端口5768将空气供应到隔膜5763的顶部。空气压力向下驱动隔膜，所述隔膜变形并且大致符合下泵腔室5765的形状，从而通过流体出口端口5767及其相关联的流体出口隔膜微型阀4018排出流体。隔膜5763现在处于如图19所示的变形凸形致动状态。在完成泵送之后，从空气压力信号端口5768释放空气压力，并且隔膜5763恢复成其原始未变形的平坦备用状态，为下一个泵送循环做好准备。

在测试中，发现如果在下泵腔室5765内提供平滑表面，则柔性隔膜5763有时趋于被吸入流体出口端口5767中而过早地产生气动信号或使得流体液体侧连通。遗憾的是，这在隔膜完全移位/变形之前阻碍了流体流动和泵送，并且阻止了下泵腔室中的液体体积被完全排出。这导致每次致动所泵送的流体体积不一致，这会对正确的浆料处理和分析产生不利影响，这是因为针对每个泵腔室的体积容量都是经过精心预先确定的并且严格确保化学品(例如，试剂、萃取剂等)与浆料混合的适当比例。

为了解决前述的隔膜和泵送问题，凹入的下泵腔室5765优选地设置有多个“防滞留(anti-stall)”凹槽5769，该防滞留凹槽用于防止柔性隔膜5763被吸入流体出口端口5767中且阻塞流动。这还防止隔膜经由形成抽吸而附接到下泵腔室的大体平坦的底表面5765-2但没有完全从该底表面5765-2释放。因此，防滞留凹槽5769配置成防止隔膜5763粘附到下泵腔室5765，从而有利地允许隔膜5763在每个泵送循环中充分且可靠地使得下泵腔室的基本上全部体积的流体内容物移位，从而确保所分配的液体量和最终土壤浆料分析的准确性。如图256所示，在下泵腔室5765内的优选的所有表面中(例如，侧壁表面5765-1和平坦的底表面5765-2)上切割或以其他方式形成凹入的防滞留凹槽5769。在一个实施例中，防滞留凹槽5769可以如图所示地布置成两个方向垂直相交的网格阵列凹槽，从而形成略微棋盘式的图案。在其他实施例中，凹槽可以是单向的，并且由沿着下泵腔室5765的长轴或短轴或与轴成对角线布置的多个不相交且间隔开的平行凹槽形成。在一些实施例中，形成在上盘层5761中的上泵腔室5764可以包括在构型上与下泵腔室5765中的凹槽相似或不同的防滞留凹槽。可以提供任何合适图案和数量的凹槽。

微通道网络4015还可以包括多个预定体积的微储器，用于容纳萃取剂、试剂、浆料等并对其分段式处理以进行处理。在一个实施例中，这可以包括萃取剂微储器4030、土壤浆料微储器4031、试剂微储器4032和上清液微储器4033。如图所示，微储器4030-4033可以由微通道的一系列紧密地间隔开的波状回路形成。在图104至图119中示出每个微储器的非限制性样本体积容量。然而，当然可以使用其他体积容量。

图104至图119是描绘了用于处理和分析土壤样本的方法或过程的按顺序视图的示意性流程图。这些图表示在微流体处理盘4000的单个处理楔形部4002中发生的处理顺序。将意识到的是，在该方法的一些实施方式中，在微流体处理盘4000的所有处理楔形部4002中同时并行地执行所示的相同顺序过程，以针对所有感兴趣的化学参数(分析物)分析土壤样本浆料，从而使得样本处理时间显著缩短。因此，可以经由共用的控制空气集管或通道和空气阀来同时致动每个处理楔形部4002中相同的对应气动致动的微型泵、微型阀和微型混合腔室。因此，每个处理楔形部4002均可以针对不同的分析物来处理和分析样本，以完成土壤样本的完整化学分析概况。

下文所述以及图2至图3的流程图中描述的过程可以由系统可编程控制器(诸如图4中所示的处理系统控制器2820(参见，例如系统接口块2803))自动控制和执行。控制器可操作地联接至诸如由空气压缩机3030提供的低压空气源和高压空气源。可以诸如通过采用从与压缩机3030相关联的空气罐303进行抽吸的减压阀站以任何合适的已知方式来产生低压空气，所述空气罐可以包含由压缩机产生的高压空气。因此，所有与空气供应相关的部件(压缩机、一个或多个罐、和阀)都可以由系统可编程控制器(例如，处理系统2820)控制。当然可以使用用于气动控制微流体处理盘4000的操作(诸如单独的压缩机)的其他低压空气源和高压空气源。控制器2820经由图2至图3中所示的微型阀4018的气动操作可以进一步控制处理楔形部4002的各个流体入口4010-2至4010-6、排气/废物出口4010-7至4010-8、以及与之前均在本文中描述的离心机3400或微孔过滤器5757相接的流体界面的操作。

再次重申，如前所述，流程图左侧的块体表示相应处理楔形部4002的外端口4010，而右侧的块体表示该处理楔形部的内端口。在一种实施方式中，外端口4010可以包括高压空气入口4010-1、低压空气入口4010-2(其也被配置成在需要时用作通风口)、萃取剂入口4010-3、清洁溶液入口4010-4、浆料样本入口4010-5、试剂(指示剂)入口4010-6、低压排气出口4010-7和高压排气出口4010-8。提供给清洁溶液入口4010-4的清洁溶液可以是包括去离子水或其他物的任何合适的溶液。内端口4011可以包括从处理楔形部4002到离心机3400(即，离心管3450)的浆料样本出口4011-1、来自离心机3400的上清液入口4011-2、以及来自离心机的离心机废物入口4011-3。当然，可以提供其他类型和数量的外端口4010和内端口4011。

图2至图3示出了在开始时设置微流体处理盘4000和具有集成微通道网络4015的处理楔形部4002之一并且使其准备好用来处理和化学分析农业样本(诸如但不限于呈浆料形式的土壤样本)。先前在本文和共同拥有的WO2020/012369中描述了针对感兴趣的分析物来处理和分析浆料的示例。

在一个非限制性实施例中，浆料样本和萃取剂经由测量回路(储器)一起被泵送到可选的第一微型混合腔室4024中，在所述第一微型混合腔室中它们被混合。在一些情况下，可以在微通道4012内实现样本和萃取剂的充分混合，以避免对单独微型混合腔室的需要(因此在图中用“？”来表示微型混合腔室)。如图所示，隔膜操作的微型泵4020、4021用低压空气加压，以实现流体的泵送。然后将浆料样本和萃取剂进行完全混合。接下来，将萃取剂/样本混合物从第一微型混合腔室4024泵送到离心机3400中以进行处理。将上清液和试剂分段式处理并将其以上清液与试剂的精确预定比例泵入其各自的测量回路(即，微储器4033和4032)。一些上清液和试剂经由通到低压排气出口4010-7的流动路径非常简捷地被倾倒到废物站中，以确保这些微储器被完全填充。然后将上清液和试剂泵送到第二微型混合腔室4024。注意的是，包括微型混合腔室4024、除泡器4026和流动单元窗口4025的微通道流动路径是活动的并且流体连接到低压排气出口4010-7。在第二微型混合腔室4024中执行上清液和试剂的完全混合，从而引起溶液颜色变化，以经由下游的流动单元窗口4025由吸光度分析流动单元4027进行检测。然后将其中掺有分析物的上清液和试剂混合物泵送通过除泡站中的除泡器4026，所述除泡器去除混合物中所携带的任何残留气泡。液体流中的气泡可能导致下游的吸光度分析流动单元4027中的体积异常并且对分析准确度产生不利影响。除泡器是本领域众所周知的装置，无需进一步过多阐述。

然后将掺有分析物的上清液/试剂混合物泵入吸光度流动分析单元4027的流动单元窗口4025，以通过吸光度流动分析单元4027进行比色测量。本发明的吸光度流动分析单元4027可以与处理楔形部4002的一部分一体形成并直接结合到处理楔形部4002的一部分中。图20和图21示意性地描绘了包含形成在处理楔形部的结合层结构内的吸光度流动分析单元4027和流动单元窗口4025内的处理楔形部4002的一部分。在所示的示例性非限制性构造中，这些层包括形成顶层、底层和中间层的三个硬塑料层4000-1(例如，PC等)，其图案化有上述微通道和其他流体控制装置(诸如，微型泵、微型阀和微型混合腔室)。薄的柔性弹性体层4000-2(例如，硅等)直接形成在中间硬塑料层4000-1的顶部，以用作流体控制装置的隔膜。在一个实施例中，流动分析窗口4025可以是横向加宽的菱形腔室(参见，例如图21)。LED发射二极管组件4040和LED接收二极管组件4041分别安装在流动分析窗口4025的上方和下方。二极管组件4040、4041如图所示地附接到在流动分析窗口4025上方和下方的处理楔形部4002的最外侧顶表面和底表面，但是与流动分析窗口和处理楔形部4002中的液体流流体隔离开。柔性弹性体层4000-2可以具有形成在流动分析窗口4025正上方的切口，所述切口在尺寸和形状方面与发射二极管组件4040相对应，以避免与所发射的分析光束的可能反射/折射干扰。

在操作中，液体试剂和上清液混合物流动通过流动分析窗口4025(参见，例如实线的液体流动箭头)。随着流动行进通过流动分析窗口4025，发射二极管组件4040将光发射透过流动分析窗口和其中的液体并将光照射到接收二极管组件4041，用于以已知的方式进行比色测量。样本混合物液体流中的分析物的测量值被传送到系统可编程控制器，用于进行分析和定量化。在分析期间，值得注意的是，样本混合物连续地流动通过流动单元窗口4025，流至低压排气出口41010-7，然后在所述低压排气出口处被倾倒到废物站。

值得注意的是，如果可以在微通道本身内实现完全混合，则在一些情况下可以省略上述微型混合腔室4024。因此，当需要时，微型混合腔室4024是可选的。

在已经以上述方式充分处理土壤样本之后，系统可编程控制器2820被配置为启动清洁循环以使微流体处理盘4000准备好用于处理新的土壤样本。清洁溶液和低压空气各自选择性地且交替地泵入并通过增强的活动式样本回路微通道4012且通过离心机3400而到达高压排气出口4010-8，如图(图2)所示。这清除来自这些部件和微通道中的残留土壤浆料和化学品。在通过微通道和离心机处理交替的清洁溶液和净化空气的数个循环之后，此时，样本回路微通道上游的样本回路和流动路径在其中仅含有空气。存在残留在流动路径的栓塞段中的含有空气和清洁溶液混合物的柱。微型阀4018打开以允许来自高压空气入口4010-1的高压空气迫使空气/清洁溶液混合物的柱通过离心机3400。然后，高压空气吹扫离心机并且流至高压排气出口4010-8，这完成清洁循环。

针对处理楔形部4002关于图2在上文描述的相同的微流体处理一般可适用于这样的处理楔形部，所述处理楔形部与位于离心机管线中的图3所示的微孔过滤器5757可操作地且流体地相接，以产生用于化学分析的上清液。

如本文已经指出的那样，本文公开的农业采样系统、子系统和相关过程/方法可以用于针对感兴趣的相关参数来处理和测试土壤、植被/植物、肥料、饲料、奶质物或其他农业物质。特别地，本文公开的系统的化学分析部分(化学分析子系统3003)的实施例可以用于测试超出土壤和植物/植被采样的其他区域中的与化学相关的许多参数和分析物(例如，感兴趣的营养物/化学品)。一些非限制性示例(包括土壤和植物)如下所述。

土壤分析：硝酸盐、亚硝酸盐、总氮、铵、磷酸盐、正磷酸盐、多磷酸盐、总磷酸盐、钾、镁、钙、钠、阳离子交换容量、pH、阳离子的盐基饱和度百分比、硫、锌、锰、铁、铜、硼、可溶性盐、有机质、过量石灰、活性炭、铝、氨基糖硝酸盐、氨氮、氯化物、C:N比(碳氮比)、电导率、钼、质地(沙子、淤泥、粘土)、囊肿线虫卵计数、矿化氮和土壤孔隙空间。

植物/植被：氮、硝酸盐、磷、钾、镁、钙、钠、阳离子的盐基饱和度百分比、硫、锌、锰、铁、铜、硼、氨氮、碳、氯化物、钴、钼、硒、总氮和活植物寄生线虫。

肥料：水分/总固体、总氮、有机氮、磷酸盐、钾肥、硫、钙、镁、钠、铁、锰、铜、锌、pH、总碳、可溶性盐、C:N比、氨水氮、硝酸盐氮、氯化物、有机物、灰分、电导率、凯氏氮、大肠杆菌、粪大肠菌群、沙门氏菌、总凯氏氮、总磷酸盐、钾肥、硝酸盐氮、水溶性氮、水不溶性氮、氨氮、腐殖酸、pH、总有机碳、堆积密度(填充的)、水分、硫、钙、硼、钴、铜、铁、锰、砷、氯化物、铅、硒、镉、铬、汞、镍、钠、钼和锌。

饲料：丙氨酸、组氨酸、脯氨酸、精氨酸、异亮氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、苏氨酸、胱氨酸、赖氨酸、色氨酸、谷氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸(需要粗蛋白)、砷、铅、镉、锑、汞。

维生素E(β-生育酚)、维生素E(α-生育酚)、维生素E(δ-生育酚)、维生素E(γ-生育酚)、维生素E(总量)、水分、粗蛋白、钙、磷、酸性洗涤纤维(ADF)、灰分、总可消化养分(TDN)、能量(可消化和可代谢)、净能量(增益、泌乳、维持)、硫、钙、镁、钠、锰、锌、钾、磷、铁、铜(不适用于预混合物)、饱和脂肪、单不饱和脂肪、欧米伽3脂肪酸、多不饱和脂肪、反式脂肪酸、欧米伽6脂肪酸(需要粗脂肪或酸性脂肪)、葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、黄曲霉毒素(B1、B2、G1、G2)、DON、伏马菌素、赭曲霉毒素、T2-毒素、玉米赤霉烯酮、维生素B2、B3、B5、B6、B7、B9和B12、卡路里、氯化物、粗纤维、木质素、中性洗涤纤维、非蛋白质氮、硒美国专利、总碘、总淀粉、维生素A、维生素D3和游离脂肪酸。

牧草：水分、粗蛋白、酸性洗涤纤维ADF、NDF、TDN、净能量(增重、泌乳、维持)、相对饲料值、硝酸盐、硫、铜、钠、镁、钾、锌、铁、钙、锰、钠、磷、氯化物、纤维、木质素、钼、普鲁西酸和硒USP。

奶质物：乳脂、纯蛋白质、体细胞计数、乳糖、其他固体、总固体、添加的水、牛奶尿素氮、酸度、pH值、抗生素测试和微生物。

控制系统

图4是示出控制或处理系统2800的示意性系统图，所述控制或处理系统包括如本文所引用的基于可编程处理器的中央处理单元(CPU)或系统控制器2820。系统控制器2820可以包括一个或多个处理器、非暂态有形计算机可读介质、可编程输入/输出外围设备、以及通常与基于功能完整的处理器的控制器相关联的所有其他必要的电子配件。包括控制器2820的控制系统2800经由合适的通信链路可操作地且可通信地链接到本文其他各处描述的不同土壤样本处理和分析系统和装置，以便以完全集成和按顺序的方式控制这些系统和装置的操作。

参考图4，包括可编程控制器2820的控制系统2800可以安装在任何位置处的固定支撑件上，或者相反地安装在可平移的自推进式或牵引式机器(例如，车辆、拖拉机、联合收割机等)上，该机器根据一个实施例可以包括农业机具(例如，播种机、中耕机、犁、喷雾器、撒布机、灌溉工具等)。在一个示例中，机器执行联接到用于农业操作的机具的拖拉机或车辆的操作。在其他实施例中，控制器可以是固定站或设施的一部分。

无论控制系统2800是在可平移机器上还是在可平移机器之外，控制系统2800通常都包括控制器2820、非暂态有形的计算机或机器可访问且可读介质(诸如，存储器2805)以及网络接口2815。计算机或机器可访问且可读介质可以包括任何合适的易失性存储器和非易失性存储器或可操作地且可通信地耦合到一个或多个处理器的装置。可以使用易失性存储器或非易失性存储器的任何合适的组合和类型，作为示例包括但不限于随机存取存储器(RAM)及其各种类型、只读存储器(ROM)及其各种类型、硬盘、固态驱动器、闪存、或可以由可操作地连接到介质的处理器写入和/或读取的其他存储器和装置。易失性存储器和非易失性存储器二者可以用于存储程序指令或软件。在一个实施例中，非暂态的计算机或机器可访问且可读介质(例如，存储器2805)包含可执行的计算机程序指令，当其由系统控制器2820执行时，使得系统执行包括测量土壤和植物样本的性质和测试的本公开的操作或方法。虽然在示例性实施例中非暂态的机器可访问和可读介质(例如，存储器2805)示出为单个介质，但是该术语应当被视为包括存储一组或多组控制逻辑或指令的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库、和/或相关联的缓存和服务器)。术语“非暂态的机器可访问且可读介质”还应当被视为包括任何介质，所述介质能够存储、编码或携带由机器执行并且使机器执行本公开的任何一种或多种方法的指令集。因此术语“非暂态的机器可访问且可读介质”也应当被视为包括但不限于固态存储器、光学和磁性介质以及载波信号。

网络接口2815与其他地方描述的农业(例如，土壤或其他)样本处理和分析系统(及其相关联的装置)(在图4中统称为2803)以及可以包括但不限于具有其自己控制器和装置的其他系统或装置通信。

可编程控制器2820可以包括一个或多个微处理器、处理器、片上系统(集成电路)、一个或多个微控制器或它们的组合。该处理系统包括用于执行一个或多个程序的软件指令的处理逻辑2826以及用于从网络接口2815和/或农业样本处理和分析系统2803发射和接收通信信息的通信模块或单元2828(例如，发射器、收发器)，所述农业样本处理和分析系统包括样本制备子系统3002和本文描述的部件，所述部件进一步包括闭合的浆料再循环流动回路8002部件。通信单元2828可以与控制系统2800(例如，控制器2820)集成或者与可编程处理系统分开。

指导包括一个或多个处理器的系统控制器2820的操作的控制系统2800的可编程处理逻辑2826可以处理从通信单元2828或网络接口2815接收的通信信息，所述通信信息包括农业数据(例如，测试数据、测试结果、GPS数据、液体施用数据、流速等)以及土壤样本处理和分析系统2803所生成的数据。控制系统2800的存储器2805被配置用于预编程的变量值或设定点/基线值，从而存储所收集的数据以及用于控制控制器2820的操作的计算机指令或执行程序(例如，软件2806)。存储器2805可以存储例如软件部件(诸如用于分析土壤和植被样本以执行本公开的操作的测试软件、或任何其他软件应用程序或模块)、图像2808(例如，所捕获的农作物的图像)、警报、地图等。控制系统2800还可以包括音频输入/输出子系统(未示出)，其可以包括麦克风和扬声器，用于例如接收和发送语音命令或者用于用户认证或授权(例如，生物测定)。

系统控制器2820经由通信链路2830与存储器2805双向通信、经由通信链路2832与网络接口2815双向通信、经由通信链路2834、2835与显示装置2830以及可选的第二显示装置2825双向通信、以及经由通信链路2836与I/O端口2829双向通信。系统控制器2820还可以如图所示经由网络接口2815通过有线/无线通信链路5752与土壤样本处理和分析系统2803通信，和/或直接地与土壤样本处理和分析系统2803通信。

显示装置2825和2830可以为用户或操作者提供可视的用户界面。显示装置可以包括显示控制器。在一个实施例中，显示装置2825是具有触摸屏的便携式平板装置或计算装置，该触摸屏显示数据(例如，土壤的测试结果、植被的测试结果、液体施用数据、捕获的图像、局部视图地图层、所施用的液体施用数据、所种植或所收获的数据或其它农业变量或参数的高清晰度田地地图、产量图、警报等)以及由农业数据分析软件应用程序生成的数据，并从用户或操作者接收对田地的区域的分解图的输入，从而监视和控制田地操作。操作可以包括机器或机具的构型、对数据的报告、对包括传感器和控制器的机器或机具的控制、以及对所生成的数据的存储。显示装置2830可以是显示器(例如，由原始设备制造商(OEM)提供的显示器)，其显示用于局部视图地图层的图像和数据、所施用的液体施用数据、所种植或所收获的数据、产量数据，从而控制机器(例如，播种机、拖拉机、联合收割机、喷雾器等)，操纵机器，并利用位于机器或机具上的传感器和控制器来监控机器或连接到该机器的机具(例如，播种机、联合收割机、喷雾器等)。

微流体系统的修改方案

以下节段描述了本文先前描述的针对感兴趣的分析物(例如，土壤营养物(例如氮、磷、钾等)、植被、肥料等)处理和分析/测量所制备的农业样本浆料的前述农业样本分析系统和相关装置的各个方面。具体地，修改方案涉及本文先前描述的微流体装置和歧管，其包括图1所示的农业采样系统3000的化学分析子系统3003的一部分。这些微流体装置包括微流体处理盘4000和单独的分析处理装置(诸如处理楔形部4002)以及下文描述的其可替代实施例。

图22至图41示出了微流体歧管的可替代实施例，其包括用于处理农业浆料样本的多边形微流体歧管浆料处理基板5000。处理基板由多个层5001构成，所述多个层可以经由粘合剂、热/热量粘合或本文先前描述的其他制造技术永久地粘合在一起。处理基板5000通常可以包括与用于处理楔形部4002的本文先前描述的内部气动致动的微流体装置相同的内部气动致动的微流体装置，诸如隔膜操作的微型泵5015，其包括萃取剂泵4020、浆料泵4021、试剂泵4022和输送泵4023、微型阀4018、可选的微型混合腔室4024、流动分析单元4027和将装置流体连接在一起的带分支的微通道4012。然而，由于支撑结构5000具有块状外形因子而不是三角形楔形形状，因此布置/布局和流体通道可以不同。

值得注意的是，化学分析子系统3003由可并行操作以同时处理和分析浆料样本的多个处理基板5000组成。与适合与离心机3000一起使用的环形和圆形的微流体处理盘4000相比，块状形式的基板适合以在使用超细的微孔过滤器5757产生上清液时可以提供有效空间的方式用于任何类型和构型的壳体中。

歧管处理基板5000可以在一种实施方式中具有如图所示的长方体构型；然而，可以使用其他多边形形状。出于本文关于浆料流动路径进一步描述的原因，在一种实施方式中歧管处理基板5000旨在以直立竖直取向使用，如图22至图23所示。然而，对于微流体歧管处理基板5000的操作来说，其他取向也是可能的。与本文先前描述的处理楔形部4002类似地，每个处理基板均是与每个其他处理基板流体隔离的独立浆料分析装置或系列。这允许每个基板5000针对不同的分析物同时并行地处理浆料，这有利地缩短处理和完成化学分析的时间。

示出了微流体歧管处理基板5000的五层构造的非限制性示例，从而认识到根据旨在实施的农业浆料处理的类型，在其他实施例中可以根据需要提供更多或更少的层。按照从平坦的外第一主表面或侧面5022到相对的平坦的外第二主表面或侧面5023的顺序，封装的处理基板5000的相邻层包括第一外层5002、位于第一外层上的液体层5003、位于液体层上的空气层5004、位于空气层上的流体分布层5005(例如，空气和液体-萃取剂、上清液、浆料等)以及位于流体分布层上的第二外层5006。第一外层5002限定第一主侧面5022，而相对的第二外层5006限定第二主侧面5023。其余层是内层。基板还包括顶侧面5020、相对的底侧面5021和一对相对的横向侧面5024。主表面或侧面5022、5023具有比基板5000的其他侧面更大的表面积。

外层5006包括多个快速连接的液体配件5011和快速连接的空气阀5010。液体配件5011被配置为可拆卸地连接到来自在微流体歧管基板5000中使用的各种液体源(例如，萃取剂、清洁/冲洗水、校准标准液等)的液体管道。空气阀5010被配置为可拆卸地连接到空气管道，以用于将气动压力信号或真空信号施加到嵌入基板5000中的微流体装置。

流体分布层5005邻近第二外层5006并且包括多个流体分离和/或互连的微通道4012，该微通道用于将空气和液体从它们的施用源经由配件5010、5011传输并且相继地传输至微流体装置(例如，如在图2至图3的流程图中看到的微流体歧管基板5000中的微型阀4018和微型泵5015)。每个微型泵5015和微型阀4018包括具有弹性记忆的单独的薄且可弹性变形的弹性体隔膜5763。当处理基板5000通过多个层压缩在一起而被完全组装时，隔膜被夹置并且捕获在液体层5003和空气层5004之间。

液体层5003的下侧包括将微型阀4018和微型泵5015流体连接在一起的多个微通道4012。图30至图31示出了由微通道4012形成的这些微流体装置/部件之间的流体互连。在一个非限制性实施例中，分析处理基板5000的装置和微通道可以被配置用于混合萃取剂与浆料以提取感兴趣的分析物，用于进一步的化学分析处理，以量化分析物的浓度(例如，土壤营养物或其他)和化学性质(诸如pH和/或Bph)。基板5000可以在农业浆料的处理和分析中具有其他用途。在图30至图31中示出处理基板5000的用于进行操作的一个非限制性优选竖直取向。

在如图所示的一个实施例中，微型泵5015可以包括一组三个流体互连的微型泵，其包括第一微型泵5015a、第二微型泵5015b和第三微型泵5015c。微型泵5015在构造和操作上大体类似于本文先前描述的气动致动的微型泵5760。每个微型泵5015均为夹层结构，所述夹层结构包括空气层5004、相邻的液体层5003和薄的弹性可变形隔膜5763，所述弹性可变形隔膜5763具有弹性记忆并限定相对的顶表面5763a和底表面5763b。

与微型泵5760相比，本微型泵5015(统称为微型泵5015a-5015c中的每一个)包括：泵腔室5037，在一个实施例中，所述泵腔室由形成在空气层5004的面向隔膜5763的部分中的凹形空气侧凹部5030和形成在液体层5003中的液体侧凹部5031共同形成。这种布置与微型泵5760相反。本发明人已经发现，相对于现有的微型泵5760设计，需要一定量的空气压力来使平坦的隔膜变形成凹面，然后需要附加量的空气压力来密封隔膜到足以防止流体流动通过处于闭合位置中的阀。通过反转该设计，有利地，有效密封闭合时的阀所需的压力较小，这是因为隔膜在密封之前不会被迫变形并伸展成凹面。凹部5031布置成与空气侧凹部5030直接相对且竖直对准。液体侧凹部5031可以具有围绕腔室周向延伸的周向延伸的周边侧壁5032和限定平坦顶表面5033的平坦基壁，隔膜在泵送冲程期间接合并就位在所述平坦基壁上。在泵送冲程期间，在隔膜5763和平坦顶表面5033之间形成平面对平面的界面。空气侧凹部5030可以包括成圆顶弧形弯曲壁5034，其从一侧延伸到另一侧并且沿圆周围绕腔室以限定凹面。弯曲的侧壁表面确保隔膜5763在多个操作循环中被致动时不会撕裂或破裂。值得注意的是，空气侧凹部5030限定了微型泵的随着微型泵的每次隔膜致动而排出的体积泵送能力。

空气层5004包括气动空气压力信号端口5768，所述气动空气压力信号端口与空气侧凹部5030流体连通，用于在浆料吸入和排放泵送冲程期间对腔室加压并致动微型泵5015。液体层5003包括流体入口端口5766和流体出口端口5767，所述流体入口端口和所述流体出口端口与液体侧凹部5031流体连通，用于引入和排放流体，所述流体诸如为浆料、萃取剂、冲洗水、校准标准液体等。与如本文先前所述的微型泵5760类似地，流体入口端口和流体出口端口形成在液体侧凹部5031的沿直径相对端部处。

在本实施例中，微型泵5015还包括凹入到空气侧凹部5030和液体侧凹部5031二者的壁表面中的防滞留凹槽5769。空气侧凹部中的凹槽的深度可以比液体侧凹部中的凹槽的深度浅。如本文先前所指出的那样，防滞留凹槽5769被配置成防止在泵的操作期间隔膜5763粘附至泵腔室5030、5031。这有利地允许隔膜5763在每个泵送循环中完全且可靠地使得液体侧腔室的基本上全部体积的流体内容物移位，从而确保所分配的流体量和最终土壤浆料分析的准确性。防滞留凹槽5769通常可被图案化为凹槽的两个方向垂直相交的线性网格阵列，如本文先前关于微型泵5760所示和所述的。

在一个实施例中，值得注意的是，防滞留凹槽5769与周边流动凹槽5040以及流体入口端口5766和流体出口端口5767相交，以在排放泵送冲程期间更好地将浆料冲洗通过微型泵5015并从微型泵5015中冲出，从而防止微粒滞留和积聚在液体侧凹部5031中。

在结构上，本发明的微型泵5015还可以包括两个附加特征件，所述两个附加特征件包括周边流动凹槽5040和宽基部的隔膜密封环5041(参见，例如图31至图36)。周边流动凹槽有利于处理浆料(诸如土壤浆料)，所述浆料包含通过处理基板5000形成的微流体歧管内的重微粒或固体内容物。在测试期间，发明人观察到，隔膜物理位移/移动最小的区域以及隔膜周边周围的紧密间隙可以是浆料微粒(例如沙状颗粒)被卡住的位置。这可对每个泵送冲程的正常运行和整个体积泵送能力产生不利影响。在每个泵的液体侧上添加周边流动凹槽产生一个大的开放横截面区域，这促进了在这些否则紧密区域内的流动。这有利地在每个泵冲程连续地冲洗液体侧凹部5031的周边部分，以防止微粒和沉积物在腔室周边周围积聚。

周边流动凹槽5040可以是连续的开放结构，所述连续的开放结构围绕液体侧凹部5031的整个圆周和周边延伸。在一个实施例中，周边流动凹槽可以具有线性(矩形或正方形)横截面形状，如图36最佳示出的。周边流动凹槽5040可以从周边侧壁5032插入并从周边侧壁5032向内间隔开，而且凹入到液体侧凹部5031的平坦顶表面5033中。

因为在组装期间分析处理基板5000的层被压缩和密封在一起，所以当隔膜夹置在泵送层5003和空气层5004之间时，宽基部的隔膜密封环5041用于防止弹性体泵隔膜5763堵塞周边流动凹槽5040。本发明人发现，一旦实施流动凹槽，就会遇到问题，即由于在将处理基板的各层结合在一起所需的歧管制造工艺中遇到的高温期间发生隔膜变形，因此隔膜5763的周边部分向下蠕动到周边流动凹槽5040中。这导致隔膜“塌落”到周边流动凹槽5040中，其导致两个问题：(1)周边流动凹槽的阻塞，从而使得微粒被捕获在微型泵的周边处；和(2)隔膜在其周边密封凹穴5035中的保持不充分，该周边密封凹穴邻近侧壁5032形成并凹入液体侧凹部5031中的液体层5003中。后一种情况会导致隔膜被从其周边密封凹穴中拉出，从而不利地在微型泵5015的气动侧和液体侧之间产生泄漏路径。由于泄漏路径，因此歧管处理基板5000此时不再起作用。

为了克服前述问题，提供了沿周边延伸的密封环5041，其防止隔膜5763的周边区域侵入周边流动凹槽5040中，以保持所述周边流动凹槽畅通，用于在泵送期间冲洗浆料沉积物/微粒(参见，例如图36)。在一个优选但非限制性的实施例中，密封环5041布置在周边流动凹槽5040的外侧并紧邻周边流动凹槽5040。密封环是从液体侧凹部5031的顶表面5033向上突出的凸起突出部，以将隔膜支撑在邻近周边流动凹槽5040的位置处，从而防止隔膜蠕动到周边流动凹槽中。

在一个实施例中，密封环5041优选地具有比由一个或多个斜角表面5041a终止并形成的终端顶端部分5041c更宽的基部5041b。本发明人发现较窄的终端顶端部分比宽顶端有助于更大程度地渗透到隔膜5763。这容易使邻近周边流动凹槽5040的区域中的隔膜受到挤压和变形，当液体层5003被压缩抵靠在相对空气层5004上并热结合到相对的空气层5004时，这防止了隔膜蠕动和侵入到周边流动凹槽中。此外，密封环5041确保了将隔膜的周边部分或区域适当定位到其沿周向延伸的密封凹穴5035中。图35A至图35B和图36示出了密封环5041的实施例，密封环5041具有形成横截面为部分梯形形状的环的单个斜角表面5041a。在其他实施例中，可以提供相对的斜角表面5041a，从而在横截面中形成完整的梯形形状的环(参见例如图35C)。一个或多个斜角表面5041a创建密封环5041的顶部比在底部窄的横截面轮廓。

图39和图40示出了操作时的微型泵5015之一，其用于泵送诸如农业浆料或其他处理液体的液体通过微流体歧管处理基板5000。将简要描述操作方法。图39示出了在填充或吸入冲程期间的微型泵5015。真空经由气动空气压力信号端口5768被施加到泵腔室5037。隔膜5763被移位并向上吸入到微型泵的空气侧凹部5030，其继而从流体入口端口5766吸入液体(例如，萃取剂、清洁/冲洗水、校准标准液体等)并填充泵腔室5037。流体入口端口流体连接到基板中的抽吸/吸入侧微通道4012。隔膜5763变形为弧形弯曲轮廓并且接合空气侧凹部中的圆顶形壁5034和其中的防滞留凹槽5769。

图40示出了处于随后的排放或泵送冲程期间的微型泵5015。气动(空气)压力通过气动空气压力信号端口5768被施加到泵腔室5037。这使隔膜5763变平并迫使隔膜5763向下与液体侧凹部5031的表面5033和其中的防滞留凹槽5769接触并接合。在压力作用下通过流体出口端口5767从泵腔室5037向外推动液体并使得该液体进入排放侧微通道4018，以在微流体歧管基板5000中进行进一步处理。这完成了一个完整的泵送循环，每次泵送浆料或另一种液体(例如，萃取剂、清洁/冲洗水、校准标准液等)时都可以重复该泵送循环。

根据微流体歧管处理基板5000的另一方面，微流体装置(例如，微型泵5015、微型阀4018等)和微通道4012的布置被配置为产生从经由微型阀4018b通到基板的初始浆料入口通过基板而经由微型阀4018e抵达最终浆料出口(参见，例如图30)的恒定向下浆料流动路径。一般来说，由于重力，浆料中的微粒或固体比水载液具有更高的密度(重量)。由此，当微粒流动通过微流体装置和微通道时，它们在所遇到的所有流体室和通道中倾向于从混合物的悬浮液中沉淀出来。通过设计浆料在重力的帮助下沿“大体上”向下方向流动的浆料歧管，不断促进对流动通道的良好清洁，以阻止并最小化残留的微粒/沉积物沉积。例如在图30至图31中示出了这种布置。术语“大体上”旨在表示浆料流动通道的某些部分可能会发生从竖直方向的轻微偏离。然而，浆料仍将在重力的帮助下沿大体向下方向从浆料入口端口流动至浆料出口端口，以防止微粒在流动通道内的任何显著积聚。

参考图30至图31，微流体歧管处理基板5000优选地如图所示地在使用中竖直地取向，以形成通过基板的连续向下的浆料流动路径。浆料流动路径以粗体虚线示出。浆料进入微型阀4018b并且向下流动到第一微型泵5015a的入口端口5766中并且从出口端口5767流出到中间微型阀4018f以继续流到第二微型泵5015b和第三微型泵5015c。然后萃取剂可以以类似的方式经由萃取剂阀4018a被吸入到第一微型泵中以与浆料混合，以形成浆料萃取剂混合物。类似于浆料微型阀4018b和萃取剂微型阀4018a，冲洗水微型阀4018c和校准标准液体微型阀4018d也位于第一微型泵5015a的上游。在浆料处理进程之间使用水来清洁和冲洗该系统。校准标准液体用于对系统进行系统校准进程，用于分析物的测试提取，以确保准确性。

根据另一方面，呈处理基板5000形式的微流体歧管的微型阀4018被特别地配置为在阀的入口侧和出口侧之间形成良好的密封。这防止在微型阀处于闭合位置时流动泄漏。每个微型阀均形成在歧管的液体层5003和空气层5004之间。微型阀4018可以具有圆形构型，所述圆形构型包括凹入到空气层5004中的空气侧阀腔室5058、在空气层下方凹入到液体层5003中的液体侧阀腔室5060、以及将空气侧阀腔室和液体侧阀腔室分开的弹性可变形隔膜5763。在一个实施例中，空气侧阀腔室5058可以是圆顶形的，从而形成由弧形弯曲壁5058a限定的凹面，并且液体侧阀腔室5060可以包括平坦基壁5060a。液体侧阀腔室5060包括入口侧5061，所述入口侧包括凹入的入口侧子腔室5050，所述凹入的入口侧子腔室具有被入口端口5053穿透的平坦底壁，用于将液体从微通道网络引入到微型阀中。液体侧阀腔室5060还包括出口侧5062，所述出口侧包括凹入的出口侧子室5051，其具有被出口端口5052穿透的平坦底壁，用于将液体排放回到微通道网络中。空气侧阀腔室5080包括用于致动阀的气动空气压力信号端口5057。微型阀可在打开位置和闭合位置之间变换，以分别允许或关闭/阻止液体(例如，浆料、萃取剂、清洁水、校准标准液体等)流动通过阀。气动操作的微型阀4018可以以与本文先前描述的微型泵4018相同的方式操作(例如，施加真空以打开阀，施加压力以闭合阀)。在其他实施例中，微型阀可以可替代地在液体经由入口端口5053进入阀的加压进入作用下打开，并且通过经由气动空气压力信号端口5768向空气侧阀腔室5060施加压力而闭合。

每个微型阀4018还可以包括密封杆5054，在微型阀处于闭合位置时且在隔膜5763接合密封杆时，所述密封杆流体地分离和隔离阀的入口侧5061和出口侧5062。密封杆有利地在微型阀的液体入口侧和液体出口侧之间形成良好的防漏密封，以促进在闭合位置中的良好关闭。在微型阀处于隔膜与密封杆脱离接合的打开位置时，液体可从液体侧阀腔室的入口侧输送至出口侧。稍微的位移允许建立通过微型阀的流动。液体侧阀腔室5060还包括围绕液体侧阀腔室的入口侧和出口侧周向延伸的环形突出密封环5055。密封杆可以是线性结构，所述线性结构在密封环内侧延伸并且在如图所示的密封环的沿直径相对点之间连接至密封环。在一个实施例中，密封环和密封杆具有相同的高度，使得当阀处于闭合位置时隔膜5763接合密封环的顶表面和密封杆的顶表面。密封环5055被凹入到液体层5003中的环形隔膜保持凹穴5056包围，所述环形隔膜保持凹穴5056包括微型阀4018的一体部分。环形隔膜保持凹穴5056被配置成当隔膜被压缩在歧管的液体层和空气层之间时接收隔膜的周边部分(参见，例如图42)。

示例

以下是非限制性示例。

示例1-一种用于处理农业浆料的微流体歧管，所述微流体歧管包括：形成在微流体歧管的液体层和空气层之间的微型泵，所述微型泵包括泵腔室和可弹性变形的隔膜，所述泵腔室由空气侧凹部和液体侧凹部共同形成，所述隔膜将所述空气侧凹部和所述液体侧凹部分隔开；所述微型泵还包括围绕所述泵腔室的周边部分周向延伸的周边流动凹槽。

示例2-根据示例1所述的微流体歧管，其中，所述周边流动凹槽围绕所述液体侧凹部周向延伸并且凹入到所述液体层的顶表面中。

示例3-根据示例1或2所述的微流体歧管，其中，所述隔膜由氟硅酮形成。

示例4-根据示例1-3中任一项所述的微流体歧管，其中，所述周边流动凹槽与所述微型泵的流体入口端口和流体出口端口相交并且流体联接到所述流体入口端口和所述流体出口端口。

示例5-根据示例1-4中任一项所述的微流体歧管，其中，所述周边流动凹槽相对于所述液体侧凹部的周向延伸的周边侧壁向内间隔开。

示例6-根据示例5所述的微流体歧管，所述微流体歧管还包括邻近所述周边流动凹槽设置的突出的隔膜密封环。

示例7-根据示例6所述的微流体歧管，其中，所述隔膜密封环围绕所述周边流动凹槽且在所述周边流动凹槽的外侧周向延伸。

示例8-根据示例7所述的微流体歧管，其中，所述隔膜密封环被配置成当所述液体层结合到所述空气层时防止所述隔膜进入所述周边流动凹槽中。

示例9-根据示例8所述的微流体歧管，其中，所述隔膜密封环具有比终端顶端部分更宽的基部。

示例10-根据示例9所述的微流体歧管，其中，所述隔膜密封环在顶端部分处包括一个或两个斜角表面，从而形成比所述基部窄的横截面轮廓。

示例11-根据示例9所述的微流体歧管，其中，所述隔膜密封环具有梯形或部分梯形的横截面形状。

示例12-根据示例6-11中任一项所述的微流体歧管，其中，所述隔膜密封环布置在所述液体侧凹部的所述周边侧壁与所述周边流动凹槽之间。

示例13-根据示例12所述的微流体歧管，所述微流体歧管还包括隔膜安置凹穴，所述隔膜安置凹穴形成在所述隔膜密封环与所述液体侧泵腔室的周边侧壁之间。

示例14-根据示例1-13中任一项所述的微流体歧管，其中，所述液体侧凹部包括凹入到所述液体层中的多个防滞留凹槽。

示例15-根据示例14所述的微流体歧管，其中，所述防滞留凹槽以正交相交的网格阵列布置。

示例16-根据示例14或15所述的微流体歧管，其中，所述防滞留凹槽与所述周边流动凹槽相交。

示例17-根据示例14-16中任一项所述的微流体歧管，其中，所述空气侧凹部包括凹入到所述空气层中的多个相交的防滞留凹槽。

示例18-根据示例1所述的微流体歧管，其中，所述空气侧凹部具有圆顶形状的壁，并且所述液体侧凹部具有平坦形状的壁。

示例19-根据示例1-18中任一项所述的微流体歧管，其中，所述微流体歧管包括块状基板，所述液体层和所述空气层在内部形成于所述基板内。

示例20-一种用于处理农业浆料的微流体歧管，所述微流体歧管包括：微型阀，所述微型阀形成在所述微流体歧管的液体层和空气层之间，所述微型阀包括空气侧阀腔室、液体侧阀腔室和可弹性变形的隔膜，所述隔膜将所述空气侧阀腔室和所述液体侧阀腔室分开；所述液体侧阀腔室包括平坦基壁、入口侧和出口侧，所述入口侧包括用于将液体引入所述微型阀中的入口端口，所述出口侧包括用于排放液体的出口端口；所述微型阀能够在打开位置和闭合位置之间变换；和刚性的密封杆，所述密封杆从所述液体侧阀腔室的所述平坦基壁向外突出并进入所述液体侧阀腔室中，在所述微型阀处于闭合位置时且在所述隔膜接合所述密封杆时，所述密封杆流体地分离和隔离所述入口侧和所述出口侧。

示例21-根据示例20所述的微流体歧管，其中，在所述微型阀处于所述隔膜与所述密封杆脱离接合的打开位置时，所述液体能够从所述液体侧阀腔室的所述入口侧输送到所述出口侧。

示例22-根据示例20或21所述的微流体歧管，其中，所述入口端口和所述出口端口穿过所述液体侧阀腔室的所述平坦基壁形成。

示例23-根据示例20至22中任一项所述的微流体歧管，其中，所述密封杆具有线性笔直构型。

示例24-根据示例23所述的微流体歧管，其中，所述液体侧阀腔室还包括环形的密封环，所述密封环围绕所述液体侧阀腔室的所述入口侧和所述出口侧周向延伸，所述密封环从所述液体侧阀腔室的所述平坦基壁向外突出并且进入所述液体侧阀腔室中。

示例25-根据示例24所述的微流体歧管，其中，所述密封杆在所述密封环内部且在所述密封环的沿直径相对点之间延伸。

示例26-根据示例25所述的微流体歧管，其中，所述密封环和所述密封杆具有相同的高度，使得当所述微型阀处于所述闭合位置时所述隔膜接合所述密封环和所述密封杆两者。

示例27-根据示例24至26中任一项所述的微流体歧管，其中，所述微型阀还包括凹入到所述液体层中的环形隔膜保持凹穴，所述环形隔膜保持凹穴被配置成当隔膜被压缩在所述微流体歧管的所述液体层和所述空气层之间时接收所述隔膜的周边部分。

示例28-根据示例27所述的微流体歧管，其中，所述环形隔膜保持凹穴环绕所述密封环并且与所述密封环相邻地形成。

示例29-根据示例20-28中任一项所述的微流体歧管，其中，所述入口端口被配置成将所述液体垂直地引入到所述液体侧阀腔室的所述入口侧中。

示例30-根据示例29所述的微流体歧管，其中，所述出口端口被配置成从所述液体侧阀腔室的所述出口侧垂直地排出所述液体。

示例31-根据示例20至30中任一项所述的微流体歧管，其中，所述空气侧阀腔室具有圆顶形状的壁。

示例32-根据示例20-31中任一项所述的微流体歧管，其中，所述液体是包含微粒的浆料。

示例33-根据示例20至32中任一项所述的微流体歧管，其中，所述微型阀的所述液体侧阀腔室具有圆形形状。

示例34-一种用于处理农业浆料的微流体歧管，所述微流体歧管包括：基板；浆料入口端口，所述浆料入口端口形成于所述基板中；浆料出口端口，所述浆料出口端口形成于所述基板中；和浆料流动路径，所述浆料流动路径在内部形成于所述基板内并且将所述浆料入口端口流体联接至所述浆料出口端口；其中，所述浆料流动路径被配置成使得所述浆料在重力的辅助下沿大体向下方向从所述浆料入口端口流动到所述浆料出口端口。

示例35-根据示例34所述的微流体歧管，其中，所述浆料流动路径由形成于所述基板中的多个微通道限定。

示例36-根据示例35所述的微流体歧管，所述微流体歧管还包括多个微流体装置，所述多个微流体装置在所述浆料入口端口和所述浆料出口端口之间通过所述微通道流体联接在一起。

示例37-根据示例36所述的微流体歧管，其中，所述微流体装置包括至少一个微型泵和至少一个微型阀。

示例38-根据示例37所述的微流体歧管，其中，所述至少一个微型泵包括入口端口和出口端口，其中，所述入口端口通过所述微通道流体连接到多个上游的微型阀。

示例39-根据示例35-38中任一项所述的微流体歧管，其中，所述基板具有长方体形式，所述长方体形式包括相对的第一主侧面和第二主侧面，所述第一主侧面和所述第二主侧面竖直定向以产生所述浆料在浆料流动路径中的向下方向。

示例40-根据示例35-39中任一项所述的微流体歧管，其中，所述浆料出口端口在所述基板中低于所述浆料入口端口。

示例41-根据示例35-40中任一项所述的微流体歧管，其中，所述基板由结合在一起的多个聚合物层组成。

示例42-根据示例41所述的微流体歧管，其中，所述微通道形成于所述基板的相邻内层之间。

虽然前面的描述和附图表示一些示例性系统，但是，应该理解的是，可以在不脱离所附权利要求的精神和范围以及等同范畴的情况下在其中进行各种添加、修改和替换。特别地，对于本领域技术人员将清楚的是，在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例、尺寸以及其它元件、材料和部件来实施。此外，可以对本文所述的方法/过程进行多种改变。本领域技术人员将进一步认识到的是，本发明可以在结构、布置、比例、尺寸、材料和部件的许多修改下使用，并且否则可以在本发明的实践中使用，这些修改在不背离本发明的原理的前提下特别适合于特定的环境和操作要求。因此，当前公开的实施例在所有方面都应被认为是说明性的而不是限制性的，本发明的范围由所附权利要求及其等同方案限定，并且不限于前述描述或实施例。而是，所附权利要求应当被广义地解释为包括本发明的其它变体和实施例，本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围和等同范畴的情况下实施这些变体和实施例。

Claims (9)

1.一种用于处理农业浆料的微流体歧管，所述微流体歧管包括：

基板；

浆料入口端口，所述浆料入口端口形成于所述基板中；

浆料出口端口，所述浆料出口端口形成于所述基板中；和

浆料流动路径，所述浆料流动路径在内部形成于所述基板内并且将所述浆料入口端口流体联接至所述浆料出口端口；

其中，所述浆料流动路径被配置成使得所述浆料在重力的辅助下沿大体向下方向从所述浆料入口端口流动到所述浆料出口端口。

2.根据权利要求1所述的微流体歧管，其中，所述浆料流动路径由形成于所述基板中的多个微通道限定。

3.根据权利要求2所述的微流体歧管，所述微流体歧管还包括多个微流体装置，所述多个微流体装置在所述浆料入口端口和所述浆料出口端口之间通过所述微通道流体联接在一起。

4.根据权利要求3所述的微流体歧管，其中，所述微流体装置包括至少一个微型泵和至少一个微型阀。

5.根据权利要求4所述的微流体歧管，其中，所述至少一个微型泵包括泵入口端口和泵出口端口，其中，所述泵入口端口通过所述微通道流体连接到多个上游的微型阀。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的微流体歧管，其中，所述基板具有长方体形式，所述长方体形式包括相对的第一主侧面和第二主侧面，所述第一主侧面和所述第二主侧面竖直定向以产生浆料在浆料流动路径中的向下方向。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的微流体歧管，其中，所述浆料出口端口在所述基板中低于所述浆料入口端口。

8.根据权利要求2-7任一项所述的微流体歧管，其中，所述基板由结合在一起的多个聚合物层组成。

9.根据权利要求8所述的微流体歧管，其中，所述微通道形成于所述基板的相邻内层之间。