通过电力在包含流体的结构中对电渗透和/或电泳力的变量控制制造技术

技术编号:2601392 阅读:197 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
在运用电动力的微型流体系统(由在图中的元件178和其上的元件部分示出)中,本发明专利技术运用电流或电参数,而不是电压,来控制流体流过系统的沟道。时间多路复用电源(200和202)还通过改变在连到微型流体系统的流体容器的电极上的电压,通过改变期间把电压施加在电极上的工作循环或者两者组合,还对流体流动进行进一步控制。还可以把时间多路复用电源连到多个电极上以减小成本。(*该技术在2017年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】
与相关申请的前后对照本申请是美国专利申请第08/678,436号(1996年7月3日申请,全部作为参考资料并在此引入)的部分续展申请。
技术介绍
现在,对制造和运用显微流体(microfluidic)系统以获得化学和生化信息的兴趣越来越大。一般与半导体电子工业相关的技术(诸如,影印石版术(photolithography)、湿式化学蚀刻,等)正用于这些显微流体系统的制造中。术语“显微流体”是指具有一般以微米或亚微米标定构成的沟道和小室(例如,在从大约0.1μm到大约500μm的范围内具有至少一个界面尺寸)的系统或装置。最早在Manz等人的Trends in Anal.Chem.(1990)10(5):144-149和Manz等人的Avd.inChromatog(1993)33:1-66中描述了对用于构成显微流体系统的平面芯片的应用,其中在上述论文中描述了在硅和玻璃衬底中这些流体装置,特别是微细管装置的构成。对显微流体系统的应用由很多种。例如,国际专利申请WO 96/04547(在1996年2月15日公开)描述了对毛细管电泳、液体彩色照片、流入分析(flow injectionanalysis)和化学反应及合成的显微流体系统的应用。相关美国专利申请第___,名称为“微标度流体装置中的高通过量筛选分析系统”(1996年6月28日由J.WallaceParce等人申请,并转让给本专利技术的受让人)揭示了对显微流体系统在快速分析混合物对各种化学,特别是生化系统的影响中的广泛应用。词组“生化系统”一般指包括通常在有生命的有机体中找到的那类分子的化学相互作用。这些相互作用包括在有生命系统中(包括,酶的、粘合、信令(signaling)和其它反应)的异化和同化反应和其它反应的全部范围。例如,特别感兴趣的生化系统包括接收器-配合体(receptor-ligand)相互作用、酶衬底相互作用、蜂窝网信令路径、包括用于生物利用率筛选的模型障碍系统(例如,细胞或小薄膜片)的传输反应和其它各种一般系统。用于在这些显微流体系统或装置中传输和定向流体(例如,采样、分析、缓冲和反应物)的多种方法已被描述过。一种方法通过在微型构造的装置中的机械微型泵和阀使流体在该装置中流动。参见,公开的英国专利申请第2 248 891号(10/18/90),公开欧洲专利申请第568 902号(5/2/92)美国专利第5,271,724号(8/21/91)和5,277,556号(7/3/91)。再参见,Miyazaki等人获得的美国专利第5,171,132号(12/21/90)。另一种方法运用声能使流体采样在声音流动的影响下在装置中流动。参见,由Northrup和White公开的PCT申请第94/05414号。一种直接施加外压以使流体在装置中流动的方法。参见,由Wilding等人获得的美国专利第5,304,487号中的描述。另一种方法运用电场以及所得的电动(electrokinetic)力使流体材料流过微型流体系统的沟道。例如,参见,由Kovacs,Harrision等人Anal.Chem.(1992)64:1926-1932和Manz等人,J.Chromatog.(1992)593:253-258申请的公开的欧洲专利申请第376 611(12/30/88),由Soane获得的美国专利第5,126,022号。电动力具有直接控制、快速反应和简单的优点。然而,用这种方法操作微型流体系统也有一些缺点。本装置运用在电气绝缘材料的衬底中的沟道网络。沟道把与高压电极接触的多个流体容器(fluid reservoir)连接起来。为了使流体材料流过沟道网络,把特定电压同时施于各个电极。当试图控制在一个沟道中的材料流动,而不影响在另一个沟道中的流动时,确定在系统中每个电极的电压值变得很复杂。例如,在四个沟道以十字形交叉同时容器和电极在沟道尾部的相对简单的结构中,在两个容器之间的流体流动的独立增长不仅仅是两个容器电压差增长的问题。如果要保留其它两个容器内的元素流动的原方向,那么还必需调节这两个容器之间的电压。此外,当沟道、交叉点和容器的数量增加时,对流过沟道的流体控制变得越来越复杂。此外,施加在装置中的电极上的电压可以很高,即,达到几千伏电压的程度。稳高压供电是昂贵的、庞大的,而且经常不精确,而且每个电极需要高压供电。于是,任何复杂的微型流体系统的成本都很高。本专利技术解决或者实质上缓解了在用另一种电参数(而不受电压)来简化对流过系统沟道的材料的控制的微型流体系统中电动传输的这些问题。在大量应用中(诸如,在化学、生化、生物工艺和分子生物的领域和多个其它领域中),对流过微型流体系统的沟道的材料移动具有直接、快速和简单控制的高通过量微型流体系统是可行的。专利技术概述本专利技术提供微型流体系统,它具有多个相互连接的毛细沟道和在毛细沟道的不同节点处的多个电极,以在毛细沟道中产生电场以使在流体中的材料电动流过毛细沟道。根据本专利技术,通过响应于在第一和第二电极之间的电流把电压施加在第一电极和第二电极之间,以使材料在它们之间流动,来操作微型流体系统。电流可以直接测量通过微型流体系统的沟道的离子流。除了电流之外,可以使用其它电参数(诸如功率)。此外,本专利技术提供时间多路复用在微型流体系统的电极上的电源电压,以更加精确和有效地进行控制。通过改变电极与电源相连的工作循环、改变在该工作循环期间加在电极时的电源或者两者结合,可以控制加在电极上的电压。用这种方法,一个电源可以对多个电极提供服务。本专利技术还提供直接监测在微型流体系统的沟道内的电压。在沟道中,在微型流体系统的表面上的导电线的宽度足够窄,以防止电分解。把电线连到同样在衬底的表面上的分压电路上。分压电路降低沟道节点的读取电压,从而不需要特定的高电压伏特计。还把分压电路设计成能够从沟道中引出很小的电流,从而使不想要的电化学效应(例如,气体产生、减小/氧化反应)减至最小。如上所述的本专利技术可以用于不同的用途,而这些用途本身也具有专利技术性,例如对于至少具有一个沟道的衬底的运用,其中通过响应于在电极处的电流在与沟道相关的两个电极之间施加电压,电动地传输目的材料。如对上述专利技术的运用,衬底具有多个相互连接的沟道和相关的电极,通过响应于在电极上的电流把电压加在预定电极,沿着加入一个或多个沟道的预定通道传输目的材料。对于至少具有一个沟道的衬底的运用,其中通过对根据时间在与沟道相关的电极之间加电参数的控制,电动传输目的材料。如对上述专利技术的运用,电参数包括电压、电流或功率。对于具有多个沟道和与沟道相关的多个电极的绝缘衬底的运用,在电极上施加电压使得在沟道中产生电场,而且在衬底上的至少一个导电线延伸至沟道位置,从而可以确定在沟道位置上的电参数。如对上述专利技术的运用,导电线具有很小的宽度,从而在沟道位置上与导电线的交叉点上产生小于1V的电压,最好是小于0.1V的电压。对于绝缘衬底的运用,绝缘衬底具有多个相互连接的毛细沟道、在毛细管电场不同节点处的多个电极以在毛细沟道中产生电场以使在流体中的材料电动流过毛细沟道,连到至少一个电极的电源、电源具有用于接收参考电压的第一输入端和第二输入端及输出端的混合单元;连到混合单元输出端的电压放大器,电压放大器具有第一和第二输出端,第一输出端连到本文档来自技高网...

【技术保护点】
在一种微型流体系统中,其中所述微型流体系统具有多个相互连接的毛细沟道和在所述毛细沟道的不同节点处的多个电极以在所述毛细沟道中产生电场以使在流体中的材料电动流过所述毛细沟道,其特征在于,操作所述微型流体系统的方法包括: 响应于所述电极上的电流,对所述电极施加相对于系统中其它电极的电压,使材料在所述电极的沟道来回移动。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员:卡尔文YH乔J华莱士帕斯
申请(专利权)人:卡钳技术有限公司
类型:发明
国别省市:US[美国]

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