DE112010005887T5

DE112010005887T5 - Mikrofluidische Vorrichtung zum Modifizieren eines Fluidflusses und mikrofluidisches System mit der mikrofluidischen Vorrichtung

Info

Publication number: DE112010005887T5
Application number: DE201011005887
Authority: DE
Inventors: Huanming Xia; Zhiping Wang; Wei Fan; Zhenfeng Wang
Original assignee: Agency for Science Technology and Research Singapore
Current assignee: Agency for Science Technology and Research Singapore
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2013-09-12
Also published as: WO2012036627A1; US20130240073A1

Abstract

In einer Ausführungsform kann eine mikrofluidische Vorrichtung zum Modifizieren eines Fluidflusses bereitgestellt sein. Die mikrofluidische Vorrichtung kann aufweisen eine Kammer mit einem ersten Kammerabschnitt mit einem Einlass, welcher konfiguriert ist, um einen Fluidfluss in die Kammer hinein zu erhalten, einem zweiten Kammerabschnitt mit einem Auslass, der konfiguriert ist, um einen modifizierten Fluidfluss aus der Kammer heraus zu erlauben, wobei der zweite Kammerabschnitt im Vergleich zu dem ersten Kammerabschnitt einen kleineren Kammerquerschnitt definiert, und wenigstens einer Haltestruktur mit wenigstens einer Haltefläche, welche eine Unterteilung zwischen dem ersten Kammerabschnitt und dem zweiten Kammerabschnitt definiert, und eine Membran in dem ersten Kammerabschnitt, wobei die Membran zwischen einer Position an dem Einlass und einer Position an der wenigstens einen Haltefläche verlagerbar ist durch den Fluidfluss. Ein mikrofluidisches System kann auch bereitgestellt sein, welches die mikrofluidische Vorrichtung aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsformen betreffen eine mikrofluidische Vorrichtung zum Modifizieren eines Fluidflusses und ein mikrofluidisches System mit der mikrofluidischen Vorrichtung.
Hintergrund
Während makroskopische fluidische Oszillatoren gut entwickelt sein mögen, können die Gestaltungsoptionen des mikrofluidischen Oszillators beschränkt sein. Dies kann sein, weil das Strömungsverhalten in mikrofluidischen Vorrichtungen unterschiedlich sein kann zu jenem von makroskopischen fluidischen Vorrichtungen. Konventionelle makroskopische fluidische Oszillatoren können üblicherweise nicht einfach kleiner bemessen werden für mikrofluidische Anwendungen. Mikrofluidische Oszillatorgestaltungen können unterschiedliche Arbeitsprinzipien erfordern.
Fluidische Vorrichtungen können üblicherweise in aktive oder passive Vorrichtungen eingeordnet werden. Aktive Vorrichtungen können Vorrichtungen betreffen, die durch externe Quellen betätigt sind, zum Beispiel piezoelektrische Elemente und magnetische Vorrichtungen einsetzend. Diesbezüglich können aktive Vorrichtungen ein externes Steuerelement erfordern und können hohe Herstellungskosten hervorrufen.
Passive Vorrichtungen können Vorrichtungen betreffen, die durch den Fluss des Fluids seinerseits betätigt sind. Passive Vorrichtungen können gegenüber aktiven Vorrichtungen bevorzugt sein, weil die Vorrichtungen eigenständig sein können. Traditionelle passive fluidische Oszillatoren sind üblicherweise abhängig von den Flussinstabilitäten, welche auftreten bei hoher Reynolds-Zahl (Re), um wie gewünscht zu arbeiten. Sie können nicht verwendet werden für mikrofluidische Anwendungen, weil bei mikrofluidischen Anwendungen der Fluidfluss im Wesentlichen laminar ist (im Allgemeinen charakterisiert durch eine kleine Re). Unglücklicherweise sind bekannte fluidische Oszillatoren, welche bei ausreichend geringer Re für mikrofluidische Anwendungen verwendbar sind, charakterisiert durch niedrige Betriebsfrequenzen, welche nicht gewünscht sein können.
Erfindungserläuterung
In zahlreichen Ausführungsformen kann eine mikrofluidische Vorrichtung zum Modifizieren eines Fluidflusses bereitgestellt sein. Die mikrofluidische Vorrichtung kann aufweisen eine Kammer mit einem ersten Kammerabschnitt mit einem Einlass, der konfiguriert ist, um einen Fluidfluss in die Kammer hinein zu erhalten, einem zweiten Kammerabschnitt mit einem Auslass, der konfiguriert ist, um einen modifizierten Fluidfluss aus der Kammer heraus zu erlauben, wobei der zweite Kammerabschnitt im Vergleich zu dem ersten Kammerabschnitt einen kleineren Kammerquerschnitt definiert, und wenigstens einer Haltestruktur mit wenigstens einer Haltefläche, welche eine Unterteilung zwischen dem ersten Kammerabschnitt und dem zweiten Kammerabschnitt definiert, und eine Membran im ersten Kammerabschnitt, wobei die Membran zwischen einer Position am Einlass und einer Position an der wenigstens einen Haltefläche verlagerbar ist durch den Fluidfluss.
In zahlreichen Ausführungsformen kann ein mikrofluidisches System bereitgestellt sein. Das mikrofluidische System kann aufweisen eine mikrofluidische Vorrichtung, die konfiguriert ist, um einen Fluidfluss zu modifizieren, aufweisend eine Kammer mit einem ersten Kammerabschnitt mit einem Einlass, der konfiguriert ist, um einen Fluidfluss in die Kammer hinein zu erhalten, einem zweiten Kammerabschnitt mit einem Auslass, der konfiguriert ist, um einen modifizierten Fluidfluss aus der Kammer heraus zu erlauben, wobei der zweite Kammerabschnitt im Vergleich zum ersten Kammerabschnitt einen kleineren Kammerquerschnitt definiert, und wenigstens einer Haltestruktur mit wenigstens einer Haltefläche, welche eine Unterteilung zwischen dem ersten Kammerabschnitt und dem zweiten Kammerabschnitt definiert. Die mikrofluidische Vorrichtung kann ferner aufweisen eine Membran im ersten Kammerabschnitt, wobei die Membran zwischen einer Position am Einlass und einer Position an der wenigstens einen Haltefläche verlagerbar ist durch den Fluidfluss. Das mikrofluidische System kann ferner aufweisen eine Eingangspassage, welche stromaufwärts der mikrofluidischen Vorrichtung angeschlossen ist, und eine Ausgangspassage, welche stromabwärts der mikrofluidischen Vorrichtung angeschlossen ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen auf die gleichen Teile über die gesamten Ansichten hinweg. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, und stattdessen liegt der Schwerpunkt auf dem Darstellen der Prinzipien der zahlreichen Ausführungsformen.
In der nachfolgenden Beschreibung sind zahlreiche Ausführungsformen der Erfindung beschrieben mit Bezug auf die nachfolgenden Zeichnungen, in welchen
1 eine Querschnittsansicht einer mikrofluidischen Vorrichtung zeigt, mit einer Kammer und einer Haltestruktur, welche sich von einer Innenfläche der Kammer aus erstreckt, gemäß einer Ausführungsform,
2 eine Draufsicht einer mikrofluidischen Vorrichtung zeigt, mit einer Kammer mit einem ersten Kammerabschnitt und einem zweiten Kammerabschnitt, wobei der zweite Kammerabschnitt eine Querschnittsabmessung definiert, welche kleiner ist als die Querschnittsabmessung des ersten Kammerabschnitts gemäß einer Ausführungsform, 2B eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A der mikrofluidischen Vorrichtung wie in 2A gezeigt zeigt, gemäß einer Ausführungsform,
3 eine Explosionsansicht einer mikrofluidischen Vorrichtung zeigt, mit einer Haltestruktur mit einer Haltefläche, welche eine Mehrzahl von Nuten und Vorsprüngen hat, wobei jede von der Mehrzahl von Nuten eine umfängliche Abmessung hat, die kleiner ist als jeder der Mehrzahl von Vorsprüngen gemäß einer Ausführungsform,
4A eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer mikrofluidischen Vorrichtung zeigt, welche eine Kammer und eine Ausgangspassage hat, die mit der Kammer gekuppelt ist, wobei die Kammer eine Haltestruktur mit einer Haltefläche aufweist, welche eine Mehrzahl von Nuten und Vorsprüngen hat, wobei jede der Mehrzahl von Vorsprüngen eine umfängliche Abmessung hat, die kleiner ist als jede der Mehrzahl von Nuten gemäß einer Ausführungsform, 4B eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer mikrofluidischen Vorrichtung zeigt, mit einer Kammer und einer Ausgangspassage, die mit der Kammer gekuppelt ist, wobei die Kammer eine Haltestruktur mit einer Haltefläche aufweist, welche eine Mehrzahl von Nuten und Vorsprüngen hat, wobei jeder der Mehrzahl von Vorsprüngen eine umfängliche Abmessung hat, die gleichwertig ist mit jeder der Mehrzahl von Nuten gemäß einer Ausführungsform,
5A eine Explosionsansicht einer mikrofluidischen Vorrichtung zeigt, welche eine Membran mit einer Mehrzahl von Öffnungen aufweist, die entlang eines Umfangs der Membran ausgebildet sind, gemäß einer Ausführungsform, 5B eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A der mikrofluidischen Vorrichtung wie in 5A gezeigt zeigt gemäß einer Ausführungsform,
6A bis 6D jeweilige Draufsichten einer Membran mit einer Mehrzahl von Öffnungen gemäß einer Ausführungsform zeigen,
7 eine Querschnittsansicht einer Bidirektional-Design-Mikrofluidischen-Vorrichtung zeigt, welche aufweist eine Kammer mit einem ersten Kammerabschnitt und einem zweiten Kammerabschnitt, wobei der erste Kammerabschnitt einen dritten Kammerabschnitt aufweist, gemäß einer Ausführungsform,
8 ein mikrofluidisches System zeigt, welches eine mikrofluidische Vorrichtung aufweist, die im Wesentlichen senkrecht positioniert ist zu einer Richtung des Fluidflusses in die mikrofluidische Vorrichtung hinein, gemäß einer Ausführungsform,
9 ein mikrofluidisches System zeigt, welches aufweist die mikrofluidische Vorrichtung wie in 2B gezeigt, positioniert in einem Fluidpfad einer Zuführleitung für eine In-Reihe-Anwendung gemäß einer Ausführungsform,
10A ein mikrofluidisches System zeigt, welches aufweist eine mikrofluidische Vorrichtung, welche durch Verwenden von drei Substraten ausgebildet ist, gemäß einer Ausführungsform, 10B ein mikrofluidisches System zeigt, welches eine mikrofluidische Vorrichtung aufweist, welche durch Verwenden von vier Substraten ausgebildet ist, gemäß einer Ausführungsform,
11A eine mikrofluidische Vorrichtung zeigt, welche aufweist eine Kammer und eine Abdeckung, welche eine Dichtungskomponente hat, welche konfiguriert ist, um die Kammer abzudichten, gemäß einer Ausführungsform, 11B ein mikrofluidisches System zeigt, welches die mikrofluidische Vorrichtung wie in 11A gezeigt aufweist, gemäß einer Ausführungsform,
12A ein Foto des mikrofluidischen Systems wie in 11B gezeigt zeigt gemäß einer Ausführungsform, 12B eine Schemadarstellung eines Mischprofils von Fluiden im mikrofluidischen System wie in 12A gezeigt zeigt gemäß einer Ausführungsform,
13 einen Ausgangsgraph einer mikrofluidischen Vorrichtung zeigt, welcher eine Oszillationsfrequenz (f) von etwa 143 Hz zeigt gemäß einer Ausführungsform,
14 ein Mischprofil von Fluiden in einem umschlossenen Bereich des mikrofluidischen Systems wie in 12B gezeigt zeigt gemäß einer Ausführungsform,
15A und 15A' jeweilige Resultate des Mischens von Fluiden in einem mikrofluidischen System bei einem gleichbleibenden Fluss ohne die mikrofluidische Vorrichtung zeigt, 15B und 15B' jeweilige Resultate des verbesserten Mischens von Fluiden in dem mikrofluidischen System bei einem oszillierenden Fluss zeigt gemäß einer Ausführungsform, 15C ein Resultat eines sofortigen Mischens von Fluiden in einem mikrofluidischen System bei einem oszillierenden Fluss zeigt mit einer größeren Oszillationsgröße gemäß einer Ausführungsform,
16 eine Schemadarstellung eines Mischprofils von Fluiden in einem mikrofluidischen System zeigt, welches einen Eingangskanal und einen Probenkanal aufweist, welche mit einem Einlass der mikrofluidischen Vorrichtung gekuppelt sind, gemäß einer Ausführungsform,
17 eine Querschnittsansicht eines mikrofluidischen Systems zeigt, welches aufweist eine Mehrzahl von Mischkammern, die jeweils von einer Ausgangspassage einer mikrofluidischen Vorrichtung separiert sind durch eine flexible Wand gemäß einer Ausführungsform,
18A eine Draufsicht eines mikrofluidischen Systems zeigt, welches aufweist vier Mischkammern, welche in einer Konfiguration angeordnet sind, gemäß einer Ausführungsform, 18B eine Draufsicht eines mikrofluidischen Systems zeigt, welches aufweist vier Mischkammern, welche in einer alternativen Konfiguration angeordnet sind, gemäß einer Ausführungsform,
19A ein Foto des mikrofluidischen Systems wie in 18B gezeigt zeigt, gemäß einer Ausführungsform, 19B bis 19E einen sequentiellen Mischprozess von Fluiden in einer Mischkammer gemäß einer Ausführungsform zeigen, und
20 eine Draufsicht eines mikrofluidischen Systems zeigt, welches konfiguriert ist, um sequentiell oder gleichzeitig Fluide zu mischen in ausgewählten von einer Mehrzahl von Mischkammern in einem fluidischen Netzwerk gemäß einer Ausführungsform.
Beschreibung
Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die angehängten Zeichnungen, welche auf dem Wege der Illustration spezifische Details und Ausführungsformen zeigen, in welchen die Erfindung praktiziert werden kann. Diese Ausführungsformen sind in ausreichendem Detail beschrieben, um es dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren. Andere Ausführungsformen können verwendet werden, und strukturelle, logische und elektrische Veränderungen können gemacht werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Die zahlreichen Ausführungsformen sind nicht notwendigerweise gegenseitig ausschließend, weil einige Ausführungsformen mit einer oder mehreren anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, um neue Ausführungsformen zu bilden.
Zahlreiche Ausführungsformen stellen eine alternative mikrofluidische Vorrichtung bereit, welche einige der oben genannten Probleme überwinden kann oder zumindest abmildern kann.
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer mikrofluidischen Vorrichtung 102, welche eine Kammer 104 und wenigstens eine Haltestruktur 106 aufweist, welche sich von einer inneren Fläche 186 der Kammer 104 aus erstreckt, gemäß einer Ausführungsform.
Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann konfiguriert sein zum Modifizieren eines Fluidflusses und kann ein Oszillator, ein Mischer, eine Pumpe oder ein Ventil sein. Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann aufweisen die Kammer 104, welche aufweist einen ersten Kammerabschnitt 108 mit einem Einlass 110, der konfiguriert ist, um einen Fluidfluss in die Kammer 104 hinein zu erhalten, einen zweiten Kammerabschnitt 112 mit einem Auslass 114, der konfiguriert ist, um einen modifizierten Fluidfluss aus der Kammer 104 heraus zu erlauben, wobei der zweite Kammerabschnitt 112 im Vergleich zu dem ersten Kammerabschnitt 108 einen kleineren Kammerquerschnitt definiert, und wenigstens eine Haltestruktur 106 mit wenigstens einer Haltefläche 116, welche eine Unterteilung zwischen dem ersten Kammerabschnitt 108 und dem zweiten Kammerabschnitt 112 definiert. Ferner kann die mikrofluidische Vorrichtung 102 aufweisen eine Membran 118, welche in dem ersten Kammerabschnitt 108 positioniert ist, wobei die Membran 118 zwischen einer Position am Einlass 110 und einer Position an der wenigstens einen Haltefläche 116 verlagerbar ist durch den Fluidfluss. Die wenigstens eine Haltefläche 116 und die Membran 118 können konfiguriert sein, um einen Fluidfluss von dem Einlass 110 aus zu dem Auslass 114 hin zu erlauben, wodurch eine Deformation der Membran 118 und eine Änderung der hydrodynamischen Kräfte an der Membran 118 verursacht werden, um die Bewegung der Membran 118 zwischen dem Einlass 110 und dem Auslass 114 zu bewirken, wodurch der modifizierte Fluidfluss aus der Kammer 104 heraus erzeugt wird. Falls die mikrofluidische Vorrichtung 102 verstanden ist oder orientiert ist mit dem Einlass 110 über dem Auslass 114, kann die Membran 118 verlagerbar sein und im Wesentlichen zu finden sein an einer Position an oder unterhalb des Einlasses 110 und oberhalb der wenigstens einen Haltefläche 116 im Verlauf ihrer Bewegung. Mit anderen Worten kann die Membran 118 verlagerbar sein zwischen dem Einlass 110 und der wenigstens einen Haltefläche 116.
In einer Ausführungsform kann das Volumen des zweiten Kammerabschnitts 112 notwendigerweise kleiner sein als jenes des ersten Kammerabschnitts 108 oder kann nicht notwendigerweise kleiner sein. Diesbezüglich sollten der erste Kammerabschnitt 108 und der zweite Kammerabschnitt 112 so dimensioniert sein, dass die Membran 118 zwischen dem Einlass 110 und der wenigstens einen Haltefläche 116 verlagerbar sein kann. Ferner, während die Membran 118 zurückschlägt, muss sie nicht notwendigerweise den Einlass 110 erreichen. Als ein Beispiel kann die Membran 118 zwischen dem Auslass 114 und etwas unterhalb des Einlasses 110 oszillieren.
Der modifizierte Fluidfluss aus der Kammer 104 heraus kann zumindest einer von einem oszillierenden Fluidfluss und einem pulsierenden Fluidfluss zum Beispiel sein. Der pulsierende Fluidfluss kann typischerweise zusammenhängen mit zyklischem oder rhythmischem Fluss in der gleichen Richtung, wobei der oszillierende Fluidfluss zu dem pulsierenden Fluidfluss ähnlich sein kann, wobei jedoch der Fluidfluss intermittierend vorliegen kann oder vorliegen kann als in unterschiedliche Richtungen fließend für zwei Hälften eines Zyklus. Jeder andere geeignete Fluidfluss, welcher unterschiedlich sein kann von dem Eingangsfluidfluss, kann auch herangezogen werden in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen.
In einer Standardposition, in welcher kein Fluidfluss in die Kammer 104 hinein vorliegt, kann die Membran 118 konfiguriert sein, um von der wenigstens einen Haltefläche 116 gehalten zu sein, und kann oder kann nicht permanent verbunden oder befestigt sein mit/an irgendeinem Teil der wenigstens einen Haltefläche 116 oder der Kammer 104. Beim Vorliegen von Fluidfluss in die Kammer 104 hinein, kann die Membran 118 verlagerbar sein in dem ersten Kammerabschnitt 108, um den Fluidfluss von dem ersten Kammerabschnitt 108 in den zweiten Kammerabschnitt 112 hinein zu erleichtern. Die Membran 118 kann deformierbar sein unter dem Druck des Fluidflusses der Membran 118. Mit anderen Worten kann die Membran 118 deformiert werden, wenn eine Differenz des Drucks zwischen zwei im Wesentlichen entgegengesetzten Flächen 188, 188' der Membran 118 vorliegt. Die Deformation der Membran 118 kann ein Muster des Fluidflusses in der Kammer 104 modifizieren und kann die hydrodynamischen Kräfte ändern, die auf die Membran 118 ausgeübt werden. Als ein Ergebnis kann die Abhebekraft der Membran 118 das Wegdrücken der Membran 118 von dem zweiten Kammerabschnitt 112 weg und zu dem Einlass 110 hin verstärken, wodurch momentan weiteres Fluid blockiert wird, von dem Einlass 110 aus in die Kammer 104 auszuströmen. Die Verlagerung der Membran 118 kann ferner den Fluss und die hydrodynamischen Kräfte, die auf die Membran 118 ausgeübt werden, ändern. Als ein Ergebnis tendiert die Membran 118 dazu, wieder ihre ursprüngliche Gestalt einzunehmen. Da der Druck auf der Seite 188 der Membran 118, welche dem zweiten Kammerabschnitt 112 zugewandt ist, reduziert werden kann, kann die Membran 118 nach unten gedrückt werden und wieder deformiert werden durch das Fluid, welches über den Einlass 110 einströmt. Der Zyklus kann demgemäß wiederholt werden und dadurch einen modifizierten Fluss oder einen pulsierenden Fluss stromabwärts der Kammer 104 erzeugen. Das Fluid kann die Kammer 104 durch den Auslass 114 in einer solchen Weise verlassen, in welcher das Fluid stromabwärts der mikrofluidischen Vorrichtung 102 charakterisiert werden kann durch einen modifizierten Fluss oder einen pulsierten Fluss von einer relativen hohen Frequenz. Gleichzeitig kann die mikrofluidische Vorrichtung 102 bei einer Re betreibbar sein, wie sie in den meisten mikrofluidischen Verwendungen zu finden ist.
Als ein Beispiel kann die Membran 118 oder kann nicht an irgendeinem geeigneten Abschnitt von der wenigstens einen Haltefläche 116 oder irgendeinem Abschnitt der Kammer 104 angelenkt oder angekettet sein, insofern die Membran 118 in der Lage ist in Antwort auf die Änderung des Drucks zwischen dem ersten Kammerabschnitt 108 und dem zweiten Kammerabschnitt 112 zu oszillieren. Die herkömmliche Praxis neigt zu sich nicht bewegenden oder stationären Merkmalen, um eine Modifikation des Fluidflusses in passiven Vorrichtungen als Freikomponenten zu erzeugen, d. h., Komponenten, die nicht mit anderen Komponenten der Vorrichtung verbunden sind, können unerwünschte unkontrollierbare Elemente in das System einführen. Hier ist es kühn vorgeschlagen, eine Membran 118 bereitzustellen, welche nicht mit der Kammer 104 verbunden ist, und sich das etwas zufällige Verhalten der Freikomponente nutzbar zu machen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Das Nichtvorhandensein einer Verbindung, sei es in der Form eines Gelenks oder einer Kette, vereinfacht ferner vorteilhafterweise die Herstellung der Vorrichtung und reduziert daher die Herstellungskosten, ohne die Leistung der Vorrichtung zu beeinträchtigen. Als ein weiteres Beispiel kann die Membran 118 im Wesentlichen flach in der Gestalt oder eben sein. Die Membran 118 kann auch derart konfiguriert sein, dass der Flächenbereich relativ groß ist im Vergleich zu der Dicke der Membran 118. Die Membran 118 kann auch von irgendeiner geeigneten Gestalt oder Abmessung sein, solange sie an der wenigstens einen Haltefläche 116 gehalten werden kann. Die Membran 118 kann aus einem deformierbaren Material sein, sodass unter dem Druck einer einströmenden Strömung in die Kammer 104, die Membran 118 stromabwärts deformiert und konvex wird. Dann kann die Deformation der Membran 118 weiter den Fluidfluss und die hydrodynamischen Kräfte, wie die Abhebekraft, ändern, welche die Membran 118 zurückdrückt. In einer Ausführungsform kann die Membran 118 eine im Wesentlichen flache Gestalt haben, um die Deformation der Membran 118 zu erleichtern und um eine relativ signifikante Änderung der hydrodynamischen Kräfte zu produzieren, was das Auftreten der Oszillation vereinfachen kann. Ferner kann die Membran 118 derart gestaltet sein, um die Gestalt und die Abmessung des ersten Kammerabschnitts 108 und des zweiten Kammerabschnitts 112 zu komplementieren, um den Betrag der Bewegung innerhalb der Kammer 104 zu optimieren. Zusätzlich kann die Membran 118 auch derart gestaltet sein, dass das jeweilige Volumen des verfügbaren Raums zwischen der Membran 118 und dem Einlass 110 und zwischen der Membran 118 und dem Auslass 114 optimiert werden kann, wenn die Membran 118 in Richtung zu dem Einlass 110 bzw. in Richtung zu dem Auslass 114 verlagert wird.
Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann als drei Verhaltenstypen zeigend betrachtet werden in Abhängigkeit von dem Druck, der aufgebracht wird, um das Fluid in die mikrofluidische Vorrichtung 102 zu pumpen. Unterhalb eines ersten kritischen Drucks gibt es keine Beobachtung einer wesentlichen Modifikation im Fluidfluss aus der mikrofluidischen Vorrichtung 102 heraus, und der Fluidfluss aus der mikrofluidischen Vorrichtung 102 heraus kann als stabil beschrieben werden. Über einem zweiten kritischen Druck, welcher höher ist als der erste kritische Druck, wird die Membran 118 beobachtet als den Auslass 114 blockierend. Daher kann die mikrofluidische Vorrichtung 102, wenn einen Betriebsdruckbereich zwischen dem ersten kritischen Druck und dem zweiten kritischen Druck habend, als eine Fluidfluss-Modifikationsvorrichtung, ein Oszillator oder ein Mischbeschleuniger beschrieben werden. Und die gleiche mikrofluidische Vorrichtung 102 kann beschrieben werden als ein Ventil, um den Fluidfluss abzusperren, oberhalb des zweiten kritischen Drucks. Der Betriebsdruckbereich kann gesetzt sein durch Variieren der Tiefe des ersten Kammerabschnitts 108, der Tiefe des zweiten Kammerabschnitts 112 und des Querschnittsbereichs der Nut 126 (wie nachfolgend in 3 gezeigt) oder der Kanäle 120 (wie nachfolgend in 2A gezeigt). Beispielsweise kann der erste kritische Druck reduziert werden mit einer Reduzierung der Tiefe des ersten Kammerabschnitts 108 und/oder der Reduzierung des Querschnittsabschnitts der Nut 126 oder der Kanäle 120 wie zuvor genannt. Der zweite kritische Druck kann reduziert werden mit der Reduzierung der Tiefe des zweiten Kammerabschnitts 112 und/oder der Reduzierung des Querschnittsbereichs der Nut 126 oder der Kanäle wie vorhergehend genannt.
Die Membran 118 kann aufweisen ein Material, welches von einer Gruppe ausgewählt ist, welche zum Beispiel besteht aus Silikonkautschuk, Naturkautschuk, Latex, Nitril-Kautschuk, thermoplastischem Polyurethan und elastischem Metall. Die Membran 118 kann auch aus einem biokompatiblen Material sein, um für biologische Anwendungen geeignet zu sein. Als ein Beispiel kann die Membran 118 eine weiche Gummikuppel sein mit einem flexiblen Rand. Als ein weiteres Beispiel kann die Membran 118 eine Haut oder eine Scheibe sein. In einigen Ausführungsformen kann das Material oder die Abmessung der Membran 118 gewählt sein, um einen gewünschten Grad an Steifigkeit bereitzustellen, was seinerseits die Oszillationsfrequenz bestimmt.
Der erste Kammerabschnitt 108 kann eine Querschnittabmessung (bezeichnet durch „dkammer1”) haben im Bereich von typischer Weise etwa 1 bis etwa 10 mm zum Beispiel. Wie in 1 gezeigt, kann der zweite Kammerabschnitt 112 eine Querschnittsabmessung (bezeichnet durch „dkammer2”) definieren, welche kleiner ist als die Querschnittsabmessung des ersten Kammerabschnitts 108. In Abhängigkeit von der Größe oder der Gestalt der wenigstens einen Haltestruktur 106, kann jedoch der zweite Kammerabschnitt 112 auch eine nominale oder durchschnittliche Querschnittsabmessung definieren, welche kleiner ist als die Querschnittsabmessung des ersten Kammerabschnitts 108. Die Kammer 104 kann auch eine Höhe haben (bezeichnet durch („hkammer”) von typischer Weise über 1 mm zum Beispiel.
Die wenigstens eine Haltestruktur 106 kann aufweisen eine einzige Haltestruktur oder kann eine Mehrzahl von Haltestrukturen aufweisen in Abhängigkeit von Benutzer- und Gestaltungsanforderungen. Im Falle der Mehrzahl von Haltestrukturen kann jede der Mehrzahl von Haltestrukturen benachbart zueinander positioniert sein oder kann um einen festen oder variierenden, vorbestimmten Abstand voneinander im Abstand angeordnet sein. Ferner kann jede der Mehrzahl von Haltestrukturen derart angeordnet sein, dass sie im Wesentlichen auf gleichem Niveau oder gleicher Höhe entlang der inneren Fläche 186 der Kammer 104 sind. Jedoch kann jede der Mehrzahl von Haltestrukturen auch angeordnet sein auf unterschiedlichen Höhen entlang der inneren Fläche 186 der Kammer 104, solange die Membran 118 daran gehalten ist.
Die wenigstens eine Haltestruktur 106 und die Membran 118 können in irgendeiner geeigneten Weise konfiguriert sein, um einen Fluidfluss von dem ersten Kammerabschnitt 108 zu dem zweiten Kammerabschnitt 112 zu erlauben. Als ein Beispiel kann die zumindest eine Haltestruktur 106 wenigstens einen einzigen Kanal (nicht dargestellt) definieren, welcher zwischen dem ersten Kammerabschnitt 108 und dem zweiten Kammerabschnitt 112 kommuniziert. Als ein weiteres Beispiel kann der wenigstens eine Kanal sich von der Haltefläche 116 aus derart erstrecken, sodass das Fluid von dem ersten Kammerabschnitt 108 geführt werden kann, um zwischen den wenigstens einen Kanal und eine Seite 188 der Membran 118 zu strömen, wenn es in den zweiten Kammerabschnitt 112 eintritt. Gemäß einem anderen Beispiel kann der wenigstens eine Kanal in irgendeiner geeigneten Gestaltung an der Haltefläche 116 ausgebildet sein. Die Anzahl an Kanälen kann variieren in Abhängigkeit von der gewünschten Geschwindigkeit oder Rate des Fluidflusses oder der Oszillationsrate der Membran 118 zum Beispiel.
Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann ferner aufweisen eine Eingangspassage 122, die stromaufwärts des Einlasses 110 gekuppelt ist, sodass die Eingangspassage 122 konfiguriert ist, um den Fluidfluss in den ersten Kammerabschnitt 108 hineinzuleiten. Die Querschnittsabmessung (bezeichnet durch „dein”), die Höhe (bezeichnet als „hein”) und die Querschnittsgestalt der Eingangspassage 122 können variieren in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen. Die Querschnittsgestalt der Eingangspassage 122 kann im Wesentlichen kreisförmig sein, wobei aber auch andere geeignete Gestalten, wie zum Beispiel quadratische, dreieckige, rechteckige, oder ovale verwendet werden können.
Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann ferner aufweisen eine Ausgangspassage 124, die stromabwärts des Auslasses 114 gekuppelt ist, sodass die Ausgangspassage 124 konfiguriert ist, um dem Fluidfluss aus dem zweiten Kammerabschnitt 112 herauszuleiten. Die Querschnittsabmessung (bezeichnet durch „daus”), die Höhe (bezeichnet durch „haus”) und die Querschnittsgestalt der Ausgangspassage 124 können variieren in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen. Die Querschnittsgestalt der Ausgangspassage 124 kann im Wesentlichen kreisförmig sein, jedoch sind auch jegliche andere geeignete Gestalten heranziehbar, wie zum Beispiel eine quadratische, eine dreieckige, eine rechteckige oder eine ovale.
Die Querschnittsabmessung der Eingangspassage 122 kann gleich sein oder unterschiedlich sein zu/von der Querschnittsabmessung der Ausgangspassage 124 in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen. Die Höhe der Eingangspassage 122 kann gleich sein zu oder unterschiedlich sein von der Höhe der Ausgangspassage 124 in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen. Ebenso kann die Querschnittsgestalt der Eingangspassage 122 gleich sein wie oder unterschiedlich sein von der Querschnittsgestalt der Ausgangspassage 124 in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen.
Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann als eine integrierte Vorrichtung gebildet sein oder kann aus separaten Abschnitten oder Substraten gebildet sein. Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann gebildet sein von irgendeinem geeigneten Material oder einer Kombination von Material, wie zum Beispiel polymerischem Material oder Metallmaterialien.
2A zeigt eine Draufsicht einer mikrofluidischen Vorrichtung 102 mit einer Kammer 104, welche einen ersten Kammerabschnitt 108 und einen zweiten Kammerabschnitt 112 aufweist, wobei der zweite Kammerabschnitt 112 eine Querschnittabmessung definiert, welche kleiner ist als die Querschnittabmessung des ersten Kammerabschnitts 108 gemäß einer Ausführungsform. 2B zeigt eine Querschnittansicht entlang einer Linie A-A der mikrofluidischen Vorrichtung 102 wie in 2A gezeigt gemäß einer Ausführungsform.
Die mikrofluidische Vorrichtung 102, wie in den 2A und 2B gezeigt, kann ähnlich zu der mikrofluidischen Vorrichtung 102 wie in 1 gezeigt sein.
In den 2A und 2B kann die mikrofluidische Vorrichtung 102 aufweisen die Kammer 104 mit einem ersten Kammerabschnitt 108 mit einem Einlass 110, welcher konfiguriert ist, um einen Fluidfluss in die Kammer 104 hinein zu erhalten, einem zweiten Kammerabschnitt 112 mit einem Auslass 114 welcher konfiguriert ist, um einen modifizierten Fluidfluss aus der Kammer 104 heraus zu erlauben, wobei der zweite Kammerabschnitt 112 einen kleineren Kammerquerschnitt definiert im Vergleich zu dem ersten Kammerabschnitt 108, und der wenigstens einen Haltestruktur 106, wobei die wenigstens eine Haltestruktur 116 eine Unterteilung zwischen dem ersten Kammerabschnitt 108 und dem zweiten Kammerabschnitt 112 definiert. Ferner kann die mikrofluidische Vorrichtung 102 aufweisen eine Membran 118, die in dem ersten Kammerabschnitt 108 positioniert ist, wobei die Membran 118 zwischen einer Position am Einlass 110 und einer Position an der wenigstens einen Haltefläche 116 verlagerbar ist durch den Fluidfluss. Die wenigstens eine Haltefläche 116 und die Membran 118 können konfiguriert sein, um einen Fluidfluss von dem Einlass 110 zu dem Auslass 114 hin zu erlauben, wodurch eine Deformation der Membran 118 und eine Änderung der hydrodynamischen Kräfte an der Membran 118 verursacht wird, um eine Bewegung der Membran 118 zwischen dem Einlass 110 und dem Auslass 114 zu bewirken, welche den modifizierten Fluidfluss aus der Kammer 104 heraus erzeugt. Mit anderen Worten, falls die mikrofluidische Vorrichtung 102 verstanden wird oder orientiert ist mit dem Einlass 110 über der wenigstens einen Haltefläche 106, dann ist die Membran 118 verlagerbar zwischen einer Position unterhalb des Einlasses 110 und einer Position oberhalb der wenigstens einen Haltefläche 116. Die Membran 118 ist bemessen, sodass die Membran 118 wenigstens in einer Standardposition durch die wenigstens eine Haltefläche 116 abgestützt ist.
Die Haltefläche 116 kann aufweisen vier Kanäle 120, welche zwischen dem ersten Kammerabschnitt 108 und dem zweiten Kammerabschnitt 112 kommunizieren. Je größer die Anzahl der Kanäle 120 ist, umso größer ist die Strömungsrate durch die mikrofluidische Vorrichtung 102. Die Anzahl der Kanäle 120 kann variieren in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen. Jeder der vier Kanäle 120 kann aufweisen eine gleiche oder eine unterschiedliche umfängliche Abmessung (bezeichnet durch „dkanal”). Jedoch kann die Umfangsabmessung von jedem der vier Kanäle 120 variieren in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen. Zusätzlich kann für jeden der vier Kanäle 120 die umfängliche Abmessung einheitlich sein entlang der Länge des Kanals 120 wie in 2A gezeigt oder kann entlang der Länge des Kanals 120 variieren, zum Beispiel sich verjüngen, wellig sein oder in anderer Weise variieren.
In einer Standardposition, in welcher kein Fluidfluss in die Kammer 104 hinein vorliegt, kann die Membran 118 konfiguriert sein, um an der Haltefläche 116 gehalten zu sein, und kann von der Kammer 104 separiert sein oder damit unverbunden sein. Beim Vorliegen von Fluidfluss in die Kammer 104 hinein, kann die Membran 118 innerhalb des ersten Kammerabschnitts 108 verlagerbar sein, um den Fluidfluss von dem ersten Kammerabschnitt 108 in den zweiten Kammerabschnitt 112 hinein zu erleichtern.
Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann ferner aufweisen eine Eingangspassage 122, welche mit dem Einlass 110 gekuppelt ist, sodass die Eingangspassage 122 konfiguriert ist, um den Fluidfluss in den ersten Kammerabschnitt 108 hineinzuleiten. Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann ferner aufweisen eine Ausgangspassage 124, welche mit dem Auslass 114 gekuppelt ist, sodass die Ausgangspassage 124 konfiguriert ist, um den Fluidfluss aus dem zweiten Kammerabschnitt 112 herauszuleiten. Die Richtung des Fluidflusses ist gezeigt durch die Pfeile in 2B.
Die Abmessungen der Wand der Kammer 104 (bezeichnet durch „tkammer”) können variieren zwischen etwa 2 bis etwa 5 mm zum Beispiel. Die Abmessungen der Wand der Kammer 104 können variieren in Abhängigkeit von dem Material, welches verwendet wird, oder können auch variieren in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen.
3 zeigt eine Explosionsansicht einer mikrofluidischen Vorrichtung 102, welche aufweist eine Haltestruktur 106 mit einer Haltefläche 116, die eine Mehrzahl von Nuten 126 und Vorsprüngen 128 hat, wobei jede der Mehrzahl von Nuten 126 eine umfängliche Abmessung hat, die kleiner ist als jeder der Mehrzahl von Vorsprüngen 128 gemäß einer Ausführungsform. Die mikrofluidische Vorrichtung 102 wie in 3 gezeigt ist ähnlich zu der mikrofluidischen Vorrichtung 102 wie in den 2A und 2B gezeigt.
In 3 kann die mikrofluidische Vorrichtung 102 aufweisen die Kammer 104 mit einem ersten Kammerabschnitt 108 mit einem Einlass (nicht dargestellt), welcher konfiguriert ist, um einen Fluidfluss in die Kammer 104 hinein zu erhalten, einem zweiten Kammerabschnitt 112 mit einem Auslass 114, der konfiguriert ist, um einen modifizierten Fluidfluss aus der Kammer 104 heraus zu erlauben, wobei der zweite Kammerabschnitt 112 einen kleineren Kammerquerschnitt definiert im Vergleich zu dem ersten Kammerabschnitt 108, und der Haltestruktur 108, bei der die Haltefläche 116 eine Unterteilung zwischen den ersten Kammerabschnitt 108 und dem zweiten Kammerabschnitt 112 definiert. Ferner kann die mikrofluidische Vorrichtung 102 eine Membran 118 aufweisen, die im ersten Kammerabschnitt 108 positioniert ist, wobei die Membran 118 zwischen einer Position am Einlass und einer Position an der Haltefläche 116 verlagerbar ist durch den Fluidfluss.
Die Membran 118 kann konfiguriert sein, um an der Haltefläche 116 gehalten zu sein, sodass die Membran 118 im Kontakt mit der Kammer 104 sein kann oder auch von der Kammer 104 separiert sein kann oder damit unverbunden sein kann. Beim Vorliegen von Fluidfluss in die Kammer 104 hinein kann die Membran 118 innerhalb des ersten Kammerabschnitts 108 verlagerbar sein, um den Fluidfluss von dem ersten Kammerabschnitt 108 aus in den zweiten Kammerabschnitt 112 hinein zu erleichtern.
Wie in 2A und 2B kann der zweite Kammerabschnitt 112 wie in 3 gezeigt eine Querschnittabmessung definieren, die wesentlich kleiner ist als die Querschnittabmessung des ersten Kammerabschnitts 108, wodurch die Haltestruktur 106 ausgebildet wird. Die Haltestruktur 106 kann eine Mehrzahl von Kanälen 120 definieren, die zwischen dem ersten Kammerabschnitt 108 und dem zweiten Kammerabschnitt 112 kommunizieren. Als ein Beispiel kann jeder der Mehrzahl von Kanälen 120 an der Haltefläche 116 der Haltestruktur 106 ausgebildet sein. Die Anzahl an Kanälen 120 und die Anordnung der Kanäle 120 kann variieren in Abhängigkeit von der gewünschten Geschwindigkeit oder Rate des Fluidflusses oder der gewünschten Oszillationsrate der Membran 118 zum Beispiel.
Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann ferner aufweisen eine Eingangspassage 122, welche mit dem Einlass gekuppelt ist, sodass die Eingangspassage 122 konfiguriert sein kann, um den Fluidfluss in den ersten Kammerabschnitt 108 hineinzuleiten. Die Abmessung und die Querschnittgestalt der ersten Eingangspassage 122 kann variieren in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen. Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann ferner aufweisen eine Ausgangspassage 124, die mit dem Auslass 114 gekuppelt ist, sodass die Auslasspassage 124 konfiguriert sein kann, um den Fluidfluss aus dem zweiten Kammerabschnitt 112 herauszuleiten. Die Abmessung und die Querschnittgestalt der Ausgangspassage 124 kann auch variieren in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen.
Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann ferner aufweisen eine Abdeckung 130, welche über dem Einlass angeordnet ist und konfiguriert ist, um die Membran 118 in der Kammer 104 zumindest im Wesentlichen abzudecken. Die Abdeckung 130 kann eine Abdeckungsöffnung (nicht dargestellt) aufweisen, die Abdeckungsöffnung kann positioniert sein, um zu der Eingangspassage 122 ausgerichtet zu sein, um den Fluidfluss in die Kammer 104 hinein zu erlauben durch die Abdeckungsöffnung und die Eingangspassage 122 hindurch. Die Abdeckung 130, die Membran 118 und die Kammer 104 können ausgebildet sein durch Verwenden der gleichen oder unterschiedlicher Materialien.
4A zeigt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer mikrofluidischen Vorrichtung 102, welche aufweist eine Kammer 104 und eine Ausgangspassage 124, welche mit der Kammer 104 gekoppelt ist, wobei die Kammer 104 aufweist eine Haltestruktur 106 mit einer Haltefläche 116, welche eine Mehrzahl von Nuten 126 und Vorsprüngen 128 aufweist, wobei jeder der Mehrzahl von Vorsprüngen 128 eine umfängliche Abmessung hat, die kleiner ist als jede der Mehrzahl von Nuten 126 gemäß einer Ausführungsform.
Wie in 4A gezeigt, kann die Haltefläche 116 vier Nuten 126 und vier Vorsprünge 128 aufweisen. Jedoch kann die Anzahl an Nuten 126 und Vorsprüngen 128 variieren in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen. Jede der Nuten 126 und Vorsprüngen 128 kann in abwechselnder Weise um den Umfang der Haltefläche 116 herum positioniert sein. Diese Kombinationen an Nuten 126 und Vorsprüngen 128 definiert die Mehrzahl an Kanälen 120, welche zwischen dem ersten Kammerabschnitt 108 und dem zweiten Kammerabschnitt 112 kommunizieren.
Die bevorzugte Anzahl an Vorsprüngen 128 oder Nuten 126 ist über zwei. Die Vorsprünge 128 oder Nuten 126 können gleichmäßig oder ungleichmäßig um den Umfang der Haltefläche 116 herum verteilt sein. Die umfängliche Abmessung (bezeichnet durch „dvorsprung”) von jedem der Vorsprünge 128 kann gleich sein wie, oder kleiner oder größer sein als jede der Umfangsabmessungen (bezeichnet durch „dnut”) von jeder der Nuten 126. Zum Beispiel kann die Umfangsabmessung von jedem der Vorsprünge 128 variieren zwischen etwa 1 bis etwa 89 Grad im Falle von vier Vorsprüngen 128. 4A zeigt ein Beispiel, bei welchem die umfängliche Abmessung von jedem Vorsprung 128 kleiner ist als jene von jeder Nut 126. 4B zeigt ein Beispiel, bei dem die Umfangsabmessung von jedem Vorsprung 128 in etwa gleich ist wie jene von jeder Nut 126. Die Nuten 126 und die Vorsprünge 128 können derart ausgebildet sein, das jeweilige Abschnitte der Haltefläche 116 entfernt sind. Das Ausmaß der Entfernung der Abschnitte der Haltefläche 116 kann variieren in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen. Das Entfernen kann durchgeführt werden in einem einzigen Schritt oder kann durchgeführt werden in vielen Schritten, wobei ein unterschiedlicher Betrag von Abschnitten der Haltefläche 116 zu jeder Zeit entfernt wird.
Die Umfangsabmessung von jedem der vier Vorsprünge 128 oder der vier Nuten 126 kann im Wesentlichen gleichförmig entlang der gesamten Länge der Nuten 126 oder der Vorsprünge 128 wie in 4B gezeigt sein oder kann variieren entlang der Länge der Nuten 126 oder der Vorsprünge 128, zum Beispiel verjüngt sein oder gemustert sein. Die Gestaltung von jedem der vier Vorsprünge 128 und der vier Nuten 126 kann variieren in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen.
5A zeigt eine Explosionsansicht einer mikrofluidischen Vorrichtung 102, welche aufweist eine Membran 118 mit einer Mehrzahl von Öffnungen 134, welche entlang eines Umfangs der Membran 118 ausgebildet sind, gemäß einer Ausführungsform, und 5B zeigt eine Querschnittansicht entlang einer Linie A-A der mikrofluidischen Vorrichtung 102 wie in 5A dargestellt gemäß einer Ausführungsform.
Die mikrofluidische Vorrichtung 102 wie in 5A und 5B gezeigt kann ähnlich sein zu der mikrofluidischen Vorrichtung 102 wie in 3 gezeigt, mit Ausnahme, dass in 5 die Haltefläche 116 im Wesentlichen eben sein kann und das sie nicht irgendeine Nut oder einen Vorsprung aufweist und das die Membran 118 eine Mehrzahl von Öffnungen 134 aufweisen kann. Die Haltefläche 116 und die Membran 118 können in irgendeiner geeigneten Weise konfiguriert sein, solange wenigstens ein Kanal (nicht dargestellt) vorliegt, der zwischen dem ersten Kammerabschnitt 108 und dem zweiten Kammerabschnitt 112 kommuniziert.
Wie in 5A gezeigt weist die Membran 118 sechs Öffnungen 134 auf, welche entlang des Umfangs der Membran 118 ausgebildet sind. Jedoch kann irgendeine geeignete Anzahl an Öffnungen 134 entlang des Umfangs der Membran 118 oder in der Membran 118 ausgebildet sein. Jede der sechs Öffnungen 134 kann eine im Wesentlichen quadratische Gestalt haben. Jede der sechs Öffnungen 134 kann die gleiche oder eine unterschiedliche Gestalt voneinander haben. Diesbezüglich kann jede der sechs Öffnungen 134 irgendeine andere geeignete Gestalt haben, solange wie die Haltestruktur 106 und die Membran 118 konfiguriert sein können, um einen Fluidfluss von dem ersten Kammerabschnitt 108 zu dem zweiten Kammerabschnitt 112 zu erlauben. Jede der sechs Öffnungen 134 kann auch im Abstand voneinander um eine feste oder eine variierende Distanz sein in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen. Die sechs Öffnungen können auch ausgebildet sein in Kombination entlang des Umfangs und innerhalb der Membran 118.
In den 5A und 5B kann die mikrofluidische Vorrichtung 108 die Kammer 104 aufweisen, welche aufweist den ersten Kammerabschnitt 108 mit einem Einlass 110, der konfiguriert ist, um einen Fluidfluss in die Kammer 104 hinein zu erhalten, den zweiten Kammerabschnitt 112 mit einem Auslass 114, welcher konfiguriert ist, um einen modifizierten Fluidfluss aus der Kammer 104 heraus zu erlauben, wobei der zweite Kammerabschnitt 112 einen kleineren Kammerquerschnitt definiert im Vergleich zu dem ersten Kammerabschnitt 108, und die Haltestruktur 106 mit einer Haltefläche 116, welche eine Unterteilung zwischen dem ersten Kammerabschnitt 108 und dem zweiten Kammerabschnitt 112 definiert. Ferner kann die mikrofluidische Vorrichtung 102 aufweisen die Membran 118, welche im ersten Kammerabschnitt 108 positioniert ist, wobei die Membran 118 verlagerbar ist zwischen einer Position am Einlass 110 und einer Position an der wenigstens einen Haltefläche 116 durch den Fluidfluss.
Die Membran 118 kann konfiguriert sein, um an der Haltefläche 116 gehalten zu sein, und kann separiert sein von oder unverbunden sein mit der Kammer 104. Beim Vorliegen von Fluidfluss in die Kammer 104 hinein kann die Membran 118 verlagerbar sein innerhalb des ersten Kammerabschnitts 108, um den Fluidfluss von dem ersten Kammerabschnitt 108 in den zweiten Kammerabschnitt 112 hinein zu erleichtern.
Wie in den 5A und 5B gezeigt kann der zweite Kammerabschnitt 112 eine Querschnittabmessung definieren, die wesentlich kleiner ist als die Querschnittabmessung des ersten Kammerabschnitts 108, wodurch die Haltestruktur 106 mit der Haltefläche 116 ausgebildet ist, welche die Unterteilung zwischen dem ersten Kammerabschnitt 108 und dem zweiten Kammerabschnitt 112 definiert.
Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann ferner aufweisen eine Eingangspassage 122, welche mit dem Einlass 110 gekuppelt ist, sodass die Eingangspassage 120 konfiguriert ist, um den Fluidfluss in den ersten Kammerabschnitt 108 hineinzuleiten. Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann ferner aufweisen eine Ausgangspassage 124, welche mit dem Auslass 114 gekuppelt ist, sodass die Ausgangspassage 124 konfiguriert ist, um den Fluidfluss aus dem zweiten Kammerabschnitt 112 herauszuleiten.
Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann ferner aufweisen eine Abdeckung 130, welche über dem Einlass 110 angeordnet ist und welche konfiguriert ist, um die Membran 118 in der Kammer 104 zumindest im Wesentlichen abzudecken. Die Abdeckung 130 kann eine Abdeckungsöffnung (nicht dargestellt) aufweisen, wobei die Abdeckungsöffnung positioniert ist, um zu der Eingangspassage 122 ausgerichtet zu sein, um den Fluidfluss in die Kammer 104 hinein zu erlauben durch die Abdeckungsöffnung und die Eingangspassage 122 hindurch.
Die 6A bis 6D zeigen jeweilige Draufsichten einer Membran 118 mit einer Mehrzahl von Öffnungen 134 gemäß einer Ausführungsform.
Die 6A zeigt eine Membran 118, welche im Wesentlichen kreisförmig in der Gestalt ist. Der Durchmesser der Membran 118 kann zumindest größer sein als der Durchmesser des zweiten Kammerabschnitts 112, sodass die Membran 118 an einer im Wesentlichen ebenen Haltefläche gehalten ist, welche durch die Differenz des Querschnitts zwischen dem ersten Kammerabschnitt (gezeigt im Vordergrund) und dem zweiten Kammerabschnitt 112 (schwächer dargestellt im Hintergrund) ausgebildet ist. Drei im Wesentlichen rechteckige Öffnungen oder Aussparungen 134 können entlang eines Umfangs der Membran 118 ausgebildet sein und so bemessen sein, um Fluidfluss von dem ersten Kammerabschnitt aus zu dem zweiten Kammerabschnitt 112 zu erlauben. Die Anzahl, die Gestalt und die Positionierungen der Öffnungen 134 kann variieren in Abhängigkeit von Verwendungs- und Gestaltungserfordernissen.
Wie in 6A, zeigt 6B eine Membran 118, welche ebenfalls im Wesentlichen kreisförmig in der Gestalt ist. Sechs im Wesentlichen rechteckige Öffnungen 134 oder Aussparungen können entlang eines Umfangs der Membran 118 ausgebildet sein, um einen Fluidfluss von dem ersten Kammerabschnitt (gezeigt im Vordergrund) zum zweiten Kammerabschnitt 112 (schwach gezeigt im Hintergrund) zu ermöglichen. Die Umfangsabmessung von jeder der Öffnungen 134 kann kleiner sein als jene wie in 6A gezeigt. Die Umfangsabmessung, die Anzahl und die Gestalt der Öffnungen 134 kann variieren in Abhängigkeit der Verwendungs- und Gestaltungsanforderungen.
Wie in 6B, zeigt 6C eine Membran 118, welche im Wesentlichen kreisförmig in der Gestalt ist. Anders als die Öffnungen 134, die entlang eines Umfangs der Membran 118 wie in 6B gezeigt ausgebildet sind, können sechs im Wesentlichen rechteckige Öffnungen 134 wie in 6C gezeigt innerhalb der Membran 118 ausgebildet sein, um Fluidfluss vom ersten Kammerabschnitt (gezeigt im Vordergrund) zum zweiten Kammerabschnitt 112 (schwach gezeigt im Hintergrund) zu ermöglichen. Jede der sechs im Wesentlichen rechteckigen Öffnungen 134 kann innerhalb der Membran 118 positioniert sein, sodass ein Abschnitt von jeder der sechs im Wesentlichen rechteckigen Öffnungen 134 zu einem Rand 190 des zweiten Kammerabschnitts 112 ausgerichtet ist, um den Fluidfluss von dem ersten Kammerabschnitt zu dem zweiten Kammerabschnitt 112 zu erlauben. Die Anzahl, die Positionierung, die Abmessung und die Gestalt von jeder der Öffnungen 134 kann variieren in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen.
Wie in 6C, zeigt 6D eine Membran 118, welche im Wesentlichen kreisförmig in der Gestalt ist. Anstelle von sechs im Wesentlichen rechteckigen Öffnungen 134, die in der Membran 118 ausgebildet sind, wie in 6C gezeigt, können sechs im Wesentlichen kreisförmige Öffnungen 134 innerhalb der Membran 118 ausgebildet sein, um Fluidfluss von dem ersten Kammerabschnitt (gezeigt im Vordergrund) zum zweiten Kammerabschnitt 112 (schwach gezeigt im Hintergrund) zu ermöglichen. Jede der sechs im Wesentlichen kreisförmigen Öffnungen 134 kann in der Membran 118 positioniert sein, sodass die Öffnungen 134 zu einem Rand 190 des zweiten Kammerabschnitts 112 ausgerichtet sind, um den Fluidfluss von dem ersten Kammerabschnitt 108 zu dem zweiten Kammerabschnitt 112 zu erlauben. Die Abmessung und die Gestalt von jeder der Öffnungen 134 kann variieren in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen.
Die 6A bis 6D zeigen, dass die Membran 118 im Wesentlichen kreisförmig in der Gestalt sein kann. Jedoch kann die Membran 118 auch andere geeignete Gestalten aufweisen, zum Beispiel nicht kreisförmig in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen. Zusätzlich können die Öffnungen 134 an der Membran 118 als Perforationen oder Aussparungen durch irgendeine geeignete Methode ausgebildet werden.
7 zeigt eine Querschnittansicht einer Bidirektional-Design-Mikrofluidischen-Vorrichtung 102 mit einer Kammer 104 mit einem ersten Kammerabschnitt 108 und einem zweiten Kammerabschnitt 112, wobei der erste Kammerabschnitt 108 einen dritten Kammerabschnitt 136 aufweist, gemäß einer Ausführungsform.
Die mikrofluidische Vorrichtung 102 wie in 7 gezeigt ist eine Modifikation der mikrofluidischen Vorrichtung 102 wie in 2B gezeigt. In der mikrofluidischen Vorrichtung 102 wie in 7 gezeigt kann der erste Kammerabschnitt 108 ferner den dritten Kammerabschnitt 136 aufweisen, der von dem Einlass 110 ausgeht, wobei der dritte Kammerabschnitt 136 einen kleineren Kammerquerschnitt definiert im Vergleich zu dem Rest des ersten Kammerabschnitts 108.
Als ein Beispiel der Bidirektional-Design-Mikrofluidischen-Vorrichtung 102 wie in 7 gezeigt, kann der dritte Kammerabschnitt 136 ein Kammervolumen haben, welches im Wesentlichen gleich zu jenem des zweiten Kammerabschnitts 112 ist. Und die Querschnittabmessung des dritten Kammerabschnitts 136 kann im Wesentlichen die gleiche wie oder unterschiedlich zu der Querschnittabmessung des zweiten Kammerabschnitts 112 sein. Zusätzlich kann der erste Kammerabschnitt 108 aufweisen eine Querschnittabmessung, die größer ist als jede des jeweiligen zweiten Kammerabschnitts 112 oder dritten Kammerabschnitts 136. Diesbezüglich kann dies eine Symmetrie für die mikrofluidische Vorrichtung 102 bereitstellen, sodass es möglich sein kann, die mikrofluidische Vorrichtung 102 in irgendeiner Richtung zu orientieren, da die Membran 118 entweder an der Haltefläche 116, welche eine Unterteilung zwischen dem ersten Kammerabschnitt 108 und dem zweiten Kammerabschnitt 112 definiert wie in 7 gezeigt, oder an einer zusätzlichen Haltefläche 117 positioniert sein kann, welche eine Unterteilung zwischen dem dritten Kammerabschnitt 136 und dem ersten Kammerabschnitt 108 definiert. Bevorzugt kann die mikrofluidische Vorrichtung 102 mit einer nichtsymmetrischen Gestaltung versehen sein, zum Beispiel indem sie die Querschnittabmessung des dritten Kammerabschnittes 136 unterschiedlich zu der Querschnittabmessung des zweiten Kammerabschnitts 112 hat, sodass der Betriebsdruckbereich und die Oszillationsfrequenz für die gleiche mikrofluidische Vorrichtung 102 unterschiedlich sein können, arbeitend in unterschiedliche Richtungen. Mit anderen Worten, die mikrofluidische Vorrichtung 102 ermöglicht es einem mikrofluidischen System vorteilhafter Weise, derart gestaltet zu sein, dass es einen ersten modifizierten Fluidfluss für den Fluidfluss in eine Richtung erzeugt und einen zweiten modifizierten Fluidfluss für Fluidfluss in eine zweite Richtung erzeugt, wobei der erste modifizierte Fluidfluss und der zweite Fluidfluss unterschiedlich sind, zum Beispiel in ihren jeweiligen Oszillationsfrequenzen. Vorteilhafter Weise kann die mikrofluidische Vorrichtung 102 konfiguriert sein, um einen modifizierten Fluidfluss in die eine Richtung bereitzustellen und um einen Ventileffekt in eine andere Richtung bereitzustellen.
Die Bidirektional-Design-Mikrofluidische-Vorrichtung 102 wie in 7 gezeigt kann ausgebildet sein durch Ausrichten von zwei separaten Substraten oder durch ein einzelnes Substrat. In dem Falle von zwei separaten Substraten, können die Eingangspassage 122, der dritte Kammerabschnitt 136 und ein Teil des ersten Kammerabschnitts 108 in einem ersten Substrat 138 ausgebildet sein, und können die Ausgangspassage 124, der zweite Kammerabschnitt 112 und der verbleibende Teil des ersten Kammerabschnitts 108 in einem zweiten Substrat 140 ausgebildet sein. Das erste Substrat 138 und das zweite Substrat 140 können aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichem Material sein. Die Membran 118 kann innerhalb des ersten Kammerabschnitts 108 angeordnet sein, sodass die Membran 118 an der Haltefläche 116 oder an der zusätzlichen Haltefläche 117 gehalten ist.
8 zeigt ein mikrofluidisches System 142, welches eine mikrofluidische Vorrichtung 102 aufweist, welche im Wesentlichen senkrecht positioniert ist zu einer Richtung des Fluidflusses in die mikrofluidische Vorrichtung 102 hinein gemäß einer Ausführungsform.
In 8 ist die mikrofluidische Vorrichtung 102 dargestellt in einer Weise, in welcher sie innerhalb des mikrofluidischen Systems 142 eingebettet ist. Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann aufweisen eine Kammer 104 mit einem ersten Kammerabschnitt 108 mit einem Einlass 110, der konfiguriert ist, um einen Fluidfluss in die Kammer 104 hinein zu erhalten, einem zweiten Kammerabschnitt 112 mit einem Auslass 114, der konfiguriert ist, um einen modifizierten Fluidfluss aus der Kammer 104 heraus zu erlauben, wobei der zweite Kammerabschnitt 112 einen kleineren Kammerquerschnitt definiert im Vergleich zu dem ersten Kammerabschnitt 108, und einer Haltestruktur 106 mit einer Haltefläche 116, welche eine Unterteilung zwischen dem ersten Kammerabschnitt 108 und dem zweiten Kammerabschnitt 112 definiert. Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann ferner aufweisen eine Membran 118, welche im ersten Kammerabschnitt 108 positioniert ist, wobei die Membran 118 zwischen einer Position am Einlass 110 und einer Position an der Haltefläche 116 verlagerbar ist durch den Fluidfluss. Ferner kann das mikrofluidische System 142 eine Eingangspassage 122 aufweisen, welche stromaufwärts der mikrofluidischen Vorrichtung 102 angeschlossen ist, und eine Ausgangspassage 124 aufweisen, welche stromabwärts der mikrofluidischen Vorrichtung 102 angeschlossen ist. Die Richtung des Fluidflusses kann wie durch die Pfeile in 8 gezeigt sein.
9 zeigt ein mikrofluidisches System 142, welches die mikrofluidische Vorrichtung 102 wie in 2B gezeigt aufweist, positioniert in einem Fluidpfad einer Zuführleitung oder eines Zuführrohrs 144 für eine In-Reihe-Anwendung gemäß einer Ausführungsform.
Die mikrofluidische Vorrichtung 102 oder der mikrofluidische Oszillator kann als ein Teil eines mikrofluidischen Systems 142 verwendet sein oder kann auch als eine alleinstehende Plug-Und-Play-Vorrichtung verwendet sein. Wie in 9 gezeigt, kann die mikrofluidische Vorrichtung 102 in Reihe mit dem Zuführrohr 144 montiert sein, um einen oszillierenden Fluss bereitzustellen. Die Richtung des Fluidflusses kann wie durch die Pfeile in 9 gezeigt sein.
Die mikrofluidische Vorrichtung 102 kann an irgendeiner geeigneten oder gewünschten Position entlang irgendeines Fluidpfads innerhalb des mikrofluidischen Systems 142 angeschlossen sein, um den modifizierten Fluidfluss bereitzustellen.
Die 10A und 10B zeigen jeweils eine mikrofluidische Vorrichtung 102, welche in ein mikrofluidisches System 142 integriert ist. 10A zeigt ein mikrofluidisches System 142, welches eine mikrofluidische Vorrichtung 102 aufweist, die durch Verwenden von drei Substraten oder Schichten 138, 140, 148 ausgebildet ist gemäß einer Ausführungsform.
In 10A kann die Oszillationskammer 104 an einem ersten Substrat 138 ausgebildet sein durch Verwenden irgendeines geeigneten Verfahrens, wie z. B. Spritzgießen, Stirnfräsen. Ein Ausgangskanal 146 kann an einem zweiten Substrat 140 hergestellt sein, und ein drittes Substrat 148 kann als die Abdeckung 130 verwendet werden. Eine Eingangspassage 122 stromaufwärts der Kammer 104 kann an dem dritten Substrat 148 ausgebildet sein. Die Membran oder die Haut 118 kann dann in die Kammer 104 eingebracht werden. Nach dem Ausrichten von jeweils dem ersten Substrat 138, dem zweiten Substrat 140 und dem dritten Substrat 148 können sowohl das erste Substrat 138, das zweite Substrat 140 als auch das dritte Substrat 148 miteinander verbunden werden, um die Kammer 104 abzudichten. Die Richtung des Fluidflusses kann wie durch die Pfeile in 10A gezeigt sein.
Jedes von dem ersten Substrat 138, dem zweiten Substrat 140 und dem dritten Substrat 148 kann das gleiche oder ein unterschiedliches Material aufweisen. Jedes von dem ersten Substrat 138, dem zweiten Substrat 140 und dem dritten Substrat 148 kann ein Material aufweisen, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche besteht aus z. B. polymerischem Material oder aus Metallmaterialien. In einer Ausführungsform kann die mikrofluidische Vorrichtung 102 hergestellt sein mit üblichen polymerischen Materialien wie z. B. Polycarbonat (PC), Poly(methylmetacrylat) (PMMA), zyklischem Olefincopolymer (COC). Spritzgießen kann z. B. für die Massenproduktion eingesetzt werden. Für Metallmaterialien kann Mikrofräsen verwendet werden, um die mikrofluidische Vorrichtung 102 spanend zu bearbeiten.
Die Membran oder die Haut 118 kann aus einem elastischen Material gemacht sein, wie z. B. aus Silikonkautschuk. Die Membran 118 oder die Haut kann einfach geschnitten werden durch Verwenden eines Stanzverfahrens oder durch Verwenden eines Kohlendioxid (CO2)-Lasers. In Abhängigkeit von den Verwender-Erfordernissen können die Haltefläche 116 und die Membran 118 in einer Weise konfiguriert sein gemäß irgendeiner der 1, 2B oder 5B, solange wenigstens ein Kanal (nicht dargestellt) bereitgestellt sein kann für die Fluidkommunikation zwischen dem ersten Kammerabschnitt 108 und dem zweiten Kammerabschnitt 112.
10B zeigt ein mikrofluidisches System 142, welches eine mikrofluidische Vorrichtung 102 aufweist, welche durch Verwenden von vier Substraten oder Schichten 138, 140, 148, 150 ausgebildet ist gemäß einer Ausführungsform. Das mikrofluidische System 142 wie in 10B gezeigt kann ähnlich zu dem mikrofluidischen System 142 wie in 10A gezeigt sein, mit Ausnahme einer Differenz in der Anzahl der Substrate oder Schichten. In 10B können die Oszillationskammer 104 und die Ausgangspassage 124 hergestellt sein an einem ersten Substrat 138 durch Verwenden irgendeines geeigneten Verfahrens, wie z. B. durch Spritzgießen, Stirnfräsen. Ein Ausgangskanal 146 kann an einem zweiten Substrat 140 hergestellt sein, und ein Eingangskanal 152 und eine Eingangspassage 122 können an einem dritten Substrat 148 hergestellt sein. Ferner kann ein viertes Substrat 150 als die Abdeckung 130 verwendet werden. Dann kann die Membran oder die Haut 118 in die Kammer 104 eingebracht werden. Nach dem Ausrichten von jeweils dem ersten Substrat 138, dem zweiten Substrat 140, dem dritten Substrat 148 und dem vierten Substrat 150, können alle, nämlich das erste Substrat 138, das zweite Substrat 140, das dritte Substrat 148 und das vierte Substrat 150 verbunden werden, um die Kammer 104 abzudichten.
Ähnlich zu 10A kann jedes von dem ersten Substrat 138, dem zweiten Substrat 140, dem dritten Substrat 148 und dem vierten Substrat 150 das gleiche oder ein unterschiedliches Material aufweisen. Jedes von dem ersten Substrat 138, dem zweiten Substrat 140, dem dritten Substrat 148 und dem vierten Substrat 150 kann ein Material aufweisen, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche aus Polymermaterial oder Metallmaterialien besteht.
11A zeigt eine mikrofluidische Vorrichtung 102, welche aufweist eine Kammer 104 und eine Abdeckung 130, welche eine Dichtkomponente 154 aufweist, welche konfiguriert ist, um die Kammer 104 abzudichten, gemäß einer Ausführungsform.
11A zeigt die mikrofluidische Vorrichtung 102 oder den mikrofluidischen Oszillator in einer Weise konfiguriert, die eine flexible Einstellung der Tiefe des ersten Kammerabschnitts oder des Stromaufwärtskammerabschnitts 108 der Oszillationskammer 104 erlaubt, womit die Flussrate und Frequenz beeinflussbar sind. Die Seitenwand der Oszillationskammer 104 kann erweitert sein, und ein Innengewinde kann an einer inneren Fläche 186 der Oszillationskammer 104 ausgebildet sein. Eine Schraube 192 zusammen mit einem Einlassrohr 184 können verwendet werden als Dichtungskomponente 154, um die Oszillationskammer 104 abzudichten. Ein Vorteil des Designs wie in den 11A und 11B gezeigt kann sein, dass es relativ angenehm ist, die Kammer 104 zu öffnen und die Membran oder die Haut 118 zu ersetzen. Es mag auch die flexible Einstellung der Tiefe des ersten Kammerabschnitts oder des Stromaufwärtskammerabschnitts oder der Kavität 108 ermöglichen, um die Betriebsflussrate zu steuern.
11B zeigt ein mikrofluidisches System 142, welches die mikrofluidische Vorrichtung 102 wie in 11A gezeigt aufweist gemäß einer Ausführungsform. Wenn in dem mikrofluidischen System 142 verwendet, kann ein Teil der mikrofluidischen Vorrichtung 102 oder des mikrofluidischen Oszillators in einem ersten Substrat ausgebildet sein, und ein Ausgangskanal 146 kann in einem zweiten Substrat 140 ausgebildet sein. Modifiziertes Fluid kann aus der mikrofluidischen Vorrichtung 104 über die Ausgangspassage 124 in den Ausgangskanal 146 des mikrofluidischen Systems 142 ausströmen wie durch die Pfeile wie in 11B gezeigt.
12A zeigt ein Foto 1200 des mikrofluidischen Systems 142 wie in 11B gezeigt gemäß einer Ausführungsform.
Das mikrofluidische System 142 wie in 12A gezeigt kann hergestellt sein durch Verwenden einer Mikrofräsmaschine und durch thermische Verbindungstechnik. Die Oszillationskammer 104 und die Eingangspassage oder die vertikale Blendenöffnung (nicht klar dargestellt) können hergestellt sein an einer ersten PMMA Platte (etwa 3 mm dick) verwendend eine Mikrofräsmaschine. Ein Eingangsmikrokanal 152 und Ausgangsmikrokanal 146 können an einer zweiten PMMA Platte hergestellt sein (etwa 1,5 mm dick). Ein M6-Gewinde kann in einem PMMA-Block mit einer Tiefe von etwa 6 mm hergestellt sein. Dann können die erste PMMA-Platte und die zweite PMMA-Platte und der PMMA-Block ausgerichtet werden und miteinander verbunden werden durch Verwenden eines Thermalverbindungsverfahrens. Eine M6-Schraube 192 kann eingeschraubt sein, um das Einlassrohr 184 zu positionieren, und die M6-Schraube 192 und das Einlassrohr 184 können permanent miteinander verklebt sein. Die Membran oder die elastische Haut (nicht klar dargestellt) können aus Silikonkautschuk gemacht sein und können ausgeschnitten sein durch Verwenden eines Kohlendioxid (CO2)-Lasers. Ein Probenmikrokanal 156 ist hergestellt an einer Position unmittelbar stromabwärts der mikrofluidischen Vorrichtung oder des Oszillators 102, sodass der Oszillator 102 als ein Mischer arbeiten kann. In einigen Ausführungsformen kann das mikrofluidische System 142 einen mikrofluidischen Chip aufweisen.
Als ein Beispiel können einige der Hauptparameter der mikrofluidischen Vorrichtung 102 wie folgt sein: (Einheit: mm):

– Durchmesser/Tiefe der Stromaufwärtskavität: 6/1,0
– Durchmesser/Tiefe der Stromabwärtskavität: 4/0,5
– Tiefe/Weite, (und Anzahl) der Nuten auf der Stufe: 0,15/0,5, (4)
– Durchmesser des vertikalen Auslasskanals: 0,8
– Weite/Tiefe des Mikrokanals in der Bodenschicht: 0,5/0,5
– Tiefe des PMMA-Blocks: 6
– Durchmesser/Dicke der Membran: 5,5/0,5

Dies würde eine mikrofluidische Vorrichtung 102 bereitstellen, welche einen Betriebsdruckbereich von etwa 1,1 bar bis 5 bar hat, sodass die mikrofluidische Vorrichtung 102 konfiguriert ist, um modifizierten Fluidfluss bereitzustellen, wenn Fluid in die mikrofluidische Vorrichtung 102 bei einem Druck eingepumpt wird, der von etwa 1,1 bar bis 5 bar rangiert. Vorteilhafterweise kann diese mikrofluidische Vorrichtung 102 zur gleichen Zeit einen mikrofluidischen Ventileffekt bei etwa 5 bar bereitstellen, sodass, falls Fluid in die mikrofluidische Vorrichtung 102 über dem Betriebsdruckbereich eingepumpt wird, die mikrofluidische Vorrichtung 102 den Fluidfluss aus dem Auslass oder dem Ausgangsmikrokanal 146 blockieren würde. Da eine einzelne mikrofluidische Vorrichtung 102 vielen Funktionen dienen kann, kann das gesamte mikrofluidische System 142 mit weniger Vorrichtungen gestaltet werden, was niedrigere Kosten bedeuten und weniger Montagevorgänge mit sich bringen würde.
12B zeigt eine Schemadarstellung eines Mischprofils von Fluiden in dem mikrofluidischen System 142 wie in 12A gezeigt gemäß einer Ausführungsform.
12B zeigt einen Eingangskanal 152, der mit einem Einlass 110 der mikrofluidischen Vorrichtung 102 gekuppelt ist. Ferner ist ein Probenkanal 156 mit einem Auslass 114 der mikrofluidischen Vorrichtung 102 gekuppelt. Fluid, welches von dem Eingangskanal 152 aus einströmt, kann modifiziert werden durch die mikrofluidische Vorrichtung 102, um einen modifizierten Fluidfluss aus der mikrofluidischen Vorrichtung 102 heraus bereitzustellen. Dieser modifizierte Fluidfluss kann mit einem Probenfluid gemischt werden, welches von dem Probenkanal 156 aus einströmt, wodurch ein gemischter Ausgangsfluidfluss aus dem Ausgangskanal 146 des mikrofluidischen Systems 142 produziert wird.
Wenn die mikrofluidische Vorrichtung 102 oder der Oszillator bei einer hohen Flussrate arbeitet, produziert die mikrofluidische Vorrichtung 102 Lärm. Die Frequenz f kann detektiert werden durch Verwenden eines Mikrosensors. Die Resultate zeigen, dass die oszillatorische Frequenz von einigen zehn Hz bis etwa 400 Hz rangiert. 13 zeigt einen Ausgangsgraphen 1300 der mikrofluidischen Vorrichtung 102, welcher eine Oszillationsfrequenz (f) von etwa 143 Hz zeigt gemäß einer Ausführungsform.
14 zeigt ein Mischprofil von Fluiden in einem abgeschlossenen Bereich 1200 des mikrofluidischen Systems 142 wie in 12B gezeigt gemäß einer Ausführungsform.
Der modifizierte Fluidfluss oder der oszillierende Fluss (oder genannt „flüssigkeit1”), welcher aus der mikrofluidischen Vorrichtung (nicht dargestellt) ausströmt, kann mit einem Probenfluid (oder genannt „flüssigkeit2”) gemischt werden, wodurch eine Mischung produziert wird, welche aus dem mikrofluidischen System 142 ausströmt. Das Ausmaß des Mischens hängt ab von der Größe und der Frequenz des oszillierenden Flusses.
15A und 15A' zeigen jeweilige Ergebnisse 1500, 1502 des Mischens von Fluiden in einem mikrofluidischen System bei einem fortwährenden Fluss ohne die mikrofluidische Vorrichtung. Die 15B und 15B' zeigen jeweilige Resultate 1504, 1506 des verbesserten Mischens von Fluiden in einem mikrofluidischen System 142 bei einem oszillierenden Fluss gemäß einer Ausführungsform. 15C zeigt ein Resultat 1508 eines sofortigen Mischens von Fluiden in einem mikrofluidischen System 142 bei einem oszillierenden Fluss mit einer größeren Oszillationsgröße oder bei einer vergrößerten oder höheren Flussrate gemäß einer Ausführungsform.
Zwei Fluide, nämlich wässrige Alkalilösung (0,5 Gewichtsprozent NaOH Lösung) und 1% Phenolphtalein Lösung können verwendet werden für den Mischungstest. Wenn die beiden Fluide in Kontakt miteinander kommen, ändert sich ihre Farbe von farblos auf Rot (oder gezeigt als schattiert). Relevante Ergebnisse 1500, 1502, 1508, 1506, 1508 sind in den 15A, 15A', 15B, 15B' und 15C gezeigt. Die 15A zeigt das Ergebnis 1500 ohne die mikrofluidische Vorrichtung 102 oder den Oszillator, wobei der Fluss bei Re von etwa 70 stabil ist. Die Fluidgrenzschicht ist deutlich erkennbar. Wie in dem Ergebnis 1502 in 15A' gezeigt, nach einer Kanallänge von etwa 3 cm stromabwärts der mikrofluidischen Vorrichtung 102 ist das Mischen schwach. Die Fluidgrenzschicht ist nur leicht verschmiert durch Diffusion. 15B zeigt das Resultat 1504 nachdem die mikrofluidische Vorrichtung 102 oder der Oszillator hinzugefügt sind. Bei etwa der gleichen Re wird ein oszillierender Fluss produziert. Die materielle Grenzschicht kann nicht identifiziert werden. Die Fluide werden global rosa (oder leicht schattiert wie in 15), was ein Zeichen des Mischens ist. Wie im Ergebnis 1506 in 15B' gezeigt, nach etwa 3 cm stromabwärts der mikrofluidischen Vorrichtung 102 oder des Oszillators sind die Fluide gut gemischt worden (oder voll schattiert wie in 15B' gezeigt). 15C zeigt das Resultat 1508 mit der mikrofluidischen Vorrichtung 102 oder dem Oszillator bei Re von etwa 150. Da die Re vergrößert ist, wird die pulsierende Strömung wesentlich stärker mit einer vergrößerten Größe. Als ein Ergebnis werden die Fluide sofort gemischt (gezeigt als vollschattiert in 15C), sobald die Fluide in Kontakt kommen.
16 zeigt ein alternatives Mischprofil von Fluiden in einem mikrofluidischen System 142 von jenem wie in 12B gezeigt. 16 zeigt eine Schemadarstellung eines Mischprofils von Fluiden in einem mikrofluidischen System 142, welches aufweist einen Eingangskanal 152 und einen Probenkanal 156, die an einen Einlass 110 der mikrofluidischen Vorrichtung 102 gemäß einer Ausführungsform gekuppelt sind. Sowohl der Eingangskanal 142 als auch der Probenkanal 156 können mit dem Einlass 110 der mikrofluidischen Vorrichtung 102 gekuppelt sein. Nach dem Passieren durch die mikrofluidische Vorrichtung 102 können sowohl das Fluid, welches anfänglich in den Eingangskanal 152 einströmt, als auch das Probenfluid, welches anfänglich in den Probenkanal 156 einströmt, gemischt werden, wodurch ein Gemischtes-Ausgangsfluid-Fluss aus dem Auslass 114 der mikrofluidischen Vorrichtung 102 in einen Ausgangskanal 146 aus dem mikrofluidischen System 142 heraus produziert wird.
17 zeigt eine Querschnittansicht eines mikrofluidischen Systems 142, welches aufweist eine Mehrzahl von Mischkammern 160, welche jeweils separat von einer Ausgangspassage 124 einer mikrofluidischen Vorrichtung (nicht dargestellt) sind mittels einer flexiblen Wand 158 gemäß einer Ausführungsform.
Die Ausgangspassage 124 kann gekuppelt sein stromabwärts der mikrofluidischen Vorrichtung. Das mikrofluidische System 142 kann einen Probefluidkanal 156 aufweisen, welcher von der Ausgangspassage 124 mittels der flexiblen Wand 158 separiert ist.
Das mikrofluidische System 142 kann ferner aufweisen drei Mischkammern 160, wobei jede von den drei Mischkammern 160 mit wenigstens einem Probefluid beaufschlagbar ist, wobei die flexible Wand 158 jede der drei Mischkammern 160 von der Ausgangspassage 124 separiert, wobei die flexible Wand 158 konfiguriert sein kann, um einen Energietransfer von dem modifizierten Fluidfluss zu dem wenigstens einen Probenfluid hin zu erlauben innerhalb jeder der drei Mischkammern 160.
Wie in 17 gezeigt, kann der Probenfluidkanal 156 zwei Probeneinlässe 162 und einen einzigen Probenauslass 164 aufweisen. Jedoch kann der Probenfluidkanal 156 irgendeine geeignete Anzahl an Probeneinlässen 162 und an Probenauslässen 164 aufweisen in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen. Die Richtung des Probenfluidflusses entlang des Probenfluidkanals 156 und die Richtung des modifizierten Fluidflusses aus der mikrofluidischen Vorrichtung 102 heraus und entlang der Ausgangspassage 124 können jeweils in 17 dargestellt sein.
Die flexible Wand 158 kann aus irgendeinem geeigneten Material sein, z. B. einem elastischen Film. Die Dicke der flexiblen Wand 158 kann auch variieren in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen.
Die flexible Wand 158 kann sich entlang der gesamten Länge der Überlappung zwischen der Ausgangspassage 124 und dem Probenfluidkanal 156 erstrecken, oder kann nur innerhalb jeder der drei Mischkammern 160 vorliegen in Abhängigkeit von Verwender- und Gestaltungserfordernissen.
18A zeigt eine Draufsicht eines mikrofluidischen Systems 142, welches vier Mischkammern 170, 172, 174, 176 aufweist, die in einer Konfiguration gemäß einer Ausführungsform angeordnet sind.
Das mikrofluidische System 142 kann aufweisen zwei Probeneingangskanäle, d. h. einen Probeneingangskanal 156 und einen zusätzlichen Probeneinlasskanal 166. Ein Probenfluid und ein zusätzliches Probenfluid können entlang des jeweiligen Probeneingangskanals 156 und des zusätzlichen Probeneingangskanals 166 strömen, um in einer ersten Mischkammer 170 gemischt zu werden. Das mikrofluidische System 142 kann ferner aufweisen eine mikrofluidische Vorrichtung 102, welche stromaufwärts der ersten Mischkammer 170 angeschlossen ist, um einen modifizierten Fluidfluss durch die erste Mischkammer 170 bereitzustellen, welcher separiert ist von dem Probenfluid und dem zusätzlichen Probenfluid durch eine flexible Wand 158 (nicht gezeigt in 18A, aber in 17 gezeigt). Die flexible Wand 158 ist konfiguriert, um einen Energietransfer von dem modifizierten Fluidfluss auf das Probenfluid und das zusätzliche Probenfluid zu erlauben, um das Mischen des Probenfluids und des zusätzlichen Probenfluids innerhalb der ersten Mischkammer 170 zu fördern.
Die beiden Probenfluide können in alle der vier Mischkammern 170, 172, 174 und 176 zugeführt werden. Dann wird der Oszillator oder die mikrofluidische Vorrichtung 102 angeschaltet, wodurch ein modifizierter Fluidfluss in dem Ausgangsmikrokanal 146 bereitgestellt wird, welcher gleichzeitig Energie an den jeweiligen flexiblen Wänden der Mischkammern 170, 172, 174 und 176 an die beiden Probenfluide in diesen Mischkammern 170, 172, 174 und 176 überträgt. Auf diese Weise werden die Flüssigkeiten in allen der vier Mischkammern 170, 172, 174 und 176 zur gleichen Zeit gemischt, sodass ein fluidisches Netzwerk erzielt ist.
Zu dieser Zeit kann der modifizierte Fluidfluss aus der mikrofluidischen Vorrichtung 102 heraus aus der ersten Mischkammer 170 heraus zu der zweiten Mischkammer 172 strömen, dann zu der dritten Mischkammer 174 und dann zu der vierten Mischkammer 176, bevor er aus einem Modifiziertes-Fluid-Ausgangskanal 146 ausströmt.
18B zeigte eine Draufsicht eines mikrofluidischen Systems 142, welches vier Mischkammern 170, 172, 174, 176 aufweist, die in einer alternativen Konfiguration angeordnet sind gemäß einer Ausführungsform.
In beiden der mikrofluidischen Systeme 142 wie in 18A und 18B gezeigt, wird modifizierter Fluss den vier Mischkammern 170, 172, 174, 176 zur gleichen Zeit bereitgestellt. Der Unterschied zwischen jenen wie in 18A und 18B gezeigten ist, dass bei der In-Reihe-Gestaltung wie in 18A gezeigt die Oszillationsgröße in den aufeinander folgenden vier Kammern 170, 172, 174, 176 abnehmen kann.
19A zeigt ein Foto 1900 des mikrofluidischen Systems 142 wie in 18B gezeigt gemäß einer Ausführungsform.
Ähnlich zu jener wie in 18B gezeigt, kann das mikrofluidische System 142 aufweisen eine mikrofluidische Vorrichtung 102, eine Eingangspassage 122 zu der mikrofluidischen Vorrichtung 102, einen ersten Probenkanal 156, einen zusätzlichen Probenkanal 166, vier Mischkammern 170, 172, 174, 176, einen Probenausgangskanal 168 und einen modifizierten Fluidausgangskanal 146.
Die 19B bis 19E zeigen einen aufeinander folgenden Mischprozess von Fluiden in einer Mischkammer 160 gemäß einer Ausführungsform. Die Mischkammer 160 kann irgendeine von den vier Mischkammern 170, 172, 174, 176 wie in 18A oder 18B sein. In 19B strömen zwei unterschiedliche Fluide 159 und 157 parallel in die Mischkammer 160 hinein. Ohne die Oszillation ist das Mischen langsam, und die Fluidgrenzschicht 158 kann klar beobachtet werden. 19C bis 19E zeigen die Mischung nach etwa 0,2, 0,4 und 0,6 s mit der Vorrichtung 102 im Betrieb. Die Homogenität ist nach etwa 0,6 s erreicht worden.
20 zeigt eine Draufsicht eines mikrofluidischen Systems 142, welches konfiguriert ist, um sequentiell oder gleichzeitig Fluide zu mischen in ausgewählten von einer Mehrzahl von Mischkammern 170, 172, 174, 176 in einem fluidischen Netzwerk gemäß einer Ausführungsform.
In 20 weist das mikrofluidische System 142 Mikroventile 202, 204, 206 und 208 auf, welche in jeweiligen Fluidpassagen positioniert sind für die selektive Bereitstellung von modifziertem Fluidfluss für die unterschiedlichen Mischkammern 170, 172, 174, 176 in dem fluidischen Netzwerk. Beispielsweise wenn alle Mikroventile 202, 204, 206 und 208 offen sind, ist das mikrofluidische System 142 ähnlich zu jenem von 18B. Wenn die Mikroventile 202 und 204 geschlossen sind und die Mikroventile 206 und 208 offen sind, werden nur die Flüssigkeiten in den Mischkammern 174 und 176 gemischt mit Hilfe des modifizierten Fluidflusses. Falls alle Mikroventile 202, 204, 206 und 208 geschlossen sind, werden nur die Flüssigkeiten in der Kammer 174 gemischt. Die Mikroventile 202, 204, 206 und 208 können pneumatische Ventile oder mechanische Ventile sein, welche z. B. die Verwendung von Magnetventilen umfassen.
Bei einigen Ausführungsformen kann das mikrofluidische System 142 oder die mikrofluidische Vorrichtung 102 in unterschiedlichen potentiellen Industrieanwendungen verwendet werden. Ein Beispiel kann sein beim Erhöhen des Mischens oder des Wärmetransfers in einem Mikrokanal. Obwohl eine ständige laminare Strömung in eine instabile oszillatorische Strömung umgewandelt wird, kann der mikrofluidische Oszillator den Massen- und Wärmetransfer verbessern. Der mikrofluidische Oszillator kann arbeiten als ein mikrofluidischer Mischer. Ein anderes Beispiel kann beim Kanal- oder Vorrichtungsreinigen und -wiedergewinnen sein. Für wiederverwendbare mikrofluidische Vorrichtungen ist ein Kanalreinigen erforderlich, um die Rückstände und Verunreinigungen nach jeder Verwendung zu beseitigen. Der mikrofluidische Oszillator 102 kann einen pulsierenden Fluss bereitstellen, um die Effizienz des Reinigungsvorgangs zu verbessern. Ein weiteres Beispiel kann bei chemischer oder biochemischer Reaktionsverbesserung vorliegen. Der Oszillator 102 kann verwendet werden in Mikroreaktorsystemen, um das Mischen zwischen den chemischen Reaktionskomponenten zu verbessern, um die chemische oder biochemische Reaktion zu verbessern. Noch ein anderes Beispiel kann bei Ablagerungsverhinderung oder -verminderung vorliegen. In Mikroreaktor- oder Mikrowärmeaustauschsystemen hilft ein oszillierender Fluss, Ablagerung von Feststoffen an der inneren Fläche der Kanäle zu verringern und dadurch Ablagerungen zu verhindern oder zu reduzieren. Ein weiteres Beispiel ist bei der Filtrationsverbesserung. Ein oszillierender Fluss kann auch helfen, die Ablagerung eines Filters zu verhindern, um die Filtrationsrate zu verbessern. Ein anderes Beispiel liegt in der Emulsionsbildung. Der mikrofluidische Oszillator 102 kann auch verwendet werden, um kleine Tropfen von Flüssigkeit in einer nicht mischbaren Flüssigkeit zu erzeugen, um Emulsionen zu bilden.
In einigen Ausführungsformen kann ein passiver mikrofluidischer Oszillator 102, welcher bei einem niedrigen Re-Bereich (z. B. Re < 100) arbeitet, offenbart sein. Stabile Oszillationen können erreicht werden bei Re von etwa 50, wodurch der mikrofluidische Oszillator eine ideale Wahl für mikrofluidische Anwendungen wird.
Der mikrofluidische Oszillator 102 kann auch eine relativ hohe Frequenz realisieren auf bis zu mehrere 100 Hz. Eine höhere Frequenz kann eine bessere Leistung für viele Anwendungen mit sich bringen, wie z. B. ein Verbessern des Mischens von Fluiden und des Wärmetransfers, ein Verhindern von Ablagerungen.
Der mikrofluidische Oszillator 102 kann eine Passivgestaltung umfassen. Obwohl eine sich bewegende Membran 118 oder Haut verwendet ist, ist die Oszillation auf passivem Wege erreicht. Sie wird eigenausgelöst und eigenaufrechterhalten und arbeitet konstant bei Strömungseingang. Im Vergleich mit einer bekannten aktiven Gestaltung, besteht keine Notwendigkeit des externen Steuersystems, wie es z. B. für einen Blei-Zirconat-Titanat (PZT) Mischer erforderlich ist. Die Struktur ist einfach, günstig und zuverlässiger.
Der mikrofluidische Oszillator 102 ist robust. Zum Beispiel kann die Oszillation stark und stabil sein. Ferner ist die Oszillation nicht empfindlich gegenüber der Störung aus der umliegenden Umgebung.
Obwohl die Erfindung insbesondere gezeigt und beschrieben worden ist mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen, ist für den Fachmann zu verstehen, dass zahlreiche Änderungen in der Form und im Detail darin gemacht werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung wie in den angehängten Ansprüchen definiert abzuweichen. Der Umfang der Erfindung ist daher angegeben durch die angehängten Ansprüche, und alle Änderungen, welche in die Bedeutung und den Bereichs der Äquivalenz der Ansprüche gelangen, sind daher als umfasst angesehen.

Claims

Mikrofluidische Vorrichtung zum Modifizieren eines Fluidflusses, wobei die mikrofluidische Vorrichtung aufweist: eine Kammer, welche aufweist: einen ersten Kammerabschnitt mit einem Einlass, welcher konfiguriert ist, um einen Fluidfluss in die Kammer hinein zu erhalten, einen zweiten Kammerabschnitt mit einem Auslass, welcher konfiguriert ist, um einen modifizierten Fluidfluss aus der Kammer heraus zu erlauben, wobei der zweite Kammerabschnitt im Vergleich zu dem ersten Kammerabschnitt einen kleineren Kammerquerschnitt definiert, und wenigstens eine Haltestruktur mit wenigstens einer Haltefläche, welche eine Unterteilung zwischen dem ersten Kammerabschnitt und dem zweiten Kammerabschnitt definiert, und eine Membran in dem ersten Kammerabschnitt, wobei die Membran zwischen einer Position am Einlass und einer Position an der wenigstens einen Haltefläche verlagerbar ist durch den Fluidfluss.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der modifizierte Fluidfluss einer von einem oszillierenden Fluidfluss und einem pulsierenden Fluidfluss ist.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Membran nicht mit der Kammer verbunden ist.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Membran in der Gestalt flach ist.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Membran verlagerbar ist, um den Fluidfluss von dem ersten Kammerabschnitt aus in den zweiten Kammerabschnitt hinein zu erleichtern.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Membran deformierbar ist unter einer Differenz des Drucks zwischen zwei im Wesentlichen entgegengesetzten Flächen der Membran.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Membran ferner wenigstens eine Öffnung aufweist.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der die wenigstens eine Öffnung entlang eines Umfangs der Membran oder in der Membran ausgebildet ist.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Membran aufweist ein Material, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche besteht aus Silikonkautschuk, natürlichem Kautschuk, Latex, Nitril-Kautschuk, thermoplastischem Polyurethan und elastischem Metall.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der zweite Kammerabschnitt eine Querschnittabmessung definiert, die kleiner ist als die Querschnittabmessung des ersten Kammerabschnitts.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die wenigstens eine Haltestruktur wenigstens einen Kanal definiert, der zwischen dem ersten Kammerabschnitt und dem zweiten Kammerabschnitt kommuniziert.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der die wenigstens eine Haltefläche ferner aufweist wenigstens eine Nut von wenigstens einer Tiefe, wobei die wenigstens eine Nut teilweise den wenigstens einen Kanal definiert.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend eine Eingangspassage, die mit dem Einlass gekuppelt ist, sodass die Eingangspassage konfiguriert ist, um den Fluidfluss in den ersten Kammerabschnitt hineinzuleiten.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend eine Ausgangspassage, die mit dem Auslass gekuppelt ist, sodass die Ausgangspassage konfiguriert ist, um den Fluidfluss aus dem zweiten Kammerabschnitt heraus zu leiten.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend eine Abdeckung, welche über dem Einlass angeordnet ist und welche konfiguriert ist, um die Membran in der Kammer wenigstens im Wesentlichen abzudecken.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei die Abdeckung eine Abdeckungsöffnung aufweist, wobei die Abdeckungsöffnung positioniert ist, um zu der Eingangspassage ausgerichtet zu sein, um den Fluidfluss in die Kammer hinein durch die Abdeckungsöffnung und die Eingangspassage hindurch zu erlauben.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der erste Kammerabschnitt ferner aufweist einen dritten Kammerabschnitt, welcher vom Einlass ausgeht, wobei der dritte Kammerabschnitt einen kleineren Kammerquerschnitt definiert im Vergleich zum Rest des ersten Kammerabschnitts.
Mikrofluidisches System, aufweisend: eine mikrofluidische Vorrichtung, welche konfiguriert ist, um einen Fluidfluss zu modifizieren, aufweisend: eine Kammer, welche aufweist: einen ersten Kammerabschnitt mit einem Einlass, welcher konfiguriert ist, um einen Fluidfluss in die Kammer hinein zu erhalten, einen zweiten Kammerabschnitt mit einem Auslass, welcher konfiguriert ist, um einen modifizierten Fluidfluss aus der Kammer heraus zu erlauben, wobei der zweite Kammerabschnitt einen kleineren Kammerquerschnitt definiert im Vergleich zu dem ersten Kammerabschnitt, und wenigstens eine Haltestruktur mit wenigstens einer Haltefläche, welche eine Unterteilung zwischen dem ersten Kammerabschnitt und dem zweiten Kammerabschnitt definiert, und eine Membran im ersten Kammerabschnitt, wobei die Membran zwischen einer Position unter dem Einlass und einer Position an der wenigstens einen Haltefläche verlagerbar ist durch den Fluidfluss, und eine Eingangspassage, welche stromaufwärts der mikrofluidischen Vorrichtung angeschlossen ist, und eine Ausgangspassage, welche stromabwärts der mikrofluidischen Vorrichtung angeschlossen ist.
Mikrofluidisches System gemäß Anspruch 18, ferner aufweisend: wenigstens einen Probenfluidkanal in Fluidverbindung mit wenigstens einer von der Eingangspassage und der Ausgangspassage, wobei der wenigstens eine Probenfluidkanal konfiguriert ist, um es einem Probenfluidfluss in dem wenigstens einen Probenfluidkanal zu erlauben, mit dem modifizierten Fluidfluss gemischt zu werden.
Mikrofluidisches System gemäß Anspruch 18, ferner aufweisend: wenigstens eine Mischkammer mit wenigstens einem Probenfluid, eine flexible Wand, welche einen Probenfluidkanal von der Ausgangspassage wenigstens innerhalb der wenigstens einen Mischkammer separiert, wobei die flexible Wand konfiguriert ist, um einen Energietransfer von dem modifizierten Fluidfluss zu dem wenigstens einen Probenfluid innerhalb der wenigstens einen Mischkammer zu erlauben.