[发明专利]用于流体操控的相位导引件式样

说明书

本发明是中国专利申请号为201080009923.3，发明名称为“用于流体操控的相位导引件式样”，国际申请日为2010年1月29日的进入中国的PCT专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用在诸如通道、腔室的流体系统当中的相位导引件的式样，以及流过小室的相位导引件式样。这种相位导引件式样能够应用于广泛的应用领域当中。本发明解决了对于流体腔室和通道的受控的至少局部的填充和/或排空而言如何有效地使用相位导引件的问题。本发明公开了相位导引件的受控的溢流技术以及若干应用。此外，本发明包括在较大流体结构中的限制边界的液体式样的技术，其包括用于形成溢流结构和具体形状的相位导引件的式样的新方法。本发明还公开了将液体/空气弯月面的前进有效地转动了特定角度的技术。

背景技术

到目前为止，液体插入到流体腔室或通道当中，而不需要对液体/空气界面进行工程控制。因此，系统的毛细压力和所施加的致动力以非特定性的方式进行利用。这导致了对设计灵活度的严重限制。相位导引件被发展为对液体/空气弯月面的前进进行控制，从而实质上任何形状的腔室或通道都可以被润湿。并且可以借助相位导引件的帮助来获得选择性的润湿。

相位导引件被定义为毛细压力屏障，其跨越前进中的相前(phase front)的整个长度，从而前进中的相前在穿越相位导引件之前自身沿着相位导引件对齐。典型地，该相前是液体/空气界面。然而，该效应也可以被用于导引其它的相前，例如油-液体界面。

当前已经发展了两种类型的相位导引件：二维(2D)相位导引件和三维(3D)相位导引件。

2D相位导引件将其相位导引效应建立在可湿性的突然改变的基础上。这种类型的相位导引件的厚度典型地可以被忽略。这种相位导引件的实例是条带材料(例如聚合物)的式样，其在系统中具有低的可湿性，而对于前进中或者后退中的液体/空气相位而言具有高的可湿性(亦即，玻璃)。

另一方面，3D相位导引件将其相位导引效应建立在可湿性的突然改变或者几何形状的突然改变的基础上。几何效应可以是由于高度差导致的毛细压力的突然改变而引起的，或者是由于相前的前进方向的突然改变而引起。相前的前进方向的突然改变的实例是所谓的弯月面钉止效应(meniscus pinning effect)，将会参考图1来解释该效应。这种钉止效应发生在结构100的边缘。前进中的液体102的弯月面需要将它的前进方向转动特定角度(例如图1中的90°)，这在能量方面是不利的。因此，该弯月面保持被“钉止”在结构的边界处。

由P.Vulto、G.Medoro、L.Altomare、G.A.Urban、M.Tartagni、R.Guerrieri和N.Manaresi所著的“Selective sample recovery of DEP-separated cells and particles by phaseguide-controlled laminar flow”(J.Micromech.Microeng.,vol.16,pp.1847-1853,2006)一文中，公开了通过不同可湿性的多条线来实施相位导引件。诸如SU-8，Ordyl SY300、特氟龙和铂的材料用在玻璃的大块材料顶部。它还可以将相位导引件作为相同材料中的几何屏障来进行实施，或者作为材料中的凹槽来进行实施。

附图说明

以下，参考附图来更加详细地描述本发明。附图中类似或者对应的细节利用相同的附图标记来进行了标记。附图中显示了：

图1为钉止在相位导引件的边缘上的弯月面的实例；

图2为在壁和相位导引件之间的界面上的液体/空气界面的相位导引件的穿越；

图3为各种相位导引件的形状，其使得相位导引件更加稳定(b、d)或比较不稳定(a、c)；

图4为相位导引件的俯视图，以显示对于相位导引件的前进中的液体前部的穿越，其中与壁形成了一个大的界面角度和一个小的界面角度；

图5为沿着相位导引件在选定点上引起溢流的三种策略：(a)通过引入急转弯曲，(b)通过提供具有锐角的分支相位导引件，(c)通过提供具有锐角的溢流结构；

图6为没有相位导引件的死角填充(a)、(b)和具有相位导引件的死角填充(c)、(d)、(e)；

图7为利用液体来对相位导引件进行边界限制，以用于腔室的局部润湿，其中图7(a)显示了利用单一相位导引件的边界受限制的液体空间，图7(b)显示了利用两个相位导引件的容积限制；

图8为利用支撑相位导引件的图7(b)的结构，以逐步将液体操控成其最终受限制形状；