[发明专利]微流体装置中连续、电容式液体流动监测

说明书

一种包括可用液体(5)填充的微通道(11,11a)的微流体芯片(10)，该微通道(11,11a)包括一对电极(21,22,21a,22a)和该对电极(21,22,21a,22a)之间限定的液体流动路径(12)，其中每个电极(21,22,21a,22a)沿着该流动路径(12)延伸并在操作中平行于填充所述微通道(11,11a)的液体(5)的方向，以及连接到所述电极(21,22,21a，22a)中的每一个的电路并且该电路被配置为经由所述电极(21,22,21a,22a)在操作中连续地测量由连续填充流动路径(12)的液体(5)浸润的作为时间函数的电极(21,22,21a,22a)电容。

背景技术

本发明一般涉及微流体领域，具体涉及配备有电极的微流体芯片，以对芯片中的液体(例如用于即时诊断的微流体)进行测量，以及相关的系统和流量监测方法。

微流体技术涉及小体积流体的行为、精确控制和操作，这些流体通常被限制在微米长度的通道和体积通常在亚毫升范围内。微流体的突出特点来源于液体在微米长度范围内显示的特殊行为。微流体中的液体流动通常是层流。通过制造横向尺寸在微米范围内的结构可以达到远低于1纳升的体积。大尺度限制的反应(通过反应物的扩散)可以加速。最后，平行的液体流可能被精确和可重复地控制，允许在液体/液体和液体/固体界面产生化学反应和梯度。

更详细地说，微流体中典型的流体体积范围为10^-15L至10^-4L，并且通过具有10^-7m至10^-4m的典型直径的通道(或微通道)传输、循环或更一般地移动。在微观尺度上，流体的行为可以不同于更大的宏观尺度，例如表面张力，粘性能量耗散和流体阻力可能成为流体流动的主要特征。例如，在微流体中，比较流体动量和粘度影响的雷诺数可能会降低到流动行为变成层流而非湍流的程度。

另外，在微观尺度上，由于在低雷诺数流动中没有湍流，所以流体不必如微尺度那样乱流混合，并且相邻流体之间的分子或小颗粒的界面运输通常通过扩散发生。因此，某些化学和物理流体性质(例如浓度，pH值，温度和剪切力)可能变得确定。这使得可以在单步和多步反应中获得更均匀的化学反应条件和更高等级的产物。

微流体装置通常指微制造装置，其用于泵送、取样、混合、分析和计量液体。大多数微流体装置是密封的并且具有用于通过它们泵入和排出液体的入口/出口。然而，一些微流体装置(例如所谓的“微流体探针”)可以扫描表面并将表面的选定区域上的液体定位，而不需要密封流路。

用于即时诊断的微流体装置是指非技术人员、患者附近或野外以及可能在家中使用的装置。现有的即时诊断设备通常需要将样品加载到设备上并等待预定的时间直到可以读取信号(通常是光学或荧光信号)。该信号来源于(生物)化学反应并涉及样品中分析物的浓度。这些反应需要时间并且很难实施，因为它们需要最佳时机、样品的流动条件和试剂在装置中的精确溶解。反应涉及脆弱的试剂如抗体。设备中可能会产生气泡，导致测试无效。另外，设备中的碎片可能会阻塞液体流动。在液体必须以平行流动路径分流的装置中，在相同的流速下可能不会发生填充，并且这会使测试偏差或无效。另外由于制造问题，一些测试失败。

此外，用于即时诊断的微流体装置通常是不透明的(以保护试剂免受光照)并且通常太小而不允许光流监测，这将需要体积庞大且昂贵的光学系统和/或先进的图像处理算法。

代替使用主动泵送装置，微流体装置是已知的，其使用毛细作用力来移动微流体装置内的液体样品。这使得该设备操作更简单并且更便宜，因为不需要集成泵或外部泵。但是，制造过程中的微粒、污染和其他问题可能会影响毛细管填充装置。

发明内容

根据本发明的一个实施例，一种微流体芯片，其包括可用液体填充的微通道，所述微通道包括一对电极以及限定在所述电极之间的液体流动路径，其中每个所述电极在操作中沿着所述流动路径延伸并平行于填充微通道的液体的方向，以及电路，其连接到每个电极并且被配置为在操作中经由电极连续地测量连续填充流路的液体浸湿的电极的时间函数的电容。