专利名称：多方向逻辑式微流体控制系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种流体控制系统及其方法，特别涉及一种多方向逻辑式微流体控制系统及其方法。
背景技术：
随着可广泛应用于组合式化学、基因体与蛋白体技术等分析检测方法的微全分析系统(Micro Total Analysis Systems，μ-TAS)的发展日渐蓬勃，分析仪器和系统也进入了微米甚至纳米量级的新纪元。微全分析系统是将实验中进行的生化或一般化学反应整合在微小的芯片上，例如将大量的生化物质片段一端固定于芯片表面，并通过类似的方式使物质片段和各种检体两者间产生交互作用。
而进行此实验需要一些流体处理步骤，使微全分析系统能够发挥其功效，让芯片当中的物质与进入芯片当中的检体充分混和并发生反应。而在没有液体处理装置或类似的混流装置下很难使流体混合和流动自动化。于是一些微流体驱动装置即为了解决流体处理问题应运而生。然而，目前所使用的微流体驱动装置多为单向或是双向流动，不论是机械式微型泵(Mechanicmicropumps)与非机械式微型泵(non-mechanic micropumps)。缺乏智能型的流体控制。运用在较为复杂的生化反应和检测分析时，往往很难一次完成控制所需流体的混合及反应的步骤。
因此，在现今科技对于微全分析系统检测的需求下，可进行复杂及自动化检测的芯片成为重要发展方向之一。如在加拿大2000年8月Flucome会议的论文集《Flucome2000》(国际书码ISBN2-7622-0126-8)中公开的一种“Microfluid control system for micromachines”技术。因此，在现有泵技术无法满足如此需求的情形下，有必要设计其它简易的流体控制方法以为因应。

发明内容
本发明所要解决的技术问题为提供一种多方向逻辑式微流体控制系统及其方法，来达到有效控制微流体流动方向与混合的目的。
为达上述目的，本发明提供了一种包含多方向逻辑式微流体控制器，是由一衬底与多个微流体控制点所形成，其中，流体填注在衬底的微管道当中。本发明比较特别的是衬底(Substrate)设计，具有一微流体组件与多条微管道，微管道与微流体组件形成同一平面，并连接在其微流体组件，每一微管道对应安装有一微流体控制点，用以控制微管道的流体通过与否。
通过此种简单的设计，本发明可以简单有效的方法来控制与驱动衬底微管道当中的流体，即令连接在流体组件的多个微管道中，流体预定流动方向的微管道允许流体通过，非流体预定流动方向的微管道都不让流体通过，使流体朝流体预定流动方向流动。例如，可使微流体组件和微管道形成可供流体来回流动的十字型通路。通过控制微流体组件连接于四个平面方向的微管道的流体通过与否，来决定流体的流向。利用十字数组特性，将流体组件的四个平面方向微管道之中三方微管道中的微流体控制点，控制为阻挡流体通过，则进而能使流体朝剩下的方向流动。
此外，本发明还提供了一种数组型的多方向逻辑式微流体控制系统，通过于衬底上设计多组多方向逻辑式微流体控制器，每一微流体组件之间由微管道相互连接，以形成多点、多方向逻辑式微流体控制系统。如此，即可在不同的微流体组件中注入不同的流体，并可令其往任意的微流体组件方向流动。最后，还可将个别的流体任意混合于共享的微流体组件当中；或是增加连接于微流体组件的微管道数，更可使四道以上的流体混合。如再配合数字信号处理处理器(DSP)或可编程控制器(programmable logic controllers，PLCs)来控制每一微管道的微流体控制点，可进行更加复杂多元的流体运动。


图1为本发明第一实施例的多方向逻辑式微流体控制器示意图；及图2为本发明第二实施例的多方向逻辑式微流体控制系统示意图。
其中，附图标记说明如下100--衬底，110--微流体反应区，111--第一微流体反应区，112--第二微流体反应区，113--第三微流体反应区，114--第四微流体反应区，120--微管道，130-微流体驱动装置。
具体实施例方式
本发明所公开的多方向逻辑式微流体控制系统及其方法，可适用于任何流体驱动方式，如压电式、电磁式和热变式等等。
以微致动器所形成的微流体驱动装置为例，并以微流体反应区作为进行流体反应的微流体组件。图1为本发明第一实施例的多方向逻辑式微流体控制器示意图。由一衬底100与四个微流体驱动装置130所形成，其中，流体是填注在衬底100的微管道120当中。衬底的设计具有一微流体反应区110与四条微管道120，微管道120用来连接微流体反应区110的四个平面方向，即以微流体反应区110为原点的正负X方向与正负Y方向，形成使流体可通过微流体反应区110并来回流动的十字型通路。其微流体驱动装置130是对应安装每一微管道120，由微致动器和弹性薄膜所组成；弹性薄膜是黏贴于基板以隔离微管道与微致动器，微致动器则通过弹性薄膜往复施加压力以推动弹性薄膜利用类似横隔膜的方式运动；当微致动器对薄膜施加压力时，则使薄膜凸起阻挡流体通过，而微致动器放松薄膜时，即由于薄膜本身的弹性回复平坦使液体可以通过。本发明通过控制微流体反应区连接四个平面方向的微管道的流体通过与否，来决定流体的流向。利用十字数组特性，将微流体反应区的四个平面方向微管道的其中三方微管道中的微流体驱动装置，控制为阻挡流体通过并提供一逆向推力，进而使流体朝剩下的方向流动。
此外，本发明还提供了一种数组型的多方向逻辑式微流体控制系统，图2为本发明第二实施例的多方向逻辑式微流体控制系统示意图。在衬底上设计四组多方向逻辑式微流体控制器，其中包含了第一微流体反应区111、第二微流体反应区112、第三微流体反应区113、第四微流体反应区114、用来互相连接的微管道120和设在微管道120的微流体驱动装置130。以第一微流体反应区111为原点，第一微流体反应区111是由负X方向的微管道120和第二微流体反应区112相互连接，并由负Y方向的微管道120和第三微流体反应区113相互连接；而第四微流体反应区114则是由正Y方向的微管道120和第二微流体反应区112相互连接，并由正X方向的微管道120和第三微流体反应区113相互连接。形成多点十字数组型的多方向逻辑式微流体控制系统。如此，即可在不同的微流体反应区中注入不同的流体，并可令其往任意的微流体反应区方向流动。例如，控制设在微管道120的微流体驱动装置130，将存于第二微流体反应112区和第三微流体113反应区的流体，以三点驱动的方式使流体向第一微流体反应区111流动，即可使流体在第一微流体驱动区111进行混合反应。由此可知，本发明可进一步的广泛应用在多道流体的混合及控制，并可结合数字信号处理处理器(DSP)来控制微流体驱动装置，将程序加载控制器将可同时进行多点控制。或是配合可编程逻辑控制器(programmable logic controllers，PLCs)来控制每一微管道的微流体驱动装置，即可进行更加复杂多元的流体运动。为配合以程序控制其流体混合状态，可将多方向逻辑式微流体控制器有流体进入的状态设为高态1，无流体进入的状态设为低态0，配合流体进出端的流体数值模拟设计，可使微流体受到逻辑式的控制，简化流体控制的复杂性。
此外，微管道与基板上的微流体组件设计可根据各种需求制作，应用的弹性空间很大。如经过设计可使多方向逻辑式微流体控制器进行四道以上的流体混合，即设定四组以上的微管道和微流体驱动器连接在要进行混合的微流体组件，其相邻微管道间的夹角小于90度。
以上所述，仅为本发明较佳实施例，但并非用来限定本发明的实施范围；因此本发明所要求保护的权利要求范围应以权利要求书所申请保护的权利要求为准。
权利要求
1.一种多方向逻辑式微流体控制方法，其步骤包含有提供一衬底，该衬底具有形成在同一平面的一微流体组件与多条微管道，流体填注在微管道当中，微管道连接于微流体组件；提供多个微流体控制点，每一微管道安装有一微流体控制点，用来控制微管道的流体通量；控制微管道的微流体控制点，使连接在流体组件的多个微管道中，流体预定流动方向的微管道允许流体通过，非流体预定流动方向的微管道都不让流体通过，使流体朝流体预定流动方向流动。
2.如权利要求1所述的多方向逻辑式微流体控制方法，其特征在于该微流体控制点是由一微致动器和一弹性薄膜所组成，弹性薄膜是黏贴在衬底以隔离微管道与微致动器之间，微致动器是通过弹性薄膜往复施加压力使弹性薄膜以类似横隔膜的方式运动。
3.如权利要求1所述的多方向逻辑式微流体控制方法，其特征在于多条微管道是连接在微流体组件的四个平面方向，即以微流体组件为原点的正负X方向与正负Y方向，形成使流体可通过微流体反应区并来回流动的十字型通路。
4.一种多方向逻辑式微流体控制器，其包含有一衬底，其具有形成在同一平面的一微流体组件与多条微管道，流体填注在微管道当中，微管道是连接在微流体组件；多个微流体控制点，每一微管道安装有一微流体控制点，用来控制微管道的流体通量。
5.如权利要求4所述的多方向逻辑式微流体控制器，其特征在于微流体控制点由一微致动器和一弹性薄膜所组成，该弹性薄膜是黏贴在衬底以隔离微管道与微致动器之间，微致动器是通过弹性薄膜往复施加压力使弹性薄膜以类似横隔膜的方式运动。
6.如权利要求4所述的多方向逻辑式微流体控制器，其特征在于多条微管道连接在微流体组件的四个平面方向，即以微流体组件为原点正负X方向与正负Y方向，以形成使流体可通过微流体反应区并来回流动的十字型通路。
7.一种多方向逻辑式微流体控制系统，其包含有一衬底，具有形成在同一平面的一个以上的微流体组件与多条微管道，该微流体组件是通过微管道互相导通，流体填注于微管道当中；多个微流体控制点，每一微管道安装有一微流体控制点，用来控制微管道的流体通量，通过微流体组件的流体通量和流动方向，由连接微流体组件的每一微管道的流体通量决定。
8.如权利要求7所述的多方向逻辑式微流体控制系统，其特征在于该微流体控制点由一微致动器和一弹性薄膜所组成，弹性薄膜是黏贴于衬底以隔离微管道与微致动器之间，微致动器是通过弹性薄膜往复施加压力使弹性薄膜以类似横隔膜的方式运动。
9.如权利要求7所述的多方向逻辑式微流体控制系统，其特征在于多条微管道连接在微流体组件的四个平面方向，即以微流体组件为原点的正负X方向与正负Y方向，形成使流体可通过微流体反应区并来回流动的十字型通路。
10.如权利要求7所述的多方向逻辑式微流体控制系统，其特征在于还包含一数字信号处理处理器DSP，用来控制每一微管道的微流体控制点。
11.如权利要求7所述的多方向逻辑式微流体控制系统，其特征在于还包含一可编程逻辑控制器PLCs，用来控制每一微管道的微流体控制点。
全文摘要
本发明涉及一种多方向逻辑式微流体控制系统及其方法，通过控制连接在微流体组件的微管道流体通过与否，来决定流体的流向和混合数目；即令连接在流体组件的多个微管道中，流体预定流动方向的微管道允许流体通过，非流体预定流动方向的微管道都不让流体通过，使流体朝流体预定流动方向流动；配合本发明方法所组成的系统还可与控制器结合加载程序，进行更加复杂的流体运动。
文档编号G01N35/00GK1521499SQ0310255
公开日2004年8月18日 申请日期2003年2月12日 优先权日2003年2月12日
发明者庄世玮, 钟震桂, 陈仲竹 申请人:财团法人工业技术研究院