微流体泵及通过微流体泵输送的流体进行冷却的方法技术

本发明专利技术提供一种微流体泵及通过微流体泵输送的流体进行冷却的方法。所述微流体泵使用流体激励机构，其利用使用超临界加热而产生的热蒸气泡使微观流体体积经过管道移动。微流体泵的各方面包括使用泵温度控制器，其监测与微流体泵相关联的温度且减缓或暂停微流体泵的操作，以降低热量产生速率而使得能够有额外的时间供热量被动地散失。控制微流体泵温度的上限会防止或减少所泵送的流体的过热，流体的过热会致使流体较不适合于或不适合于其所期望目的或对微流体泵造成损害。泵温度控制器的其他方面包括可选的衬底加热器，帮助将流体温度抬升到用于实现流体和/或微流体泵的更好性能的选定操作范围。

A microfluidic pump with heat control

A microfluidic pump with heat control. The microfluidic pump uses a fluid actuating mechanism, which uses the thermal bubble generated by supercritical heating to move the microscopic fluid volume through the pipe. Various aspects of the microfluidic pump include using the pump temperature controller to monitor the temperature associated with the microfluidic pump and to slow down or suspend the operation of the microfluidic pump to reduce the heat generation rate so that additional time heat can be passively lost. Controlling the upper limit of the temperature of the microfluidic pump prevents or reduces the overheating of the pumped fluid, which makes the fluid less suitable for or unsuitable for its desired purpose or damage to the microfluidic pump. Other aspects of the pump temperature controller include an optional substrate heater that helps to lift the fluid temperature to the selected operation range for better performance of the fluid and / or the microfluidic pump.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有热控制的微流体泵相关申请的交叉参考不适用。
技术介绍
一些传统非机械微流体泵利用在流体运输通道内制作在衬底上的一系列泵加热元件来产生热蒸气泡。所述气泡通常是在成核部位(nucleationsite)处通过将流体的总体温度抬升到沸点或通过在不显著地抬升总体流体温度的条件下将流体的位于加热元件周围的一小部分超临界加热到高于沸点的温度而形成。通过将各泵加热元件的激活加以排序，流体流动得到控制。使用热蒸气泡运输流体的传统微流体泵依赖于被动冷却来散失在所述热蒸气泡的形成期间产生的热量。热量散失速率取决于与泵加热元件及流体热连通的传统微流体泵组件(例如，衬底)的体积、表面积、及导热率。传统微流体泵被设计成具有旨在当以特定流体的典型利用水平在特定条件范围(例如，环境温度)内操作时充分地冷却所述微流体泵及流体的热量散失速率。然而，所设计的热量散失速率并不总是适宜于适应所遇到的变化条件(variationcondition)、利用方案(utilization)、及流体构成(fluidcomposition)。如果被动冷却系统不足以散失所产生的热量，则流体的总体温度将随着操作的继续而随时间抬升。在许多情形中，将流体加热到高于特定温度会非期望地影响流体构成(例如，所述流体的浓度)或特性(例如，降低的速度)而使所述流体不适合于特定应用或以其他方式负面地影响所述流体的性能(例如，过喷(overspray)或粘着(adherence))且潜在地影响微流体泵。同时，设计成具有较高热量散失速率的被动冷却系统可能在特定条件中从微流体泵移除过多的热量而使流体无法达到最低操作温度，此也可能负面地影响所述流体的特性(例如，低的流动性)或性能(例如，不良的分散(dispersion)或凝聚(clumping))且潜在地影响微流体泵。正是出于这些及其他考虑才构想出本专利技术。
技术实现思路
以下
技术实现思路
论述在本文中的详细说明及权利要求中所更充分地阐述的本专利技术的各种方面。以下
技术实现思路
并非旨在且不应用于将所主张专利技术限定于此种方面或要求本专利技术包括所有此种方面。所述具有热控制的微流体泵利用使用超临界加热而产生的热蒸气泡使微观流体体积经过管道移动。经热控制的微流体泵制作在半导体衬底上且包括载送被所述微流体泵移动的流体的管道。沿通道的长度在衬底上制作有一系列间隔开的泵加热元件。泵加热元件是被迅速加热以使流体被超临界加热从而使得形成热蒸气泡的电阻式泵加热元件。通过将泵加热元件的激活恰当地加以排序，微流体泵影响流体的移动(例如，方向及流动速率)。与泵加热元件进行通信的泵温度控制器将与微流体泵相关联的一个或多个温度与对应的温度限值进行比较且修改驱动所述泵加热元件的激发脉冲信号以将温度维持在旨在防止因过热(overheating)而对流体或所述微流体泵自身造成损害的选定操作范围内。泵温度控制器包括温度监测器及泵驱动器，所述泵驱动器驱动微流体泵的泵加热元件来激励流体经过管道。温度监测器测量与微流体泵相关联的一个或多个温度且产生与所测量泵温度和参考温度之间的差对应的输出信号。泵驱动器产生向泵加热元件供应激活能量的激发脉冲信号。激发脉冲信号包括被期间泵加热元件不被激活的空闲周期隔开的用于激活加热元件的多组脉冲(即，泵循环)。泵驱动器响应于使得激发脉冲信号能够被修改的温度监测器的输出而通过控制激活哪些加热元件及多频繁地激活所述加热元件来对由微流体泵产生的热量提供控制。如果所测量温度超过选定最大温度值，则泵驱动器修改激发脉冲信号以减小被激活的加热元件的数目、各别加热元件的激活之间的时间、和/或泵循环之间的时间。泵温度控制器可选地控制对衬底进行加热以将流体加温到选定操作温度的衬底加热器。衬底加热器包含一个或多个电阻式加热元件及衬底加热器驱动器。温度监测器及衬底加热器形成热反馈回路而使得所述衬底加热器驱动器能够对泵温度中的变化作出响应。在各种实施例中，衬底加热器驱动器包括脉宽调制电路，所述脉宽调制电路产生向衬底加热元件供应能量的输出信号且通过改变被发送到衬底加热元件的经调制信号的工作比(dutycycle)来调节热量。附图说明通过参照以下各图将更好地理解本专利技术的进一步特征、方面、及优点，其中未按比例绘制元件以更清楚地示出细节且其中在所有几个图中相同参考编号指示相同元件：图1是示出根据本专利技术的具有热控制的微流体泵的各种方面的简化剖视图。图2是示出本专利技术的微流体泵的泵温度控制器的各种方面的简化方块图。图3A示出当微流体泵温度低于参考温度时产生的基本激发信号的实例。图3B示出当泵温度超过参考温度时由激发信号产生器产生的经修改激发信号的各种方面。图3C示出当微流体泵温度超过参考温度时由激发信号产生器产生的经修改激发信号的实例。图4示出适合于制作在根据本专利技术的微流体泵的衬底上的温度传感器的实作方案。具体实施方式本文中阐述且在附图中示出一种具有热控制的微流体泵。所述微流体泵使用流体激励机构，所述流体激励机构利用使用超临界加热而产生的热蒸气泡使微观流体体积经过管道移动。所述微流体泵的各种方面包括使用泵温度控制器，所述泵温度控制器监测与所述微流体泵相关联的温度且减缓或暂停所述微流体泵的操作以降低热量产生速率而使得能够有额外的时间供热量被动地散失。控制微流体泵温度的上限会防止或减少所泵送的流体的过热，流体的过热会致使所述流体较不适合于或不适合于其所期望目的或对所述微流体泵造成损害。泵温度控制器的其他方面包括可选的衬底加热器，所述可选的衬底加热器帮助将流体温度抬升到用于实现所述流体和/或微流体泵的更好性能的选定操作范围。图1是示出根据本专利技术的具有热控制的微流体泵的各种方面的简化剖视图。热控微流体泵100被优选地实作成微机电系统(micro-electro-mechanicalsystem，MEMS)，例如芯片实验室(1ab-on-a-chip，LOC)装置，或其他微机械。更具体来说，热控微流体泵100制作在衬底102上。在衬底102中形成的通道104为流体提供行进路径。通道104的一些部分在一侧(例如，衬底的顶表面)上开放。在通道104上方通过不漏液密封体(fluid-tightseal)固定到衬底102的盖体106与通道104一起形成管道108。管道108界定载送被微流体泵100移动的流体的通道。管道108的每一端界定口(port)110a、110b，口110a、110b用作微流体泵100的入口或出口。在所示实施例中，所述口与可选连接件配合而使得微流体泵能够放置成直接与其他组件进行流体连通或通过流体供应线和/或流体分布线与所述其他组件进行流体连通。在其他实施例中，其他固定结构或装置(包括(但不限于)喷嘴及储液器(reservoir))可取代所述连接件来与微流体泵100进行整合，以实作用于精确递送对象流体的专用流体分配器(例如，受压流体分配装置)。沿通道104的长度在衬底102上制作有一系列间隔开的泵加热元件112。泵加热元件112是有助于使温度迅速(例如，几近瞬时的)增大到足以使流体被超临界加热且使得形成热蒸气泡的具有小体积的电阻式泵加热元件112。通过将泵加热元件112的激活恰当地加以排序，微流体泵100影响流体的移动(例如，方向及流动速率)。与泵加热元件112进行通信的泵温度控制器114本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微流体泵，包括：衬底，界定用于载送流体的被覆盖通道；一系列电阻式加热器，沿所述被覆盖通道设置，其中使用激发脉冲序列激活所述电阻式加热器会使所述流体以基于所述激发脉冲序列的方向及速度经过管道移动；温度传感器，与所述衬底热连通，所述温度传感器测量泵温度并产生与所述泵温度对应的温度信号；以及激发信号产生器，与所述电阻式加热器中的每一个电连通，所述激发信号产生器产生一系列激发脉冲序列，所述激发脉冲序列中的每一激发脉冲序列包括多个激发脉冲，所述多个激发脉冲中的连续激发脉冲被空闲周期隔开，所述空闲周期包括不具有激发脉冲的时间周期，所述激发信号产生器响应于所述泵温度而改变(1)所述激发序列中的激发脉冲的数目及(2)所述空闲周期中的至少一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.05 US 14/987,9781.一种微流体泵，包括：衬底，界定用于载送流体的被覆盖通道；一系列电阻式加热器，沿所述被覆盖通道设置，其中使用激发脉冲序列激活所述电阻式加热器会使所述流体以基于所述激发脉冲序列的方向及速度经过管道移动；温度传感器，与所述衬底热连通，所述温度传感器测量泵温度并产生与所述泵温度对应的温度信号；以及激发信号产生器，与所述电阻式加热器中的每一个电连通，所述激发信号产生器产生一系列激发脉冲序列，所述激发脉冲序列中的每一激发脉冲序列包括多个激发脉冲，所述多个激发脉冲中的连续激发脉冲被空闲周期隔开，所述空闲周期包括不具有激发脉冲的时间周期，所述激发信号产生器响应于所述泵温度而改变(1)所述激发序列中的激发脉冲的数目及(2)所述空闲周期中的至少一个。2.根据权利要求1所述的微流体泵，其中当所述泵温度高于温度限值时，所述激发序列中的所述多个激发脉冲的数目减小。3.根据权利要求1或2所述的微流体泵，其中所述激发序列中的所述多个激发脉冲的数目减小一个。4.根据权利要求1至3中任一项所述的微流体泵，其中所述激发序列的所述激发脉冲的数目减小选定数目，所述选定数目是基于所述泵温度与温度限值之间的所述差。5.根据权利要求4所述的微流体泵，其中所述选定数目随着所述泵温度与所述温度限值之间的所述差增大而增大。6.根据权利要求1至3中任一项所述的微流体泵，其中当所述泵温度高于温度限值时，所述空闲周期增大。7.根据权利要求1至6中任一项所述的微流体泵，还包括至少一个热汇，所述至少一个热汇与所述衬底及覆盖所述通道的盖体中的至少一个热连通，以从所述流体散失热量。8.根据权利要求1至7中任一项所述的微流体泵，还包括：衬底加热器，与所述衬底热连通，所述衬底加热器的激活会对所述衬底进行加热；以及加热器控制器，与所述温度传感器连通，当所述泵温度低于选定温度时，所述加热器控制器激活所述衬底加热器，以对所述衬底进行加热。9.根据权利要求1至8中任一项所述的微流体泵，还包括：泵温度限值信号产生器，产生与温度限值对应的信号；以及比较器，与所述泵温度限值信号产生器及所述温度传感器进行通信，所述比较器产生与所述泵温度与所述温度限值之间的差对应的输出。10.根据权利要求1至9中任一项所述的微流体泵，还包括衬底加热器，所述衬底加热器具有衬底加热器驱动器及与所述衬底加热器驱动器进行通信的至少一个衬底加热元件，所述衬底加热器驱动器与所述温度传感器进行通信，当所述泵温度低于选定最低温度时，所述衬底加热器驱动器向所述衬底加热元件供应输出，以使所述衬底加热元件产生热量。11.根据权利要求10所述的微流体泵，其中所述衬底加热器驱动器是信号产生器，所述信号产生器产生具有选定工作比的脉宽调制信号，当所述泵温度低于最低温度时，所述衬底加热器驱动器增大所述工作比。12.一种对通过微流体泵输送的流体进行冷却的方法，所述微流...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬·W·贝格施泰特，
申请(专利权)人：船井电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP