TW201632884A - 微流體流動控制 - Google Patents

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尼可拉斯 馬修 庫柏 麥克甘尼斯
尙朵樂 伊莉莎白 多明戈
曼尼許 吉里
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惠普研發公司
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Abstract

一種裝置係包含一在一基板上的微流體通道結構，其中一第一流體致動器以及一第二流體致動器係在該微流體通道結構之內。該些流體致動器中之一係響應於一堵塞或是為了避免一堵塞，而可選擇性地採用以至少部分地反轉在該微流體通道結構的至少一部分之內的流體流動。

Description

微流體流動控制
本發明關於微流體流動控制。
微流體技術係應用橫跨各種的學科，並且牽涉到小體積的流體以及如何在各種的系統以及例如是微流體晶片的裝置中操縱、控制及使用此種小體積的流體之研究。例如，在某些實例中，一微流體晶片可被使用作為一"晶片上實驗室"，例如是用於醫療及生物學的領域以評估流體以及其成分。
根據本發明之一個態樣，其提供一種生物的測試晶片，其係包括：一基板；一微流體通道結構，其係被形成在該基板上，該通道結構係包含一儲存槽以及一從該儲存槽延伸的第一通道；以及第一及第二流體致動器，其係被設置在該第一通道之內，該第一流體致動器是在一第一位置中以選擇性地在一第一方向上造成從該儲存槽進入該第一通道之一般的流體流動，並且該第二流體致動器是在一第二位置中以在不實質改變在該第一方向上的該一般的流體流動下，選擇性地在一相反的第二方向上造成反向的流體流動。
根據本發明之一個態樣，其提供一種生物的微流體裝置，其 係包括：一基板；一微流體通道結構，其係在該基板上；一第一流體致動器，其係用以在該通道結構之內造成在一第一方向上的主要的流體流動；一第二流體致動器，其係用以在該微流體通道結構之內造成在一相反的第二方向上的次要的流體流動；以及至少一流體流動感測器，其係用以在該第一流體致動器的操作期間，感測在該通道結構之內的該主要的流體流動中的一流動速率以及一流動方向的至少一個是否發生一實質的改變，其中該第二流體致動器係用以保持非作用中的，直到判斷出該實質的改變為止，並且用以在該主要的流體流動的一目標的流動速率及方向的回復之後返回到一非作用中的狀態。
根據本發明之一個態樣，其提供一種生物的測試晶片，其係包括：一基板；一微流體通道結構，其係被形成在該基板上，該通道結構係包含一儲存槽以及一從該儲存槽延伸的第一通道；以及至少兩個流體致動器，其係被設置在該第一通道之內，其係包含：一第一流體致動器，其係在一第一位置中以在一第一方向上造成從該儲存槽進入該第一通道之一般的流體流動；以及一第二流體致動器，其係在一第二位置中以在週期性的間隔下自動地在一相反的第二方向上造成局部反向的流體流動以避免堵塞。
20‧‧‧微流體裝置
22‧‧‧基板
30‧‧‧微流體通道結構
32‧‧‧第一流體致動器
34‧‧‧第二流體致動器
37‧‧‧一般的流體流動
38‧‧‧反向的流體流動
40‧‧‧流動感測器
42‧‧‧速率
44‧‧‧方向
50‧‧‧流程圖
51‧‧‧流體流動控制回授迴路
52‧‧‧區塊
53A‧‧‧速率(速率參數)
53B‧‧‧方向(方向參數)
54A‧‧‧局部的流體流動(局部的參數)
54B‧‧‧一般的流體流動(一般的參數)
55‧‧‧區塊
56A、56B‧‧‧路徑
57‧‧‧區塊
60‧‧‧模組(匣)
61‧‧‧殼體
62‧‧‧入口
64‧‧‧流體儲存槽
66‧‧‧試劑
67‧‧‧流體樣本
80‧‧‧微流體裝置
82‧‧‧致動器
83‧‧‧屬性感測器
84‧‧‧流動速率感測器
85A‧‧‧泵
85B‧‧‧加熱器
86‧‧‧入口/出口室
87‧‧‧過濾器
89‧‧‧輸入/輸出元件
100‧‧‧微流體測試系統
102‧‧‧輸入/輸出(I/O)模組
106‧‧‧控制介面
107‧‧‧殼體
108‧‧‧主機裝置
109‧‧‧作業系統(OS)
110‧‧‧中央處理單元(CPU)
111‧‧‧驅動程式
112‧‧‧支援電路
114‧‧‧記憶體
116‧‧‧輸入/輸出(IO)電路
118‧‧‧外部的介面
119‧‧‧通訊媒體
120‧‧‧顯示器
122‧‧‧圖形使用者介面(GUI)
134‧‧‧控制器
136‧‧‧IO電路
138‧‧‧記憶體
140‧‧‧指令
142‧‧‧電源供應器
160‧‧‧微流體裝置
162‧‧‧微流體通道結構
164‧‧‧儲存槽
165‧‧‧通道
166‧‧‧微流體通道單元
180‧‧‧輸入/輸出部分
200‧‧‧微流體結構
202‧‧‧微流體通道
204‧‧‧第一流體致動器
205‧‧‧噴嘴
206‧‧‧屬性感測器
208‧‧‧入口
210‧‧‧過濾器
212‧‧‧網格過濾器
214‧‧‧流體儲存槽
240‧‧‧微流體裝置
241A‧‧‧第一分支
241B‧‧‧第二分支
242‧‧‧第一通道
242A、242B、242C、242D、242E‧‧‧通道區段
243‧‧‧末端部分
244A、244B‧‧‧第二流體致動器
244C‧‧‧第一流體致動器
245‧‧‧噴嘴
246A‧‧‧第一屬性感測器
246B‧‧‧第二屬性感測器
248A、248B‧‧‧入口
249‧‧‧接面
250‧‧‧流體流動感測器(F)
252‧‧‧第二流體流動感測器
260‧‧‧微流體裝置
261A‧‧‧主要分支
261B‧‧‧第二分支
262‧‧‧第一通道
262A、262B、262C、262D、262E、262F、262G、262H、262I‧‧‧通道區段(部分)
264A、264B‧‧‧第一流體致動器
264C、264D‧‧‧第二流體致動器
266‧‧‧第一屬性感測器
268A、268B‧‧‧入口
270‧‧‧流體流動感測器
270A‧‧‧過濾器
275‧‧‧接面
350‧‧‧流體流動控制管理器
352‧‧‧記憶體
360‧‧‧流動參數模組
362‧‧‧感測功能
364‧‧‧主要功能
366‧‧‧清除功能
370‧‧‧標準的參數
380‧‧‧流體致動模組
390‧‧‧主要功能
392‧‧‧清除功能
394‧‧‧速率參數
396‧‧‧電源參數
398‧‧‧脈波寬度參數
399‧‧‧位置參數
400‧‧‧通道結構
401A‧‧‧第一部分
401B‧‧‧第二部分
401C‧‧‧第三部分
402‧‧‧第一通道
402A、402B、402C、402D、402M、402P‧‧‧通道區段
402E、402N、402Q‧‧‧末端區段
404A、404B‧‧‧第一流體致動器
404C、404D‧‧‧第二流體致動器
405、405A、405B‧‧‧噴嘴
406A、406B‧‧‧屬性感測器
408A、408B‧‧‧入口
413‧‧‧接面
500‧‧‧微流體通道結構
502‧‧‧第一通道
501A‧‧‧第一部分
501B‧‧‧第二部分
501C‧‧‧第三部分
502‧‧‧通道
502A、502B‧‧‧通道區段
502C‧‧‧共同的區段
502E‧‧‧多轉角的區段
502K、502L‧‧‧相反延伸的區段
502M、502N‧‧‧末端區段
504A、504B‧‧‧第一流體致動器
506A、506B‧‧‧屬性感測器
508A、508B‧‧‧入口
513A‧‧‧流體流動感測器(F)
A‧‧‧主要的流動
B‧‧‧反向的流體流動
F‧‧‧流體流動感測器
W1、W2‧‧‧寬度
圖1是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置的方塊圖。
圖2A是概要地描繪一和根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝 置相關的流體流動感測器的方塊圖。
圖2B是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一流體流動回授迴路的圖。
圖3是概要地描繪一容置根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置之匣的流程圖。
圖4A是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置的方塊圖。
圖4B是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置的一屬性感測器的方塊圖。
圖5是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置的一輸入/輸出元件的方塊圖。
圖6是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置的構件的方塊圖。
圖7是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種微流體測試系統的方塊圖。
圖8是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的圖7的系統的一主機裝置的方塊圖。
圖9是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的圖7的系統的一控制介面的方塊圖。
圖10是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置的俯視平面圖。
圖11是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種包含一通道結構 以及相關的構件之微流體裝置的一部分的俯視平面圖。
圖12A是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種包含一通道結構以及相關的構件之微流體裝置的一部分的俯視平面圖。
圖12B是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種包含一通道結構以及相關的構件之微流體裝置的一部分的俯視平面圖。
圖13A是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一流體流動管理器的方塊圖。
圖13B是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種包含至少一記憶體之微流體裝置的方塊圖。
圖14是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種包含一通道結構以及相關的構件之微流體裝置的一部分的俯視平面圖。
圖15是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種包含一通道結構以及相關的構件之微流體裝置的一部分的俯視平面圖。
在以下的詳細說明中係參考到構成其之一部分的所附的圖式，並且在圖式中係藉由例證而展示本揭露內容可被實施於其中之特定的例子。將瞭解到的是，其它例子亦可被利用並且可以做成結構或邏輯的改變，而不脫離本揭露內容的範疇。因此，以下的詳細說明不應當被視為限制性的涵義。
本揭露內容的至少某些例子係針對於被用來處理及評估生物的流體之微流體裝置。在某些例子中，此種處理及評估係牽涉到在該微流體裝置上的流體流動控制。於是，本揭露內容的至少某些例子係牽涉到 控制在一微流體裝置的通道結構之內以及各處的流體流動。
本揭露內容的至少某些例子係提供管理流體流動控制，除了主要是在控制一微流體裝置的一通道結構之內以及通過其的流體流動的任何其它流體致動器之外，其係藉由額外的流體致動器的採用。於是，此種額外的流體致動器有時被稱為冗餘的，其在於該微流體裝置的主要的操作並不依賴此種額外的流體致動器。此種額外的流體致動器反而是選擇性地被啟動，以暫時修改在該微流體通道結構之內的一流體流動。在某些例子中，例如是當一部分或完全的堵塞發生在該微流體通道結構之內時，一實質的減少係發生在該微流體通道結構之內的一預期的流動速率中。藉由在一堵塞的發生之際，策略性地找出該額外的流體致動器而且選擇性地啟動該額外的流體致動器，該額外的流體致動器係被用來暫時而且至少部分地逆轉流體流動的方向以清除該堵塞。
在某些例子中，該第二流體致動器係維持在一被動狀態中，直到在該第一方向上的該流體流動的一速率的一實質的減少發生為止，該第二流體致動器係在該時間點造成該反向的流體流動一段時間期間以及適當的強度，以清除該堵塞。
在某些例子中，此反向的流體流動係限於該堵塞的區域，並且因此發生在一局部區域中，其並不另外實質影響或改變在該微流體通道結構之內的在一主要的流動方向上之一般的流體流動。然而，在其它例子中，該額外的流體致動器係被用來在該微流體通道結構之內造成該流體流動的一完全的逆轉，以清除該堵塞。換言之，在該微流體通道結構的至少一部分中，該一般的流體流動係被停止，並且只有該反向的流體流動是作 用中的。
在某些例子中，在該流動方向及/或流動速率上的改變係經由在該微流體通道結構之內的一流體流動速率感測器來加以偵測。
在某些例子中，一旦該額外的流體致動器係作用以清除該堵塞後，接著其係被解除啟動。
於是，在某些例子中，流體流動控制的管理是經由在堵塞發生時移除堵塞，否則其係在整個微流體通道結構維持一般的流體流動以維持所要的流體的操作。
在某些例子中，該額外或冗餘的流體致動器係在週期性的間隔下自動地被啟動，以在該一般的流體流動之內而且與該一般的流體流動相反的方向上，造成一暫時局部的反向的流體流動，以助於避免在該微流體通道結構之內的堵塞及擁塞。在儘管有該額外的流體致動器的此預防的模式下，一堵塞仍然發生的事件中，該額外的流體致動器可以進一步選擇性地被啟動，直到該堵塞清除為止。
這些配置係確保一微流體裝置的健全的操作，同時確保一致的結果，以藉此使得治療點的診斷測試對於現實世界、臨床環境以及利用相當低成本的測試晶片來進行此是實際可行的。
這些例子以及額外的例子係相關至少圖1-17來加以敘述及描繪。
圖1是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置20的方塊圖。如同在圖1中所示，該微流體裝置20係被形成在一基板22上，並且包含一微流體通道結構30。該微流體通道結構30係包含一 種配置是用以在微流體通道之內移動流體，同時執行例如是加熱、泵送、混合、及/或感測之不同的功能，以根據需要來操縱該流體以執行該流體的一測試或評估、或是執行一反應過程。
在某些例子中，該通道結構30係包含一第一流體致動器32以及一第二流體致動器34。概括地說，該第一流體致動器32係被設置以造成在一第一方向上之一般的流體流動(37)，以實施在通道結構30之內的操作。同時，該第二流體致動器34係被設置以在通道結構30之內選擇性且暫時地造成一反向的流體流動(38)。在某些例子中，該反向的流體流動(38)係以不實質改變該一般的流體流動(37)之一尺度以及一位置來發生。
在某些例子中，該第二流體致動器係位在該通道結構30之內的一位置處，該位置係和該第一流體致動器的位置間隔開一足以提供一局部反向的流體流動(在相反的方向上)的距離，其係與第一流體致動器32所造成的一般的流體流動無關。
在某些例子中，該第二流體致動器34係在一比第一流體致動器32操作所在的強度實質較低的強度(例如，較低的功率、較長的脈波寬度)下被啟動，以維持一般的流體流動通過該通道結構30。
在某些例子中，當選擇性地被啟動時，該些流體致動器32、34係造成大致在0.5到15微微升之間的可選擇的流體位移，並且可以在一從1Hz至100kHz的頻率範圍下被啟動。在某些例子中，當選擇性地被啟動時，該第二流體致動器34係造成高達100微微升的流體位移，並且可以在一1kHz至100kHz的頻率下被啟動。於是，在某些例子中，該第二流體致動器34可被操作在單一脈波模式中，其中單一小的大小之單一成核的 (nucleating)脈波係被實施，以造成單一小的反向的流體流動之脈波來協助清除一堵塞，但是並無實質改變該一般的流體流動。在某些例子中，該第二流體流動致動器34係被操作在多脈波模式中，其中一系列間隔開的單一小的大小之單一成核的脈波係被實施，以造成一系列小的反向的流體流動之脈波來協助清除一堵塞，但是並無實質改變該一般的流體流動。
在某些實例中，該微流體裝置20係被稱為一微流體晶片或是一生物的測試晶片。
有關該第二流體致動器34在該通道結構30的流體流動控制中的角色及屬性的進一步細節係在以下加以描述。
如同在圖2A中所示，在某些例子中，在圖1中所指明的微流體通道結構30係包含流動感測器40，以感測流體流動的一速率42及/或一方向44。此資訊係被用來識別在該流體流動中之非預期的改變，其例如是但不限於偵測在該微流體通道結構30之內的一般的流體流動速率上之一實質的改變(例如，減少)。在某些例子中，多個流體流動感測器40係和彼此間隔開並且被分布到遍及該通道結構30，以使得識別一堵塞發生所在之一精確的位置變得容易。
在某些例子中，該第二流體致動器34係包括複數個第二流體致動器，並且一項有關哪些將會造成該反向或是次要的流體流動的第二流體致動器34之決定係根據該些個別的第二流體致動器34相對於該些流動感測器40的一個別的流動感測器之一對應的位置所感測到的流動的一位置來加以做成的。
圖2B是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一流體流 動控制回授迴路51的流程圖50，其係和如同先前相關至少圖1-2A所述以及稍後相關圖3-15所述的微流體裝置20的操作相關。如同在圖2B中的區塊52所展示的，在該微流體通道結構30之內的一流體流動可被感測。在某些例子中，該感測到的流體流動是一般的流體流動54B。在某些例子中，該感測到的流體流動是在該微流體通道結構30的一部分之內的一局部的流體流動54A。
該感測到的流體流動可以指明該流體流動的一速率53A以及一方向53B、以及該感測到的流體流動是否為一般的流體流動54B或是一局部的流體流動54A。
在感測微流體通道結構30內的流體流動之後，在圖2B中的區塊55，可以做成該感測到的流體流動是否符合或超出例如是一最小值、一最大值或是其它參數的標準之一項判斷。例如，為了執行涉及在該微流體裝置20內之生物的微粒的測試或操作，可能會涉及到一最小的流動速率、或是可能會涉及到一最大的流動速率，每一個速率都使得個別的測試或操作變得容易。
在某些例子中，其中在該微流體通道結構30之內可以有多個不同之目標的局部的流體流動，在區塊55的判斷可以查詢那些局部的流體流動的每一個是否符合或超過用於那些流體流動被量測所在之特定的位置處的標準。
若在區塊55的查詢的答案為是，則採取路徑56A至區塊52以用於進一步的流體流動感測。若在區塊55的查詢的答案為否，則採取路徑56B至區塊57以造成一清除泵(例如，在圖1中的第二流體致動器34)的 啟動，以清除在微流體通道結構30內之一預期的堵塞，並且根據該標準來將該流體流動回復至微流體通道結構30的一般的操作狀況。
在經由該第二流體致動器34的此種清除活動之後，在迴路51中的控制係回到區塊55以用於進一步的流體流動感測。
藉由採用回授迴路51，該微流體裝置20的一致且強健的操作可加以維持。
在某些例子中，有關於回授迴路51的操作的至少一些資訊係從該微流體裝置20被傳遞至外部的構件及裝置，以用於有關該微流體裝置20之進一步的處理及控制動作。
在提供有關該微流體裝置20可以作用於其中的一裝置環境之至少圖3-9的相關的進一步資訊之後，有關該微流體通道結構30以及第二流體致動器34的流體流動控制的更多特點及屬性之至少圖10-15的相關的進一步細節將會被提供。
圖3是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一包含一微流體裝置20(圖1-2)的模組60的方塊圖。在某些實例中，該模組係被稱為一匣或是容器。如同在圖3中所示，模組60係包含一殼體61，該殼體61係至少部分地包含及/或支承微流體裝置20。
在某些例子中，如同在圖3中所示，流體儲存槽64係被界定在殼體61之內的相當接近微流體裝置20之處，以致能在兩者之間的流體連通。如同經由圖3所展示的，該流體樣本67係(經由入口62)被沉積以進入流體儲存槽64，並且在流入到微流體裝置20中之前先與試劑66混合。在某些實例中，微流體裝置20係包含其本身的儲存槽，以在該流體流入該 微流體裝置20的通道中之前，最初先從儲存槽64接收該流體樣本(其係和試劑66混合的)。
若該流體樣本67是血液，則在某些例子中，該試劑66係包含一例如是乙二胺四乙酸(EDTA)的抗凝劑、及/或例如是磷酸緩衝生理食鹽水(PBS)的緩衝溶液。在某些例子中，一適當的血液樣本係具有大約2微升的體積，而該試劑係具有一大約8微升的體積，此係導致一10微升的體積待經由該微流體裝置20來加以處理。
進一步將會理解到的是，當全血是該流體樣本67時，在某些例子中，該試劑66係包含其它或額外的試劑以製備該血液來用於所關注的一診斷的測試。在某些例子中，此種試劑66係協助感測器識別在該流體樣本中的某些微粒，以便於追蹤它們、計數它們、移動它們、等等。在某些例子中，此種試劑66係與在該流體樣本67中的某些微粒結合，以使得從該流體排除或過濾該些微粒變得容易，來更佳的隔離或集中所關注的一特定的生物的微粒。在某些例子中，該試劑66的操作係與過濾器及/或其它分類及隔離機構合作來作用，以從該微流體裝置20的一感測區域排除某些生物的微粒。
在某些例子中，試劑66係包含適合用以執行為了微粒標記(tagging)的抗體-抗原結合的材料、及/或適合用以實施奈米微粒標記技術、磁性微粒分類技術、及/或高密度的微粒標記技術的材料。
在某些例子中，例如是(但不限於)當在實施白血球的後續的計數或分析之前先析出紅血球是所要的時候，至少某些試劑66係包含裂解劑。
當然，在該流體樣本67不是血液、而是一例如為尿液、脊髓流體、等等的不同的生物的流體的事件中，則試劑66將會包含一適合用以處理此種流體並且達成那些流體的成分的所要的分離及分類之類型及數量的試劑66。
在某些例子中，試劑66係被提供以準備來開始、執行、及/或終止各種的反應過程，其例如但不限於用以執行分子診斷以及如同先前所提及的相關工作的過程。
在某些例子中，一適當的血液樣本(亦即，流體樣本67)係具有大約2微升的體積，而該試劑係具有一大約8微升的體積，此係導致一10微升的體積待經由該微流體裝置20來加以處理。於是，在此配置中，一大約5的稀釋因數係被施加至該全血的流體樣本。在某些例子中，超過或小於5的稀釋因數係被施加至全血。在某些例子中，當該流體(待被測試)的一感測體積通過目標的生物學的微粒被計數所在的感測區域時，此種低稀釋因數係確保一高的信號雜訊比。此外，較低的稀釋因數係牽涉到待藉由該微流體裝置處理之一較小總體積的流體，此於是降低用於該特定的流體樣本的總測試時間。在某些例子中，一等於或小於10的稀釋因數係被採用。
在某些例子中，不論該流體樣本67是血液或另一種類型的生物學的流體，大於或小於2微升的體積都可被利用。此外，在某些例子中，不論該流體樣本67是血液或另一種類型的生物的流體，大於或小於8微升的試劑體積都可被利用。在某些例子中，一流體樣本67亦利用除了試劑66之外的其它或是額外的流體來加以稀釋。
圖4A是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置80的方塊圖。在某些例子中，微流體裝置80係包含和圖1-3的微流體裝置20實質相同的特點及屬性中的至少某些個。在某些例子中，圖4A的微流體裝置80的至少某些構件是被納入在圖1-3的微流體裝置20之內。
如同在圖4A中所示，微流體裝置80係包含致動器82以及流動速率感測器84，其中致動器82是作用為一泵85A且/或作用為一加熱器85B。在某些例子中，致動器82係包括一例如是熱敏電阻的電阻性元件。當在一高強度以及充分的脈波寬度下被啟動時，該致動器82可以造成一成核的汽泡的形成，該汽泡係移置在該通道結構30內的流體，以沿著且通過該通道結構30來驅動流體。作為一副產物的是，一適量的熱可能會被產生。在一特點中，此種高強度的啟動係牽涉到一相當短的脈波寬度以及較高的功率。
然而，當被啟動在一顯著較低的強度以及不充分的脈波寬度時，該致動器82可能並非作用為一泵，因為不存在足夠的能量來造成顯著的流體位移，並且因此無顯著的流體位移。反而，熱係被產生，使得致動器82作用為一加熱器85B，而無位移流體。在一特點中，此種低強度的啟動係牽涉到一相對較長的脈波寬度以及較低的功率。
在一例子中，該致動器82係對應於在圖1中的第一流體致動器32以及第二流體致動器34。
在某些例子中，微流體裝置80係包含流體流動感測器40(圖2A)，以感測在該微流體通道結構30之內的流體流動速率及方向。在某些例子中，該流體流動感測器40是一專用於感測流體流動及方向的感測器。 在此種意義下，該流體流動感測器40係與其它例如是屬性感測器(例如，在圖4B中的83)的感測器分開的，而且與其無關的。然而，在某些例子中，該流體流動感測器40係至少部分地經由一屬性感測器(在圖4B中的83)的功能來加以實施的。在某些例子中，一堵塞或是減小的流體流動係至少部分地經由來自一阻抗感測器的一信號的值(或是在值上的改變)而被識別出，該阻抗感測器係指出接近該感測器、或是在該感測器之上欠缺細胞流動。在某些例子中，一堵塞或是減小的流體流動係至少部分地經由偵測該矽基板的一溫度上升超過一臨界溫度而被識別出。在此種識別之後，該第二流體致動器34係被啟動為一冗餘泵，以在相反的方向上造成流體流動。
在某些例子中，一流體流動感測器40(不論是專用、或是作為一屬性感測器的部分)係包含在一不對稱性下被配置的電極，其係經由信號分析以致能推斷出流動方向，且/或分析個別的細胞在該感測區域中的一滯留時間超過某一時間以判斷出一流動速率。
一稍後敘述的控制介面106係可耦接至該微流體裝置20、80的一電性介面，以用於激勵及控制該致動器82以及流體流動感測器40的操作。
在某些例子中，該晶片為基礎的微流體裝置20、80的結構及構件係利用積體電路微製造技術來加以製造，例如是電鑄、雷射剝蝕、非等向性蝕刻、濺鍍、乾式及濕式蝕刻、微影、鑄造、模製、沖壓、加工、旋轉塗覆、疊層、等等。
圖4B是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置的一屬性感測器83的方塊圖。在某些例子中，一種例如是裝置20、 80(圖1-4A)的微流體裝置進一步包含一屬性感測器83以偵測pH、識別特定的生物的微粒、溫度、細胞計數、等等。在某些例子中，該屬性感測器83係包括一阻抗感測器。在某些例子中，該屬性感測器83可以作用為一流動感測器40。在某些例子中，該屬性感測器83係與一專用的流動感測器40分開且無關的。
圖5是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種例如是在圖1-4A中的微流體裝置20、80之微流體裝置的一輸入/輸出元件89的方塊圖。該輸入/輸出元件89係致能資料、電源、控制信號、等等往返於外部的裝置之通訊，其係使得該微流體裝置20、80的操作變得容易，並且其係稍後相關至少圖7-10來進一步加以敘述。
圖6是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置的構件86、87的方塊圖。在某些例子中，一種例如是裝置20、80(圖1-4C)之微流體裝置進一步包含入口/出口室86及/或過濾器87。該入口/出口室係使得流體能夠進入及離開該通道結構30的各種的部分，而過濾器87係將一流體的不同的成分彼此分離，例如是排除較大的微粒進一步通過該微流體通道結構30，即如同稍後進一步指出者。
圖7是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種微流體測試系統100的方塊圖。如同在圖7中所示，系統100係包含一匣60、一控制介面106(其具有殼體107)、以及一主機裝置108。在某些例子中，匣60係包含和如同先前相關至少圖3所述的匣60實質相同的特點及屬性中的至少某些個，並且其中微流體裝置20係包含和如同先前相關至少圖1-6所述的微流體裝置20、80實質相同的特點及屬性中的至少某些個。
如同在圖7中所示，除了至少微流體裝置20之外，匣60係包含一輸入/輸出(I/O)模組102以在該微流體裝置20(在匣60之內)與控制介面106之間通訊電源、資料、及/或控制信號、等等，該控制介面106接著是和該主機裝置108通訊。在某些例子中，匣60的I/O模組102係和微流體裝置80(圖4A)的I/O元件89介接。
在某些例子中，如同在圖7中所示，匣60係可移除地耦接至該控制介面106，因而其可以根據需要來加以耦接以及解除耦接。該控制介面106係可移除地耦接至該主機裝置108，即如同在以下進一步敘述者。在某些實例中，該控制介面106係被稱為、或是體現為一連接棒(dongle)或連接器。
概括地說，一流體樣本67(圖3)係透過微流體技術來加以處理，並且在該控制介面106的控制下被曝露到該微流體裝置20中的一感測區域之前，先遭受到各種的功能或是反應過程的控制。該微流體裝置20係提供一代表該感測器資料的電性輸出信號至該控制介面20。利用在該主機裝置108的控制下之控制介面20，該主機裝置108可以往返於該控制介面106傳送及接收資料，其係包含用於控制該微流體裝置20、用於執行基板22的熱管理、及/或獲得從該微流體裝置20獲得的感測器資料之命令資訊。
圖8是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的主機裝置108(圖7)的方塊圖。如同在圖8中所示，在某些例子中，該主機裝置108大致係包含一中央處理單元(CPU)110、各種的支援電路112、記憶體114、各種的輸入/輸出(IO)電路116、以及一外部的介面118。該CPU 110係包含一微處理器。在某些例子中，該些支援電路112係包含一快取、電源供應器、 時脈電路、資料暫存器、與類似者。在某些例子中，該記憶體114係包含隨機存取記憶體、唯讀記憶體、快取記憶體、磁性讀取/寫入記憶體、或類似者、或是此種記憶體裝置的任意組合。在某些例子中，該IO電路116係與該外部的介面118合作，以使得透過一通訊媒體119(其係展示在圖7中)來和該控制介面106通訊變得容易。該通訊媒體119可以牽涉到任意類型的有線及/或無線的通訊協定，並且可包含電性、光學、射頻(RF)、或類似者的傳輸路徑。
在某些例子中，該外部的介面118係包含一萬用串列匯流排(USB)控制器，其係能夠透過一USB電纜線來傳送及接收資料至該控制介面106，並且提供電力至該控制介面106。將會瞭解到的是，在某些例子中，其它類型的連至該控制介面106的電性、光學、或是RF介面係被用來傳送及接收資料且/或提供電力。
在某些例子中，如同在圖8中所示，主機裝置108的記憶體114係儲存一作業系統(OS)109以及一驅動程式111。該OS 109以及驅動程式111係包含可藉由該CPU 110執行的指令，以用於控制該主機裝置108並且用於透過該外部的介面118來控制該控制介面106。該驅動程式111係提供一在該OS 109與控制介面106之間的介面。在某些例子中，該主機裝置108係包括一可程式化的裝置，其係包含被儲存在非暫態的處理器/電腦可讀取的媒體(例如，該記憶體114)上之機器可讀取的指令。
在某些例子中，如同在圖8中所示，該主機裝置108係包含一顯示器120，而該OS 109可以透過該顯示器120來提供一圖形使用者介面(GUI)122。使用者可以利用該使用者介面122來和該OS 109以及驅動程 式111互動，以控制該控制介面106，並且顯示從該控制介面106接收到的資料。將會瞭解到的是，該主機裝置108可以是一般或特定用途的計算裝置的任一類型。在一例子中，該主機裝置108是一行動計算裝置，例如是一"智慧型手機"、"平板電腦"、或類似者。
圖9是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的控制介面106的方塊圖。在一例子中，該控制介面106係包含一控制器134、IO電路136、以及一記憶體138。該控制器134係包括一微控制器或是微處理器。在某些例子中，控制介面106係從該主機裝置108接收電源，而在某些例子中，該控制介面106係包含一電源供應器142。
在某些例子中，記憶體138係儲存可藉由該控制器134執行的指令140，以用於至少部分地控制該微流體裝置20及/或用於和該主機裝置108通訊。就此而論，該控制介面106係包括一可程式化的裝置，其係包含被儲存在非暫態的處理器/電腦可讀取的媒體(例如，該記憶體138)上的機器可讀取的指令140。在其它例子中，該控制介面106可以利用硬體、或是硬體以及被儲存在記憶體138中的指令140的一組合來加以實施。譬如，在某些例子中，該控制介面106的全部或是一部分係利用一可程式化的邏輯裝置(PLD)、特殊應用積體電路(ASIC)、或類似者來加以實施。
在某些例子中，在主機裝置108的記憶體114中的驅動程式111及/或控制介面106的記憶體138係儲存機器可讀取的指令，以實施及/或操作用於微流體通道結構30的流體流動控制管理。在某些例子中，如同稍後相關至少圖13A進一步敘述的，此種流體流動管理係至少部分地經由一流體流動控制管理器350來加以實施。
圖10是描繪根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置160的俯視平面圖。在某些例子中，該微流體的結構160係包含和如同先前相關至少圖1-9所述的微流體裝置(例如，20、80)實質相同的特點及屬性中的至少某些個，並且因此適合於實施如同在整個本揭露內容所敘述的流體流動控制。
如同在圖10中所示，微流體裝置160係包含一其上形成微流體通道結構162的基板22、以及輸入/輸出部分180。如同先前所指出的，在某些例子中，該基板是由一種矽材料所做成的。
如同在圖10中所示，該微流體通道結構162係包含一陣列的微流體通道單元166，其係被配置於位在中心的儲存槽164的周圍，並且和儲存槽164流體連通。然而，將會理解的是，該些單元166並未嚴格地受限於在圖10中所示之特定的尺寸、形狀及位置，而是可以呈現其它的尺寸、形狀及位置。
在某些例子中，該些微流體通道單元166大致是與彼此獨立的，因而對於每一個別的通道單元166的流體流動的一流動速率及方向係與其它個別的通道單元166獨立地加以管理。
圖11是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置20的一部分的一微流體結構200的圖，並且其只是提供在圖10中的微流體通道單元166中之一個別的微流體通道單元166之一範例實施方式而已。
如同在圖11中所示，在某些例子中，該微流體結構200係包含一微流體通道202、一第一流體致動器204、一屬性感測器206、一噴 嘴205(例如，出口)、以及一入口208。圖11亦描繪一流體儲存槽214，其係和匣60(圖3)的流體儲存槽64連通。在某些例子中，通道202係對應於在圖10中的(一微流體通道單元166的)通道165中之一個別的通道。
在某些例子中，如同在圖11中進一步所示的，一網格過濾器212係被設置在該流體儲存槽214中，以用於過濾在所施加的流體樣本中的微粒。儘管在圖10中的流體通道202的形狀係被展示為"U形的"，但是此並不欲作為在該通道202的形狀上之一般的限制。因此，該通道202的形狀可包含其它形狀，例如是彎曲的形狀、蛇狀、具有角的形狀、其之組合、等等，該些形狀中的某些形狀係稍後相關圖12A-12B、14-15來進一步加以敘述及描繪。此外，通道202的不同的部分可以在寬度上變化。再者，該通道202並未被展示為任何特定的尺度或比例。被製造在一裝置上的通道202的寬度可以與在此揭露內容的圖式中所展示的任何尺度或比例不同。在該通道中的箭頭係指出流體流動通過該通道的一範例方向。
該入口208係提供一開口給該通道202以接收該流體。該過濾器210係被設置在該入口208中，並且避免在該流體中的一特定的尺寸(根據該過濾器210的尺寸而定)的微粒進入該通道202中。在某些例子中，該入口208可以具有一比該通道202更大的寬度及容積。
在某些例子中，如同在圖10中所示，該屬性感測器206係被設置在該通道202中，接近該入口208之處(例如，比該泵致動器204更靠近該入口208)。在某些例子中，該屬性感測器206係被設置在該入口208中。在某些例子中，該屬性感測器206是一阻抗感測器，並且在該流體中的生物的微粒通過在該感測器206之上時偵測阻抗改變。
如同在圖11中進一步所示的，在某些例子中，第一流體致動器204(例如，泵)係被設置在靠近該通道202的一在該屬性感測器206下游的封閉端處。該第一流體致動器204可以是一流體的慣性泵致動器，其可以利用廣泛而多樣的結構來加以實施。在某些例子中，該第一流體致動器204是一熱敏電阻，其係產生一成核的汽泡以在該通道202之內產生流體位移。該經位移的流體係從該噴嘴405被排出，藉此在通道202之內/通過通道202致能一慣性的流動模式。在某些例子中，第一流體致動器204係被實施為壓電元件(例如，PZT)，其之電性引起的偏轉係在該通道202之內產生流體位移。其它藉由電性、磁性、以及其它力所啟動之偏轉的薄膜元件用於實施該第一流體致動器204也是可行的。
概括地說，該流體致動器204係被設置成足夠靠近屬性感測器206，以在靠近屬性感測器206之處確保高的流體流動速率。儘管未被展示，在某些例子中，第一流體致動器204係被設置以造成推動生物的微粒通過在感測器206的區域處之慣性的泵送，而在某些例子中，如同在圖11中所示，流體致動器204係被設置以造成將生物的微粒拉動通過在屬性感測器206的區域處之慣性的泵送。
和先前敘述的微流體裝置(在圖1-2A中的20、在圖4A中的80)一致的是，當操作在一較長的脈波寬度及強度時，該第一流體致動器204亦作用為一加熱器以加熱在通道202之內的流體。如同先前所指出的，在此種實例中，該第一流體致動器204係操作在一脈波模式中，其中該啟動係發生在一較低的強度以及一較長的脈波寬度下，以在不形成成核的氣泡下提供一脈波的熱至該流體。
在某些例子中，通道202係包含超過一個第一流體致動器204，使得超過一個流體致動器被配置在單一通道202之內，以控制在通道結構200之內的一般的流體流動。
圖12A是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置240的俯視平面圖。在某些例子中，微流體裝置240係包含和微流體裝置160(如先前相關至少圖10所述的)以及圖11中的通道結構200之一般的構件實質相同的特點及屬性中的至少某些個。
如同在圖12A中所示，在某些例子中，微流體通道結構240係包含一第一通道242，其係包含連接且導引(經由區段242E)到一末端部分243的一第一分支241A以及一第二分支241B。第一分支241A係包含入口248A以及通道區段(亦即，部分)242A、242C，而第二分支241B係包含入口248B以及區段242B、242D。一接面249係被形成在區段242D、242C及242E的一交叉處。
在某些例子中，一第一屬性感測器246A係位在區段242D之內，而一第二屬性感測器246B係位在區段242E之內。
一第一流體致動器244C(像是在圖1中的第一流體致動器32)係位在末端部分243之內，其中一噴嘴245(藉由一重疊在代表致動器244C的方形上的圓圈來加以表示)亦位在末端部分243中。在操作上，第一流體致動器244C的啟動係將流體從儲存槽214拉動通過通道242的分支241A、241B，其中在流體經由噴嘴245離開通道242之前，該流體係在屬性感測器246A、246B之上通過。
在某些例子中，至少一流體流動感測器(F)250(或252)係位在 通道242之內。在該特定的範例實施方式中，流體流動感測器(F)250係被展示在通道區段242D中，位在屬性感測器246A下游且相鄰該屬性感測器246A，但是在接面249的上游。在某些例子中，一第二流體流動感測器252(或250)係位在通道242之內。在圖12A中所示之一特定的範例實施方式中，該第二流體流動感測器252係位在通道區段242C之內，且在接面249的上游。
每一個分支241A、241B係包含一個別的第二流體致動器244A、244B(像是第二流體致動器34)，其係被設置在靠近該些個別的區段242A、242B的一第一端處。
在操作上，一主要的流動係發生在藉由方向性箭頭A來表示的方向上，其中第一流體致動器244C係將流體拉動通過該些分支241A、241B。
在某些例子中，該堵塞係經由被設置於個別的區段242D、242C的流動感測器250、252中的一或兩者來加以識別。儘管一堵塞可能會潛在地發生於沿著通道242的數個位置的任一位置處，但是在某些例子中，接面249係呈現一堵塞較可能發生的位置處，因為由通道區段242C、242D所造成的該對九十度的轉角、以及來自那些彼此會合的個別的區段242C、242D的每一個的流體流動的動量。
然而，在其中一堵塞形成於通道242中的某些實例中，接著第二流體致動器244A、244B的一或兩者係被啟動，以在方向B上(與方向A相反)造成一反向的流體流動一段足以清除該堵塞的暫時的時間期間。在某些例子中，在第二流體致動器244A及/或244B的啟動期間，藉由第一流體致動器244C造成的主要的流動係被維持。
在一範例的實施方式中，一接近接面249的堵塞係僅經由第二流體致動器244A、244B中之一的啟動來加以清除，其係將在該堵塞中牽涉到的流體及元素在單一方向上拉動離開接面249，同時沿著方向A的至少一些主要的流動仍然是經由第一流體致動器244C之持續的啟動而被拉動朝向末端部分243。在清除該堵塞之後，該特定的第二流體致動器(244A、244B中之一)係被解除啟動。
藉由在不同的分支中設置該對第二流體致動器244A、244B中之一個別的第二流體致動器，那些第二流體致動器244A、244B中之一是可以根據哪一個將會造成該堵塞的較快且更有效的清除來加以選擇的。
圖12B是概要地描繪根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置260的俯視平面圖。在某些例子中，微流體裝置260係至少包含和如同先前相關至少圖10所述的微流體裝置160以及在圖11中的通道結構200之一般的構件實質相同的特點及屬性。
如同在圖12B中所示，在某些例子中，微流體通道結構260係包含一第一通道262，其係包含一主要分支261A以及一從該主要分支261A延伸出而且回到該主要分支261A的第二分支261B。主要分支261A係包含入口268A以及通道區段(亦即，部分)262A、262B、262C、262D、262H、262I。第二分支261B係在接面275之處，經由入口268B從主要分支261A開始延伸，其中第二分支261B係在重新接合主要分支261A的區段262I之前進一步包含區段262E、262F及262G。接面275係位在區段262D、262E及262H的交叉處。
在某些例子中，一第一屬性感測器266係位在區段262E之 內，並且過濾器270A係位在入口268B之處，而在該第一屬性感測器266的下游。
在某些例子中，一流體流動感測器270係位在主要分支261A之內，而在該第二分支261B的入口268B的上游，以監測靠近接面275的流動參數。
一第一流體致動器264A(像是在圖1中的第一流體致動器32)係位在主要分支261A的最初的區段262A之內，並且經由從儲存槽214引發流體流動到通道262中，以將流體推動在第一流體流動方向A上，而經由通過主要分支261A造成流體的慣性泵送，以在方向A上造成流體流動。在主要分支261A中的流體流動的一部分係被轉移到第二分支261B中。
在某些例子中，在第二分支261B的區段262G中的另一第一流體致動器264B係作用以引發流體流入到第二分支261B中。第二分支261B的較小的寬度以及過濾器270A係容許較小的微粒能夠進入第二分支261B，其中該些微粒係通過在第二分支261B的區段262E中的屬性感測器266之上。任何不具有適合進入第二分支261B的尺寸之較大的微粒將會繼續在通道區段262G、262H中的主要流體流動內。
在某些例子中，至少一流體流動感測器270係位在通道262之內。在該特定的範例實施方式中，流體流動感測器270係被展示在接面275的上游之通道區段262D中。儘管未展示在圖12B中，但將會瞭解到的是，在某些例子中，額外的流體流動感測器可被設置在通道262內之各種的位置處，以感測一般的流體流動且/或識別在除了接面275之外的位置處的局部堵塞。
在某些例子中，如同在圖12B中所示，一第二流體致動器264C(像是第二流體致動器34)係被設置在接面275及流動感測器270的上游，而且相當接近之。
在操作上，一主要的流動係以大致上述的方式發生在藉由方向性箭頭A來加以表示的方向上。
在某些例子中，一堵塞是可藉由流動感測器270識別出的。儘管一堵塞可能會潛在地發生在沿著通道262的數個位置中的任一位置處，但是在某些例子中，接面275係呈現堵塞較可能發生的一位置，因為由通道區段262D、262H接合至第二分支261B的區段262E所造成的該對九十度的轉角、因為第二分支261B的通道區段的寬度(W2)是比該主要分支261A的一寬度(W1)窄的、且/或因為過濾器270A在第二分支261B的入口268B中的存在。
接續此非限制性的例子，其中一堵塞係形成在接近接面275的通道262中，則一第二流體致動器264C(像是在圖1中的第二流體致動器34)係被啟動以在方向B上(與方向A相反)造成一反向的流體流動一段足以清除該堵塞之暫時的時間期間。在某些例子中，藉由第一流體致動器264A、264B所造成的主要的流動係在第二流體致動器264C的啟動期間予以維持。在清除該堵塞之後，該第二流體致動器264C係被解除啟動。
在某些例子中，另一第二流體致動器264D係存在，並且大致與第二流體致動器264C同時被啟動。該第二流體致動器264D係位在接面275的下游以及第二流體致動器264C的下游，並且當被啟動時，第二流體致動器264D係有助於在藉由第二流體致動器264C造成的暫時的反向流 動(在方向B上)期間，維持在方向A上的主要流體流動。
圖13A是根據本揭露內容的一個例子的一流體流動管理器350的方塊圖。在某些例子中，流體流動控制管理器350係相關於先前相關至少圖1-12B所敘述的微流體裝置的特點及屬性中的至少某些個來操作。概括地說，在某些例子中，該流體流動控制管理器350係至少部分地經由感測流體流動速率及方向，並且選擇性地經由一第二或冗餘流體致動器以反轉流體流動，來管理在一微流體裝置通道結構之內的一流體流動。如同在圖14中所示，流體流動控制管理器350係包含一流動參數模組360以及流體致動模組380。
如同在圖13A中所示，流動參數模組360係包含一感測功能362、一主要功能364、以及一清除功能366、速率參數53A、方向參數53B、一局部的參數54A、一個一般的參數54B、以及一標準的參數370。
經由一流動感測器40，該感測功能362係操作以根據至少該流動速率參數53A(圖2B、13A)以及流動方向參數53B(圖2B、13)來感測在一微流體通道結構之內的流體流動。該感測功能362可以感測局部(在圖2B、13A中的54A)及/或一般的(在圖2B、13A中的54B)流動。該標準的參數370係致能設定有關一所要或是可接受的流動速率或流動方向之標準，而該感測到的流動資訊將會例如是在圖2B中的回授迴路51的區塊55中與其做比較。
該主要功能364係在一微流體通道結構30之內以及各處提供如同經由一主要的流體致動器(例如，在圖1中的第一流體致動器32)所實施的一基本或是主要的流體流動模式，而該清除功能366係在該通道結構 30的至少一部分之內提供如同經由一額外的流體致動器(在圖1中的一第二流體致動器34)所實施的一輔助的(例如，反向的)流體流動模式，以清除堵塞及/或避免堵塞。
該主要功能364以及清除功能366係根據如先前相關至少圖2B所述的速率參數53A、方向參數53B、局部的參數54A、以及一般的參數54B來操作。
如同在圖13A中進一步所示的，該流體致動模組380係包含一主要功能390以及一清除功能392、以及一速率參數394、一電源參數396、一脈波寬度參數398、以及一位置參數399。該主要功能390係實施第一流體致動器32的啟動以產生主要的流體流動操作，而清除功能392係選擇性地反轉該流體流動的一部分。該個別的主要及清除功能390、392係根據所採用的個別的流體致動器的至少一速率參數394、一電源參數396、一脈波寬度參數398、以及一位置參數399而被實施。該速率參數394係控制該些流體致動器(在圖1中的32、34、在圖4A中的82)的啟動的一速率，其範圍可以從1Hz到100kHz，而電源參數396係控制被施加至流體致動器的電源振幅。在一微流體通道結構包含超過一個流體致動器(不論是一第一流體致動器或是第二流體致動器34)的事件中，該位置參數399係根據每一個別的流體致動器在該通道結構之內的位置，以致能哪一個流體致動器將被啟動的選擇。
在某些例子中，流體流動控制管理器350係存在於被儲存在和一控制器相關的一記憶體(例如，控制介面106的記憶體138及/或主機裝置108的記憶體114)中之機器可讀取的指令內。經由先前相關至少圖3所敘 述的連接及通訊路徑，流體流動控制管理器350係至少部分地控制微流體裝置20、80、160的流體的操作，以在操作期間協助維持在微流體通道結構30(圖1-2A)、162(圖10)內之一致的流體流動。
在某些例子中，流體流動控制管理器350的至少某些功能係存在於微流體裝置20(圖1-12B、14-15)上，其例如是如同在圖13B中所示，藉由機器可讀取的指令(用以實施那些功能)在微流體裝置20中的一記憶體352上的儲存，其中記憶體352係具有和記憶體114(圖8)或是記憶體138(圖9)實質相同的特點及屬性中的至少某些個。在此種例子中，在微流體裝置20上的流體流動控制管理器350的功能將會與在控制介面106(圖9)及/或主機裝置108(圖8)上的其餘的流體流動控制管理器350的任何功能互補或是合作。在某些例子中，流體流動控制管理器350的所有功能都將會被儲存在微流體裝置20的記憶體352中。在某些例子中，當此種記憶體352存在於微流體裝置20上時，微流體裝置20亦包含一控制器或是具有某些控制功能的電路，其係具有和控制介面106(圖9)的控制器134及/或主機裝置108(圖8)的控制器功能(例如，CPU 110)實質相同的特點的至少某些個。
圖14是根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置的一通道結構400之俯視平面圖。在某些例子中，包含通道結構400的微流體裝置係包含和微流體裝置160(如先前相關至少圖10所述)以及在圖11中的通道結構200之一般的構件實質相同的特點及屬性中的至少某些個。
如同在圖14中所示，在某些例子中，微流體通道結構400係包含一第一通道402，其係包含一第一部分401A、一第二部分401B、以及一第三部分401C。第一部分401A係包含入口408A、408B以及通道區段 402A、402B。第二部分401B係包含區段402C以及多轉角的區段402D，該區段402D係在第二部分401B的末端區段402E接合到第三部分401C之前包含一系列的九十度的轉角。第三部分401C係包含兩個相反延伸的區段402M及402P，其分別包含一個別的屬性感測器406A、406B以及一個別的末端區段402N、402Q。每一個末端區段402N、402Q係包含一個別的第一流體致動器404A、404B以及一個別的流體出口噴嘴405A、405B。
在操作上，第一流體致動器404A、404B的啟動係從儲存槽214引發流體流動進入且通過第一部分401A的區段402A、402B，並且接著通過第二部分401B及第三部分401C，而在離開噴嘴405A、405B之前，該流體係在該第三部分401C之處通過在該些個別的屬性感測器406A、406B中之一上。
在某些例子中，至少一流體流動感測器(F)係位在通道402之內。在圖14所示之特定的範例實施方式中，至少一流體流動感測器(F)係被展示在該屬性感測器406A、406B的上游之第二部分401B中。再者，在某些例子中，如同在圖14中所示，數個流動感測器(F)係內含在通道402中，並且沿著通道402的部分401A、401B、401C中之一的長度來加以分布。在一範例的實施方式中，該些流動感測器(F)的至少某些個係位在或是接近沿著第二部分401B的通道區段402D的九十度轉角中的某些個之處。
在某些例子中，一第二流體致動器404D(像是在圖1中的第二流體致動器34)係被設置在一些流動感測器(F)之間，並且是在該些屬性感測器406A、406B的上游處。
在某些例子中，另一第二流體致動器404C係被設置在全部 的數個流動感測器(F)的上游的通道區段402A、402B及402C之一接面413處。
在操作上，在第一流體致動器404A、404B以先前所指出的方式引發流體流動通過該通道402下，一主要的流動係發生在藉由方向性箭頭A所表示的方向上。
在某些例子中，一堵塞是可經由設置於第二部分401B的個別的區段402D的流動感測器(F)中的至少某些個識別出的。在某些例子中，因為和先前相關在圖12A中的接面249所指出的實質相同的原因，一堵塞是可經由靠近接面413的流動感測器(F)識別出的。如同先前所指出的，堵塞是可在通道402內的其它位置中識別出的。
在其中一堵塞係形成在通道402內的實例中，則第二流體致動器404C、404D的一或兩者係被啟動以在方向B上(與方向A相反)造成一反向的流體流動一段足以清除該堵塞的暫時的時間期間。在某些例子中，在第二流體致動器404C、404D的啟動期間，藉由第一流體致動器404A、404B所造成的主要的流動係被維持。將會瞭解到的是，在某些範例實施方式中，第二流體致動器404C、404D中只有一個是內含在微流體通道結構400中。
在清除一堵塞之後，該些特定的第二流體致動器404C及/或404D係接著被解除啟動。
圖15是根據本揭露內容的一個例子的一種微流體裝置的一通道結構500的俯視的平面圖。在某些例子中，包含通道結構500的微流體裝置係至少包含和微流體裝置160(如先前相關至少圖10所述的)以及在圖 11中的通道結構200之一般的構件實質相同的特點及屬性。
如同在圖15中所示，在某些例子中，微流體通道結構500係包含一第一通道502，其係包含一第一部分501A、一第二部分501B、以及第三部分501C。第一部分501A係包含入口508A、508B以及通道區段502A、502B，該些通道區段502A、502B是經由共同的區段502C來接合。第二部分501B係包含多轉角的區段502E，其係在接合至第三部分501C之前包含一系列九十度的轉角。第三部分501C係包含兩個相反延伸的區段502K及502L，其分別包含一個別的屬性感測器506A、506B以及一在該個別的感測器506A、506B的下游之個別的末端區段502M、502N。
在操作上，第一流體致動器504A、504B的啟動係從儲存槽214引發流體流動進入且通過第一部分501A的區段502A、502B，並且接著通過第二部分501B以及第三部分501C，該流體係在該第三部分501C之處通過在該些個別的屬性感測器506A、506B中之一上。
在某些例子中，至少一流體流動感測器(F)係位在通道502之內。在圖15所示之特定的範例實施方式中，一流體流動感測器(F)513A係被展示在第三部分501C中的屬性感測器506A的下游處。將會瞭解到的是，在某些例子中，一類似的流體流動感測器(F)可被設置在屬性感測器506B的下游處。
在某些例子中，通道502可包含額外的流體流動感測器，其係位在先前相關至少圖1-14所敘述的例子中的至少某些位置中。
在操作上，在第一流體致動器504A、504B以先前所指出的方式引發流體流動通過該通道502下，一主要的流動係發生在藉由方向性 箭頭A所表示的方向上。
在某些例子中，一堵塞是可經由設置於在通道502的第三部分501C中的個別的區段502L的流動感測器(F)中的至少某些個識別出的。如同先前所指出，其它堵塞是潛在可經由一適當位置的流體流動感測器(F)而在通道502內的其它位置中識別出的。
在其中一堵塞係形成在通道502內(例如是接近屬性感測器506A之處)的實例中，則第二流體致動器504C係被啟動以在方向B上(與方向A相反)造成一反向的流體流動一段足以清除該堵塞的暫時的時間期間。在某些例子中，在第二流體致動器504C的啟動期間，藉由第一流體致動器504A、504B所造成的主要的流動係被維持。在清除一堵塞之後，該第二流體致動器504C係接著被解除啟動。
本揭露內容的至少某些例子係提供一微流體通道結構的流體流動控制，其係包含額外或是冗餘的流體致動器以清除堵塞且/或避免堵塞的形成。
儘管特定的例子已經在此加以描繪及敘述，但是各種替代及/或等同的實施方式可以取代該些所展示及敘述的特定例子，而不脫離本揭露內容的範疇。此申請案係欲涵蓋在此論述的特定例子的任何調適或變化。
20‧‧‧微流體裝置
22‧‧‧基板
30‧‧‧微流體通道結構
32‧‧‧第一流體致動器
34‧‧‧第二流體致動器
37‧‧‧一般的流體流動
38‧‧‧反向的流體流動

Claims (15)

  1. 一種生物的測試晶片，其係包括：一基板；一微流體通道結構，其係被形成在該基板上，該通道結構係包含一儲存槽以及一從該儲存槽延伸的第一通道；以及第一及第二流體致動器，其係被設置在該第一通道之內，該第一流體致動器是在一第一位置中以選擇性地在一第一方向上造成從該儲存槽進入該第一通道之一般的流體流動，並且該第二流體致動器是在一第二位置中以在不實質改變在該第一方向上的該一般的流體流動下，選擇性地在一相反的第二方向上造成反向的流體流動。
  2. 如申請專利範圍第1項之晶片，其係包括：一屬性感測器，其係被設置在該第一通道之內，其中該第二位置是在該屬性感測器的上游。
  3. 如申請專利範圍第1項之晶片，其係包括：一屬性感測器，其係被設置在該第一通道之內，其中該第二位置是在該屬性感測器的下游。
  4. 如申請專利範圍第1項之晶片，其係包括：一屬性感測器，其係被設置在該第一通道之內；以及至少一流體流動感測器，其係位在該第一通道中以偵測在該第一方向上的該流體流動的一速率上之一實質的減少，其中該至少一流體流動感測器係和該至少一屬性感測器間隔開並且與其無關的。
  5. 如申請專利範圍第4項之晶片，其中該至少一流體流動感測器係包含 複數個被分布在該些個別的第一及第二末端之間的流動感測器。
  6. 如申請專利範圍第5項之晶片，其中該第二流體致動器係包括複數個第二流體致動器，並且其中一項有關哪些第二流體致動器將會造成該次要的流體流動的決定係根據該些個別的第二流體致動器相對於在該些流動感測器中之一個別的流動感測器之一對應的位置處的感測到的流動的位置來加以做成的。
  7. 如申請專利範圍第1項之晶片，其中該第二流體致動器係維持在一被動狀態中，直到在該第一方向上的該流體流動的一速率之一未經計畫的實質的減少發生為止，該第二流體致動器在該時間點係造成該反向的流體流動一足以改善該實質的減少之可選擇的時間期間及強度。
  8. 一種生物的微流體裝置，其係包括：一基板；一微流體通道結構，其係在該基板上；一第一流體致動器，其係用以在該通道結構之內造成在一第一方向上的主要的流體流動；一第二流體致動器，其係用以在該微流體通道結構之內造成在一相反的第二方向上的次要的流體流動；以及至少一流體流動感測器，其係用以在該第一流體致動器的操作期間，感測在該通道結構之內的該主要的流體流動中的一流動速率以及一流動方向的至少一個是否發生一實質的改變，其中該第二流體致動器係用以保持非作用中的，直到判斷出該實質的改變為止，並且用以在該主要的流體流動的一目標的流動速率及方向的回 復之後返回到一非作用中的狀態。
  9. 如申請專利範圍第8項之生物的微流體裝置，其中該至少一流體流動感測器係包含複數個以一間隔開的關係而被分布在整個該通道結構的流體流動感測器，並且其中該第二流體致動器係包括複數個第二流體致動器，並且其中一項有關哪些第二流體致動器將會造成該次要的流體流動的決定係根據該些個別的第二流體致動器相對於在該些流動感測器中之一個別的流動感測器之一對應的位置處的感測到的流動的位置來加以做成的。
  10. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中該第一流體致動器係可啟動在一第一位準，以產生一足以建立該一般的流體流動的流動速率及方向，並且其中該第二流體致動器係可啟動在一實質小於該第一位準的第二位準，以產生該次要的流體流動。
  11. 如申請專利範圍第8項之生物的微流體裝置，其係包括：一輸入/輸出模組，其係用以通訊有關該感測到的流體流動的回授迴路資訊，以使得一外部的控制器能夠開始一命令信號以選擇性地造成該次要的流體流動。
  12. 如申請專利範圍第8項之生物的微流體裝置，其中該微流體通道結構係包括一陣列的獨立的微流體通道單元，並且其中用於每一個別的通道單元的流體流動的流動速率及方向係與其它個別的通道單元獨立地來加以管理。
  13. 一種生物的測試晶片，其係包括：一基板；一微流體通道結構，其係被形成在該基板上，該通道結構係包含一儲 存槽以及一從該儲存槽延伸的第一通道；以及至少兩個流體致動器，其係被設置在該第一通道之內，其係包含：一第一流體致動器，其係在一第一位置中以在一第一方向上造成從該儲存槽進入該第一通道之一般的流體流動；以及一第二流體致動器，其係在一第二位置中以在週期性的間隔下自動地在一相反的第二方向上造成局部反向的流體流動以避免堵塞。
  14. 如申請專利範圍第13項之生物的測試晶片，其中該第一流體致動器係可啟動在一第一位準以產生一足以建立該一般的流體流動之流動速率及方向，並且其中該第二流體致動器係可啟動在一實質小於該第一位準的第二位準以產生該局部反向的流體流動。
  15. 如申請專利範圍第13項之生物的測試晶片，其係包括：至少一流體流動感測器，其係用以至少感測該通道結構之內的該一般的流體流動的流動速率及方向中的至少一個是否發生一實質的改變，其中在感測到在該一般的流體流動的流動速率及方向上的一實質的改變之後，該第二流體致動器係選擇性地被啟動至一足以回復該一般的流體流動的流動速率及方向之較高功率及脈波寬度。
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