DE10122133A1 - Integrierte mikrofluidische und elektronische Komponenten - Google Patents
Integrierte mikrofluidische und elektronische KomponentenInfo
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Abstract
Eine mikrofluidische Komponente mit einem mikrofluidischen Kanal ist mit einer Elektronikkomponente mit einer Schaltung zur Verarbeitung von Signalen, die mit der mikrofluidischen Komponente verwandt sind, verbunden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Elektronikkomponente ein vorgefertigter integrierter Schaltungschip, der Signalverarbeitungs- und/oder Prozeßsteuerungsfunktionen umfaßt. Das Verbinden der mikrofluidischen Komponente mit der Elektronikkomponente liefert eine Modularchitektur, bei der verschiedene Kombinationen von mikrofluidischen Komponenten und Elektronikkomponenten verwendet werden können, um individuell angepaßte Verarbeitungs- und Analysewerkzeuge zu erzeugen.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf mikrohergestellte Vorrich
tungen für chemische und biologische Analyse, und insbeson
dere auf die Integration mikrofluidischer und elektroni
scher Komponenten.
Mikrofluidische Technologie wird verwendet, um Systeme zu
schaffen, die chemische und biologische Analyse in einem
viel kleineren Ausmaß als bisherige Techniken durchführen
kann. Eine weit verbreitete Verwendung mikrofluidischer Sy
steme ist bei der Analyse von DNA-Molekülen. Mikrofluidi
sche Systeme für die Analyse, chemische und biologische
Verarbeitung und Präparation von Proben kann eine Kombina
tionen der folgenden Elemente umfassen: Vor- und Nachverar
beitung fluidischer Handhabungskomponenten, mikrofluidischer
Komponenten, Mikrofluidisch-zu-System-Schnittstellenkomponenten,
elektrischer und elektronischer Komponenten,
Umweltsteuerungskomponenten und Datenanalyse
komponenten.
Da mikrofluidische Systeme kleiner und komplexer werden,
gibt es einen wachsenden Bedarf an elektronischer und elek
trischer Verarbeitungsunterstützung, um die Analysefähig
keiten zu verbessern. Bekannte mikrofluidische Systeme lie
fern elektronische und elektrische Verarbeitungsunterstüt
zung durch Durchführen von Funktionen wie z. B. Spannungs-/Strom
erzeugung, Signalerzeugung, Signalerfassung, Signal
verarbeitung, Signalrückkopplung und Datenverarbeitung ge
trennt vom mikrofluidischen System. In einigen Fällen ist
die Trennung der elektronischen Verarbeitung und der mi
krofluidischen Funktionen wünschenswert. Beispielsweise ist
eine relativ große Leistungsversorgung erforderlich, um für
die Elektrophorese eine hohe Spannung an einen mikrofluidi
schen Kanal anzulegen, und es ist am Besten, die Leistungsversorgung
getrennt von dem mikrofluidischen System zu po
sitionieren. Als weiteres Beispiel wird Datenanalyse am be
sten unter Verwendung eines Computers durchgeführt, der vom
mikrofluidischen System getrennt ist.
Einige elektrische Prozesse haben jedoch Anforderungen, die
unter der Verwendung von elektrischen Komponenten, die vom
mikrofluidischen System getrennt sind, schwierig zu erfül
len sind. Beispielsweise neigen sehr niedrige Energiesigna
le, die von mikrofluidischen Systemen erfaßt werden, dazu,
sich zu verschlechtern, während sie vom mikrofluidischen
System weg zu einer getrennten Signalverarbeitungskomponen
te hingeleitet werden. Als Folge der Tendenz zu Signalver
schlechterung ist es wünschenswert, die erfaßten Signale zu
verstärken, bevor sie sich verschlechtern. Elektrische
In-System-Verarbeitung ist außerdem in Fällen wünschenswert,
in denen Informationen, die von vielen Sensoren auf einen
mikrofluidischen System gesammelt werden, verwendet werden
müssen, um Prozesse auf dem mikrofluidischen Chip zu steu
ern. Beispielsweise könnte ein Temperatursystemeingangs
signal verwendet werden, um Heizeinrichtungen eines mi
krofluidischen Systems zu steuern.
Eine Technik zum Liefern einer Signalerfassung für ein mi
krofluidisches System umfaßt eine einzelne Photodiode, die
mit einem mikrofluidischen Chip verbunden ist, wie es in
dem Artikel mit dem Titel "An Optical MEMS-based
Fluorescence Detection Scheme with Applications to Capillary
Electrophoresis", von K. D. Kramer et al. (SPIE Conference
on Microfluidic Devices and Systems, September 1998, SPIE
Bd. 3515, Seiten 76-85) offenbart ist. Obwohl eine einzelne
Photodiode auf den mikrofluidischen Chip geklebt ist, ist
die Photodiode lediglich ein elektrischer Wandler weist
keine elektronische Signalverarbeitungs- oder Systemsteue
rungsfähigkeit auf.
Wie in dem Artikel mit dem Titel "Microfabricated Devices
for Genetic Diagnostics," von Carlos H. Mastrangelo et al.
(Proceedings of the IEEE, Bd. 86, Nr. 8, August 1998,
Seiten 1769-1787) beschrieben, wurde die Elektronik außerdem
direkt auf das gleiche Substrat wie ein mikrofluidisches
System integriert. Mastrangelo et al. haben die folgenden
Vorrichtungen in ein Siliziumsubstrat eingeschlossen: flui
dische Komponenten, elektrische Treiberkomponenten, Dioden
erfassungskomponenten und fluidische Steuerungselemente
(z. B. Thermoventilsteuerung). Obwohl Mastrangelo et al. inte
grierte mikrofluidische und elektronische Komponenten of
fenbaren, sind die mikrofluidischen und elektronischen Kom
ponenten auf dem gleichen Substrat hergestellt. Die Her
stellung sowohl der mikrofluidischen als auch der elektro
nischen Komponenten auf dem gleichen Substrat ist nicht nur
teuerer und schwieriger, als die Herstellung mikrofluidi
scher Komponenten, sondern beschränkt außerdem die Auswahl
der Materialien und Prozesse, die zum Herstellen der Kompo
nenten zur Verfügung stehen. Ferner kann die Qualität der
gefertigten Komponenten leichter gesteuert werden, wenn die
Komponenten getrennt voneinander und unter Verwendung be
kannter Techniken gefertigt werden.
Mikrofluidische Systeme werden aus Polymer, Glas, Silizium,
und Keramiksubstraten hergestellt. Eine auf oder in Silizi
um hergestellte mikrofluidische Komponente kann elektrische
und Datenanalysekomponenten direkt auf dem Siliziumsubstrat
hergestellt haben, wie es von Mastrangelo et al. beschrie
ben ist. Dies kann jedoch auf Polymer- oder Glassubstraten
nur schwer erreicht werden. Polymer- und Glassubstrate sind
die nützlichsten Substrate für mikrofluidische Anwendungen
und es ist daher wünschenswert, Polymer- oder Glassubstrate
mit Elektronikkomponenten zu integrieren. Hinsichtlich des
Bedarfs Elektronikkomponenten in nächster Nähe zu mi
krofluidischen Komponenten zu haben, und hinsichtlich der
Bevorzugung von mikrofluidischen Polymer- oder Glassubstra
ten, wird ein mikrofluidisches System mit einer mikroflui
dischen Komponente benötigt, das idealerweise aus Polymer
oder Glas gebildet ist, das mit einer Elektronikkomponente
integriert ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein inte
griertes Mikrosystem für verschiedene Kombinationen von mi
krofluidischen Komponenten und Elektronikkomponenten zu
schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein integriertes Mikrosystem gemäß
Anspruch 1, 13 oder 16 gelöst.
Eine mikrofluidische Komponente mit einem mikrofluidischen
Kanal ist mit einer Elektronikkomponente verbunden, die ei
ne Schaltung zum Verarbeiten von Signalen aufweist, die auf
die mikrofluidische Komponente bezogen sind. Bei einem Aus
führungsbeispiel ist die Elektronikkomponente ein vorgefer
tigter bzw. vorabhergestellter integrierter Schaltungschip,
der Signalverarbeitung- und/oder Verarbeitungssteuerungs
schaltungen umfaßt, die einen wesentlich höheren Funktiona
litätsgrad liefern als eine schlichte Photodiode. Die mi
krofluidische Komponente der Erfindung ist vorzugsweise aus
Polymer hergestellt, und der integrierte Schaltungschip ist
vorzugsweise mit der mikrofluidischen Komponente verbunden,
unter Verwendung eines Flip-Chip-(Umkehr-Chip-)Typ Prozes
ses, der in der integrierten Schaltungsindustrie weit ver
breitet ist. Die Verbindung der mikrofluidischen Komponente
mit der Elektronikkomponente schafft eine modulare Archi
tektur, bei der verschiedene Kombinationen von mikrofluidi
schen Komponenten und Elektronikkomponenten verwendet wer
den können, um individuell gestaltete Verarbeitungs- und
Analysewerkzeuge zu erzeugen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die mi
krofluidische Komponente ein Substrat, das Merkmale auf
weist, wie z. B. mikrofluidische Kanäle, mikrofluidische
Kammern und mikrofluidische Flußsteuerungselemente. Daher
kann die mikrofluidische Komponente bekannte Merkmale um
fassen, wie z. B. Kapillarkanäle, Trennungskanäle, Erfas
sungskanäle, Ventile und Pumpen.
Die mikrofluidischen Komponenten können auf direkte Weise,
wie z. B. Photolithographieverfahren, chemisches Trocken-
oder Naßätzen, Laserablation oder traditionelle Bearbeitung
hergestellt werden. Die mikrofluidische Komponente kann au
ßerdem auf indirekte Weise, wie z. B. Spritzgießen, heißes
Prägen, Gießen oder andere Verfahren, die eine Form oder
ein gemustertes Werkzeug verwenden, um die Merkmale der mi
krofluidischen Komponente zu bilden, hergestellt werden.
Das mikrofluidische Substrat ist aus einem Material wie z. B. Polymer, Glas, Silizium, Metall, oder Keramik herge
stellt. Ein Polymer, wie z. B. Polyimid oder Polymethyl
methacrylat (PMMA) wird bevorzugt. Die mikrofluidische Kom
ponente wird im wesentlichen hergestellt, bevor die Elek
tronikkomponente damit verbunden wird.
Zusätzlich zu den mikrofluidischen Merkmalen kann die mi
krofluidische Komponente leitfähige Spuren umfassen, die
innerhalb des Substrats und/oder auf der Oberfläche des
Substrats gebildet sind. Die leitfähigen Spuren schaffen
elektrische Verbindung zwischen der Elektronikkomponente
und verschiedenen elektrischen Merkmalen auf oder in der
mikrofluidischen Komponente. Diese elektrischen Merkmale
können umfassen: (1) direkte Kontakte mit dem Fluid; (2)
Elemente, die entweder in Kontakt oder nicht in Kontakt mit
dem Fluid sind und den Fluß oder den Betrieb des Fluids
oder seiner Inhalte steuern; (3) Sensoren, die in direktem
Kontakt mit dem Fluid sind; (4) Sensoren, die nicht in di
rektem Kontakt mit dem Fluid sind; (5) elektrische Heiz-
oder Kühlelemente, die in oder auf der mikrofluidischen
Komponente integriert sind; (6) Elemente, die Oberflächen
veränderungen innerhalb der mikrofluidischen Komponente be
wirken können; und (7) aktive mikrofluidische Steuerungs
elemente, wie z. B. Ventile, Pumpen und Mischer. Leitfähige
Spuren können außerdem zu Kontaktanschlußflächen auf der
mikrofluidischen Komponente führen, die elektrische Verbin
dungen zu Systemen außerhalb der Komponente, wie z. B. Si
gnalprozessoren, Signalausgabevorrichtungen, Leistungsver
sorgungen, und/oder Datenspeichersystemen schaffen. Die
Schaffung von Kontaktanschlußflächen auf der mikrofluidi
schen Komponente für die Verbindung zu Systemen außerhalb
der Komponente, kann den Bedarf beseitigen, solche Kontak
tanschlußflächen auf der Elektronikkomponente vorzusehen.
Obwohl die Elektronikkomponente aus diskreten elektrischen
Elementen auf einem gewöhnlichen Substrat gebildet werden
kann, wie z. B. auf einer herkömmlichen gedruckten Schal
tungsplatine, ist die Komponente vorzugsweise eine vorge
fertigte integrierte Schaltung, die jede einer Vielzahl von
Funktionen ausführen kann. Die vorgefertigte integrierte
Schaltung kann eine Kombination von Operationsverstärkern,
Transistoren, Dioden, Multiplexern, Schaltern, Filtern,
usw. umfassen, die Funktionen, wie z. B. Signalerfassung,
Signalverarbeitung, Puffern, und/oder Steuerungsfunktionen
erfüllen. Die Elektronikkomponente kann beispielsweise eine
anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC = appli
cation specific integrated circuit) sein. Die Elektronik
komponente ist vorzugsweise mit der mikrofluidischen Kompo
nente unter Verwendung einer Flip-Chip-Verbindung, wie z. B.
einer Lötmittelhöckerbefestigung, Goldplattierungsbefe
stigung oder einer Befestigung durch ein leitfähiges Haft
mittel, verbunden. Vorzugsweise ist diese Komponente eine
elektrische Komponente, die innerhalb des Bereichs der mi
krofluidischen Komponente befestigt ist, derart, daß die
elektrische Komponente nicht über die Seite der mikroflui
dischen Komponente hinausragt. Eine einseitig eingespannte
Elektronikkomponente kann jedoch als eine Einrichtung zum
Freilegen von Kontaktanschlußflächen für die direkte Ver
bindung der Elektronikkomponente mit einem System außerhalb
der Komponente verwendet werden. Als eine Alternative zu
dem integrierten Schaltungschip besteht die Elektronikkom
ponente aus diskreten elektrischen Vorrichtungen, die auf
einem geeigneten Substrat, wie z. B. einer gedruckten
Schaltungsplatine, befestigt sind, die dann unter Verwen
dung einer der obigen Methoden mit der mikrofluidische Kom
ponente verbunden wird.
Gleichartig zu der mikrofluidischen Komponente, wird die
Elektronikkomponente in einem getrennten Verfahren herge
stellt, entweder unter Verwendung von herkömmlichen Halb
leiterverarbeitungstechniken, oder der Anordnung diskreter
elektrischer Elemente, wie z. B. Widerstände, Kondensato
ren, Operationsverstärker und dergleichen. Die Elektronik
komponente kann eine Kombination aus Speicher, Signalerfas
sung, Signalverarbeitung- und Steuerungsschaltungsanordnung
umfassen. Die Signalerfassungsschaltungsanordnung kann
elektrische Felder, Magnetfelder, Leitfähigkeit, Wider
standsfähigkeit, elektrischen Strom, dielektrische Konstan
ten, chemische Eigenschaften, Temperatur, Druck, und/oder
Licht erfassen, abhängig von den Betriebsanforderungen der
mikrofluidischen Komponente. Die Signalverarbeitungsschal
tungsanordnung kann beispielsweise ein Signal verstärken,
filtern, von analog zu digital umwandeln, und/oder auf der
Basis von Signaleingängen logische Entscheidungen treffen.
Die Steuerungsschaltungsanordnung kann Spannungssteuerung,
Stromsteuerung, Temperatursteuerung und/oder Zeitgebungs
signalerzeugung liefern.
Da die mikrofluidische Komponente und die Elektronikkompo
nente getrennte Vorrichtungen sind, kann die Elektronikkom
ponente an verschiedenen Stellen mit der mikrofluidischen
Komponente verbunden sein. Beispielsweise kann die Elektro
nikkomponente so mit der mikrofluidischen Komponente ver
bunden sein, daß sie sich nicht direkt über irgendwelchen
mikrofluidischen Kanälen oder Kammern befindet. Alternativ
kann die Elektronikkomponente so mit der mikrofluidischen
Komponente verbunden sein, daß sie sich direkt über einem
mikrofluidischen Kanal oder einer mikrofluidischen Kammer
befindet, um direkte Signalerfassung durch die Elektronik
komponente über dem Kanal, der Kammer oder einem anderen
Merkmal zu liefern. Als weitere Möglichkeit kann das System
mehr als eine Elektronikkomponente umfassen, die auf der
gleichen oder auf gegenüberliegenden Seiten mit der mi
krofluidischen Komponente verbunden sind.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wirkt die Elek
tronikkomponente, um eine Rückkopplungsschleife auf dem Sy
stem zwischen der mikrofluidischen Komponente und der Elek
tronikkomponente zu schaffen. Beispielsweise kann die Elek
tronikkomponente einer Heizvorrichtung signalisieren, die
Temperatur an einem bestimmten Bereich der mikrofluidischen
Komponente zu überwachen. Ansprechend auf die überwachte
Temperatur kann die Elektronikkomponente die Temperatur auf
der mikrofluidischen Komponente anpassen, wie sie benötigt
wird, um eine bestimmte Bedingung zu erreichen oder zu er
halten. Andere Prozeßsteuerungen im System können zwischen
der mikrofluidischen Komponente und der Elektronikkomponen
te implementiert werden, um Funktionalität und/oder verbes
serte Leistungsfähigkeit zu schaffen.
Da die Elektronikkomponente und die mikrofluidische Kompo
nente getrennte Vorrichtungen sind, die miteinander verbun
den sind, können die Komponenten getrennt hergestellt wer
den, unter Verwendung von Qualitätskontrollverfahren, die
für jeden Komponententyp spezifisch sind. Zusätzlich kön
nen, da die Elektronikkomponente und die mikrofluidische
Komponente getrennte Vorrichtungen sind, die Komponenten
mit anderen mikrofluidischen und Elektronikkomponenten aus
getauscht werden, um individuell gestaltete Verarbeitungs-
und Analysewerkzeuge zu erzeugen. Beispielsweise können
verschiedene integrierte Schaltungen mit einer einzigen Ge
staltung einer mikrofluidischen Komponente verwendet wer
den, um neue Systeme zu erzeugen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich
nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines integrierten
Mikrosystems, das eine Elektronikkomponente um
faßt, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Er
findung mit einer mikrofluidischen Komponente
verbunden ist, wobei sich die Elektronikkomponente
nicht über einem mikrofluidischen Kanal befin
det.
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines integrierten
Mikrosystems, das eine Elektronikkomponente um
faßt, die gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit einer mikrofluidischen Kompo
nente verbunden ist, wobei die Elektronikkompo
nente direkt über einem mikrofluidischen Kanal
angebracht ist.
Fig. 3 eine Seitenschnittansicht eines Abschnitts des
integrierten Mikrosystems von Fig. 2.
Fig. 4 eine Seitenschnittansicht einer alternativen Ein
richtung zum Verbinden einer Elektronikkomponente
mit einer mikrofluidischen Komponente.
Fig. 5 eine perspektivische Draufsicht eines integrier
ten Mikrosystems, das gemäß einem anderen Ausfüh
rungsbeispiel der Erfindung eine einseitig einge
spannte Elektronikkomponente umfaßt.
Fig. 6 eine perspektivische Unteransicht des integrier
ten Mikrosystems von Fig. 5.
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines integrierten
Mikrosystems, das ein Halbleitersubstrat umfaßt,
das gemäß der Erfindung mit einem Kapillarrohr
verbunden ist.
Fig. 8 eine Seitenansicht des in Fig. 3 gezeigten Halb
leitersubstrats und Kapillarrohrs mit einem zu
sätzlichen Halbleitersubstrat, das gemäß der Er
findung an dem Kapillarrohr gegenüber dem ersten
Halbleitersubstrat angebracht ist.
Fig. 1 ist eine Ansicht eines integrierten Mikrosystems 10,
das eine Elektronikkomponente 12 umfaßt, die mit einer mi
krofluidischen Komponente 14 verbunden ist. Die mikroflui
dische Komponente umfaßt ein Substrat, das Merkmale auf
weist, wie z. B. mikrofluidische Kanäle, mikrofluidische
Kammern und mikrofluidische Flußsteuerungselemente. Die mi
krofluidischen Kanäle umfassen Merkmale wie z. B., aber
nicht beschränkt auf, einfache fluidische Übertragungskanä
le, Trennungskanäle, Mischkanäle und dergleichen. Die mi
krofluidischen Abteile können als Fluidbehandlungsabteile
gesehen werden, in denen spezielle Prozesse durchgeführt
werden. Solche Prozesse umfassen, aber sind nicht begrenzt
auf, Mischen, Markieren, Filtern, Extrahieren, Ausfällen,
Digestieren und dergleichen. Mikrofluidische Flußsteue
rungselemente umfassen, aber sind nicht begrenzt auf, Mi
scher, Ventile, Pumpen, Druckregler, Massenflußregler und
dergleichen. Die mikrofluidische Komponente umfaßt außerdem
Merkmale, wie z. B. Eingangs- und Ausgangstore für fluidi
sche Kommunikation mit Vorrichtungen oder Komponenten au
ßerhalb der Komponente.
Die mikrofluidische Komponente kann auf direkte Weise, wie
z. B. durch Photolithographieverfahren, chemisches Naß-
oder Trockenätzen, Laserablation, oder traditionelle Bear
beitung hergestellt werden. Die mikrofluidische Komponente
kann außerdem auf indirekte Weise, wie z. B. Spritzgießen,
heißes Prägen, Gießen oder andere Prozesse, die eine Form
oder ein gemustertes Werkzeug benutzen, um die Merkmale der
mikrofluidischen Komponente zu bilden, hergestellt werden.
Das mikrofluidische Substrat ist aus einem Material wie z. B. Polymer, Glas, Silizium, oder Keramik hergestellt. Poly
mere sind die bevorzugten Substratmaterialien, und Polyimid
ist das am meisten bevorzugte. Polymermaterialien, die hier
besonders in Erwägung gezogen werden, umfassen Materialien,
die aus den folgenden Klassen ausgewählt sind: Polyimide,
PMMA, Polycarbonat, Polystyrol, Polyester, Polyamide, Po
lyether, Polyolefin oder Mischungen derselben.
In der gesamten Anmeldung bezieht sich der Ausdruck "mi
krofluidisch" auf eine Komponente oder ein System, mit Ka
nälen und/oder Kammern, die im allgemeinen im Mikrometer- oder
Submikrometer-Maßstab hergestellt sind. Beispielsweise
weisen die typischen Kanäle oder Kammern zumindest eine
Querschnittabmessung im Bereich von ungefähr 0,1 µm bis et
wa 500 µm auf.
Bezugnehmend insbesondere auf Fig. 1, ist die mikrofluidi
sche Komponente 14 eine planare Vorrichtung, die ein inne
res Fluidbehandlungsabteil 18 mit dem Eingangs- und dem
Ausgangstor 15 und 16 umfaßt, und ferner eine interne Tren
nungskammer 20 mit Eingangs/Ausgangstoren 17 und 22 umfaßt.
Das Fluidbehandlungsabteil und die Trennungskammer sind
durch gestrichelte Linien gezeigt, da sie innerhalb der mi
krofluidischen Komponente 14 gebildet sind. Die gestrichel
ten Linien sind unterbrochen an der Kreuzung des Kanals vom
Abteil 18 mit dem Kanal von dem Trennungskanal 20, da sich
die zwei Kanäle schneiden. Der Ausdruck "Fluidbehandlungs
abteil" wird hier verwendet, um einen Abschnitt der mi
krofluidischen Komponente zu beschreiben, in dem bestimmte
Probenpräparationsprozesse durchgeführt werden. Solche Pro
zesse umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Mischen,
Ettiketieren, Filtern, Extrahieren, Ausfällen, Digestieren
und dergleichen. Die mikrofluidische Komponente umfaßt au
ßerdem leitfähige Spuren 26, 28 und 30, die innerhalb des
Substrat und/oder auf der Oberfläche des Substrats gebildet
sind. Beispielsweise können die leitfähigen Spuren 26 und
28 verwendet werden, um die Leitfähigkeit eines jeweiligen
Materials an einem Punkt entlang des Trennungskanals zu
messen. Die leitfähigen Spuren 26 und 28 erstrecken sich zu
der Elektronikkomponente 12, die mit der mikrofluidischen
Komponente 14 verbunden ist. Die mikrofluidische Komponente
umfaßt außerdem leitfähige Spuren 30, welche die Elektro
nikkomponente mit den Kontaktanschlußflächen 32 verbinden.
Die Kontaktanschlußflächen können elektrische Verbindungen
zu Systemen außerhalb des Chips, wie z. B. Signalprozesso
ren, Signalausgabevorrichtungen, einer Leistungsversorgung,
und/oder Datenspeichersystemen schaffen. Die Schaffung von
Eingangs/Ausgangskontaktanschlußflächen auf der mikroflui
dischen Komponente eliminiert den Bedarf, solche Kontaktan
schlußflächen auf der Elektronikkomponente vorzusehen.
Die mikrofluidische Komponente 14 ist eine Vorrichtung, die
getrennt von der Elektronikkomponente 12 hergestellt wird.
Das heißt, daß die mikrofluidische Komponente nicht durch
Aufbringen einer Reihe von Schichten auf oder in Verbindung
mit der Elektronikkomponente hergestellt wird.
Die Elektronikkomponente 12 ist eine vorgefertigte inte
grierte Schaltung, die jede einer Vielzahl von Funktionen
ausführen kann. Alternativ ist die Elektronikkomponente ein
Satz diskreter Elektronikkomponenten, die auf einem geeig
neten Substrat befestigt sind, wie z. B. einer herkömmli
chen gedruckten Schaltungsplatine oder dergleichen. Der
Ausdruck "Elektronikkomponente" wird hier verwendet, um
sich auf eine Vorrichtung zu beziehen, die von der Beschaf
fenheit her überwiegend elektronisch ist, und einen oder
mehreren der Vorgänge, die nachfolgend beschrieben werden
durchführt. Im Gegensatz zum oben zitierten System von
Kramer et al., das nur eine einfache Photodiode offenbart,
die mit einer mikrofluidischen Komponente verbunden ist,
hat die Elektronikkomponente von Fig. 1 eine Schaltungsan
ordnung (nicht gezeigt), die eine Kombination von Operati
onsverstärkern, Transistoren, Dioden, Multiplexern, Schal
tern, Filtern, Logik, Digital/Analog-Wandlern, Ana
log/Digital-Wandlern, usw. umfassen kann, die Funktionen
wie z. B. Signalerfassung, Signalverarbeitung, Puffern,
und/oder Signal- oder Flußsteuerung durchführen. Die Elek
tronikkomponente ist vorzugsweise elektrisch verbunden mit
der fluidischen Komponente, unter Verwendung einer
Flip-Chip-Verbindung, wie z. B. Lötmittelhöckerbefestigung, Ver
goldungsbefestigung, oder elektrisch leitfähige Haftbefe
stigung. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich
die Elektronikkomponente vollständig innerhalb des Berei
ches der mikrofluidischen Komponente, so daß die
Elektronikkomponente nicht über die Ecke der mikrofluidischen Kom
ponente hinausragt. Alternativ besteht die Elektronikkompo
nente aus diskreten elektrischen Vorrichtungen, die auf ei
nem geeigneten Substrat befestigt sind, das dann unter Ver
wendung bekannter Techniken mit der mikrofluidischen Kompo
nente verbunden wird. Die Elektronikkomponente wird unter
Verwendung herkömmlicher Halbleiterverarbeitungstechniken
getrennt von der mikrofluidischen Komponente hergestellt.
Die Elektronikkomponente 12 kann eine Signalerfassungs
schaltungsanordnung umfassen. Die Signalerfassungsschal
tungsanordnung kann elektrische Felder, elektrischen Strom,
Temperatur, Leitfähigkeit, Widerstandsfähigkeit, magneti
sche Felder, dielektrische Konstanten, chemische Eigen
schaften, Druck oder Licht erfassen, abhängig von den Be
triebserfordernissen der mikrofluidischen Komponente. Die
Techniken, die zur Erfassung dieser Eigenschaften verwendet
werden, sind in der mikrofluidischen und elektronischen
Technik bekannt und werden hier nicht näher beschrieben. Es
wird darauf hingewiesen, das die Schaltungsanordnung zum
Erfassen anderer Phänomene ebenfalls in der Elektronikkom
ponente umfaßt sein können.
Die Elektronikkomponente 12 kann außerdem eine Signalverar
beitungsschaltungsanordnung umfassen. Die Signalverarbei
tungsschaltungsanordnung kann beispielsweise ein Signal
verstärken, ein Signal filtern, ein Signal von analog zu
digital umwandeln, und auf der Basis von Signaleingängen
logische Entscheidungen treffen. Da die Möglichkeiten für
die Signalverarbeitung zahlreich sind, wird darauf hinge
wiesen, daß jeder Typ von Steuerungsschaltungsanordnung für
die Implementierung in der Elektronikkomponente vorhergese
hen ist.
Die Elektronikkomponente 12 kann außerdem Software oder
Firmware enthalten, die durch ihren Betrieb die Tätigkeit
der Schaltungsanordnung führt oder steuert. Beispielsweise
kann die Elektronikkomponente programmierbare Logik enthalten,
die es ermöglicht, daß ein programmierter Algorithmus
ausgeführt wird, so daß er bestimmte Funktionen erfüllt.
Diese Funktionen können Signalfiltern, Signalrückkopplung,
Steuerungsvorgänge, Signalunterbrechung und andere Formen
der Signalverarbeitung umfassen.
Die Elektronikkomponente 12 ist vorzugsweise eine inte
grierte Schaltung, die mit der mikrofluidischen Komponente
14 verbunden ist. Das Verbinden der mikrofluidischen Kompo
nente mit der Elektronikkomponente kann die Verwendung von
Kontaktlöten beinhalten, um entsprechende elektrische Kon
taktpunkte auf mikrofluidischen Komponente und der inte
grierten Schaltung zu verbinden. Das Kontaktlötmittel kann
auf die maximale Temperatur eingestellt werden, die von dem
mikrofluidischen Substrat ausgehalten werden kann. Alterna
tiv können Goldkontakthöcker, Goldkontaktanschlußflächen,
oder leitfähige Haftmittel verwendet werden, um elektri
schen Kontakt zwischen der Elektronikkomponente und der mi
krofluidischen Komponente zu schaffen. Das Verbinden der
Elektronikkomponente mit der mikrofluidischen Komponente
kann unter Verwendung eines nicht leitfähigen Haftmittels
oder eines Bondingverfahrens durchgeführt werden. Die mi
krofluidische Komponente kann Kontaktanschlußflächen 32 um
fassen, welche die integrierte Schaltung mit entfernten Sy
stemen (außerhalb der Komponente) verbinden. Obwohl die mi
krofluidische Komponente von Fig. 1 die Kontaktanschlußflä
chen umfaßt, um die integrierte Schaltung mit entfernten
Systemen zu verbinden, sind andere Anordnungen möglich, bei
denen die Kontakte in die Elektronikkomponente integriert
sind.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Elektronik
komponente 12 alle der elektrischen Funktionen des Systems
liefern, während die mikrofluidische Komponente keine elek
trisch leitfähige Merkmale aufweist. Beispielsweise kann
die Elektronikkomponente alle der elektrischen Verbindungen
außerhalb des Systems, alle der elektrischen, Photo-, phy
sikalischen oder chemischen Sensoren, alle der
Signalverarbeitungsschaltungsanordnungen und alle der Datenverbindun
gen umfassen. Bei diesem Ausführungsbeispiel müssen die
Elektronikkomponente und die mikrofluidische Komponente nur
mechanisch verbunden sein, da keine elektrische Verbindung
erforderlich ist.
Die Elektronikkomponente 12 kann an unterschiedlichen Stel
len mit der mikrofluidischen Komponente verbunden sein. Wie
in Fig. 1 gezeigt, befindet sich die Elektronikkomponente
nicht direkt über einem der mikrofluidischen Kanäle oder
Kammern. Wenn sich die Elektronikkomponente nicht direkt
über einem mikrofluidischen Kanal oder einer mikrofluidi
schen Kammer befindet, kann die Plazierung der Elektronik
komponente mit minimaler Genauigkeit durchgeführt werden,
da nur die Ausrichtung der elektrischen Kontaktanschlußflä
chen erforderlich ist. Eine Plazierungstoleranz von unge
fähr 50 bis 200 µm ist beispielsweise akzeptabel. Die inte
grierte Schaltung kann alternativ direkt über einem mi
krofluidischen Kanal oder einer mikrofluidischen Kammer an
geordnet werden, um direkte Signalerfassung durch eine Er
fassungsvorrichtung zu liefern, die in die Elektronikkompo
nente integriert ist. Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen
eine Anordnung, bei der die Elektronikkomponente 12 direkt
über dem Trennungskanal 20 innerhalb der mikrofluidischen
Komponente 14 Flip-Chip verbunden ist. Unter besonderer Be
zugnahme auf Fig. 3 kann die Elektronikkomponente 12 ver
wendet werden, die Leitfähigkeit des Fluids innerhalb des
Trennungskanals 20 zu messen. Die Elektronikkomponente ist
mit der Oberfläche der mikrofluidischen Komponente 12 an
einem leitfähigen Bauteilpaar 33 und 35, wie z. B. Kontak
tanschlußflächen, in Kontakt. Jede Kontaktanschlußfläche
ist kapazitiv gekoppelt mit dem Fluid innerhalb dem Tren
nungskanal, da das Substratmaterial der mikrofluidischen
Komponente ein Nichtleiter zwischen zwei leitfähigen Mate
rialien ist. Falls eine der Kontaktanschlußflächen mit ei
ner Wechselstromquelle verbunden ist und das andere Kontak
tanschlußflächen mit einem Detektor verbunden ist, kann die
Leitfähigkeit des Fluids gemessen werden. Die
Schaltungsanordnung zum Überwachen der dynamischen Leitfähigkeit des
Fluids befindet sich zumindest teilweise innerhalb der
Elektronikkomponente 12 enthalten.
Es ist möglich, daß mehr als eine Elektronikkomponente mit
der mikrofluidischen Komponente verbunden ist. Gemäß Fig. 4
werden zwei Elektronikkomponenten 37 und 39 gezeigt, die
mit gegenüberliegenden Seiten des Substrats, das die mi
krofluidische Komponente 14 bildet, verbunden sind. Her
kömmliche Verbindungsdrähte 41 können verwendet werden, um
eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktanschluß
flächen 43 auf der Elektronikkomponente und der Kontaktan
schlußfläche 45 auf der mikrofluidischen Komponente zu
schaffen, es können aber auch andere Techniken zum elektri
schen Verbinden der Komponenten verwendet werden. Als ein
mögliches Beispiel kann die Komponente 39 ein integrierter
Schaltungschip sein, der spezifisch ist für mikrofluidische
Steuerungsfunktionen, und die Komponente 37 kann ein weite
rer integrierter Schaltungschip sein, der spezifisch ist
für Signalverarbeitungsfunktionen.
Bei erneuter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2, wirkt die
Elektronikkomponente 12 bei einem Ausführungsbeispiel des
integrierten Mikrosystems 10, um eine Rückkopplungsschleife
zwischen der mikrofluidischen Komponente 14 und der Elek
tronikkomponente zu schaffen. Beispielsweise kann die Tem
peratur einer Region auf der mikrofluidischen Komponente
durch die Elektronikkomponente überwacht werden. Anspre
chend auf die gemessene Temperatur kann die Elektronikkom
ponente die Temperatur der überwachten Region auf der mi
krofluidischen Komponente anpassen, wie es benötigt wird,
um die gewünschte Temperatur zu erreichen oder beizubehal
ten. Die Rückmeldung zwischen der mikrofluidischen Kompo
nente und der Elektronikkomponente ist beispielsweise nütz
lich bei Verarbeitungs- oder Analysetechniken, die mehrere
Temperaturänderungen erfordern. Obwohl die Temperatursteue
rung beschrieben wird als ein spezifisches Beispiel einer
Rückkopplungsimplementation, können auch andere
Rückkopplungsschleifen im System zwischen der mikrofluidischen Kom
ponente und der Elektronikkomponente implementiert werden,
um verbesserte Leistungsfähigkeit zu schaffen. Die Bereit
stellung von Signalverarbeitung innerhalb der integrierten
Schaltung, die mit der mikrofluidischen Komponente
Flip-Chip verbunden ist, ermöglicht die Steuerung verschiedener
Prozesse, wie z. B. Meß-, Reaktions-, Konzentrations-, oder
Trennungsprozesse.
Ein Vorteil des Verbindens einer Elektronikkomponente mit
einer mikrofluidischen Komponente besteht darin, daß die
zwei Komponenten eine modulare Architektur bilden, bei der
jede Komponente getrennt hergestellt werden kann. Elektro
nikkomponenten und fluidische Komponenten erfordern unter
schiedliche Materialien und Herstellungsverfahren. Die
Trennung ihrer Herstellung beseitigt die Schwierigkeiten
des Integrierens der Herstellungsprozesse und unterschied
lichen Materialien. Ferner ermöglicht die Herstellung der
Elektronikkomponente getrennt von der mikrofluidischen Kom
ponente Qualitätssteuerungsverfahren, die spezifisch sind
für den Vorrichtungstyp, der hergestellt wird. Beispiels
weise sind die Umweltsteuerungsanforderungen für die Her
stellung integrierter Schaltungen nicht die gleichen wie
bei der Herstellung von mikrofluidischen Komponenten. Da
die Elektronikkomponente und die mikrofluidische Komponente
getrennt voneinander hergestellt werden, sind die zwei Kom
ponenten darüberhinaus mit anderen mikrofluidischen Kompo
nenten und Elektronikkomponenten austauschbar. Beispiels
weise kann die gleiche Ausführung einer mikrofluidischen
Komponente mit verschiedenen Elektronikkomponenten ausge
stattet werden, um unterschiedliche Ziele zu erreichen.
Durch Verwendung der gleichen mikrofluidischen Komponente,
um Systeme mit verschiedenen Fähigkeiten zu erzeugen, wer
den die Kosten für die Entwicklung mikrofluidischer Kompo
nenten vermieden, während Flexibilität bei der Verarbeitung
und Steuerung ermöglicht wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in den
Fig. 5 und 6 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist
die Elektronikkomponente 47 einseitig eingespannt von der
Ecke des Substrats, das die mikrofluidische Komponente 14
bildet. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels liegt dar
in, daß die Kontaktanschlußflächen 49 auf der unteren Ober
fläche der Elektronikkomponente frei liegen, wodurch direk
te Verbindungen mit einer Schaltungsanordnung außerhalb des
Systems ermöglicht werden. Das heißt, daß die Spuren 30 und
Kontaktanschlußflächen 33 von Fig. 1 nicht erforderlich
sind. Wahlweise kann sich die einseitig eingespannt Elek
tronikkomponente 47 über einen mikrofluidischen Kanal oder
eine mikrofluidische Kammer erstrecken und Funktionen er
füllen (z. B. Temperaturüberwachung) die keine elektrischen
Verbindungen zwischen der Elektronikkomponente 47 und der
mikrofluidischen Komponente 14 erfordern. Daher wären die
leitfähigen Spuren 26 und 28 von Fig. 5 nicht notwendig,
aber die Elektronikkomponente würde sich über einen Teil
des Trennungskanals 20 oder der Fluidbehandlungskammer 18
erstrecken.
Fig. 7 ist eine Darstellung eines alternativen Ausführungs
beispiels eines integrierten Mikrosystems 50 gemäß der Er
findung. Das integrierte Mikrosystem umfaßt eine mikroflui
dische Komponente in Form eines Kapillarrohrs 52, das ver
bunden ist mit einem Halbleitersubstrat 54. Das Halbleiter
substrat umfaßt die Schaltungsanordnung 56 auf dem Chip,
die jede der oben mit Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2
beschriebenen Funktionen erfüllen kann. Das Halbleitersub
strat kann außerdem Kontaktanschlußflächen 56 und leitfähi
ge Spuren 58 umfassen, zum Verbinden der Schaltungsanord
nung auf dem Chip mit einem entfernten System. Das Halblei
tersubstrat kann außerdem kapillare Kontaktanschlußflächen
60 umfassen, die elektrische Verbindung schaffen zwischen
dem Halbleitersubstrat und den Kontaktanschlußflächen 62,
die auf dem Kapillarrohr gebildet sind. Die Kontaktan
schlußflächen 60 auf dem Halbleitersubstrat sind mit der
Schaltungsanordnung auf dem Chip durch zusätzliche leitfä
hige Spuren 64 verbunden.
Wie in Fig. 7 gezeigt, ist das Kapillarrohr 52 mit dem Si
liziumsubstrat 54 mit Verbindungsmaterial 68 verbunden, so
daß die Kontaktanschlußflächen 60 des Halbleitersubstrats
mit den Kontaktanschlußflächen 62 auf dem Kapillarrohr aus
gerichtet sind. Alternativ kann leitfähiges Haftmittel ver
wendet werden, um leitfähige Merkmale auf dem Komponenten
direkt miteinander zu verbinden. Die Verbindung des Kapil
larrohrs auf das gleiche Substrat, das auch die Schaltungs
anordnung 56 auf dem Chip enthält, ermöglicht es, daß die
Erfassung und Analyse der Fluide innerhalb des Kapillar
rohrs durchgeführt wird mit all den Vorteilen und Fähigkei
ten, die oben mit Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 be
schrieben wurden. Das integrierte Mikrosystem 50 von Fig. 7
kann beispielsweise bei einer Kapillarelektrophorese ver
wendet werden.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann ein zweites
Halbleitersubstrat auf dem Kapillarrohr 52, das in Fig. 7
gezeigt ist, verbunden werden. Fig. 8 zeigt eine Seitenan
sicht zweier planarer Halbleitersubstrate 54 und 70, die
auf gegenüberliegenden Seiten des Kapillarrohrs verbunden
sind, mit Verbindungsmaterial 68, wie z. B. einem Klebstoff
oder Lötmetall. Die elektrischen Kontaktpunkte zwischen den
Halbleitersubstraten und dem Kapillarrohr können nach Be
darf zwischen den beiden Substraten verteilt werden. Bei
spielsweise kann das am weitesten links liegende Kapillar
kontaktanschlußflächen 52 mit dem oberen Substrat 70 und
der verwandten Schaltungsanordnung elektrisch verbunden
sein, und die beiden am weitesten rechts liegenden Kapil
larkontaktanschlußflächen können mit dem unteren Substrat
54 und der verwandten Schaltungsanordnung elektrisch ver
bunden sein. Ein zusätzlicher Vorteil dieses Ausführungs
beispiels der Erfindung liegt darin, daß es verbesserten
Schutz der aktiven Abschnitte sowohl der Elektronikkompo
nente als auch des Kapillarrohrs bietet.
Claims (20)
1. Integriertes Mikrosystem (10; 50) mit:
einer mikrofluidischen Komponente (14; 52) mit mikro fluidischen Merkmalen (15, 16, 17, 20, 22) zum Beför dern eines interessierenden Fluids; und
einer Elektronikkomponente (12; 37, 39; 47; 56), die mit der mikrofluidischen Komponente (14; 52) verbunden ist, wobei die Elektronikkomponente eine Signalerfas sungs- und Signalverarbeitungsschaltungsanordnung auf weist, um eine Eigenschaft des interessierenden Fluids zu bewerten.
einer mikrofluidischen Komponente (14; 52) mit mikro fluidischen Merkmalen (15, 16, 17, 20, 22) zum Beför dern eines interessierenden Fluids; und
einer Elektronikkomponente (12; 37, 39; 47; 56), die mit der mikrofluidischen Komponente (14; 52) verbunden ist, wobei die Elektronikkomponente eine Signalerfas sungs- und Signalverarbeitungsschaltungsanordnung auf weist, um eine Eigenschaft des interessierenden Fluids zu bewerten.
2. Integriertes Mikrosystem (10; 50) gemäß Anspruch 1,
bei dem die Elektronikkomponente (12; 47) ein integ
rierter Schaltungschip (12; 47) ist, der mit der
mikrofluidischen Komponente (14; 52) verbunden ist.
3. Integriertes Mikrosystem (10; 50) gemäß Anspruch 1
oder 2, bei dem die Elektronikkomponente (12; 37, 39;
47; 56) aus diskreten elektronischen Bauelementen auf
einem Substrat gebildet ist, das mit der mikrofluidi
schen Komponente (14; 52) verbunden ist.
4. Integriertes Mikrosystem (10; 50) gemäß einem der An
sprüche 1 bis 3, bei dem die Schaltungsanordnung der
Elektronikkomponente einen Ausgang zum Liefern einer
direkten Rückkopplung zu der mikrofluidischen Kompo
nente (14; 52) ansprechend auf Signale der Schaltungs
anordnung umfasst, wodurch eine Rückkopplungsschleife
erzeugt wird, die innerhalb des integrierten Mikrosys
tems getrennt ist.
5. Integriertes Mikrosystem (10; 50) gemäß einem der An
sprüche 1 bis 4, bei dem die Elektronikkomponente (12;
37, 39; 47; 56) eine Signalverstärkerschaltung zum
Verstärken eines Signals von einer Signalerfassungs
teilschaltung der Schaltungsanordnung umfaßt.
6. Integriertes Mikrosystem (10; 50) gemäß einem der An
sprüche 1 bis 5, bei dem die Elektronikkomponente (12;
37, 39; 47; 56) eine integrierte Schaltung ist.
7. Integriertes Mikrosystem (10; 50) gemäß einem der An
sprüche 1 bis 6, bei dem die Elektronikkomponente (12;
37, 39; 47; 56) diskrete elektrische Bauelemente um
faßt.
8. Integriertes Mikrosystem (10; 50) gemäß einem der An
sprüche 1 bis 7, bei dem die Elektronikkomponente (12;
37, 39; 47; 56) Firmware zur Signalverarbeitung und
Signalsteuerung auf der Elektronikkomponente umfaßt.
9. Integriertes Mikrosystem (10; 50) gemäß einem der An
sprüche 1 bis 8, bei dem die Elektronikkomponente mit
der mikrofluidischen Komponente (14; 52) derart ver
bunden ist, daß sich ein Detektorelement direkt über
mindestens einem der mikrofluidischen Merkmale (15,
16, 17, 20, 22) der mikrofluidischen Komponente (14;
52) befindet.
10. Integriertes Mikrosystem (50) gemäß einem der Ansprü
che 1 bis 9, bei dem die mikrofluidische Komponente
(14; 52) eine Kapillarröhre ist, und bei dem die Elek
tronikkomponente (12; 37, 39; 47; 56) ein Substrat
(54) ist, das eine integrierte Schaltung (12; 47) um
faßt, die innerhalb des Substrats (54) gebildet ist.
11. Integriertes Mikrosystem (10; 50) gemäß einem der An
sprüche 1 bis 10, das ferner eine zweite Elektronik
komponente umfaßt, die mit der mikrofluidischen Kompo
nente verbunden ist.
12. Integriertes Mikrosystem (10) gemäß Anspruch 11, bei
dem sich die Elektronikkomponente und die zweite Elek
tronikkomponente auf gegenüberliegenden Seiten der mi
krofluidischen Komponente (14) befinden.
13. Integriertes Mikrosystem (50) mit:
einer mikrofluidischen Komponente (52) mit mikroflui dischen Merkmalen in derselben, und
einem eine elektrische Schaltung enthaltendes Sub strat, das mit der mikrofluidischen Komponente (52) verbunden ist, wobei das eine elektrische Schaltung enthaltende Substrat eine elektrische Signalverarbei tungsschaltung zum Verarbeiten von Signalen umfaßt, die auf die Fluideigenschaften innerhalb der mi krofluidischen Kanäle bezogen sind.
einer mikrofluidischen Komponente (52) mit mikroflui dischen Merkmalen in derselben, und
einem eine elektrische Schaltung enthaltendes Sub strat, das mit der mikrofluidischen Komponente (52) verbunden ist, wobei das eine elektrische Schaltung enthaltende Substrat eine elektrische Signalverarbei tungsschaltung zum Verarbeiten von Signalen umfaßt, die auf die Fluideigenschaften innerhalb der mi krofluidischen Kanäle bezogen sind.
14. Integriertes Mikrosystem (50) gemäß Anspruch 13, bei
dem das die elektrische Schaltung enthaltende Substrat
eine Einrichtung zum Erfassen von Signalen von der mi
krofluidischen Komponente (52) und zum Steuern eines
Prozesses innerhalb der mikrofluidischen Merkmale an
sprechend auf erfaßte Signale von der mikrofluidischen
Komponente (52) enthält.
15. Integriertes Mikrosystem gemäß Anspruch 13 oder 14,
bei dem die Einrichtung zum Erfassen und Steuern Echt
zeitantwortsignale zu der mikrofluidischen Komponente
(52) liefert.
16. Integriertes Mikrosystem (10) mit:
einer mikrofluidischen Komponente (14) mit mikroflui dischen Merkmalen (15, 16, 17, 20, 22) zum Befördern eines interessierenden Fluids; und
eine Elektronikkomponente (12), die mit der mikroflui dischen Komponente (14) verbunden ist, wobei die Elek tronikkomponente (12) eine Schaltungsanordnung auf weist, um einen Prozeß innerhalb der mikrofluidischen Komponente (14) zu steuern.
einer mikrofluidischen Komponente (14) mit mikroflui dischen Merkmalen (15, 16, 17, 20, 22) zum Befördern eines interessierenden Fluids; und
eine Elektronikkomponente (12), die mit der mikroflui dischen Komponente (14) verbunden ist, wobei die Elek tronikkomponente (12) eine Schaltungsanordnung auf weist, um einen Prozeß innerhalb der mikrofluidischen Komponente (14) zu steuern.
17. Integriertes Mikrosystem (10) gemäß Anspruch 16, bei
dem die Schaltungsanordnung der Elektronikkomponente
(12) die Steuerung zumindest entweder eines Reakti
ons-, Konzentrations- oder Trennungsprozesses ermög
licht, der innerhalb der mikrofluidischen Merkmale der
mikrofluidischen Komponente (14) auftritt.
18. Integriertes Mikrosystem (10) gemäß Anspruch 16 oder
17, bei dem die Schaltungsanordnung der Elektronikkom
ponente (12) die Steuerung des Flusses der Fluide in
nerhalb der mikrofluidischen Komponente (14) ermög
licht.
19. Integriertes Mikrosystem (10) gemäß einem der Ansprü
che 16 bis 18, bei dem die Schaltungsanordnung der
Elektronikkomponente (12) zumindest entweder eine
Spannungssteuerung, eine Stromsteuerung, eine Steue
rung eines elektrischen Feldes oder eine Steuerung ei
nes magnetischen Feldes ermöglicht.
20. Integriertes Mikrosystem (10) gemäß einem der Ansprü
che 16 bis 19, bei dem die Schaltungsanordnung der
Elektronikkomponente (12) außerdem die Signalverarbei
tung von Signalen ermöglicht, die durch die Elektro
nikkomponente (12) in Zusammenwirkung mit der mi
krofluidischen Komponente (14) erzeugt werden.
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