TWI571630B - 微流體感測裝置 - Google Patents

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TWI571630B
TWI571630B TW103144949A TW103144949A TWI571630B TW I571630 B TWI571630 B TW I571630B TW 103144949 A TW103144949 A TW 103144949A TW 103144949 A TW103144949 A TW 103144949A TW I571630 B TWI571630 B TW I571630B
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米林達Ｍ 瓦蘭西亞
曼尼許 吉利
香黛爾Ｅ 多明尼克
傑瑞米 塞爾斯
馬修Ｄ 史密斯
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Description

微流體感測裝置
本發明係有關於微流體感測裝置。
發明背景
一些微流體感測裝置採用一種阻抗感測器來區分在流體細胞計數法應用中細胞或粒子的大小。該阻抗感測器依賴於信號幅度。當一細胞或粒子被破壞時，其介電性質可能會改變，從而減少如此微流體感測裝置的準確度。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種微流體感測裝置，其包含有：一通道；以及在該通道內的一阻抗感測器，該阻抗感測器包含有：在該通道內的一本地接地；以及在該通道內的一電極，其中該本地接地和該電極將形成沿著該通道被延伸的一電場區域。
20‧‧‧微流體感測系統
22‧‧‧通道
24‧‧‧阻抗感測器
26‧‧‧流體
28‧‧‧粒子
30‧‧‧EFR
32、32'‧‧‧接地
34、34'‧‧‧電極
120‧‧‧微流體感測系統
122‧‧‧通道
124‧‧‧阻抗感測器
130‧‧‧電場區域
132‧‧‧接地
134‧‧‧電極
200‧‧‧來源貯存器
202‧‧‧泵
203‧‧‧熱感測器
204‧‧‧接收貯存器
206‧‧‧控制器
208‧‧‧輸出
210‧‧‧處理單元
212‧‧‧記憶體
216‧‧‧平台
300‧‧‧方法
310~314‧‧‧方塊
320‧‧‧微流體感測系統
324A、324B、324C、324D、324E、324F‧‧‧阻抗感測器
330A、330B、330C、330D、330E、330F‧‧‧電場區域
420‧‧‧微流體感測系統
424‧‧‧阻抗感測器
430‧‧‧電場區域
432‧‧‧接地
434‧‧‧電極
436‧‧‧間隙
438‧‧‧核心區域
440‧‧‧點
442‧‧‧地板
444、446‧‧‧側壁
520‧‧‧微流體感測系統
524‧‧‧阻抗感測器
530‧‧‧電場區域
532‧‧‧接地
534‧‧‧電極
538‧‧‧聚焦區域
620‧‧‧微流體感測系統
624‧‧‧阻抗感測器
632‧‧‧接地
634‧‧‧電極
720‧‧‧微流體感測系統
724‧‧‧阻抗感測器
732‧‧‧接地
734‧‧‧電極
820‧‧‧微流體感測系統
824A、824B‧‧‧阻抗感測器
830A、830B‧‧‧電場區域
832‧‧‧接地
834A、834B‧‧‧電極
920‧‧‧微流體感測系統
924A、924B‧‧‧阻抗感測器
930A、930B‧‧‧電場區域
932‧‧‧接地
934A、934B‧‧‧電極
1020‧‧‧微流體感測系統
1024A、1024B‧‧‧阻抗感測器
1030A、1030B‧‧‧電場區域
1032‧‧‧接地
1034‧‧‧電極
1120‧‧‧微流體感測系統
1124A、1124B、1124C、1124D‧‧‧阻抗感測器
1132‧‧‧接地
1134A、1134B、1134C、1134D‧‧‧電極
1220‧‧‧微流體感測系統
1224A、1224B‧‧‧阻抗感測器
1132‧‧‧接地
1234A、1234B‧‧‧電極
1320‧‧‧微流體感測系統
1324A、1324B‧‧‧阻抗感測器
1330A、1330B‧‧‧電場區域
1332‧‧‧接地
1334A、1334B‧‧‧電極
1341‧‧‧第一尖峰
1343‧‧‧第二尖峰
1420‧‧‧微流體感測系統
1422‧‧‧通道
1424‧‧‧阻抗感測器
1426‧‧‧第一部分
1427‧‧‧第二部分
1428‧‧‧彎曲處
1430‧‧‧電場區域
1432‧‧‧接地
1434‧‧‧電極
1520‧‧‧微流體感測系統
1524A、1524B‧‧‧阻抗感測器
1530A、1530B‧‧‧電場區域
1532‧‧‧接地
1534A、1534B‧‧‧電極
1524A1、1524A2、1524B1、1524B2‧‧‧阻抗感測器
1534A1、1534A2、1534B1、1534B2‧‧‧電極
1620‧‧‧微流體感測系統
1632A、1632B‧‧‧接地
1720‧‧‧微流體感測系統
1723‧‧‧阻抗感測器陣列
1724A、1724B、1724C、1724D‧‧‧阻抗感測器
1732‧‧‧接地
1734A、1734B、1734C、1734D‧‧‧電極
圖1係一實例微流體感測系統的一頂視圖。
圖2係另一實例微流體感測系統的一頂視圖。
圖3係一實例方法的流程圖，該方法可由圖1的系統或圖2的系統來執行。
圖4係另一實例微流體感測系統的一頂視圖。
圖5係另一實例微流體感測系統的一頂視圖。
圖6係圖5之該微流體感測系統的一透視圖。
圖7係另一實例微流體感測系統的一頂視圖。
圖8係另一實例微流體感測系統的一頂視圖。
圖9係另一實例微流體感測系統的一頂視圖。
圖10係另一實例微流體感測系統的一頂視圖。
圖11係另一實例微流體感測系統的一頂視圖。
圖12係另一實例微流體感測系統的一頂視圖。
圖13係另一實例微流體感測系統的一頂視圖。
圖14係另一實例微流體感測系統的一頂視圖。
圖15係另一實例微流體感測系統的一透視圖。
圖16係圖15之該微流體感測系統的一側視圖。
圖17係圖15之該微流體感測系統的一側視圖，其圖示出粒子對一電場區域的阻礙。
圖18係在一粒子穿過圖15之該微流體感測系統的過程中一阻抗隨時間變化的曲線圖。
圖19係針對圖2、5、8、9、12、13和14之該等微流體感測系統之阻抗對B位移的曲線圖。
圖20係另一實例微流體感測系統的一頂視圖。
圖21係另一實例微流體感測系統的一頂視圖。
圖22係另一實例微流體感測系統的一頂視圖。
圖23係另一實例微流體感測系統的一頂視圖。
較佳實施例之詳細說明
圖1圖示出一實例微流體感測系統20。微流體感測系統20利用一阻抗感測器來感測流過該阻抗感測器之粒子其一個或多個特性。如將會在下文中被描述的，微流體感測系統20提供強化的檢測精確度。
微流體感測系統20包括通道22和阻抗感測器24。通道22包括一微流體通道，通過其的流體26攜帶一個或多個粒子28。就本發明的目的而言，術語「微流體」係指和流體相互作用的裝置和/或通道，該等流體具有一體積或攜帶有粒子，其分別具有「微」等級的尺寸，即微升或微米。就本發明的目的而言，術語「粒子」一詞包括任何小微型片、片段或量，包括，但不侷限於，一生物細胞或一群生物細胞。一「流體」可以包括一液體、氣體或它們的混合物。通道22會引導流體26和粒子28的流動以通過一電場區域30(示意性地被圖示出)，其係由阻抗感測器24形成在通道22之中。一含有粒子之流體實例包括但並不侷限於，一血液樣本和包含色料/粒子的墨水或類似物。
阻抗感測器24在通道22內形成電場區域30。阻抗感測器24包括一本地電接地32和一電極34，其共同形成一電場線的區域30，該等電場線延伸在通道22區域內。電接地32和電極34皆為「本地」的，因為電接地32和電極34皆由鄰近於該通道22內部或相當靠近於該通道22內部的導電觸點所提供，諸如正好在通道22的一內部表面上或外層的下方或後方。相比一位於通道22或遠端通道22外部的遠端接地，在接地32和電極34之間的該電場區域30其相當大的 部分，即使不是全部，都被包含在該通道22的內部。其結果是，在接地32和電極34之間該等電場線所延伸的距離不是那麼的長，以至於減少或減弱到某一點的信號強度，其大大地削弱系統20的精確度。
當粒子28穿過電場區域30時，區域30的該等電場線至少部分地被粒子28所阻礙，使得區域30的該等電場線被改變並圍繞粒子28而行。區域30的該等電場線所增加的長度，肇因於必須圍繞粒子28而行，增加或提升了可在電極34處被檢測出的電阻抗。因此，由於粒子28阻礙電場區域30所產生之增加的阻抗可作為粒子28之一個或多個特性的指標，諸如粒子28的大小。
阻抗感測器24的接地32和電極34被佈置或以其他方式被配置使得電場區域30沿著通道22在其之內被延伸。換句話說，該電場區域30以沿著或平行於通道22的該方向並平行於流體26的該流動方向延伸通過通道22，使得粒子28以一較長或延長的時間中斷或阻礙電場區域30的該等電場線。其結果是，當部分該等粒子28流過電場區域30時，代表阻抗變化的電信號會具有典型較長的上升和下降，有利於提高粒子28的大小檢測的精確度。
圖1圖示出用以形成電場區域30之兩種替代佈置接地32和電極34的方式，該電場區域沿著通道22被延伸。在一第一佈置中，由實線所示，接地32和電極34的其一或兩者具有較大範圍的尺寸，長度L，沿著平行於通道22之通道22的側面延伸。在一實現方式中，接地32和電極34被形 成在通道22的側壁中。在另一實現方式中，接地32和電極34都被形成在通道22的一面或表面中，沿著或平行於通道22的側壁做延伸。舉例來說，在一實現方式中，接地32和電極34兩者都被形成在通道22的一地板中，接地32和電極34的每一個均沿著或鄰近於通道22的該等側壁做延伸。
在一第二佈置中，如由虛線所指出的，接地32'和電極34'彼此在沿著通道32的方向上被間隔開。電場區域30被延長，其係肇因於接地32'和電極34'的上下游間距。在一實現方式中，接地32'和電極34'兩者都被形成在該通道22內部之同一面或表面上。在其他的實現方式中，接地32'和電極34'被形成在沿著通道22不同的表面上。雖然接地32'被圖示為電極34'的下游方向，但這種關係是可被顛倒的。
圖2圖示出微流體感測系統120，微流體感測系統20之一特定實現方式，的一示意圖。正如微流體感測系統20，微流體感測系統120利用一阻抗感測器，其沿著一通道產生出一延長的電場區域，以檢測出粒子的特徵，該等粒子為該通過電場區域的細胞。微流體感測系統120包括來源貯存器200、泵202、熱感測器203、通道122、接收貯存器204、阻抗感測器124、控制器206和輸出208。來源貯存器200包括一結構以接收包含有粒子28之一流體26的供給。來源貯存器200與通道122相互通信以提供流體26和粒子28，其被驅動或吸引通過通道122橫越阻抗感測器124。
泵202包括一機制以把流體26和粒子28移動過阻抗感測器124。在該所示的實例中，泵202驅動流體26和粒 子28從來源貯存器200沿著通道122並跨阻抗感測器124朝向接收貯存器204前進。在另一實現方式中，泵202或者可以位於接收貯存器204之中，以便從來源貯存器200吸引流體26和粒子28沿著通道122並跨阻抗感測器124。雖然只有一泵被圖示出，但是在其他的實現方式中，系統120可以包括多於一個的泵。
在一實現方式中，泵202包括一氣泡噴射泵，也被稱為一電阻式或熱噴墨(TIJ)泵，其中一電阻被加熱到一溫度，從而蒸發該液體的一部分以形成一可驅動周遭液體和粒子的氣泡。在這樣的一實現方式中，作為泵202的該TIJ電阻可另外當作一加熱裝置以加熱系統120到一指定的溫度。在其他的實現方式中，泵202可包括其他類型的泵，諸如壓電元件(PZT)泵或具有一可由電力、磁性或機械來被激活之偏轉膜的其他泵。
溫度感測器203包括一個或多個溫度或熱感測裝置，以檢測系統120已被加熱到的該溫度，該系統係由亦當作一加熱裝置之該TIJ電阻或由獨立於泵202之另一加熱裝置或組件來加熱。溫度感測器203與控制器206進行通信，並提供一閉迴路反饋，該反饋係有關於由當作泵202之TIJ電阻加熱器或由一獨立加熱元件對系統120的加熱。
通道122把流體26和粒子28從來源貯存器200導引至接收貯存器204。在粒子208/2通過阻抗感測器124之後，接收貯存器204會接收流體26和粒子28。在某些實現方式中，接收貯存器204會被連接到源貯存器200，以利於流 體26和粒子28的再循環。在一些實現方式中，通道122可另外包括一個或多個過濾器或其他的結構，當流體26從貯存器200到貯存器204時，會穿透過其。在一些實現方式中，系統120可以包括多個不同大小的通道，其中該等通道的不同大小會被使用於分類和隔離不同大小的粒子28。
阻抗感測器124類似於阻抗感測器24。阻抗感測器124包含有本地接地132和電極134。接地32和電極34有較大範圍的大小，長度為L，沿著平行通道122之通道122的邊做延伸。在該所示的實例中，接地132和電極134都被形成在通道22的一面或表面中，沿著或平行於通道22的側壁做延伸。在該所示的實例中，接地132和電極134兩者都被形成在通道22的一地板中，接地132和電極134的每一個均沿著或鄰近於通道22的該等側壁做延伸。由於接地132和電極134兩者都被形成在通道122的該地板上，形成具有本地接地132和電極134之通道122的加工會較不複雜而且成本較低。接地132和電極134沿著通道122產生一延長的電場區域，在檢測穿過電場區域130之粒子28的特性中，可增加其精確度。
控制器206控制該阻抗感測器124的操作。控制器206調節對電極134的電荷供給並控制該阻抗感測器124的檢測。在一實現方式中，控制器206更控制該等一個或多個泵的操作，諸如泵202，以控制流體26和粒子28沿著通道122的流動。在一實現方式中，控制器206還控制由泵202的TIJ電阻或一獨立加熱元件對一系統120的加熱。控制器206包 括處理單元210和記憶體212。就本發明的目的而言，術語「處理單元」將意指可執行被包含在一非暫時性記憶體或永久儲存裝置，諸如記憶體212，中指令序列之一目前開發的或未來開發的處理單元。該等指令序列的執行會致使該處理單元執行步驟，諸如產生控制信號。該等指令可以從一唯讀記憶體(ROM)、一大容量儲存裝置、或一些其他持久性儲存處被載入到一隨機存取記憶體(RAM)中以由該處理單元來執行。在其他的實施例，固線式電路可以被用來取代或結合軟體指令來實現所描述的功能。舉例來說，控制器206可被具體實現為一個或多個應用特定積體電路(ASIC)的一部分。除非另有特別的說明，控制器不侷限於硬體電路和軟體之任何特定的組合，也不侷限於可由該處理單元所執行之該等指令的任何特定來源。
輸出208包括一裝置，透過其來自阻抗感測器124的結果會被呈現，或變得可用，或使用在分析粒子28中。在一實現方式中，輸出208包括一埠、信號發送觸點或無線收發器或發射器，透過其代表由感測器124所檢測到在阻抗中該等變化的電信號會提供給外部裝置，用以在識別與粒子28相關聯的特性中做分析和使用。舉例來說，在一實現方式中，輸出208可包括一通用序列匯流排埠，透過其阻抗信號會被傳輸到一外部計算裝置或其他主機裝置，諸如一智慧型手機、平板電腦、膝上型電腦、或類似物，用以判定粒子28的特性，諸如粒子28的大小。在一實現方式中，由該阻抗感測器124產生信號所得的該等結果會被儲存在 記憶體212中，以供一主機裝置之後做檢索和分析。
在另一實現方式中，記憶體212包含用於指示處理器210之電腦可讀指令以從阻抗感測器124所產生之該等阻抗信號來判定在現場的一個或多個特徵。舉例來說，在一實現方式中，記憶體212可包含程式碼或指令用以指示處理器210基於當粒子18穿透過電場區域130時來自感測器124的阻抗信號來判定或估計粒子28的大小。在這樣的一實現方式中，輸出208包括一可視顯示器或一聽覺裝置，以指出該判定之粒子28的特性，諸如粒子28的該判定大小。在一些實現方式中，輸出208另外可便利於與系統120之一使用者進行通信以提供用於系統120操作的指令或提供有關於系統120的正確使用或測試完成的確認或反饋。
在一實現方式中，系統120被實現為被支撐在一單一平台216上一基於晶片的裝置。在一實現方式中，平台216可以是一手持式的平台。因此，系統120可以提供一微流體診斷系統，其為護理健康診斷點提供了一可配置的且可移動平台，諸如基於細胞的診斷用以檢測感染性疾病和慢性疾病。
在一實現方式中，平台216包括一矽基底，在其上一阻抗測量電路被提供用於操作和/或控制電極134，以產生用於阻抗感測的電場區域130。在一實現方式中，平台216的該矽基底更支撐用以分析該感測到阻抗信號的電路，以識別出粒子28的一個或多個特徵。根據一實現方式，作為平台216的矽基底包括一具有大小在0.5平方毫米至5 平方毫米之間的矽晶片，其中該矽基板支撐身兼泵202和加熱器二職之該等一個或多個TIJ電阻器的每一個、該等一個或多個阻抗感測器電極134(和伴隨的接地132)、以及該等一個或多個熱感測器203，在具有該相關電路的該基底上它們彼此相互鄰近。在一實現方式中，該矽基板支撐身兼泵202和加熱器二職之該等一個或多個TIJ電阻器的每一個、該等一個或多個阻抗感測器電極134(和伴隨的接地132)、以及該等一個或多個熱感測器203，它們彼此之間的間隔小於或等於5毫米並在名義上它們彼此之間的間隔小於或等於至0.5毫米。
在一實現方式中，平台216包括一電源。在另一實現方式中，平台216被配置成連接到一遠端電源。在一實現方式中，平台216和系統120的該組件是可拋棄式的。在這樣的一實現方式中，系統120的該等結構和組件可以使用積體電路微加工技術來被製造，諸如電鑄、雷射燒蝕、非等向性蝕刻、濺射、乾法和濕法蝕刻、光微影術、鑄造、模制、沖壓、機械加工、旋塗、層壓、等等。
圖3是一實例方法300的一流程圖，其在基於阻抗變化來判定粒子特性之中用於感測。方法300可由阻抗感測系統20或120的任一來執行。如步驟310所示，電極34、34'、和134被充電以便分別與本地接地32、32'、和132合作，以形成沿著通道22、122被延長的電場區域30、130。如步驟312所示，在含有粒子28之流體26在通道22、122中流動的過程中，控制器206感測到在電場區域30、130中的阻抗變 化。如步驟314所示，控制器206或一遠端主機裝置，利用所感測到的一阻抗變化來識別出粒子28的一個或多個特性，諸如粒子28的大小。因為電場區域30、130係沿著通道122被延長，粒子28待在該電場區域30、130的該時間因而被延長，提高了信號的可靠性和檢測的精確度。
圖4係微流體感測系統320的一頂視圖，微流體感測系統20的一實例實現方式。微流體感測系統320類似於微流體感測系統120，因為這樣子的一系統320也包括通道122以及來源貯存器200、泵202、接收貯存器204、控制器206、輸出208和平台216、其每一個對照系統120在前文被圖示和描述。對比於微流體感測系統120，微流體感測系統320包括阻抗感測器324A、324B、324C、324D、324E、324F(統稱為阻抗感測器324)。阻抗感測器324的每一個類似於阻抗感測器124，形成一沿著通道122被延長的電場區域。在所示的實例中，阻抗感測器324沿著通道122形成不同大小或形狀的電場區域330。在該所示的實例中，阻抗感測器324D所形成的電場區域330會比分別由324A、324B、324E和324F所形成的該等電場區域330A、330B、330E和330F還要大。阻抗感測器324C所形成的電場區域330C會比該電場區域330D要大。在該所示的實例中，該較大的電場區域係由較大的電極134所提供。在其他的實現方式中，該等較大的電場可由較大的本地接地132提供，或由較大的本地接地132以及較大的電極134兩者來提供。沿著通道122所佈設之該等多個阻抗感測器324在每一次粒子28通過該等多個阻抗 感測器324的每一個時會產生具有阻抗尖峰的信號。由該等多個阻抗感測器324所產生的該等差異信號會進行比較並進行統計分析以確定粒子28的大小。舉例來說，係由來自該等多個阻抗感測器324的信號所決定之一平均值或中位數來估計粒子28的大小。
在該圖示的實例中，其中一些電場區域330被設置成具有不同的大小，在粒子之間的大小差異性會被強化。足夠大的粒子-比一電場區域要大的粒子，可能會充滿一電場區域330。同時，相對於一電場區域330較小的粒子可能無法產生一強烈的信號以判定阻抗變化。因為系統320形成不同大小的電場區域330，該等電場區域的大小可被定制以同時適應較小尺寸的粒子以及較大尺寸的粒子，同時可降低由一阻抗感測器之大粒子充滿和小粒子微弱信號強度所帶來的不精確度。
在一實現方式中，控制器206被配置成可選擇性地且獨立地變化兩個或多個阻抗感測器324被操作的該頻率。舉例來說，阻抗感測器324D可被操作在一第一頻率，而阻抗感測器324E被操作在一第二不同頻率。藉由在該等不同的阻抗感測器324之間改變頻率，系統320可以分析粒子28額外的特徵。舉例來說，在生物細胞的情況下，不同的頻率可被使用來不同地激發該細胞質或該細胞的該細胞膜。該細胞之不同部分以不同的激發會導致出邏輯信號用以識別與該細胞或粒子28相關聯的額外特徵。
圖5和6圖示出微流體感測系統420，微流體感測 系統20的一實例實現方式。微流體感測系統420類似於微流體感測系統120，因為系統420也包括通道122以及來源貯存器200、泵202、接收貯存器204、控制器206、輸出208和平台216、其每一個對照系統120在前文被圖示和描述。對比於微流體感測系統120，微流體感測系統420包括阻抗感測器424。阻抗感測器424跨越通道122形成的一聚焦式的電場區域430。阻抗感測器424包含本地接地432和電極434。本地接地432和電極434沿著通道122的對立表面做延伸並以大小變化的間隙436被隔開。術語「大小變化的間隙」係指在該本地接地432之該等對立表面或面與該對立之對應電極434之間穿過的該距離，其中該間隙的距離或大小會隨沿著通道122往上游走或往下游走而有所不同。該大小變化的間隙436會導致電場430的成形具有一聚焦的中心或核心區域438，在該間隙最窄部分內的電場線會有一較高的密度。因此，當粒子28通過電場區域430時由感測器424所產生的該電阻抗信號會具有一較大和更清晰的信號尖峰，指出粒子28是如何地阻塞或阻礙電場區域430。粒子28通過電場區域430所產生之更大或更清晰的信號尖峰有利於對粒子大小做更可靠的感測。
在該所示的實例中，間隙436其最大的寬度基本上等於通道122的寬度，而其最小的寬度W對應於接地432和電極434之對立點的間隔。點440為在其間延伸的電力線提供加強的聚焦。在一實現方式中，在點440之間的寬度W被調整以使具最大預期大小的粒子28可通過電場區域 430。雖然間隙436之最大的寬度對應於該通道122的寬度，但在其他的實現方式中，該間隙436的最大寬度也可以是小於該通道122的寬度。
雖然接地432和電極434的每一個都被圖示為點狀化的，但在其他的實現方式中，接地432和電極434中之一可選擇性地包含一具有平行於通道122側面之一表面的扁平條。雖然接地432和電極434的每一個都被圖示為具有一位於中心的點440，但在其他的實現方式中，接地432和電極434可具有一不對稱的點440。舉例來說，接地432和電極434的兩者或之一可替代地具有一結構，該結構提供了一間隙其在最接近來源貯存器200處是最寬的而在最接近接收貯存器204處是最窄的。儘管接地432和電極434的每一個都被圖示為具有彼此相對立的單點440，但在其他的實現方式中，接地432和電極434的兩者或之一可替代地具有一系列沿著通道122的點或鋸齒，或者可具有沿著通道122之凸的或凹的彎曲表面。
正如圖6所示，接地432和電極434係沿著通道122之一單一表面或面被形成的。在該所示的實例中，接地432和電極434兩者都沿著通道122的地板442被形成，延伸自或相鄰於通道122的該等對立的側壁444、446。由於接地432和電極434都沿著通道122之相同的面上被形成，諸如地板442，這在加工過程中對於點440的間距和間隙436其精確的和可靠的控制是有利的。此外，接地432和電極434並不阻礙通道122的橫截面面積以及流體26的流動。在其他的實現 方式中，接地432和電極434係在通道122中沿著對立表面內被形成和長出。
圖7圖示出微流體感測系統520，微流體感測系統20的另一實例實現方式。微流體感測系統520類似於微流體感測系統420，除了微流體感測系統520包括阻抗感測器524而非阻抗感測器424。系統520的那些剩餘的組件被類似地編號在圖7中或被圖示於圖2中。
阻抗感測器524類似於阻抗感測器424，除了阻抗感測器524包括接地532和電極534，它們相互配合以形成一電場區域530。接地532和電極534類似於接地432和電極434，除了接地532和電極534彼此沿著通道122被間隔開。換句話說，接地532和電極534中之一位於接地532和電極534中之另外一個534的上游。因此，不是一般地垂直跨越通道122式的延伸，電場區域530傾斜地或對角地跨越通道122做延伸。電場區域530之該傾斜方向增加了當粒子28穿過電場區域530阻礙電場區域530的時間。因此，電場區域530這樣子的受阻導致該電阻抗信號之較長的上升和下降時間，有利於粒子28之大小之可靠和準確的檢測。正如同阻抗感測器424，由跨越通道122之大小變化間隙所分隔之本地接地532和電極534形成電場線的一聚焦區域538，其能產生一更清晰的阻抗信號尖峰，進一步有利於強化粒子大小的檢測。
圖7圖示出微流體感測系統620，微流體感測系統20的另一實例實現方式。微流體感測系統620類似於微流體 感測系統120，因為系統620也包括通道122以及來源貯存器200、泵202、接收貯存器204、控制器206、輸出208和平台216、其每一個係對照系統120在前文被圖示出和描述。對比於微流體感測系統120，微流體感測系統620包括阻抗感測器624，其藉由沿著通道122隔開本地接地632和電極634來形成一延長的電場區域。在一實現方式中，本地接地632和電極634具有一介於2μ和5μ的間隔S，提供強化的信號強度。在其他的實現方式中，接地632和電極634可以具有其他的間距。
在該所示的實例中，本地接地632和電極634包括一導電表面或導電棒完全地延伸跨越通道122並垂直於通道122的兩側。舉例來說，在一實現方式中，本地接地632和電極634包括暴露的鉭棒。在其他的實現方式中，該等接地632和電極634可以由其他暴露或薄膜覆蓋的導電材料或金屬來製成。在其他的實現方式中，本地接地632和電極634的一個或兩者可替代地以部分延伸過通道122。雖然接地632被圖示為位於電極634的下游，但在其他的實現方式中，這種關係亦可以顛倒。
圖8圖示出微流體感測系統720，微流體感測系統20的另一實例實現方式。微流體感測系統720類似於微流體感測系統620，除了微流體感測系統720包括阻抗感測器724而非阻抗感測器624。阻抗感測器724包括本地接地732和電極734，它們類似於感測器624的接地632和電極634，除了接地732和電極734係傾斜地跨越或對角地跨越通道122做 延伸。因此，當電極734被充電時，由該接地732電極734所形成的該延長電場區域會傾斜地跨越通道122。因此，由一粒子28對電場區域的阻礙會導致該電阻抗信號之較長的上升和下降時間，有利於粒子28大小之可靠和準確的檢測。
圖9圖示出微流體感測系統820，微流體感測系統20的另一實例實現方式。微流體感測系統820類似於微流體感測系統120，因為系統820也包括通道122以及來源貯存器200、泵202、接收貯存器204、控制器206、輸出208和平台216、其每一個對照系統120在前文被圖示和描述。對比於微流體感測系統120，微流體感測系統820包括數個阻抗感測器824A和824B(統稱為阻抗感測器324)沿著通道122被隔開。因為系統820包括數個阻抗感測器824，系統820可利用多個信號來判定一粒子28的大小，該等信號可進行比較和統計分析以為粒子28的大小探測提供加強的準確性。
阻抗感測器824A包括本地接地832和電極834A。接地832和電極834A沿著通道1222的對立側延伸以形成一對角式延伸的電場區域830A。阻抗感測器824B包括本地接地832和電極834B。接地832和電極834沿著通道122的對立側延伸以形成一對角式延伸的電場區域830B，其位於由阻抗感測器824A所提供之電場區830A的下游。如由圖9所示，感測器824共享一單一接地832，從而降低加工的複雜性。此外，當粒子穿過電場區域830時，該等對角式延伸的電場8304和感測器824會提供更長的上升和下降信號時，用以強化粒子28其大小檢測的精確度。
在該所示的實例中，阻抗感測器824會沿著通道122形成不同大小或形狀的電場區域830。在該所示的實例中，阻抗感測器824B具有一較長的電極834B，以至於所形成的電場區域830B會比由阻抗感測器824A所形成的電場區域830A要大。其結果是，在粒子之間的大小差異性會被強化。足夠大的粒子-比一電場區域要大的粒子，可能會充滿一電場區域830。同時，相對於一電場區域830較小的粒子可能無法產生一強烈的信號以判定阻抗變化。因為系統820形成不同大小的電場區域830A、830B，該等電場區域的大小可被定制以同時適應較小尺寸的粒子以及較大尺寸的粒子，同時可降低由一阻抗感測器之大粒子充滿和小粒子微弱信號強度所帶來的不精確性。
在一實現方式中，控制器206(如圖2中所示)被配置成可選擇地且獨立地變化兩個或多個阻抗感測器324被操作的頻率。舉例來說，阻抗感測器824A可被操作在一第一頻率，而阻抗感測器824B被操作在一第二不同頻率。透過在該等不同的阻抗感測器324之間改變頻率，系統820可以分析粒子28額外的特徵。舉例來說，在生物細胞的情況下，不同的頻率可被使用來不同地激發該細胞質或該細胞的該細胞膜。該細胞之不同部分的不同激發會導致出邏輯信號以識別出與該細胞或粒子28相關聯的額外特徵。
雖然阻抗感測器824被圖示為包括一對共享一單一本地接地832的電極834，但是在其他的實現方式中，感測器824可以可替代地包括一對共享一單一電極834的本地 接地832。雖然被圖示的本地接地832和電極834係沿著通道122在通道122的地板上被形成，在其他的實現方式中，本地接地832和電極834(或電極834和本地接地832)可在通道122的側壁上被形成，或在通道122的地板和一側壁上被形成。
圖10圖示出微流體感測系統920，微流體感測系統20的另一實例實現方式。微流體感測系統820類似於微流體感測系統620，因為系統920也包括通道122以及來源貯存器200、泵202、接收貯存器204、控制器206、輸出208和平台216、其每一個對照系統120在前文被圖示和描述。對比於微流體感測系統120，微流體感測系統820包括數個阻抗感測器924A和924B(統稱為阻抗感測器824)沿著通道122被隔開。因為系統920包括數個阻抗感測器924，系統920可利用多個信號來判定一粒子28的大小，該等信號可進行比較和統計分析來為粒子28的大小探測和估計提供加強的準確性。
阻抗感測器924A包括本地接地932和電極934A。接地932和電極934A沿著通道122的上游或下游彼此地被隔開。阻抗感測器924B包括本地接地932和電極934B。接地932和電極934B沿著通道122做延伸以形成一電場區域930B，其位於由阻抗感測器924A所提供之電場區930A的下游。如由圖10所示，感測器924共享一單一接地932，從而降低加工的複雜性。
在一實現方式中，比起電極934B，電極934A會 更接近接地932，使得由阻抗感測器924所形成的電場區域930會有不同的大小。其結果是，當粒子28穿過如此不同的電場區域930時可能會產生不同的阻抗信號，該等信號可進行比較和分析以為粒子28提供加強的大小探測準確性。
圖11圖示出微流體感測系統1020，微流體感測系統20的另一實例實現方式。微流體感測系統1020類似於微流體感測系統120，因為系統920也包括通道122以及來源貯存器200、泵202、接收貯存器204、控制器206、輸出208和平台216、其每一個對照系統120於前文被圖示和描述。微流體感測系統1020也類似於微流體感測系統920，除了該對接地電極夾著該接地對角式地延伸過通道122。
正如圖11所示，微流體感測系統1020包括阻抗感測器1024A，由接地1032與電極1034A所形成，和阻抗感測器1024B，由接地1032與電極1034B所形成。電極1034A和接地1032形成電場區域1030A而電極1034B及接地1032形成電場區域1030B。電場區域1030對角式地延伸過通道122。其結果是，一粒子28穿過電場區域1030所產生的該等阻抗信號會具有較長的上升和下降時間，有利於為粒子28提供加強的大小探測準確性。
圖12圖示出微流體感測系統1120，微流體感測系統20的另一實例實現方式。微流體感測系統1120類似於微流體感測系統120，因為系統1120也包括通道122以及來源貯存器200、泵202、接收貯存器204、控制器206、輸出208和平台216、其每一個對照系統120於前文被圖示和描述。 微流體感測系統1120包括多個沿著通道122的阻抗感測器1124A、1124B、1124C和1124D(統稱為感測器1124)。感測器1124A、1124B、1124C和1124D共享一單一本地接地1132和分別包括電極1134A、1134B、1134C和1134D(統稱為電極1134)。
電極1134在接地1132的一側做延伸且以不同的方式與接地1132隔開。此外，每個電極1134係與一相鄰的電極1134以一不同的間隔被隔開。舉例來說，電極1134A和電極1134B沿著通道122彼此以一第一距離被間隔開，而電極1134B和電極1134C沿著通道122彼此以一第二更大的距離被間隔開。電極1134之間變化的間隔提供了額外的差異化第一信號比較，用於判定穿過由感測器1124所形成之電場區域之一粒子28的大小。在另一實現方式中，電極1134可以等距離地從接地1132處被間隔開。
電極1134與本地接地1132配合以形成不同大小重疊的電場區域。由感測器1124所提供之該等不同大小的電場區域可容納不同大小的粒子28，以保持信號強度或降低肇因於一較大尺寸粒子28充滿所產生之一種精確度的可能性。雖然接地1132被圖示為電極1134的上游，但在其他的實現方式中，接地1132可被形成為電極1134的下游。在一些實現方式中，一些電極1134或額外的電極1134可被提供在接地1132的上游以提供額外的電場區域。
圖13圖示出微流體感測系統1220，微流體感測系統20的另一實例實現方式。微流體感測系統1220類似於微 流體感測系統120，因為系統1220也包括通道122以及來源貯存器200、泵202、接收貯存器204、控制器206、輸出208和平台216、其每一個對照系統120於前文被圖示和描述。微流體感測系統1220類似於微流體感測系統920，除了微流體感測系統1220包括不同大小的電極夾持和共享該中間的本地接地。微流體感測系統1220包括阻抗感測器1224A和1224B。
阻抗感測器1224A包括本地接地1232和電極1234A。接地1232和電極1234A沿著通道122以上游或下游的方式彼此被間隔開。阻抗感測器1224B包括本地接地1232和電極1234B。接地1232和電極234B沿著通道122延伸，以形成一電場區域1230B，其位於由阻抗感測器1224A所提供之電場區域1230A的下游。如由圖13所示，感測器1224共享一單一本地接地1232，因而減少了加工的複雜性。
如更由圖13圖示出，相比於電極1234B，電極1234A具有一較短的長度，延伸通道122的一較小的部分。電極1134與本地接地1132配合以形成不同大小的電場區域。由感測器1224所提供之不同大小的電場區域可容納不同大小的粒子28，保持信號強度或降低由較大尺寸粒子28充滿所產生的準確性。雖然電極1234被圖示為等距離地從接地1232處被間隔開，但在其他的實現方式中，每一個電極1234可相對於接地1232被不同地間隔開。
圖14、圖15、圖16和圖17圖示出微流體感測系統1320和它的操作。微流體感測系統1320類似於如以上所述 的微流體感測系統1220，除了通過通道122的流動係以一反方向進行且阻抗感測器1324B和其電極1334B是在阻抗感測器1324A和其電極1334A的上游。圖14和15分別圖示出在沒有粒子28阻礙的情況下，由阻抗感測器1324A和1324B所產生的電場區域1330A和1330B。圖16圖示出由流體26所攜帶的粒子28阻礙電場區域1334A的一實例。圖16顯示出電場線必須如何圍繞粒子28而走，因而增加了阻抗。
圖17係一曲線圖，圖示出當粒子28連續地分別流過阻抗感測器1324B和1324A的電場區域1330B和1330A時，由微流體感測系統1320所呈現之阻抗隨著時間的變化。如由圖17所示，當粒子28阻礙該較大電場區域1230B到一第一程度時，該阻抗信號產生一第一尖峰1341。當粒子28繼續流過該較小的電場區域1230A時，粒子28阻礙該電場區域1230A到一第二更大的程度，由於其相對於電場區域1230A有較大的相對大小。其結果是，該阻抗信號產生一比第一尖峰1341大的第二尖峰1343。該等不同大小的阻抗信號尖峰可進行比較和分析以確定或估計粒子28其對應的大小。
圖18係一曲線圖，其比較當一單一大小粒子流過每個感測系統之該等一個或多個阻抗感測器時，由上述不同的微流體感測系統所產生的阻抗信號。如由圖18所示，微流體感測系統420產生出該最強的或最大的阻抗信號。微流體感測系統120產生出該次大的阻抗信號。
圖19圖示出微流體感測系統1420，微流體感測系 統20的另一種實現方式。微流體感測系統1420類似於微流體感測系統120，因為系統1120也包括來源貯存器200、泵202、接收貯存器204、控制器206、輸出208和平台216、其每一個對照系統120於前文被圖示和描述。微流體感測系統1420還包括通道1422和阻抗感測器1424。通道122包括延伸自來源貯存器200(如圖2所示)的一第一部分1426、延伸自接收貯存器204(如圖2所示)和一第二部分1427、和一連接部分1426和部分1427的中間彎曲處1428。
阻抗感測器1424包括一本地接地1432和一電極1434，其被設置以形成一在彎曲處1428之內繞其做延伸的電場區域1430。當粒子28穿過彎曲處1428時，該延長的電場區域1430被阻礙，並產生一阻抗信號用以判定粒子28的大小。雖然接地1432被圖示為電極1434的上游，但在其他的實現方式中，這種關係可以顛倒。
圖20圖示出微流體感測系統1520，微流體系統20的另一實現方式。微流體感測系統1520類似於微流體感測系統1420，除了微流體感測系統1520包括阻抗感測器1524A和1524B(統稱為阻抗感測器1524)。阻抗感測器1524包括本地接地1532和電極1534A。阻抗感測器1524B包括本地接地1532和電極1534B。阻抗感測器1524共享一單一接地1532並分別形成延長的電場區域1530A和1530B。由系統1520所提供的多個阻抗感測器提供了多個電場區域，由一粒子28穿過那裡所產生的阻礙可進行比較和分析以有利於加強的粒子28檢測。雖然感測器1524A和1524B被圖示為共享一單 一接地1532，但在其他的實現方式中，感測器1524的每一個都可有一專用的本地接地。在又其他的實現方式中，感測系統1520可以替代地包括阻抗感測器，它們有不同的本地接地但在彎曲處1428內共享一單一電極。
圖21圖示出微流體感測系統1620，微流體感測系統20的另一實例實現方式。微流體感測系統820類似於微流體感測系統120，因為系統1620也包括通道122以及來源貯存器200、泵202、接收貯存器204、控制器206、輸出208和平台216、其每一個對照系統120於前文被圖示和描述。相比於微流體感測系統120，微流體感測系統1620包括被佈置成沿著和橫跨通道122的一阻抗感測器陣列用以檢測一粒子28的大小，該粒子係由流過通道122之流體26所攜帶。
如由圖21所示，微流體感測系統1620包括本地接地1632A、1632B(統稱為本地接地1632)和電極1634A1、1634A2、1634B1和1634B2(統稱為電極1634)。接地1632和電極1634同步以形成一跨越與沿著通道122的一電場區域陣列，其中從該等各別電場區域的阻礙所導致出的阻抗信號可進一步有助於斷定或估計粒子28的大小。
在該所示的實例中，本地接地1632A和共享本地接地1632A的該等電極，電極1634A1和1634A1具有一第一大小形成第一大小的電場區域。本地接地1632B和共享本地接地1632B的該等電極，電極1634B1和1634B2具有一較小的大小形成第二較小大小的電場區域。在通道122中穿過通道122並沿著通道122的該等不同大小的電場區域以及該等 電場區域的該等不同的位置提高了粒子28大小估計的準確度，可容納不同大小的粒子28同時保持信號強度和降低由一大粒子28所造成之充滿電場區域的影響。
儘管微流體感測系統1620被圖示為包括一2×2的阻抗感測器1524陣列，但在其他的實現方式中，微流體感測系統六和28包括一較大的阻抗感測器陣列。在一些實現方式中，該陣列可以包括本地接地，它們被位於該本地接地之下游和/或對角方向的電極所共享，形成對角方向的電場區域用以檢測粒子28。在又其他的實現方式中，系統1620有類似的配置，但其中電極，不是本地接地，或在多個被間隔開之本地接地所共享，形成了該阻抗感測器陣列。
圖22圖示出微流體感測系統1720，微流體感測系統20的另一實例實現方式。微流體感測系統類似於微流體感測系統120，因為系統1720也包括來源貯存器200、泵202、接收貯存器204、控制器206、輸出208和平台216、其每一個對照系統120於前文被圖示和描述。微流體感測系統1720類似於感測系統1420，因為系統1720包括通道1422。微流體感測系統1720類似於微流體感測系統1620，因為1720包括一阻抗感測器1724的陣列1723。
如由圖22所示，阻抗感測器1724被形成在通道1422的一地板中，在彎曲處1428之內。在該所示的實例中，阻抗感測器1724包括一共享之單一本地接地1732和與本地接地1732分隔開的電極1734A、1374B、1374C和1374D，並分別形成阻抗感測器1724A、1724B、1724C和1724D。類似 於系統1620的該等阻抗感測器，阻抗感測器1724形成一電場區域陣列，其可藉由粒子28通過而被不同地阻礙以產生阻抗信號，該等阻抗信號可被分析以判定粒子28大小的一對應的估計。
除了有利於粒子28的該大小檢測，微流體感測系統1720可進一步被使用來有利於粒子28之質量和密度的檢測。由於在彎曲處1428周圍流動之一粒子的動量會影響由粒子28所阻礙的電場區域，正被一粒子28所阻礙之一各別電場區域1428的識別可進一步地指出該質量，因此指出粒子28的密度。較重的粒子將趨於流到彎曲處1428的外側，而較輕的粒子將趨於流到彎曲處1428的內部。舉例來說，較重的或較密集的粒子28會以更大的動量流通過彎曲處1428，導致這種粒子28會把阻抗感測器1724B的該電場區域阻礙至一更大的程度，其產生一更大的振幅電阻抗信號或尖峰，相比於這種粒子會把阻抗感測器1724D的該電場區域阻礙至的程度，其會產生一較小的振幅電阻抗信號或尖峰。
儘管本發明內容已參照實例實施例被描述，但本領域之習知技藝者將會體認到的是，可在不離開所請求之技術主題的精神和範疇的情況下在形式和細節上做改變。舉例來說，雖然不同的實例實施例可能已被描述成包含有可提供一個或多個好處之一個或多個特徵，但可以設想到的是，在該描述的實例實施例中或在其他替代的實施例中，該描述的特徵可以彼此地互換或者可以替代式地彼此結合。因為本揭露的技術相對的複雜，因此在該技術中並 非所有的變化都是可預見的。參照該等實例實施例所描述的和在以下權利請求項中所闡述的本發明顯然旨在盡可能地廣泛。舉例來說，除非另外被具體說明，否則敘述一單一特定元件的該等權利請求項亦包含數個如此的特定元件。
20‧‧‧微流體感測系統
22‧‧‧通道
24‧‧‧阻抗感測器
26‧‧‧流體
28‧‧‧粒子
30‧‧‧EFR
32、32'‧‧‧接地
34、34'‧‧‧電極

Claims (14)

  1. 一種微流體感測裝置，其包含有：一通道；以及在該通道內的一阻抗感測器，該阻抗感測器包含有：在該通道內的一本地接地；以及在該通道內的一電極，其中該本地接地和該電極將形成沿著該通道被延伸的一電場區域。
  2. 如請求項1之微流體感測裝置，其中該電極係以一沿著該通道的方向與該本地接地被間隔開。
  3. 如請求項1之微流體感測裝置，其中該電極和該本地接地之至少一個具有沿著該通道的一較大範圍的尺寸。
  4. 如請求項1之微流體感測裝置，其中該電極傾斜的面對該通道。
  5. 如請求項1之微流體感測裝置，其更包含有在該通道內的一第二阻抗感測器，其位於該阻抗感測器的下游。
  6. 如請求項5之微流體感測裝置，其中該第二阻抗感測器包含有一第二電極和該本地接地。
  7. 如請求項6之微流體感測裝置，其中該電極與該本地接地被間隔開一第一距離，並且其中該第二電極與該本地接地以一不同於該第一距離之第二距離被間隔開。
  8. 如請求項5之微流體感測裝置，其中該阻抗感測器和該第二阻抗感測器具有不同大小的電場區域。
  9. 如請求項5之微流體感測裝置，其中該通道包含有包括該電極的一第一部分、包括該本地接地的一第二部分以及連接該第一部分和該第二部分的一彎曲處，該彎曲處包括該本地接地。
  10. 如請求項1之微流體感測裝置，其更包含有一第二阻抗感測器，其相對於在該通道內的該阻抗感測器被橫向地設置。
  11. 如請求項1之微流體感測裝置，其更包含有：一平台，其支撐該通道以及該阻抗感測器的該電極和該本地接地；一在該平台上被支撐的電路，其使用該阻抗感測器的該電極和該本地接地來產生一電場區域；一在該平台上被支撐的熱噴墨(TIJ)電阻，其位在該阻抗感測器的5毫米之內；以及一在該平台上被支撐的熱感測器，其位在該阻抗感測器和該TIJ電阻的5毫米之內。
  12. 如請求項1之微流體感測裝置，其中該電極和該本地接地係以橫跨該通道可變間隙之大小被隔開。
  13. 一種方法，其包含有：在一通道內形成一第一電場區域；在該通道內形成一第二電場區域；在包含有粒子的流體在該通道內流動的過程中感測在該第一電場區域和該第二電場區中的阻抗變化；以及 基於該等感測到的阻抗變化識別出粒子特性，其中該第一電場區域和該第二電場區域具有不同的大小。
  14. 一種微流體感測裝置，其包含有：一通道；以及在該通道內的一阻抗感測器，該阻抗感測器包括一本地接地和一電極，其中該電極和該本地接地係以橫跨該通道可變間隙之大小被隔開。
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