[发明专利]微流体系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种微流体系统、一种制造这种微流体系统的方法和一种控制或操作流体流经这种微流体系统的微通道的方法。

背景技术

微流体系统正在日益成为例如快速DNA分离和筛分、细胞操作、分类和分子检测等目前迅速发展的许多生物技术的重要基础。基于芯片的微流体技术提供很多优于传统大尺寸同类部分的优点。

在所有微流体器件中具有控制流体流动，即流体必须被输送、混合、分离并引导穿过由具有典型宽度约为0.1mm通道组成的微通道系统的基本需要。微流体致动的挑战是设计紧凑且可靠的微流体系统，用以调节或操作微通道中如唾液和全血等可变组分的复杂流体的流动。不同致动机构已被开发且目前已被使用，例如压力驱动配置、微制造机械阀和泵、喷墨式泵、动电控制流和表面波。

在美国专利2003/0231967中，提供用于微气体色谱法等的微泵组件，用以驱动气体通过色谱仪。这是膜-位移泵的示例，其中微制造的膜的偏转提供泵送流体所需的压力。然而，使用这种微泵组件和使用常用微泵的缺点是它们必须以某种方式被集成到微流体系统中。这意指微流体系统尺寸将增加。因此，紧凑、价廉且易于加工的微流体系统是有用的。

本发明一个目的是提供一种改进的微流体系统及一种制造和操作这种微流体系统的方法。本发明的优点为紧凑、价廉以及易于加工中的至少一项。

上述目的通过根据本发明的方法和装置得以实现。

发明内容

在第一方面，本发明提供一种微流体系统，包括至少一个微通道，所述微通道具有带有内侧的壁，其中，所述微流体系统还包括：

附连到所述壁的所述内侧的多个致动器元件，每个致动器元件具有形状、定向和复合结构；以及

对所述多个致动器元件施加激励以导致它们的形状和/或定向改变的装置。

对多个致动器元件施加激励提供了一种局部操作微流体系统中复杂流体流动的方式。致动器元件可被单独或成组地被驱动或定址，以获得具体的流体流动方式。致动器元件的复合结构确保致动致动器元件所需激励在实际中可实现。

在根据本发明的一个优选实施例中，致动器元件的复合结构包括至少第一部分和至少第二部分，其中所述第一部分的弹性模量比第二部分的弹性模量至少小百倍，优选地，小百倍至千倍。第一部分优选具有在约1kPa至100MPa范围内的弹性模量，而第二部分优选具有在约1GPa至200GPa范围内的弹性模量。换言之，可以说所述第一部分比第二部分更柔顺。与仅包括一个部分的常规结构相比，该复合结构整体上降低了致动器元件的柔顺性。除非致动器元件的柔顺性较低，用于克服致动器元件刚度并使它们显著形变所需的激励可能变得过大。

在根据本发明的一个优选实施例中，具有较低弹性模量的第一部分，即柔顺部分被附连到壁的内侧。如果柔顺部分被附连到壁的内侧，导致致动器元件定向改变所需的激励将比其他激励低数个数量级。

在根据本发明的一个高度优选实施例中，第一部分包括弹性体或聚合物凝胶。第二部分包括基于聚合物的材料或金属。第二部分优选包括磁性整体或复合材料。聚合物材料通常坚韧而非脆性，相对价廉，弹性可至大应变(高达10％或更大)，并提供适于在较大表面积上进行简单加工的方面。

在根据本发明的一个具体实施例中，微流体系统包括对多个致动器元件施加激励的装置。对多个致动器元件施加激励的装置从包括电场产生装置(例如电流源或电位源)、电磁场产生装置(例如光源)、电磁辐射装置(例如光源)、外部或内部磁场产生装置的组中选择。

在根据本发明最优选的实施例中，用于对致动器元件施加激励的装置是磁场产生装置。

在根据本发明的一个实施例中，多个致动器元件可被布置成第一和第二行，致动器元件第一行位于壁的内侧的第一位置且致动器元件第二行位于壁的内侧的第二位置，第一位置与第二位置大体上相互相对。

在本发明另一实施例中，多个致动器元件可被布置成多行致动器元件，所述多行致动器元件被布置成形成二维阵列。

在本发明另一实施例中，多个致动器元件可被随机布置在微通道的壁内侧上。

在根据本发明的第二方面，提供一种制造微流体系统的方法，所述微流体系统包括至少一个微通道，所述方法包括：

—给所述至少一个微通道的壁的内侧提供具有复合结构的多个致动器元件；以及

—提供对所述多个致动器元件施加激励的装置。

提供具有复合结构的多个致动器元件的方法以如下方式实现：

—在所述壁的所述内侧上旋涂具有长度L₁的低模量聚合物以形成第一部分；