微流体泵.pdf

本发明提供一个微流体泵来管理一次性装置中的流体流动，从而，甚至在非常低的流速下也提供恒定的流动.采用微流体泵的装置，以及生产和执行微流体的过程也被本发明提供。

1.  一泵，包括：
通道，其被(a)第一基层的第一表面上的沟槽，和(b)第二基层的第二表面所定义或构成；设置的制动器用来压缩第二表面进入第一基层的沟槽中，但不实质上使沟槽变形。

2.  根据权利要求1所述的泵，其中，所述的制动器被设置用来沿着沟槽的轴进行移动。

3.  根据权利要求1或2所述的泵，其中，所述的沟槽具有高度，该高度至少为10微米，至少为20微米，至少为30微米，或者至少为50微米。

4.  根据前述任意权利要求所述的泵，其中，所述的沟槽具有高度，该高度为大约1000微米或更少，大约500微米或更少，大约250微米或更少，大约125微米或更少，大约100微米或更少，大约75微米或更少。

5.  根据前述任意权利要求所述的泵，其中，所述的第一和第二基层实质上是平坦的。

6.  根据前述任意权利要求所述的泵，其中，所述的通道具有出口和入口以及位于入口和出口之间的距离，该距离至少为1毫米，至少为2.5毫米，至少为5毫米，至少为10毫米，至少为25毫米。

7.  根据前述任意权利要求所述的泵，其中，所述的通道具有出口和入口和位于入口以及出口之间的距离，该距离至少为250毫米或更少，至少为100毫米或更少，至少为75毫米或更少，至少为50毫米或更少，至少为25毫米或更少。

8.  根据前述任意权利要求所述的泵，其中，所述的泵被设置成与微流体装置流体连通。

9.  根据权利要求8所述的泵，其中，所述的微流体装置包括至少一个微粒体通道来接收怀疑至少包含一个目标的流体样本和微通道包括至少一个用来确定所述至少一个目标是否存在的试剂。

10.  根据权利要求9所述的泵，其中，所述的泵被设置为，当流体样本的气-液界面远端被置于该微粒体装置的微通道内的时候，在流体样本的气-液界面远端产生气体压力作用。

11.  根据权利要求10所述的泵，其中，所述的流体样本的气-液界面的近端被暴露在环境大气中。

12.  根据权利要求10-11所述的泵，其中，在流体样本的气-液界面远端产生的气体压力作用小于环境大气压。

13.  根据权利要求8-12所述的泵，其中，第一和第二基层被置于微流体装置中。

14.  根据权利要求9-13所述的泵，其中，微流体装置的微通道包括位于其中的流体样本。

15.  根据权利要求14所述的泵，其中，流体样本包括尿液，或者血液中的至少一种流体成分。

16.  根据权利要求9-15所述的泵，其中，所述的制动器被设置成为微流体装置中的微通道内的流体样本提供至少为1nl/s，至少为5nl/s，至少为10nl/s，至少为25nl/s，至少为50nl/s，至少为100nl/s，至少为250nl/s，至少为500nl/s，或至少为1000nl/s的流速。

17.  根据权利要求9-16所述的泵，其中，所述的制动器被设置成为微流体装置中的微通道内的流体样本提供大约为10,000nl/s或更少，大约为5,000nl/s或更少，大约为2500nl/s或更少，大约为1000nl/s或更少的流速。

18.  根据权利要求9-17所述的泵，其中，所述的微通道中的流体样本的总体积为大约100毫升或更少，大约50毫升或更少，大约25毫升或更少，大约20毫升或更少。

19.  根据前述权利要求所述的泵，其中，通道具有非压缩的区域，和当被制动器压缩的时候，该第二基层的被压缩的部分封闭至少大约50％，至少大约75％，至少大约90％，至少大约95％，至少大约97.5％，至少大约99％的所述通道的未被压缩的区域，或者实质封闭通道的所有未被压缩的区域。

20.  根据前述权利要求所述的泵，其中，在未被压缩的状态，该沟槽具有一宽度，该宽度至少大约50微米，至少大约100微米，至少大约200微米，至少大约500微米。

21.  根据权利要求20所述的泵，其中，在被压缩的状态下，沟槽的宽度至少为非被压缩状态下的宽度的大约75％，至少大约90％，至少大约95％，至少大约97.5％，至少大约99％的，或者实质与非被压缩的宽度一样。

22.  根据前述权利要求所述的泵，其中，在被压缩的状态，该沟槽具有一宽度，该宽度大约为2000微米或更少，大约1500微米或更少，大约为1000微米或更少，大约为750微米，或者小于大约600微米或更少。

23.  根据权利要求22所述的泵，其中，在被压缩的状态下，沟槽的高度至少为非被压缩状态下的高度的大约75％，至少大约90％，至少大约95％，至少大约97.5％，至少大约99％的，或者实质与非被压缩的高度一样。

24.  根据前述权利要求所述的泵，其中，在未被压缩的状态，覆盖在沟槽上的第二基层具有第一厚度和与沟槽横向隔开第一距离的上的第二厚度，和其中，所述的第二厚度比第一厚度要大至少大约110％,至少大约125％,至少大约150％,至少大约175％,或r至少大约200％。

25.  根据权利要求24所述的泵，其中，所述的第一距离比沟槽的宽度大大约50％，所述的第一距离比沟槽的宽度大大约100％，所述的第一距离比沟槽的宽度大大约200％。

26.  一方法，包括：
向第一基层的第一表面上的沟槽中压缩第二基层的第二表面的至少一部分，但是并不实质让沟槽变形，其中，该压缩封闭由第二基层的第二表面和沟槽形成的通道的至少一部分。

27.  根据权利要求26所述的方法，进一步包括压缩第二表面的不同部分，所述的不同部分与沿着沟槽轴向的另一个偏移。

28.  根据权利要求26或27所述的方法，其中，所述的沟槽具有一高度，该高度为至少大约10微米，至少大约20微米，至少大约30微米，至少大约50微米。

29.  根据权利要求26-29之一所述的方法，其中，所述的沟槽具有一高度，该高度为大约1000微米或更少，大约500微米或更少，大约250微米或更少，大约125微米或更少，大约100微米或更少，大约75微米或更少。

30.  根据前述任意权利要求26-29所述的方法，其中，所述的第一和第二基层为实质平坦的。

31.  根据前述任意权利要求26-30所述的方法，其中，所述的通道具有出口和入口和位于入口和出口之间的距离，该距离至少为1毫米，至少为2.5毫米，至少为5毫米，至少为10毫米，至少为25毫米。

32.  根据前述任意权利要求26-31所述的方法，其中，所述的通道具有出口和入口和位于入口和出口之间的距离，该距离至少为250毫米或更少，至少为100毫米或更少，至少为75毫米或更少，至少为50毫米或更少，至少为25毫米或更少。

33.  根据前述任意权利要求26-32所述的方法，其中，进一步包括向微流体装置中的微通道引入流体样本，该微通道与第一和第二基层形成的通道流体为流体连通。

34.  根据权利要求33所述的方法，其中，所述的微通道包括至少一个用来确定至少一个目标是否存在的试剂。

35.  根据权利要求33-34之一所述的方法，其中，所述的压缩在置于微流体装置的微通道中的流体样本的气-液界面的远端产生气体压力作用。

36.  根据权利要求35所述的方法，其中，在所述的压缩步骤中，所述的流体样本的气-液界面的近端被暴露在环境大气中。

37.  根据权利要求35或36所述的方法，其中，在流体样本的气-液界面远端产生的气体压力作用小于环境大气压。

38.  根据权利要求26-37之一所述的方法，其中，第一和第二基层被置于微流体装置中，该方法包括把一读取器以可操作的关系放置在微流体装置中，该读取器包括被设置成进行压缩步骤的制动器。

39.  根据权利要求38所述的方法，其中，进一步包括向微流体装置的微通道引入流体样本，和操作读取器来确定微流体装置中至少一个目标的存在。

40.  根据权利要求39所述的方法，其中，流体样本包括尿液，或者血液中的至少一种流体成分。

41.  根据权利要求26-40任意之一所述的方法，其中，所述的压缩步骤为微流体装置中的微通道内的流体样本提供至少为1nl/s，至少为5nl/s，至少为10nl/s，至少为25nl/s，至少为50nl/s，至少为100nl/s，至少为250nl/s，至少为500nl/s，或至少为1000nl/s的流速。

42.  根据权利要求26-41任意之一所述的方法，其中，所述的压缩步骤为微流体装置中的微通道内的流体样本提供大约为10,000nl/s或更少，大约为5,000nl/s或更少，大约为25000nl/s或更少至少，大约为1000nl/s或更少至少的流速。

43.  根据权利要求26-42任意之一所述的方法，其中，所述的微通道中的流体样本的总体积为大约100毫升或更少，大约50毫升或更少，大约25毫升或更少，大约20毫升或更少。

44.  根据权利要求26-43任意之一所述的方法，其中，通道具有非压缩的区域，和，在被压缩的步骤中，该第二基层的被压缩的部分封闭至少大约50％，至少大约75％，至少大约90％，至少大约95％，至少大约97.5％，至少大约99％的所述通道的未被压缩的区域，或者实质封闭通道的所有未被压缩的区域。

45.  根据权利要求26-44任意之一所述的方法，其中，在未被压缩的状态，该沟槽具有一宽度，该宽度至少大约50微米，至少大约100微米，至少大约200微米，至少大约500微米。

46.  根据权利要求26-45任意之一所述的方法，其中，在被压缩的状态，沟槽的宽度至少为非被压缩状态下的宽度的大约75％，至少大约90％，至少大约95％，至少大约97.5％，至少大约99％的，或者实质与非被压缩的宽度一样。

47.  根据权利要求26-46任意之一所述的方法，其中，在被压缩的状态，该沟槽具有一宽度，该宽度大约为2000微米或更少，大约1500微米或更少，大约为1000微米或更少，大约为750微米，或者小于大约600微米或更少。

48.  根据权利要求47之一所述的方法，其中，在被压缩的状态下，沟槽的高度至少为非被压缩状态下的高度的大约75％，至少大约90％，至少大约95％，至少大约97.5％，至少大约99％的，或者实质与非被压缩的高度一样。

49.  根据权利要求48之一所述的方法，其中，在未被压缩的状态，覆盖在沟槽上的第二基层具有第一厚度和与沟槽横向隔开第一距离的上的第二厚度，和其中，所述的第二厚度比第一 厚度要大至少大约110％,至少大约125％,至少大约150％,至少大约175％,或至少大约200％。

50.  根据权利要求49所述的方法，其中，所述的第一距离比沟槽的宽度大大约50％，所述的第一距离比沟槽的宽度大大约100％，所述的第一距离比沟槽的宽度大大约200％。

51.  微流体泵模块，包括：第一和第二基层，其中第一基层是由位于25-70之间的肖氏A硬度的材料组成，和第二基层是由位于80-90之间的肖氏D硬度的材料组成，第二基层包括在其表面上形成的至少一个微通道，和其中第一和第二基层为连接在一起从而形成具毛细管。

52.  根据权利要求51所述的微流体泵模块，其中，至少一个微通道包括其部分长度为弓形或直线延伸。

53.  根据权利要求52所述的微流体泵模块，其中，至少一个微通道包括其部分长度，该部分长度形成了一般的圆形或螺旋形流体路径。

54.  根据权利要求52所述的微流体泵模块，其中，所述的圆形或螺旋形流体路径的长度为20-100毫米。

55.  根据权利要求51-54所述的微流体泵模块，其中，至少一个微通道具有至少10毫米，25毫米，50毫米，100毫米和200毫米的长度尺寸。

56.  根据权利要求51-55之一所述的微流体泵模块，其中，至少一个微通道在沿着其所有长度或部分长度上具有至少大约1000微米，至少大约900微米，至少大约,800微米，至少大约700微米，至少大约600微米，至少大约500微米和至少大约400微米的宽度尺寸。

57.  根据权利要求51-56之一所述的微流体泵模块，其中，至少一个微通道在沿着其所有长度或部分长度上具有至少大约10微米，至少大约20微米，至少大约30微米，至少大约40微米，至少大约50微米，至少大约1500微米的深度尺寸。

58.  根据前述任何权利要求所述的微流体泵模块，其中，至少一个微通道具有弓形的，圆形的，椭圆形的或U形的截面。

59.  根据权利要求51-58之一所述的微流体泵模块，其中，至少一个微通道具有弓形的切面，该切面具有至少大约0.5毫米，至少大约0.6毫米，至少大约0.7毫米，至少大约0.8毫米，至少大约0.9毫米，至少大约1毫米的曲率半径。

60.  根据前述任意权利要求所述的微流体泵模块，其中，微通道中的流体流速能够被控制在0.001μl/s-5.0μl/s之间的速度。

61.  根据前述任意权利要求所述的微流体泵模块，其中，微通道中的流体流速能够被控制在大约0.001μl/s的速度,大约0.002μl/s的速度，大约0.004μl/s的速度，大约0.008μl/s的速度，大约0.01μl/s的速度，大约0.02μl/s的速度，大约0.05μl/s的速度，大约0.075μl/s的速度，大约0.1μl/s的速度，大约0.2μl/s的速度，大约0.3μl/s的速度，大约0.5μl/s的速度，大约0.75μl/s的速度，大约1μl/s的速度，大约1.5μl/s的速度，大约2μl/s的速度，大约3μl/s的速度，大约4μl/s的速度，大约5.0μl/s的速度。

62.  根据权利要求51-61之一所述的微流体泵模块，其中，第一板元件包括剖面增加的厚度，该厚度与第二板元件上的微通道相符合。

63.  根据权利要求62所述的微流体泵模块，其中，剖面增加的厚度被设置为在第一板元件上形成的泵或脊梁，和，其中泵具有700-1400微米的宽度和40-150微米的高度。

64.  根据权利要求63所述的微流体泵模块，其中，泵的凸起的表面具有0.7-1.0毫米的曲率半径。

65.  根据权利要求64所述的微流体泵模块，其中，剖面增加的厚度沿着所有或部分微通道的长度方向进行延伸。

66.  根据权利要求65所述的微流体泵模块，其中，剖面增加的厚度的剖面区域大于与之符合的微通道的剖面区域。

67.  根据权利要求51所述的微流体泵模块，其中，进一步包括可旋转的位于第一板元件上的变形元件，该变形元件被设置为让第一板元件的部分向第二板元件的第二表面上的微通道中进行变形。

68.  根据权利要求61所述的微流体泵模块，其中，进一步包括可旋转的位于第一板元件上的变形元件，该变形元件被设置为让第一板元件的突起厚度向第二板元件的第二表面上的微通道中进行变形。

69.  根据权利要求68所述的微流体泵模块，其中，该变形元件被设置为让第一板元件的部分，或者凸起厚度并沿着微通道的长度向微通道中进行增加地变形，从而推进流体沿着微通道的长度运动。

70.  根据权利要求67所述的微流体泵模块，其中，该变形元件为可旋转的位于第一板元件上的具有外部表面的圆柱形辊子，和其中，该圆柱形辊子的硬度大于第一板元件。

71.  根据权利要求70所述的微流体泵模块，其中，进一步包括可旋转的位于第一板元件上的至少2个圆柱形辊子。

72.  根据权利要求51所述的微流体泵模块，其中，进一步包括至少一个在第二板的表面上形成的另外的微通道。

73.  根据权利要求72所述的微流体泵模块，其中，至少两个微通道以与其中一个同圆心，同环或同螺旋的形式被相邻设置。

74.  根据权利要求73所述的微流体泵模块，其中，每一个微通道具有不同的切面区域。

75.  根据权利要求71所述的微流体泵模块，其中，第一和第二板元件具有40-100微米的厚度。

76.  根据权利要求51-71之一所述的微流体泵模块，其中，第一和第二板元件通过粘合剂被连接在一起。

77.  根据权利要求76所述的微流体泵模块，其中，粘合剂包括医用UV粘合剂，热粘合试剂，压力敏感粘合剂，氧化敏感粘合剂和双面带粘合剂。

78.  根据权利要求51-71之一所述的微流体泵模块，其中，第一和第二板元件通过焊接的方式被连接在一起。

79.  根据权利要求78所述的微流体泵模块，其中，焊接的方式包括超声焊接，激光焊接，热焊接和扭力焊接。

80.  根据权利要求51-79之一所述的微流体泵模块，其中，第一和第二基层元件通过激光焊接的方式被连接在一起，所述的焊接过程包括：
(a)是第一或第二基层元件暴露在微通道附近的紫外能量下，以致于碳化第一或第二基层元件的表面；
(b)在第一和第二基层元件之间施加压力；和
(c)使被压缩的第一和第二基层元件暴露到红外线能力下，引起(a)的碳化表面附近的局部加热并融化，为了密封第一和第二基层元件，从而沿着微通道的边界形成流体密封。

81.  微粒体装置，包括：
(a)刚性基层，在其表面上具有微通道；和
(b)与刚性层连接并覆盖刚性层的柔性层，从而把所述的微通道封起来，其中，所述的柔性层包括在部分或全部微通道上的突起元件。

82.  根据权利要求81所述的微流体装置，进一步包括在微通道外围上位于刚性基层和柔性层之间的液密封，从而形成封闭的毛细管。

83.  根据权利要求82所述的微流体装置，其中凸起的元件为泵。

84.  根据权利要求83所述的微流体装置，其中，泵具有700-1400微米的宽度和40-150微米的高度。

85.  根据权利要求84所述的微流体装置，其中，泵的突起的表面具有0.7-1.0毫米的曲率半径。

86.  根据权利要求81所述的微流体装置，其中，微通道具有500-900微米的宽度尺寸和40-100微米的深度尺寸。

87.  根据权利要求81所述的微流体装置，其中，微通道具有弓形的，圆形的，椭圆形的或U形的截面末端。

88.  根据权利要求87所述的微流体装置，其中，微通道具有弓形的末端，该末端具有0.7-0.9毫米的曲率半径。

89.  根据权利要求82所述的微流体装置，其中，所述的毛细管被设置为在毛细管中的0.001-5.0μl/s的流速。

90.  根据权利要求81所述的微流体装置，其中，微通道包括以弓形地延伸的部分长度。

91.  根据权利要求90所述的微流体装置，其中，所述的弓形部分形成了一般的圆形或螺旋形的流体路径。

92.  根据权利要求91所述的微流体装置，其中，所述的弓形部分具有20-100毫米的长度。

93.  根据权利要求90所述的微流体装置，其中，微通道进一步包括以线性地延伸的部分长度。

94.  根据权利要求90所述的微流体装置，其中，线性部分具有0.5-10厘米的长度尺寸。

95.  根据权利要求93所述的微流体装置，其中，微通道包括至少两个以线性地延伸的部分长度。

96.  根据权利要求81所述的微流体装置，其中，进一步包括另外的，在刚性基层的表面上形成的微通道。

97.  根据权利要求96所述的微流体装置，其中，具有弓形部分的至少两个微通道在刚性基层的表面上相互比邻设置，弓形部分按照同心，同环或同螺旋的方式设置。

98.  根据权利要求97所述的微流体装置，其中，每一个微通道具有不同的横切面。

99.  根据权利要求81所述的微流体装置，其中，每一个刚性和柔性的基层具有40-100微米的厚度。

100.  根据权利要求81所述的微流体装置，其中，刚性和柔性的基层通过粘合剂被连接在一起。

101.  根据权利要求100所述的微流体装置，其中，粘合剂包括医用UV粘合剂，热粘合试剂，压力敏感粘合剂，氧化敏感粘合剂和双面带粘合剂。

102.  根据权利要求100所述的微流体装置，其中，刚性和柔性的基层通过焊接的方式被连接在一起。

103.  根据权利要求102所述的微流体装置，其中，焊接的方式包括超声焊接，激光焊接，热焊接和扭力焊接。

104.  根据权利要求103，其中刚性基层和柔性层通过激光焊接连接起来，该过程包括：
(a)使刚性基层和柔性层暴露在围绕微通道附近的紫外光能量下，以致于刚性基层或柔性层的表面碳化；
(b)在刚性基层和柔性层之间施加压力；和
(c)使压缩的刚性基层和柔性层暴露到红外光能量中，导致(a)中的碳化表面附近局部受热并融化，以便密封刚性基层和柔性层，从而验证微通道的边界形成流体密封。

105.  一种实行微流体过程的方法，包括：
(a)向微流体泵模块施加电压，所述的微流体泵模块包括：
(i)与第二板子元件连接的第一板子元件；其中，第一板子元件为弹性的，第二板子元件为非弹性的，第二板子元件包括在第二板子元件表面形成的微通道；和，第一板子元件包括在部分或全部微通道上设置的凸起元件；
其中，进一步，第一和第二板子元件在沿着限定微流体路径的微通道的边界连接形成液密封；
(ii)可旋转地位于第一板子元件的可变形元件，该变形元件基于施加的电压被设置为沿着微通道的长度方向移动；
(b)让可变形元件沿着微通道的长度方向移动；其中，可变形元件的移动导致突起元件向微通道进行形变，从而迫使位于微通道内的流体沿着流体路径流动。

106.  根据权利要求105所述的方法，其中，所述的可变形元件为圆柱形辊，其具有可转动地连接在突起元件的外表面，和其中，圆柱形辊的硬度大于突起的元件。

107.  根据权利要求106所述的方法，其中，微流体泵进一步包括至少两个圆柱形辊，该至少两个圆柱形辊被可转动地设置在位于微通道上的一个或多个突起元件上。

108.  根据权利要求105所述的方法，其中，微流体泵适合微通道中的0.001-5.0μl/s的流速。

109.  根据权利要求105所述的方法，其中，进一步包括反向可变形元件的方向从而让微通道中的流体的方向反向。

110.  根据权利要求105所述的方法，其中，微通道包括部分长度为弓形延伸。

111.  根据权利要求110所述的方法，其中，微通道包括限制普通的圆形或螺旋形流路的部分长度。

112.  根据权利要求105所述的方法，其中，微流体泵进一步包括在第二板子元件表面上形成的至少另外的微通道。

113.  根据权利要求112所述的方法，其中，至少两个微通道在刚性基层的表面上按照同心，同环或同螺旋的方式相互比邻设置。

114.  根据权利要求113所述的方法，其中，每一个微通道具有不同的横切面。

115.  根据权利要求105所述的方法，其中，进一步包括检测被流体中的分析物或生物反应。

116.  一种制造微流体装置的方法包括：把表面上具有微通道的刚性基层与覆盖刚性基层并封闭微通道的柔性层连接，沿着微通道的外围，液密封在刚性基层和柔性基层之间被形成，从而形成密封的毛细管，和其中，刚性和柔性的基层通过激光焊接的方式被连接在一起，该方式包括：
(a)使刚性基层和柔性层暴露在围绕微通道附近的紫外光能量下，以致于刚性基层或柔性层的表面碳化；
(b)在刚性基层和柔性层之间施加压力；和
(c)使压缩的刚性基层和柔性层暴露到红外光能量中，导致(a)中的碳化表面附近局部受热并融化，以便密封刚性基层和柔性层，从而验证微通道的边界形成流体密封。

117.  根据权利要求1-25之一所述的泵，其中第一和第二基层通过激光焊接的方式被连接在一起。

118.  一种生产权利要求1-26之一所述的泵的方法，包括，通过含有使用来自激光的光照射部分第一和第二基层的方式来把第一和第二泵连接在一起。

119.  根据权利要求1-25之一所述的泵，其中，在非压缩状态下，第二基层的第二表面为实质平坦的。

120.  根据权利要求26-50之一所述的方法，其中，在非压缩状态下，第二基层的第二表面为实质平坦的。

121.  根据权利要求1-25之一所述的泵，其中，槽是凹陷的，三角形的，正方形或者矩形的。

122.  根据权利要求1-25之一所述的泵，其中，槽具有长轴，并且制动器设置为沿着槽的长轴移动。

123.  根据权利要求122所述的泵，其中，泵被设置为沿着槽的长轴移动一定距离，从而可以泵取至少500nl，至少1微升，至少2.5微升，至少5微升，至少10微升，至少205微升的体积。

124.  根据权利要求122所述的泵，其中，泵具有泵取至少10ml或更少的总体积，至少5ml或更少的总体积，至少1ml或更少的总体积，至少0.5ml或更少的总体积。

125.  根据权利要求1-25，或者121-124之一所述的泵，其中，所述的制动器被设置为向槽中压缩部分第二基层，同时或者随后，沿着至少1毫米，至少2.51毫米，至少5毫米，至少10毫米，至少20毫米，或者至少50毫米的距离进行压缩。

126.  根据权利要求1-25，或者121-125之一所述的泵，其中，所述的制动器被设置为向槽中压缩部分第二基层，同时或者随后，沿着至少100毫米或者更少，至少75毫米或者更少，至少50毫米或者更少的距离压缩。

127.  根据权利要求1-25，或者121-126之一所述的泵，其中，所述的制动器被设置为沿着槽的长轴移动压缩的位置。

128.  根据权利要求1-25，或者121-127之一所述的泵，其中，所述的制动器被设置为，在给定的时间，单独向槽中压缩部分的第二基层。

129.  根据权利要求128所述的泵，其中，制动器被设置为沿着至少部分槽移动单一的被压缩的部分的第二基层，选自于槽长度的25％，槽长度的35％，槽长度的50％，槽长度的75％。

130.  根据权利要求1-25，或者121-129之一所述的泵，其中，在任何一次时间被压缩到槽中的第二基层部分具有少于整个槽长度的大约50％，少于整个槽长度的大约30％，少于整个槽长度的大约25％，少于整个槽长度的大约20％，少于整个槽长度的大约15％，少于整个槽长度的大约10％。

131.  根据权利要求26-50，和120之一所述的方法，其中，槽是凹陷的，三角形的，正方形或者矩形的。

132.  根据权利要求26-50，和120和131之一所述的方法，其中，槽具有长轴，和压缩的步骤包括沿着至少部分的槽的长轴移动制动器。

133.  根据权利要求26-50，和120和131-132之一所述的方法，其中，压缩的步骤包括同时或随后的压缩足够长的槽来泵取至少500nl，至少1微升，至少2.5微升，至少5微升，至少10微升，至少205微升的体积。

134.  根据权利要求26-50，和120和131-133之一所述的方法，其中，压缩的步骤包括同时或随后的压缩足够长的槽来泵取至少10ml或更少的总体积，至少5ml或更少的总体积，至少1ml或更少的总体积，至少0.5ml或更少的总体积。

135.  根据权利要求26-50，和120和131-134之一所述的方法，其中，压缩的步骤包括同时或随后的沿着槽的距离至少1毫米，至少2.51毫米，至少5毫米，至少10毫米，至少20毫米，或者至少50毫米进行压缩。

136.  根据权利要求1-25，和121-125所述的泵，其中，制动器被设置为沿着距离大约为100毫米或更少，至少75毫米或者更少，至少50毫米或者更少来压缩槽。

137.  根据权利要求1-25，和121-126所述的泵，其中，制动器被设置为沿着槽的长轴实施定点压缩。

138.  根据权利要求1-25，和121-127所述的泵，其中，制动器被设置为，在任何给定的时间，仅仅向槽中压缩第二基层的单独部分。

139.  根据权利要求128所述的泵，其中，制动器被设置为沿着至少部分槽移动单一的被压缩的部分的第二基层，选自于槽长度的25％，槽长度的35％，槽长度的50％，槽长度的75％。

140.  根据权利要求1-25，或者121-129之一所述的泵，其中，在沿着槽，向槽中压缩的第二基层的部分具有至少整个槽长度的大约50％，少于整个槽长度的大约30％，少于整个槽长度的大约25％，少于整个槽长度的大约20％，少于整个槽长度的大约15％，少于整个槽长度的大约10％。

141.  根据前述任意权利要求的泵，其中两个或多个槽被提供在第一基层上，从而形成至少两个不连续的通道。

142.  根据权利要求141所述的泵，其中，至少两个不连续的通道具有宽度w1和宽度w2，其中宽度w1至少为宽度w2的75％，宽度w2的90％，宽度w2的95％，宽度w2的97.5％，宽度w2的99％，或者实质等于宽度w2。

143.  根据权利要求141-142之一所述的泵，其中，至少两个不连续的通道具有高度h1和高度h2，其中高度h1至少为高度h2的75％，高度h2的90％，高度h2的95％，高度h2的97.5％，高度h2的99％，或者实质等于高度h2。

144.  根据权利要求141-143之一所述的泵，其中，至少两个不连续的通道具有横切面a1和横切面a2，其中横切面a1至少为横切面a2的75％，横切面a2的90％，横切面a2的95％，
横切面a2的97.5％，横切面a2的99％，或者实质等于横切面a2。

145.  根据权利要求141-144之一所述的泵，其中，至少两个不连续的通道实质平行和同中心的。

146.  根据权利要求145所述的泵，其中，至少一个通道具有半径r1，另外一个通道的半径为r2，其中，r1大于r2。

147.  根据权利要求146所述的泵，其中，半径r1为半径r2的大约1.25倍，大约1.5倍，大约2倍，大约3倍，大约5倍，大约10倍。

148.  根据权利要求141-147之一所述的泵，其中，制动器围绕一个同心点向至少两个不连续的通道旋转，所述的第二基层的部门备压缩进槽中。

149.  根据权利要求148所述的泵，其中，制动器为圆柱形的。

150.  根据权利要求148-149之一所述的泵，其中，制动器包括至少一个元件，该元件在实质与第一基层表面(顶部)平行的轴上旋转。

151.  根据权利要求149-150之一所述的泵，其中，制动器包括沿着轴具有至少一个，至少两个，至少三个，至少四个，至少五个独立的元件。

152.  根据权利要求148所述的泵，其中，制动器为圆锥形的。

153.  根据权利要求148-152所述的泵，其中，制动器为在狭窄的一端具有半径r1，在宽的一端具有半径r2.

154.  根据权利要求148或者152-153之一所述的泵，其中，制动器为沿河与第一和第二基层表面非平行的轴旋转。

155.  根据权利要求148或者152-154之一所述的泵，其中，制动器在至少两个不连续的通道上的至少一个通道上的第二基层上施加压力。

156.  根据权利要求149-155之一所述的泵，其中，所述的圆柱体制动器具有整齐的边缘轮廓。

157.  根据权利要求149-156之一所述的泵，其中，所述的圆柱体制动器具有锋利的轮廓，该轮廓包括与第一基质中一个或多个沟槽对应的一个或多个突起的结构。

158.  根据权利要求144所述的泵，其中，横切面区域a1大约为横切面区域a2的1.25倍，为横切面区域a2的1.5倍，为横切面区域a2的1.75倍，为横切面区域a2的2倍，为横切面区域a2的4倍，为横切面区域a2的6倍，或，为横切面区域a2的10倍。

159.  根据权利要求144所述的泵，其中，对于每一个完全转动的制动器，一定体积的流体被至少两个离散的微通道分配为v1,v2，其中，体积v1为体积v2的至少大约75％，至少大约90％，至少大约95％，至少大约97.5％，或者实质与体积v2相同。

160.  根据权利要求144所述的泵，其中，对于每一个完全转动的制动器，一定体积的流体被至少两个离散的微通道分配为v1,v2，其中，体积v1至少为体积v2的2倍，至少3倍，至少5倍，至少10倍，至少25倍，至少50倍，或者至少100倍。

161.  微流体装置，包括：
至少如权利要求1-144所述的泵；
与至少所述的泵流体连通的系列微流体通道；
至少一个样品施加区域；
检测区域；和
废物收集区域。

162.  微流体泵模块包括：
(a)第一基质，包括在其上限定槽的大表面；
(b)第二基质，第二基质与第一基质配合，来封闭槽而形成微通道：
(c)被设置为向第二基质施加压力的制动器：其特征在于，当一压力被施加到第二基质上，第二基质的一部分让沟槽封闭，并且在这样的情况下，槽的尺寸并不实质改变。

163.  根据权利要去162所述的微流体泵模块，其中，第二基质具有80-90D的邵氏硬度D。

164.  根据权利要求162或163所述的微流体泵模块，其中，第二基质具有35-55A的邵氏硬度A。

165.  根据权利要求162-164所述的微流体泵模块，其中，当制动器向第一基质中的槽中压迫第二基质的时候，槽的宽度w至少是在第二基质没有压力下的槽的宽度的75％，至少为80％，至少为85％，至少为90％，至少为95％，至少为97.5％，至少为99％，至少为99.99％，或者实质与槽的宽度一样。

166.  根据权利要求162-165所述的微流体泵模块，其中，当制动器向第一基质中的槽中压迫第二基质的时候，槽的高度h至少是在第二基质没有压力下的槽的高度的75％，至少为80％，至少为85％，至少为90％，至少为95％，至少为97.5％，至少为99％，至少为99.99％，或者实质与槽的高度一样。

167.  根据前述权利要求所述的微流体泵模块，其中，第一基质从下列采用中选取，但并不局限于，聚苯乙烯，聚丙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯或诸如此类。

微流体泵
发明背景
发明所属领域
本发明涉及微流体技术，更特别的，涉及用于控制流体通过微通道的微流体泵。
背景资料
微流体系统对利用非常小量流体来获取分析化学和生物信息是非常有效的。用微流体系统能增加响应时间，最小化样品量，降低试剂和消耗品的消耗。当挥发性或危险品物质被使用或产生时，在微流体中执行反应也提高了安全性并减少处理数量。
微流体设备在各种医疗诊断学和分析化学乃至基因组和蛋白质组分析领域中变的日益重要。它们在治疗方面也是有用的，例如在低流量给药方面。
为此目的所需的微成分通常是复杂的并且生产费用昂贵。例如，微型泵可以被用于混合试剂并输送处于系统组件中任意分析平台和分析仪器间(如具有显示功能的被分析物读取器)的流体。然而在微流体装置的范围内控制流体流动的方向和速度，或在微流体通道中完成复杂流体流动模式是很难的。
发明内容
在一次性测定装置中，为用于降低成本，提高流体样本的控制的精度，微流体泵已经被研究。本发明提供的装置利用微流体泵，以及制造和执行微流体过程的方法。
因此，一方面，本发明提供了微流体泵模块。在一个实施例中，微流体泵模块包括第一板元件和第二板元件，第一板是有柔性的，第二板是没有柔性的。第二板包括一个成形于第二板表面的微通道，第一和第二板联接在一起沿着微流体边界形成流体密封，从而定义为流体流路径。
在另一方面，本发明提供了一种利用这里所述的微流体泵模块的微流体装置。微流体装置包括(a)表面具有成形的微流体通道的刚性基层；和(b)覆盖刚性基层并之连接的柔性层从而封闭微流体通道，其中柔性层包括一个凸起物，该凸起物被设置在微通道的一部分或全部上。装置进一步包括沿着微通道边缘形成于在刚性基层和柔性层间形成流体密封，形成一个封闭的毛细管。
在另一方面，本发明提供一个利用这里所述的微流体泵模块的微流体装置。该微流体装置包括(a)表面具有成形的微流体通道的刚性基层；和(b)覆盖刚性基层并之连接的柔性层从而封闭微流体通道，其中柔性层包括一被设置在微通道的一部分或全部上的平整表面。装置进一步包括沿着微通道边缘形成于在刚性基层和柔性层间形成流体密封，形成一个封闭的毛细管。
在另一方面，本发明提供一个利用这里所述的微流体泵模块的微流体装置，其中泵模块包括至少2个大体上平行排列的独立的微通道。一个或多个制动器被用来同时对两个或多个微通道起作用，从而提供一些方法将两种流体相互泵开。在一些实施例中微通道具有相同的横截面积，那样，微通道的每个单位距离输送的流体体积是基本相同的。在另一些实施例中，至少两个微通道具有不同的横截面积，在那个例子中，输送过微通道的每个单位距离的流体体积是不相同的。
在另一方面，本发明提供一个利用这里所述的微流体泵模块的微流体装置，其中泵模块包括至少两个独立的围绕一个点的同心圆排列的微通道，根据该点至少一个制动器可以旋转。在这样的实施例中，至少两个微通道具有相同的横截面积，至少一个制动器的每次旋转，根据方程式Q＝rωA，更大体积的流体将会在最外面的通道中被输送，而Q是体积率，r是微通道的半径，ω是角速度，A是微通道的横截面积。因此如果最外面的通道具有半径r2，它是最内侧通道半径r1的三倍，因此制动器每次旋转最外面通道输送的流体体积将会是最内侧通道的三倍。因此，本领域的一般技术的人将会容易的认识到，通过改变同轴微通道各自的横截面积相对值，在每一个单独的通道中每次旋转可以输送不同体积的流体。
另一方面，本发明提供了用于执行微流体过程的方法。该方法包括(a)施加电压到如这里所描述的微流体泵模块上。施加的电压激活马达，加速了制动器元件，例如一个或多个转轴，该转轴可旋转接合第二基层，导致第二基层变形，进入第一基层表面上形成的微通道。第二柔性基层进入微通的变形道迫使微通道中的流体沿着微通从而形成了流体流动。第一基层是用邵尔D硬度在约75和约90之间的材料制成的。这样的材料包括，但不限于，聚苯乙烯，聚丙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯等等。在第一基层表面形成的微通道或凹槽的尺寸是稳定的，那意味着当第二基层变形进入第一基层的凹槽中时，凹槽的宽度是未压缩状态尺寸的至少约75％，至少约90％,至少约95％，至少约97.5％，至少约99％或相同，并且凹槽的高度是未压缩状态尺寸的至少约75％，至少约90％,至少约95％，至少约97.5％，至少约99％或相同。因此作为第二基层变形达到进入第一基层的结果，实质上凹槽的外形尺寸被认为是不变的。第二基层是由具有邵尔A硬度介于约15和90这样的材料形成。这样的材料包括但并不是热塑性 柔性体(TPE)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，硅橡胶，氟橡胶等。这种材料被认为在尺寸上是可变的，这是指，当压缩力或拉伸力被施加到这样的聚合物材料，该材料变形，要么是往一个或多个方向伸长，要么该材料是往一个或多个维度压缩。
在另一方面，本发明提供制造微流体装置的方法。该方法包括使表面具有微通道的刚性基层，与覆盖刚性基层并密封微通道的柔性层连接。流体封闭在沿着微通道的边缘的刚性基层和柔性层之间形成，形成一个封闭的毛细管。刚性基层和柔性层通过激光焊接过程被连接到一起。该过程包括：
(a)暴露刚性基层或柔性层中的一个到微通道边缘附近的紫外线激光能量中，使得刚性基层或柔性层的表面碳化。
(b)在刚性基层和柔性层之间施加压力；
(c)暴露被压缩的刚性基层和柔性层到红外光能量下，导致(a)中的碳化表面附近局部受热而融化，以便密封刚性基层和柔性层，从而沿着微通道的边界形成流体密封。
在另一方面，本发明提供制造微流体装置的方法。该方法包括使表面具有微通道的刚性基层，与覆盖刚性基层并密封微通道的柔性层连接。流体封闭在沿着微通道的边缘的刚性基层和柔性层之间形成，形成一个封闭的毛细管。刚性基层和柔性层通过模具制造的过程被连接到一起。该过程包括：
(a)把第一聚合物成分注射到一注射模具腔形成刚性基层；
(b)把第二聚合物成分注射到二注射模具腔形成柔性基层；和
(c)让第二聚合物熔化来熔合导入到(a)中的第一聚合物材料，从而密封刚性和柔性基层，形成在通道的边沿形成流体密封。
图例的简要说明
图1是本发明一些实施例中微流体装置操作过程中各种组件运转的一系列示意图。
图1A是本发明实施例中部分微流体装置的横截面视图。
图1B是本发明实施例中部分微流体装置的横截面视图。
图2是本发明实施例中部分微流体装置的横截面视图。
图3是本发明实施例中部分微流体装置的透视图。
图4是本发明实施例中部分微流体装置的俯视图。
图5是本发明实施例中微流体装置的透视图。
图6是本发明实施例中微流体装置的一系列示意图。
图6A是本发明实施例中微流体装置的俯视图。
图6B是本发明实施例中微流体装置的俯视图。
图6C是本发明实施例中微流体装置的俯视图。
图7是本发明实施例中微流体装置产生数据的图示。
图8是本发明实施例中微流体装置产生数据的图示。
图9是本发明实施例中微流体装置产生数据的图示。
图10是本发明实施例中部分微流体装置的俯视图。
图11是本发明实施例中使用的驱动器的横截面示意图。
图12是本发明实施例中使用的驱动器的横截面示意图。
图13是本发明的一个实施例中微流体装置的俯视示意图。
发明详细内容
在实施例中，包含泵的微流体泵和装置已经被研发用于给便携式样品处理的一次性检测装置来降低低成本，高精确度和低流量率的目的。优选的，即使在极低流量时，在泵中的流体流动的速率是基本保持恒定的。
泵包括彼此相互固定的第一基层和第二基层来提供结构，该结构上具有一个或多个微通道，这个或这些微通道沿着微通道的边界被密封从而定义为流体流程。
关于图1A和1B，一个或多个微通道结构(40)，如沟槽，在第一基层(20)的主要表面形成，如一个非柔性的或刚性材料。一个被形成的可变形的第二基层(10)，如柔性体的第二基层，与第一基层20相互固定来创造出密闭的微通道(40)，该微通道具有沿着微通道的边界的流体密闭。当外力，例如通过变形元件例如转轴(50)，被施加到柔性材料(10)，至少 部分第二基层被压缩进入非柔性成分(20)的微通道(40)从而在压缩位点闭塞了至少一部分微通道(40)。
在压缩状态下，第二基层一般闭塞足够多的微通道(40)来实质取代来自微通道(40)的大部分压缩位点的流体。例如，第二基层可能闭塞该微通道(40)的足够多部分来分离流体，把配置在微通道内压缩位点一侧的流体与微通道内压缩位点另一侧的流体相区分。在一些实施例中，在压缩状态下，第二基层闭塞了，在压缩位点中未压缩沟槽横截面积的至少约50％，至少约75％，至少约75％，至少约90％，至少约95％，至少约97.5％，至少约99％，或所有面积。
压缩可以在第一和第二基层间在压缩位点的沟槽内创造流体密封。当流体密封形成时，流体如液体被防止从压缩位点的一侧流动到压缩位点的另一侧。
流体密封可以是暂时的，如移除压力时第二基层可以完全或部分放松，从而完全或部分重新开放沟槽。
沟槽在非压缩状态下具有第一个横截面积，并在压缩状态下有第二个横截面积。在一些实施例中，柔性体的部分被压缩进入沟槽而基本上没有使沟槽变形。例如在压缩状态中压缩位点的横截面积与非压缩状态下同一位点的横截面积的比值为至少约0.75，至少约0.85，至少约0.925，至少约0.975，或约1。在一些实施例中，沟槽的高度，如在压缩位点沟槽的最大高度，在压缩状态下可以是在非压缩状态下同一位点沟槽高度的至少约75％，至少约85％，至少约90％，至少约95％，至少约100％。在一些实施例中，沟槽的宽度，如在压缩状态下沟槽的最大宽度，在压缩状态下可以是在非压缩状态下同一位点沟槽宽度的至少约75％，至少约85％，至少约90％，至少约95％，至少约100％。
压缩位点沿着微通道(40)长度的转化导致一个泵的作用，该作用导致微通道(40)内的流体流朝着变形元件(50)前进的方向流动。在一些实施例中，一个凸起元件(30)，例如一个泵，存在于柔性材料(10)上，该凸起元件可以被安装在部分微通道(40)的上面，从而在压缩非柔性元件(20)时，增加柔性材料的厚度以帮助柔性材料封闭通道。例如，在非压缩状态下，柔性材料可以具有覆盖沟槽的第一厚度，并且在位于与沟槽的中心有一定横向距离的第二厚度。在一些实施例中，第二厚度比第一厚度要大至少约110％，至少约125％，至少约150％，至少约175％，至少约200％。第二厚度可以比第一厚度大至少约500％或更少，约400％或更少，约300％或更少，约250％或更少。
第一距离可以是至少约1mm，至少约2.5mm，至少约5mm，至少约1cm。第一距离可以是约2.5cm或更少，约2cm或更少，约1.5cm或更少，约1.25cm或更少。在实施例中，第一距离比宽度大至少约1.5倍，至少约1.75倍，至少约2倍，至少约4倍，如沟槽的最大宽度。第一距离可以是比沟槽的宽度，例如沟槽的最大宽度，要大大约25倍或更小，大约20倍或更小，大约15倍或更小，大约10倍或更小。
一方面，微流体泵模块(100)使用本文所述的微流体结构。又一次关于1A和1B，微流体模块(100)包括第一弹性基层元件(10)和第二刚性基层元件(20)。第二基层元件(20)包括在形成于第二基层元件(20)表面的微通道(40)，第一和第二基层元件被连接在一起并沿着微通道(40)的边界形成流体密封，从而界定流体流路。
在另一方面，本发明提供的利用本文所述的微流体泵模块的微流体装置(100)。再一次关于1A和1B，微流体装置(100)包括在表面形成的微通道(40)的刚性基层(20)，与该刚性基层结合，并覆盖刚性基层(20)从而密封微通道(40)的柔性层(10)。
另一个方面，本发明提供了一个微流体装置(100)，再一次关于1A和1B，相反的方式被提供。在这个实例中，微通道(40)被形成于柔性层中(10)；刚性基层(20)上具有一个平坦的表面轮廓，那样当柔性层(10)可与之连接并覆盖到刚性基层(20)上，微通道(40)在这之间被形成。
在各种实施例中，柔性层(10)包括被设置在适部分或整个微通道(40)上的凸起元件(30)。凸起元件(30)具有与微通道(40)的一致的区域上具有更大的截面厚度。这有助于在变形的弹性材料(60)前进进入具有微通道表面的微通道(40)之间创造水密封。本领域的技术人员可能会明白即凸起元件(30)可以是很多适宜形状中的一种，例如泵。在另一个实施例中，柔性层(10)没有凸起元件(30)，在这种情况下微通道(40)被柔性层(10)完全覆盖，该柔性层具有平坦的上表面轮廓，该表面不与刚性基层(20)接触。
通过任何本领域熟知的适宜技术，一个或多个微通道(40)可以在刚性基层(20)的表面形成。例如微通道可以通过掩膜材料的沉积，化学蚀刻，激光蚀刻，塑料基层的成型等而形成。流体密封也可以在刚性基层(20)和柔性层(10)之间，沿着微通道(40)的边缘形成一个密封的毛细管，从而定义为流体流程。
对于弹性体以给定的速率逐步变形进入微通道，微通道可以在尺寸上定义微通道的容量和生成流动速度。那样加工成形的高质量高精度的微通道形成了微流体泵元件，该元件可以实现 非常缓慢和恒定的流动速率，如果采用的制造过程被替换，这可能不会被实现。微通道可以被标出尺寸，那样沿着部分或所有该微通道的长度其具有恒定的宽度和恒定的深度。在一个实施例中，沿着一段与变形元件结合的微通道，微通道将具有一个恒定的宽度和一个恒定的深度。总的来说，微通道的宽度在500至900微米之间，深度在40至100微米之间。那样装置可以适用于微通道中0.001微升/秒至5.0微升/秒的流速。
可以利用具有各种横截面图形的微通道。图1A和1B描述了一个微通道(40)，该微通道的底部表面是弧形的，定义出了一个凹圆的几何图形。然而，这是可以被理解的，即微通道(40)可以具有圆形、椭圆形或通常的U形底部。在一个实施例中，微通道具有弧形底部，其曲率半径在0.7至0.9毫米之间。图2是在本发明实施例中部分微流体装置的横截面视图，在图中上面各种特征的具体尺寸(用毫米表示)被标注出来。
本领域的技术人员可以理解微通道(40)的表面可以被改变性质，例如通过改变疏水性。例如疏水性可以被修改通过应用亲水材料例如表面活性剂，疏水材料的应用，用期望的疏水材料构建，具有高能束的电离表面，和/或类似物。
如本文所述，本发明的装置可以包括多个微通道(40)，每一个微通道具有多种几何图形并以各种模式被配置在刚性基层(20)上(或可以选择的在柔性层上)。例如，微通道(40)可以是线性或沿着刚性基层(20)的表面弓形扩展。图3和4展示了作为普通圆形或螺旋形配置的微通道(40)。图3是装置的透视图，该装置中微通道(40)被配置为螺旋形，更小体积的微通道被配置在具有较大体积的微通道中。图4是装置的俯视图，该装置中微通道(40)以螺旋的方式被配置并具有端口(100)和(110)，这些端口可以与一个或多个附加的微通道或结构处于流体流通。在一个实施例中，微通道的圆形或螺旋形部分具有20至100毫米的长度。
通过一个与装置径向或放射状地连接的变形元件(50)，螺旋状或普通圆形的微通道允许流体前进穿过泵模块或装置的微通道。图5是本发明泵模块和装置的详细示意图，图中多个变形元件(50)被放射状地(radially)与圆形或螺旋形的微通道连接。这些变形元件(50)被置于壳体(80)中，当结构与变形元件(50)接触时(螺旋微通道被配置在所示片状结构(110)的反面)，该壳体径向横切一个或多个在微流体片状结构(110)上的微通道。正如本领域技术人员理解的，与微流体片状结构(110)有关的变形元件(50)的转动方向影响微通道内流动的方向。正因如此，本领域的技术人员将可以理解，方便的流动通过泵的流体可以是双向的。
通过施加电压到控制它的移动的马达，壳体(80)可以被旋转。正因此如此，本发明进一步提供了实施微流体过程的方法，该过程包括施加电压到本文所述的装置。这个施加的电压激活了马达，至少使一个变形元件(50)前进，例如一个或多个转轴，其可与柔性第一基层元件(10)旋转的接触，导致在柔性层(10)上的凸起元件(30)变形插入在刚性基层(20)表面上的微通道内。
各种秒脉冲可以被应用到电马达，从而在微通道内实现各种不同的流速。流体流量本质上是恒定的，几乎没有剪切力被施加到流体上，甚至在非常低的流速情况下。这些泵的特征提高了它所执行的分析的精确度(如被分析物的完整性是通过最小化剪切和降解所暴露的样品来保存的)，其低流速为发生的化学反应提供了足够的时间。一个低速、恒定的泵动流速在给药方面也非常有用，来确保配料的精确度。
在一个实施例中，施加100和10000之间的秒脉冲结果产生通过微通道的流速为0.001μl/s至5.0μl/s。在很宽泛的应用脉冲范围内，本发明的设计允许施加到本发明微通道的力保持相当的恒定。
例如，图7-9是微通道内产生的力以每秒脉冲数为函数的曲线图。如图7-9所示的图中，在很大的秒脉冲范围下微通道内产生的力是相对恒定的，说明基本恒定流量具有最小剪切力(shear)。
图6A-6C显示了本发明不同实施例中不同的结构，在这些实施例中，至少提供了一个螺旋或圆形的微通道。圆形或螺旋形的微通道(40)可以被配置那样他们可以通过端口(100)和(110)与一个或多个附加微通道(140)处于流体连通。附加的微通道(140)可以装备各种试剂，固定在微通道上面，或另外提供，那样生物测定可以在流体样品中被实施。
根据图1，如本文所述，流体密封在刚性基层(20)和柔性层(10)之间形成，沿着微通道(40)的边缘形成一个密封的毛细管被定义为流体路径。图10显示了具有普通螺旋形微通道的装置的部分，该微通道中沿着微通道(40)的边缘被显示为流体密封(140)。
可以利用各种方法来使刚性基层(20)连接到形成柔性层(10)的柔性材料上。这些部分可以采用紫外线(UV)固化粘合剂或其他粘合剂连接在一起，这使得在粘合剂/创建键的矫正之前允许两个部分的相对移动。适当的粘合剂包括紫外线(UV)固化粘合剂，热固性粘合剂，压敏型粘合剂，氧粘合剂，和双面胶带粘合。
可选择的，这个部分可以利用焊接法偶联。这样的过程包括超声波焊接法，热焊接法和扭转焊接法。
在进一步的选择方案中，该些部分可以用二次成型法(two-shot molding)或双色模具(overmolding)连接，在这样的情况下最初一种聚合物，然后第二种被注射到模具中。本领域技术人员将可以很容易认识到柔性和非柔性聚合物可以用这样的方式被连接来完成这些部件间的流体密封。
在一个实施例中激光焊接法被利用。这个过程包括：
(a)使第一或第二基层元件中的一个暴露到围绕在微通道边缘的紫外光能下，以致于碳化第一或第二基层元件的表面；
(b)在第一和第二基层元件之间施加压力；和
(c)使被压缩的第一和第二基层元件暴露到红外线能力下，引起(a)的碳化表面附近的局部加热并融化，为了密封第一和第二基层元件，从而沿着微通道的边界形成流体密封。
这种方法的优点在于(i)在制造过程中该部分可以被操控(相互滑动)以达到期望的方向，(ii)复杂的形状可以在一些具有多种通道几何图形的非柔性-线性或弓形通道(或它们的组合)中被实现，(iii)通过非柔性材料可以实现与装置的联系，非柔性材料在尺寸上是稳定的。
在各种实施例中，附加的微通道和结构可以被提供使得装置可以允许实施多种不同类型的生物测定或反应。例如，附加的流体或试剂池可以被提供，例如一种或多种流体或试剂池可以作为反应室。附加的结构和下面例子所示是为了说明本发明而不是限制本发明。
为了用低成本的诊断产品组成仪器和消耗品，接下去的实施例描述了本发明的平面圆形或螺旋蠕动泵的使用，由于潜在的污染高风险，在那里消耗品需要密封。
两个方面被描述，第一方面，以一个非常低成本的方法来泵压液体样品到储藏的干化学物，该干化学物配制在位于消耗品内部的一个位置，然后把液体样品与储藏的化学物混合。第二，用相同的活性泵系统稀释化学物，其中通过诊断过程也是稀释过程的一部分。
这两个方面可以一起或单独使用。根据图11-13它们现在将被分别来说明。针对本实施例的图11-13中的特征所用的标号，对于每一张图都是特异的，并且可以通过在图1-10的应用中的另一个标号来表示。
根据图11，泵压样品流体到存放的化学物，接着样品流体与存放的化学物混合的方法，这种方法以低成本的方式仅涉及使用一个制动器，例如归并如仪器中的一个DC或步进马达(1)。蠕动泵由圆形的或螺旋环状具有消耗品的基层(3)特性的微通道(2)组成，和该泵的变形膜是由柔性层(5)提供的，通过泵辊(6)让柔性层变形。与环形泵同轴的是混合室(7)，该混合室(7)包括一个磁力的或磁化的球(8)。与仪器泵轴的同轴是包含混合头(9)的一个结构，该混合头(9)是有磁力的或磁化的并被磁连接到球上。
从泵微通道到混合室通过提供的入口和出口，泵和混合室被流动连接，因此当马达旋转的时候流体能按照预设的方向从泵微通道被泵入混合室。泵的仪器组分包括一个适宜的机制来提供泵压和混合功能，当马达以一个方向旋转时，但当马达以相反方向旋转时，仅有混合功能，例如通过制转轴和压缩弹簧带动棘轮系统，从而混合头与泵转轴以马达转动的防效旋转，而当马达以其他方向旋转时泵转轴从马达上脱离，因此仅提供混合头的转动。压缩弹簧也可以在泵通道上提供必要的接触力来促进有效的泵压。一系列过程如下表1所示。
表1

另一个实施例提供了泵通道内部或外部的环形混合室。如图12中所描述的，这个实施例可以比第一个实施例更低的成本被便利的制造出来。螺旋形的或圆形的泵通道(1)，基本的特征在于基层(2)用弹性膜(3)覆盖，可以通过泵转轴(4)以类似的方式变形如图11所述。 然而在这个特别的实施例中，混合室是一个与泵通道同轴的环形通道(4)但位于与泵通道基层的反面。
位于这个环形通道内的是一个或很多个轴承滚珠(5)，这些轴承滚珠(5)被磁耦合到马达上的磁力或磁化元件上，那样当马达旋转时，轴承滚珠也在环形通道内旋转，因此造成了最初被存放在环形通道内的化学物的混合。以马达的转动的方向实现混合和泵压的驱动机制，和当马达以其他方向转动则仅为混合的机制被设定为相似，如图11所述。
根据图13，包含了上述章节中描述的马达驱动系统的特征，描述了利用圆形或螺旋蠕动泵在诊断测定过程中实施稀释步骤的方法：两个同轴的圆形或螺旋泵通道，被包括在消耗品中，每一个都具有它们自身的流体通道，例如内部微通道(1)提供样品流体(2)的流体泵压，外部微通道(3)为稀释流体(4)提供流体泵压。每一个微通道共享相同的泵马达(5)，那样通过低成本马达的驱动轴的旋转带动样品流体和缓冲液流体一起被泵送。
更多流体需要在不同的通道内被泵送，若有需要，这个蠕动泵被设计可以容纳多个不同半径的流体通道。在这个实施例中，需要被输送的样品首先需要与位于混合室(7)内贮藏存放的化学物(6)混合，然后用稀释流体通过稀释步骤混合。
优选的是，释流体远离储藏的化学物，那样储藏的化学物不会受到稀释流体的影响。当马达以某个方向旋转时，与泵膜连接的泵转轴来输送样品流体和稀释流体进入消耗品，当混合室充满样品流体时，稀释流体充满第二室(8)，该第二室的大小设定根据所需的稀释流体的数量和稀释流体泵通道的几何形状和混合室的容量。当马达停止时稀释流体和样品流体停留在它们各自的室内。
如果混合是必需的，等效机制，如上所述，可以被实施，即以相反方向旋转的马达仅提供混合作用。当样品流体和稀释流体必须要被合二为一时，马达旋转结合泵转轴来输送样品和稀释流体到结合两种流体(9)的消耗品内部的一个位置。为了帮助结合两种流体，被动混合特性(10)被包括在流体结合区域。当马达继续旋转来泵送两种流体时，被稀释的样品能被输送到消耗品上的另一个位置，例如一个实施被分析物检测的位置。
本发明具有一些优点。第一，由于设计的圆形或螺旋形蠕动泵的功能和形状制造成本被降低。因为泵设计一些方面即圆形或螺旋形的几何形使得仅使用一个制动器成为可能；在这个实施例中，它是电动马达，那样以一个方向旋转的马达与相反方向旋转的马达执行不同的作用。 对于泵的消耗品部分，泵设计的附加特征是有能力包括多个泵通道，那样多种流体可以被同一个马达驱动装置输送。
如果一个化学反应中，例如扩增反应被实施，其可能导致污染，或如果为了其他原因潜在的污染要被去除，那么泵设计允许泵从环境中被密封。
各种不同的秒脉冲被应用到电马达上从而在微通道内实现各种不同的流速，包括非常低的流动速度。流体流动基本上是恒定的，几乎没有剪切力被强加到流体上，即使在非常低的流动速率时。当低流动速率为要发生的化学反应需要足够多的时间时，泵的这些特征促进了其所进行的分析的精确度(如被分析物的完整性是通过最小化暴露于剪切和降解的样品组分来保存的)。低速，恒定的泵流动速率也可以被用于药物输送，来确保给药的精确度。
尽管本发明被这样描述，但是可以理解，在本发明的发明精髓和范围下下还有其他方面的变化。同时，本发明的范围仅仅受以下的权利要求所保护。