[發明專利]微流體設備及方法

無效

• 申請號: 200980111246.3
• 申請日: 2009-03-25
• 公開（公告）號: CN101981792A
• 公開（公告）日: 2011-02-23
• 發明（設計）人: H·范佐恩;M·F·吉利斯;C·B·克勞斯;S·卡塔內奧
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: H02K44/04
• 分類號: H02K44/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李靜嵐;劉鵬

技術領域

本發明涉及一種用于泵浦高電導率液體的微流體設備以及相應的方法。

背景技術

例如用于照護點(point-of-care)測試的手持式醫療設備正得到越來越多的關注。在這些設備中，必須分析諸如血液或唾液之類的高電導率液體樣本的特定生物標記或生物分子，從而表明個人的健康狀況。液體樣本的體積較小，并且在微流體通道和腔室內操縱所述液體。所述操縱通常包括把液體從入口輸送到測量位置以及混合幾種液體。雖然在某些情況下可以利用毛細力，但是許多應用對于輸送或混合需要主動泵浦。

主動泵浦機制通?？梢苑殖蓹C械和非機械泵浦。非機械泵浦的優點在于，其在所述設備中不需要任何移動部件。在此類設備中，液體或者液體中的粒子(比如聚苯乙烯或乳膠微球或者細胞)的移動通常是借助于在電極之間分別具有或沒有相位差(行波)的靜態(DC)或者更高頻率(AC)下的磁場和/或電場來實現的。使用電場的技術的例子有電泳、介電泳、電滲以及電熱流體流動；后三種原理通常用術語AC電動力學來表示，電熱方法有時也被稱作電流體動力學泵浦或EHD。這些技術僅僅需要單一基板上的電極配置而不需要外部組件，因此其非常簡單并且易于集成。

這些效應之間的一個重要區別在于，電泳和介電泳都是直接作用在位于液體內的粒子上而不是作用在液體自身上，因此不構成液體泵浦。這是一個缺陷，這是因為泵浦效應強烈取決于粒子和液體的屬性。然而，電滲和電熱泵浦則直接泵浦液體。

在選擇用于生物化驗的泵浦效應時要考慮的一個重要參數是液體的電導率。血液和唾液都是高電導率液體，因此使得電滲以及甚至電熱流體流動極為困難或者甚至不可能實現。因此當前沒有一種能夠泵浦高電導率液體的僅僅基于簡單電極的良好技術。

在過去的幾年里，人們越來越關注磁流體動力學(MHD)流體流動在微流體設備中的應用。相關的現有技術可以在US?6,780,320B2、US?6,146,103、US?2007/0105239A1和US?6,733,172B2中找到。在這種技術中，使用電場與磁場的組合在液體中的離子核素(ionic?species)上產生洛倫茲力，因此這些技術直接泵浦液體。為了在一個方向上產生連續的洛倫茲力并且獲得凈泵浦效應，電場和磁場都必須在一個方向上是靜態的(DC應用)，或者它們必須同步反轉(AC應用)。

在DC?MHD泵浦中，通常借助于外部永磁體來產生磁場。但是DC電場不容易穿透具有高濃度帶電核素的液體，而且只有當在電極處發生水解(電荷中和)時才會吸取電流。水解會在流體中產生氣泡并且在微流體中是一種不合期望的效應，這是因為氣泡會干擾或者甚至可能阻斷液體流動。高頻電場可以更加容易地穿透具有高離子含量的液體，這是因為其可以繞過在電極表面處產生的雙層電容。

但是對于AC?MHD泵浦來說，磁場必須以與電場相同的頻率和相位來振蕩。在這種情況下不能使用永磁體，因此必須使用電磁體。這些電磁體的體積較大、消耗大量功率、無法直接集成到基板上并且由于其高電感而不能很容易地在10kHz以上振蕩。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種改進的微流體設備和方法，其特別具有更簡單并且更小的設計。

在本發明的第一方面，提出一種用于泵浦高電導率液體的微流體設備，其包括：

用于容納導電液體、特別是具有高電導率的液體的微流體通道；

用于生成電場的至少兩個電場電極；

用于在基本上垂直于所述電場的方向上生成磁場的至少一個磁場電極；

用于向所述至少兩個電場電極提供電勢以便生成所述電場的電壓源；

用于向所述至少一個磁場電極提供電流以便生成所述磁場的電流源，

其中，所述電壓源和所述電流源被適配成分別向所述電極同時提供所述電勢和電流，以便獲得在所述微流體通道的方向上作用于高電導率液體的洛倫茲力。

在本發明的另一方面，提出一種相應的方法。

在從屬權利要求中限定了本發明的各優選實施例。應當理解的是，所要求保護的方法具有與在權利要求1的從屬權利要求中所限定的類似和/或完全相同的優選實施例。

本發明是基于以下想法：通過僅僅使用簡單的電極來實現對于諸如血液和唾液之類的高電導率液體的泵浦。為了便于在單個基板上進行制造，本發明可以與AC動力學技術相比較，但是其使用磁流體動力學效應而不需要外部磁體(永磁體或電磁體)。因此，本發明對于將要使用的頻率沒有限制(至少可以使用的頻率比利用電磁體所能達到的頻率高幾個數量級)，并且不需要采取特殊的措施來使得電場與磁場的相位同步。