流控结构、装置、方法和仪器配置的方法
阅读：366发布：2020-10-17
专利汇可以提供流控结构、装置、方法和仪器配置的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 流体 处理结构，它包括：用以控制结构内的流体流动的致动区(03，08)；和致动区(03，08)内的多个致动部件(09，11，12，13)；其中致动区(63，68)构成并布置为触发或控制多个致动部件(09，11，12，13)中的每一个。流体处理结构包括：流体通道(204)；和可 变形 材料(202)；其中微流控通道至少部分地由可变形材料(202)界定。流控装置包括：至少一个通道(403)，其限定了 电磁波 行进的路径。执行仪器功能的方法，该方法包括：将插入件联接于仪器，该插入件包括实现执行功能的程序代码、数据、或指令中的一个或多个。，下面是流控结构、装置、方法和仪器配置的方法专利的具体信息内容。
1.一种流体处理结构，包括：
实现控制该结构内的流体流动的致动区；和
在该致动区内的至少一个致动部件；
其中该致动区被布置以触发或控制所述至少一个致动部件。
2.如权利要求1所述的结构，其中所述致动区包括用以控制装置内的 流体流动的控制器。
3.如权利要求2所述的结构，其中所述控制器可以电磁地、机械地、 液压地、利用声学方式、或利用压电方式而操作。
4.如权利要求1-3中的任一项所述的结构，其中所述致动部件包括一 个或多个：注入泵、直列泵；开/关阀或变流阀、单向阀、和其它流体处理结 构、或它们的组合。
5.如权利要求1-4中的任一项所述的结构，其中还包括：至少一个流 体通道、槽、或其它与每个致动部件相关联的流体处理结构。
6.如权利要求1或4-5中的任一项所述的结构，其中至少部分致动区 包括可移动或可变形材料。
7.如权利要求6所述的结构，其中所述可变形材料构成和布置为在施 压条件下改变形状，能够从预定的几何形状改变形状到另一个预定的几何形 状，并且然后通过应用、移除和/或反转激励而恢复到预定形状，其中所述激 励包括手动的、热的、电的、机械输入的、气动的、液压的、磁的或它们的 组合。
8.如权利要求5所述的结构，其中所述致动部件包括：在由同一致动 区施加的相对冲程上操作的至少两个直列泵，由此在致动区的正向循环和反 向循环上提供泵送作用。
9.如权利要求5所述的结构，其中多个流体通道交叉。
10.如权利要求5所述的结构，其中多个开/关阀或可变阀与流体通道相 关联，并且每个阀构成和布置为顺序致动，因此由单个致动区触发时产生泵 送作用。
11.如权利要求1所述的结构，其中还包括：
用以控制所述结构内的流体流动的附加致动区；
在所述附加致动区内的至少一个致动部件；和
其中所述致动区和所述附加致动区相互流体连通；并且
其中所述附加致动区被布置以触发或控制每一个附加致动部件。
12.如权利要求1-11中的任一项所述的结构，其中还包括：柔性膜和 半透膜中的至少一个。
13.如权利要求5-11中的任一项所述的结构，还包括与至少一个流体 通道或腔流体连通的半透膜。
14.如权利要求13所述的结构，其中所述半透膜具有小于0.9μm的孔 径尺寸，优选地小于0.5μm并且最优选地小于0.2μm。
15.如权利要求13所述的结构，其中所述半透膜允许气体通过，而液 体相对不可渗透通过所述半透膜。
16.如权利要求1-15中的任一项所述的结构，其中所述流体处理结构 是微流控结构。
17.如权利要求13所述的结构，其中几何结构被用于限制流进或流出 与所述半透膜流体连通的通道或腔，以分离混合的流体介质。
18.如权利要求17所述的结构，其中所述几何结构是一个或多个调节 阀。
19.如权利要求13所述的结构，其中一个或多个调节阀与所述通道或 腔流体连通，以允许储存和或装载流体直到施加压力以释放减压阀。
20.如权利要求19或20所述的结构，其中所述调节阀由分离两个流体 处理结构的可变形层形成。
21.一种流体处理结构，包括：
用以实现控制所述结构内的流体流动的致动区；
流体腔或通道中的至少一个；
形成所述流体腔或通道的至少一个边界的半透膜，所述半透膜布置以允 许控制流体通过并流进所述流体腔或通道，由此促进、限制、或停止所述流 体腔或通道内的流体流动。
22.如权利要求21所述的结构，其中所述控制流体包括液体、气体、 或它们的组合。
23.如权利要求21或22所述的结构，其中还包括：形成所述流体腔、 通道、或流控网络的第二边界的第二半透膜。
24.如权利要求21-23中的任一项所述的结构，其中还包括：构成和布 置为迫使所述控制流体流进所述流体腔或通道的可变形结构。
25.如权利要求21-23中的任一项所述的结构，其中所述控制流体由来 自流体处理结构外的动力源的液压力或气动力操纵。
26.一种再循环流体网络，包括：
入口；
泵或阀中的至少一个；和
除泡器。
27.如权利要求26所述的流体网络，还包括至少一个检测腔。
28.如权利要求26或27所述的流体网络，还包括至少一个半透膜，其 与入口端口和除泡器中的至少一个相关联。
29.如权利要求26-28中的任一项所述的流体网络，其中还包括至少一 个减压结构，其构成和布置以防止在所述网络的其它部分内起泡。
30.如权利要求26-29中的任一项所述的流体网络，其中还包括至少一 个分流混合器。
31.多个互连的流体网络，其中流体网络中的至少一个包括可选地依据 权利要求26-30中的任一项构成的流体网络。
32.如权利要求31所述的多个互连的流体网络，其中每个网络包括输 出，并且所述多个流体网络中的至少一个的所述输出输送到所述多个流体网 络中的另一个的输入。
33.依据权利要求21-32中的任一项构成的一个或多个流体网络，还包 括控制器，所述控制器包括构成和配置为用于与所述至少一个流体网络流体 连通的外部装置。
34.如权利要求33所述的一个或多个流体网络，其中所述控制器包括 可拆卸的卡，它是所述流控装置的可选件，所述卡包括可配置的与所述至少 一个流体网络相连的气动互连。
35.如权利要求33或34所述的一个或多个流体网络，其中所述控制器 构成和布置以提供针对存在于一个或多个流体网络中的多个致动部件的共 用控制作用。
36.一种流体处理结构，包括：
流体通道；和
可变形材料；
其中，所述流体通道至少部分地由可变形材料界定，并且可变形材料被 布置以在所述通道内产生限制。
37.如权利要求36所述的结构，其中所述可变形材料被布置以在所述 通道内基于致动产生行进流体波。
38.如权利要求36所述的结构，其中力被相对于所述通道方向纵向地 施加到柔性材料。
39.如权利要求36所述的结构，还包括刚性基底，并且所述流体通道 至少部分地形成在所述刚性基底内。
40.如权利要求36-39中的任一项所述的结构，其中所述柔性材料被配 置和布置为在沿所述通道的至少一个位置处施加力到所述流体。
41.如权利要求40所述的结构，其中所述柔性材料被配置和布置为在 沿所述通道的多个位置处施加力到所述流体。
42.如权利要求39所述的结构，其中所述刚性基底不包括硅。
43.如权利要求39-42中的任一项所述的结构，其中所述基底包括多个 层。
44.如权利要求39-43中的任一项所述的结构，其中所述结构不利用电 磁机制来产生流体波。
45.如权利要求36-44中的任一项所述的结构，其中所述流体通道和所 述可变形材料均具有横截面尺寸，并且所述柔性材料的横截面尺寸小于所述 流体通道的横截面尺寸。
46.如权利要求36-44中任一项所述的结构，其中所述流体通道和所述 可变形材料均具有横截面尺寸，并且所述柔性材料的横截面尺寸大于所述流 体通道的横截面尺寸。
47.如权利要求36-46中任一项所述的结构，其中所述可变形材料包括： 聚合物材料、弹性体材料、金属、玻璃、或复合材料。
48.如权利要求47所述的结构，其中所述可变形材料包括一种或多种 以下物质：热塑性弹性体、聚(二甲基硅氧烷)、腈类、聚氨酯、硅酮、聚 异戊二烯、聚丁二烯、聚氯丁二烯、聚异丁烯、或聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙 烯)。
49.如权利要求36所述的结构，其中所述可变形材料构成为在激励作 用下改变形状，所述激励包括一个或多个以下激励方式：机械力、液压力、 气动力、热激励、磁激励、或电激励。
50.如权利要求36-49中的任一项所述的结构，还包括一个或多个：扩 散式喷嘴、阀、定向流动抑制结构、和分级的通道限制、单向阀、或一个或 多个带轮廓表面。
51.如权利要求36-50中的任一项所述的结构，其中所述可变形材料配 置有垫圈或O-型圈几何形状。
52.如权利要求36-51中的任一项所述的结构，其中提供在所述基底内 的至少部分所述流体通道包括带轮廓表面。
53.如权利要求36-52中的任一项所述的结构，其中还包括：致动器， 其被构成和布置为接合所述可变形材料，所述致动器包括一个或多个：球形 物、轴承组件、销、活塞、摆动板、凸轮、刮片、和操作员的手指。
54.如权利要求53所述的结构，其中所述致动器通过下面的一个或多 个驱动：静电致动、电致动、电阻元件致动、光致动、压电致动、电磁致动、 气动致动、液压致动、或磁力致动。
55.如权利要求36-39中的任一项所述的结构，其中所述流体通道完全 由所述可变形材料限定。
56.一种流控装置，包括至少一个通道，其限定了用于电磁波的行进的 路径。
57.如权利要求56所述的装置，其中所述路径相对于所述通道的至少 部分长度大体上为纵向。
58.如权利要求56所述的装置，其中所述路径大体上垂直于或横向于 所述通道的至少部分长度。
59.如权利要求56所述的装置，其中所述通道具有垂直路径和纵向路 径，用于分离的或同步的电磁波传播。
60.如权利要求56所述的装置，其中所述电磁波至少包括如下的至少 一个：可见光、紫外光、微波、无线电波、X-射线、和γ射线。
61.如权利要求56所述的装置，其中还包括被构成和布置为能够透射、 反射、折射、改变或分离所述电磁辐射的电磁辐射部件中的至少一个。
62.如权利要求61所述的装置，其中所述部件包括如下的一个或多个： 扩散器、at型透镜、棱镜、反射表面、变折射率表面涂层、衍射光栅、反射 器、滤光器、或准直器。
63.如权利要求59-62中的任一项所述的装置，其中所述装置包括多个 层。
64.如权利要求59-63中的任一项所述的装置，其中所述装置至少部分 由聚合物形成。
65.如权利要求59-64中的任一项所述的装置，其中所述通道通过在整 块的装置中移除或替换所述装置的材料、或完全切割穿过所述装置的层而形 成。
66.如权利要求59-65中的任一项所述的装置，其中包括沿所述路径设 置的光重定向元件。
67.如权利要求59-66中的任一项所述的装置，其中包括设置在所述通 道的相对侧或相对端部的成角度的反射表面，用于在基本垂直的和水平方向 之间重定向光路。
68.如权利要求67所述的装置，其中还包括：
第一和第二非流体波导管；
第一倾斜反射表面，设置在所述第一非流体波导管的端部，用于在基本 水平的方向和垂直的方向之间重定向光路；
第二倾斜反射表面，设置在所述第二非流体波导管的端部，用于在基本 水平的方向和垂直的方向之间重定向光路；
69.如权利要求68所述的装置，其中某些或全部的波导管为容纳流体 的通道。
70.如权利要求68所述的装置，其中还包括：
第一透射窗，构成和布置为允许所述电磁波在所述第一非流体波导管和 所述通道之间传播；和
第二透射窗，构成和布置为允许所述电磁波在所述第二非流体波导管和 所述通道之间传播。
71.如权利要求59-70中的任一项所述的装置，其中还包括设置在所述 通道的至少一部分上的反射涂层。
72.如权利要求71所述的装置，其中所述反射涂层被热冲压在所述通 道的表面上。
73.如权利要求63-64中的任一项所述的装置，其中还包括结合到所述 装置的层内的折射部件；
74.如权利要求73所述的装置，其中所述折射部件包括透镜、棱镜或 准直器中的至少一个。
75.如权利要求63-64中的任一项所述的装置，其中还包括结合到所述 装置的层内的衍射部件。
76.如权利要求59-75中的任一项所述的装置，其中还包括至少一根光 纤，其被构成和布置为允许电磁辐射在光纤和所述通道之间的传播。
77.如权利要求76所述的装置，其中所述至少一根光纤包括一束光纤。
78.如权利要求59-77中的任一项所述的装置，其中所述装置至少部分 地以卡的形式配置。
79.一种布置，其包括：
如权利要求56-98中的任一项所述的流控装置；
电磁能量源；和
电磁能量检测器。
80.如权利要求81所述的布置，其中所述电磁能量源和所述电磁能量 检测器都垂直于所述通道。
81.如权利要求80所述的布置，其中所述流控卡包括调节元件，用以 调节所述电磁波。
82.如权利要求79-81中的任一项所述的布置，其中所述检测器构成和 布置以分析在所述电磁波和容纳在所述通道内的流体之间的干扰的比色响 应、磷光响应、磷光响应、吸收响应、或透射响应。
83.一种采用仪器执行功能的方法，所述方法包括：
将插入件关联于所述仪器，所述插入件包括实现执行所述功能的程序代 码、数据、或指令中的一个或多个。
84.如权利要求83所述的方法，其中所述仪器包括：数字万用表、示 波器、频谱仪、化学分析仪、生物分析仪、DNA测序仪、压力传感器、温 度传感器、pH传感器、电化学分析装置、移动电话、计算机、个人数字助 理或数字多媒体播放器。
85.如权利要求83或84所述的方法，其中所述插入件包括：传感器、 盒、卡带、微流控装置、闪存卡、记忆棒、智能卡、印制电路、或其它记忆 存储部件。
86.如权利要求83-85中的任一项所述的方法，其中所述程序代码、数 字或指令中的一个或多个在插入件中被编码为一个或多个：电极连接、电阻 值、集成电路、光可读代码、磁可读代码、或机械可读代码。
87.如权利要求83-86中的任一项所述的方法，其中包括带有通用子程 序的所述仪器并提供给所述插入件一个或多个应用专有的程序数据或操作 数据。
88.如权利要求83-87中的任一项所述的方法，其中所述插入件是配置 用于一种或多种使用的一次性消耗品。
89.如权利要求83-88中的任一项所述的方法，其中所述插入件包括一 个或多个授权信息，其允许用户访问远程特性、用户数据、工厂设置、标定 信息、装置使用数据、所收集的数据、传感器数据、时间和日期信息、位置 信息、生产数据、质量控制数据、跟踪数据、软件升级代码、和/或其它信息。
90.如权利要求83-89中的任一项所述的方法，其中还包括在执行所述 功能之前、期间或之后将数据写入所述仪器或插入件。
91.如权利要求87所述的方法，其中在所述仪器中的所述通用子程序可 操作用以执行如下动作中的一个或多个：请求数据；选择采集通道；控制泵 送；控制阀的切换；设置温度；用户图形界面配置；和实现用于特定应用的 仪器操作的插入件的程序代码、数据或指令中的一个或多个。
92.如权利要求83-91中的任一项所述的方法，其中还包括：将实现所 述功能的特性的某些或全部代码、数据或指令从所述插入件传送到位于所述 仪器中的易失性存储器内，在所述插入件中仅保留识别、数据存储和数据读 取功能，并且一旦从所述仪器移除所述插入件或所述仪器关闭则破坏驻留在 所述插入件中的某些或全部的操作代码、数据或指令。
93.一种配置用于仪器以执行功能的插入件，所述插入件包括实现执行 所述功能的程序代码、数据或指令中的一个或多个。
94.如权利要求93所述的插入件，其中所述插入件包括：传感器、盒、 卡带、微流控装置、闪存卡、记忆棒、智能卡、印制电路、或其它记忆存储 部件。
95.如权利要求93或94所述的插入件，其中所述程序代码、数据或指令 中的一个或多个在所述插入件内被编码为：电极连接、电阻值、和集成电路、 光可读代码、磁可读代码、或机械可读代码。
96.如权利要求93-95中的任一项所述的插入件，其中所述插入件是配 置用于一种或多种使用的一次性消耗品。
97.如权利要求93-96中的任一项所述的插入件，其中所述插入件包括 一个或多个授权信息，其允许用户访问远程特性、用户数据、工厂设置、标 定信息、装置使用数据、所收集的数据、传感器数据、位置信息、时间和日 期信息、生产数据、质量控制数据、跟踪数据、软件升级代码、和/或其它信 息。
98.一种组合，包括如权利要求93-97中的任一项所述的插入件，和仪 器。
99.如权利要求98所述的组合，其中所述仪器包括：数字万用表、示波 器、频谱仪、化学分析仪、生物分析仪、DNA测序仪、压力传感器、温度传 感器、pH传感器、电化学分析装置、移动电话、计算机、个人数字助理或数 字多媒体播放器。
100.如权利要求98或99所述的组合，其中所述仪器包括通用子程序， 并且所述插入件包括针对具体应用的程序执行或操作数据中的一个或多个。
如权利要求100所述的组合，其中在所述仪器中的所述通用子程序 可操作用以执行如下动作中的一个或多个：请求数据、选择采集通道、控制 泵送、控制阀的切换、设置温度、用户图形界面配置、和实现用于特定应用 的仪器操作的插入件中的程序代码、数据或指令中的一个或多个。
一种升级仪器的软件或固件的方法，所述方法包括：将插入件关 联于所述仪器；并传送程序代码、数据或指令中的一个或多个到所述仪器， 从而完成所述升级。
如权利要求102所述的方法，其中所述仪器包括：数字万用表、示 波器、频谱仪、化学分析仪、生物分析仪、DNA测序仪、压力传感器、温度 传感器、pH传感器、电化学分析装置、移动电话、计算机、个人数字助理或 数字多媒体播放器。
如权利要求102或者103所述的方法，其中所述插入件包括传感器、 盒、卡带、微流控装置、闪存卡、记忆棒、智能卡、印制电路、或其它记忆 存储装置。
如权利要求102-104中的任一项所述的方法，其中所述程序代码、 数据或指令中的一个或多个在所述插入件内被编码为一个或多个：电极连 接、电阻值、和集成电路、光可读代码、磁可读代码、或机械可读代码。
如权利要求102-105中的任一项所述的方法，其中所述插入件是配 置用于一种或多种使用的一次性消耗品。
如权利要求102-106中的任一项所述的方法，其中所述插入件包括 一个或多个授权信息，其允许用户访问远程特性、用户数据、工厂设置、标 定信息、装置使用数据、所收集的数据、传感器数据、位置信息时间和日期 信息、生产数据、质量控制数据、跟踪数据、软件升级代码、和/或其它信息。
技术领域
本发明总的涉及操作流体流动的结构、装置和方法，流体可选地在具有 大致小于10毫米但通常小于1毫米的至少一个尺寸的结构内流动。更特别地， 本发明涉及允许在外部对装置内的流体进行处理的多种流体处理结构。单个 致动器可以作用于多于一个的流体处理结构。流体处理方案可以涉及使用可 移动部件、电极和半透膜或它们的组合。可变形部件可以直接变形为流体处 理结构，或间接地作为流体处理结构的部分，以引起或防止流体处理部件内 的压力或形状改变。气体渗透膜能够用以限制一些结构内的流体流动，这些 结构用于泵送、阀控、化学存储和注入、过滤、或脱气。
本发明还总的涉及采用可变形或可移动的部件操纵流体流动的结构、装 置和方法，流体可选地在具有大致小于10毫米但通常小于1毫米的至少一个 尺寸的结构内流动。更特别地，本发明涉及包括可变形部件的流体处理结构， 该可变形部件可用作泵或阀。可变形部件可以采用多种方式起作用，例如它 可以变形为流体处理结构，或作为流体处理结构的部分，以产生限流、或增 大压力、或引起所容纳的流体的流动。
本发明另外地总体上涉及用于制造流动单元(flowcell)的装置和方法， 该流动单元用于在包括用于流体流动并且可选地具有大致小于10毫米但通 常小于1毫米的至少一个尺寸的结构的装置中进行测量。更特别地，本发明 涉及亚毫米级装置和结构及制造这些装置和结构的方法，该装置和结构便于 测量电磁波与其中流动的流体的相互作用(interaction)。
本发明还总的涉及用于软件和数据处理的系统和方法，并且更特别地， 涉及用于通过使用可以主要用于其它目的一个或多个插入件升级、配置或向 某装置传送信息的系统和方法。
发明背景
下文讨论了某些结构和/或方法。但是，下面的讨论不应解释为承认这些 结构和/或方法构成了现有技术。这里申请人保留声明这些结构和/或方法并 不作为现有技术的权利。
用于流体操作的文献和方法
开发用于流体分析的微尺度系统已经引起了越来越多的兴趣。由于提供 小型化的优点，这些开发已经在进行中。特别地，在自动化、复现性、速度、 成本和尺寸方面，能够通过传统实验室设备获得性能的提升。这一快速成长 的领域包括微全分析系统(μTAS)，或“芯片试验室(lab on a chip)”装置。 大部分这些早期的工作是使用在70年代和80年代开发的用于半导体工业的 已有的技术在硅基底或玻璃基底上进行。
已经有许多不同的泵送和阀控方案集成到小型化装置中。最简单的方案 是毛细芯吸(capillary wicking)，利用表面张力使流体在合适的毛细环境中 流动。但是，在合适成形的毛细管中，这种技术汲取样品的能力有限。电动 流动是另一种常用的技术，但由于表面电荷与流体相互作用以及焦耳热的缘 故而在基底和流体介质选择方面受到限制，并且由于使用高驱动电压，对于 许多便携式诊断应用是潜在的危险。电动流动也能够用于在不能承受电动泵 送的连接通道中引起流动，见美国专利No.6012902；但是，同样的电动局限 性仍存在于电活性区和系统驱动电压。
就通用性而言，压力驱动泵是用于流体输送的优选方法。但是，迄今为 止，集成到微装置的压力泵要求相对较为复杂的仪器系统(instrumentation system)，以控制操作该微装置的致动器。在美国专利公开 No.US2002/0148992、6619311、US2004/0209354A1和6408878中描述的气动 操作及美国专利No.6073482的压电驱动微泵能够看到这种类型方法的实例， 在许多情况中，这种仪器的需求限制了装置的使用，使其需要符合辅助仪器 的尺寸和成本的限制。在已知装置的操作中的另一个固有问题是流体处理操 作固有的低效率及可靠性问题。带有可变形膜的通道易于产生泄露，这是因 为需要使可移动部件与通道尺寸一致。而且，在微装置上需要复杂集管和大 的面积，以进行复杂的流体操作。
另外，与微装置集成为一体的压力泵典型地具有复杂三维几何形状，其 带有多个单向阀，单向阀制造复杂并因而存在可靠性问题。在美国专利 No.5718567和6073482中能够看到采用聚合物材料的这种类型的几何形状的 实例。美国专利No.6619311和美国专利申请公开US2002/0148992A1已经公开 了采用多层聚合物薄膜的类似的三维膜基阀门拓朴(three dimensional membrane-based valve topologies)。但是，结构的总体相对复杂性和对于气动 操作的要求引起了与联接和交接相关的问题，并且它们的应用被限制到能够 提供气压源(pneumatic supply)的应用中。
美国专利No.6408878提供了较简单的阀设计，其提出在弹性体内的微流 控通道铸件(micro fluidic channels cast)。要求在弹性体内存在第二通道或结 构，以允许通常通过气动力实现的致动引起的偏流进入第一通道。这种技术 不适于大规模生产，因为需要在弹性体内形成微结构，即所提出的多阶段铸 型方法是一种缓慢的批处理的过程。
已经使用电可变形膜在小型化硅装置中制造出了行波泵，见美国专利 No.5705018和5096388。但是由于所使用的材料，及所要求的特殊处理，该 生产方法局限于批处理的半导体制造过程，造价相对昂贵。美国专利 No.6408878公布了一种聚合物多阀门泵，其通过使用三个或多个交替变形到 流体通道内的阀门而产生蠕动型运动以给出伪行波，但该制造也局限于批处 理的工序。
许多便携的和低成本的应用所要求的是提高装置效率以及简化或减小 辅助仪器的尺寸和成本的方法。现有技术中所描述的装置和方法并未提供用 于小尺寸泵送、阀控和其它流体操作的高效、易用、小型、重量轻、本质上 可靠或对于高产量大批量生产是可变量的(scaleable)的方法。
可选的测量装置和方法
微流控装置的可用性的关键在于分析其所包括的流体特性的能力。许多 方法和技术被用于测量包括电磁辐射干扰的这些特性，例如光学，以及相应 的检测策略。这些基于吸收、传输和发光(磷光和荧光)的测量在这些装置 所使用的小尺度范围存在问题。这些问题大部分是由于苛刻的尺寸限制、减 小的路径长度和减小的流体体积所引起的非常小的信号响应造成的。
毛细管和微流控的基于光学的检测技术典型地采用了自身具有波干扰 元件以聚焦光子进入流控装置(fluidic device)的小的腔室或通道的仪器。 这些技术的问题包括：由于小的流控尺寸而引起对齐困难；所使用的部件尺 寸；在例如荧光的实例中，由于从聚焦光学器件的流控源到它们的聚焦区之 间的距离所产生的信号损耗。另一种改进这些前述限制的方法是在与流控元 件相同的部分中集成光学元件。
带有集成的光学部件的微流控装置的实例见美国专利No.6100541中的 描述。这里光学部件被集成到本体结构内，邻近本体结构内的微通道。其中 描述了带有邻近于微流控通道的集成的棱镜的聚合物结构。
为了在这样小的尺度(通常小于10mm)内测量大的流体变化，通常认 为增加路径长度能够改进检测器响应。在基于传输和吸收的检测中，信号响 应正比于流过流体的路径长度(比尔定律，Beer′sLaw)。同样，如同采用发 光测量的情况一样，用更多的发光指示器(light emitting reporter)能够产生 更好的信号。例如，在毛细电泳法中，已知使用“Z单元(Zcell)”构造来增 加光路长度，可改进检测效果。
已知使用光纤耦接和硅或玻璃蚀刻技术，在微流控装置中设置增加了路 径长度的检测器单元。这些制造过程通常造价昂贵，并不适用于一次性装置 的大批量生产。在美国专利Nos.5599503和6490034中公开了这种装置的实 例，其提供了用于制造带有用于吸收UV或可见辐射的检测器单元的微流控 装置的方法。入口或出口辐射通过成角度的入口或出口壁的反射而被沿微流 控装置的通道重定向，所述反射采用(美国专利5599503)或不采用(美国 专利No.6490034)多次反射。所述系统使用硅刻蚀技术制造。但是，基于硅 制造一次性微流控装置在商业上具有挑战性，特别是采用这种特定的基底种 类带来固有的高的单价和明显的低的单位容积。
一种用以使光辐射沿通道轴向纵向地通过的替代方法公开在美国专利 No.6224830中。所述装置产生横跨流控通道的多次传送，以在小的检测器区 (小于200μm)中增加吸收。但是，这种技术的根本的问题在于由于多次反 射所导致的光能损失及材料的边界跃迁限制了流体检测单元的尺寸和灵敏 度。
通常将光耦合到流控装置的办法是采用直接与流控集管接口的光纤。这 些集管通常从单个的整块材料机械加工而成，并因此极大限制了它们几何形 状。微流控装置通常由多层材料制成，形成复杂的流控集管。这种多层设计 在耦接光纤至流控通路时会引起耦接和对齐的困难。美国专利No.6867857公 开了用于基于聚合物的微流控装置的方法，并且涉及利用光纤端口将多层流 控装置耦接至外部流动单元。但是，这种方法针对每个部分采用分离的制造 过程，并引起了对齐和无用容积的问题，并增加了装置尺寸和单位成本。
一种针对先前描述的基于硅的反射器的类似的方法提供在美国专利 No.6900889中，其中公开了用于荧光点光源检测的聚合物微流控装置。所公 开的方法使激光穿过沿横跨微通道的长度的轨迹，以在聚合物微流控装置所 容纳的流体中激发荧光标记物。然后标记物发出的光穿过微通道的盖被检测 到。这种技术不需要激光束沿通道扫描以检测荧光标记物。但是，该方法采 用了与微流控装置分离的光检测构件或反射表面。而且，所述装置不适用于 基于传输和吸收的测量，因为它并未提供用于在光穿过样品流体后恢复或测 量其光特性的机制。另一个限制在于系统仅提供用于检测垂直于流控通道辐 射的点光源(指示器)。这进一步限制了该项技术，因为点光源信号响应缓 慢，且没有能力通过聚光增加信号(并由此增强灵敏度)。
美国专利No.6906797描述了带有反射通道的聚合物微流控装置，反射通 道用于引导光穿过多个通道，以进行荧光点检测。由于横跨通道的宽度进行 测量，因此这项技术与前述实例的方式类似地受限于它的信号响应，并且因 为光与流控通道的分离而使光穿过不同的媒质，进一步导致光损。而且，没 有方法来聚集从点光源发出的信号。
上述的现有技术中的装置和方法并没有提供用于在微流控装置中实现 适当的吸收、传输和荧光检测的低成本的集成方法。本发明满足了对于低成 本聚合物装置的需求，所提供的装置在流动单元内具有提高的光学特性，其 具有本质上的可靠性和对于高产量大批量生产的可变量性。
仪器配置方法
已经有多种不同类型的仪器。例如，某些类型的仪器是控制试验或从正 在被测试的环境、单元或材料中收集信息的装置。其它的仪器可以执行数据 分析或数据处理，包括向用户显示或数据存储。仪器的实例包括：数字万用 表；示波器；DNA测序仪；压力传感器；温度传感器；pH传感器，而还可 以包括任何能够利用插入件操作的装置，并且例如可以包括：移动电话；计 算机；个人数字助理(PDAs)；数字音乐播放器等。
插入件是可移除或可连接的装置，其可以是传感器、盒、卡带，例如与 仪器例如通过向它提供某些功能性而协同工作的微流控装置。插入件可以例 如是记忆棒、智能卡、或刚性或柔性印制电路。
插入件通常设计用于特定的目的，或例如全血代谢物监测、对矿物样品 的电化学分析或从细菌进行DNA放大的目的，这里仅指出几个这样的特定目 的。如果仪器专用于特定的应用和传感器类型，则所有必需的程序操作程序、 或实例协议都能够包括在仪器内，而不需要进行芯片上识别(on-chip recognition)来区分可插入装置，因为它们都相同。
但是，当在同一仪器中使用了多种类型的插入件时，仪器必须区别每个 插入件，使得对插入件和/或它的内含物物理地、化学地和/或电气地执行正 确的协议。
通常，由用户选择使用了哪种插入件，或手动配置仪器以使用每个插入 件。或者，插入件本身向仪器指明自己的功能。通常通过使用序列号或产品 编码实现，然后仪器参考其内部的程序代码用以建立适合的用于特定插入件 类型的应用协议(例如，图51和图52)。通常，已经采用许多不同的格式对 这种信息编码，包括：通过电极连接、电阻值或集成电路的电气编码；通过 条形码的光学编码；通过磁条的磁性编码；及机械编码。对于微流插入件， 美国专利No.6495104描述了编码信息的标准方法，以向仪器指明芯片功能。
这种指示的缺点在于仪器软件仍需要包括用于装置操作的全部程序信 息。因此仪器需要在离开生产厂家之前包括用于可能的应用的全部代码，或 在销售之后需要提供每个新的应用的软件升级包。同样，在销售之后，需要 软件升级方面的支持，用于修正软件缺陷，如对于科学仪器经常遇到的，需 要新的标定或运行数据方面的支持。
通常，这些升级以磁盘上或CD-ROM上的新的软件版本或升级补丁包的 形式提供给用户。这通常仅针对主要的更新或升级，因为频繁发布升级介质 及要求用户安装新的升级被认为是有问题的。随着万维网安装的发展，只要 仪器连接到适合的网络，就能够进行远程升级。
为新的仪器应用提供单个升级的另外的缺点在于提供新的应用程序和 相关安装包的开发成本。这样的升级方法也会引入程序错误或系统中断的可 能性，这是由于软件自身代码复杂性的增加、以及多次升级和未完成的序列 历史(sequence history)导致的潜在的不兼容性。另外，允许仪器以这种方 式升级也使仪器对未授权的“入侵(hacking)”行为开放，这对于制造商或销 售商会带来另外的可靠性和保修问题。
此外，不管是用物理磁盘或通过包括电子邮件和因特网的远程手段来进 行升级服务传递，存在额外的涉及到传递的成本和技术问题的输送方面的考 虑。
现有技术中在仪器上保留整个程序代码的方法的缺点在于，在一个程序 中包括所有的仪器操作协议具有固有的安全性风险。完全地在仪器中放置仪 器的程序操作意味着反向工程可能更为容易，允许未授权使用仪器，和/或利 用第三方插入件进行操作，或甚至复制整个仪器。
软件保护的传统方法包括使用序列号、远程许可服务和/或文件、和保护 器(dongle)保护。但是，这些方法不能禁止熟练的操作人员访问板载应用 程序以操作仪器或使用外部插入件。一个绕过程序授权代码的实例是“入侵” 程序，并绕过授权代码询问，从而允许未经授权的完全程序操作。
本发明描述了新的方法和系统，以通过确保某些或全部的升级数据、程 序代码、试验数据、或相关信息被保持在插入件内而克服上述局限性。
用于流体操作的文献和方法
开发用于流体分析的微尺度系统已经引起了越来越多的兴趣。由于提供 小型化的优点，这些开发已经在进行中。特别地，在自动化、复现性、速度、 成本和尺寸方面，能够通过传统实验室设备获得性能的提升。这一快速成长 的领域包括微全分析系统(μTAS)，或“芯片试验室(lab on a chip)”装置。 大部分这些早期的工作是使用在70年代和80年代开发的用于半导体工业的 已有的技术在硅基底或玻璃基底上进行。
已经有许多不同的泵送和阀控方案集成到小型化装置中。最简单的方案 是毛细芯吸(capillary wicking)，利用表面张力使流体在合适的毛细环境中 流动。但是，在合适成形的毛细管中，这种技术汲取样品的能力有限。电动 流动是另一种常用的技术，但由于表面电荷与流体相互作用以及焦耳热的缘 故而在基底和流体介质选择方面受到限制，并且由于使用高驱动电压，对于 许多便携式诊断应用是潜在的危险。电动流动也能够用于在不能承受电动泵 送的连接通道中引起流动，见美国专利No.6012902；但是，同样的电动局限 性仍存在于电活性区和系统驱动电压。
就通用性而言，压力驱动泵是用于流体输送的优选方法。但是，迄今为 止，集成到微装置的压力泵要求相对较为复杂的仪器系统(instrumentation system)，以控制操作该微装置的致动器。在美国专利公开 No.US2002/0148992、6619311、US2004/0209354A1和6408878中描述的气动 操作及美国专利No.6073482的压电驱动微泵能够看到这种类型方法的实例， 在许多情况中，这种仪器的需求限制了装置的使用，使其需要符合辅助仪器 的尺寸和成本的限制。在已知装置的操作中的另一个固有问题是流体处理操 作固有的低效率及可靠性问题。带有可变形膜的通道易于产生泄露，这是因 为需要使可移动部件与通道尺寸一致。而且，在微装置上需要复杂集管和大 的面积，以进行复杂的流体操作。
另外，与微装置集成为一体的压力泵典型地具有复杂三维几何形状，其 带有多个单向阀，单向阀制造复杂并因而存在可靠性问题。在美国专利 No.5718567和6073482中能够看到采用聚合物材料的这种类型的几何形状的 实例。美国专利No.6619311和美国专利申请公开US2002/0148992A1已经公开 了采用多层聚合物薄膜的类似的三维膜基阀门拓朴(three dimensional membrane-based valve topologies)。但是，结构的总体相对复杂性和对于气动 操作的要求引起了与联接和交接相关的问题，并且它们的应用被限制到能够 提供气压源(pneumatic supply)的应用中。
美国专利No.6408878提供了较简单的阀设计，其提出在弹性体内的微流 控通道铸件(micro fluidic channels cast)。要求在弹性体内存在第二通道或结 构，以允许通常通过气动力实现的致动引起的偏流进入第一通道。这种技术 不适于大规模生产，因为需要在弹性体内形成微结构，即所提出的多阶段铸 型方法是一种缓慢的批处理的过程。
已经使用电可变形膜在小型化硅装置中制造出了行波泵，见美国专利 No.5705018和5096388。但是由于所使用的材料，及所要求的特殊处理，该 生产方法局限于批处理的半导体制造过程，造价相对昂贵。美国专利 No.6408878公布了一种聚合物多阀门泵，其通过使用三个或多个交替变形到 流体通道内的阀门而产生蠕动型运动以给出伪行波，但该制造也局限于批处 理的工序。
许多便携的和低成本的应用所要求的是提高装置效率以及简化或减小 辅助仪器的尺寸和成本的方法。现有技术中所描述的装置和方法并未提供用 于小尺寸泵送、阀控和其它流体操作的高效、易用、小型、重量轻、本质上 可靠或对于高产量大批量生产是可变量的(scaleable)的方法。
可选的测量装置和方法
微流控装置的可用性的关键在于分析其所包括的流体特性的能力。许多 方法和技术被用于测量包括电磁辐射干扰的这些特性，例如光学，以及相应 的检测策略。这些基于吸收、传输和发光(磷光和荧光)的测量在这些装置 所使用的小尺度范围存在问题。这些问题大部分是由于苛刻的尺寸限制、减 小的路径长度和减小的流体体积所引起的非常小的信号响应造成的。
毛细管和微流控的基于光学的检测技术典型地采用了自身具有波干扰 元件以聚焦光子进入流控装置(fluidic device)的小的腔室或通道的仪器。 这些技术的问题包括：由于小的流控尺寸而引起对齐困难；所使用的部件尺 寸；在例如荧光的实例中，由于从聚焦光学器件的流控源到它们的聚焦区之 间的距离所产生的信号损耗。另一种改进这些前述限制的方法是在与流控元 件相同的部分中集成光学元件。
带有集成的光学部件的微流控装置的实例见美国专利No.6100541中的 描述。这里光学部件被集成到本体结构内，邻近本体结构内的微通道。其中 描述了带有邻近于微流控通道的集成的棱镜的聚合物结构。
为了在这样小的尺度(通常小于10mm)内测量大的流体变化，通常认 为增加路径长度能够改进检测器响应。在基于传输和吸收的检测中，信号响 应正比于流过流体的路径长度(比尔定律，Beer′sLaw)。同样，如同采用发 光测量的情况一样，用更多的发光指示器(light emitting reporter)能够产生 更好的信号。例如，在毛细电泳法中，已知使用“Z单元(Zcell)”构造来增 加光路长度，可改进检测效果。
已知使用光纤耦接和硅或玻璃蚀刻技术，在微流控装置中设置增加了路 径长度的检测器单元。这些制造过程通常造价昂贵，并不适用于一次性装置 的大批量生产。在美国专利Nos.5599503和6490034中公开了这种装置的实 例，其提供了用于制造带有用于吸收UV或可见辐射的检测器单元的微流控 装置的方法。入口或出口辐射通过成角度的入口或出口壁的反射而被沿微流 控装置的通道重定向，所述反射采用(美国专利5599503)或不采用(美国 专利No.6490034)多次反射。所述系统使用硅刻蚀技术制造。但是，基于硅 制造一次性微流控装置在商业上具有挑战性，特别是采用这种特定的基底种 类带来固有的高的单价和明显的低的单位容积。
一种用以使光辐射沿通道轴向纵向地通过的替代方法公开在美国专利 No.6224830中。所述装置产生横跨流控通道的多次传送，以在小的检测器区 (小于200μm)中增加吸收。但是，这种技术的根本的问题在于由于多次反 射所导致的光能损失及材料的边界跃迁限制了流体检测单元的尺寸和灵敏 度。
通常将光耦合到流控装置的办法是采用直接与流控集管接口的光纤。这 些集管通常从单个的整块材料机械加工而成，并因此极大限制了它们几何形 状。微流控装置通常由多层材料制成，形成复杂的流控集管。这种多层设计 在耦接光纤至流控通路时会引起耦接和对齐的困难。美国专利No.6867857公 开了用于基于聚合物的微流控装置的方法，并且涉及利用光纤端口将多层流 控装置耦接至外部流动单元。但是，这种方法针对每个部分采用分离的制造 过程，并引起了对齐和无用容积的问题，并增加了装置尺寸和单位成本。
一种针对先前描述的基于硅的反射器的类似的方法提供在美国专利 No.6900889中，其中公开了用于荧光点光源检测的聚合物微流控装置。所公 开的方法使激光穿过沿横跨微通道的长度的轨迹，以在聚合物微流控装置所 容纳的流体中激发荧光标记物。然后标记物发出的光穿过微通道的盖被检测 到。这种技术不需要激光束沿通道扫描以检测荧光标记物。但是，该方法采 用了与微流控装置分离的光检测构件或反射表面。而且，所述装置不适用于 基于传输和吸收的测量，因为它并未提供用于在光穿过样品流体后恢复或测 量其光特性的机制。另一个限制在于系统仅提供用于检测垂直于流控通道辐 射的点光源(指示器)。这进一步限制了该项技术，因为点光源信号响应缓 慢，且没有能力通过聚光增加信号(并由此增强灵敏度)。
美国专利No.6906797描述了带有反射通道的聚合物微流控装置，反射通 道用于引导光穿过多个通道，以进行荧光点检测。由于横跨通道的宽度进行 测量，因此这项技术与前述实例的方式类似地受限于它的信号响应，并且因 为光与流控通道的分离而使光穿过不同的媒质，进一步导致光损。而且，没 有方法来聚集从点光源发出的信号。
上述的现有技术中的装置和方法并没有提供用于在微流控装置中实现 适当的吸收、传输和荧光检测的低成本的集成方法。本发明满足了对于低成 本聚合物装置的需求，所提供的装置在流动单元内具有提高的光学特性，其 具有本质上的可靠性和对于高产量大批量生产的可变量性。
仪器配置方法
已经有多种不同类型的仪器。例如，某些类型的仪器是控制试验或从正 在被测试的环境、单元或材料中收集信息的装置。其它的仪器可以执行数据 分析或数据处理，包括向用户显示或数据存储。仪器的实例包括：数字万用 表；示波器；DNA测序仪；压力传感器；温度传感器；pH传感器，而还可 以包括任何能够利用插入件操作的装置，并且例如可以包括：移动电话；计 算机；个人数字助理(PDAs)；数字音乐播放器等。
插入件是可移除或可连接的装置，其可以是传感器、盒、卡带，例如与 仪器例如通过向它提供某些功能性而协同工作的微流控装置。插入件可以例 如是记忆棒、智能卡、或刚性或柔性印制电路。
插入件通常设计用于特定的目的，或例如全血代谢物监测、对矿物样品 的电化学分析或从细菌进行DNA放大的目的，这里仅指出几个这样的特定目 的。如果仪器专用于特定的应用和传感器类型，则所有必需的程序操作程序、 或实例协议都能够包括在仪器内，而不需要进行芯片上识别(on-chip recognition)来区分可插入装置，因为它们都相同。
但是，当在同一仪器中使用了多种类型的插入件时，仪器必须区别每个 插入件，使得对插入件和/或它的内含物物理地、化学地和/或电气地执行正 确的协议。
通常，由用户选择使用了哪种插入件，或手动配置仪器以使用每个插入 件。或者，插入件本身向仪器指明自己的功能。通常通过使用序列号或产品 编码实现，然后仪器参考其内部的程序代码用以建立适合的用于特定插入件 类型的应用协议(例如，图51和图52)。通常，已经采用许多不同的格式对 这种信息编码，包括：通过电极连接、电阻值或集成电路的电气编码；通过 条形码的光学编码；通过磁条的磁性编码；及机械编码。对于微流插入件， 美国专利No.6495104描述了编码信息的标准方法，以向仪器指明芯片功能。
这种指示的缺点在于仪器软件仍需要包括用于装置操作的全部程序信 息。因此仪器需要在离开生产厂家之前包括用于可能的应用的全部代码，或 在销售之后需要提供每个新的应用的软件升级包。同样，在销售之后，需要 软件升级方面的支持，用于修正软件缺陷，如对于科学仪器经常遇到的，需 要新的标定或运行数据方面的支持。
通常，这些升级以磁盘上或CD-ROM上的新的软件版本或升级补丁包的 形式提供给用户。这通常仅针对主要的更新或升级，因为频繁发布升级介质 及要求用户安装新的升级被认为是有问题的。随着万维网安装的发展，只要 仪器连接到适合的网络，就能够进行远程升级。
为新的仪器应用提供单个升级的另外的缺点在于提供新的应用程序和 相关安装包的开发成本。这样的升级方法也会引入程序错误或系统中断的可 能性，这是由于软件自身代码复杂性的增加、以及多次升级和未完成的序列 历史(sequence history)导致的潜在的不兼容性。另外，允许仪器以这种方 式升级也使仪器对未授权的“入侵(hacking)”行为开放，这对于制造商或销 售商会带来另外的可靠性和保修问题。
此外，不管是用物理磁盘或通过包括电子邮件和因特网的远程手段来进 行升级服务传递，存在额外的涉及到传递的成本和技术问题的输送方面的考 虑。
现有技术中在仪器上保留整个程序代码的方法的缺点在于，在一个程序 中包括所有的仪器操作协议具有固有的安全性风险。完全地在仪器中放置仪 器的程序操作意味着反向工程可能更为容易，允许未授权使用仪器，和/或利 用第三方插入件进行操作，或甚至复制整个仪器。
软件保护的传统方法包括使用序列号、远程许可服务和/或文件、和保护 器(dongle)保护。但是，这些方法不能禁止熟练的操作人员访问板载应用 程序以操作仪器或使用外部插入件。一个绕过程序授权代码的实例是“入侵” 程序，并绕过授权代码询问，从而允许未经授权的完全程序操作。
本发明描述了新的方法和系统，以通过确保某些或全部的升级数据、程 序代码、试验数据、或相关信息被保持在插入件内而克服上述局限性。
发明内容
用于流体操作的文献和方法
依据本发明的第一个方面，提供了流体处理结构，包括：用以实现控制 结构内的流体流动的致动区；和致动区内的至少一个致动部件；其中致动区 布置为触发或控制至少一个致动部件。在某些实施例中，致动区包括控制器 以控制装置内的流体流动。
在另一个实施例中，提供了微流控装置，包括用以控制装置内的流体流 动的控制器，其中控制器能够同时触发一个以上的与装置内的流体流动相关 联的泵送或阀控部件。
依据一个实施例，控制器可手动或气动地操作。但是，可以使用任何合 适的操作装置。例如，控制器可以电磁地、机械地、液压地、通过声音、或 通过压电体等操作。
依据本发明的第二个方面，提供了流体处理结构，包括：使用控制结构 内的流体流动的致动区；流动腔或通道中的至少一个；形成流动腔或通道的 至少一个边界的半透膜，该半透膜布置为允许控制流体通过并流入流动腔或 通道内，由此促进、限制或停止流动腔或通道内的流体流动。控制流体可以 包括任何合适的流体并还可以例如是液体、气体或它们的组合。一个实施例 包括形成流动腔、通道、或流控网络的第二边界的第二半透膜。不需要第二 边界与流动腔或通道直接连通。例如，它可以另外沿着流控网络。
在另一个实施例中，提供了微流控装置，包括限制流体和/或粒子通过而 通过的半透膜。依据本发明的方面，流体(例如气体或液体)的通过被延迟 或阻止。依据本发明的方面的膜可以被采用以提供例如分离、除泡、过滤、 泵送、阀控、混合、装填、定量等功能。例如，依据一个实施例，直到达到 一定的内部压力流体才能穿过膜，到达该压力时流体将穿过膜。这一特定实 施例可用于样品存储和注入、泵送、阀控。
依据另一个实施例，膜允许气体穿过但不允许液体穿过(其被堵塞)用 于例如除气、泵送、阀控、试剂存储和注入功能。依据另一个实施例，膜过 滤流体中的粒子。这些粒子可以例如包括细胞、微生物、大分子、抗原等。
依据另一个实施例，提供了再循环流控网络。再循环流控网络可以例如 包括入口；泵或阀或除泡器中的至少一个。再循环流控网络也可以包括检测 腔。在一些实施例中，入口可以另外用作除泡器。
依据另一实施例，仪器-卡接口配置为使得卡提供某些气动管道工程 (plumbing)。依据另一个实施例，泵和阀控制器由同一蓄压器驱动。
流体泵送、阀控、除气、过滤、进样、试剂存储和受控配量可用于执行 复杂的化学规程(protocol)。在微流控中的共性问题在于流体的极小量而 又精确的传输。本发明包括多种流体处理结构，其包括可移动部件、半透膜、 电极、或它们的组合。通过提供能够同时触发多于一个部件的控制器，可以 简化装置操作，并且因此简化了流体处理部件对于仪器的要求。致动可以由 用户直接手动进行，或用仪器辅助进行。用于克服装填、进样、注入、试剂 存储、混合和起泡问题的方法也被公开作为本发明的部分。
依据本发明的另一个方面，提供了流体处理结构，包括：流体通道；和 可变形材料；其中，流体通道至少部分由可变形材料界定，并且可变形材料 布置为在通道内产生限制或压缩点。在一些实施例中，限制可以可选地实现 在通道内建立行进的流体波。结构可以还包括刚性基底，其中，流体通道至 少部分形成在刚性基底内。
在另一个实施例中，提供了装置，其包括：至少部分由可变形材料限定 的通道，其中可变形材料的变形能够在通道内建立行进的流体波。依据本发 明的这个方面的一个实施例，装置是微流控装置。
依据本发明的这个方面的另外的实施例，通过向沿通道的单个位置处的 流体瞬间施加力建立流体波。依据本发明的这个方面的另一个实施例，装置 为微流控装置，其不是由硅制成。优选地，它是层叠微流控装置，并且优选 地，它不利用电磁机制来建立流体波。
依据本发明的另外的方面，提供了在微流控通道中泵送流体的方法，包 括：在通道内利用可变形材料产生行进的流体波。
依据本发明的另外的方面，提供了微流控装置，包括：至少部分由可变 形材料限定的微流控通道，其中可变形材料的横截面大体上大于通道的横截 面，并且可变形材料被充分地变形使得它能够至少部分地进入通道，并由此 影响通道内的流体流动。依据本发明的这个方面的可变形材料可以是任意适 合的类型。有经验的工作人员将能够容易地识别出适合的材料。例如，特定 的弹性体复合物具有适合的特性。
可变形材料包括但不局限于聚合物、聚合物复合材料、金属和玻璃。在 可变形材料太硬而无法充分变形的情况中，则可变形材料被构成为允许变 形，和/或组合于或由其它具有适合的弹性特性的材料替换，例如橡胶、 SantopreneTM、聚合物(二甲基硅氧烷)、聚(二甲基硅氧烷)、腈类、聚 氨酯、硅酮、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚氯丁二烯、聚异丁烯、或聚(苯乙 烯-丁二烯-苯乙烯)等。
使用能够在通道内建立行进的流体波的可变形材料提供了简单的几何 形状，使得能够进行所要求的精度的流体传送，并且同时促进了低成本大批 量生产。此外，本发明使得能够在高昂的致动部件和低成本的流体处理部件 之间进行更为经济的分配。依据一个优选实施例，致动部件在包括可变形材 料的流体处理装置外部。依据本发明的流体处理装置可以用聚合物材料制 成，并通过使流体处理部件的全部或部分变形以例如限制、施压、或引起流 体流动而产生流体流动。
如这里所使用的，术语“流体”指气体或液相材料。
如这里所使用的，术语“致动区”指在流体处理装置上致动器所作用的区 域。
光学测量装置和方法
本发明也提供了用于系统结合流动单元与纵向光路(例如，微流控系统) 的方法和装置。特别地，所提供的装置和方法用于使光沿通道纵向地穿过， 并用于特意聚集射出光，并由此通过这里所描述的其它装置增强信号响应， 并由此增强所选择的测量系统的灵敏度。
因此，在本发明的一个方面中，提供了流控装置，包括：构成用于电磁 波的行进的路径的至少一个通道。在一些实施例中，对于通道的长度的至少 一部分，路径大体是纵向的。在一些实施例中，路径大体上垂直于或横向于 通道的长度的至少一部分。在其它的实施例中，路径大体上垂直于或横向于 通道的长度的至少一部分。电磁波可以包括可见光、紫外光、微波、无线电 波、x-射线、和γ射线中的至少一种。
在本发明的另外的方面中，提供了装置，包括：适用于基于电磁波测量 通道内的流体的特性的通道，其中测量能够通过使电磁波沿至少部分通道大 体上纵向地行进而进行。
依据一个实施例，电磁波是可见光。但是，可以使用任意形式的适用于 该目的电磁波。因此，可以使用例如紫外或红外光、微波、无线电波、x-射 线，并且同样可以使用γ射线。
依据本发明的装置可以用于任何适合的涉及光学传感的目的。依据一个 实施例，装置用于微流控应用。
依据另外的实施例，装置是微流控装置，并包括结合(例如，粘结)的 层，以形成微流控装置(‘层叠’装置)。依据另一个实施例，装置包括至少 一个光窗以允许电磁波(例如光)进入和/或离开通道。依据另外的实施例， 装置不是由硅或硅基材料制成。
在一个实施例中，光穿过在通道的一端的光学透明窗进入流动单元，在 那里反射或折射装置引导光路至沿通道或流动单元的纵向方向的路径。在通 道各处光强级(light level)得以保持(或光损被最小化)，这是通过提供反 射表面、或适当的折射率改变以最大化沿通道或流动单元的长度的内部全反 射实现的。在检测点，反射和/或折射结构引导并且，如果需要，聚集射出通 道的光用于检测目的。
在另一个实施例中，提供了流动单元，其能够纵向地和/或横向地照明或 检测。
本发明的这个方面的方法和装置适用于通过传统的基于批量的和卷到 卷制造过程所生产的微流控装置，包括但不局限于激光加工、冲切、压印、 注射成型、和层叠方法。
如这里所使用的，术语“微流控”或“流控的”指在具有至少一个可以小于 一毫米的尺寸的结构中的流体处理、操作或过程。
如这里所使用的，术语“光线”指多于一个的沿大体上相同方向行进的电 磁辐射光子。
如这里所使用的，术语电磁辐射指以光子或波的形式的能量，并且包括 或者可见光、紫外光或红外光的光及例如微波、无线电波、x-射线、γ射线等 的辐射的波。
仪器配置方法
本发明也提供了用于软件或固件升级的方法，和通过使用一个或多个可 移动插入件内的另外的部件用于控制仪器的方法。
依据本发明的一个方面，提供了利用仪器执行功能的方法，方法包括： 使插入件与仪器联接，插入件包括程序代码、数据或指令中的一个或多个， 其使得能够执行功能。仪器可以例如包括：数字万用表、示波器、频谱仪、 化学分析仪、生物分析仪、DNA序列分析仪、压力传感器、温度传感器、pH 传感器、电化学分析装置、移动电话、计算机、个人数字助理或数字多媒体 播放器。
在另一个实施例中，提供了使用(i)仪器和具有专有功能数据的(ii)插 入件来承担功能的方法，包括：(a)将插入件接合于仪器，(b)从插入件传输数 据到仪器，和(c)仪器完成功能。
依据本发明的另一个方面，提供了配置用于仪器以执行功能的插入件， 插入件包括程序代码、数据或指令中的一个或多个，其使得能够执行功能。 插入件可以例如包括：传感器、盒、卡带、微流控装置、闪存卡、记忆棒、 智能卡或印制电路或其它记忆存储部件。
在另一个实施例中，提供了用于仪器以执行功能的插入件，其中插入件 包括仪器所要求的用以完成功能的功能专有数据。
依据本发明的另外的方面，提供了升级仪器的软件或固件的方法，方法 包括：将插入件与仪器联接；并且传输某些或全部程序代码、数据或指令至 仪器由此完成升级。仪器可以例如包括：数字万用表、示波器、频谱仪、化 学分析仪、生物分析仪、DNA序列分析仪、压力传感器、温度传感器、pH 传感器、电化学分析装置、移动电话、计算机、个人数字助理、或数字多媒 体播放器。
在另一个实施例中，提供了升级仪器的软件或固件的方法，其中仪器供 插入件使用，包括：(a)将插入件与仪器联接，和(b)通过将数据从插入件传输 到仪器来升级仪器。
依据本发明的另外的方面，提供供仪器使用的插入件以执行功能，其中 插入件包括用于升级仪器的软件和固件的数据。
依据本发明的另一个方面，提供在仪器和具有交互专用数据的插入件之 间建立交互的方法，包括：(a)将插入件与仪器联接，(b)从插入件传输数据到 仪器，和(c)仪器完成功能。
通常，插入件的主要用途是仪器的正常操作所需要的消耗品功能。通过 在插入件上提供附加的功能，用户操作被简化，新产品的开发循环被最小化， 并进一步保护了产品的数据安全和产品的知识产权。通常，某些或全部的用 于升级、或用于仪器操作协议的数据可以部分地或整体地包括在依据本发明 的一个或多个可移动插入件上。
本发明提供了仪器和插入件架构，在其中，一个或多个正常用于仪器的 物理功能性的插入件成为用于仪器的软件/固件升级途径的部分。更具体而 言，插入件或多个插入件包括某些或全部的升级信息。这个方法简化了用户 操作，因为升级软件的过程是自动进行的；不需要从其它媒介安装新的软件。 此外，通过不再要求生产和发布单独的升级媒介而减小了售后开销(logistic overhead)。
本发明提供了将要在仪器和一个或多个可移动插入件之间发布(比率存 在变化，例如从1:0到1:1到0:1)的程序代码、数据或指令。更具体地讲，通 用子程序可以提供在仪器上并且应用专有的可执行程序、和/或操作数据被提 供在一个或多个可移动插入件上，插入件的主要功能可以是作为一次性的消 耗品，以在仪器实现物理控制的情况下，容纳和执行针对生物样品的化学试 验和分析。
分布式架构最小化了与用于仪器及其联接的插入件的新应用开发相关 联的软件开发。通用地编程的仪器则能够接受新的应用程序而不需要用户升 级软件，并且也避免了任何的对应用或仪器设计人员预期新的“尚未发明的” 的要求。
本发明通过由插入件提供数据到仪器以自动进行部分或全部的应用操 作并提供给用户已定义的设置而提供了改进的用户可操作性和操作自动化。 由此，简化了用户交互，这增强了系统的可靠性并简化了仪器操作。
此外，发明提供了附加的软件安全性，因为程序执行指令不必存在于仪 器中。在一个特定实施例中，插入件携带指令以配置仪器，用于插入件的特 定应用。依据这个实施例，发明产生了更为困难的反向工程途径，因为成功 的拷贝需要完全理解程序的执行。如果，不太可能的情况发生了，即仪器和 插入件的交互最终被反向工程，则最后生成的可执行程序仅揭示了用于制造 专用插入件所应用的具体应用的数据，并不会曝露另外的数据。
本发明还允许对包括在插入件上的使用数据进行渐增的和永久的改变， 使得反向工程的仪器不可能与新插入件协同操作。
升级信息或分布式程序数据能够被编码到一个或多个插入件上，并能够 采用许多不同的格式，包括但不局限于：通过电极连接的电气编码；电阻值； 磁条；集成电路；光学编码；和机械编码。
在插入件内具有升级和配置数据的另外的优点在于额外的安全特性，其 要求在仪器、接口和匹配的可插入装置之间的匹配。
如这里所使用的，为方便起见，术语“消耗性插入件”也指具有一种或多 种用途的插入件。
如这里所使用，词“装置”和“仪器”在意义和使用上可以互换。
附图说明
用于流体操作的文献和方法
图1是用于流体处理的致动区的示意图。外圆表示致动区，穿过圆心的 直线表示容纳流体的结构，例如通道或管，并且阴影圆表示致动部件。
图2是一些可能的致动部件的示意图。图2(a)是注入泵，其中流体被保持 在致动器内并在致动时穿过入口被注入到装置中。图2(b)表示直列泵(in-line pump)，它是具有入口和出口的泵。图2(c)是开关阀或可变流量阀。图2(d) 是单向阀。
图3是致动多于一个的致动部件的单个致动器的示意性图示。作为实例， 三个致动部件为一组并由同一致动器操作。图3(a)、(b)和(c)分别表示连接到 各个通道的直列泵组、注入泵组和阀组。图3(d)示出了可替换的几何形状的 实例，其中单个无阀通道与两个有阀通道交叉，有阀通道的阀能够配置以将 流体注入到主通道内。图3(e)表示由同一致动器操作的平行连接的两个泵， 泵可以一致地操作或在致动循环的不同部分操作。
图4是致动多于一种类型的致动部件的单个致动器的示意性图示。图4(a) 表示带分离的致动部件的三个独立通道，在这种情况中，中心通道被致动而 泵送，同时两个外侧的通道由阀门关闭。图4(b)示出了被分为两个有阀通道 的带有泵单个通道。图4(c)示出了带四个有阀出口的注入泵。图4(d)图示了与 有阀和无阀通道交叉的直列泵。
图5图示了由同一致动器操作的同一通道内的致动部件。图5(a)示出了带 有下游阀的直列泵。可以在致动循环期间的不同点设置关闭阀，或设置阀以 限制流率，而有效地允许产生受控的容积配量。图5(b)示出了类似的受控配 量系统，但使用了注入泵。图5(c)示出了配置由同一致动器操作的分别触发 的三个阀的蠕动型泵。
图6示出了双致动器系统，用以将固定体积的一个流束注入另一个流束。 每个流束被分别地致动以泵送流体并阀控制另外的流束，以防止过多流入另 外的流体系统，超过注入体积。
图7图示了类似于图6中图示的两个致动器系统。虚线所表示的固定体积 的流体被注入另一个由虚线表示的流束。阀控仅被用于一个流束，因为优选 地能够使用几何结构、压力和表面效应来引导流体。在这种情况中，实线中 的背压由于其通道的横截面面积减小而更高。
图8(a)图示了带有多个致动部件的致动区的实例。两个中心通道由两个 圆形单向阀连接在一起，允许致动时执行泵送，如图8(b)中所示。矩形部件 是开关阀，其允许膜的变形堵塞通道以停止致动期间的流动，如图8(c)所示。 图8(d)示出了作为泵操作的两种类型的阀的操作，其中填充动作导致膜向上 变形，允许流体流入泵送腔，而在清空循环上，膜被压紧在腔的基底，关闭 入口孔并使膜变形进入下部通道，允许流体在出口限制作用下通过。图8(e) 示出了三通阀配置，其中当从相对端口施加压力时，可变形层被用以关闭特 定端口。
图9是带有用于除泡或止回阀的下游膜的泵送系统的示意性图示。图9(a) 图示了带有下游除泡器的直列泵，并且图9(b)图示了带有下游止回阀的注入 泵的实例。
图10是带有用于除气同时保留流体的排气口的通道的截面图。
图11是带有流体入口的基底的顶视图，其具有连接到具有连到用于除气 的排气口的出口的椭圆槽的通道。
图12示出了在连续通道之上的排气口。图12(a)是示出与通道尺寸相比较 的更大的表面区域排气口的顶视图。
图12(b)是沿同一排气口的通道的横截面图。
图13(a)-13(b)示出了除气器的操作，其中调节类型阀被用在出口上。
图14(a)-14(b)示出了由单个致动器控制的组合的排气口和阀结构，用以 完成通道/槽的加载。
图15(a)-15(b)示出半透膜，其用作入口过滤器和进样的阻碍，直到施加 压力压迫流体穿过膜。
图16示出了受控配量或储存槽方案，其中流体被引入并保留在腔中，直 到施加压力打开阀并释放流体。
图17(a)-17(b)示出了在施加正向或反向流体压力的情况下的排气通道， 作为阀或泵进行操作。
图18示出了排气口和阀如何组合以形成泵送系统。图18(a)图示了通过横 跨排气口的负压力梯度填充泵送腔的流体，负压力梯度移除气体并吸入流 体。图18(b)图示了通过横跨排气口施加的正压力梯度从泵送腔喷射的流体。
图19(a)-19(b)示出了微通道网络内的多个渗透膜，其在所施加的流体压 力作用下作为泵或阀进行操作。
图20图示了结合了电极垫的按钮型致动器，电极垫在致动操作期间被触 发。图20(a)示出了致动区内的电极的平面图，致动区还包括在中心部分的排 气孔以允许压力传输至装置内的另一层以触发另一个致动部件。图20(b)和 20(c)分别是致动前和致动过程中的电极结构的侧视图横截面。
图21(a)-21(b)示出了结合了图20中所示的电极和按钮型接口的按钮型致 动器的横截面，排气孔经由半透膜使用阀控入口和出口连接到泵送腔。
图22示出了再循环流控网络的示意。
图23(a)-23(b)示出了不同方法的两个示意，允许释放压力梯度以阻止气 泡形成。特别地，这些图图示了扩展的流控通道。
图24示出了多层再循环流控网络的顶视图。再循环网络从入口直接连接 到泵，随后连接到单向阀、进样端口、包括排气口和单向阀的可变形致动区、 分流混合器、检测腔、减压结构、并且然后连接回输入级。
图25示出了包括两个受控配量的流控网络的多层装置的顶视图复合图 像，其中流控网络带有泵、阀、除泡器、检测槽、和减压结构。
图26(a)和(b)分别示出了带有连接到外部仪器的气动泵送和阀控区的卡 的平面和侧视图。
图27(a)-27(c)示出了带有至少一个柔性壁的微通道的横向截面，在这个 实例中，顶层为柔性壁。图27(a)示出了通过轴承使可变形材料移位进入通道 内，其有效地阻塞了通道并产生关闭的阀状态。图27(b)显示三个或多个直列 泵能够交替它们的开关状态以产生泵送作用。简而言之，当阀关闭时，它所 推动的流体被移动，当阀又打开时，流体移动以填充空出的容积。如果靠近 打开或关闭的阀的阀被关闭，则限制流体在那个方向的移进和移出，而如果 阀打开，则流体将沿未限制方向流进或流出。图27(c)示出了泵送方式，其中 通过沿通道的轴向移动部分或全部关闭的阀挤压其前面的流体而产生沿通 道的行波。依据本发明的行波可以通过任何适合的方法产生。例如，滑动或 滚动轴承致动器穿过限定了通道的一侧的可变形材料，可类似地沿通道滚动 圆形致动器(从而在每个实例中在移动的致动器前推挤流体波)。
图28图示了阀配置的实例。图28(a)-(c)示出带有单个柔性壁的通道，其 比通道的深度更薄。通道结构可以刻蚀在基底内，如图28(a)所示，基底由多 个层组成，如图28(b)中的2层结构所示，并可以在柔性层的顶部上包括其它 层，如图28(c)所示，其中覆盖层包括在覆盖柔性层的通道上的凹处。可变形 材料也可以比通道的深度薄，如图28(d)到28(l)所图示的，并可以覆盖多于一 个通道。施加到邻近通道的可变形材料的压力能够导致可变形材料变形进入 通道，而有效地阻塞通道并引起阀控作用。可变形材料也可以通过定位在其 它结构内来沿着其它的方向限制。图28(e)到28(g)示出了定位在凹处内的可变 形材料。图28(h)以类似的方式示出了呈现位于微通道上的结构内的管状截面 形式的可变形材料。图28(i)到28(l)图示了实例，其中在可变形材料之上的层 是单个的保护性覆盖层。而图28(m)到28(p)图示了覆盖层，其可用作可变形 材料并且可以形成或成型以自促使以特定的方式变形，类似采用按钮型接触 界面。
图29图示了在邻近通道凹处施加力的作用下的一些上述阀的实例。图 29(a)图示了通过施加到凹处的范围的力而变形进入微通道的薄膜。图29(b) 图示了在施加范围大于微通道的力的作用下变形的厚柔性层，可变形材料变 形进入微结构。图29(c)到29(e)示出了由结构限定的可变形材料的变化，结构 限制了可变形材料在施加的力的作用下的膨胀。
图30图示了形成在弹性体材料内的通道。图30(a)、(b)和(c)示出了其通 道壁的三个侧面由弹性体层形成的构造，通道由邻接的层封闭。图30(d)示出 了完全地形成在弹性体基底内的通道。
图31图示了带有沿通道长度布置的限制的通道，该限制用以减少回流。
图32示出了线性和径向泵送通道的示意性图示。在图32(a)中的管是直的 或线性通道，箭头示意移动阀或行波泵的方向。可以采用其它的几何形状， 并且在图32(b)中示出了可替代的构造，在其中，移动阀或行波管沿径向方向。 管的末端接合到另外的通道或结构以实现流体流动。
图33图示了多层装置的顶视图，该装置使用连接到延伸向3-阀位置和入 /出端口的流控通道的径向泵配置。
图34示出了用于通过机械装置变形材料的驱动机制的实例，并因此通过 行波产生流体流动。致动结构可以是刚性的，或可变形以允许致动表面适应 微结构阀元件。它们可以沿垂直方向应用到阀表面，或者沿表面平行移动。 显示的实例是：球形物(图34(a))；棒形物(图34(b))；限制了若干不旋转 的球体的旋转外壳(图34(c))；在旋转台上的凸起结构，旋转台布置为通过 摆作用仅接触一个表面(图34(d))；旋转凸轮(图34(e))；和施加垂直于和 平行于表面的力的旋转刮片(34(f))。
图35图示了径向轴承泵的拆分视图，其带有两个用以变形图33中的装置 的弹性体层的致动头。
光学测量装置和方法
图36(a)-36(d)示出了微流控通道构造的平面视图，其中透射窗被分离以 允许电磁波沿流控通道纵向地行进。图36(a)示意了三个通道的平面视图，其 显示透射窗的位置沿流控通道布置在合适的距离以允许电磁能量进入或离 开流控通道。在这个特定实施例中，电磁能是采用光的形式。图36(b)示出了 带有合适地布置的类似透射窗的单个流控通道，其中流体流动方向在接近窗 时变化。图36(d)示出了带有合适地布置的类似的透射窗的单个流控通道，其 中进入或离开通道的流体流动通过多条路径到达或离开。
图37(a)示出了正处于通道和基底表面之间的光学窗的三层装置的截面 视图。图37(b)示出了具有在流控通道和装置表面之间的整合的光路的多层装 置的截面视图。图37(c)示出了结合标记为(04)的棱状结构用以沿通道纵向 地引导光的多层装置的截面视图。
图38一步一步地显示了结合反射涂层的3层装置制造过程。
图39显示了结合反射涂层的2层装置制造过程。
图40(a)-(c)示出了使用反射层的多种的2层和3层装置构造。
图41(a)-(c)提供了结合到流控装置的棱镜的实例。
图42提供了集成的多个棱镜系统的实例。
图43(a)-43(b)示出了装置内的光纤集成。图43(c)示出了接近微流控装置 定位的光纤束。
图44(a)和44(b)示出了隅角立方反射器的简图。
图45(a)、(b)和(c)示出了使用在或使用与微流控装置的隅角立方反射器。
图46(a)和(b)用以协助对准和引导光的棱镜结构的简图。
图47(a)到(j)示出了带有用于改进的信号响应和成像的棱镜和反射结构 的流动单元的实例。
图48示出了带有纵向和横向检测的流动单元实例。
图49(a)-(c)示出了在装置上接近地定位的检测器和源区。
图50(a)-(b)示出了波导管，其能够由例如通过注入和然后固化光学透明 材料，或将已经形成的光导管放置在真空结构内而制成。
仪器配置方法
图51是现有技术升级途径的示意性图示。向用户提供升级包，通常是采 用安装设置向导的可执行文件的形式，设置向导引导用户完成安装过程，将 新的程序代码添加进入仪器程序。
图52是现有技术操作带有可移动插入件的仪器的示意性图示。仪器包括 带有用于任何所要求的操作的全部所需子程序的整个程序。插入件包括序列 号或产品代码，其允许仪器解锁它自己的程序部分或提供“goto”型指令以允 许执行保存在仪器中的代码的特定的段或子程序。
图53是本发明的示意性图示，其中插入件包括部分或全部升级信息。
图54是依据本发明的分布式架构的示意性图示。
图55是本发明的路径的一个实施例的示意性图示，其中仪器包括通用程 序和专用程序子程序，但不包括操作插入件所需的专用应用程序要求的操作 代码。插入件包括调用仪器子程序以操作仪器用于目标应用的指令。
图56是依据本发明的另一实施例的路径的示意性图示。
依据本发明的第一个方面，提供了流体处理结构，包括：用以实现控制 结构内的流体流动的致动区；和致动区内的至少一个致动部件；其中致动区 布置为触发或控制至少一个致动部件。在某些实施例中，致动区包括控制器 以控制装置内的流体流动。
在另一个实施例中，提供了微流控装置，包括用以控制装置内的流体流 动的控制器，其中控制器能够同时触发一个以上的与装置内的流体流动相关 联的泵送或阀控部件。
依据一个实施例，控制器可手动或气动地操作。但是，可以使用任何合 适的操作装置。例如，控制器可以电磁地、机械地、液压地、通过声音、或 通过压电体等操作。
依据本发明的第二个方面，提供了流体处理结构，包括：使用控制结构 内的流体流动的致动区；流动腔或通道中的至少一个；形成流动腔或通道的 至少一个边界的半透膜，该半透膜布置为允许控制流体通过并流入流动腔或 通道内，由此促进、限制或停止流动腔或通道内的流体流动。控制流体可以 包括任何合适的流体并还可以例如是液体、气体或它们的组合。一个实施例 包括形成流动腔、通道、或流控网络的第二边界的第二半透膜。不需要第二 边界与流动腔或通道直接连通。例如，它可以另外沿着流控网络。
在另一个实施例中，提供了微流控装置，包括限制流体和/或粒子通过而 通过的半透膜。依据本发明的方面，流体(例如气体或液体)的通过被延迟 或阻止。依据本发明的方面的膜可以被采用以提供例如分离、除泡、过滤、 泵送、阀控、混合、装填、定量等功能。例如，依据一个实施例，直到达到 一定的内部压力流体才能穿过膜，到达该压力时流体将穿过膜。这一特定实 施例可用于样品存储和注入、泵送、阀控。
依据另一个实施例，膜允许气体穿过但不允许液体穿过(其被堵塞)用 于例如除气、泵送、阀控、试剂存储和注入功能。依据另一个实施例，膜过 滤流体中的粒子。这些粒子可以例如包括细胞、微生物、大分子、抗原等。
依据另一个实施例，提供了再循环流控网络。再循环流控网络可以例如 包括入口；泵或阀或除泡器中的至少一个。再循环流控网络也可以包括检测 腔。在一些实施例中，入口可以另外用作除泡器。
依据另一实施例，仪器-卡接口配置为使得卡提供某些气动管道工程 (plumbing)。依据另一个实施例，泵和阀控制器由同一蓄压器驱动。
流体泵送、阀控、除气、过滤、进样、试剂存储和受控配量可用于执行 复杂的化学规程(protocol)。在微流控中的共性问题在于流体的极小量而 又精确的传输。本发明包括多种流体处理结构，其包括可移动部件、半透膜、 电极、或它们的组合。通过提供能够同时触发多于一个部件的控制器，可以 简化装置操作，并且因此简化了流体处理部件对于仪器的要求。致动可以由 用户直接手动进行，或用仪器辅助进行。用于克服装填、进样、注入、试剂 存储、混合和起泡问题的方法也被公开作为本发明的部分。
依据本发明的另一个方面，提供了流体处理结构，包括：流体通道；和 可变形材料；其中，流体通道至少部分由可变形材料界定，并且可变形材料 布置为在通道内产生限制或压缩点。在一些实施例中，限制可以可选地实现 在通道内建立行进的流体波。结构可以还包括刚性基底，其中，流体通道至 少部分形成在刚性基底内。
在另一个实施例中，提供了装置，其包括：至少部分由可变形材料限定 的通道，其中可变形材料的变形能够在通道内建立行进的流体波。依据本发 明的这个方面的一个实施例，装置是微流控装置。
依据本发明的这个方面的另外的实施例，通过向沿通道的单个位置处的 流体瞬间施加力建立流体波。依据本发明的这个方面的另一个实施例，装置 为微流控装置，其不是由硅制成。优选地，它是层叠微流控装置，并且优选 地，它不利用电磁机制来建立流体波。
依据本发明的另外的方面，提供了在微流控通道中泵送流体的方法，包 括：在通道内利用可变形材料产生行进的流体波。
依据本发明的另外的方面，提供了微流控装置，包括：至少部分由可变 形材料限定的微流控通道，其中可变形材料的横截面大体上大于通道的横截 面，并且可变形材料被充分地变形使得它能够至少部分地进入通道，并由此 影响通道内的流体流动。依据本发明的这个方面的可变形材料可以是任意适 合的类型。有经验的工作人员将能够容易地识别出适合的材料。例如，特定 的弹性体复合物具有适合的特性。
可变形材料包括但不局限于聚合物、聚合物复合材料、金属和玻璃。在 可变形材料太硬而无法充分变形的情况中，则可变形材料被构成为允许变 形，和/或组合于或由其它具有适合的弹性特性的材料替换，例如橡胶、 SantopreneTM、聚合物(二甲基硅氧烷)、聚(二甲基硅氧烷)、腈类、聚 氨酯、硅酮、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚氯丁二烯、聚异丁烯、或聚(苯乙 烯-丁二烯-苯乙烯)等。
使用能够在通道内建立行进的流体波的可变形材料提供了简单的几何 形状，使得能够进行所要求的精度的流体传送，并且同时促进了低成本大批 量生产。此外，本发明使得能够在高昂的致动部件和低成本的流体处理部件 之间进行更为经济的分配。依据一个优选实施例，致动部件在包括可变形材 料的流体处理装置外部。依据本发明的流体处理装置可以用聚合物材料制 成，并通过使流体处理部件的全部或部分变形以例如限制、施压、或引起流 体流动而产生流体流动。
如这里所使用的，术语“流体”指气体或液相材料。
如这里所使用的，术语“致动区”指在流体处理装置上致动器所作用的区 域。
光学测量装置和方法
本发明也提供了用于系统结合流动单元与纵向光路(例如，微流控系统) 的方法和装置。特别地，所提供的装置和方法用于使光沿通道纵向地穿过， 并用于特意聚集射出光，并由此通过这里所描述的其它装置增强信号响应， 并由此增强所选择的测量系统的灵敏度。
因此，在本发明的一个方面中，提供了流控装置，包括：构成用于电磁 波的行进的路径的至少一个通道。在一些实施例中，对于通道的长度的至少 一部分，路径大体是纵向的。在一些实施例中，路径大体上垂直于或横向于 通道的长度的至少一部分。在其它的实施例中，路径大体上垂直于或横向于 通道的长度的至少一部分。电磁波可以包括可见光、紫外光、微波、无线电 波、x-射线、和γ射线中的至少一种。
在本发明的另外的方面中，提供了装置，包括：适用于基于电磁波测量 通道内的流体的特性的通道，其中测量能够通过使电磁波沿至少部分通道大 体上纵向地行进而进行。
依据一个实施例，电磁波是可见光。但是，可以使用任意形式的适用于 该目的电磁波。因此，可以使用例如紫外或红外光、微波、无线电波、x-射 线，并且同样可以使用γ射线。
依据本发明的装置可以用于任何适合的涉及光学传感的目的。依据一个 实施例，装置用于微流控应用。
依据另外的实施例，装置是微流控装置，并包括结合(例如，粘结)的 层，以形成微流控装置(‘层叠’装置)。依据另一个实施例，装置包括至少 一个光窗以允许电磁波(例如光)进入和/或离开通道。依据另外的实施例， 装置不是由硅或硅基材料制成。
在一个实施例中，光穿过在通道的一端的光学透明窗进入流动单元，在 那里反射或折射装置引导光路至沿通道或流动单元的纵向方向的路径。在通 道各处光强级(light level)得以保持(或光损被最小化)，这是通过提供反 射表面、或适当的折射率改变以最大化沿通道或流动单元的长度的内部全反 射实现的。在检测点，反射和/或折射结构引导并且，如果需要，聚集射出通 道的光用于检测目的。
在另一个实施例中，提供了流动单元，其能够纵向地和/或横向地照明或 检测。
本发明的这个方面的方法和装置适用于通过传统的基于批量的和卷到 卷制造过程所生产的微流控装置，包括但不局限于激光加工、冲切、压印、 注射成型、和层叠方法。
如这里所使用的，术语“微流控”或“流控的”指在具有至少一个可以小于 一毫米的尺寸的结构中的流体处理、操作或过程。
如这里所使用的，术语“光线”指多于一个的沿大体上相同方向行进的电 磁辐射光子。
如这里所使用的，术语电磁辐射指以光子或波的形式的能量，并且包括 或者可见光、紫外光或红外光的光及例如微波、无线电波、x-射线、γ射线等 的辐射的波。
仪器配置方法
本发明也提供了用于软件或固件升级的方法，和通过使用一个或多个可 移动插入件内的另外的部件用于控制仪器的方法。
依据本发明的一个方面，提供了利用仪器执行功能的方法，方法包括： 使插入件与仪器联接，插入件包括程序代码、数据或指令中的一个或多个， 其使得能够执行功能。仪器可以例如包括：数字万用表、示波器、频谱仪、 化学分析仪、生物分析仪、DNA序列分析仪、压力传感器、温度传感器、pH 传感器、电化学分析装置、移动电话、计算机、个人数字助理或数字多媒体 播放器。
在另一个实施例中，提供了使用(i)仪器和具有专有功能数据的(ii)插 入件来承担功能的方法，包括：(a)将插入件接合于仪器，(b)从插入件传输数 据到仪器，和(c)仪器完成功能。
依据本发明的另一个方面，提供了配置用于仪器以执行功能的插入件， 插入件包括程序代码、数据或指令中的一个或多个，其使得能够执行功能。 插入件可以例如包括：传感器、盒、卡带、微流控装置、闪存卡、记忆棒、 智能卡或印制电路或其它记忆存储部件。
在另一个实施例中，提供了用于仪器以执行功能的插入件，其中插入件 包括仪器所要求的用以完成功能的功能专有数据。
依据本发明的另外的方面，提供了升级仪器的软件或固件的方法，方法 包括：将插入件与仪器联接；并且传输某些或全部程序代码、数据或指令至 仪器由此完成升级。仪器可以例如包括：数字万用表、示波器、频谱仪、化 学分析仪、生物分析仪、DNA序列分析仪、压力传感器、温度传感器、pH 传感器、电化学分析装置、移动电话、计算机、个人数字助理、或数字多媒 体播放器。
在另一个实施例中，提供了升级仪器的软件或固件的方法，其中仪器供 插入件使用，包括：(a)将插入件与仪器联接，和(b)通过将数据从插入件传输 到仪器来升级仪器。
依据本发明的另外的方面，提供供仪器使用的插入件以执行功能，其中 插入件包括用于升级仪器的软件和固件的数据。
依据本发明的另一个方面，提供在仪器和具有交互专用数据的插入件之 间建立交互的方法，包括：(a)将插入件与仪器联接，(b)从插入件传输数据到 仪器，和(c)仪器完成功能。
通常，插入件的主要用途是仪器的正常操作所需要的消耗品功能。通过 在插入件上提供附加的功能，用户操作被简化，新产品的开发循环被最小化， 并进一步保护了产品的数据安全和产品的知识产权。通常，某些或全部的用 于升级、或用于仪器操作协议的数据可以部分地或整体地包括在依据本发明 的一个或多个可移动插入件上。
本发明提供了仪器和插入件架构，在其中，一个或多个正常用于仪器的 物理功能性的插入件成为用于仪器的软件/固件升级途径的部分。更具体而 言，插入件或多个插入件包括某些或全部的升级信息。这个方法简化了用户 操作，因为升级软件的过程是自动进行的；不需要从其它媒介安装新的软件。 此外，通过不再要求生产和发布单独的升级媒介而减小了售后开销(logistic overhead)。
本发明提供了将要在仪器和一个或多个可移动插入件之间发布(比率存 在变化，例如从1:0到1:1到0:1)的程序代码、数据或指令。更具体地讲，通 用子程序可以提供在仪器上并且应用专有的可执行程序、和/或操作数据被提 供在一个或多个可移动插入件上，插入件的主要功能可以是作为一次性的消 耗品，以在仪器实现物理控制的情况下，容纳和执行针对生物样品的化学试 验和分析。
分布式架构最小化了与用于仪器及其联接的插入件的新应用开发相关 联的软件开发。通用地编程的仪器则能够接受新的应用程序而不需要用户升 级软件，并且也避免了任何的对应用或仪器设计人员预期新的“尚未发明的” 的要求。
本发明通过由插入件提供数据到仪器以自动进行部分或全部的应用操 作并提供给用户已定义的设置而提供了改进的用户可操作性和操作自动化。 由此，简化了用户交互，这增强了系统的可靠性并简化了仪器操作。
此外，发明提供了附加的软件安全性，因为程序执行指令不必存在于仪 器中。在一个特定实施例中，插入件携带指令以配置仪器，用于插入件的特 定应用。依据这个实施例，发明产生了更为困难的反向工程途径，因为成功 的拷贝需要完全理解程序的执行。如果，不太可能的情况发生了，即仪器和 插入件的交互最终被反向工程，则最后生成的可执行程序仅揭示了用于制造 专用插入件所应用的具体应用的数据，并不会曝露另外的数据。
本发明还允许对包括在插入件上的使用数据进行渐增的和永久的改变， 使得反向工程的仪器不可能与新插入件协同操作。
升级信息或分布式程序数据能够被编码到一个或多个插入件上，并能够 采用许多不同的格式，包括但不局限于：通过电极连接的电气编码；电阻值； 磁条；集成电路；光学编码；和机械编码。
在插入件内具有升级和配置数据的另外的优点在于额外的安全特性，其 要求在仪器、接口和匹配的可插入装置之间的匹配。
如这里所使用的，为方便起见，术语“消耗性插入件”也指具有一种或多 种用途的插入件。
如这里所使用，词“装置”和“仪器”在意义和使用上可以互换。
附图说明
用于流体操作的文献和方法
图1是用于流体处理的致动区的示意图。外圆表示致动区，穿过圆心的 直线表示容纳流体的结构，例如通道或管，并且阴影圆表示致动部件。
图2是一些可能的致动部件的示意图。图2(a)是注入泵，其中流体被保持 在致动器内并在致动时穿过入口被注入到装置中。图2(b)表示直列泵(in-line pump)，它是具有入口和出口的泵。图2(c)是开关阀或可变流量阀。图2(d) 是单向阀。
图3是致动多于一个的致动部件的单个致动器的示意性图示。作为实例， 三个致动部件为一组并由同一致动器操作。图3(a)、(b)和(c)分别表示连接到 各个通道的直列泵组、注入泵组和阀组。图3(d)示出了可替换的几何形状的 实例，其中单个无阀通道与两个有阀通道交叉，有阀通道的阀能够配置以将 流体注入到主通道内。图3(e)表示由同一致动器操作的平行连接的两个泵， 泵可以一致地操作或在致动循环的不同部分操作。
图4是致动多于一种类型的致动部件的单个致动器的示意性图示。图4(a) 表示带分离的致动部件的三个独立通道，在这种情况中，中心通道被致动而 泵送，同时两个外侧的通道由阀门关闭。图4(b)示出了被分为两个有阀通道 的带有泵单个通道。图4(c)示出了带四个有阀出口的注入泵。图4(d)图示了与 有阀和无阀通道交叉的直列泵。
图5图示了由同一致动器操作的同一通道内的致动部件。图5(a)示出了带 有下游阀的直列泵。可以在致动循环期间的不同点设置关闭阀，或设置阀以 限制流率，而有效地允许产生受控的容积配量。图5(b)示出了类似的受控配 量系统，但使用了注入泵。图5(c)示出了配置由同一致动器操作的分别触发 的三个阀的蠕动型泵。
图6示出了双致动器系统，用以将固定体积的一个流束注入另一个流束。 每个流束被分别地致动以泵送流体并阀控制另外的流束，以防止过多流入另 外的流体系统，超过注入体积。
图7图示了类似于图6中图示的两个致动器系统。虚线所表示的固定体积 的流体被注入另一个由虚线表示的流束。阀控仅被用于一个流束，因为优选 地能够使用几何结构、压力和表面效应来引导流体。在这种情况中，实线中 的背压由于其通道的横截面面积减小而更高。
图8(a)图示了带有多个致动部件的致动区的实例。两个中心通道由两个 圆形单向阀连接在一起，允许致动时执行泵送，如图8(b)中所示。矩形部件 是开关阀，其允许膜的变形堵塞通道以停止致动期间的流动，如图8(c)所示。 图8(d)示出了作为泵操作的两种类型的阀的操作，其中填充动作导致膜向上 变形，允许流体流入泵送腔，而在清空循环上，膜被压紧在腔的基底，关闭 入口孔并使膜变形进入下部通道，允许流体在出口限制作用下通过。图8(e) 示出了三通阀配置，其中当从相对端口施加压力时，可变形层被用以关闭特 定端口。
图9是带有用于除泡或止回阀的下游膜的泵送系统的示意性图示。图9(a) 图示了带有下游除泡器的直列泵，并且图9(b)图示了带有下游止回阀的注入 泵的实例。
图10是带有用于除气同时保留流体的排气口的通道的截面图。
图11是带有流体入口的基底的顶视图，其具有连接到具有连到用于除气 的排气口的出口的椭圆槽的通道。
图12示出了在连续通道之上的排气口。图12(a)是示出与通道尺寸相比较 的更大的表面区域排气口的顶视图。
图12(b)是沿同一排气口的通道的横截面图。
图13(a)-13(b)示出了除气器的操作，其中调节类型阀被用在出口上。
图14(a)-14(b)示出了由单个致动器控制的组合的排气口和阀结构，用以 完成通道/槽的加载。
图15(a)-15(b)示出半透膜，其用作入口过滤器和进样的阻碍，直到施加 压力压迫流体穿过膜。
图16示出了受控配量或储存槽方案，其中流体被引入并保留在腔中，直 到施加压力打开阀并释放流体。
图17(a)-17(b)示出了在施加正向或反向流体压力的情况下的排气通道， 作为阀或泵进行操作。
图18示出了排气口和阀如何组合以形成泵送系统。图18(a)图示了通过横 跨排气口的负压力梯度填充泵送腔的流体，负压力梯度移除气体并吸入流 体。图18(b)图示了通过横跨排气口施加的正压力梯度从泵送腔喷射的流体。
图19(a)-19(b)示出了微通道网络内的多个渗透膜，其在所施加的流体压 力作用下作为泵或阀进行操作。
图20图示了结合了电极垫的按钮型致动器，电极垫在致动操作期间被触 发。图20(a)示出了致动区内的电极的平面图，致动区还包括在中心部分的排 气孔以允许压力传输至装置内的另一层以触发另一个致动部件。图20(b)和 20(c)分别是致动前和致动过程中的电极结构的侧视图横截面。
图21(a)-21(b)示出了结合了图20中所示的电极和按钮型接口的按钮型致 动器的横截面，排气孔经由半透膜使用阀控入口和出口连接到泵送腔。
图22示出了再循环流控网络的示意。
图23(a)-23(b)示出了不同方法的两个示意，允许释放压力梯度以阻止气 泡形成。特别地，这些图图示了扩展的流控通道。
图24示出了多层再循环流控网络的顶视图。再循环网络从入口直接连接 到泵，随后连接到单向阀、进样端口、包括排气口和单向阀的可变形致动区、 分流混合器、检测腔、减压结构、并且然后连接回输入级。
图25示出了包括两个受控配量的流控网络的多层装置的顶视图复合图 像，其中流控网络带有泵、阀、除泡器、检测槽、和减压结构。
图26(a)和(b)分别示出了带有连接到外部仪器的气动泵送和阀控区的卡 的平面和侧视图。
图27(a)-27(c)示出了带有至少一个柔性壁的微通道的横向截面，在这个 实例中，顶层为柔性壁。图27(a)示出了通过轴承使可变形材料移位进入通道 内，其有效地阻塞了通道并产生关闭的阀状态。图27(b)显示三个或多个直列 泵能够交替它们的开关状态以产生泵送作用。简而言之，当阀关闭时，它所 推动的流体被移动，当阀又打开时，流体移动以填充空出的容积。如果靠近 打开或关闭的阀的阀被关闭，则限制流体在那个方向的移进和移出，而如果 阀打开，则流体将沿未限制方向流进或流出。图27(c)示出了泵送方式，其中 通过沿通道的轴向移动部分或全部关闭的阀挤压其前面的流体而产生沿通 道的行波。依据本发明的行波可以通过任何适合的方法产生。例如，滑动或 滚动轴承致动器穿过限定了通道的一侧的可变形材料，可类似地沿通道滚动 圆形致动器(从而在每个实例中在移动的致动器前推挤流体波)。
图28图示了阀配置的实例。图28(a)-(c)示出带有单个柔性壁的通道，其 比通道的深度更薄。通道结构可以刻蚀在基底内，如图28(a)所示，基底由多 个层组成，如图28(b)中的2层结构所示，并可以在柔性层的顶部上包括其它 层，如图28(c)所示，其中覆盖层包括在覆盖柔性层的通道上的凹处。可变形 材料也可以比通道的深度薄，如图28(d)到28(l)所图示的，并可以覆盖多于一 个通道。施加到邻近通道的可变形材料的压力能够导致可变形材料变形进入 通道，而有效地阻塞通道并引起阀控作用。可变形材料也可以通过定位在其 它结构内来沿着其它的方向限制。图28(e)到28(g)示出了定位在凹处内的可变 形材料。图28(h)以类似的方式示出了呈现位于微通道上的结构内的管状截面 形式的可变形材料。图28(i)到28(l)图示了实例，其中在可变形材料之上的层 是单个的保护性覆盖层。而图28(m)到28(p)图示了覆盖层，其可用作可变形 材料并且可以形成或成型以自促使以特定的方式变形，类似采用按钮型接触 界面。
图29图示了在邻近通道凹处施加力的作用下的一些上述阀的实例。图 29(a)图示了通过施加到凹处的范围的力而变形进入微通道的薄膜。图29(b) 图示了在施加范围大于微通道的力的作用下变形的厚柔性层，可变形材料变 形进入微结构。图29(c)到29(e)示出了由结构限定的可变形材料的变化，结构 限制了可变形材料在施加的力的作用下的膨胀。
图30图示了形成在弹性体材料内的通道。图30(a)、(b)和(c)示出了其通 道壁的三个侧面由弹性体层形成的构造，通道由邻接的层封闭。图30(d)示出 了完全地形成在弹性体基底内的通道。
图31图示了带有沿通道长度布置的限制的通道，该限制用以减少回流。
图32示出了线性和径向泵送通道的示意性图示。在图32(a)中的管是直的 或线性通道，箭头示意移动阀或行波泵的方向。可以采用其它的几何形状， 并且在图32(b)中示出了可替代的构造，在其中，移动阀或行波管沿径向方向。 管的末端接合到另外的通道或结构以实现流体流动。
图33图示了多层装置的顶视图，该装置使用连接到延伸向3-阀位置和入 /出端口的流控通道的径向泵配置。
图34示出了用于通过机械装置变形材料的驱动机制的实例，并因此通过 行波产生流体流动。致动结构可以是刚性的，或可变形以允许致动表面适应 微结构阀元件。它们可以沿垂直方向应用到阀表面，或者沿表面平行移动。 显示的实例是：球形物(图34(a))；棒形物(图34(b))；限制了若干不旋转 的球体的旋转外壳(图34(c))；在旋转台上的凸起结构，旋转台布置为通过 摆作用仅接触一个表面(图34(d))；旋转凸轮(图34(e))；和施加垂直于和 平行于表面的力的旋转刮片(34(f))。
图35图示了径向轴承泵的拆分视图，其带有两个用以变形图33中的装置 的弹性体层的致动头。
光学测量装置和方法
图36(a)-36(d)示出了微流控通道构造的平面视图，其中透射窗被分离以 允许电磁波沿流控通道纵向地行进。图36(a)示意了三个通道的平面视图，其 显示透射窗的位置沿流控通道布置在合适的距离以允许电磁能量进入或离 开流控通道。在这个特定实施例中，电磁能是采用光的形式。图36(b)示出了 带有合适地布置的类似透射窗的单个流控通道，其中流体流动方向在接近窗 时变化。图36(d)示出了带有合适地布置的类似的透射窗的单个流控通道，其 中进入或离开通道的流体流动通过多条路径到达或离开。
图37(a)示出了正处于通道和基底表面之间的光学窗的三层装置的截面 视图。图37(b)示出了具有在流控通道和装置表面之间的整合的光路的多层装 置的截面视图。图37(c)示出了结合标记为(04)的棱状结构用以沿通道纵向 地引导光的多层装置的截面视图。
图38一步一步地显示了结合反射涂层的3层装置制造过程。
图39显示了结合反射涂层的2层装置制造过程。
图40(a)-(c)示出了使用反射层的多种的2层和3层装置构造。
图41(a)-(c)提供了结合到流控装置的棱镜的实例。
图42提供了集成的多个棱镜系统的实例。
图43(a)-43(b)示出了装置内的光纤集成。图43(c)示出了接近微流控装置 定位的光纤束。
图44(a)和44(b)示出了隅角立方反射器的简图。
图45(a)、(b)和(c)示出了使用在或使用与微流控装置的隅角立方反射器。
图46(a)和(b)用以协助对准和引导光的棱镜结构的简图。
图47(a)到(j)示出了带有用于改进的信号响应和成像的棱镜和反射结构 的流动单元的实例。
图48示出了带有纵向和横向检测的流动单元实例。
图49(a)-(c)示出了在装置上接近地定位的检测器和源区。
图50(a)-(b)示出了波导管，其能够由例如通过注入和然后固化光学透明 材料，或将已经形成的光导管放置在真空结构内而制成。
仪器配置方法
图51是现有技术升级途径的示意性图示。向用户提供升级包，通常是采 用安装设置向导的可执行文件的形式，设置向导引导用户完成安装过程，将 新的程序代码添加进入仪器程序。
图52是现有技术操作带有可移动插入件的仪器的示意性图示。仪器包括 带有用于任何所要求的操作的全部所需子程序的整个程序。插入件包括序列 号或产品代码，其允许仪器解锁它自己的程序部分或提供“goto”型指令以允 许执行保存在仪器中的代码的特定的段或子程序。
图53是本发明的示意性图示，其中插入件包括部分或全部升级信息。
图54是依据本发明的分布式架构的示意性图示。
图55是本发明的路径的一个实施例的示意性图示，其中仪器包括通用程 序和专用程序子程序，但不包括操作插入件所需的专用应用程序要求的操作 代码。插入件包括调用仪器子程序以操作仪器用于目标应用的指令。
图56是依据本发明的另一实施例的路径的示意性图示。
具体实施方式
流体操作文献和方法
本发明的不同实施例包括：控制流体在装置中的流动的控制器；和各种 流体处理结构，包括一个或多个可移动部件、半透膜、电极、传感器或它们 的组合。
依据本发明的控制器可以采用任何适合的形式，并且优选地包括致动器 用以触发与装置内的流体流动相关联的部件。
流体处理或致动部件可以由任何适合的材料制成。例如，它们可以由单 个成型的基底或多个基底制成。流体处理结构可以采用任何适合的方式形 成，例如，它可以形成在整块的基底内或由若干层的基底形成。
致动器可以在装置的外部或是流体处理装置的部分，或由流体处理装置 的部分和外部的分离元件形成。
致动可以通过任何适合的装置进行，例如，它可以由用户手动地直接进 行，或在仪器协助下直接手动地或自动地进行。
依据一个实施例，致动器是通过与外部仪器之间的接口提供的气动压 力。
依据描述的另外的优选实施例，使用外部机械致动器用以施加压力到装 置上的在装置内变形并应用气动或液体压力的可变形材料，或由操作人员的 手指手工致动。因此，依据这些优选实施例，可变形基底可以是流体处理结 构的集成部分，而致动机制是分离的。机械致动器可以采用任何适合的形式， 例如，它们可以包括：轴承；销；活塞；摆动板；凸轮；和刮片。其它期望 的实施例可以包括使用通过不同方式应用的能量，例如，通过包括光、静电、 电气、抗性、压电、电磁、气动、液压、线性和磁力致动器的仪器或装置。
致动区可以覆盖整个表面或仅覆盖部分表面。图1是包括带有交叉通道 (02)的致动部件(01)的致动区(03)的示意性图示。
致动区可以在流体处理部件的外表面上或在流体处理装置的内部。
依据一个实施例，致动区或它的部分可以是可移动部件，其(例如)在 施加的压力作用下改变形状。可移动材料可以是弹性体或任何其它适合的在 施加的压力作用下改变形状的可移动材料。
在另一个实施例中，致动区包括双稳态或单稳态材料，例如聚合物或复 合物材料，其能够从预定的几何形状改变形状到另一种预定的几何形状，并 且一旦激励(例如致动力)被移除或撤消，仍可以改变回或被促使恢复到初 始状态和位置。这种布置的实例包括按钮型致动器，其可以例如手动、热力 地、电气地或机械地操作，并已经被合适地形成以允许在致动力作用下移动。
可移动部件可以变形直接进入流体处理结构，或间接地作用于流体处理 部件的部分，以致使或防止流体处理部件内的压力或形状变化。
致动区可以大于致动部件。
致动部件操作包括但不局限于流动控制、泵送、阀控、扩散、微滴传递、 混合、分离、切换、配量、注入、传感、催化、吸水、去水、以及在致动力 作用下被触发或阻止触发的其它流体处理操作。为了说明的目的，图2示出 了若干这些部件的示意性图示。图2(a)表示注入泵(04)，图2(b)为泵(05)， 图2(c)为开关阀或可变阀，并且图2(d)为单向阀。
同一个致动器可以操作多于一个致动部件。在图3-7中示出了实例。这 种布置简化了装置操作，并且因此通过减少致动控制和空间需求而简化了用 于流体处理部件的仪器需求。通过组合由同一机构操作的多个致动部件，操 作效率也能够增强以用于不同功能，例如泵送、阀控、混合、注入、受控配 量、切换和其它流体处理操作。
图3中示出了由一个致动区操作的相同类型的多于一个致动部件的示意 性图示。图3(a)示出了三个直列泵(09)，其连接到由同一机构(08)致动 的三个分离的通道(10)。图3(b)示出了连接到由同一致动区(08)操作的 三个分离的通道(10)的三个注入泵(11)。图3(c)示出了连接到由同一致 动区(08)操作的三个分离的通道(10)的三个开关阀或可变阀(12)。通 过由由同一致动区的各个独立通道组合这些致动部件；生产量、大小、成本 和简单性能够由于仅要求单个致动机构由同一致动区操作所有部件而得以 提高；并且要求严格的致动部件定时的应用能够被简单和精确地完成。图3(d) 示出了通道(10)交叉的实例，其中四个通道具有由同一致动区(08)操作 的开关或可变阀(12)，使得受控配量能够由单个操作而进入或流出所有阀 通道。图3(e)示出了两个直列泵(09，13)的实例，其由同一致动区(08) 在同一致动机构的相对冲程(施加的压力)上操作，由此当从每个泵引出的 通道(10)平行连接时，通过在致动机构的正向和反向循环上都进行泵送作 用而提高泵送效率。
在图4中示出了在一个致动区操作多于一个类型的一个以上的致动部件 的示意性图示。图4(a)示出了由同一致动区(14)操作的在独立通道(15) 上的直列泵(17)和两个开关阀或可变阀(16)。图4(b)示出了由同一致动 区(14)操作的在独立通道(15)上的开关阀或可变阀(16)。如果设定可 变阀为不同的流率，则泵送的流体能够重复地分配到任一阀出口。图4(c)示 出了连接到带有由同一致动区(14)操作的开关阀或可变阀(16)的四个通 道(15)的注入泵(18)，允许注入的流体分配到每个通道。图4(d)示出了 四个相交的通道(15)内的直列泵(17)的示意性图示，通道(15)包括开 关阀或可变阀(16)，其全部由同一致动区(14)操作。这种配置提供了对 于泵送流体进入或流出带阀通道的流动控制。
图5中示出的泵送示意图示出了三种类型的泵，其使来自共用通道或容 器的流体被分配。图5(a)示出了直列泵(21)，其连接由同一致动区(19) 操作的分离通道(20)上的两个开关阀或可变阀(22)，并依据阀配置而将 所泵送的介质分入两个通道。图5(b)示出了注入泵(23)，其连接由同一致 动区(19)操作的分离通道(20)上的两个开关阀或可变阀(22)，并依据 阀配置而将所注入的介质分入两个通道。图5(c)示出了在分离的通道(20) 上的由同一致动区(19)操作的两组三个开关或可变阀(22)。通过配置每 个阀以顺序致动，能够通过在任一通道中的单个致动而实现蠕动型动作。
依据本发明，即使由同一致动器致动，致动部件也可以根据它们的组成 和几何形状而不同地操作。这样的实例包括：由于它们的几何形状而以不同 流率操作的泵；和阀，其中一些在致动过程中被转到关闭状态，而另外一些 转到打开状态；或可变阀，其被设置以限制流动为不同的水平；或部件，其 由同一致动器在不同的时间触发。提供用于受控配量的布置的实例如图5中 所示。这种阀可以以多种方式设置以提供受控配量。例如，它们可以被设置 为在致动循环期间在不同点关闭，或被设置为限制流率，有效地允许产生受 控容积配量过程。
依据本发明的另一个方面，致动部件可以依据它们的配置利用同一致动 器不同地操作。图3e示出了这种配置的实例，其中两个泵平行连接，由同一 致动器操作。致动部件可以一致地或在致动循环的不同部分操作，例如，一 个泵在致动循环的向下冲程推进流体，而另一个泵在向上冲程推进流体。
在另一个实施例中，能够由同一致动器操作多个阀，从而通过交替多个 阀的开关状态而产生蠕动动作以引起流体流动。由三个由同一致动器操作的 不同地触发的阀构成的蠕动型泵示出在图5c中。
可以组合多个致动区以进行流体处理操作。这种布置的实例示出在图6 和图7中，其中一个流束交叉另一个，以允许两个流束之间的预定容积转移。 在图6的实例中，流束(23，24)由泵和阀致动区(26，27)交替地触发， 使得注入流束流动，而非泵送流束由于泵送流束的致动而被阀控制。这防止 一个流体回流进入另一种流体的通道，除在它们交叉的点处之外，由此提供 了对于流体的受控配量和受控塞作用，使得流体能够被注入另外的流体流 束。在图7的示意性图示中，流束(30)由(28)泵送，并且如果通道(32) 中的背压较高，则流体在(31)处穿过通道(32)并通过(29)的阀流出。 因此，当(29)被触发时，沿通道(32)的流体被泵送，而由于(29)的阀 的触发而不会回流进入(30)。因此，如果在(29)触发之前从(28)引入 流体，则在两个流束(31)交叉处堵塞的流体被注入并随同从(29)泵送的 流体一起被输送。
图8(a)示出了这种致动区(33)的实施例，其中两个中心通道由两个圆 形单向阀(34)连接在一起，允许致动时执行泵送，如图8(b)所示，其中箭 头指示交替的致动循环时的流体流动方向，(34a)和(34b)分别表示向上 和向下致动循环。而图8(a)的矩形致动部件(35)是开关阀，其允许膜(36) 变形以堵塞通道从而停止致动期间的流动，如图8(c)中所示，其中阀截面示 出为开(35a)和关(35b)模式。图8(d)中示出的另一个实施例示出了作为 泵操作的两种类型的阀的操作。填充动作(37)致使膜(36)向上变形，允 许流体进入泵送腔，并且在清空循环(38)中，膜(36)被压紧在封闭入口 孔的腔的基底上并使膜变形进入下部通道，允许流体在出口通道前的限制的 作用下通过。另一个三通阀的实例提供在图8(e)中，其中可变形层(40)用 于当从相对端口(39)应用压力时关闭特定端口，所应用的压力使膜变形以 覆盖未应用压力的端口。膜可以定位到腔或通道的一侧以默认关闭特定端 口，而仅当从初始关闭的端口应用压力时打开。
本发明的另一个方面可以包括一个或多个半透膜，其能够用作排气口或 止回阀以在低的压力作用下允许例如空气通过而防止流体流动。实例包括但 不局限于：微孔膜或纤维膜，其具有大于>0psi的起泡点压力。优选的实施例 使用孔径尺寸小于0.9μm的疏水膜，优选地小于0.5μm，并且最为优选地小于 0.2μm。其中当孔径尺寸小于0.2μm，则膜优选地用于生物体获取(biological organism trapping)。半透膜可以例如用作起因于装填、死体积和例如泵送 这样的操作的流体处理装置除泡的排气口，在图9(a)中示出了这种实例，在 其中直列泵(43)在下游端结合了除泡器(41)。半透膜也可以配置为止回 阀，在图9(b)中示出了这种实例，在其中注入泵(44)具有用于用作止回阀 操作的下游端排气口(42)。本配置允许结构中的流体得到可靠存储和处理， 流体仅在被致动时注入系统。图10示出了带有除泡器的通道的截面。带有气 泡(45)的流体(47)穿过半透膜(46)，其中气泡(45)优选地由于膜两 侧的压力差(48)而通过膜去除，其中压力差低于气泡沿通道继续行进所需 要的压力差。
在另一个实施例中，排气口(50)布置成为结构(49)除气，以确保通 道或腔(52，53)的完全装填。装填材料可以是任何适合的类型，例如它们 可以是流体或实心。图11中的实例描述了布置在检测腔(53)下游端的用于 除气的排气口，以去除在流体从入口(51)引入时初始存在于结构内的空气。
在另一个实施例中，表面张力和几何结构的使用能够被用以协助在去除 气体的同时引导液体横跨排气口。图12(a)和12(b)分别描述了实例装置(55) 的平面和截面视图，装置(55)在微通道(54)上具有相对大的表面面积的 排气口(56)，以便于进行气体排气。微通道延伸穿过排气腔(57)的底面， 通道中以及排气腔中的表面张力有助于沿通道引导流体，同时气体释放进入 腔，然后横跨排气口(56)排出。在另一个实施例中，图13示出了排气结构 的实例，其使用调节阀(60)特征结构以防止空气通过排气口。液体仅当排 气腔(61)内达到一定压力时通过调节阀(60)。因为该调节压力高于渗透 膜的起泡点，气体(59)将优选地通过渗透膜(58)排出(图13(a))。当排 气腔(61)充满液体并应用压力时，可变形膜(62)将变形以允许液体流到 出口(图13(b))。
在另一个实施例中，排气口能够组合于可变形结构和单向阀、或加载液 体或泵送的限制。例如图14(a)和(b)分别描述了除泡器型排气口(63)的顶视 图和侧视图，如图13中所示，排气口(63)在可变形结构(66)作用下组合 于单向阀(67)。这里单向阀(67)配置为通过允许空气在可变形结构(66) 被压缩时通过(65)而释放压力，并当可变形材料恢复到其初始状态时进行 密封。因此，在装置中产生负压，其从通道中吸入流体以用已知容积填充腔 (64)。其它泵送机构然后能够被用以挤压该已知容积的流体通过装置内的 除泡器，如图22中的再循环网络所示。
在另一个实施例中，排气口能够配置用以进样过滤和流体控制。图15(a) 描述了在入口槽之上的半透膜(68a)。在施加的高于膜的起泡点的压力差 的作用下，样品内的足够小以穿过膜的成分穿过膜(68a)并进入装置。有 效地过滤样品并延迟样品进入，直到施加压力。图15(b)提供了布置在流控装 置的入口上的两个半透膜。与样品接触的第一半透层(68b)配置作为吸收 介质，以初始地在限定的位置内吸收和容纳样品，由此在压力施加于过滤半 透层(68a)两侧时允许受控配量容积的样品进入装置。在本实例中，样品 在施加压力而被送入装置之前芯吸(wick)通过吸收性材料。在足够的压力 梯度作用下，只有膜正上方的曝露区中的样品移动进入装置。
在另一个实施例中，半透膜(72)能够用以完成受控容积分配和存储。 图16示出了实例，其中试剂或样品能够通过膜注入所描述的大的腔室(70)， 其将填充已知的容积。小的排气面积(73)提供用以在填充期间除去空气并 释放压力，使得出口阀不被释放。当需要注入装置时，施加压力到半透膜(72) (排气口区密封或压力相等)，对流动腔增压，迫使液体通过减压阀(69) 流出进入通道(71)。类似的方法是通过例如通过弹性层注入存储腔室(70) 来加载样品，由此因为任何暴露的半透膜(72)都可以执行排气功能而不需 要分离的排气区(73)。
在另一个实施例中，流体能够通过半透膜引入而执行阀控或泵送功能。 图17(a)和(b)分别示出了布置在两个通道交叉处和通道末端的排气口(72)。 在装置内的流体能够通过施加另一种流体(73)(例如，液体和气体)进行 控制，该另一种液体能够优选地穿过半透膜(72)流动。在本实例中，应用 的气体(73)能够用以驱动液体(74)穿过通道网络或用以停止流体流动。 起泡点压力(表面张力)阻止液体通过膜。几何结构也可以用以与半透膜组 合以限制流体流动。
在另一个实施例中，排气口(78)能够与单向阀(75)组合以形成泵送 系统。这种系统的实例示出在图18中。图18(a)描述了通过除去空气并吸入流 体的横跨排气口(78)的负压(76a)梯度在泵送腔(77)填充流体。图18(b) 描述了通过横跨排气口施加的正向压力(76b)梯度从泵送腔射出的流体。 空气移动能够由外部气动接口或集成致动器提供，例如按钮型泵，如图20中 所描述。
在另一个实施例中，使用多于一个的半透膜用于结构化网络内的流体控 制。图19示出了实例，其中使用了两个具有不同起泡点的半透膜(81a，81b)。 所施加的负压(79a)能够用以通过半透膜(81b)从通道(80a)吸入流体， 然后减小压力或使用带有高于所施加的压力梯度(79a)的起泡点的第二半 透膜(81a)使得阻止液体穿过层(81a)。正压(79b)然后能够被施加(图 19(b))以迫使流体穿过出口(80b)，其可以包括限制件、阀控或其它流控 特性。
在另一个实施例中，在致动区中包括了电极以提供用于传感器操作、电 路操作或致动事件检测的电气切换。在图20中示出了实例，其描述了按钮型 致动区(84)，其结合了在致动操作期间被触发的电极垫(82)。在本实例 中，在基底(83)中的孔被提供用于在结构(84)的致动期间释放压力，由 致动所引起的压力可以然后用在装置内于基底下实行致动。
在另一个实施例中，按钮型或其它可变形结构与半透膜组合。这通过提 供受控致动容积而为化学存储、注入、泵送、阀控和其它流体操作运行提供 了优点。图21(a)和(b)描述了两级泵送方案，其中流体泵送腔(91)与可变形 致动结构(87)内的大的致动容积(90)保持分离。这两种几何结构然后能 够被配置以提供优化的泵送条件；在可变形结构(90)内的容积用以控制泵 送压力，并且在半透膜(86)的另外侧上的流体泵送容积(91)用以限定泵 送容积。此外，半透膜(86)能够用以阻止腐蚀性的或其它对可变形致动结 构(87)有害的流体，例如阻止液体腐蚀可变形结构上的电极传感器。在图 21中示出的实例中，向下的致动力(89)变形可变形结构(87)，减小致动 容积(90)，向泵送腔加压，由此迫使流体通过单向阀(88)并通过通道(85b) 流出。通过去除致动力(89)并使可变形致动结构(87)恢复到它的初始形 状，负压吸取流体通过单向阀(88)进入流体泵送腔(91)。
在替代情形中，可变形致动结构(87)可以通过在致动容积(90)中容 纳流体而用作注入泵，所述流体被保持在装置的通道之外，直到作用在可变 形结构上的致动导致内部压力升高超过膜保持点(retention point)。
在另一个实施例中，提供了再循环流体系统。通过使用除气部件，出口 能够连接到入口并且引入系统的空气在流体流到功能区之前被除去。以这种 方式，流体能够更为有效地混结合且多次通过功能区。这在许多应用中具有 优点，包括样品制备、例如交叉流动过滤、实心化学、微流系统中的检测。 图22示出了带有入口(92)、泵(93)、除泡器(94)、和检测腔(95)的 再循环流控网络的示意性图示。箭头(96)表示泵送时的流体流动方向。
在其它的实施例中，内部减压结构(97)用以防止在不希望的区域中形 成气泡。例如，图23描述了两个这样的结构，其能够使用在通道(98)中， 靠近再循环网络的出口，以避免泵的吸取力在下一个最低压力点处分离流体 链。在某些实例中，这是处于或接近检测区，其可以由于泡的形成而受到负 面影响。通过引入这些额外的宽的区域(97)，流体优选地在该点处分离， 而不是在接近检测区域处分离。
图24示出了多层再循环流控网络的顶视图。再循环网络的连接顺序是： 从包括用于过滤和样品加载的半透膜的入口(108)开始；直接连接到致动 区(102)中的直列泵(99)；接着是单向阀(100)；进样端口，带有用于 防止回流的单向阀(101)；包括减压阀和用于除气泡的排气口(103)和带 有回气系统(109)的单向阀(104)的可变形致动区(102)，这确保了致 动区中的正向压力通过回气系统(109)释放并且负压从样品入口(101)吸 入流体用于受控容积的样品加载；分割、转化、并且然后再组合液流以用于 改进的基于扩散的混合的分流混合器(105)；检测腔(106)；减压结构(107)； 并且然后连接回输入级(108)，用于流控系统中的流体再循环。
在另一个实施例中，图25描述了包括两个受控配量流控网络的多层装置 (110)的顶视图复合图像，流控网络带有泵、阀、除泡器、检测槽、和减 压结构。每个网络的输出向另一个网络的输入中的一个输送，并且如果没有 减压结构，清空出入槽将在相对的流控网络的出口中产生吸取力，因此可能 导致在检测区中产生泡。顶部的两个按钮允许泵送来自它们各自的入口槽的 流体，并提供单向阀以防止在某一时刻仅有一个泵被致动时产生回流。底部 的两个泵配置为提供来自内部槽的受控容积的注入流体进入通过网络从另 外的槽泵送的流体，方式类似于流注入分析技术。详细的讲，当致动时，直 列泵(111)和(112)泵送流体穿过防止回流进入任一泵的单向阀(113a或 113b)。对泵(111，112)的致动控制确定了从它们各自的输入槽(114， 115)泵送的两种流体的比率。气体从穿过除泡器(116a)的泵送的流体中 除去。经除泡的流体然后泵送通过检测腔(117a)，穿过减压阀(118b)， 并且然后到直列泵(120)的入口槽(119)。直列泵(120)然后用以移动 通过单向阀(125b)泵送、通过共用注入腔(121)、穿过致动停止阀(122b)、 通过除泡器(116b)、减压阀(118a)并排出槽(114)的运载流体。单向 阀(125a)防止运载流体流动进入直列泵(123)，并且致动停止阀(122b) 由直列泵(120)致动以防止在流动循环期间流体流动到槽(124)。当直列 泵(123)操作时，在槽(124)中的流体通过单向阀(125a)、注入腔(121)、 打开的致动停止阀(122b)、并回到槽(124)再循环。在致动循环中，单 向阀(125b)防止流进入泵(120)，并且致动停止阀(122b)被触发以防 止流体流动到除泡器(116b)。
在一个实施例中，装置的板上泵送和阀控由外部气动仪器致动，气动仪 器带有由卡(126)提供的可配置的气动互联。所述配置提供了强健并且非 常灵活的平台，其能够配置为采用用于多种不同的应用的卡，因为卡不仅配 置内部的阀和泵设置，还配置外部的阀连接(131)。图26示出了实例装置 的平面视图(图26a)和侧视图(图26b)，其中通过孔(130)从外部压力 源向在泵送区(128)之上的共用腔(127)增压(正压和负压)，以在共用 压力腔(127)作用下提供共用的泵送动作到所有泵(可以使用多于一个并 独立操作的压力腔)。基于卡内的阀控配置允许或不允许在卡内的流体移动， 卡由外部仪器阀(129)气动地控制。施加到内部阀结构的压力由外部阀(129) 控制并由于它们与增压泵送腔(127)和大气的连接而能够是正向的、负向 的、或大气压力，这可以由卡来配置。仪器阀(129)经由端口(132)穿过 密封垫圈(133)连接到卡。
本发明还包括多种流体处理结构，其包括可变形部件，可变形部件可以 用作泵或阀。可变形部件可以变形进入流体处理结构，或作用于流体处理结 构的部分，以产生对于流动的限制或压力增加。
流体处理结构的一部分或者全部可以变形。这种限制能够用以控制流体 在稳态单阀、多阀、或在移动的阀操作中的移动，分别见图27(a)、图27(b) 和图27(c)。在图27中，通道由基底(203)和可变形材料(202)限定。在图 27(a)中，单个轴承(201)垂直于通道(204)的长度移动，变形弹性体材料 (202)并因此密封通道(204)的部分。在图27(b)中，三个轴承(201)变 形可变形材料(202)进入通道结构(204)以通过交替它们的致动以进/出通 道而形成蠕动型泵送动作。在图27(c)中，轴承(201)沿通道(204)的长度 方向移动，变形可变形材料进入通道(204)，以沿轴承移动方向挤压通道 中的流体。
依据一个实施例，外部部件包括致动部分，其与流体处理部件接触，使 通道发生部分变形，产生通道夹紧，因此允许通过使通道打开(图28)或关 闭(图29)而执行阀操作。
图28示出了本发明的在致动之前的不同实施例，其使用可变形材料 (205)和不变形材料(206)的组合以产生流体处理结构(208)。可变形 材料可以是弹性体(205)，如图28(a)到28(h)所示，或其它材料(207)，如 图28(m)到28p)所示，其在例如所施加的压力等激励作用下改变形状。图28(i) 到28(l)示出了如何组合可变形材料(205，207)使其用于形成流体处理结构 (208)。
图29示出了可变形材料(210)在致动(209)作用下偏移进入不同流体 处理结构。不同的外部致动器可以单独使用或组合使用。它们应优选地被适 当地设计尺寸以在致动作用下产生最有效的变形。一个实例是圆形轴承偏移 可变形材料进入半圆形通道。在图29(c)to29(f)中示出的替代方法是成型和 或限制可变形材料以确保材料(210)在致动(209)作用下偏移进入流体处 理结构。
依据本发明的方面的可变形材料可以具有任何适合的类型。一个优选的 实施例包括是弹性体的可变形材料。优选地，可变形材料是有弹性的，以便 一旦去除变形的激励则恢复到它的预变形形状和位置。因此，例如，在去除 致动器后，利用致动器被压缩进入通道的可变形弹性体材料将最优选地自动 返回到通道外的位置。
在另外一个实施例中，可变形材料是双稳态或单稳态材料，例如聚合物 或复合金属，其能够从预定的几何形状改变形状到另一个预定的几何形状， 并且然后一旦移除或撤销激励，可以恢复或促使恢复到初始的状态和位置。 这样的实例能够包括手动地、热学地、电气地或机械地操作的按钮型致动器， 其已经合适地形成为凸起或凹入的结构。
液体处理部件可以由单个成型的基底或多个基底制成。流体处理结构可 以形成到整块的基底或由基底的若干层限定而形成。
流体处理结构(211)可以部分地或整体地形成在可变形材料(212)内， 如图30中所示。图30(a)和30(b)示出了可变形材料(212)，其包括部分地由 基底(213)限定的流体处理结构(211)。在图30(a)中，可变形材料(212) 在基底(213)的表面上，而在图30(b)中，可变形材料(212)与基底(213) 相接并进入基底(213)内。图30(c)和30(d)示出了形成在可变形材料(212) 内并由另一可变形层(212)密封的流体处理结构(211)，而在图30(d)中， 流体处理结构(211)整体地形成在可变形材料(212)内。
可变形材料可以是比偏移距离薄的膜，或整块的可变形材料，其中可变 形材料的深度大于所需要的偏移。更大的可变形材料提供了通过允许更大的 施加压力区而简化致动机构的优点，这可以引起变形进入更小的结构。
可变形材料可以在流体处理部件的外表面上或在流体处理装置内。
可变形材料可以覆盖整个表面或部分表面。例如，它可以包括垫圈或O 型圈几何形状。
可变形材料可以与表面平齐或在通道的表面上方延伸。
可变形材料可以变形进入一个或多个流体处理结构。
在另一个实施例中，多个由可变形材料制成的稳态阀可以用以通过交替 它们的开/关状态以产生蠕动型动作而引起流体流动(图27(b))。
可变形或微流控结构可以组合于其它流体限制元件，例如扩散喷嘴或 阀，以形成泵或泵送机构的部分。这些阀控结构可以邻近到泵送腔布置，如 图28(o)和图28(p)中箭头所示，或沿泵送腔或通道的长度布置。沿通道的 长度布置的阀可以包括定向流动抑制结构，例如逐级通道限制或单向阀。图 31示出了形成在基底(215)中的通道(217)，其带有带轮廓表面，在可变 形材料(214)偏移时提供单向阀控作用。在本实例中，沿箭头的方向移动 的滚动轴承(218)沿带轮廓表面(217)挤压在轴承前的流体(216)。在 轴承前建立的流体压力使膜(214)偏移，沿轮廓推挤流体(216)。
依据另一个实施例，在流体处理结构中引起变形的致动器的移动可以通 过引起波状动作而产生泵送作用，波状动作迫使流体沿通道流动。图32(a) 和32(b)提供了泵送区的示意性图示，其由沿流体处理装置表面的引起流体流 动(219)的线性(220)或径向(221)致动动作产生。图33描述了多层装 置的顶视图，其使用连接到微流控通道(225)的径向泵(224)配置，微流 控通道(225)通往三个阀位置(222)和入/出口(223)。由于弹性体的变 形沿通道的长度进行，因此在许多情况中，因为保持了变形进入通道，不需 要阀来阻止回流。
这些特定实施例使用机械制动器以施加压力到垂直于通道方向的可变 形通道结构上，并使平行于变形基底层的力为零或使其降低以减小摩擦力。 可变形基底可以是微流芯片的集成部分，而旋转部分或致动器可以是附接的 或附随仪器或这样的受控装置的部分。机械致动器的实例示出在图34中，并 可以例如包括球形物(227)和轴承组件(228)、销和活塞(226)、摆动 板(229)、凸轮(230)和刮板(231)。其它希望的实施例可以包括手动 致动，例如用操作人员的手指，或通过使用由仪器或装置施加的能量，这些 仪器或装置包括静电、电气、电阻性、光、压电、电磁、气动、液压、线性 和磁性力致动器。图35中示出的实例描述了径向轴承泵的分解视图，其带有 用以变形弹性体层用于图32中描述的装置的两个致动头。一个轴承头组件用 于执行泵送动作，而另一个靠近阀操作。轴承组件包括容纳在壳体(232) 内的球形物(234)，壳体(232)安装在连接到驱动杆(238)的齿轮组件 (235，236)上。整个组件平移驱动旋转90°，以旋转轴承组件，并且通过 将壳体(237)连接在仪器的固定销(233)被保持在一起。
光学测量装置和方法
下面关于某些优选实施例的描述以光作为装置中使用的电磁波。但是， 本领域技术人员将理解某些实施例同等地可应用于其它的电磁波。
光学流体检测单元的目的是引导光射线进出通道，以在分析流体、由流 动通过或容纳在单元内的流体所处理的材料时增强检测灵敏度，并从而提高 检测器响应。这里公开的结构、装置和方法可应用于流体检测单元内的纵向 和横向测量。
为了分析横穿检测单元中容纳的流体之后的入射光，分析方法包括但不 局限于通道内比色法、发光(磷光和荧光)、吸收法和透射法。
检测单元中的流体可以是静止的或移动的。
被分析的分子可以在通道内的任意位置，例如，它们可以在流体内，粘 结到检测单元壁，或附接到检测单元内的另一种物质。
片外光学元件(例如透镜和滤光器)也可以用以聚集和调整入射到装置 和从装置透射的光的射线。
依据本发明的装置可以结合任何已知的电磁辐射透射、反射、折射、修 正、或分割部件。这些部件的实例包括但不局限于下面作为单件(singlet) 或多个光学元件的部分的吸收、反射、折射、或衍射部件；扩散器(由材料 的不均匀性，表面的微细结构所产生)、透镜(凹面、凸面、球面、非球面、 菲涅耳透镜)、棱镜(用于引导和分离光、分光镜、准直管)、折射表面(具 有不同折射率的材料，形成蛾眼微细结构以减少表面处的反射)、用于改变 折射率的表面涂层(例如薄金属层的光学涂层)、衍射光栅、反射镜(平面、 球面、非球面、菲涅耳、隅角立方反射镜)和滤光片(吸收、二色性、二元 滤光片)。
依据一个实施例，本装置是多层装置，并且整块装置部分地或整个地为 聚合物。流控或光学部件可以通过在整块装置中除去或替换材料或穿过层完 全切除而制成。依据本发明的装置能够由批量、序列的、或连续的生产技术 而制造。这样的技术包括但不局限于压印、注入成型、冲压、辊切、离子或 化学刻蚀、激光处理和热压成形。
在一个实施例中，光源S和检测器D的任一个或两者都能够垂直于流体运 载通道定位。图36(a)到36(d)示出了微流控通道(401和402)的顶视图，微流 控通道(401和402)在顶部表面上带有透射窗(301)用于照明和或检测。 在这些实施例中，检测区沿通过透射窗(301)之间的微流控通道(402)纵 向地定位。
带有纵向检测区的装置的截面示出在图37(a)、(b)和(c)中，其中光子重 定向元件用以引导电磁辐射通过装置。S和D分别指代光源和光检测器。图 37(a)示出了在通道(403)的任一端部处的成角度的反射器(412)，其在大 体垂直和水平方向之间重定向通过装置(303)中的波导管(301)的光路 (302)。图37(b)示出了实例，其中成角度的反射表面(412)用以在装置(303) 内引导光路。光路(302)可以通过重定向光穿过透射窗或层之间的端口(405) 而横截流控或非流控波导管(404，406)并在装置内的层之间穿过。装置还 可以结合棱体状(prismatic)结构以引导装置内的光。结合了棱体状或折射 结构的示例性装置(303)示出在图37(c)中。在该实例中，填充了流体的检 测通道(304)具有成角度的端壁以引导光路(302)通过装置的顶层，沿着 检测通道(304)，并通过底层射出。
在一个实施例中，反射部件(镜面或更高折射率的材料)添加到微流控 通道的壁以避免通过通道壁的损失。图38和39提供了用于通过反射膜沉积来 制造微流控通道中的反射部件的制造步骤的实例。图38示出了通过切除整个 层以产生空隙或流控通道(307)来制造3层装置的四个步骤。涂层(306) 在将层粘结在一起之前或在中间步骤之后添加，在最终密封涂覆涂层的微流 控通道(408)之前粘结某些层。而图39示出了2层装置的制造步骤，2层装 置通过例如压印(embossing)或注入成型、接着反射层沉积并且然后组装的 技术成形。在该实例中，在组装以产生涂覆的微流控通道(407)之前在基 底层(305)上执行构建和涂覆。反射膜(306)可以在构建之后采用溅射或 化学气相沉积技术，或通过例如热冲压(如在印刷工业中经常用到的，用于 装饰性涂覆)方法沉积。热冲压提供了在简单的冲压过程中沉积相对厚的金 属膜，并且在一些情况中沉积复杂的多层结构，简单的冲压过程易于集成到 例如基于网络(web-based)的或卷到卷(reel to reel)生产的连续生产方案 中。热冲压能够在压印或层叠处理之前或之后执行以进一步构建或涂覆沉积 的薄膜。
在另外的实施例中，在装置内设立光导管(或波导管)用来引导光射线 到检测单元，并且在某些情况中是沿着检测单元的长度方向引导光线。图40(a) 和(b)中示出的横截面示出了带有用于增强内部反射的涂覆通道的检测单元 的实例。图40(a)示出了三个基底层(309)的实例，基底层(309)形成了带 有反射表面(308)的微流控波导管(409)。近似地垂直于微流控通道中的 顶部或底部表面并接近成角度的表面结构的光被沿通道长度方向纵向地引 导，并在通道的另一端部处反射以通过与入口表面相对的表面射出。图40(b) 示出了4基底层(310)的实例，基底层(310)组合以提供穿过多个层的波 导管。在本实例中，波导管结构(410)具有反射表面(311)并可由层内的 空隙形成。这些空隙可以是空的，也可以填满透射材料。如图40(c)中所示， 涂层也可以应用到不与波导管或流控结构(313)接触的层表面上，其中， 在底部基底表面上提供反射(312)层，用以允许入射辐射在穿过微流控通 道或空隙(314)之后，近似地垂直于顶面被反射。
二色性的、吸收和其他滤波器也可以结合，例如通过涂覆装置的一个或 多个层的表面。
在另外的实施例中，结合了不同的折射部件，其包括但不局限于棱镜和 具有不同折射率的材料。图41(a)示出了棱镜(411)和透镜(319)结构，其 在粘结为形成三层(315)微流控装置之前被压印到层中。在本实施例中， 入射光(317)被引导通过棱结构而进入两个相对的微流控通道(316)，然 后在通道的任一端处被反射，通过凹面镜结构(319)在外部聚焦到该装置。 反射层或涂层(318)用于提高光子产量(photon yield)。图41(b)中示出了 类似的结构，其中三层(324)微流控装置结合凹透镜(320)和凸透镜(325) 用以聚光(322)，并结合了反射表面(321)用以引导光通过空隙或流控通 道(323)。图41(a)和(b)在装置的顶部表面上结合了透镜用以帮助聚光。而 图41(c)结合了透镜部件，其对齐(in-line)检测单元内用以聚焦装置内的光， 例如进入波导管，或者到外部部件或从外部部件来。在本实施例中，显示了 3层基底(326)装置，其带有凹透镜(331)以聚焦入射辐射，并带有凸透 镜(327)用以在辐射横穿检测单元时聚焦辐射。反射表面(328)用于最小 化沿通道(330)壁的光(329)损。
依据本发明的另一个方面，集成的透镜部件能够在单层或多层系统中制 造。这些透镜系统可以与微流控通道共面或不共面。在很多实例中，这允许 采用与用以形成通道的方法相同的方法简单制造出透镜部件。
另外的实施例能够容纳流体载送通道或检测单元外的光移位元件。例 如：图41(a)、41(b)和41(c)显示了在与流体检测单元相同的部分中制造的透 镜，但并未与检测单元形成一体。其他透镜，例如菲涅耳或非球面镜，可以 同样地很好使用。
多透镜系统也可在装置中制造，以提高对光的引导作用，见图42。这个 实例示出了多透镜元件，其用于准直辐射(335)，包括对齐通道或空隙(332) 的凸透镜(333)和凹透镜(334)部件。
某些实施例使用了光纤，其可以采用或不采用另外的透镜部件用于增强 信号耦合。图43(a)和(b)示出了带有相对于微流控通道(337)纵向地布置的 单独的光纤(338)的流控装置(336)。光纤束也可以被采用，并且在特定 优选实施例中在外部延伸至流控部分。在一个这样的实例中，图43(c)示出了 锥形光纤束(340，341)，其邻近于微流控装置(339)定位用于信号获取 和/或照明。
另外的棱和反射结构能够用来聚焦或引导光用于改进信号响应。例如隅 角立方反射器，如图44中所示，提供平行光返回，并能够用于增强曝光和信 号获取。图44(a)提供了单个隅角立方单元(342)，其平行于入射路径反射 辐射(343)。类似地，图44(b)示出了反射入射辐射(343)的隅角立方单元 阵列(344)的横截面。反射器可被横向地或纵向地定位在微流控装置内， 或者在流体通道中或接近于流控通道，例如，图45(a)示出了纵向地定位的反 射器，其形成在带有反射壁的微流控检测流动单元的末端处。(347)提供 了通过检测单元的流体流动方向的指示。入射至表面的辐射(346)在进入 具有反射壁和隅角立方末端(345)的流控通道之前，由表面结构(349)准 直。辐射(346)然后被沿检测单元反射回来，并射出装置(348)。替代的 方法如图45(b)中所示，其中流控装置(350)结合了相对于检测单元(352) 横向地定位的反射器阵列(354)。辐射(351)首先被平行表面结构(353) 准直，然后横过流动通道，并且然后在接近的返回光路上被反射。反射体 (358)也可以定位在微流控装置外部，如图45(c)中所示，以简化本装置的 制造。在本实例中，3层微流控装置(355)结合了检测单元(356)，该单 元接近于反射体阵列定位，允许辐射(359)在反射前能完全通过装置(355)。
使用准直管(349，353，357)来帮助引导辐射，使得光近似平行并垂 直于表面。
类似地，另外的反射体和棱表面组合能够通过引导辐射提高光子密度。 图46分别描述了棱和准直表面结构的射线跟踪实例。这两种技术都能够用以 提供更准直的光束，并且当与另外的结构组合时，能够引起改进的信号响应。 图46(a)描述了基底表面上的棱镜阵列，其依据入射角度折射或反射辐射 (360)，以便控制辐射出射角。图46(b)示出了表面结构(362)，该结构的 壁垂直于基底表面(361)，以准直入射辐射(364)。结构壁(362)上的 折射或内部反射提供了准直的辐射输出(363)。
棱和准直表面结构可以用在流控装置中的一些实例示出在图47(a)至(j) 中。这些结构图示为2层基底装置，但同样适用于另外的多层装置。这些结 构也可以用在单层装置的实例中，例如显微镜载玻片，其中载玻片或盖玻片 的表面被形成图案。这种结构的实例是在显微镜载玻片底面采用隅角立方反 射体，仅通过反射大量垂直于载玻片表面的光束以增强微点阵(microarray) 和另外在载玻片相对表面上的荧光成像。检测单元或空隙(371)能够是流 控网络的部分，并且这里所描述的是横截面或纵剖面。结构表面(365)和 或反射表面(366)配置用于引导光子沿着横向、纵向、或既横向又纵向地 通过流控通道。
图47(a)示出了接近流控通道(371)定位的准直结构(365)的使用。该 结构通过校准经过这些表面结构的光子而减少了因散射和随机发射所产生 光损。
图47(b)示出了接近带有反射壁(366)的流控通道(371)定位的准直结 构(365)的使用。在本实例中，在准直结构(365)末端进入通道的光子被 倾斜的壁反射进入通道(371)内。反射壁(366)改进了通道(371)内的 光子保持(containment)。光子在通道末端处接近反射倾斜壁射出通道(371)， 在此光子被(365)再次校准并离开装置。本方法并不适用于通道(371)的 成像段，但在从整个通道(371)采集数据时改进了光子产量。
图47(c)示出了通道(371)内的棱状结构(367)的使用。这些结构(367) 也可以用于通过反射相对于它们的表面的法向具有较大入射角的光子来帮 助校准穿过它们的结构的光子。因此棱状表面结构的角度决定了光子的接受 角。这在改善应用中的信噪比响应特别有用，例如通过分离激发和发射光子 的发光。垂直于结构化表面入射的经过准直的激发光子被反射，而一部分随 机的发射光子通过棱状结构。
在图47(d)中，可添加反射表面(366)，以通过反射光子使其横穿通道 (371)回射来提高光子产量，这些表面也可以采用结构反射体(368)的形 式，例如隅角立方、球面的，或非球面反射体。通过使反射体成为通道表面 的部分，如图470中所示，材料边界处的光损减小，并且在一些应用中，能 够在结构内附接材料以改进点光源成像，如微点阵或微球面成像。但是，在 通道内放置表面结构并不适用于一些应用，因为它阻碍流体的相互作用，并 且也可以需要更远的光心。
图47(g)和(h)分别包括接近于通道(371)表面和在通道(371)表面上 的棱状层(367)。在图47(g)中，为反射层(366)添加棱状结构(367)提 供了通过反射已经经过棱状结构(367)的光子来提高光子产量的准直器。
透镜也可以组合到结构内，以聚焦进/出流控装置的光。图47(i)和47(j) 中的实例分别示出结合非球面型透镜(369)和Fresnel型透镜(370)的装置。
图48中的实例用于纵向照明和点光源成像(377)的光路跟踪(372)。 来自源的入射光由非球面透镜(376)聚焦到反射壁(375)上，这使得光路 沿着通道长度偏转90度以照射点光源。穿过通道(373)的激发光子然后在 通道的相对末端上的壁处被反射，通过透镜(376)在外部聚焦。点源在通 道内的发射可以由(375)反射和(374)校准以改进信号响应。组合使用纵 向与横向光子引导元件具有许多优点，在图47和图48中示出了一些实例。
这种构造能够提供单个检测器单元，其适用于大多数类型的光子检测方 法。例如很多技术需要增加光路长度用于高分辨率方案为基础的分析，或需 要沿通道长度的成像。
不同的检测方法学能够组合用于多参数测量。例如用于荧光微点阵分 析，纵向吸收测量能够断定某一试剂的引入或检测气泡的出现，而分析中的 发光点光源被横向成像。
很多情况下可得到改进的信噪比，这对基于发光的测量尤为重要，其中 激发波长和发射波长很接近。来自激发波长的干扰能够通过纵向激发和横向 检测被最小化。
在某些检测器和源位于装置的相同侧的实例中，封装最小化的仪器被简 化。
在一个实施例中，检测器和源区被邻近地定位在装置上。图49(a)示出了 装置(378)中的这样的实例，其中光子(383)进入透明区(379)，这里 光子在纵向地反射前可以被调节，并通过另一个透明(380)区射出。这样 的调节可以包括光栅、棱镜、荧光剂、发光体、或改变波束的光谱含量或形 状的滤波器。纵向反射可通过外部波导管(381)进行，如49(b)中所示，或 在装置内通过内部波导管(382)进行，如图49(c)中所示。以这种方式使光 路(383)穿过装置上的光调节元件的优点在于卡能够设计用于专用应用的 需求。这实现仪器操作多种插入件或装置，而不必改变仪器光学结构。
图50(a)和50(b)示出了用于制造波导管的另外的实例。波导管通过反射或 透射在材料边界上操作入射光。在过去典型的微流控装置中的制造方法中， 已经涉及使用整个的平面材料，直接将光纤插入传感器系统，或以类似于半 导体装置制造的方式光刻构图该表面。在图50(a)的实例中，采用适当的工具 (386)应用折射材料(387)到流控装置(385)中的预形成通道(384)。 该折射材料被固化以形成流控装置中的固化成形的活性(reactive)波导管 (388)。图50(b)中预成形的波导管(389)被插入流控装置(390)。所包 括的波导管(393)然后被密封层(391)密封以产生组合的波导管和流控装 置(392)。
一种用于提高透明材料的波导特性的方法是增加在材料边界处的折光 指数差别。在这些边界处的表面特性的变化能够引起的折射率的变化，用于 提高反射或透射。在特定的薄膜沉积中，能够提供改进的表面用于波导和反 射表面，例如，沉积(几十或几百纳米)银涂层以提供负的折射率。
为在复杂几何形状中引导电磁能量，能够用预先构建的层形成通道。如 果需要，所形成的通道然后可以被填充。这些结构可以通过注入并然后固化 透明材料填充，或布置已形成的波导进入真空结构填充，如图50中所示。
仪器配置方法
本发明还提供了方法，借此，全部的或某些用于仪器的升级信息、操作 数据、或软件架构能够包括在插入件内或包括在插入件上，由此仪器可以包 括某些或全部的用于模板或基本程序操作的软件模块，但并不包括完全操作 仪器所需要的全部数据，一些这类数据由可移动插入件提供。插入件能够在 连接到仪器时被识别，并且依据编码到一个或多个插入件中的数据改变程序 操作。
插入件可以或可以不主要地用于仪器标准操作所需要的其它目的，例如 用于移动电话的SIM卡或用于分析装置的微流芯片。插入件在插入匹配仪器 时被识别，并且依据仪器的功能性和编码进入插入件的数据的协作来执行仪 器的功能程序。
在一个实施例中，插入件包括访问和授权信息，允许用户服务访问仪器 的一定功能或特性，例如新应用和协议数据、用户设置、装置特性或功能性。
在另一个实施例中，本发明提供了由提供数据到仪器以自动化部分或全 部应用操作的插入件带来的改进的用户可操作性和操作自动化，并提供用户 定义的设置，因此简化了用户交互，这增强了系统可靠性并简化了仪器操作。
在另一个实施例中，插入件包括访问或授权信息，其允许用户服务访问 远程特性。这些远程特性能够包括用于升级、试验性或应用信息的因特网站 点，或用于仪器和计算机系统访问的局域网。
本发明的实施例可以包括包括在插入件内的数据，其涉及插入件或仪器 的使用。数据能够在生产期间存储在插入件上并可以包括用户、试验性和应 用信息。这种类型数据的实例包括工厂设定、标定信息、用户信息、装置使 用、收集的数据、传感器数据、设置、采样或操作位置信息(例如，样品的 GPS跟踪)、时间和日期邮戳、生产数据和质量控制、跟踪、和其它可由仪 器、用户或仪器/装置/插入件制造商使用的信息
在另一个实施例中，数据可以可以由用户或仪器在使用前、使用中、或 使用后现场写入、或升级。现场写入的信息也可以包括用户数据、由用户或 由仪器通过全球定位系统输入的样品或操作位置信息、结果、仪器设置、试 验条件、应用信息、和其它用户或仪器数据。
在另一个实施例中，插入件包括用户档案信息。允许用户基于用户的个 人设置自动配置仪器，或教给仪器关于用户通常执行或要求的操作。这能够 由在插入件上的指令直接执行，或通常学习仪器上的软件的算法，分析当前 用户、或另外用户的以前的操作。
本发明的一个实施例描述了仪器和插入件架构，在其中一个或多个插入 件成为用于仪器的软件升级途径的部分，更特别地，插入件包括升级信息。 图53中示出了架构的实例。将新的软件信息集成到插入件上的方法允许仪器 立刻接受新的插入件应用、标定或程序数据，而不需要用户经由其它媒介升 级软件，因此简化了用户操作并降低了制造商开销。利用消费性插入件携带 升级数据的另外的优点在于要求匹配仪器带有正确的接口以连接到匹配的 可插入装置，增加了安全性特性。
本发明的另一个实施例提供了操作系统软件，其构建有核心机器管理功 能并内建专用应用模块，并如所要求的或当有所要求时，由插入件控制以配 置仪器来满足市场或客户需要，
在一个实施例中，采用了面向对象方法，其中仪器包括程序子程序和函 数以执行全部的通用和底层操作，例如采集数据、选择数据通道、泵送、开 关阀、设定温度、模板GUI等。在一个实施例中，仪器中的通用子程序可操 作以执行一个或多个下面的动作：采集数据、选择采集通道、控制泵送、控 制阀切换、设定温度、图形化用户界面配置、及实现仪器运行用于特定应用 的插入件的程序代码、数据或指令中的一个或多个
一个或多个插入件包括应用的对于仪器子程序和函数的调用和变量。这 种方法由图54中示出的实例示意。这种方法允许插入件控制仪器的操作和用 于插入件的特别应用的GUI。程序流程的实例能够在图55和图56中看到，其 中插入件启动应用程序并传递，或实现在程序、运行数据或变量之间传递以 由仪器完成功能。
在另一个实施例中，能够采用非面向对象的方法，其中仪器包括用以执 行全部共用和底层操作的程序代码，例如采集数据、选择采集通道、泵送、 切换阀、设定温度、模板GUIs等。一个或多个插入件包括代码和或变量以实 现仪器操作用于插入件特定应用。这种方法允许插入件控制仪器操作和用于 插入件特定应用的GUI。
这种分布式架构(例如，图54)最小化了与用于仪器及其相关联的插入 件的新的应用开发相关联的软件开发。通用地编程的仪器则能够接受新的应 用，而不需要用户升级软件。
此外，本发明提供了额外的软件安全性，因为可执行程序指令并不存在 于仪器中。插入件仅载送用以配置仪器用于特定插入件的专门应用的指令。 这种方法提供了更为困难的反向工程路径，因为需要完全理解程序的执行。 如果仪器和插入件的交互被反向工程，则结果的可执行程序仅揭示用于所制 造的插入件的专有应用的数据。
本发明的另外的目的在于包括在插入件内的信息和数据可以写入或读 取，或者既写入又读取。
依据另一个实施例，插入件可以传递它的全部操作代码到仪器上的易失 性存储器，仅保留它的标识和数据存储和数据读取功能，因此使它成为“一 次性”装置并且一旦插入件从仪器移除，则破坏全部操作代码。这防止了对 于包括在插入件中的操作码的未授权访问，因为它只能由匹配仪器读取，并 且因为当插入件被插入时，操作码只存在于匹配仪器的易失性存储器中，并 且一旦关闭仪器或移除插入件或完成操作程序，不管哪一个最先发生，操作 码自动永久擦除。
这里描述的插入件可以是单个或多个。插入件可以是可移动存储装置， 例如闪存盘、传感器或微流控盒。在插入件上的数据可以以多种不同的格式 储存，包括但不局限于条形码、板载存储器、微处理器或其它集成电路、电 气互联或抗性、射频、光学、机械或电磁形式。
前述是本发明的具体实施例，特别是微流控的实施例。应理解这里描述 的实施例仅出于说明的目的，本领域技术人员可以在不偏离本发明的精神和 范围的前提下，进行大量的替换和修改。因为它们包括在本发明的权利要求 或其等效文本的范围内，这里意图包括范围内的全部这类修改和替换，。
在本说明书的全文中(包括所附任何权利要求)，除非上下文中另外要 求，则词“包括”及变形例如“包括了”和说明性“包括”将理解为意指包括确定 的整体或步骤或成组的整体或步骤，但并不排除包括任何其它的整体或步骤 或成组的整体或步骤。
附图参考标注
01 Actuation component 致动部件
02 Fluidic Channels 流控通道
03 Actuation Area 致动区
04 Injection Pump 注入泵Symbol注入泵符号
05 In-Line Pump Symbol 直列泵符号
06 On/Off Valve Or Variable Flow Valve Symbol 开关阀或可变流量阀符号
07 One Way Valve Symbol 单向阀符号
08 Actuation Area 致动区
09 Inline Pump 直列泵
10 Fluidic Channels 流控通道
11 Injection Pump 注入泵
12 On/Off Valve Or Variable Flow Valve 开关阀或可变流量阀
13 In-line pump actuated on opposite actuation cycle to other Inline Pump 在与另外的直列泵相对的致动循环上致动的直列泵
14 Actuation Area 致动区
15 Fluidic Channels 流控通道
16 On/Off Valve Or Variable Flow Valve 开关阀或可变流量阀
17 In-Line Pump 直列泵
18 Injection Pump 注入泵
19 Actuation Area 致动区
20 Fluidic Channels 流控通道
21 In-Line Pump 直列泵
22 On/Off Valve Or Variable Flow Valve 开关阀或可变流量阀
23 Stream of fluid 流束
24 Stream of fluid 流束
25 Stream crossover/intersection point 流束交换/交叉点
26 Injector pump and two valves in same Actuation Area 同一致动区中的注 入泵和两个阀
27 Injector pump and two valves in same Actuation Area 同一致动区中的注 入泵和两个阀
28 Inline Pump 直列泵
29 Inline Pump and two valves in same Actuation Area 同一致动区中的注入 泵和两个阀
30 Stream of fluid 流束
31 Stream crossover/intersection point 流束交换/交叉点
32 Stream of fluid 流束
33 Actuation Area 致动区
34 One Way Valves 单向阀
35 Membrane stop valve 膜停止阀
36 Deformable Membrane 可变形膜
37 Inlet Fluid flow 入口流体流动
38 Outlet Fluid flow 出口流体流动
39 Inlet port with Applied force 施加力的入口
40 Deformable Layer 可变形层
41 Debubbler 除泡器
42 Vent With Check valve 带止回阀的排气口
43 In-Line Pump 直列泵
44 Injection Pump 注入泵
45 Gas 气体
46 Semi-permeable Membrane Or Vent 半透膜或排气口
47 Fluid flow 流体流动
48 Gas flow from pressure gradient 由压力梯度引起的气体流动
49 Substrat e基底
50 Vent 排气口
51 Inlet Port 入口
52 Fluidic Channel 流控通道
53 Chamber 腔
54 Fluidic Channel 流控通道
55 Layered Device 分层装置
56 Vent 排气口
57 Vent Chamber 排气腔
58 Semi-permeable Membrane Or Vent 半透膜或排气口
59 Gas Bubble 气泡
60 Regulating valve 调节阀
61 Venting chamber 排气腔
62 Deformable Membrane 可变形膜
63 Semi-permeable Membrane Or Vent 半透膜或排气口
64 Fluid chamber 流动腔
65 Air passage 气道
66 Deformable structure 可变形结构
67 One-way Valve 单向阀
68 Semi-permeable Membranes 半透膜
69 Pressure Relief Valve 减压阀
70 Fluid Reservoir 流体槽
71 Fluidic Channels 流控通道
72 Semi-permeable membrane 半透膜
73 Gas Flow Path 气体流路
74 Fluid Flow Path 流体流路
75 One Way Valves 单向阀
76 Applied pressure gradient 施加的压力梯度
77 Fluid Flow in pump chamber 泵腔中的流体流动
78 Semi-permeable Membrane 半透膜
79 Applied pressure gradient 施加的压力梯度
80 Fluid Flow 流体流动
81 Semi-permeable membrane 半透膜
82 Conductive Material 导电材料
83 Hole in substrate layer 基底层中的孔
84 Deformable Actuation Structure 可变形致动结构
85 Fluid flow direction 流体流动方向
86 Semi-permeable membrane 半透膜
87 Deformable Actuation Structure 可变形致动结构
88 Pressure Relief Valve 减压阀
89 Actuation direction of deformable structure 可变形结构致动方向
90 Actuation volume 致动容积
91 Fluid Pumping Chamber 流体泵送腔
92 Inlet port 入口
93 Inline Pump 直列泵
94 Debubbler 除泡器
95 Detection chamber 检测腔
96 Direction Of Fluid Flow 流体流动方向
97 Pressure relief structures 减压结构
98 Fluidic Channels 流控通道
99 In-line Pump 直列泵
100 One Way Valve 单向阀
101 Sample introduction with one way valve 利用单向阀进样
102 Actuation Area 致动区
103 Debubbler 除泡器
104 One way valve pressure relief valve 单向阀减压阀
105 Split flow Mixer 分流混合器
106 Detection Chambers 检测腔
107 Pressure relief structure 减压结构
108 Sample introduction Port with semi-permeable membrane 带有半透膜的进 样口
109 Air return 回气
110 Multi-layer fluidic device 多层流控装置
111 Inline Pump 直列泵
112 Inline Pump 直列泵
113 One-way valves 单向阀
114 Fluid storage well 流体存储槽
115 Fluid storage well 流体存储槽
116 Debubbler 除泡器
117 Detection chambers 检测腔
118 Fluid pressure relief structures 流体减压结构
119 Fluid storage well 流体存储槽
120 Inline Pump 直列泵
121 Injection Chamber 注入腔
122 Actuation stop valve 致动停止阀
123 Inline Pump 直列泵
124 Fluid storage well 流体存储槽
125 One-way valves 单向阀
126 Fluidic Card 流控卡
127 Pressure chamber 压力腔
128 On-card Pumps 卡上泵
129 Instrument Valves 仪表阀
130 Pressurization port 增压口
131 External valve interface 外部阀接口
132 Valve interface port 阀接口端口
133 Gasket 垫圈
201 Ball Or Roller Bearing 球轴承或辊柱轴承
202 Flexible Wall 柔性壁
203 Rigid Substrate 刚性基底
204 Fluidic Channel 流控通道
205 Elastomer material 弹性体材料
206 Non-deformable substrate 不变形基底
207 Deformable material 可变形材料
208 Fluidic Channel Or Chamber 流控通道或腔
209 Direction Of Applied Force 施加力的方向
210 Deformable Material 可变形材料
211 Fluidic Channels 流控通道
212 Deformable Material 可变形材料
213 Substrate 基底
214 Deformable Material 可变形材料
215 Substrate With Suitable Restrictions Or contoured surface 带有合适的限制 或带轮廓表面的基底
216 Flowing Fluid 流动的流体
217 Fluidic Channel 流控通道
218 Bearing 轴承
219 Direction Of Movement And Flow 移动和流动方向
220 Linear pumping zone 线性泵区
221 Radial pumping zone 径向泵区
222 Valve Locations 阀定位
223 Inlet/Outlet Ports 入口/出口端口
224 Radial Pumps 径向泵
225 Fluidic Channel 流控通道
226 Rod Like Driving Mechanism 杆状驱动机制
227 Spherical Objects 球形物
228 Rotating Housing 旋转壳体
229 Rotating Platform(Wobble Board) 旋转平台(摆动板)
230 Rotating Cams On Rod Structure 杆结构上旋转凸轮
231 Rotating Wiper 旋转刮片
232 Rotating Housings 旋转壳体
233 Fixing Pins 固定销
234 Spherical Objects 球形物
235 Drive Gears 驱动齿轮
236 Drive GearsIMotor 驱动齿轮/马达
237 Solid Fixing Base 实心固定基底
238 Drive Rods/Bearings 驱动杆/轴承
301 Transmissive Windows 透射窗
302 Photon Pathways 光路
303 Fluidic Device 流控装置
304 Detection Channel 检测通道
305 Individual Substrate Layers 各个基底层
306 Reflective Layer or Coating 反射层或涂层
307 Cut-Out or Void In Layer 层中切除或空隙
308 Reflective Layers or Coatings 反射层或涂层
309 Individual Substrate Layers 各个基底层
310 Individual Substrate Layers 各个基底层
311 Reflective Layers or Coatings 反射层或涂层
312 Reflective Layer or Coating 反射层或涂层
313 Individual Substrate Layers 各个基底层
314 Void or Fluidic Channel 空隙或流控通道
315 Individual Substrate Layers 各个基底层
316 Void or Fluidic Channel 空隙或流控通道
317 Photon Pathways 光路
318 Reflective Layers or Coatings 反射层或涂层
319 Concave Structure 凹结构
320 Concave Structure 凹结构
321 Reflective Layers or Coatings 反射层或涂层
322 Photon Pathways 光路
323 Void or Fluidic Channel 空隙或流控通道
324 Individual Substrate Layers 各个基底层
325 Convex Structure 凸结构
326 Individual Substrate Layers 各个基底层
327 Concave-Planar Structure 凹平结构
328 Reflective Layers or Coatings 反射层或涂层
329 Photon Pathways 光路
330 Void or Fluidic Channel 空隙或流控通道
331 Plano-Convex Structure 平凸结构
332 Void，Refractive Inclusion or Fluidic Channel 空隙、折射夹杂或流控通道
333 Convex Structures 凸结构
334 Concave Structures 凹结构
335 Photon Pathways 光路
336 Fluidic Device 流控装置
337 Void or Fluidic Channel 空隙或流控通道
338 Light Fiber or Wave Guide 光纤或波导
339 Fluidic Device 流控装置
340 End Of Fiber Optic Bundle 光纤束末端
341 Fiber Optic Bundle Drawn Into Smaller Diameter 缩为更小直径的光纤束
342 Prismatic Structure-Reflective or Refractive 棱镜结构-反射或折射
343 Photon Pathways 光路
344 Reflective Surface 反射表面
345 Reflective Surfaces 反射表面
346 Photon Pathways 光路
347 Direction Of Fluidic Flow 流体流动方向
348 Fluidic Device 流控装置
349 Collimating Surface Structures 准直表面结构
350 Fluidic Device 流控装置
351 Photon Pathways 光路
352 Fluidic Channel 流控通道
353 Collimating Surface Structures 准直表面结构
354 Reflective Surfaces 反射表面
355 Fluidic Device 流控装置
356 Fluidic Channel 流控通道
357 Collimating Surface Structures 准直表面结构
358 Reflective Surfaces 反射表面
359 Photon Pathway 光路
360 Photon Pathways 光路
361 Device Layer 装置层
362 Collimating Surface Structures 准直表面结构
363 Collimated Transmitted Radiation 准直透射辐射
364 Random Incident Radiation 随机入射辐射
365 Collimating Surface Structures 准直表面结构
366 Reflective Surfaces 反射表面
367 Refractive/Reflective Prismatics 折射/反射棱镜
368 Reflective Surface structures 反射表面结构
369 Surface Lens Structures 表面透镜结构
370 Fresnel Lens Structures 菲涅耳透镜结构
371 Fluidic Channel 流控通道
372 Photon Pathways 光路
373 Fluidic Channel 流控通道
374 Surface Collimating Structures 表面准直结构
375 Reflective Layer or Coating 反射层或涂层
376 Surface Lens Structures 透镜结构表面
377 Particles Of Interest In Fluidic Channel 流控通道中的相关粒子
378 Representation Of A Fluidic Device 流控装置示意
379 Photon Transparent Region 光透明区
380 Photon Transparent Region With Photon Conditioning Element 带有光调节 元件的光透明区
381 External Wave Guide 外部波导
382 Internal Wave Guide 内部波导
383 Photon Pathways 光路
384 Preformed Channel 预成形通道
385 Fluidic Device 流控装置
386 Suitable Tool 合适工具
387 Refractive Material 折射材料
388 Cured And Formed Refractive Wave Guide 固化并成形的折射波导
389 Preformed Wave Guides 预形成波导
390 Partially Complete Fluidic Substrate 部分完成流控基底
391 Containment Layer 容纳层
392 Completed Fluidic Device 完成的流控装置
393 Wave Guides In Situ 原位波导
401 Fluidic Channels 流控通道
402 Fluidic Channels 流控通道
403 Fluidic Channels 流控通道
404 Waveguide 波导
405 Transmission Port 透射口
406 Waveguide 波导
407 Fluidic Channels 流控通道
408 Fluidic Channels 流控通道
409 Fluidic Channels 流控通道
410 Waveguide 波导
411 Prismatic Structure 棱状结构
412 Angular reflective surfaces 成角度反射表面
本发明的不同实施例包括：控制流体在装置中的流动的控制器；和各种 流体处理结构，包括一个或多个可移动部件、半透膜、电极、传感器或它们 的组合。
依据本发明的控制器可以采用任何适合的形式，并且优选地包括致动器 用以触发与装置内的流体流动相关联的部件。
流体处理或致动部件可以由任何适合的材料制成。例如，它们可以由单 个成型的基底或多个基底制成。流体处理结构可以采用任何适合的方式形 成，例如，它可以形成在整块的基底内或由若干层的基底形成。
致动器可以在装置的外部或是流体处理装置的部分，或由流体处理装置 的部分和外部的分离元件形成。
致动可以通过任何适合的装置进行，例如，它可以由用户手动地直接进 行，或在仪器协助下直接手动地或自动地进行。
依据一个实施例，致动器是通过与外部仪器之间的接口提供的气动压 力。
依据描述的另外的优选实施例，使用外部机械致动器用以施加压力到装 置上的在装置内变形并应用气动或液体压力的可变形材料，或由操作人员的 手指手工致动。因此，依据这些优选实施例，可变形基底可以是流体处理结 构的集成部分，而致动机制是分离的。机械致动器可以采用任何适合的形式， 例如，它们可以包括：轴承；销；活塞；摆动板；凸轮；和刮片。其它期望 的实施例可以包括使用通过不同方式应用的能量，例如，通过包括光、静电、 电气、抗性、压电、电磁、气动、液压、线性和磁力致动器的仪器或装置。
致动区可以覆盖整个表面或仅覆盖部分表面。图1是包括带有交叉通道 (02)的致动部件(01)的致动区(03)的示意性图示。
致动区可以在流体处理部件的外表面上或在流体处理装置的内部。
依据一个实施例，致动区或它的部分可以是可移动部件，其(例如)在 施加的压力作用下改变形状。可移动材料可以是弹性体或任何其它适合的在 施加的压力作用下改变形状的可移动材料。
在另一个实施例中，致动区包括双稳态或单稳态材料，例如聚合物或复 合物材料，其能够从预定的几何形状改变形状到另一种预定的几何形状，并 且一旦激励(例如致动力)被移除或撤消，仍可以改变回或被促使恢复到初 始状态和位置。这种布置的实例包括按钮型致动器，其可以例如手动、热力 地、电气地或机械地操作，并已经被合适地形成以允许在致动力作用下移动。
可移动部件可以变形直接进入流体处理结构，或间接地作用于流体处理 部件的部分，以致使或防止流体处理部件内的压力或形状变化。
致动区可以大于致动部件。
致动部件操作包括但不局限于流动控制、泵送、阀控、扩散、微滴传递、 混合、分离、切换、配量、注入、传感、催化、吸水、去水、以及在致动力 作用下被触发或阻止触发的其它流体处理操作。为了说明的目的，图2示出 了若干这些部件的示意性图示。图2(a)表示注入泵(04)，图2(b)为泵(05)， 图2(c)为开关阀或可变阀，并且图2(d)为单向阀。
同一个致动器可以操作多于一个致动部件。在图3-7中示出了实例。这 种布置简化了装置操作，并且因此通过减少致动控制和空间需求而简化了用 于流体处理部件的仪器需求。通过组合由同一机构操作的多个致动部件，操 作效率也能够增强以用于不同功能，例如泵送、阀控、混合、注入、受控配 量、切换和其它流体处理操作。
图3中示出了由一个致动区操作的相同类型的多于一个致动部件的示意 性图示。图3(a)示出了三个直列泵(09)，其连接到由同一机构(08)致动 的三个分离的通道(10)。图3(b)示出了连接到由同一致动区(08)操作的 三个分离的通道(10)的三个注入泵(11)。图3(c)示出了连接到由同一致 动区(08)操作的三个分离的通道(10)的三个开关阀或可变阀(12)。通 过由由同一致动区的各个独立通道组合这些致动部件；生产量、大小、成本 和简单性能够由于仅要求单个致动机构由同一致动区操作所有部件而得以 提高；并且要求严格的致动部件定时的应用能够被简单和精确地完成。图3(d) 示出了通道(10)交叉的实例，其中四个通道具有由同一致动区(08)操作 的开关或可变阀(12)，使得受控配量能够由单个操作而进入或流出所有阀 通道。图3(e)示出了两个直列泵(09，13)的实例，其由同一致动区(08) 在同一致动机构的相对冲程(施加的压力)上操作，由此当从每个泵引出的 通道(10)平行连接时，通过在致动机构的正向和反向循环上都进行泵送作 用而提高泵送效率。
在图4中示出了在一个致动区操作多于一个类型的一个以上的致动部件 的示意性图示。图4(a)示出了由同一致动区(14)操作的在独立通道(15) 上的直列泵(17)和两个开关阀或可变阀(16)。图4(b)示出了由同一致动 区(14)操作的在独立通道(15)上的开关阀或可变阀(16)。如果设定可 变阀为不同的流率，则泵送的流体能够重复地分配到任一阀出口。图4(c)示 出了连接到带有由同一致动区(14)操作的开关阀或可变阀(16)的四个通 道(15)的注入泵(18)，允许注入的流体分配到每个通道。图4(d)示出了 四个相交的通道(15)内的直列泵(17)的示意性图示，通道(15)包括开 关阀或可变阀(16)，其全部由同一致动区(14)操作。这种配置提供了对 于泵送流体进入或流出带阀通道的流动控制。
图5中示出的泵送示意图示出了三种类型的泵，其使来自共用通道或容 器的流体被分配。图5(a)示出了直列泵(21)，其连接由同一致动区(19) 操作的分离通道(20)上的两个开关阀或可变阀(22)，并依据阀配置而将 所泵送的介质分入两个通道。图5(b)示出了注入泵(23)，其连接由同一致 动区(19)操作的分离通道(20)上的两个开关阀或可变阀(22)，并依据 阀配置而将所注入的介质分入两个通道。图5(c)示出了在分离的通道(20) 上的由同一致动区(19)操作的两组三个开关或可变阀(22)。通过配置每 个阀以顺序致动，能够通过在任一通道中的单个致动而实现蠕动型动作。
依据本发明，即使由同一致动器致动，致动部件也可以根据它们的组成 和几何形状而不同地操作。这样的实例包括：由于它们的几何形状而以不同 流率操作的泵；和阀，其中一些在致动过程中被转到关闭状态，而另外一些 转到打开状态；或可变阀，其被设置以限制流动为不同的水平；或部件，其 由同一致动器在不同的时间触发。提供用于受控配量的布置的实例如图5中 所示。这种阀可以以多种方式设置以提供受控配量。例如，它们可以被设置 为在致动循环期间在不同点关闭，或被设置为限制流率，有效地允许产生受 控容积配量过程。
依据本发明的另一个方面，致动部件可以依据它们的配置利用同一致动 器不同地操作。图3e示出了这种配置的实例，其中两个泵平行连接，由同一 致动器操作。致动部件可以一致地或在致动循环的不同部分操作，例如，一 个泵在致动循环的向下冲程推进流体，而另一个泵在向上冲程推进流体。
在另一个实施例中，能够由同一致动器操作多个阀，从而通过交替多个 阀的开关状态而产生蠕动动作以引起流体流动。由三个由同一致动器操作的 不同地触发的阀构成的蠕动型泵示出在图5c中。
可以组合多个致动区以进行流体处理操作。这种布置的实例示出在图6 和图7中，其中一个流束交叉另一个，以允许两个流束之间的预定容积转移。 在图6的实例中，流束(23，24)由泵和阀致动区(26，27)交替地触发， 使得注入流束流动，而非泵送流束由于泵送流束的致动而被阀控制。这防止 一个流体回流进入另一种流体的通道，除在它们交叉的点处之外，由此提供 了对于流体的受控配量和受控塞作用，使得流体能够被注入另外的流体流 束。在图7的示意性图示中，流束(30)由(28)泵送，并且如果通道(32) 中的背压较高，则流体在(31)处穿过通道(32)并通过(29)的阀流出。 因此，当(29)被触发时，沿通道(32)的流体被泵送，而由于(29)的阀 的触发而不会回流进入(30)。因此，如果在(29)触发之前从(28)引入 流体，则在两个流束(31)交叉处堵塞的流体被注入并随同从(29)泵送的 流体一起被输送。
图8(a)示出了这种致动区(33)的实施例，其中两个中心通道由两个圆 形单向阀(34)连接在一起，允许致动时执行泵送，如图8(b)所示，其中箭 头指示交替的致动循环时的流体流动方向，(34a)和(34b)分别表示向上 和向下致动循环。而图8(a)的矩形致动部件(35)是开关阀，其允许膜(36) 变形以堵塞通道从而停止致动期间的流动，如图8(c)中所示，其中阀截面示 出为开(35a)和关(35b)模式。图8(d)中示出的另一个实施例示出了作为 泵操作的两种类型的阀的操作。填充动作(37)致使膜(36)向上变形，允 许流体进入泵送腔，并且在清空循环(38)中，膜(36)被压紧在封闭入口 孔的腔的基底上并使膜变形进入下部通道，允许流体在出口通道前的限制的 作用下通过。另一个三通阀的实例提供在图8(e)中，其中可变形层(40)用 于当从相对端口(39)应用压力时关闭特定端口，所应用的压力使膜变形以 覆盖未应用压力的端口。膜可以定位到腔或通道的一侧以默认关闭特定端 口，而仅当从初始关闭的端口应用压力时打开。
本发明的另一个方面可以包括一个或多个半透膜，其能够用作排气口或 止回阀以在低的压力作用下允许例如空气通过而防止流体流动。实例包括但 不局限于：微孔膜或纤维膜，其具有大于>0psi的起泡点压力。优选的实施例 使用孔径尺寸小于0.9μm的疏水膜，优选地小于0.5μm，并且最为优选地小于 0.2μm。其中当孔径尺寸小于0.2μm，则膜优选地用于生物体获取(biological organism trapping)。半透膜可以例如用作起因于装填、死体积和例如泵送 这样的操作的流体处理装置除泡的排气口，在图9(a)中示出了这种实例，在 其中直列泵(43)在下游端结合了除泡器(41)。半透膜也可以配置为止回 阀，在图9(b)中示出了这种实例，在其中注入泵(44)具有用于用作止回阀 操作的下游端排气口(42)。本配置允许结构中的流体得到可靠存储和处理， 流体仅在被致动时注入系统。图10示出了带有除泡器的通道的截面。带有气 泡(45)的流体(47)穿过半透膜(46)，其中气泡(45)优选地由于膜两 侧的压力差(48)而通过膜去除，其中压力差低于气泡沿通道继续行进所需 要的压力差。
在另一个实施例中，排气口(50)布置成为结构(49)除气，以确保通 道或腔(52，53)的完全装填。装填材料可以是任何适合的类型，例如它们 可以是流体或实心。图11中的实例描述了布置在检测腔(53)下游端的用于 除气的排气口，以去除在流体从入口(51)引入时初始存在于结构内的空气。
在另一个实施例中，表面张力和几何结构的使用能够被用以协助在去除 气体的同时引导液体横跨排气口。图12(a)和12(b)分别描述了实例装置(55) 的平面和截面视图，装置(55)在微通道(54)上具有相对大的表面面积的 排气口(56)，以便于进行气体排气。微通道延伸穿过排气腔(57)的底面， 通道中以及排气腔中的表面张力有助于沿通道引导流体，同时气体释放进入 腔，然后横跨排气口(56)排出。在另一个实施例中，图13示出了排气结构 的实例，其使用调节阀(60)特征结构以防止空气通过排气口。液体仅当排 气腔(61)内达到一定压力时通过调节阀(60)。因为该调节压力高于渗透 膜的起泡点，气体(59)将优选地通过渗透膜(58)排出(图13(a))。当排 气腔(61)充满液体并应用压力时，可变形膜(62)将变形以允许液体流到 出口(图13(b))。
在另一个实施例中，排气口能够组合于可变形结构和单向阀、或加载液 体或泵送的限制。例如图14(a)和(b)分别描述了除泡器型排气口(63)的顶视 图和侧视图，如图13中所示，排气口(63)在可变形结构(66)作用下组合 于单向阀(67)。这里单向阀(67)配置为通过允许空气在可变形结构(66) 被压缩时通过(65)而释放压力，并当可变形材料恢复到其初始状态时进行 密封。因此，在装置中产生负压，其从通道中吸入流体以用已知容积填充腔 (64)。其它泵送机构然后能够被用以挤压该已知容积的流体通过装置内的 除泡器，如图22中的再循环网络所示。
在另一个实施例中，排气口能够配置用以进样过滤和流体控制。图15(a) 描述了在入口槽之上的半透膜(68a)。在施加的高于膜的起泡点的压力差 的作用下，样品内的足够小以穿过膜的成分穿过膜(68a)并进入装置。有 效地过滤样品并延迟样品进入，直到施加压力。图15(b)提供了布置在流控装 置的入口上的两个半透膜。与样品接触的第一半透层(68b)配置作为吸收 介质，以初始地在限定的位置内吸收和容纳样品，由此在压力施加于过滤半 透层(68a)两侧时允许受控配量容积的样品进入装置。在本实例中，样品 在施加压力而被送入装置之前芯吸(wick)通过吸收性材料。在足够的压力 梯度作用下，只有膜正上方的曝露区中的样品移动进入装置。
在另一个实施例中，半透膜(72)能够用以完成受控容积分配和存储。 图16示出了实例，其中试剂或样品能够通过膜注入所描述的大的腔室(70)， 其将填充已知的容积。小的排气面积(73)提供用以在填充期间除去空气并 释放压力，使得出口阀不被释放。当需要注入装置时，施加压力到半透膜(72) (排气口区密封或压力相等)，对流动腔增压，迫使液体通过减压阀(69) 流出进入通道(71)。类似的方法是通过例如通过弹性层注入存储腔室(70) 来加载样品，由此因为任何暴露的半透膜(72)都可以执行排气功能而不需 要分离的排气区(73)。
在另一个实施例中，流体能够通过半透膜引入而执行阀控或泵送功能。 图17(a)和(b)分别示出了布置在两个通道交叉处和通道末端的排气口(72)。 在装置内的流体能够通过施加另一种流体(73)(例如，液体和气体)进行 控制，该另一种液体能够优选地穿过半透膜(72)流动。在本实例中，应用 的气体(73)能够用以驱动液体(74)穿过通道网络或用以停止流体流动。 起泡点压力(表面张力)阻止液体通过膜。几何结构也可以用以与半透膜组 合以限制流体流动。
在另一个实施例中，排气口(78)能够与单向阀(75)组合以形成泵送 系统。这种系统的实例示出在图18中。图18(a)描述了通过除去空气并吸入流 体的横跨排气口(78)的负压(76a)梯度在泵送腔(77)填充流体。图18(b) 描述了通过横跨排气口施加的正向压力(76b)梯度从泵送腔射出的流体。 空气移动能够由外部气动接口或集成致动器提供，例如按钮型泵，如图20中 所描述。
在另一个实施例中，使用多于一个的半透膜用于结构化网络内的流体控 制。图19示出了实例，其中使用了两个具有不同起泡点的半透膜(81a，81b)。 所施加的负压(79a)能够用以通过半透膜(81b)从通道(80a)吸入流体， 然后减小压力或使用带有高于所施加的压力梯度(79a)的起泡点的第二半 透膜(81a)使得阻止液体穿过层(81a)。正压(79b)然后能够被施加(图 19(b))以迫使流体穿过出口(80b)，其可以包括限制件、阀控或其它流控 特性。
在另一个实施例中，在致动区中包括了电极以提供用于传感器操作、电 路操作或致动事件检测的电气切换。在图20中示出了实例，其描述了按钮型 致动区(84)，其结合了在致动操作期间被触发的电极垫(82)。在本实例 中，在基底(83)中的孔被提供用于在结构(84)的致动期间释放压力，由 致动所引起的压力可以然后用在装置内于基底下实行致动。
在另一个实施例中，按钮型或其它可变形结构与半透膜组合。这通过提 供受控致动容积而为化学存储、注入、泵送、阀控和其它流体操作运行提供 了优点。图21(a)和(b)描述了两级泵送方案，其中流体泵送腔(91)与可变形 致动结构(87)内的大的致动容积(90)保持分离。这两种几何结构然后能 够被配置以提供优化的泵送条件；在可变形结构(90)内的容积用以控制泵 送压力，并且在半透膜(86)的另外侧上的流体泵送容积(91)用以限定泵 送容积。此外，半透膜(86)能够用以阻止腐蚀性的或其它对可变形致动结 构(87)有害的流体，例如阻止液体腐蚀可变形结构上的电极传感器。在图 21中示出的实例中，向下的致动力(89)变形可变形结构(87)，减小致动 容积(90)，向泵送腔加压，由此迫使流体通过单向阀(88)并通过通道(85b) 流出。通过去除致动力(89)并使可变形致动结构(87)恢复到它的初始形 状，负压吸取流体通过单向阀(88)进入流体泵送腔(91)。
在替代情形中，可变形致动结构(87)可以通过在致动容积(90)中容 纳流体而用作注入泵，所述流体被保持在装置的通道之外，直到作用在可变 形结构上的致动导致内部压力升高超过膜保持点(retention point)。
在另一个实施例中，提供了再循环流体系统。通过使用除气部件，出口 能够连接到入口并且引入系统的空气在流体流到功能区之前被除去。以这种 方式，流体能够更为有效地混结合且多次通过功能区。这在许多应用中具有 优点，包括样品制备、例如交叉流动过滤、实心化学、微流系统中的检测。 图22示出了带有入口(92)、泵(93)、除泡器(94)、和检测腔(95)的 再循环流控网络的示意性图示。箭头(96)表示泵送时的流体流动方向。
在其它的实施例中，内部减压结构(97)用以防止在不希望的区域中形 成气泡。例如，图23描述了两个这样的结构，其能够使用在通道(98)中， 靠近再循环网络的出口，以避免泵的吸取力在下一个最低压力点处分离流体 链。在某些实例中，这是处于或接近检测区，其可以由于泡的形成而受到负 面影响。通过引入这些额外的宽的区域(97)，流体优选地在该点处分离， 而不是在接近检测区域处分离。
图24示出了多层再循环流控网络的顶视图。再循环网络的连接顺序是： 从包括用于过滤和样品加载的半透膜的入口(108)开始；直接连接到致动 区(102)中的直列泵(99)；接着是单向阀(100)；进样端口，带有用于 防止回流的单向阀(101)；包括减压阀和用于除气泡的排气口(103)和带 有回气系统(109)的单向阀(104)的可变形致动区(102)，这确保了致 动区中的正向压力通过回气系统(109)释放并且负压从样品入口(101)吸 入流体用于受控容积的样品加载；分割、转化、并且然后再组合液流以用于 改进的基于扩散的混合的分流混合器(105)；检测腔(106)；减压结构(107)； 并且然后连接回输入级(108)，用于流控系统中的流体再循环。
在另一个实施例中，图25描述了包括两个受控配量流控网络的多层装置 (110)的顶视图复合图像，流控网络带有泵、阀、除泡器、检测槽、和减 压结构。每个网络的输出向另一个网络的输入中的一个输送，并且如果没有 减压结构，清空出入槽将在相对的流控网络的出口中产生吸取力，因此可能 导致在检测区中产生泡。顶部的两个按钮允许泵送来自它们各自的入口槽的 流体，并提供单向阀以防止在某一时刻仅有一个泵被致动时产生回流。底部 的两个泵配置为提供来自内部槽的受控容积的注入流体进入通过网络从另 外的槽泵送的流体，方式类似于流注入分析技术。详细的讲，当致动时，直 列泵(111)和(112)泵送流体穿过防止回流进入任一泵的单向阀(113a或 113b)。对泵(111，112)的致动控制确定了从它们各自的输入槽(114， 115)泵送的两种流体的比率。气体从穿过除泡器(116a)的泵送的流体中 除去。经除泡的流体然后泵送通过检测腔(117a)，穿过减压阀(118b)， 并且然后到直列泵(120)的入口槽(119)。直列泵(120)然后用以移动 通过单向阀(125b)泵送、通过共用注入腔(121)、穿过致动停止阀(122b)、 通过除泡器(116b)、减压阀(118a)并排出槽(114)的运载流体。单向 阀(125a)防止运载流体流动进入直列泵(123)，并且致动停止阀(122b) 由直列泵(120)致动以防止在流动循环期间流体流动到槽(124)。当直列 泵(123)操作时，在槽(124)中的流体通过单向阀(125a)、注入腔(121)、 打开的致动停止阀(122b)、并回到槽(124)再循环。在致动循环中，单 向阀(125b)防止流进入泵(120)，并且致动停止阀(122b)被触发以防 止流体流动到除泡器(116b)。
在一个实施例中，装置的板上泵送和阀控由外部气动仪器致动，气动仪 器带有由卡(126)提供的可配置的气动互联。所述配置提供了强健并且非 常灵活的平台，其能够配置为采用用于多种不同的应用的卡，因为卡不仅配 置内部的阀和泵设置，还配置外部的阀连接(131)。图26示出了实例装置 的平面视图(图26a)和侧视图(图26b)，其中通过孔(130)从外部压力 源向在泵送区(128)之上的共用腔(127)增压(正压和负压)，以在共用 压力腔(127)作用下提供共用的泵送动作到所有泵(可以使用多于一个并 独立操作的压力腔)。基于卡内的阀控配置允许或不允许在卡内的流体移动， 卡由外部仪器阀(129)气动地控制。施加到内部阀结构的压力由外部阀(129) 控制并由于它们与增压泵送腔(127)和大气的连接而能够是正向的、负向 的、或大气压力，这可以由卡来配置。仪器阀(129)经由端口(132)穿过 密封垫圈(133)连接到卡。
本发明还包括多种流体处理结构，其包括可变形部件，可变形部件可以 用作泵或阀。可变形部件可以变形进入流体处理结构，或作用于流体处理结 构的部分，以产生对于流动的限制或压力增加。
流体处理结构的一部分或者全部可以变形。这种限制能够用以控制流体 在稳态单阀、多阀、或在移动的阀操作中的移动，分别见图27(a)、图27(b) 和图27(c)。在图27中，通道由基底(203)和可变形材料(202)限定。在图 27(a)中，单个轴承(201)垂直于通道(204)的长度移动，变形弹性体材料 (202)并因此密封通道(204)的部分。在图27(b)中，三个轴承(201)变 形可变形材料(202)进入通道结构(204)以通过交替它们的致动以进/出通 道而形成蠕动型泵送动作。在图27(c)中，轴承(201)沿通道(204)的长度 方向移动，变形可变形材料进入通道(204)，以沿轴承移动方向挤压通道 中的流体。
依据一个实施例，外部部件包括致动部分，其与流体处理部件接触，使 通道发生部分变形，产生通道夹紧，因此允许通过使通道打开(图28)或关 闭(图29)而执行阀操作。
图28示出了本发明的在致动之前的不同实施例，其使用可变形材料 (205)和不变形材料(206)的组合以产生流体处理结构(208)。可变形 材料可以是弹性体(205)，如图28(a)到28(h)所示，或其它材料(207)，如 图28(m)到28p)所示，其在例如所施加的压力等激励作用下改变形状。图28(i) 到28(l)示出了如何组合可变形材料(205，207)使其用于形成流体处理结构 (208)。
图29示出了可变形材料(210)在致动(209)作用下偏移进入不同流体 处理结构。不同的外部致动器可以单独使用或组合使用。它们应优选地被适 当地设计尺寸以在致动作用下产生最有效的变形。一个实例是圆形轴承偏移 可变形材料进入半圆形通道。在图29(c)to29(f)中示出的替代方法是成型和 或限制可变形材料以确保材料(210)在致动(209)作用下偏移进入流体处 理结构。
依据本发明的方面的可变形材料可以具有任何适合的类型。一个优选的 实施例包括是弹性体的可变形材料。优选地，可变形材料是有弹性的，以便 一旦去除变形的激励则恢复到它的预变形形状和位置。因此，例如，在去除 致动器后，利用致动器被压缩进入通道的可变形弹性体材料将最优选地自动 返回到通道外的位置。
在另外一个实施例中，可变形材料是双稳态或单稳态材料，例如聚合物 或复合金属，其能够从预定的几何形状改变形状到另一个预定的几何形状， 并且然后一旦移除或撤销激励，可以恢复或促使恢复到初始的状态和位置。 这样的实例能够包括手动地、热学地、电气地或机械地操作的按钮型致动器， 其已经合适地形成为凸起或凹入的结构。
液体处理部件可以由单个成型的基底或多个基底制成。流体处理结构可 以形成到整块的基底或由基底的若干层限定而形成。
流体处理结构(211)可以部分地或整体地形成在可变形材料(212)内， 如图30中所示。图30(a)和30(b)示出了可变形材料(212)，其包括部分地由 基底(213)限定的流体处理结构(211)。在图30(a)中，可变形材料(212) 在基底(213)的表面上，而在图30(b)中，可变形材料(212)与基底(213) 相接并进入基底(213)内。图30(c)和30(d)示出了形成在可变形材料(212) 内并由另一可变形层(212)密封的流体处理结构(211)，而在图30(d)中， 流体处理结构(211)整体地形成在可变形材料(212)内。
可变形材料可以是比偏移距离薄的膜，或整块的可变形材料，其中可变 形材料的深度大于所需要的偏移。更大的可变形材料提供了通过允许更大的 施加压力区而简化致动机构的优点，这可以引起变形进入更小的结构。
可变形材料可以在流体处理部件的外表面上或在流体处理装置内。
可变形材料可以覆盖整个表面或部分表面。例如，它可以包括垫圈或O 型圈几何形状。
可变形材料可以与表面平齐或在通道的表面上方延伸。
可变形材料可以变形进入一个或多个流体处理结构。
在另一个实施例中，多个由可变形材料制成的稳态阀可以用以通过交替 它们的开/关状态以产生蠕动型动作而引起流体流动(图27(b))。
可变形或微流控结构可以组合于其它流体限制元件，例如扩散喷嘴或 阀，以形成泵或泵送机构的部分。这些阀控结构可以邻近到泵送腔布置，如 图28(o)和图28(p)中箭头所示，或沿泵送腔或通道的长度布置。沿通道的 长度布置的阀可以包括定向流动抑制结构，例如逐级通道限制或单向阀。图 31示出了形成在基底(215)中的通道(217)，其带有带轮廓表面，在可变 形材料(214)偏移时提供单向阀控作用。在本实例中，沿箭头的方向移动 的滚动轴承(218)沿带轮廓表面(217)挤压在轴承前的流体(216)。在 轴承前建立的流体压力使膜(214)偏移，沿轮廓推挤流体(216)。
依据另一个实施例，在流体处理结构中引起变形的致动器的移动可以通 过引起波状动作而产生泵送作用，波状动作迫使流体沿通道流动。图32(a) 和32(b)提供了泵送区的示意性图示，其由沿流体处理装置表面的引起流体流 动(219)的线性(220)或径向(221)致动动作产生。图33描述了多层装 置的顶视图，其使用连接到微流控通道(225)的径向泵(224)配置，微流 控通道(225)通往三个阀位置(222)和入/出口(223)。由于弹性体的变 形沿通道的长度进行，因此在许多情况中，因为保持了变形进入通道，不需 要阀来阻止回流。
这些特定实施例使用机械制动器以施加压力到垂直于通道方向的可变 形通道结构上，并使平行于变形基底层的力为零或使其降低以减小摩擦力。 可变形基底可以是微流芯片的集成部分，而旋转部分或致动器可以是附接的 或附随仪器或这样的受控装置的部分。机械致动器的实例示出在图34中，并 可以例如包括球形物(227)和轴承组件(228)、销和活塞(226)、摆动 板(229)、凸轮(230)和刮板(231)。其它希望的实施例可以包括手动 致动，例如用操作人员的手指，或通过使用由仪器或装置施加的能量，这些 仪器或装置包括静电、电气、电阻性、光、压电、电磁、气动、液压、线性 和磁性力致动器。图35中示出的实例描述了径向轴承泵的分解视图，其带有 用以变形弹性体层用于图32中描述的装置的两个致动头。一个轴承头组件用 于执行泵送动作，而另一个靠近阀操作。轴承组件包括容纳在壳体(232) 内的球形物(234)，壳体(232)安装在连接到驱动杆(238)的齿轮组件 (235，236)上。整个组件平移驱动旋转90°，以旋转轴承组件，并且通过 将壳体(237)连接在仪器的固定销(233)被保持在一起。
光学测量装置和方法
下面关于某些优选实施例的描述以光作为装置中使用的电磁波。但是， 本领域技术人员将理解某些实施例同等地可应用于其它的电磁波。
光学流体检测单元的目的是引导光射线进出通道，以在分析流体、由流 动通过或容纳在单元内的流体所处理的材料时增强检测灵敏度，并从而提高 检测器响应。这里公开的结构、装置和方法可应用于流体检测单元内的纵向 和横向测量。
为了分析横穿检测单元中容纳的流体之后的入射光，分析方法包括但不 局限于通道内比色法、发光(磷光和荧光)、吸收法和透射法。
检测单元中的流体可以是静止的或移动的。
被分析的分子可以在通道内的任意位置，例如，它们可以在流体内，粘 结到检测单元壁，或附接到检测单元内的另一种物质。
片外光学元件(例如透镜和滤光器)也可以用以聚集和调整入射到装置 和从装置透射的光的射线。
依据本发明的装置可以结合任何已知的电磁辐射透射、反射、折射、修 正、或分割部件。这些部件的实例包括但不局限于下面作为单件(singlet) 或多个光学元件的部分的吸收、反射、折射、或衍射部件；扩散器(由材料 的不均匀性，表面的微细结构所产生)、透镜(凹面、凸面、球面、非球面、 菲涅耳透镜)、棱镜(用于引导和分离光、分光镜、准直管)、折射表面(具 有不同折射率的材料，形成蛾眼微细结构以减少表面处的反射)、用于改变 折射率的表面涂层(例如薄金属层的光学涂层)、衍射光栅、反射镜(平面、 球面、非球面、菲涅耳、隅角立方反射镜)和滤光片(吸收、二色性、二元 滤光片)。
依据一个实施例，本装置是多层装置，并且整块装置部分地或整个地为 聚合物。流控或光学部件可以通过在整块装置中除去或替换材料或穿过层完 全切除而制成。依据本发明的装置能够由批量、序列的、或连续的生产技术 而制造。这样的技术包括但不局限于压印、注入成型、冲压、辊切、离子或 化学刻蚀、激光处理和热压成形。
在一个实施例中，光源S和检测器D的任一个或两者都能够垂直于流体运 载通道定位。图36(a)到36(d)示出了微流控通道(401和402)的顶视图，微流 控通道(401和402)在顶部表面上带有透射窗(301)用于照明和或检测。 在这些实施例中，检测区沿通过透射窗(301)之间的微流控通道(402)纵 向地定位。
带有纵向检测区的装置的截面示出在图37(a)、(b)和(c)中，其中光子重 定向元件用以引导电磁辐射通过装置。S和D分别指代光源和光检测器。图 37(a)示出了在通道(403)的任一端部处的成角度的反射器(412)，其在大 体垂直和水平方向之间重定向通过装置(303)中的波导管(301)的光路 (302)。图37(b)示出了实例，其中成角度的反射表面(412)用以在装置(303) 内引导光路。光路(302)可以通过重定向光穿过透射窗或层之间的端口(405) 而横截流控或非流控波导管(404，406)并在装置内的层之间穿过。装置还 可以结合棱体状(prismatic)结构以引导装置内的光。结合了棱体状或折射 结构的示例性装置(303)示出在图37(c)中。在该实例中，填充了流体的检 测通道(304)具有成角度的端壁以引导光路(302)通过装置的顶层，沿着 检测通道(304)，并通过底层射出。
在一个实施例中，反射部件(镜面或更高折射率的材料)添加到微流控 通道的壁以避免通过通道壁的损失。图38和39提供了用于通过反射膜沉积来 制造微流控通道中的反射部件的制造步骤的实例。图38示出了通过切除整个 层以产生空隙或流控通道(307)来制造3层装置的四个步骤。涂层(306) 在将层粘结在一起之前或在中间步骤之后添加，在最终密封涂覆涂层的微流 控通道(408)之前粘结某些层。而图39示出了2层装置的制造步骤，2层装 置通过例如压印(embossing)或注入成型、接着反射层沉积并且然后组装的 技术成形。在该实例中，在组装以产生涂覆的微流控通道(407)之前在基 底层(305)上执行构建和涂覆。反射膜(306)可以在构建之后采用溅射或 化学气相沉积技术，或通过例如热冲压(如在印刷工业中经常用到的，用于 装饰性涂覆)方法沉积。热冲压提供了在简单的冲压过程中沉积相对厚的金 属膜，并且在一些情况中沉积复杂的多层结构，简单的冲压过程易于集成到 例如基于网络(web-based)的或卷到卷(reel to reel)生产的连续生产方案 中。热冲压能够在压印或层叠处理之前或之后执行以进一步构建或涂覆沉积 的薄膜。
在另外的实施例中，在装置内设立光导管(或波导管)用来引导光射线 到检测单元，并且在某些情况中是沿着检测单元的长度方向引导光线。图40(a) 和(b)中示出的横截面示出了带有用于增强内部反射的涂覆通道的检测单元 的实例。图40(a)示出了三个基底层(309)的实例，基底层(309)形成了带 有反射表面(308)的微流控波导管(409)。近似地垂直于微流控通道中的 顶部或底部表面并接近成角度的表面结构的光被沿通道长度方向纵向地引 导，并在通道的另一端部处反射以通过与入口表面相对的表面射出。图40(b) 示出了4基底层(310)的实例，基底层(310)组合以提供穿过多个层的波 导管。在本实例中，波导管结构(410)具有反射表面(311)并可由层内的 空隙形成。这些空隙可以是空的，也可以填满透射材料。如图40(c)中所示， 涂层也可以应用到不与波导管或流控结构(313)接触的层表面上，其中， 在底部基底表面上提供反射(312)层，用以允许入射辐射在穿过微流控通 道或空隙(314)之后，近似地垂直于顶面被反射。
二色性的、吸收和其他滤波器也可以结合，例如通过涂覆装置的一个或 多个层的表面。
在另外的实施例中，结合了不同的折射部件，其包括但不局限于棱镜和 具有不同折射率的材料。图41(a)示出了棱镜(411)和透镜(319)结构，其 在粘结为形成三层(315)微流控装置之前被压印到层中。在本实施例中， 入射光(317)被引导通过棱结构而进入两个相对的微流控通道(316)，然 后在通道的任一端处被反射，通过凹面镜结构(319)在外部聚焦到该装置。 反射层或涂层(318)用于提高光子产量(photon yield)。图41(b)中示出了 类似的结构，其中三层(324)微流控装置结合凹透镜(320)和凸透镜(325) 用以聚光(322)，并结合了反射表面(321)用以引导光通过空隙或流控通 道(323)。图41(a)和(b)在装置的顶部表面上结合了透镜用以帮助聚光。而 图41(c)结合了透镜部件，其对齐(in-line)检测单元内用以聚焦装置内的光， 例如进入波导管，或者到外部部件或从外部部件来。在本实施例中，显示了 3层基底(326)装置，其带有凹透镜(331)以聚焦入射辐射，并带有凸透 镜(327)用以在辐射横穿检测单元时聚焦辐射。反射表面(328)用于最小 化沿通道(330)壁的光(329)损。
依据本发明的另一个方面，集成的透镜部件能够在单层或多层系统中制 造。这些透镜系统可以与微流控通道共面或不共面。在很多实例中，这允许 采用与用以形成通道的方法相同的方法简单制造出透镜部件。
另外的实施例能够容纳流体载送通道或检测单元外的光移位元件。例 如：图41(a)、41(b)和41(c)显示了在与流体检测单元相同的部分中制造的透 镜，但并未与检测单元形成一体。其他透镜，例如菲涅耳或非球面镜，可以 同样地很好使用。
多透镜系统也可在装置中制造，以提高对光的引导作用，见图42。这个 实例示出了多透镜元件，其用于准直辐射(335)，包括对齐通道或空隙(332) 的凸透镜(333)和凹透镜(334)部件。
某些实施例使用了光纤，其可以采用或不采用另外的透镜部件用于增强 信号耦合。图43(a)和(b)示出了带有相对于微流控通道(337)纵向地布置的 单独的光纤(338)的流控装置(336)。光纤束也可以被采用，并且在特定 优选实施例中在外部延伸至流控部分。在一个这样的实例中，图43(c)示出了 锥形光纤束(340，341)，其邻近于微流控装置(339)定位用于信号获取 和/或照明。
另外的棱和反射结构能够用来聚焦或引导光用于改进信号响应。例如隅 角立方反射器，如图44中所示，提供平行光返回，并能够用于增强曝光和信 号获取。图44(a)提供了单个隅角立方单元(342)，其平行于入射路径反射 辐射(343)。类似地，图44(b)示出了反射入射辐射(343)的隅角立方单元 阵列(344)的横截面。反射器可被横向地或纵向地定位在微流控装置内， 或者在流体通道中或接近于流控通道，例如，图45(a)示出了纵向地定位的反 射器，其形成在带有反射壁的微流控检测流动单元的末端处。(347)提供 了通过检测单元的流体流动方向的指示。入射至表面的辐射(346)在进入 具有反射壁和隅角立方末端(345)的流控通道之前，由表面结构(349)准 直。辐射(346)然后被沿检测单元反射回来，并射出装置(348)。替代的 方法如图45(b)中所示，其中流控装置(350)结合了相对于检测单元(352) 横向地定位的反射器阵列(354)。辐射(351)首先被平行表面结构(353) 准直，然后横过流动通道，并且然后在接近的返回光路上被反射。反射体 (358)也可以定位在微流控装置外部，如图45(c)中所示，以简化本装置的 制造。在本实例中，3层微流控装置(355)结合了检测单元(356)，该单 元接近于反射体阵列定位，允许辐射(359)在反射前能完全通过装置(355)。
使用准直管(349，353，357)来帮助引导辐射，使得光近似平行并垂 直于表面。
类似地，另外的反射体和棱表面组合能够通过引导辐射提高光子密度。 图46分别描述了棱和准直表面结构的射线跟踪实例。这两种技术都能够用以 提供更准直的光束，并且当与另外的结构组合时，能够引起改进的信号响应。 图46(a)描述了基底表面上的棱镜阵列，其依据入射角度折射或反射辐射 (360)，以便控制辐射出射角。图46(b)示出了表面结构(362)，该结构的 壁垂直于基底表面(361)，以准直入射辐射(364)。结构壁(362)上的 折射或内部反射提供了准直的辐射输出(363)。
棱和准直表面结构可以用在流控装置中的一些实例示出在图47(a)至(j) 中。这些结构图示为2层基底装置，但同样适用于另外的多层装置。这些结 构也可以用在单层装置的实例中，例如显微镜载玻片，其中载玻片或盖玻片 的表面被形成图案。这种结构的实例是在显微镜载玻片底面采用隅角立方反 射体，仅通过反射大量垂直于载玻片表面的光束以增强微点阵(microarray) 和另外在载玻片相对表面上的荧光成像。检测单元或空隙(371)能够是流 控网络的部分，并且这里所描述的是横截面或纵剖面。结构表面(365)和 或反射表面(366)配置用于引导光子沿着横向、纵向、或既横向又纵向地 通过流控通道。
图47(a)示出了接近流控通道(371)定位的准直结构(365)的使用。该 结构通过校准经过这些表面结构的光子而减少了因散射和随机发射所产生 光损。
图47(b)示出了接近带有反射壁(366)的流控通道(371)定位的准直结 构(365)的使用。在本实例中，在准直结构(365)末端进入通道的光子被 倾斜的壁反射进入通道(371)内。反射壁(366)改进了通道(371)内的 光子保持(containment)。光子在通道末端处接近反射倾斜壁射出通道(371)， 在此光子被(365)再次校准并离开装置。本方法并不适用于通道(371)的 成像段，但在从整个通道(371)采集数据时改进了光子产量。
图47(c)示出了通道(371)内的棱状结构(367)的使用。这些结构(367) 也可以用于通过反射相对于它们的表面的法向具有较大入射角的光子来帮 助校准穿过它们的结构的光子。因此棱状表面结构的角度决定了光子的接受 角。这在改善应用中的信噪比响应特别有用，例如通过分离激发和发射光子 的发光。垂直于结构化表面入射的经过准直的激发光子被反射，而一部分随 机的发射光子通过棱状结构。
在图47(d)中，可添加反射表面(366)，以通过反射光子使其横穿通道 (371)回射来提高光子产量，这些表面也可以采用结构反射体(368)的形 式，例如隅角立方、球面的，或非球面反射体。通过使反射体成为通道表面 的部分，如图470中所示，材料边界处的光损减小，并且在一些应用中，能 够在结构内附接材料以改进点光源成像，如微点阵或微球面成像。但是，在 通道内放置表面结构并不适用于一些应用，因为它阻碍流体的相互作用，并 且也可以需要更远的光心。
图47(g)和(h)分别包括接近于通道(371)表面和在通道(371)表面上 的棱状层(367)。在图47(g)中，为反射层(366)添加棱状结构(367)提 供了通过反射已经经过棱状结构(367)的光子来提高光子产量的准直器。
透镜也可以组合到结构内，以聚焦进/出流控装置的光。图47(i)和47(j) 中的实例分别示出结合非球面型透镜(369)和Fresnel型透镜(370)的装置。
图48中的实例用于纵向照明和点光源成像(377)的光路跟踪(372)。 来自源的入射光由非球面透镜(376)聚焦到反射壁(375)上，这使得光路 沿着通道长度偏转90度以照射点光源。穿过通道(373)的激发光子然后在 通道的相对末端上的壁处被反射，通过透镜(376)在外部聚焦。点源在通 道内的发射可以由(375)反射和(374)校准以改进信号响应。组合使用纵 向与横向光子引导元件具有许多优点，在图47和图48中示出了一些实例。
这种构造能够提供单个检测器单元，其适用于大多数类型的光子检测方 法。例如很多技术需要增加光路长度用于高分辨率方案为基础的分析，或需 要沿通道长度的成像。
不同的检测方法学能够组合用于多参数测量。例如用于荧光微点阵分 析，纵向吸收测量能够断定某一试剂的引入或检测气泡的出现，而分析中的 发光点光源被横向成像。
很多情况下可得到改进的信噪比，这对基于发光的测量尤为重要，其中 激发波长和发射波长很接近。来自激发波长的干扰能够通过纵向激发和横向 检测被最小化。
在某些检测器和源位于装置的相同侧的实例中，封装最小化的仪器被简 化。
在一个实施例中，检测器和源区被邻近地定位在装置上。图49(a)示出了 装置(378)中的这样的实例，其中光子(383)进入透明区(379)，这里 光子在纵向地反射前可以被调节，并通过另一个透明(380)区射出。这样 的调节可以包括光栅、棱镜、荧光剂、发光体、或改变波束的光谱含量或形 状的滤波器。纵向反射可通过外部波导管(381)进行，如49(b)中所示，或 在装置内通过内部波导管(382)进行，如图49(c)中所示。以这种方式使光 路(383)穿过装置上的光调节元件的优点在于卡能够设计用于专用应用的 需求。这实现仪器操作多种插入件或装置，而不必改变仪器光学结构。
图50(a)和50(b)示出了用于制造波导管的另外的实例。波导管通过反射或 透射在材料边界上操作入射光。在过去典型的微流控装置中的制造方法中， 已经涉及使用整个的平面材料，直接将光纤插入传感器系统，或以类似于半 导体装置制造的方式光刻构图该表面。在图50(a)的实例中，采用适当的工具 (386)应用折射材料(387)到流控装置(385)中的预形成通道(384)。 该折射材料被固化以形成流控装置中的固化成形的活性(reactive)波导管 (388)。图50(b)中预成形的波导管(389)被插入流控装置(390)。所包 括的波导管(393)然后被密封层(391)密封以产生组合的波导管和流控装 置(392)。
一种用于提高透明材料的波导特性的方法是增加在材料边界处的折光 指数差别。在这些边界处的表面特性的变化能够引起的折射率的变化，用于 提高反射或透射。在特定的薄膜沉积中，能够提供改进的表面用于波导和反 射表面，例如，沉积(几十或几百纳米)银涂层以提供负的折射率。
为在复杂几何形状中引导电磁能量，能够用预先构建的层形成通道。如 果需要，所形成的通道然后可以被填充。这些结构可以通过注入并然后固化 透明材料填充，或布置已形成的波导进入真空结构填充，如图50中所示。
仪器配置方法
本发明还提供了方法，借此，全部的或某些用于仪器的升级信息、操作 数据、或软件架构能够包括在插入件内或包括在插入件上，由此仪器可以包 括某些或全部的用于模板或基本程序操作的软件模块，但并不包括完全操作 仪器所需要的全部数据，一些这类数据由可移动插入件提供。插入件能够在 连接到仪器时被识别，并且依据编码到一个或多个插入件中的数据改变程序 操作。
插入件可以或可以不主要地用于仪器标准操作所需要的其它目的，例如 用于移动电话的SIM卡或用于分析装置的微流芯片。插入件在插入匹配仪器 时被识别，并且依据仪器的功能性和编码进入插入件的数据的协作来执行仪 器的功能程序。
在一个实施例中，插入件包括访问和授权信息，允许用户服务访问仪器 的一定功能或特性，例如新应用和协议数据、用户设置、装置特性或功能性。
在另一个实施例中，本发明提供了由提供数据到仪器以自动化部分或全 部应用操作的插入件带来的改进的用户可操作性和操作自动化，并提供用户 定义的设置，因此简化了用户交互，这增强了系统可靠性并简化了仪器操作。
在另一个实施例中，插入件包括访问或授权信息，其允许用户服务访问 远程特性。这些远程特性能够包括用于升级、试验性或应用信息的因特网站 点，或用于仪器和计算机系统访问的局域网。
本发明的实施例可以包括包括在插入件内的数据，其涉及插入件或仪器 的使用。数据能够在生产期间存储在插入件上并可以包括用户、试验性和应 用信息。这种类型数据的实例包括工厂设定、标定信息、用户信息、装置使 用、收集的数据、传感器数据、设置、采样或操作位置信息(例如，样品的 GPS跟踪)、时间和日期邮戳、生产数据和质量控制、跟踪、和其它可由仪 器、用户或仪器/装置/插入件制造商使用的信息
在另一个实施例中，数据可以可以由用户或仪器在使用前、使用中、或 使用后现场写入、或升级。现场写入的信息也可以包括用户数据、由用户或 由仪器通过全球定位系统输入的样品或操作位置信息、结果、仪器设置、试 验条件、应用信息、和其它用户或仪器数据。
在另一个实施例中，插入件包括用户档案信息。允许用户基于用户的个 人设置自动配置仪器，或教给仪器关于用户通常执行或要求的操作。这能够 由在插入件上的指令直接执行，或通常学习仪器上的软件的算法，分析当前 用户、或另外用户的以前的操作。
本发明的一个实施例描述了仪器和插入件架构，在其中一个或多个插入 件成为用于仪器的软件升级途径的部分，更特别地，插入件包括升级信息。 图53中示出了架构的实例。将新的软件信息集成到插入件上的方法允许仪器 立刻接受新的插入件应用、标定或程序数据，而不需要用户经由其它媒介升 级软件，因此简化了用户操作并降低了制造商开销。利用消费性插入件携带 升级数据的另外的优点在于要求匹配仪器带有正确的接口以连接到匹配的 可插入装置，增加了安全性特性。
本发明的另一个实施例提供了操作系统软件，其构建有核心机器管理功 能并内建专用应用模块，并如所要求的或当有所要求时，由插入件控制以配 置仪器来满足市场或客户需要，
在一个实施例中，采用了面向对象方法，其中仪器包括程序子程序和函 数以执行全部的通用和底层操作，例如采集数据、选择数据通道、泵送、开 关阀、设定温度、模板GUI等。在一个实施例中，仪器中的通用子程序可操 作以执行一个或多个下面的动作：采集数据、选择采集通道、控制泵送、控 制阀切换、设定温度、图形化用户界面配置、及实现仪器运行用于特定应用 的插入件的程序代码、数据或指令中的一个或多个
一个或多个插入件包括应用的对于仪器子程序和函数的调用和变量。这 种方法由图54中示出的实例示意。这种方法允许插入件控制仪器的操作和用 于插入件的特别应用的GUI。程序流程的实例能够在图55和图56中看到，其 中插入件启动应用程序并传递，或实现在程序、运行数据或变量之间传递以 由仪器完成功能。
在另一个实施例中，能够采用非面向对象的方法，其中仪器包括用以执 行全部共用和底层操作的程序代码，例如采集数据、选择采集通道、泵送、 切换阀、设定温度、模板GUIs等。一个或多个插入件包括代码和或变量以实 现仪器操作用于插入件特定应用。这种方法允许插入件控制仪器操作和用于 插入件特定应用的GUI。
这种分布式架构(例如，图54)最小化了与用于仪器及其相关联的插入 件的新的应用开发相关联的软件开发。通用地编程的仪器则能够接受新的应 用，而不需要用户升级软件。
此外，本发明提供了额外的软件安全性，因为可执行程序指令并不存在 于仪器中。插入件仅载送用以配置仪器用于特定插入件的专门应用的指令。 这种方法提供了更为困难的反向工程路径，因为需要完全理解程序的执行。 如果仪器和插入件的交互被反向工程，则结果的可执行程序仅揭示用于所制 造的插入件的专有应用的数据。
本发明的另外的目的在于包括在插入件内的信息和数据可以写入或读 取，或者既写入又读取。
依据另一个实施例，插入件可以传递它的全部操作代码到仪器上的易失 性存储器，仅保留它的标识和数据存储和数据读取功能，因此使它成为“一 次性”装置并且一旦插入件从仪器移除，则破坏全部操作代码。这防止了对 于包括在插入件中的操作码的未授权访问，因为它只能由匹配仪器读取，并 且因为当插入件被插入时，操作码只存在于匹配仪器的易失性存储器中，并 且一旦关闭仪器或移除插入件或完成操作程序，不管哪一个最先发生，操作 码自动永久擦除。
这里描述的插入件可以是单个或多个。插入件可以是可移动存储装置， 例如闪存盘、传感器或微流控盒。在插入件上的数据可以以多种不同的格式 储存，包括但不局限于条形码、板载存储器、微处理器或其它集成电路、电 气互联或抗性、射频、光学、机械或电磁形式。
前述是本发明的具体实施例，特别是微流控的实施例。应理解这里描述 的实施例仅出于说明的目的，本领域技术人员可以在不偏离本发明的精神和 范围的前提下，进行大量的替换和修改。因为它们包括在本发明的权利要求 或其等效文本的范围内，这里意图包括范围内的全部这类修改和替换，。
在本说明书的全文中(包括所附任何权利要求)，除非上下文中另外要 求，则词“包括”及变形例如“包括了”和说明性“包括”将理解为意指包括确定 的整体或步骤或成组的整体或步骤，但并不排除包括任何其它的整体或步骤 或成组的整体或步骤。
附图参考标注
01 Actuation component 致动部件
02 Fluidic Channels 流控通道
03 Actuation Area 致动区
04 Injection Pump 注入泵Symbol注入泵符号
05 In-Line Pump Symbol 直列泵符号
06 On/Off Valve Or Variable Flow Valve Symbol 开关阀或可变流量阀符号
07 One Way Valve Symbol 单向阀符号
08 Actuation Area 致动区
09 Inline Pump 直列泵
10 Fluidic Channels 流控通道
11 Injection Pump 注入泵
12 On/Off Valve Or Variable Flow Valve 开关阀或可变流量阀
13 In-line pump actuated on opposite actuation cycle to other Inline Pump 在与另外的直列泵相对的致动循环上致动的直列泵
14 Actuation Area 致动区
15 Fluidic Channels 流控通道
16 On/Off Valve Or Variable Flow Valve 开关阀或可变流量阀
17 In-Line Pump 直列泵
18 Injection Pump 注入泵
19 Actuation Area 致动区
20 Fluidic Channels 流控通道
21 In-Line Pump 直列泵
22 On/Off Valve Or Variable Flow Valve 开关阀或可变流量阀
23 Stream of fluid 流束
24 Stream of fluid 流束
25 Stream crossover/intersection point 流束交换/交叉点
26 Injector pump and two valves in same Actuation Area 同一致动区中的注 入泵和两个阀
27 Injector pump and two valves in same Actuation Area 同一致动区中的注 入泵和两个阀
28 Inline Pump 直列泵
29 Inline Pump and two valves in same Actuation Area 同一致动区中的注入 泵和两个阀
30 Stream of fluid 流束
31 Stream crossover/intersection point 流束交换/交叉点
32 Stream of fluid 流束
33 Actuation Area 致动区
34 One Way Valves 单向阀
35 Membrane stop valve 膜停止阀
36 Deformable Membrane 可变形膜
37 Inlet Fluid flow 入口流体流动
38 Outlet Fluid flow 出口流体流动
39 Inlet port with Applied force 施加力的入口
40 Deformable Layer 可变形层
41 Debubbler 除泡器
42 Vent With Check valve 带止回阀的排气口
43 In-Line Pump 直列泵
44 Injection Pump 注入泵
45 Gas 气体
46 Semi-permeable Membrane Or Vent 半透膜或排气口
47 Fluid flow 流体流动
48 Gas flow from pressure gradient 由压力梯度引起的气体流动
49 Substrat e基底
50 Vent 排气口
51 Inlet Port 入口
52 Fluidic Channel 流控通道
53 Chamber 腔
54 Fluidic Channel 流控通道
55 Layered Device 分层装置
56 Vent 排气口
57 Vent Chamber 排气腔
58 Semi-permeable Membrane Or Vent 半透膜或排气口
59 Gas Bubble 气泡
60 Regulating valve 调节阀
61 Venting chamber 排气腔
62 Deformable Membrane 可变形膜
63 Semi-permeable Membrane Or Vent 半透膜或排气口
64 Fluid chamber 流动腔
65 Air passage 气道
66 Deformable structure 可变形结构
67 One-way Valve 单向阀
68 Semi-permeable Membranes 半透膜
69 Pressure Relief Valve 减压阀
70 Fluid Reservoir 流体槽
71 Fluidic Channels 流控通道
72 Semi-permeable membrane 半透膜
73 Gas Flow Path 气体流路
74 Fluid Flow Path 流体流路
75 One Way Valves 单向阀
76 Applied pressure gradient 施加的压力梯度
77 Fluid Flow in pump chamber 泵腔中的流体流动
78 Semi-permeable Membrane 半透膜
79 Applied pressure gradient 施加的压力梯度
80 Fluid Flow 流体流动
81 Semi-permeable membrane 半透膜
82 Conductive Material 导电材料
83 Hole in substrate layer 基底层中的孔
84 Deformable Actuation Structure 可变形致动结构
85 Fluid flow direction 流体流动方向
86 Semi-permeable membrane 半透膜
87 Deformable Actuation Structure 可变形致动结构
88 Pressure Relief Valve 减压阀
89 Actuation direction of deformable structure 可变形结构致动方向
90 Actuation volume 致动容积
91 Fluid Pumping Chamber 流体泵送腔
92 Inlet port 入口
93 Inline Pump 直列泵
94 Debubbler 除泡器
95 Detection chamber 检测腔
96 Direction Of Fluid Flow 流体流动方向
97 Pressure relief structures 减压结构
98 Fluidic Channels 流控通道
99 In-line Pump 直列泵
100 One Way Valve 单向阀
101 Sample introduction with one way valve 利用单向阀进样
102 Actuation Area 致动区
103 Debubbler 除泡器
104 One way valve pressure relief valve 单向阀减压阀
105 Split flow Mixer 分流混合器
106 Detection Chambers 检测腔
107 Pressure relief structure 减压结构
108 Sample introduction Port with semi-permeable membrane 带有半透膜的进 样口
109 Air return 回气
110 Multi-layer fluidic device 多层流控装置
111 Inline Pump 直列泵
112 Inline Pump 直列泵
113 One-way valves 单向阀
114 Fluid storage well 流体存储槽
115 Fluid storage well 流体存储槽
116 Debubbler 除泡器
117 Detection chambers 检测腔
118 Fluid pressure relief structures 流体减压结构
119 Fluid storage well 流体存储槽
120 Inline Pump 直列泵
121 Injection Chamber 注入腔
122 Actuation stop valve 致动停止阀
123 Inline Pump 直列泵
124 Fluid storage well 流体存储槽
125 One-way valves 单向阀
126 Fluidic Card 流控卡
127 Pressure chamber 压力腔
128 On-card Pumps 卡上泵
129 Instrument Valves 仪表阀
130 Pressurization port 增压口
131 External valve interface 外部阀接口
132 Valve interface port 阀接口端口
133 Gasket 垫圈
201 Ball Or Roller Bearing 球轴承或辊柱轴承
202 Flexible Wall 柔性壁
203 Rigid Substrate 刚性基底
204 Fluidic Channel 流控通道
205 Elastomer material 弹性体材料
206 Non-deformable substrate 不变形基底
207 Deformable material 可变形材料
208 Fluidic Channel Or Chamber 流控通道或腔
209 Direction Of Applied Force 施加力的方向
210 Deformable Material 可变形材料
211 Fluidic Channels 流控通道
212 Deformable Material 可变形材料
213 Substrate 基底
214 Deformable Material 可变形材料
215 Substrate With Suitable Restrictions Or contoured surface 带有合适的限制 或带轮廓表面的基底
216 Flowing Fluid 流动的流体
217 Fluidic Channel 流控通道
218 Bearing 轴承
219 Direction Of Movement And Flow 移动和流动方向
220 Linear pumping zone 线性泵区
221 Radial pumping zone 径向泵区
222 Valve Locations 阀定位
223 Inlet/Outlet Ports 入口/出口端口
224 Radial Pumps 径向泵
225 Fluidic Channel 流控通道
226 Rod Like Driving Mechanism 杆状驱动机制
227 Spherical Objects 球形物
228 Rotating Housing 旋转壳体
229 Rotating Platform(Wobble Board) 旋转平台(摆动板)
230 Rotating Cams On Rod Structure 杆结构上旋转凸轮
231 Rotating Wiper 旋转刮片
232 Rotating Housings 旋转壳体
233 Fixing Pins 固定销
234 Spherical Objects 球形物
235 Drive Gears 驱动齿轮
236 Drive GearsIMotor 驱动齿轮/马达
237 Solid Fixing Base 实心固定基底
238 Drive Rods/Bearings 驱动杆/轴承
301 Transmissive Windows 透射窗
302 Photon Pathways 光路
303 Fluidic Device 流控装置
304 Detection Channel 检测通道
305 Individual Substrate Layers 各个基底层
306 Reflective Layer or Coating 反射层或涂层
307 Cut-Out or Void In Layer 层中切除或空隙
308 Reflective Layers or Coatings 反射层或涂层
309 Individual Substrate Layers 各个基底层
310 Individual Substrate Layers 各个基底层
311 Reflective Layers or Coatings 反射层或涂层
312 Reflective Layer or Coating 反射层或涂层
313 Individual Substrate Layers 各个基底层
314 Void or Fluidic Channel 空隙或流控通道
315 Individual Substrate Layers 各个基底层
316 Void or Fluidic Channel 空隙或流控通道
317 Photon Pathways 光路
318 Reflective Layers or Coatings 反射层或涂层
319 Concave Structure 凹结构
320 Concave Structure 凹结构
321 Reflective Layers or Coatings 反射层或涂层
322 Photon Pathways 光路
323 Void or Fluidic Channel 空隙或流控通道
324 Individual Substrate Layers 各个基底层
325 Convex Structure 凸结构
326 Individual Substrate Layers 各个基底层
327 Concave-Planar Structure 凹平结构
328 Reflective Layers or Coatings 反射层或涂层
329 Photon Pathways 光路
330 Void or Fluidic Channel 空隙或流控通道
331 Plano-Convex Structure 平凸结构
332 Void，Refractive Inclusion or Fluidic Channel 空隙、折射夹杂或流控通道
333 Convex Structures 凸结构
334 Concave Structures 凹结构
335 Photon Pathways 光路
336 Fluidic Device 流控装置
337 Void or Fluidic Channel 空隙或流控通道
338 Light Fiber or Wave Guide 光纤或波导
339 Fluidic Device 流控装置
340 End Of Fiber Optic Bundle 光纤束末端
341 Fiber Optic Bundle Drawn Into Smaller Diameter 缩为更小直径的光纤束
342 Prismatic Structure-Reflective or Refractive 棱镜结构-反射或折射
343 Photon Pathways 光路
344 Reflective Surface 反射表面
345 Reflective Surfaces 反射表面
346 Photon Pathways 光路
347 Direction Of Fluidic Flow 流体流动方向
348 Fluidic Device 流控装置
349 Collimating Surface Structures 准直表面结构
350 Fluidic Device 流控装置
351 Photon Pathways 光路
352 Fluidic Channel 流控通道
353 Collimating Surface Structures 准直表面结构
354 Reflective Surfaces 反射表面
355 Fluidic Device 流控装置
356 Fluidic Channel 流控通道
357 Collimating Surface Structures 准直表面结构
358 Reflective Surfaces 反射表面
359 Photon Pathway 光路
360 Photon Pathways 光路
361 Device Layer 装置层
362 Collimating Surface Structures 准直表面结构
363 Collimated Transmitted Radiation 准直透射辐射
364 Random Incident Radiation 随机入射辐射
365 Collimating Surface Structures 准直表面结构
366 Reflective Surfaces 反射表面
367 Refractive/Reflective Prismatics 折射/反射棱镜
368 Reflective Surface structures 反射表面结构
369 Surface Lens Structures 表面透镜结构
370 Fresnel Lens Structures 菲涅耳透镜结构
371 Fluidic Channel 流控通道
372 Photon Pathways 光路
373 Fluidic Channel 流控通道
374 Surface Collimating Structures 表面准直结构
375 Reflective Layer or Coating 反射层或涂层
376 Surface Lens Structures 透镜结构表面
377 Particles Of Interest In Fluidic Channel 流控通道中的相关粒子
378 Representation Of A Fluidic Device 流控装置示意
379 Photon Transparent Region 光透明区
380 Photon Transparent Region With Photon Conditioning Element 带有光调节 元件的光透明区
381 External Wave Guide 外部波导
382 Internal Wave Guide 内部波导
383 Photon Pathways 光路
384 Preformed Channel 预成形通道
385 Fluidic Device 流控装置
386 Suitable Tool 合适工具
387 Refractive Material 折射材料
388 Cured And Formed Refractive Wave Guide 固化并成形的折射波导
389 Preformed Wave Guides 预形成波导
390 Partially Complete Fluidic Substrate 部分完成流控基底
391 Containment Layer 容纳层
392 Completed Fluidic Device 完成的流控装置
393 Wave Guides In Situ 原位波导
401 Fluidic Channels 流控通道
402 Fluidic Channels 流控通道
403 Fluidic Channels 流控通道
404 Waveguide 波导
405 Transmission Port 透射口
406 Waveguide 波导
407 Fluidic Channels 流控通道
408 Fluidic Channels 流控通道
409 Fluidic Channels 流控通道
410 Waveguide 波导
411 Prismatic Structure 棱状结构
412 Angular reflective surfaces 成角度反射表面
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