專利名稱：控制液體在微管路中連續(xù)流動(dòng)的流路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流路結(jié)構(gòu)，特別是關(guān)于一種控制液體在微管路中連續(xù)流動(dòng)的流路結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，全世界都在積極研發(fā)被稱之為“微型全分析系統(tǒng)”或者“芯片實(shí)驗(yàn)室”的縮微集成化的分析設(shè)備。這些設(shè)備主要用于對(duì)微量的液體樣品進(jìn)行各種自動(dòng)化的操作，包括將多種分離的樣品分別引入系統(tǒng)，然后讓它們接觸并產(chǎn)生預(yù)期的相互作用，直到最后對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)分析并轉(zhuǎn)換為人們可以理解的各種信號(hào)。
在微型化的系統(tǒng)里，讓分別流動(dòng)的液體樣品相互融合是讓它們產(chǎn)生相互作用的必要條件，融合的一般形式為將它們從各自的管道里驅(qū)動(dòng)到一個(gè)匯合區(qū)域，以形成一個(gè)共同的下游流動(dòng)。在實(shí)際情況中，由于它們的流阻或者驅(qū)動(dòng)力不能做到完全匹配，往往是其中的一股液體比另一股稍早一點(diǎn)到達(dá)管道匯合處，這樣就導(dǎo)致被夾在這兩股液體中間的空氣被攜帶進(jìn)下游的流動(dòng)中，造成下游流動(dòng)的不連續(xù)性。這對(duì)許多下游功能的實(shí)現(xiàn)會(huì)產(chǎn)生不利的影響，因?yàn)橥ǔＯＭ贿M(jìn)一步處理的液體混合物是一連續(xù)的液相介質(zhì)而不摻雜有空氣相在里面。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們?cè)O(shè)計(jì)了一種疏水性通氣孔的結(jié)構(gòu)。通氣孔設(shè)在緊鄰匯合區(qū)域的上游位置，可以開在其中任何一條液體管道上，也可以在兩條液體管道上各開一個(gè)，直接和大氣相連。通氣孔的內(nèi)表面作了疏水性處理，這樣在液體流向匯合區(qū)域的過(guò)程中，管道內(nèi)的氣體可以從通氣孔自由排出。這種原理真正實(shí)現(xiàn)起來(lái)，還需要能夠及時(shí)將通氣孔關(guān)閉，否則，在許多利用氣體壓力作為液體驅(qū)動(dòng)力的情況下，一旦液體完全流過(guò)通氣孔，通氣孔便成為了漏氣孔，液體就無(wú)法被繼續(xù)驅(qū)動(dòng)了。因此，一般來(lái)說(shuō)，疏水性通氣孔的結(jié)構(gòu)還必須結(jié)合一個(gè)反饋控制系統(tǒng)才能使用。
另一條途徑則是利用所謂的被動(dòng)閥效應(yīng)，從一開始就避免在管道內(nèi)形成氣泡。被動(dòng)閥效應(yīng)一般是通過(guò)將微細(xì)管道與匯合區(qū)域連接處的末端尺寸縮小，使得流至該處的液體必須克服一個(gè)反向的表面張力，才能進(jìn)入?yún)R合區(qū)域之內(nèi)而獲得。如果能夠利用這種效應(yīng)將第一種液體暫時(shí)性地停留在管道匯合區(qū)域之外，然后讓第二種液體流進(jìn)匯合區(qū)域，那么兩者的液頭就能夠完美的融合。但是，這種被動(dòng)閥效應(yīng)是有一定閾值的，液體的驅(qū)動(dòng)壓力不能超過(guò)該閾值。為了做到這一點(diǎn)，第一種液體的驅(qū)動(dòng)力必須及時(shí)的撤除或者被重新分配，這個(gè)動(dòng)作通常可以通過(guò)一個(gè)對(duì)液體流動(dòng)的反饋控制來(lái)實(shí)現(xiàn)；另外，當(dāng)管道匯合區(qū)域完全潤(rùn)濕后，該結(jié)構(gòu)的被動(dòng)閥效應(yīng)基本消失，而要使兩股液體的液尾也能夠很好地實(shí)現(xiàn)融合，就必須至少為每一路液體配備一個(gè)傳感器用于實(shí)時(shí)地檢測(cè)它們的位置，并反饋到控制系統(tǒng)以采取相應(yīng)的動(dòng)作。因此，一個(gè)類似于疏水性通氣孔設(shè)計(jì)方案的反饋控制仍然是必需的，但是利用被動(dòng)閥原理的優(yōu)勢(shì)是省卻了真正的閥的使用，以及對(duì)表面的改性處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種控制液體在微管路中連續(xù)流動(dòng)的流路結(jié)構(gòu)，采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)不需要對(duì)管道表面做任何改性處理，也無(wú)需內(nèi)置閥或外置閥，更無(wú)需對(duì)微細(xì)管道的尺寸做任何改動(dòng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種控制液體在微管路中連續(xù)流動(dòng)的流路結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括兩微管道，所述兩微管道匯合于一處，形成一下游微管道，且其中一所述微管道連接一旁通微管道，所述旁通管道另一端與所述下游微管道匯合于一處，形成一共同下游微管道，所述旁通微管道的長(zhǎng)度大于其進(jìn)口至所述兩微管道匯合處的距離。
所述一微管道作為主微管道，其與所述下游微管道和共同下游微管道連通為一條直管道，另一微管道作為輔微管道，所述旁通微管道的進(jìn)口設(shè)置在靠近所述主、輔微管道匯合處的所述輔微管道上。
所述兩微管道對(duì)稱平行設(shè)置，所述旁通微管道和下游微管道分別與所述兩微管道中的一條連通為一條直管道，所述兩微管道的第一匯合處為一連通二者的支微管道，該支微管道的長(zhǎng)度小于所述旁通微管道和下游微管道的長(zhǎng)度，另一連接所述旁通微管道和下游微管道的出口的支微管道的中點(diǎn)連接所述共同下游微管道。
所述兩微管道對(duì)稱傾斜設(shè)置，所述旁通微管道和下游微管道分別與所述兩微管道中的一條連通為一條直管道，所述兩微管道的第一匯合處為一連通二者的支微管道，該支微管道的長(zhǎng)度小于所述旁通微管道和下游微管道的長(zhǎng)度，所述旁通管道微和下游微管道匯合一處形成所述共同下游微管道。
在所述主、輔微管道的匯合處，靠近所述輔微管道的出口一側(cè)設(shè)置一傳感器。
在所述主、輔微管道的匯合處的兩側(cè)分別設(shè)置一傳感器。
所述匯合處輔微管道一側(cè)的傳感器設(shè)置在所述旁通微管道進(jìn)口上游的輔微管道上。
所述匯合處輔微管道一側(cè)的傳感器設(shè)置在所述旁通微管道上，所述傳感器的位置到所述旁通微管道進(jìn)口的距離大于所述旁通微管道進(jìn)口到主、輔微管道匯合處的距離。
與所述輔微管道一側(cè)傳感器相對(duì)的另一傳感器設(shè)置在所述主微管道上。
與所述輔微管道一側(cè)傳感器相對(duì)的另一傳感器設(shè)置在所述下游微管道上，且所述傳感器到主、輔微管道匯合處的距離大于所述旁通微管道進(jìn)口到主、輔微管道匯合處的距離。
在所述兩微管道第一匯合處的上游分別設(shè)置一傳感器。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明利用的是至少一個(gè)管道壁面在管道相交處突然斷開或折向引起的被動(dòng)閥效應(yīng)，通過(guò)設(shè)置旁通微管道，并結(jié)合對(duì)液體在微管道中的位置進(jìn)行檢測(cè)的流動(dòng)反饋控制方式，使原本十分微弱的被動(dòng)閥效應(yīng)變得足以有效，從而實(shí)現(xiàn)融合分別流動(dòng)的液體樣品而不產(chǎn)生氣泡的發(fā)明目的。2、本發(fā)明提供了多種對(duì)稱和非對(duì)稱形式的雙匯合流路，特別是對(duì)稱形式的雙匯合流路，可以實(shí)現(xiàn)任何一股液體可以以任何時(shí)間上的順序到達(dá)和離開匯合區(qū)域，因此給實(shí)際操作帶來(lái)了最大的靈活性。3、本發(fā)明同時(shí)提供了多種設(shè)置一個(gè)和兩個(gè)傳感器的設(shè)置方式，特別的考慮了實(shí)際操作中的冗余度，而設(shè)置的兩個(gè)傳感器的設(shè)置方式，使得被動(dòng)閥的效應(yīng)更加可靠，降低了傳感器安裝位置的準(zhǔn)確性和靈敏度要求，使本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)變得更加容易。4、本發(fā)明所利用的被動(dòng)閥效應(yīng)和實(shí)現(xiàn)方式，無(wú)需對(duì)微細(xì)管道的尺寸做出任何改動(dòng)和表面處理，只需加工出尺寸各處一樣的微管道網(wǎng)絡(luò)，因此最大限度地降低了微加工的復(fù)雜性和難度。本發(fā)明可以廣泛用于各種微管道的控制流動(dòng)中。


圖1～7是本發(fā)明結(jié)構(gòu)和實(shí)施過(guò)程示意8～14是本發(fā)明另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和實(shí)施過(guò)程示意15～16是兩種對(duì)稱形式的雙匯合流路示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
實(shí)施例一如圖1所示，本發(fā)明的流路結(jié)構(gòu)包括一主微管道1和一輔微管道2，主微管道1與輔微管道2在a點(diǎn)匯合，形成一下游微管道3。在輔微管道2上接近匯合處a，分岔形成一旁通微管道4，旁通微管道4的長(zhǎng)度大于輔微管道2分岔處到匯合處a的距離。旁通微管道4的另一端與下游微管道3在b點(diǎn)匯合，形成一共同下游微管道5。在主、輔微管道1、2的進(jìn)口端分別設(shè)置有提供驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置可以是專門為本發(fā)明設(shè)置的，也可以是系統(tǒng)中其它驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力。在匯合處a靠近輔微管道2出口一端可以設(shè)置一反饋電路的傳感器6，用于監(jiān)控液體的流入和流出，并實(shí)現(xiàn)液體流動(dòng)的自動(dòng)控制。
上述流路結(jié)構(gòu)的制作可以采用通常制作芯片的方法，先在基片上制作出形成各微管道的凹槽，然后通過(guò)基片-玻璃或塑料蓋片的鍵合形成完整的各微管道。液體通過(guò)上述流路結(jié)構(gòu)的過(guò)程可以通過(guò)肉眼觀察和手動(dòng)切換的方式控制。傳感器6的設(shè)置是為了自動(dòng)控制液體的合并過(guò)程，傳感器6可以采用各種現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品，比如采用紅外傳感器，將一發(fā)射器和一接收器，分別設(shè)置在芯片的基片和玻璃或塑料蓋片的微管道上下。當(dāng)有液體通過(guò)時(shí)可以接收并傳輸信號(hào)，與傳感器6連接的反饋控制系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相同，不再贅述。
本實(shí)施例工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)第一股液體進(jìn)入輔微管道2，并到達(dá)與主微管道1的匯合處a，由于液體表面張力產(chǎn)生的被動(dòng)閥效應(yīng)，會(huì)使第一股液體在此發(fā)生短暫停留，而沿旁通微管道4繼續(xù)前進(jìn)。液體到達(dá)匯合處a的時(shí)刻，傳感器6會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反饋信號(hào)使得控制系統(tǒng)關(guān)閉第一股液體的驅(qū)動(dòng)力，這樣液體最終也會(huì)在旁通微管道4中停住。在此過(guò)程中，匯合處a僅僅承受液體在輔微管道2分岔處至匯合處a之間液體的微小壓力，而不承受在輔微管道2中整個(gè)液體上游遠(yuǎn)端的驅(qū)動(dòng)壓力。液體具體在旁通微管道4的什么位置最終停住，并不重要，只要該位置在匯合處b之前即可，這樣當(dāng)?shù)谝还梢后w完全停住時(shí)，這兩個(gè)匯合處都將不承受任何壓力。顯然，旁通微管道4的長(zhǎng)度必須至少大于輔微管道2分岔處至匯合處a的距離，并根據(jù)反饋系統(tǒng)的實(shí)際工作性能適當(dāng)延長(zhǎng)，才能確保進(jìn)入旁通管道4的第一股液體在到達(dá)匯合處b之前完全停住。
如圖2所示，第二股液體流經(jīng)匯合處a，并與第一股液體完成第一次融合，這一時(shí)刻也可以通過(guò)匯合處a的傳感器6檢測(cè)到。在完成第一次融合后，可以選擇驅(qū)動(dòng)其中任意一股液體或同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩股液體，液體都會(huì)在下游管道3和旁通管道4中任一管道中流動(dòng)，因?yàn)楸粍?dòng)閥效應(yīng)在匯合處a被完全浸潤(rùn)后已經(jīng)消失。下游微管道3和旁通微管道4中任何一股液體先到達(dá)匯合處b時(shí)，都會(huì)自動(dòng)暫停(如圖3所示)，待另一管道液體浸潤(rùn)匯合處b后，自動(dòng)完成在匯合處b的第二次的合并(如圖4所示)。在匯合處于b的自動(dòng)融合是因?yàn)樵谙嗤硥旱那闆r下，被動(dòng)閥的作用會(huì)使先到的液體暫停，而自動(dòng)在阻力較小的管道中繼續(xù)前進(jìn)。當(dāng)?shù)诙魏喜⑦^(guò)程完成后，匯合處b的被動(dòng)閥效應(yīng)也消失了，液體可自由通過(guò)共同下游微管道5。所以，這種微流路結(jié)構(gòu)前后兩次利用了管道相交導(dǎo)致的至少一個(gè)管道壁面突然中斷或折向而產(chǎn)生的被動(dòng)閥效應(yīng)。
上述在完成第一次融合后，至少可以選擇三種不同的方式驅(qū)動(dòng)兩股液體(1)如果希望得到一個(gè)并流(就像在基于擴(kuò)散的分析設(shè)備里看到的那樣)，這兩股液體應(yīng)該被同時(shí)驅(qū)動(dòng)。
(2)如果希望得到一個(gè)混合均勻的下游，那么其中一個(gè)方法是以分時(shí)或時(shí)間脈動(dòng)的方式驅(qū)動(dòng)兩液體，也就是說(shuō)，兩股液體被交替以短促的時(shí)間脈沖形式驅(qū)動(dòng)，或者被連續(xù)驅(qū)動(dòng)但相位相反。
(3)如果希望得到一個(gè)前后流，即一股液體正好全部緊跟在另一股的后面，先將其中一股液體驅(qū)動(dòng)至下游管道3，直到其液尾到達(dá)匯合處a，然后再驅(qū)動(dòng)另一股液體。
對(duì)于并肩流和混合流，理想情況當(dāng)然是希望兩股液體同時(shí)在匯合區(qū)域收尾，這樣就不會(huì)在下游融合的流動(dòng)中產(chǎn)生氣泡或氣體分段。但實(shí)際很難做到，這需要兩股流動(dòng)在液體量、流阻以及各自的驅(qū)動(dòng)力完全匹配的情況下才有可能實(shí)現(xiàn)，實(shí)際情況往往是其中一股的液尾先于另一股的液尾到達(dá)匯合區(qū)域。對(duì)于前后流，一定是其中一股液體的全部先于另一股的全部在匯合區(qū)域收尾，這樣才能形成前后流。
如圖5所示，假設(shè)第二股液體的液尾首先到達(dá)匯合處a，傳感器6檢測(cè)到該時(shí)刻，并產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)讓控制系統(tǒng)關(guān)斷第二股液體的驅(qū)動(dòng)力。但根據(jù)前面提及的反饋控制系統(tǒng)的實(shí)際特性，此時(shí)第二股液體的液尾會(huì)越過(guò)a點(diǎn)，在下游微管道3中的某處停住。同時(shí)，第二股液體液尾的空氣也會(huì)部分進(jìn)入輔微管道2，只要在第二股液體的驅(qū)動(dòng)力被關(guān)斷的同時(shí)立刻啟動(dòng)第一股液體的驅(qū)動(dòng)力(這種情況對(duì)應(yīng)的是兩股液體被交替切換地驅(qū)動(dòng)以達(dá)到形成一個(gè)下游的混合流動(dòng)的目的)，或者第一股液體的驅(qū)動(dòng)力在第二股液體的液尾到達(dá)匯合處a時(shí)已經(jīng)處于啟動(dòng)的狀態(tài)(這種情況對(duì)應(yīng)的是兩股液體被同時(shí)驅(qū)動(dòng)以達(dá)到形成一個(gè)下游的并肩流動(dòng)的目的)，那么，第二股液體液尾的空氣就不會(huì)深入到旁通微管道4的進(jìn)口，這樣就能保證還未流完的第一股液體通過(guò)旁通微管道4與已經(jīng)進(jìn)入到下游微管道3中的液體保持連續(xù)，而不被氣泡分段。
如圖6所示，此時(shí)匯合處a雖然已被潤(rùn)濕，但它產(chǎn)生的被動(dòng)閥效應(yīng)仍然超過(guò)了旁通微管道4兩端因流動(dòng)產(chǎn)生的壓力差，因此在輔微管道2分岔處至匯合處a這段管道內(nèi)殘留的一小段液體不會(huì)被推出，下游微管道3中的部分氣體也就不會(huì)被推入共同下游微管道5中去，剩余的第一股液體將沿著旁通微管道4全部進(jìn)入共同下游微管道5。這樣就保證了下游融合液體的連續(xù)性，而不會(huì)摻雜氣泡或氣體段。
如圖7所示，當(dāng)這兩股液體全部都離開了雙匯合流路結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)有另一段液體殘留在兩個(gè)匯合處a、b之間的下游微管道3內(nèi)，這是第二股液體的液尾在越過(guò)匯合處a而又未到達(dá)匯合處b的步驟中(如圖5所示)形成的液體段，該液體段在其后的步驟中(如圖6所示)，未能被推出下游微管道3。通過(guò)微管路長(zhǎng)度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以使殘留液體的體積小到可以忽略不計(jì)。
在上述非對(duì)稱的流路中可以看出最好是第二股液體的液尾首先到達(dá)匯合處a，這是因?yàn)槿绻堑谝还梢后w的液尾首先到達(dá)匯合處a，那么其后的空氣會(huì)很容易進(jìn)入到下游微管道3中形成一段氣泡，將剩余在主微管道1中的第二股液體與下游的融合液體分開成兩段，在這種情況下，為了保證這段氣泡不被推入到共同下游微管道5中去，就只能放棄對(duì)剩余在主微管道1中的第二股液體的驅(qū)動(dòng)，而只能啟動(dòng)輔微管道2的流動(dòng)完成隨后的過(guò)程，因此，會(huì)有較大的液體浪費(fèi)。對(duì)這種情況的改進(jìn)可以通過(guò)將單傳感器設(shè)置改為雙傳感器設(shè)置的方式而達(dá)到。
實(shí)施例二如圖8～14所示，對(duì)于非對(duì)稱的雙匯合流路可以通過(guò)設(shè)置兩個(gè)傳感器的方式達(dá)到無(wú)需區(qū)分液體順序的目的。比如在靠近匯合處a的主微管道1的上游設(shè)置一傳感器7，在靠近輔管道2分岔處的上游設(shè)置另一傳感器8。如圖8所示，假設(shè)第一股液體沿輔微管道2流向雙匯合結(jié)構(gòu)，那么當(dāng)傳感器8檢測(cè)到其液頭時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)液體流過(guò)分岔處，直到其先后在匯合處a和旁通微管道4中的某處停住(如圖9所示)。然后驅(qū)動(dòng)主微管道1中的第二股液體，當(dāng)傳感器7檢測(cè)到其液頭時(shí)，也通過(guò)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)液體流過(guò)匯合處a，完成第一次融合(如圖10所示)。在匯合處b的第二次融合和前面描述的單傳感器設(shè)置的情形一樣，將自動(dòng)完成，無(wú)需反饋控制(如圖11所示)。假設(shè)相反，第一股液體沿主微管道1流向雙匯合結(jié)構(gòu)，那么當(dāng)傳感器7檢測(cè)到其液頭時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)液體流過(guò)匯合處a，直到其先后在輔微管道2的分岔處和下游微管道3中的某處停住(輔微管道2的分岔處由于有一側(cè)的管壁發(fā)生突然的折向也會(huì)產(chǎn)生一定的被動(dòng)閥效應(yīng))。然后驅(qū)動(dòng)輔微管道2中的第二股液體，當(dāng)傳感器8檢測(cè)到其液頭時(shí)，也通過(guò)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)液體流過(guò)輔微管道2的分岔處進(jìn)入旁通微管道4完成第一次融合。在匯合處b的第二次融合也將自動(dòng)完成。由此可見(jiàn)，匯合處a和輔微管道2分岔處的作用正好互換了。
液體收尾時(shí)，假設(shè)第一股液體的液尾在輔微管道2中觸發(fā)了傳感器8，那么其驅(qū)動(dòng)將被關(guān)斷，通過(guò)優(yōu)化傳感器8與分岔處之間的距離，可以保證液尾停止在分岔處的上游一側(cè)(如圖12所示)。然后驅(qū)動(dòng)主微管道1內(nèi)的第二股液體，當(dāng)其液尾通過(guò)相匯處a后，液尾被分成兩個(gè)，分別通過(guò)下游微管道3和旁通微管道4同時(shí)流向匯合處b。當(dāng)其中一個(gè)液尾掃過(guò)輔微管道2的分岔處時(shí)，分岔處上游一側(cè)的少許第一股液體會(huì)殘留下來(lái)(如圖13所示)。通過(guò)優(yōu)化傳感器2與分岔處之間的距離，可以將該處殘留減少到最小。理想情況下，第二股液體的這兩個(gè)液尾同時(shí)到達(dá)匯合處b，重新融合為一個(gè)液尾，并進(jìn)入共同下游微管道5中，這樣，第二股液體沒(méi)有任何殘留。但一般情況下，其中一個(gè)液尾會(huì)先于另一個(gè)到達(dá)匯合處b。假設(shè)沿下游微管道3這條路徑的液尾先到達(dá)匯合處b，那么匯合處a與匯合處b馬上處于同一個(gè)氣壓，這樣旁通微管道4內(nèi)還未流完的第二股液體就立刻失去了驅(qū)動(dòng)力而停止流動(dòng)，殘留在旁通微管道4內(nèi)(如圖14所示)，這樣共同下游微管道5中就形成了一個(gè)不含有氣泡或氣體段的融合液體。如果是沿旁通微管道4這條路徑的液尾先到達(dá)匯合處b，那么只是第二股液體的殘留將在下游微管道3中形成，其他情況完全一樣。
實(shí)施例三如圖15所示，本實(shí)施例給出了一種對(duì)稱形式的雙匯合流路，該雙匯合流路包括兩對(duì)稱平行設(shè)置的微管道9、10，兩微管道9、10的中部連接一支微管道11，形成第一匯合處a，兩微管道9、10的下游通過(guò)另一支微管道12形成第二匯合處b，共同下游管道5連接在支微管道12中心部位，在第一匯合處a兩微管道的上游分別設(shè)置一傳感器7、8。此實(shí)施例中，在匯合處a下游的兩微管道9、10，從工作原理上講，相當(dāng)于一下游微管道和一旁通微管道，由于是對(duì)稱設(shè)置，因此是互為下游微管道和旁通微管道。
這種對(duì)稱的流路安排不再區(qū)分第一股和第二股液體，只要其中任意一股流體從一微管道9(假設(shè)是微管道9)首先并經(jīng)過(guò)傳感器7進(jìn)入支微管道11，反饋電路就可以停止該股流體的驅(qū)動(dòng)，冗余度使該股液體停留在支微管道11與另一微管道10的匯合處a，使另一微管道10流入的液體與其完成匯合處a的第一次融合，接下來(lái)自動(dòng)完成在匯合處b的第二次匯合。同理，當(dāng)其中一股流體的液尾從微管道10(假設(shè)是微管道10)流過(guò)傳感器8時(shí)，也可以自動(dòng)啟動(dòng)另一股液體完成液尾的融合。由此可見(jiàn)，這種對(duì)稱形式的雙匯合流路可以實(shí)現(xiàn)任何一股液體以任何時(shí)間順序到達(dá)和離開第一個(gè)匯合處，因此給實(shí)際操作帶來(lái)了最大的靈活性。
實(shí)施例四如圖16所示，本實(shí)施例給出了另一種對(duì)稱形式的雙匯合流路，該雙匯合流路包括兩對(duì)稱傾斜設(shè)置的微管道9、10，兩微管道9、10的中部連接一支微管道11，形成第一匯合處a，兩微管道9、10的下游匯合成第二匯合處b，在第一匯合處a兩微管道的上游分別設(shè)置一傳感器7、8。此實(shí)施例的工作原理與實(shí)施例三類似，不再贅述。
上述各實(shí)施例中，當(dāng)融合的目的是為了形成前后流的時(shí)候，那么兩股液體進(jìn)入和離開雙匯合流路的順序就已經(jīng)固定了。在這種情況下，雙傳感器7、8的設(shè)置還有其它變化形式。比如如圖8～14所示，假設(shè)希望第一股液體沿主微管道1進(jìn)入雙匯合流路后，全部先進(jìn)入共同下游微管道5中，然后全部的第二股液體沿輔微管道2緊接著也進(jìn)入到共同下游微管道5中，在它們之間不能有氣泡或氣體分段。那么傳感器7可以在匯合處a附近一段范圍內(nèi)任意設(shè)置，其上限位于靠近匯合處a的主微管道1的上游某處，其下限在下游微管道3中某位置，只要該位置到匯合處a的距離小于輔微管道2分岔處至匯合處a的距離即可，傳感器7只用來(lái)探測(cè)第一股液體的液尾。傳感器8可以設(shè)置在靠近輔管道2分岔處的上游某處，或設(shè)置在輔微管道2的末端，還可以設(shè)置在旁通微管道4上某位置，只要該位置與輔微管道2分岔處的距離大于輔微管道2分岔處至匯合處a的距離即可。傳感器8只用來(lái)探測(cè)第二股液體的液頭。具體過(guò)程如下先驅(qū)動(dòng)第二股液體沿輔微管道2流動(dòng)，對(duì)于傳感器8設(shè)置在靠近輔管道2分岔處的上游某處這種方案，需要利用前面提及的延時(shí)處理，以保證第二股液體到達(dá)并停止在匯合處a點(diǎn)，對(duì)于另外兩種傳感器8的設(shè)置方案，則無(wú)需延時(shí)處理，只要傳感器8探測(cè)到第二股液體的液頭，就立刻關(guān)斷其驅(qū)動(dòng)力；然后持續(xù)驅(qū)動(dòng)主微管道1中的第一股液體，在a點(diǎn)和b點(diǎn)的兩次融合將自動(dòng)完成。一旦傳感器7探測(cè)到第一股液體的液尾時(shí)，立刻關(guān)斷其驅(qū)動(dòng)力，然后驅(qū)動(dòng)全部剩余的第一股液體流到共同下游微管道5中，就完成了前后流的融合。根據(jù)傳感器8的設(shè)置位置，第一股液體的收尾過(guò)程分別與實(shí)施例一和實(shí)施例二中所描述的收尾過(guò)程相同，在此不再贅述。
權(quán)利要求
1.一種控制液體在微管路中連續(xù)流動(dòng)的流路結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括兩微管道，所述兩微管道匯合于一處，形成一下游微管道，且其中一所述微管道連接一旁通微管道，所述旁通管道另一端與所述下游微管道匯合于一處，形成一共同下游微管道，所述旁通微管道的長(zhǎng)度大于其進(jìn)口至所述兩微管道匯合處的距離。
2.如權(quán)利要求1所述的控制液體在微管路中連續(xù)流動(dòng)的流路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述一微管道作為主微管道，其與所述下游微管道和共同下游微管道連通為一條直管道，另一微管道作為輔微管道，所述旁通微管道的進(jìn)口設(shè)置在靠近所述主、輔微管道匯合處的所述輔微管道上。
3.如權(quán)利要求1所述的控制液體在微管路中連續(xù)流動(dòng)的流路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述兩微管道對(duì)稱平行設(shè)置，所述旁通微管道和下游微管道分別與所述兩微管道中的一條連通為一條直管道，所述兩微管道的第一匯合處為一連通二者的支微管道，該支微管道的長(zhǎng)度小于所述旁通微管道和下游微管道的長(zhǎng)度，另一連接所述旁通微管道和下游微管道的出口的支微管道的中點(diǎn)連接所述共同下游微管道。
4.如權(quán)利要求1所述的控制液體在微管路中連續(xù)流動(dòng)的流路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述兩微管道對(duì)稱傾斜設(shè)置，所述旁通微管道和下游微管道分別與所述兩微管道中的一條連通為一條直管道，所述兩微管道的第一匯合處為一連通二者的支微管道，該支微管道的長(zhǎng)度小于所述旁通微管道和下游微管道的長(zhǎng)度，所述旁通管道微和下游微管道匯合一處形成所述共同下游微管道。
5.如權(quán)利要求2所述的控制液體在微管路中連續(xù)流動(dòng)的流路結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述主、輔微管道的匯合處，靠近所述輔微管道的出口一側(cè)設(shè)置一傳感器。
6.如權(quán)利要求2所述的控制液體在微管路中連續(xù)流動(dòng)的流路結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述主、輔微管道的匯合處的兩側(cè)分別設(shè)置一傳感器。
7.如權(quán)利要求6所述的控制液體在微管路中連續(xù)流動(dòng)的流路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述匯合處輔微管道一側(cè)的傳感器設(shè)置在所述旁通微管道進(jìn)口上游的輔微管道上。
8.如權(quán)利要求6所述的控制液體在微管路中連續(xù)流動(dòng)的流路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述匯合處輔微管道一側(cè)的傳感器設(shè)置在所述旁通微管道上，所述傳感器的位置到所述旁通微管道進(jìn)口的距離大于所述旁通微管道進(jìn)口到主、輔微管道匯合處的距離。
9.如權(quán)利要求7或8所述的控制液體在微管路中連續(xù)流動(dòng)的流路結(jié)構(gòu)，其特征在于與所述輔微管道一側(cè)傳感器相對(duì)的另一傳感器設(shè)置在所述主微管道上。
10.如權(quán)利要求7或8所述的控制液體在微管路中連續(xù)流動(dòng)的流路結(jié)構(gòu)，其特征在于與所述輔微管道一側(cè)傳感器相對(duì)的另一傳感器設(shè)置在所述下游微管道上，且所述傳感器到主、輔微管道匯合處的距離大于所述旁通微管道進(jìn)口到主、輔微管道匯合處的距離。
11.如權(quán)利要求3或4所述的控制液體在微管路中連續(xù)流動(dòng)的流路結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述兩微管道第一匯合處的上游分別設(shè)置一傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制液體在微管路中連續(xù)流動(dòng)的流路結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括兩微管道，所述兩微管道匯合于一處，形成一下游微管道，且其中一所述微管道連接一旁通微管道，所述旁通管道另一端與所述下游微管道匯合于一處，形成一共同下游微管道，所述旁通微管道的長(zhǎng)度大于其進(jìn)口至所述兩微管道匯合處的距離。本發(fā)明通過(guò)設(shè)置旁通微管道，使原本十分微弱的被動(dòng)閥效應(yīng)變得足以有效，從而實(shí)現(xiàn)融合分別流動(dòng)的液體樣品而不產(chǎn)生氣泡的發(fā)明目的。本發(fā)明無(wú)需對(duì)微細(xì)管道的尺寸做出任何改動(dòng)和表面處理，只需加工出尺寸各處一樣的微管道網(wǎng)絡(luò)，因此最大限度地降低了微加工的復(fù)雜性和難度。本發(fā)明可以廣泛用于各種微管道的控制流動(dòng)中。
文檔編號(hào)F17D1/20GK1834527SQ20061006595
公開日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2006年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月27日
發(fā)明者官曉勝, 郭旻, 周騁, 胡玉明, 程京 申請(qǐng)人:博奧生物有限公司, 清華大學(xué)