JP2013543447A - 微小流体デバイス、微小流体注入システム、および微小流体のフロー測定と注入の方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1a
Description
本発明の一態様によれば、フローパラメータを検出する微小流体デバイス100、200は、ベース筐体102内に構成された流路104であって、前記流路104は、前記流路104内に第1および第2の流体F1、F2を有する流体ストリームF1‐2を形成するために、第1の流体F1を供給する注入口106と第2の流体F2を供給する第2の注入口108を備え、流体ストリームF1‐2を出力側に提供する出力112を更に備え、前記流路104は、前記流路104内に、前記第1の流体F1で充填された流路104のセクションと前記第2の流体F2で充填された流路の隣接するセクションの間に、前記流路の横断面にわたって延在する前記第1および第2の流体F1、F2間の流体界面を構成する横断面形状を有する流路104と、前記流路104に前記第1の流体F1を選択的に供給するために、前記第1の注入口106に付随するマイクロポンプを備える第1の供給手段114と、前記流路104に前記第2の流体F2を供給するために、前記第2の注入口108に付随する第2の供給手段116と、前記流路内の前記第1の流体および前記第2流体の異なる物性に基づいて、前記第1または第2の流体の現在のフローパラメータに依存する測定値SMEASUREを検出する検出手段118と、を備える。
前記検出手段118は、前記第1の流体F1および前記第2の流体F2の異なる物性に基づいて、前記流路104内の流体界面の位置または位置の変化を決定するように更に構成することができ、前記第1または第2の流体F1、F2の現在のフローパラメータは、前記流体界面の位置または位置の変化から決定することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記異なる物性は、前記第1の流体F1および前記第2の流体F2の異なる電気的導電率、異なる誘電率、異なる透磁率、異なる光学的透明性または異なる光学的反射率とすることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記現在のフローパラメータは、前記流路104内の前記第1または第2の流体F1、F2のフロー速度、フロー容量、フロー方向、流体伝搬時間および/または充填レベルを示すことができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体デバイスの検出手段118は、前記流路104に沿った複数の位置で、空間的に分解された方法で、前記第1および第2の流体F1、F2の異なる物性を検出するように構成された複数の個々のセンサ要素を、前記流体流路104に沿って備えることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体デバイスの検出手段118は、前記測定値を容量的に検出するように構成され、お互いからと流体ストリームF1‐2から絶縁された2つの電極118a、118bが、前記ベース筐体102に配置され、前記2つの電極118a、118bが、前記流路104に関して互いに反対側に配置され、前記2つの電極118a、118bの間に生成することができる電界が、前記第1の流体F1が充填された前記流路104のセクション内と前記第2の流体F2が充填された前記流路104のセクション内の両方に存在し、前記流体ストリームF1‐2の位置の変化が、前記2つの電極118a、118b間の静電容量の比例変化になることができる。
前記第1および第2の電極118a、118bは、更に、それぞれ複数の個々の電極から構成することができ、複数の個々の静電容量が前記第1および第2の電極の間に形成され、前記個々の静電容量は互いに独立に検出可能である。
前記第1および第2の電極118a、118bは、更に、前記ベース筐体102の第1および第2の主表面102a、102bに関して水平に配置され、少なくとも部分的に前記流路104を覆うことができる。
前記第1および第2の電極118a、118bは、更に、前記ベース筐体102の第1および第2の主表面102a、102bに関して垂直に配置され、いずれの場合においても前記流路に沿って延在することができる。
前記第1および第2の電極118a、118bは、更に、少なくともセクションにおいて、前記流路104の湾曲した外表面に沿って、それぞれ延在することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体デバイスの検出手段118は、前記流路104内の前記流体ストリームF1‐2における界面の位置を、光学的に検出するように構成することができ、前記流路は少なくともいずれかのサイドが光学的に透明とすることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスは、前記流路104の出力112において提供される流体ストリームF1‐2から前記第1の流体F1を分離する流体分離手段120を更に備えることができる。
前記流体分離手段120は、更に、前記流路104の出力112に直接隣接して配置することができる。
前記流体分離手段120は、更に、前記第1の流体F1に対して前記流体分離手段120から前記流路104の第1の注入口106まで閉サイクルを形成するために、前記第1の注入口106に流体工学的に結合することができる。
前記流体分離手段120は、前記流体分離手段のチャンバ内で出力側流体ストリームに対して横方向に配置された前記第2の流体をはじくフィルタダイアフラムを更に備えることができる。
前記流体分離手段120は、出力側に、前記流体分離手段を通過した時点で出力側流体ストリーム内に前記第1の流体の一定量が存在するかどうかを検出するように構成された、更なる検出手段128を更に備えることができる。
前記更なる検出手段128は、出力側流体ストリームF2OUT内に存在する前記第1の流体F1の量を定量的に検出するように構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスは、前記流路104内の前記第1および第2の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、前記第1の流体F1を供給する前記第1の供給手段114および/または前記第2の流体F2を供給する前記第2の供給手段116を選択的に制御するように構成された制御装置140を更に備えることができる。
前記制御装置140は、前記検出手段118によって検出された測定値SMEASRUEを評価し、前記現在のフローパラメータを決定するように更に構成することができ、前記制御装置は、前記流路内の前記第1および/または第2の流体の前記予め定められたフローパラメータを取得するために、前記決定された現在のフローパラメータの前記予め定められたフローパラメータからの偏差に基づいて前記第1の供給手段114および/または前記第2の供給手段116を制御するように更に構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスの流路104は、ベース筐体102内で蛇行形状またはらせん形状に構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスの流路104は、楕円形または円形の横断面形状を有することができ、前記流体界面の位置が、基本的に前記第1の流体F1よりも前記第2の流体F2の界面張力によって、かつ前記第2の流体F2と前記流路の壁の素材間の界面張力によって決定されるように、前記楕円形横断面の短軸または前記円形横断面の直径を選択することができる。
前記流路104は、矩形の横断面形状を有することができ、前記流体界面の位置が、基本的に第2の流体F2の界面張力によって、かつ前記第2の流体F2と前記流路の壁の素材間の界面張力によって決定されるように、前記矩形の横断面形状の小辺を選択することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスの第1および第2の注入口106、108の少なくともいずれかは、前記第1の流体F1の前記第2の注入口108への前記第2の流体F2のフロー方向に逆らった不測の侵入または前記第2の流体F2の前記第1の注入口106への前記第1の流体F1のフロー方向に逆らった不測の侵入を検出するために配置された外乱検出手段130、132をそれぞれ有することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記第1の流体F1は気体とし、前記第2の流体F2は液体とすることができる。
前記第1の流体は液体とし、前記第2の流体は気体とすることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスの第1の注入口106は、前記第1の注入口に付随して前記第1の流体F1を備える第1の貯留槽124を有することができ、前記第1の供給手段114は、前記貯留槽124から前記第1の注入口106に前記第1の流体F1を供給するように構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスの第2の注入口は、前記第2の注入口に付随して前記第2の流体F2を備える第2の貯留槽126を有することができ、前記第2の供給手段116は、前記第2の貯留槽126から前記第2の注入口108に前記第2の流体F2を選択的に供給するように構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスの検出手段または更なる検出手段は、前記流路104内の予め定められた中間位置または前記流路の出力112において、流体境界の存在または通過を検出するように構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記第2の注入口108に付随する前記デバイスの前記第2の供給手段116は、前記第2の流体F2を前記流路104に選択的に供給するための第2のマイクロポンプを備えることができる。
前記第2の供給手段114の前記第2のマイクロポンプは、更にぜん動式ポンプとすることができる。
前記マイクロポンプを備える第1の供給手段114および前記第2の供給手段116は、前記流路104において出力側に配置され、前記第2の供給手段116は、フロー方向において前記第1の供給手段114から上流に配置され、前記第2の供給手段は、前記流路内に前記第2の流体を供給するための開口部として配置され、前記第1および第2の供給手段は、前記第1の流体F1および前記第2の流体F2間の界面を形成するために、前記第1の注入口106における前記第1の流体F1の圧力P2と、前記流路104に前記第2の流体F2の一定量を噴射するための前記第2の注入口106における前記第2の流体F2の圧力P3を調整するように更に構成することができる。
前記マイクロポンプを備える第1の供給手段114および前記第2の供給手段116は、前記流路104において入力側に配置され、前記第2の供給手段116は、フロー方向において前記第1の供給手段114から下流に配置され、前記第2の供給手段は、狭められた流路セクション内に前記第2の流体F2を供給するための開口部として配置され、前記第1および第2の供給手段は、前記第1の流体F1および前記第2の流体F2間の界面を形成するために、前記第1の注入口106における前記第1の流体F1の圧力P2と、前記流路104に前記第2の流体F2の一定量を噴射するための前記第2の注入口106における前記第2の流体F2の圧力P3を調整するように構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスの第1の供給手段114のマイクロポンプは、ぜん動式ポンプとすることができる。
本発明の他の態様によれば、微小流体注入システム300、400、500は、ベース筐体102内に構成された流路104であって、前記流路104は、前記流路104内に第1および第2の流体F1、F2を有する流体ストリームF1‐2を形成するために、第1の流体F1を供給する注入口106と第2の流体F2を供給する第2の注入口108を備え、流体ストリームF1‐2を出力側に提供する出力112を更に備え、前記流路104は、前記流路104内に、前記第1の流体F1で充填された流路104のセクションと前記第2の流体F2で充填された流路の隣接するセクションの間に、前記流路の横断面にわたって延在する前記第1および第2の流体F1、F2間の流体界面を構成する横断面形状を有する、流路104と、前記流路104に前記第1の流体F1を選択的に供給するために、前記第1の注入口106に付随するマイクロポンプを備える、第1の供給手段114と、前記流路104に前記第2の流体F2を供給するために、前記第2の注入口108に付随する、第2の供給手段116と、前記流路内の前記第1の流体および前記第2流体の異なる物性に基づいて、前記第1または第2の流体の現在のフローパラメータに依存する測定値SMEASUREを検出する、検出手段118と、を備えるフローパラメータを検出する微小流体デバイス100、200と、前記第1または第2の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、前記第1の流体を供給する前記第1の供給手段114または前記第2の流体を供給する前記第2の供給手段を選択的に制御するように構成された制御装置140と、前記流体F2を備える出力側流体ストリームFOUTを下流で取得するために、前記流路104の出力112において提供される流体ストリームF1‐2から前記第1の流体F1を選択的に分離する流体分離手段120と、を備える。
前記制御装置140は、前記検出手段118によって検出された測定値を評価し、前記現在のフローパラメータを決定するように更に構成され、前記制御装置140は、前記流路104内の前記第1および第2の流体F1、F2の予め定められたフローパラメータを取得するように、前記決定された現在のフローパラメータの前記予め定められたフローパラメータからの偏差に基づいて、前記第1の供給手段114または前記第2の供給手段116を制御するように更に構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体注入システムの制御装置140は、前記第1または第2の供給手段114、116を制御し、前記第1または第2の流体の予め定められた量を前記流路の入力側に供給するように更に構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体注入システムの制御装置140は、前記第1の供給手段114を制御し、前記流路104の出力側に存在する前記第2の流体F2の連続ストリームに、前記第1の流体F1の予め定められた量を供給するように更に構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体注入システムの制御装置140は、前記第1および第2の流体が予め定められた比率で前記流路104の出力側に供給されるように、前記第1および第2の供給手段114、116を制御するように更に構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体注入システムの制御装置140は、前記第1の流体F1の第1の量と第2の流体F2の第2の量が、いずれの場合においても前記流路104の入力側に供給されるように、前記第1および第2の供給手段114、116を制御するように更に構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体注入システムの制御装置140は、前記第1の流体F1の第1の量と第2の流体F2の第2の量が、いずれの場合においても前記流路104の入力側に供給されるように、前記第1および第2の供給手段114、116を制御するように更に構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体注入システムの制御装置140は、前記第1および/または第2の供給手段を制御し、前記第1の流体から前記第2の流体への遷移を備える流体境界が前記流路104内の中間位置または前記流路の出力112において検出されたときに、前記第2の流体F2の前記流路104の入力側への供給を停止し、前記流路104内に定められた量の前記第2の流体F2が存在するように更に構成することができる。
前記制御装置140は、前記第1の供給手段114を制御し、前記流路104に前記第1の流体F1を供給し、前記流路の出力側および/またはフロー方向において前記流体分離手段120から下流に、定められた量の前記第2の流体F2が提供されるように、更に構成することができる。
前記制御装置は、単位時間当り予め定められた注入容積の前記第1または第2の流体F1、F2を取得するために、前記第1または第2の流体F1、F2が前記流路の入力側に予め定められたフロー速度で供給されるように、前記第1または第2の供給手段114、116を制御するように更に構成することができる。
本発明の他の態様によれば、フローパラメータを検出する方法は、第1の流体で充填された流路のセクションと第2の流体で充填された流路の隣接するセクションの間に、全ての流路横断面にわたって延在する第1および第2の流体間の流体境界を構成するための横断面形状を有する流路内に、前記第1および第2の流体を備える流体ストリームを形成し、更に前記流体ストリームを前記流路の出力に提供するために、マイクロポンプによって前記第1の流体を前記流路の第1の注入口に選択的に供給し、前記第2の流体を前記流路の第2の注入口に供給するステップと、前記流路内の前記第1の流体と前記第2の流体の異なる物性に基づいて、前記第1または第2の流体の現在のフローパラメータに依存する測定値を検出するステップと、を備える。
本発明の他の態様によれば、流体を微小量注入する方法は、第1の流体で充填された流路のセクションと第2の流体で充填された流路の隣接するセクションの間に、全ての流路横断面にわたって延在する第1および第2の流体間の流体境界を構成するための横断面形状を有する流路内に、第1および第2の流体を備える流体ストリームを形成し、更に前記流体ストリームを前記流路の出力に提供するために、マイクロポンプによって前記第1の流体を前記流路の第1の注入口に選択的に供給し、前記第2の流体を前記流路の第2の注入口に供給するステップと、前記流路内の前記第1の流体と前記第2の流体の異なる物性に基づいて、前記第1または第2の流体の現在のフローパラメータに依存する測定値を検出するステップとを備える、フローパラメータを検出するステップと、前記流路内の前記第1および第2の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、前記第1の流体を選択的に供給するために第1の供給手段を制御し、および/または第2の流体を選択的に供給するために第2の供給手段を制御するステップと、前記第2の流体F2を備える出力側流体ストリームを取得するために、前記流路の出力に提供される流体ストリームから前記第1の流体を分離するステップと、を備える。
前記方法は、検出手段によって検出された測定値SMEASRUEを評価するステップと、現在のフローパラメータを決定するステップと、前記流路内の前記第1および第2の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、前記決定された現在のフローパラメータの前記予め定められたフローパラメータからの偏差に基づいて、前記第1の供給手段および/または前記第2の供給手段を制御するステップとを更に備えることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記方法は、前記流路内の界面の位置の検出に基づいて、前記流路に注入された一定量の前記第1の流体を検出するステップを更に備えることができ、前記流路内の予め定められた量の前記第1の流体を前記検出された位置と関係づけることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記方法は、前記流路内の複数の界面の位置の検出に基づいて、前記流路に注入された一定量の前記第1の流体を検出するステップを更に備えることができ、前記流路内の予め定められた量の前記第1の流体を前記検出された位置と関係づけることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記方法は、前記第1または第2の供給手段を制御し、予め定められた量の前記第1または第2の流体を前記流路の入力側に供給するステップを更に備えることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記方法は、前記第1の供給手段を制御し、予め定められた量の前記第1の流体を前記流路の入力側に存在する前記第2の流体の連続ストリームに供給するステップを更に備えることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記方法は、前記第1の流体の第1の量と前記第2の流体の第2の量が、いずれの場合においても前記流路の入力側に交互に供給されるように前記第1および第2の供給手段を制御するステップを更に備えることができる。
前記方法は、前記第1および第2の流体が予め定められた比率で前記流路の入力側に供給されるように前記第1および第2の供給手段を制御するステップを更に備えることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記方法は、前記流路または前記流路の出力における中間位置において流体境界の存在または通過を検出するステップを更に備えることができる。
前記方法は、前記第1の流体から前記第2の流体への遷移を備える流体境界が前記流路内の中間位置または前記流路の出力において検出されたときに前記流路の入力側で前記第2の流体の供給を停止し、前記流路内に予め定められた量の前記第2の流体が存在するように、第1および/または第2の制御装置を制御するステップを更に備えることができる。
前記方法は、注入量として予め定められた量の前記第2の流体(F2)を出力側に提供するために、少なくとも予め定められた量の前記第2の流体が前記流路の出力および/または前記流体分離手段を退出する時間に対して、前記流路の入力側に前記第1の流体を供給するように、前記第1の供給手段を制御するステップを更に備えることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記方法は、単位時間当り予め定められた注入量の前記第1または第2の流体を出力側に連続的に提供するために、前記第1および/または第2の流体が予め定められたフロー速度で前記流路の出力側に供給されるように、第1および/または第2の制御装置を制御するステップを更に備えることができる。
Claims (56)
- フローパラメータを検出する微小流体デバイス(100、200)であって、
ベース筐体(102)内に構成された流路(104)であって、前記流路(104)は、前記流路(104)内に第1および第2の流体(F1、F2)を有する流体ストリーム(F1‐2)を形成するために、第1の流体(F1)を供給する注入口(106)と第2の流体(F2)を供給する第2の注入口(108)を備え、流体ストリーム(F1‐2)を出力側に提供する出力(112)を更に備え、前記流路(104)は、前記流路(104)内に、前記第1の流体(F1)で充填された流路(104)のセクションと前記第2の流体(F2)で充填された流路の隣接するセクションの間に、前記流路の横断面にわたって延在する前記第1および第2の流体(F1、F2)間の流体界面を構成する横断面形状を有する、
流路(104)と、
前記流路(104)に前記第1の流体(F1)を選択的に供給するために、前記第1の注入口(106)に付随するマイクロポンプを備える、第1の供給手段(114)と、
前記流路(104)に前記第2の流体(F2)を供給するために、前記第2の注入口(108)に付随する、第2の供給手段(116)と、
前記流路内の前記第1の流体および前記第2流体の異なる物性に基づいて、前記第1または第2の流体の現在のフローパラメータに依存する測定値(Smeasure)を検出する、検出手段(118)と、
を備える、微小流体デバイス。 - 前記検出手段(118)は、前記第1の流体(F1)および前記第2の流体(F2)の異なる物性に基づいて、前記流路(104)内の流体界面の位置または位置の変化を決定するように構成され、前記第1または第2の流体(F1、F2)の現在のフローパラメータは、前記流体界面の位置または位置の変化から決定することができる、請求項1に記載のデバイス。
- 前記異なる物性は、前記第1の流体(F1)および前記第2の流体(F2)の異なる電気的導電率、異なる誘電率、異なる透磁率、異なる光学的透明性または異なる光学的反射率である、請求項1または2に記載のデバイス。
- 前記現在のフローパラメータは、前記流路(104)内の前記第1または第2の流体(F1、F2)のフロー速度、フロー容量、フロー方向、流体伝搬時間および/または充填レベルを示す、請求項1〜3のいずれかに記載のデバイス。
- 前記検出手段(118)は、前記流路(104)に沿った複数の位置で、空間的に分解された方法で、前記第1および第2の流体(F1、F2)の異なる物性を検出するように構成された複数の個々のセンサ要素を、前記流体流路(104)に沿って備える、請求項1〜4のいずれかに記載のデバイス。
- 前記検出手段(118)は、前記測定値を容量的に検出するように構成され、お互いからと流体ストリーム(F1‐2)から絶縁された2つの電極(118a、118b)が、前記ベース筐体(102)に配置され、前記2つの電極(118a、118b)が、前記流路(104)に関して互いに反対側に配置され、前記2つの電極(118a、118b)の間に生成することができる電界が、前記第1の流体(F1)が充填された前記流路(104)のセクション内と前記第2の流体(F2)が充填された前記流路(104)のセクション内の両方に存在し、前記流体ストリーム(F1‐2)の位置の変化が、前記2つの電極(118a、118b)間の静電容量の比例変化になる、請求項1〜5のいずれかに記載のデバイス。
- 前記第1および第2の電極(118a、118b)は、それぞれ複数の個々の電極から構成され、複数の個々の静電容量が前記第1および第2の電極の間に形成され、前記個々の静電容量は互いに独立に検出可能である、請求項6に記載のデバイス。
- 前記第1および第2の電極(118a、118b)は、前記ベース筐体(102)の第1および第2の主表面(102a、102b)に関して水平に配置され、少なくとも部分的に前記流路(104)を覆う、請求項6または7に記載のデバイス。
- 前記第1および第2の電極(118a、118b)は、前記ベース筐体(102)の第1および第2の主表面(102a、102b)に関して垂直に配置され、いずれの場合においても前記流路に沿って延在する、請求項6または7に記載のデバイス。
- 前記第1および第2の電極(118a、118b)は、少なくともセクションにおいて、前記流路(104)の湾曲した外表面に沿って、それぞれ延在する、請求項6または7に記載のデバイス。
- 前記検出手段(118)は、前記流路(104)内の前記流体ストリーム(F1‐2)における界面の位置を、光学的に検出するように構成され、前記流路は、少なくともいずれかのサイドが光学的に透明である、請求項1〜10のいずれかに記載のデバイス。
- 前記流路(104)の出力(112)において提供される流体ストリーム(F1‐2)から前記第1の流体(F1)を分離する、流体分離手段(120)を更に備える、請求項1〜11に記載のデバイス。
- 前記流体分離手段(120)は、前記流路(104)の出力(112)に直接隣接して配置された、請求項12に記載のデバイス。
- 前記流体分離手段(120)は、前記第1の流体(F1)に対して前記流体分離手段(120)から前記流路(104)の第1の注入口(106)まで閉サイクルを形成するために、前記第1の注入口(106)に流体工学的に結合された、請求項12または13に記載のデバイス。
- 前記流体分離手段(120)は、前記流体分離手段のチャンバ内で出力側流体ストリームに対して横方向に配置された前記第2の流体をはじくフィルタダイアフラムを備える、請求項12〜14のいずれかに記載のデバイス。
- 前記流体分離手段(120)は、前記流体分離手段を通過した時点で出力側流体ストリーム内に前記第1の流体の一定量が存在するかどうかを検出するように構成された、更なる検出手段(128)を出力側に備える、請求項12〜15のいずれかに記載のデバイス。
- 前記更なる検出手段(128)は、出力側流体ストリーム(F2OUT)内に存在する前記第1の流体(F1)の量を定量的に検出するように構成された、請求項16に記載のデバイス。
- 前記流路(104)内の前記第1および第2の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、前記第1の流体(F1)を供給する前記第1の供給手段(114)および/または前記第2の流体(F2)を供給する前記第2の供給手段(116)を選択的に制御するように構成された、制御装置(140)を更に備える、請求項1〜17に記載のデバイス。
- 前記制御装置(140)は、前記検出手段(118)によって検出された測定値(Smeasure)を評価し、前記現在のフローパラメータを決定するように更に構成され、前記制御装置は、前記流路内の前記第1および/または第2の流体の前記予め定められたフローパラメータを取得するために、前記決定された現在のフローパラメータの前記予め定められたフローパラメータからの偏差に基づいて前記第1の供給手段(114)および/または前記第2の供給手段(116)を制御するように更に構成された、請求項18に記載のデバイス。
- 前記流路(104)は、ベース筐体(102)内で蛇行形状またはらせん形状に構成された、請求項1〜19のいずれかに記載のデバイス。
- 前記流路(104)は、楕円形または円形の横断面形状を有し、前記流体界面の位置が、基本的に前記第1の流体(F1)よりも前記第2の流体(F2)の界面張力によって、かつ前記第2の流体(F2)と前記流路の壁の素材間の界面張力によって決定されるように、前記楕円形横断面の短軸または前記円形横断面の直径が選択される、請求項1〜20のいずれかに記載のデバイス。
- 前記流路(104)は、矩形の横断面形状を有し、前記流体界面の位置が、基本的に第2の流体(F2)の界面張力によって、かつ前記第2の流体(F2)と前記流路の壁の素材間の界面張力によって決定されるように、前記矩形の横断面形状の小辺が選択される、請求項1〜20のいずれかに記載のデバイス。
- 前記第1および第2の注入口(106、108)の少なくともいずれかは、前記第1の流体(F1)の前記第2の注入口(108)への前記第2の流体(F2)のフロー方向に逆らった不測の侵入または前記第2の流体(F2)の前記第1の注入口(106)への前記第1の流体(F1)のフロー方向に逆らった不測の侵入を検出するために配置された、外乱検出手段(130、132)をそれぞれ有する、請求項1〜22のいずれかに記載のデバイス。
- 前記第1の流体(F1)は気体であり、前記第2の流体(F2)は液体である、請求項1〜23のいずれかに記載のデバイス。
- 前記第1の流体は液体であり、前記第2の流体は気体である、請求項1〜23のいずれかに記載のデバイス。
- 前記第1の注入口(106)は、前記第1の注入口に付随して前記第1の流体(F1)を備える第1の貯留槽(124)を有し、前記第1の供給手段(114)は、前記貯留槽(124)から前記第1の注入口(106)に前記第1の流体(F1)を供給するように構成された、請求項1〜25のいずれかに記載のデバイス。
- 前記第2の注入口は、前記第2の注入口に付随して前記第2の流体(F2)を備える第2の貯留槽(126)を有し、前記第2の供給手段(116)は、前記第2の貯留槽(126)から前記第2の注入口(108)に前記第2の流体(F2)を選択的に供給するように構成された、請求項1〜26のいずれかに記載のデバイス。
- 前記検出手段または更なる検出手段は、前記流路(104)内の予め定められた中間位置または前記流路の出力(112)において、流体境界の存在または通過を検出するように構成された、請求項1〜27のいずれかに記載のデバイス。
- 前記第2の注入口(108)に付随する前記第2の供給手段(116)は、前記第2の流体(F2)を前記流路(104)に選択的に供給するための第2のマイクロポンプを備える、請求項1〜28のいずれかに記載のデバイス。
- 前記第2の供給手段(114)の前記第2のマイクロポンプは、ぜん動式ポンプである、請求項29に記載のデバイス。
- 前記マイクロポンプを備える前記第1の供給手段(114)および前記第2の供給手段(116)は、前記流路(104)において出力側に配置され、前記第2の供給手段(116)は、フロー方向において前記第1の供給手段(114)から上流に配置され、前記第2の供給手段は、前記流路内に前記第2の流体を供給するための開口部として配置され、前記第1および第2の供給手段は、前記第1の流体(F1)および前記第2の流体(F2)間の界面を形成するために、前記第1の注入口(106)における前記第1の流体(F1)の圧力(P2)と、前記流路(104)に前記第2の流体(F2)の一定量を噴射するための前記第2の注入口(106)における前記第2の流体(F2)の圧力(P3)を調整するように構成された、請求項1〜28のいずれかに記載のデバイス。
- 前記マイクロポンプを備える前記第1の供給手段(114)および前記第2の供給手段(116)は、前記流路(104)において入力側に配置され、前記第2の供給手段(116)は、フロー方向において前記第1の供給手段(114)から下流に配置され、前記第2の供給手段は、狭められた流路セクション内に前記第2の流体(F2)を供給するための開口部として配置され、前記第1および第2の供給手段は、前記第1の流体(F1)および前記第2の流体(F2)間の界面を形成するために、前記第1の注入口(106)における前記第1の流体(F1)の圧力(P2)と、前記流路(104)に前記第2の流体(F2)の一定量を噴射するための前記第2の注入口(106)における前記第2の流体(F2)の圧力(P3)を調整するように構成された、請求項1〜28のいずれかに記載のデバイス。
- 前記第1の供給手段(114)の前記マイクロポンプは、ぜん動式ポンプである、請求項1〜32のいずれかに記載のデバイス。
- 請求項1〜30のいずれかに記載の微小流体デバイスと、
前記第1または第2の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、前記第1の流体を供給する前記第1の供給手段(114)または前記第2の流体を供給する前記第2の供給手段を選択的に制御するように構成された、制御装置(140)と、
前記流体(F2)を備える出力側流体ストリーム(F2OUT)を下流で取得するために、前記流路(104)の出力(112)において提供される流体ストリーム(F1‐2)から前記第1の流体(F1)を選択的に分離する、流体分離手段(120)と、
を備える、微小流体注入システム(300、400、500)。 - 前記制御装置(140)は、前記検出手段(118)によって検出された測定値を評価し、前記現在のフローパラメータを決定するように更に構成され、前記制御装置(140)は、前記流路(104)内の前記第1および第2の流体(F1、F2)の予め定められたフローパラメータを取得するように、前記決定された現在のフローパラメータの前記予め定められたフローパラメータからの偏差に基づいて、前記第1の供給手段(114)または前記第2の供給手段(116)を制御するように更に構成された、請求項34に記載の微小流体注入システム。
- 前記制御装置(140)は、前記第1または第2の供給手段(114、116)を制御し、前記第1または第2の流体の予め定められた量を前記流路の入力側に供給するように更に構成された、請求項34または35に記載の微小流体注入システム。
- 前記制御装置(140)は、前記第1の供給手段(114)を制御し、前記流路(104)の出力側に存在する前記第2の流体(F2)の連続ストリームに、前記第1の流体(F1)の予め定められた量を供給するように更に構成された、請求項34〜36のいずれかに記載の微小流体注入システム。
- 前記制御装置(140)は、前記第1および第2の流体が予め定められた比率で前記流路(104)の出力側に供給されるように、前記第1および第2の供給手段(114、116)を制御するように更に構成された、請求項34〜37のいずれかに記載の微小流体注入システム。
- 前記制御装置(140)は、前記第1の流体(F1)の第1の量と第2の流体(F2)の第2の量が、いずれの場合においても前記流路(104)の入力側に供給されるように、前記第1および第2の供給手段(114、116)を制御するように更に構成された、請求項34〜38のいずれかに記載の微小流体注入システム。
- 前記検出手段(118)または更なる検出手段(133、134)は、前記流路の入力(110)、前記流路(104)内の中間位置または前記流路の出力(112)において、流体界面の存在または通過を検出するように構成された、請求項34〜39のいずれかに記載の微小流体注入システム。
- 前記制御装置(140)は、前記第1および/または第2の供給手段を制御し、前記第1の流体から前記第2の流体への遷移を備える流体境界が前記流路(104)内の中間位置または前記流路の出力(112)において検出されたときに、前記第2の流体(F2)の前記流路(104)の入力側への供給を停止し、前記流路(104)内に定められた量の前記第2の流体(F2)が存在するように更に構成された、請求項34〜40のいずれかに記載の微小流体注入システム。
- 前記制御装置(140)は、前記第1の供給手段(114)を制御し、前記流路(104)に前記第1の流体(F1)を供給し、前記流路の出力側および/またはフロー方向において前記流体分離手段(120)から下流に、定められた量の前記第2の流体(F2)が提供されるように、更に構成された、請求項41に記載の微小流体注入システム。
- 前記制御装置は、単位時間当り予め定められた注入容積の前記第1または第2の流体(F1、F2)を取得するために、前記第1または第2の流体(F1、F2)が前記流路の入力側に予め定められたフロー速度で供給されるように、前記第1または第2の供給手段(114、116)を制御するように更に構成された、請求項34〜41のいずれかに記載の微小流体注入システム。
- フローパラメータを検出する方法であって、
第1の流体で充填された流路のセクションと第2の流体で充填された流路の隣接するセクションの間に、全ての流路横断面にわたって延在する第1および第2の流体間の流体境界を構成するための横断面形状を有する流路内に、前記第1および第2の流体を備える流体ストリームを形成し、更に前記流体ストリームを前記流路の出力に提供するために、マイクロポンプによって前記第1の流体を前記流路の第1の注入口に選択的に供給し、前記第2の流体を前記流路の第2の注入口に供給するステップと、
前記流路内の前記第1の流体と前記第2の流体の異なる物性に基づいて、前記第1または第2の流体の現在のフローパラメータに依存する測定値を検出するステップと、
を備える、方法。 - 流体を微小量注入する方法であって、
請求項44に記載の方法によりフローパラメータを検出するステップと、
前記流路内の前記第1および第2の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、前記第1の流体を選択的に供給するために第1の供給手段を制御し、および/または第2の流体を選択的に供給するために第2の供給手段を制御するステップと、
前記第2の流体(F2)を備える出力側流体ストリームを取得するために、前記流路の出力に提供される流体ストリームから前記第1の流体を分離するステップと、
を備える、方法。 - 検出手段によって検出された測定値(Smeasure)を評価するステップと、
現在のフローパラメータを決定するステップと、
前記流路内の前記第1および第2の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、前記決定された現在のフローパラメータの前記予め定められたフローパラメータからの偏差に基づいて、前記第1の供給手段および/または前記第2の供給手段を制御するステップと、
を更に備える、請求項45に記載の方法。 - 前記流路内の界面の位置の検出に基づいて、前記流路に注入された一定量の前記第1の流体を検出するステップを更に備え、前記流路内の予め定められた量の前記第1の流体を前記検出された位置と関係づけることができる、請求項45または46に記載の方法。
- 前記流路内の複数の界面の位置の検出に基づいて、前記流路に注入された一定量の前記第1の流体を検出するステップを更に備え、前記流路内の予め定められた量の前記第1の流体を前記検出された位置と関係づけることができる、請求項45〜47のいずれかに記載の方法。
- 前記第1または第2の供給手段を制御し、予め定められた量の前記第1または第2の流体を前記流路の入力側に供給するステップを更に備える、請求項45〜48のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の供給手段を制御し、予め定められた量の前記第1の流体を前記流路の入力側に存在する前記第2の流体の連続ストリームに供給するステップを更に備える、請求項45〜49のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の流体の第1の量と前記第2の流体の第2の量が、いずれの場合においても前記流路の入力側に交互に供給されるように前記第1および第2の供給手段を制御するステップを更に備える、請求項45〜50のいずれかに記載の方法。
- 前記第1および第2の流体が予め定められた比率で前記流路の入力側に供給されるように前記第1および第2の供給手段を制御するステップを更に備える、請求項51に記載の方法。
- 前記流路または前記流路の出力における中間位置において流体境界の存在または通過を検出するステップを更に備える、請求項45〜52のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の流体から前記第2の流体への遷移を備える流体境界が前記流路内の中間位置または前記流路の出力において検出されたときに前記流路の入力側で前記第2の流体の供給を停止し、前記流路内に予め定められた量の前記第2の流体が存在するように、第1および/または第2の制御装置を制御するステップを更に備える、請求項53に記載の方法。
- 注入量として予め定められた量の前記第2の流体(F2)を出力側に提供するために、少なくとも前記予め定められた量の前記第2の流体が前記流路の出力および/または前記流体分離手段を退出する時間に対して、前記流路の入力側に前記第1の流体を供給するように、前記第1の供給手段を制御するステップを更に備える、請求項54に記載の方法。
- 単位時間当り予め定められた注入量の前記第1または第2の流体を出力側に連続的に提供するために、前記第1および/または第2の流体が予め定められたフロー速度で前記流路の出力側に供給されるように、第1および/または第2の制御装置を制御するステップを更に備える、請求項45〜55のいずれかに記載の方法。
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