TW201809649A - 用於流體移動控制的微流體設備 - Google Patents

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Abstract

根據一個示例，微流體設備可以包括流體槽和門廳，其通過具有比門廳寬度相對較小的通道與流體槽流體連通。微流體設備還可以包括電感測器，用於測量通過該通道從流體槽到門廳之流體中感興趣之粒子所引起的電場變化；致動器，用於將壓力施加到包含在門廳的流體；以及控制器，用於接收來自電感測器的經測量電場變化、從經接收電場變化中確定感興趣之粒子的電識別標誌並且控制致動器以基於經確定感興趣之粒子的電識別標誌來控制感興趣之粒子的移動。

Description

用於流體移動控制的微流體設備
本發明關於用於流體移動控制的微流體設備。
微流體應用橫跨各種學科包括工程、物理、化學、顯微技術和生物技術。微流體包括小體積，例如微升(microliter)，皮升(picoliter)或奈升(nanoliter)的流體研究，以及如何在各種微流體系統和裝置如微流體裝置或晶片中操縱、控制和使用這種小體積的流體。例如，微流體生物晶片(其也可以稱為「單晶片實驗腔室」)用於分子生物學領域以整合用於諸如分析酵素和DNA、檢測生化毒素和病原體、診斷疾病等目的之測定操作。
根據本發明的一個態樣，其提供一種微流體設備，包括：流體槽；門廳，其中所述門廳通過具有比所述門廳相對較小寬度的通道與所述流體槽流體連通；電感測器，用於測量通過所述通道從所述流體槽到所述門廳的流體中感興趣之粒子引起的電場中的變化；致動器，用於對包含 在所述門廳中的流體施加壓力；和控制器，用於從所述電感測器接收所述電場中的所述經測量變化、從所述電場中的所述經接收變化確定所述感興趣之粒子的電識別標誌，並且基於所述感興趣之粒子的所述經確定電識別標誌來控制所述致動器以控制所述感興趣之粒子的移動。
根據本發明的一個態樣，其提供一種方法，包括：在微流體裝置的通道處檢測由通過所述通道進入所述微流體設備的門廳的流體中的感興趣之粒子引起的電場的變化；從所述電場中所述經檢測變化來確定所述感興趣之粒子的電識別標誌；和基於所述感興趣之粒子的所述經確定電識別標誌來控制致動器以控制所述感興趣之粒子的移動。
根據本發明的一個態樣，其提供一種微流體設備，包括：通道；電感測器，用於測量感興趣之粒子在所述通道中時由感所述興趣之粒子引起的電場的變化；與所述通道流體連通的門廳；定位在所述通道中的致動器，其中所述致動器用於控制所述門廳中所述感興趣之粒子的移動；控制器，用於基於由所述感興趣之粒子引起的所述電場的所述經測量變化，將所述致動器啟動成將所述感興趣之粒子移出所述門廳以及將所述感興趣之粒子保持在所述門廳內之一者。
100‧‧‧微流體設備
102‧‧‧微流體裝置
104‧‧‧控制器
110‧‧‧流體槽
111‧‧‧電極
112‧‧‧門廳
114‧‧‧通道
115‧‧‧凹穴
116‧‧‧電感測器
118‧‧‧致動器
120‧‧‧出口
130‧‧‧結構組件
132‧‧‧電場
140‧‧‧粒子
200‧‧‧微流體裝置
300‧‧‧微流體設備
302‧‧‧微流體裝置
304‧‧‧第二致動器
306‧‧‧第二出口
308‧‧‧第一位置
400‧‧‧微流體系統
402‧‧‧微流體設備
404‧‧‧微流體設備
406‧‧‧微流體設備
408‧‧‧微流體設備
410‧‧‧基板
412‧‧‧井
500‧‧‧微流體系統
502‧‧‧控制器
504‧‧‧資料儲存器
510‧‧‧計算機可讀儲存媒體
512‧‧‧機器可讀指令
514‧‧‧機器可讀指令
516‧‧‧機器可讀指令
520A、520N‧‧‧微流體裝置
522A、522N‧‧‧電感測器
524A、524N‧‧‧致動器
600‧‧‧方法
602‧‧‧方塊
604‧‧‧方塊
606‧‧‧方塊
700‧‧‧方法
702‧‧‧方塊
704‧‧‧方塊
706‧‧‧方塊
708‧‧‧方塊
710‧‧‧方塊
712‧‧‧方塊
714‧‧‧方塊
716‧‧‧方塊
718‧‧‧方塊
本公開內容的特徵是通過示例的方式展示，並不限於在下面的圖中，其中相同的標號表示相同的組件，其中：圖1A展示了示例性微流體設備的簡化方塊圖；圖1B展示了圖1A所示的示例性微流體裝置的另一示例性 電極構造的簡化橫截面側視圖；圖1C展示了圖1所示的示例性微流體裝置的簡化橫截面側視圖；圖2展示了另一示例性微流體裝置的簡化橫截面側視圖；圖3展示了另一個示例性微流體裝置的簡化方塊圖；圖4展示了示例性微流體系統的簡化方塊圖；圖5描繪了示例性微流體系統的簡化方塊圖；和圖6和7分別描述了用於控制微流體裝置中的流體移動的示例性方法。
為了簡化和說明的目的，本發明主要通過參考其示例來描述。在下面的描述中，闡述了許多具體細節以便提供對本發明的透徹理解。然而，顯而易見的是，可以在不限制於這些具體細節的情況下實施本公開。在其它情況下，沒有詳細描述一些方法和結構，以免不必要地模糊本公開。如本文所使用的，術語「一」和「一個」旨在表示特定組件中的至少一個，術語「包括」意指包括但不限於，術語「包含」意味著包含但不限於，術語「基於」是指至少部分基於。
本文公開的是含有一個微流體裝置或多個微流體裝置的微流體設備和用於實現微流體裝置或裝置們的方法。本文公開的微流體系統還可以包括微流體設備或多個類似配置的微流體設備。微流體裝置可以包括通道，通過該通道來自流體槽的流體將流入門廳(或等效地，腔室)，流體可 從該通道引導到微流體裝置的內部和/或外部的其它位置。感測器可以被定位以檢測感興趣之粒子，例如細胞，通過通道且進入門廳。控制器可以根據從感測器接收的信號確定感興趣之粒子何時通過通道並且在門廳中，並且還可以確定感興趣之粒子的電識別標誌。基於可以用於識別粒子類型的感興趣之粒子的經確定電識別標誌，控制器可以控制致動器以使得包含在門廳中的流體以及因此感興趣之粒子被保持在門廳內或被排出門廳。
根據一個示例，控制器可基於經檢測粒子的類型控制感興趣之粒子的移動。例如，控制器可以使感興趣的第一類型之粒子被引導到第一區域，感興趣的第二類型之粒子被引導到第二區域等。作為示例，可以針對不同區域中的感興趣之粒子執行不同的附加操作。例如，可以在第一區域執行附加感測操作，並且第二區域可以包括噴嘴，通過該噴嘴可以從微流體裝置分配包含感興趣的第二類型之粒子的流體。
通過實施本文所公開的微流體裝置和方法，所述類型的感興趣之粒子，例如，生物體細胞，可以被確定，並且基於所述感興趣之粒子的所述經確定類型，含有感興趣之粒子的流體可以移動到不同位置。根據一個示例，本文公開的微流體裝置可以不需要多流(multiflow)控制系統就控制微升到皮升體積之流體的移動。此外，感興趣之粒子的類型可以被確定而不需要為了識別它們來用螢光標記來標記粒子。因此，在一方面，可以使用相對較便宜的組件並且以比螢光啟動細胞分選操作(fluorescence-activated cell sorting operations)所需的相對簡單的方式來確定和移動感興趣之粒子。
作為特定示例的方式，本文所討論的感興趣之粒子是細胞， 這是生物體的基本結構和功能單位。大多數動物和植物細胞的大小範圍從1-100微米，並且包含重要的健康資訊。在許多情況下，基於細胞的診斷是檢測感染性疾病(愛滋病毒、瘧疾、結核病)以及慢性疾病(癌症、心臟病、自身免疫性疾病)的黃金標準。本文描述的微流體裝置和方法可用於提供用於健康診斷的可配置和行動平台。
首先參考圖1A，展示了示例性微流體設備100的簡化方塊圖。應當理解，圖1A所示的微流體設備100可以包括附加組件，並且在不脫離本文公開的微流體設備100的範圍的情況下，可以去除和/或修改本文所描述的一些組件。微流體設備100被描繪為包括微流體裝置102和控制器104。微流體裝置102被描繪為包括流體槽110和門廳112，門廳112經由通道114與流體槽110流體連通。展示了流體槽110的一部分，並且可以將流體供應到容納在微流體設備100中的多個微流體裝置102。通道114被描繪為具有比門廳112相對較小的寬度，使得通道114可被認為相對於門廳112被夾住。雖然通道114已經被描繪為具有線性配置，但是通道114可以包括其它形狀，例如彎曲形狀、蛇狀形狀、具有拐角的形狀、其組合等。
電感測器116可被定位以檢測從流體槽110並進入門廳112通過通道114流動的流體的性質。如本文更詳細地討論的，當流體通過通道114時，電感測器116可檢測流體中感興趣之粒子的存在。例如，包含在流體槽110中的流體可以是具有粒子的主流體(例如，含有細胞的血液樣品、含有顏料/粒子的油墨等)。電感測器116可以產生感興趣之粒子通過的電場，並且可以基於由感興趣之粒子引起的電場的經檢測變化來檢測感興趣之粒子。也可以根據感興趣之粒子引起的電場的變化來確定與感興趣之 粒子對應的電識別標誌。
所述的電感測器116可以是使用半導體技術形成的阻抗感測器，並且可以使用交流電(AC)或直流電(DC)的感測來實現。電感測器116可以在流體中之粒子通過通道114時來檢測阻抗變化。在該示例中，電感測器116可以包括可以形成電場的金屬電極，粒子可以通過該電場。金屬電極可以由任何合適的導電材料形成，例如銀、鉑、金、氯化銀、鉭等。電感測器116還可以檢測由粒子引起的阻抗變化的大小。根據一個示例，金屬電極可以是絕緣的，以防止法拉第電流通過金屬電極進入流體。金屬電極可以經由使用可以優化流體和金屬電極之間的界面的各種塗層來絕緣。
在另一示例中，並且如在圖1B所示，電感測器116可以包括位於通道114的凹穴115中的金屬電極111。因此，例如，電極111可以在通過通道114的流體的直接流動的外部，同時仍然產生電場132以檢測流過通道114的感興趣之粒子。圖1B所示的凹穴配置可以，例如，穩定在金屬電極-流體界面處形成的擴散離子電荷區域。在一方面，藉由將電極111置於主通道114流動外，可以減少電極-流體界面的干擾，這可以改善信號測量品質和帶寬。
微流體設備102還被描繪為包括定位在門廳112的致動器118。致動器118可以是在包含在門廳112內的流體中產生蒸汽泡的熱電阻器。在其它示例中，致動器118可以被實現為壓電組件(例如，PZT)，其電誘導偏轉在門廳112內產生流體位移。在另外的示例中，致動器118可以是由電、磁和其它力啟動的其它類型的偏轉膜組件。在一個示例中，致動器118 的啟動可以使得包含在門廳112中的一些流體通過出口120被分配或從門廳112排出。因此，在該示例中，致動器118的啟動可以使經檢測粒子從門廳112排出。在該示例中，出口120可以是噴嘴，其可以被定位成與致動器118成一直線。例如，致動器118可以直接位於噴嘴的上方或下方，使得致動器118的啟動可以使得包含在門廳112中的一部分流體從門廳112排出。
在另一個例子中，致動器118可被啟動以使經檢測粒子留在門廳112。在該示例中，當經檢測粒子與致動器118相鄰時，致動器118可以被啟動，最初可能使得蒸汽泡被形成而將經檢測粒子推離致動器118，但是當蒸汽泡塌陷時可能使經檢測粒子被拉回致動器118。可以重複該過程以將粒子保持在門廳112內。為了從門廳112排出粒子，當粒子離致動器118足夠遠時，致動器118可以被啟動，以防止在蒸汽泡塌陷期間粒子被拉回致動器118。另外，或者在另一個示例中，通過啟動定位在致動器118下游的另一致動器(未展示)和/或當門廳112中的流體或門廳112的下游進行蒸發時，粒子可以從門廳112排出，這可能迫使包含在門廳112中的流體通過出口120排出。
出口120可以通往微流體裝置102中的第二位置。根據一個示例，微流體裝置102可以包括在第二位置的感測器，其可以對包含在流體中之粒子進行附加的診斷測試。如本文詳細討論的，微流體裝置102可以包括多個位置和多個致動器118，其可以被啟動以將經檢測粒子分類到多個位置。例如，第一類型之粒子可以移動到第一位置，並且第二類型之粒子可以被移動到第二位置。在另一示例中，第二位置可以包括噴嘴，流體可以通過噴嘴從微流體裝置102被分配。在這些實施例中的任何一者中， 預定量之粒子可以根據需要在微流體裝置102中移動。
一般地，微流體裝置102的結構和組件可以使用積體電路的微細加工技術製造，例如電鑄、雷射燒蝕、各向異性蝕刻、濺射、乾式和濕式蝕刻、光刻、鑄造、模製、沖壓、機械加工、旋塗、層壓等。作為具體示例，微流體裝置102的結構和組件可以由矽形成。
根據一個示例，控制器104可以供應電力，例如，AC或DC，到電感測器116，並且可以基於由所述電感測器116獲得的測量結果來檢測感興趣之粒子，例如，細胞、特定類型的細胞等何時已經通過通道114。電感測器116還可以測量由通過通道114的感興趣之粒子引起的電場的變化。例如，可以施加AC和DC信號，並且可以調變信號的頻率和幅度以實現來自感興趣之粒子的期望響應。電感測器116可以提供表示經檢測電信號的電輸出信號到控制器104。例如，控制器104可以直接接收來自電感測器116中的電極的信號，可以從接收到的信號中檢測電場的變化，例如電場強度的變化。
不同類型之粒子，例如細胞，可能會導致在電場中不同的變化，例如，在經檢測阻抗的變化。因此，在一方面，控制器104可以從經檢測電場變化中識別通過通道114的粒子的類型。也就是說，例如，控制器104可以根據經檢測電場變化來確定經檢測粒子的電識別標誌，並且可以將經確定電識別標誌與已知粒子的電識別標誌庫進行比較，以識別粒子的類型。電識別標誌可以對應於經檢測電場變化，使得不同的電識別標誌可以對應於不同的經檢測電場變化。在示例中，粒子的電識別標誌可以等於經檢測電場變化，例如電場強度的變化、阻抗的變化等。
根據一個示例，控制器104可控制致動器118，以基於所述粒子的所述經確定電識別標誌控制經檢測粒子的移動。例如，控制器104可以控制如本文所討論的致動器118將含有經檢測粒子的流體移動到門廳112外部的位置或將粒子保持在門廳112中。
控制器104可以啟動致動器118預定的次數，以從門廳112排出經感測感興趣之粒子，例如其中少於所有包含在門廳112的流體在致動器118的單一啟動期間被排出。預定次數可以對應於致動器118被啟動以便在檢測到感興趣之粒子之後立即排出包含在門廳112中的大部分或全部流體的次數。也就是說，例如，預定次數可以對應於致動器118被啟動以使得包含在門廳112中的感興趣之粒子被排出的次數。
控制器104可以是計算裝置、基於半導體的微處理器、中央處理單元(CPU)、特殊應用積體電路(ASIC)和/或其它硬體裝置。控制器104可以從電源或電源供應器(未展示)接收電力，並且可以向電感測器116提供AC或DC電力。控制器104還可以向致動器118供電。
現在來看圖1C，其中展示了圖1A所示的示例性微流體裝置102的簡化橫截面側視圖。微流體裝置102可以由結構組件130形成，結構組件130可由矽、聚合物材料、基於環氧的負光致抗蝕劑(例如SU-8)等形成。結構組件130可以通過微電子加工技術，例如電鑄、雷射燒蝕、各向異性蝕刻，濺射、乾式和濕式蝕刻、光刻、鑄造、成型、沖壓、機械加工、旋塗、層壓等方式來形成。在任何方面，致動器118和電感測器116的組件可以通過積體電路製造技術形成結構組件。此外，通道114和出口120可以例如藉由蝕刻通過結構組件130形成。
根據一個示例，通道114可具有橫截面，其尺寸使得單一粒子，例如細胞，可以在一個時間通過通道114。在該示例中，通道114可以基於粒子140的尺寸來定尺寸，並且可以略大於粒子140。作為具體示例，通道114可以具有範圍在約5微米至約100微米之間的高度和寬度，以及範圍在約5微米至約500微米之間的長度。出口120的尺寸可以使得包含在門廳112中的流體可以基本上被防止意外地通過出口120被分配。也就是說，例如，出口120的尺寸可以使得流體的表面張力防止流體被重力排出，同時允許在致動器118被致動時排出預定量的流體。此外，出口120的尺寸可以使得包含在門廳112中的流體的一部分可以通過出口120蒸發。
控制器104可以將電力提供給所述電感測器116，其可以產生電場132。含有感興趣之粒子，或者就是諸如細胞的粒子140的流體穿過通道114如箭頭所示移動時，電場132會受到干擾或改變。由電感測器116檢測的干擾量，例如阻抗的變化量可以根據經檢測粒子140的類型而變化。例如，第一類型的粒子140可以引起待檢測的阻抗的第一變化，第二類型的粒子140可以引起待檢測的阻抗的第二變化等。在其它示例中，電感測器116包括光源和光電檢測器，具有不同特性之粒子140可能導致經檢測光的不同變化。在這些示例中，電感測器116組件之一可以設置在通道114的頂部上，並且電感測器116組件中的另一個可以設置在通道114的底部上。
在任何方面，所述控制器104可從電感測器116接收電信號，因為當粒子140通過電感測器116時電場132被干擾或改變。控制器104可以基於經接收電信號來確定粒子140已經通過通道114。換句話說，控制器104可以從接收到的電信號確定粒子140已經通過通道114並且在門 廳112中。控制器104還可以基於電場中經測量干擾，例如基於經測量干擾與已知粒子類型的電場干擾的比較，來確定粒子140的類型。控制器104還可以基於粒子140的經確定類型來控制致動器118。
如本文中所討論的，控制器104可控制致動器118以使粒子140從門廳112排出。隨著包含在門廳112中的流體通過出口120排出，粒子140以及因此包含粒子140的流體可以從流體槽110(圖1A所示)移動通過通道114。當致動器118被啟動時，包含在門廳112中的流體可以通過出口120排出。在另一個示例中，包含在門廳112中的流體可以經由一部分流體通過出口120的蒸發而通過出口120排出。
包含在門廳112流體可能不會在致動器118被啟動時被完全排出。根據一個示例，控制器104可以使致動器118被啟動預定數量的時間，以使得包含在門廳112中的所有或基本上全部的流體在確定了感興趣之粒子140的電識別標誌之後被排出。預定次數可以等同於可以導致門廳112中包含的流體的清除以確保感興趣之粒子140從門廳112排出的次數。因此，例如，如果致動器118的單一啟動導致包含在門廳112中的四分之一的流體被排出，則控制器104可以在確定感興趣之粒子140已經通過通道114之後使致動器118被啟動四次。
現在來看圖2，展示了另一示例性微流體裝置200的簡化橫截面側視圖。圖2所示的微流體裝置200包括與圖1C所示的微流體裝置102大部分相同的特徵，因此，共同的特徵將不被詳細描述。然而，圖2所示的微流體裝置200，與圖1C中所示的微流體裝置102的不同之處在於，電感測器116組件位於通道114的外部。也就是說，電感測器116組件中的一 者被展示為定位在通道114的入口處，並且電感測器116組件中的另一者被展示為定位在通道114的出口處。
現在來看圖3，展示了另一個微流體設備300的簡化方塊圖。圖3所示的微流體設備300包括與圖1A所示的微流體設備100大部分相同的特徵，因此，共同的特徵將不被詳細描述。然而，圖3所示的微流體設備300，與圖1中所示的微流體設備100的不同之處在於，微流體裝置302包括與微流體裝置102相比較的多個不同的特徵。特別地，微流體裝置302可以包括第二致動器304和第二出口306。第二致動器304和第二出口306可以相對於致動器118和出口120定位在門廳112的相對側上。此外，致動器118可以鄰近出口120定位，並且第二致動器304可以鄰近第二出口306定位。第二致動器304也可以被實現為與致動器118類似的致動器，例如熱電阻器、PZT等。
進一步如圖3所示，控制器104可以例如通過通訊或信號線來控制第二致動器304。也就是說，控制器104可以向第二致動器304供應能量以使第二致動器304啟動，並且因此使包含在門廳112中的一些流體通過第二出口306排出。根據示例，控制器104可以控制致動器118和第二致動器304中的一個以控制包含在門廳112中的流體被引導到門廳112的方向。控制器104可以基於經檢測粒子140的類型來控制，例如啟動，致動器118或第二致動器304。例如，響應於確定經檢測粒子140是第一類型之粒子，控制器104可以啟動致動器118，使得包含經檢測粒子140的流體通過出口120被引導到第一位置308。類似地，響應於確定經檢測粒子140是第二類型之粒子，控制器104可以啟動第二致動器304，使得包含經檢測粒子 140的流體通過出口120被引導到第二位置310。
控制器104可以啟動致動器118和第二致動器中的一者一預定次數，直到流體的體積等於或基本等於門廳112中包含的流體的體積，在感興趣之粒子140被檢測到已經移動通過通道114時，已經從門廳112排出的體積。另外，儘管致動器118和第二致動器304已經被描繪為定位在門廳112內，但致動器118和第二致動器304中的任一者或兩者可以位於相應出口120、306的相對側上。也就是說，例如，致動器118可以定位在第一位置308中。當致動器118和第二致動器304被啟動時，可以基於流體流動特性來確定致動器118和第二致動器304的佈置。
根據一個示例，第一位置308和第二位置310可在微流體裝置304中的其它位置，在該等位置處對流體和/或粒子140的附加感測可以被執行。附加感測可以包括例如不同類型之粒子的計數、粒子的附加分選、粒子的區分等。在其它示例中，第一位置308和第二位置310可以包括噴嘴，通過該噴嘴可以從微流體裝置302分配流體。在這些示例中，致動器118可以與其中一個噴嘴成一直線定位，使得致動器118的啟動可導致流體通過噴嘴直接排出。類似地，第二致動器304可以與另一個噴嘴成一直線定位，使得第二致動器304的啟動可導致流體通過另一個噴嘴直接排出。
雖然微流體裝置102、200和302已經被描述為具有單一致動器118或兩個致動器118、304，但應當理解的是，本文所公開的微流體裝置102、200和302可以包括更大數目的致動器和出口而不脫離本公開的範圍。
現在來看圖4，展示了示例性微流體系統400的簡化方塊 圖。微流體系統400被描繪為包括多個微流體設備402-408、基板410以及控制器104。微流體設備402-408中的每一個可以被配置成如圖1和2中任一個所示。圖1A和圖3可以各自包含多個微流體裝置。微流體裝置可以各自配置為如圖1A-3中的任一者所示。例如，每個微流體設備402-408可以包含6個或更多個微流體裝置102、200和302。
基板410被描繪為包括多個井412。根據一個示例，基板410可相對於微流體設備402-408在一維、二維或三維中可移動。在該示例中，控制器104可以控制電動機或其它致動器相對於微流體設備402-408移動基板410。例如，控制器104可以使基板410移動，使得特定井412位於微流體設備402-408中的特定一者之下。在這方面，可以將不同的流體加入到每個微流體設備402-408中，並且控制器104可以單獨地控制微流體設備402-408中包含的微流體裝置以將流體分配到井412中的選定者中。
作為特定示例，控制器104可控制微流體裝置以分配預定數量的粒子，例如細胞，進入各個井412中。也就是說，控制器104可以確定感興趣之粒子何時流過微流體裝置中的通道並且可以使感興趣之粒子被分配到特定的井412中。控制器104可以重複該過程，直到預定數量之粒子已經分配到井412中並且可以移動基板410，使得不同的井412位於包含微流體裝置的微流體設備402的下方。控制器104還可以確定已經流過通道之粒子的類型，並且可以控制基板410的位置，使得將不同類型之粒子分配到不同的井412中。
現在參考圖5，展示了示例性微流體系統500的簡化方塊圖。應當理解，圖5所示的微流體系統500可以包括另外的組件，並且在不 脫離本文公開的微流體系統500的範圍的情況下，可以去除和/或修改本文所描述的一些組件。
所述的微流體系統500被展示為包括控制器502和資料儲存器504。控制器502可以與上面關於圖1A描繪和描述的控制器104相同。因此，控制器502可以是計算設備、基於半導體的微處理器、中央處理單元(CPU)、特殊應用積體電路(ASIC)、可程式邏輯裝置(PLD)和/或其它硬體裝置。控制器502還可以從電源或電源供應器(未展示)接收電力。資料儲存器504可以是隨機存取記憶體(RAM)、電可抹除可程式唯讀記憶體(EEPROM)、儲存裝置、光碟等。
微流體系統500還可以包括計算機可讀儲存媒體510，其上儲存有控制器502可執行的機器可讀指令512-516。更具體地，控制器502可以獲取、解碼和執行指令512以檢測通過通道114進入門廳的流體中由感興趣之粒子140引起的電場的變化。控制器502可以獲取、解碼和執行指令514以確定感興趣之粒子140的電識別標誌。控制器502可以基於經確定感興趣之粒子的電識別標誌140來獲取、解碼和執行指令516以控制致動器或多個致動器118、304。作為另一個示例或除了檢索和執行指令之外，控制器502可以包括一個或多個電子電路，其包括用於執行指令512-516的功能的組件。
所述的計算機可讀儲存媒體510可以是包含或儲存可執行指令的任何電子、磁、光或其它物理儲存設備。因此，計算機可讀儲存媒體510可以是例如隨機存取記憶體(RAM)、電可抹除可程式唯讀記憶體(EEPROM)、儲存裝置、光碟等。計算機可讀儲存媒體510可以是一種非 暫態計算機可讀儲存媒體，其中術語「非暫態」不包括暫態傳播信號。
所述的微流體系統500還可以包括多個微流體裝置520a-520n，其中變量「n」表示大於一的整數值。微流體裝置520a-520n中的每一個可以類似於圖1A-3所示的微流體裝置102、200和300之一者。在這方面，微流體裝置520a-520n可各自包括n個電感測器522a-522n和致動器524a-524n。在其它示例中，例如，在具有多個致動器的微流體裝置302中，微流體裝置520a-520n可各自包括多個致動器524a-524n。此外，或作為另一示例，微流體裝置520a-520n可以包括多個電感測器522a-522n。
在一些示例中，微流體裝置520a-520n被容納在單一微流體設備中。在一些示例中，第一組微流體裝置520a-520n容納在第一微流體設備中，並且第二組微流體裝置520a-520n容納在第二微流體設備中。
根據各種示例，微流體系統500可以是一個獨立的系統，以使控制器502、資料儲存器504和計算機可讀儲存媒體510與微流體裝置520a-520n一體化。然而，在其它示例中，微流體裝置520a-520n可以容納在不包括控制器502、資料儲存器504或計算機可讀儲存媒體510的微流體設備中。在這些示例中，控制器502、資料儲存器504和計算機可讀儲存媒體510可以容納在諸如膝上型計算機、平板計算機、智能手機等的計算裝置中。因此，例如，包含微流體裝置520a-520n的微流體設備可以包括用於有線和/或無線連接到控制器502的介面。因此，在這些示例中，微流體設備可能具有相對較低的複雜度，並且微流體設備上的微流體操作可以由計算裝置的控制器，例如微處理器，來控制。另外，計算裝置可以向微流體裝置520a-520n提供電力、用戶介面、電子介面板等。
在圖6和圖7中分別描述的方法600和700更詳細地討論可實現微流體系統500的各種方式。特別地，圖6和7分別描繪了用於控制微流體裝置中的流體的移動的示例性方法600和700。所屬領域具有通常知識者應當清楚，方法600和700可以表示通用圖示，並且可以添加其它操作或者可以去除、修改或重新排列現有操作而不背離方法600和700的範圍。
為了說明的目的，方法600和700的描述是參照圖5中所示的微流體系統500做成。然而，應當清楚地理解，具有其它構造的微流體系統可以被實施為執行方法600和700中的一者或兩者，而不脫離方法600和700的範圍。
首先參考圖6，在方塊602處，可以在微流體裝置520a的通道114處進行電場變化的檢測，所述變化由通過通道114進入微流體裝置的門廳112的流體中的感興趣之粒子140所引起。例如，控制器502可以向電感測器522a的電極提供能量，並且電極可以產生電場。當含有感興趣之粒子140的流體通過電場時，感興趣之粒子140可能引起電場中的干擾，例如，要檢測的電場的阻抗變化。例如，控制器502可以執行指令512以從由電感測器522a接收的電信號的變化來檢測由感興趣之粒子140引起的阻抗的變化。
在方塊604，控制器502可以從接收的電信號中確定感興趣之粒子140的電識別標誌。例如，控制器502可以執行指令514以確定感興趣之粒子140的電識別標誌。感興趣之粒子140的電識別標誌可以對應於由感興趣之粒子140引起的經檢測阻抗變化。作為具有不同特徵(例如結構、組成、尺寸等)的感興趣之粒子140(例如有機細胞)可引起要檢測的阻抗 的不同變化，可以使用由感興趣之粒子140引起的阻抗變化作為感興趣之粒子140的標識符或識別標誌。根據一個示例，控制器502可以確定感興趣之粒子140的電識別標誌等於經檢測電信號的變化，例如，由電感測器522a的電極產生的電場中感興趣之粒子140引起的阻抗變化。
在方塊606，控制器502可以基於感興趣之粒子140的經確定電識別標誌控制致動器524A，以控制感興趣之粒子140的移動。例如，控制器502可以執行指令516以將致動器524a控制成將感興趣之粒子140移出門廳112以及將感興趣之粒子140保持在門廳112內部中之一者。根據一個示例，控制器502可以響應於感興趣之粒子140具有第一電識別標誌而將感興趣之粒子140移出門廳112，以及響應於感興趣之粒子140具有第二電識別標誌而將感興趣之粒子140保持在門廳112內部。控制器502可以通過控制致動器524a被啟動的時點來控制感興趣之粒子140的移動。
例如，控制器502可以依據感興趣之粒子140是否要從門廳112排出或保持在門廳112中而在檢測到感興趣之粒子140後的特定時間啟動致動器524a。在該示例中，控制器502可以在感興趣之粒子140的檢測之後的第一特定時間啟動致動器524a，例如當感興趣之粒子140可能與致動器524a重合時，將感興趣之粒子140保持在門廳112內部。此外，控制器502可以在感興趣之粒子140的檢測之後的第二特定時間，例如當感興趣之粒子140可能移動經過致動器524a時，啟動致動器524a。
在另一示例中，其中微流體裝置102、200和302包括另一個致動器用以移動流體流出門廳112，例如，另一個致動器位於所述門廳112的下游，所述控制器502可以啟動致動器524a以保持感興趣之粒子140在 門廳112內。此外，控制器112可以將致動器524a保持在非啟動狀態，以將感興趣之粒子140排出門廳112。
現在來看圖7，在方塊702，功率可以被施加到感測器522a或多個感測器522a-522n。例如，控制器502可以向感測器522a-522n供電，使得感測器522a-522n產生電場。如本文所述，感測器522a-522n(或控制器502)可以檢測當感興趣之粒子140通過由感測器522a-522n所產生的電場時由感興趣之粒子140引起的電場中的干擾，例如變化。
在方塊704處，控制器502可從電感測器522a-522n接收電信號。例如，控制器502可以連續接收來自電感測器522a-522n的電信號，並且可以確定電感測器522a-522n產生的電場中何時存在干擾。
在方塊706處，控制器502可確定是否已經檢測到感興趣之粒子140。也就是說，例如，響應於確定電場已經被干擾，控制器502可以檢測感興趣之粒子140已經通過通道114。控制器502還可以確定擾動的大小。在另一示例中，如果控制器502未檢測到感興趣之粒子140，則控制器502可以繼續從電感測器522a-522n接收電信號，如方塊704所示。控制器502還可以重複方塊704和706，直到控制器502在方塊706處檢測到感興趣之粒子140。
在方塊708處，響應於檢測到感興趣之粒子140，控制器502可確定感興趣之粒子140的電識別標誌。電識別標誌可以對應於經確定擾動之幅度，例如電場的變化位準。
在方塊710處，控制器502可以從經確定電識別標誌確定感興趣之粒子的類型140。控制器502可以通過將經確定電識別標誌與已知粒 子類型的電識別標誌的比較來確定感興趣之粒子的類型140。因此，例如，控制器502可以將經確定電識別標誌與儲存在庫中的電識別標誌進行比較，以確定感興趣之粒子的電識別標誌140。然而，粒子140的類型可以等同於粒子140的經確定電識別標誌。
在方塊712處，控制器502可以基於經確定電識別標誌和/或經確定之粒子類型而啟動致動器524a或多個致動器524a-524n。例如，響應於粒子140為第一類型，控制器502可以如本文所討論的將致動器524a啟動成保持粒子140在門廳112中或從門廳112排出粒子140中之一者。另外或作為另一示例，響應於粒子140為第一類型，控制器502可以啟動致動器524a，並且響應於粒子140為第二類型，控制器502可以啟動第二致動器524b。如上所述，致動器524a的啟動可以使包含粒子140的流體被引導到第一位置306，並且第二致動器524b的啟動可以使包含粒子140的流體被引導到第二位置308。
根據一個示例，致動器524a和/或第二致動器524b可以被啟動一預定次數以從微流體裝置102、200和302的門廳112通過出口120或多個出口120、304排出預定體積的流體。根據一個示例，在門廳112從流體槽110再填充額外的流體之前，預定體積的流體等同於或幾乎等於包含在門廳112中的流體的總體積。換句話說，致動器524a-524n可以被致動的預定次數可以等於當感興趣的粒子140被確定已經移動通過通道114並進入門廳112時，門廳112中包含的全部或幾乎全部流體從門廳112排出的次數。
在啟動致動器524a-524n之前，控制器502可確定包含多個井412的基板410是否基於經確定類型的粒子140的被移動。控制器502可 以響應於確定具有經確定粒子類型的粒子將被分配到不同於當前定位以接收粒子140之井的井而確定基板410將被移動。因此，例如，在其中粒子是要被分配到另一個井412中的類型的情況下，控制器502可以確定基板410將被移動。
響應於確定要移動基板410，控制器502可以使基板移動。也就是說，控制器502可以控制馬達或其它致動器以使得基板410被移動，使得在方塊712處之啟動致動器524a-524n之前，期望的井412定位以接收感興趣之粒子140。
在方塊714處，控制器502可確定是否繼續該方法700。控制器502可以響應於確定要控制附加的感興趣之粒子140的移動而確定方法700將繼續進行。響應於確定方法700將繼續，控制器502可以重複方塊704-714，直到控制器140確定方法700結束為止。在方塊714處的「否」狀態之後，控制器140可以停止向感測器522a-522n供電，如方塊716所示。此外，控制器502可以如方塊718所示結束方法700。
通過實施方法600和700中的其中一者，微流體裝置102、200和302內部的感興趣之粒子140，例如細胞，的移動可以被控制。
闡述在方法600和700中的一些或全部操作可以被包含為任何期望的計算機可存取媒體中的公用程式、程式或子程式。此外，方法600和700可以由計算機程式實現，計算機程式可以以活動和非活動的各種形式存在。例如，它們可以作為機器可讀指令，包括源代碼、目標代碼、可執行代碼或其它格式而存在。上述任何一種可以體現在非暫態計算機可讀儲存媒體上。
非暫態計算機可讀儲存媒體的示例包括計算機系統RAM、ROM、EPROM、EEPROM，以及磁碟、光碟或磁帶。因此，應當理解，能夠執行上述功能的任何電子設備可以完成上述列舉的功能。
儘管經由本公開全文特定地描述，本公開的代表性示例在廣泛範圍的應用上具有實用性，且上面的討論不意欲並且不應當被解釋為是限制性的，而是被提供作為關於披露方面的說明性討論。
這裡已經描述和示出的是本發明的一個例子以及其一些變化。本文使用的術語，描述和圖示僅通過說明的方式闡述，並不意味著限制。在本公開的精神和範圍內，許多變化是可能的，其旨在由所附請求項及其等同物來界定，除非另有說明，否則所有術語均以其最廣泛的合理意義來表示。

Claims (15)

  1. 一種微流體設備，包括：流體槽；門廳，其中所述門廳通過具有比所述門廳相對較小寬度的通道與所述流體槽流體連通；電感測器，用於測量通過所述通道從所述流體槽到所述門廳的流體中感興趣之粒子引起的電場中的變化；致動器，用於對包含在所述門廳中的流體施加壓力；和控制器，用於從所述電感測器接收所述電場中的所述經測量變化、從所述電場中的所述經接收變化確定所述感興趣之粒子的電識別標誌，並且基於所述感興趣之粒子的所述經確定電識別標誌來控制所述致動器以控制所述感興趣之粒子的移動。
  2. 根據請求項1所述的微流體設備，其中所述控制器係用於確定所述感興趣之粒子具有第一電識別標誌，並且其中所述控制器係用於響應於所述感興趣之粒子具有所述第一電識別標誌而控制所述致動器使所述感興趣之粒子保持在所述門廳中。
  3. 根據請求項2所述的微流體設備，其中所述控制器係用於確定所述感興趣之粒子具有第二電識別標誌，並且其中所述控制器係用於響應於所述感興趣之粒子具有所述第二電識別標誌而控制所述致動器使所述感興趣之粒子被排出所述門廳，其中所述第二電識別標誌與所述第一電識別標誌不同。
  4. 根據請求項1所述的微流體設備，還包括： 第二致動器，其中所述控制器響應於所述感興趣之粒子具有第一電識別標誌來啟動所述致動器，並且響應於所述感興趣之粒子具有第二電識別標誌來啟動所述第二致動器。
  5. 根據請求項4所述的微流體設備，還包括：所述門廳外部的第一位置；所述門廳外部的第二位置；並且其中所述控制器用於啟動所述致動器以將所述感興趣之粒子引導到所述第一位置並啟動所述第二致動器以將所述感興趣之粒子引導到所述第二位置。
  6. 根據請求項4所述的微流體設備，其中所述第二致動器相對於所述致動器定位在所述門廳的相對側。
  7. 根據請求項1所述的微流體設備，其中所述電感測器包括金屬電極和絕緣電極中的一者。
  8. 根據請求項1所述的微流體設備，還包括：與所述門廳流體連通的噴嘴，其中所述致動器位於所述噴嘴上方，並且其中所述控制器響應於所述感興趣之粒子具有第一電識別標誌而啟動所述致動器以將包含在所述門廳中的流體排出到測試基板上，並且響應於所述感興趣之粒子具有第二電識別標誌而啟動所述致動器以將包含在所述門廳中的流體排出到廢物儲存器中。
  9. 一種方法，包括：在微流體裝置的通道處檢測由通過所述通道進入所述微流體設備的門 廳的流體中的感興趣之粒子引起的電場的變化；從所述電場中所述經檢測變化來確定所述感興趣之粒子的電識別標誌；和基於所述感興趣之粒子的所述經確定電識別標誌來控制致動器以控制所述感興趣之粒子的移動。
  10. 根據請求項9所述的方法，還包括：確定所述電識別標誌是否匹配第一電信號；響應於所述經確定電識別標誌與所述第一電信號匹配的確定，控制所述致動器以使所述感興趣之粒子保留在所述門廳中；和響應於所述經確定電識別標誌與所述第一電信號不匹配的確定，控制所述致動器使所述感興趣之粒子移動到所述門廳外部的位置。
  11. 根據請求項9所述的方法，還包括：確定所述電識別標誌是否匹配第一電識別標誌；響應於所述經確定電識別標誌與所述第一電識別標誌匹配的確定，控制所述致動器使所述感興趣之粒子移動到所述門廳外部的第一位置。 響應於所述經確定電識別標誌與所述第一電識別標誌不匹配的確定，控制所述致動器使所述感興趣之粒子移動到所述門廳外部的第二位置。
  12. 根據請求項9所述的方法，其中控制所述致動器以控制所述感興趣之粒子的移動還包括控制所述致動器以將所述感興趣之粒子移動到第二感測位置，所述方法還包括：對所述第二感測位置處的所述感興趣之粒子執行第二感測操作。
  13. 一種微流體設備，包括： 通道；電感測器，用於測量感興趣之粒子在所述通道中時由感所述興趣之粒子引起的電場的變化；與所述通道流體連通的門廳；定位在所述通道中的致動器，其中所述致動器用於控制所述門廳中所述感興趣之粒子的移動；控制器，用於基於由所述感興趣之粒子引起的所述電場的所述經測量變化，將所述致動器啟動成將所述感興趣之粒子移出所述門廳以及將所述感興趣之粒子保持在所述門廳內之一者。
  14. 根據請求項13所述的微流體設備，其中所述控制器還從所述電場中經所述測量變化來確定所述感興趣之粒子的電識別標誌，以將所述經確定電識別標誌與先前經確定電識別標誌進行比較，並基於所述比較啟動所述致動器。
  15. 根據請求項13所述的微流體設備，還包括：第二致動器，其中所述控制器將從所述電場中所述經測量變化來確定所述感興趣之粒子的電識別標誌，以響應於所述感興趣之粒子具有第一電識別標誌來啟動所述致動器，並且響應於所述感興趣之粒子具有第二電識別標誌來啟動所述第二致動器。
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