使用颜色切换水凝胶的包括压力感测单元的微流体或毫流体芯片制造技术

本发明专利技术涉及微流体或毫流体芯片(1)，该微流体或毫流体芯片包括能够测量流体流动压力的至少一个压力感测单元(4)。本发明专利技术还涉及一种用于使用根据本发明专利技术的微流体或毫流体芯片(1)直接和无接触测量在微流体回路中循环的流体的局部压力的方法。体的局部压力的方法。体的局部压力的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用颜色切换水凝胶的包括压力感测单元的微流体或毫流体芯片


[0001]各种示例实施方案涉及包括能够测量流体流动压力的至少一个压力感测单元的微流体或毫流体芯片。

技术介绍

[0002]微流体装置的拓宽应用已增加了在那些系统中进行可靠压力感测的需要。然而，这类小流体回路中的压力感测通过源自微流体芯片的设计的特定挑战而复杂化。首先，芯片实验室布局需要将传感器完全集成到芯片中，并且因此最常见的是PDMS架构。鉴于沿短流体区段的压力变化可能较细微，传感器的灵敏度是第二挑战。
[0003]已提出了若干方法来克服这些困难，所述方法依赖于在压力下变形的软感测元件。随后通常经由电气方法(压电柱
[1]、导电液体回路
[2]、导电膨胀膜
[3])来测量此变形。这类方法需要微流体芯片连接到外部电气设备，这可能并不方便。已提出了用于检测感测元件变形的光学方法，并且克服此缺点：光栅变形
[4]、变形腔体中的干涉图案
[5]、光聚焦通过膨胀膜
[6]，或最新的纳米结构光子膨胀膜
[7]。
[0004]所有那些方法使得能够远程感测流体压力，但软变形元件在所有情况下直接联接到流动通道。压力测量所必需的软元件变形因此改变了流动几何形状。流动几何形状的此变化又更改了流动通道中的压力分布。因此，压力感测更改了其应测量的流体压力。
[0005]Orth等人所提出的观点
[6]支持这是唯一的方法，其中感测元件与流体的流动路径解联：因此，传感器的变形不会更改流体流动的通道的几何形状。
[0006]与上文所描述的其他方法相比，这是较大优势。[6]中所描述的方法使用圆形膜在所施加压力下的形变来进行压力感测，其中膜变形与所施加压力成比例。为了量化膜变形，使用反射方法，其中所捕获图像的明亮斑点的大小与膜变形相关联，并且因此与经由校准步骤的所施加压力相关联。校准对最小变化(例如以照明或图像捕获的角度)非常敏感，从而更改结果。另外，所述测量被局限于一个斑点，并且因此所述方法的分辨率保持受限，并且限于高于10kPa的压力。此处所提出的方法依赖于稳健校准，其中可以使颜色的变化直接与所施加压力相关联，并且另外，可在感测单元中显示的颜色上进行空间求平均值，从而与上文所描述的方法相比，使得分辨率显著提高，并且接近更小的压力(即降至2kPa)。

技术实现思路

[0007]为了解决先前提及的缺点，申请人已研发出微流体或毫流体芯片的第一实施方案，所述微流体或毫流体芯片包括：微流体回路，具有嵌入式流动通道，流体循环通过所述嵌入式流动通道，并且将沿所述嵌入式流动通道测量流体流动压力；和至少一个可分离压力感测单元，定位在所述主流动通道远端。
[0008]更具体地，根据第一实施方案的本专利技术的第一目标包括能够测量流体压力的可分离感测单元，其特征在于，其包括由液体密闭材料制成(例如由模制PDMS或玻璃制成)的两
个层和膜，
[0009]其中所述两个层中的至少一个由也是透光的材料制成，
[0010]其中所述膜对于待表征的所述流体(在通道中循环)不能够渗透，并且能够在由所述流体施加的压力下变形，
[0011]其特征在于，根据以下配置来布置所述层和所述膜：
[0012]·
一个层是包括上部腔体的顶层，
[0013]·
另一层，为包括一个下部腔体的底层，所述下部腔体形成在其表面处，并且面向所述顶层的所述上部腔体，所述下部腔体含有浸没在缓冲水溶液中的光子水凝胶板坯。
[0014]·
所述膜使所述顶层与所述底层分离。
[0015]可分离感测单元的两个层可由通过标准软光刻技术
[9]获得的两个模制PDMS层制成。
[0016]根据第一实施方案的本专利技术的第二目标包括上文提及的微流体或毫流体芯片，以及根据本专利技术的第一目标的至少一个可分离压力感测单元，并且所述可分离压力感测单元定位在主流动通道远端，在使得压力感测单元的上部腔体经由侧通道连接到主流动通道的距离处。
[0017]根据本专利技术的第二实施方案，申请人已研发出包括微流体或毫流体芯片的第三目标，所述微流体或毫流体芯片包括：
[0018]·
微流体回路，具有嵌入式流动通道，流体循环通过所述嵌入式流动通道，并且将沿所述嵌入式流动通道测量流体流动压力，和
[0019]·
至少一个集成压力感测单元，能够在沿所述主流动通道的位置处测量所述流体流动压力，
[0020]所述微流体芯片的特征在于，其包括由液体密闭材料制成(例如由模制PDMS或玻璃制成)的两个层和膜，
[0021]其中所述两个层中的至少一个由也是透光的材料制成，
[0022]其中所述膜对于在所述通道中循环的所述流体不能够渗透，并且能够在由所述流体施加的压力下变形，
[0023]根据以下配置来布置所述层和所述膜：
[0024]·
一个层是顶层，其中所述主流动通道嵌入所述顶层的面向以下的表面处
[0025]·
另一层，为包括一个下部腔体的底层，所述下部腔体形成在其表面处，并且含有浸没在缓冲水溶液中的光子水凝胶板坯。
[0026]其中所述下部腔体定位成便于直接放置在所述主流动通道之下，
[0027]其中含有所述光子凝胶的所述下部腔体和所述膜的覆盖所述下部腔体的部分形成所述感测单元。
[0028]以与第一实施方案的可分离按压单元相同的方式，根据第二实施方案的微流体或毫流体芯片的两个层可由通过标准软光刻技术
[9]获得的两个模制PDMS层制成。
[0029]根据本专利技术的第一实施方案或第二实施方案的微流体或毫流体芯片使得能够沿任何微流体流体路径进行局部压力测量。感测单元本身是基于膜变形达所感测流体的体积。此变形导致下部腔体中的下面的光子水凝胶板坯压缩，所述光子水凝胶板坯响应于变形而改变颜色。
[0030]有利地，在根据本专利技术的第一实施方案和第二实施方案的微流体或毫流体芯片中，光子水凝胶可以是软光子水凝胶。
[0031]在本申请中，软光子水凝胶意指其杨氏模量(Young
’
s modulus)可与待测量的压力相当(例如通常约1kPa至100kPa)的光子水凝胶。
[0032]在本专利技术的框架中，可使用在Yue,Y.等人的科学出版物
[8]中描述的软光子水凝胶，因为所述软光子水凝胶可在非常小的压缩应力下被致动，呈现超快响应时间，并且具有较高空间分辨率。此优异空间
‑
时间分辨率允许测量微流体装置中的较小压力。
[0033]有利地，根据本专利技术的第一实施方案和第二实施方案的微流体或毫流体芯片可包括定位在沿主流动通道的不同位置处的多个感测单元，其中所述感测单元可呈现不同或相同的大小。
[0034]有利地，在根据本专利技术的第一实施方案和第二实施方案的微流体或毫流体芯片中，每个上部腔体的形状是圆柱形，其中直径为0.1mm至10mm，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.能够测量流体压力的压力感测单元(4)，其特征在于，包括由液体密闭材料制成的两个层(11,12)和膜(13)，其中所述两个层(11,12)中的至少一者由也是透光的材料制成，其中所述膜(13)对于待表征的所述流体不能够渗透，并且能够在由所述流体施加的压力下变形，其特征在于，根据以下配置来布置所述层(11,12)和所述膜(13)：
·
一个层(11)是包括上部腔体(41)的顶层，
·
另一层(12)是包括一个下部腔体(42)的底层，所述下部腔体形成在其表面(120)处，并且面向所述顶层(11)的所述上部腔体(41)，所述下部腔体(42)含有浸没在缓冲水溶液中的光子水凝胶板坯(6)，
·
所述膜(13)使所述顶层(11)与所述底层(12)分离。2.微流体或毫流体芯片(1)，包括：
·
微流体回路，所述微流体回路具有嵌入式流动通道(21)，流体循环通过所述嵌入式流动通道，并且将沿所述嵌入式流动通道测量流体流动压力，和
·
至少一个可分离压力感测单元，其特征在于，所述可分离压力感测单元是根据权利要求1所述的压力感测单元(4)，所述压力感测单元定位在距所述主流动通道(21)一定距离处，以使得所述压力感测单元(4)的所述上部腔体(41)经由侧通道(43)连接到所述主流动通道(21)。3.微流体或毫流体芯片(1)，包括：
·
微流体回路，所述微流体回路具有嵌入式流动通道(21)，流体循环通过所述嵌入式流动通道，并且将沿所述嵌入式流动通道测量所述流体流动压力，和
·
至少一个集成压力感测单元(4)，所述至少一个集成压力感测单元能够在沿所述主流动通道(21)的位置处测量所述流体流动压力，所述微流体芯片(1)的特征在于，其包括由液体密闭材料制成的两个层(11,12)和膜(13)，其中所述两个层(11,12)中的至少一者由也是透光的材料制成，其中所述膜(13)对于在所述通道中循环的所述流体不能够渗透，并且能够在由所述流体施加的压力下变形，根据以下配置来布置所述层(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：安科，
申请(专利权)人：国家科学研究中心巴黎高等物理化工学校索邦大学巴黎西岱大学，
类型：发明
国别省市：