JP2023534167A - 物理媒体における流動特性の評価 - Google Patents

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Abstract

流体デバイス内の流体の流動特性を決定するための技術は、複数の光信号を生成するように構成される光源と、流体中に懸濁しているトレーサと、各々がフォトニック要素および流路を含む複数のフォトニック・デバイスと、測定装置と、を備え、測定装置は、複数の光信号および複数のフォトニック・デバイスの第１のフォトニック・デバイスの流路内のトレーサに基づいて第１の測定値を決定し、複数の光信号および複数のフォトニック・デバイスの第２のフォトニック・デバイスの流路内のトレーサに基づいて第２の測定値を決定し、第１の測定値および第２の測定値に基づいて流体またはトレーサの流れに関連付けられた特性を決定するように構成される。

Description

狭窄された流路内の流体の流動特性を決定するための従来のプロセスは、典型的には、流体中に懸濁している粒子の視覚的測定を含む。しばしば、対象の狭窄された流路は不透明（または不明瞭）であるので、視覚ベースの測定プロセスは、流路の流動特性を決定するのに役に立たない。
この種のプロセスはまた、粒子の流れを視覚的に検査するために、特殊な器材、例えば、透明な窓ガラスおよび精巧な顕微鏡システムを必要としうる。それゆえ、流体の流動特性を決定するためのこれらのプロセスは、不必要に高コストになりうる。
さらに、従来のプロセスは、典型的には粒子の順次の測定を含む。それゆえ、これらのプロセスは、狭窄された流路内を流れる粒子を検査するときの遅いデータ集約に起因して、比較的に低性能を有しうる。
本開示の一実施形態に従うシステムが提供される。システムは、複数の光信号を生成するように構成される光源と、流体中に懸濁しているトレーサと、各々がフォトニック要素および流路を含む複数のフォトニック・デバイスと、測定装置と、を備え、測定装置は、複数の光信号および複数のフォトニック・デバイスの第１のフォトニック・デバイスの流路内のトレーサに基づいて第１の測定値を決定し、複数の光信号および複数のフォトニック・デバイスの第２のフォトニック・デバイスの流路内のトレーサに基づいて第２の測定値を決定し、第１の測定値および第２の測定値に基づいて流体またはトレーサの流れに関連付けられた特性を決定するように構成される。有利には、これは、流路の不透明性または視覚的不明瞭性に関係なく、流路の流動特性の決定を可能にする。さらに、これは、決定が特殊な器材、例えば、視覚的検査のための透明な壁および精巧な顕微鏡システムに依存しないため、この種の流路内の流体の流動特性を決定するためのコストを削減する。
本開示の他の実施形態によれば、第１のフォトニック・デバイスのフォトニック要素は、光源に整列し、複数の光信号が、第１のフォトニック・デバイスの流路に到達することを可能とする。有利には、これは、システムが視覚的検査に依存することなく、トレーサの流れを測定および決定することを可能にする。
本開示の他の実施形態によれば、第１のフォトニック・デバイスの第１のフォトニック要素および第１のフォトニック・デバイスの第２のフォトニック要素は、複数の光信号が第１のフォトニック要素から第２のフォトニック要素に伝送することができるように、第１のフォトニック・デバイスの流路の対向する側で整列する。有利には、これは、流体の流動特性を決定することができるように、システムが光信号とトレーサとの間の相互作用を測定することを可能にする。
本開示の他の実施形態によれば、第１のフォトニック・デバイスのフォトニック要素は、Ｙ－スプリッタを備え、光源は、Ｙ－スプリッタの第１の端に配置され、測定装置は、Ｙ－スプリッタの第２の端に配置され、Ｙ－スプリッタの第３の端は、第１のフォトニック・デバイスの流路上に配置されている。有利には、これは、流体の流動特性を決定することができるように、システムが光信号とトレーサとの間の相互作用を測定することを可能にする。
本開示の他の実施形態によれば、第１のフォトニック・デバイスの流路は、第１のフォトニック・デバイスの一端から第１のフォトニック・デバイスの対向端まで延在する。有利には、これは、流路内の流体の流れが流体デバイス上の流体の流れを表現するように、流体が第１のシリコン・ベースのフォトニック・デバイスを通り流れることを可能にする。これは、流路で行われる測定が流体デバイスの流体内の流れを正確に表現することを可能にする。
本開示の他の実施形態によれば、第１の測定値および第２の測定値の各々は、蛍光、光の反射、屈折、吸収または放出の少なくとも１つを含む。有利には、これは、システムが光信号とトレーサとの間の相互作用の影響を測定することを可能にする。
本開示の他の実施形態によれば、１つまたは複数のフォトニック・デバイスは、第１のフォトニック・デバイス上に配置されている。有利には、これは、システムが流体または粒子の並列な測定を行うことを可能にし、それにより、データ集約の速さおよび流体の特性の決定の速さを増加させる。
本開示の他の実施形態によれば、トレーサは、蛍光分子を含むポリスチレン・ボール、無機粒子、量子ドット、分子、有機染料、金属微粒子または金属ナノ粒子の少なくとも１つを備える。有利には、これは、システムが、どのように光信号がトレーサと相互作用するのか、および、トレーサに影響を及ぼすのかを測定することを可能にし、それにより、流体の特性を決定するための機能的な測定を可能にする。
フォトニック・デバイスは、本開示の一実施形態に従って提示される。フォトニック・デバイスは、基板と、基板上に配置されている第１のフォトニック要素と、基板上に配置されている流路と、第１のフォトニック要素および流路の上に配置されているキャッピング層と、を備え、第１のフォトニック要素は、光信号がフォトニック・デバイスの外側から流路に到達することができるように配置される。有利には、これは、流路を通り流れる流体の測定を可能にし、それにより、流体の特性の決定を可能にする。
本開示の他の実施形態によれば、流路は、流体が第２のフォトニック・デバイスに流れることができるように配置される。有利には、これは、流動特性が各フォトニック・デバイスでの測定に基づいて決定されることを可能にし、それにより、フォトニック・デバイスと第２のフォトニック・デバイスとの間に流れる流体の流動特性の決定を可能にする。
本開示の他の実施形態によれば、第１のフォトニック要素および第２のフォトニック要素は、光信号が第１のフォトニック要素から第２のフォトニック要素に伝送することができるように、流路の対向する側で整列する。有利には、これは、流体の流動特性を決定することができるように、システムが光信号とトレーサとの間の相互作用を測定することを可能にする。
本開示の他の実施形態によれば、第１のフォトニック要素は、Ｙ－スプリッタを備え、Ｙ－スプリッタの第１の端は、フォトニック・デバイスの第１の辺まで延在し、Ｙ－スプリッタの第２の端は、フォトニック・デバイスの第１の辺まで延在し、Ｙ－スプリッタの第３の端は、流路上に配置されている。有利には、これは、流体の流動特性を決定することができるように、システムが光信号とトレーサとの間の相互作用を測定することを可能にする。
本開示の他の実施形態によれば、フォトニック・デバイスは、少なくとも１つの他のフォトニック・デバイス上に配置されている。有利には、これは、システムが流体または粒子の並列測定を行うことを可能にし、それにより、データ集約の速度および流体の特性の決定の速度を増加させる。
本開示の一実施形態に従う方法が提供される。方法は、測定装置を介して、複数の光信号および第１のフォトニック・デバイスの流路内のトレーサの流れに基づいて第１の測定値を決定することと、測定装置を介して、複数の光信号および第２のフォトニック・デバイスの流路内のトレーサの流れに基づいて第２の測定値を決定することであって、第１の流離および第２の流路は、流体接続される、決定することと、測定装置を介して、第１の測定値および第２の測定値に基づいてトレーサの流れに関連付けられた特性を決定することと、を含む。有利には、これは、流路の不透明性または視覚的不明瞭性に関係なく、流路の流動特性の決定を可能にする。さらに、これは、決定が特殊な器材、例えば、視覚的検査のための透明な壁および精巧な顕微鏡システムに依存しないため、この種の流路内の流体の流動特性を決定するためのコストを削減する。
本開示の他の実施形態によれば、流動特性を決定することは、トレーサを含む流体の巨視的な流速（Ｕ）を決定することをさらに含む。有利には、これは、流体デバイスの特定の流路内の流動特性の決定を可能にする。
本開示の他の実施形態によれば、巨視的な流速（Ｕ）は、流体デバイスの断面積（Ａ）にわたる流体の流量（Ｑ）の関数として決定され、Ｑは、加わる圧力勾配（∇Ｐ）に起因し、Ｕ＝Ｑ／Ａである。有利には、これは、流体デバイスの特定の流路内の流動特性の決定を可能にする。
本開示の他の実施形態によれば、巨視的な流速（Ｕ）は、複数のトレーサによって進行される距離（Δｘ）および距離（Δｘ）の進行に必要な平均時間（＜Δｔ＞）の関数として決定され、巨視的な流速（Ｕ）は、複数のトレーサによって進行される流路長（Ｌ）および前記流路長（Ｌ）の進行に必要な平均飛行時間（＜ＴＦ＞）の関数として決定され、Ｕ＝Ｑ／Ａ＝Δｘ／＜Δｔ＞＝Ｌ／＜ＴＦ＞である。有利には、これは、流体デバイスの特定の流路内の流動特性の決定を可能にする。
本開示の他の実施形態によれば、流動特性を決定することは、流体粘度（μ）、巨視的な流速（Ｕ）および圧力勾配（∇Ｐ）に基づいて、流体デバイスの流路の透過性（κ）を決定することをさらに含み、κ＝μＵ／（－∇Ｐ）である。有利には、これは、流体デバイスの特定の流路内の流動特性の決定を可能にする。
一実施形態による流体デバイス測定システムを示す。 一実施形態によるスケーラブル・フロー・ユニットの平面図を示す。 一実施形態によるスケーラブル・フロー・ユニットの断面図を示す。 一実施形態による、マルチ・スタック・スケーラブル・フロー・ユニットを有する流体デバイス測定システムを示す。 一実施形態による流体デバイスの流動特性を決定する方法を示す。
本開示の実施形態は、マイクロ流体またはナノ流体デバイス内の流体の流動特性を決定する測定システムに対して向けられる。上述したように、流動特性を決定するための従来のプロセスは、流体中の粒子の視覚的検査に依存するので、不透明または不明瞭な流路には役に立たない。さらに、従来のプロセスは、典型的には、流体中の粒子の視覚的検査を実行するために高コストの顕微鏡システムを実装する。さらに、従来のプロセスは、流体中の粒子の順次の検査に起因して、比較的低い性能を有しうる。
本開示の一実施形態において、測定システムは、流体デバイスの流体が各スケーラブル・フロー・ユニットの流路を通り流れるように、流体デバイス上または流体デバイス内に配置されるスケーラブル・フロー・ユニットを含む。一実施形態において、各スケーラブル・フロー・ユニットは、光がスケーラブル・フロー・ユニットの流路に到達することを可能とするフォトニック要素を備える。測定システムは、流体が流路を通り流れるとき、流体デバイスの流体中に懸濁しているトレーサを追跡する。測定システムは、また、トレーサと流路に到達する光との間の相互作用に基づいて、光測定値を決定する。流体の流動特性は、光測定値に基づいて決定される。
流動特性を決定するための従来のプロセスに勝る上述した実施形態の利点は、不透明または不明瞭な流路内の流体の流動特性を決定する能力、特殊な器材、例えば、視覚的検査のための透明な壁および精巧な顕微鏡システムに依存しない流動特性の決定に起因したコスト削減、および、流体の流れについてのデータを集めるための並列測定に起因した性能の増大を含む
図１は、一実施形態による流体デバイス測定システム１００を示す。一実施形態において、流体デバイス測定システム１００は、第１の流路構成１０４、第２の流路構成１０６および第３の流路構成１０８を含む流体デバイス１０２を備える。
図示の実施形態では、第１の流路構成１０４および第３の流路構成１０８は、滑らかな表面テクスチャを含むが、第２の流路構成１０６は多孔性の流路テクスチャを含む。これらの流路構成の相違に起因して、流体が第１の流路構成１０４から第３の流路構成１０８まで流れるとき、流体の流動特性は、同一でない可能性がある。非限定的な例として、流体は、滑らかな表面テクスチャを含むことができる第１の流路構成１０４を通って第１の流量で流れることができ、多孔性の表面テクスチャを含むことができる第２の流路構成１０６を通って異なる第２の流量で流れることができる。
一実施形態において、１つまたは複数のスケーラブル・フロー・ユニット（図２Ａ～図２Ｂにおいて詳細に後述されるが、図１では流体デバイス測定システム１００における下部の要素が見えるように省略される）は、流体デバイスの流路構成上または流路構成内に配置される。各スケーラブル・フロー・ユニットは、１つまたは複数のフォトニック要素を備えることができる。フォトニック要素は、導波路、スプリッタ、コンバイナ、ミキサまたは干渉計などの少なくとも１つを備えることができる。
フォトニック要素が１つまたは複数の光源１２０Ａ～１２０Ｄに整列するとき、フォトニック要素は、スケーラブル・フロー・ユニットの外部の位置からスケーラブル・フロー・ユニットの流路内に、または、流体デバイスの流路構成内に光を伝送する。図示の実施形態では、光源１２０Ａ～１２０Ｄは、流体デバイス１０２の第１の辺に（例えば、流体デバイス１０２の長さに沿って）配置されている４つの別々の光源として描写される。しかしながら、一実施形態において、光源１２０Ａ～１２０Ｄは、単一の光源を表現することができる。例えば、光源１２０Ａ～１２０Ｄは、流体デバイスの長さにわたる単一の蛍光光源または４つの放出口の光源を有する単一の光源とすることができる。
示すように、１つまたは複数の測定装置１３０Ａ～１３０Ｄは、第１の辺の対向する側の、流体デバイスの第２の辺に配置されている。測定装置１３０Ａ～１３０Ｄが光源１２０Ａ～１２０Ｄに整列するとき、光源１２０Ａ～１２０Ｄからの光信号は、光源１２０Ａ～１２０Ｄから、流体デバイスの１つまたは複数の流路構成を通り、測定装置１３０Ａ～１３０Ｄに伝送される。測定装置１３０Ａ～１３０Ｄは、光信号を検出または測定することができる任意のデバイス、器具またはセンサ・システムとすることができる。例えば、測定装置１３０Ａ～１３０Ｄは、流量センサ、フォトダイオード、光度計、露出計、分光計、コンピューティング・システムまたは上述の少なくとも１つに接続されているマイクロ・コントローラなどとすることができる。
一実施形態において、測定装置１３０Ａ～１３０Ｄは、測定値を互いに通信し、測定値に基づいて流動特性を計算するためのソフトウェアを含む。他の実施形態では、測定装置１３０Ａ～１３０Ｄは、測定値を受信し、測定値に基づいて流体の流動特性を計算するコンピューティング・システム（図示せず）に通信可能に結合される。
図示の実施形態では、測定装置１３０Ａ～１３０Ｄは、４つの別々の測定装置として描写される。しかしながら、一実施形態において、測定装置１３０Ａ～１３０Ｄは、単一の測定装置、例えば、流量センサ、フォトダイオード、光度計、露出計、分光計などの少なくとも１つに接続されているコンピューティング・システムまたはマイクロ・コントローラを示すことができる。
一実施形態において、トレーサ１１０のセットは、流体中に懸濁し、流体が各流路構成を通過するとき流体の流動特性を決定する際に、流体デバイス測定システム１００を支援する。図示の実施形態では、トレーサ１１０は、流体デバイス１０２の流体中に懸濁している。トレーサ１１０は、流体とともに、流体デバイスの断面積（Ａ）に加わる圧力勾配（∇Ｐ）に起因して、流体デバイスを通り流れる。流体が第１の流路構成１０４から第３の流路構成１０８まで流れるとき、トレーサ１１０は、それぞれの流路構成内の流体の流動特性を表現することができる。
一実施形態において、流体中に懸濁しているトレーサ１１０は、単一のトレーサが所定の瞬間に光源１２０Ａ～１２０Ｄの１つからの光信号と相互作用するように、量において制限される。このようにしてトレーサ１１０の量を制限する１つの利点は、それぞれの光信号に対応する測定装置が、他のトレーサからの干渉または妨害なく単一のトレーサをより正確に測定することができるということである。
一実施形態において、トレーサ１１０は、トレーサ１１０が流体デバイス内の流体の流れを妨害しないかまたは変えないことを確実にするために、各流路構成の少なくとも１つの寸法より小さい。測定装置１３０Ａ～１３０Ｄは、トレーサが流体中に懸濁する前後の両方において流路構成の流動特性を測定することができる。測定装置１３０Ａ～１３０Ｄは、プレ・トレーサの流動特性をポスト・トレーサの流動特性と比較し、トレーサ１１０のサイズがプレ・トレーサの流動特性を変えたか否かを決定することができる。この種の変化が発生する場合には、サイズが大きいトレーサは、除去されてもよく、または、プレ・トレーサの流動特性に影響を及ぼさない適切なサイズに設定されたトレーサで置換されてもよい。
トレーサ１１０の追加の特性は、流体デバイス測定システム１００の測定技術に対応することができる。例えば、蛍光トレーサは、蛍光ベースの測定信号を実施する測定装置のために用いることができる。一実施形態において、トレーサは、光によって励起されると蛍光を発する分子を備えるポリスチレン・ボールを備える。それゆえ、分子は、蛍光ベースの測定信号の波長に対応する光を吸収または反射するように、選択され、設計され、または、染色される。トレーサはまた、任意のポリスチレン含有物の有無にかかわらず、無機粒子、量子ドット、分子、有機染料などを備えることができる。
トレーサはまた、他の光ベースの測定信号を実施する測定装置の使用のために非蛍光物質を備えることができる。一実施形態において、トレーサは、金属微粒子またはナノ粒子、例えば、金ナノ粒子または銀ナノ粒子を備えることができる。
トレーサが蛍光物質を備えるとき、測定装置１３０Ａ～１３０Ｄは、トレーサの蛍光を測定し、流路構成内の流体の流動特性を決定することができる。トレーサが金属粒子を備えるとき、測定装置１３０Ａ～１３０Ｄは、光信号の反射、屈折または吸収を測定し、流路構成内の流体の流動特性を決定することができる。
図示の実施形態では、トレーサ１１０が第１の流路構成１０４を横断して流れるとき、トレーサ１１０は、第１のスケーラブル・フロー・ユニット（図示せず）の流路内に流入することができる。光源１２０Ａは、光信号を生成し、光信号は、第１のスケーラブル・フロー・ユニットのフォトニック要素に伝送される。第１のスケーラブル・フロー・ユニットのフォトニック要素は、光信号を第１のスケーラブル・フロー・ユニットの流路に導くことができる。トレーサ１１０が第１のスケーラブル・フロー・ユニットの流路を進行するとき、トレーサ１１０は光信号に遭遇する。この遭遇の間に、測定装置１３０Ａは、トレーサ１１０の蛍光、または、光信号の吸収、反射もしくは屈折を測定することができる。一実施形態において、測定装置１３０Ａは、トレーサ１１０からの光強度または光強度の変化を測定する時点を決定することができ、その時点を、コンピューティング・システムまたは他の測定装置に通信することができる。
トレーサ１１０が第１の流路構成１０４を横断して流れ続けるとき、トレーサ１１０は、第２のスケーラブル・フロー・ユニット（図示せず）の流路内に流入することができる。光源１２０Ｂは、光信号を生成し、光信号は、第２のスケーラブル・フロー・ユニットのフォトニック要素に伝送される。第２のスケーラブル・フロー・ユニットのフォトニック要素は、光信号を第２のスケーラブル・フロー・ユニットの流路に導くことができる。トレーサ１１０が第２のスケーラブル・フロー・ユニットの流路に沿って進行するとき、トレーサ１１０は光信号に遭遇する。この遭遇の間に、測定装置１３０Ｂは、トレーサ１１０の蛍光、または、光信号の吸収、反射もしくは屈折を測定することができる。一実施形態において、測定装置１３０Ｂは、トレーサ１１０からの光強度または光強度の変化を測定する時点を決定することができ、その時点を、コンピューティング・システムまたは他の測定装置に通信することができる。
一実施形態において、コンピューティング・システムは、測定装置１３０Ａおよび測定装置１３０Ｂから測定値および時点（例えば、タイムスタンプ）を受信し、時点の間の平均遅延時間（＜Δｔ１＞）を決定する。それゆえ、＜Δｔ１＞は、トレーサ１１０が第１の流路構成１０４を横断して進行するのにかかる平均時間量を表現することができる。他の実施形態では、測定装置１３０Ａ～１３０Ｄの組み合わせは、互いに通信可能に結合可能であり、上述したコンピュータ・システム・プロセスに類似のプロセスを用いて、流体デバイス１０２内の流路構成に対応する平均遅延時間を決定することができる。
図示の実施形態では、コンピューティング・システムは、トレーサ１１０が測定装置１３０Ａおよび測定装置１３０Ｂを通過するとき、トレーサ１１０から光強度に対応する測定値および時点を受信する。コンピューティング・システムは、測定値および時点をトレーサ１１０からの光強度に時間の関数（Ｉ（ｔ））としてマップすることができる。次に、コンピューティング・システムは、トレーサ１１０からのピーク（または逆ピーク）の光強度の時点を決定し、これらの時点を相互相関させ、トレーサ１１０からの光強度のピークまたは逆ピークの間の遅延時間（Δｔ１）を決定することができる。コンピューティング・システムは、Δｔ１に基づいて＜Δｔ１＞をさらに決定することができる。他の実施形態では、測定装置１３０Ａ～１３０Ｄの組み合わせは、上述したコンピュータ・システム・プロセスに類似のプロセスを用いて、Δｔ１および＜Δｔ１＞を決定することができる。
図示の実施形態では、トレーサ１１０が第２の流路構成１０６を横断して流れるとき、トレーサ１１０は、第３のスケーラブル・フロー・ユニット（図示せず）の流路内に流入することができる。示すように、光源１２０Ｃは、光信号を生成し、光信号は、第３のスケーラブル・フロー・ユニットのフォトニック要素に伝送される。第３のスケーラブル・フロー・ユニットのフォトニック要素は、光信号を第３のスケーラブル・フロー・ユニットの流路に導くことができる。トレーサ１１０が第３のスケーラブル・フロー・ユニットの流路に沿って進行するとき、トレーサ１１０は光信号に遭遇する。この遭遇の間に、測定装置１３０Ｃは、トレーサ１１０の蛍光、または、光信号の吸収、反射もしくは屈折を測定することができる。一実施形態において、測定装置１３０Ｃは、トレーサ１１０からの光強度または光強度の変化を測定する時点を決定することができ、その時点を、コンピューティング・システムまたは他の測定装置に通信することができる。
一実施形態において、コンピューティング・システムは、測定装置１３０Ｂおよび測定装置１３０Ｃから測定値および時点を受信し、時点の間の平均飛行時間（＜ＴＦ＞）を決定する。それゆえ、＜ＴＦ＞は、トレーサ１１０が第２の流路構成１０６を横断して進行するのにかかる平均時間量を表現することができる。他の実施形態では、測定装置１３０Ａ～１３０Ｄの組み合わせは、互いに通信可能に結合可能であり、上述したコンピュータ・プロセスに類似のプロセスを用いて、＜ＴＦ＞を決定することができる。
図示の実施形態では、コンピューティング・システムは、トレーサ１１０が測定装置１３０Ｂおよび測定装置１３０Ｃを通過するとき、トレーサ１１０から光強度に対応する測定値および時点を受信する。コンピューティング・システムは、測定値および時点をトレーサ１１０からの光強度に時間の関数（Ｉ（ｔ））としてマップすることができる。次に、コンピューティング・システムは、トレーサ１１０からのピーク（または逆ピーク）の光強度の時点を決定し、これらの時点を相互相関させ、トレーサ１１０からの光強度のピークまたは逆ピークの間の遅延時間として、トレーサ１１０の飛行時間（ＴＦ）を決定することができる。コンピューティング・システムは、ＴＦに基づいて＜ＴＦ＞をさらに決定することができる。他の実施形態では、測定装置１３０Ａ～１３０Ｄの組み合わせは、上述したコンピュータ・システム・プロセスに類似のプロセスを用いて、ＴＦおよび＜ＴＦ＞を決定することができる。
図示の実施形態では、トレーサ１１０が第３の流路構成１０８を横断して流れるとき、トレーサ１１０は、第４のスケーラブル・フロー・ユニット（図示せず）の流路内に流入することができる。示すように、光源１２０Ｄは、光信号を生成し、光信号は、第４のスケーラブル・フロー・ユニットのフォトニック要素に伝送される。第４のスケーラブル・フロー・ユニットのフォトニック要素は、光信号を第４のスケーラブル・フロー・ユニットの流路に導くことができる。トレーサ１１０が第４のスケーラブル・フロー・ユニットの流路に沿って進行するとき、トレーサ１１０は光信号に遭遇する。この遭遇の間に、測定装置１３０Ｄは、トレーサ１１０の蛍光、または、光信号の吸収、反射もしくは屈折を測定することができる。一実施形態において、測定装置１３０Ｄは、トレーサ１１０からの光強度または光強度の変化を測定する時点を決定することができ、その時点を、コンピューティング・システムまたは他の測定装置に通知することができる。
一実施形態において、コンピューティング・システムは、測定装置１３０Ｃおよび測定装置１３０Ｄから測定値および時点を受信し、時点の間の平均遅延時間（＜Δｔ２＞）を決定する。それゆえ、＜Δｔ２＞は、トレーサ１１０が第３の流路構成１０８を横断して進行するのにかかる平均時間量を表現することができる。他の実施形態では、測定装置１３０Ａ～１３０Ｄは、互いに通信可能に結合可能であり、上述したコンピュータ・プロセスに類似のプロセスを用いて、Δｔを決定することができる。
図示の実施形態では、コンピューティング・システムは、トレーサ１１０が測定装置１３０Ｃおよび測定装置１３０Ｄを通過するとき、トレーサ１１０から光強度に対応する測定値および時点を受信する。コンピューティング・システムは、測定値および時点をトレーサ１１０からの光強度に時間の関数（Ｉ（ｔ））としてマップすることができる。次に、コンピューティング・システムは、トレーサ１１０からのピーク（または逆ピーク）の光強度の時点を決定し、これらの時点を相互相関させ、トレーサ１１０からの光強度のピークまたは逆ピークの間の遅延時間（Δｔ２）を決定することができる。コンピューティング・システムは、Δｔ２に基づいて＜Δｔ２＞をさらに決定することができる。他の実施形態では、測定装置１３０Ａ～１３０Ｄの組み合わせは、上述したコンピュータ・システム・プロセスに類似のプロセスを用いて、Δｔ２および＜Δｔ２＞を決定することができる。
図示の実施形態では、第１の流路構成１０４および第３の流路構成１０８の少なくとも１つの寸法は、長さが等しい。トレーサ１１０によって進行されるこの長さは、Δｘとしてラベル付けされる。トレーサ１１０によって進行される、第２の流路構成１０６の寸法の長さは、Ｌとしてラベル付けされる。流体デバイスの断面積（Ａ）にわたる流体の流量（Ｑ）は、加わる圧力勾配（∇Ｐ）に起因する。上述した情報、測定値、時点、＜Δｔ１＞、＜Δｔ２＞および＜ＴＦ＞が与えられると、流体デバイス内の流体の巨視的な流速（Ｕ）を、以下の通りに決定することができる。
Ｕ＝Ｑ／Ａ＝Δｘ／＜Δｔ１＞＝Δｘ／＜Δｔ２＞＝Ｌ／＜ＴＦ＞
測定または観察される流体の粘性（μ）、巨視的な流速（Ｕ）および流体デバイスの断面積（Ａ）に加わる圧力勾配∇Ｐが与えられると、追加の流動特性を決定することができる。上述した要素が与えられると、第２の流路構成１０６内の多孔性材料の透過性（κ）を、以下の通りに決定することができる。
κ＝μＵ／（－∇Ｐ）
流体の流動特性を決定するための上述したプロセスに対する１つの利点は、所定の流路構成内部で流動特性を測定する必要がないということである。それゆえ、流路構成における流動特性を決定するための視覚ベースの測定技術が役に立たないような流路構成が不透明（または不明瞭）である場合に、流動特性を決定することができる。
図２Ａおよび図２Ｂは、一実施形態によるスケーラブル・フロー・ユニット２００を示す。図２Ａは、スケーラブル・フロー・ユニット２００の平面図を示す。
図示の実施形態では、第１のフォトニック要素２０４、第２のフォトニック要素２０６および流路２０８は、第１のシリコン・ベース層２０２上に配置されている。第２のシリコン・ベース層（スケーラブル・フロー・ユニット２００における下部の要素を見ることができるように図２Ａでは省略される）は、第１のフォトニック要素２０４、第２のフォトニック要素２０６および流路２０８上に配置されている。さらに、図２Ａは、図２Ｂに示された断面図を示す断面Ａ－Ａを含む。
さらに、示すように、第１のフォトニック要素２０４は、流路２０８の第１の辺に垂直に配置され、第２のフォトニック要素２０６は、流路２０８の第２の辺に垂直に配置される。第１のフォトニック要素２０４および第２のフォトニック要素２０６は、スケーラブル・フロー・ユニット２００の外側に位置決めされる光源からの光信号が第１のフォトニック要素２０４の第１の端に入り、流路２０８の第１の辺に配置されている第１のフォトニック要素２０４の第２の端を通って伝送することができるように、整列される。
一実施形態において、スケーラブル・フロー・ユニット２００は、流体デバイスからの流体が流路２０８を通り流れるように、流体デバイス上または流体デバイス内に配置される。流体は、流路２０８の第１および第２の辺に平行であるか、または、第１のフォトニック要素２０４および第２のフォトニック要素２０６に垂直な方向に流れることができる。流体は、流路内または流体デバイス内の流体の流れを変えたりまたは妨害したりすることなく、流路を通って進行するのに十分小さいトレーサを含むことができる。
図示の実施形態では、光信号は、流路２０８の第１の辺から流路２０８の第２の辺に伝送することができ、流路２０８内でトレーサに遭遇する可能性がある。この遭遇の間に、光信号は、トレーサによって部分的に吸収され、反射され、または、屈折されうる。光信号はまた、トレーサ内の蛍光効果を引き起こしてもよい。次に、光信号は、流路２０８の第２の辺に配置されている、第２のフォトニック要素２０６の第１の辺に伝送することができ、第２のフォトニック要素２０６の第２の辺から出ることができる。
図２Ｂは、スケーラブル・フロー・ユニット２００の断面図を示す。図示の実施形態では、スケーラブル・フロー・ユニット２００は、第１のシリコン・ベース層２０２を備える。一実施形態において、第１のシリコン・ベース層２０２は、基板として機能する。第１のシリコン・ベース層２０２は、シリコン酸化物、シリコン亜硝酸塩（silicon nitrite）または他の任意のシリコン・ベースの絶縁体を備えることができる。
流路２０８は、第１のシリコン・ベース層２０２上に配置されている。第１および第２のフォトニック要素２０４および２０６は、第１のシリコン・ベース層２０２上に配置されている。示すように、第１のフォトニック要素２０４は、流路２０８の第１の辺であって、流路２０８の第２の辺に配置されている第２のフォトニック要素２０６の対向側に配置されている。フォトニック要素２０４および２０６は、導波路、スプリッタ、コンバイナ、ミキサ、干渉計などの少なくとも１つを備えることができる。
第２のシリコン・ベース層２１０は、フォトニック要素および流路２０８の上に配置可能である。一実施形態において、第２のシリコン・ベース層２１０は、キャッピング層として機能する。第２のシリコン・ベース層２１０は、シリコン酸化物、シリコン亜硝酸塩（silicon nitrite）または他の任意のシリコン・ベースの絶縁体を備えることができる。図示の実施形態では、第２のシリコン・ベース層２１０は、第１のフォトニック要素２０４、流路２０８および第２のフォトニック要素２０６の上に配置されている。
図３は、一実施形態による、マルチ・スタック・スケーラブル・フロー・ユニット３０４１～Ｎを有する流体デバイス測定システム３００を示す。一実施形態において、マルチ・スタック・スケーラブル・フロー・ユニット３０４１～Ｎは、流体デバイスの流路３０２上または流路３０２内に配置可能である。
マルチ・スタック・スケーラブル・フロー・ユニット３０４１～Ｎは、第１のスケーラブル・フロー・ユニット３０４１上に配置されている少なくとも１つのスケーラブル・フロー・ユニットを備える。図示の実施形態では、スケーラブル・フロー・ユニット３０４Ｎは、マルチ・スタック・スケーラブル・フロー・ユニット３０４１～Ｎの最上部に位置決めされる。スケーラブル・フロー・ユニット３０４Ｎは、流路３０８上に配置されているフォトニック要素３０６を含むことができる。フォトニック要素３０６は、Ｙ－スプリッタとして描写される。
さらに、示すように、流体デバイス測定システム３００は、フォトニック要素３０６の第１の端に配置されている光源３２０と、フォトニック要素３０６の第２の端に配置されている測定装置３３０と、を含むことができる。光源３２０および測定装置３３０は、スケーラブル・フロー・ユニット３０４Ｎの同じ辺に配置可能である。
一実施形態において、光源３２０および測定装置３３０は、マルチ・スタック・スケーラブル・フロー・ユニット３０４１～Ｎのすべてのスケーラブル・フロー・ユニットを使用可能にするように操作可能である。他の実施形態では、光源３２０および測定装置３３０は、スケーラブル・フロー・ユニット３０４Ｎのみを使用可能にするように操作可能である。
一実施形態において、流体デバイスは、流体中に懸濁しているセット・トレーサ３１０とともに流体を含む。流体が流体デバイスの流路３０２を横断して進行するとき、流体はまた、スケーラブル・フロー・ユニット３０４Ｎの流路３０８を横断して進行する。
図示の実施形態では、光源３２０は、フォトニック要素３０６の第１の端から流路３０８へフォトニック要素３０６を通り伝搬する光信号を生成することができる。光信号が流路３０８に到達するとき、光信号は、トレーサ３１０に遭遇する可能性がある。この遭遇の間に、光信号は、トレーサ３１０によって部分的に吸収され、反射され、または、屈折されうる。光信号はまた、トレーサ３１０内の蛍光効果を引き起こしてもよい。次に、光信号は、フォトニック要素３０６の第２の端の方に伝搬し、測定装置３３０に到達することができる。測定装置３３０は、光信号を測定し、流体の流動特性を決定することができる。
マルチ・スタック・スケーラブル・フロー・ユニットを用いる１つの利点は、向上した精度および流体デバイスの流動特性を決定する際の時間を節約することである。マルチ・スタック・スケーラブル・フロー・ユニットにより、マルチ・スタック・スケーラブル・フロー・ユニットの各スケーラブル・フロー・ユニットで光信号を測定することが可能となり、それによって、流動特性を決定するために用いられるデータを並列に収集することができる。
図４は、一実施形態による流体デバイスの流動特性を決定する方法４００を示す。一実施形態において、方法４００は、流体デバイス測定システムの制御を含む。流体デバイス測定システムは、光信号を生成するように構成された光源と、流体デバイスの流体中に懸濁しているトレーサと、各々が少なくとも１つのフォトニック要素および流路を含む１つまたは複数のフォトニック・デバイスと、測定装置と、を備えることができる。一実施形態において、第１のフォトニック・デバイスのフォトニック要素は、光源に整列し、光信号が、第１のフォトニック・デバイスのフォトニック要素を介して第１のフォトニック・デバイスの流路に到達することを可能とする。
フォトニック・デバイスは、流体デバイスの流路上または流路内に配置可能である。一実施形態において、流体デバイスの流体は、デバイスに加わる圧力勾配に起因して流路内を流れる。流体はまた、流路上の、または、流路内のフォトニック・デバイスの流路を通り流れることができる。
方法４００は、ブロック４０２において開始する。ブロック４０４において、測定装置は、第１のフォトニック・デバイスの流路で、光信号およびトレーサに基づいて第１の測定値を決定する。図１を参照すると、一実施形態において、第１のフォトニック・デバイス（図示せず）のフォトニック要素は、光源１２０Ｂに整列し、それによって、光源１２０Ｂからの光信号は、第１のフォトニック・デバイスの流路に到達することを可能とする。トレーサ１１０が第１のフォトニック・デバイスの流路に沿って進行するとき、トレーサ１１０は、光源１２０Ｂからの光信号に遭遇する。この遭遇の間に、測定装置１３０Ｂは、トレーサ１１０の蛍光、または、光信号の吸収、反射もしくは屈折、または、光信号の強度の任意の変化を測定することができる。一実施形態において、測定装置１３０Ｂは、トレーサ１１０からの光強度または光強度の変化を測定する時点を決定することができ、その時点を、コンピューティング・システムまたは他の測定装置に通信することができる。
ブロック４０６において、測定装置は、第２のフォトニック・デバイスの流路で、光信号およびトレーサに基づいて第２の測定値を決定する。一実施形態において、第２のフォトニック・デバイスは、第１のフォトニック・デバイスと異なる位置で、流体流路上または流体流路内に配置される。
図１を参照すると、一実施形態において、第２のフォトニック・デバイス（図示せず）のフォトニック要素は、光源１２０Ｃに整列し、それによって、光源１２０Ｃからの光信号は、第２のフォトニック・デバイスの流路に到達することができる。トレーサ１１０が第２のフォトニック・デバイスの流路に沿って進行するとき、トレーサ１１０は、光源１２０Ｃからの光信号に遭遇する可能性がある。この遭遇の間に、測定装置１３０Ｃは、トレーサ１１０の蛍光、光信号の吸収、反射もしくは屈折、または、光信号の強度の任意の変化を測定することができる。一実施形態において、測定装置１３０Ｃは、トレーサ１１０からの光強度または光強度の変化を測定する時点を決定することができ、その時点を、コンピューティング・システムまたは他の測定装置に通信することができる。一実施形態において、上述したのと類似のプロセスを用いて追加のスケーラブル・フロー・ユニットで測定することができる。
ブロック４０８において、測定装置は、第１の測定値および第２の測定値に基づいて、流体またはトレーサの流れに関連付けられた特性を決定する。一実施形態において、コンピューティング・システムは、測定値および時点を受信し、時点の間の平均飛行時間（＜ＴＦ＞）を決定する。それゆえ、＜ＴＦ＞は、トレーサが第１のフォトニック・デバイスの位置から第２のフォトニック・デバイスの位置まで進行するのにかかる平均時間量を表現することができる。第１および第２のフォトニック・デバイスの位置の間の距離は、長さＬとして表現可能である。
一実施形態において、コンピューティング・システムまたは測定装置は、測定値および時点を受信し、時点の間の平均遅延時間（＜Δｔ＞）を決定する。例えば、＜Δｔ＞は、トレーサが第２のフォトニック・デバイスの位置から第３のフォトニック・デバイスの位置まで進行するのにかかる平均時間量を表現することができる。第２および第３のフォトニック・デバイスの位置の間の距離は、Δｘとして表現可能である。
流体デバイスの断面積（Ａ）にわたる流体の流量（Ｑ）は、加わる圧力勾配（∇Ｐ）に起因する。上述した情報、測定値、時点、ΔｔおよびＴＦが与えられると、流体デバイス内の流体の巨視的な流速（Ｕ）を、以下の通りに決定することができる。
Ｕ＝Ｑ／Ａ＝Δｘ／＜Δｔ＞＝Ｌ／＜ＴＦ＞
測定または観察された流体の粘性（μ）および巨視的な流速（Ｕ）が与えられると、追加の流動特性を決定することができる。上述した要素が与えられると、第２の流路構成の透過性（κ）を、以下の通りに決定することができる。
κ＝μＵ／（－∇Ｐ）
方法４００は、ブロック４１０において終了する。本願明細書において開示される方法４００の１つの利点は、流体流路の構成間の相違に関係なく、流体流路内の流体の流動特性を決定することができることである。例えば、図１を参照して、（多孔性領域を含む）第２の流路構成１０６の外側に位置決めされるスケーラブル・フロー・ユニットで測定し、第２の流路構成１０６の内側の流動特性を決定することができる。これは、流路構成が視覚的にアクセスできない（例えば、流路構成が不透明または不明瞭である）とき、特に有用である。
本発明の各種実施形態の説明は、説明のために提示され、包括的であることを意図せず、開示される実施形態に限定されることも意図しない。多くの修正およびバリエーションは、記載されている実施形態の範囲および思想を逸脱することなく、当業者にとって明らかである。本願明細書において用いられる用語は、実施形態の原則、実用的な適用または市場で見つかる技術に勝る技術的な改善を最も良く説明するために、または、当業者が本願明細書において開示される実施形態を理解することを可能にするために選択された。
上記では、この開示において示される実施形態を参照する。しかしながら、本開示の範囲は、特定の記載されている実施形態に限定されるものではない。その代わりに、特徴および要素の任意の組み合わせは、異なる実施形態に関するか否かにかかわらず、考察された実施形態を実施および実践するために考察される。さらに、本願明細書において開示される実施形態が他の可能な解決法または従来技術に勝る利点を達成することができるが、特定の利点が所定の実施形態によって達成されるか否かは、本開示の範囲の制限ではない。したがって、本願明細書において述べられる態様、特徴、実施形態および利点は、請求項において明確に詳述される場合を除き、単に説明するのみであり、添付の請求の範囲の要素または制限とみなされるべきではない。同様に、「本発明」の参照は、請求項において明確に詳述される場合を除き、本願明細書において開示される任意の発明の主題の一般化として解釈されるべきではなく、添付の請求の範囲の要素または制限とみなされるべきではない。
本発明の態様は、完全にハードウェアの実施形態、（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）完全にソフトウェアの実施形態または本願明細書において、「回路」、「モジュール」または「システム」と全部概して呼ばれてもよいソフトウェアおよびハードウェア態様を結合する実施形態の形をとってもよい。
本発明は、システム、方法またはコンピュータ・プログラム製品あるいはその組み合わせでもよい。コンピュータ・プログラム製品は、プロセッサに本発明の態様を実行させるためのコンピュータ可読プログラム命令を有するコンピュータ可読記憶媒体を含んでもよい。
コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行装置が使用するための命令を保持し、記憶することができる有形の装置とすることができる。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、限定されることなく、電子記憶装置、磁気記憶装置、光記憶装置、電磁記憶装置、半導体記憶装置または前述の任意の適切な組み合わせでもよい。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例の包括的ではないリストは、ポータブル・コンピュータ・ディスケット、ハード・ディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュ・メモリ）、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、ポータブル・コンパクト・ディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）、メモリ・スティック、フロッピー（登録商標）・ディスク、パンチ・カードまたは命令が記録された溝内の隆起構造などの機械的に符号化された装置および前述の任意の適切な組み合わせを含む。本願明細書で使用されるようなコンピュータ可読記憶媒体は、電波または他の自由に伝播する電磁波、導波路もしくは他の伝送媒体を通って伝播する電磁波（例えば、光ファイバ・ケーブルを通過する光パルス）またはワイヤを通して送信される電気信号などの、それ自体一過性の信号であると解釈されるべきではない。
本願明細書に記載されるコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ可読記憶媒体からそれぞれのコンピューティング／処理装置にあるいはネットワーク、例えばインターネット、ローカル・エリア・ネットワーク、ワイド・エリア・ネットワークまたは無線ネットワークあるいはその組み合わせを介して外部コンピュータもしくは外部記憶装置にダウンロードすることができる。ネットワークは、銅伝送ケーブル、光伝送ファイバ、無線伝送、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイ・コンピュータまたはエッジ・サーバあるいはその組み合わせを含んでもよい。各コンピューティング／処理装置のネットワーク・アダプタ・カードまたはネットワーク・インタフェースは、ネットワークからコンピュータ可読プログラム命令を受信し、コンピュータ可読プログラム命令をそれぞれのコンピューティング／処理装置内のコンピュータ可読記憶媒体に記憶するために転送する。
本発明の動作を実行するためのコンピュータ可読プログラム命令は、アセンブラ命令、命令セット・アーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、機械命令、機械依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データまたはＳｍａｌｌｔａｌｋ（登録商標）、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語および「Ｃ」プログラミング言語もしくは同様のプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語を含む、１つまたは複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソース・コードまたはオブジェクト・コードのいずれかでもよい。コンピュータ可読プログラム命令は、完全にユーザのコンピュータ上で、部分的にユーザのコンピュータ上で、スタンド・アローンのソフトウェア・パッケージとして、部分的にユーザのコンピュータ上でおよび部分的に遠隔コンピュータ上であるいは完全に遠隔コンピュータまたはサーバ上で実行されてもよい。後者のシナリオでは、遠隔コンピュータは、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）またはワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを介してユーザのコンピュータに接続されてもよくあるいは（例えばインターネット・サービス・プロバイダを使用してインターネットを介して）外部コンピュータに接続されてもよい。いくつかの実施形態では、例えば、プログラマブル・ロジック回路、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）またはプログラマブル・ロジック・アレイ（ＰＬＡ）を含む電子回路は、本発明の態様を実行するために、コンピュータ可読プログラム命令の状態情報を利用して電子回路を個人専用にすることによって、コンピュータ可読プログラム命令を実行することができる。
本発明の態様は、本発明の実施形態による方法、装置（システム）およびコンピュータ・プログラム製品のフローチャートまたはブロック図あるいはその両方を参照して本願明細書に記載されている。フローチャートまたはブロック図あるいはその両方の各ブロックならびにフローチャートまたはブロック図あるいはその両方のブロックの組み合わせは、コンピュータ可読プログラム命令によって実施可能であることを理解されたい。
これらのコンピュータ可読プログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータまたは他のプログラマブル・データ処理装置のプロセッサに提供され、コンピュータまたは他のプログラマブル・データ処理装置のプロセッサを介して実行される命令が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方のブロックにおいて指定された機能／行為を実施するための手段を作成するように、機械を生成することができる。これらのコンピュータ可読プログラム命令は、内部に命令が記憶されたコンピュータ可読記憶媒体が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方のブロックで指定された機能／行為の態様を実施する命令を含む製品を含むように、コンピュータ、プログラマブル・データ処理装置または他の装置あるいはその組み合わせを特定のやり方で機能させるように指示することができるコンピュータ可読記憶媒体にも記憶することができる。
また、コンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ、他のプログラマブル・データ処理装置または他の装置にロードされ、コンピュータ、他のプログラマブル装置または他の装置上で実行される命令が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方のブロックで指定された機能／行為を実施するように、一連の動作ステップをコンピュータ、他のプログラマブル装置または他の装置上で実行させてコンピュータ実施プロセスを生成することができる。
図のフローチャートおよびブロック図は、本発明のさまざまな実施形態によるシステム、方法およびコンピュータ・プログラム製品の可能な実施態様のアーキテクチャ、機能および動作を示す。この点に関して、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、指定された論理機能を実施するための１つまたは複数の実行可能命令を含む、モジュール、セグメントまたは命令の一部を表すことができる。いくつかの代替実施態様では、ブロックに記載された機能は、図に記載された順序とは異なって行われてもよい。例えば、連続して示されている２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行されてもよいし、または、ブロックは、関与する機能に応じて、時々逆の順序で実行されてもよい。ブロック図またはフローチャートあるいはその両方の各ブロックおよびブロック図またはフローチャートあるいはその両方のブロックの組み合わせは、指定された機能または行為を実行するかあるいは専用ハードウェアおよびコンピュータ命令の組み合わせを実行する専用のハードウェア・ベースのシステムによって実施可能であることにも留意されたい。
上記は、本発明の実施形態に向けられるが、その他および本発明の他の実施形態は、その基本的な範囲を逸脱しない範囲で考案されてもよく、その範囲は以下の請求項により決定される。

Claims (20)

  1. システムであって、
    複数の光信号を生成するように構成される光源と、
    流体中に懸濁しているトレーサと、
    各々がフォトニック要素および流路を含む複数のフォトニック・デバイスと、
    測定装置と、を備え、前記測定装置は、
    前記複数の光信号および前記複数のフォトニック・デバイスの第１のフォトニック・デバイスの流路内の前記トレーサに基づいて第１の測定値を決定し、
    前記複数の光信号および前記複数のフォトニック・デバイスの第２のフォトニック・デバイスの流路内の前記トレーサに基づいて第２の測定値を決定し、
    前記第１の測定値および前記第２の測定値に基づいて前記流体または前記トレーサの流れに関連付けられた特性を決定するように構成される、
    システム。
  2. 前記第１のフォトニック・デバイスのフォトニック要素は、前記光源に整列し、前記複数の光信号が前記第１のフォトニック・デバイスの前記流路に到達することを可能とする、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記第１のフォトニック・デバイスのフォトニック要素は、導波路、スプリッタ、コンバイナ、ミキサまたは干渉計の少なくとも１つを備える、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記第１のフォトニック・デバイスの第１のフォトニック要素および前記第１のフォトニック・デバイスの第２のフォトニック要素は、前記複数の光信号が、前記第１のフォトニック要素から前記第２のフォトニック要素に伝送することができるように、前記第１のフォトニック・デバイスの前記流路の対向する側で整列する、請求項１に記載のシステム。
  5. 前記第１のフォトニック・デバイスの前記フォトニック要素は、Ｙ－スプリッタを備え、前記光源は、前記Ｙ－スプリッタの第１の端に配置され、前記測定装置は、前記Ｙ－スプリッタの第２の端に配置され、前記Ｙ－スプリッタの第３の端は、前記第１のフォトニック・デバイスの前記流路上に配置されている、請求項１に記載のシステム。
  6. 前記第１のフォトニック・デバイスの前記流路は、前記第１のフォトニック・デバイスの一端から前記第１のフォトニック・デバイスの対向端まで延在する、請求項１に記載のシステム。
  7. 前記第１の測定値および前記第２の測定値の各々は、蛍光、光の反射、屈折、吸収または放出の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
  8. １つまたは複数のフォトニック・デバイスは、前記第１のフォトニック・デバイス上に配置されている、請求項１に記載のシステム。
  9. 前記トレーサは、蛍光分子を含むポリスチレン・ボール、無機粒子、量子ドット、分子、有機染料、金属微粒子または金属ナノ粒子の少なくとも１つを備える、請求項１に記載のシステム。
  10. フォトニック・デバイスであって、
    基板と、
    前記基板上に配置されている第１のフォトニック要素と、
    前記基板上に配置されている流路と、
    前記第１のフォトニック要素および前記流路の上に配置されているキャッピング層と、を備え、
    前記第１のフォトニック要素は、光信号が前記フォトニック・デバイスの外側から前記流路に到達することができるように配置される、フォトニック・デバイス。
  11. 前記流路は、流体が第２のフォトニック・デバイスに流れることができるように配置される、請求項１０に記載のフォトニック・デバイス。
  12. 前記第１のフォトニック要素は、導波路、スプリッタ、コンバイナ、ミキサまたは干渉計の少なくとも１つを備える、請求項１０に記載のフォトニック・デバイス。
  13. 前記第１のフォトニック要素および第２のフォトニック要素は、前記光信号が前記第１のフォトニック要素から前記第２のフォトニック要素に伝送することができるように、前記流路の対向する側で整列する、請求項１０に記載のフォトニック・デバイス。
  14. 前記第１のフォトニック要素は、Ｙ－スプリッタを備え、前記Ｙ－スプリッタの第１の端は、前記フォトニック・デバイスの第１の辺まで延在し、前記Ｙ－スプリッタの第２の端は、前記フォトニック・デバイスの前記第１の辺まで延在し、前記Ｙ－スプリッタの第３の端は、前記流路上に配置されている、請求項１０に記載のフォトニック・デバイス。
  15. 前記フォトニック・デバイスは、少なくとも１つの他のフォトニック・デバイス上に配置されている、請求項１０に記載のフォトニック・デバイス。
  16. 方法であって、
    測定装置を介して、複数の光信号および第１のフォトニック・デバイスの流路内のトレーサの流れに基づいて第１の測定値を決定することと、
    前記測定装置を介して、前記複数の光信号および第２のフォトニック・デバイスの流路内の前記トレーサの前記流れに基づいて第２の測定値を決定することであって、前記第１の流路および第２の流路は、流体接続される、前記決定することと、
    前記測定装置を介して、前記第１の測定値および前記第２の測定値に基づいて前記トレーサの前記流れに関連付けられた特性を決定することと、
    を含む方法。
  17. 前記特性を決定することは、前記トレーサを含む流体の巨視的な流速（Ｕ）を決定することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記巨視的な流速（Ｕ）は、流体デバイスの断面積（Ａ）にわたる前記流体の流量（Ｑ）の関数として決定され、Ｑは、加わる圧力勾配（∇Ｐ）に起因し、Ｕ＝Ｑ／Ａである、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記巨視的な流速（Ｕ）は、複数のトレーサによって進行される距離（Δｘ）および前記距離（Δｘ）の進行に必要な平均時間（＜Δｔ＞）の関数として決定され、前記巨視的な流速（Ｕ）は、前記複数のトレーサによって進行される流路長（Ｌ）および前記流路長（Ｌ）の進行に必要な平均飛行時間（＜ＴＦ＞）の関数として決定され、Ｕ＝Ｑ／Ａ＝Δｘ／＜Δｔ＞＝Ｌ／＜ＴＦ＞である、請求項１７に記載の方法。
  20. 前記流動特性を決定することは、流体粘度（μ）、前記巨視的な流速（Ｕ）および圧力勾配（∇Ｐ）に基づいて、流体デバイスの流路の透過性（κ）を決定することをさらに含み、κ＝μＵ／（－∇Ｐ）である、請求項１７に記載の方法。
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