具有流體阻止的流體系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于輸運(yùn)介質(zhì)的流體系統(tǒng)、用于使用這樣的流體系統(tǒng)的裝置和用于控制介質(zhì)跨流體阻止流動(dòng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]US5627041A1公開(kāi)了一種用于生物樣本分析的藥筒，所述藥筒包括具有“停止結(jié)”的通道，流體的毛細(xì)流動(dòng)在停止結(jié)處達(dá)到靜止，直至壓力、力或加速度被施加到流體以克服所述停止結(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]具有允許特別是在流體系統(tǒng)中的流體流動(dòng)的可替換、魯棒控制的手段將是有利的。
[0004]這一關(guān)注點(diǎn)通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的流體系統(tǒng)、根據(jù)權(quán)利要求12的處理裝置、根據(jù)權(quán)利要求13的方法和根據(jù)權(quán)利要求14的用途來(lái)解決。在從屬權(quán)利要求中公開(kāi)了優(yōu)選的實(shí)施例。
[0005]根據(jù)第一方面，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種流體系統(tǒng)，其中術(shù)語(yǔ)“流體系統(tǒng)”應(yīng)當(dāng)指代包括比如通道、腔室、入口、出口等之類(lèi)的連通腔體的設(shè)備，可以通過(guò)該連通腔體輸運(yùn)介質(zhì)。介質(zhì)可以特別地為流體，例如生物原液(血液、唾液、尿液等)。而且，系統(tǒng)在其腔體的特性或平均直徑(例如被測(cè)量為完全適應(yīng)于腔體的最大球體的直徑)典型地小于大約100 μπι的意義上優(yōu)選地為“微流體”系統(tǒng)。
[0006]所提出的流體系統(tǒng)包括經(jīng)由流體阻止連接的第一通道和第二通道。而且，流體系統(tǒng)包括具有內(nèi)表面的柔性元件，所述內(nèi)表面被設(shè)置成使得施加在柔性元件的外表面上的確定機(jī)械壓力能夠?qū)崿F(xiàn)介質(zhì)跨流體阻止的流動(dòng)的方式造成所述內(nèi)表面的局部變形。
[0007]通常，術(shù)語(yǔ)“通道”應(yīng)當(dāng)指代可以通過(guò)其輸運(yùn)介質(zhì)的(任意集合形狀的)腔體。典型地，這樣的通道具有帶有矩形、圓形或多邊形橫截面的細(xì)長(zhǎng)幾何形狀。
[0008]“流體阻止”應(yīng)當(dāng)是在通過(guò)(多個(gè))鄰近通道輸運(yùn)介質(zhì)的條件(例如介質(zhì)中的壓力)下通過(guò)其阻礙、優(yōu)選地中斷所述介質(zhì)的流動(dòng)或輸運(yùn)的任何元件、單元、結(jié)構(gòu)或設(shè)備。引入到上述流體系統(tǒng)的第一通道中的介質(zhì)將因此沿該通道流動(dòng)，直至其到達(dá)流體阻止，其中所述流動(dòng)達(dá)到靜止。
[0009]“壓力”在柔性元件的外表面上的施加，在本申請(qǐng)的上下文中，等同于對(duì)應(yīng)力的施加。提及的“確定”壓力是指以下事實(shí):所施加的壓力將通常必須落到某個(gè)范圍或區(qū)間中以便引起所期望的效應(yīng)(即，能夠?qū)崿F(xiàn)流體流動(dòng))。
[0010]一般而言，“第一”通道和“第二”通道的作用可互換(對(duì)稱(chēng))。在下文中，在應(yīng)用期間被首先填充有所輸運(yùn)的介質(zhì)的通道將典型地被視為“第一通道”，而僅在經(jīng)過(guò)流體阻止之后介質(zhì)進(jìn)入到其中的通道被視為“第二通道”。
[0011]所描述的流體系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):其允許介質(zhì)的流動(dòng)的可靠和魯棒控制，這是因?yàn)樗隽鲃?dòng)在流體阻止處中斷，直至采取顯著的外部措施，即柔性元件的變形。有利之處還在于，介質(zhì)內(nèi)的壓力不需要被影響以克服流體阻止。
[0012]一般而言，柔性元件可以是其自身的部分或組件。柔性元件然后被優(yōu)選地鄰近于第一通道、第二通道和/或流體阻止來(lái)布置。在一些實(shí)施例中，柔性元件可以是或包括第一通道、第二通道和/或流體阻止的部分。
[0013]柔性元件的內(nèi)表面的變形可以是永久的(如果達(dá)到材料的塑性變形范圍的話(huà))。優(yōu)選地，所述變形無(wú)論如何是彈性的，因而一旦移除導(dǎo)致變形的壓力或力，則允許變形的元件返回到其初始狀態(tài)或幾何形狀。
[0014]一般而言，能夠?qū)崿F(xiàn)跨流體阻止的流動(dòng)可以通過(guò)涉及柔性元件的變形的各種機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。流體阻止可以例如從第一和第二通道移走，因而移除對(duì)介質(zhì)流動(dòng)的阻礙影響。
[0015]在優(yōu)選實(shí)施例中，柔性元件的內(nèi)表面的變形改變所述內(nèi)表面與相對(duì)元件之間的距離?！跋鄬?duì)元件”可以例如正好是或包括第一通道、第二通道和/或流體阻止的表面。而且，內(nèi)表面與相對(duì)元件之間的距離優(yōu)選地在內(nèi)表面的變形期間減小。例如，在其中流體阻止親水、具有低于鄰近的第一通道的親水性并且其中第一通道可以變形以接近第二通道的系統(tǒng)中，含水介質(zhì)將越過(guò)流體阻止，這是因?yàn)橥ǖ乐g的間隙的減小給出毛細(xì)吸入的增加。
[0016]可選地，前述距離的減小是減小到零值，即直至柔性元件的內(nèi)表面和相對(duì)元件彼此接觸。然后橋接這些元件之間的間隙，這允許介質(zhì)的經(jīng)過(guò)。例如，如果柔性元件的內(nèi)表面的機(jī)械變形導(dǎo)致親水表面觸碰含水介質(zhì)的流體彎液面，介質(zhì)將越過(guò)流體阻止，因?yàn)橛|碰給出毛細(xì)吸入的增加。
[0017]在另一實(shí)施例中，柔性元件的內(nèi)表面的變形可以增加腔體或通道內(nèi)的距離。例如，在其中流體阻止是疏水的系統(tǒng)中，含水介質(zhì)將越過(guò)流體阻止，因?yàn)殚g隙的增加給出流體阻止可以承受的流體壓力的減小。
[0018]在流體系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展中，其中柔性元件的內(nèi)表面與相對(duì)元件之間的距離通過(guò)柔性元件的變形改變，可以在柔性元件的所述內(nèi)表面上和/或在所述相對(duì)元件上提供突起。這樣的突起將接觸存在于相對(duì)側(cè)上的介質(zhì)的彎液面并且構(gòu)成用于其連續(xù)流動(dòng)的良好定義的橋。
[0019]在優(yōu)選實(shí)施例中，前述突起可以具有用于在流體系統(tǒng)中輸運(yùn)的介質(zhì)的毛細(xì)作用和/或可潤(rùn)濕性。接觸突起的介質(zhì)然后將被所述突起容易地吸取和轉(zhuǎn)送。突起的(高)毛細(xì)作用可以通過(guò)為其提供結(jié)構(gòu)化表面(包括例如毛細(xì)槽)來(lái)實(shí)現(xiàn)。突起的(高)可潤(rùn)濕性可以通過(guò)為其提供關(guān)于要輸運(yùn)的介質(zhì)的合適表面化學(xué)性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0020]第一和/或第二通道可以特別地設(shè)計(jì)成允許通過(guò)毛細(xì)力輸運(yùn)介質(zhì)。取決于要輸運(yùn)的介質(zhì)類(lèi)型，適當(dāng)?shù)剡x擇通道的內(nèi)部幾何形狀(橫截面、長(zhǎng)度)和表面化學(xué)性質(zhì)(親水性)以允許介質(zhì)上的毛細(xì)力的生成。介質(zhì)的輸運(yùn)然后將由所述力驅(qū)動(dòng)而自動(dòng)發(fā)生。
[0021]最優(yōu)選地，鄰近于流體阻止的第一通道和/或第二通道的區(qū)域具有用于要輸運(yùn)的介質(zhì)的特別高的毛細(xì)作用。因此可以確保當(dāng)發(fā)生柔性元件的變形時(shí)介質(zhì)將存在于所述區(qū)域中。如果高毛細(xì)作用的區(qū)域在流體阻止后面(例如在第二通道中)，高毛細(xì)作用具有在變形期間和之后容易捕獲介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。
[0022]可以通過(guò)各種措施向流體阻止提供中斷介質(zhì)流動(dòng)的特征。在一個(gè)實(shí)施例中，流體阻止可以例如包含具有低于鄰近的第一通道和/或第二通道的可潤(rùn)濕性(或親水性，如果應(yīng)當(dāng)輸運(yùn)親水介質(zhì)的話(huà))的材料。
[0023]在另一實(shí)施例中，流體阻止可以是或者包括排斥要輸運(yùn)的介質(zhì)的組件。如果介質(zhì)例如是含水液體，流體阻止可以是或者流體阻止可以包含具有疏水性質(zhì)的材料，例如流體阻止的適當(dāng)表面涂層。
[0024]根據(jù)另一實(shí)施例，流體阻止可以具有由于幾何尺寸的較低毛細(xì)作用，例如流體阻止具有大于鄰近的第一通道和/或第二通道的內(nèi)部尺寸。對(duì)于任意幾何形狀，通道或流體阻止的“內(nèi)部尺寸”可以定義為完全適應(yīng)于所述通道或流體阻止的最大球體的直徑。
[0025]根據(jù)另一實(shí)施例，流體阻止可以包含導(dǎo)致流體彎液面的阻塞或流體彎液面的受阻礙移動(dòng)的幾何結(jié)構(gòu)，例如諸如邊緣或隆起或粗糙之類(lèi)的具有高曲率的結(jié)構(gòu)。
[0026]柔性元件可以特別地是或包括可變形壁。因而，不需要接合點(diǎn)、鉸鏈等以允許兩個(gè)連接部分的移動(dòng)。而是，構(gòu)成柔性元件的材料的內(nèi)部彈性和/或塑性被用于實(shí)現(xiàn)所期望的變形。最優(yōu)選地，壁可以彈性變形到允許與相對(duì)壁或結(jié)構(gòu)接觸的程度。
[0027]第一通道、第二通道和/或流體阻止可以可選地包括用于過(guò)濾被輸運(yùn)的介質(zhì)的過(guò)濾元件。優(yōu)選地，這樣的過(guò)濾元件位于首先被介質(zhì)填充的通道(例如第一通道)中。這具有以下優(yōu)點(diǎn):介質(zhì)的流動(dòng)在此期間被流體阻止中斷的時(shí)間可以被用于過(guò)濾過(guò)程并且僅經(jīng)過(guò)濾的介質(zhì)將必須跨過(guò)流體阻止。
[0028]流體系統(tǒng)一般可以集成到其中需要其性質(zhì)的任何設(shè)備、裝置或組件中。特別地，流體系統(tǒng)可以合并到藥筒中(或構(gòu)成藥筒)，即合并到包括用于容納樣本介質(zhì)的構(gòu)件的可輸運(yùn)單元中。藥筒典型地為可交換元件或單元，可以利用其向裝置提供樣本介質(zhì)以供處理。藥筒通常將是針對(duì)單個(gè)樣本僅使用一次的一次性組件。
[0029]本發(fā)明的另一實(shí)施例涉及一種用于處理介質(zhì)的裝置，所述裝置包括以下組件:
a)用于以上所描述的種類(lèi)的流體系統(tǒng)(即具有經(jīng)由流體阻止連接的第一和第二通道的流體系統(tǒng)，其中柔性元件的內(nèi)表面通過(guò)所述柔性元件的外表面上的壓力可變形以能夠?qū)崿F(xiàn)介質(zhì)跨流體阻止的流動(dòng))的容納空間。
[0030]b)用于在位于容納空間中的流體系統(tǒng)的柔性元件的外表面上可控地施加壓力的致動(dòng)器。
[0031]可以位于容納空間中的流體系統(tǒng)將優(yōu)選地為一次性藥筒(集成到其中)，其僅一次用于單個(gè)樣本的處理。而且，流體系統(tǒng)可以在概念上被視為裝置的部分或分離的組件。
[0032]裝置典型地包括所期望處理介質(zhì)的構(gòu)件或組件，所期望處理介質(zhì)提供在位于容納空間中的流體系統(tǒng)中。該處理可以包括介質(zhì)的任何操縱，例