CN209501708U - 用于操作电动装置的系统、显微镜、多输入光管及光传输系统 - Google Patents

用于操作电动装置的系统、显微镜、多输入光管及光传输系统 Download PDF

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保罗·M·朗奎斯
J·K·瓦利
强纳森·克劳德·德瑞根·赫伯德
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Abstract

一种用于操作电动装置的系统包括：支撑件，构造成保持和操作地与电动装置耦合；集成电信号产生子系统，构造为在电动装置中的一对电极上施加偏置电压；以及光调制子系统，构造为将结构化光发射到电动装置上。系统还可以包括热控制流量控制器和/或可以构造成测量电动装置的阻抗。系统可以是包括光学系统的显微镜。系统还可以包括光管，其可以是光调制系统的一部分，并且可以构造成将基本均匀强度的光提供到光调制系统或直接提供到光学系统。

Description

用于操作电动装置的系统、显微镜、多输入光管及光传输系统
技术领域
本公开总体上涉及使用微流体装置的系统。本公开尤其涉及用于操作微流体装置的系统。
背景技术
随着微流体领域的不断进步，微流体装置已经成为处理和操纵诸如生物细胞等微目标的便利平台。诸如光学驱动的电动微流体装置之类的电动微流体装置提供了一些期望的功能，包括选择和操纵单个微目标的能力。这种微流体装置需要各种输入(例如流体、压力、真空、热、冷却、光等)来起作用。本实用新型的一些实施例涉及用于操作电动微流体装置(包括光学驱动的电动微流体装置)的系统。
实用新型内容
在本实用新型的示例性实施例中，提供用于操作电动装置的系统，该系统包括：支撑件，构造成保持电动装置和操作地与电动装置耦合；电信号产生子系统，构造为当电动装置由支撑件保持并且与支撑件可操作地耦合时，在电动装置中的一对电极上施加偏置电压；以及光调制子系统，构造为当电动装置由支撑件保持并且与支撑件可操作地耦合时，将结构化光发射到电动装置上。支撑件优选地包括构造为接收电动装置和与电动装置交互的插座。电信号产生子系统优选地包括波形发生器，波形发生器构造为当电动装置由支撑件保持并且与支撑件可操作地耦合时，产生要施加在电极对上的偏置电压波形。电信号产生子系统还可以包括构造为放大由波形发生器产生的偏置波形的波形放大电路；和/或构造成测量偏置电压波形的示波器，并且其中来自测量的数据作为反馈被提供给波形发生器。以示例的方式，而不是限制，电动装置可以是光学致动的电动装置。
在示例性实施例中，该系统包括热控制子系统，构造成当电动装置由支撑件保持并且与支撑件可操作地耦接时，调节电动装置的温度。热控制子系统可以包括热电功率模块、珀尔帖热电装置和冷却单元，其中热电功率模块构造成调节珀尔帖热电装置的温度，其中珀尔帖热电装置插入在电动装置的表面与冷却单元的表面之间。在一些实施例中，冷却单元可以包括液体冷却装置、冷却块和构造为循环在液体冷却装置和冷却块之间的冷却液体的液体通道，其中冷却块包括冷却单元的表面，各珀尔帖热电装置和热电功率模块可以安装在支撑件上和/或与支撑件集成。
在示例性实施例中，支撑件包括控制电信号产生子系统和热电功率模块中的一个或两个的微处理器。例如，支撑件可以包括印刷电路板(PCB)，并且其中电信号产生子系统、热电功率模块和微处理器中的至少一个安装在 PCB上和/或与PCB集成。系统还可以包括与微处理器可操作地耦合的外部计算设备，其中外部计算设备包括图形用户界面，图形用户界面被构造为接收操作者的输入，处理输入并将输入输送到微处理器，以控制电信号产生子系统和热控制子系统中的一个或两个。例如，微处理器还可以被构造为向外部计算设备发送电信号生成子系统和热控制子系统中的一个或两个感测或接收的数据和/或信息，或者另外地基于感测或接收的信息或数据进行计算。在一个这样的实施例中，微处理器和/或外部计算设备被构造为当电动装置由支撑件保持并且与支撑件可操作地耦接时，测量和/或监测横跨电动装置的电极的电路的阻抗，其中微处理器和/或外部计算设备被构造成基于在电路的测量和/或监测的阻抗中检测到的变化来确定流体路径的流动体积，流体路径包括电动装置内的微流体回路的至少一部分。微处理器和/或外部计算设备可以另外地或可替代地构造成基于在电路的测量和/或监测的阻抗中检测到的变化来确定电动设备的内部微流体室的高度，和/或被构造成基于在电路的测量和/或监测的阻抗中检测到的变化来确定包含在电动设备的微流体回路内的化学和/或生物材料的一个或多个特性。
在一些实施例中，支撑件和/或光调制子系统可以被构造成安装在光显微镜上。在另一些实施例中，支撑件和/或光调制子系统是光显微镜的整体部件。
在示例性实施例中，当电动装置由支撑件保持并且与支撑件可操作地耦接时，系统包括第一流体管线，第一流体管线具有被构造成流体耦接到电动装置的入口端口的远端，以及第二流体管线，第二流体管线具有被构造成流体耦接到电动装置的出口端口的近端，其中系统优选包括与第一流体管线和第二流体管线中的一个或两个可操作地耦接的至少一个流量控制器。
在一些实施例中，系统包括与第一流体管线和第二流体管线中的一个可操作地耦接的第一热控制流量控制器，其中第一热控制流量控制器可以包括与第一流体管线的流动段热耦接的第一导热接口，以及至少一个流量控制珀耳帖热电装置，其构造成可控地降低或升高第一导热接口的温度以足以可控制地冻结或解冻包含在第一流体管线的流动段中的流体，从而选择性地防止或允许流体通过第一流体管线流入或流出电动装置的入口。第一热控制流量控制器还可以包括：第一壳体，具有第一通道，第一流体管线的流动段延伸穿过第一通道，壳体还包含第一导热接口和至少一个流量控制珀尔帖热电装置；和/或绝缘材料，至少部分地围绕靠近第一导热接口的第一流体管线的流动段。系统可以包括与第一流体管线和第二流体管线中的另一个可操作地耦接以选择性地允许流体流过的第二热控制流量控制器，其中第二热控制流量控制器可以包括与第二流体管线的流动段热耦接的第二导热接口，以及至少一个流量控制珀耳帖热电装置，其被构造成可控地降低或升高第二导热接口的温度以足以可控地冻结或解冻包含在第二流体管线的流动段中的流体，从而选择性地防止或允许流体流出或流入电动装置的出口。第二热控制流量控制器可以包括：第二壳体，具有第二通道，第二流体管线的流动段延伸穿过第二通道，壳体还包含与第二流体管线的流动部分热耦接的第二导热接口；以及至少一个流量控制珀尔帖热电装置，构造成可控地降低或升高第二导热接口的温度；和/或绝缘材料，至少部分地围绕靠近第二导热接口的第二流体管线的流动段。
在示例性实施例中，所述系统包括与第一流体管线和第二流体管线可操作地耦接的热控制流量控制器，热控制流量控制器包括：导热接口，具有与第一流体管线的流动段热耦接的第一部分，以及与第二流体管线的流动段热耦接的第二部分；以及至少一个流量控制珀尔帖热电装置，构造成可控制地降低或升高导热接口的温度，以足以可控制地冻结或解冻包含在第一流体管线和第二流体管线的相应流动段中的流体，从而选择性地防止或允许流体流过第一流体管线进入电动装置的入口，或者通过流出流体管线从电动装置的出口流动。在这样的实施例中，至少一个流量控制珀尔帖热电装置可以包括第一流量控制珀尔帖热电装置，热耦接到靠近第一流体管线的流动段的导热接口的第一部分；以及第二流量控制珀尔帖热电装置，热耦接到靠近第二流体管线的流动段的导热接口的第二部分。流量控制器可以包括壳体，壳体具有第一通道，第一流体管线的流动段延伸穿过第一通道，以及第二通道，第一流体管线的流动段延伸穿过第二通道，其中导热接口安装在壳体中，例如，其中，壳体限定其中安装有导热接口的隔热室。
在各实施例中，光调制子系统可以包括数字镜装置(DMD)、微快门阵列系统(MSA)、液晶显示器(LCD)、硅基液晶装置(LCOS)、硅基铁电液晶装置(FLCOS)和扫描激光装置。
在示例性实施例中，光调制子系统包括多输入结构，诸如光管或交叉的二向色棱镜(或合色棱镜(x-cube))。光管可以包括：壳体，具有多输入孔，每个输入孔被构造成接收从各自的光源发射的光，壳体还具有被构造成发射通过输入孔接收的光的输出孔；第一光传播路径，在壳体内从第一输入孔延伸到输出孔；第一二向色滤光器，跨越第一光传播路径以倾斜角定位在壳体内，第一二向色滤光器被构造和定位成使得通过第一光孔接收的光在沿着第一光传播路径传播到输出孔时穿过第一二向色滤光器；和第二光传播路径，在壳体内从第二输入孔延伸到第一二向色滤光器，第二传播路径和第一二向色滤光器被构造和尺寸化成使得通过第二输入孔接收的光沿着第二光传播路径传播并被第一二向色滤光器反射到第一光传播路径上以到达输出孔，其中各个输入孔、第一光传播路径和第二光传播路径、第一二向色滤光器和输出孔被尺寸化、被设计和构造成使得由至少一个光源发射并通过第一输入孔和第二输入孔中的至少一个接收的光以大致均匀的强度从输出孔射出。光管还可以包括：第二二向色滤光器，跨越第一二向色滤光器和输出孔之间的第一光传播路径以倾斜角定位在壳体内，第二二向色滤光器被构造和定位成使得接收的光沿着第一光传播路径传播到输出孔时，通过第一光孔和第二光孔接收的光穿过第二二向色滤光器；以及第三光传播路径，在壳体内从第三输入孔延伸到第二二向色滤光器，第三传播路径和第二二向色滤光器被构造和设计成使得通过第三输入孔接收的光沿着第三光传播路径传播并被第二二向色滤光器反射到第一光传播路径上以到达输出孔。
光调制子系统还可以包括第一光源，第一光源具有与光管的第一输入孔光学耦接的输出口，其中第一光源可以包括多个第一光源发射元件，其可以发射第一窄带波长的光。光调制子系统还可以包括第二光源，第二光源具有与光管的第二输入孔光学光学耦接的输出口，例如，第二光源包括多个第二光源发射元件，其可以发射第一窄带波长的光或者与第一窄带波长不同的第二窄带波长的光。多个第一光源发射元件和多个第二光源发射元件优选共同包括发射第一窄带波长的光的一个或多个发光元件的第一子集，以及发射具有不同于第一窄带波长的第二窄带波长的光的一个或多个发光元件的第二子集，使得可以通过选择性激活多个第一光源发射元件和多个第二光源发射元件中的一个或两个将包括第一窄带波长和第二窄带波长中的一个或两个的光可控制地发射出光管输出孔。以这种方式，由发光元件的第一子集发射并且经由第一输入孔和/或第二输入孔接收的光以第一基本均匀强度被发射出光管的输出孔，并且通过发光元件的第二子集发射的光并且通过第一输入孔和/或第二输入孔被接收的光以第二基本均匀强度被发射出输出孔，其中第一基本均匀强度可以不同于第二基本均匀强度。
以非限制示例的方式，第一窄带波长和所述第二窄带波长可以选自约 380nm、约480nm和约560nm组成的组。在一些实施例中，第一光源的多个发光元件可以包括发光元件的所有第一子集或由发光元件的所有第一子集组成，并且第二光源的多个发光元件可以包括发光元件的所有第二子集或由发光元件的所有第二子集组成。
光调制子系统还可以包括第三光源，第三光源具有与光管的第三输入孔光学耦接的输出口，其中第三光源包括多个第三光源发射元件，例如，其中多个第三光源发射元件中的一个或多个发射第一窄带波长、第二窄带波长、或与第一窄带和第二窄带波长中的每一个不同的第三窄带波长的光。在这样的实施例中，多个第一光源发射元件、多个第二光源发射元件和多个第三光源发射元件共同包括发射第一窄带波长的光的一个或多个发光元件的第一子集，发射不同于第一窄带波长的第二窄带波长的光的一个或多个发光元件的第二子集，以及发射不同于第一窄带和第二窄带波长中的每一个的第三窄带波长的光的一个或多个发光元件的第三子集，使得包括第一窄带波长、第二窄带波长和第三窄带波长中的一个或多个的光可以通过选择性地激活发光元件的第一子集、第二子集和第三子集中的一个或多个而被可控地发射出光管输出孔。在一个这样的实施例中，由第一子集的发光元件发射并且通过第一输入孔、第二输入孔和第三输入孔中的任何一个接收的光以第一基本均匀强度被发射出输出孔，由第二子集的发光元件发射并且通过第一输入孔、第二输入孔和第三输入孔中的任何一个接收的光以第二基本均匀强度被发射出输出孔，并且由第三子集的发光元件发射并且通过第一输入孔、第二输入孔和第三输入孔中的任何一个接收的光以第三基本均匀强度被发射出输出孔，其中第一基本均匀强度可以不同于第二基本均匀强度和第三基本均匀强度中的一个或两个。在各种这样的实施例中，第一窄带波长可以为大约380nm，第二窄带波长可以为大约480nm，第三窄带波长可以为大约560nm。在一些这样的实施例中，第一光源的多个发光元件可以包括发光元件的所有第一子集或由发光元件的所有第一子集组成，第二光源的多个发光元件可以包括发光元件的所有第二子集或由发光元件的所有第二子集组成，并且第三光源的多个发光元件可以包括发光元件的所有第三子集或由发光元件的所有第三子集组成。
根据另一方面，公开了构造成操作电动装置的显微镜的实施例，其中显微镜包括：支撑件，构造成保持和可操作地与电动装置耦接；光调制子系统，构造成发射结构化的光；以及光学系统，其中当电动装置由支撑件保持并且与支撑件可操作地耦接时，光学系统构造成：(1)将由光调制子系统发射的结构化光聚焦到电动装置的至少第一区域上，(2)将由非结构化光源发射的非结构化光聚焦到电动装置的至少第二区域上，以及(3)捕获来自电动装置的反射和/或发射的光并将捕获的光引导到检测器。在优选的实施例中，显微镜还包括检测器，检测器可以包括目镜和/或成像装置。光调制子系统可以包括数字镜装置(DMD)或微快门阵列系统(MSA)、液晶显示器(LCD)、硅基液晶(LCOS)器件、硅基铁电液晶(FLCOS)和扫描激光装置中的一个或多个，其中显微镜优选地包括用于控制光调制子系统的控制器。光学系统可以包括被构造成将结构化光聚焦在微流体装置的第一区域和/或将非结构化光聚焦微流体装置的第二区域上的物镜，并且其中物镜选自10x物镜、5x物镜、4x物镜和2x物镜组成的组。
在一些实施例中，光学系统包括二向色滤光器，被构造成基本上防止由光调制子系统发射的结构化光(并且由电动装置反射)到达检测器。
在一些实施例中，光学系统包括二向色滤光器，被构造平衡到达检测器的由光调制子系统发射的并且由电动装置反射的可见结构化光的量以及由非结构化光源发射的并由电动装置反射的可见非结构化光的量。
在一些实施例中，光调制子系统发射结构化的白光。
在一些实施例中，光调制子系统包括汞灯、氙弧灯和一个或多个LED 中的一个或多个。在某些实施例中，光调制子系统包括多输入结构，诸如光管或交叉的二向色棱镜(或合色棱镜)。
在一些实施例中，非结构化光源包括一个或多个LED，例如，其中非结构化光源发射波长为大约495nm或更短的光(例如蓝光)，其中光学系统优选包括二向色滤光器，被构造成至少部分地滤除波长长于495nm的可见光。
在一些实施例中，非结构化光源包括一个或多个LED，例如，其中非结构化光源发射具有大约650nm或更短波长的光(例如红光)，其中光学系统优选包括二向色滤光器，被构造成至少部分地滤除波长短于650nm的可见光。
在示例性实施例中，显微镜支撑件包括集成电信号产生子系统和热控制子系统中的一个或两个，集成电信号产生子系统构造成当装置由支撑件保持并且与支撑件可操作地耦合时，在电动装置中的一对电极上施加偏置电压，热控制子系统构造成调节电动装置的温度。以示例的方式，而不是限制，电动装置可以是光学致动的电动装置。
根据又一方面，公开了一种多输入光管的实施例。在示例性实施例中，光管包括：光管壳体，具有多个输入孔，每个输入孔被构造成接收从各个光源发射的光，壳体还具有被构造成发射通过输入孔接收的光的输出孔；第一光传播路径，在壳体内从第一输入孔延伸到输出孔；第一二向色滤光器，跨越第一光传播路径以倾斜角定位在壳体内，第一二向色滤光器被构造和定位成使得通过第一光孔接收的光在沿着第一光传播路径传播到输出孔时穿过第一二向色滤光器；和第二光传播路径，在壳体内从第二输入孔延伸到第一二向色滤光器，第二传播路径和第一二向色滤光器被构造和尺寸设计成使得通过第二输入孔接收的光沿着第二光传播路径传播并被第一二向色滤光器反射到第一光传播路径上以到输出孔，其中各个输入孔、第一光传播路径和第二光传播路径、第一二向色滤光器和输出孔被尺寸化、设计和构造成使得由至少一个光源发射并通过第一输入孔和第二输入孔中的至少一个接收的光以大致均匀的强度从输出孔射出。光管还可以包括：第二二向色滤光器，跨越第一二向色滤光器和输出孔之间的第一光传播路径以倾斜角定位在外壳内，该第二二向色滤光器被构造和定位成使得当接收的光沿着第一光传播路径传播到输出孔时，通过第一光孔和第二光孔接收的光穿过第二二向色滤光器；以及在壳体内从第三输入孔延伸到第二二向色滤光器的第三光传播路径，第三传播路径和第二二向色滤光器被构造和尺寸设计成使得通过第三输入孔接收的光沿着第三光传播路径传播并被第二二向色滤光器反射到第一光传播路径上以到达输出孔。
根据又一方面，公开了一种光传输系统的实施例，该光传输系统包括以上总结的光管以及至少第一光源，第一光源具有与光管的第一输入孔光学耦接的输出口。以示例的方式，第一光源可以包括多个第一光源发射元件，其中一个或多个第一光源发射元件可以发射第一窄带波长的光。光传输系统可以包括第二光源，第二光源具有与光管的第二输入孔光学耦接的输出口。以示例的方式，第二光源可以包括多个第二光源发射元件，其中第二光源发射元件可以发射第一窄带波长的光或者与第一窄带波长不同的第二窄带波长的光。
在一个这样的实施例中，多个第一光源发射元件和所述多个第二光源发射元件共同包括发射第一窄带波长的光的一个或多个发光元件的第一子集，以及发射具有不同于第一窄带波长的第二窄带波长的光的一个或多个发光元件的第二子集，使得可以通过选择性激活发光元件的第一子集和第二子集中的一个或两个将包括第一窄带波长和第二窄带波长中的一个或两个的光可控制地发射出光管输出孔。在这样的实施例中，由发光元件的第一子集发射并且经由第一输入孔和/或第二输入孔接收的光以第一基本均匀强度被发射出光管的输出孔，并且通过发光元件的第二子集发射并且通过第一输入孔和/或第二输入孔被接收的光以第二基本均匀强度被发射出输出孔，第二基本均匀强度可以不同于第一基本均匀强度或与第一基本均匀强度相同。以非限制示例的方式，第一窄带波长和第二窄带波长可以选自约380nm、约480nm和约560nm组成的组。在一些实施例中，第一光源的多个发光元件可以包括发光元件的所有第一子集或由发光元件的所有第一子集组成，并且第二光源的多个发光元件可以包括发光元件的所有第二子集或由发光元件的所有第二子集组成。
光传输系统还可以包括第三光源，第三光源具有与光管的第三输入孔光学耦接的输出口，其中第三光源可以包括多个第三光源发射元件，其中多个第三光源发射元件中的一个或多个发射第一窄带波长、第二窄带波长、或与第一窄带波长和第二窄带波长中的每一个不同的第三窄带波长的光。在光传输系统的一个这样的实施例中，多个第一光源发射元件、多个第二光源发射元件和多个第三光源发射元件共同包括发射第一窄带波长的光的一个或多个发光元件的第一子集，发射不同于第一窄带波长的第二窄带波长的光的一个或多个发光元件的第二子集，以及发射不同于第一窄带和第二窄带波长中的每一个的第三窄带波长的光的一个或多个发光元件的第三子集波长，使得包括第一窄带波长、第二窄带波长和第三窄带波长中的一个或多个的光可以通过选择性地激活发光元件的第一子集、第二子集和第三子集中的一个或多个而被可控地发射出光管输出孔。以这种方式，由第一子集的发光元件发射并且通过第一输入孔、第二输入孔和第三输入孔中的任何一个接收的光以第一基本均匀强度被发射出输出孔，由第二子集的发光元件发射并且通过第一输入孔、第二输入孔和第三输入孔中的任何一个接收的光以第二基本均匀强度被发射出输出孔，并且由第三子集的发光元件发射并且通过第一输入孔、第二输入孔和第三输入孔中的任何一个接收的光以第三基本均匀强度被发射出输出孔，其中第一基本均匀强度可以不同于第二基本均匀强度和第三基本均匀强度中的一个或两个，或者与第二基本均匀强度和第三基本均匀强度中的一个或两个相同。第一光源的多个发光元件可以包括发光元件的所有第一子集或由发光元件的所有第一子集组成，第二光源的多个发光元件可以包括发光元件的所有第二子集或由发光元件的所有第二子集组成，并且第三光源的多个发光元件可以包括发光元件的所有第三子集或由发光元件的所有第三子集组成。
附图说明
附图示出了所公开的本实用新型的实施例的设计和实用性，其中类似的元件由相同的附图标记表示。这些图不一定按比例绘制。为了更好地理解上述和其他优点和目的如何获得，将提出对实施例的更具体的描述，这些实施例将在附图中说明。这些附图仅描绘了所公开的本实用新型的典型实施例，因此不是被认为是限制其范围。
图1A是根据本实用新型一些实施例的构造成保持电动微流体装置的支撑件的透视图。
图1B是图1A中示出的支撑件的示意图，为清楚起见去除了盖。
图2是根据本实用新型一些实施例的电信号产生子系统的元件的示意图。
图3是根据本实用新型一些实施例的热控制子系统的示意图。
图4是根据本实用新型一些实施例的描绘出热控制子系统中用于热控制反馈的模拟电路的电路图。
图5是根据本实用新型一些实施例的描绘出用于控制电信号产生子系统和热控制子系统的图形用户界面(GUI)的示例性屏幕截图。
图6是根据本实用新型一些实施例的用于操作电动微流体装置的系统的示意图。图6中示出的系统包括具有各种分束器和/或分色滤光器的光学列车、第一光源、第二光源、光调制子系统、物镜和检测器。
图7A至图7B分别是根据本实用新型一些实施例的光学系统中的结构化光路和成像路径的示意图。
图8A至图8C是示出如何使用结构化光来补偿光渐晕的图。图8A示出了在样品平面处测量的光强度如何在整个视野范围内变化。图8B示出了用于控制从光调制子系统输出的光强度的反函数。图8C示出了当例如图8B 中示出的反函数用于控制从光源输出的光强度时在样品平面处测量的光强度，光源将另外地产生图8A中示出的光强度的模式。
图9是根据本实用新型一些实施例的阻抗测量电路的示意图。
图10和图11是根据本实用新型一些实施例的冷冻阀的侧视和透视图。
图12是根据本实用新型一些实施例的一对冷冻阀的透视图。如图所示，冷冻阀侧置保持电动装置的插座。
图13是图12中示出的冷冻阀的各种组件的透视图。
图14是根据本实用新型一些实施例的冷冻阀的透视图。
图15和图16是图14中示出的冷冻阀的盖的俯视透视图和仰视透视图。
图17是图14中示出的冷冻阀的底部部分的透视图。
图18是图17中示出的冷冻阀的底部部分的外壳的透视图。
图19是图14中示出的冷冻阀的散热器的透视图。
图20和图21是图14中示出的冷冻阀的套管的俯视和侧视图。
图22是根据本实用新型一些实施例的用于操作电动微流体装置的系统的示意图。图22中示出的系统包括具有各种分束器和/或二向色滤光器的光学系统、第一光源、第二光源、光调制子系统、物镜和检测器。
图23是根据本实用新型一些实施例的两个发光二极管(LED)阵列的示意图。
图24是根据本实用新型一些实施例的光管/光学积分器的示意图。
图25是根据本实用新型一些实施例的光源的示意图。
图26是根据本实用新型一些实施例的多输入光管/光学积分器的示意图。
具体实施方式
本说明书示出了本实用新型的示例性实施例和应用。然而，本实用新型不限于这些示例性实施例和应用，也不限于在本文中示出的方式或者示例性实施例和应用运行的方式。而且，附图可示出简化或局部视图，并且附图中的元件尺寸可以被夸大或者可以不按比例。此外，在所有的图中类似结构或功能的元件由类似的附图标记表示。此外，所示的实施例不需要具有全部所示的方案或优点。结合具体实施例所示出的方案或优点不一定限于该实施例，并且可以在任何其他尽管没有示出的实施例中实现。
对于以下定义的术语，应适用这些定义，除非在权利要求书或本说明书的其他地方给出了不同的定义。
当在本文中使用“在…上”、“附接到”、“联接到”、“耦接到”或类似的词语时，一个元件(例如，材料、层、衬底等)可以“在另一个元件上”、“附接到另一个元件”、“联接到另一个元件”、或“耦接到另一个元件”，而不管该一个元件直接在另一个元件上、附接、联接或耦接到该另一个元件，或者存在一个或更多个中间元件在该一个元件和该另一个元件之间。此外，如果提供的话，方向(例如，在上面、在下面、顶部、底部、侧面、上、下、在…下方、在…上方、上部、下部、水平、垂直、“x”、“y”、“z”等)是相对的并且仅作为示例提供、以便于说明和讨论并且不作为限制。此外，在对一系列元件(例如元件a、b、c)进行示出的情况下，这些示出旨在包括所列出的元件自身的任何一个、少于全部所列出的元件的任何组合和/或全部所列出的元件的组合。
如本文所使用的，“基本上”、“一般”或“大约”是指足以达到预期目的。术语“基本上”、“一般”或“大约”因此允许对绝对或完美状态、尺寸、测量、结果等进行诸如本领域普通技术人员可以预期，但对总体性能没有显着影响的等小的、不重要的变型。当针对数值或者可以被表示为数值的参数或特征使用时，“基本上”或“一般”是指在百分之十内。术语“多个”是指多于一个。
这里假设所有数值都被术语“约(或大约)”修饰，无论是否明确指出。术语“约”通常指数字的范围，本领域技术人员将认为等同于所引用的值(即，具有相同的功能或结果)。在许多情况下，术语“约”可以包括四舍五入到最接近的重要数字的数字。
通过端点引用的数值范围包括该范围中的所有数字(例如，1至5包括 1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。
如这里使用的，术语“设置”之内涵盖“位于”的含义。
如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该(所述)”包括多个指示物，除非内容另有明确规定。如本文所使用的，术语“或”通常以其包括“和/或”的含义来使用，除非内容另有明确规定。
在一些实施例中，本实用新型的系统可以包括构造成保持电动装置的支撑件(也称之为“巢”)和构造成接收非结构化的光和发出结构化的光的光调制子系统。
例如，支撑件可以包括构造成与光学致动的电动装置交互和/或保持光学致动的电动装置的插座、印刷电路板组件(PCBA)、电信号产生子系统、热控制子系统或其任意组合。
在本实用新型的某些实施例中，支撑件包括能够与诸如光学致动的电动装置之类的电动装置交互的插座。图1A和图1B中的支撑件100中包括示例性的插座106。但是，插座106的形状和功能不必完全如图1A和1B所示。相反，它可以根据需要进行调整，以匹配插座106欲与其交互的电动装置110的尺寸和类型。在本领域中已知各种电动装置110，其包括具有光学致动构造例如光电镊子(OET)构造和/或光电润湿(OEW)构造的装置110。在下面的美国专利文献中说明了适合的OET构造的示例，它们中的每个以引用的方式全文合并在此，正如完全阐述了一样。这些美国专利是：美国专利No.RE RE44,71l(Wu等)(最初以美国专利No.7,612,355公布)和美国专利No.7,956,339(Ohta等)。在下面的美国专利文献中说明了OEW构造的示例，它们中的每个以引用的方式全文合并在此，正如完全阐述了一样。这些美国专利是：美国专利No.6,958,132(Chiou等)和美国专利公开No. 2012/0024708(Chiou等)，它们都以引用的方式全文合并在此，正如完全阐述了一样。光学致动的电动装置的另一示例包括OET/OEW组合构造，其示例在下面的美国专利文献中说明：美国专利公开No.20150306598(Khandros 等)和No.20150306599(Khandros等)和它们对应的PCT公开WO2015/164846 和WO2015/164847，它们都以引用的方式全文合并在此，正如完全阐述了一样。
图1A和图1B中示出的支撑件100还包括基体102和盖104(在图1B 中省略)。支撑件100还包括多个连接器：第一流体输入/输出112、通信连接114、电源连接116和第二流体输入/输出118。第一流体输入/输出112 和第二流体输入/输出118被构造成将冷却流体输送到用于冷却电动装置 110的冷却块(图3所示)和/或从冷却块输出。第一流体输入/输出112和第二流体输入/输出118是输入还是输出取决于流体穿过支撑件100流动的方向。第一流体输入/输出112和第二流体输入/输出118通过设置在支撑件 100中的第一流体连接器142和第二流体连接器流体耦接到冷却块。通信连接114构造成将支撑件100与下面要示出的用于操作电动微流体装置的系统的其他部件连接。电源连接116构造成向支撑件110提供能量(例如电力)。
在某些实施例中，支撑件100可以包括集成电信号产生子系统。电信号产生子系统138可以构造成对由支撑件100保持的电动装置110中的一对电极施加偏置电压。施加这样的偏置电压的能力不意味着当电动装置由支撑件100保持时始终施加这样的偏置电压。相反，在大多数情况下，将例如仅根据需要而间歇地施加偏置电压，以有利于诸如介电泳或电润湿等电动力的产生，或有利于电动装置中的复阻抗的测量。
如图2所示，电信号产生子系统138通常会包括波形发生器202。电信号产生子系统1可以进一步包括感测模块208(例如示波器)和/或构造成放大从波形发生器202接收的波形的波形放大电路204。如果存在感测模块208，则感测模块208构造成测量提供到由支撑件100保持的电动装置110的波形。在某些实施例中，感测模块208测量在靠近电动装置110的位置处(和波形发生器20的远端)的波形，从而确保更高精度地测量实际施加到电动装置110的波形。例如，从感测模块208的测量获得的数据作为反馈被提供到波形发生器202，波形发生器202可以构造成基于这样的反馈调整其输出。合适的波形发生器202和感测模块208的组合的示例是RED PITA YATM。
在某些实施例中，支撑件100可以包括热控制子系统。热控制子系统140 可被构造成调节由支撑件100保持的电动装置110的温度。如图3所示，热控制子系统140可以包括珀尔帖(Peltier)热电装置304和冷却单元312的近端部件。珀尔帖热电装置304可以具有构造成与电动装置110的至少一个表面相接合的第一表面306。例如，冷却单元可以包括冷却块322。珀尔帖热电装置304的第二表面308(例如与第一表面306相对的表面308)可以是被构造成与这种冷却块322的表面相接合。全部或部分冷却块322(例如与珀尔帖热电装置304接合的部分)可以由具有高导热性的材料制成。例如，材料可以是金属，如铝。冷却块322可以连接到流体路径324，流体路径324 构造成循环在流体冷却装置326和冷却块322之间被冷却的流体。流体路径 324可以包括结合图1示出的流体输入/输出112、118和流体连接器142、144。珀尔帖热电装置304和冷却块322可以安装在支撑件100上。
如图3所示，热控制子系统140还可以包括热电功率模块302。热电功率模块302可以调节珀尔帖热电装置304的温度，以实现微流体装置110的目标温度。热电功率模块302的反馈可以包括由模拟电路400提供的温度值，例如如图4所示。可选地，反馈可以由数字电路(未示出)提供。帕尔帖热电装置304、冷却块322和热电功率模块302都可以安装在支撑件100上。
在某些实施例中，除了热控制子系统140之外，支撑件I 00还可以包括环境温度监测器/调节器或可以与环境温度监测器/调节器交互。
图4所示的模拟电路400包括电阻器402、热敏电阻器406和模拟输入 404。模拟输入可操作地耦接到电信号产生子系统138(例如其感测模块208) 并向其提供信号，该信号可用于计算电动装置110的温度。该热敏电阻406 构造成使得当热敏电阻406的温度降低时，其电阻可以以已知的方式减小，当热敏电阻406的温度升高时，其电阻可以以已知的方式增大。模拟电路400 连接到电源(未示出)，电源构造成将偏置电压传递到电极408。在一个具体实施例中，电阻器402可以具有大约10,000欧姆的电阻，热敏电阻406在25℃下可以具有约10,000欧姆的电阻。电源(例如直流电源)可以提供大约5V 的偏置电压。模拟电路400是示例性的，并且可以使用其他系统来向热电功率模块302提供用于反馈的温度值。
在某些实施例中，支撑件100还包括控制器136(例如微处理器)。控制器136可用于感测和/或控制电信号产生子系统138。另外，在支撑件100包括热控制子系统140的范围内，控制器136可用于感测和/或控制热控制子系统140。合适的控制器136的示例包括诸如ARDUINO NANOTM等的 ARDUINOTM微处理器。控制器136可以构造成通过插头/连接器134与诸如计算机或其他计算装置等的外部控制器(未示出)连接。在某些实施例中，外部控制器可以包括构造成感测和/或控制电信号产生子系统138和/或热控制子系统140的图形用户界面(GUI)。在图5中示出构造成控制电信号产生子系统138和热控制子系统140的示例性GUI500。
在某些实施例中，支撑件100可以包括印刷电路板(PCB)132。电信号产生子系统138可以安装在PCB 132上并且电集成到PCB 132中。类似地，在支撑件100包括控制器136或热控制子系统140的范围内，控制器136和/ 或热电功率模块302可以安装在PCB 132上并且电集成到PCB 132中。
因此，如图1A和1B所示，示例性支撑件100可以包括插座106、接口 134、控制器136、电信号产生子系统138和热控制子系统140，所有这些都安装在PCB 132上并且电集成到PCB 132中，由此形成印刷电路板组件 (PCBA)130。如上所讨论的，插座106可以设计成保持包括光学驱动的电动装置的电动装置110(或“供其消耗”)。
在某些具体实施例中，电信号产生子系统138可以包括RED PITAYATM波形发生器202/感测模块208和放大由RED PITAYATM波形发生器202产生的波形并将放大的波形(电压)206传到电动装置110的波形放大电路204。如图1B所示，RED PITAYATM单元202、208和波形放大电路204可以电集成到PCB 132中作为电信号产生子系统138。此外，RED PITAYATM单元202、 208可以构造成测量电动装置110处的放大电压，然后根据需要调整其自身的输出电压，使得在电动装置110处的测量电压为期望值。例如，放大电路 204可以具有由安装在PCB132上的一对DC-DC转换器产生的+6.5V至-6.5V 的电源，在电动装置110处产生高达13Vpp的信号。
在某些具体实施例中，支撑件100包括热控制子系统140(图3所示)，其具有位于液冷铝块322和电动装置110的背面之间的珀尔帖热电装置304、 POLOLUTM热电电源(未示出)和ARDUINO NANOTM控制器136。用于热控制子系统140的反馈可以是模拟分压器电路400(图4所示)，其包括电阻器402(例如电阻10kOhm+/-0.1％，温度系数+/-0.02ppm/℃)和负温度系数热敏电阻406(标称电阻10kOhm+/-0.01％)。控制器136可以测量来自反馈电路400的电压，然后使用所计算的温度值作为输入(例如板上PID控制环路算法)来驱动热电功率模块302上的转向信号引脚和脉冲宽度调制信号引脚，从而致动热电子系统140。液体冷却单元326可以构造成泵送流体通过部分地位于支撑件100中、部分地在支撑件100的外围的冷却路径324(例如流体输入/输出112、118和流体连接器142、144)。
在某些具体实施例中，支撑件100包括允许RED PITAYATM单元与外部计算机通信的串行端口114和Plink工具。串行端口114还可以允许控制器 136与外部计算机通信。可替代地，可以使用单独的串行端口(未示出)来允许控制器136与外部计算机通信。在其他实施例中，支撑件100可以包括构造成有利于支撑件100的组件(例如控制器136和/或电信号产生子系统 138)与外部计算机之间的无线通信的无线通信装置，其可以包括便携式计算装置诸如蜂窝电话、PDA或其他手持装置。外部计算机上的GUI(例如如图 5所示)可以被构造用于各种功能，包括但不限于绘制温度和波形数据，执行用于输出电压调整的缩放计算，以及更新控制器136和RED PITAYATM装置202、208。
在某些实施例中，支撑件100还可以包括电感/电容/电阻(LCR)计量器或与其连接，电感/电容/电阻(LCR)计量器构造成测量电动装置110的内容物(例如流体内容物)的特性。
例如，LCR计量器可以被构造成测量系统的复阻抗，特别是流体在进入电动装置110时、位于电动装置110内和/或其离开电动装置110时的流体的复阻抗。在一些实施例中，LCR计量器可以连接到和/或集成到将流体输送到或移出电动装置110的流体管线。在其他实施例中，LCR计量器可以连接到电信号产生子系统138或者是电信号产生子系统138的集成部分。因此，在某些具体实施例中，支件撑100中的RED PITAYATM波形发生器202和感测模块208可被构造成用作LCR计量器。在某些实施例中，被构造成与电信号产生子系统138一起使用的电动装置110的电极也可被构造成与LCR计量器量表一起使用。测量系统的阻抗可以确定其中的各种系统特性和变化，例如电动装置110内的流体回路的高度、电动装置110中的流体的盐含量的变化 (其可能与其中的生物微目标的状态相关)以及特定体积的流体(具有不同阻抗)通过电动装置110的运动。
在某些实施例中，测量系统的阻抗可以用于准确地(即接近真实值)并且精确地(即可重复地)检测从系统(即电动装置110)中的第一流体到系统中的第二流体的变化。例如，第一流体可以是去离子水(DI)，并且第二流体可以是盐水溶液(例如磷酸盐缓冲盐水或“PBS”)，反之亦然。可替代地，第一流体可以是盐水溶液(例如PBS)，并且第二流体可以是具有可检测地不同于盐溶液的阻抗的细胞培养基，反之亦然。在另外的替代方案中，第一流体可以是第一细胞培养基，第二流体可以是具有可检测地与第一细胞培养基不同的阻抗的第二细胞培养基。图9是示出用于检测系统的阻抗的阻抗测量电路900的示意图。电路900包括来自电信号产生子系统138 的波形发生器202的输出902和电信号产生子系统138的感测模块208的两个输入904、906。电路900还包括电动装置110(经由支撑件100的插座 106连接)和分流电阻器908。分流电阻器908可以选择为使得LCR足够精确以测量0至约5,000欧姆范围内的阻抗(例如0至约4000、0至约3,000、 0至约2500、0至约2,000、0至约1,500或0至约1,000欧姆的范围)。在电路900中电动装置110起到测量单元的作用，电动装置110的基体(例如半导体装置)和盖(例如具有氧化铟锡(ITO)层)用作电极。在某些具体实施例中，电路900的输出902可以来自RED PITAYATM装置的波形发生器202，并且输入904、906可以源自电动装置110，并由RED PITAYATM装置的感测模块208接收。在某些具体实施例中，分流电阻器908可以是 50欧姆的电阻器。在这些实施例中，电信号产生子系统138可以在“光学致动模式”和“LCR模式”之间切换。此外，当处于LCR模式时，电信号产生子系统138可以连接到运行MATLAB脚本的计算机。
因此，本实用新型的系统提供了用于确定电动装置110的流动体积 (Vflow)的方法。例如，电动装置110最初充有与第一阻抗相关联的第一流体(例如，DI，其与约450欧姆的阻抗相关联)。然后，与第一阻抗可检测地不同的第二阻抗(例如PBS，其与约160欧姆的阻抗相关联)相关联的第二流体流入并通过电动装置110。例如，第二流体可以通过能够用作流体入口端口或流体出口端口的端口而流入到电动装置110中。随着第二流体流入并通过电动装置110，系统连续地测量电动装置110的复阻抗。如上所述，为了在特定时间点测量电动装置110的复阻抗，系统将电压电势施加到电动装置110，并且伴随地，从电动装置110接收用于计算复阻抗的信号。施加到电动装置的电压电位可以具有约10kHz至约1MHz的频率(例如约50kHz 至约800kHz、约100kHz至约700kHz、约200kHz至约600kHz、约300kHz 约500kHz、约350kHz至约400kHz或约380kHz)。可以基于电动装置110 和第一和第二流体的特性来选择具体的频率，以便优化阻抗测量的精度，最小化测量时间并减少感应效应。第二流体流入并通过电动装置110，直到所测量的复阻抗从与第一流体相关联的第一阻抗变化到与第二流体相关联的第二阻抗。将电动装置110的复阻抗从第一阻抗完全切换到第二阻抗所需的最小量的第二流体是电动装置的流动体积(Vflow)的量度。从系统开始将第二流体泵送到电动装置110的点开始，将电动装置110的复阻抗从第一阻抗切换到第二阻抗所需的第二流体的体积可以包括(1)电动装置110的流动体积(Vflow)，(2)电动装置的流体出口端口的体积，以及(3)将第二流体从泵运送到电动装置110的管道的流动体积。因为通过管道和流体出口端口的第二流体的流动不改变电动装置110的复阻抗，因此可以容易地将管道和入口的流动体积与电动装置110的流动体积区分开。
使用计算的电动装置110的流动体积，该系统还提供了用于以离散体积的流体的方式可靠地从电动装置110输出一个或多个微目标的方法。在确定电动装置110的流动体积(Vflow)之后，可以通过计算将微目标与电动装置 110的流体出口端口分开的流动路径的部分来估计输出位于流动路径内的微目标(例如生物细胞)所需的最小出口体积(Vex)。例如，流动路径的总长度(Ltot)可以通过跟踪电动装置110从流体入口到流体出口端口的流动路径来确定。可以通过跟踪从流动路径中的微目标的位置到流体输出端口的电动装置110的流动路径来确定流动路径的出口长度(Lex)。因此，可以计算从电动装置110输出微目标所需的流体最小量(Vex)：Vex＝(Lex/Ltot) *Vflow。可替代地，流动路径的总体积(Vflow-tot)可以根据流动路径的预测几何形状来估计(例如使用CAD图)。出口流动路径(Vex-tot)的总体积同样可以根据流动路径的预测几何形状来计算。在这样的实施例中，需要从电动装置110输出微目标的流体最小量(Vex)可以计算为：Vex＝(Vex-tot/Vflow-tot) *Vflow。无论计算Vex的方法如何，可以通过使一定体积的流体流过至少与 Vex一样大的电动装置110的流体出口端口而从电动装置110输出微目标。为了确保可靠的输出，可以通过使流体体积等于C*Vex的一定体积的流体 (Vex-rel)流动从电动装置110输出微目标，其中C是等于约1.1或更大的比例因子(例如约1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0或更大)。在一些方法中，在将包含微目标的剩余体积(Vres，等于Vex(或Vex-rel)从电动装置110输出之前，丢弃Vex的前导部分。例如，Vex(或Vex-rel)可以等于1.0μL，并且可以丢弃0.5μL的前导体积，导致微目标以0.5L的最终体积Vres输出。以这种方式，微目标可以以小的但分散的流体体积输出。根据方法的执行情况，Vex、Vex-rel或Vres可以是大约2.0μL、1.5μL、1.2μL、 1.0μL、0.9μL、0.8μL、0.7μL、0.6μL、0.5μL、0.4μL、0.3μL、0.25μL或更低。通常，包含微目标的流体的体积(即，Vex、Vex-rel或Vres)在到达收集容器之前通过具有有限内部体积的输出管道输出。因此，可以调整方法中使用的计算以考虑输出管道的已知或估计体积。例如，输出管道的内部体积可以为5.0μL。在这种情况下，1.0μL的Vex(或Vex-rel)将调整为6.0μL，并将 0.5μL的丢弃前导体积调整为5.5μL，从而导致0.5μL的Vres保持不变。
在某些实施例中，支撑件100包括耦接到支撑件100的一个或多个阀，所述一个或多个阀被构造成限制(例如停止)耦接到支撑件100的电动装置110内的流体运动。合适的阀基本上缺乏内部死区(即，当流体流过阀门时，阀内的空间使流体可容易进入，但流体通量很少)。在某些实施例中，一个或多个阀中的至少一个是热控制流量控制器，例如冷冻阀。图10和图11 示出了根据本实用新型的一个实施例的用于与支撑件100一起使用的热控制流量控制器1000。流量控制器1000包括温度调节装置1004、导热接口 1006和流体管线1008的流动段(隐藏)。温度调节装置1004可以包括一个或多个珀尔帖热电装置(例如两个、三个、四个、五个或更多个珀耳帖装置的堆叠)。导热接口1006可以由耐热损害的高导热性的材料制成，例如金属(例如铜)。导热接口1006可以围绕包裹流体管线1008的流动部分。例如，导热接口1006可以是完全围绕流体管线1008的流动段的套筒或其它物体，或者导热接口1006可以具有沟槽表面，沟槽表面在其沟槽内容纳流体管线1008的流动段。流体管线1008中的流体可以是在流动控制器1000 可实现的温度下冻结成固体的液体。导热接口1006设置在温度调节装置 1004附近，优选地，与其导热表面接触以增加流量控制器1000的效率。
在某些实施例中，热控制流量控制器1000可以包括散热器1002，散热器1002可以由具有高热导率(和低热电容)的一种或多种材料制成，例如铝。可替代地，流量控制器1000可以被构造成搁置在和/或固定到散热器 1002上。另外，流量控制器1000可以包括绝缘材料1010，其可以被构造成防止可以在湿气冷凝在导热接口1006和/或温度调节装置1004上时发生的湿气干扰流量控制器1000的功能。流量控制器1000还可以包括盖1012或其他装置(例如夹具)，其被构造成保持导热接口1006对着温度调节装置 1004，并且例如由此提高流量控制器1000的效率。
图12示出了根据另一实施例的插座106和一对阀，每个是热控制流量控制器1000。流量控制器1000直接设置在插座106的上游和下游。如图12 所示，每个流量控制器1000包括散热器1002和外壳1014。每个外壳1014 包含温度调节装置1004、导热接口1006以及流体管线1008的流动段。可以看到流体管线1008从流量控制器1000离开并进入到插座106。外壳1014 可以由具有低热导率和/或低透气性的材料制成。该材料可以是例如PVC。每个外壳1014可以具有包含在其中的各自的温度调节装置1004的体积的至少两倍(例如2倍至10倍、2倍至7倍、2倍至5倍、2倍至4倍或2倍至3倍)的体积。外壳可以构造成防止湿气干扰流量控制器1000的功能，当湿气冷凝在各自的温度调节装置1004和/或导热接口1006上时，这可能发生。图12还示出了在其上安装流量控制器1000的次级散热器1020。次级散热器1020构造成从流量控制器1000的散热器1002吸收热量。
图13示出了热控制流量控制器1000的散热器1002和外壳1014，与图 12所示的类似。外壳1014的下侧在图13中是可见的，示出了构造成容纳流体管线1008(未示出)的凹槽1016和/或导热接口1006的至少一部分。凹槽1016可进一步构造成将导热接口1006(未示出)保持对着温度调节装置1004(例如一个或多个(例如堆叠的)的珀尔帖热电装置，未示出)。
图14示出了根据又一实施例的热控制流量控制器1000的外部。如图所示，流量控制器1000包括盖1030、底部部分1040和散热器1002。盖1030 限定相应的多个指示器开口1034、1036，其被构造成允许从盖1030的外部位置观察指示器(例如LED)。指示器可以被构造成指示流量控制器1000 是开启还是关闭和/或流体管线1008的流动段是打开的(即，未冷结的)还是关闭的(即，冻结的)构造。此外，盖1030可以限定紧固件开口1032，其被构造成容纳用于流量控制器1000的组装的紧固件(例如螺钉)。底部部分1040限定多个流体管线开口1042，其构造成允许流体管线(未示出) 进入内部的底部部分1040。
图15和16分别示出了图14所示的盖1030的顶部和底部，没有示出底部部分1040。指示器开口1034、1036和紧固件开口1032也在图15和图15 中示出。图16还示出了形成在盖1030的下侧中的空腔1038，其被构造成保持热控制流量控制器1000的PCB(未示出)。PCB可以包括被构造成控制一个或多个温度调节设备1004(未示出)和/或一个或多个指示器(未示出)的电路。盖1030可以由诸如PVC的低热导率材料制成。
图17示出了图14中所示的热控制流量控制器1000的底部部分1040 和散热器1002，没有示出盖1030。底部部分1040包括套筒1050和被构造成保持套筒1050的外壳1044。底部部分1040还限定紧固件开口1048，其构造成容纳用于将盖1030和底部部分1040安装在散热器1002上的紧固件 (例如螺钉)。除了保持套筒1050之外，外壳1044还限定多个流体管线开口1042(图18所示)，其对应于套筒1050中的多个流体管线开口1052(如图21所示)。流体管线开口1042完全穿过外壳1044的水平平面内的外壳 1044。图18是外壳1044的从下方的透视图。透视图的角度示出了形成在外壳1044的下侧中的两组对应的流体管线开口1042和两个空腔1046。每个外壳1044中的空腔1046构造成保持温度调节装置1004(例如每个具有一个或多个珀尔帖热电装置(例如两个或更多个珀尔帖热电装置的堆叠，未示出)和与其相关联的布线(未示出)。
图19示出了限定两个空腔1060的散热器1002，每个空腔1060被构造成保持温度调节装置1004(例如具有一个或多个(例如两个或多个堆叠的) 珀尔帖热电装置)。散热器1002还被构造成耦接到支撑件100，支撑件100 可以用作次级散热器。
图20和图21示出了构造成容纳两条流体管线1008(例如入口和出口，未示出)的套筒1050。套筒1050可以被构造成完全包围流体管线1008的流动段。可替代地，套筒1050可以具有构造成容纳流体管线1008的流动段的凹槽。因此，套筒1050是导热接口1006的一个实施例。因此，套筒1050 有助于将流体管线1008的流动段保持在温度调节装置1004(未示出)附近。套筒1050可以由诸如铜的高热导率(和低热电容)材料制成。图21中的侧视图示出了由套筒1050限定的流体管线1008的开口1052。如图所示，流体管线开口1052在套筒1050的水平平面中完全穿过套筒1050。流体管线开口1052基本上对准在外壳1044(如图18所示)中对应的流体管线开口 1042，使得当套筒1050设置在外壳1044(如图17所示)中时，流体管线1008可以穿过外壳1044和套筒1050。此外，当套筒1050设置在外壳1044 (如图17所示)中时，套筒1050被放置成与两个温度调节装置1004的顶部接触(例如每个可以包括一个或多个(例如两个或更多个堆叠的)珀尔帖热电装置，未示出)。
在某些实施例中，热控制流量控制器1000还包括热敏电阻器(未示出)。热敏电阻器被构造成监测套筒和/或温度调节装置1004(或其表面)的温度。所监测的温度可以提供反馈以指示流量控制器1000的打开或关闭状态。
在某些实施例中，如上所述，热控制流量控制器1000还包括印刷电路板(PCB，未示出)或可操作地耦接到PCB。PCB可构造成与热敏电阻交互。PCB还可以被构造成调节传递到温度调节装置1004的电流(例如，DC)。此外，PCB可以被构造成减小传递到温度调节装置1004的电流。
上述热控制流量控制器1000是稳健的并且基本上消除了其中细菌或其它碎屑可能积聚和/或生长的死空间(与其它流体阀相比)。此外，流量控制器1000减少与其他类型的阀相关的微生物污染。此外，流量控制器1000 限制流体在与其连接的微流体装置(例如，电动微流体装置110)内的移动，这种移动将另外地导致连接到微流体装置的入口和出口的流体管路的弯曲。为了优化系统以使微流体装置内的流体运动最小化，在实际中，一个或多个流量控制器1000应尽可能靠近微流体装置的入口和出口设置。
在某些实施例中，支撑件100还可以包括构造成保持培养条件的O2和 CO2源或者与之交互。在某些实施例中，支撑件100还可以包括湿度监控器 /调节器或与湿度监控器/调节器交互。
支撑件100可具有约6英寸至10英寸(或约150mm至250mm)×约 2.5英寸至5英寸(或约60mm至120mm)×约1英寸至2.5英寸(或约25mm 至60mm)的尺寸。虽然可能希望将支撑件100的尺寸基本上保持在这些示例性尺寸内，但是取决于结合到支撑件100中的功能，尺寸可以小于或大于示例性尺寸。虽然示例性支撑件100已经被示出为包括为特定功能而构造的特定组件，但根据其他实施例的支撑件可以包括执行所述功能的各种组合和子组合的不同组件。
在某些实施例中，光调制子系统634包括数字镜器件(DMD)、液晶显示器或装置(LCD)、硅基液晶器件(LCOS)和硅基铁电液晶装置(FLCOS) 中的一个或多个。光调制子系统634可以是例如投影仪(例如视频投影仪或数字投影仪)。合适的光调制子系统的一个例子是来自ANDOR TECHNOLOGIESTM的MOSAICTM系统。在其他实施例中，光调制子系统 634可以包括微快门阵列系统(MSA)，其可以提供改善的对比度。在其他实施例中，光调制子系统634可以包括扫描激光装置。在某些实施例中，光调制子系统634能够发射结构化和非结构化的光。
在某些实施例中，支撑件100和光调制子系统634各自单独地构造成安装在诸如标准研究级光学显微镜或荧光显微镜的显微镜上。例如，支撑件 100可以被构造成显微镜的安装平台。光调制子系统634可被构造成安装在显微镜的端口上。
因此，在某些实施例中，本实用新型提供了将光学显微镜转换成构造为用于操作电动装置110的显微镜的方法。该方法可以包括在合适的显微镜上安装包括支撑件100(例如如本文所述)和光调制子系统634(例如如本文所述)的系统的步骤。支撑件100可以安装到所述光学显微镜的平台上，光调制子系统634可以安装到所述光学显微镜的端口上。在某些实施例中，转换的光学显微镜可以被构造成操作光学致动的电动装置110(例如具有OET和/或OEW构造的电动装置)。
在其他实施例中，本文所述的支撑件100和光调制子系统634可以是光学显微镜的整体部件。例如，具有集成支撑件100和集成光调制子系统634 的显微镜可以被构造成操作光学致动的电动装置110(例如，具有OET和/ 或OEW构造的电动装置)。
在某些相关实施例中，本实用新型提供了一种构造用于操作电动装置 110的显微镜。显微镜可以包括构造成保持电动装置110的支撑件100、构造为接收来自第一光源的光并发射结构化光的光调制子系统634和光学系统。光学系统可以被构造为(1)当设备110被支撑件100保持时，从光调制子系统634接收结构化光，并且将结构化光聚焦在电动设备110中的至少第一区域上，(2)接收来自电动装置110的反射和/或发射的光，并将这种反射和/或发射的光的至少一部分聚焦到检测器602上。当装置110被支撑件100保持时，光学系统可进一步构造成从第二光源622接收非结构化光并且将非结构化光聚焦在电动装置110的至少第二区域上。在某些实施例中，电动装置110的第一区域和第二区域可以是重叠区域。例如，第一区域可以是第二区域的子集。
在某些实施例中，本实用新型的显微镜还可以包括一个或多个检测器 602。检测器602可以包括但不限于电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、科学级互补金属氧化物半导体(SCMOS)、相机(例如数字相机或胶片相机)或其任何组合。如果存在至少两个检测器602，则一个检测器602可以是例如快速帧率相机，而另一检测器602可以是高灵敏度相机。显微镜还可以包括构造为用户可视的目镜。此外，光学系统可以构造为接收从电动装置110反射和/或发射的光，并将反射和/或发射的光的至少一部分聚焦在附加检测器602上。显微镜的光学系统还可以包括用于不同检测器602的不同镜筒透镜，使得每个检测器602的最终倍率可以不同。
在某些实施例中，本实用新型的显微镜的光调制子系统634可以包括数字镜器件(DMD)、液晶显示器/装置(LCD)、硅基液晶器件(LCOS)、硅基铁电液晶装置(FLCOS)和扫描激光器件中的一个或多个。此外，DMD、 LCD、LCOS、FLCOS和/或扫描激光装置可以是投影仪(例如视频投影仪或数字投影仪)的一部分。在其他实施例中，光调制子系统634可以包括微快门阵列系统(MSA)，其可以提供改善的对比度。在某些实施例中，本实用新型的显微镜可以包括用于控制光调制子系统634的嵌入式或外部控制器(未示出)。这种控制器可以是例如外部计算机或其他计算设备。
在某些实施例中，本实用新型的系统600/显微镜被构造为使用至少两个光源622、632。例如，第一光源632可用于产生结构化光650，然后通过光调制子系统634调制结构化光650用于形成调制结构化光652，用于光学驱动的电激活和/或荧光激发。第二光源622可用于为亮场或暗场成像提供背景照明(例如使用非结构化光654)。这种构造的一个示例在图6中示出。示出第一光源632将结构化光650提供给光调制子系统634，光调制子系统 634向显微镜的光学系统提供修改的结构化光652。示出了第二光源622经由分束器624向光学系统提供非结构化光654。来自光调制子系统632的修改的结构化光652和来自第二光源622的非结构化光654一起行进通过光学系统到达光束分配器606，在这里光652、654通过物镜608(可以是透镜) 向下反射到样品平面610。来自样品平面610的反射和/或发射光662、664 然后通过物镜608，通过分束器606向后行进到二向色滤光器604。光662、 664可以被调制，分别从样品平面610反射结构化光652和非结构化光654。可替代地，光662、664可以起始于样品平面610处或样品平面610下方。仅到达二向色滤光器604的光662、664的一部分通过滤光器604并到达检测器602。根据系统的使用方式，分光镜606可以用二向色滤光器代替(例如用于检测源于样品平面610或样品平面610下方的荧光发射)。
如图6所示，第二光源432发出蓝光。从样品平面610反射的蓝光能够通过二向色滤光器604并到达检测器602。相反，来自光调制子系统634的结构化光从样品平面610反射，但不通过二向色滤光器604。在该示例中，二向色滤光器604滤除波长长于495nm的可见光。如果从光调制子系统634 发射的光不包括短于495nm的任何波长，则将仅完成对来自光调制子系统 634的光的这种滤波(如图所示)。在实践中，如果来自光调制子系统634 的光包括短于495nm的波长(例如蓝光波长)，则来自光调制子系统634 的一些光将通过滤光器604到达检测器602。在这种情况下，滤波器604用于改变从第一光源632到第二光源622到达检测器602的光量之间的平衡。如果第一光源632比第二光源632明显更强，这是有益的。
为了实现相同的目标，即改变从第一光源632到达检测器602的光量与第二光源622之间的平衡，图6所示的布置的一个替代方案是具有发出红光的第二光源622发出红光和滤除波长短于650nm的可见光的滤光器604。
在某些实施例中，本实用新型的显微镜(或系统)还包括第一光源632 和/或第二光源622。
在某些实施例中，第一光源632可以发射广谱波长(例如，“白”光)。第一光源632可以发射例如适于激发荧光体的至少一种波长。第一光源632 可以是足够强大的，使得由光调制子系统634发射的结构化光能够激活光学驱动的电动装置110中的光致电泳。在某些实施例中，第一光源632可以包括例如包括金属卤化物、陶瓷放电、钠、汞和/或氙的那些高强度放电弧光灯。在其他实施例中，第一光源632可以包括一个或多个LED(例如LED 阵列，例如2x2阵列的4个LED或3x3阵列的9个LED)。LED可以包括广谱“白”光LED(例如通过PRIZMATIX的UHP-T-LED-白光)或各种窄带波长LED(例如发射波长约380nm、480nm或560nm)。在其他实施例中，第一光源632可以包含被构造为发射可选波长的光(例如用于OET和/ 或荧光)的激光器。
在某些实施例中，第二光源622适用于明场照明。因此，第二光源622 可以包括一个或多个LED(例如LED阵列，例如2x2阵列的4个LED或 3x3阵列的9个LED)。LED可以被构造为发出白色(即宽光谱)的光、蓝光、红光等。在一些实施例中，第二光源622可以发射波长为495nm或更短的光。例如，第二光源622可以发射大致480nm、大致450nm或大致 380nm的波长的光。在其它实施例中，第二光源622可以发射波长为650nm 或更长的光。例如，第二光源622能够发射波长为大致750nm的光。在其他实施例中，第二光源622可以发射波长大致为560nm的光。
在某些实施例中，本实用新型的显微镜的光学系统包括二向色滤光器 604，滤光器至少部分地滤除波长长于495nm的可见光。在其他实施例中，本实用新型的显微镜的光学系统包括二向色滤光器604，其至少部分地滤除波长短于650nm(或小于620nm)的可见光。更一般地，光学系统还可以包括被构造为减少或基本上防止来自第一光源632的结构化光到达检测器 602的二向色滤光器604。这样的滤光器604可以位于检测器602的附近(沿着光学系统)。可替代地，光学系统可以包括一个或多个二向色滤光器604，其被构造为平衡到达所述检测器602的来自光调制子系统634的结构化光 (例如，可见结构化光)的量和来自第二光源622的非结构化光的量(例如，可见的非结构化光)。这种平衡可用于确保在检测器602处(或在由检测器 602获得的图像中)结构化光不会超过的非结构化光。
在某些实施例中，本实用新型的显微镜的光学系统可以包括物镜608，其被构造为将结构化和非结构化的光聚焦在电动装置110上，物镜是选自 100x、60x、50x、20x、10x、5x、4x或2x的物镜。列出这些放大倍率用于说明，而不是限制。物镜可以有任何放大倍率。
本实用新型的显微镜可以包括本文所述的任何支撑件100。因此，例如，支撑件100可以包括集成的电信号生成子系统138，其被构造为当所述装置 110被所述支撑件100保持时，至少间歇地建立所述电动装置110中的一对电极之间的偏置电压。可替代地或另外，支撑件100可以包括热控制子系统 140，其被构造为当所述装置110被所述支撑件100保持时调节所述电动装置110的温度。
本文所述的任何系统或显微镜可以进一步包括电动装置110。电动装置 110可以是微流体装置110，例如被构造为支撑介电电泳的微流体装置110 或被构造为支撑电润湿的微流体装置110。电动装置110可以是光学致动的电动装置(例如，具有OET和/或OEW构造的电动装置)。
图7A示出了根据本实用新型的一些实施例的光学系统中的结构化光路 700。图7A中所示的结构化光路700从包括玻璃盖704(例如20mm玻璃板) 的DMD 702开始。DMD 702可以是类似如图6所示的光调制子系统634的光调制子系统的一部分。DMD 702修改来自光源(未示出)的光以形成结构化光708。然后，将结构化光708聚焦在朝向物镜710(可以是透镜)的镜筒透镜706。物镜710继而将结构化光708聚焦到盖712(例如盖玻璃) 上。盖712可以是诸如光学驱动的电动装置等的电动装置110的盖。在后一实施例中，结构化光可以如下所述致动和/或操作光学致动的电动装置110。
图7B示出了根据本实用新型的一些实施例的光学系统中的成像光路 750。图7B中所示的成像光路750从样品平面752开始，其可以与电动装置110的盖712重合。样品平面752可以类似于图6所示的样品平面610。因此，在成像光路750中的光758可以从样品平面752反射。可替代地，光 758已经通过了样品平面752。从样品平面752，光758被物镜754和无彩色镜管透镜756朝向相机平面760聚焦。相机平面760可与检测器(未示出) 重合，类似如图6所示的检测器602。以这种方式，成像光路750可用于使设置在样品平面752(例如，包含在电动装置110内)处的样本或其一部分可视化。
图22示出了系统600，具有类似于图6所示的光学系统。在图22所示的系统600中，第二光源622和分束器624设置在样品平面610与检测器 602之间的主光路中，而不是如图6所示的主光路旁边。在这样的实施例中，第二光源的尺寸和形状被设计，构造成使得其不与反射和/或发射的光662、 664交互。此外，分束器624可以仅用作滤波器以修改来自第二光源622的非结构化光654，而不改变非结构化光654的方向。在其他实施例中，系统 600可以不包括分束器624。
在某些实施例中，第二光源622包括光管和/或一个或多个LED(例如 LED阵列，例如3×3或2×2阵列的LED)。
图23示出了可以用作本文所述的系统600中的光源的两个LED阵列。第一LED阵列1102包括2×2阵列的四个LED。第二LED阵列1104包括 3×3阵列的9个LED。与非正方形阵列相比，正方形阵列产生单位面积较高的光强度。阵列中的LED可以具有相同的颜色/波长(例如紫外线、380nm、 480nm或560nm)。或者，LED阵列中的各种子集可以具有不同的颜色/波长。此外，LED可以本身发射窄带波长(例如，450nm波长)，但是在用窄带波长激发时，LED可以被磷光材料涂覆以发出白光。
图24示出了光管(或光学积分器)1112，其可以被构造为接收和传播来自诸如图23所示的LED阵列1102、1104中的一个的光源的光。也称为“非成像采集光学器件”的光管1112被构造为将光从其一端(即输入孔) 传播到其另一端(即输出孔)，从输出孔发射的光具有基本上均匀的强度(即，通过在输出孔平面处的限定尺寸的第一区域的光的通量与通过具有相同限定尺寸的输出孔平面处的任何其它区域的光通量基本相同)。光管1112的主体壁可由透明玻璃或透明塑料构成。光管1112可从例如EDMOND OPTICS获得。
图25示出了包括耦合到表面1124的多个3×3LED阵列1104的光源 1122。表面1124可以是LED板。光源1122可以设置在系统内，使得其相对于被构造为接收从光源1122发射的光的孔可移动。例如，该系统可以包括光管/光学积分器1112，光管的输入孔1112可以被构造为接收从耦合到表面1124的多个LED阵列1104中的一个发射的光。因此，不同的LED阵列1104可以用作光源(例如，通过光管/光学积分器1112)，取决于光源1122 的表面1124和光管/光学积分器1112的相对位置。
图26示出了多输入光管/光学积分器1132。多输入光管1132具有多个 (例如3个)输入孔，每个输入孔与光传播路径以及各自的光源1134、1136、 1138相关联，和一个较少的(例如2个)二向色滤光器1140、1142。每个二向色滤光器1140、1112构造成反射来自相应的光源1136、1138的光。图 26所示的多输入光管1132具有第一光源1134、第二光源1136和第三光源 1138，其中任何一个可以是LED阵列(例如2x2或3x3阵列的LED)。第一光源1134可以是发射大约380nm光的LED阵列。第二光源1136可以是发射大约480nm的光的LED阵列。第三光源1138可以发射大约560nm的光的LED阵列。因此，可以通过选择性地激活第一光源1134、第二光源1136 和所述第三光源1138来控制从多输入光管1132射出的光的波长。多输入光管1132被构造为使得进入到相应的输入孔的来自任何一个光源1134、1136、 1138或其任何组合的光在从输出孔发射时将具有基本均匀强度。多输入光管1132的主体壁可以由透明玻璃或透明塑料构成。
在某些实施例中，本实用新型的显微镜被构造为使用由光调制子系统 634接收并传输到光学系统的单个光源(例如白光LED，未示出)。单个光源可以用于提供结构化的光，用于光驱动的电激活、荧光体激发和明场照明。在这种布置中，可以使用结构化照明来补偿光学渐晕或照明中的任何其它任意不均匀性。光学渐晕是照明804朝向视场802的边缘(例如，图8A)的逐渐衰减。可以逐像素地测量单个光源的光强度，所得信息用于产生反转光晕渐晕功能814(例如图8B)。然后，可以使用反转光晕渐晕功能814来调节来自光调制子系统的光输出，由此产生视场802中的均匀的照明场824 (例如图8C)
在某些实施例中，本实用新型的显微镜被构造成使用由光调制子系统 634接收并传输到光学系统的单个光源(例如，白光LED；未示出)。单个光源可以用于提供结构化的光，用于光驱动的电激活、荧光体激发和明场照明。在这种布置中，可以使用结构化照明来补偿光学渐晕或照明中的任何其它任意不均匀性。光学渐晕是照明804朝向视场802的边缘(例如，图8A) 的逐渐衰减。可以逐像素地测量单个光源的光强度，以及用于产生反转光晕渐晕功能814(例如，图8B)的信息。然后，可以使用倒置的光晕渐晕功能814来调节来自光调制子系统的光的输出，从而在视场802(例如，图8C) 中产生均匀照明的场824。
本实用新型还提供使用光来操纵光学致动的电动装置110中的微目标的方法。所述方法包括将光学致动的电动装置110放置在本文所述的任何一个系统或显微镜的支撑体100上，将微目标放置在光学驱动的电动装置110 上或其中，将来自光调制子系统634的结构化光聚焦到光学驱动的电动装置 110的表面上的第一区域上，并将聚焦的结构化光移动到光学驱动的电动装置110的表面上的第二区域。如果微目标位于所述第一区域附近，则移动聚焦的光可以引起微型物体的定向移动。聚焦的结构化光可以用于例如在微目标周围创建一个光栅。或者，聚焦的结构化光可用于至少部分地接触包含微目标的流体液滴。
在使用光来操纵光学致动的电动装置110中的微目标的方法的另一实施例中，光图案是空间固定的，光学驱动的电动装置110相对于光图案移动。例如，光学驱动的电动装置110可以使用电动或机械显微镜平台来移动，其可由计算机自动控制，由用户手动控制，或借助于计算机由用户半自动控制。在另一个类似的实施例中，空间上固定的光图案可以形成几何图案，诸如“笼”或盒子，被构造成在可操纵的舞台上移动微目标(例如，生物细胞或可选地包含感兴趣的微目标的溶液液滴)。
尽管本文已经示出和描述了所公开的实用新型的特定实施例，但是本领域技术人员将会理解，它们并不旨在限制本实用新型，并且对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离仅由所附权利要求及其等同物限定的所公开的发明的范围的情况下，可以进行各种改变和修改(例如各种部件的尺寸)。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (97)

1.一种用于操作电动装置的系统，其特征在于，所述系统包括：
支撑件，构造成保持和操作地与电动装置耦合；
电信号产生子系统，构造为当所述电动装置由所述支撑件保持并且与所述支撑件可操作地耦合时，在所述电动装置中的一对电极上施加偏置电压；以及
光调制子系统，构造为当所述电动装置由所述支撑件保持并且与所述支撑件可操作地耦合时，将结构化光发射到所述电动装置上。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述支撑件包括构造为接收所述电动装置和与所述电动装置交互的插座。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述电信号产生子系统包括波形发生器，所述波形发生器构造为当所述电动装置由所述支撑件保持并且与所述支撑件可操作地耦合时，产生要施加在所述一对电极上的偏置电压波形。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电信号产生子系统还包括构造为放大由所述波形发生器产生的偏置波形的波形放大电路。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电信号产生子系统还包括构造成测量所述偏置电压波形的示波器，并且其中来自所述测量的数据作为反馈被提供给所述波形发生器。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括热控制子系统，所述热控制子系统构造成当所述电动装置由所述支撑件保持并且与所述支撑件可操作地耦接时，调节所述电动装置的温度。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述热控制子系统包括热电功率模块、珀尔帖热电装置和冷却单元，其中所述热电功率装置构造成调节所述珀尔帖热电装置的温度，其中所述珀尔帖热电装置布置在所述电动装置的表面与所述冷却单元的表面之间。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述冷却单元包括液体冷却装置、冷却块和构造为循环在所述液体冷却装置和所述冷却块之间的冷却液体的液体通道，其中所述冷却块包括所述冷却单元的所述表面。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述珀尔帖热电装置和所述热电功率模块安装在所述支撑件上和/或与所述支撑件集成。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述支撑件还包括控制所述电信号产生子系统和所述热电功率模块中的一个或两个的微处理器。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述支撑件包括印刷电路板(PCB)，并且其中所述电信号产生子系统、所述热电功率模块和所述微处理器中的至少一个安装在所述PCB上和/或与所述PCB集成。
12.根据权利要求10或11所述的系统，其特征在于，还包括与所述微处理器可操作地耦合的外部计算设备，其中所述外部计算设备包括图形用户界面，所述图形用户界面被构造为接收操作者的输入，处理所述操作者的输入并将所述操作者的输入输送到所述微处理器，以控制所述电信号产生子系统和所述热控制子系统中的一个或两个。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述微处理器被构造为向所述外部计算设备发送所述电信号生成子系统和所述热控制子系统的一个或两个感测或接收的数据和/或信息，或者另外基于感测或接收的信息或数据进行计算。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述微处理器和/或所述外部计算设备被构造为当所述电动装置由所述支撑件保持并且与所述支撑件可操作地耦接时，测量和/或监测所述电动装置的电极的阻抗。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述微处理器和/或所述外部计算设备被构造成基于在所述电路的测量和/或监测的阻抗中检测的变化来确定流体路径的流动体积，所述流体路径包括所述电动装置内的微流体回路的至少一部分。
16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述微处理器和/或所述外部计算设备被构造成基于在所述电路的测量和/或监测的阻抗中检测的变化来确定所述电动设备的内部微流体室的高度。
17.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述微处理器和/或所述外部计算设备被构造成基于在所述电路的测量和/或监测的阻抗中检测的变化来确定包含在所述电动设备的微流体回路内的化学和/或生物材料的一个或多个特性。
18.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述支撑件和/或所述光调制子系统被构造成安装在光学显微镜上。
19.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述支撑件和/或所述光调制子系统是光学显微镜的整体部件。
20.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电动装置是光学致动的电动装置。
21.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述电动装置由所述支撑件保持并且与所述支撑件可操作地耦接时，还包括第一流体管线和第二流体管线，所述第一流体管线具有被构造成流体耦接到所述光学驱动的电动装置的入口端口的远端，所述第二流体管线具有被构造成流体耦接到所述光学驱动的电动装置的出口端口的近端。
22.根据权利要求21所述的系统，其特征在于，还包括与所述第一流体管线和第二流体管线中的一个或两个可操作地耦接的至少一个流量控制器。
23.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，所述至少一个流量控制器包括与所述第一流体管线和所述第二流体管线中的一个可操作地耦接以选择性地允许流体流过其中的第一热控制流量控制器。
24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于，所述第一热控制流量控制器包括与所述第一流体管线的流动段热耦接的第一导热接口，以及至少一个流量控制珀耳帖热电装置，所述流量控制珀耳帖热电装置构造成可控地降低或升高第一导热接口的温度以足以可控制地冻结或解冻包含在所述第一流体管线的流动段中的流体，从而选择性地防止或允许流体通过第一流体管线流入或流出所述电动装置的入口。
25.根据权利要求24所述的系统，其特征在于，所述第一热控制流量控制器还包括：
第一壳体，具有第一通道，第一流体管线的流动段延伸穿过所述第一通道，所述壳体还包含所述第一导热接口和所述至少一个流量控制珀尔帖热电装置；和/或
绝缘材料，至少部分地围绕靠近第一导热接口的第一流体管线的流动段。
26.根据权利要求23-25中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个流量控制器包括与所述第一流体管线和所述第二流体管线中的另一个可操作地耦接以选择性地允许流体流过的第二热控制流量控制器。
27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述第二热控制流量控制器包括与所述第二流体管线的流动段热耦接的第二导热接口，以及至少一个流量控制珀耳帖热电装置，其被构造成可控地降低或升高第二导热接口的温度以足以可控地冻结或解冻包含在第二流体管线的流动段中的流体，从而选择性地防止或允许流体流出或流入所述电动装置的出口。
28.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，所述第二热控制流量控制器还包括：
第二壳体，具有第二通道，第二流体管线的流动段延伸穿过所述第二通道，所述壳体还包含与第二流体管线的流动部分热耦接的所述第二导热接口；以及至少一个流量控制珀尔帖热电装置，其构造成可控地降低或升高所述第二导热接口的温度；和/或
绝缘材料，至少部分地围绕靠近第二导热接口的第二流体管线的流动段。
29.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，所述至少一个流量控制器包括与所述第一流体管线和第二流体管线可操作地耦接的热控制流量控制器，所述热控制流量控制器包括：
导热接口，其具有与第一流体管线的流动段热耦接的第一部分，以及与第二流体管线的流动段热耦接的第二部分，以及
至少一个流量控制珀尔帖热电装置，其构造成可控制地降低或升高导热接口的温度，以足以控制地冻结或解冻包含在第一流体管线和第二流体管线的相应流动段中的流体，从而选择性地防止或允许流体流过第一流体管线进入所述电动装置的入口，或者通过流出流体管线从所述电动装置的出口流动。
30.根据权利要求29所述的系统，其特征在于，所述至少一个流量控制珀尔帖热电装置至少包括：第一流量控制珀尔帖热电装置，其热耦接到靠近第一流体管线的流动段的导热接口的第一部分；以及第二流量控制珀尔帖热电装置，其热耦接到靠近第二流体管线的流动段的导热接口的第二部分。
31.根据权利要求29或30所述的系统，其特征在于，所述热控制流量控制器还包括壳体，所述壳体具有第一通道和第二通道，所述第一流体管线的流动段延伸穿过所述第一通道，所述流出流体管线的流动段延伸穿过所述第二通道，其中所述导热接口安装在所述壳体中。
32.根据权利要求31所述的系统，其特征在于，所述壳体限定其中安装有所述导热接口的隔热室。
33.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光调制子系统包括数字镜装置或微快门阵列系统。
34.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光调制子系统包括液晶显示器、硅基液晶装置、硅基铁电液晶装置或扫描激光装置。
35.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光调制子系统包括多输入光管，所述光管包括：
壳体，具有多个输入孔，每个输入孔被构造成接收从相应的光源发射的光，所述壳体还具有被构造成发射通过所述输入孔接收的光的输出孔；
第一光传播路径，在所述壳体内从第一输入孔延伸到所述输出孔；
第一二向色滤光器，跨越第一光传播路径以倾斜角定位在壳体内，所述第一二向色滤光器被构造和定位成使得通过所述第一光孔接收的光在沿着所述第一光传播路径传播到所述输出孔时穿过所述第一二向色滤光器；和
第二光传播路径，在壳体内从第二输入孔延伸到所述第一二向色滤光器，第二传播路径和所述第一二向色滤光器被构造和尺寸化成使得通过所述第二输入孔接收的光沿着第二光传播路径传播并被所述第一二向色滤光器反射到所述第一光传播路径上以到达输出孔，
其中各个输入孔、第一光传播路径和第二光传播路径、第一二向色滤光器和输出孔被尺寸化、被设计和被构造成使得由至少一个光源发射并通过第一输入孔和第二输入孔中的至少一个接收的光以大致均匀的强度从所述输出孔射出。
36.根据权利要求35所述的系统，其特征在于，所述光管还包括：
第二二向色滤光器，跨越所述第一二向色滤光器和所述输出孔之间的所述第一光传播路径以倾斜角定位在所述壳体内，所述第二二向色滤光器被构造和定位成使得接收的光沿着第一光传播路径传播到所述输出孔时，通过所述第一光孔和第二光孔接收的光穿过所述第二二向色滤光器；以及
第三光传播路径，在壳体内从第三输入孔延伸到所述第二二向色滤光器，所述第三传播路径和所述第二二向色滤光器被构造和尺寸设计成使得通过第三输入孔接收的光沿着所述第三光传播路径传播并被所述第二二向色滤光器反射到所述第一光传播路径上以到达所述输出孔。
37.根据权利要求35所述的系统，其特征在于，所述光调制子系统还包括第一光源，所述第一光源具有与所述光管的所述第一输入孔光学耦接的输出口。
38.根据权利要求37所述的系统，其特征在于，所述第一光源包括多个第一光源发射元件。
39.根据权利要求38所述的系统，其特征在于，所述多个第一光源发射元件中的一个或多个发射第一窄带波长的光。
40.根据权利要求37-39中任一项所述的系统，其特征在于，所述光调制子系统还包括第二光源，所述第二光源具有与所述光管的所述第二输入孔光学耦接的输出口。
41.根据权利要求40所述的系统，其特征在于，所述第二光源包括多个第二光源发射元件。
42.根据权利要求41所述的系统，其特征在于，所述多个第二光源发射元件中的一个或多个发射所述第一窄带波长的光或者与所述第一窄带波长不同的第二窄带波长的光。
43.根据权利要求41所述的系统，其特征在于，所述多个第一光源发射元件和所述多个第二光源发射元件共同包括发射所述第一窄带波长的光的一个或多个发光元件的第一子集，以及发射具有不同于第一窄带波长的第二窄带波长的光的一个或多个发光元件的第二子集，使得能够通过选择性激活所述多个第一光源发射元件和所述多个第二光源发射元件中的一者或两者将包括第一窄带波长和第二窄带波长中的一个或两个的光可控制地发射出光管输出孔。
44.根据权利要求43所述的系统，其特征在于，由所述发光元件的第一子集的发射并且经由所述第一输入孔和/或第二输入孔接收的光以第一基本均匀强度被发射出所述光管的所述输出孔，并且通过所述发光元件的第二子集发射并且通过所述第一输入孔和/或第二输入孔被接收的光以第二基本均匀强度被发射出所述输出孔。
45.根据权利要求44所述的系统，其特征在于，所述第一基本均匀强度不同于所述第二基本均匀强度。
46.根据权利要求43所述的系统，其特征在于，所述第一窄带波长和所述第二窄带波长均选自约380nm、约480nm和约560nm组成的组。
47.根据权利要求43所述的系统，其特征在于，所述第一光源的所述多个发光元件包括所述发光元件的所有第一子集或由所述发光元件的所有第一子集组成，并且所述第二光源的所述多个发光元件包括所述发光元件的所有第二子集或由所述发光元件的所有第二子集组成。
48.根据权利要求40所述的系统，其特征在于，所述光调制子系统还包括：
第三光源，所述第三光源具有与所述光管的所述第三输入孔光学耦接的输出口。
49.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述第三光源包括多个第三光源发射元件。
50.根据权利要求49所述的系统，其特征在于，所述多个第三光源发射元件中的一个或多个发射第一窄带波长、第二窄带波长、或与所述第一窄带和第二窄带波长中的每一个不同的第三窄带波长的光。
51.根据权利要求49所述的系统，其特征在于，所述多个第一光源发射元件、所述多个第二光源发射元件和所述多个第三光源发射元件共同包括发射第一窄带波长的光的一个或多个发光元件的第一子集、发射不同于第一窄带波长的第二窄带波长的光的一个或多个发光元件的第二子集、以及发射不同于所述第一窄带和第二窄带波长中的每一个的第三窄带波长的光的一个或多个发光元件的第三子集波长，使得包括所述第一窄带波长、第二窄带波长和第三窄带波长中的一个或多个的光能够通过选择性地激活发光元件的第一子集、第二子集和第三子集中的一个或多个而被可控地发射出所述光管输出孔。
52.根据权利要求51所述的系统，其特征在于，由所述第一子集的发光元件发射并且通过所述第一输入孔、第二输入孔和第三输入孔中的任何一个接收的光以第一基本均匀强度被发射出所述输出孔，由所述第二子集的发光元件发射并且通过所述第一输入孔、第二输入孔和第三输入孔中的任何一个接收的光以第二基本均匀强度被发射出所述输出孔，并且由所述第三子集的发光元件发射并且通过所述第一输入孔、第二输入孔和第三输入孔中的任何一个接收的光以第三基本均匀强度被发射出所述输出孔。
53.根据权利要求52所述的系统，其特征在于，所述第一基本均匀强度不同于所述第二基本均匀强度和第三基本均匀强度中的一个或两个。
54.根据权利要求51-53中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一窄带波长为大约380nm，所述第二窄带波长为大约480nm，所述第三窄带波长为大约560nm。
55.根据权利要求51所述的系统，其特征在于，所述第一光源的所述多个发光元件包括所述发光元件的所有第一子集或由所述发光元件的所有第一子集组成，所述第二光源的所述多个发光元件包括发光元件的所有第二子集或由发光元件的所有第二子集组成，并且所述第三光源的多个发光元件包括发光元件的所有第三子集或由发光元件的所有第三子集组成。
56.一种显微镜，所述显微镜构造成操作电动装置，其特征在于，所述显微镜包括：
支撑件，构造成保持电动装置和可操作地与电动装置耦接；
光调制子系统，构造成发射结构化光；以及
光学系统；
其中当所述电动装置由所述支撑件保持并且与所述支撑件可操作地耦接时，所述光学系统构造成：
(1)将由所述光调制子系统发射的结构化光聚焦到所述电动装置的至少第一区域上，
(2)将由非结构化光源发射的非结构化光聚焦到所述电动装置的至少第二区域上，以及
(3)捕获来自所述电动装置的反射和/或发射的光并将所述捕获的光引导到检测器。
57.根据权利要求56所述的显微镜，其特征在于，还包括所述检测器。
58.根据权利要求56或57所述的显微镜，其特征在于，所述检测器包括目镜和/或成像装置。
59.根据权利要求56所述的显微镜，其特征在于，所述光调制子系统包括数字镜装置或微快门阵列系统。
60.根据权利要求56所述的显微镜，其中所述光调制子系统包括液晶显示器、硅基液晶器件、硅基铁电液晶装置或扫描激光装置。
61.根据权利要求56所述的显微镜，其特征在于，还包括用于控制所述光调制子系统的控制器。
62.根据权利要求56所述的显微镜，其特征在于，所述光学系统包括被构造成将所述结构化光聚焦在所述微流体装置的所述第一区域上和/或将所述非结构化光聚焦在所述微流体装置的所述第二区域上的的物镜，并且其中所述物镜选自10x物镜、5x物镜、4x物镜和2x物镜组成的组。
63.根据权利要求56所述的显微镜，其特征在于，所述光学系统包括二向色滤光器，其被构造成防止由所述光调制子系统发射且由所述电动装置反射的结构化光到达所述检测器。
64.根据权利要求56所述的显微镜，其特征在于，所述光学系统包括二向色滤光器，其被构造成平衡到达所述检测器的由所述光调制子系统发射的并且由所述电动装置反射的可见结构化光的量与由非结构化光源发射的并由所述电动装置反射的可见非结构化光的量。
65.根据权利要求56所述的显微镜，其特征在于，所述光调制子系统发射结构化的白光。
66.根据权利要求56所述的显微镜，其特征在于，所述光调制子系统包括汞灯或氙弧灯。
67.根据权利要求56所述的显微镜，其特征在于，所述光调制子系统包括一个或多个LED。
68.根据权利要求56所述的显微镜，其特征在于，所述非结构化光源包括一个或多个LED。
69.根据权利要求68所述的显微镜，其特征在于，所述非结构化光源发射具有波长为大约495nm或更短的光。
70.根据权利要求68所述的显微镜，其特征在于，所述非结构化光源发射蓝光。
71.根据权利要求69或70所述的显微镜，其特征在于，所述光学系统包括二向色滤光器，其被构造成至少部分地滤除波长长于495nm的可见光。
72.根据权利要求68所述的显微镜，其特征在于，所述非结构化光源发射波长为大约650nm或更长的光。
73.根据权利要求68所述的显微镜，其特征在于，所述非结构化光源发射红光。
74.根据权利要求72或73所述的显微镜，其特征在于，所述光学系统包括二向色滤光器，其被构造成至少部分地滤除波长短于650nm的可见光。
75.根据权利要求56所述的显微镜，其特征在于，所述支撑件包括集成电信号产生子系统，其构造成当所述装置由所述支撑件保持并且与所述支撑件可操作地耦合时，在所述电动装置中的一对电极上施加偏置电压。
76.根据权利要求56所述的显微镜，其特征在于，所述支撑件包括热控制子系统，所述热控制子系统构造成当所述装置由所述支撑件保持并且与所述支撑件可操作地耦接时调节所述电动装置的温度。
77.一种多输入光管，其特征在于，包括：
光管壳体，具有多个输入孔，每个输入孔被构造成接收从各个光源发射的光，所述壳体还具有被构造成发射通过所述输入孔接收的光的输出孔；
第一光传播路径，在所述壳体内从第一输入孔延伸到所述输出孔；
第一二向色滤光器，跨越第一光传播路径以倾斜角定位在壳体内，第一二向色滤光器被构造和定位成使得通过第一光孔接收的光在沿着第一光传播路径传播到输出孔时穿过第一二向色滤光器；和
第二光传播路径，在壳体内从第二输入孔延伸到第一二向色滤光器，第二传播路径和第一二向色滤光器被构造和尺寸设计成使得通过所述第二输入孔接收的光沿着所述第二光传播路径传播并被第一二向色滤光器反射到第一光传播路径上以到达输出孔，
其中所述各个输入孔、第一光传播路径和第二光传播路径、第一二向色滤光器和输出孔被尺寸化、被设计和构造成使得由至少一个光源发射并通过所述第一输入孔和第二输入孔中的至少一个接收的光以大致均匀的强度从所述输出孔射出。
78.根据权利要求77所述的多输入光管，其特征在于，还包括：
第二二向色滤光器，跨越第一二向色滤光器和所述输出孔之间的第一光传播路径以倾斜角定位在所述外壳内，该第二二向色滤光器被构造和定位成使得当通过第一光孔和第二光孔接收的光沿着第一光传播路径传播到输出孔时，通过第一光孔和第二光孔接收的光穿过第二二向色滤光器，以及
第三光传播路径，在壳体内从第三输入孔延伸到第二二向色滤光器，第三传播路径和第二二向色滤光器被构造和尺寸设计成使得通过第三输入孔接收的光沿着第三光传播路径传播并被第二二向色滤光器反射到所述第一光传播路径上以到达所述输出孔。
79.一种光传输系统，其特征在于，包括根据权利要求77所述的多输入光管，且还包括第一光源，所述第一光源具有与所述光管的第一输入孔光学耦接的输出口。
80.根据权利要求79所述的光传输系统，其特征在于，所述第一光源包括多个第一光源发射元件。
81.根据权利要求80所述的光传输系统，其特征在于，所述多个第一光源发射元件中的一个或多个发射第一窄带波长的光。
82.根据权利要求79至81中任一项所述的光传输系统，其特征在于，还包括第二光源，所述第二光源具有与所述光管的所述第二输入孔光学耦接的输出口。
83.根据权利要求82所述的光传输系统，其特征在于，所述第二光源包括多个第二光源发射元件。
84.根据权利要求83所述的光传输系统，其特征在于，所述多个第二光源发射元件中的一个或多个发射所述第一窄带波长的光或者与所述第一窄带波长不同的第二窄带波长的光。
85.根据权利要求84所述的光传输系统，其特征在于，所述多个第一光源发射元件和所述多个第二光源发射元件共同包括发射所述第一窄带波长的光的一个或多个发光元件的第一子集，以及发射具有不同于第一窄带波长的第二窄带波长的光的一个或多个发光元件的第二子集，使得能够通过选择性激活发光元件的所述第一子集和所述第二子集中的一个或两个将包括第一窄带波长和第二窄带波长中的一个或两个的光可控制地发射出光管输出孔。
86.根据权利要求85所述的光传输系统，其特征在于，由所述发光元件的第一子集的发射并且经由所述第一输入孔和/或第二输入孔接收的光以第一基本均匀强度被发射出所述光管的所述输出孔，并且通过所述发光元件的第二子集发射并且通过所述第一输入孔和/或第二输入孔被接收的光以第二基本均匀强度被发射出所述输出孔。
87.根据权利要求86所述的光传输系统，其特征在于，所述第一基本均匀强度不同于所述第二基本均匀强度。
88.根据权利要求85所述的光传输系统，其特征在于，所述第一窄带波长和所述第二窄带波长均选自约380nm、约480nm和约560nm组成的组。
89.根据权利要求85所述的光传输系统，其特征在于，所述第一光源的所述多个发光元件包括发光元件的所有第一子集或由所述发光元件的所有第一子集组成，并且所述第二光源的所述多个发光元件包括所述发光元件的所有第二子集或由所述发光元件的所有第二子集组成。
90.根据权利要求82所述的光传输系统，其特征在于，还包括第三光源，所述第三光源具有与所述光管的所述第三输入孔光学耦接的输出口。
91.根据权利要求90所述的光传输系统，其特征在于，所述第三光源包括多个第三光源发射元件。
92.根据权利要求91所述的光传输系统，其特征在于，所述多个第三光源发射元件中的一个或多个发射第一窄带波长、第二窄带波长、或与所述第一窄带和第二窄带波长中的每一个不同的第三窄带波长的光。
93.根据权利要求92所述的光传输系统，其特征在于，所述多个第一光源发射元件、所述多个第二光源发射元件和所述多个第三光源发射元件共同包括发射第一窄带波长的光的一个或多个发光元件的第一子集、发射不同于第一窄带波长的第二窄带波长的光的一个或多个发光元件的第二子集、以及发射不同于所述第一窄带和第二窄带波长中的每一个的第三窄带波长的光的一个或多个发光元件的第三子集波长，使得包括所述第一窄带波长、第二窄带波长和第三窄带波长中的一个或多个的光能够通过选择性地激活发光元件的第一子集、第二子集和第三子集中的一个或多个而被可控地发射出所述光管输出孔。
94.根据权利要求93所述的光传输系统，其特征在于，由所述第一子集的发光元件发射并且通过所述第一输入孔、第二输入孔和第三输入孔中的任何一个接收的光以第一基本均匀强度被发射出所述输出孔，由所述第二子集的发光元件发射并且通过所述第一输入孔、第二输入孔和第三输入孔中的任何一个接收的光以第二基本均匀强度被发射出所述输出孔，并且由所述第三子集的发光元件发射并且通过所述第一输入孔、第二输入孔和第三输入孔中的任何一个接收的光以第三基本均匀强度被发射出所述输出孔。
95.根据权利要求94所述的光传输系统，其特征在于，所述第一基本均匀强度不同于所述第二基本均匀强度和第三基本均匀强度中的一个或两个。
96.根据权利要求93-95中任一项所述的光传输系统，其特征在于，所述第一窄带波长为大约380nm，所述第二窄带波长为大约480nm，所述第三窄带波长为大约560nm。
97.根据权利要求93所述的光传输系统，其特征在于，所述第一光源的所述多个发光元件包括发光元件的所有第一子集或由发光元件的所有第一子集组成，所述第二光源的所述多个发光元件包括发光元件的所有第二子集或由发光元件的所有第二子集组成，并且所述第三光源的多个发光元件包括发光元件的所有第三子集或由发光元件的所有第三子集组成。
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