[发明专利]用于泵送液体的流控模块、装置和方法

说明书

本发明涉及一种用于泵送液体的流控(fluidics，射流)模块、装置和方法，并且特别地，涉及这种一种流控模块、装置和方法，其适用于在离心机转子中被动向内地泵送液体。

用于处理液体的转子特别地用于离心微流控技术中。适当的转子包括用于接收液体的室以及用于为流体规定路线(route)的通道。在转子的向心加速度的作用下，液体受到径向向外的力，并可因此借助于对应的流体路线到达径向外部位置。离心微流控技术主要应用于生命科学领域，特别地应用于实验室分析。离心微流控技术用于使过程运行自动化并且用于以自动化方式执行诸如移液(pipette)、混合、计量、等分以及离心的操作。

用于执行这种操作的离心力径向向外的作用，使得在传统转子中，液体仅被径向向外地泵送，而不是从径向外部位置径向向内地泵送到径向内部位置。由此，流控路径受到转子的半径的限制，并因此转子内的流控过程的数量也受到转子的半径的限制。因此，包括大量流控过程的研究将会要求保证所需径向路径的大的转子。然而，大的转子不能应用在标准装置中并且限制最大旋转频率，同时，另外，转子表面面积的大部分保持未被使用。

为了增大这种离心机转子中的流控单元操作的密度，和/或为了减小离心机转子的尺寸，必不可少的是，不仅要根据转子的径向长度来利用转子，而且还要根据转子的表面面积来利用转子。为了能够实现这一点，在离心机转子中径向向内地移动样品液体(即，向内泵送该样品液体)是有利的或必需的。

在离心机转子内实施向内的泵送的不同的技术在现有技术中是已知的。大部分的已知技术利用主动的向内泵送，即借助于外部工具实现向内泵送。

例如，在Kong等的“在运动中的离心微流控平台上径向向内气动地泵送流体(Pneumatically Pumping Fluids Radially Inward On Centrifugal Microfluidic Platforms in Motion)”(给Anal.Chem.的信，82，pp.8039-8041，2010)中描述了在使用外部压力源时的向内泵送。

在Abi-Samra等的“离心微流控平台中的热气动泵送(Thermo-pneumatic pumping in centrifugal microfluidic platforms)”(微流体纳米流体(Microfluid Nanofluid)，D0I 10.1007/s10404-011-0830-5,2011)中以及Abi-Samra等的“在离心微流控平台上经由热致动机构径向向内地泵送流体(Pumping fluids radially inward on centrifugal microfluidic platforms via thermally-actuated mechanisms)”(μTAS会议文献，2011)中描述了借助于通过红外线辐射来加热空气而在离心作用下热气动地向内泵送液体。

另外，US 7,819,138 B2描述了一种微流控装置，在该装置中，液体借助于外部空气压力源在空转圆盘转子中被径向向内泵送。

除了在离心系统中影响液体的向内泵送的这种主动方法之外，还已知其他技术，其中，通过使用作用在旋转圆盘中的液体上的离心加速度场，产生并存储气动能量，以便以后用于当使用离心加速度时使液体的流动方向反转。例如，Noroozi等的“基于往复离心微流控技术的多重免疫分析系统(A multiplexed immunoassay system based upon reciprocating centrifugal microfluidics)”(科学仪器评论(Review of Scientific Instruments)，82，064303(2011))公开了一种流控系统，在该系统中，压力室径向向内地布置在反应室中，在高旋转频率下的反应室的离心装填期间，气泡在压力室内被捕获并压缩。基于旋转频率的减小，压力室内的气泡将再次膨胀，使得在反应室内将发生液体的向后移动。以这个方式，可能产生有效混合。