具有平行气动界面板的微流体模块的制作方法

专利名称：具有平行气动界面板的微流体模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及微流体模块(cartridge)中的流体致动(actuation)。本发明尤其涉及一种用于插入气动仪器的平行气动界面板中的微流体模块、用于与微流体模块界面连接并且处于气动仪器之间的界面板、包括微流体模块以及这种界面板的用于这种模块内的流体致动的系统，并且涉及一种气动仪器。
背景技术：
生物传感器用于检测用于诊断应用的生物样本中的分子，例如蛋白质或DNA。还希望检测血液、尿液或唾液中的治疗用的或滥用的药物。这种试验已发展成在许多不同的背景和环境中使用，例如在用于医疗应用的护理点，或在滥用药物的任何期望地方(例如在路边)。就所有情况而言，需要坚固的、可靠的和灵敏的装置，该装置还必须是低成本的，因为在测量后需要将该装置丢掉。执行这种生物化学化验需要一定程度的流体处理，至少必须将样本流体引入传感装置中，以便使目标分子与传感器表面结合。根据化验类型，设计了基本上较复杂的微流体系统。由于样本是污染性的，所以必须不使样本与仪器接触并且在测量过程中和测量后必须将样本安全地储存在所述模块内。最近，已经开发了完全集成的微流体单片(on chip)生物化学系统或实验室单片系统。这些微流体系统的一个问题是操纵来自不同反应室的流体以及到达不同反应室的流体，所述反应室需要微致动器(例如泵和阀)。可以许多方式进行泵送和用阀调节。根据应用(例如化验类型)、性能需求和成本需求，以不同的方式实现流体的致动，所述流体例如用于溶解试剂、培育(incubation)、结合和冲洗。在控制程度与简单性之间存在平衡，其中，可以低成本确定简单性。通过用活塞机械地计量来直接致动流体，或者通过毛细力来驱动而不是致动所述流体，所谓的被动驱动。被动驱动是节省成本的解决方案，但是不允许回流，流速是有限的，且随着距离是不恒定的，并且最重要的是取决于流体的粘度和表面张力的。需要在一次性用品的“硬件”上实现所需流动特性的变化，这使得系统不太灵活。另一方面，机械驱动是非常灵活的，但是需要物理接触，这引起了仪器操作寿命方面的问题污染问题(即清洗问题)。因此，在微流体系统中需要一种替代的低成本流体致动技术，特别是对于医用一次性用品，例如生物传感器。

发明内容
本发明的一个目的可以是在微流体模块中提供改进的流体致动。所述实施方式类似地涉及微流体模块、气动界面板、包括微流体模块和气动界面板的系统，并涉及气动仪器。从实施方式的不同组合可以产生协同作用，但是可以不详细地描述这些组合。根据本发明的第一实施方式，提供了一种布置在气动仪器的平行气动界面板上的、微流体模块。所述模块包括三维流体通道，通过气动仪器的气动泵送在所述三维流体通道中传送流体。此外，微流体模块包括柔性膜，其中，柔性膜横跨平面，并且其中，柔性膜构造所述模块的外表面。另外，通过用所述模块的内壁并且通过柔性膜在三个维度中空间地限定三维流体通道，其中，当对柔性膜不施加压力或真空时，柔性膜处于基态(groundstate)。当将所述模块放置在平行气动界面板上时，柔性膜可在两个方向上从与柔性膜的平面垂直的基态气动地偏转。换句话说，流体不是在平坦表面上被传送，而是沿着三维流体通道运动。此外，柔性膜可在为所述模块的外表面的一部分的区域中气动地偏转。换句话说，在第一区域中，柔性膜横跨流体通道，该第一区域是所述模块的外表面的一部分。根据此示例性实施方式，柔性膜可另外地在所述模块的外表面下方的第二区域中延伸，以使得在该第二区域中从所述模块的外部接触不到所述膜。 此外，“柔性膜的基态”描述了这样一种状态其中对柔性膜既不施加压力也不施加真空。从此状态开始，柔性膜可朝着所述模块的内部偏转，也可远离所述模块偏转。例如这可在图I中看到，在该图中，柔性膜在沿着所述膜的不同位置处的向上和向下偏转会导致所需的液体传送。换句话说，柔性膜可在两个方向上偏转，即朝着流体通道偏转和远离流体通道偏转。然而，这并不排除可能对柔性膜预加应力或预先使其偏转。所述模块(在此实施方式和任何其他实施方式中，所述模块可能是例如一次性模块)允许气动致动，通过气动仪器与所述模块之间的可逆气动相互连接来执行所述气动致动，所述相互连接由柔性膜形成。将气动驱动器集成在所述仪器中，以得到所述模块的低成本且可靠的解决方案。通过柔性膜的偏转来实现包含于所述模块内的流体通道中的流体的致动，所述柔性膜可以附接至所述模块的主要表面。因此，当将所述模块附接至或插入气动界面板时，通过所述模块的柔性膜和气动界面板的部分来形成隔室。这些隔室中的压力(该压力可以由分离的气动仪器产生)确定柔性膜的偏转，接着该偏转致动流体，通过流体引起运动。此微流体模块利用气动致动的高功率和大行程，与此同时保持所述模块简单且低成本，并允许容易地在界面板上引入其他物理传送(例如热或声振动)。此外，可轻松地将多个致动器集成在平坦气动界面板中，因为气动致动不需要单独的装置，例如管道(tubing)。换句话说，因为在微流体模块处以及在对应的相互连接界面板处都不存在气动管道元件和压力或真空产生元件，所以可轻松地将多个致动器集成在界面板中。换句话说，提供可以与平面气动界面板连接的平面微流体模块，这允许方便且可靠地在所述模块中气动地驱动流体，而不需要在所述模块内的管道。此外，这可以轻松地扩展至多个气动元件，并且可以简化热、声或其他界面板在相同平面中的集成。在本发明的此实施方式和所有其他实施方式中，术语气动元件描述了柔性膜被气动致动的位置，即，阀和泵，或者更一般地是相互作用区域。本发明还有一个优点是改变位置的灵活性以及能够具有非常靠近的位置。通过气动仪器实现在所述模块中致动流体可以看作是所提供的微流体模块的一个基本特性。气动驱动利用柔性模块膜的事实以及在所述膜下方的气动室可逆装配的事实都是重要的。这意味着，所述模块与所述气动仪器之间的分隔平面与气动室交叉。
换句话说，当从气动供应通道移除所述模块时，气动通道和气动室是打开的。通过所述模块和所述界面板在所述仪器上的组合来形成所致动的膜下方的腔室。当升高所述模块时，可能不再将压力传递至所述膜，这与管道形成对比，所述管道不用于根据本发明的膜的致动并且所述管道是机械固定的。微流体模块可与气动仪器组合使用，所述气动仪器包括用于气动驱动的供应通道并且包括朝着具有流体通道的微流体模块的基本平坦界面板。通过柔性层限定流体通道的边界，一旦将所述模块放在所述仪器上，便可致动该柔性层。通过上下移动柔性膜，一体积在所述模块内移位，并且所述膜可封闭通道以便在流体通道内提供阀功能。膜偏转的行程以接触气动仪器的气动界面板时膜的位置(例如，如在以下图I中可看到的)和/或接触所述模块中的膜的顶部上的衬底室(substrate chamber)时的位置(控制特征)之间的高度为基础。换句话说，微流体模块包括覆盖流体路径的柔性膜。因此，柔性膜覆盖整个流体通道系统，所述流体通道系统可以包括若干个流体路径。并不用处处都必须是完整的外表面。而且可能有这样一个实施方式柔性膜构成所述模块的整个外表面。然而，柔性膜始终附接至所述模块。在将所述模块插入气动仪器中后，所述膜通过所述仪器上的气动装置而局部地偏转，以使得流体沿着所述模块内的流体路径运动。所述膜被局部地抽吸而远离所述模块或者朝着所述模块推动所述膜，从而在流体路径中并且在所述膜下方产生变化体积，通过此体积变化将流体传送通过所述模块。此外，所述模块可以包括与柔性膜一起限定变化体积的壁，流体可被传送通过该变化体积。因此，本发明允许使用所述模块与用于处理所述模块的仪器之间的相对简单的界面板来进行微流体模块中的流体传送。不是用界面连接气动管道，所述模块与所述仪器之间的界面板由柔性膜形成，通过所述仪器使所述柔性膜偏转，以便在模块内传送流体。因为所述模块没有气动和电气元件，所以可以便宜且可靠的方式制造所述模块。柔性膜与界面板相组合导致可能仅通过气动力将所述模块固定在界面板上。因此，除了由气动仪器产生的气动力以外，可以不需要其他固定介质，例如螺钉等。这是为什么气动界面板叫做平行界面的原因。换句话说，在包括所述模块和所述界面板的闭合气动系统中产生柔性膜的偏转，该偏转随之导致固定。所述膜的吸入产生固定。根据本发明的另一示例性实施方式，所述模块具有基本上立方体的形状，所述形状具有六个主要外表面，其中，所述柔性膜形成所述模块的其中一个主要表面，并且其中，所述柔性膜完全横跨流体通道。例如在图2a中以及例如在图8中可看到此示例性实施方式。根据本发明的另一示例性实施方式，将流体通道和柔性膜彼此布置成使得，通过气动仪器的气动泵送使柔性膜在沿着柔性膜的几个位置处偏转来将流体从流体通道的起点传送至流体通道的终点。因此，术语“气动泵送”和“气动驱动”包括对柔性膜的表面施加超压和/或负压，以便首先将微流体模块固定至界面板上并由此固定在气动仪器上，然后使所述模块的柔性膜偏转，以使得根据需要来实现所述模块中的流体通道内的流体传送。换句话说，可局部地抽吸所述膜而远离微流体模块的内侧或者朝着所述内侧推动所述膜，这在流体通道中并且还在柔性膜下方产生变化体积。、
通过气动 泵送引起柔性膜的这种运动，从而传送所述模块中的流体。根据本发明的另一示例性实施方式，通过气动仪器的气动泵送使所述膜偏转，以使得所述膜封闭流体通道以提供阀功能。换句话说，通过将微流体模块与气动界面板和气动仪器相组合，可以对所述膜施加超压和/或负压以使得流体路径由偏转的膜封闭。换句话说，可将流体路径在空间上分成不同的部分，其中，第一部分可以包含流体，第二部分可以没有流体。通过提供此阀功能而可以在空间上将这些部分分离。如果执行阀功能以使得膜封闭界面板的气动通道(即朝着所述板抽吸所述膜)，那么这还用来将所述模块固定至界面板上，如下面更详细地描述的。根据本发明的另一示例性实施方式，所述模块没有气动控制元件且没有气动管道元件。换句话说，与本发明的状态相比，在微流体模块与所述仪器之间提供有利的物理分离，该仪器包括具有所有必需的电气和气动产生与控制元件的气动界面板。可快速且容易地更换所述模块，因为不需要螺钉或固定介质。根据本发明的此示例性实施方式，超压、负压或真空产生和施加的功能性从所述模块完全去除，并且例如可以布置在具有气动界面板的外部气动仪器处。这可以降低所述模块的成本，这对于一次性微流体模块系统来说非常重要。此外，所述模块的可能性(liability)可以增加，因为存在较小的技术复杂性。根据本发明的另一示例性实施方式，微流体模块包括控制特征，其中，所述控制特征适于在由气动仪器进行的气动泵送过程中控制柔性膜的致动行程。此外，本发明的此实施方式和所有其他实施方式的控制特征还适于改进使柔性膜偏转时所产生的阀功能。例如如可在图I和图2中看到的，这些控制特征在沿着流体通道的某些点处确定柔性膜与流体通道的相对空间边界之间的特定距离。换句话说，这些控制特征横跨流体通道。通过以上、以下以及例如在图I中描述的所述模块与气动界面板的组合，在柔性膜上方和下方提供控制特征的隆起(relief)，利用该隆起，可通过经由界面板中的气动室在柔性膜上施加超压或负压来导致所述膜的特定的期望偏转。此外，根据本发明的另一示例性实施方式，橡胶框架可能仅是微流体模块的一部分。然后，可以将所述橡胶框架放置在例如微流体模块上。所述微流体模块例如可以与平坦界面板相组合。根据本发明的另一示例性实施方式，橡胶框架和凹部(recess)都可以存在于所述模块和所述界面板处。根据本发明的另一示例性实施方式，提供了这样的气动界面板，该气动界面板与根据前述实施方式的其中之一的微流体模块界面连接并且处于用于在微流体模块处进行气动泵送的气动仪器之间。所述气动界面板可以是可插入在根据前述实施方式的其中之一的微流体模块之间以及在用于在微流体模块处进行气动泵送的气动仪器之间的。可插入界面板允许单个气动仪器使用不同的界面板，从而当使用不同设计的不同界面板时导致更大的灵活性。气动界面板包括仪器侧，当将界面板插入仪器时，该仪器侧面向仪器。此外，界面板包括模块侧，当将所述模块插入界面板时，该模块侧面向所述模块。界面板包括将气动仪器的气动流体从仪器侧连接至模块侧的气动通道，以使得能够气动地驱动微流体模块的柔性膜，其中所述模块侧具有用于吸入所述模块的柔性膜的至少一个凹部。换句话说，所述界面板的模块侧适于接收所述模块以使得形成封闭气动系统，该封闭气动系统使得能够首先通过气动力固定所述模块然后允许气动泵送。因此，不需要螺钉或其他用于将所述模块与界面板连接及由此与仪器连接的固定介质。这是为什么气动界面板叫做平行界面的原因。此外，通过关闭在所述模块处抽吸的负压就可以去除所述模块。因此，将把吸入理解为允许柔性膜的偏转。此外，所述凹部也可以是所述模块的一部分。本发明的此实施方式和所有其他实施方式的气动界面板可以是微流体模块的一部分，但也可以是气动仪器的一 部分。应明确地指出，气动界面板的以下和以上描述的实施方式也可以是包括如上和如下所述的微流体模块以及这种气动界面板的系统的一部分。应明确地指出，气动界面板可以是必须集成至气动仪器中的基本上单个的物理元件。此外，以上和以下描述的气动界面板可能是这种气动仪器的基本部件，并可以完全集成至这种气动仪器中。气动界面板和微流体模块的组合允许在所述膜的下方装配气动室，例如如可在图I中看到的。换句话说，在所述模块(可能是一次性模块)与所述仪器之间的分隔平面与气动室交叉。还可以利用这些气动室将所述模块保持在所述界面板上，以确保所述界面板与所述模块之间的良好热机械接触，这对不同功能来说可能是非常重要的，例如流体的加热或
超声致动。另外，可以将多个相互作用区域或元件(例如，气动致动点或热传递区域等)集成在微流体模块、以及气动仪器和气动界面板的这种组合中，因为所述微流体模块、以及气动仪器和气动界面板不需要额外的覆盖区域(footprint)，因为所述微流体模块、以及气动仪器和气动界面板放置在微流体模块中的致动器的下方。因此，将额外覆盖区域(该额外覆盖区域根据本发明的此示例性实施方式是被避免的)描述为以下情况将具有在某处的管道连接以及朝着必须出现气动致动的位置的分离供应通道。然而，根据本发明，气动连接仅经由界面板中的气动通道发生，因此没有额外的空间需求。根据本发明的另一示例性实施方式，气动界面板的模块侧和仪器侧中的至少一个是基本上平坦的。例如，气动界面板的模块侧是基本上平坦的，这使得可能将气动界面板与这种微流体模块的基本上平坦且柔性的膜组合。根据本发明的另一示例性实施方式，气动界面板包括从以下的组选择的至少一个元件，所述组包括热发生装置、由铝制成的传热元件、由铜制成的传热元件、由铝和/或铜的合金制成的传热元件、具有延伸至微流体模块的传热元件的热发生装置、声能发生装置、用聚焦或未聚焦超声波处理流体的装置、压电致动器、机械致动器、磁致动器及上述部件的任何组合。换句话说，将包含于所述I吴块内的流体的加热的功能完全集成在气动界面板中，这导致可便宜、可靠且容易地制造微流体模块。多个模块可以与这种气动界面板和一个气动仪器的仅一个组合一起使用。可通过此功能减少的模块来实现微流体模块的快速更换。例如，可以用钢基气动界面板的热绝缘材料来分隔加热元件。根据本发明的另一示例性实施方式，气动界面板由从以下组选择的材料制成，所述组包括钢、不锈钢、其他化学稳定且适当导热的材料，以及上述材料的任何组合。此外，根据另一示例性实施方式，气动界面板在气动元件周围还可以包括橡胶特征和/或可压缩特征，以便在不同的气动室之间提供密封。根据本发明的另一示例性实施方式，提供包括控制特征的气动界面板，其中，所述控制特征适于在由气动仪器进行气动泵送的过程中控制微流体模块的柔性膜的致动行程。另外，可以应用所述控制特征，以便在施加压力时所述膜在这些控制特征周围折叠时能够更好地封闭阀。例如，如可从图I和图2中看到的，控制特征可以具有正方形或矩形的形状，并且，可以在应用气动泵送时用作所述模块的膜偏转的空间界定器。根据本发明的另一示例性实施方式，提供了一种用于微流体模块内的流体致动的系统。该系统包括根据前述实施方式的其中之一的微流体模块，并且包括根据前述实施方式的其中之一的气动界面板，其中，通过界面板的气动通道的气动泵送使所述模块的柔性膜可偏转，以便所述流体通道内的流体可沿着所述流体通道运动。该系统允许所述模块(所述模块例如可以是一次性的)内的流体致动。通过柔性膜执行流体的气动致动，所述柔性膜将所述模块中的流体与所述仪器中的气动流体分开。可以将气动驱动器集成在气动仪器内，以得到此系统的低成本且可靠的解决方案。可将以下事实看作是所提供的系统的本质特性所述模块内的流体可以通过外部气动仪器来致动或驱动(即，传送)，以及气动驱动利用柔性膜(所述柔性膜是所述模块的一部分)，以及气动室(所述气动室形成在气动界面板内的柔性膜的下方)可逆地装配。换句话说，所述模块与所述外部气动仪器之间的分隔平面与气动室交叉。根据另一示例性实施方式，所述模块和气动界面板是两个物理分隔的元件，将所述模块与所述启动界面板可逆地保持在一起以便仅通过气动力进行流体致动。根据本发明的另一示例性实施方式，所述柔性膜和所述界面板的模块侧适合于组合，以使得通过气动界面板的气动通道来施加负压而将所述模块完全固定在所述界面板处。因此，除了气动仪器(其也可能是系统的一部分)所产生的气动力之外，可能不需要其他固定介质，例如螺钉等。换句话说，在封闭气动系统(所述封闭气动系统包括所述模块以及所述界面板)内产生柔性膜的偏转，并且所述偏转随之导致固定。所述膜的吸入产生固定。 根据另一不例性实施方式，所述系统包括用于产生对微流体模块的气动泵送的气动仪器。因此，气动泵送包括产生并施加超压和负压。根据本发明的另一示例性实施方式，所述模块和界面板经由柔性膜并经由界面板的模块侧彼此机械地连接。根据本发明的另一示例性实施方式，仅利用通过气动通道的气动泵送来启动流体通道中的流体传送。
例如可从下图的图I看到此示例性实施方式。与形成封闭相对照，在物理地连接所述模块和界面板时装配或形成若干个气动室。柔性膜下方的这些气动室在所述气动界面板的凹部内。另外，还可以用这些腔室将模块保持在气动界面板上，以确保气动界面板与和所述模块之间的良好的热和机械接触，这对几个功能来说可能是非常重要的。根据本发明的另一示例性实施方式，所述系统包括控制特征，其中，将所述控制特征布置在柔性膜的上方和下方，其中，将柔性膜上方的控制特征布置为所述模块的流体通道内的流体传送的障碍。此外，通过所述控制特征来机械地支撑柔性膜，以使得所述膜在气动泵送的过程中偏转，从而使得流体可以经过所述障碍。换句话说，所述控制特征沿着柔性膜的纵向延长部的空间分布或空间布置导致这样的事实当所述膜处于放松状态或者通过在气动室中施加超压而压在所述特征上时，某些控制特征阻塞流体通道的流体的运动。通过施加相应的气动泵送(这意味着在界面板内的相应气动通道处施加超压和/或负压)，这导致所述膜偏转，以使得可以沿着流体通道传送流体，而流体通道不会仍被所述控制特征阻塞。换句话说，可在流体通道中的控制特征周围传送流体。根据本发明的另一示例性实施方式，所述系统包括气动室，其中，所述气动室在柔性膜与界面板之间可逆地装配。换句话说，所述模块的柔性膜的形成所述模块的外表面的相互连接表面与气动界面板的模块侧的表面相组合而在所述膜下方以及在气动装置内产生特定凹部，所述凹部可用于通过可能与气动界面板连接的外部气动装置而在所述膜上施加超压和/或负压。根据本发明的另一示例性实施方式，所述系统包括界面板，所述界面板包括多个气动通道以将气动仪器的气动流体从仪器侧连接至模块侧，以使得能够实现微流体模块的柔性膜的气动驱动。因此，将柔性膜与界面板之间的相互连接适配成使得，包括施加压力和施加负压的交替气动泵送导致沿着流体通道传送流体。根据本发明的另一示例性实施方式，提供了一种用于产生对微流体模块的气动泵送以便在微流体模块内传送流体的气动仪器。该气动仪器包括用于气动地致动微流体模块的柔性膜的装置、以及根据上述和下述实施方式的其中之一的气动界面板。可以从所述仪器去除所述气动界面板，留下包括用于气动地致动微流体模块的柔性膜并且适于接收根据本发明的气动界面板的装置的仪器。可以将提供微流体模块和气动界面板的组合看作是本发明的要点，其中，微流体模块的通过由气动界面板致动的柔性膜形成的外表面被气动界面板致动，所述气动界面板对所述膜供应由气动仪器产生的超压或负压。这导致所述膜的相应偏转，所述偏转接着启动包含于所述模块中的流体通过所述模块中的流体通道的流体传送。必须指出，参考不同的主题描述了本发明的实施方式。特别地，参考模块的权利 要求来描述一些实施方式，而参考气动界面板的权利要求、系统的权利要求或仪器的权利要求来描述其他实施方式。然而，本领域的技术人员将从以上和以下描述中得出这样的结论除非另外指出，否则除了属于一种类型的主题的任何组合或特征以外，也将与不同主题相关的特征之间的任何组合认为是在本申请内公开。本发明的以上定义的方面以及其他的方面、特征和优点也可来自于将在下文中描述的实施方式的实例，并且参考实施方式的实例来说明。在下文中将参考实施方式的实例更详细地描述本发明，但是本发明不限于此。


图I示意性地示出了根据本发明的一个示例性实施方式的微流体模块、气动界面板和气动仪器。图2至图5示意性地示出了 根据本发明的一个示例性实施方式的微流体模块和气动界面板。图6示意性地示出了根据本发明的一个示例性实施方式的带有微流体模块和气动界面板的气动仪器。图7示意性地示出了根据本发明的一个示例性实施方式的其中可集成有微流体模块和气动界面板的仪器。图8示意性地示出了根据本发明的一个示例性实施方式的微流体模块。
具体实施例方式对多幅图中的相似或相关的元件提供相同的参考标号。图中的视图是示意性的且不是完全成比例的。图I在上部中示出了处于第一状态中的用于微流体模块100内的流体致动的系统121，其中，图I的下部示出了第二状态中的这种系统121，在该第二状态中，所述模块内包含的流体104已经被传送。在所述上部和下部中示出的系统121都由相同的元件组成。图I示出了用于插入气动仪器的平行气动界面板101中的微流体模块100，其中，所述模块包括传送流体104的三维流体通道103。此外，所述模块包括柔性膜105，其中，所述柔性膜横跨平面。所述平面沿着方向107横跨。此外，所述柔性膜构成所述模块的外表面，其中，在空间上通过所述模块的壁以及通过柔性膜来限定流体通道。此外，当没有对柔性膜施加超压、负压或真空时，柔性膜处于放松状态。柔性膜可在两个方向上从垂直于柔性膜的平面的放松状态气动地偏转。换句话说，可沿方向106首先在向上的方向上然后在向下的方向上引导膜105。此外，可以看到，通过气动泵送108使柔性膜在几个点109、110、111和114处偏转。因此，气动泵送意味着，在气动室(例如137)中对所述膜施加超压和/或负压。外部气动仪器102可以产生这种气动泵送108。通过在气动界面板101内的两个气动通道122和123处施加相应的负压，来将柔性膜105吸入这些气动通道上方的凹部中。通过改变气动界面板的气动通道(这在图I下部的图中示出)内的压力状况，在所述模块的中间气动通道处朝着所述模块的内侧挤压柔性膜。另外，在右手侧上的气动通道138处施加负压，以使得在流体通道内将流体从图I的左手侧传送至的图I的右手侧。如可从图I看到的，界面板具有当将界面板插入仪器102时面向仪器的仪器侧119。此外，界面板具有当将所述模块插入界面板中时面向所述模块的模块侧120。提供气动通道122、123和138以将诸如空气的气动流体从仪器侧连接至模块侧，以使得能够气动地驱动微流体模块的柔性膜。凹部124至126允许将所述柔性膜吸入所述凹部。如可在图I的下部中看到的，在中间气动通道122中，所述膜封闭流体通道以在流体通道内提供阀114。通过以相应的方式连续地施加超压和/或负压来应用这种方法，可在微流体模块内将流体从流体通道的起点112传送至流体通道的终点113。可以看到，界面板的模块侧具有带有凹部和气动通道的阶梯状表面，当在横截面中看向气动通道和凹部时，所述凹部和气动通道形成为T形形状。换句话说，此实施方式提供了一种包括覆盖流体路径的外部柔性膜的模块。在将所述模块插入仪器中后，通过仪器的气动装置使所述膜局部地偏转，以使得流体沿着流体路径运动。所述膜被局部地抽吸而远离所述模块或者朝着所述模块推动所述膜，从而在流体路径(即流体通道)中并且在所述膜(通过所述膜将流体传送通过所述模块)下方产生变化体积。所述模块可以包括与柔性膜一起限定变化体积的壁，流体可被传送通过该变化体积。 图2示出了包括微流体模块100和气动界面板101的系统121。还可以包括气动仪器(未不出)。界面板可以是基本上平坦的，并且可以包括用于改进地密封气动室的特征和/或可以包括控制所述模块的柔性膜的致动行程的特征。在图3所示的一个替代实施方式中，将这些行程控制特征127、128、129和130以及115和116集成在所述模块中。图3示出了气动界面板101的模块侧上的行程控制特征127至130。图4示出了具有模块100和界面板101的系统121，其中，橡胶框架139是界面板的一部分，并且凹部140、141 一部分存在于所述模块中而一部分存在于界面板中。此外，根据本发明的另一示例性实施方式，橡胶框架可以仅是微流体模块的一部分。然后，可以将所述橡胶框架例如放置到微流体模块上。所述微流体模块可以与平坦界面板组合。根据本发明的另一示例性实施方式，橡胶框架和凹部可以都存在于所述模块和界面板处。如可从图5中看到的，如上和如下描述的界面板可用来通过在致动器(所述致动器通过仪器界面板)之间的区域中施加真空131来保持所述模块。此外，在101的模块侧上应用橡胶框架139，所述橡胶框架也可在图8中看到，具有参考标记139。这些橡胶框架允许紧密地密封气动室。将致动器附接至100的底侧(仪器侧)上的气动通道。因此，所述致动器处于所述膜通过气动系统可逆地偏转的所有位置。在希望用真空保持所述模块的区域中，所述将不偏转。此外，可能在外侧上(在膜的顶部上)施加另外的层，以避免由于真空力而使膜剥离。在图6中，示出了包括气动界面板101的气动仪器102。该仪器可以具有集成在所示盒子内的气动开关和加热器。此外，在仪器102内包括气动管道1，在这种仪器内还集成有气动开关和加热器。图7示出了根据本发明的另一示例性实施方式的系统121。该系统由气动仪器102和气动界面板101组成，该系统适于接收微流体模块(这里未示出，在图8中示出)。在界面板内示出了几个加热器135、136，此外，还示出了气动通道122、123和138。此外，从图7可看到凹部124、125和126。所示气动界面板101与图2所示的界面板相对应。可清楚地看到也在图5中示出并描述的橡胶框架139。
图8示出了微流体模块100，所述微流体模块例如可以集成到图7的界面板101上，从而可以插入所示仪器102内。图7的仪器102的此对应的模块具有14个单独的可寻址的(addressable)阀，所述阀可由图7所示的仪器驱动。从而，术语驱动指的是气动泵送。例如，可以通过在所述阀上施加达到I. 5巴的超压来关闭所述阀，这使得能够可 靠地密封各个隔室。可实现大于IOs内Iml的泵送速度。这些仅是值的实例。还可能实现更高或更低的其他压力、更高或更低的其他泵送速度。
权利要求
1.放置到气动仪器(102)的平行气动界面板(101)上的微流体模块(100)，所述模块包括 三维流体通道(103)，流体(104)将在所述三维流体通道内被传送， 柔性膜(105)， 其中，所述柔性膜横跨一平面， 其中，所述柔性膜是所述模块的外表面的一部分， 其中，所述三维流体通道由所述模块的内壁并且由所述柔性膜在三个维度中空间地限定， 其中，当对所述柔性膜不施加压力或真空时，所述柔性膜处于基态，并且 其中，当将所述模块放置在所述平行气动界面板上时，所述柔性膜能沿所述柔性膜的平面的垂线(106)在两个方向上从所述基态气动地偏转。
2.根据权利要求I所述的微流体模块， 其中，所述流体通道和所述柔性膜彼此布置成使得，通过利用所述气动仪器的气动泵送(108)使所述柔性膜在沿着所述柔性膜的若干个点(109、110、111、114)处偏转，能将所述流体从所述流体通道的起点(112)传送至所述流体通道的终点(113)。
3.根据权利要求I至2中的一项所述的微流体模块，其中，所述膜能通过所述气动仪器的气动泵送偏转，以使得所述膜封闭所述流体通道以提供阀(114)功能。
4.根据权利要求I至3中的一项所述的微流体模块，其中，所述模块没有气动控制元件且没有气动管道元件(133)。
5.气动界面板(101)，与根据权利要求I至4中的一项的微流体模块(100)界面连接，并且处在气动仪器(102)之间以便气动地固定所述微流体模块并在所述微流体模块处施加气动泵送，所述界面板包括 仪器侧(119)，当将所述界面板插入所述仪器中时，所述仪器侧面向所述仪器， 模块侧，当将所述模块放置到所述界面板上时，所述模块侧面向所述模块， 气动通道(122、123、138)，将所述气动仪器的气动流体从所述仪器侧连接至所述模块侦牝以使得能够气动地驱动所述微流体模块的柔性膜。
6.根据权利要求5所述的气动界面板， 其中，所述模块侧具有至少一个凹部(124、125、126)，用于当对所述膜施加负压时吸入所述模块的柔性膜。
7.根据权利要求5或6中的一项所述的气动界面板，其中，所述界面板包括从以下的组选择的至少一个元件，所述组包括热发生装置(135、136)、由铝制成的传热元件、由铜制成的传热元件、由铝和/或铜的合金制成的传热元件、具有延伸至所述微流体模块的传热元件的热发生装置、声能发生装置、利用聚焦或未聚焦超声波处理所述流体的装置、压电致动器、机械致动器、磁致动器、以及上述元件的任何组合。
8.根据权利要求5至7中的一项所述的气动界面板，其中，所述界面板由从以下的组选择的材料制成，所述组包括钢、不锈钢、玻璃、弹性体、聚合物、其他化学稳定且适当导热的材料、以及上述材料的任何组合。
9.用于微流体模块内的流体致动的系统(121)，所述系统包括 根据权利要求I至5中的一项的微流体模块，根据权利要求5至8中的一项的气动界面板， 其中，所述模块的柔性膜能通过穿过所述界面板的气动通道的气动泵送而偏转，以使得所述流体通道中的流体能沿着所述流体通道运动。
10.根据权利要求9所述的系统， 其中，所述模块和所述气动界面板是两个物理分隔的部件，所述两个物理分隔的部件可逆地保持在一起以便仅通过气动力来进行流体致动。
11.根据权利要求9或10中的一项所述的系统， 其中，所述柔性膜和所述界面板的模块侧适合于组合，以使得通过所述气动界面板的气动通道来施加负压而将所述模块完全固定在所述界面板处。
12.根据权利要求9至11中的一项所述的系统，所述系统进一步包括 用于对所述微流体模块产生气动泵送的气动仪器。
13.根据权利要求9至12中的一项所述的系统，所述系统进一步包括 控制特征(115、116)， 其中，所述控制特征布置在所述柔性膜的上方和下方， 其中，所述柔性膜上方的控制特征布置为对于所述流体通道内部的传送流体的障碍，以及 其中，所述柔性膜通过所述控制特征机械地支撑，以使得所述膜在气动泵送的过程中偏转，从而使得所述流体能经过所述障碍。
14.根据权利要求9至13中的一项所述的系统， 其中，气动室在所述柔性膜与所述界面板之间可逆地装配。
15.气动仪器(102)，用于对微流体模块(100)产生气动泵送以用于所述微流体模块内部的流体传送，所述气动仪器包括 用于气动地致动所述微流体模块的柔性膜的装置，以及 根据权利要求5至8的气动界面板。
全文摘要
本发明涉及微流体模块(100)与用于一次性模块中的流体致动的仪器(102)之间的界面板(101)。通过仪器与模块之间的可逆气动相互连接来执行气动致动。将气动驱动器集成在仪器中，以得到低成本且可靠的解决方案。用附接至一次性模块的主要表面的柔性膜(105)实现在模块中流体的致动，仅当附接至仪器时所述一次性模块才形成封闭隔室。这些隔室中的压力确定膜的偏转，该偏转随之致动流体。此方法利用了高功率和大行程的气动致动，与此同时保持一次性模块简单且成本低，并允许在界面板上容易地引入其他物理传送，例如热或声振动。可容易地将多个致动器集成在平坦界面板中，因为不需要用于气动致动的单独装置，例如管道。
文档编号B01L3/00GK102665915SQ201080047861
公开日2012年9月12日 申请日期2010年10月6日 优先权日2009年10月21日
发明者亨德里克·哈林·范阿梅龙根, 特奥多鲁斯·安东尼厄斯·约翰内斯·洛林, 罗埃尔·彭特曼, 莱茵霍尔德·温贝格尔弗里德尔, 马蒂杰恩·约舍姆·范乌登 申请人:拜奥卡蒂斯有限公司