CN102792479B - 流体逻辑门及用于控制通道中的er流体流动的装置 - Google Patents

流体逻辑门及用于控制通道中的er流体流动的装置 Download PDF

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Abstract

一种用于控制ER流体的流动的装置。该装置具有用于输送具有第一介电常数的载流流体1和该载流流体中具有第二介电常数的液滴2的第一通道10。该装置还包括输送ER流体的第二通道20，和用于将电势从第二通道传送到第一通道的第一导体100。提供了电路61，以便在第一通道和第二通道之间施加电势差。当第一通道中存在液滴时，ER流体在第二通道中被固化；当没有液滴存在时，ER流体以液态在第二通道中流动。因此，该装置起到“IF”门的作用。还公开了用于其它类型的流体逻辑门的布置。

Description

流体逻辑门及用于控制通道中的ER流体流动的装置
本发明涉及用于控制通道―优选微流通道―中的流体流动的装置。特别地，根据第一通道中液滴的存在或不存在来控制在第二通道中ER流体的流动。
背景技术
微流芯片是具有多个通道的芯片。典型地，通道具有小于1mm的宽度。它们可作为“芯片上的实验室”来使用，并且可例如被用于酶分析、DNA分析及蛋白质组学(proteomic)等。实际上，操作，诸如样品准备、预处理及化验检测都可以集成到单个芯片上。在微流芯片的小尺度下的化学反应倾向于快速发生，并且使用最少量的材料，从而节约了时间和金钱。
基于液滴的微流吸引了越来越多的关注，因为它能在不提高装置尺寸和复杂度的情况下进行为数众多的不同的实验。当呈液滴的形式时，反应物被精确地输送到离散的体积中－例如大小处于从纳升到皮升的范围，使得高通量的化学反应和生物检测中的单细胞操纵都可以实现。此外，通过使用微流体，液滴中反应物的混合被证明能够以毫秒(几毫秒)来实现，从而能实现多步化学反应。
在微流芯片上，多种流聚集、泵驱动和其它布置都用于驱动流体和控制操作。任何泵和阀都倾向于由外部电路产生的外部电信号驱动。数字微流体就是通过使用数字信号（即1或0）来控制液滴。
电流变(ER)流体在宏观尺度上被作为一种“智能”材料而被广泛研究。ER流体是在施加足够强的电场的情况下转变为固体形式的流体。新近，发展出一种具有巨电流变（GER）效应的新型ER流体－例如见US6852251，其通过引用而结合在本文中。其包含悬浮在向日葵油中的涂有尿素的纳米颗粒。在足够强的电场下，GER流体能转变为各向异性的固体，具有表征它的强度的屈服应力。这些流变变化能够在10毫秒内发生，且在电场撤销时能反转。如果提供编码的电控制信号来控制流体，则GER流体可以作为数字化流体来起作用。
发明内容
本发明提出了利用流体自身来实现所需的逻辑运算，以控制通道中流体的流动。
本发明的一方面是基于在第一通道中存在或不存在液滴来控制在第二通道中ER流体的流动的方法。在一个优选示例中，第一通道输送具有第一介电常数或者电导率的载流流体，以及在所述载流流体中的具有第二介电常数或电导率第二流体的液滴。在第一通道中－特别是在第一通道的一对电极之间－存在或不存在液滴提供了数字信息；例如，在那一时刻，1对应于液滴存在而0对应于液滴不存在。
可提供如下结构：该结构提供了与IF（‘如果’）、OR（‘或’）、AND（‘与’）和NOT（‘非’）门等同的逻辑。另外，本发明的另一方面提供了用作通用逻辑门的结构，该结构可配置成具有任何预期逻辑门的逻辑运算(例如，16种可能的运算/配置)。
根据本发明第一方面的装置可具有：第一通道，其用于输送具有第一介电常数或者电导率的载流流体和所述载流流体中的具有第二介电常数或电导率的第二流体的液滴；第一导体，其用于将电势从第二通道输送到第一通道；以及电路，其用于横跨第一和第二通道施加电势差。通过这种方式，在液滴存在时跨过第一通道的电势降与在液滴不存在时的电势降是不同的。例如，如果第二流体的液滴具有比载流流体更高的介电常数或电导率，则液滴存在时跨过第一通道的电势降将会较小。剩余的电势降跨在第二通道上。因此，当液滴存在时，电势降的大部分跨在第二通道上，且其足以停止在该第二通道中的ER流体的流动。该布置因此用作‘IF’门，且如果液滴存在于第一通道中，则第二通道中的ER流的流动停止。
在一种优选的实施例中，第一通道具有第一对电极，包括相对的第一和第二电极。优选地，第二通道具有第二对电极，包括相对的第三和第四电极。电势差加在第一和第四电极之间。第一导体使第二和第三电极电连接，使得这两个电极处于相同的电势。该布置因此充当‘IF’门。
第一导体、第三和第四电极可以作为整体件―例如具有与第一通道相邻的一侧和与第二通道相邻的一侧的导电构件―来提供。
可以布置电路来在第一和第四电极间施加电势差。该装置可具有用于产生控制液滴和/或载流流体的模块。该装置优选还包括用于将电压施加在所述第一电极上的电压源。
该装置优选进一步包括ER流体源、载流流体源及第二流体的液滴源；第二流体具有与载流流体不同的介电常数或电导率。这些源可以例如为泵，或者包含流体的容器。
该装置优选进一步包括第三通道，以用于输送具有第三介电常数或电导率的载流流体和所述载流流体中的具有第四介电常数或电导率的液滴；以及第二导体，其用于将电势从第三通道输送到第二通道。
优选的是，第一通道具有相对的第一和第二电极，第二通道具有相对的第三和第四电极，且所述第三通道具有相对的第五和第六电极。电路可布置成以便在第一和第六电极之间施加电势差。第一导体优选将第二和第三电极电连接，且所述第二导体可电连接所述第四和第五电极。第一和第六电极之间的电势差可设置为使得当液滴介于第一通道中的第一和第二电极间且同时液滴介于第三通道中的第五和第六电极间时，在第二通道中ER流体停止。该布置因此用作“AND”门。
在另一种布置中，第二通道具有位于第三和第四电极的下游的相对的第七和第八电极，所述电路布置成以便在第一和第四电极之间施加电势差，而第二电路布置成以便在第七和第六电极之间施加电势差，且其中，第二导体使第八和第五电极电连接。第一和第四电极间的电势差及第七和第六电极间的电势差可设置成使得当液滴处于第一通道中的第一和第二电极间或当液滴处于第三通道中的第五和第六电极间时，在第二通道中ER流体停止。该布置因此用作“OR”门。
本发明的第二方面提供了一种控制ER流体流动的方法，包括：提供第一和第二通道；允许具有第一介电常数或电导率的载流流体和具有第二介电常数或电导率的第二流体的液滴在第一通道中流动；允许ER流体在第二通道中流动；以及横跨两个通道施加电势差，使得基于第一通道中的第二流体的液滴的性质和/或位置控制ER流体的流动。
优选的是，第一通道具有相对的第一和第二电极，并且当第二流体的液滴处于第一通道的第一和第二电极之间时，第二通道中的ER流体的流动停止。这是“IF”门型操作。
该方法可以使用以下装置：其中第一通道具有包括相对的第一和第二电极的第一对电极，且第二通道具有包括相对的第三和第四电极的第二对电极，且第一导体连接第二和第三电极。然后横跨第一和第四电极施加电势差，使得当第二流体的液滴在第一通道中、处于第一和第二电极之间时，第二通道中的ER流体的流动停止。
该方法可能需要提供以下装置：其中，第一通道具有相对的第一和第二电极，第二通道有相对的第三和第四电极，所述第三通道有相对的第五和第六电极，第一导体使第二和第三电极电连接，且第二导体使所述第四和第五电极电连接。该方法可包括在第一和第六电极之间设置电势差，使得当液滴处于第一通道中的第一和第二电极间且同时液滴处于第三通道中的第五和第六电极间时，在第二通道中停止ER流体。这是“AND”门操作。
该方法可以包括提供如上所述的装置，但其中第二通道在第三和第四电极的下游具有相对的第七和第八电极，且第二导体改为将第八和第五电极电连接。该方法可包括在第一和第四电极间施加电势差，以及在第七和第六电极间施加电势差，使得当液滴处于第一通道中的第一和第二电极间，或当液滴处于第三通道中的第五和第六电极间时，第二通道中的ER流体的流动停止。这是“OR”门操作。
本发明的另一方面提供了一种基于第一通道和/或第三通道中的液滴的位置(和/或性质)来控制第二通道中ER流体的流动的方法。该方法可采用以上所列的装置中的任何一个或本发明的以下方面。
在本发明的许多方面，第二通道中ER流体的流动是由第一通道和/或第三通道中的液滴来控制的。ER流体的流动状态可以用来促动或控制另外的另一通道中的泵或阀。在另一通道中的流体（例如非ER流体）的流动因此可以由液滴间接控制。这就具有平行计算和大规模集成的可能性。
本发明的第三方面提供了一种用于控制ER流体的流动的装置，包括：
第一通道，其用于输送具有第一介电常数或者电导率的载流流体和所述载流流体中的具有第二介电常数或电导率的液滴；
第二通道，其用于输送ER流体；
其中，第一通道有相对的第一电极和第二电极，而第二通道有相对的第三和第四电极；
第一导体将第二电极和第三电极电连接；
第一电压输入V1连接在第一电极上，且第二电压输入V2通过第一电容器连接在第三电极上。
第二电压输入V2可以或者直接或者间接地（例如，通过第二电极或第一导体）连接在第三电极上。
优选地，第一和第二电压输入设置成使得在使用中，当第一通道的第一和第二电极间没有液滴存在时，在第二通道中ER流体停止。这一布置则用作“NOT”门。
可以存在连接在第二通道的第四电极上的第三电压输入V3。
该装置可以包含用于产生所述液滴的模块和/或用于对所述第一电压输入施加电压的电压源。可能还存在用于对所述第二电压输入施加电压的电压源。
该装置可包括ER流体源，载流流体源以及第二流体的液滴源；该第二流体具有与载流流体不同的介质常数或电导率。
优选地，本发明的上述以及下面的方面中提到的第二流体是电介质流体。例如，其可以是ER流体。备选地，其可以包括水、为离子化流体或者导电流体。
第一电容器可以是传统的电容器（例如，具有固体电介质的电容器，诸如陶瓷电容器），或者可为用于输送流体且具有一对相对电极的通道。所述相对电极中的第一电极连接到所述第二电压输入，且所述相对电极中的第二电极连接到所述第三电极（例如，通过第一导体）。
本发明的第四方面提供了用于控制ER流体的流动的装置，包括：
第一通道，其用于输送具有第一介电常数或者电导率的载流流体和所述载流流体中的具有第二介电常数或电导率的液滴；
第二通道，其用于输送ER流体；
其中，第一通道具有相对的第一电极和第二电极，而第二通道具有相对的第三和第四电极；
第一导体将第二电极和第三电极电连接；
连接在第一电极上的第一电压输入V1，和通过第三通道连接（直接或间接）在第三电极上的第二电压输入V2；
所述第三通道具有连接于所述第二电压输入V2上的第五电极和连接于第三电极上的第六电极；所述第三通道布置成以便传送电介质流体。第六电极可以直接连接到第三电极，或者间接连接到第三电极，例如通过第一导体或第二电极。第五和第六电极跨过通道的相对侧而面向彼此。
本发明的第四方面可以具有上述第一至第三方面的任意特征。
本发明的第五方面提供了一种用于控制ER流体的流动的装置，包括：
第一通道，其用于输送具有第一介电常数或者电导率的载流流体和所述载流流体中的具有第二介电常数或电导率的液滴；所述第一通道有相对的第一电极和第二电极；
第二通道，其用于输送ER流体，且具有相对的第三和第四电极；
第三通道，其用于输送具有第三介电常数或者电导率的载流流体和所述载流流体中的具有第四介电常数或电导率的液滴；所述第三通道有相对的第五和第六电极；
第一导体，其用于将第二电极和第三电极电连接；
第二导体，其将第四和第五电极电连接；以及
四个输入，可对它们施加电压；第一输入连接在第一电极上，第二输入通过第一电容器连接在第三电极上，第三输入通过第二电容器连接在第四电极上，且第四输入连接在第六电极上。
第一导体、第二和第三电极可以整体地提供或者作为单独的元件提供。第二导体、第四和第五电极可以整体地提供或者作为单独的元件提供。
第二输入可以或者直接地或者间接地（例如，通过第二电极或第一导体）连接在第三电极上。类似地，第三输入可以或者直接或者间接地（例如，通过第五电极或第二导体）连接在第四电极上。
第二通道中ER流体的流动是由第一和/或第三通道（控制通道）的电极对之间存在或者不存在液滴来控制的。该控制依照所需的逻辑运算。逻辑运算的种类是由施加于第一电压输入到第四电压输入的电压来决定的。因此，通过选择施加于第一电压输入到第四电压输入的电压，可以选择16种不同的逻辑运算中的任何一种。
该装置可具有用于调节施加于第一、第二、第三和第四输入的电压的模块，以便给予装置所需的逻辑特性。
第一和第二电容器可以是传统电容器（例如，具有固体电介质的电容器，诸如陶瓷电容器），或可为用于输送流体的通道。第一电容器可以是有相对的第七和第八电极的第四通道。第八电极连接于第二电压输入上，且第七电极连接于第三电极上（或者直接地或者间接地，例如通过第一第二电极或第一导体）。第二电容器可以是有相对的第九和第十电极的第五通道；第九电极连接于第四电极上（或者直接地或者间接地），且第十电极连接于第三电压输入上。
该装置可具有在第三和第四电极的下游、在第二通道中的下游的一对相对的电极，所述下游的一对相对的电极布置成以便检测第三和第四电极下游的ER流体的流动和/或基于所述检测输送或者产生电信号。
第一电容器优选通过该装置外部的导线连接到第三电极。类似地，第二电容器优选通过该装置外部的导线连接到第四电极。
以上方面的装置可具有ER流体源和用于产生通向第二通道的ER流体流的模块。该装置可具有载流流体和液滴源，以及用于产生通向第一通道和第三通道的载流流体和液滴流的模块。该模块可以例如具有流聚集或T型接头结构。优选地，ER流体在电容器通道中。优选地，电容器通道具有与第二通道相同的宽度。
本发明的第六方面提供了用于控制ER流体流动的装置，包括：
第一通道，其用于输送具有第一介电常数或者电导率的载流流体和所述载流流体中的具有第二介电常数或电导率的液滴，所述第一通道有相对的第一电极和第二电极；
第二通道，其用于输送ER流体，且有相对的第三和第四电极；
第三通道，其用于输送具有第三介电常数或者电导率的载流流体和所述载流流体中的具有第四介电常数或电导率的液滴；所述第三通道有相对的第四和第五电极；
第一导体，其用于将第二电极和第三电极电连接；
第二导体，其将第四和第五电极电连接；
以及
四个输入，电压可施加于其上；第一输入连接在第一电极上，第二输入通过用于输送电介质流体的第四通道连接在第三电极上，第三输入通过用于输送电介质流体的第五通道连接在第四电极上，且第四输入连接在第六电极上。
该第六方面可具有上述第五方面的特征中的任何特征。
第四通道优选有相对的第七和第八电极，且第五通道优选有第九和第十电极。第七电极可连接到第三电极，且第八电极可连接到第二电压输入。第九电极可连接到第四电极，且第十电极可以连接到第三电压输入。
本发明的第七方面提供了控制ER流体的流动的方法，包括：提供根据本发明的第三或第四方面的装置；允许具有第一介电常数或者电导率的载流流体和具有第二介电常数或电导率的第二流体的液滴在第一通道中流动；允许ER流体在第二通道中流动；以及对第一和第二电压输入施加电压，使得当第一通道的第一和第二电极间没有液滴存在时，在第二通道中停止ER流体的流动。这是“NOT”操作。
本发明的第八方面提供了控制ER流体的流动的方法，包括：提供根据本发明的第五或第六方面的装置；以及设置和/或调节施加于第一、第二、第三和第四输入的电压，以便使得该装置具有所需的逻辑特性。许多不同的逻辑运算可通过该装置执行，且因此其可称为通用逻辑门。
电压可设置为使得该装置执行选自以下组的逻辑运算：
FALSE, A AND B, A≠>B, A, A<≠B, B, A XOR B, A OR B, A NOR B, A XNOR B, NOT B, A <= B, NOT A, A => B, A NAND B, TRUE。所选操作中的任一操作可由该装置执行。
该方法和装置所用的ER流体可以是GER流体或者传统的ER流体。
附图说明
仅作为示例，参照附图，现在将描述本发明的优选实施例，附图中：
图1(a)是用于控制通道中ER流体的流动的装置的示意图，其构造为充当微流体“IF”门。
图1(b)是微流体“IF”门的备选布置的示意图。
图2是微流体“AND”门的示意图。
图3是微流体“OR”门的示意图。
图4是用于在载流流体中产生控制流体的液滴的模块的示意图。
图5是用于产生ER流体的模块的示意图。
图6是微流体“NOT”门的示意图。
图7是微流体“NOT”门的备选布置的示意图。
图8是通用微流体逻辑门的示意图。
图9(a)到9(c)是显示了通用微流体逻辑门可如何配置成执行不同的逻辑运算的图表；且
图10(a)至(f)显示了微流芯片制造过程的阶段。
具体实施方式
该装置优选在微流芯片上提供。芯片和通道壁可以由PDMS或任何其它合适的材料制造。在下文的描述中引用电极时，它们优选靠近通道壁而提供或者嵌入在通道壁中。通道的宽度和直径优选小于500微米。
图1(a)显示了一种微流布置，其用于控制通道中ER流体的流动。该布置构造为以便用作“IF”门。
第一通道10充当控制通道，且输送具有第一介电常数或电导率的载流流体1和该载流流体中的第二流体2的液滴。该液滴充当“控制液滴”，且具有第二介电常数或电导率。优选地，第二介电常数或电导率高于第一介电常数或电导率。
第二通道20输送ER流体3。该ER流体可以是GER流体。第一导体100在通道之间延伸。该导体起作用来将电势从第二通道输送到第一通道，或反之亦然。
第一通道10在其第一侧具有第一电极11，且在该通道的相反侧具有面对着第一电极11的相对的第二电极12。第二通道在其第一侧具有第三电极13，且在该第二通道的相反侧具有面对着第三电极13的相对的第四电极14。第一导体100连接第二电极12和第三电极13，使它们发生电接触。第一导体100可以或者集成在微流芯片中(例如，作为AgPDMS的线）或者是微流芯片外的导线（例如芯片外部的连接芯片内的两个电极的电线）。大体上，第二电极12和第三电极13处于相同的电势，因为它们彼此是导电接触的。虽然将可行的是导体100有一定程度的电阻，使得第二电极和第三电极之间存在电势降，但优选的是导体100的电阻很小或可以忽略。
在图1(b)中所示的备选实施例中，第一导体100、第二电极12和第三电极13作为一个整体件来提供。第一导体100具有靠近第一通道10的一侧且与第一电极相对的第一端12。该第一端12用作与第一电极11相对的第二电极。第一导体100具有靠近第二通道20的一侧的第二端13。该第二端13用作与位于第二通道的另一侧的第四电极14相对的第三电极。第二电极12和第三电极13处于相同的电势，因为它们是第一导体100的整体部分。
具有电压源60的电路61在第一电极11和第四电极14之间施加电势差。导体100使通道电连结而不需要使流体从一个通道流到另一个。该导体可以是任何适合的材料；在一个优选的实施例中，该导体包括AgPDMS。电极也可包括AgPDMS。
电势差因此具有通过第一和第二通道10，20和第一导体100的通路。第一导体100的电阻优选是可忽略的。因此，如果V是由电压源61提供的电势差，V1是跨过第一通道的电势降，且V2是跨过第二通道的电势降，则V=V1+V2。也就是说，V1是控制通道电压，而V2是ER通道电压。
液滴2的介电常数或电导率高于载流流体1的介电常数或电导率。因此跨过第一通道的电势降会根据第一通道的第一电极11和第二电极12之间是否有液滴2而改变。当液滴2处于第一和第二电极之间时，第一通道10中的电势降V1则很低而跨过第二通道20有较大的电势降V2。跨在第二通道20上的电压V2因而比将ER流体转化为其固相以及使第二通道20中的流体的流动停止所需要的阈值更高。然而，当载流流体(即无液滴）处于第一电极11和第二电极12之间时，跨在第一通道10上的电势降V1相对较高。跨在第二通道20上的电势降V2则较低，且不足以停止第二通道20中的ER流体的流动。
该布置因此作为“IF”门。第一通道作为“控制通道”而第二通道作为“输出通道”。虽然当控制通道中有液滴时(逻辑上等效为1）第二(ER)通道中流体的流动关闭，但我们认为该布置是“IF”门而非“NOT”门。原因是当其是流体时我们视ER状态为“关闭”，而当其被启动而为固态时我们视之为“开启”。
下面的表格总结了该装置在如下条件下的状态：在第一通道的第一和第二电极之间不存在液滴；以及在第一通道的第一和第二电极之间存在液滴。
第一通道 V1 V2 ER流变性 ER状态 第二通道中的流动 来自第二通道的输出信号
液滴 低 高 各向异性的固态 开启 关闭 无液滴
无液滴 高 低 液态 关闭 开启 液滴
表1
“输出信号”一栏简单表示了第二通道的下游部分可以布置为当ER流体流动时产生液滴。
其可以表示为：
V2=VεC/(εC+εER)
其中V是跨在两个通道上的来自电压源的电压；V2是跨在第二通道上的电压，εC是载流流体的介电常数，而εER是ER流体的介电常数。如果在第一通道的第一和第二电极间存在液滴，则εC将会被液滴的介电常数εD取代。V2因此取决于液滴在第一通道中、在第一和第二电极之间存在或不存在而可变。因此，V2可以表示为x的函数，V2=V2(x)。其中，如果第一和第二电极间存在液滴，则x=1，如果第一和第二电极间不存在液滴则x=0。作为示例，如果ER流体具有εER=60的介电常数，则液滴具有80的介电常数εD，且载流流体具有2的介电常数εC，那么：
V2(0)=1/32V  （不存在液滴）；且
V2(1)=4/7V （存在液滴）
调节或选择所施加的电压V，使得V2(1)高于使第二通道中的ER流体固化所需的阈值电压，并且V2(0)低于使第二通道中的ER流体固化所需的该阈值。该阈值电压取决于第二通道的宽度和ER流体的成分（如本领域技术人员将理解的）。
优选地，载流流体是油(例如硅油），而第二流体的液滴是电介质流体，诸如ER流体。第二流体（其液滴在第一控制通道中）可以与第二通道中的ER流体相同。备选地，第二流体可以包括水，或可为离子化溶液或导电流体。
如果采用非常高的电压或者如果控制通道（第一通道）中的第二流体的液滴基本是导线性的（例如高度离子化的溶液），则不遵从上述等式中的电容模型。相反，在这种情况下，合适的是参考ER流体的导电率和液滴的导电率，而不是介电常数。然而，已经发现，在这些情况下，跨在第一和第二通道上的电势降依然如以上所述及表1中所示。
图2显示了用于“AND”门的示意性布置。其具有通过第一导体100连接的第一和第二通道10、20，以及第一、第二、第三和第四电极11、12、13、14（如图1a和1b的布置中那样）。除此之外，存在第三通道30，其是类似于第一通道10的控制通道。第三通道30布置成以便输送有第三介电常数或电导率的载流流体及该载流流体中的具有第四介电常数或电导率的液滴。该载流流体和液滴可具有与第一通道中的那些相同的成分，因此第三介电常数或电导率可以与第一介电常数或电导率相同，而第四介电常数或电导率可以与第二介电常数或电导率相同。第三通道30具有在其第一侧的第五电极15，以及在其第二侧的相对的第六电极16。第二导体200将第二通道的第四电极14与第三通道的第五电极15导电性地连结起来。第二导体200、第四电极14和第五电极15可以作为一个整体件来提供，或者作为单独的零件提供。
第一和/或(第二)导体100、200可以或者集成在微流芯片中（例如作为AgPDMS的线），或者可为微流芯片外的导线（例如芯片外部的连接芯片内的电极的电线）。
具有电压源60的电路跨过第一电极11和第六电极16施加电势差V。第一和第六电极通过第一、第二和第三通道以及第一和第二导体而电连结。电压V因此在第一、第二和第三通道上分开，且每个通道的比例取决于在第一和第三通道中是否有液滴存在。
电压V设置成使得如果第一通道中、第一和第二电极之间存在液滴且同时第三通道中、第五和第六电极间存在液滴，则跨在第二通道上的电压降足够停止第二通道中的ER流体的流动。在这一情况下，跨在第一和第三通道上的电压降较低，而跨在第二通道上的电压降较高（高于使ER流体停止的阈值）。然而，如果在第一通道和第三通道中都没有液滴存在，或者在第一通道和第三通道中的仅一个中没有液滴存在，则跨在第二通道上的电压降不足以使第二通道中的ER流体的流动停止。因此这种布置形成“AND”门。
图3显示了“OR”门的布置。存在由第一导体100连接的第一通道10和第二通道20，以及如图1a和1b的布置中的第一、第二、第三和第四电极11、12、13、14。除此之外，存在第三通道30，其用作控制通道且布置成用于输送具有第三介电常数的载流流体以及载流流体中的具有第四介电常数的液滴。优选地，载流流体和液滴具有与第一通道中的那些相同的成分。第三通道30具有在其第一侧的第五电极15，以及在其第二侧的相对的第六电极16。第二通道具有第七电极17，以及第三和第四电极下游的位置处的相对的第八电极18。
第二导体200将第二通道的第八电极18和第三通道30的第五电极15电连结。第二导体200、第八电极18和第五电极15可以作为单独的零件提供，或者作为一个整体件提供。第一电路60跨过第一电极11和第四电极14施加来自电压源60的电势差，如图1所示。第二电路71跨过第六电极16和第七电极17施加来自电压源70的电势差。
在第一导体100和/或第二导体200与电极分离的情况下，第一导体100和/或第二导体200可以或者集成在微流芯片中（例如，作为AgPDMS的线），或可为微流芯片外部的导线（例如芯片外的连接芯片内的电极的电线）。
电路布置成使得如果液滴处于第一通道10的第一和第二电极间或液滴处于第三通道30的第五和第六电极间，则在第二通道20中ER流体停止。特别地，设置或调整第一电路所施加的电压，使得当第一通道的第一和第二电极间存在液滴时，跨在第二通道上（第三和第四电极间）的电势降足够使第二通道中ER流体的流动停止（即，该电势降处于或高于使ER流体固化的阈值）。相似地，设置或调整第二电路70施加的电压，使得当第三通道30的第五电极15和第六电极16间存在液滴时，跨过第二通道（第七和第八电极间）的电势降足够使第二通道中ER流体的流动停止（即，该电势降处于或高于使ER流体固化的阈值）。类似地，如果第一与第二电极之间以及第五与第六电极之间都存在液滴，则第二通道中的ER流体的流动停止。因此该布置作为“OR”门。
图4显示了模块，其用于在用于第一或第三通道（控制通道）的载流流体中产生第二流体（控制流体）的液滴。它可以被提供在图1、2或3所显示的布置的上游，并连结到第一和/或第三通道。该模块优选包含流聚集布置，该布置具有用于输送控制流体的中心通道101及用于输送载流流体的两个侧通道102、103。控制流体源101a和载流流体源102a、103a也显示在图中；它们可以是例如容器和/或泵。第一液滴生成模块可连结到第一通道，而第二液滴生成模块可连结到第三通道。图5中示出了包含ER流体源104的相似的布置。该ER流体源104通向通道120，其连结到图1至3的第二通道20。
如上文提到，载流流体可以是一种油（例如硅油）。第二流体（控制流体）优选是具有比载流流体的介电常数或电导率更高的介电常数或电导率的流体。例如，第二流体可以是电介质流体（例如ER流体或具有高介电常数的有机流体）、水、离子化溶液或导电流体。发现离子化溶液（例如NaCl或其它离子成分溶于水中）工作特别良好，因为其有高的电导率。然而，将可行的是重新布置该装置，使得载流流体具有比控制液滴更高的介电(或)常数或电导率，在这种请况下，电路的逻辑输出将被反转。
图6显示了“NOT”门的布置。该“NOT”门具有用于输送载流流体和在该载流流体中的第二流体的液滴的第一通道10，且具有如图1所示的相对的第一和第二电极11、12。存在用于输送ER流体、具有第三和第四电极13、14的第二通道20，和通过第二和第三电极连结第一和第二通道的第一导体100。该导体100、第二电极12和第三电极13可以是整体的，或者可以作为单独的部分来提供。第一导体100可以嵌入微流芯片中，或者可以提供为连结微流芯片的电极的外部导线。
除此之外，第一电容器400连接到第一导体100。存在第一输入点V1、第二输入点V2和第三输入点V3，以便连接到各自的电压源。它们各自可连接于电压源上或者保持处于地电势。用于连接到电压源的第二输入点V2通过第一电容器400连接于第一导体100。备选地，第二输入点V2可直接连接到第三电极，或通过第二电极或外部导线间接连接到第三电极。在每种情况下，来自第一电容器400的电势都会传送给第三电极13。
当第一和第二电极间没有液滴存在时，V1和第一导体100之间的电连接在物理上断开。因此V1变得与V2和第一导体100断开连接。只有V2和V3之间依然有电连接。第一电容器400和第二通道20（ER通道）则分享所施加的电压。因为V1被有效地断开连接，所施加的电压是V2- V3。跨过第一电容器和第二通道的总电压降则等于V2- V3。
设置或选择V2、V3和电容器400的电容，使得在这种情况下，跨在第二通道上的电压等于或高于第二通道中ER流体的固化阈值。因此，当第一通道10（控制通道）中没有液滴存在时，ER流体在第二通道中被固化，且第二通道中的流动停止。
当第一通道中（第一和第二电极间）存在液滴时，情况则不同。在这种情况下，V1的电压信号跨过第一通道被输送到第二电极12，且通过导体100输送到第三电极13。V1、V2和V3设置成使得在这种情况下，跨在第二通道上的电压降不足以使ER流体停止。例如，如果V1= - V2并且V3= V1，则当离子化液滴存在于电极11和12之间时，V1与V3在第三电极13处互相抵消，使得第二通道中的ER流体能够自由流动。否则，跨在第二通道上的电压将为V3，其设置为足够高，以使ER流体停止流动。V1=- V2并且V3= V1只是示例，如对本领域技术人员将显而易见的那样，其它的电压值也可以实现同样的结果。重要的一点是，当液滴处于第一和第二电极11和12间时，跨过第二通道的电势差不足以使ER流体固化；但当第一和第二电极间没有液滴时，足以使ER流体停止。因此该布置作为“NOT”门。
图6的“NOT”门布置的逻辑输入和输出显示于下面的表2中。这与表１的“IF”门正好相反。
表2
第一通道 跨过第二通道的电势差 ER流变性 ER状态 第二通道中的流动 输出信号
无液滴 高 各向异性的固态 开启 关闭 无液滴
液滴 低 液态 关闭 开启 液滴
表2
虽然，就流体流动而言，第二通道中的输出与第一通道相同，但我们将此定义为“NOT”门，因为当第一通道中不存在液滴时，ER状态被激发为“开启”，即ER流体被固化。
如果液滴具有比载流流体低的介电常数或电导率，则该装置将依然运作，但具有与上述极性(polarity)相反的极性（例如，它将作为“IF”门）。
图7显示了“NOT”门的备选布置。除了第一电容器400被第三通道35所取代之外，它与图6相同。该第三通道35起到电容器的作用（且可被认为是电容器），因此操作原理与针对图6在上文所述的（原理）相同。相对的第五电极15和第六电极16被定位在通道35的两侧。当流体，例如ER流体，在第三通道中流动时，该通道在第五电极15和第六电极16之间有电容。优选地，通道35具有与第二通道20相同的宽度和深度。与通道20中(流动的流体)相同类型的ER流体可在第三通道35中流动。第六电极16通过第一导体100连接到第三电极13（或者备选地，直接连接到第三电极，或者通过第二电极12或外部导线间接连接到第三电极）。第二电压输入V2连接到第五电极15。
在操作中，第三通道35允许第二输入点V2与第二通道的第三电极13之间有电连接，但不允许直流电流从第二点V2流到第二通道20。
该第三通道35优选在用于为该通道35提供流体的模块的下游。供应到该第三通道35的流体可以是ER流体。该模块可包含流聚集布置、流体源和/或泵。该模块可为与图5所示相同的设计。
通过将几个“NOT”门结构结合在一起，可以形成通用逻辑门。图8是这种布置的一个示意性示例。本质上其是连接到ER流体通道的相对的电极的两个“NOT”门结构。存在两个控制通道和四个电压输入。
该构造包含第一通道10，其用于输送载流流体和载流流体中的控制液滴。该载流流体有第一介电常数或电导率，且控制液滴具有与第一介电常数或电导率不同的第二介电常数或电导率。优选地，第二介电常数或电导率比第一介电常数或电导率高。该载流流体可以是油而该控制液滴可以由水、离子化溶液、ER流体或任何其它合适的流体形成。第一通道有相对的第一电极11和第二电极12。第一电压输入V1连接到第一电极11。
存在用于输送ER流体的第二通道20。该第二通道具有相对的第三电极13和第四电极14。第一导体100将第二电极12和第三电极13电连接。第二电压输入V2通过第一电容器400连接到第三电极13。第二电极12和第三电极13以及第一导体100可以作为一个整体件提供，或者作为单独的元件提供。
在这一实施例中，第一电容器400通过第一导体100间接连接到第三电极；但在其它实施例中，它可以直接连接到第三电极或者间接连接到第三电极（例如通过第二电极12或外部导线）。在这一实施例中，该第一电容器400是用于输送流体的第四通道35。可由该装置提供用于该通道的流体源。该第四通道35可以输送ER流体，并且优选地，其具有与第二通道20相同的宽度（因为这会使与电容更容易匹配）。发现该布置工作良好，并且相对容易制造。备选地，可以改为使用常规电容器，例如陶瓷电容器，并将其嵌入到微流芯片中。该第四通道35具有在通道的相反侧上面向彼此的相对的第七电极17和第八电极18。第八电极18连接到第二电压输入V2。第七电极直接或间接（例如通过第二电极12、第一导体100或外部导线）连接到第三电极13。
存在用于输送载流流体和该载流流体中的控制液滴的第三通道30。该载流流体具有第三介电常数或电导率，而控制液滴具有第四介电常数或电导率。它们可优选与在第一通道中使用的控制液滴和载流流体相同（例如，第三介电常数或电导率可等于第一介电常数或电导率，而第四介电常数或电导率可等于第二介电常数或电导率）。第三通道具有相对的第五电极15和第六电极16。第二导体200将第四电极和第五电极电连接。第四和第五电极以及第二导体可以作为一个整体件提供，或者作为单独的零件提供。第四电压输入V4连接到第六电极16。第三电压输入V3通过第二电容器410连接到第四电极。在此实施例中，第二电容器410通过第二导体200连接到第四电极14；然而，在其它实施例中，它可以直接连到第四电极14或通过第五电极或外部导线间接连接到第四电极14。
在本实施例中，第二电容器410是用于输送载流流体的第五通道45。可由该装置提供用于该通道的流体源。第五通道45可输送ER流体，且优选地，其具有与第二通道20相同的宽度（因为这使得更容易匹配电容）。发现该布置很好地工作，并且较容易制造。备选地，可改为使用传统电容器，例如陶瓷电容器，并将其嵌入到微流芯片中。第五通道具有在该第五通道的相对侧上的面向彼此的相对的第九电极19和第十电极29。第十电极29连接到第三电压输入V3。第九电极19或者直接或者间接地（例如通过第二导体200、第五电极15或外部导线）连接到第四电极14。
提供模块510以用于为第一通道10产生控制液滴和载流流体。在图8中，模块510具有T型接头布置，但是可使用任何其它适合的布置（例如，图4中的流聚集布置）。提供相似的模块520以用于为第三通道30产生控制液滴和载流流体。还存在模块520，以用于为第二通道提供ER流体。本装置可包含ER流体源、载流流体源和用于形成控制液滴的流体的源。第一导体、第二和第三电极可以集成为一个零件100，或者作为单独的元件来提供。第二导体、第四和第五电极可以集成为一个零件200，或者作为单独的元件来提供。第一导体100和/或第二导体200可以嵌入到微芯片中，或者可作为外部导线（例如外部电线）来提供。
在第三电极13和第四电极14的下游由第二通道20提供了下游的一对相对的电极1001和1002。这些电极用于监测第三和第四电极下游的ER流体的流动，且提供了使用来自该逻辑模块的逻辑运算结果的能力。来自不同逻辑门的逻辑结果的使用将实现流体逻辑门的进一步的和更大规模的集成，以便实施复杂的逻辑运算。
电压输入点V1、V2、V3、V4优选是相对较宽的端子，电压源或电连接件可以容易地连接到其上。导线（例如电线）将输入点连结到嵌入在微流芯片通道中的电极。这些导线可为嵌入芯片中的相对较细的导线、外部线（例如芯片外的电线）或两者的结合。在本实施例中，提供了另外的连接件610和600，且它们分别电连接到第一电容器400和第二电容器410。连接件600可通过电线或在该装置外部的其它导线700连接到第一导体100的连接件630。以这种方式，可避免或最少化在微流芯片中使用长而细的导线。相似地，连接件610可通过外部导线（例如电线）710连接到第二导体200的连接件620。
第二通道中的ER流体的流动是由第一和/或第三通道（控制通道）中存在或者不存在液滴来控制的。该控制根据所需的逻辑运算。本装置所执行的逻辑运算是由对第一、第二、第三和第四电压输入施加的电压确定的。因此，通过选择或调整对电压输入施加的电压，可以执行16个不同的二元逻辑运算中的任何一个。与需要‘ XOR ’和‘XAND’门的结合来产生其它逻辑组合的电逻辑门相比，本通用流体逻辑门是一个单个的“门”，其可以构造成以便产生16种期望的二元逻辑结果中的任何一种。
优选地，第一和第三通道中的控制液滴是导电的，例如由高度离子化的溶液形成。在这种情况下，当第一通道10的第一和第二电极11、12间有控制液滴存在时，输入V1处施加的电压通过液滴传送到第二电极12。类似地，当第三通道30的第五电极15和第六电极16间有控制液滴存在时，输入V4处的电压通过液滴传送到第三电极13。如果控制液滴是不导电的，而是与ER流体的介电常数相比具有高的介电常数，则本布置将以相似的方式工作。如果我们将横跨第二（ER）通道的电压限定为ΔV，其可被表示为：
其中，V1、V2、V3和V4是分别施加到第一、第二、第三和第四电压输入上的电压；如果在第二通道中、第一通道的第一和第二电极11、12间存在液滴，则Xa＝1，而如果在所述电极之间没有液滴存在，则Xa＝0；如果在第三通道的第五和第六电极15、16间存在液滴，则Xb＝1，而如果在所述电极之间没有液滴存在，则Xb＝0。
我们假定第二通道20中的ER流体将在2V的电压下固化，其中V是预定电压（例如250伏，但该值取决于装置中所使用的材料、电容、ER流体类型和通道宽度）。跨过第二通道的电压降则如下列表3所描述，它给出了产生不同的逻辑运算的示例性电压输入。
表3
ER逻辑门中的16种逻辑运算的电压布置和输出
在表3的左侧，第一栏给出了逻辑运算的类型，而接下来的四栏给出了应当加在输入V1至V4中的各个上以便使得该装置执行此逻辑运算的电压。电压的单位是预定电压V（例如V=250伏）的倍数。在右侧，该表格的第二部分在第一栏中给出了逻辑运算的名称，而首两行列出了Xa和Xb的值的四种可能的组合（两对电极间都没有液滴、第一通道而非第三通道的电极对之间有液滴、第三通道而非第一通道的电极对之间有液滴、第一通道和第三通道两者中的电极对之间都有液滴）。表格的右边部分的单元给出了跨过第二通道的电压降ΔV，其以预定电压V为单位（例如V=250伏）。因此，可以看出，对于“AND”运算，加在输入上的电压为：V1=V，V2=0，V3=0且V4=-V。跨在第二（ER）通道上的电压降则是：如果两个通道中都没有液滴则为0，如果第一和第三通道中仅有一个中有液滴则为0.5V，而如果第一通道和第三通道两者中都有液滴则为2V。因此，只有在后面这种情况下，电压降足以触发ER流体且停止在第二通道中的流动。
我们定义当ER流体固化时逻辑门的输出为TRUE，其以二进制形式表示为“1”。当ER流体在第二通道中流动时，输出定义为FALSE，且以“0”表示。各种配置的输出结果显示在表4中。表4的左侧给出了当通用流体逻辑门构造为如表3中所示时它的输出，而表的右侧给出了这类逻辑门的根据标准定义的二进制形式的输出。可以看出，本通用流体逻辑门能够将16种逻辑门中的各种类型模型化。
图9(a)至9(c)针对各种构造以图表形式显示了本通用逻辑门布置。每一种情况都列出了逻辑运算和ΔV（以预定V为单位）以及逻辑输出。A对应于Xa－第一通道的逻辑状态，而B对应于Xb－第三通道的逻辑状态。
下列表5给出了每种逻辑运算的口头描述定义。
表5
因此，通过调节施加在电压输入V1、V2、V3和V4上的电压，上述16种逻辑运算中的任一种都可以被实现。如本领域技术人员将了解的，电压输入值仅仅是示例，且其它的值或值的组合将为可行的。所需要的值尤其取决于电容器的电容、所使用的控制液滴的种类、通道的宽度及ER流体和载流流体的介电常数。
本装置可以具有控制模块450，以用于控制加在第一至第四输入的电压。该控制模块可以具有显示器455和用户界面460，以使用户能够输入将由本装置执行的希望的逻辑运算。该控制器可以具有处理器470，其基于希望的逻辑运算来确定要加在各个输入上的电压。其可以参考存储器480中的数据。这些数据可以包括与逻辑门针对所加的不同的电压的反应有关的信息；其可包括诸如上面在表4中所示的信息。
微芯片可以用任何合适的方法制造。下文以示例的方式描述了一种可能的方法。
简单来说，首先通过在晶片上涂敷光刻胶并通过选择性曝光来使光刻胶图案化，形成模型。然后将PDMS胶体或预聚物倒到模型中并固化。PDMS因而会采用所需的形状，其具有通道和凹穴，以用来接收用于电极和导线的导电材料。在固化后，PDMS从模型上去除，并通过在顶部用另一件PDMS密封以把通道和电极封闭起来而完成。图10(a)到8(f)示出了制造该模型的步骤。
采用了两种类型的光刻胶。第一种类型的光刻胶用来制造用于流体通道的模型，而第二种类型的光刻胶用来制造用于凹穴（其用于接收电极和/或导线）的模型。优选地，这些光刻胶有相同或大致相同的厚度。第二种类型的光刻胶可以被有机溶剂（例如丙酮）去除，而第一种类型则不能被有机溶剂轻易去除。例如，第一光刻胶可以是SU-8（负胶），而第二光刻胶可以是AZ-4903（正胶）。在一种优选布置中，SU-8用来制造用于流体通道的模型（约80至90微米），而AZ-4903双涂层用来制造用于接收导线和/或电极的凹穴（也为约80至90微米）。
步骤1：清洁玻璃晶片
玻璃晶片用标准清洁溶液（例如NH4OH：H2O2：H2O = 1：1：5（体积比））清洁。将玻璃晶片浸泡在该溶液中一段时间，例如70摄氏度15分钟。然后用DI（去离子）水清洁玻璃晶片，以去除清洁溶液并用压缩氮气N2来干燥。此后，在烘箱中烘烤玻璃晶片（例如处于120摄氏度多于30分钟）以去除其表面上的水。然后将晶片冷却到室温。清洁后的晶片在图10(a)中示出。如本领域技术人员将理解的，可使用硅晶片代替玻璃晶片，在这种情况下，方法相似，但曝光能量将不同。
步骤2：SU-8图案的光刻
光刻胶SU-8以合适的旋转速率旋涂到晶片上（例如，对于SU-8 2025，一种合适的旋涂速率是以500转每分钟(rpm)旋涂10秒，且然后以1000转每分钟旋涂30秒；对于SU-8 2050，一种合适的旋转速率将是以500转每分钟旋涂10秒，且然后以1700转每分钟旋涂30秒）。备选地，可采用不同的正光刻胶来达到相同的厚度。小心地清洁晶片的侧面并将整个晶片放在干净的水平表面上足够的时间，以使光刻胶的表面基本平整。然后则在热板上软烘(soft-bake)晶片：例如，65摄氏度5分钟，且之后95摄氏度15分钟以及65摄氏度2分钟。将晶片放在干净的水平表面上一段时间，优选至少10分钟。图10(b)中显示了在晶片已经旋涂了SU-8之后的晶片。
之后，晶片用约600毫焦每平方厘米(mJ/cm2)的曝光能量曝光。曝光期间，具有所需图案的掩膜放置在靠近烘过的光刻胶处。曝光后，晶片将放置在干净的水平表面上至少10分钟，以完成光刻胶层内的反应。随后，在热板上硬烘(hard bake)晶片，例如，处于65摄氏度5分钟，95摄氏度10分钟，以及65摄氏度2分钟，以使溶剂蒸发，且然后将晶片放置于清洁水平表面上至少10分钟。最后的步骤是在SU-8显影剂中对晶片显影约10分钟，且确保所有未被曝光的SU-8都被去除。可检查晶片且然后用IPA清洁，以及用压缩氮气N2干燥。图10(c)中显示了在SU-8图案化完成之后的晶片。
步骤3：AZ-4903图案的光刻
光刻胶AZ-4903先被手动预涂，以便在晶片―特别是晶片的具有SU-8图案的部分―上均匀地分布光刻胶AZ-4903。然后将其放置在旋涂机上，且使其旋转，例如以500转每分钟的速率旋转5秒，且然后以800转每分钟的速率旋转30秒。小心地清洁晶片的侧面，且然后将晶片留在干净的水平表面上一段时间，例如3分钟。然后在热板上烘烤晶片：例如，以50摄氏度烘烤5分钟，以及以110摄氏度烘烤3分钟。烘烤后，将晶片留在干净的水平表面上，以便冷却到室温。图10(d)中显示了旋涂了第一层AZ-4903后的组件。
接着，针对第二层AZ-4903重复该旋涂过程。这次例如以50摄氏度在热板上烘烤５分钟，以及以100摄氏度烘烤8分钟。在烘烤后，将晶片留在干净的水平表面上以冷却到室温。然后，可清洁晶片的有标记的部分（例如，在晶片的侧面处的具有小的SU-8图案结构的部分）。该清洁可包括通过使用丙酮从这些部分除去AZ-4903，使得这些部分可在对准期间清晰可见。图10(e)中显示了在旋涂了第二层AZ-4903后的组件。
将掩膜放在晶片的表面上并在显微镜下对准。对准后，将晶片曝光于具有约2000毫焦每平方厘米曝光能量的紫外光（UV）。曝光后，将晶片放置在干净的水平表面上至少10分钟，以便使光刻胶层内的反应完成。
晶片由包括AZ400K:H2O=1：3（体积比）的溶液显影数分钟，直到所有曝光的部分都被去除。而后，通过DI水清洁晶片，并用压缩氮气N2干燥该晶片。图10(f)中显示了对AZ-4903图案化后的组件。其具有两个用于电极制造的凹穴2300，和用于通道制造的部分2400。
步骤4：表面处理
该第四步骤是要执行表面处理以避免电极和/或导线材料（例如Ag-PDMS）粘在晶片的表面上。该步骤可以通过在真空条件下在制造好的晶片表面上蒸发硅烷来完成。
步骤5：电极制造
PDMS胶体例如通过将基体和固化剂以10：1的比例（重量比）混合来制造。然后将电极材料（例如银微粒，优选是1至2微米大小）与PDMS胶体例如以比例6.8：1（重量比）混合。然后将混合物填充到晶片图案上的凹穴2300中。通过首先用平滑的擦拭器（诸如打印纸）、以及然后用更为光滑的擦拭器（诸如称量纸）以面向下的方式擦拭，将任何多余的部分去除。
在烘箱内例如以60摄氏度烘烤30分钟后，将组件浸在丙酮内约1分钟以便去除光刻胶AZ4903。然后通过浸在酒精内来去除丙酮，以及最后由DI水去除酒精。然后在烘箱中烘烤该组件－例如以60摄氏度烘烤10分钟。
步骤6：通道制造
将约2毫米的PDMS胶体（与上文所述相同的制造方法）倒在晶片的表面上。然后该组件在烘箱中以60摄氏度烘烤大约2小时。然后将固化的PDMS片从晶片上小心地取下，并在出口部分处钻孔。
将约1毫米的PDMS胶体倾倒在平整的表面上，且然后例如以60摄氏度烘烤约20分钟，直到PDMS近乎固化但仍然有一点粘性。然后将已经制造好的PDMS片放在近乎固化的PDMS层的表面上（其形成用于封住通道的顶盖或顶部部分）。在烘箱中以60摄氏度烘烤30分钟后，整个组件放置到150摄氏度的热板上2小时，以确保电极材料（例如AgPDMS）导电。芯片的制造过程就完成了。
本发明可以按照不偏离其精神或基本性质的其它具体形式来体现。将从各个方面将所述的实施例看作示范性的，而非限制性的。因此，本发明的范围将由所附的权利要求表示。属于权利要求的等效物的意义和范围内的所有变化都将包括在它们的范围内。

Claims (16)

1.一种用于控制ER流体的流动的装置，包括：
第一通道，用于输送具有第一介电常数或者电导率的载流流体和所述载流流体中的具有第二介电常数或电导率的液滴；
第二通道，用于输送ER流体；
其中，所述第一通道具有相对的第一电极和第二电极，且所述第二通道具有相对的第三电极和第四电极；
第一导体将所述第二电极和所述第三电极电连接；
连接在所述第一电极上的第一电压输入V1和通过第三通道连接在所述第三电极上的第二电压输入V2；所述第三通道具有连接到所述第二电压输入V2上的第五电极和连接到所述第三电极上的第六电极；所述第三通道布置成用来输送电介质流体。
2.如权利要求1所述的用于控制ER流体的流动的装置，其特征在于，所述第一电压输入和第二电压输入设置成使得在使用时，当所述第一通道的所述第一电极和第二电极间没有液滴存在时，在所述第二通道中停止ER流体。
3.如权利要求1所述的用于控制ER流体的流动的装置，其特征在于，包括用于产生所述液滴的模块。
4.如权利要求1所述的用于控制ER流体的流动的装置，其特征在于，包括用于对所述第一电压输入施加电压的电压源。
5.如权利要求1所述的用于控制ER流体的流动的装置，其特征在于，包括用于对所述第二电压输入施加电压的电压源。
6.如权利要求1所述的用于控制ER流体的流动的装置，其特征在于，进一步包括ER流体源、载流流体源和第二流体的液滴源；所述第二流体具有与所述载流流体不同的介电常数或电导率。
7.如权利要求6所述的用于控制ER流体的流动的装置，其特征在于，所述第二流体包括水，或者为离子化的流体。
8.一种用于控制ER流体的流动的装置，包括：
第一通道，用于输送具有第一介电常数或者电导率的载流流体和所述载流流体中的具有第二介电常数或电导率的液滴；所述第一通道具有相对的第一电极和第二电极；
第二通道，用于输送ER流体，且具有相对的第三电极和第四电极；
第三通道，用于输送具有第三介电常数的载流流体和所述载流流体中的具有第四介电常数的液滴；所述第三通道具有相对的第五电极和第六电极；
第一导体，用于电连接所述第二电极和第三电极；
第二导体，电连接所述第四电极和第五电极；
以及
四个输入，电压可施加在该四个输入上；第一输入连接在所述第一电极上；第二输入通过用于输送电介质流体的第四通道连接在所述第三电极上；第三输入通过用于输送电介质流体的第五通道连接在所述第四电极上，且第四输入连接在所述第六电极上。
9.如权利要求8所述的用于控制ER流体的流动的装置，其特征在于，所述第四通道具有相对的第七电极和第八电极。
10.如权利要求8所述的用于控制ER流体的流动的装置，其特征在于，具有用于调整施加到所述第一、第二、第三和第四输入的电压以便给予所述装置所需的逻辑特性的模块。
11.如权利要求8所述的用于控制ER流体的流动的装置，其特征在于，在所述第二通道中、所述第三电极和第四电极下游具有一对下游的相对电极，所述一对下游的相对电极被布置成用于检测所述第三电极和第四电极下游的ER流体的流动，以及/或者基于所述检测输送或产生电信号。
12.如权利要求8所述的用于控制ER流体的流动的装置，其特征在于，第四通道通过所述装置外部的导线连接到所述第三电极。
13.一种控制ER流体的流动的方法，包括：提供根据权利要求1所述的用于控制ER流体的流动的装置；允许具有第一介电常数或电导率的载流流体和具有第二介电常数或电导率的第二液体的液滴在所述第一通道中流动；允许ER流体在所述第二通道中流动；以及为所述第一电压输入和第二电压输入施加电压，使得当所述第一通道的所述第一电极和第二电极间没有液滴存在时，在所述第二通道中停止ER流体的流动。
14.一种控制ER流体的流动的方法，包括：提供第一通道和第二通道；允许具有第一介电常数或电导率的载流流体和具有第二介电常数或电导率的第二流体的液滴在所述第一通道中流动；允许ER流体在所述第二通道中流动；以及跨过这两个通道施加电势差，使得基于所述第二流体的液滴在所述第一通道中的位置来控制ER流体的流动。
15.如权利要求14所述的控制ER流体的流动的方法，其特征在于，包括：
提供装置，所述装置包括：
第一通道，用于输送具有第一介电常数或者电导率的载流流体和所述载流流体中的具有第二介电常数或电导率的液滴；所述第一通道具有相对的第一电极和第二电极；
第二通道，用于输送ER流体，且具有相对的第三电极和第四电极；
第三通道，用于输送具有第三介电常数的载流流体和所述载流流体中的具有第四介电常数的液滴；所述第三通道具有相对的第五电极和第六电极；
第一导体，用于电连接所述第二电极和第三电极；
第二导体，电连接所述第四电极和第五电极；
以及
四个输入，电压可施加在该四个输入上；第一输入连接在所述第一电极上；第二输入通过用于输送电介质流体的第四通道连接在所述第三电极上；第三输入通过用于输送电介质流体的第五通道连接在所述第四电极上，且第四输入连接在所述第六电极上；以及
设置和/或调整加在所述第一、第二、第三和第四输入上的电压，以便使得所述装置具有希望的逻辑特性。
16.如权利要求15所述的控制ER流体的流动的方法，其特征在于，包括设置电压，使得所述装置执行选自以下组的逻辑运算：FALSE、A AND B、A≠>B、A、A<≠B、B、A XOR B、A OR B，A NOR B、A XNOR B、NOT B、A <=B、NOT A、A=>B、A NAND B、TRUE。
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