[发明专利]使用颜色切换水凝胶的包括压力感测单元的微流体或毫流体芯片

说明书

本发明涉及微流体或毫流体芯片(1)，该微流体或毫流体芯片包括能够测量流体流动压力的至少一个压力感测单元(4)。本发明还涉及一种用于使用根据本发明的微流体或毫流体芯片(1)直接和无接触测量在微流体回路中循环的流体的局部压力的方法。

技术领域

各种示例实施方案涉及包括能够测量流体流动压力的至少一个压力感测单元的微流体或毫流体芯片。

背景技术

微流体装置的拓宽应用已增加了在那些系统中进行可靠压力感测的需要。然而，这类小流体回路中的压力感测通过源自微流体芯片的设计的特定挑战而复杂化。首先，芯片实验室布局需要将传感器完全集成到芯片中，并且因此最常见的是PDMS架构。鉴于沿短流体区段的压力变化可能较细微，传感器的灵敏度是第二挑战。

已提出了若干方法来克服这些困难，所述方法依赖于在压力下变形的软感测元件。随后通常经由电气方法(压电柱^[1]、导电液体回路^[2]、导电膨胀膜^[3])来测量此变形。这类方法需要微流体芯片连接到外部电气设备，这可能并不方便。已提出了用于检测感测元件变形的光学方法，并且克服此缺点：光栅变形^[4]、变形腔体中的干涉图案^[5]、光聚焦通过膨胀膜^[6]，或最新的纳米结构光子膨胀膜^[7]。

所有那些方法使得能够远程感测流体压力，但软变形元件在所有情况下直接联接到流动通道。压力测量所必需的软元件变形因此改变了流动几何形状。流动几何形状的此变化又更改了流动通道中的压力分布。因此，压力感测更改了其应测量的流体压力。

Orth等人所提出的观点^[6]支持这是唯一的方法，其中感测元件与流体的流动路径解联：因此，传感器的变形不会更改流体流动的通道的几何形状。

与上文所描述的其他方法相比，这是较大优势。[6]中所描述的方法使用圆形膜在所施加压力下的形变来进行压力感测，其中膜变形与所施加压力成比例。为了量化膜变形，使用反射方法，其中所捕获图像的明亮斑点的大小与膜变形相关联，并且因此与经由校准步骤的所施加压力相关联。校准对最小变化(例如以照明或图像捕获的角度)非常敏感，从而更改结果。另外，所述测量被局限于一个斑点，并且因此所述方法的分辨率保持受限，并且限于高于10kPa的压力。此处所提出的方法依赖于稳健校准，其中可以使颜色的变化直接与所施加压力相关联，并且另外，可在感测单元中显示的颜色上进行空间求平均值，从而与上文所描述的方法相比，使得分辨率显著提高，并且接近更小的压力(即降至2kPa)。

发明内容

为了解决先前提及的缺点，申请人已研发出微流体或毫流体芯片的第一实施方案，所述微流体或毫流体芯片包括：微流体回路，具有嵌入式流动通道，流体循环通过所述嵌入式流动通道，并且将沿所述嵌入式流动通道测量流体流动压力；和至少一个可分离压力感测单元，定位在所述主流动通道远端。

更具体地，根据第一实施方案的本发明的第一目标包括能够测量流体压力的可分离感测单元，其特征在于，其包括由液体密闭材料制成(例如由模制PDMS或玻璃制成)的两个层和膜，

其中所述两个层中的至少一个由也是透光的材料制成，

其中所述膜对于待表征的所述流体(在通道中循环)不能够渗透，并且能够在由所述流体施加的压力下变形，

其特征在于，根据以下配置来布置所述层和所述膜：

·一个层是包括上部腔体的顶层，

·另一层，为包括一个下部腔体的底层，所述下部腔体形成在其表面处，并且面向所述顶层的所述上部腔体，所述下部腔体含有浸没在缓冲水溶液中的光子水凝胶板坯。

·所述膜使所述顶层与所述底层分离。