專利名稱：微機械加工的電潤濕微流體閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制液流的方法和設(shè)備。特別地，本發(fā)明包括能 夠通過控制與流體/表面接觸面的接觸角來截止和啟動液流的微 流體閥。通過引入氣泡產(chǎn)生一個新的液體/氣體/固體接觸面，該 微流體閥可以重置為截止態(tài)配置。
背景技術(shù)：
微流體設(shè)備和"微"流體處理系統(tǒng)在許多重要領(lǐng)域逐漸變得 必不可少。這些設(shè)備響應時間短、組裝簡單、可大批量生產(chǎn)，因 此對于護理現(xiàn)場的實時血液分析、使用現(xiàn)場的化工和流體生產(chǎn)、 分析和檢測來說是非常理想的。與傳統(tǒng)的設(shè)備和技術(shù)相比，這類 設(shè)備具有小許多的尺寸(footprint),并且只需要最少數(shù)量的資源 來得到相同數(shù)量的信息。由于塑料和硅微機械加工的進步，可以 利用此類材料及技術(shù)，用更低的價格得到大量的微流體設(shè)備。然 而，許多大型閥門配置與這類小型設(shè)備不兼容，因此需要一種可 以精確控制打開和關(guān)閉的微型流體控制閥。
許多典型的微流體設(shè)備包括與塑料底部平行配置的頂蓋，該 塑料底部具有亞毫米尺寸的微通道。頂蓋通常焊接或連接在底 部，以形成一個密封的基于微通道的流體處理系統(tǒng)(請見U.S. Pat Nos. 6750053及6905882)。微流體設(shè)備控制的一個重要方面在
5于，能夠如預期地截止和重啟液流。這類設(shè)備通常依靠微通道中 的毛細管作用力來驅(qū)使流體在微通道中流動。在一些設(shè)備中，表 面性能，例如疏水性和親水性，被用來影響流速。由于在微通道 中，表面張力通常是對液體起支配作用的力，因此液體的表面張 力(或表面能)的改變可以是控制液流的有效措施。例如，美國
專利6143248公開了一種毛細管截止閥，該截止閥利用由毛細管 直徑的突然增大S1起的表面張力的變化來控制微流體的流動。
也有其他控制液流的方法，例如美國專利6561224、 6958132 及7117807公開了利用化學能、熱能、機械能、光能或靜電能。 在這些技術(shù)中，由于能效更高，例如高于熱技術(shù)，靜電能成為一 種優(yōu)選的方案。利用電能改變表面張力的原理被稱為電子毛細作 用或電潤濕(EW)。相對于依賴于通道表面化學性能的技術(shù)而言， 通過調(diào)節(jié)表面靜電荷的電潤濕能夠提供更精確的控制，也更加可 靠，操作也更簡便。電子毛細作用是現(xiàn)代EW的基礎(chǔ)，在一個多 世紀以前由Gabriel Lippmann發(fā)現(xiàn)，他發(fā)現(xiàn)通過在汞-電解質(zhì)接 觸面施加電壓可以使與不能混合的電解質(zhì)溶液接觸的液體汞在 毛細管中流動。這個想法被成功地應用到汞-電解質(zhì)系統(tǒng)中，但 是存在一個主要的缺陷，即，即使施加低電壓，電解質(zhì)水溶液也 會電解分解或焦耳加熱。為了避免這種情況，并仍然保持電場效 果，可以在流體和電解質(zhì)/電極間引入一個介質(zhì)層。這種電潤濕 技術(shù)的變型被稱為介質(zhì)上的電潤濕(EWOD )。
為達到精確汲取、混合、閥調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換以及注射操作而處理 微小液滴的系統(tǒng)中通常用到EW。美國專利6911132描述了一種 操作液滴的裝置。該裝置是單側(cè)電極設(shè)計的，該裝置中的所有導 電元件包含在同一表面上，在該表面上操作液滴?？梢蕴峁┮粋€ 平行于第一表面的第二表面，用于容納被操作的液滴。采用電潤 濕技術(shù)操作液滴，在該電潤濕技術(shù)中，包含在第一表面上或嵌入 第一表面的電極以受控的方式相繼^皮施予電壓及撤去電壓。該裝 置能夠處理多個液體處理過程，包括合并和混合兩個液滴、將一 個液滴分為兩個或兩個以上液滴、通過乂人液流中分離可單獨控制
6的液滴從而對連續(xù)的液流取樣、以及迭代二元或數(shù)字混合液滴得 到預期的混合比。
類似的，美國專利7016560描述了一種設(shè)備，通過利用微通 道中的流體所攜帶的元素來轉(zhuǎn)換、減弱、遮敝、過濾或相移光信 號。在一些實施例中，微通道攜帶氣體或液體段，該氣體或液體 段與通過波導的光信號的至少一部分光能相互作用。該微通道可 以成為波導覆層的一部分、核心及覆層的一部分、或只是核心的 一部分。微通道也可以具有末端或被配置為環(huán)形通道或連續(xù)通 道。該流體設(shè)備可以是自鎖存的或半鎖存的。通過使用例如電子 毛細作用、差壓電子毛細作用、電潤濕、連續(xù)電潤濕、電泳、電 滲、介電電泳、電子水動力汲取、磁力-水動力汲取、熱毛細作 用、熱膨脹、電介質(zhì)汲取、和/或改進的電介質(zhì)汲取，使在微通 道中的流體流動。
在美國專利6130098中，描述了孩i液滴在孩t通道中的流動和 混合使用了微型設(shè)備，該微型設(shè)備包括微液滴傳輸通道、反應區(qū)、 電泳組件及輻射4笨測儀。分離的液滴被不同地加熱并被驅(qū)l吏通過 刻蝕的通道。電子元件裝配在相同的基質(zhì)材料上，使得傳感器和 控制電路合并在同 一設(shè)備中。公開的裝置包括了液滴傳輸通道， 該通道具有疏水和親水區(qū)域，這些區(qū)域被選擇性地設(shè)置于或圖案 化處理(patterned)于通道壁和表面、反應室、氣體引入通道和 通風口、以及檢測器中。所述裝置還包括一個氣體室，該氣體室 與傳輸通道相連，在液柱中形成氣泡以分離和產(chǎn)生液滴。該傳輸 微通道由分開一段距離的微加工的硅基質(zhì)和玻璃基質(zhì)制成。在液 滴傳輸通道中提供了一個或多個疏水片、疏水區(qū)域或疏水帶，用 以從樣品中分離不連續(xù)量的液體，使之被進一 步傳輸以排出液 滴。該專利還公開了 一種從微通道中的液流產(chǎn)生和排出液滴的方 法，通過使用在側(cè)通道中的疏水片和氣泡壓力從液流中產(chǎn)生液 滴。用于產(chǎn)生液滴的傳輸樣i通道和側(cè)部樣i通道通過批量《效加工在 硅基質(zhì)中制得，以在硅中形成液流通道。
EW (例如EWOD)的優(yōu)勢還被擴展到連續(xù)液流系統(tǒng)中，其中，沿著微流通道設(shè)置EW電極，并照預期方案致動以控制液流。 這類基于EW的系統(tǒng)可以被設(shè)置為包括在微通道中的閥門和液 流屏障A/v而如預期地截止或重新啟動液流。常閉式的閥門可以是 在微通道交叉處突然膨脹的形式，或者也可以由疏水材料制成， 該疏水材料選擇性地沉積于沿著微通道長度方向的狹窄區(qū)域中。 這樣的疏水片可以作為流入液流的屏障，該液流在疏水片上具有 大的接觸角和表面張力能。
在以上的技術(shù)中，由于電潤濕力常常不夠大到能隔斷一個連 續(xù)流，例如，在沒有機械閥的參與下，因此，受控的流體通常被 一段氣體分隔開。也就是說， 一旦在電潤濕閥處流過流體，其接 觸角為0,并且電潤濕閥不再具有流體接觸面和接觸角以影響液 流的控制。這一缺點導致，在許多應用中，需要機械微型閥來截 止和啟動在樣i流體通道中的 一段連續(xù)流體的流動。
雖然電潤濕閥技術(shù)在控制被動微流體流動方面提供了 一些 優(yōu)勢，但是一旦被連續(xù)流段橫穿，這些技術(shù)通常無法再次控制流 體。而選擇性的并入微機械閥由于其復雜性和昂貴的價格而無法
實現(xiàn)。在生化及其他相關(guān)領(lǐng)域，需要一種能循環(huán)控制液流、樣本 尺寸和培養(yǎng)時間的方法。
如前所述，需要一種便宜的且響應快的閥門以啟動和截止微 流體的流動。理想地，希望能夠在連續(xù)液柱流過閥門的情況下重 新建立對電潤濕閥的控制。需要一種針對微型閥的毛細管，該微 型閥在體積上是離散的，并可重新設(shè)置。本發(fā)明提供了這些和其 他的技術(shù)特征，通過閱讀以下內(nèi)容，它們將顯而易見。

發(fā)明內(nèi)容
當水流流過表面時，其流速和流向可以受到表面的相對疏水 /親水特4正的影響。例如，流體流動可以纟皮水流和表面之間的4妾 觸角影響。本發(fā)明的方法和設(shè)備采用了各種表面的組合，例如， 具有不同的和可改變的疏水/親水特征的表面，以控制流體的流 動。在一個特定的實施例中，在毛細通道中的液流可以被疏水表面截止，可以通過,爭電將表面變?yōu)楦H水來啟動液流，并且，可 以通過將表面變回為更疏水并引入氣泡以在疏水表面重新建立 流體/氣體4妄觸面來選4奪性地重新截止液流。
在具有毛細管或樣吏毛細管尺寸的液流的設(shè)備中，液流可以^皮 流體和表面的低親和力阻止(證明是由于大的接觸角)。流體的 表面張力能夠達到使流體在現(xiàn)有條件下無法流過表面。為了啟動 液流，必須施加外力，例如，空氣作用、離心力或靜電力(例如 由電潤濕產(chǎn)生)，以克服表面張力能。在此，為了制造簡便和可
靠性，優(yōu)選的液流控制設(shè)計方案可以包括受電潤濕(EW)致動 影響的疏水截止閥。設(shè)備操作可以基于電潤濕的原理，即在固體 -液體接觸面施加電場以改變接觸表面能從而提高或阻礙液流。 這類設(shè)備可以采用微機械加工的電潤濕樣么流體微型閥(例如，在 微通道的底盤上)，該微型閥具有圖案化處理在介質(zhì)層上的一個 或多個疏水片，該介質(zhì)層覆蓋在基體的一個或多個導電區(qū)域上。 導電區(qū)域可以電致動以改變疏水片表面的潤濕性。
本發(fā)明的一個目的是提供一種微機械加工的電潤濕微流體 微型閥。本發(fā)明的另 一個目的是提供一種微機械加工的電潤濕微 流體微型閥，該微型閥控制連續(xù)液柱的流動。本發(fā)明進一步的目 的是提供一種微機械加工的電潤濕微流體微型閥，該微型閥控制 連續(xù)液柱的流動以達到預期的用于流體內(nèi)反應的培養(yǎng)時間。本發(fā) 明的另 一個目的是提供一種微機械加工的電潤濕微流體微型閥， 該微型閥嵌入微通道中以控制在這些微通道中的連續(xù)液柱的流 動。本發(fā)明進一步的目的是提供一種微機械加工的電潤濕微流體 微型閥，該微型閥嵌入微通道中作為用于連續(xù)液柱的啟動/截止 閥。本發(fā)明的另一個目的是提供一種生物兼容的微機械加工的電 潤濕微流體微型閥。
在許多實施例中，本發(fā)明可以是用于醫(yī)學或相關(guān)診斷工業(yè)領(lǐng) 域的組件，在這些領(lǐng)域中，少量無4幾或生物液體在護理現(xiàn)場或4吏 用現(xiàn)場被實時分析，這是基于無需傳統(tǒng)的大批量及昂貴器材而使 用微流體和微機械加工的芯片實驗室(Lab-on-Chip )概念來獲得
9相同的信息。
典型地，本發(fā)明是一種在微流體設(shè)備中的微型閥組件，例如 診斷模塊，其能夠控制少量流體的流動。本發(fā)明可以通過在微通 道表面的疏水片上截止液流來工作。根據(jù)電潤濕原理的電致動可 以被使用，以通過降低在疏水片上的流體接觸面來重新啟動液 流。另一方面，本發(fā)明進一步涉及一種在微流體設(shè)備中的微型閥 組件的制造方法，在該樣i流設(shè)備中，液柱的流動可以通過產(chǎn)生一 個在疏水片處停止的逆流氣泡并且將疏水片改變回成為更疏水 性的方式而被截止。為了接觸角控制的電致動和/或電化產(chǎn)氣， 通過，例如，平版印刷技術(shù)，將導電金屬區(qū)域沉積在微通道的底 盤上。這些導電區(qū)域位于疏水片以下，二者之間具有或不具有介 質(zhì)層。
本發(fā)明還公開了操作該微機械加工的電潤濕闊的方法，包括 施加穿過導電區(qū)域的電壓以調(diào)節(jié)疏水片對流體的親和力。例如， 可以在允許液體流過的條件下在微通道中？ 1入液柱，直到其被由 通道中疏水片表面的大接觸角引起的表面壓力截止為止。通過施 加穿過相鄰于疏水區(qū)域的導電區(qū)域的電壓以及靜電地降低接觸 角并允許液流通過，液流可以;陂重新啟動。
本發(fā)明的方法包括，例如，操作微機械加工的電潤濕閥，即 施加穿過導電區(qū)域的電壓以通過電解產(chǎn)生截止氣泡。例如，在通 道中控制液流的方法，包括提供具有內(nèi)表面和設(shè)置于表面上的疏 水片的通道，提供暴露在內(nèi)表面上的第一導電區(qū)域，液體從第一 導電區(qū)域沿著通道流向疏水片，以及將電解電壓施加到第一導電 區(qū)域以電解地產(chǎn)生氣泡。因此，氣泡會被液流推動到疏水片上以 形成接觸面，該接觸面具有足夠的表面張力以截止液流。通過揭> 供 一 個與位于導電區(qū)域和通道內(nèi)部之間的疏水片相鄰的第二導 電區(qū)域，可以重新啟動液流。當控制電壓施加到第二導電區(qū)域時， 所施加的電場能夠降低在疏水氣泡處的流體的接觸角，因而降低 對液流的阻力，并允許流體流過疏水片。
本發(fā)明可以包括在截止閥中電解地產(chǎn)生的氣泡。例如，微流
10體閥可以包括具有導電區(qū)域和在微通道內(nèi)與導電區(qū)域接觸的流 體的微通道?？梢耘渲盟鲩y門，以使在導電區(qū)域中施加電壓從 而在通道中電解地產(chǎn)生氣泡，因而截止在微通道中的液流。通過 在微通道中產(chǎn)生導電區(qū)域的氣泡的下游設(shè)置疏水片來精確控制 氣泡的位置。
本發(fā)明包括微流體截止閥，可以通過控制電潤濕力來啟動該 閥，并可通過在液流中引入氣泡將該閥重置為截止態(tài)。例如，可
重置的微流體截止閥可以包括具有內(nèi)表面的微流體通道；設(shè)置于 表面的疏水片，該疏水片覆在第一導電區(qū)域表面，該第一導電區(qū) 域與通道電絕緣；與通道電接觸的第二導電區(qū)域；以及與通道電 接觸的第三導電區(qū)域。在操作中，當?shù)谝慌c第二導電區(qū)域之間存 在低電勢時，由于流體與疏水片之間的阻礙性的大接觸角，水流 體不會流過疏水片。若需要液流流過截止閥，可以在第一和第二 導電區(qū)域之間引入一 個更高的電勢從而降低接觸角，以允許水流 體流過疏水片。為了重新建立截止狀態(tài)，流過第三導電層的電流 在流體中產(chǎn)生氣泡，從而在通道中的疏水片處重新建立接觸角 (例如，采用在第一和第二導電區(qū)域之間重新建立低電勢)。
在可重置截止閥的一個優(yōu)選實施例中，電流流過第二導電區(qū) 域、流體和第三導電區(qū)域，從而電解地產(chǎn)生氣泡。在許多實施例 中，第三導電區(qū)域位于通道中疏水片的上游，從而，例如，產(chǎn)生 的氣泡可以流向下游以在疏水片處重新建立大的接觸角。在一個 優(yōu)選的實施例中，第二和第三導電區(qū)域位于疏水片的上游，并當 電流流過它們中間時二者都產(chǎn)生氣體(例如，氫氣和氧氣)。
在一個實施例中，微流體閥包括具有內(nèi)表面的微流體通道； 沿著樣t流體通道設(shè)置的兩個或兩個以上疏水片；位于疏水片之下 的第 一導電區(qū)域，該疏水片位于第 一導電區(qū)域和通道內(nèi)部之間； 沿著微流體通道設(shè)置的第二導電區(qū)域，該導電區(qū)域位于所述兩個 或兩個以上疏水片之間。在這一結(jié)構(gòu)中，通道中的水流體在第一 和第二導電區(qū)域之間存在第一電勢的條件下不會流過疏水片，而 在第一和第二導電區(qū)域之間存在更高的第二電勢的條件下會流過疏水片。
在所述可重置截止閥的優(yōu)選實施例中，第二導電區(qū)域位于疏
水片的上游。在許多實施例中，孩i通道包括小于lmm的坤黃截面 尺寸。在一些實施例中，截止閥包括位于通道表面并覆在第一導 電區(qū)域或第四導電區(qū)域上的第二疏水片。在一些實施例中， 一個 或多個附加的疏水片被設(shè)置在通道表面上，并覆在第 一導電區(qū)域 或一個附加的靜電導電區(qū)域之上。在一些實施例中，電流流過一 個電路，該電路包括了第二導電區(qū)域、流體以及第三導電區(qū)域， 以產(chǎn)生氣泡。在優(yōu)選的實施例中，第三(電解)導電區(qū)域位于通 道中疏水片的上游。在一個實施例中，第二和第三導電區(qū)域均位 于疏水片的上游，并且當電流流過它們中間時均產(chǎn)生氣體。
電潤濕閥的另一個方面是，該閥可以包括多個疏水片。例如， 微流體閥可以包括微流體通道，該微流體通道包括內(nèi)表面；兩個 或兩個以上沿著微流體通道的疏水片；位于所述兩個或兩個以上 疏水片之下的第 一導電區(qū)域，所述疏水片位于第 一導電區(qū)域和通 道內(nèi)部之間；以及沿著微流體通道的第二導電區(qū)域，該第二導電 區(qū)域位于所述兩個或兩個以上疏水片之間。使用時，在第一和第 二導電區(qū)域間存在第 一低電勢的條件下，通道中的水流體不會流 過疏水片，而當?shù)谝缓偷诙щ妳^(qū)域間存在更高的第二電勢時， 水流體會流過疏水片。所述第二導電區(qū)域可以與通道內(nèi)部電接 觸，或者，可選地，第一或第二導電區(qū)域均不與通道內(nèi)部電接觸。
定義
除了此處或說明書其他部分定義的內(nèi)容外，所用的所有技術(shù) 和科學術(shù)語的含義與本發(fā)明相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域人員所知的相同。
在詳述本發(fā)明之前，應理解，本發(fā)明并不局限于特定的設(shè)備 或生物體系，這些^殳備或生物體系當然可以改變。還應理解，此 處所用的術(shù)語只是為了描述特定的實施例，而非限制本發(fā)明。除
非內(nèi)容明確說明，說明書和權(quán)利要求中使用的"一"和"該"包 括了復數(shù)形式。因而，例如"一個元件"可以包括兩個或多個元件的組合；流體可以包括流體混合物，等等。
雖然許多方法和材料相似、改變或等同于所記載的內(nèi)容無需 額外的試驗即可用在本發(fā)明的實施中，優(yōu)選的材料和方法在此做 了記載。在對本發(fā)明做描述和權(quán)利要求中，下述術(shù)語的用法與所 列定義一致。
在此，術(shù)語"微流體"指具備液流通道的系統(tǒng)或設(shè)備，該液 流通道具有至少一個小于1000pm的橫截面尺寸。例如，液流通 道的一黃截面尺寸可以為500nm或更小，30(Him或更小，100pm 或更小，50]am或更小，或者lOiim或更小。在"i午多實施例中， 通道尺寸約為50nm,然而通常為不小于lfim。本發(fā)明的閥門還 可以用于更大尺寸的通道中，例如毛細通道，在該通道中液流通 過毛細作用流動。
"疏水性"和"親水性"是相對術(shù)語。若第一表面對脂類的 親和力高于第二表面，或者相對于第二表面與水更不相溶，則第 一表面比第二表面更疏水。表面的相對疏水性可以客觀地判定， 例如，通過比較水溶液在這些表面的接觸角。例如，如果水在第 一表面的接觸角比在第二表面的大，則第 一表面被認為比第二表 面更疏水。
"導電區(qū)域"用在這里是指一個由導電材料構(gòu)成的區(qū)域。導 電區(qū)域可以通過電流使電路閉合，并且/或者，可以提供局部電 勢以產(chǎn)生靜電場，例如，實際上并不閉合電路。


通過以下本說明書的剩余部分并結(jié)合附圖，將會更清楚地了 解本發(fā)明上述的和其他的目的。
圖1是一個微機械加工的電潤濕微流體閥的底盤的橫截面 圖，該橫截面圖示出了該電濕潤微流體閥的布局圖2是根據(jù)電極和疏水表面布局圖的一個優(yōu)選實施例中微機 械加工的電潤濕微流體閥的底盤的俯視圖3是一個結(jié)合了微機械加工的電潤濕微流體閥的微流體通
13道的橫截面圖，該橫截面圖示出了流體前部被通道中的疏水表面
截止的示意圖4是一個微機械加工的電潤濕微流體閥的底盤的俯視圖， 該俯視圖示出了圖解EW閥的電極和疏水表面配置；
圖5是根據(jù)本發(fā)明一個更優(yōu)選的實施例中微機械加工的電潤 濕微流體閥的底盤的俯視圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選的實施例中微機械加工的電潤 濕微流體閥的底盤的俯視圖7是一個微機械加工的電潤濕微流體閥的底盤的俯視圖， 該俯視圖示出了能夠產(chǎn)生可重置氣泡的E W閥的示意圖8是根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選的實施例中微機械加工的電潤 濕微流體閥的底盤的橫截面圖，在該實施例中，設(shè)置電極以產(chǎn)生 氣泡；
圖9是一個微流體通道的橫截面示意圖，該微流體通道結(jié)合 了微機械加工的電潤濕微流體閥，在所述閥內(nèi)電流在疏水閘門上 游產(chǎn)生了一個氣泡；
圖10是根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選的實施例中結(jié)合了微機械加 工的電潤濕微流體閥的微流體通道的橫截面圖，其中， 一個產(chǎn)生 的氣泡在液流前部又產(chǎn)生了 一個液體/氣體接觸面。
發(fā)明詳述
通過電能改變表面張力的原理被稱為電毛細作用或電潤濕 (EW )。早期的EW應用與電解質(zhì)溶液接觸的液體汞以及施加在 細的毛細管中的汞和電解質(zhì)之間的電壓。電壓改變汞與毛細管間 的接觸角，從而使液體汞根據(jù)施加的電壓在毛細管中上升或下 降。這一技術(shù)的應用拓展到各種液體和電解質(zhì)中。為了避免電流 引起的液體升溫，可以在電極和電解質(zhì)(液體)間設(shè)置介質(zhì)層。 這一技術(shù)稱為介質(zhì)上的電潤濕(EWOD)，是對EW技術(shù)的重要 修正。在需要連續(xù)的"截止和重啟"的液流操作情況下，現(xiàn)有技 術(shù)/>開的基于EW的系統(tǒng)可以沿著通道在選定位置并入疏水片
14或疏水帶形式的液流屏障以截止液流。或者，與EW系統(tǒng)聯(lián)合的 液流屏障可以通過微流通道橫截面的突然增大來有效增大接觸 角以阻止液流。為了克服液流屏障處大接觸角的表面張力，施加 外力，例如，空氣動力、離心力、熱力或靜電力，以重啟液流。 施加電壓在系統(tǒng)中加入了電能，并根據(jù)下式改變接觸角e: <formula>formula see original document page 15</formula>其中，e。是無電壓時的接觸角，e是加了電壓之后的接觸角， cjLG是在液體-氣體接觸面上的表面張力，s。和s分別是自由空 間和介質(zhì)層的介電常數(shù)，v是施加的電壓，d是介質(zhì)層的厚度。 因此，施加電壓可以降低液體的接觸角從而使液體流動。疏水片
和EW致動的結(jié)合可以提供本發(fā)明優(yōu)選實施例中的截止閥。
基于EW的設(shè)備可以寬泛的分為基于液滴的系統(tǒng)和連續(xù)液流
系統(tǒng)?；谝旱蔚南到y(tǒng)采用小的離散液滴完成運輸、混合或分離 操作。連續(xù)液流系統(tǒng)依賴于運輸和對整體液體量(如在通道中) 的控制，并可以以理想方式產(chǎn)生液滴?；谝旱蔚南到y(tǒng)通常使用 彈性平臺，在該彈性平臺內(nèi)液滴的運輸并不像連續(xù)液流設(shè)計那樣 被嚴格限制在封閉的微通道中。基于液滴的系統(tǒng)由于液體量和流 體分離性通常不適用于許多應用?？梢詢?yōu)選毛細管和《鼓流體系 統(tǒng)，特別是當液流表面必須包括用于分析反應的化學試劑時，所 述化學反應由于暴露在大氣中的空氣和水分可能會被破壞或污染。
在連續(xù)液流系統(tǒng)中，液體流可以由微流管道中作為液流屏障 的疏水片或疏水帶截止。例如，水性液流可以在疏水片邊緣處被 截止。在無外電場的情況下，微流體通道中的流體-電極接觸面 面的特性由表面張力(或表面能)和毛細作用力決定。當施加外 電場形式的外力時，固體-液體接觸面的電荷可以改變液體表面 的親和力，從而調(diào)節(jié)接觸角。疏水片處的表面張力背壓可以降低 到一個程度，使得液流可以流過疏水片。
采用有EW控制的疏水片的截止閥可以用任何合適的方法制 造?；镜拈y結(jié)構(gòu)包括，例如，底基體；粘合或連接的用于密封在基體中的防水腔的頂蓋；圖案化處理在腔表面上的導電電極。
通常，至少一個電極被疏水電介質(zhì)覆蓋。塑料是一種用于制造底 部和頂部基體的便宜的材料，但是在塑料基體上難以覆蓋金屬。 我們發(fā)現(xiàn)，硅是做底部基體的優(yōu)選方案，因為可以采用常用的半 導體處理技術(shù)將金屬電極圖案化處理在其上。優(yōu)選地，頂蓋是透 明材料，例如，塑料或玻璃，從而適應于對流體成分的光檢測。 使用塑料基體時，可以用例如注射成型或激光切削技術(shù)在基體中 產(chǎn)生微通道。另一個選擇是，可以在頂部和底部基體中間夾一個 已知性能的雙面粘合間隔膠帶，從而補足防水空腔。
這類設(shè)備可以完成許多操作，例如，(l)作為微型閥，該閥 的疏水片是截止元件，該截止元件在施加某種外部能量時被克
服；(2)完成化學反應，其中，液體被引入反應室和做定量檢測 的診斷帶；以及(3)從微通道的液體段產(chǎn)生液滴，例如，為了 可控地射出精確的液滴體積。 截止閥
本發(fā)明包括用于例如毛細管和微流體系統(tǒng)中的可重置的截 止閥。典型的可重置的微流體截止閥包括電潤濕表面和產(chǎn)生表面 的氣泡的組合。當水流引入干燥的具有相對親水性的毛細通道 時，流體將由于毛細作用而流動以充滿毛細管?？梢栽谕ǖ赖囊?個截面引入一個疏水表面以截止水流體的毛細流動?？梢詉殳置一 對電極從而可以穿過疏水表面施加電勢，因此可控地使該疏水表 面更親水。在疏水表面的上游，至少一個電極可以與通道內(nèi)部導 電接觸，從而施加的電壓可以電解地產(chǎn)生氣泡。
在操作中，引入的水流體在接觸疏水表面時可以在通道中被 截止。穿過疏水表面的電勢使其更親水時，液流可以被重新啟動。 然而，該電潤濕閥不能簡單地通過除去電勢而重置，因為不再存 在氣體以提供在疏水表面處的液體/氣體/固體接觸面。本發(fā)明通 過在流體中提供氣泡來解決這一問題，例如，通過電解流體產(chǎn)生 氣泡，該氣泡可以流到疏水表面在不存在EW電勢的條件下重新 建立液流的截止液體/氣體/固體接觸面。本發(fā)明的可重置的截止閥優(yōu)選地在毛細管或微流體系統(tǒng)中
控制液流。毛細通道的橫截面尺寸通常為5mm或更小，更典型 地，為lmm或更小。微流體系統(tǒng)包括一個或多個具有微米尺寸 橫截面的通道，該橫截面尺寸為，例如，小于1毫米，500微米 (iam)或更小，250jum或更小，100jum或更小，50Mm或更 小，10(am或更小，或者1mhi或更小。
可重置的閥可以是微流體系統(tǒng)的 一部分，該微流體系統(tǒng)包括 兩個或兩個以上與fi流體通道流體連4妄的室。例如，所述系統(tǒng)可 以是化學檢測或生物檢測芯片，在該芯片中，例如，樣品流體流 入接觸試劑以生成可4企測的反應產(chǎn)物。所述系統(tǒng)的室可以 <呆存樣 品、試劑、緩沖溶液、清洗溶液等等。所述室的功能可以配置為 貯液室室、體積測量室、培養(yǎng)室(incubation chamber )、反應室、 分析物或反應產(chǎn)物采集室、檢測室、廢料室等等。本發(fā)明的截止 閥可以位于這些系統(tǒng)的通道中，以在體積和時間上精確地控制流 體在室和通道之間的體積和流動。
在通道中截止水流體流動的疏水表面通常比相鄰的通道表 面更疏水。例如，通道中的疏水片可以是通道的表面，相較于相 鄰于疏水片的通道表面(典型的為上游表面)，該表面在流體前 部具有更大的接觸角。疏水片可以通過用相對(例如，相對于相 鄰表面)疏水的材料(例如，硅酸鹽、脂類、碳水化合物等)來 處理通道表面的方式形成。該疏水片可以由應用于導體的疏水介 質(zhì)材料形成，該介質(zhì)材料由相對疏水的材料制成，例如塑料或聚 碳氟化合物。可以通過處理相鄰通道使其更親水從而間接地形成 疏水片。例如，疏水片可以是塑料基體的表面，而相鄰通道可以 用表面活性劑來處理。
值得注意的是，雖然水流體流動是更常見的應用，相關(guān)的系 統(tǒng)可以控制更疏水性的流體的流動，例如基于有機溶劑的溶液。 例如，通道可以制造成具有疏水片以截止疏水流體的流動，并且 可以被靜電場調(diào)節(jié)?？梢酝ㄟ^電解產(chǎn)生氣體的組分(或者注射氣 體、加熱以產(chǎn)生氣體等)在疏水流體中產(chǎn)生氣泡，從而在疏水片處重新建立截止態(tài)。
本發(fā)明的可重置的截止閥可以包括兩個或兩個以上與通道 內(nèi)部導電接觸和/或固定的導電區(qū)域，從而在通道表面有效地提 供靜電影響力。
電潤濕導體通常包括嵌在通道表面中的第 一 電極，該電極由
電介質(zhì)與通道內(nèi)部分隔；與通道內(nèi)部導電接觸的第二電極。在許 多實施例中，第一電極嵌入在介電層和/或疏水層之后的通道壁 上。第二電極在第一電極上游與通道內(nèi)部導電接觸。當流體流動， 例如，以接觸第二電極以及在第一電極之前的疏水表面，可以通 過在兩個電極間施加電壓來產(chǎn)生靜電場。該靜電場可以調(diào)節(jié)輸水 表面的疏水性，影響表面處的流體接觸角，以及確定流體是否流 過疏水表面。
可重置閥中的兩個或兩個以上電解質(zhì)導體通常與通道內(nèi)部 導電接觸。其中一個電解質(zhì)導體也可以作為電潤濕導體的其中之 一，例如，接地電極或普通電極。為了電解水流體以產(chǎn)生氣泡， 至少施加1.2伏穿過流體的電壓以在陰極產(chǎn)生氫氣(H2)并在陽 極產(chǎn)生氧氣(02)。為了不在疏水(通常為EW)表面上游產(chǎn)生 兩個不同的氣泡，陰極和陽極可以共同位于上游，或者一個電極 可以位于疏水表面的下游。在一個實施例中，在通道中分開一段 距離的陽極和陰極分別產(chǎn)生兩個氣泡，兩氣泡間可以精確的截取 一段流體。
控制液流的方法
在毛細管或微通道中的流體流動可以通過提供液體/氣體/固 體表面4妄觸面并影響液體和固體4妄觸面處的接觸角來完成。在疏 水片處穩(wěn)定截止的水流體前端可以通過靜電電潤濕疏水表面來 允許其通過疏水片。在液流中插入氣泡，從而在主要的驅(qū)動壓力 下新產(chǎn)生的液體前端處的4妾觸角過大而無法克月良，由此來截止流 過疏水片的液流。
控制液流的方法可以包括，例如，提供本發(fā)明的可重置的閥； 使液體流動并截止在通道的疏水EW表面處；施加EW電壓以在EW表面產(chǎn)生靜電場，^v而允許流體繼續(xù)流動；4亭止EW電壓； 施加電解電壓以產(chǎn)生在EW表面上游的氣泡；允許氣泡流動以與 EW表面接觸，在該EW表面，表面的新的疏水性可以截止由氣 泡產(chǎn)生的流體前端。
本發(fā)明控制液流的方法的第 一 步是提供例如上述截止閥部 分描述的系統(tǒng)。例如，在基體中可以提供微通道(例如，通過掩 模沉積材料，化學刻蝕，激光刻蝕，塑料基體壓模等)。通道表 面可以;故制成具有不同的疏水性，例如，應用如表面活性劑的親 水材料，應用疏水材料，用具有理想疏水性的材料制造，用能量 束離子化表面等。導體可以是，例如，固定在表面上，嵌入在基 體中，蒸氣沉積金屬或半導體等等?？梢酝ㄟ^連接在電源上的導 線將電壓施加到導體，所述電源可以例如是電池、整流器等。電 壓可以是可控的，例如通過開關(guān)、可變電阻、電腦界面等控制。
可以通過任何合適的力或力的組合使流體流動。例如，本發(fā) 明的方法中，流體可以在^f鼓通道中通過重力、氣動壓力、液壓、 毛細管作用、電滲等作用流動。在許多實施例中，在樣品室中應 用水樣本，以通過重力作用流入微流體通道，在該孩t流體通道中， 液流可以基本上依靠重力和毛細作用力的組合來驅(qū)動。這樣的液 流可以通過疏水片來截止，該疏水片提供足夠大的與流體的接觸 角以4吏流體表面張力對抗液流的驅(qū)動壓力。
穿過疏水片施加電壓可以使流體響應上述作用力而流動，這 些作用力例如重力和毛細作用力。在一個實施例中，可以穿過疏 水表面施加電壓，即通過在表面下的導體上以及在與流體接觸的 第二導體電極上施加電壓。這種情況下，可以穿過非導電的疏水 表面在導電流體和位于疏水表面以下的導體之間建立電容靜電 場。在另一些實施例中，兩個電極均與流體絕緣，但是仍然提供 能夠影響流體在疏水片處的接觸角的靜電場。進一步，在另一些 實施例中，兩個導體均與流體導電接觸，其中流體自身可以是也 可以不是導體，從而影響流體在疏水片處的接觸角。
可以根據(jù)特定的應用選擇電解產(chǎn)生氣泡的方式。在大多數(shù)實
19施例中，電壓是直流電，為大于0.5伏、大于1伏、1.2伏或更 高、2伏或更高、5伏或更高、12伏或更高。在優(yōu)選的實施例中， 流體包括了促進電流在流體中流動的 一種或多種電解質(zhì)。在優(yōu)選 的實施例中，流體的組分不會電鍍電極或產(chǎn)生不需要的氣體，例 如氯氣。在另一些實施例中，流體中包含了可以電解產(chǎn)生所需氣 體的電解質(zhì)、可還原的組分或可氧化的組分。
具體實施例方式
以下的討論僅描述了示例性實施例，而不限制所要求保護的 本發(fā)明。
實施例1-電潤濕閥
提供 一 種電潤濕閥，該閥帶有位于疏水片以下的導電電極。 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中的微機械加工的微 流體閥底盤1的橫截面圖。底盤包括了沉積在硅基體11之上的 第一介質(zhì)層12。典型地，第一介質(zhì)層12由沉積在硅基體11上 的作為硅隔離層的氮化硅制成。在第一介質(zhì)層12上設(shè)置含有第 一導電區(qū)域14和第二導電區(qū)域15的薄金屬導電層。典型地，導 電區(qū)域14和15由Au、 Pt或ITO制成，采用半導體工業(yè)中常用 的物理氣相沉積法(PVD)沉積在第一介質(zhì)層12上。采用影印 技術(shù)將導電區(qū)域14和15圖案化處理(patterned)成lOO^m至 2mm寬的小電極區(qū)域，如圖2所示。電極由在薄電極和厚接觸 板13之間相互連接的薄的Au、 Pt或ITO層制成。接觸板13在 存在或不存在線焊的情況下與外部電路電連接。第一導電區(qū)域 14可以作為參考電極或地電極，第二導電區(qū)域15可以作為工作 或驅(qū)動電極，或者二者調(diào)換。傳統(tǒng)地，若導電區(qū)域14或15未圖 案化處理而是作為覆蓋在所述硅基體11整個區(qū)域上的覆蓋層， 則該導電層(區(qū)域14或15)成為參考電極，而另一電極作為驅(qū) 動電極。
為了避免電極與液體的直接接觸，可以采用第二介質(zhì)層17。 可以在導電區(qū)域14或15之上沉積介質(zhì)材料，例如，基本上純凈
20的Si02或其他聚合物層(如聚對二曱苯Parylene)。優(yōu)選為Si02, 因為其對硅微加工技術(shù)具有更好的兼容性，且在半導體工業(yè)中廣 泛應用為絕緣層?？梢允褂没瘜W氣相沉積(CVD)儀器將第二介 質(zhì)層17的薄層沉積在導電區(qū)域14和15上，所述導電區(qū)域14和 15在硅基體11上已完成圖案化處理?？梢圆捎糜坝〖夹g(shù)對位于 導電區(qū)域14和15之上的第二介質(zhì)層17進行圖案化處理。
微通道中的液流截止元件可以是已知長度的疏水片16，其長 度優(yōu)選為微通道總長的一部分?？梢栽谝褕D案化處理的導電層 14之上對疏水片16進行圖案化處理，第二介質(zhì)層17位于二者 之間。疏水片16的微加工包括了在第二介質(zhì)層17上旋轉(zhuǎn)涂覆一 種疏水材料，例如一層TEFLON AF無定形氟聚合物樹脂。典型 地，疏水片的材料相對于通道表面的介質(zhì)層更疏水。疏水片16 還可以被進一步涂覆光致抗蝕劑涂層，之后在紫外光下曝光，例 如采用具有氧等離子體的刻蝕光致抗蝕劑以使疏水片16暴露， 從而在第二絕緣層17的理想位置提供疏水片16。這些位置可以 是，例如，影印地(photo-lithographically)對齊于微加工的電極 以及還對齊于具有微通道的粘合間隔裝置的位置。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中的微機械加工的電潤 濕微流體閥底盤的俯視圖。圖中，電EW導電區(qū)域14位于絕緣 的介質(zhì)蓋之后。導體15與流過所示表面(通常由左至右流過) 的流體電接觸。在本發(fā)明一些優(yōu)選的實施例中，導電區(qū)域14上 覆蓋第二介質(zhì)層17，從而在無電流的情況下靜電地影響區(qū)域內(nèi) 的流體接觸角。在許多情況下，導電區(qū)域15與表面上的流體導 電接觸，作為相對于施加在EW導電區(qū)域14的任意電壓的參考 (例如，接地電極)。如圖所示，設(shè)置在全部或部分EW導電區(qū) 域14之上的有三個平行的且平均間隔的疏水片16a、 16b和16c。 疏水片16a、 16b、 16c的寬度和之間的間隔是可調(diào)的和預定的(例 如通過計算或憑經(jīng)驗的)，以為截止或啟動液柱20的連續(xù)流動提 供最好的結(jié)果，例如圖3所示。類似地，導電區(qū)域15的尺寸以 及導電區(qū)域15與疏水片16c之間的間隔也是可調(diào)的，以對特定通道中的特定流體的接觸角提供期望的影響。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中的微機械加工的
電潤濕微流體閥。 一段流體柱20被限制在微流體通道中，該通 道包括了底盤1基體和頂盤2。頂盤2可以具有一個涂覆了介質(zhì) 層19的玻璃或塑料基體18。當流體柱20在通道中流動時，流 體前端22可以在底盤1上與疏水片16在接觸面21上接觸。流 體前端22還可以與頂盤2在接觸面23上接觸。在接觸面21上， 流體柱20、疏水片16和空氣24可以形成三相(液體、固體和 氣體)接觸點。微流體通道的高度可以與流體柱20的高度相同 或不同。流體柱20可以在毛細作用下在通道中流動。當流體柱 20的前端22達到疏水片16時，在疏水接觸面21上的流體接觸 角可以非常大，從而，例如，在不施加額外流體壓力或靜電力以 降低接觸角的情況下，流體不會流過疏水片16。相應地，流體 柱20可以在疏水片16處截止。當在導電區(qū)域14和15間施加電 壓時，疏水片16的表面能可以改變，例如，降低在接觸面21上 的流體4妻觸角，以及允許流體柱20流過通道。
為了控制液流或調(diào)節(jié)流速，施加于導電區(qū)域14和15之間的 電壓可以:被調(diào)節(jié)。當施加的電壓超過了上限時，電潤濕效應可以 產(chǎn)生控制作用。例如，流體柱20流過EW區(qū)域的疏水片時會遇 到較大阻力。在本發(fā)明的一個方面中，當穿過導電區(qū)域14和15 施加更高電壓差時，流體柱20通過疏水片16的流量會增加。因 此，通過調(diào)節(jié)施加在導電區(qū)域14和15上的電壓，可以調(diào)節(jié)流體 柱20通過疏水片的流速。這可以用于，例如，控制在所述EW 閥上游的反應室中發(fā)生的反應的培養(yǎng)時間(incubation time )。可 選地，可以使用 一個閘門以控制該閘門下游流入反應室或檢測室 的液流。
實施例2 -優(yōu)選的EW表面設(shè)計
導電區(qū)域14和15的布局和設(shè)置可以有不同的配置。例如， 圖4和5示出了根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例的可選的設(shè)計圖。 電極32和31 (分別與導體14和15連接)的尺寸、間隔及數(shù)量可以4艮據(jù)特定的應用而改變。疏水片16可選地可以覆蓋電才及31 、 32的全部或者一部分。
才艮據(jù)本發(fā)明另 一個優(yōu)選的實施例，導電區(qū)域14和15可以如 圖6所示設(shè)置。在該圖中，導電區(qū)域14未被第二介質(zhì)層17覆蓋， 因此暴露在流過該微通道的流體中。該i殳計的應用中，當電壓E 施加在導電區(qū)域14和15之間時，導電區(qū)域14可以作為接地電 極。圖7示出了該優(yōu)選實施例的橫截面圖。
實施例3-重置閥門
根據(jù)本發(fā)明另 一個優(yōu)選的實施例，電潤濕閥還可用于截止微 通道中的液流。圖8至10示出了在疏水截止閘門處重新建立液 流截止態(tài)的情況。這一情況下，可以采用第三導電區(qū)域26,如 圖8所示，以在微流體通道的表面提供第二導電電極。在圖8所 示的實施例中，可以通過穿過導電區(qū)域14和26施加電壓，當導 電流體流過橫穿過位于所述導電區(qū)域之間的毛細通道時閉合電 路，從而電流電解產(chǎn)生氣體(例如，從水中獲得氫氣和/或氧氣)。 當穿過導電區(qū)域14和26施加電壓時，電壓E的陽極導線連接在 導電區(qū)域14上，如圖8所示，例如，可以在流體與導電區(qū)域14 的接觸面上產(chǎn)生氣泡25。氣泡25產(chǎn)生的速率可以是所施加的電 壓E的函數(shù)。提高施加的電壓E可以加快氣泡25的產(chǎn)生。在許 多優(yōu)選的實施例中，在電解生成氣體的過程中，在穿過導電區(qū)域 15的疏水閘門上未施加偏置電壓。
只要施加電壓E且其陽極線連接在導電區(qū)域14上，就會產(chǎn) 生氣泡25。小氣泡會隨著時間逐漸變成大氣泡25,如圖9所示。 當該氣泡25達到疏水片16(例如，由于其體積和/或由于其被液 流推向下游，如圖IO所示)時，流體前端接觸到疏水片在21處 形成接觸面，三相(氣相、液相和固相)接觸重新建立。在此時 或在此之前，可以從導電區(qū)域14和15中去除電壓E。結(jié)果是疏 水片16回復到其疏水狀態(tài)并重新建立截止閘門，相關(guān)的高毛細 截止阻力阻止流體柱20流過通道。
應該理解，這里描述的實施例僅僅是舉例。在不偏離本發(fā)明的精神以及所附權(quán)利要求的范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可 以實施本發(fā)明的這些或其他的改進和變化。
雖然為了清楚和易于理解的目的，上述內(nèi)容做了詳細的介 紹，但是對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，應清楚理解在不偏離本發(fā)明 范圍的情況下可以在形式上和細節(jié)上作出各種變化。例如，上述 許多技術(shù)和儀器可以以各種組合方式使用。
本申請引用的所有公開文件、專利、專利申請和/或其他文件 在這里作為參考，對于所有目的均以其各自全文引用的方式并入 本文中。
權(quán)利要求
1.一種可重置的微流體截止閥，包括具有內(nèi)表面的微流體通道；置于所述表面上的疏水片，所述疏水片覆蓋在第一導電區(qū)域上，所述第一導電區(qū)域與所述通道無電接觸；與所述通道電接觸的第二導電區(qū)域，其中，在所述第一和第二導電區(qū)域之間存在第一電勢的條件下，由于所述流體和所述疏水片之間阻礙性的大接觸角，水流體不會流過所述疏水片，并且，其中，在所述第一和第二導電區(qū)域之間存在第二電勢的條件下，減小了所述接觸角，因而允許所述水流體流過所述疏水片；以及，與所述通道電接觸的第三導電區(qū)域，流過所述第三導電層和所述流體的電流在所述通道中產(chǎn)生氣泡。
2. 如權(quán)利要求1所述的閥，其中，所述微通道的橫截面尺寸 小于lmm。
3. 如權(quán)利要求1所述的閥，其中，所述第二導電區(qū)域位于所 述疏水片的上游。
4. 如權(quán)利要求1所述的閥，進一步包括位于所述通道表面上 的第二疏水片，所述第二疏水片覆蓋在所述第一導電區(qū)域上或覆 蓋在第四導電區(qū)域上。
5. 如;K利要求1所述的閥，其中，所述電流流過電^^，所述 電路包括所述第二導電區(qū)域、所述流體以及所述第三導電區(qū)域， 以產(chǎn)生氣泡。
6. 如權(quán)利要求1所述的閥，其中，所述第三導電區(qū)域位于所 述通道中所述疏水片的上游。
7. 如權(quán)利要求1所述的閥，其中，所述第二和第三導電區(qū)域 均位于所述疏水片的上游，并且其中，當電流流過它們中間時它 們都產(chǎn)生氣體。
8. 如權(quán)利要求1所述的閥，其中，在所述通道中存在所述氣 泡的情況下在所述第一和第二導電區(qū)域之間建立所述第一電勢。
9. 一種孩i流體閥，包括 具有導電區(qū)域的微流體通道；和 所述微流體通道中與所述導電區(qū)域接觸的流體；其中，在所述導電區(qū)域上施加電壓，以在所述通道中電解地 產(chǎn)生氣泡，因而截止所述微流體通道中的所述流體的流動。
10. 如權(quán)利要求9所述的閥，進一步包括了所述微流體通道 中所述導電區(qū)域下游的疏水片。
11. 一種^f鼓流體閥，包括 具有內(nèi)表面的微流體通道； 沿所述微流體通道設(shè)置的兩個或兩個以上疏水片；位于所述疏水片之下的第 一導電區(qū)域，所述疏水片位于所述 第一導電區(qū)域和所述通道內(nèi)部之間；以及，沿所述孩i流體通道在所述兩個或兩個以上疏水片之間設(shè)置 的第二導電區(qū)域；其中，在所述第 一和第二導電區(qū)域之間存在第 一 電勢的情況 下，所述通道中的水流體不會流過所述疏水片，并且其中，在所 述第一和第二導電區(qū)域之間存在第二電勢的情況下，所述流體會 流過所述疏水片，所述第二電勢高于所述第一電勢。
12. 如權(quán)利要求ll所述的閥，其中，所述第二導電區(qū)域與所 述通道內(nèi)部電接觸。
13. 如權(quán)利要求11所述的閥，其中，所述第一導電區(qū)域和所 述第二導電區(qū)域均不與所述通道內(nèi)部電接觸。
14. 一種控制通道中流體流動的方法，包括提供通道，所述通道包括內(nèi)表面和設(shè)置在所述表面上的疏水片；提供暴露在所述內(nèi)表面上的第一導電區(qū)域； 使流體沿所述通道從所述第一導電區(qū)域流向所述疏水片；以及，對所述第一導電區(qū)域施加第一電壓，從而電解地產(chǎn)生氣泡；因此，所述氣泡被所述流體流動推至所述疏水片上，形成接觸面，所述接觸面具有足夠的表面張力以截止所述流體流動。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，進一步包括提供相鄰于所述疏水片的第二導電區(qū)域，所述疏水片位于所述導電區(qū)域和通道內(nèi)部之間；并且，對所述第二導電區(qū)域施加第二電壓；其中，所述施加的第二電壓產(chǎn)生電場，所述電場減小了在所述疏水片氣泡處的流體的接觸角，從而降低對所述液流的阻力，并允許所述流體流過所述疏水片。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括調(diào)節(jié)所述第二電壓，/人而調(diào)節(jié)所述流體的流速。
全文摘要
本發(fā)明涉及在毛細通道或微流體通道中控制流體流動的系統(tǒng)和方法。第一對電極可以在通道中的相對疏水表面處影響流體前端的濕化。第二對電極可以電解產(chǎn)生氣泡，所述氣泡接觸疏水表面時可以截止流體流動。通道中流體的流動在接觸疏水表面時可以被截止，當靜電場減小了疏水表面處的流體的接觸角時，流體流動可以被重新啟動?？梢匀コo電場，并且當電解產(chǎn)生的氣泡接觸到疏水表面重新形成流體、氣體和表面的阻礙接觸角時，流體再次被截止。
文檔編號B01J19/00GK101663089SQ200880011037
公開日2010年3月3日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月4日
發(fā)明者馬克·Y·王 申請人:微點生物技術(shù)有限公司