微流体流动传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种包括微流体通道和沿着微流体通道的流动传感器的设备。流动传感器包括用于连接到电流源的发热电阻器，分析式参数传感器和电子器件。所述发热电阻器具有响应于温度而变化的电阻。电参数传感器用于感测基于所述发热电阻器的电阻的所述发热电阻器的电参数。所述电子器件基于感测到的电参数确定流动。

Microfluidic flow sensor

The present invention discloses a device including a microfluidic channel and a flow sensor along a microfluidic channel. The flow sensor includes the heating resistor used to connect to the current source, the analytical parameter sensor and the electronic device. The heating resistor has a resistance that varies in response to temperature. The electrical parameter sensor is used to detect the electrical parameters of the heating resistor based on the resistance of the heater resistor. The electronic device determines the flow based on the sensed electrical parameters.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微流体流动传感器
技术介绍
各种传感器可用于感测流体的流动。然而，这种传感器可能是大体积的、昂贵的且非常难以集成在芯片和微流体装置中。附图说明图1是示意性示出示例微流体流动感测系统的俯视图。图2是用于感测微流体通道中的流体流动的示例方法的流程图。图3是示意性示出另一示例微流体流动感测系统的俯视图。图4是示意性示出另一示例微流体流动感测系统的俯视图。图5是示意性示出另一示例微流体流动感测系统的俯视图。图6是示意性出另一示例微流体流动感测系统的俯视图。图7是示意性示出另一示例微流体流动感测系统的俯视图。图8是示意性示出另一示例微流体流动感测系统的一部分的俯视图。图9是沿线9-9截取的图8的微流体流动感测系统的截面图。图10是示例微流体流动感测系统的示例微流体通道和发热电阻器的截面图。图11是示例微流体流动感测系统的另一示例微流体通道和发热电阻器的截面图。具体实施方式图1示意性示出示例微流体流动感测系统20，微流体流动感测系统20包括感测通过微流体通道24的流体流动的微流体传感器22。如以下将描述的，流动传感器22有利于以紧凑且成本有效的方式感测流体流动。流动传感器22良好地适于集成到微流体装置中。微流体通道24包括形成在基板26内或形成在基板26上的通路。微流体通道24具有宽度和高度，宽度和高度中的每一者为亚毫米(sub-millimeter)规格。在一种实施方式中，微流体通道24具有宽度和高度，该宽度和高度的每一个具有在5μm和200μm之间的尺寸且通常在5μm和50μm之间的尺寸。尽管微流体通道24被示出为线性的，但是微流体通道24可以具有弯曲的、蛇形的、分支的或其他的形状。流动传感器22包括相对于微流体通道24集成到基板26中或集成到基板26上的装置。为了本公开内容的目的，术语“相对于芯片、基板或微流体通道‘集成’”意指装置或组件与芯片或基板整体形成，或者意指由于装置或组件被形成或制造在芯片或基板上的结构而使得装置或组件被构建至芯片或基板中或者作为芯片或基板的一部分，从而使得在不切割或切断芯片或基板的多个部分的情况下不能够将该装置或组件容易地分开。因为流动传感器22与基板26上的微流体通道24整体形成，所以可以避免流动传感器22与微流体通道24的单独连接。流动传感器22包括发热电阻器(HER)30、电参数传感器(EPS)32以及电子器件(E)34。发热电阻器30包括如下结构：该结构包括一种或多种材料，该一种或多种材料的电阻使得当电流经过该结构时该结构产生或发出热量。发热电阻器30的电阻响应于温度而变化。如图1所示，发热电阻器30位于微流体通道24内并且待连接到电流源(ECS)38，电流源38将电流供给到发热电阻器30并且使电流循环通过发热电阻器30。在一种实施方式中，电流源38将直流(DC)供给到发热电阻器30。在一种实施方式中，电流源38将直流的时间间隔的脉冲供给发热电阻器30。在另一实施方式中，电流源38将交流(AC)的短脉冲供给到发热电阻器。通过使用交流或直流电流的脉冲可以在提高敏感度、噪声电阻和信噪比的同时降低电力消耗和传感器热冲击。当液体或流体流过发热电阻器30时并且当电流经过发热电阻器30时，由发热电阻器产生的热量被流体流动带走。流体流动越强，从发热电阻器30带走的热量的速率越大。具体速率还可以取决于流体属性，诸如，密度、导电性和热容量。从发热电阻器30带走的热量的速率越大，发热电阻器30的温度越低。该较低温度可以进而影响发热电阻器30的电阻，进一步影响经过发热电阻器30的电流的速率。这样一来，发热电阻器30提供可以集成到微流体通道24中的简单结构，该简单结构产生热量并且响应于由流体流动带走的产生热量的速率而呈现变化的电阻。电参数传感器32包括电连接或电耦合到发热电阻器30的电组件，以便感测基于发热电阻器30的电阻的发热电阻器30的电参数。在一种实施方式中，参数可以包括通过发热电阻器30的电压。在另一实施方式中，电参数可以包括流动通过发热电阻器30的电流。传感器32的示例包括但不限于场效应晶体管、热电偶、双极面结型晶体管或者其他P-N结型感测装置。电参数传感器32基于感测到的电参数输出电信号。该电信号被电子器件34使用以确定或估计在微流体通道24内通过发热电阻器30的流体流动。电子器件34包括从电参数传感器32接收信号且利用该信号(以原始形式利用或者在该信号已经过电子器件34过滤、转换或处理之后利用)确定或估计在微流体通道24内通过发热电阻器30的流体流动的装置。在一种实施方式中，确定的或估计的流体流动额外地基于流体的取回的、感测到的或程序化的默认特性，诸如，流体的密度、导电性以及热容量。在一种实施方式中，电信号由模拟数字转换器转换，其中，电子器件34包括接收和利用数字信号的处理单元。在另一实施方式中，电子器件34基于模拟信号估计流体流动。为了本申请的目的，术语“处理单元”将意指包括执行包含在存储器中的指令序列的硬件的当前开发或将来开发的处理单元。指令序列的执行使处理单元执行诸如产生控制信号的步骤。指令可以被加载于随机访问存储器(RAM)中以用于由来自只读存储器(ROM)、大容量存储器或者一些其他永久存储器的处理单元执行。在其他实施方式中，可以使用硬件连接的电路代替软件指令或者与软件指令组合以便实现所述功能。例如，电子器件34可以被设置为专用集成电路(ASICs)的一部分。除非另有明确说明，电子器件34不限于硬件电路和软件的任意具体组合，也不限于用于由处理单元执行的指令的任意特定源。在一种实施方式中，电子器件包括存储预定的查阅表的存储器，该查阅表将来自传感器32的不同的电参数与不同的流体流率相关联。在该实施方式中，处理单元通过将来自传感器32的电参数信号与查阅表中的不同值进行比较来估计流体流率。在另一种实施方式中，电子器件34利用基于不同电参数信号的值作为公式的一部分来计算或估计流体流率。在估计通过发热电阻器30的微流体通道24内的电流流体流率时，电子器件34输出指示估计的流体流率的信号。在一种实施方式中，流动传感器22被完全包含或集成在包含微流体通道24的基板26或电路芯片上。例如，在一种实施方式中，电参数传感器32和电子器件34的每一个被集成作为芯片或基板26的一部分，微流体通道24设置在该芯片或基板26中或设置在该芯片或基板26上。在一种实施方式中，电流源38进一步集成至芯片或基板26上，其中，电流源20包括用于电连接到电源的电接触垫。在又一实施方式中，流动传感器22的多个部分被分布在单独的基板或装置中。例如，在一种实施方式中，电参数传感器32和电子器件34中的一者或两者由电连接到基板26上的发热电阻器30的单独装置设置。图2是用于感测或检测微流体通道内的流体流动的示例方法100的流程图。在一种实施方式中，通过上述系统20执行方法100。如方框102所示，流体移动通过微流体通道(诸如，微流体通道24)。如方框104所示，当流体经过微流体通道24时，电流源38通过位于通道24内的发热电阻器30传输电流。如方框106所示，电参数传感器32感测流过发热电阻器30的电流的变化。电流的变化可以被感测为通过发热电阻器30的电压的变化，或者可以被感测为通过发热电阻器30的电流动速率或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：微流体通道；以及沿着所述微流体通道的流动传感器，所述流动传感器包括：发热电阻器，所述发热电阻器用于连接到电流源，所述发热电阻器的电阻响应于温度而变化；电参数传感器，所述电参数传感器用于感测基于所述发热电阻器的电阻的所述发热电阻器的电参数；以及电子器件，所述电子器件基于感测到的电参数确定流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设备，包括：微流体通道；以及沿着所述微流体通道的流动传感器，所述流动传感器包括：发热电阻器，所述发热电阻器用于连接到电流源，所述发热电阻器的电阻响应于温度而变化；电参数传感器，所述电参数传感器用于感测基于所述发热电阻器的电阻的所述发热电阻器的电参数；以及电子器件，所述电子器件基于感测到的电参数确定流动。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流动传感器进一步包括：第二发热电阻器，所述第二发热电阻器的电阻响应于温度而变化；第二传感器，所述第二传感器用于感测基于所述第二发热电阻器的电阻的所述第二发热电阻器的电参数。3.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：基板，所述基板支撑所述微流体通道和所述流动传感器；以及流体相互作用组件，所述流体相互作用组件由所述基板支撑以便与由所述微流体通道引导的流体相互作用。4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述流体相互作用组件从由下述内容组成的流体相互作用组件组中选择：源于所述微流体通道的微流体分支通道，微流体泵，微流体阀，微流体多用混合器，点滴喷射器，热喷墨电阻器以及喷嘴。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述发热电阻器在从由下述内容组成的路径组中选择的路径中延伸跨过所述微流体通道：对角路径、蛇形路径、波形路径、锯齿形路径以及方波路径。6.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：基板，所述基板位于所述发热电阻器的下面；以及热绝缘层，所述热绝缘层位于所述基板和所述发热电阻器之间，所述热绝缘层的导热率小于或等于1-2.5W/m*℃。7.根据权利要求6所述的设备，进一步包括位于所述发热电阻器的相对侧上的第二热绝缘层，其中，所述发热电阻器的顶部被暴露于所述微流体通道内的流体，所述第二热绝缘层的导热率小于或等于0.3W/m*℃。8.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：基板，所述基板位于所述发热...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·戈夫亚迪诺夫，E·D·托尔尼埃宁，P·科尔尼洛维奇，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国,US