微流体止回阀及相关装置和系统的制作方法

本发明大体涉及微流体止回阀，其可用于控制流体流动系统(例如，液相色谱(LC)系统和分析化学中使用的其它流体流动系统)中的流体流动和压力脉冲。

背景技术：

在液相色谱(LC)系统中，由一种或多种溶剂组成的流动相在高系统压力下受驱动以通过分离单元，该分离单元通常以色谱柱的形式提供。在高性能LC(HPLC)系统和超高性能LC(UHPLC)系统中，系统压力可以高达例如约1200巴(bar)。柱包含固定相，在LC中，固定相通常以颗粒(例如，二氧化硅珠)填充床的形式提供。颗粒被配制和/或被官能化，以便分离样品的不同组分(例如，化学化合物)。要由LC系统如此处理的样品在柱上游的位置处注入到流动相中。然后，样品在高系统压力下随流动相被运送通过柱。当样品流过柱时，样品接触固定相。样品的不同组分对固定相具有不同的亲和力。这导致不同的组分在通过柱的液体流中彼此分离。因此，不同的组分在不同的时刻从柱出口洗脱。因此，从柱输出的液体流包含一系列谱带，每条谱带由不同的样品组分组成。也就是说，这些谱带分别由被柱彼此分离的不同的样品组分组成。

流动相和其中携带的一系列谱带从柱出口流动到检测器，该检测器构造为检测每个单独的谱带。作为一个示例，检测器可以包括液体流过的流动池、光源和光检测器，该光检测器构造为对流过流动池的液体进行基于光学的测量(例如，吸光度)。然后，可以利用检测器产生的电信号来产生色谱图。通常，色谱图将信号强度绘制为保留时间的函数或者保留容积的函数。数据图显示为与检测器检测到的一系列相应谱带相对应的一系列峰。在分析色谱法中，色谱图用于识别样品中的组分并且指出组分在样品中的相对浓度。或者，在制备色谱法中，柱的分离能力可以用于纯化样品，例如将目标化合物与样品中含有的其它化合物隔离。

流动相和样品由柱上游的泵驱动。上游泵产生较高的系统压力。因此，柱入口(或柱“头”)处的流体压力接近于高系统压力。通常使用多口注射阀将样品注入高压流动相流中。在一种已知的构造中，注射阀可以在旁路模式和主通路模式之间切换。在旁路模式中，注射阀将高压流动相流从泵直接引导到柱。注射阀流体耦合到样品回路。在旁路模式中，注射阀将样品回路与高压流动相流流体隔离，并且样品回路处于很低的压力下，例如大气压。同时，在旁路模式中，将样品量从瓶子或其它样品源装载到样品回路中。在样品装载完毕后，注射阀切换到主通路模式。在主通路模式中，样品回路成为泵和色谱柱之间的流动相流动路径的一部分。流动相从注射阀的一部分流入到样品回路中，并且流动相和样品流从样品回路通过进样阀的另一部分并流动到柱。

注射阀从旁路模式到主通路模式的切换之后紧接着是短暂的时间段，在该时间段内，泵需要将样品回路从低压加压到高系统压力，以便能够将样品和流动相输送到色谱柱。在短暂的时刻，在注射阀下游的柱头处的压力高于样品回路中的压力，即产生负压差(即，“负”是指从高压到低压的方向与预期的流体流动方向相反)。柱头和样品回路之间的压差可以例如超过1000巴。这种情况可能导致柱内的压缩流体的膨胀和回流以及相关的压力脉冲。也就是说，柱中的流体沿相反的方向朝低压样品回路往回流动或奔涌。回流和相关的压力脉冲可能引起各种问题，例如扰乱色谱柱中的固定相，恶化色谱柱的性能，增加样品分散(sample dispersion)，降低由检测器获取的数据(例如，峰值增宽、峰值拖尾等)质量，缩短柱的使用寿命。因此，希望避免回流和压力脉冲的发生。

该问题的一个已知解决方案是在阀切换之前对样品回路进行预加压。另一个已知的解决方案是改变注射阀(即，延伸阀凹槽中的与两个阀口流体耦合的一个阀凹槽的长度)，使得在柱头流体耦合到样品回路之前，泵与样品回路流体耦合。以这种方式，在将样品回路切换成与通向柱的高压流体管线流体连通之前，泵将具有几毫秒的时间来对样品回路进行加压。在美国专利No.9,435,773中描述了利用注射阀的已知样品注射系统的一个示例，该专利的全部内容通过引用并入本文。

然而，仍然需要提供与LC系统和其它流体流动系统中的回流和压力脉冲有关的问题的其它解决方案，特别是无需对样品回路进行预加压或者对注射阀进行修改的解决方案。

技术实现要素：

为了全部或部分地解决上述需求和/或本领域技术人员观察到的其它需求，本发明提供了方法、工艺、系统、设备、仪器和/或装置，如在下述实施方式中以示例的方式描述的。

根据一个实施例，微流体止回阀包括主体、入口孔、出口孔、多个凸起和盘。主体包括：第一外表面；第二外表面，其沿着与第一外表面和第二外表面正交的阀轴线与第一外表面轴向间隔开；第一内表面；第二内表面，其与第一内表面轴向间隔开；和侧表面，其设置在第一内表面和第二内表面之间并且围绕阀轴线，其中，第一内表面、第二内表面和侧表面限定内部腔室。入口孔，其形成为从第一外表面穿过主体并且与内部腔室连通；出口孔形成为从第二外表面穿过主体并且与内部腔室连通。凸起设置在第二内表面上，其中，凸起彼此间隔开。盘设置在内部腔室中，并且能够响应于入口孔和出口孔之间的压差在打开位置和关闭位置之间自由移动，其中：在打开位置，盘接触凸起并且建立从入口孔流经相邻的凸起之间的内部腔室并且到达出口孔的流体流动路径；并且在关闭位置，盘接触第一内表面并且阻止流体从入口孔流入到内部腔室。

根据另一个实施例，微流体止回阀包括主体、入口孔、出口孔和盘。主体由有效地承受100巴或更大压力的材料组成，并且包括内部腔室。入口孔形成为穿过主体并与内部腔室连通。出口孔形成为穿过主体并与内部腔室连通。内部腔室、入口孔和出口孔共同具有纳米尺度容积。盘设置在内部腔室中并且能够响应于入口孔和出口孔之间的压差而在打开位置和关闭位置之间自由移动，其中：在打开位置，盘建立了从入口孔流经内部腔室并且到达出口孔的流体流动路径；并且在关闭位置，盘阻挡流体从入口孔流入到内部腔室。

根据另一个实施例，毛细导管包括：根据本文公开的任何实施例的微流体止回阀；以及毛细管主体，其包括毛细管入口端、毛细管出口端和从毛细管入口端延伸到毛细管出口端的毛细管孔。微流体止回阀可以安装到毛细管入口端，使得毛细管孔与出口孔连通。或者，微流体止回阀可以安装到毛细管出口端，使得毛细管孔与入口孔连通。

根据另一个实施例，流体配件包括：根据本文公开的任何实施例的微流体止回阀；以及配件主体，其包括配件孔，其中，微流体止回阀安装到配件主体，使得配件孔与入口孔连通。

根据另一个实施例，流体配件包括：根据本文公开的任何实施例的微流体止回阀；第一配件主体，其包括第一配件孔；以及第二配件主体，其包括第二配件孔，其中，微流体止回阀安装在第一配件主体和第二配件主体之间，使得第一配件孔与入口孔连通并且第二配件与出口孔连通。

根据另一个实施例，色谱柱包括：根据本文公开的任何实施例的微流体止回阀；柱体，其包括柱入口端、柱出口端和内部柱孔，该内部柱孔从柱入口端延伸到柱出口端；以及入口端盖，其在柱入口端处耦合到柱体，其中，微流体止回阀设置在入口端盖中，使得出口孔与内部柱孔连通。

根据另一个实施例，液相色谱系统包括：根据本文公开的任何实施例的微流体止回阀；泵，其构造为建立朝向色谱柱的流动相流；进样器，其在泵下游的位置处与泵连通；以及流动相管线，其与进样器连通并且构造为与色谱柱连通，其中：进样器构造为将样品注入到流动相流中，使得样品在流动相流中经由流动相管线输送到色谱柱；微流体止回阀位于选自由下列项组成的群组的位置处：在注射阀和色谱柱之间的流动相管线中的位置；和色谱柱中的位置；并且微流体止回阀取向为防止流体沿着从色谱柱朝向注射阀的方向流动。

根据另一个实施例，液相色谱系统包括：根据本文公开的任何实施例的微流体止回阀；泵，其构造为泵送流动相；第一流动相管线，其与泵连通；色谱柱，其包括柱入口端；第二流动相管线，其与柱入口端连通；以及进样器，其包括注射阀和与注射阀连通的样品回路，其中：第一流动相管线和第二流动相管线与注射阀连通；进样器构造为将来自样品回路的样品注入流动相中，使得样品经由第二流动相管线在流动相中运送到色谱柱；微流体止回阀位于选自由下列项组成的群组的位置处：注射阀和色谱柱之间的第二流动相管线中的位置；和柱入口端的位置；并且微流体止回阀取向成防止流体沿着从柱入口端朝向注射阀的方向流动。

通过查阅以下附图和详细说明，本发明的其它装置、设备、系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员而言将显而易见。所有这些附加系统、方法、特征和优点旨在包含在本说明书内，包含在本发明的范围内并且由所附权利要求书保护。

附图说明

通过参考以下附图可以更好地理解本发明。附图中的部件不一定按比例绘制，而重点放在说明本发明的原理上。在附图中，相同的附图标记表示不同视图中的相应部分。

图1是根据实施例的液相色谱(LC)系统的示例的示意图。

图2是根据本文公开的实施例的进样器的示例的示意图，其示出了处于旁路模式的进样器。

图3是在进样器已经切换到主通路模式之后图2所示的进样器的示意图。

图4是根据实施例的微流体止回阀的示例的示意性剖视图，其示出了微流体止回阀处于打开位置。

图5是图4所示的微流体止回阀的示意性剖视图，其示出了微流体止回阀处于关闭位置。

图6是图4和图5所示的微流体止回阀的剖切俯视图。

图7是根据实施例的毛细导管的示例的示意性剖视图。

图8是根据实施例的流体配件的示例的示意性剖视图。

图9是根据另一个实施例的流体配件的示例的示意性剖视图。

图10是根据实施例的色谱柱的示例的示意性剖视图。

图11是两个压力曲线(压力(单位：bar)与时间(单位：ms)的函数)的曲线图；一个压力曲线对应于在本文公开的微流体止回阀(其可操作地布置在与上述的并且图1-图3所示的系统一致的系统中)上游测量的流体压力，并且另一个压力曲线对应于在微流体止回阀的下游测量的流体压力；压力曲线跨越的时间段包括微流体止回阀从打开状态切换到关闭状态的事件。

具体实施方式

如本文所使用的，术语“流体”在一般意义上是指可流动通过导管的任何物质。因此，术语“流体”通常可以指液体、气体或超临界流体，除非另有说明或上下文另有规定。

如本文所使用的，术语“液体”通常包括具有单一化合物组分的液体或者具有两种或更多种不同液体(例如，两种或更多种不同的溶剂)的混合物。液体可以是溶液、悬浮液、胶体或乳液。固体颗粒和/或气泡可能存在于液体中。

如本文所使用的，术语“导管”通常是指围成内部空间的任何类型的构造，该构造限定使流体从一个点(例如，导管的入口)流向另一个点(例如，导管的出口)的可重复路径。导管通常包括限定管或通道的一个或多个壁。管或通道的横截面(或流动区域)可以是圆的(例如，圆形、椭圆形等)或多边形的(例如，正方形、用直线包围的形状等)。管或通道在本文中也可被称为孔、端口、入口或出口。

在一些实施例中，导管的内孔或内腔可以具有微尺度的横截面尺寸，即，微米级(例如，约1000μm(1mm)或更小)的横截面尺寸。微尺度横截面尺寸的管在本文中可被称为毛细导管或毛细管。微尺度横截面尺寸的通道在本文中可被称为“微流体通道”或“微通道”。如本文所使用的，术语“毛细导管”和“微流体通道”还包括具有纳米尺度横截面尺寸的导管，即，纳米级(例如，约1000nm(1μm)或更小)的横截面尺寸。因此，例如，微尺度导管的横截面尺寸可以在约100nm至约1000μm的范围内。如本文所使用的，术语“横截面尺寸”是指恰当地描述导管的横截面形状的尺寸类型—例如，在圆形横截面的情况下是指直径，在椭圆形横截面的情况下是指长轴，或者在多边形横截面的情况下是指相对两侧之间的最大长度(或宽度或高度)。此外，由于有意为之或者由于制造技术的限制，导管的横截面可能呈不规则形状。不规则形状横截面的横截面尺寸可以被认为是与不规则形状横截面最接近的规则形状横截面的尺寸特征(例如，圆的直径、椭圆的长轴、多边形的长度等)。通过微尺度横截面尺寸的导管的流体流速可以是每分钟毫升级(mL/min)、每分钟微升级(μL/min)或每分钟纳升级(nL/min)。

如本文所使用的，术语“管线”(或流体管线)可以指限定从一个点到另一个点的流体流动路径的单个流体部件，或者共同限定流体流动路径的两个或更多个流体部件。构成给定流体管线的流体部件可以是不同类型的流体部件的组合，其中，相邻的流体部件彼此流体耦合。流体部件的示例包括但不限于，导管、腔室、流动池、泵、计量装置、阀、柱、流量控制装置、流体测量(例如，流速、压力、温度、浓度等)装置、联管节、合流器和分流器。

如本文所使用的，术语“微流体装置”通常是指具有一个或多个微尺度特征(例如，微尺度导管)的装置。

根据本发明的一方面，提供了一种微流体止回阀。各种实施例的微流体止回阀可以具有以下属性中的一个或多个：高压能力(例如，高达约1200巴)、在所预期的工作压力范围内(例如，高达约1200巴)很少或没有流体泄漏、很小的总内部容积(例如，纳升级)、很小的工作容积(例如，纳升级)、较小的死容积(例如，纳升级)、在打开状态和关闭状态之间快速切换(例如，瞬间或几乎瞬间或者几微秒内)、在打开状态和关闭状态之间切换无需开启压力(或者几乎无需开启压力)、在打开位置时非常小的背压、以及较高的可靠性和可重复性性能。此外，微流体止回阀的实施例可以具有允许集成在微流体芯片设计中并且与现有仪器共线的平面设计。本文公开的微流体止回阀的实施例可以用于需要或将受益于单向止回阀功能的任何流体流动系统中，特别是用于能够受益于具有高压能力和纳升级工作容积的止回阀的流体流动系统。这些属性使得本文公开的微流体止回阀在与分析化学和流体分离过程相关的流体流动系统中特别有用。作为本文详细描述的一个非排它性示例，微流体止回阀可用于液相色谱(LC)系统，以在将样品注射阀从旁路位置(在此期间，样品载入到样品回路中)切换到主通路位置(在此期间，样品装载到高压流动相流)时使色谱柱与样品回路隔离。微流体止回阀的高压能力使其能够在LC系统的高压操作状态下继续使用，并且微流体止回阀的纳升级工作容积可以防止样品分散。

一般来说，流体止回阀在分析化学中用于高压泵和共线(in-line)工作流中。这些已知的止回阀分为两类：那些能够承受高压的止回阀和那些不能承受高压的止回阀。在泵中使用的止回阀通常为球型和弹簧型，并且用金属和蓝宝石材料的组合来制造。由金属和聚合物制成的共线止回阀(in-line check valve)通常具有类似的构造，但是在较低的压力下操作。这两种类型的阀都具有较大的容积，这使得它们不利于分析应用并且难以实际集成到典型的工作流中。通常由聚合物制成的微流体止回阀可以具有纳升范围内的容积但是不能承受高压或高流动性。

相比之下，本文公开的微流体止回阀在高压下能够可靠地并且重复地起作用，同时保持很小的容积。因此，本文公开的微流体止回阀使得能够用于将止回阀扩展到分析化学空间中。

图1是根据实施例的液相色谱(LC)系统100的示例的示意图。LC系统100可以是高性能LC(HPLC)系统或超高性能LC(UHPLC)系统，如本领域技术人员所理解的。LC系统100代表可以实施本文公开的微流体止回阀的环境的一个非排它性示例。

LC系统100包括泵104，该泵104构造为在高压(或系统压力)下使流动相沿流动相流动路径泵送到色谱柱108。在上下文中，“高压”的示例包括但不限于，100巴或更大的范围、100巴至1200巴的范围、从200巴到1200巴的范围和从500巴到1200巴的范围。流动相流动路径可以由诸如第一流动相管线112和第二流动相管线116之类的各种流体导管以及与这种流动相管线112和116可操作地连通或者可切换成与这种流动相管线112和116连通的部件来限定。泵104包括与溶剂供应源124连通的泵入口120以及与第一流动相管线112连通的泵出口128。流动相可以包括单一类型的溶剂或者两种或更多种不同溶剂的混合物。

泵104可以包括并联和/或串联布置的两个或更多个独立的泵送单元。各个泵送单元通常是往复式活塞型泵送单元，即，每个泵送单元包括受驱动以在相应的泵室中往复运动的相应活塞。作为一个示例，泵104可以具有四级构造，其中，第一双列(dual in-line)泵送模块与第二双列泵送模块并联布置。每个双列泵送模块包括串联布置的初级泵送单元和次级泵送单元，由此初级泵送单元的出口与次级泵送单元的入口连通。利用四级构造，所示的泵入口120由两个双列泵送模块的各个初级泵送单元的两个并联入口限定，并且所示的泵出口128由两个双列泵送模块的各个次级泵送单元的两个并联出口限定。初级泵送单元引入溶剂，将溶剂加压至高压并且在次级泵送单元的进气冲程期间将溶剂输送到次级泵送单元。初级泵送单元和次级泵送单元的活塞运动的相对相位可以被设定(例如，彼此偏移约180度)，使得在次级泵送单元的吸入冲程期间，由初级泵送单元输送的溶剂的第一部分填充次级泵送单元的腔室，而由初级泵送单元输送的溶剂的第二部分通过次级泵送单元的出口输出。随后，次级泵送单元在其排出冲程期间将溶剂的剩余(第一)部分通过次级泵送单元的出口输出。

双列泵送模块用于利用最小的压力脉冲以高度可控的恒定的或变化的流速输送溶剂。四级构造为输送两种不同的溶剂(例如，溶剂A和溶剂B)，使得它们可以在泵104的高压出口侧在合适的混合单元(未示出)中混合。在这种情况下，泵出口128(两个双列泵送模块的并联出口)将溶剂A和溶剂B输送到混合单元，该混合单元与第一流动相管线112连通。附加的泵送模块(例如，附加的双列泵送模块)可以设置为输送附加的溶剂。因此，供应给第一流动相管线112的流动相的组分可以包括两种或更多种溶剂。泵104(泵送单元)可以以等度模式操作，其中，流动相的溶剂组分随时间保持恒定，或者以梯度模式操作，其中，溶剂组分随时间而变化。作为梯度模式的示例，流动相中的溶剂A的量可以在预定时间段内从100％斜升到0％，而流动相中溶剂B的量在预定时间段内从0％斜升到100％。

当要使用两种或更多种溶剂时，溶剂供应源124可以包括两个或更多个溶剂储存器，该溶剂储存器经由相应的溶剂供应管线与相应的泵送模块连通。如图1所示，脱气器132可以设置在溶剂供应管线中，以将溶解的气体从溶剂流中去除。

在替代实施例中，两种或更多种溶剂可以在泵104的低压入口侧混合，在这种情况下，泵104可以包括单个泵送模块(例如，双列泵送模块)。在这种情况下，可以在泵入口120和溶剂供应源124之间设置比例阀(未示出)。比例阀构造为接收来自溶剂供应源124的储存器的不同溶剂的流，并且以所需的比例(根据等度模式或梯度模式)将其输出到泵入口120。

LC系统100还包括进样器136，其构造为将待分析的样品注入到流动相流动路径中，以便使样品在流动相中运送到柱108并且在高系统压力下驱动样品通过柱108。进样器136包括与第一流动相管线112和第二流动相管线116连通的注射阀140。下面进一步描述进样器136的示例。

柱108包括与第二流动相管线116连通的柱入口144和与检测器152连通的柱出口148。柱108可以包括如上所述的固定相，样品和流动相受驱动以通过固定相。如上所述，样品的不同化合物对固定相具有不同程度的亲和力，因此由固定相保留的程度不同。结果，当样品流过固定相时，不同的化合物以不同的速率行进并且彼此分离，因此在不同的时刻到达柱出口148，从而以不同的谱带从柱出口148洗脱出。检测器152构造为检测这些谱带并且输出电信号，正在分析的样品的色谱图可以根据电信号产生。在一些实施例中，检测器152的流体输出可以被引导到分馏单元156，分馏单元156构造为收集作为样品的各个级分的分离化合物。

如图1进一步所示，LC系统100还可以包括系统控制器160(或计算装置)，其构造为控制、监测和/或同步LC系统100的各个部件的操作。控制器160可以构造为接收来自各种测量装置(例如，压力传感器、流速传感器、温度传感器等)的测量信号并且根据需要采取响应动作，以作为对LC系统100进行控制的一部分。控制器160还可以构造为从检测器152接收测量信号并且根据需要执行与数据采集和信号分析相关的任务以产生色谱图。控制器160还可以构造为提供和控制用户界面，该用户界面提供了用户可以与之交互的、色谱数据和其它数据的屏幕显示。控制器160的一个或多个模块可以是或者呈现于例如计算机工作站、台式计算机、膝上型计算机、便携式计算机、平板计算机、手持计算机、移动计算装置、个人数字助理(PDA)、智能手机等。控制器160可以包括一个或多个读取装置，其上或其中可以记载有非临时的或有形的计算机可读(机器可读)介质，该介质包括用于执行本文公开的方法中的任一者的全部或一部分的指令。控制器160可以经由有线或无线通信链路与LC系统100的各种部件电通信，如图1中的虚线所示。控制器160可以包括一种或多种类型的硬件、固件和/或软件，如本领域技术人员所理解的。

如图1进一步所示，LC系统100包括微流体止回阀164，该微流体止回阀164在进样器136和柱108之间与流动相流动路径可操作地连通。例如，微流体止回阀164可以在注射阀140和柱入口144之间与第二流动相管线116共线(in-line)布置。在一个实施例中，微流体止回阀164可以与作为第二流动相管线116的一部分的毛细导管的端部集成。在另一个实施例中，微流体止回阀164可以与流体配件集成，该流体配件将第二流动相管线116的两个毛细导管流体耦合或者将毛细导管与柱入口144流体耦合。在一些实施例中，该流体配件可以是微流体配件。在另一个实施例中，微流体止回阀164例如可以在柱108的端盖中与柱入口144集成。在下面进一步描述微流体止回阀164。

图2是根据实施例的进样器200的示例的示意图。进样器200可以用于LC系统，诸如上述的和图1所示的LC系统100。

进样器200包括注射阀240，其构造为在不同的流体流动路径中切换，这可以通过将不同的流体导管耦合到注射阀240的端口来实现。在所示的实施例中，注射阀240是六端口旋转式注射阀。注射阀240包括六个端口268以及两个或更多个弧形通道或凹槽272。在本实施例中，端口268中的一者不被使用因此被阻隔，如X所示。注射阀240的主体包括固定部和旋转部，该旋转部能够以分度的方式(通过合适的机动驱动机构，未示出)相对于固定部旋转。因此，注射阀240能够选择性地切换到多个阀位置。固定部或旋转部中的一者包括端口268，并且另一者具有凹槽272。凹槽272的尺寸和形状设计为使得在任何阀位置处，每个凹槽272流体地耦合一对相邻的端口268，一个端口用作通向凹槽272的入口，而另一个端口用作从凹槽272引出的出口。在不同的阀位置，每个凹槽272流体地耦合不同对的相邻端口268。通过这种构造，可以根据哪些对端口268与哪些凹槽272流体耦合，来限定进入注射阀240以及从注射阀240中引出的不同流动路径。

在本实施例中，注射阀240的一个端口268耦合到相关LC系统的第一流动相管线212。第一流动相管线212转而耦合到LC系统的泵204。另一个端口268耦合到第二流动相管线216，第二流动相线216转而耦合到LC系统的色谱柱208。LC系统的这些部件可以如上所述并且如图1所示。另外两个端口268耦合到作为进样器200的样品回路(或“分离”回路)280的一部分的相应的流体导管276。另一个端口268耦合到通向废物容器284的废物管线。

样品回路280包括计量装置288、注射针290、针座292和多个流体导管276，该流体导管在这些部件与注射阀240的相应端口268之间提供流体连通。样品回路280还可以包括环形部分294，其可以是流体导管276的将计量装置288耦合到注射针290的一部分。环形部分294在样品回路280中提供附加的容积，以容纳装载到样品回路280中的样品量。计量装置288构造为将预定量的样品精确地吸入到样品回路280中。为此，在本实施例中，计量装置288设置为活塞296的形式，该活塞可以由合适的机动驱动机构(未示出)驱动，以便在活塞室298中向前和向后(从图2的角度看，向左和向右)交替移动。

如图2所示，进样器200包括针驱动装置202，其构造为以流体密封的方式将注射针290安置到针座292中。针驱动装置202还构造为移出注射针290，将其移动到样品容器206，并且将其插入样品容器206中，使得来自样品容器206的样品吸入到样品回路280中。注射阀240、计量装置288和针驱动装置202的操作可以由系统控制器260控制，该系统控制器260可对应于如上所述以及如图1所述的系统控制器160。图2还示出了微流体止回阀264，本文的其它地方将详细描述微流体止回阀264的示例。

图2示出了处于旁路模式的进样器200，其对应于注射阀240的特定旁路位置。在旁路模式(位置)中，注射阀240将第一流动相管线212与第二流动相管线216直接耦合，从而限定了高压流动相流动路径，泵204通过该流动路径驱动流动相(无样品)直接到达柱208。因此，样品回路280被旁路，并且与高压流动相流动路径流体隔离。在该模式中，样品回路280处于低压状态，例如处于约大气压(即，约1巴)下，这有助于使样品回路280在针座292处“断开”或“分流”，以便能够将样品装载到样品回路280中并且在样品回路280和废物容器284之间提供流体连通。具体地，为了装载样品，操作针驱动装置202以移出注射针290，将其移动到样品容器206，并且将其浸入到容纳在样品容器206中的样品中。然后，操作计量装置288以将预定量的样品从样品容器206吸入到样品回路280中，样品回路280包括环形部分294(如果提供的话)。在本实施例中，活塞296缩回(从图2的角度看，向右)以产生吸力，通过该吸力将样品吸入到样品回路280中。然后，操作针驱动装置202以将注射针290移回到针座292并且重新将注射针290安置在其中，从而重新使样品回路280闭合。然后，样品准备注入到高压流动相流中。

如图2所示，在旁路模式中，样品回路280经由注射阀240的一对流体耦合端口268与废物容器284连通。废物容器284可以在进样器200的各种操作阶段使用，以作为过量的柱流出物、冲洗溶液等的目的地。

图3是进样器200已经切换到主通路模式之后的进样器200的示例的示意图，该主通路模式对应于与图2所示的旁路模式相比不同的注射阀240位置。在主通路模式(位置)中，注射阀240将第一流动相管线212与样品回路280(特别是从注射阀240通向计量装置288的入口的流体导管276)耦合。注射阀240还将样品回路280(特别是从安置的注射针290通向注射阀240的流体导管276)的另一端耦合到第二流动相管线216。废物容器284与样品回路280隔离，因此在主通路模式期间不起作用。包含样品的样品回路280此时是泵204和LC系统的柱208之间的高压流动相流动路径的一部分。因此，在主通路模式中，泵204将流动相驱动到样品回路280中从而与样品接触，并且将此时携带样品的流动相(其组分此时可溶解在流动相中)驱动到柱208中，以用于色谱分离。

如上所述，当注射阀240处于旁路位置(图2)时，柱208头(入口)处的压力接近泵排出压力，例如在100巴到1200巴的范围内，而样品回路280处于约大气压(即约1巴)下。当注射阀240继而切换到主通路位置(图3)时，泵204突然布置为与样品回路280流体连通，并且在样品回路280将载样流动相输送到柱208之前，需要一些时间将样品回路280加压到泵送压力。在短暂的瞬间，柱头压力高于样品回路压力。实际上，在短暂的瞬间期间，柱208对样品回路280进行加压，而非泵204对样品回路280进行加压，并且在从柱208到样品回路280的方向上产生负压脉冲。这可以导致柱208中的流体(此时由于压降而膨胀)从柱头朝向注射阀240往回流动，即发生倒流，如上所述这是不期望的。

根据本发明的一方面，通过在注射阀(140或240)与柱(108或208)之间的流动相流动路径中或者在柱头处或柱头中设置微流体止回阀(例如，图1中的微流体止回阀164或者图2和图3中的微流体止回阀264)来消除伴随注射阀240从旁路位置切换到主通路位置所产生的回流和压力脉冲的问题。微流体止回阀被取向为允许流体沿着从注射阀240到柱208的方向流动，并且防止沿着从柱208到注射阀240的方向回流。值得注意的是，当前公开的微流体止回阀在高压状态下能够无故障(诸如在上文结合图1-图3所述的LC系统中所遇到的)地工作，同时具有纳升级工作容积。此外，微流体止回阀可以具有如上所述的其它有利属性。

图4是根据实施例的微流体止回阀400的示例的示意性剖视图。微流体止回阀400的构造可以具有对称的中心轴线或阀轴线，C。微流体止回阀400包括具有平面几何形状的主体414。在典型但非排它性的实施例中，主体414成形为盘。主体414包括第一外表面418和第二外表面422，第二外表面422沿着阀轴线C与第一外表面418轴向间隔开并且平行于第一外表面418。阀轴线C与第一外表面418和第二外表面422正交。因此，从第一外表面418到第二外表面422的轴向距离限定了主体414(因此微流体止回阀400)的整体轴向厚度。主体414还包括第一内表面426和第二内表面430，第二内表面430沿着阀轴线C与第一内表面426轴向间隔开并且平行于第一内表面426。主体414还包括侧向内表面434，侧向内表面434设置在第一内表面426和第二内表面430之间，邻接第一内表面430和第二外表面430，并且围绕阀轴线C。第一内表面426、第二内表面430和侧向内表面434共同地限定主体414中的内部腔室438。侧向内表面434平行于阀轴线C，从而限定内部腔室438的轴向高度。在典型的实施例中，侧向内表面434为圆柱形，由此内部腔室438为圆柱形或圆盘形并且具有由侧向内表面434的直径限定的直径。主体414还包括流体入口或孔442和流体出口或孔446，流体入口或孔442从第一外表面418通过主体414延伸到内部腔室438，并且流体出口或孔446从第二外表面422通过主体414延伸到内部腔室438。在典型的实施例中，入口孔442和出口孔446以阀轴线C为中心。

微流体止回阀400还包括多个支柱或凸起450，多个支柱或凸起450设置在第二内表面430上(或从第二内表面430上延伸)并且因此设置在内部腔室438中。在一个非限制性实施例中，凸起450以相等的弧形距离围绕阀轴线C在周向上彼此间隔开，并且在距阀轴线C相等的径向距离处间隔开。在典型的实施例中，凸起450为圆柱形或圆盘形。本实施例包括围绕阀轴线C以九十度的间隔在周向上彼此间隔开的四个凸起450(图4中仅示出其中三个)。

微流体止回阀400还包括设置在内部腔室438中的浮动盘454。盘454的直径大于入口孔442和出口孔446的直径。盘454的直径也大于内部腔室438的由凸起450的圆形图案内切的区域的直径(在垂直于阀轴线C的平面中)，但是小于内部腔室438的最外部直径(如侧向内表面434所限定的)。由于盘454能够在内部腔室438中自由移动并且不附装到微流体止回阀400的任何其它部分，因此盘454“浮动”。盘454能够响应于入口孔442和出口孔446之间的流体压差而在打开位置和关闭位置之间运动。

图4示出处于打开位置的微流体止回阀400。入口孔442处的流体压力高于出口孔446处的流体压力，使得迫使盘454移动到与凸起450邻接接触。在打开位置，流体通过入口孔442流入到内部腔室438中，通过内部腔室438并且通过出口孔446流出。当流体流过内部腔室438时，流体围绕盘454流动并且围绕凸起450在凸起450之间流动，如图4中的箭头所示。因此，图4示出了流体在预期的正向方向上流动所需的正压差的期望条件。

相比之下，图5是处于关闭位置的微流体止回阀400的示意性剖视图。在这种情况下，入口孔442处的流体压力低于出口孔446处的流体压力，使得迫使盘454移动到与第一内表面426邻接接触，从而阻挡入口孔442。因此，防止经由出口孔446反向流入到内部腔室438中的流体流过入口孔442，如图5中的箭头X所示。当在本文所述的LC系统中使用时，盘454可以在注射阀从旁路模式切换到主通路模式的时间点处或之后不久，从打开位置移动到关闭位置。

图6是微流体止回阀400的剖切俯视图。通过盘454和凸起450之间的交界处的横向平面进行剖切(图4)，由此凸起450的顶表面是可见的。箭头示出了内部腔室438中的流动路径，该流动路径在相邻的凸起450对之间朝出口孔446行进。在回流的情况下，箭头的方向可以是相反的。然而，通过覆盖盘454可以防止这样的回流流体流动到入口孔442，如上文结合图5所述。

因此，微流体止回阀400允许流体沿期望的方向流动，即从入口孔442流动到出口孔446，同时防止反向回流。通过移动到关闭位置以防止回流，微流体止回阀400还将微流体止回阀400的上游侧与在下游侧产生的任何压力脉冲相隔离。主体414、凸起450和盘454的各自的几何形状和尺寸构造为使得盘454可以围绕内部腔室438自由移动，而不会卡住或粘到凸起450或限定内部腔室438的任何表面。此外，盘454可以横向移动(即，在横向平面上)并且仍然用于在完全打开和完全关闭位置之间切换。

根据将微流体止回阀400的入口侧和出口侧流体耦合到相应的上游和下游流体部件的需要，入口孔442和出口孔446的各自的直径可以相同或不同。在典型的实施例中，入口孔442、出口孔446和盘454具有微米(μm)级的相应直径，即在约1000微米或更小的范围内。作为一些非限制性示例，入口孔442和出口孔446的直径可以是120μm、190μm或500μm。主体414还可以具有微尺度尺寸或大致微尺度的尺寸。作为若干非限制性示例，主体414可以具有1.1mm(1100μm)的直径和240μm的厚度，或者具有1.5mm(1500μm)的直径和240μm的厚度。应当理解，微流体止回阀400可以集成在具有不被认为是微尺度的较大尺寸的其它构造或流体配件中。

在典型的实施例中，微流体止回阀400具有纳米尺度的内部容积。换句话说，微流体止回阀400具有纳升(nL)级的内部容积，即在约1000纳升或更小的范围内。作为一个非限制性示例，内部容积在10nL至100nL的范围内，若干具体示例为20nL和40nL。在本文中，术语“内部容积”或“总内部容积”是指在流体流过微流体止回阀400时并且微流体止回阀400处于打开状态时流体可以占据的微流体止回阀400的总容积。因此，在本实施例中，内部容积对应于由内部腔室438、入口孔442和出口孔446共同限定的开放空间容积。此外，微流体止回阀400具有纳升(nL)级的纳米尺度工作容积。由于微流体止回阀400引起很小的样品分散，因此微流体止回阀400的工作容积可以与内部容积大致相同。例如，工作容积可能不会明显大于微流体止回阀400的内部容积。因此，流体系统中的微流体止回阀400的引入或存在对样品分散的影响很小或可忽略。

微流体止回阀400的部件，即主体414、凸起450和盘454由有效地承受本文所述的高流体压力状态(例如，在100巴或更大的范围内)的一种或多种材料组成。这些材料的示例包括但不限于，金属(诸如钯)和金属合金(诸如镍-钴合金)。在一个具体但非限制性的示例中，所用的金属合金由80％的镍和20％的钴组成。诸如钯之类的金属可用于生物相容性应用。

通常，微流体止回阀400可以使用能够承受上述高压的材料通过适用于精确产生上述小尺度的特征的任何方法来制造。可以利用诸如在微流体学、微电子学、微机电系统(MEMS)中使用的包含材料添加工艺步骤、材料减少工艺步骤或两者的组合的微加工工艺。在一个非限制性示例中，微流体止回阀400通过如下添加方法来制造：该添加方法利用光刻技术与金属的电沉积相结合。在一些实施例中，多个微流体止回阀400可以同时在单个基板(例如，4英寸晶片)上制造成管芯(die)，然后从基板中分割出。在一些实施例中，作为制造过程的一部分，诸如可以通过应用使导管呈现化学惰性和/或对材料吸收率较低的合适涂层或表面处理/官能化，使微流体止回阀400的表面(特别是暴露于流体流的内表面)减活化。此外，可以根据具体应用的需要，对表面进行处理或官能化，以便于赋予或增强例如抗静电性、疏水性、亲水性、脂质吸收性、亲油性、低吸收率等性质。本领域技术人员容易理解用于所有这些目的的涂层和表面处理/官能化。

在一些实施例中，微流体止回阀400可以利用逐层金属沉积技术来制造，在该技术中，可以通过适当地图案化的光刻掩模沉积金属形成内部特征(例如，内部腔室438、凸起450和盘454)。在这样的实施例中，主体414可以包括沿着阀轴线C堆叠的多个材料层，诸如两个外层以及两个外层之间的一个或多个中间层。参照图4的示例，主体414包括第一外层462、第一中间层466、第二中间层468和第二外层470。第一外层462限定第一外表面418、第一内表面426和入口孔442。第一中间层466限定盘454和侧向内表面434的一部分。第二中间层468限定凸起450和侧向内表面434的一部分。第二外层470限定第二外表面422、第二内表面430和出口孔446。在一些实施例中，在给定层已经沉积之后，附加材料可以沉积在该层上和至此形成的实体周围的空间中，以便为后续沉积层提供支撑构造。在稍后的制造阶段，可以通过适当的蚀刻技术将附加材料从实体周围的空间中去除。作为示例，图4示出了在添加和去除附加材料之后剩余的附加中间层474和478。具体地讲，附加中间层474设置在第一外层462和第一中间层466之间，并且附加中间层478设置在第一中间层466和第二中间层468之间。附加材料可以是合适的金属，例如铜。

微流体止回阀400可以安装到各种流体部件(例如，毛细导管、流体配件、色谱柱(或筒)、微流体芯片等)或与其集成。除了LC应用中使用的柱或筒之外，微流体止回阀400可以安装到超临界流体色谱(supercritical fluid chromatography，SFE)中使用的柱或超临界流体萃取(supercritical fluid extraction，SFE)中使用的萃取池，或者与超临界流体色谱(SFE)中使用的柱或在超临界流体萃取(SFE)中使用的萃取池集成。

图7是根据实施例的毛细导管700的示例的示意性剖视图。毛细导管700包括从毛细管入口端742延伸到毛细管出口端746的细长毛细管主体714。毛细管主体714的两端之间的长度通常远大于毛细管主体714的外径。在图7中，未示出大部分长度的毛细管主体714，以便于图示毛细管入口端742和毛细管出口端746。毛细管主体714包括从毛细管入口端742延伸到毛细管出口端746的毛细管孔738。毛细管入口端742和毛细管出口端746可以耦合到相应的流体配件(未示出)，以经由毛细导管700建立从上游流体部件到下游流体部件的流动路径。

本文公开的微流体止回阀(诸如上述的并且在图4-图6中示出的微流体止回阀400)可以通过任何合适的方式安装或附装到毛细管入口端742或毛细管出口端746。在所示实施例中，微流体止回阀400安装到毛细管出口端746，使得毛细管孔738与微流体止回阀400的入口孔442连通。换句话说，毛细管孔738邻近微流体止回阀400的入口侧。在一些实施例中，毛细管主体714包括在毛细管主体714的端部处形成的凹部704，微流体止回阀400位于凹部704内。在所示实施例中，凹部704设置在毛细管出口端746处，并且微流体止回阀400以牢固的方式设置在凹部704中。作为一个非限制性示例，微流体止回阀400可以围绕凹部704的周缘激光焊接到毛细管主体714，如图7中的环形焊缝708所示。在一些实施例中，凹部704的尺寸可以设计为使得微流体止回阀400的第二外表面422与毛细管主体714的端面712齐平(或大致齐平)，毛细管主体714终止在该端面712处。

在另一个实施例(未示出)中，微流体止回阀可以安装或附装到毛细管入口端742。在这种情况下，毛细管孔738与微流体止回阀400的出口孔446连通。换句话说，毛细管孔738邻近微流体止回阀400的出口侧。

图8是根据实施例的流体配件800的示例的示意性剖视图。流体配件800包括从配件入口端842延伸到配件出口端846的配件主体814。配合主体814包括从配件入口端842延伸到配件出口端846的配件孔838。如图所示，配件孔838的直径可以根据需要逐步和/或逐渐变化，以分别容纳耦合到配件入口端842和配件出口端846的不同流体部件。本文公开的微流体止回阀(诸如上述的并且图4-图6所示的微流体止回阀400)可以通过任何合适的方式安装或附装在配件主体814上或配件主体814中(诸如本文所述的凹部中)。在本实施例中，微流体止回阀400安装在配件出口端846处或配件出口端846中，使得配件孔838与微流体止回阀400的入口孔442连通。配件孔838可以构造为在配件入口端842中接收毛细导管816，使得毛细导管816经由配件孔838与微流体止回阀400的入口孔442连通。毛细导管816诸如可以利用胶合连接、焊接连接、或压力接头部件，诸如一个或多个套圈、夹套、弹簧、螺纹连接、压配合连接等通过任何合适的方式以流体密封的方式牢固在配件孔838中，如本领域技术人员所理解的。

图9是根据另一个实施例的流体配件900的示例的示意性剖视图。流体配件900包括从第一配件入口端942延伸到第一配件出口端946的第一配件主体914和从第二配件入口端944延伸到第二配件出口端948的第二配件主体918。第一配件主体914包括从第一配件入口端942延伸到第一配件出口端946的第一配件孔938。第二配件主体918包括从第二配件入口端944延伸到第二配件出口端948的第二配件孔940。如图所示，第一配件孔938和第二配件孔940的直径可以根据需要逐步和/或逐渐变化，以容纳与第一配件主体914和第二配件主体916的相应入口端和出口端耦合的不同流体部件。本文公开的微流体止回阀(例如上述的并且图4-如6所示的微流体止回阀400)可以通过任何合适的方式安装或附装到第一配件主体914和第二配件主体918之间。作为一个非限制性示例，微流体止回阀400可以夹在第一配件主体914和第二配件主体918之间。微流体止回阀400可以取向成使得微流体止回阀400的入口孔442与第一配件孔938连通，并且微流体止回阀400的出口孔446与第二配件孔940连通。换句话说，第一配件孔938邻近微流体止回阀400的入口侧，并且第二配件孔940邻近微流体止回阀400的出口侧。

流体配件900可用于在两个其它流体部件之间提供流体连接(例如，流体接头或联管节)。例如，第一配件孔938可构造为在第一配件入口端942中接收第一毛细管916，并且第二配件孔940可构造为在第二配件出口端948中接收第二毛细导管920。第一毛细导管916和第二毛细导管920分别可以通过任何合适的方式以流体密封的方式牢固在第一配件孔938和第二配件孔940中。在一些实施例中，第一毛细导管916和第二毛细导管920可具有不同的直径和/或可由不同的材料(例如，熔融石英、金属等)组成。

图10是根据实施例的色谱柱1000的实施例的示意性剖视图。为了便于说明，图10中仅示出了色谱柱1000的入口端部分。色谱柱1000还包括出口端部分，该出口端部分对应于与图10所示的轴端相反的色谱柱1000的轴端。出口端部分可以与入口端部分相同或大致相同。图10中未示出色谱柱1000的出口端部分和大部分轴向长度。通常，色谱柱1000可以构造为用于分析色谱法或制备色谱法(例如，样品的纯化)。例如，色谱柱1000可以构造为在LC、SFC或SFE中使用。

色谱柱1000包括沿色谱柱1000的纵向轴线伸长的柱体1016。柱体1016包括柱入口端1044、与柱入口端1044轴向相对的柱出口端(未示出)以及从柱入口端1044延伸到柱出口端的内部柱孔1040。柱孔1040可以包括用于对流过固定相的样品的化合物进行色谱分离的固定相(未示出)，如本领域技术人员所理解的。还应当理解，固定相在柱孔1040中通常保留在两个多孔部件(例如，玻璃原料、膜、过滤器等)之间，该多孔部件构造为允许流体流过柱孔1040同时防止固定相从柱孔1040中漏出。

色谱柱1000还包括在柱入口端1044处耦合到柱主体1016的入口端盖1050。入口端盖1050包括从端盖入口端1042轴向延伸到端盖出口端1046的端盖主体1014。端盖主体1014包括从端盖入口端1042轴向延伸到端盖出口端1046的端盖孔1038。端盖主体1014的轴端部分1052同轴地围绕并接触柱体1016的相应轴端部分1054。入口端盖1050可以通过任何合适的方式(例如，螺纹(螺钉)连接(例如，轴端部分1052的内螺纹与轴端部分1054的外螺纹之间的配合)、压配合、焊接等)在轴向端部1052和轴向端部1054的交界处与柱体1016牢固地接合。在一些实施例中，入口端盖1050可以构造为可拆卸地耦合到柱体1016。

色谱柱1000还包括本文公开的微流体止回阀，诸如上述的并且如图4-图6所示的微流体止回阀400。微流体止回阀400设置在入口端盖1050内，使得微流体止回阀400的入口孔442与入口端盖1050的入口侧连通，同时微流体止回阀400的出口孔446与柱孔1040连通，该入口端盖1050的入口侧接收来自与入口端盖1050的入口侧耦合的流体部件(例如，导管)的流体。通过这种构造，微流体止回阀400防止来自柱孔1040的反向流和压力脉冲通过入口端盖1050。如图所示，端盖孔1038的直径可以沿入口端盖1050的轴向长度变化，以容纳端盖孔1038和微流体止回阀的入口孔442、微流体止回阀400的出口孔446和柱孔1040之间的流体耦合件以及耦合到入口端盖1050的入口侧的流体部件(例如，毛细导管)。入口端盖1050可以包括在流体和微流体配件(用于与其它部件流体密封连接)中通常使用的特征，其包括插入到入口端盖1050的入口侧的毛细导管(未示出)，诸如本文所述的或者本领域技术人员所理解的。

色谱柱1000的在柱出口端(未示出)处耦合到柱体1016的出口端盖(未示出)通常可以与在柱入口端1014处耦合到柱体1016的入口端盖1050相同或相似。然而，在典型的实施例中，色谱柱1000仅包括通常设置在入口端盖1050中的一个微流体止回阀400(如图所示)，使得出口端盖不包括微流体止回阀。从图10的视角来看，出口端盖的几何形状与入口端盖1050的几何形状相反。

图11是两个压力曲线1102和1104(压力(单位：bar)与时间(单位：ms)的函数)的曲线图。一个压力曲线1102对应于在本文公开的微流体止回阀400(可操作地定位在与上述的和图1-图3中所示的系统一致的系统中)上游测量的流体压力，并且另一个压力曲线1104对应于在微流体止回阀400下游测量的流体压力。压力曲线1102和1104跨越的时间段包括微流体止回阀400响应于注射阀240从旁路模式切换到主通路模式而从打开状态切换到关闭状态的事件。当注射阀240从旁路模式切换到主通路模式时，微流体止回阀400上游的压力快速发生下降1106。样品回路在零时刻开始加压。同时，压降1106使微流体止回阀400从打开位置移动到关闭位置，如上所述。微流体止回阀400的关闭防止下游压力跟随上游压力的快速下降1106。相反，下游压力逐渐减小1108，直到上游压力(压力曲线1102)和下游压力(压力曲线1104)达到平衡。以这种方式，微流体止回阀400的操作防止从柱头朝样品回路的回流并且防止与这种回流有关的有害影响。

应当理解，诸如“连通”和“与……连通”(例如，第一部件连通第二部件或与第二部件连通)之类的术语在本文中用于表示两个部件或元件之间的构造、功能、机械、电气、信号、光学、磁性、电磁、离子或流体关系。因此，声称一个部件与第二部件连通的事实并不意味着排除如下可能性：在第一部件和第二部件之间存在附加部件和/或附加部件可操作地与第一部件和第二部件相联或接合。

应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以改变本发明的各个方面或细节。此外，前面的描述仅仅是为了说明的目的，而不是为了限制的目的，本发明由权利要求书来限定。