微流体系统和网络技术方案

在一个实施例中，微流体系统包括在每一端耦合到储存器的流体通道。流体致动器不对称地定位在所述通道内以创建通道的长侧和短侧并且生成朝向通道的每一端传播的波，从而产生单向净流体流动。控制器是要选择性地激活所述流体致动器以控制通过该通道的单向净流体流动。?

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微流体系统和网络
技术介绍
微流体是一种日益重要的技术，它应用在包括工程、物理、化学、显微技术和生物技术的各种学科上。微流体涉及研究少量的流体以及如何在各种微流体系统和设备诸如微流体芯片中操纵、控制和使用这些少量的流体。例如，微流体生物芯片(称为“芯片实验室(lab-on-chip)”)在分子生物学领域中用来集成化验操作以用于诸如分析酶和DNA、检测生化毒素和病原体、诊断疾病等的目的。许多微流体系统的有益使用部分地取决于如下的能力把流体适当地引入到微流体设备，并且控制流体通过这些设备的流动。一般而言，无法管理微米尺度上的微流体设备中的流体引入和流动限制了它们在实验室设置之外的应用，其中它们在环境和医学分析中的有用性是特别有价值的。引入和控制微流体设备中的流体的现有方法已包括使用在尺度上不是微米的外部设备和各种类型的泵。这些现有的解决方案具有例如与它们的大尺寸、它们的通用性缺乏和它们的复杂性相关的缺点，所有这些都可以限制实施这种微流体设备的微流体系统的功能。附图说明现在将参照附图通过示例的方式描述本实施例，在所述附图中图1示出了根据一个实施例的适合于合并微流体设备、网络和惯性泵的微流体系统；图2示出了根据一些实施例的带有集成惯性泵的封闭的、单向的一维流体网络的示例；图3示出了根据一些实施例的带有集成惯性泵的封闭的、双向的一维流体网络的示例；图4示出了根据一个实施例的带有集成惯性泵的开放的、双向的一维流体网络的示例；图5示出了根据一个实施例的封闭的二维流体网络的示例，所述二维流体网络图解说明通过选择性激活单个流体泵致动器而由不同的泵激活方式所产生的流体流动模式；图6示出了根据一个实施例的封闭的二维流体网络的示例，所述二维流体网络图解说明通过选择性激活两个流体泵致动器而由不同的泵激活方式所产生的流体流动模式；图7示出了根据一个实施例的封闭的二维流体网络的示例，所述二维流体网络图解说明通过选择性激活三个流体泵致动器而由不同的泵激活方式所产生的流体流动模式；图8示出了根据一个实施例的开放的、双向的三维流体网络的示例的自顶向下的视图和相应的横截面图9示出了根据一些实施例的合并流体泵致动器和有源元件两者的流体网络的示例；图10示出了根据一个实施例的集成流体泵致动器处于不同操作阶段的示例流体网络通道的侧视图11示出了根据一个实施例的处于来自图10的操作阶段的活动流体致动器；图12、13和14示出了根据一些实施例的处于来自图10的操作阶段的活动流体致动器，包括净流体流动方向箭头；图15、16和17示出了根据一些实施例的示例位移脉冲波形；以及图18示出了根据一个实施例的集成流体泵致动器处于不同操作阶段的示例流体网络通道的侧视图。具体实施例方式问题和解决方案的概述如上所述，在微流体设备中管理流体的先前方法包括使用在尺度上不是微米的外部设备和泵机构。这些解决方案具有可能限制微流体系统的应用范围的缺点。例如，外部注射器和气动泵有时用来注入流体并产生微流体设备内的流体流动。然而，外部注射器和气动泵体积大，难以处理和编程，并具有不可靠的连接。这些类型的泵在通用性方面也受微流体设备/芯片可以容纳的外部流体连接的数目限制。另一种类型的泵是根据流体填充一组薄毛细管的原则工作的毛细管泵。照此，该泵仅仅提供单通能力。由于该泵是完全不活动的，所以流体的流动被“硬连线”到设计中并且不能被重新编程。电泳泵也可以被使用，但需要专门的涂层、复杂的三维几何形状和高的操作电压。所有这些属性限制了这种类型的泵的适用性。附加的泵类型包括蠕动泵和旋转泵。然而，这些泵具有移动的部件且难以小型化。本公开的实施例一般通过改进的微流体设备而改进了现有的解决方案以在微流体系统和设备中进行流体管理，所述改进的微流体设备实现了具有与流体致动器集成的惯性泵的复杂的和通用的微流体网络。所公开的微流体网络可以具有一维、二维和/或三维的拓扑结构，并且因此可以具有相当的复杂性。在网络内的每一个流体通道边缘可以包含一个、一个以上流体致动器或没有包含流体致动器。集成在微流体网络通道内的不对称位置处的流体致动器可以产生通过通道的单向和双向流体流动。朝向在网络中的多个微流体通道的端部不对称定位的多个流体致动器的选择性激活使得能够在网络内产生任意和/或定向控制的流体流动模式。此外，对流体致动器的机械操作或运动的时间控制使得能够对通过流体网络通道的流体流动进行方向控制。因此，在一些实施例中，单一流体致动器的正向和反向冲程(即，压缩和拉伸的流体位移)的精确控制可以提供网络通道内的双向流体流动，并产生网络内的任意和/或定向控制的流体流动模式。流体致动器可以由各种致动器机构诸如热气泡电阻器致动器、压电膜致动器、静电(MEMS)膜致动器、机械/冲击驱动膜致动器、音圈致动器、磁致伸缩驱动器致动器等驱动。流体致动器可以使用传统的微加工工艺而被集成到微流体系统中。这实现了具有任意压力和流量分布的复杂微流体设备。微流体设备还可以包括各种集成有源元件，诸如电阻加热器、珀耳帖冷却器、物理、化学和生物传感器、光源以及它们的组合。微流体设备可能被连接到或可能不被连接到外部的流体储存器。所公开的微流体设备和网络的优点一般包括为操作微流体系统所需的减少的设备量，这提高了移动性和扩大了潜在应用的范围。在一个示例实施例中，微流体系统包括在两端耦合到储存器的流体通道。流体致动器不对称地定位在通道内，从而创建具有不相等的惯性属性的通道的长短侧。流体致动器是要产生如下波朝向通道的两端传播并产生通过该通道的单向净流体流动。控制器可以选择性地激活所述流体致动器以控制通过该通道的单向净流体流动。在一个实施方式中，流体致动器是朝向通道的第一端定位的第一流体致动器，并且第二流体致动器朝向通道的第二端不对称地定位在通道内。该控制器可以激活第一流体致动器以导致在从第一端到第二端的第一方向上通过通道的净流体流动，并可以激活第二流体致动器以导致在从第二端到第一端的第二方向上通过该通道的净流体流动。在另一示例实施例中，微流体系统包括具有第一端和第二端的微流体通道的网络。通道端在末端通道交叉点处不同地耦合到彼此。至少一个通道是具有由不对称地定位在泵通道的相对端之间的流体致动器区分的短侧和长侧的泵通道。流体致动器是要产生朝向泵通道的相反端传播的、产生通过泵通道的单向净流体流动的波。在一个实施方式中，通道内集成的第二流体致动器朝向泵通道的第二端不对称地定位，并且控制器可以选择性地激活第一和第二流体致动器以产生通过网络的双向流体流动。在另一个实施方式中，附加的流体致动器朝向多个微流体通道的第一端和第二端不对称地定位并且控制器可以选择性地激活所述流体致动器以诱导在整个网络中定向控制的流体流动模式。在另一个实施例中，微流体网络包括在第一平面中的微流体通道以促进通过第一平面内的网络的二维流体流动。第一平面中的微流体通道延伸到第二平面中以跨越并避免与第一平面中的另一微流体通道相交，这促进通过第一和第二平面内的网络的三维流体流动。有源元件被集成在至少一个微流体通道内。流体致动器不对称地集成在至少一个微流体通道内，并且控制器可以选择性地激活流体致动器以诱导网络内定向控制的流体流动模式。在另一示例实施例中，在微流体网络中产生净流体流动的方法包括产生在持续时间方面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.21 US PCT/US2010/0356971.一种微流体系统，其包括 流体通道，其在每一端耦合到流体储存器；流体致动器，其不对称地定位在所述通道内以创建具有不相等的惯性属性的通道的长侧和短侧，所述流体致动器生成朝向通道的每一端传播并产生单向净流体流动的波；以及控制器，其用以选择性地激活所述流体致动器以控制通过该通道的单向净流体流动。2.根据权利要求1所述的微流体系统，其中单向净流体流动从通道的短侧向长侧前进。3.根据权利要求1所述的微流体系统，其中流体致动器包括朝向通道的第一端定位的第一流体致动器，所述系统进一步包括 第二流体致动器，其朝向通道的第二端不对称地定位在通道内； 其中，该控制器对第一流体致动器的激活导致在从第一端到第二端的第一方向上通过通道的净流体流动，并且该控制器对第二流体致动器的激活导致在从第二端到第一端的第二方向上通过该通道的净流体流动。4.根据权利要求3所述的微流体系统，进一步包括流体模块，能够在控制器上执行以控制通过通道的流体流动的方向、速率和定时。5.根据权利要求1所述的微流体系统，进一步包括在通道内集成的有源元件。6.根据权利要求5所述的微流体系统，其中所述有源元件选自由电阻加热器、珀耳帖冷却器、物理传感器、化学传感器、生物传感器、光源以及它们的组合组成的组。7.根据权利要求1所述的微流体系统，其中所述储存器包括两个不同的储存器并且所述流体通道的每一端都耦合到不同的储存器中的一个。8.一种微流体系统，其包括具有在末端通道交叉点处不同地耦合到彼此的第一端和第二端的微流体通道的网络，其中至少一个通道是具有由不...

【专利技术属性】
技术研发人员：P科尔尼洛维奇，A戈夫雅迪诺夫，DP马克尔，ED托尔尼埃宁，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：
国别省市：