專利名稱：多方向邏輯式微流體控制系統及其方法
技術領域：
本發明涉及一種流體控制系統及其方法，特別涉及一種多方向邏輯式微流體控制系統及其方法。
背景技術：
隨著可廣泛應用于組合式化學、基因體與蛋白體技術等分析檢測方法的微全分析系統(Micro Total Analysis Systems，μ-TAS)的發展日漸蓬勃，分析儀器和系統也進入了微米甚至納米量級的新紀元。微全分析系統是將實驗中進行的生化或一般化學反應整合在微小的芯片上，例如將大量的生化物質片段一端固定于芯片表面，并通過類似的方式使物質片段和各種檢體兩者間產生交互作用。
而進行此實驗需要一些流體處理步驟，使微全分析系統能夠發揮其功效，讓芯片當中的物質與進入芯片當中的檢體充分混和并發生反應。而在沒有液體處理裝置或類似的混流裝置下很難使流體混合和流動自動化。于是一些微流體驅動裝置即為了解決流體處理問題應運而生。然而，目前所使用的微流體驅動裝置多為單向或是雙向流動，不論是機械式微型泵(Mechanicmicropumps)與非機械式微型泵(non-mechanic micropumps)。缺乏智能型的流體控制。運用在較為復雜的生化反應和檢測分析時，往往很難一次完成控制所需流體的混合及反應的步驟。
因此，在現今科技對于微全分析系統檢測的需求下，可進行復雜及自動化檢測的芯片成為重要發展方向之一。如在加拿大2000年8月Flucome會議的論文集《Flucome2000》(國際書碼ISBN2-7622-0126-8)中公開的一種“Microfluid control system for micromachines”技術。因此，在現有泵技術無法滿足如此需求的情形下，有必要設計其它簡易的流體控制方法以為因應。

發明內容
本發明所要解決的技術問題為提供一種多方向邏輯式微流體控制系統及其方法，來達到有效控制微流體流動方向與混合的目的。
為達上述目的，本發明提供了一種包含多方向邏輯式微流體控制器，是由一襯底與多個微流體控制點所形成，其中，流體填注在襯底的微管道當中。本發明比較特別的是襯底(Substrate)設計，具有一微流體組件與多條微管道，微管道與微流體組件形成同一平面，并連接在其微流體組件，每一微管道對應安裝有一微流體控制點，用以控制微管道的流體通過與否。
通過此種簡單的設計，本發明可以簡單有效的方法來控制與驅動襯底微管道當中的流體，即令連接在流體組件的多個微管道中，流體預定流動方向的微管道允許流體通過，非流體預定流動方向的微管道都不讓流體通過，使流體朝流體預定流動方向流動。例如，可使微流體組件和微管道形成可供流體來回流動的十字型通路。通過控制微流體組件連接于四個平面方向的微管道的流體通過與否，來決定流體的流向。利用十字數組特性，將流體組件的四個平面方向微管道之中三方微管道中的微流體控制點，控制為阻擋流體通過，則進而能使流體朝剩下的方向流動。
此外，本發明還提供了一種數組型的多方向邏輯式微流體控制系統，通過于襯底上設計多組多方向邏輯式微流體控制器，每一微流體組件之間由微管道相互連接，以形成多點、多方向邏輯式微流體控制系統。如此，即可在不同的微流體組件中注入不同的流體，并可令其往任意的微流體組件方向流動。最后，還可將個別的流體任意混合于共享的微流體組件當中；或是增加連接于微流體組件的微管道數，更可使四道以上的流體混合。如再配合數字信號處理處理器(DSP)或可編程控制器(programmable logic controllers，PLCs)來控制每一微管道的微流體控制點，可進行更加復雜多元的流體運動。


圖1為本發明第一實施例的多方向邏輯式微流體控制器示意圖；及圖2為本發明第二實施例的多方向邏輯式微流體控制系統示意圖。
其中，附圖標記說明如下100--襯底，110--微流體反應區，111--第一微流體反應區，112--第二微流體反應區，113--第三微流體反應區，114--第四微流體反應區，120--微管道，130-微流體驅動裝置。
具體實施例方式
本發明所公開的多方向邏輯式微流體控制系統及其方法，可適用于任何流體驅動方式，如壓電式、電磁式和熱變式等等。
以微致動器所形成的微流體驅動裝置為例，并以微流體反應區作為進行流體反應的微流體組件。圖1為本發明第一實施例的多方向邏輯式微流體控制器示意圖。由一襯底100與四個微流體驅動裝置130所形成，其中，流體是填注在襯底100的微管道120當中。襯底的設計具有一微流體反應區110與四條微管道120，微管道120用來連接微流體反應區110的四個平面方向，即以微流體反應區110為原點的正負X方向與正負Y方向，形成使流體可通過微流體反應區110并來回流動的十字型通路。其微流體驅動裝置130是對應安裝每一微管道120，由微致動器和彈性薄膜所組成；彈性薄膜是黏貼于基板以隔離微管道與微致動器，微致動器則通過彈性薄膜往復施加壓力以推動彈性薄膜利用類似橫隔膜的方式運動；當微致動器對薄膜施加壓力時，則使薄膜凸起阻擋流體通過，而微致動器放松薄膜時，即由于薄膜本身的彈性回復平坦使液體可以通過。本發明通過控制微流體反應區連接四個平面方向的微管道的流體通過與否，來決定流體的流向。利用十字數組特性，將微流體反應區的四個平面方向微管道的其中三方微管道中的微流體驅動裝置，控制為阻擋流體通過并提供一逆向推力，進而使流體朝剩下的方向流動。
此外，本發明還提供了一種數組型的多方向邏輯式微流體控制系統，圖2為本發明第二實施例的多方向邏輯式微流體控制系統示意圖。在襯底上設計四組多方向邏輯式微流體控制器，其中包含了第一微流體反應區111、第二微流體反應區112、第三微流體反應區113、第四微流體反應區114、用來互相連接的微管道120和設在微管道120的微流體驅動裝置130。以第一微流體反應區111為原點，第一微流體反應區111是由負X方向的微管道120和第二微流體反應區112相互連接，并由負Y方向的微管道120和第三微流體反應區113相互連接；而第四微流體反應區114則是由正Y方向的微管道120和第二微流體反應區112相互連接，并由正X方向的微管道120和第三微流體反應區113相互連接。形成多點十字數組型的多方向邏輯式微流體控制系統。如此，即可在不同的微流體反應區中注入不同的流體，并可令其往任意的微流體反應區方向流動。例如，控制設在微管道120的微流體驅動裝置130，將存于第二微流體反應112區和第三微流體113反應區的流體，以三點驅動的方式使流體向第一微流體反應區111流動，即可使流體在第一微流體驅動區111進行混合反應。由此可知，本發明可進一步的廣泛應用在多道流體的混合及控制，并可結合數字信號處理處理器(DSP)來控制微流體驅動裝置，將程序加載控制器將可同時進行多點控制。或是配合可編程邏輯控制器(programmable logic controllers，PLCs)來控制每一微管道的微流體驅動裝置，即可進行更加復雜多元的流體運動。為配合以程序控制其流體混合狀態，可將多方向邏輯式微流體控制器有流體進入的狀態設為高態1，無流體進入的狀態設為低態0，配合流體進出端的流體數值模擬設計，可使微流體受到邏輯式的控制，簡化流體控制的復雜性。
此外，微管道與基板上的微流體組件設計可根據各種需求制作，應用的彈性空間很大。如經過設計可使多方向邏輯式微流體控制器進行四道以上的流體混合，即設定四組以上的微管道和微流體驅動器連接在要進行混合的微流體組件，其相鄰微管道間的夾角小于90度。
以上所述，僅為本發明較佳實施例，但并非用來限定本發明的實施范圍；因此本發明所要求保護的權利要求范圍應以權利要求書所申請保護的權利要求為準。
權利要求
1.一種多方向邏輯式微流體控制方法，其步驟包含有提供一襯底，該襯底具有形成在同一平面的一微流體組件與多條微管道，流體填注在微管道當中，微管道連接于微流體組件；提供多個微流體控制點，每一微管道安裝有一微流體控制點，用來控制微管道的流體通量；控制微管道的微流體控制點，使連接在流體組件的多個微管道中，流體預定流動方向的微管道允許流體通過，非流體預定流動方向的微管道都不讓流體通過，使流體朝流體預定流動方向流動。
2.如權利要求1所述的多方向邏輯式微流體控制方法，其特征在于該微流體控制點是由一微致動器和一彈性薄膜所組成，彈性薄膜是黏貼在襯底以隔離微管道與微致動器之間，微致動器是通過彈性薄膜往復施加壓力使彈性薄膜以類似橫隔膜的方式運動。
3.如權利要求1所述的多方向邏輯式微流體控制方法，其特征在于多條微管道是連接在微流體組件的四個平面方向，即以微流體組件為原點的正負X方向與正負Y方向，形成使流體可通過微流體反應區并來回流動的十字型通路。
4.一種多方向邏輯式微流體控制器，其包含有一襯底，其具有形成在同一平面的一微流體組件與多條微管道，流體填注在微管道當中，微管道是連接在微流體組件；多個微流體控制點，每一微管道安裝有一微流體控制點，用來控制微管道的流體通量。
5.如權利要求4所述的多方向邏輯式微流體控制器，其特征在于微流體控制點由一微致動器和一彈性薄膜所組成，該彈性薄膜是黏貼在襯底以隔離微管道與微致動器之間，微致動器是通過彈性薄膜往復施加壓力使彈性薄膜以類似橫隔膜的方式運動。
6.如權利要求4所述的多方向邏輯式微流體控制器，其特征在于多條微管道連接在微流體組件的四個平面方向，即以微流體組件為原點正負X方向與正負Y方向，以形成使流體可通過微流體反應區并來回流動的十字型通路。
7.一種多方向邏輯式微流體控制系統，其包含有一襯底，具有形成在同一平面的一個以上的微流體組件與多條微管道，該微流體組件是通過微管道互相導通，流體填注于微管道當中；多個微流體控制點，每一微管道安裝有一微流體控制點，用來控制微管道的流體通量，通過微流體組件的流體通量和流動方向，由連接微流體組件的每一微管道的流體通量決定。
8.如權利要求7所述的多方向邏輯式微流體控制系統，其特征在于該微流體控制點由一微致動器和一彈性薄膜所組成，彈性薄膜是黏貼于襯底以隔離微管道與微致動器之間，微致動器是通過彈性薄膜往復施加壓力使彈性薄膜以類似橫隔膜的方式運動。
9.如權利要求7所述的多方向邏輯式微流體控制系統，其特征在于多條微管道連接在微流體組件的四個平面方向，即以微流體組件為原點的正負X方向與正負Y方向，形成使流體可通過微流體反應區并來回流動的十字型通路。
10.如權利要求7所述的多方向邏輯式微流體控制系統，其特征在于還包含一數字信號處理處理器DSP，用來控制每一微管道的微流體控制點。
11.如權利要求7所述的多方向邏輯式微流體控制系統，其特征在于還包含一可編程邏輯控制器PLCs，用來控制每一微管道的微流體控制點。
全文摘要
本發明涉及一種多方向邏輯式微流體控制系統及其方法，通過控制連接在微流體組件的微管道流體通過與否，來決定流體的流向和混合數目；即令連接在流體組件的多個微管道中，流體預定流動方向的微管道允許流體通過，非流體預定流動方向的微管道都不讓流體通過，使流體朝流體預定流動方向流動；配合本發明方法所組成的系統還可與控制器結合加載程序，進行更加復雜的流體運動。
文檔編號G01N35/00GK1521499SQ0310255
公開日2004年8月18日 申請日期2003年2月12日 優先權日2003年2月12日
發明者莊世瑋, 鐘震桂, 陳仲竹 申請人:財團法人工業技術研究院