具体实施方式
下文对本发明示例性实施例的具体描述参考附图进行,这些附图形成本文的一部分,且在其中示意性地示出了可实现本发明的示例性实施例。虽然这些示例性实施例描述得足够详细以使本领域的技术人员能实现本发明,但是,需要理解,可以设想其它实施例,并且可以对本发明做出各种改变而不偏离本发明的精神和范围。因此,下文对本发明如图1至10所示的实施例的更多详细描述不应被认为限制本发明所要求保护的范围,而只是为了说明而非限制的目的,以描述本发明的特点和特征、提出本发明的最佳实施方式、和足以使本领域的技术人员能实现发明。因此,本发明的最佳实施方式、和足以使本领域的技术人员能实现发明。因此,本发明的 范围仅由所附权利要求限定。
参照附图能更好地理解下文对本发明的详细描述和示例性实施例,其中,本发明的元件和结构由附图标记指示。
在最一般意义上和对下文讨论的各个实施例普遍适用地,本发明的特征在于一种包括长形体部——典型地是实心体部结构的形式——的微流体传输***,其中,在该长形体部中形成有一个或多个纵向内孔或内孔。在该长形体部中还形成有一个或多个端口或槽,以与所述一个或多个内孔流体连接。所述端口或槽配置用来在关键的、预先确定的位置和方向与内孔相交,以限定多个通过所述长形体部的可能的流体通道。微流体传输***可设计和配置成用作微型泵、微型阀、微型传感器和其它微流控装置。
本发明的一个特别的优点是能够制造一种微小流体传输***,该微小流体传输***可被用于以前用已有的相关微流体传输***难以实现的应用中。由于用来形成本发明的微流体传输***的独特的制造技术或方法,本发明的微流体传输***可以制造得更小。使用这种方法或技术,可使很小的操作***例如泵和阀在所关注的各区域运行,以便产生新的微机电***(MEMS)装置、提供芯片实验室操作、用作可植入***或其它。实际上,一个吸引人的用途是可植入微流控装置,其能够为了诸如药物输送等一个或多个目的而被***人体中。
该微流体传输***还包括设计成分别可滑动地安装在一个或多个内孔中的一个或多个杆。这些杆设计成被选择性地定位和重新定位,以限定通过长形体部、特别是通过内孔和端口的各种特殊的和预先确定的流体通道和随后的流体流动路径,并操纵和控制流体通过长形体部的流动。本质上,杆的移动和定位规定了流体通过微流体传输***的运动。
参照图1,示出了根据第一示例性实施例的微流体传输***,其中,该微流体传输***包括配置用于简单的流体流动管理的单一内孔设计。如图所示,该微流体传输***10可用作微型泵或微型阀,取决于长形体部和杆的结构设计。在第一种示例性的方面或结构设计中,微流体传输***10设计用作微型泵。特别地,微流体传输***10包括长形体部14,其具有 第一端部18、第二端部22、外表面26和外直径do。长形体部14内沿纵向形成有直径为di的圆形横截面的单一内孔30。内孔30包括优选定向成与长形体部14的纵向中心轴线同轴的中心轴线,由此将内孔30定位在长形体部14中央。然而,内孔30还可形成为使其中心轴线向任何方向偏离长形体部14的纵向轴线。
长形体部14还包括输入端口40和输出端口44。输入端口40和输出端口44在长形体部内横向于内孔30形成。此外,输入端口40和输出端口44从长形体部14的外表面26延伸至内孔30。因此,输入端口40和输出端口44流体连接于内孔30。输入端口40和输出端口44还用于将内孔30流体连接至紧紧围绕长形体部14的环境中,或连接到与端口40和44关联的壳体或管或其它结构。
参考这里讨论的所有实施例,除非以其它方式注释,长形体部是微小尺寸的,优选直径在1000-2000微米范围内、长度在10,000-20,000微米(1-2cm)范围内。也可考虑其它符合本发明的目标和用意或目的的微小尺寸。此外,长形体部优选由玻璃材料制成。也可考虑其它材料,例如包括氧化物、碳化物、氮化物和其它高熔点非金属的陶瓷材料、石英材料、氧化铝材料、云母材料、白云石材料、锆石材料、氧化镁材料、蓝宝石材料、整体材料(monolithic material)、钙质材料、氮化物材料、尖晶石材料以及这里没有明确列举的材料。
微流体传输***10还包括一个或多个可装配且可滑动地布置在长形体部14的内孔30内的杆。如图所示,微流体传输***10包括两分离的杆,即杆48-a和48-b,它们配置用来在内孔30内选择性地前后移动,以到达特定位置来相应地泵送流体。在内孔30中和围绕输入端口40及输出端口44选择性地定位每个活塞杆48-a和48-b用于控制流体流动通过长形体部14,尤其通过内孔30及输入端口40和输出端口44。
此外,控制每个活塞杆48-a和48-b相对于彼此的移动用于主动地泵送流体经过流体传输***10。因此,本发明还包括多种不同的用于以可选方式致动或摆动活塞和阀杆的装置,以控制流体通过内孔及任何流体通 道——该流体通道与内孔相交和将内孔流体连接于长形体部的外表面——的流动。在一示例性实施例中,杆通过磁力源实现可操作性,其中,可选择性地致动一磁体来致动杆,每个(杆)包括与其耦合的金属部件。在另一示例性实施例中,杆由可作用于每个杆的螺线管致动。通过将杆配置有金属部件,螺线管可与长形体部的第一端部和第二端部中的每一个可操作地耦合,其中螺线管可通过向其提供电流而被致动,以选择性地控制杆在内孔内的双向移动。在又一个示例性实施例中,可利用机电***致动或摆动杆。
活塞杆48-a和48-b配置有比内孔30的直径di略小的外径dr,从而使得杆48能适配并在内孔30中滑动。活塞杆48-a、48-b与内孔30的内表面可配置为于其间包括间隙公差,这阻止流体流动溢出各端部和围绕活塞杆48-a和48-b的各表面62-a和62-b,或允许流体溢出各端部和围绕活塞杆48-a和48-b的各表面62-a和62-b的预定的流动,这取决于应用有微流体传输***10的整个***的特殊的流动要求。
关于这里讨论的所有实施例,除非以其它方式注释,杆(活塞或阀)也是微小尺寸的,典型地直径在200-300微米范围内,长度在10,000-30,000微米(1-3cm)范围内。与本发明的精神相符的其它微小尺寸也在考虑范围内。
活塞杆48-a和48-b由玻璃材料构成,尽管其它材料也可用于其制造过程中,如上文关于长形体部14的讨论中所述。
在一示例性的泵送操作中——其使用图1所示和这里所述的微流体传输***10的示例性的中心定位的单一内孔的实施例,确定单个微型泵作用周期可说明为四个步骤。第一步,将活塞杆48-a的第二端部52-a定位于输入端口40左侧,同活塞杆48-b的第一端部50-b一样,由此关闭输入端口40和输出端口44两者。第二步,使活塞杆48-b远离活塞杆48-a和输入端口40移动,以此打开输入端口40并通过输入端口40将流体吸入内孔30。将活塞杆48-b移动一段距离以使其第一端部部50-b位于输出端口44右侧,以此打开输出端口44。第三步,使活塞杆48-a向活塞杆48-b和输 出端口44移动。活塞杆48-a这种方式的移动有效地关闭输入端口40,并随后迫使输入流体通过内孔30和流出输出端口44。活塞杆48-a可移动直至所有或一部分流体从***10中排出。第四步,使活塞杆48-a和48-b位于步骤1中描述的起始位置,重复所述过程,由此使得能在微小环境中泵送流体。
实际上,按需要围绕或相对于输入端口40和输出端口44选择性地定位和重新定位杆48-a和48-b用于打开和关闭这些端口和长形体部14,并因此控制流体通过其中的流动。换句话说,活塞杆48-a和48-b的选择性定位用于在微流体传输***10中产生各种使流体按计划传输通过的流体通道。例如,为打开输入端口40和关闭输出端口44,可定位活塞杆48-a使其端部52-a位于输入端口40前面,或如图1所示在输入端口40左侧,可定位活塞杆48-b使得输出端口44位于活塞杆48-b的第一端部50-b和第二端部52-b之间。在该构型中,流体只可流动通过输入端口。显然,仅通过在内孔30中定位和重新定位或重新布置活塞杆48-a和48-b,其它构型也是可能的,例如同时打开或关闭输入端口40和输出端口44,或关闭输入端口40而打开输出端口44,或反之。在内孔30中选择性定位和重新定位或重新布置活塞杆48-a和48-b可根据需要经常进行,以形成流入和流出和在微流体传输***10中的所需的流体通道和相应的流体流动路径。
应注意,除了或替代上述主动的泵作用功能,活塞杆48-a和48-b可配置成执行一个或多个被动的阀作用功能,这对该领域的技术人员是显而易见的。
图1还示出了微流体传输***10的一种替换的示例性结构设计,其中上述活塞杆48-a和48-b替换为单个阀杆,所示为阀杆66,并增加了两个端口,所示为流体连接于内孔30的输出端口40-a和44-a。该替换结构允许微流体传输***10作为微型阀以被动状态操作,而不是被用来使***10主动泵送流体。阀杆66以与结合的阀杆48-a和48-b相似的方式作用,即,管理流体流动通过内孔30和输入端口40和(现在的输入端口)44及长形体部14的增加的输出端口40-a和44-a。输出端口40-a和44-a可定位 成与输入端口40和44正好对齐,或它们可被偏置,如图1中所示。
阀杆66包括蚀刻或以其它方式形成于其表面72中的凹部74。与阀杆66剩余部分的横截面积或直径相比,凹部74具有减小的横截面积或较小的直径。定位阀杆66使凹部74与输入端口40和输出端口40-a对齐,这有效地用于打开该端口,为流体的流动提供通道。凹部74也可选择性定位在输入端口44和输出端口44-a上方,以按需要选择性打开和关闭这些端口。因此,加压流体被允许根据阀杆66的位置流动通过***10。可选择地,阀杆66可包括第二凹部,以虚线示出为适当形成于阀杆66的表面72中的凹部74-b,由此减少调节或管理流体流动通过内孔30、输入端口40和44及输出端口40-a和44-a时阀杆必须移动的距离。
参考图2,所示为根据第二示例性实施例的微流体传输***,其中,该微流体传输***包括为微流体流动传输和管理配置的双内孔设计。如图所示,微流体传输***110可用作微型泵或微型阀,取决于***和杆的结构设计和功能,如下文所述。
在第一示例性方面或结构设计中,微流体传输***110配置成用作微型泵。特别地,微流体传输***110包括具有第一端部118、第二端部122、外表面126和外直径do的长形体部114。长形体部114内沿纵向形成有圆形横截面且直径为di1的第一内孔130。尽管第一内孔130可延伸长形体部114的长度,所示只延伸长形体部114长度的一部分。这样,长形体部114用作流经第一内孔130的流体的障碍。长形体部114内也沿纵向形成有第二内孔132。第二内孔132也是圆形横截面的,直径为di2。同样,尽管第二内孔132可延伸长形体部114的长度,所示的只延伸长形体部114长度的一部分。这样,第一内孔130和第二内孔132的纵向或中心轴线互相偏置且平行。
长形体部114还包括输入端口140和输出端口144。输入端口140和输出端口144在长形体部内横向于第一内孔130和第二内孔132形成。此外,输入端口140和输出端口144从长形体部114的外表面126伸出并穿过第一内孔130和第二内孔132。因此,输入端口140和输出端口144流 体连接于第一内孔130和第二内孔132中的每一个。如图所示,输入端口140和输出端口144也将第一内孔130流体连接于第二内孔132。输入端口140和输出端口144还用于将第一内孔130和第二内孔132流体连接到紧紧围绕长形体部114的外部环境,或连接到与端口140和144相关的壳体或管或其它结构。
微流体传输***110还包括一个或多个可装配且可滑动地设置在长形体部114的第一内孔130和第二内孔132内的杆。如图所示,微流体传输***110包括两个分离的杆,即活塞杆148和阀杆166。活塞杆148配置成在第一内孔130内选择性地来回移动,以到达特定位置来相应地泵送流体。活塞杆148优选具有不变的横截面。
另一方面,阀杆166配置成在第二内孔132内选择性地来回移动,以打开和关闭输入端口140和输出端口144。阀杆166包括其上形成有一个或多个凹部的大体不变的横截面,所示为第一凹部174-a和第二凹部174-b,其用来在与输入端口140和输出端口144对齐时由于其减小的横截面而使流体流动通过输入端口140和输出端口144。凹部174-a和174-b设计成具有该领域的技术人员所能获知的预先确定的适当的长度。实质上,活塞杆148和阀杆166设计为互相协同工作,以在微流体传输***110中实现各种泵作用和/或阀作用状态。
分别在第一内孔130和第二内孔132中和关于输入端口140和输出端口144选择性地定位活塞杆148和阀杆166用以控制流体流动通过长形体部114,尤其是通过内孔130和132及输入端口140和输出端口144。***10可用作泵或阀,取决于杆的结构和主动/被动状态。
与上面讨论的杆相似,活塞杆148和阀杆166分别具有外直径dr1和dr2,其分别略小于第一内孔130和第二内孔132的直径di1和di2,因此允许杆148和166安装和在其相应的内孔内滑动。活塞杆148与内孔130的内表面可配置为于其间包括间隙公差,这阻止流体流动溢出端部152和围绕活塞杆148的表面154,或允许流体溢出端部152和围绕活塞杆148的表面154的预先确定的流动,这取决于应用有微流体传输***10的整个系 统的特殊流动要求。同样,阀杆166和内孔132的内表面可配置为于其间包括间隙公差,这阻止流体流动溢出端部168和围绕阀杆166的表面172,或允许流体溢出端部和围绕阀杆166的表面172的预先确定的流动。
在使用图2所示和这里所述的双内孔微流体传输***110的示例性的微型泵作用操作中,确定单个泵作用周期说明为四个步骤。第一步,将活塞杆148定位成使其全部或大体上位于第一内孔130内。相反地,将阀杆166定位成使第一凹部174-a和输入端口140对齐,从而打开输入端口140。输出端口144因此关闭。第二步,阀杆166保持固定,使活塞杆148朝向第一内孔130的开口移动,该操作抽吸流体通过输入端口140进入第一内孔130。第三步,活塞杆148保持固定,将阀杆166重新定位或重新布置,以使第二凹部174-b和输出端口144对齐,从而打开输出端口144并关闭输入端口140。第四步,在输出端口144由此打开时,使活塞杆148再次移动进入第一内孔130。以这种方式移动活塞杆148用以迫使或驱使输入第一内孔130的流体从输出端口144出来。根据需要经常地和以任何频率重复这些步骤以实现预期的泵作用操作。
在使用图2所示和这里所述的双内孔微流体传输***110的示例性的微型阀作用操作中,活塞杆148被除去(封堵第一内孔130)或保持在允许输入端口140和输出端口144流体连接的位置。另一方面,为了管理或控制通过***110的加压流体的流动,移动阀杆166以打开和关闭输入端口140和输出端口144。
显而易见,本发明的微流体传输***可包括多个分别形成于长形体部内的输入端口和输出端口及多个内孔。对该领域的技术人员同样显而易见的是,输入端口和输出端口可位于沿长形体部的长度的任何位置,且内孔可相对于彼此定位在任何位置。内孔的数量可决定操作微流体传输***所需的杆的数量。此外,输入端口和输出端口的数量和位置可决定操作***所需的杆的类型和结构。
参考图3-A和3-B,示出了根据本发明第三示例性实施例的微流体传输***210。在此具体示例性实施例中,长形体部214包括第一端部218、 第二端部222、外表面226和外直径do。长形体部214内沿纵向形成有圆形横截面且直径为di1的第一内孔230。长形体部214内还沿纵向形成有第二内孔232。第二内孔232也是圆形横截面的,直径为di2。这样,第一内孔230和第二内孔232的纵向或中心轴线互相偏移且平行。
长形体部214内还形成有三个槽,示出为互连槽280和通道槽284及288。互连槽280配置成流体连接第一内孔230和第二内孔232。互连槽280通过切割或其它方式从长形体部214上去除一薄片材料而形成在长形体部中,其从上表面226开始延伸通过长形体部214直至与第一内孔230和第二内孔232相交。换句话说,一槽从表面226开始,延伸直至分别与第一内孔230和第二内孔232相交。通过以这种方式形成槽,第一内孔230和第二内孔232不只是互相之间、而且也和上表面226流体连通,以此使它们能与围绕和包围长形体部214的外部环境或壳体——例如其中具有输入端口和输出端口的壳体——流体连通。
在一优选方面,互连槽280可形成为使其取向横向于或垂直于第一内孔230与第二内孔232的纵向轴线。在此取向上,在所示实施例中,互连槽280包括一切口,该切口延伸过长形体部214的大体一半,从而延伸过第一内孔230和第二内孔232的大体一半,这些都分别示出为对称地位于长形体部214中央。然而,不论第一内孔230和第二内孔232的位置或取向如何,都可形成仍流体连接这两个内孔的互连槽280。实质上,不管它们在长形体部214内的位置如何,第一内孔230和第二内孔232都设计成通过互连槽280流体连接。可选择地,互连槽280可在相对于第一内孔230和第二内孔232的纵向轴线的其它取向上形成,例如以斜的取向,这可为该领域的技术人员认知和显而易见。
另一方面,通道槽284和288配置成流体连接单个内孔与外表面226,即,分别将第一内孔230或第二内孔232连接至上表面226。在所示实施例中,通道槽284配置成将第一内孔230流体连接至上表面226,如图所示。通道槽284包括薄的切口,该薄的切口从上表面226延伸、穿过长形体部214、在与第一内孔230相交处到达第一内孔230。不同于互连槽280,通道槽284取向成使其只与一个内孔、即第一内孔230相交。以这种方式,通道槽284将第一内孔230和长形体部的上表面226流体连接。此外,通道槽284通过第一内孔230流体连接到互连槽280。图3-B示出了互连槽280和通道槽284两者的取向和交叉。通道槽284可配置成用作流体输入端口或流体输出端口。
同样,通道槽288配置成以与通道槽284相似的方式流体连接第二内孔232至上表面226,如图所示。通道槽288可配置成用作流体输入端口或流体输出端口。
在一优选的方面,通道槽284和288可形成为使其取向也分别横向或垂直于第一内孔230和第二内孔232的纵向轴线。在此取向上,在所示实施例中,通道槽284和288包括切口,该切口延伸通过长形体部214,至分别通过第一内孔230和第二内孔232的大体一半的程度。可选择地,通道槽284和288可在相对于第一内孔230和第二内孔232的纵向轴线的其它取向上形成,例如以斜的取向,这可为该领域的技术人员认知和显而易见。
互连槽280和通道槽284及288可以是任何给定操作环境所需的任何尺寸的。然而,槽典型地宽度在500-1,500微米之间。当然,其它尺寸也是可能且在本文的考虑范围内,取决于微流体传输***的预期应用、各种不同的***要求、设计限制及整个微流体传输***的尺寸。
如图3-A和3-B所示,示例性的微流体传输***210包括单个互连槽280、通道槽284和通道槽288,分别都用于双内孔***中。然而,如对该领域的技术人员显而易见的,微流体传输***210可包括多个互连槽和/或通道槽形式的槽。此外,长形体部可包括单个内孔或多于两个内孔,分别与一个或多个互连槽和/或通道槽相关联。
本发明的微流体传输***还具有或包括用于密封长形体部、尤其是各种输入/输出端口或槽和长形体部内形成的内孔的流体容纳***。参考图5,示出了一示例性的流体容纳***,该***用于密封形成于类似上文所述和图3-A所示的示例性的微流体传输***的长形体部内的槽和内孔。在此实施例中,流体容纳***包括多种硅橡胶部件,其被模制以安装在微流体传输***的长形体部周围。如图所示,微流体传输***310包括长形体部314,其具有双内孔结构,即,延伸通过长形体部314并如上文所述地那样工作的第一内孔330和第二内孔332。长形体部中还形成有通道槽384和388及互连槽380。作为容纳***的一部分,端盖390配置成可卸式安装在长形体部的第一端部318上。端盖390包括从末端部分394延伸出的侧壁392,因此使得端盖390能适当地安装于长形体部314的外表面326上且对其密封。末端部分394内形成有分别与第一内孔330和第二内孔332相对应且对齐的孔位396-a和396-b。每个孔位396-a和396-b可被堵塞以分别密封内孔330和332的一端,或者,对于微型流体***310的操作和在该操作期间,(每个孔位)可配置成通过其中接纳和密封活塞或阀杆,但仍便于杆的选择性移动。
与端盖390相对的是套管398,套管398配置成可卸式安装在长形体部314的第二端部322表面并隐藏形成于其中的槽。套管398还包括从端部402延伸出的侧壁400,从而形成一端盖。端部402内形成有分别同第一内孔330和第二内孔332对齐的开孔404-a和404-b,其功能类似于上述端盖390中形成的开孔。开孔404-a和404-b可在必要时被密封,以阻止意外的流体流动。套管398的尺寸足够大以安装成覆盖形成于长形体部314内的槽,从而容纳以受控方式流动通过这些槽的流体。套管398还包括从侧壁400伸出的输入管406和输出管408。输入管406配置成当套管398关于长形体部314定位在适当位置上时与通道槽384对齐并流体连接。同样,输出端口408配置成当套管398关于长形体部314定位在适当位置上时和通道槽388对齐并流体连接。
套管398还配置成容纳流动通过形成于长形体部314内的各种槽的流体。可以看出,套管398在适当位置时,流体在互连槽380和通道槽384和388内和通过其中的流动被限制。换句话说,套管398用以密封互连槽380及通道槽384和388,且阻止流体流经这些槽,除非是预期的。就互连槽380而言,仍允许流体受各自的杆的定位的引导在第一内孔330和第二内孔332间流动。套管398仅用于阻止流体通过互连槽380流出长形体部314。
相对于通道槽384和388,一旦套管398被适当地安装在长形体部314周围且微流体传输***被致动,便将流体导入微流体传输***310内,特别是通过输入管406导入通道槽384。***操作时,流体从微流体传输***310中排出,特别是通过输出管408排出通道槽388。通过这种方式,流体适当地容纳在微流体传输***310周围且只能通过这些管进出***。输入管406和输出管408可配置成附接于和流体连接于整个***中的其它适当结构,这一点对该领域的技术人员是显而易见的。
当图5的流体容纳***在适当位置时,图3-A所示的微流体传输***210还包括分别可安装于第一内孔230和第二内孔232内的第一杆和第二杆。根据期望的操作条件,杆可为阀杆或者活塞杆与阀杆的组合。在微流体传输***配置为微型泵的示例性方面,例如图3-A所示,且和上述输入端口和输出端口相似,流体通过互连槽280和通道槽284、288及第一内孔230和第二内孔232的流动分别由***第一内孔230和第二内孔232并可在其中选择性移动的活塞杆248和阀杆266控制。在被动或低压环境中,活塞杆248作用成允许流体通过用作输入端口的通道槽284进入***。可致动活塞杆以迫使输入流体通过预先确定的流体通道(由附加的互连槽和/或通道槽的数量和位置及活塞杆和阀杆分别在第一内孔230和第二内孔232内的定位产生或确定),并最终将流体泵送出***210。阀杆266通过其适当定位于互连槽280和用作输出端口的通道槽288附近的凹部274来控制流体的路径和对于泵送出***的流体的调节。在另一示例性方面,可用第二阀杆来代替活塞杆,其中两阀杆用于在加压流体环境中控制流体通过微流体传输***210的流动。实质上,杆在槽中移动以确定流体通道和控制或引导流体在其中或通过其中的流动。
参考图4-A至4-D,示出了图3-A中配置为微型泵的示例性的微流体传输***210和微流体传输***210及其部件在进行示例性的泵作用周期中的多个操作阶段。微流体传输***210包括长形体部214,长形体部214 具有双内孔结构,如内孔230和232所示。
图4-A示出了初始阶段,其中,活塞杆248被定位成关闭用作输入端口的通道槽284,阀杆266被定位成关闭将第一内孔230和第二内孔232流体连接的互连槽280及用作输出端口的通道槽288。在此初始阶段中,流体不能流入***。图4-B示出了该周期的第二阶段,其中活塞杆248被致动并大体从第一内孔230中抽出。活塞杆248以这种方式的致动用来打开通道槽284,从而允许或抽吸流体进入第一内孔230,如箭头所示。阀杆266处于与图4-A所示第一阶段中相似的位置。图4-C示出第三阶段,其中阀杆266被致动以使凹部270位于互连槽280和通道槽288附近,从而允许流体从第一内孔230流至第二内孔232并打开通道槽288。所示活塞杆248位于与第二阶段中相同的位置。图4-D示出最后阶段,其中活塞杆448被致动以迫使流体从第一内孔230通过互连槽280到达第二内孔232。在通道槽288打开时,流体从长形体部214排出或泵送出***,如箭头所示。当所有流体被泵送出***时,重复该过程以实现循环的泵作用操作。
图6示出了另一示例性的流体容纳***,用于密封形成于同上文所述和图3-A所示相似的示例性微流体传输***的长形体部内的槽和内孔。在此实施例中,流体容纳***还包括多个配置成可卸式安装于微流体传输***的长形体部周围的硅橡胶部件。如图所示,微流体传输***410包括长形体部414,长形体部414具有双内孔结构,即,延伸通过长形体部414并如上文所述地作用的第一内孔430和第二内孔432。长形体部中还形成有通道槽484和488及互连槽480。这些可如所示地取向,或相对于长形体部414的纵向轴线以不同的角度形成。
作为容纳***的一部分,端盖490配置用于可卸式安装于长形体部的第一端部418上。端盖490包括从末端部分494延伸出的侧壁492,从而允许端盖490适当地安装于和密封长形体部414的外表面426。末端部分494内形成有分别与第一内孔430和第二内孔432相对应且对齐的孔位496-a和496-b。每个孔位496-a和496-b都可被堵塞以分别密封内孔430和432的一端,或者,对于微型流体***410的操作和在该操作期间,(每 个孔位)可配置成通过其中接纳和密封活塞或阀杆,但仍便于杆的选择性移动。
流体容纳***还包括硅管(silicon tube)或套管498,其配置为可卸式安装在长形体部414表面并隐藏互连槽480和通道槽484及488,从而限制流体在槽中的流动。不同于图5所示实施例,套管498是与端盖506分离的部件。此外,套管498包括两个开孔,即,设计成分别与通道槽484和488对齐且流体连接的输入孔502-a和输出孔502-b。输入孔502-a和输出孔502-b内分别可卸式安装有管504-a和504-b,以促使流体按预定流入或流出通道槽484和488。管504-a和504-b在开孔502-a和502-b中密封以防止泄露。管504-a和504-b可包括玻璃、橡胶或其它类似地构造的管。
与端盖490相对的是第二端盖506,同样包括从末端部分508延伸出的侧壁507,末端部分508具有在其中形成的开孔509-a和509-b,开孔509-a和509-b作用类似于端盖490上的开孔,且在必要时可被密封以阻止意外的流动。该具体实施例的操作功能与上文参考图5的描述相似。
应注意,上文所述和图5及图6所示的套管和端盖可包括硅橡胶模、环氧的或该领域已知的任何其它合适的密封组成。
图7示出了另一示例性的流体容纳***,该***配置成密封形成于示例性的微流体传输***510的长形体部内的槽和内孔。如图所示,微流体传输***510包括长形体部514,长形体部514具有双内孔结构,即,延伸通过长形体部514且如上文所述地起作用的第一内孔530和第二内孔532。长形体部514还于其中形成有通道槽584和588及互连槽580,它们中的每一个都流体连接外表面526。在此具体实施例中,流体容纳***包括一个或多个O形环或其它类似的密封装置,这些密封装置安装于长形体部514的外表面526上且位于通道槽584和588及互连槽580周围。如图所示,第一O形环598-a位于长形体部514的通道槽584和第一端部518之间。第二O形环598-b位于通道槽584和互连槽580之间。第三O形环598-c位于长形体部514的通道槽588和第二端部522之间。
流体容纳***还包括配置成接纳微流体传输***510并靠着O形环 598进行密封的壳体602。壳体602包括表面604,表面604靠着O形环598-a、598-b和598-c中的每一个进行密封,以容纳流经形成于微流体传输***510内的内孔和槽的流体。壳体602还可包括形成于其中的流体连接于各通道槽584和588及互连槽580的端口,其中这些端口由于O形环的密封作用而互相分离。
本发明的特征还在于一个或多个配置成包装微流体传输***的包装***及方法。图8-A至8-C示出了本发明的一种具体示例性包装***的多个不同的视图,其中微流体传输***710被包装并容纳于箱式模具内。如图所示,微流体传输***710包括流体容纳***,其形式是分别用于密封长形体部714的端部和形成于其中的内孔的端盖790和806。微流体传输***710还包括套管798,套管798用来密封如上文所述的各种通道槽和互连槽(未示出)以及促使管804-a和804-b与通道槽的密封和流体连接。箱式模具812用于在其内部接纳并容纳微流体传输***710。此外,箱式模具812包括形成于其中的一系列槽。槽816-a配置成接纳和支承管804-b。槽816-b配置成接纳和支承活塞杆748。槽816-c配置成接纳和支承管804-a。槽816-d配置成接纳和支承阀杆766。其它箱式模具的示例性结构也在本文考虑范围内。此外,其它类型的包装***也在考虑范围内。例如,阀杆和活塞杆可配合或以其它方式连接于不锈钢构件。
图9示出了一种微流体传输***,尤其是根据另一示例性实施例的长形体部。在该实施例中,微流体传输***810、尤其是长形体部814包括四内孔结构,其中内孔830、832、834和836以与上述单一内孔和双内孔结构相似的方式形成于长形体部814内。此外,长形体部可包括一个或多个形成于其中的通道槽和/或互连槽,以与四个内孔中一个或多个相交。如图所示,长形体部814中形成有与内孔830、834和836相交且流体连接的互连槽880。其它通道槽和/或互连槽也在考虑范围内。
图10示出了根据另一示例性实施例的微流体传输***。在该实施例中,微流体传输***910的长形体部914包括正方形横截面,而不是上述圆形横截面。同样具有正方形横截面的四个内孔——内孔930、932、934 和936,按2×2分布形成于其中。在其它示例性实施例中,形成于长形体部914内的内孔可具有1×n、2×n或n×n分布。
本发明的微流体传输***的各种部件可使用该领域熟知的各种技术或方法制造。在一种生产主要的长形体部的示例性方法中,玻璃再拉延过程可用于形成主要的长形体部的复杂的玻璃结构和其中的各种内孔。玻璃再拉延过程为大家所熟知且已被用于形成精密的玻璃管、薄片和具有复杂横截面的纤维束。玻璃再拉延过程在R.H.Humphry的文章——题目为“Forming Glass Filaments with Unusual Cross-Sections”;Gordon &Breach,New York,New York出版;proceedings of the 7th InternationalCongress on Glass,1965年6月28日-7月3日,Charkroi,Belgium;第77-1页至77-8页)——中有所描述。
在一种生产阀杆和活塞杆的示例性方法中,得到的玻璃杆具有希望的几何结构。玻璃杆涂有多晶硅(poly silicon)涂层。多晶硅涂层的一个或多个部分配置成呈现出具有希望尺寸的一个或多个环形间隙或间隔,用于将要形成在玻璃杆中的各个凹部。玻璃杆随后经过蚀刻过程,其中,在多晶硅涂层中的间隙或间隔的位置处从玻璃杆蚀刻出凹部。蚀刻过程可包括本领域已知的任何适当的微蚀刻制作过程,例如BOE蚀刻过程、化学蚀刻、光刻、等离子蚀刻、湿化学蚀刻、干蚀刻及其它。在一可供选择的过程中,玻璃杆可涂上光致抗蚀剂/光刻胶,也具有一个或多个形成于其中的环形间隙。玻璃杆及其光致抗蚀剂涂层然后可被置于先进氧化物蚀刻器(advanced oxide etcher,AOE),由此形成杆中的各种凹部。微制作过程还可包括非蚀刻过程,例如机加工、激光加工和空气喷磨。该领域的技术人员将能知晓在阀杆和活塞杆内形成凹部的各种可能的方法。
前文的详细描述参考具体的示例性实施例说明了本发明。然而,应认识到可做出各种变型和改变而不背离本发明的在所附权利要求中给出的范围。详细说明和附图仅应被认为是说明性的而非限制性的,且存在的所有这种变型或改变都应被认为属于本发明的在此说明和给出的范围内。
更具体地,尽管在此描述了本发明的说明性的示例性实施例,但本发 明不局限于这些实施例,而是包含基于前文的详细描述可被该领域的技术人员理解到的具有变型、省略、组合(例如不同实施例的方面的组合)、改变和/或修改的任何和所有实施例。权利要求中的限定应基于权利要求中使用的语言被广义地理解,而不局限于上文详细说明或在申请过程中所描述的示例,这些示例应理解为非排他性的。例如,在本申请中,术语“优选”是非排他性的,应理解成“优选但不限于”。任何方法或过程权利要求中所述的任何步骤可按任何顺序执行,而不限于权利要求中所述的顺序。只有对于特定权利要求限定当在该限定中存在以下所有条件时才使用方法+功能或步骤+功能限定:a)明确叙述“用于…的方法”或“用于…的步骤”;和b)明确叙述相应功能。在本文的描述中明确叙述了支持方法+功能的结构、材料或操作。相应地,本发明的范围应仅由所附权利要求及其合法的等同方案确定,而不由上述说明和示例确定。
本申请主张和希望专利特许证保护的是: