專利名稱：通過(guò)電力在包含流體的結(jié)構(gòu)中對(duì)電滲透和/或電泳力的變量控制的制作方法
與相關(guān)申請(qǐng)的前后對(duì)照本申請(qǐng)是美國(guó)專利申請(qǐng)第08/678,436號(hào)(1996年7月3日申請(qǐng)，全部作為參考資料并在此引入)的部分續(xù)展申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，對(duì)制造和運(yùn)用顯微流體(microfluidic)系統(tǒng)以獲得化學(xué)和生化信息的興趣越來(lái)越大。一般與半導(dǎo)體電子工業(yè)相關(guān)的技術(shù)(諸如，影印石版術(shù)(photolithography)、濕式化學(xué)蝕刻，等)正用于這些顯微流體系統(tǒng)的制造中。術(shù)語(yǔ)“顯微流體”是指具有一般以微米或亞微米標(biāo)定構(gòu)成的溝道和小室(例如，在從大約0.1μm到大約500μm的范圍內(nèi)具有至少一個(gè)界面尺寸)的系統(tǒng)或裝置。最早在Manz等人的Trends in Anal.Chem.(1990)10(5):144-149和Manz等人的Avd.inChromatog(1993)33:1-66中描述了對(duì)用于構(gòu)成顯微流體系統(tǒng)的平面芯片的應(yīng)用，其中在上述論文中描述了在硅和玻璃襯底中這些流體裝置，特別是微細(xì)管裝置的構(gòu)成。
對(duì)顯微流體系統(tǒng)的應(yīng)用由很多種。例如，國(guó)際專利申請(qǐng)WO 96/04547(在1996年2月15日公開)描述了對(duì)毛細(xì)管電泳、液體彩色照片、流入分析(flow injectionanalysis)和化學(xué)反應(yīng)及合成的顯微流體系統(tǒng)的應(yīng)用。相關(guān)美國(guó)專利申請(qǐng)第___，名稱為“微標(biāo)度流體裝置中的高通過(guò)量篩選分析系統(tǒng)”(1996年6月28日由J.WallaceParce等人申請(qǐng)，并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人)揭示了對(duì)顯微流體系統(tǒng)在快速分析混合物對(duì)各種化學(xué)，特別是生化系統(tǒng)的影響中的廣泛應(yīng)用。詞組“生化系統(tǒng)”一般指包括通常在有生命的有機(jī)體中找到的那類分子的化學(xué)相互作用。這些相互作用包括在有生命系統(tǒng)中(包括，酶的、粘合、信令(signaling)和其它反應(yīng))的異化和同化反應(yīng)和其它反應(yīng)的全部范圍。例如，特別感興趣的生化系統(tǒng)包括接收器-配合體(receptor-ligand)相互作用、酶襯底相互作用、蜂窩網(wǎng)信令路徑、包括用于生物利用率篩選的模型障礙系統(tǒng)(例如，細(xì)胞或小薄膜片)的傳輸反應(yīng)和其它各種一般系統(tǒng)。
用于在這些顯微流體系統(tǒng)或裝置中傳輸和定向流體(例如，采樣、分析、緩沖和反應(yīng)物)的多種方法已被描述過(guò)。一種方法通過(guò)在微型構(gòu)造的裝置中的機(jī)械微型泵和閥使流體在該裝置中流動(dòng)。參見，公開的英國(guó)專利申請(qǐng)第2 248 891號(hào)(10/18/90)，公開歐洲專利申請(qǐng)第568 902號(hào)(5/2/92)美國(guó)專利第5,271,724號(hào)(8/21/91)和5,277,556號(hào)(7/3/91)。再參見，Miyazaki等人獲得的美國(guó)專利第5,171,132號(hào)(12/21/90)。另一種方法運(yùn)用聲能使流體采樣在聲音流動(dòng)的影響下在裝置中流動(dòng)。參見，由Northrup和White公開的PCT申請(qǐng)第94/05414號(hào)。一種直接施加外壓以使流體在裝置中流動(dòng)的方法。參見，由Wilding等人獲得的美國(guó)專利第5,304,487號(hào)中的描述。
另一種方法運(yùn)用電場(chǎng)以及所得的電動(dòng)(electrokinetic)力使流體材料流過(guò)微型流體系統(tǒng)的溝道。例如，參見，由Kovacs,Harrision等人Anal.Chem.(1992)64:1926-1932和Manz等人，J.Chromatog.(1992)593:253-258申請(qǐng)的公開的歐洲專利申請(qǐng)第376 611(12/30/88)，由Soane獲得的美國(guó)專利第5,126,022號(hào)。電動(dòng)力具有直接控制、快速反應(yīng)和簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。然而，用這種方法操作微型流體系統(tǒng)也有一些缺點(diǎn)。
本裝置運(yùn)用在電氣絕緣材料的襯底中的溝道網(wǎng)絡(luò)。溝道把與高壓電極接觸的多個(gè)流體容器(fluid reservoir)連接起來(lái)。為了使流體材料流過(guò)溝道網(wǎng)絡(luò)，把特定電壓同時(shí)施于各個(gè)電極。當(dāng)試圖控制在一個(gè)溝道中的材料流動(dòng)，而不影響在另一個(gè)溝道中的流動(dòng)時(shí)，確定在系統(tǒng)中每個(gè)電極的電壓值變得很復(fù)雜。例如，在四個(gè)溝道以十字形交叉同時(shí)容器和電極在溝道尾部的相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)中，在兩個(gè)容器之間的流體流動(dòng)的獨(dú)立增長(zhǎng)不僅僅是兩個(gè)容器電壓差增長(zhǎng)的問(wèn)題。如果要保留其它兩個(gè)容器內(nèi)的元素流動(dòng)的原方向，那么還必需調(diào)節(jié)這兩個(gè)容器之間的電壓。此外，當(dāng)溝道、交叉點(diǎn)和容器的數(shù)量增加時(shí)，對(duì)流過(guò)溝道的流體控制變得越來(lái)越復(fù)雜。
此外，施加在裝置中的電極上的電壓可以很高，即，達(dá)到幾千伏電壓的程度。穩(wěn)高壓供電是昂貴的、龐大的，而且經(jīng)常不精確，而且每個(gè)電極需要高壓供電。于是，任何復(fù)雜的微型流體系統(tǒng)的成本都很高。
本發(fā)明解決或者實(shí)質(zhì)上緩解了在用另一種電參數(shù)(而不受電壓)來(lái)簡(jiǎn)化對(duì)流過(guò)系統(tǒng)溝道的材料的控制的微型流體系統(tǒng)中電動(dòng)傳輸?shù)倪@些問(wèn)題。在大量應(yīng)用中(諸如，在化學(xué)、生化、生物工藝和分子生物的領(lǐng)域和多個(gè)其它領(lǐng)域中)，對(duì)流過(guò)微型流體系統(tǒng)的溝道的材料移動(dòng)具有直接、快速和簡(jiǎn)單控制的高通過(guò)量微型流體系統(tǒng)是可行的。
發(fā)明概述本發(fā)明提供微型流體系統(tǒng)，它具有多個(gè)相互連接的毛細(xì)溝道和在毛細(xì)溝道的不同節(jié)點(diǎn)處的多個(gè)電極，以在毛細(xì)溝道中產(chǎn)生電場(chǎng)以使在流體中的材料電動(dòng)流過(guò)毛細(xì)溝道。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)響應(yīng)于在第一和第二電極之間的電流把電壓施加在第一電極和第二電極之間，以使材料在它們之間流動(dòng)，來(lái)操作微型流體系統(tǒng)。電流可以直接測(cè)量通過(guò)微型流體系統(tǒng)的溝道的離子流。除了電流之外，可以使用其它電參數(shù)(諸如功率)。
此外，本發(fā)明提供時(shí)間多路復(fù)用在微型流體系統(tǒng)的電極上的電源電壓，以更加精確和有效地進(jìn)行控制。通過(guò)改變電極與電源相連的工作循環(huán)、改變?cè)谠摴ぷ餮h(huán)期間加在電極時(shí)的電源或者兩者結(jié)合，可以控制加在電極上的電壓。用這種方法，一個(gè)電源可以對(duì)多個(gè)電極提供服務(wù)。
本發(fā)明還提供直接監(jiān)測(cè)在微型流體系統(tǒng)的溝道內(nèi)的電壓。在溝道中，在微型流體系統(tǒng)的表面上的導(dǎo)電線的寬度足夠窄，以防止電分解。把電線連到同樣在襯底的表面上的分壓電路上。分壓電路降低溝道節(jié)點(diǎn)的讀取電壓，從而不需要特定的高電壓伏特計(jì)。還把分壓電路設(shè)計(jì)成能夠從溝道中引出很小的電流，從而使不想要的電化學(xué)效應(yīng)(例如，氣體產(chǎn)生、減小/氧化反應(yīng))減至最小。
如上所述的本發(fā)明可以用于不同的用途，而這些用途本身也具有發(fā)明性，例如對(duì)于至少具有一個(gè)溝道的襯底的運(yùn)用，其中通過(guò)響應(yīng)于在電極處的電流在與溝道相關(guān)的兩個(gè)電極之間施加電壓，電動(dòng)地傳輸目的材料。
如對(duì)上述發(fā)明的運(yùn)用，襯底具有多個(gè)相互連接的溝道和相關(guān)的電極，通過(guò)響應(yīng)于在電極上的電流把電壓加在預(yù)定電極，沿著加入一個(gè)或多個(gè)溝道的預(yù)定通道傳輸目的材料。
對(duì)于至少具有一個(gè)溝道的襯底的運(yùn)用，其中通過(guò)對(duì)根據(jù)時(shí)間在與溝道相關(guān)的電極之間加電參數(shù)的控制，電動(dòng)傳輸目的材料。
如對(duì)上述發(fā)明的運(yùn)用，電參數(shù)包括電壓、電流或功率。
對(duì)于具有多個(gè)溝道和與溝道相關(guān)的多個(gè)電極的絕緣襯底的運(yùn)用，在電極上施加電壓使得在溝道中產(chǎn)生電場(chǎng)，而且在襯底上的至少一個(gè)導(dǎo)電線延伸至溝道位置，從而可以確定在溝道位置上的電參數(shù)。
如對(duì)上述發(fā)明的運(yùn)用，導(dǎo)電線具有很小的寬度，從而在溝道位置上與導(dǎo)電線的交叉點(diǎn)上產(chǎn)生小于1V的電壓，最好是小于0.1V的電壓。
對(duì)于絕緣襯底的運(yùn)用，絕緣襯底具有多個(gè)相互連接的毛細(xì)溝道、在毛細(xì)管電場(chǎng)不同節(jié)點(diǎn)處的多個(gè)電極以在毛細(xì)溝道中產(chǎn)生電場(chǎng)以使在流體中的材料電動(dòng)流過(guò)毛細(xì)溝道，連到至少一個(gè)電極的電源、電源具有用于接收參考電壓的第一輸入端和第二輸入端及輸出端的混合單元；連到混合單元輸出端的電壓放大器，電壓放大器具有第一和第二輸出端，第一輸出端連到至少一個(gè)電極；和連到電壓放大器的第一輸出端的反饋單元，反饋單元具有連到混合單元的第二輸入端的輸出端，從而提供負(fù)反饋以穩(wěn)定電源。
如對(duì)上述發(fā)明的運(yùn)用，反饋單元還連到電壓放大器的第二輸出端，反饋單元響應(yīng)于在第一輸出端處的電壓生成第一反饋電壓，而響應(yīng)于通過(guò)第一輸出端中至少一個(gè)電極發(fā)出或接收的電流量生成第二反饋電壓，反饋單元具有用于響應(yīng)于控制信號(hào)把第一或第二反饋電壓通到混合單元的開關(guān)，從而通過(guò)電壓或電流反饋有選擇地穩(wěn)定電源。
對(duì)于連到微型流體系統(tǒng)的至少一個(gè)電極的電源的運(yùn)用，電源具有包括用于接收可控參考電壓的第一輸入端和第二輸入端及輸出端的混合單元；連到混合單元輸出端的電壓放大器，電壓放大器具有第一和第二輸出端，第一輸出端連到至少一個(gè)電極；和反饋單元連到電壓放大器的第一和第二輸出端和混合單元的第二輸入端，反饋單元響應(yīng)于在第一輸出端處的電壓生成第一反饋電壓，和響應(yīng)于通過(guò)第一輸出端至少一個(gè)電極發(fā)出或接收的電流量生成第二反饋電壓，反饋單元具有用于響應(yīng)于控制信號(hào)使第一或第二反饋電壓通到混合單元的開關(guān)，從而通過(guò)負(fù)反饋有選擇地穩(wěn)定電源的電壓或電流。
對(duì)于微型流體系統(tǒng)的運(yùn)用，襯底具有多個(gè)相互連接的毛細(xì)溝道，在毛細(xì)溝道的不同節(jié)點(diǎn)處的多個(gè)電極以在毛細(xì)溝道中產(chǎn)生電場(chǎng)以使在流體中的材料電動(dòng)流過(guò)毛細(xì)溝道，而且連到每個(gè)電極的多個(gè)電源，每個(gè)電源能夠有選擇地提供所選電壓和所選電流量作為連接的電極的源或接收端。


圖1示出微型流體系統(tǒng)的代表圖；圖2A示出如圖1所示的微型流體系統(tǒng)的示范溝道；圖2B表示沿著在圖2A中溝道產(chǎn)生的電路；圖3A是對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)電源的輸出電壓對(duì)時(shí)間的代表圖；圖3B是根據(jù)本發(fā)明對(duì)于時(shí)間多路復(fù)用電源的輸出電壓對(duì)時(shí)間的示圖；圖4A是表示根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)時(shí)間多路復(fù)用電壓操作的微型流體系統(tǒng)；圖4B是示出在圖4A中電源單元的方框圖；圖5A是表示根據(jù)本發(fā)明的帶有電壓受監(jiān)測(cè)波節(jié)(voltage-monitored node)的微型流體系統(tǒng)的示圖；圖5B為圖5A中分壓電路的詳細(xì)圖；和圖6A是圖4B的電源單元的方框圖；圖6B是圖6A的直流-直流變換器的放大方框圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述圖1是根據(jù)本發(fā)明操作的一部分示范微型流體系統(tǒng)100的代表圖。如圖所示，在平面襯底102中，構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)100。一般根據(jù)它們對(duì)出現(xiàn)在由該裝置執(zhí)行的特殊操作中的情況的兼容性，選擇適當(dāng)?shù)囊r底材料。這種情況可以包括pH極點(diǎn)、溫度、離子集中和施加電場(chǎng)。此外，還選擇襯底材料以使由該系統(tǒng)執(zhí)行的分析或合成的臨界成分穩(wěn)定。
如圖1所示的系統(tǒng)包括在襯底102的表面中構(gòu)成的一系列溝道110、112、114和116。如在“微型流體”的定義中所討論的那樣，這些溝道一般具有很小的截面尺寸。對(duì)于下面將要描述的特定應(yīng)用中，雖然可以偏離這些尺寸，但是深度為10μm而寬度大約是60μm的溝道很有效。微型流體系統(tǒng)100通過(guò)用于多個(gè)目的(包括分析、測(cè)試與其它材料混合、化驗(yàn)和這些操作組合)的襯底102的各種溝道，傳輸目的材料(subject material)。術(shù)語(yǔ)“目的材料”簡(jiǎn)單地指諸如所關(guān)心的化學(xué)或生物復(fù)合物材料。目的復(fù)合物可以包括各種不同的復(fù)合物，包括化學(xué)復(fù)合物、化學(xué)復(fù)合物的混合物(例如，多糖、小有機(jī)或無(wú)機(jī)分子)、生物大分子(例如，縮氨酸、蛋白質(zhì)、核酸)或者從生物材料中的提取物(諸如，細(xì)菌、植物、真菌或動(dòng)物細(xì)胞或組織、一般發(fā)生或合成的組織)。
例如，有用的襯底材料包括，玻璃、石英、陶瓷和硅以及聚合襯底(例如，塑料)。在導(dǎo)電或者半導(dǎo)電的襯底的情況下，在襯底上應(yīng)有絕緣層。這很重要，因?yàn)樵撓到y(tǒng)運(yùn)用電滲透力使材料在系統(tǒng)內(nèi)移動(dòng)(如下所述)。在聚合襯底的情況下，襯底材料可以是硬的、半硬的或者不硬的、不透明的、半透明的或者透明的，這依賴于它們的用途。例如，一般至少部分用透明材料來(lái)構(gòu)造包括光學(xué)或者視覺檢測(cè)元件的系統(tǒng)，以至少有助于上述檢測(cè)。作為替代，例如，玻璃或石英制成的透明窗可嵌入該裝置作為這些檢測(cè)元件。作為替代，聚合材料可以具有線性或者分支主鏈，而且可以交叉鏈接或者非交叉鏈接。較佳的聚合物材料的例子包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚亞胺酯、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。
可用現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何一種微型制造技術(shù)在襯底102的表面中制造這些溝道和其它微型元件。例如，通過(guò)在半導(dǎo)體制造工業(yè)中已知的方法，可將石版印刷術(shù)用于制造玻璃、石英或硅襯底。影印石版術(shù)掩蔽、等離子或濕式蝕刻和其它半導(dǎo)體處理技術(shù)限定在襯底表面中或上的微型元件。作為替代，可以采用微型機(jī)械(micromachining)方法(諸如，激光鉆孔、微型研磨(micromilling)等。類似地，對(duì)于聚合襯底，還可以運(yùn)用制造技術(shù)。這些技術(shù)包括注模技術(shù)或沖壓模方法或者聚合物微型鑄造技術(shù)，其中在注模技術(shù)或沖壓模方法中可以用滾沖(rolling stamp)產(chǎn)生大片微型襯底來(lái)產(chǎn)生大量襯底，而在聚合物微型鑄造技術(shù)中在用微型機(jī)械構(gòu)成的模具中聚合襯底。
除了襯底102之外，微型流體系統(tǒng)100包括附加平面元件(未圖示)，它覆蓋形成溝道的襯底102以包圍和流動(dòng)(fluidly)密封各種溝道以形成導(dǎo)管?？梢酝ㄟ^(guò)各種方法把平面覆蓋元件附著在襯底上，上述方法包括熱粘合、黏合劑或在某種襯底的情況下(例如，玻璃或半硬的和不硬的聚合襯底)在兩個(gè)元件之間自然粘合。此外，平面覆蓋元件還設(shè)有入口和/或容器以加入特定屏幕所需的各種流體元件。
如圖1所示的系統(tǒng)100還包括容器104、106和108，它們分別設(shè)在和流動(dòng)連接在溝道114、116和110的末端。如圖所示，用溝道112把多個(gè)不同的目的材料加到該裝置。如此，例如，溝道112流動(dòng)連接在分別被加到溝道112且隨后被加到另一個(gè)溝道110以進(jìn)行電泳分析的大量分開的目的材料源。在具有預(yù)定離子體濃度的流體慢流區(qū)域(fluid slug region)120中傳輸目的材料。由離子體濃度變化并在圖1中示為緩沖區(qū)域121的緩沖區(qū)域隔開上述區(qū)域。相關(guān)專利申請(qǐng)，美國(guó)申請(qǐng)?zhí)柕?8/671,986號(hào)(1996年6月28日申請(qǐng))和美國(guó)申請(qǐng)第08/760,446號(hào)(1996年12月6日申請(qǐng))(兩個(gè)申請(qǐng)的名稱都是“用于電泳偏置的電子吸移(electropipettor)和補(bǔ)償裝置”，J.Wallace Parce和Michael R.Knapp申請(qǐng)，并已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人)解釋了各種慢流布局和高低離子體濃度的緩沖區(qū)域在用電動(dòng)力傳輸目的材料中的作用。將這些申請(qǐng)全部作為參考資料在此引入。
為了通過(guò)溝道110、112、114和116移動(dòng)材料，可以使用能夠同時(shí)把所選電壓電平(包括地線)加在每個(gè)容器的壓控器。運(yùn)用多個(gè)分壓器和繼電器可以實(shí)現(xiàn)這樣的壓控器，以獲得可選電壓電平。作為替代，可以使用多個(gè)獨(dú)立電壓源。通過(guò)位于每個(gè)容器104、106和108中的或在其中每個(gè)容器中構(gòu)成的電極，把壓控器電氣連接到每個(gè)容器。例如，見Ramsey申請(qǐng)的國(guó)際專利申請(qǐng)公布號(hào)WO96/04547，全部作為參考資料在此引入。
除了復(fù)雜之外，在微型流體系統(tǒng)中，電壓控制還存在著其它問(wèn)題。圖2A示出在兩個(gè)容器132和134之間的示范溝道130，每個(gè)容器分別與引至襯底128外的電極133和135相接觸。為了使該例子更加現(xiàn)實(shí)，示出溝道130與其它兩個(gè)溝道136和138相連。在操作中，容器132是包含目的資料的慢流區(qū)120的來(lái)源。慢流區(qū)120移向作為接收器(sink)的容器134。溝道136和138向在溝道130中的各個(gè)慢流區(qū)120提供緩沖區(qū)121。
在溝道130中的慢流區(qū)120和緩沖區(qū)121的不同電阻產(chǎn)生在這個(gè)簡(jiǎn)單的例子中用符號(hào)表示的電路。加在兩個(gè)電極133和135之間的電壓V是V=IΣi=0nRi]]>其中，I是在兩個(gè)電極133和135之間的電流(假設(shè)，沒有電流流入136、138)，而Ri是不同慢流區(qū)120和緩沖區(qū)121的電阻。
電壓控制系統(tǒng)存在許多可能影響該系統(tǒng)操作的因素。例如，在接觸在電極和流體之間的界面可能是問(wèn)題的來(lái)源。例如，當(dāng)電極-流體觸點(diǎn)的有效電阻隨著污染物質(zhì)、泡沫、氧化而變化時(shí)，加在流體上的電壓也隨之變化。當(dāng)在電極處設(shè)定V，在電極上形成泡沫使接觸溶液的電極面積減小導(dǎo)致從電極到溶液的電阻增加。這減小了電極之間的電流，而它又反過(guò)來(lái)減小在溝道130中的感應(yīng)電滲透和電泳力。
其它問(wèn)題可能影響溝道電流。意想不到的微粒可能通過(guò)有效地改變溝道的截面積，影響溝道電阻。再者，隨著溝道電阻的改變，物理電流(physical current)也同時(shí)改變。
對(duì)于其它溝道(諸如，連到示范溝道130的溝道136和138)，在襯底102中溝道的幾何尺寸的變化可以嚴(yán)重地影響電壓控制系統(tǒng)的操作過(guò)程。例如，溝道130、136和138的交叉點(diǎn)離在溝道136的終點(diǎn)處的容器上的電極(未圖示)有X那么遠(yuǎn)，而離在溝道138的終點(diǎn)處的容器上的電極(未圖示)有Y那么遠(yuǎn)。由于在影印石版處理中側(cè)面稍微不對(duì)準(zhǔn)，對(duì)于在另一個(gè)襯底上的微型流體系統(tǒng)，距離X和Y就不再相同。必需從襯底到襯底重新校準(zhǔn)電壓控制(這是一個(gè)費(fèi)時(shí)間和昂貴的處理過(guò)程)，從而可以適當(dāng)控制在交叉點(diǎn)處的流體流動(dòng)。
為了避免這些問(wèn)題，本發(fā)明在微型流體系統(tǒng)100中運(yùn)用電流控制。在給定電極處的電流與沿著與設(shè)有電極的容器相連的溝道的離子流直接相關(guān)。這與在電壓控制系統(tǒng)中確定在沿著溝道的各個(gè)交叉點(diǎn)處的電壓的要求相反。于是，響應(yīng)于通過(guò)系統(tǒng)100的各個(gè)電極的電流設(shè)定在微型流體系統(tǒng)100的電極處的電壓。在襯底102上產(chǎn)生微型流體系統(tǒng)的過(guò)程中，電壓控制對(duì)尺寸的變化的敏感度較小。電流控制使得在復(fù)雜的微型流體系統(tǒng)中進(jìn)行抽運(yùn)(pumping)、裝閥(valving)、分散、混合和集中目的材料及緩沖流體的操作更加容易。電流控制更利于調(diào)節(jié)在溝道內(nèi)的不想要的溫度效應(yīng)。
當(dāng)然，除了直接測(cè)量在電極之間的離子流的電流之外，與電流相關(guān)的其它電氣參數(shù)(諸如，功率)也可用于控制微型流體系統(tǒng)100。功率間接測(cè)量通過(guò)電極的電流。于是，可由通過(guò)電極的功率檢測(cè)在電極(和離子流)之間的物理電流。
即使對(duì)于上述電流控制系統(tǒng)，仍然必需為微型流體系統(tǒng)的電極提供高電壓。為了消除對(duì)能夠產(chǎn)生連續(xù)和精確的高電壓的昂貴電源的需要，本發(fā)明提供經(jīng)時(shí)間多路復(fù)用(time-multiplex)的電源，這些時(shí)間多路復(fù)用電源還減小了系統(tǒng)100所需的電源數(shù)量，這是因?yàn)闀r(shí)間多路復(fù)用電源可以對(duì)多個(gè)電極提供服務(wù)。
圖3A示出當(dāng)今在電動(dòng)系統(tǒng)中用到的示范高電源的輸出。隨著時(shí)間變化，在兩個(gè)電極之間的電壓輸出是恒定的250V。相反，圖3B示出根據(jù)本發(fā)明操作的電源的輸出。為了保持250V的恒定電壓，在1000V下，把輸出電壓與四分之一工作循環(huán)時(shí)間多路復(fù)用。在時(shí)間上求平均，經(jīng)時(shí)間多路復(fù)用的電壓源的輸出是250V(如圖中水平虛線所示)。注意，如果電壓必需改變，即，如上所述，響應(yīng)于電流控制，經(jīng)時(shí)間多路復(fù)用的電源的輸出電源隨著施加的電壓變化，或者隨著工作循環(huán)的變化或者兩者結(jié)合而改變。
在上述尺寸的溝道中，可以按μ秒級(jí)，開始和停止電滲透流體。因此，由于流體的突變移動(dòng)，導(dǎo)致低于1MHz的電壓調(diào)節(jié)頻率。由于電滲透流體的自然活塞式流動(dòng)，使得這應(yīng)對(duì)流體處理沒有任何反作用。由于大多數(shù)混合、醞釀(incubating)和分離事件都以0.1至100秒的時(shí)間規(guī)模發(fā)生，所以對(duì)于電壓處理的更低頻率是可以接受的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，調(diào)節(jié)周期應(yīng)小于最短的轉(zhuǎn)換事件(例如，從一個(gè)溝道轉(zhuǎn)換到另一個(gè)溝道的轉(zhuǎn)換流)的1％以使混合或吸移(pipetting)誤差保持在1％下。對(duì)于0.1秒的轉(zhuǎn)換事件，電壓調(diào)節(jié)頻率應(yīng)為1Khz或更高。
圖4A是復(fù)接電源系統(tǒng)的方框圖，其中復(fù)接電源系統(tǒng)具有兩個(gè)電源200和202以及控制器單元(block)204用于具有與溝道182、184、186和188相交的溝道180的示范簡(jiǎn)單微型流體系統(tǒng)。溝道180在分別具有電極190和191的容器179和181中終止。溝道182在具有電極193的容器中終止；溝道184在具有電極195的容器185中終止；溝道186在具有電極197的容器187中終止；和溝道188在具有電極199的容器中終止。
把電源200和202連到微型流體系統(tǒng)的不同電極190、191、193、195、197和199。把電源200連到三個(gè)電極190、193和195上，而把電源202連到剩余的三個(gè)電極191、197和199上。把控制器單元204連到每個(gè)電源200和202上以協(xié)調(diào)它們的操作。例如，為了控制通過(guò)溝道182、184、186和188的流體的移動(dòng)，必須適當(dāng)?shù)匕才虐央妷菏┘釉陔姌O190、191、193、195、197和199上的的時(shí)間。如上所述，例如，當(dāng)控制器單元204控制(direct)電源200和202時(shí)，響應(yīng)于電流流動(dòng)，施加在電極上的電壓也變化。
把每個(gè)電源200和202組成單元(如圖4B所示)?？刂茊卧?12接收來(lái)自控制單元204的控制信號(hào)，并控制轉(zhuǎn)換單元214的操作。連到電源單元216的轉(zhuǎn)換單元214形成或破壞與電源單元216與所連接的電極的連接。換句話說(shuō)，轉(zhuǎn)換單元214在它所連接的電極中，時(shí)間多路復(fù)用來(lái)自電源單元216的功率。還把電源單元216連到控制單元212，它控制從電源單元216到轉(zhuǎn)換單元214的輸出變化。在另一種結(jié)構(gòu)中，如果電源單元216提供恒定電源，并且通過(guò)轉(zhuǎn)換單元214改變連接工作循環(huán)，改變到電極的平均電源，那么不需要到控制單元212的連接。
圖6A是可用作如圖4B所示的電源單元216的電源的方框圖。作為替代，如果不使用時(shí)間多路復(fù)用，那么可以把所示的電源直接連到微型流體系統(tǒng)的電極上。電源可以向電極提供穩(wěn)定的電壓以提供或接收(sink)穩(wěn)定的電流。
電壓具有設(shè)有從-5至+5V的可控制參考電壓的輸入端240，而在輸出端241處它的電壓升至幾百V。把輸入端通過(guò)電阻227連到輸入運(yùn)算放大器230的負(fù)輸入端。運(yùn)算放大器230的正輸入端接地，而通過(guò)串聯(lián)的反饋電容220和電阻228，把它的輸出端連到負(fù)輸入端。還把輸出端連到直流-直流變換器231的輸入端。第二輸入端接地。把增至從放大器230接收到的電壓增大的變換器231的輸出端連到電源輸出端241。通過(guò)電阻器222把變換器231的第二輸出端接地。
還通過(guò)串聯(lián)的電阻221和223(它們形成分壓電路)，把電源輸出端241接地。把在兩個(gè)電阻221和223之間的節(jié)點(diǎn)連到電流/電壓模式開關(guān)234的一個(gè)輸入端。還通過(guò)電阻225把該節(jié)點(diǎn)連到反饋運(yùn)算放大器232的負(fù)輸入端。還通過(guò)電阻器224把負(fù)輸入端連到變換器231的輸出端，并且通過(guò)反饋電阻器226連到放大器232的輸出端。還把放大器232的輸出端連到開關(guān)234的第二輸入端，其中通過(guò)電阻器226把開關(guān)的輸出端連到輸入運(yùn)算放大器230的負(fù)輸入端。
開關(guān)234對(duì)在控制端242上的信號(hào)作出響應(yīng)。如圖6A所示，開關(guān)234把它的輸出端連到反饋運(yùn)算放大器232的輸出端，或者在兩個(gè)電阻器221和223之間的分壓器節(jié)點(diǎn)上。連接確定電源電路以電壓模式操作(連到分壓節(jié)點(diǎn))還是以電流模式(連到反饋運(yùn)算放大器232的輸出端)操作。注意，電阻器221的阻值很大(大約15MΩ)，從而當(dāng)電源操作時(shí)，可以容易地反饋在輸出端241上的電壓。
圖6A所示電路可以分成不同操作單元。運(yùn)算放大器230、電阻器226-228和電容器220是混合單元的一部分?；旌蠁卧邮茉谳斎攵?40處的電源在其周圍操作的可控制參考電壓Vref和反饋電源(如下所述)以生成對(duì)于直流-直流變換器231的輸出電壓(Vref和反饋電壓組合)。變換器231(如圖6B中的電壓放大器所示)簡(jiǎn)單地放大來(lái)自運(yùn)算放大器230的電壓。把電壓放大器的輸出端連到輸出端241和電阻器221的一端上。通過(guò)電阻器222把電壓放大器的另一輸出端接地。電阻器221-223可看作反饋單元的一部分，其中反饋單元還具有電阻器224-226和運(yùn)算放大器232。開關(guān)234也是反饋單元的一部分，并連到混合單元的第二輸入端(如前所示)。
在操作期間，混合單元具有運(yùn)算放大器230，它作為加法放大器與電阻226-228相連。作為在運(yùn)算放大器230的反饋環(huán)中的電容器220，運(yùn)算放大器230的電壓是參考電壓Vref和來(lái)自開關(guān)234的反饋電壓之和(或之差)對(duì)時(shí)間求積分所得的電壓。當(dāng)然，電阻226和227的阻值可對(duì)參考電壓Vref和反饋電壓有選擇地加權(quán)。電容器220和放大器230還作為濾波器以從電源中濾去高頻波動(dòng)部分。
附加元件(未圖示)可以調(diào)節(jié)(例如，校正或緩沖)來(lái)自運(yùn)算放大器230的輸出信號(hào)。然而，為了更好的理解本發(fā)明，可以認(rèn)為由直流-直流變換器231接收到的電壓VIN與運(yùn)算放大器230的輸出電壓相同。如圖6B所示，VIN被放大增益因子A倍，而且在輸出端241上生成電壓AVIN。
反饋單元具有由連接在輸出端241和地之間的電阻221和223組成的分壓器電路。在電阻器221和223之間的節(jié)點(diǎn)處的電壓與在輸出端241處的電壓成正比。當(dāng)開關(guān)234響應(yīng)于在控制端242上的信號(hào)選擇電壓反饋模式時(shí)，直接把節(jié)點(diǎn)電壓發(fā)送到混合單元和運(yùn)算放大器230。負(fù)反饋穩(wěn)定在端241處的輸出。例如，如果在端241處的電壓很高，那么反饋電壓很高。反過(guò)來(lái)，這導(dǎo)致運(yùn)算放大器230的輸出電壓下降，從而補(bǔ)償在輸出端241處的高電壓。對(duì)于監(jiān)測(cè)在輸出端241處的電壓，還把節(jié)點(diǎn)連到運(yùn)算放大器251(構(gòu)成簡(jiǎn)單的緩沖器)以把反饋電壓饋送到監(jiān)測(cè)電路(未圖示)。
反饋電源還具有運(yùn)算放大器232和電阻224-226，它們連接起來(lái)構(gòu)成運(yùn)算放大器232作為加法放大器。把到加法放大器232的一個(gè)輸入連到在電阻器221和223之間的節(jié)點(diǎn)。把第二輸入連到在接地的電阻器222和直流-直流變換器231的第二輸出端之間的節(jié)點(diǎn)。加法放大器測(cè)量通過(guò)串聯(lián)的電阻器221和223和變換器231(通過(guò)電阻222和224的全部電流)的電流量之差。實(shí)際上，加法放大器測(cè)量通過(guò)輸出端241傳遞(deliver)的電流量。然后，當(dāng)開關(guān)234設(shè)定在電流反饋模式下時(shí)，把作為加法放大器的運(yùn)算放大器232的輸出送到混合單元并使電源電路穩(wěn)定在通過(guò)電源端241接到微型流體系統(tǒng)的連接極點(diǎn)的電流量附近。
還把加法放大器的輸出連到運(yùn)算放大器250(構(gòu)成簡(jiǎn)單的緩沖器)，以把輸出電壓送到監(jiān)測(cè)電路(未圖示)。根據(jù)運(yùn)算放大器250和251的輸出端，監(jiān)測(cè)電路測(cè)量在輸出端241處的電壓和通過(guò)終端的電流。這還允許監(jiān)測(cè)電路確定和調(diào)整由電源電路提供的功率量。
上述電源作為變量源的能力使得流體流過(guò)微型流體系統(tǒng)的微型溝道的方向因電而改變。如果把所有電極連到一個(gè)或多個(gè)上述電源，那么大大增強(qiáng)微型流體系統(tǒng)的操作，而且流體在系統(tǒng)中的溝道網(wǎng)絡(luò)中的理想流動(dòng)會(huì)變得更加靈活。
盡管作為電流控制系統(tǒng)操作，仍然需要確定在微型流體系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)處的電壓。本發(fā)明還提供用于這種電壓監(jiān)測(cè)的裝置。如圖5A所示，在微型流體系統(tǒng)中，在襯底178靠近所需節(jié)點(diǎn)173的的表面上形成電線160。節(jié)點(diǎn)173位于在每個(gè)末端具有容器169和171的溝道170和溝道172及174的交叉點(diǎn)上。溝道174的終點(diǎn)具有容器175，而圖中未示出溝道172的終點(diǎn)(和容器)。
最好由用于集成電路的導(dǎo)電金屬的沉積物或者合金(最好是貴金屬，諸如，鉻上的黃金或者鈦上的白金)形成電線160。運(yùn)用半導(dǎo)體影印石版術(shù)，可以把電線160的寬度限定在小于1μm。為了防止電分解，在溝道170中的電線160的寬度足夠窄以至于在任何時(shí)候，在溝道170中的電線兩端的電壓應(yīng)小于1V，最好小于0.1V。
在微型流體系統(tǒng)中用到的電壓很高。直接測(cè)量在通過(guò)電線160的溝道節(jié)點(diǎn)173處的電壓的伏特計(jì)必須具有很高的輸入阻抗以能夠測(cè)量這種高壓。這種伏特計(jì)很昂貴。此外，對(duì)微型流體系統(tǒng)的襯底處理增加了污染的可能性。這種污染可能嚴(yán)重影響在微型流體系統(tǒng)的溝道中的電動(dòng)力的適當(dāng)操作所需的電壓(和電場(chǎng))。
為了避免這種問(wèn)題和成本，把電線160連到在襯底178的表面上形成的分壓電路163。由導(dǎo)電輸出線161攜帶分壓電路163的輸出。還由導(dǎo)電線162把電路163連到電壓參考(voltage reference)。
用于標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造技術(shù)，由電阻器165和166連接成如圖5B中詳細(xì)示出的分壓電路163。電線160連到電路163的輸入端，它是線性模式(lihear pattern)的高電阻材料(諸如，不涂料的或者輕輕涂上聚硅酸鹽或礬士)的一端。線性模式的另一端連到也在襯底168上形成的參考電線162，并通向外參考電壓(推定為地)。為了說(shuō)明目的示出，以10比1的比率劃分線160的電壓把線性模式分成電阻器165和電阻器166。電阻器165具有比電阻器166多9倍的圈，即，電阻器165的電阻比電阻器166的電阻大9倍。當(dāng)然，可以采用其它比率，而且一般比率是1000∶1。連接兩個(gè)電阻器165和166的輸出線161通向外連線，以由伏特計(jì)讀取低壓。然后覆蓋薄板保護(hù)電線160-162、分壓電路163和襯底的表面不手污染。
雖然為了說(shuō)明和理解目的，已詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員通過(guò)熟讀本說(shuō)明書可知可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化，而不偏離本發(fā)明的真實(shí)范圍。在所有情況下，在本發(fā)明中引證的所有出版物和專利文件全部作為參考資料在此引入，就象個(gè)別表示每個(gè)出版物或?qū)＠募?br> 權(quán)利要求
1．在一種微型流體系統(tǒng)中，其中所述微型流體系統(tǒng)具有多個(gè)相互連接的毛細(xì)溝道和在所述毛細(xì)溝道的不同節(jié)點(diǎn)處的多個(gè)電極以在所述毛細(xì)溝道中產(chǎn)生電場(chǎng)以使在流體中的材料電動(dòng)流過(guò)所述毛細(xì)溝道，其特征在于，操作所述微型流體系統(tǒng)的方法包括響應(yīng)于所述電極上的電流，對(duì)所述電極施加相對(duì)于系統(tǒng)中其它電極的電壓，使材料在所述電極的溝道來(lái)回移動(dòng)。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述微型流體系統(tǒng)至少具有三個(gè)電極。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述施加電壓的步驟包括控制所述電壓，從而所述電流實(shí)質(zhì)上是恒定的。
4．在一種微型流體系統(tǒng)中，其中所述微型流體系統(tǒng)具有多個(gè)毛細(xì)溝道和在所述毛細(xì)溝道的不同節(jié)點(diǎn)處的多個(gè)電極以在所述毛細(xì)溝道中產(chǎn)生電場(chǎng)以使在流體中的材料電動(dòng)流過(guò)所述毛細(xì)溝道，其特征在于，操作所述微型流體系統(tǒng)的方法包括及時(shí)控制施于所述系統(tǒng)中電極之間的電參數(shù)以使材料在它們之間流動(dòng)。
5．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，控制所述施加的電參數(shù)，從而所述材料同等移動(dòng)，以把所述電參數(shù)恒定施加在所述系統(tǒng)中的所述電極之間。
6．如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過(guò)改變施加電參數(shù)的時(shí)間百分比，控制所述施加。
7．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述電參數(shù)包括電壓。
8．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述電參數(shù)包括電流。
9．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述電參數(shù)包括功率。
10．一種微型流體系統(tǒng)，其特征在于，包括在絕緣襯底中的多個(gè)毛細(xì)溝道；在所述毛細(xì)溝道的不同節(jié)點(diǎn)處的多個(gè)電極以在所述毛細(xì)溝道中產(chǎn)生電場(chǎng)，從而使在流體中的材料電動(dòng)流過(guò)所述毛細(xì)溝道；和在所述襯底上的至少一根導(dǎo)電線，它延伸至毛細(xì)溝道位置，從而可以確定在所述毛細(xì)溝道位置處的電壓。
11．如權(quán)利要求10所述的微型流體系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)電線具有很小的寬度，從而在所述毛細(xì)溝道位置上與所述導(dǎo)電線的交叉點(diǎn)上產(chǎn)生小于1V的電壓。
12．如權(quán)利要求11所述的微型流體系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)電線具有很小的寬度，從而在所述毛細(xì)溝道位置上與所述導(dǎo)電線的交叉點(diǎn)上產(chǎn)生小于0.1V的電壓。
13．如權(quán)利要求10所述的微型流體系統(tǒng)，其特征在于，排列所述導(dǎo)電線，以在所述襯底上形成所述分壓電路，從而從所述導(dǎo)電線接收到的電壓是在所述毛細(xì)溝道位置上的所述電壓的一小部分。
14．如權(quán)利要求10所述的微型流體系統(tǒng)，其特征在于，還包括覆蓋所述襯底的絕緣板，所述導(dǎo)電線延伸至所述襯底的邊緣。
15．一種微型流體系統(tǒng)，其特征在于，包括具有多個(gè)相互連接的毛細(xì)溝道的襯底；在所述毛細(xì)溝道的不同節(jié)點(diǎn)處的多個(gè)電極以在所述毛細(xì)溝道中產(chǎn)生電場(chǎng)，從而使在流體中的材料電動(dòng)流過(guò)所述毛細(xì)溝道；與至少一個(gè)所述電極相連的電源，所述電源還包括具有用于接收可控制參考電壓的第一輸入端、第二輸入端和輸出端的混合單元；連到所述混合單元輸出端的電壓放大器，所述電壓放大器具有第一和第二輸出端，所述第一輸出端與至少一個(gè)所述電極相連；和連到所述電壓放大器的所述第一輸出端的反饋單元，所述反饋單元具有連到所述混合單元的所述第二輸入端的輸出端，從而提供負(fù)反饋以穩(wěn)定所述電源。
16．如權(quán)利要求15所述的微型流體系統(tǒng)，其特征在于，通過(guò)分壓電路把所述反饋單元連到所述第一輸出端。
17．如權(quán)利要求16所述的微型流體系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋單元響應(yīng)于在所述第一輸出端處的電壓，向所述混合單元提供反饋。
18．如權(quán)利要求16所述的微型流體系統(tǒng)，其特征在于，把所述反饋單元連到所述電壓放大器的所述第二輸出端，從而所述反饋單元響應(yīng)于通過(guò)所述第一輸出端來(lái)源或變換的電流量，生成輸出電壓，所述反饋單元響應(yīng)于通過(guò)所述第一輸出端發(fā)出或接收的所述電流量，向所述混合單元提供反饋。
19．如權(quán)利要求18所述的微型流體系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋單元具有加法放大器，所述加法放大器具有連到所述分壓電路的第一輸入端和連到所述電壓放大器的所述第二輸出端的第二輸入端，所述加法放大器響應(yīng)于通過(guò)所述第一輸出端發(fā)出或接收的所述電流量，生成所述輸出電壓。
20．如權(quán)利要求16所述的微型流體系統(tǒng)，其特征在于，把所述放電單元連到所述電壓放大器的所述第二輸出端，所述反饋單元響應(yīng)于在所述第一輸出端處的電壓生成第一反饋電壓，并響應(yīng)于通過(guò)所述第一輸出端發(fā)出或接收到的電流量生成第二反饋電壓，所述反饋單元具有用于響應(yīng)于控制信號(hào)把所述第一或第二反饋電壓通到所述混合單元的開關(guān)，從而通過(guò)電壓和電流反饋有選擇地穩(wěn)定所述電源。
21．如權(quán)利要求20所述的微型流體系統(tǒng)，其特征在于，還包括連到所述反饋單元的第一和第二緩沖器，所述第一緩沖器發(fā)出所述第一反饋電壓，而所述第二緩沖器發(fā)出所述第二反饋電壓，從而可以監(jiān)測(cè)所述第一和第二反饋電壓。
22．如權(quán)利要求15所述的微型流體電源，其特征在于，所述混合單元包括作為加法放大器連接的運(yùn)算放大器。
23．如權(quán)利要求22所述的微型流體電源，其特征在于，所述運(yùn)算放大器還作為積分器連接。
24．一種用于連到微型流體系統(tǒng)的至少一個(gè)電極的電源，其特征在于，包括具有用于接收可控制參考電壓的第一輸入端、第二輸入端和輸出端的混合單元；連到所述混合單元輸出端的電壓放大器，所述電壓放大器具有第一和第二輸出端，所述第一輸出端連到所述至少一個(gè)電極；和連到所述電壓放大器的所述第一和第二輸出端以及所述混合單元的所述第二輸入端的反饋單元，所述反饋單元響應(yīng)于在所述第一輸入端處的電壓生成第一反饋電壓并響應(yīng)于通過(guò)所述第一輸出端發(fā)出或接收的電流量生成第二反饋電壓，所述反饋單元具有用于響應(yīng)于控制信號(hào)使所述第一和第二反饋單元通到所述混合單元的開關(guān)，從而通過(guò)負(fù)反饋有選擇地穩(wěn)定電源的電壓或電流。
25．如權(quán)利要求24所述的電源，其特征在于，通過(guò)分壓電路把所述反饋單元連到所述電壓放大器的所述第一輸出端。
26．如權(quán)利要求24所述的電源，其特征在于，把所述反饋單元連到所述電壓放大器的所述第二輸出端，從而所述反饋單元響應(yīng)于通過(guò)所述第一輸出端發(fā)出或接收的電流量生成輸出電壓。
27．如權(quán)利要求24所述的電源，其特征在于，還包括連到所述反饋單元的第一和第二緩沖器，所述第一緩沖器送出所述第一反饋電壓，而所述第二緩沖器送出所述第二反饋電壓，從而可以監(jiān)測(cè)所述第一和第二反饋電壓。
28．如權(quán)利要求26所述的電源，其特征在于，所述反饋單元具有加法放大器，該所述加法放大器具有連到所述分壓電路的第一輸入端和連到所述電壓放大器的所述第二輸出端的第二輸入端，所述加法放大器響應(yīng)于通過(guò)所述第一輸出端發(fā)出或接收的所述電流量生成所述輸出電壓。
29．如權(quán)利要求24所述的電源，其特征在于，混合單元包括作為加法放大器連接的運(yùn)算放大器。
30．如權(quán)利要求29所述的電源，其特征在于，運(yùn)算放大器進(jìn)一步連接作為積分器。
31．一種微型流體系統(tǒng)，其特征在于，包括具有多個(gè)互相連接的毛細(xì)溝道的襯底；在所述毛細(xì)溝道的不同節(jié)點(diǎn)處的多個(gè)電極以在所述毛細(xì)溝道中產(chǎn)生電場(chǎng)，以使在流體中的材料電動(dòng)流過(guò)所述毛細(xì)溝道；連到每個(gè)所述電極的多個(gè)電源，每個(gè)所述電源能夠有選擇地向所述連接的電極提供作為源或接收端的所選電壓或所選電流量。
32．對(duì)于至少具有一個(gè)溝道的襯底的運(yùn)用，其中通過(guò)響應(yīng)于在所述電極處的電流在與所述溝道相關(guān)的兩個(gè)電極之間施加電壓，電動(dòng)地傳輸目的材料。
33．如權(quán)利要求32所述的運(yùn)用，其特征在于，所述襯底具有多個(gè)相互連接的溝道和相關(guān)的電極，通過(guò)響應(yīng)于在所述電極上的電流把電壓加在預(yù)定電極，沿著加入一個(gè)或多個(gè)所述溝道的預(yù)定通道傳輸目的材料。
34．對(duì)于至少具有一個(gè)溝道的襯底的運(yùn)用，其中通過(guò)對(duì)根據(jù)時(shí)間在與所述溝道相關(guān)的電極之間加電參數(shù)的控制，電動(dòng)傳輸目的材料。
35．如權(quán)利要求34所述的運(yùn)用，其特征在于，所述電參數(shù)包括電壓。
36．如權(quán)利要求34所述的運(yùn)用，其特征在于，所述電參數(shù)包括電流。
37．如權(quán)利要求34所述的運(yùn)用，其特征在于，所述電參數(shù)包括功率。
38．對(duì)于具有多個(gè)溝道和與所述溝道相關(guān)的多個(gè)電極的絕緣襯底的運(yùn)用，在所述電極上施加電壓使得在所述溝道中產(chǎn)生電場(chǎng)，而且在所述襯底上的至少一個(gè)導(dǎo)電線延伸至溝道位置，從而可以確定在所述溝道位置上的電參數(shù)。
39．如權(quán)利要求38所述的運(yùn)用，其特征在于，所述導(dǎo)電線具有很小的寬度，從而在所述溝道位置上與所述導(dǎo)電線的交叉點(diǎn)上產(chǎn)生小于1V的電壓，最好是小于0.1V的電壓。
40．對(duì)于絕緣襯底的運(yùn)用，其特征在于，所述絕緣襯底具有多個(gè)相互連接的毛細(xì)溝道、在所述毛細(xì)溝道不同節(jié)點(diǎn)處的多個(gè)電極以在所述毛細(xì)溝道中產(chǎn)生電場(chǎng)以使在流體中的材料電動(dòng)流過(guò)所述毛細(xì)溝道，連到至少一個(gè)所述電極的電源、所述電源具有用于接收參考電壓的第一輸入端和第二輸入端及輸出端的混合單元；連到所述混合單元輸出端的電壓放大器，所述電壓放大器具有第一和第二輸出端，所述第一輸出端連到所述至少一個(gè)電極；和連到所述電壓放大器的所述第一輸出端的反饋單元，所述反饋單元具有連到所述混合單元的所述第二輸入端的輸出端，從而提供負(fù)反饋以穩(wěn)定所述電源。
41．如權(quán)利要求40所述的運(yùn)用，其特征在于，所述反饋單元還連到所述電壓放大器的所述第二輸出端，所述反饋單元響應(yīng)于在所述第一輸出端處的電壓生成第一反饋電壓，而響應(yīng)于通過(guò)所述第一輸出端發(fā)出或接收的電流量生成第二反饋電壓，所述反饋電壓具有用于響應(yīng)于控制信號(hào)把所述第一或第二反饋電壓通到所述混合單元的開關(guān)，從而通過(guò)電壓或電流反饋有選擇地穩(wěn)定所述電源。
42．對(duì)于連到微型流體系統(tǒng)的至少一個(gè)電極的電源的運(yùn)用，其特征在于，所述電源具有包括用于接收參考電壓的第一輸入端和第二輸入端及輸出端的混合單元；連到所述混合單元輸出端的電壓放大器，所述電壓放大器具有第一和第二輸出端，所述第一輸出端連到所述至少一個(gè)電極；和所述反饋單元連到所述電壓放大器的所述第一和第二輸出端和所述混合單元的所述第二輸入端，所述反饋單元響應(yīng)于在所述第一輸出端處的電壓生成第一反饋電壓，和響應(yīng)于通過(guò)所述第一輸出端發(fā)出或接收的電流量生成第二反饋電壓，所述反饋電壓具有用于響應(yīng)于控制信號(hào)使所述第一或第二反饋電壓通到所述混合單元的開關(guān)，從而通過(guò)負(fù)反饋有選擇地穩(wěn)定所述電源的電壓或電流。
43．對(duì)于微型流體系統(tǒng)的運(yùn)用，其特征在于，襯底具有多個(gè)相互連接的毛細(xì)溝道，在所述毛細(xì)溝道的不同節(jié)點(diǎn)處的多個(gè)電極以在所述毛細(xì)溝道中產(chǎn)生電場(chǎng)以使在流體中的材料電動(dòng)流過(guò)所述毛細(xì)溝道，而且連到每個(gè)所述電極的多個(gè)電源，每個(gè)所述電源能夠有選擇地提供所選電壓和所選電流量作為所述連接的電極的源或接收端。
44．一種微型流體系統(tǒng)，其特征在于，它包括具有其中電動(dòng)傳輸目的材料的至少一個(gè)溝道的襯底、用于測(cè)量電流的裝置和用于響應(yīng)于在所述電極處的所述電流在與所述溝道相關(guān)的兩個(gè)電極之間施加電壓的裝置。
45．如權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述襯底具有多個(gè)相互連接的溝道和相關(guān)電極，通過(guò)響應(yīng)于在所述電極處的電流把電壓施加在預(yù)定電極上，沿著加入一個(gè)或多個(gè)所述溝道的預(yù)定通道傳輸目的材料。
46．一種微型流體系統(tǒng)，其特征在于，它包括具有其中電動(dòng)傳輸目的材料的至少一個(gè)溝道的襯底和用于控制根據(jù)時(shí)間在與所述溝道相關(guān)的電極之間施加電參數(shù)的裝置。
47．如權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電參數(shù)包括電壓。
48．如權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電參數(shù)包括電壓。
49．如權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電參數(shù)包括電壓。
50．一種微型流體系統(tǒng)，其特征在于，包括具有多個(gè)溝道和與所述溝道相關(guān)的電極的襯底、用于把電壓加在所述電極上以在所述溝道中生成電場(chǎng)的裝置和在所述襯底上延伸至溝道位置以確定在所述溝道位置上的電參數(shù)的至少一個(gè)導(dǎo)電線。
51．如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)電線具有很小的寬度，從而在所述溝道位置上與所述導(dǎo)電線的交叉點(diǎn)上產(chǎn)生小于1V的電壓，最好是小于0.1V的電壓。
全文摘要
在運(yùn)用電動(dòng)力的微型流體系統(tǒng)(由在圖中的元件178和其上的元件部分示出)中,本發(fā)明運(yùn)用電流或電參數(shù),而不是電壓,來(lái)控制流體流過(guò)系統(tǒng)的溝道。時(shí)間多路復(fù)用電源(200和202)還通過(guò)改變?cè)谶B到微型流體系統(tǒng)的流體容器的電極上的電壓,通過(guò)改變期間把電壓施加在電極上的工作循環(huán)或者兩者組合,還對(duì)流體流動(dòng)進(jìn)行進(jìn)一步控制。還可以把時(shí)間多路復(fù)用電源連到多個(gè)電極上以減小成本。
文檔編號(hào)G01N37/00GK1224498SQ97196100
公開日1999年7月28日 申請(qǐng)日期1997年7月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月3日
發(fā)明者卡爾文·Y·H·喬, J·華萊士·帕斯 申請(qǐng)人:卡鉗技術(shù)有限公司