[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、一种用于制造这种微流体系统的方法以及一种用于控制或操纵通过这种微流体系统的微通道的流体流动的方法。

背景技术

微流体系统正在成为当前很多快速发展的生物技术，例如快速DNA分离和分选(sizing)、细胞操纵、细胞分类和分子检测的关键基础。基于微流体芯片的技术相对于其传统的大尺寸的对应技术而言提供了很多优点。

在所有的微流体器件中，有一种基本需要是控制流体流动，即，必须通过由典型宽度约为0.1mm的通道构成的微通道系统输送、混合、分离和引导流体。微流体致动中的一项挑战是设计一种紧凑而可靠的微流体系统以在微通道中调节或操纵可变成分(例如唾液和全血液)的复杂流体的流动。当前已经开发和使用了各种致动机制，例如压力驱动方案、微制造机械阀和泵、喷墨型泵、电动力控制的流动和表面声波。

在US 2003/0231967中，提供了一种在微气相色谱仪等中使用的微泵组件，其用于驱动气体通过色谱仪。这是膜式位移泵的范例，其中微制造膜的挠曲提供了泵送流体的压力功。然而，使用这种微泵组件和使用微泵的缺点通常是必须将它们以某种方式集成到微流体系统中。这意味着将要增大微流体系统的尺寸。因此具有紧凑、廉价而又容易处理的微流体系统将是很有用的。

本发明的目的是提供一种改进的微流体系统以及制造和操作该微流体系统的方法。本发明的优点可以是紧凑、廉价和容易处理中的至少一个。

以上目的是通过根据本发明的方法和装置实现的。

发明内容

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

附着到所述壁的内侧的多个致动器元件，每个致动器元件具有形状、取向和几何结构，该几何结构包括沿纵轴变化的截面区域；以及

用于向所述多个致动器元件施加激励从而使其形状和/或取向发生改变的装置。

向多个致动器元件施加激励提供了一种在微流体系统中局部操纵复杂流体的流动的方式。可以单独地或成组地对致动器元件进行驱动或寻址以实现特定方式的液体流动。致动器元件的几何结构包括沿纵轴变化的截面区域。与具有均匀截面区域的致动器元件相比，致动器元件的变化截面区域降低了致动器元件的柔顺度。除非致动器的柔顺度低，否则克服致动器的硬度并使其显著变形所需的激励可能变得无法接受地大。

在根据本发明的实施例中，变化的截面区域基本朝向微通道的壁的内侧。变化的截面区域优选为减小的截面区域。减小的截面区域为致动器元件的截面区域的10-80％。具有较细截面区域的致动器元件用作铰链，使形状或取向发生变化所需的激励比具有均匀截面区域的致动器元件所需的激励在幅度上低几个数量级。

在根据本发明的特定实施例中，微流体系统包括用于向多个致动器元件施加激励的装置。用于向多个致动器元件施加激励的装置可以是电场发生装置(例如电流源或电势源)、电磁场发生装置(例如光源)、电磁辐射装置(例如光源)、外部或内部磁场发生装置。

在根据本发明的最优选实施例中，用于向致动器元件施加激励的装置为磁场生成装置。

在根据本发明的一个实施例中，可以将多个致动器元件设置为第一和第二行，第一行致动器元件位于壁的内侧的第一位置，而第二行致动器元件位于壁的内侧的第二位置，所述第一位置和第二位置基本彼此相对。

在本发明的另一个实施例中，可以将多个致动器元件设置成多行致动器元件，对所述多行致动器元件进行设置以形成二维阵列。

在本发明的另一实施例中，可以在微通道的壁的内侧随机设置多个致动器元件。

在根据本发明的第二方面，一种用于制造具有至少一个微通道的微流体系统的方法包括：

使至少一个微通道的壁的内侧设有多个具有几何结构的致动器元件，所述几何结构包括沿纵轴变化的截面区域；以及

提供用于向所述多个致动器元件施加激励的装置。

通过如下步骤执行形成具有前述几何结构的多个致动器元件的方法：

在所述壁的内侧上沉积长度为L的牺牲层；

在所述牺牲层的顶部沉积致动器材料；以及

通过去除所述牺牲层从所述壁的内侧释放所述致动器材料。

可以通过蚀刻步骤去除牺牲层。

根据本发明的实施例，用于向致动器元件施加激励的装置可以包括提供磁场或电场发生装置。

在本发明的另一方面，提供了一种用于控制通过微流体系统的微通道的流体流动的方法。所述微通道包括具有内侧的壁。该方法包括：