CN109311009B - 流体蠕动层泵 - Google Patents

Abstract

提供一种微流体装置，用于控制一次性分析装置中的流体流，该微流体装置即使在非常低的流量也能提供恒定的流动。还提供了使用该微流体装置的泵以及用于制造和执行微流体过程的方法。

Description

流体蠕动层泵

相关申请的交叉引用

根据35 U.S.C.§119(e)，本申请要求于2016年4月26日递交的序列号为62/327,560的美国专利申请的优先权，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及流体技术，更具体而言涉及一种用于控制穿过微通道的流体流的微流体多层蠕动泵。

背景技术

微流体***对于利用非常小体积的液体来获取和分析化学和生物信息有重要价值。使用微流体***可以增加反应的响应时间、最小化样本体积并降低试剂和耗材的消耗。当使用或生成易挥发或有害的物质时，以微流体体积进行反应还增强了安全性并减少了处置量。

微流体装置在从医学诊断和分析化学到基因组和蛋白质组分析的广泛领域中已经变得越来越重要。它们还可用于治疗背景，例如低流量药物给送。

这些装置所需的微部件通常制造起来复杂且成本高。例如，微泵可用于混合试剂和在***的一次性分析平台部件与分析仪器(例如，具有显示功能的分析物读取器)之间输送流体。目前，控制微流体装置的界限内的流体流的方向和速率或者在微流体通道内实现复杂的流体流型是困难的。

发明内容

已经开发出一种微流体泵，以提供低成本、高精度的对一次性分析装置中所携带样本进行处理的方式。还提供了使用微流体泵的装置，以及用于制造和执行微流体过程的方法。

据此，在一个方面中，本发明提供了一种微流体装置。该微流体装置包括刚性主体，该刚性主体中设置有第一曲线形狭槽；刚性基底，该刚性基底具有附接到所述刚性主体的上表面，并包括第一入口端口和第一出口端口，该第一入口端口和第一出口端口设置在所述上表面上并且定位成与所述第一曲线形狭槽的第一端部和第二端部对齐；以及第一弹性构件，该第一弹性构件设置在所述第一曲线形狭槽内并且具有第一表面和第二表面，其中，所述第二表面包括与所述刚性基底一起限定出第一通道的凹槽。在多个实施例中，微流体装置可进一步包括入口连接器和出口连接器，该入口连接器和出口连接器各自分别与所述刚性基底的所述入口端口和出口端口流体连通。所述入口连接器和所述出口连接器可设置在所述刚性基底的侧表面上。所述曲线形狭槽可具有相对于所述刚性主体的中心固定的曲率半径，或者可具有相对于所述刚性主体的中心增大或减小的增大或减小的曲率半径。所述第一弹性构件的上表面可在所述刚性主体的上表面的上方延伸。

在特定实施例中，微流体装置可进一步包括：一个或多个第二曲线形狭槽，该一个或多个第二曲线形狭槽设置在所述刚性主体中并且定位成基本平行于所述第一曲线形狭槽；一个或多个第二弹性构件，该一个或多个第二弹性构件中的每个设置在所述一个或多个第二曲线形狭槽内并且具有第一表面和第二表面，其中，所述一个或多个第二弹性构件中的每个的所述第二表面包括与所述刚性基底一起限定出一个或多个第二通道的凹槽；以及一个或多个第二入口端口和出口端口，该一个或多个第二入口端口和出口端口设置在所述刚性主体中，并且定位成与所述一个或多个第二曲线形狭槽的相应的端部对齐。

在另一方面中，本发明提供了一种微流体装置。该微流体装置包括：刚性基底，该刚性基底具有上表面和下表面，并且包括设置为贯穿所述刚性基底的孔口；第一凹槽，该第一凹槽形成在所述孔口的内表面的一部分中；第一入口端口和第一出口端口，该第一入口端口和第一出口端口形成在所述第一凹槽的第一端部和第二端部处；卡圈，该卡圈固定地附接到所述孔口并包括形成在该卡圈的内表面中的第一曲线形狭槽，其中，所述第一曲线形狭槽定位成与所述孔口的第一凹槽对齐；以及第一弹性构件，该第一弹性构件设置在所述第一曲线形狭槽内并且构造成与所述孔口的第一凹槽一起形成第一通道。在各个实施例中，微流体装置可进一步包括入口连接器和出口连接器，该入口连接器和出口连接器各自分别与所述第一凹槽的所述第一入口端口和第一出口端口流体连通。在各个实施例中，微流体装置可进一步包括入口连接器和出口连接器，该入口连接器和出口连接器各自分别与所述刚性基底的所述入口端口和出口端口流体连通。所述入口连接器和所述出口连接器可设置在所述刚性基底的侧表面上。所述弹性构件可被结合到所述卡圈的所述第一曲线形狭槽。在各个实施例中，所述卡圈可包括凸缘，该凸缘远离所述孔口地延伸并且构造成配合在环形环中，该环形环形成在所述刚性基底的上表面中。所述卡圈的上表面在所述刚性基底的上表面的上方延伸。

在特定实施例中，微流体装置可进一步包括：一个或多个第二凹槽，该一个或多个第二凹槽形成在所述孔口的所述内表面的一部分中，并且定位成基本平行于所述第一凹槽；一个或多个第二入口端口和第二出口端口，所述一个或多个第二入口端口和第二出口端口中的每个形成在所述一个或多个第二凹槽的第一和第二端部处；一个或多个第二曲线形狭槽，该一个或多个第二曲线形狭槽形成在所述卡圈的所述内表面中，该一个或多个第二曲线形狭槽中的每个被定位成与所述孔口的所述一个或多个第二凹槽中的每个对齐；以及一个或多个第二弹性构件，该一个或多个第二弹性构件中的每个设置在所述一个或多个第二曲线形狭槽中的每个中，并且构造成与所述孔口的所述第一或多个第二凹槽一起形成一个或多个第二通道。

在又一方面中，本发明提供了一种泵，该泵包括一个或多个如上文所述的微流体装置以及可旋转致动器，该可旋转致动器构造成将所述第一弹性构件的表面的一部分压挤到所述凹槽中，而不会使所述凹槽显著变形。所述致动器可构造成沿着曲线形狭槽平移。在多个实施例中，所述泵被设置成与微流体分析器流体连通，所述微流体分析器可包括至少一个微通道，该至少一个微通道构造成容纳被怀疑包含至少一种目标的液体样本，并且该微通道包含用于确定所述至少一种目标的存在的至少一种试剂。在多个实施例中，泵可包括1至8(即，1、2、3、4、5、6、7或8)个微流体装置。在多个实施例中，泵包括1个或3个微流体装置。

附图说明

图1A和图1B是微流体装置的示例实施例的示意图。

图2A和图2B分别是示出图1A和图1B的微流体装置的横截面视图的示意图。

图3是示出图2的横截面的近景的示意图。

图4是示出图1的微流体装置的另一横截面视图的示意图。

图5A-图5C是示出微流体装置的示例实施例的示意图。

图6A-图6C分别是示出图5A-图5C的微流体装置的底视图的示意图。

图7A-图7B是示出图5A的微流体装置的横截面视图的示意图，其示出了所限定的通道。图7C是图5C的微流体装置的横截面视图，其示出了所限定的通道。

图8A-图8C分别是示出图5A-图5C的微流体装置的横截面视图的示意图。

图9是示出包含图5C的微流体装置的示例泵的示意图。

具体实施方式

已经开发出一种微流体泵和包含该泵的装置，以提供低成本、高精度且低流量的对一次性分析装置中所携带的样本进行处理的方式。有利地，泵内的流体流的速率即使在非常低的流量下也基本恒定。

在描述本发明的构造和方法之前，应理解的是本发明不限于所述的特定构造、方法和实验条件，原因在于这些构造、方法和条件可以变化。还应理解的是，本文中所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不用于限制，本发明的范围将仅由所附权利要求限定。

如在说明书和所附权利要求中使用的，单数形式的“一”、“一个”和“所述”包含复数引用，除非上下文清楚地否认这一点。因此，例如，对“所述方法”的引用包括一种或多种方法和/或本文中描述的类型步骤，通过阅读本申请，其对于本领域技术人员来说将会是明显的。

术语“包括”与“具有”、“包含”或“特征是”互换地使用，是宽泛的开放式的用语，不排除额外的未记载的元件或方法步骤。用语“由…构成”排除权利要求记载之外的任何元件、步骤或组成部分。用语“实质上由…构成”将权利要求的范围限制到特定的材料或步骤以及不会实质上影响要保护的发明的基本和创新特性的因素。本申请考虑了对应于这些用语中的每个的范围的发明装置和方法。因此，包括记载的元件或步骤的装置或方法考虑了特定的实施例，在这些实施例中，装置或方法实质上由那些元件或步骤构成。

除非另有限定，否则本文中使用的所有技术和科学术语表示与本发明所属领域的技术人员的通常理解相同的含义。虽然与本文中描述的那些类似或等同的任何方法和材料可用于实践或检测本发明，但是下面将描述优选的方法和材料。

下面参照图1A和图1B，本发明提供了一种微流体装置10，该微流体装置与旋转致动器联合使用以形成微流体泵。微流体装置10包括基本刚性主体12，该刚性主体中设置有一个或多个曲线形狭槽14。在多个实施例中，刚性主体12可为基本平面形且由非弹性材料形成，所述非弹性材料例如但不限于为金属、塑料、硅(晶体硅)或玻璃。一个或多个曲线形狭槽14可具有相对于刚性主体的中心C固定的曲率半径(即，大致圆形的)，或者可具有相对于刚性主体12的中心C增大或减小的曲率半径(即，螺旋形)。

其中切出一个或多个曲线形狭槽14的刚性主体12的表面中的一个附接到刚性基底16，该刚性基底与刚性主体12类似地可为基本平面形且由非弹性材料形成，该非弹性材料例如但不限于为金属、塑料、硅(晶体硅)或玻璃。在多个实施例中，刚性基底16可由与刚性主体12相同的材料形成，且可与刚性主体12具有相同或不同的厚度。在多个实施例中，刚性基底16可由与刚性主体12不同的材料形成，并且可与刚性主体12具有相同或不同的厚度。

刚性基底16包括一对端口18，该一对端口设置在刚性基底16的附接到刚性主体12的表面中。端口18定位成与曲线形狭槽14的端部部分20对齐，且用作流体流过微流体装置10的入口/出口。应理解的是，在微流体装置10的包括多于一个曲线形狭槽14的实施例中，刚性基底16对于每个曲线形狭槽14可包括一对端口18，其中每对端口18定位成与每个曲线形狭槽14的端部部分20对齐，且每对端口18与设置在刚性基底16的表面上的一对相应的入口/出口连接器22流体连通。在多个实施例中，成对的入口/出口连接器22分别形成在刚性基底16的侧表面24上。在特定实施例中，入口/出口连接器中的每个形成在刚性基底的彼此不同的侧表面上(未示出)。如图4中所示，刚性基底16可形成有一个或多个流体通道26，每条流体通道限定出端口18与入口/出口连接器22之间的流体连通。

刚性主体12的曲线形狭槽14中设置有弹性构件28，弹性构件28具有第一表面30和第二表面32。弹性构件28可由任何可变形和/或可压缩材料形成，例如由弹性体形成，并且可被固定到刚性主体12的曲线形狭槽14以在它们之间形成流体密封。在多个实施例中，弹性构件28结合到曲线形狭槽14的内表面34，和/或可结合到刚性主体的刚性基底16所附接到的表面。

可使用多种方法将弹性构件28结合到刚性主体12和/或将刚性主体12附接到刚性基底16。可使用UV固化粘合剂或允许两个部件在粘合剂固化/结合形成之前相对于彼此移动的其他粘合剂将部件结合到一起。适当的粘合剂包括UV固化粘合剂、热固化粘合剂、压敏粘合剂、氧敏粘合剂和双面胶粘合剂。替换地，可利用焊接方法将部件联接到一起，例如超声焊接方法、热焊接方法和扭转焊接方法。在另一替代方案中，可使用双射成型或包覆成型方法来结合部件，其中，首先一个聚合物然后另一个聚合物被注入模具以形成单个零件。本领域技术人员将容易地意识到，弹性体和非弹性体聚合物能够以此方式结合，以实现部件之间的流体密封。

下面参照图2A、图2B和图3，弹性构件28的第二表面32可包括设置在其中的凹槽33，当刚性主体12附接到刚性基底16时，凹槽33限定出通道35，在使用期间流体可在该通道内流动。当力通过诸如滚子或致动器的变形元件施加到弹性构件28时，弹性构件28的至少一部分被压挤(compress)到与刚性基底16一起形成的通道35中，由此在压挤部位阻塞通道35的至少一部分。

在压挤状态下，弹性构件28通常阻塞通道35的足够大的部分以将在压挤部位的流体的相当大的部分从通道35移出。例如，弹性构件28可阻塞通道35的相当大的部分以将压挤部位一侧的通道35内的流体与压挤部位另一侧的通道35内的流体分隔开。在多个实施例中，在压挤状态下，弹性构件28在压挤部位处阻塞凹槽33的未压挤横截面面积的至少约50％、至少约75％、至少约90％、至少约95％、至少约97.5％、至少约99％或者基本上全部。

压挤可在凹槽33内压挤部位处于弹性构件28与刚性基底12之间产生流体密封。当形成流体密封时，流体，例如液体，被防止从压挤部位的一侧沿着凹槽33穿过到压挤部位的另一侧。流体密封可以是片刻的，例如，弹性构件28可随着压挤的去除而完全或部分放松，由此使得凹槽33完全或部分地再次打开。

凹槽33在未压挤状态下可具有第一横截面面积且在压挤状态下具有第二横截面面积。在多个实施例中，弹性构件28的一部分被压挤到凹槽33中，而不会使得凹槽33显著地变形。例如，在压挤状态下压挤部位处的横截面面积与未压挤状态下相同部位处的横截面面积之比可为至少约0.75、至少约0.85、至少约0.925、至少约0.975、或约1。在多个实施例中，在压挤状态下凹槽33的高度，例如压挤部位处的凹槽33的最大高度，可为未压挤状态下相同部位处的凹槽高度的至少约75％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或约100％。在多个实施例中，在压挤状态下凹槽33的宽度，例如在压挤部位处的凹槽33的最大宽度，可为未压挤状态下相同部位处的凹槽33的宽度的至少约75％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或约100％。

压挤部位沿着曲线形狭槽14的长度的平移产生有效的泵送作用，导致通道35内的流体在变形元件或致动器102前进的方向上流动(参见图9)。在一些实施例中，弹性构件28的第一表面在刚性主体12的上表面上方延伸，由此增加弹性材料的厚度，这可有助于弹性构件28在被压靠刚性基底16时在通道35中的密封。

下面参照图5A-图5C、图6A-图6C、图7A-图7C和图8A-图8C，本发明提供了一种微流体装置50，该微流体装置与旋转致动器102联合使用以形成微流体泵100。微流体装置50包括基本刚性基底52，该刚性基底具有上表面54和下表面56以及穿过刚性基底设置的具有内表面60的孔口58。孔口58的内表面60的一部分中形成有一个或多个凹槽62。在多个实施例中，一个或多个凹槽62可定位在内表面60的中心部分(图5A、图5B、图6A和图6B)。在多个实施例中，一个或多个凹槽62可沿着邻近刚性基底52的上表面54或下表面56的内表面60的上边缘或下边缘形成(图5C)。

因此，在该构造中，微流体泵100不依靠指向微流体装置10的刚性主体12的上表面的力来泵送致动，而是，使用背离孔口58的中心C且朝向刚性基底52的内表面60的力来致动泵送动作。同样地，该构造提供了降低制造成本和便于组装的额外的优点。在多个实施例中，刚性基底52可为基本平面形并且由非弹性材料形成，所述非弹性材料例如但不限于为金属、塑料、硅(例如晶体硅)或玻璃。

在凹槽62的两个端部部分64处设置有端口66，每个端口与形成在刚性基底52的表面(即，上表面54、下表面56或侧表面70)上的相应的入口/出口连接器68流体连通。应理解的是，在包括多于一个设置在孔口58的内表面60中的凹槽的微流体装置50的实施例中，每个凹槽62将基本上平行于彼此，并且将包括设置在两个端部部分64处的一对端口66，该一对端口进而与形成在刚性基底52的表面(即，上表面54、下表面56或侧表面70)上的相应的一对入口/出口连接器68流体连通。在多个实施例中，一对入口/出口连接器68各自形成在刚性基底52的侧表面70上(图5A和图5B)。在多个实施例中，一对入口/出口连接器68各自形成在刚性基底52的上表面54或下表面56上(图5C和图6C)。在特定实施例中，入口/出口连接器68中的每个形成在刚性基底52的彼此不同的表面上(即，上表面54、下表面56或两个不同的侧表面70)。

微流体装置50还包括刚性卡圈92，刚性卡圈的尺寸和形状被设置为配合到刚性支撑件52的孔口58中。卡圈92的内表面94中设置有一个或多个曲线形狭槽96，所述曲线形线槽定位成与刚性基底52的每个凹槽62对齐。如上所述，包括设置在刚性基底52的内表面60中的多于一个凹槽62的微流体装置50的实施例将具有包括对应于每个凹槽62的曲线形狭槽96的卡圈92。

卡圈92的曲线形狭槽96中设置有具有第一表面74和第二表面76的弹性构件72。弹性构件72可由任何可变形和/或可压缩材料形成，例如由弹性体形成，并且可固定到卡圈92的曲线形狭槽96以在它们之间形成流体密封。在多个实施例中，弹性构件72被结合到曲线形狭槽96的内表面98和/或可被结合到卡圈92的内表面94。

在多个实施例中，卡圈92可包括凸缘86，该凸缘围绕卡圈的圆周设置并且远离孔口58的中心C延伸。凸缘86的尺寸和形状可设置为配合到在刚性主体52的上表面54和下表面56中形成的环形环88中。下面参照图8A-图8C，在多个实施例中，当卡圈92附接到刚性主体52时，凸缘86的上表面85在刚性主体52的上表面54的上方延伸。在多个实施例中，当卡圈92附接到刚性主体52时，凸缘86的上表面85与刚性主体52的上表面54(或下表面56)平齐。

可使用多种方法将弹性构件72结合到卡圈92和/或将卡圈92附接到刚性基底52。如上所述，可使用UV固化粘合剂或允许两个部件在粘合剂固化/结合形成之前相对于彼此移动的其他粘合剂将部件结合到一起。适当的粘合剂包括UV固化粘合剂、热固化粘合剂、压敏粘合剂、氧敏粘合剂和双面胶粘合剂。替换地，可利用焊接方法将部件联接到一起，例如超声焊接方法、热焊接方法和扭转焊接方法。在另一替代方案中，可使用双射成型或包覆成型方法来结合部件，其中，首先一个聚合物然后另一个聚合物被注入模具以形成单个零件。本领域技术人员将容易地意识到，弹性体和非弹性体聚合物能够以此方式结合，以实现部件之间的流体密封。

参照图7A-图7C，当卡圈92附接到刚性基底52时，弹性构件72的第二表面76与使用期间流体可在其中流动的凹槽62一起限定出通道82。当力通过诸如滚子或致动器的变形元件施加到弹性构件72时，弹性构件72的至少一部分被压挤到与凹槽62一起形成的通道82中，由此在压挤部位阻塞通道82的至少一部分。在多个实施例中，弹性构件72的第二表面76可为基本平坦的或者可以是凹形的以进一步限定通道82。

如上所述，在压挤状态下，弹性构件72通常阻塞通道82的足够大的部分以将在压挤部位的流体的相当大的部分从通道82移出。例如，弹性构件72可阻塞通道82的相当大的部分以将压挤部位一侧的通道82内的流体与压挤部位另一侧的通道82内的流体分隔开。在多个实施例中，在压挤状态下，弹性构件72在压挤部位处阻塞凹槽62的未压挤横截面面积的至少约50％、至少约75％、至少约90％、至少约95％、至少约97.5％、至少约99％或者基本上全部。

压挤可在凹槽62内压挤部位处于弹性构件72与刚性基底52之间产生流体密封。当形成流体密封时，流体，例如液体，被防止从压挤部位的一侧沿着凹槽62穿过到压挤部位的另一侧。流体密封可以是片刻的，例如，弹性构件72可随着压挤的去除而完全或部分放松，由此使得凹槽62完全或部分地再次打开。

凹槽62在未压挤状态下可具有第一横截面面积且在压挤状态下可具有第二横截面面积。在多个实施例中，弹性构件72的一部分被压挤到凹槽62中，而不会使得凹槽62显著地变形。例如，在压挤状态下压挤部位处的横截面面积与未压挤状态下相同部位处的横截面面积之比可为至少约0.75、至少约0.85、至少约0.925、至少约0.975、或约1。在多个实施例中，在压挤状态下凹槽62的宽度，例如在压挤部位处的凹槽62的最大宽度，可为未压挤状态下相同部位处的凹槽62的宽度的至少约75％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或约100％。在多个实施例中，在压挤状态下凹槽62的高度，例如压挤部位处的凹槽62的最大高度，可为未压挤状态下相同部位处的凹槽62的宽度的至少约75％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或约100％。

压挤部位沿着曲线形狭槽96的长度的平移产生有效的泵送作用，导致通道82内的流体在变形元件或致动器(未示出)前进的方向上流动。在一些实施例中，弹性构件72的第一表面74朝向孔口58的中心C延伸超过卡圈92的内表面94。在特定实施例中，第一表面74包括设置在通道82的一部分或全部上的突起元件84。因此，突起元件84在与通道82重合的区域中提供了增大的横截面厚度。这有助于在前进到凹槽62中的变形的弹性构件72与通道82的表面之间产生水密封。本领域技术人员将会理解，突起元件84可为多种合适的形状中的一种，例如***物。在其他实施例中，弹性构件72不具有突起元件84。

通道35和82的尺寸可设置为限定出通道内的体积并因而限定流量为给定速率，弹性构件28和72以该给定速率逐渐变形到凹槽20和62中。如此形成的凹槽20和62的高质量和精度导致了能实现非常慢且恒定的流量的微流体装置，采用替代的制造过程则可能不能实现所述非常慢且恒定的流量。如此形成的通道的尺寸可设置成使得它们沿着其长度的全部或一部分具有恒定的宽度尺寸和恒定的深度尺寸。在特定实施例中，通道35和82将沿着弹性构件的长度具有恒定的宽度尺寸和恒定的深度尺寸，弹性构件接合变形元件或致动器。总体上，通道35和82可具有介于500至900微米之间的宽度尺寸和介于40至100微米之间的深度尺寸。由此，所述装置可适应于通道35和82内的介于0.001μl/s至5μl/s的流量。

本文中描述的形成在微流体装置中的凹槽20和62可使用多种横截面几何形状。虽然本文提供的附图示出了其中通道的一个表面为弧形的凹槽，限定出凹形的圆形几何形状，但是应理解的是，通道可具有圆形、椭圆形或大致U形的表面。在一个实施例中，通道具有弧形的表面，该弧形的表面具有介于0.7至0.9mm之间的曲率半径。本领域技术人员将意识到，形成在微流体装置中的通道的表面可以被修改，例如，通过改变疏水性而修改。例如，疏水性可通过如下方式修改：施加疏水材料，例如表面活化剂；施加亲水材料；由具有期望的疏水性的材料构造；用能量束电离表面；和/或类似方式。

下面参照图13，在另一方面，提供一种微流体泵100，该微流体泵使用微流体装置(10，50)，如本文所述。微流体泵100包括一个或多个微流体装置(10，50)和旋转致动器102，所述旋转致动器构造成随着致动器旋转而压挤微流体装置(10，50)的弹性构件72的第一表面74的一部分。应理解的是，虽然图13示出为具有单个的微流体装置(10，50)，但是可在致动器102上设置任意数量的微流体装置(10，50)，以形成多通道泵100。在多个实施例中，泵100可包括1-8(即，1、2、3、4、5、6、7或8)个微流体装置(10，50)。在多个实施例中，泵100包括1个或3个微流体装置(10，50)。

因此，致动器102的机械旋转导致压挤部位沿着微流体装置(10，50)的曲线形狭槽96的长度平移，由此产生有效的泵送作用使得通道82内的流体在使致动器102前进的方向上流动。于是，流体的流动可穿过适当的入口/出口连接器68离开并进入例如附接到该入口/出口连接器68的管系110。如本领域技术人员可意识到的，该管系可提供泵100与过程检测分析器、药物输送装置或工业设施之间的流体连通。

如上所述，大致曲线形的通道82允许通过将弹性构件(28，72)压挤到通道(35，82)中而使流体前进穿过微流体装置(10，50)的通道(35，82)，而不会使通道(35，82)随着致动器102旋转而显著地变形，由此使得压挤沿着微流体装置(10，50)的曲线形狭槽(14，96)平移。在多个实施例中，致动器102的机械旋转可通过联接到致动器102的电动马达104实施。电动马达104和致动器102可设置在壳体106中，使得致动器102被构造成，当微流体装置放置成与致动器102接触时径向地穿越微流体装置(10，50)的一个或多个弹性构件72。如本领域技术人员将意识到的，致动器102关于微流体装置(10，50)的旋转方向表示出通道82内的流动的方向。由此，本领域技术人员将意识到，有利地，流体可双向地流过泵100。

因此，致动器102可通过向控制其运动的电动马达104施加电压108而旋转。由此，本发明还提供了一种用于执行微流体过程的方法，该方法包括向如上所述的微流体泵100施加电压108。施加的电压108激励了马达104，该马达使得至少一个致动器102或附接到该致动器的变形元件前进，该致动器或变形元件可旋转地接合微流体装置(10，50)的弹性构件72。该旋转使得弹性元件72变形到相应的凹槽62中，由此阻塞通道82的至少一部分。

大范围的每秒脉冲数可施加到电动马达104，由此在微流体装置10或50内实现大范围的流量。流体流即使在非常低的流量下也可为基本恒定的，具有微小的施加在流体上的剪切力或者没有施加在流体上的剪切力。泵的这些特性增强了以其进行分析的精确性(例如，通过使样本成分遭受的剪切和分解最小化而保持分析物的完整性)，而低流量为化学反应的发生提供了充足的时间。低的恒定的泵送流量也可在药物输送中非常有用，以确保剂量精度。

在一个实施例中，100至10000次之间的每秒脉冲数可施加到电动马达104，导致约0.001μl/s至5.0μl/s之间的流量穿过通道。本发明的设计允许通道82内的力在大范围的施加的脉冲上保持适度恒定。

在多个实施例中，微流体装置10或50的入口/出口连接器68可连接到一个或多个微流体分析器200。该连通性可借助形成在中间基底中的微流体装置(10，50)和微流体分析器200可附接到的通道和/或管系110而生效，由此建立微流体装置10或50与微流体分析器200之间的流体连通。微流体分析器200和/或中间基底可包括具有多种试剂的一个或多个微通道和/或容器，该多种试剂被固定在微通道和/或容器中或者被提供为使得可在流体样本上进行生物分析实验。

下面的实施例描述了本发明的微流体泵100在由仪器和耗材构成的低成本诊断产品中的应用，其中，耗材由于潜在的高污染风险而需要密封。描述了两个方面。首先，一种非常低成本的方法，该方法执行将液体样本泵送到放置在耗材内部位置的储存的干化学制品，然后混合液体样本和储存的化学制品。其次，使用相同的主动泵送***稀释化学制品，其中，稀释步骤部分通过诊断过程发生。这两个方面可一起或单独使用。

以低成本的方式将样品流体泵送到放置的化学制品然后混合样品流体和放置的化学制品的方法包括使用仅一个致动器102，例如结合到仪器100中的DC马达或步进马达104。如上所述，微流体装置(10，50)包括部分由弹性构件(28，72)限定的一个或多个曲线形环形通道(35，82)，通过泵致动器102或滚子使弹性构件变形。混合室与微流体装置(10，50)流体连通(或者，在一些实施例中，混合室与通道(35，82)同心)，混合室包含磁性或磁化的小球(puck)或者滚珠轴承。磁性混合头磁性地联接到小球或滚珠轴承，磁性混合头可与致动器102配合来搅动或移动所述小球。

通过提供从微流体装置(10，50)的通道82通向混合室的入口和出口端口，流体可随着马达104沿着预定方向旋转而从泵通道82被泵送到混合室中。泵100的仪器部件(即，分析器200)包括适当的机构，以在马达104沿特定方向旋转时提供泵送和混合功能，而在马达104沿相反方向旋转时仅提供混合功能，该适当的机构例如为由棘爪和压缩弹簧实现的棘轮***，由此混合头与泵滚子沿马达104的一个旋转方向旋转，且由此当马达104沿另一方向旋转时泵滚子102与马达104脱离接合，由此提供仅混合头的旋转。压缩弹簧也可在泵通道82上提供必要的接触力以便于有效的泵送。

下面将描述在使用本文描述的微流体装置(10，50)进行诊断检测期间执行稀释步骤的示例方法。在该实施例中，两个曲线形泵通道(35，82)包括在微流体装置(10，50)中，每个曲线形泵通道具有其自身的流体路径，例如内通道提供样本流体的流体泵送，外通道提供稀释流体的流体泵送。每个通道(35，82)可被相同的泵滚子或致动器102压挤，使得由电动马达104导致的驱动轴的旋转致使样本流体和缓冲/稀释流体均被泵送。如上所述，如果需要更多种流体在单独的通道(35，82)中被泵送，则微流体装置(10，50)可被形成为，在需要的情况下，平行地容纳多个流体通道(35，82)。在该实施例中，输送的样本首先需要与位于与通道(35，82)流体连通的混合室内的储存的放置化学制品混合，然后用稀释流体进行稀释步骤。

优选将稀释流体储存在远离储存的化学制品处，因此储存的化学制品不被稀释流体影响。当马达104沿特定方向旋转时，泵滚子或致动器102接合微流体装置(10，50)的弹性构件72，以将样本流体和稀释流体两者输送到微流体分析器200的室中。随着混合室填充有样本流体，稀释流体填充一次级室，该次级室根据所需的稀释流体的量和稀释流体泵送通道(35，82)的几何形状以及混合室体积来设置尺寸。当马达104停止时，稀释流体和样本流体两者保持在它们相应的室中。

如果需要混合，则可实现上文所述的等同的机构来使马达104沿相反方向旋转，从而仅提供混合。当样本流体和稀释流体需要被结合时，马达104旋转以接合将样本和稀释流体输送到使两种流体结合的微流体分析器200(或微流体装置10或50)内的位置的泵滚子/致动器102。为了帮助结合两种流体，被动混合特征可包括在流体结合区域处。随着马达104持续旋转以泵送100两种流体，稀释的样本可被输送到分析器中的另一位置，例如进行分析物的检测的位置。

虽然已经参照上文所述对本发明进行了描述，但应当理解的是，可在本发明的精神和范围内进行各种修改和变型。因此，本发明仅由所附的权利要求限定。

Claims (32)

1.一种微流体装置，包括：

a)刚性主体，该刚性主体中设置有第一曲线形狭槽；

b)刚性基底，该刚性基底具有附接到所述刚性主体的上表面，并包括第一入口端口和第一出口端口，该第一入口端口和第一出口端口设置在所述上表面上并且定位成与所述第一曲线形狭槽的第一端部和第二端部对齐；以及

c)第一弹性构件，该第一弹性构件设置在所述第一曲线形狭槽内并且具有第一表面和第二表面，其中，所述第二表面包括凹槽，当所述刚性主体附接到所述刚性基底时，所述凹槽限定出第一通道，所述第一通道通过将所述第一弹性构件的第二表面定位在所述刚性基底的上表面上而形成，

其中，所述第一弹性构件的整个长度设置在所述第一曲线形狭槽内并且所述第一弹性构件的第一表面在所述刚性主体的上方延伸。

2.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，所述第一弹性构件被结合到所述刚性主体的所述第一曲线形狭槽。

3.根据权利要求1所述的微流体装置，进一步包括入口连接器和出口连接器，该入口连接器和出口连接器各自分别与所述刚性基底的所述第一入口端口和第一出口端口流体连通。

4.根据权利要求3所述的微流体装置，其中，所述入口连接器和所述出口连接器设置在所述刚性基底的侧表面上。

5.根据权利要求4所述的微流体装置，其中，所述入口连接器和所述出口连接器设置在所述刚性基底的彼此不同的侧表面上。

6.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，所述第一曲线形狭槽具有相对于所述刚性主体的中心固定的曲率半径。

7.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，所述第一曲线形狭槽具有增大或减小的曲率半径，该曲率半径相对于所述刚性主体的中心增大或减小。

8.根据权利要求1所述的微流体装置，进一步包括：

d)一个或多个第二曲线形狭槽，该一个或多个第二曲线形狭槽设置在所述刚性主体中并且定位成基本平行于所述第一曲线形狭槽；

e)一个或多个第二弹性构件，该一个或多个第二弹性构件中的每个设置在所述一个或多个第二曲线形狭槽内并且具有第一表面和第二表面，其中，所述一个或多个第二弹性构件中的每个的所述第二表面包括凹槽，当所述刚性主体附接到所述刚性基底时，所述第二弹性构件的第二表面的凹槽限定出第二通道，所述第二通道位于所述第二弹性构件的第二表面与所述刚性基底的上表面之间；以及

f)一个或多个第二入口端口和出口端口，该一个或多个第二入口端口和出口端口设置在所述刚性主体中，并且定位成与所述一个或多个第二曲线形狭槽的相应的端部对齐。

9.一种微流体装置，包括：

a)刚性基底，该刚性基底具有上表面和下表面，并且包括设置为贯穿所述刚性基底的孔口；

b)第一凹槽，该第一凹槽形成在所述孔口的内表面的一部分中；

c)第一入口端口和第一出口端口，该第一入口端口和第一出口端口形成在所述第一凹槽的第一端部和第二端部处；

d)刚性的卡圈，该卡圈安装在所述孔口内，所述卡圈包括凸缘，所述凸缘远离所述孔口延伸并固定地附接到所述刚性基底，其中所述卡圈包括形成在该卡圈的内表面中的第一曲线形狭槽，并且其中，所述第一曲线形狭槽定位成与所述孔口的第一凹槽对齐；以及

e)第一弹性构件，该第一弹性构件设置在所述第一曲线形狭槽内，当所述卡圈附接到所述刚性基底时，所述第一弹性构件的第二表面与所述第一凹槽一起限定出第一通道。

10.根据权利要求9所述的微流体装置，进一步包括入口连接器和出口连接器，该入口连接器和出口连接器各自分别与所述第一凹槽的所述第一入口端口和第一出口端口流体连通。

11.根据权利要求10所述的微流体装置，其中，所述入口连接器和所述出口连接器设置在所述刚性基底的外侧表面上。

12.根据权利要求11所述的微流体装置，其中，所述入口连接器和所述出口连接器设置在所述刚性基底的彼此不同的外侧表面上。

13.根据权利要求10所述的微流体装置，其中，所述入口连接器和所述出口连接器设置在所述刚性基底的上表面或下表面上。

14.根据权利要求9所述的微流体装置，其中，所述第一弹性构件被结合到所述卡圈的所述第一曲线形狭槽。

15.根据权利要求9所述的微流体装置，其中，所述凸缘构造成配合在环形环中，该环形环形成在所述刚性基底的围绕所述孔口的圆周的上表面中。

16.根据权利要求9所述的微流体装置，其中，所述卡圈的上表面在所述刚性基底的所述上表面的上方延伸。

17.根据权利要求9所述的微流体装置，其中，所述第一凹槽定位在所述内表面的邻接所述刚性基底的上表面或下表面的边缘处。

18.根据权利要求9所述的微流体装置，进一步包括：

f)一个或多个第二凹槽，该一个或多个第二凹槽形成在所述孔口的所述内表面的一部分中，并且定位成基本平行于所述第一凹槽；

g)一个或多个第二入口端口和第二出口端口，所述一个或多个第二入口端口和第二出口端口中的每个形成在所述一个或多个第二凹槽的第一端部和第二端部处；

h)一个或多个第二曲线形狭槽，该一个或多个第二曲线形狭槽形成在所述卡圈的所述内表面中，该一个或多个第二曲线形狭槽中的每个被定位成与所述孔口的所述一个或多个第二凹槽中的每个对齐；以及

i)一个或多个第二弹性构件，该一个或多个第二弹性构件中的每个设置在所述一个或多个第二曲线形狭槽中的每个中，其中，当所述卡圈附接到所述刚性基底时，所述第二弹性构件的第二表面与所述第二凹槽一起限定出第二通道。

19.根据权利要求9所述的微流体装置，其中，所述第一弹性构件的第一表面朝向所述孔口的中心延伸超过所述卡圈的内表面。

20.根据权利要求9所述的微流体装置，其中，所述第一弹性构件的第一表面进一步包括设置在所述第一通道的一部分或全部上的突起元件。

21.一种泵，包括一个或多个如权利要求1所述的微流体装置以及可旋转致动器，该可旋转致动器构造成在所述微流体装置放置成与所述可旋转致动器接触时径向地穿越所述微流体装置的第一弹性构件，所述可旋转致动器构造成随着致动器旋转而压挤所述第一弹性构件的第一表面的一部分，大致曲线形的第一通道允许通过将所述第一弹性构件压挤到所述第一通道中而使流体前进穿过所述微流体装置的第一通道，而不会使所述第一通道随着致动器旋转而显著变形，由此使得压挤沿着所述微流体装置的第一曲线形狭槽平移。

22.根据权利要求21所述的泵，其中，所述泵包括1至8个微流体装置。

23.根据权利要求22所述的泵，其中，所述泵包括1个微流体装置。

24.根据权利要求22所述的泵，其中，所述泵包括3个微流体装置。

25.根据权利要求21所述的泵，进一步包括微流体分析器，所述微流体分析器设置成与所述微流体装置的第一出口端口流体连通。

26.根据权利要求25所述的泵，其中，所述微流体分析器包括至少一个微通道，该至少一个微通道构造成容纳被怀疑包含至少一种目标的液体样本，并且该微通道包含用于确定所述至少一种目标的存在的至少一种试剂。

27.一种泵，包括一个或多个如权利要求9所述的微流体装置以及可旋转致动器，该可旋转致动器***到所述孔口中，以径向地穿越所述第一弹性构件并随着致动器旋转而压挤所述第一弹性构件的第一表面的一部分，曲线形的所述第一通道允许通过将所述第一弹性构件压挤到所述第一通道中，而不会使所述第一通道随着致动器旋转而显著变形，由此使得压挤沿着所述第一曲线形狭槽平移。

28.根据权利要求27所述的泵，其中，所述泵包括1至8个微流体装置。

29.根据权利要求28所述的泵，其中，所述泵包括1个微流体装置。

30.根据权利要求28所述的泵，其中，所述泵包括3个微流体装置。

31.根据权利要求27所述的泵，进一步包括微流体分析器，所述微流体分析器设置成与所述微流体装置的第一出口端口流体连通。

32.根据权利要求31所述的泵，其中，所述微流体分析器包括至少一个微通道，该至少一个微通道构造成容纳被怀疑包含至少一种目标的液体样本，并且该微通道包含用于确定所述至少一种目标的存在的至少一种试剂。

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