具有零死体积的混合器和混合方法技术

本发明专利技术涉及一种微流体系统，其包括：闭合的可膨胀的体积；柔性膜；表面，其包括至少一个通道以用于将该表面的第一侧流体地耦接到位于该表面第二侧上的该闭合的可膨胀体积。可膨胀体积由柔性膜限定，当在可膨胀体积中不存在流体时，该柔性膜闭合所述第二通道开口，其中部分所述通道包括定向阀，该定向阀被设计成在流体流入到该闭合的可膨胀体积内时打开且在流体在相反方向中流动时关闭，以允许通过迫使流体沿着不同于流体进入该闭合的可膨胀体积所经过路径的路径流出该闭合的可膨胀体积而促进混合。本发明专利技术还涉及使用这种微流体系统的方法。

【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请是于2010年4月16日提交的申请号为201080017772.6、专利技术名称为“具有零死体积的混合器和混合方法”的中国专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种微流体系统，包括：用于混合流体的闭合的可膨胀体积；柔性膜，其允许在闭合的可膨胀体积中进行混合。本专利技术还涉及包括这种微流体系统的设备。本专利技术还涉及使用这种微流体系统的方法。
技术介绍
从US2005/0019898A1中获知上文所提及的微流体系统的一种实施例。本文献描述了一种包括腔室的流体混合设备，该腔室包含两个膜片区。膜片区通过两个混合囊袋的充胀和收缩而移进和移出腔室，从而在腔室内生成流体移动。混合是通过操作混合囊袋和膜片区而获得的流体移动所导致的。该已知设备的缺陷在于，可改进混合且混合囊袋和用于充胀和收缩混合囊袋的相关联的装置占据体积。除了利用另一流体(空气)来驱替（这需要另一流体源和额外的密封措施）之外，不能从混合腔室移除流体。US 2007/0053796 A1中公开了一种具有可变体积储集器的盒。该盒包括：被配制成混合不同溶液以产生成品溶液的混合部件；以及一个或多个通道，该通道提供混合部件与位于该盒中的一个或多个腔室之间的液体连通。该混合部件可包括多个彼此液体连接的可变体积储集器。一个或多个可变体积储集器可至少部分地由位于混合通道中的开口上的柔性构件来限定。WO 02/41994 A2中公开了一种含量测定设备，其用于执行流体相化学含量测定。所述含量测定设备包括用于支承测试基底的装置、用于接收流体样品的样品腔室和至少一个流体控制设备，该至少一个流体控制设备用于控制流体进入到样品腔室内和/或从样品腔室流出的移动。其中该流体控制设备包括与样品腔室流体连通的流体输出腔室和可移位的柔性膜，该柔性膜的位移改变了输出腔室的体积以允许和/或限制输出部与样品腔室之间的流体流动。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有改进的混合特征的微流体系统。根据本专利技术，这个目的利用根据权利要求1所述的微流体系统来实现。本专利技术是基于以下认识：具有一种通道，通过该通道，一种或多种流体可进入闭合的可膨胀体积（由柔性膜闭合），当待混合的流体通过通道运输到可膨胀体积内时，在可膨胀体积内在膜附近形成混沌流型（chaotic flow pattern）。混沌流型导致进入可膨胀体积的流体的有效混合。本专利技术能均匀化进入闭合的可膨胀体积的单种流体或者混合的两种或两种以上的不同流体。对于本专利技术而言，均匀化和混合被认为是由术语混合所表示的单个概念。在一优选实施例中，在可膨胀体积填充流体时，由于膜膨胀所致的柔性膜中出现的张力倾向于朝向通道（流体通过该通道进入该可膨胀体积）将流体推回。对于将流体推回的这种倾向而言，无需外部致动。但是，可利用柔性膜或不利用柔性膜来施加外部致动。可根据特定混合品质的需要经常重复可膨胀体积的填充和排空，填充程度可根据需要改变（视应用而定）以使得相同的设计可用于不同的体积。因此，相比上文所述的现有技术中所得到的混合，根据本专利技术的微流体系统提供改进的混合。此外，本专利技术并不需要储集器、排气(通过移动流体来置换气体)或额外体积。通过使得闭合体积可膨胀，无需额外体积且所有流体可回收到系统内而无需排气或使用置换流体。本专利技术的额外优点在于，根据本专利技术的设备是紧凑的。当在闭合的可膨胀体积中无流体时，死体积基本上为零。根据本专利技术的微流体系统的一实施例的特征在于，柔性膜覆盖第二通道开口。此实施例具有以下优点：可膨胀体积完全由柔性膜限定，允许简单且容易地组装根据本专利技术的微流体系统。或者，柔性膜可在通道中位于第二通道开口处。根据本专利技术的微流体系统的另外实施例的特征在于，柔性膜是有弹性的。此实施例具有以下优点：膜通过膨胀生成力，该力倾向于将流体从可膨胀体积推出。这意味着在(单循环)混合之后，为了从可膨胀体积移除流体，单独的流体致动并非绝对必需的。根据本专利技术的微流体系统的特征在于，微流体系统包括到闭合的可膨胀体积的多个通道。此实施例的优点在于，允许不同于利用单个通道可得到的那些混沌流型的混沌流型。根据本专利技术的微流体系统的特征在于，多个通道中通道的至少一个包括定向阀。此实施例具有以下优点：将该表面的第一侧流体地耦接到该闭合的可膨胀体积的多个通道中的至少一个通道（而并非全部通道）配备有定向阀，这允许通过迫使流体沿着不同于流体进入该可膨胀体积所经过路径的路径流出而促进混合。根据本专利技术的微流体系统的另一实施例的特征在于，通道的几何形状适于促进混合。此实施例具有允许促进混合的优点。用于促进混合的熟知结构为所谓的鱼骨形结构，其导致流场依赖于流向而旋转。根据本专利技术的微流体系统的另一实施例的特征在于，闭合的可膨胀体积包括用于促进混合的结构。此实施例具有允许促进混合的优点。由在腔室底部上方的一个或多个凹槽（充当通道的延伸开口）来形成能与诸如鱼骨形结构(参看前述实施例)的结构可选地进行组合的可能性。根据本专利技术的微流体系统的另一实施例的特征在于，柔性膜被预成形以促进混合。此实施例具有允许促进混合的优点。预成形的柔性膜的一实施例为，预成形为折叠袋(也被称作风箱（faltenbalg）)的膜。此外，膜可在下面的意义上预成形，即，其并不关于将流体连通到该闭合的可膨胀体积的一个或多个通道的一个或多个开口对称。本专利技术的目的还利用包括根据前述实施例中任一实施例的微流体系统的设备来实现。包括根据本专利技术的微流体系统的设备将受益于前述实施例中的任一实施例。根据本专利技术的设备的一实施例的特征在于，该设备为盒，该盒可插入到仪器内以通过盒来起作用。此实施例具有以下优点：盒（例如用于分子诊断的盒）有时需要流体混合。因此，包括根据本专利技术的微流体系统的盒将受益于本专利技术的前述实施例中任一实施例。根据本专利技术的设备的另一实施例的特征在于，该设备为用于分子诊断的设备。此实施例具有以下优点：用于分子诊断的设备可需要流体混合。因此，潜在地包括根据前述实施例的盒的这种设备将受益于本专利技术的前述实施例中的任一实施例。本专利技术的目的进一步通过混合流体的方法来实现，该方法包括以下步骤：提供微流体系统，该微流体系统包括：表面，其包括至少一个通道以用于将表面的第一侧流体地耦接到位于表面的第二侧上的闭合的可膨胀体积，该通道包括将表面的第一侧流体地耦接到该通道的第一通道开口和将该通道流体地耦接到该闭合的可膨胀体积的第二通道开口，该可膨胀体积由柔性膜限定，当在可膨胀体积中不存在流体时，柔性膜闭合第二通道开口；将流体从表面的第一侧运输到闭合的可膨胀体积，从而使得闭合的可膨胀体积膨胀；使所运输的流体从闭合的可膨胀体积返回到表面的第一侧，从而使得闭合的可膨胀体积返回到其原始体积。根据本专利技术的方法的一实施例的特征在于，根据需要经常重复运输和返回的步骤来实现所期望的混合水平。此实施例具有以下优点：可通过进行多个混合循环来重复混合直到已实现了所期望的混合水平。附图说明图1示意性地示出微流体系统；图2示意性地示出包括多个通道的根据本专利技术的微流体系统；图3示意性地示出包括定向阀的根据本专利技术的微流体系统；图4示意性地示出根据本专利技术的方法的实施例。具体实施方式图1示意性地示出微流体系统。图1a示意性地示出微流体系统1的侧视图。微流体系统1包括表面5，表面5包括第一侧10和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流体系统(1)，包括：用于混合流体的闭合的可膨胀体积(35)；柔性膜(40)，其允许在该闭合的可膨胀体积(35)中进行混合，其特征在于，所述微流体系统(1)还包括：表面(5)，其包括多个通道(20a, 20b, 20c, 20d)以用于将所述表面(5)的第一侧(10)流体地耦接到位于所述表面(5)的第二侧(15)上的该闭合的可膨胀体积(35)，所述通道(20a, 20b, 20c, 20d)包括将所述表面(5)的第一侧(10)流体地耦接到所述通道(20a, 20b, 20c, 20d)的第一通道开口(25)和将所述通道(20a, 20b, 20c, 20d)流体地耦接到所述闭合的可膨胀体积(35)的第二通道开口(30)，所述可膨胀体积(35)由所述柔性膜(40)限定，当在所述可膨胀体积(35)中不存在流体时，所述柔性膜(40)闭合所述第二通道开口(30)，其中部分所述通道(20a, 20b, 20c, 20d)包括定向阀(60a, 60d)，该定向阀被设计成在流体流入到该闭合的可膨胀体积内时打开且在流体在相反方向中流动时关闭，以允许通过迫使流体沿着不同于流体进入该闭合的可膨胀体积所经过路径的路径流出该闭合的可膨胀体积而促进混合。...

【技术特征摘要】
2009.04.23 EP 09158646.11.一种微流体系统(1)，包括：用于混合流体的闭合的可膨胀体积(35)；柔性膜(40)，其允许在该闭合的可膨胀体积(35)中进行混合，其特征在于，所述微流体系统(1)还包括：表面(5)，其包括多个通道(20a, 20b, 20c, 20d)以用于将所述表面(5)的第一侧(10)流体地耦接到位于所述表面(5)的第二侧(15)上的该闭合的可膨胀体积(35)，所述通道(20a, 20b, 20c, 20d)包括将所述表面(5)的第一侧(10)流体地耦接到所述通道(20a, 20b, 20c, 20d)的第一通道开口(25)和将所述通道(20a, 20b, 20c, 20d)流体地耦接到所述闭合的可膨胀体积(35)的第二通道开口(30)，所述可膨胀体积(35)由所述柔性膜(40)限定，当在所述可膨胀体积(35)中不存在流体时，所述柔性膜(40)闭合所述第二通道开口(30)，其中部分所述通道(20a, 20b, 20c, 20d)包括定向阀(60a, 60d)，该定向阀被设计成在流体流入到该闭合的可膨胀体积内时打开且在流体在相反方向中流动时关闭，以允许通过迫使流体沿着不同于流体进入该闭合的可膨胀体积所经过路径的路径流出该闭合的可膨胀体积而促进混合。2.根据权利要求1所述的微流体系统(1)，其中所述柔性膜(40)覆盖所述第二通道开口(30)。3.根据权利要求1或2所述的微流体系统(1)，其中所述柔性膜(40)是弹性的。4.根据权利要求1至3中任一项所述的微流体系统(1)，其中所述通道(20a, 20b, 20c, 20d)的几何形状适于促进混合。5.根据权利要求1至4中任一项所述的微流体系统(1)，其中所述闭合的可膨胀体积(35)包括用于促进混合的结构。6.根据权利要求1至5中任一项所述的微流体系统(1)，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：R温伯格弗里德尔，RC德吉尔，PH布马，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL