[發明專利]在微流體裝置中的流速控制

在審

• 申請號: 201380058015.7
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN104781743A
• 公開（公告）日: 2015-07-15
• 發明（設計）人: 托馬斯·布多;尼古拉斯·珀蒂;斯特凡納·里蒂;查爾斯-安德烈·基弗
• 申請（專利權）人: 弗呂根特股份有限公司
• 主分類號: G05D7/06
• 分類號: G05D7/06
• 代理公司: 北京金思港知識產權代理有限公司 11349
• 代理人: 邵毓琴;李晶

發明領域

本公開提供了用于控制微流體裝置中的流速、特別是用于控制在一個或幾個微通道中流動的流體流速的方法。

發明背景

微流體技術處理小級別流體的控制，通常是亞毫米級例如微米級和納米級。微流體技術首先由分析科學家引進，旨在提供具有提高的分離和檢測性能的分析方法,例如色譜法、電泳法或流動注射分析。因為建立了流體可以在小型化環境中精確操控的概念證據，浮現出人們可以提供芯片實驗室(LOC)或微型全分析系統(micro-TAS)的理念，引領這項技術結合到許多其他科學領域例如化學、生物學或光學中。

微流體技術提供了許多優點。第一個明顯的優點是小型化裝置使用較少的流體和較少的底物，因此提供了更安全的工作環境、更少的廢料和成本降低。

利用微流體裝置提供了許多其他優點。例如，在化學中，觀察到許多改善，例如更高的選擇性、更高的收率、更快的擴散混合、較少的反應時間或更高的兩相反應控制。另外，因為微流體裝置中的表面與體積比大，已經改善了許多表面化學方法，例如固相多相催化或需要更高/更快控制局部化溫度的方法。另外，微流體裝置給使用者提供了高的控制度，因此允許設計新的實驗模型，所述實驗模型提供更深入了解各種化學過程的途徑。

以相同的方式，利用微流體裝置已經在許多生物和生化方法例如藥物篩選、細胞研究、免疫測定、電泳、血液分析、蛋白質結晶、DNA序列測定等等中產生大量的改進。

如上所示出的，除了檢測和分離之外，可以在單個微流體裝置中進行很大的一組復雜的化學或生物過程。微流體裝置也可以在其他技術例如微電子和光學中成功地實施。因此，正在開發數量日益增加的適合將流體工藝規模縮小到微米級的裝置。

另外，為了執行例如在經典化學工程中的多種功能，微流體裝置可以并聯或串聯放置。因此，在所述裝置中也納入了數量日益增多的元件，例如致動器和傳感器等(例如泵，壓力計，流速傳感器，檢測元件，加熱/冷卻元件，多路復用器)，從而增加了它們的復雜性。

在微流體裝置運行的水平(通常微米級水平或納米級水平)下，參數例如表面張力、粘度、擴散、能量耗散、流體阻力、滲漏或試驗誤差變得突出。沒有那些參數的廣泛研究，用于在宏觀級水平下控制流體流速的已知化學工程方法不能轉換到微米或納米級水平。因此，需要用于精確調整和控制微流體裝置中流體流速的專用方法，所述方法可在這樣的裝置運行的水平下使用。

用于控制給定流體在單個微通道內的流速的方法已經開發出來，并且依靠通過測量微通道中的流速Q和微通道的入口和出口之間的壓差Δp并通過Q＝Δp/R確定所述微通道內特定流體的流體動力阻力R來校準所述裝置。然而，即使對于這種簡單化的微流體裝置，由于試驗誤差、存在內部或外部干擾、微通道或流體的彈性和/或存在滲漏、氣泡等等，這種方法也不考慮變化形式。

因此，需要用于控制在微流體網絡中流動的流體流速的方法，所述方法可操作，包括在包含一個或多個微通道的微流體網絡上。

發明內容

根據第一個方面，本公開提供了用于控制在微流體網絡中流動的至少一種流體的流速的方法，所述微流體網絡包含至少一個微通道和多個輸入/輸出接口端口(21-25，71-72)，所述方法包括：在至少一個輸入/輸出接口端口(21-25，71-72)上相繼施加多個壓力，在所述微流體網絡中的流速測量點(31-33，61-62)測量所述微流體網絡響應施加的所述多個壓力產生的所述流體的流速值的時間序列，根據所述施加的壓力值和所測量的輸出流速值的時間序列估算微流體網絡模型響應輸入壓力值的參數，計算每個所述至少一個輸入/輸出接口端口(21-25，71-72)處的、與所述流速測量點(31-33，61-62)處的預定流速值相對應的目標壓力值，其中所述預定流速值與所述微流體網絡模型響應所述目標壓力值的輸出值相對應，并將所計算的目標壓力值施加在所述至少一個輸入/輸出接口端口(21-25，71-72)上。