具有流體阻止的流體系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于輸運介質的流體系統、用于使用這樣的流體系統的裝置和用于控制介質跨流體阻止流動的方法。
【背景技術】
[0002]US5627041A1公開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”的通道，流體的毛細流動在停止結處達到靜止，直至壓力、力或加速度被施加到流體以克服所述停止結。
【發明內容】
[0003]具有允許特別是在流體系統中的流體流動的可替換、魯棒控制的手段將是有利的。
[0004]這一關注點通過根據權利要求1的流體系統、根據權利要求12的處理裝置、根據權利要求13的方法和根據權利要求14的用途來解決。在從屬權利要求中公開了優選的實施例。
[0005]根據第一方面，本發明的實施例涉及一種流體系統，其中術語“流體系統”應當指代包括比如通道、腔室、入口、出口等之類的連通腔體的設備，可以通過該連通腔體輸運介質。介質可以特別地為流體，例如生物原液(血液、唾液、尿液等)。而且，系統在其腔體的特性或平均直徑(例如被測量為完全適應于腔體的最大球體的直徑)典型地小于大約100 μπι的意義上優選地為“微流體”系統。
[0006]所提出的流體系統包括經由流體阻止連接的第一通道和第二通道。而且，流體系統包括具有內表面的柔性元件，所述內表面被設置成使得施加在柔性元件的外表面上的確定機械壓力能夠實現介質跨流體阻止的流動的方式造成所述內表面的局部變形。
[0007]通常，術語“通道”應當指代可以通過其輸運介質的(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長幾何形狀。
[0008]“流體阻止”應當是在通過(多個)鄰近通道輸運介質的條件(例如介質中的壓力)下通過其阻礙、優選地中斷所述介質的流動或輸運的任何元件、單元、結構或設備。引入到上述流體系統的第一通道中的介質將因此沿該通道流動，直至其到達流體阻止，其中所述流動達到靜止。
[0009]“壓力”在柔性元件的外表面上的施加，在本申請的上下文中，等同于對應力的施加。提及的“確定”壓力是指以下事實:所施加的壓力將通常必須落到某個范圍或區間中以便引起所期望的效應(即，能夠實現流體流動)。
[0010]一般而言，“第一”通道和“第二”通道的作用可互換(對稱)。在下文中，在應用期間被首先填充有所輸運的介質的通道將典型地被視為“第一通道”，而僅在經過流體阻止之后介質進入到其中的通道被視為“第二通道”。
[0011]所描述的流體系統具有以下優點:其允許介質的流動的可靠和魯棒控制，這是因為所述流動在流體阻止處中斷，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，介質內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。柔性元件然后被優選地鄰近于第一通道、第二通道和/或流體阻止來布置。在一些實施例中，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]柔性元件的內表面的變形可以是永久的(如果達到材料的塑性變形范圍的話)。優選地，所述變形無論如何是彈性的，因而一旦移除導致變形的壓力或力，則允許變形的元件返回到其初始狀態或幾何形狀。
[0014]一般而言，能夠實現跨流體阻止的流動可以通過涉及柔性元件的變形的各種機制來實現。流體阻止可以例如從第一和第二通道移走，因而移除對介質流動的阻礙影響。
[0015]在優選實施例中，柔性元件的內表面的變形改變所述內表面與相對元件之間的距離。“相對元件”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，內表面與相對元件之間的距離優選地在內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中，含水介質將越過流體阻止，這是因為通道之間的間隙的減小給出毛細吸入的增加。
[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表面和相對元件彼此接觸。然后橋接這些元件之間的間隙，這允許介質的經過。例如，如果柔性元件的內表面的機械變形導致親水表面觸碰含水介質的流體彎液面，介質將越過流體阻止，因為觸碰給出毛細吸入的增加。
[0017]在另一實施例中，柔性元件的內表面的變形可以增加腔體或通道內的距離。例如，在其中流體阻止是疏水的系統中，含水介質將越過流體阻止，因為間隙的增加給出流體阻止可以承受的流體壓力的減小。
[0018]在流體系統的進一步發展中，其中柔性元件的內表面與相對元件之間的距離通過柔性元件的變形改變，可以在柔性元件的所述內表面上和/或在所述相對元件上提供突起。這樣的突起將接觸存在于相對側上的介質的彎液面并且構成用于其連續流動的良好定義的橋。
[0019]在優選實施例中，前述突起可以具有用于在流體系統中輸運的介質的毛細作用和/或可潤濕性。接觸突起的介質然后將被所述突起容易地吸取和轉送。突起的(高)毛細作用可以通過為其提供結構化表面(包括例如毛細槽)來實現。突起的(高)可潤濕性可以通過為其提供關于要輸運的介質的合適表面化學性質來實現。
[0020]第一和/或第二通道可以特別地設計成允許通過毛細力輸運介質。取決于要輸運的介質類型，適當地選擇通道的內部幾何形狀(橫截面、長度)和表面化學性質(親水性)以允許介質上的毛細力的生成。介質的輸運然后將由所述力驅動而自動發生。
[0021]最優選地，鄰近于流體阻止的第一通道和/或第二通道的區域具有用于要輸運的介質的特別高的毛細作用。因此可以確保當發生柔性元件的變形時介質將存在于所述區域中。如果高毛細作用的區域在流體阻止后面(例如在第二通道中)，高毛細作用具有在變形期間和之后容易捕獲介質的優點。
[0022]可以通過各種措施向流體阻止提供中斷介質流動的特征。在一個實施例中，流體阻止可以例如包含具有低于鄰近的第一通道和/或第二通道的可潤濕性(或親水性，如果應當輸運親水介質的話)的材料。
[0023]在另一實施例中，流體阻止可以是或者包括排斥要輸運的介質的組件。如果介質例如是含水液體，流體阻止可以是或者流體阻止可以包含具有疏水性質的材料，例如流體阻止的適當表面涂層。
[0024]根據另一實施例，流體阻止可以具有由于幾何尺寸的較低毛細作用，例如流體阻止具有大于鄰近的第一通道和/或第二通道的內部尺寸。對于任意幾何形狀，通道或流體阻止的“內部尺寸”可以定義為完全適應于所述通道或流體阻止的最大球體的直徑。
[0025]根據另一實施例，流體阻止可以包含導致流體彎液面的阻塞或流體彎液面的受阻礙移動的幾何結構，例如諸如邊緣或隆起或粗糙之類的具有高曲率的結構。
[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、鉸鏈等以允許兩個連接部分的移動。而是，構成柔性元件的材料的內部彈性和/或塑性被用于實現所期望的變形。最優選地，壁可以彈性變形到允許與相對壁或結構接觸的程度。
[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濾被輸運的介質的過濾元件。優選地，這樣的過濾元件位于首先被介質填充的通道(例如第一通道)中。這具有以下優點:介質的流動在此期間被流體阻止中斷的時間可以被用于過濾過程并且僅經過濾的介質將必須跨過流體阻止。
[0028]流體系統一般可以集成到其中需要其性質的任何設備、裝置或組件中。特別地，流體系統可以合并到藥筒中(或構成藥筒)，即合并到包括用于容納樣本介質的構件的可輸運單元中。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以供處理。藥筒通常將是針對單個樣本僅使用一次的一次性組件。
[0029]本發明的另一實施例涉及一種用于處理介質的裝置，所述裝置包括以下組件:
a)用于以上所描述的種類的流體系統(即具有經由流體阻止連接的第一和第二通道的流體系統，其中柔性元件的內表面通過所述柔性元件的外表面上的壓力可變形以能夠實現介質跨流體阻止的流動)的容納空間。
[0030]b)用于在位于容納空間中的流體系統的柔性元件的外表面上可控地施加壓力的致動器。
[0031]可以位于容納空間中的流體系統將優選地為一次性藥筒(集成到其中)，其僅一次用于單個樣本的處理。而且，流體系統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的構件或組件，所期望處理介質提供在位于容納空間中的流體系統中。該處理可以包括介質的任何操縱，例