背景技術(shù)：

流量傳感器(flowsensor)被用于監(jiān)測(cè)流體的流量。這樣的流量傳感器的校準(zhǔn)通常在制造時(shí)需要獨(dú)立的校準(zhǔn)。微流體裝置中的流量傳感器的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)是困難的。

附圖說明

圖1是示例性微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的示意圖。

圖2是用于基于流體微滴噴射來校準(zhǔn)流量傳感器的示例性方法的流程圖。

圖3是另一示例性微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的示意圖。

圖4是另一示例性微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的示意圖。

圖5是另一示例性微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的示意圖。

圖6是另一示例性微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的示意圖。

圖7是另一示例性微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的示意圖。

圖8是待用作微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的一部分的示例性微流體芯片的示意圖。

圖9是待用作微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的一部分的另一示例性微流體芯片的示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1示意性地圖示了示例性微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)20。如下文中將描述的，微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)20使用整合在相同的微流體通道中的液滴噴射器來校準(zhǔn)位于微流體通道中的微流體傳感器。因此，微流體傳感器可以在沒有單獨(dú)的元件部分的情況下并且實(shí)時(shí)地進(jìn)行校準(zhǔn)。

微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)20包括形成在微流體芯片或襯底26之內(nèi)或之上的微流體通道24、液滴噴射器30、傳感器34以及校準(zhǔn)電子裝置50。微流體通道24包括形成在襯底26內(nèi)的通道。微流體通道24具有寬度和高度，其中每一個(gè)都處于亞毫米級(jí)。在一種實(shí)施方式中，微流體通道24具有寬度和高度，其中每一個(gè)在5μm和200μm之間，并且標(biāo)稱在5μm和50μm之間。盡管圖示為是線性的，但是微流體通道24可以具有彎曲、蛇形、分支或其他形狀。

液滴噴射器30包括整合到微流體通道24中的裝置，該裝置在被選擇性地致動(dòng)時(shí)通過噴嘴或其他噴射端口來噴射具有預(yù)定液滴重量或預(yù)定體積的液體或流體的微滴。為了本公開的目的，關(guān)于芯片、襯底或微流體通道的術(shù)語“整合(或集成)”意味著器件或部件與芯片或襯底是一體的，或者該器件或部件被構(gòu)建到芯片或襯底中或者作為其一部分，原因在于器件或部件的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)被形成或制造在芯片或襯底上，使得在不切割或切斷部分的芯片或襯底的情況下它們無法被容易地分離。

液滴噴射器30包括熱噴墨電阻器和相關(guān)聯(lián)的噴射端口或噴嘴，其中，熱噴墨電阻器的致動(dòng)產(chǎn)生足夠的熱來蒸發(fā)相鄰的液體或流體，以產(chǎn)生通過該端口或噴嘴排出具有預(yù)定體積或液滴重量的液體微滴的蒸氣泡。在另一實(shí)施方式中，液滴噴射器30包括壓阻液滴噴射器，其中，壓阻構(gòu)件的致動(dòng)使膜或隔膜移動(dòng)，以通過端口或噴嘴排出具有預(yù)定體積或液滴重量的液體微滴。在又其他的實(shí)施方式中，液滴噴射器30包括其他現(xiàn)有的或未來開發(fā)的液滴噴射器，其被整合為襯底26的一部分，并且其噴射預(yù)定的量、體積或液滴重量的液體。將液體微滴從微流體通道24中向外排出在微流體通道內(nèi)產(chǎn)生低壓區(qū)域或空隙，這導(dǎo)致相鄰的流體被吸引以占據(jù)該低壓區(qū)域或空隙。

傳感器34包括在微流體通道24內(nèi)、與微流體通道24相鄰或沿微流體通道24整合到襯底26中的部件裝置，以輸出響應(yīng)于微流體通道24內(nèi)的流體流量而變化的電信號(hào)。例如，液體相對(duì)于傳感器34的第一流率可以導(dǎo)致具有第一幅度的電信號(hào)，而液體相對(duì)傳感器34的不同的第二流率可導(dǎo)致具有不同于第一幅度的第二幅度的電信號(hào)的輸出。通過液滴噴射器30排出液體微滴在微流體通道24內(nèi)相對(duì)于傳感器34產(chǎn)生流體流。

校準(zhǔn)電子裝置50包括如下裝置，其從傳感器34接收信號(hào)，并且利用這樣的信號(hào)(以原始格式或在這些信號(hào)通過電子裝置50濾波、轉(zhuǎn)換或處理之后)來基于通過液滴噴射器30的液滴噴射將來自傳感器34的這樣的電信號(hào)校準(zhǔn)到流率。對(duì)于通過液滴噴射器30噴射的給定數(shù)量的液體微滴，電子裝置50使用針對(duì)液滴噴射器30所噴射的單個(gè)液體微滴的量、體積或液滴重量的預(yù)定和存儲(chǔ)的值(或者針對(duì)液滴噴射器30所噴射的多個(gè)液體微滴的量、體積或液滴重量的預(yù)定的存儲(chǔ)值)，來確定液滴噴射器30所噴射的液體的量。使用被噴射的液體的確定的量，以及針對(duì)微流體通道24的幾何形狀的預(yù)定或存儲(chǔ)的值，電子裝置50確定微流體通道24內(nèi)的液體或流體的流率。液體通過或相對(duì)于傳感器34的流動(dòng)導(dǎo)致通過傳感器34的電信號(hào)的輸出。作為通過液滴噴射器30的所述數(shù)量的微滴的噴射所引起的流體流動(dòng)的結(jié)果，電子裝置50將液體流率的預(yù)定值關(guān)聯(lián)、聯(lián)系或分配于從傳感器34接收的傳感器34所輸出的特定電信號(hào)。以這種方式，電子裝置50將不同的流率值分配給從傳感器34接收的不同的電信號(hào)，以便校準(zhǔn)傳感器34。

在一種實(shí)施方式中，電子裝置50通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換所接收的電信號(hào)，其中，電子裝置50包括接收和利用數(shù)字信號(hào)的處理單元。在另一種實(shí)施方式中，電子裝置50利用模擬信號(hào)。在一些實(shí)施方式中，電子裝置50應(yīng)用濾波器或各種濾波器來修改信號(hào)特性，例如降低信號(hào)噪聲。

在所示示例中，電子裝置50包括處理器54和存儲(chǔ)器56。處理器54包括處理單元或多個(gè)處理單元，其遵循在存儲(chǔ)器56中提供的指令來校準(zhǔn)傳感器34。為了本申請(qǐng)的目的，術(shù)語“處理單元”是指目前開發(fā)或未來開發(fā)的處理單元，其包括硬件，其執(zhí)行包含在諸如存儲(chǔ)器56的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或存儲(chǔ)器中的指令序列。指令序列的執(zhí)行使得處理單元執(zhí)行諸如產(chǎn)生控制信號(hào)之類的步驟。指令可以被加載到隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)中，以供處理單元從只讀存儲(chǔ)器(rom)、大容量存儲(chǔ)設(shè)備或其他一些持久存儲(chǔ)器執(zhí)行。在其他實(shí)施方式中，可以使用硬連線電路代替或與軟件指令組合以實(shí)現(xiàn)所描述的功能。例如，可以將電子裝置50用作一個(gè)或多個(gè)專用集成電路(asic)的一部分。除非另有說明，否則控制器不限于硬件電路和軟件的任何特定組合，也不限于由處理單元執(zhí)行的指令的任何特定源。

在一種實(shí)施方式中，電子裝置50使用流率來校準(zhǔn)傳感器34，該流率基于微流體通道24的幾何形狀和通過液滴噴射器30噴射的液體的預(yù)定或存儲(chǔ)的體積或量來確定，以創(chuàng)建和存儲(chǔ)(在存儲(chǔ)器56或另一存儲(chǔ)器中)查找表，該查找表將來自傳感器34的不同電信號(hào)與不同的流體流率相關(guān)聯(lián)。在另一種實(shí)施方式中，電子裝置50使用流率來校準(zhǔn)傳感器34，該流率基于微流體通道24的幾何形狀和通過液滴噴射器30噴射的液體的預(yù)定或存儲(chǔ)的體積或量來確定，以創(chuàng)建和存儲(chǔ)(在存儲(chǔ)器56或另一存儲(chǔ)器中)校準(zhǔn)曲線，該校準(zhǔn)曲線使從傳感器34接收的不同電信號(hào)與不同流率相關(guān)聯(lián)。在一種實(shí)施方式中，校準(zhǔn)曲線通過將接收電信號(hào)轉(zhuǎn)換成流率估計(jì)的至少一個(gè)公式或代數(shù)表達(dá)式來定義。存儲(chǔ)的查找表、校準(zhǔn)曲線或公式有助于隨后基于來自傳感器34的信號(hào)確定通過微流體通道24的流率，其中，但是對(duì)于來自傳感器34的信號(hào)，流率未知是不可確定的，即在沒有使用液滴噴射器30噴射預(yù)定量的液體或流體的情況下。在某些情況下，存儲(chǔ)的查找表或校準(zhǔn)曲線有助于根據(jù)基本上類似于傳感器34的傳感器34以外的傳感器的信號(hào)，隨后確定通過微流體通道24或另一個(gè)但類似的微流體通道的流率。

在一種實(shí)施方式中，流量傳感器22完全包含或集成在襯底26或包含微流體通道24的電路芯片上。例如，在一種實(shí)施方式中，電子裝置50被集成為其中提供微流體通道24的芯片或襯底26的一部分。在又其他的實(shí)施方式中，部分的系統(tǒng)20分布在不同的基板或裝置之間。例如，在一種實(shí)施方式中，電子裝置50由與傳感器34電連接的分離的設(shè)備和在襯底26上的液滴噴射器30提供。

圖2是用于校準(zhǔn)流量傳感器34的示例性方法100的流程圖。在一種實(shí)施方式中，方法100由上述系統(tǒng)20執(zhí)行。如框102所示，液滴噴射器30從微流體通道(例如，微流體通道24)噴射具有預(yù)定液滴重量的液滴。在一種實(shí)施方式中，液滴噴射器30的致動(dòng)響應(yīng)于由電子裝置50輸出的控制信號(hào)。在另一種實(shí)施方式中，液滴噴射器30的致動(dòng)響應(yīng)于來自分離的或獨(dú)立的電子裝置的控制信號(hào)。

如框104所示，電子裝置50從微流體通道24中的傳感器34接收電信號(hào)。響應(yīng)于或基于流體相對(duì)于傳感器34的流動(dòng)，信號(hào)隨著液滴在框102中的噴射而變化。在一種實(shí)施方式中，在框102中，噴射多個(gè)單獨(dú)的液體或液體液滴，其中電信號(hào)基于由被排除的多個(gè)液滴引起的流體流動(dòng)。

如框106所示，傳感器34通過校準(zhǔn)來自傳感器34的電信號(hào)到通過通道的相應(yīng)流體流率來校準(zhǔn)，該流率基于噴射的液滴的數(shù)量和每個(gè)單獨(dú)液滴或液滴組的預(yù)定液滴重量確定。在一些實(shí)施方式中，微流體通道24的幾何形狀和/或其他因素進(jìn)一步用于校準(zhǔn)傳感器34。

圖3示意性地圖示了微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)220、微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)20的另一示例性實(shí)施方式。微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)220類似于微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)20，除了系統(tǒng)220具體示出為分別包括液滴噴射器230和傳感器234以代替液滴噴射器30和傳感器34。系統(tǒng)220進(jìn)一步被圖示為具體包括流體相互作用部件246、248。那些其余部件是系統(tǒng)220的元件，其對(duì)應(yīng)于組件，系統(tǒng)20的元件被類似地編號(hào)。

液滴噴射器230包括熱噴墨電阻器252和相關(guān)聯(lián)的噴射端口或噴嘴254，其中，熱噴墨電阻器的致動(dòng)產(chǎn)生足夠的熱來蒸發(fā)相鄰的液體或流體，以產(chǎn)生通過該端口或噴嘴254排出具有預(yù)定體積或液滴重量的液體微滴的蒸氣泡。在另一實(shí)施方式中，液滴噴射器230包括壓阻液滴噴射器，其中，壓阻構(gòu)件的致動(dòng)使膜或隔膜移動(dòng)，以通過端口或噴嘴排出具有預(yù)定體積或液滴重量的液體微滴。在又其他的實(shí)施方式中，液滴噴射器230包括其他現(xiàn)有的或未來開發(fā)的液滴噴射器，其被整合為襯底26的一部分，并且其噴射預(yù)定的量、體積或液滴重量的液體。將液體微滴從微流體通道24中向外排出在微流體通道內(nèi)產(chǎn)生低壓區(qū)域或空隙，這導(dǎo)致相鄰的流體被吸引以填充據(jù)該低壓區(qū)域或空隙。

傳感器234包括流量傳感器，該流量傳感器包括熱源260，該熱源260被定位成用作在微流體通道24內(nèi)流動(dòng)的流體的熱源和與熱源260間隔開的溫度傳感器262，以便感測(cè)微流體通道24內(nèi)的溫度流體。在這樣的實(shí)施方式中，由熱源產(chǎn)生的熱量提供微流體通道24內(nèi)的流體中的局部溫度升高。微流體通道24內(nèi)的流體的流動(dòng)吸收并將產(chǎn)生的熱量傳遞到溫度傳感器262。在一種實(shí)施方式中，熱源包括靠近或在微流體通道24內(nèi)的電阻器，其中電阻器在接收電流時(shí)輸出熱量。

溫度傳感器262感測(cè)流體流動(dòng)所攜帶的熱量。流體流過微流體通道的速率越大，從熱源引出的熱量被傳送到溫度傳感器并由溫度傳感器從熱源下游感測(cè)的速率越大。在這樣的實(shí)施方式中，傳感器34響應(yīng)于溫度傳感器感測(cè)到的溫度并輸出電信號(hào)。校準(zhǔn)電子裝置50在液滴噴射器230啟動(dòng)時(shí)校準(zhǔn)或關(guān)聯(lián)由溫度傳感器262輸出的電信號(hào)，以基于由液滴噴射器230噴射的液滴的預(yù)定液滴重量確定的特定流率。

在所示示例中，傳感器234包括一對(duì)溫度傳感器，在熱源的每一側(cè)上一個(gè)溫度傳感器262，以便于感測(cè)流體流動(dòng)方向以及大小。盡管示出為直接在微流體通道24內(nèi)，但是熱源260和溫度傳感器262也可以沿著通道24的一側(cè)定位。在一些實(shí)施方式中，熱源260和溫度傳感器262中的一個(gè)或兩個(gè)與流過通道24的流體直接接觸。在其他實(shí)施方式中，熱源260和溫度傳感器262中的一個(gè)或兩個(gè)不與流過通道24的流體直接接觸，通過一個(gè)或多個(gè)中間間隔層與流體隔開，但足夠接近以便施加到或從通道24內(nèi)的流體接收熱量。

流體相互作用部件246、248示意性地示出、包括集成在襯底26上或與襯底26相互作用的流體流過微流體通道24的部件。集成在芯片或襯底26上的流體相互作用部件246、248的示例包括但不限于來自微流體通道24的微流體分支通道和微流體泵，例如熱噴墨電阻器流體泵或壓電流體泵、微流體閥、微流體多用混合器和液滴噴射器，例如與噴嘴相對(duì)的熱噴墨電阻器或壓電膜片。盡管傳感器234和液滴噴射器230被示出為夾在流體相互作用部件246、248之間，但是在其他實(shí)施方式中，流體流量傳感器234可以在單個(gè)或多個(gè)流體相互作用部件246、248的上游或下游。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)220可以包括多于兩個(gè)流體相互作用部件246、248。

在一種實(shí)施方式中，在校準(zhǔn)流體流量傳感器234時(shí)，控制器251利用指示微流體通道24內(nèi)的當(dāng)前流體流量的流體流量傳感器234的輸出來控制或改變一個(gè)或多個(gè)流體相互作用部件246、248的操作。例如，在一種實(shí)施方式中，由流體流量傳感器234輸出的指示微流體通道24內(nèi)的流體流量的信號(hào)由電子裝置50或其他電子裝置提供的控制器利用，以控制使流體流過微流體通道24的泵的操作的定時(shí)。因此，系統(tǒng)220有助于關(guān)于通過微流體通道24以期望的速率泵送或移動(dòng)流體的閉環(huán)反饋系統(tǒng)。在其他實(shí)施方式中，控制器251可利用來自電子裝置34的指示流體流率的信號(hào)來控制微流體閥、液滴噴射、微流體混合器等。

圖4示意性地圖示了微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)320、微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)20的另一示例性實(shí)施方式。微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)320類似于微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)220，除了系統(tǒng)320被具體示出為包括代替?zhèn)鞲衅?4的傳感器334。與系統(tǒng)220的部件或元件相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)320的其余部件或元件被類似地編號(hào)。

傳感器334包括發(fā)熱電阻器340和電參數(shù)傳感器342。發(fā)熱電阻器340具有響應(yīng)于溫度而變化的電阻。發(fā)熱電阻器靠近微流體通道24或處于微流體通道24內(nèi)。發(fā)熱電阻器可以包括形成材料或材料的結(jié)構(gòu)，該材料或材料具有電阻，使得當(dāng)電流通過該結(jié)構(gòu)時(shí)由結(jié)構(gòu)產(chǎn)生和發(fā)射熱量。發(fā)熱電阻器340的電阻響應(yīng)于溫度而變化。發(fā)熱電阻器將連接到電流源348，該電流源348向發(fā)熱電阻器提供電流并使電流循環(huán)。在一種實(shí)施方式中，電流源向發(fā)熱電阻器340提供連續(xù)的直流(dc)。在另一種實(shí)施方式中，電流源提供直流電的時(shí)間間隔脈沖。在另一種實(shí)施方式中，電流源348將交流電提供給發(fā)熱電阻器。使用交流電流或電流脈沖可以降低功耗和傳感器熱沖擊，同時(shí)增加靈敏度，抗噪聲性和信噪比。

當(dāng)液體或流體流過發(fā)熱電阻器340時(shí)，并且當(dāng)電流通過發(fā)熱電阻器340時(shí)，由發(fā)熱電阻器340產(chǎn)生的熱量被流體流除去。流體流量越大，熱量從發(fā)熱電阻器340移出的速率越大。熱量攜帶的速度可能會(huì)受到諸如密度、熱導(dǎo)率和熱容之類的流體性能的影響。發(fā)熱電阻器340的熱量越高，發(fā)熱電阻器340的溫度就越低。這種較低的溫度又將影響發(fā)熱電阻器340的電阻，從而進(jìn)一步影響電流通過發(fā)熱電阻器340的速率。結(jié)果，發(fā)熱電阻器340提供可以整合到微流體通道24中的單一結(jié)構(gòu)，其產(chǎn)生熱量并且響應(yīng)于所產(chǎn)生的熱被流體流動(dòng)所帶走的速率而呈現(xiàn)變化的電阻。

在一種實(shí)施方式中，發(fā)熱電阻器340包括完全延伸通過微流體通道24的一種或多種發(fā)射電阻材料的細(xì)長(zhǎng)的線。發(fā)熱電阻器340可以具有正或負(fù)的高熱阻系數(shù)(tcr)，以對(duì)溫度刺激(1/k(開爾文))提供高響應(yīng)。在一種實(shí)施方式中，發(fā)熱電阻器340具有至少1e-41/c的熱阻系數(shù)(tcr)，即電阻相對(duì)于溫度變化的相對(duì)變化。用于發(fā)熱電阻器330的各種材料的tcr由公式r＝r(t_0)＝exp[tcr(t-t_0)]來表示，其中，ta-al的tcr為-100ppm/c＝-1e-41/c；wsin的tcr為-450ppm/c＝-4.5e-41/c；并且al的tcr為4e-31/c。在一種實(shí)施方式中，發(fā)熱和熱感測(cè)電阻器340包括或者為鉑，并且具有至少0.0035-0.00391/k的熱阻系數(shù)。在其他實(shí)施方式中，由wsin金屬陶瓷制成的熱感測(cè)電阻器330具有-0.000451/k的熱阻系數(shù)。多種其他高熱敏材料可被用于發(fā)熱和感測(cè)元件340。半導(dǎo)體材料由于其高的負(fù)tcr(對(duì)于si而言為-0.071/k)也可用作熱敏元件。

在一種實(shí)施方式中，發(fā)熱電阻器340包括延伸穿過微流體通道24并與微流體通道24的底板接觸的跡線或電線。在一種實(shí)施方式中，發(fā)熱電阻器340直接制造或沉積在形成微流體通道24的底板的襯底上。在一種實(shí)施方式中，發(fā)熱電阻器340具有至少為5比1的長(zhǎng)寬比。在一種實(shí)施方式中，發(fā)熱電阻器340由具有10至1000歐姆/平方的薄層電阻的材料形成。在一種實(shí)施方式中，發(fā)熱電阻器340包括鋁、鉑、銠、銅、鎳、鉭、鎢、釕、鎳鉻、氮化銅、硅、多晶硅、鍺、碳、石墨(graphing)、氧化錫、氧化錫鋅、氮化鉭、氮化鈦、氧化鎂、氧化銣、氧化釩和鎢-氮化硅(wsixny)中的至少一種。

電參數(shù)傳感器342包括電連接或電耦接到發(fā)熱電阻器340的電組件，以便感測(cè)基于發(fā)熱電阻器340的電阻的發(fā)熱電阻器340的電參數(shù)。在一種實(shí)施方式中，該參數(shù)可以包括跨越發(fā)熱電阻器340的電壓。在另一種實(shí)施方式中，電參數(shù)可以包括通過發(fā)熱電阻器340的電流。傳感器342的示例包括但不限于場(chǎng)效應(yīng)晶體管、熱電偶、雙極結(jié)型晶體管、其他p-n結(jié)感測(cè)裝置。電參數(shù)傳感器342基于感測(cè)的電參數(shù)輸出電信號(hào)。這樣的電信號(hào)通過電子裝置50與不同流率相關(guān)聯(lián)或校準(zhǔn)。在這種校準(zhǔn)和生成查找表或校準(zhǔn)曲線之后，隨后利用來自傳感器334的信號(hào)，以基于來自傳感器334的信號(hào)來確定微流體通道24內(nèi)的流體流率，其中，但是對(duì)于來自傳感器34的信號(hào)，流率未知是不可確定的，即在沒有使用液滴噴射器340噴射預(yù)定量的液體或流體的情況下。在某些情況下，存儲(chǔ)的查找表或校準(zhǔn)曲線有助于根據(jù)基本上類似于傳感器334的傳感器334以外的傳感器的信號(hào)，隨后確定通過微流體通道24或另一個(gè)但類似的微流體通道的流率。

圖5示意性地圖示了微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)320、微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)20的另一示例性實(shí)施方式。微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)520類似于微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)320，除了系統(tǒng)520分別包括微流體通道524、傳感器534和校準(zhǔn)電子裝置550以代替通道24、傳感器334和校準(zhǔn)電子裝置50。系統(tǒng)520還包括微流體閥536和538。與系統(tǒng)320的部件或元件相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)520的其余部件或元件被類似地編號(hào)。

微流體通道524類似于微流體通道24，除了微流體通道524包括主通道部分542、第一分支部分544和次級(jí)分支部分546。主通道部分522延伸到流體相互作用部件246、248并且包含傳感器534。分支部分544、546從主通道542分支或源自主通道542。分支部分544從主通道部分542繼續(xù)流到流體相互作用部件248。在所示示例中，次級(jí)分支部分546包括盲通道或死端通道。次級(jí)分支部分546包含液滴噴射器230。盡管示出為從主通道部分542垂直延伸，但是在其他實(shí)施方式中，分支部分546以其他方式從部分542引出。盡管示出為與部分542具有基本上相同的寬度，但是在其他實(shí)施方式中，與部分542相比，次級(jí)分支部分546可以具有不同的寬度。

微流體流量傳感器534類似于傳感器334，除了系統(tǒng)520附加地包括第二發(fā)熱電阻器552和第二參數(shù)傳感器554。系統(tǒng)520附加地包括代替電子裝置50的電子裝置550，其將從發(fā)熱電阻器340、552接收的流量測(cè)量信號(hào)校準(zhǔn)為基于在校準(zhǔn)過程期間由液滴噴射器230噴射的液體的預(yù)定量、體積或液滴重量而確定的不同流率。

發(fā)熱電阻器552類似于發(fā)熱電阻器340。與發(fā)熱電阻器340一樣，發(fā)射電阻器552整合到襯底26中，延伸穿過微流體通道24并且電連接或耦接到其相關(guān)聯(lián)的電參數(shù)傳感器554。發(fā)熱電阻器552在沿微流體通道24的縱向長(zhǎng)度的方向上與發(fā)熱電阻器340隔開。在一種實(shí)施方式中，基于熱串?dāng)_，發(fā)熱電阻器552與發(fā)射電阻器340隔開。在一種實(shí)施方式中，發(fā)熱電阻器552以距離d與發(fā)熱電阻器340隔開，該距離d在10μm和20μm之間的較低值和500μm和1000μm之間的較高值之間，并且通過標(biāo)稱在50μm和100μm之間的距離d隔開。如將在下文中描述的，附加的發(fā)射電阻器552除了流量大小之外還有助于指示流動(dòng)方向的差分信號(hào)。

在一種實(shí)施方式中，發(fā)熱電阻器552相對(duì)于發(fā)熱電阻器340熱隔離或熱絕緣，使得除了通過流體的例如穿過或越過襯底26的流動(dòng)來散熱之外，從電阻器340、552中的一個(gè)到電阻器340、552中的另一個(gè)的熱傳遞減少。換句話說，通過基板26的固態(tài)熱傳導(dǎo)與通過流體流的對(duì)流熱傳遞隔離。例如，在一種實(shí)施方式中，在電阻器340、552之間和之間延伸的襯底26的部分由與在通道24內(nèi)循環(huán)的流體相比具有較低熱導(dǎo)率的材料或材料的組合形成。在一種實(shí)施方式中，與襯底26的其余材料相比，襯底26的部分由具有較低熱連接性的材料或組合材料形成。例如，在一種實(shí)施方式中，否則將與電阻器340、552接觸的襯底26的部分被覆蓋、分層或涂覆有氧化物層。結(jié)果，通過襯底26從電阻器340、552中的一個(gè)到另一個(gè)電阻器340、552的熱傳遞被減少以有利于更大的感測(cè)精度。在一種實(shí)施方式中，在電阻器340和552之間和周圍延伸的一種或多種材料具有小于或等于0.01cm²/s的熱擴(kuò)散率(熱導(dǎo)率/熱容(cm²/s))。

在另一種實(shí)施方式中，通過襯底26的固態(tài)導(dǎo)熱通過電流源348隔離通過流體流體的對(duì)流熱傳遞，該電流源348以交流脈沖方式模式在電阻器340、552上傳輸電流。例如，在一種實(shí)施方式中，通過電阻器340、552的電流傳輸設(shè)有相對(duì)于彼此異相的時(shí)空電脈沖，由此傳感器342、552的電參數(shù)的感測(cè)也相對(duì)于彼此在時(shí)間上偏移。在這樣的實(shí)施方式中，交流電脈沖的使用進(jìn)一步有利于更大的溫度差，從而產(chǎn)生更大的電阻變化，這允許增強(qiáng)傳感器522的靈敏度。

在一種實(shí)施方式中，0.1μs-10ms的電流脈沖以120khz和10hz之間并且標(biāo)稱為在1khz和100khz之間的頻率通過電阻器340、552傳輸。在由wsin形成電阻器340、552的一種實(shí)施方式中，電流以0.1ma和50ma之間的電流強(qiáng)度以及48khz和10hz之間的頻率供應(yīng)給每個(gè)電阻器。在電阻器340、552包括ta-al合金的一種實(shí)施方式中，電流以0.1ma和500ma之間的電流強(qiáng)度以及12khz和1hz之間的頻率供應(yīng)給每個(gè)電阻器。在由鉑形成電阻器340、552的一種實(shí)施方式中，電流以0.1ma和50ma之間的電流強(qiáng)度以及0和15khz之間的頻率供應(yīng)給每個(gè)電阻器。

電參數(shù)傳感器554類似于電參數(shù)傳感器342。電參數(shù)傳感器554包括電連接或電耦接到發(fā)熱電阻器552的電組件，以便感測(cè)基于發(fā)熱電阻器552的電阻的發(fā)熱電阻器552的電參數(shù)。在一種實(shí)施方式中，該參數(shù)可以包括跨越發(fā)熱電阻器552的電壓。在另一種實(shí)施方式中，電參數(shù)可以包括通過發(fā)熱電阻器552的電流。每個(gè)傳感器554的示例包括但不限于場(chǎng)效應(yīng)晶體管、熱電偶、雙極結(jié)型晶體管和/或其他p-n結(jié)感測(cè)裝置。每個(gè)電參數(shù)傳感器554基于感測(cè)的電參數(shù)輸出電信號(hào)。這樣的電信號(hào)通過電子裝置550與不同的流體流動(dòng)值相聯(lián)系或相關(guān)聯(lián)，以校準(zhǔn)傳感器534。

微流體閥536、538包括微流體通道524內(nèi)的微流體裝置，其有助于選擇性地打開和關(guān)閉微流體通道524的選定部分。在所示示例中，微流體閥536選擇性地打開和關(guān)閉分支部分544，從而將流體從主通道部分542引導(dǎo)到分支部分546。閥538選擇性地打開和關(guān)閉分支部分546，從而將流體從主通道部分542引導(dǎo)到分支部分544。閥538在液滴噴射器30和主通道部分542與分支部分546的連接處之間延伸。

電子裝置550類似于上述電子裝置50。電子裝置550從每個(gè)電參數(shù)傳感器342、554接收信號(hào)。校準(zhǔn)電子裝置550包括一個(gè)裝置，該裝置根據(jù)液滴噴射器230的液滴噴射將來自傳感器534的這種電信號(hào)校準(zhǔn)到流率。對(duì)于通過液滴噴射器230噴射的給定數(shù)量的液體微滴，電子裝置550使用針對(duì)液滴噴射器230所噴射的單個(gè)液體微滴的量、體積或液滴重量的預(yù)定和存儲(chǔ)的值(或者針對(duì)液滴噴射器230所噴射的多個(gè)液體微滴的量、體積或液滴重量的預(yù)定的存儲(chǔ)值)，來確定液滴噴射器230所噴射的液體的量。使用被噴射的液體的確定的量，以及針對(duì)微流體通道524的幾何形狀的預(yù)定或存儲(chǔ)的值，電子裝置550確定微流體通道524內(nèi)的液體或流體的流率。液體通過或相對(duì)于發(fā)熱電阻器340、552的流動(dòng)導(dǎo)致由傳感器534輸出的電信號(hào)。作為通過液滴噴射器230的所述數(shù)量的微滴的噴射所引起的流體流動(dòng)的結(jié)果，電子裝置550將液體流率的預(yù)定值關(guān)聯(lián)、聯(lián)系或分配于從傳感器534接收并且由傳感器534輸出的特定電信號(hào)。以這種方式，電子裝置550將不同的流率值分配給從傳感器534接收的不同的電信號(hào)，以便校準(zhǔn)傳感器534。

在一種實(shí)施方式中，電子裝置550通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換所接收的電信號(hào)，其中，電子裝置550包括接收和利用數(shù)字信號(hào)的處理單元。在另一種實(shí)施方式中，電子裝置550利用模擬信號(hào)。在一些實(shí)施方式中，電子裝置550應(yīng)用濾波器或各種濾波器來修改信號(hào)特性，例如降低信號(hào)噪聲。

為了校準(zhǔn)傳感器534，處理器54遵循包含存儲(chǔ)器56的指令，輸出關(guān)閉閥536和打開閥538的控制信號(hào)。處理器54遵循包含存儲(chǔ)器56的指令，進(jìn)一步輸出啟動(dòng)液滴噴射器230的控制信號(hào)。結(jié)果，液滴或多個(gè)液滴由液滴噴射器230噴射，從而在分支部分546內(nèi)產(chǎn)生空隙或負(fù)壓區(qū)域。通過將液體或流體抽吸到分支部分546中來填充該空隙，其中被抽吸的液體通過或相對(duì)于傳感器534流動(dòng)通過所示示例中的發(fā)熱電阻器340、542。

在液體穿過傳感器534流動(dòng)之前或期間，遵循存儲(chǔ)器56包含的指令的處理器54輸出控制信號(hào)以致動(dòng)傳感器534。在所示示例中，處理器54輸出控制信號(hào)，使得電流源向這些發(fā)射電阻340、542中的一個(gè)或兩個(gè)提供電流。結(jié)果，電阻器340、542輸出熱。隨著電阻器340、542的加熱，它們產(chǎn)生傳遞到周圍流體的熱。當(dāng)液體或流體通過或相對(duì)于電阻器340、552流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的熱被傳導(dǎo)到液體并被流帶走。基于流體的流率，熱量被液體流引起或吸走的速率變化。通過液體流動(dòng)吸入或吸走熱量的速率進(jìn)一步影響電阻器340、542的溫度及其電阻。電參數(shù)傳感器342、554輸出根據(jù)電阻器340、552的變化的電阻而變化的電信號(hào)。遵循包含在存儲(chǔ)器56中的指令的處理器54將從電參數(shù)傳感器342、554接收到的電信號(hào)與基于先前確定的液滴噴射速率確定的流率、被拒絕的液滴的數(shù)量及其相應(yīng)的液滴重量相關(guān)聯(lián)，該液滴重量導(dǎo)致由電參數(shù)傳感器342、554輸出的電信號(hào)。例如在查找表或校準(zhǔn)曲線中存儲(chǔ)這樣的關(guān)聯(lián)。

在使用微流體通道524將流體傳輸?shù)搅黧w相互作用部件246和/或流體相互作用部件248(處理器54)時(shí)，遵循包含在存儲(chǔ)器56中的指令的處理器54輸出關(guān)閉閥538和分支部分546以及打開閥536和分支部分544的控制信號(hào)。結(jié)果，允許流體在獨(dú)立于液滴噴射器230的泵或其他裝置的影響下流過主通道部分542和分支部分544和在二者之間流動(dòng)。當(dāng)液體或流體通過或相對(duì)于電阻器340、552流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的熱被傳導(dǎo)到液體并被流帶走?；诹黧w的流率，熱量被液體流引起或吸走的速率變化。通過液體流動(dòng)吸入或吸走熱量的速率進(jìn)一步影響電阻器340、542的溫度及其電阻。電參數(shù)傳感器342、554輸出根據(jù)電阻器340、552的變化的電阻而變化的電信號(hào)。為了確定或估計(jì)流體流動(dòng)的速率，處理器54檢索并查詢查找表、校準(zhǔn)曲線等，并且識(shí)別與從傳感器534接收的信號(hào)相關(guān)的流率值。

在一個(gè)實(shí)施方式中，遵循存儲(chǔ)器56包含的指令的處理器54利用通道524內(nèi)和傳感器534之間的確定或估計(jì)的流體流率來控制其他裝置，例如流體相互作用部件246或流體相互作用部件248。例如，在一種實(shí)施方式中，如果所確定的流體流率對(duì)于正在執(zhí)行的特定過程是不夠的，則處理器54輸出使泵(其可以是流體相互作用部件246、248中的一個(gè))或附加的泵增加流體流動(dòng)的速率的控制信號(hào)。在另一種實(shí)施方式中，基于所識(shí)別的流體流率，處理器54改變流體混合的速率，改變例如流體內(nèi)的細(xì)胞之類的成分被感測(cè)或提取的速率和/或改變將材料或組分添加到流過通道524的液體或流體中的速率。因?yàn)橄到y(tǒng)520利用整合為襯底26的一部分來校準(zhǔn)傳感器534的液滴噴射器230，所以系統(tǒng)520有助于傳感器534的實(shí)時(shí)頻繁校準(zhǔn)或重新校準(zhǔn)，而傳感器534必須被連接到單獨(dú)的校準(zhǔn)裝置并與之?dāng)嚅_。系統(tǒng)520便于最終用戶在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)傳感器534的重復(fù)校準(zhǔn)。

圖6示意性地圖示了微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)620、微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)20的另一示例性實(shí)施方式。微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)620類似于微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)520，除了系統(tǒng)520省略閥536、538，另外包括流量傳感器634，并且包括校準(zhǔn)電子裝置650代替校準(zhǔn)電子裝置550。對(duì)應(yīng)于先前描述的元件或部件的微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)620的那些其余元件或部件被類似地編號(hào)。

微流體流量傳感器634類似于微流體流量傳感器534，除了微流體流量傳感器634位于分支部分546內(nèi)，該分支部分546是包含液滴噴射器230的相同分支部分。對(duì)應(yīng)于微流體流量傳感器534的部件的微流體流量傳感器634的那些部件被類似地編號(hào)。

校準(zhǔn)電子裝置650類似于校準(zhǔn)電子裝置550，除了校準(zhǔn)電子裝置650基于液滴噴射使用分支部分546內(nèi)的微流體流量傳感器634的校準(zhǔn)，以基于從不同流量傳感器、微流體流量傳感器534接收的信號(hào)來估計(jì)或確定流體流率。校準(zhǔn)電子裝置650將來自傳感器634的信號(hào)校準(zhǔn)、聯(lián)系或關(guān)聯(lián)到基于由液滴噴射器230噴射的預(yù)定量的液體來確定的不同流率，從而導(dǎo)致來自傳感器634的這種信號(hào)的輸出。存儲(chǔ)預(yù)定流率和從傳感器634接收的信號(hào)之間的關(guān)系或相關(guān)性，例如存儲(chǔ)在校準(zhǔn)曲線、公式或查找表中，以便隨后用于基于在非校準(zhǔn)操作期間從傳感器534接收的信號(hào)或使用芯片或襯底26執(zhí)行的處理來估計(jì)或確定主通道部分542和/或分支部分544內(nèi)的流體流動(dòng)。

在一種實(shí)施方式中，基于液滴噴射(存儲(chǔ)的關(guān)系)和來自傳感器634的信號(hào)之間的確定和存儲(chǔ)的關(guān)系直接以未修改的方式被使用，以隨后基于來自傳感器534的信號(hào)來確定或估計(jì)流率。在又一種實(shí)施方式中，遵循存儲(chǔ)器56包含的指令的處理器54在基于從傳感器534接收到的信號(hào)計(jì)算和估計(jì)流體流量時(shí)，基于液滴噴射和來自傳感器634的信號(hào)，對(duì)存儲(chǔ)的流率之間的關(guān)系應(yīng)用各種補(bǔ)償或調(diào)整。例如，在一種實(shí)施方式中，校準(zhǔn)電子裝置650的處理器54基于或適應(yīng)傳感器534和634的功能或特性之間的預(yù)定差異(如果存在)對(duì)所存儲(chǔ)的關(guān)系應(yīng)用補(bǔ)償或調(diào)整。在一種實(shí)施方式中，校準(zhǔn)電子裝置650的處理器54附加地或替代地基于傳感器534、634的相對(duì)位置之間的差異(例如，其各自的通道內(nèi)的電阻器340、552的位置的差異等)來應(yīng)用補(bǔ)償或調(diào)整。在一種實(shí)施方式中，校準(zhǔn)電子裝置650的處理器54附加地或替代地基于不同傳感器534、634的包含感測(cè)元件(示出的示例中的發(fā)射電阻器340、552)的微流體通道524的相應(yīng)部分的形狀或尺寸的差異，對(duì)所存儲(chǔ)的關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償或調(diào)整。

在校準(zhǔn)期間，電子650將從傳感器634接收的信號(hào)校準(zhǔn)、聯(lián)系或關(guān)聯(lián)到基于由液滴噴射器230注入的液體或流體的預(yù)定液滴重量、量或體積確定的流率。所存儲(chǔ)的關(guān)系最終由電子裝置650使用以隨后基于來自傳感器534的信號(hào)來確定流體流率。在這樣的后續(xù)使用期間，液滴噴射器230不被激發(fā)或致動(dòng)，使得通過分支部分546很少或沒有發(fā)生流體流動(dòng)。雖然未圖示，但在一些實(shí)施方式中，在由芯片或襯底26執(zhí)行的隨后的非校準(zhǔn)過程期間，可以附加地使用一個(gè)或多個(gè)閥來關(guān)閉分支部分546。

圖7示意性地圖示了微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)720、微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)20的另一示例性實(shí)施方式。微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)720類似于微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)620，除了系統(tǒng)720包括兩個(gè)獨(dú)立或隔離的微流體通道，初級(jí)微流體通道744和校準(zhǔn)微流體通道746。對(duì)應(yīng)于先前描述的部件或元件的系統(tǒng)720的其余部件或元件被類似地編號(hào)。

與系統(tǒng)620不同，系統(tǒng)720將來自傳感器634的信號(hào)校準(zhǔn)、聯(lián)系或關(guān)聯(lián)到基于液滴噴射器230的液滴噴射的預(yù)定流率，其中，來自流體輸入747的流體不同于供應(yīng)流體或液體流過傳感器534的流體源或流體輸入。電子裝置650的操作類似于上面關(guān)于系統(tǒng)620所述的操作。盡管系統(tǒng)620和720被示為共用電子裝置650，該電子裝置650進(jìn)行：(1)將傳感器634校準(zhǔn)到基于液滴噴射的流量；(2)使用存儲(chǔ)的關(guān)系和來自傳感器534的信號(hào)來估計(jì)傳感器534的流率；以及(3)基于來自傳感器534的確定的流率來控制流體相互作用部件246、248，但在其他實(shí)施方式中，使用單獨(dú)的電子裝置，例如單獨(dú)的處理器和/或存儲(chǔ)器，來執(zhí)行傳感器634的校準(zhǔn)、基于來自傳感器534的信號(hào)的流率估計(jì)和/或基于流率估計(jì)的流體相互作用部件的控制。在圖6和圖7中所示的示例中，通道744、746二者及它們的電子裝置550、650(無論是否共用)都被設(shè)置在單個(gè)芯片或襯底26上。在另一實(shí)施方式中，通道744、746及其相關(guān)聯(lián)的電子裝置被設(shè)置在不同的芯片或襯底上。

圖8示意性地圖示了可用作例如上述系統(tǒng)之類的微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的一部分的示例性微流控芯片810。芯片810支撐兩個(gè)微流體傳感器校準(zhǔn)子系統(tǒng)820和822。除了微流體傳感器校準(zhǔn)子系統(tǒng)820、822之外，微流體芯片810還包括設(shè)置在襯底826上的微流體通道824、825、流體供應(yīng)裝置828、流體相互作用部件830、832以及用于系統(tǒng)820、822的各種電接觸件或接觸墊。襯底826包括例如硅之類的介電材料，在其上形成芯片810的部件。

微流體通道824、825形成在襯底26內(nèi)或襯底26上。微流體通道824從流體源828延伸到流體相互作用部件830。微流體通道825從流體源828延伸并且包括連接到流體相互作用部件832的分支部分836和連接到微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)822的液滴噴射器的另一分支部分838。每個(gè)通道824、825具有寬度和高度，其中的每一個(gè)均為亞毫米級(jí)。在一種實(shí)施方式中，微流體通道824、825各自具有寬度和高度，其中每一個(gè)在5μm和200μm之間，并且標(biāo)稱在5μm和50μm之間。盡管圖示為基本上線性的，但微流體通道824、825可以具有彎曲、蛇形、分支或其他形狀。

流體相互作用部件830、832示意性地示出、包括整合在襯底826上或襯底826中的部件，其與流過微流體通道824、825的流體相互作用。整合在襯底26上的流體相互作用部件830、832的示例包括但不限于源自微流體通道824、825的微流體分支通道、例如慣性泵、壓電流體泵之類的微流體泵、微流體閥、微流體多用混合器以及液滴噴射器，例如與噴嘴相對(duì)的熱噴墨電阻器或壓電膜片。

微流體傳感器校準(zhǔn)子系統(tǒng)824類似于上述微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)220，除了子系統(tǒng)824適于連接到獨(dú)立或單獨(dú)提供的電流源、電參數(shù)傳感器和獨(dú)立或單獨(dú)的校準(zhǔn)電子裝置。校準(zhǔn)子系統(tǒng)824包括熱源860、溫度傳感器862和液滴噴射器230(如上所述)。熱源860包括延伸穿過通道824并且由材料形成的導(dǎo)線或跡線，使得當(dāng)從電流源接收電流時(shí)，導(dǎo)線盤提供熱量以加熱周圍的流體。在所示示例中，熱源860將電連接到要電連接到電流源的接觸焊盤850和852，例如上述的電流源348。

溫度傳感器862包括感測(cè)或檢測(cè)周圍流體的溫度變化的裝置。如同上述溫度傳感器262，溫度傳感器862與熱源860隔開，并且便于檢測(cè)流體流動(dòng)的大小以及其方向。在所示示例中，溫度傳感器862包括延伸穿過通道824并由具有響應(yīng)于溫度變化而變化的電阻的材料形成的導(dǎo)線或跡線。溫度傳感器862不會(huì)在很大程度上發(fā)熱，而是冷電阻。溫度傳感器862可能連接到電連接到例如上述電流源348之類的電流源的電流的源(正極和負(fù)極)的接觸焊盤850、854、856和858。

溫度傳感器862與熱源860協(xié)作以檢測(cè)通過通道824的流體流率。傳感器862和熱源864形成類似于上述流量傳感器234的流量傳感器868。熱源860的電阻器發(fā)出熱量，該熱量被帶走并且通過用作溫度傳感器262的電阻中的一個(gè)。熱量被傳送和傳導(dǎo)到形成溫度傳感器262的電阻器的速率影響電阻器的周圍溫度，該溫度影響電阻器的電阻。通過電參數(shù)傳感器感測(cè)電阻兩端的電阻，該電參數(shù)傳感器通過接觸焊盤850、854、856和858連接到電阻器，從而形成溫度傳感器862。

上面描述了液滴噴射器230。液滴噴射器230包括熱噴墨電阻器252和噴嘴254。熱噴墨電阻器252電連接到待連接到電流源的接觸焊盤860和862。

在操作中，來自流體源828的液體或流體流入到通道824中。為了校準(zhǔn)流體傳感器868，包括處理單元和存儲(chǔ)器的外部定位控制器輸出控制信號(hào)，該控制信號(hào)使電流經(jīng)由接觸焊盤860和862傳輸通過熱噴墨電阻器252。結(jié)果，熱噴墨電阻器252被加熱到一定溫度，以便使相鄰的流體蒸發(fā)，以通過噴嘴254排出流體微滴。在紙泡塌縮時(shí)，流體填充空的空隙并流過流量傳感器868的電阻器。在液滴噴射器230的致動(dòng)之前或期間，外部定位的處理單元輸出使電流在電阻器860和862上傳輸?shù)目刂菩盘?hào)。通過熱源860的電阻器傳輸?shù)碾娏髯阋约訜嵯噜彽牧黧w。通過溫度傳感器862的一個(gè)或兩個(gè)電阻器傳輸?shù)碾娏魍ǔ２蛔阋援a(chǎn)生大幅的熱量，但足以檢測(cè)由溫度變化引起的溫度傳感器862的電阻器的電阻變化。當(dāng)流體流過熱源860時(shí)，流體流將溫度傳遞給溫度傳感器862中的一個(gè)的電阻器(取決于方向流動(dòng))，由此產(chǎn)生電信號(hào)，該電信號(hào)對(duì)應(yīng)于溫度傳感器862的電阻器兩端的電阻的變化。

類似于上述校準(zhǔn)電子裝置50的外部校準(zhǔn)電子裝置接收來自外部電參數(shù)傳感器的信號(hào)，并且將這些信號(hào)校準(zhǔn)、聯(lián)系或關(guān)聯(lián)到產(chǎn)生這種信號(hào)的流體流率，該流率基于由液滴噴射器230噴射的預(yù)定數(shù)量的微滴以及微滴或一組微滴的預(yù)定液滴重量。存儲(chǔ)來自流量傳感器868的這種信號(hào)與預(yù)定噴射的基于微滴的流率之間的關(guān)系。該存儲(chǔ)的關(guān)系隨后由外部處理器用于基于來自傳感器868的信號(hào)估計(jì)流過流量傳感器868至流體相互作用部件830的流體流率。然后由外部處理器使用估計(jì)的流率來控制流體供應(yīng)或泵送到流體相互作用部件830的速率。

微流體傳感器校準(zhǔn)子系統(tǒng)822類似于上述微流體傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)320，除了子系統(tǒng)822適于連接到獨(dú)立或單獨(dú)提供的電流源、電參數(shù)傳感器和獨(dú)立或單獨(dú)的校準(zhǔn)電子裝置。校準(zhǔn)子系統(tǒng)822包括發(fā)熱電阻器880和液滴噴射器230。發(fā)熱電阻器880用作流量傳感器870，并且類似于上述發(fā)熱電阻器340，不同之處在于，發(fā)熱電阻器340電連接到將被電連接到外部或分離的電流源以及外部或單獨(dú)的電參數(shù)傳感器的電接觸焊盤884、886。液滴噴射器230類似于上述關(guān)于系統(tǒng)320所描述的液滴噴射器230，除了液滴噴射器230電連接到將被電連接到外部或單獨(dú)的電流源的電接觸焊盤888和890。

為了校準(zhǔn)傳感器836，外部處理器控制器輸出控制信號(hào)，該控制信號(hào)使電流被供應(yīng)給熱噴墨電阻器252，從而致動(dòng)液滴噴射器230。結(jié)果，微滴或多個(gè)微滴由液滴噴射器230噴射，從而在通道824內(nèi)產(chǎn)生空隙或負(fù)壓區(qū)域。通過將液體或流體從流體源828抽吸到通道854中來填充該空隙，其中，被抽吸的液體通過或相對(duì)于電阻器880流動(dòng)。

在液體流過電阻器880之前或期間，外部處理器輸出控制信號(hào)以致動(dòng)由發(fā)熱電阻器880形成的流量傳感器。在所示示例中，外部處理器輸出使電流被提供給電阻器880的控制信號(hào)。結(jié)果，電阻器880輸出熱。隨著電阻器880的加熱，所產(chǎn)生的熱被傳遞給周圍的流體。當(dāng)液體或流體通過或相對(duì)于電阻器80流動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的熱被傳導(dǎo)到液體并被流帶走。根據(jù)流體的流率，熱量被液體流引起或吸走的速率變化。通過液體流吸取或帶走熱的速率進(jìn)一步影響電阻器880的溫度及其電阻。外部或單獨(dú)的電氣參數(shù)傳感器檢測(cè)由溫度變化引起的電阻880的電阻變化以及根據(jù)電阻880的電阻變化而變化的輸出電信號(hào)。外部處理器將從電參數(shù)傳感器接收的電信號(hào)與基于導(dǎo)致電參數(shù)傳感器輸出的電信號(hào)的先前確定的液滴噴射速率、噴射的液滴的數(shù)量及其相應(yīng)的液滴重量來確定的流率相關(guān)聯(lián)。例如在查找表或校準(zhǔn)曲線中存儲(chǔ)這樣的關(guān)聯(lián)。該存儲(chǔ)的關(guān)系或關(guān)聯(lián)隨后由外部處理器用于基于來自電阻器880的信號(hào)來確定或估計(jì)通過電阻器880的流體流動(dòng)的速率。在一種實(shí)施方式中，確定的流體流的速率被進(jìn)一步用于提供泵或例如流體相互作用部件832之類的其他流體相互作用部件的閉環(huán)反饋控制。

由于用于校準(zhǔn)流量傳感器868和870的部件被整合到襯底826中或襯底826上，所以這種流量傳感器868和870的校準(zhǔn)不利用外部校準(zhǔn)部件，而是用于電參數(shù)傳感器和處理器。因此，流量傳感器868和870可以在使用時(shí)和在現(xiàn)場(chǎng)更容易地實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，以適應(yīng)環(huán)境、溫度和液體或流體的變化。同時(shí)，由于芯片810利用外部或單獨(dú)的電參數(shù)傳感器和校準(zhǔn)電路，所以芯片810的成本和尺寸減小。在一些實(shí)施方式中，由于低成本，芯片810更易于一次性使用，例如在對(duì)血液或其他生物危險(xiǎn)液體的樣品進(jìn)行分析或相互作用之后。

圖9示意性地圖示了微流體芯片910。微流體芯片910類似于上面關(guān)于圖6描述的系統(tǒng)620，除了微流控芯片910包括各種電接觸墊，從而有利于使用外部或單獨(dú)的電參數(shù)傳感器和校準(zhǔn)電子裝置，從而促進(jìn)小、成本更低且可能一次性使用的微流體芯片。對(duì)應(yīng)于上述部件的微流體芯片910的那些部件被類似地編號(hào)。

與上述實(shí)施方式一樣，微流體芯片910利用包括熱噴墨電阻器252和相關(guān)聯(lián)的噴嘴254的液滴噴射器230來噴射具有預(yù)定量、體積或液滴重量的液體或液體的微滴，其中，預(yù)定的量、體積或液滴重量對(duì)應(yīng)于限定的流率值，該流率值則與流量傳感器的信號(hào)相關(guān)聯(lián)，以校準(zhǔn)流量傳感器。在所示示例中，熱噴墨電阻器252被電連接到將被電連接到外部電流源以及控制液滴噴射器230的致動(dòng)的外部電子裝置的電接觸焊盤937、938。圖9附加地圖示了還包括慣性泵922的微流體芯片910。

微流體芯片910包括形成在襯底926內(nèi)或襯底926上的微流體通道924。襯底826用作電路的機(jī)械支撐件。在一種實(shí)施方式中，襯底26包括單晶硅，其中的部分被選擇性地?fù)诫s以形成芯片910的電路或部件。微流體通道824包括主分支930和校準(zhǔn)分支932。主分支930從流體源928延伸到流體相互作用部件936。校準(zhǔn)分支930從流體源928延伸到液滴噴射器。分支930、932中的每一個(gè)具有寬度和高度，其中每一個(gè)都是亞毫米級(jí)。在一種實(shí)施方式中，分支930、932中的每一個(gè)具有在10μm和200μm之間的寬度和高度，并且具有標(biāo)稱為在10μm和50μm之間的寬度和高度。盡管圖示為基本上線性的，但這樣的分支930、932可以具有彎曲、蛇形、分支或其他形狀。

如圖9所示，微流體芯片910包括用于兩個(gè)不同流量傳感器的部件，包括發(fā)熱電阻器942、944的第一流量傳感器940和包括發(fā)熱電阻器952和954的第二流量傳感器946。在所示示例中，用于每個(gè)流量傳感器940、946的發(fā)熱電阻器對(duì)彼此相似。發(fā)熱電阻器942、944和發(fā)熱電阻器952、954中的每一個(gè)被整合到襯底26中，延伸穿過它們相應(yīng)的通道。每對(duì)發(fā)熱電阻器在沿微流體通道924的縱向長(zhǎng)度的方向上彼此隔開。在一種實(shí)施方式中，發(fā)熱電阻器942和952與它們相應(yīng)的發(fā)熱電阻器944和946隔開介于10um和1000um之間并且標(biāo)稱為100um的距離。

在一種實(shí)施方式中，發(fā)熱電阻器942、952相應(yīng)地相對(duì)于發(fā)熱電阻器944、946熱隔離或熱絕緣，使得除了通過流體的例如穿過或越過襯底926的流動(dòng)的散熱之外的每對(duì)電阻器之間的熱傳遞減少。換句話說，通過基板926的固態(tài)熱傳導(dǎo)與通過流體流的對(duì)流熱傳遞隔離。在一種實(shí)施方式中，在每對(duì)電阻器的電阻器之間和周圍延伸的襯底926的部分由與通過通道924移動(dòng)的流體相比具有較低熱導(dǎo)率的材料或材料的組合形成。例如，在一種實(shí)施方式中，否則將與電阻器接觸的襯底26的部分被覆蓋、分層或涂覆有氧化物層。結(jié)果，減少了每對(duì)電阻器之間通過襯底926的熱傳遞，以有利于更高的感測(cè)精度。

在另一種實(shí)施方式中，通過襯底26的固態(tài)導(dǎo)熱通過施加無論是直流還是交流的時(shí)間間隔的電流脈沖與通過流體流的對(duì)流傳熱隔離。例如，在一種實(shí)施方式中，通過每對(duì)電阻器的電流傳輸設(shè)有相對(duì)于彼此異相的時(shí)間間隔的電脈沖，由此通過電參數(shù)傳感器對(duì)電參數(shù)的感測(cè)也相對(duì)于彼此在時(shí)間上偏移。在這樣的實(shí)施方式中，脈沖的使用進(jìn)一步促進(jìn)更大的溫差，從而產(chǎn)生更大的電阻變化，這允許增強(qiáng)傳感器940、946的靈敏度。

在一種實(shí)施方式中，0.1μs-10ms的電流脈沖以120khz和10hz之間并且標(biāo)稱為在1khz和100khz之間的頻率傳輸通過電阻器942、944、952、954。在電阻器942、944、952、954由wsin形成的一種實(shí)施方式中，電流以0.1ma和50ma之間的電流強(qiáng)度以及

48khz和10hz之間的頻率供應(yīng)給每個(gè)電阻器。在電阻器942、944、952、954由ta-al合金形成的一種實(shí)施方式中，電流以0.1ma和500ma之間的電流強(qiáng)度以及12khz和1hz之間的頻率供應(yīng)給每個(gè)電阻器。在電阻器942、944、952、954由鉑形成的一種實(shí)施方式中，電流以0.1ma和50ma之間的電流強(qiáng)度以及0和15khz之間的頻率供應(yīng)給每個(gè)電阻器。

發(fā)熱電阻器942、944設(shè)置在分支通道932內(nèi)，并響應(yīng)不同流體流率引起的不同溫度而呈現(xiàn)不同程度的電阻。發(fā)熱電阻器942、944相應(yīng)地電連接到兩對(duì)電接觸焊盤，即接觸焊盤958、960和接觸焊盤962和964，以便電連接到外部定位或分離的電參數(shù)傳感器和校準(zhǔn)電子裝置。每個(gè)發(fā)熱電阻器942、944上的電阻變化由外部電參數(shù)傳感器感測(cè)并由外部校準(zhǔn)電子裝置用于識(shí)別不同電阻水平(由外部電參數(shù)傳感器輸出的信號(hào)所表示)與使用噴射以引起流體流量的變化、每個(gè)電阻器942、944的溫度變化和電阻變化的流體的預(yù)定體積、量或液滴重量來確定的不同流率之間的關(guān)系。

發(fā)熱電阻器952、954被設(shè)置在微流體分支930內(nèi)并且響應(yīng)于由不同流體流率引起的不同溫度而呈現(xiàn)不同程度的電阻。發(fā)熱電阻器952、954相應(yīng)地電連接到兩對(duì)電接觸焊盤，即接觸焊盤966、968和接觸焊盤970和972，以便電連接到外部定位或分離的電參數(shù)傳感器和校準(zhǔn)電子裝置。每個(gè)發(fā)熱電阻器952、954上的電阻變化由外部電參數(shù)傳感器感測(cè)并被外部校準(zhǔn)電子裝置用于使用不同水平的電阻(由來自橢圓參數(shù)傳感器的信號(hào)表示)和流率之間的預(yù)定關(guān)系來確定或估計(jì)流率。盡管流量傳感器940、946中的每一個(gè)被示出為包括一對(duì)發(fā)熱電阻器以提供大小和方向值二者，但在其他實(shí)施方式中，流量傳感器940、946中的一個(gè)或兩個(gè)可以包括單發(fā)熱電阻器。

在一種實(shí)施方式中，基于液滴噴射(存儲(chǔ)的關(guān)系)和來自傳感器940的信號(hào)之間的確定和存儲(chǔ)的關(guān)系直接以未修改的方式被使用，以隨后基于來自傳感器946的信號(hào)來確定或估計(jì)流率。在又一種實(shí)施方式中，外部獨(dú)立校準(zhǔn)電子裝置在基于從傳感器946接收的信號(hào)來計(jì)算或估計(jì)流體流量時(shí)對(duì)基于液滴噴射的流率和來自傳感器940的信號(hào)之間的存儲(chǔ)的關(guān)系施加各種補(bǔ)償或調(diào)整。例如，在一種實(shí)施方式中，外部校準(zhǔn)電子裝置基于傳感器940和946的功能或特性之間的預(yù)定差異(如果存在)對(duì)所存儲(chǔ)的關(guān)系應(yīng)用補(bǔ)償或調(diào)整，或?qū)λ鎯?chǔ)的關(guān)系應(yīng)用補(bǔ)償或調(diào)整以適應(yīng)上述差異。在一種實(shí)施方式中，外部校準(zhǔn)電子裝置根據(jù)傳感器940、946的相對(duì)位置之間的差異(例如，其各自通道內(nèi)的電阻器942、944和952、954的位置的差異)附加地或替代地應(yīng)用補(bǔ)償或調(diào)整。在一種實(shí)施方式中，外部校準(zhǔn)電子裝置附加地或替代地基于不同傳感器940、946的包含感測(cè)元件(所示示例中的發(fā)射電阻器942、944、952、954)的微流體通道924的相應(yīng)部分的形狀或尺寸的差異，對(duì)所存儲(chǔ)的關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償或調(diào)整。

慣性泵922位于分支通道930內(nèi)并電連接到電接觸墊976、978。慣性泵922包括沿通道930定位的靠近儲(chǔ)存器或流體供應(yīng)裝置928并且遠(yuǎn)離流體相互作用部件936的泵送裝置。換句話說，慣性泵928與儲(chǔ)存器流體供應(yīng)裝置928隔開一定距離，該距離小于流體源928與流體相互作用部件936之間的總流體路徑的長(zhǎng)度的一半。慣性泵922利用通道內(nèi)的慣性和動(dòng)量，該通道與其連接以產(chǎn)生流體流動(dòng)的裝置相比相對(duì)較窄。為了本公開的目的，術(shù)語“慣性泵”是指一種泵送裝置，其初始地在相對(duì)于其連接的儲(chǔ)存器相對(duì)較窄的通道內(nèi)沿兩個(gè)方向驅(qū)動(dòng)流體，但是其中，泵送裝置不對(duì)稱地定位在流體供應(yīng)裝置和流體相互作用部件之間，使得最終結(jié)果是流體沿朝向兩個(gè)裝置中最遠(yuǎn)的方向被驅(qū)動(dòng)。

在一種實(shí)施方式中，慣性泵922包括氣泡噴射泵。氣泡噴射泵是產(chǎn)生最初膨脹的氣泡以移動(dòng)或驅(qū)動(dòng)相鄰流體遠(yuǎn)離氣泡的泵。氣泡噴射泵的一個(gè)示例包括微加熱器，例如熱噴墨(tij)泵等。tij泵利用電流通過的一個(gè)或多個(gè)電阻器。由該一個(gè)或多個(gè)電阻器產(chǎn)生為通過該一個(gè)或多個(gè)電阻器的電流的熱使靠近電阻器的流體氣化以產(chǎn)生氣泡。當(dāng)該泡沫最初產(chǎn)生和膨脹時(shí)，泡沫最初驅(qū)動(dòng)相鄰的流體遠(yuǎn)離氣泡。

在一種實(shí)施方式中，來自流量傳感器940的信號(hào)和基于通過液滴噴射器230噴射的流體的預(yù)定量來確定的流率之間的存儲(chǔ)的關(guān)系被用于估計(jì)對(duì)應(yīng)于由于慣性泵922的致動(dòng)而從流量傳感器946接收到的信號(hào)的流率。在這樣的實(shí)施方式中，外部校準(zhǔn)電子裝置還用作控制電子裝置，其基于根據(jù)所存儲(chǔ)的關(guān)系來估計(jì)的分支通道930內(nèi)的流體的流率來調(diào)整慣性泵922的操作。結(jié)果，微流體芯片910提供了在現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)時(shí)校準(zhǔn)流量傳感器946的能力，同時(shí)還提供慣性泵922的閉環(huán)反饋控制。

盡管已參照示例性實(shí)施方式描述了本公開，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離所要求保護(hù)的主題的精神和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行改變。例如，雖然不同的示例性實(shí)施方式可被描述為包括提供一個(gè)或多個(gè)益處的一個(gè)或多個(gè)特征，但是預(yù)期的是，所述特征可以彼此互換，或者替代地在所描述的示例性實(shí)施方式中或在其他替代實(shí)施方式中彼此組合。由于本公開的技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，并非技術(shù)上的所有變化都可預(yù)見。參照示例性實(shí)施方式描述并在下面的權(quán)利要求中闡述的本公開顯然意在盡可能地廣泛。例如，除非另有特別說明，否則引用單個(gè)特定元件的權(quán)利要求也涵蓋多個(gè)這樣的特定元件。