流变测量设备的制作方法

专利名称：流变测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及流变测量设备，其是用于样品液体的流变学表征的设备。某些实施方案特别地但是不排他地涉及到下述微流变计(micro-rheometer)和设备，即该微流变计和设备用于对使用仅非常小的体积的复杂流体例如聚合物溶液、DNA和蛋白质溶液、关节液、血液和其它细胞溶液的流体样品的大规模高处理量流变学表征。
背景技术：
多种流变计已知用于测量样品液体的流变性质，例如粘度和弹性。例如，US2008/0134765 Al公开了具有结合有几何构型变化以形成收缩部区的微制造的流动通道的微流变计。所公开的微流变计还包括被内嵌在形成流动通道的一个侧的材料内的成阵列的压力传感器。以这种方式，压力传感器不与在流动通道内流动的流体直接接触。将压力传感器与流动的液体分离的一定厚度的材料被布置为使得压力传感器能够提供指示在传感器的多个位置处的流动流体压力的测量。以这种方式将压力传感器内嵌(即集成)在界定流动通道的材料的主体中的动机是为了确保在通道内的流体的流动不受压力传感器干扰或搅动；通道的平滑的无间断的内部表面被提供。虽然这样的设备是有用的，但是将意识到，与集成的压力传感器装置相关联的缺点是设备可能难以制造和/或制造成本高，一旦该装置被制成，便在将压力传感器定位在何处方面不具有灵活性，并且压力传感器通过甚至小厚度的材料而与流动液体分隔可以降低在样品上获得的压力测量的精确度。此外，其仅测量样品液体的稳态粘度。发明概述本发明的某些实施方案的目的是至少部分地排除、缓和或解决与现有技术相关联的问题中的一个或多个问题。某些实施方案的目标是提供用于大规模高处理量流变学测量的流变测量设备。某些实施方案的目标是提供用于在振荡流下的动态测量的流变测量设备。某些实施方案的目标是提供比之前的装置制造更简单且成本更低的流变测量设备。某些实施方案的目标是提供用于在流变测量中使用的设备，该设备向使用者提供在待被用于测量在一个或多个流动通道中流动的样品的特性的传感器的类型和位置方面的灵活性。某些实施方案的目标是提供下述流变测量设备，即该流变测量设备可以被用于获得来自具有非常小体积(即100微升以及甚至更小)的液体的样品的流动测量。根据本发明的第一方面，提供用于在流变测量中使用的设备，所述设备包括:基本上刚性的材料的块，其具有外部表面和至少第一内部流动通道，第一内部流动通道被布置在块的内部并且基本上在一平面中，并且块还包括多个孔，每个孔在沿着第一内部流动通道的相应的位置处与第一内部流动通道连通并且从相应的位置延伸至所述外部表面，从而提供从外部表面通向第一内部流动通道的通路，多个孔包括第一孔、第二孔以及第三孔，第一孔与第一所述位置连通，用于连接到泵送装置以将流体流沿着所述第一内部流动通道驱动，第二孔与第二位置连通并且传感器可位于第二孔中以测量在第二位置处的流体的性质，第三孔与第三位置连通并且传感器能够位于第三孔中以测量在第三位置处的流体的性质。在某些实施方案中，块由单一的材料主体制成。然而，在可选择的实施方案中，块由分离的部件制成或组装。例如，在某些实施方案中，块由基本上刚性的材料的流变芯片(rheochip)和分离的材料块或主体形成，其中流变芯片具有被形成在其中的内部流动通道，分离的材料块或主体可以被描述为用于流变芯片的服务模块(service module),该分离的块具有穿过该块而形成的多个孔，从而在流变芯片和服务模块被固定在一起时与流变芯片中的流动通道连通。因此，与现有技术装置成对比地，传感器不需要被内嵌或集成在流动通道被界定在其中的材料块(例如微流体芯片(microfluidic chip))内。这使块(并因此使整个微流变计)能够被以成本有效率的方式制造。代替将传感器集成到块(例如微流体芯片)中，这些传感器可以被定位在被设置在块中(例如在服务模块中)的孔(其可以也被称为通路孔、室或洞)中。因此，在某些实施方案中，在待被使用的传感器的类型和数量以及实际上其具体的位置方面具有灵活性。块(例如服务模块)可以设置有更大数量的通路孔，提供沿着内部流动通道通向多个不同的位置的通路，使得压力传感器或其它传感器可以在期望的位置被处插入以监控在内部通道中流动的流体。在某些实施方案中，多个孔包括第四孔，第四孔与第四位置连通以用于连接到适应于支撑流体储器的储器装置。在某些实施方案中，该第四位置相对于第一位置在第三位置和第二位置的下游。换句话说，第一位置可以在第二位置和第三位置的一侧，并且第四位置可以在第二位置和第三位置的相对侧。在某些实施方案中，多个孔包括第五孔，流体经由第五孔能够被引入流动通道中。该第五孔还可以被用于将流体从流动通道中抽出或排出。可选择地，在其它实施方案中，多个孔包括第六孔，流体经由第六孔能够从流动通道中被抽出或排出。在某些实施方案中，多个孔中的每个孔(或孔中的每个孔的至少一部分)在基本上垂直于所述平面的方向延伸。在某些实施方案中，多个孔中的每个孔带有螺纹(即其设置有用于与待被旋接入孔中的部件的相应的外螺纹啮合的内螺纹)。这种带有螺纹的布置利于另外的部件连接到块，以形成完整的流变计或流变测量系统。在某些实施方案中，多个孔中的至少一个孔包括毗邻于流动通道的第一部分和毗邻于外部表面的第二部分，第一部分在流动通道和第二部分之间提供收缩部。在某些实施方案中，多个孔中的每个孔都具有这种结构(即结合有收缩部)。容纳传感器的孔具有这种结构是特别有利的。收缩部使流动通道中的流动能够基本上不受传感器影响(即不受干扰)，传感器可以被布置为与在孔的内部的流体直接接触，但是通过收缩部而与流动通道分隔。在某些实施方案中，孔的收缩的部分从流动通道向上延伸，即在大体上垂直于通道的平面并且朝向外部表面的方向上延伸。在可选择的实施方案中，孔的收缩的部分可以横向地延伸，例如从流动通道的侧部。在某些实施方案中，第一部分是大体上圆柱形的，并且该第一部分可以在孔与流动通道连通所在的位置处有利地具有比流动通道的宽度小的直径。使用具有这种直径的收缩的第一部分进一步辅助传感器装置能够使流动通道内的流动不受影响。
在某些实施方案中，孔或每个孔的第二部分是大体上圆柱形的，例如具有实质上比第一部分的直径大的直径。换句话说，当朝向外部表面移动时，孔或每个孔可以从将其连接于流动通道的收缩的部分起变宽。在某些实施方案中，孔的提供收缩部的第一部分包括侧部通道，侧部通道从流动通道的侧部延伸并且基本上在通道的平面中。在某些这样的实施方案中，侧部通道在侧部通道与流动通道连通所在的位置处具有比所述流动通道宽度小的宽度。通常，侧部通道的与流动通道连通的口部应当被制成如制造技术允许的那样小，同时还能够使在测试中的流体能够填充侧部通道，从而避免影响正竭力监控的流动通道中的流体流动。在某些实施方案中，侧部通道从流动通道延伸至相应的孔的室部分(其还可以被描述为侧部室)，室部分提供有室，该室大体上在流动通道的平面中延伸，用于容纳经由侧部通道与流动通道连通的一定体积的流体。合适的传感器可以然后被布置为与在侧部室的内部的流体连通(接触)，并且这比竭力将传感器布置为与在侧部通道自身中的流体直接连通更容易布置。在某些实施方案中，第二部分设置有螺纹，该螺纹用于与泵送装置、传感器壳体、储器装置、入口或出口连接器或其它为了构建整个流变计或流变测量系统所需要的部件或设备的相应地带螺纹的部分啮合。在某些实施方案中，第一部分通过肩部而连接于第二部分，其中0型环可被压靠在肩部上以形成密封部，例如以密封在孔内部并且与流动通道连通的容积。在某些实施方案中，块基本上透得过可见光，以利于微粒子图像速度测量(PIV)和其它流变光学测量。在某些实施方案中，块由PMMA或熔融石英形成。在某些实施方案中，外部表面是基本上平坦的。在某些实施方案中，所述块包括第一块部分和第二块部分，第一内部流动通道被设置在第一块部分和第二块部分之间的界面处，所述外部表面是第二块部分的外部表面，并且每个所述孔从所述界面穿过第二块部分延伸至所述外部表面。如将意识到的，在某些实施方案中，孔中的一个或多个孔，除了从界面穿过第二部分延伸至外部表面之外，还可以包括大体上沿着界面延伸的部分。例如，在某些实施方案中，孔中的至少一个孔包括从相应的流动通道横向地延伸的侧部通道，并且该侧部通道可以被设置在第一块部分和第二块部分之间的界面处。在结合有除了侧部通道之外还包括侧部室或室部分的通路孔的实施方案中，该室部分还可以被设置在界面处。通常，相关的孔然后包括另外的部分，该另外的部分从侧部通道或侧部室延伸直至外部表面。在某些实施方案中，第一块部分可以是流变芯片，并且第二块部分可以是服务模块，如上文描述的。在某些实施方案中，例如在块是通过将第一块部分和第二块部分夹持在一起而形成的情况下，第一块部分和第二块部分之间的接合部可以是可见的。在可选择的实施方案中，例如在块具有单体结构的情况下，或当第一块部分和第二块部分无论是否是初始地分离的材料主体、但已以使得其之间的边界是至少基本上不可见的方式而被附接在一起时，第一块部分和第二块部分之间可以不具有可见的接合部。在某些实施方案中，第一块部分和第二块部分可以初始地是分离的，但是可以然后被热结合在一起。在某些实施方案中，所述第一内部流动通道已通过下述方式形成，即在第一块部分的平坦表面中形成凹陷部并且将第二块部分的平坦表面附接于第一块部分的平坦表面。在某些实施方案中，在孔中的一个孔或多个孔包括侧部通道和可选择的侧部室或室部分的情况下，侧部通道和/或侧部室还可以通过在第一块部分的平坦表面中形成相应的凹陷部而形成。有利地，用于形成界定流动通道的凹陷部的相同的制造技术可以还被用于界定侧部通道和任何侧部室。有利地，微机加工技术和/或平版印刷技术可以用于界定具有非常小的宽度的流动通道和侧部通道。在某些实施方案中，第一内部流动通道包括收缩的部分(即收缩部)，其可以被布置为将第一相对地不收缩的部分连接于第二相对地不收缩的部分。在某些实施方案中，第二位置和第三位置位于收缩的部分的各一侧，而在可选择的实施方案中，其各自沿着收缩的部分定位。在某些实施方案中，第一内部流动通道包括具有四个臂的十字形特征部，并且多个孔包括被布置为用于容纳压力传感器以测量在十字形特征部的每个臂中流动的流体的压力的四个孔。这样的设备因此可以被用于对围绕十字形特征部的中心处的驻点的伸长流动(extensional flow)下的流变性质进行测量。在某些实施方案中，第一内部流动通道包括多个影响流动的特征部，多个影响流动的特征部被串联地布置，使得被连接于第一孔的泵送装置能够同时地驱动流体流穿过多个影响流动的特征部，多个孔被布置为允许传感器被定位以测量每个影响流动的特征部处、沿着每个影响流动的特征部或穿越每个影响流动的特征部的流体流的至少一个性质。在可选择的实施方案中，多个孔可以被布置为允许通向仅有限数量的影响流动的特征部。在某些实施方案中，块包括被布置为基本上在平面中的内部流动通道的网络，网络包括第一内部流动通道。例如，内部流动通道的网络可以被布置为模拟人类或动物的血管系统。在这样的实施方案中，第一位置可以被布置为使得被连接于第一孔的泵送装置能够驱动流体流穿过网络，多个孔被布置为允许传感器的定位以测量在网络上的多个位置处的流体流的至少一个性质。在某些实施方案中，多个分离的泵送装置可以被连接于相应的多个孔，从而从多个位置驱动网络中的流体流。在某些实施方案中，块包括多个分离的内部流动通道和相应的多个孔，多个分离的内部流动通道包括所述第一内部流动通道，相应的多个孔与沿着每个分离的流动通道的不同的位置连通，由此块可被用于同时地测量多个分离的流体样品的至少一个流变性质，每个流体样品被定位在分离的流动通道中的相应的一个分离的流动通道中。因此，这样的实施方案可以被用于同时地测量大量的液体样品的流变性质。优选地，这样的实施方案可以与下述自动化加载设备组合，即该自动化加载设备用于自动地将不同的液体样品加载到分离的相应的流动通道中以进行测试。在某些实施方案中，多个分离的内部流动通道中的每个分离的内部流动通道具有相同的几何构型或配置，使得相同的测量可以被同时地在多个不同的液体样品上进行。在可选择的实施方案中，将意识到，分离的流动通道可以具有不同的几何构型或配置，使得不同的测试可以被同时地在不同的样品上进行。在某些实施方案中，设备还包括泵送装置，泵送装置被连接于第一孔，用于将流体流沿着第一流动通道驱动。在某些实施方案中，泵送装置可操作成驱动稳定流和振荡流中的至少一种。在某些实施方案中，泵送装置可以是可控制的，以提供这两种类型的流。在某些实施方案中，泵送装置是压力泵，即泵送装置适应于通过将受控的压力施加于在测试中的流体来驱动流体流。这与在可选择的实施方案中采用的泵送装置形成对比，在可选择的实施方案中泵送装置包括某个致动构件或膜，该某个致动构件或膜被移位从而设定或确定穿过测试通道的流体的流速。在某些实施方案中，泵送装置被布置为同时地驱动流体流穿过多个流动通道。在某些实施方案中，泵送装置可操作成产生抽吸以将流体的样品经由不同于第一孔的孔而吸入流动通道中。例如，待被表征的一定体积的流体可以被加载入被连接于孔中的一个孔的储器中，并且泵送装置然后可以被操作成产生抽吸以将液体从储器中吸出以填充流动通道和在与流动通道连通的另一些孔的内部的可到达的容积(例如传感器或传感元件被定位在其中的侧部室)。在某些实施方案中，设备还包括压力传感器(其可以还被描述为压力传感元件)，压力传感器被布置在第二孔的内部以测量第二孔内的流体的压力并且与第二位置连通。在某些实施方案中，压力传感器被附接于压力传感器壳体，该压力传感器壳体具有与第二孔的相应的内螺纹啮合的外螺纹。在这样的实施方案中，设备可以还包括密封装置，该密封装置被布置为阻止来自第一通道的流体流从第二孔流出。在某些实施方案中，该密封装置包括0型环，0型环被布置为在压力传感器壳体的表面和第二孔的内部表面之间形成密封部。在某些实施方案中，0型环被布置为在壳体被旋接入第二孔中时在压力传感器壳体的端部表面和第二孔的肩部之间被压缩。在这样的布置中，压力传感器或传感元件可以被布置为与被0型环密封在第二孔的内部的流体直接接触。相似地，在某些实施方案中，设备还可以包括一压力传感器，该压力传感器被布置在第三孔的内部以测量第三孔内的流体的压力并且与第三位置连通。将意识到，除了上文提到的压力传感器外或作为一种可选择的方案，还可包括用于测量流动通道中流动的流体的其它性质的传感器。这些另外的或可选择的传感器可以有利地被连接于下述壳体，即该壳体适应于以上文描述的方式中的任何方式在孔中的可释放的附接和密封。在某些实施方案中，第一流动通道具有小于100微升的容积。在某些其它实施方案中，第一流动通道具有甚至更小的容积。在某些实施方案中，设备还包括储器装置，该储器装置被连接于第四孔并且被布置为容纳与第一流动通道连通的一定体积的液体。在这样的实施方案中，储器可以被布置为使得所容纳的一定体积的液体具有暴露于大气的表面。在某些实施方案中，设备还包括自动化加载系统，自动化加载系统用于将流体加载入流体通道或每个流体通道中。本发明的另一个方面提供流变测量设备，其包括:基本上刚性的材料的块，其具有外部表面和至少第一内部流动通道，第一内部流动通道被布置在块的内部并且基本上在一平面中，并且块还包括多个通路孔，每个孔在沿着流动通道的相应的位置处与流动通道连通并且从相应的位置延伸至外部表面，从而提供从外部表面通向流动通道的通路，使得泵送装置和传感装置可被选择性地连接于通路孔，以将流体流沿着通道驱动并且测量沿着通道流动的流体的一个或多个性质。有利地，每个通路孔可以设置有内螺纹，以利于传感器、泵送装置等的连接。
根据本发明的另一个方面，提供制造流变计的方法，该方法包括:提供具有平坦表面的基本上刚性的材料的第一主体；在所述平坦表面中形成至少一个通道(凹陷部、沟槽);提供具有外部表面和用于与第一主体的平坦表面匹配的平坦表面的基本上刚性的材料的第二主体；在所选择的位置处形成从平坦表面至外部表面穿过第二主体的多个孔；将所述平坦表面匹配在一起，使得至少第一内部流动通道由在第一主体的平坦表面和第二主体的平坦表面中的所述至少一个通道界定，并且使得每个孔在沿着第一内部流动通道的相应的位置处与第一内部流动通道连通，从而提供从所述外部表面通向第一内部流动通道的通路，由此泵送装置和传感装置可被连接于孔，以将流体流沿着第一内部流动通道驱动并且测量沿着第一内部流动通道流动的流体的一个或多个性质。根据本发明的另一个方面，提供制造流变计的方法，该方法包括:提供具有平坦表面的基本上刚性的材料的第一主体；在所述平坦表面中形成通道、从通道的侧部延伸的侧部通道以及在侧部通道的端部处的可选择的侧部室；提供具有外部表面和用于与第一主体的平坦表面匹配的平坦表面的基本上刚性的材料的第二主体；形成从平坦表面至外部表面穿过第二主体的孔；将所述平坦表面匹配在一起，使得内部流动通道由所述通道和第二主体的平坦表面界定，并且使得所述孔与侧部通道或侧部室连通，由此传感装置可被连接于所述孔以测量沿着流动通道流动的流体的性质。有利地，通道和侧部通道可以使用相同的制造技术例如微机加工和/或平版印刷术在同一时间形成。因此，侧部通道宽度可以被制造得非常小，使得其存在不影响流动通道中的流体流，并且还能够监控或测量流动通道中的流体性质。在某些实施方案中，没那么精确的技术可以用于形成穿过第二主体的孔，例如常规的钻孔或其它机加工技术。有利地，在侧部通道的与侧部通道的与流动通道连通的端部相对的端部处包括有侧部室的实施方案中，侧部室可以被制造得相对大些，即具有至少一个大于侧部通道的宽度的尺寸，以利于在第二主体中的孔和侧部室之间的对准。因此，虽然穿过第二主体的孔可能已使用不如用于形成侧部通道的那些技术那么精确的技术制成，但是第二主体仅必须以足以将孔安置为与侧部室连通的精确度来被对准，而不是与较纤细的侧部通道连通。合适的传感器然后可以被定位在第二主体中的孔中，该传感器与侧部室连通，并且因此还经由侧部通道与在流动通道中流动的流体连通。在某些实施方案中，方法还包括给每个孔设置相应的内螺纹。某些实施方案还包括将平坦表面结合在一起。在这样的实施方案中，第一主体和第二主体可以各自由热塑性材料形成，并且结合可以包括热结合。在某些实施方案中，方法还包括将压力传感元件(其可以还被描述为压力传感器)定位在孔中的至少一个孔的内部。在这样的方法中，方法还可以包括在压力传感元件和第一流动通道之间提供收缩部。其可以有利地通过将用于容纳传感器的孔布置成以下述方式被制成来实现，即该方式使得孔具有在流动通道上的相对窄的开口和毗邻于外部表面的随后较宽的部分，用于容纳传感器。方法然后还可以包括形成密封部以阻止流体从容纳压力传感器的孔流出至外部表面。有利地，在通过收缩部例如小直径口部而与流动通道分隔的密封的容积或侧部室的内部布置传感器，通道内的流体流的性质可以被精确地测量，而不干扰流动并且不需要在制造期间将传感器高成本且不灵活地集成在第一主体或第二主体内。附图简述现在将参照附图描述本发明的实施方案，在附图中:

图1是实施本发明的用于复杂流体的较大规模的高处理量流变测量表征的基于流变芯片的微流变计的关键部件的组件的透视图；图2是实施本发明的流变计的部件的示意图；图2a_2i图示了实施本发明的流变测量设备的部件；图3图示了根据本发明的另一个实施方案的流变测量设备；图4图示了另外的实施本发明的流变测量设备；图5图示了本发明的又一个实施方案(用于测量瞬时和稳态粘度的流变芯片设计的实施例)；图6图示了根据本发明的另一个实施方案的流变测量设备；图7图示了本发明的又一个实施方案(用于模拟微循环中的血液动力学的流变芯片设计的实施例)；图8-10图示了本发明的某些实施方案的进一步的细节；图11是另一个实施本发明的流变计的一部分的示意图；图12是实施本发明的流变测量设备的一部分的从上方观察到的示意图；图13是图12的设备的沿着线A-A的横截面的示意图；图14是图12的设备的沿着线B-B的横截面的示意图；图15是来自图12的设备的沿着线A-A的横截面的示意图，具有被结合于该设备的上块和位于相应的孔中的压力传感器；图16是另一个实施本发明的流变测量设备的一部分的从上方观察到的示意图；图17是来自图16的设备的沿着线A-A的横截面的示意图；以及图18是来自图16的设备的沿着线A-A的横截面的示意图，具有被结合在适当位置中的上块部分。本发明的实施方案的详细描述现在参照图1，实施本发明的流变计(其还可以被描述为流变测量设备和/或流变测量系统)包括通过将第一块部分11附接于第二块部分12而被形成的基本上刚性并且透明的材料的块I。已组装的块I包括三个分离的并且共面的微流动通道14a、14b和14c。这三个流动通道被界定在第一块部分11和第二块部分12的平坦的匹配的表面之间的界面处。块I还包括多个通路孔2，多个通路孔2中的每个通路孔被布置为在沿着该通道的长度的相应的位置处与内部流动通道中的一个内部流动通道连通，并且被布置为从该位置向上延伸至块I的基本上平坦的外部表面13。因此，每个孔或洞2提供通向内部流动通道中的一个内部流动通道的通路，使得泵送装置、传感器等可以被附接于块I并且产生通道14a-c中的流体流的测量特性。在该第一实施方案中，泵送装置3a被连接于与流动通道14a连通的第一孔，从而将流体流沿着该通道驱动。压力传感器位于与流动通道14a连通的第二孔和第三孔中，这些压力传感器每个被安装在压力传感器壳体4a上。微型储器5a被附接于与通道14a连通的第四孔，并且入口 /出口连接器6a被插入第五孔中。关于第二内部通道14b，传感器壳体4b被插入连通通路孔中的一个连通通路孔中，并且入口 /出口连接器6b被插入另外的通路孔中。 关于第三微通道14c，另外的泵送装置3c像传感器壳体4c那样被示出为已准备好在相应的通路孔中插入。储器5c已经被定位在通路孔中的一个通路孔中，并且入口 /出口连接器6c被示出为已准备好在另外的通路孔2中插入。将意识到，所图示的布置提供以下优势:在传感器类型和位置的具体的配置和实际上泵送装置方面具有灵活性。不同的传感器可以被附接于(即“以插头插入”至)块1，以到达内嵌的微通道并进行多种流变学测量。在所图示的布置中，泵送装置3a和3c可以被独立地控制，以对被容纳在通道14a内的第一样品和被容纳在通道14c内的另外的样品同时地进行独立的流变学测量。现在参照图2，其图示了本发明的另一个实施方案。再次地，块I包括下部分11和上部分12，该上部分12具有基本上平坦的外部表面13。基本上在单一的平面中的流动通道14被基本上界定在上块11和下块12的匹配的平坦表面之间的界面处。微型泵3被布置为在通道14内产生以期望的流速的流体的稳定流或以期望的频率和振幅的振荡流。稳定流速率、频率和振幅每个都是借助于控制装置7的对微型泵3的合适的控制而可调整的，其中控制装置7包括PC和控制器、AD/DA转换器和数据分析装置。微型泵3被连接于上块12中的第一孔21。被安装在壳体4中的压力传感器被连接于孔22和23。虽然在图中未示出，但是压力传感元件位于这些壳体4的下端部处或附近，使得其与位于仅在相应的孔22和23的内部的毗邻于流动通道14的一定体积的测试流体直接接触。这些压力传感器也被连接于控制装置7。适应于容纳待被表征的一定体积的液体的微型储器5被附接于第四孔24，在本实施例中所容纳的液体具有暴露于大气压力的表面50。系统还包括被连接于第五孔25的入口 /出口连接器6。微型泵3和入口 /出口连接器6每个被连接于阀门100，阀门100还被连接于液体收集器和处置单元101。阀门100受控制装置7的控制。系统还包括机器人液体加载系统8,机器人液体加载系统8适应于到达样品(即小体积的液体)的阵列9和洗液10的储器，以在每次样品测量之后清洁和净化系统。为了对特定的样品进行测量，机器人液体加载系统从样品阵列9到达样品，将样品放置在微型储器5中，并且然后微型泵被控制以产生抽吸，从而将样品液体从微型储器向下吸入流动通道14中并且还填充在压力传感器孔22和23的内部的侧部体积。在加载之后，微型泵然后被控制以产生期望的流动，并且压力传感器被用于获得在沿着孔22和孔23与其连通的流动通道14的两个位置处的流体压力的测量。现在参照图2a_2i，这些示出了本发明的某些实施方案的多个部件。图2a示出了具有成多种设计的微制造的流动通道的流变芯片。该流变芯片是刚性材料的第一主体11，具有被形成在基本上平坦的表面110中的多个通道(其还可以被称为沟槽或凹陷部)140a-140c。这些通道中的每个通道包括相应的收缩部1401a_1401c。图2b图示了上主体12，其具有用于与图2a中示出的第一主体11的平坦表面110匹配的平坦表面131。该主体或块部分还可以被描述为用于流变芯片的服务模块以控制流动和温度，并且集成有流变芯片、微型泵、微传感器探针(压力、温度、pH、氧、二氧化碳等)、微型储器、阀门、入口和出口连接器等。该第二部分12包括多个孔，每个孔从下平坦表面131穿过第二主体12延伸至上外部表面13。这些孔包括分别的第一孔21a-21c、分别的第二孔22a-22c、分别的第三孔23a-23c、分别的第四孔24a-24c和分别的第五孔25a-25c。每个孔被定位为使得当上部分12被附接于下部分11时，每个孔提供通向被界定在部分11和部分12之间的界面中的多个内部流动通道中的相应的一条通路。图2c图示了微型泵3，其可操作成产生以给定的流速的稳定流或以给定的频率和振幅的振荡流。图2d图示了具有几何构型的传感器壳体，其可以被用于承载本发明的实施方案中的多种传感器或传感元件。壳体4可以因此被布置为容纳或承载多种微传感器探针，例如压力传感器、温度传感器、PH传感器等。传感器壳体包括第一大体上圆柱形的部分41和第二大体上圆柱形的部分42。第一圆柱形的部分41具有比第二圆柱形的部分42小的直径，并且被布置为用于插入在表面模块12中的第二孔22或第三孔23中的任何一个中。虽然在图中未示出，但是该第一圆柱形的部分41可以带有螺纹(即设置有外螺纹)，以用于与设置在第二孔22和第三孔23中的相应的内螺纹啮合。虽然在图中未示出，但是传感器壳体4所承载的传感器可以位于第一部分41的距离第二部分42最远的端部处或附近。因此，当传感器壳体被定位在相应的孔22或孔23中时，传感器被定位为接近于相应的流动通道。图2e图示了可以在本发明的实施方案中使用的样品微型储器。微型储器5包括用于容纳待被测试的一定量的液体样品的内部空腔50，并且具有用于在服务模块的第四孔24a-24c中的一个孔中定位的第一圆柱形的部分51 (其可以设置有外螺纹)，以及具有更宽的直径的第二圆柱形的部分52。图2f图示了可以在本发明的实施方案中使用的入口 /出口连接器。再次地，连接器包括用于在服务模块中的孔25中的任何一个孔中插入的第一圆柱形的部分61，以及具有增加的直径的第二圆柱形的部分62。连接器6还包括钻孔60，钻孔60提供沿着其纵向轴线完全地穿过连接器的流体导管。图2g-2i图示了图2中示出的系统的另外的部件。现在参照图3，其图示了本发明的另一个实施方案。在本实施方案中，刚性的块I设置有三个分离的内部流动通道14a、14b和14c和多个通路孔2，通路孔2提供从块I的上外部表面通向内部通道的通路。每个通路孔2具有毗邻于外部表面并且具有相对较大的直径的上部分以及具有相对小的直径的下部分，在相对较大的直径部分和相应的内部通道之间提供收缩部。在本实施方案中，口部20的直径小于在相关的位置处的流动通道的宽度，其中口部20由每个下孔部分提供以将孔连接于相应的流动通道。在图3的实施方案中，流动通道14a_14c中的每个流动通道设置有相应的收缩部或收缩的部分141a_141c。这些收缩的部分中的两个收缩的部分141a和141c在图的顶部被更详细地示出。压力传感器可以被布置在位于这些收缩部的任意一侧上的孔中，以测量当流体流借助于被连接于另外的孔2的泵送装置而沿着相应的通道被驱动时穿越收缩部的压降。将意识到，图3的实施方案可以包括由流变芯片和相应的服务模块形成的块I。图3的实施方案因此可以被认为是表示用于同时地测量在多种尺寸的微通道中的剪切和拉伸粘度的流变芯片设计的实施例。在图3中，示出了多个通路孔2，但是不是其全部都被标记，以便不降低图的清楚性。然而，将意识到，每个通路孔具有在块I的上外部表面处的圆形开口。在图中，在三个通道的末端处的通路孔是用于入口/出口和泵连接的孔。紧邻在每个通道的左末端的较小的孔的右方的较大的孔是用于连接到储器的孔。紧邻近于每个收缩部并且围绕每个收缩部的成对的孔是传感器可以被定位在其中的孔。现在参照图4,其图示了又一个实施方案。在此,三个分离的流动通道14a_14c再次地被设置在块I的内部。第一流动通道14a设置有一系列的收缩部或收缩特征部141a，并且设置有通向该第一通道14a的多个通路孔，以能够连接泵送装置以将流体流在该通道中驱动，并且测量在多个位置处的压力。这些位置包括在收缩部141a的序列的任意一侧的位置。对于通道14b来说，设置有相对长的收缩的部分141b，并且设置有通路孔以使压力传感器能够被定位为测量在沿着收缩的部分自身的两个位置处的压力。相似地，第三通道141c设置有多个通路孔，以使泵送装置能够将流沿着通道驱动，并且以使压力能够在相对不收缩的部分之间的沿着收缩的部分141c的两个位置处被测量。现在参照图5，其图示了另一个实施方案，其可以被描述为流变芯片，其被设计为测量瞬时和稳态粘度。内部地被界定在块I内的流动通道14包括具有四个臂1431-1434的十字形特征部或十字部143。设置有多个通路孔2，这些孔中的四个孔被布置为使压力差测量能够在十字形特征部143的四个臂中的每个臂之间进行。泵送装置可以被连接于通路入口孔，从而驱动通道14中的流体流。在本实施方案中，孔21是入口孔，用于连接到泵或其它用于驱动通道14中的流体流的泵送装置。通路孔22是压力传感器将被定位在其中的孔。通路孔25与孔26—样都是出口孔。现在参照图6，其示出了本发明的另一个实施方案。在此块I设置有包括多个特征部143、144的流动通道布置。特征部143是十字部，其中心通常形成驻点。特征部144用于细胞基本组分从血浆中的分离。将意识到，图6中示出的布置是用于从血浆分离出细胞基本组分并且用于测量其剪切和拉伸粘度的流变芯片设计的实施例。孔21是入口和泵连接孔。孔26 (其余的较小孔)是出口孔。孔22a是用于容纳压力传感器以测量具有高浓度的细胞基本组分的血液的流变性质的压力传感器孔。孔22b是用于定位压力传感器以测量在剪切流下的血浆的流变性质的压力传感器孔。孔22c是用于测量在伸长流动下的血浆的流变性质的压力传感器孔。现在参照图7，其图示了本发明的又一个实施方案。在此块I设置有具有分支构型以模拟血管系统的流动通道的基本上平面的内部网络1400。多个孔被设置在块中，以提供用于在穿越网络的多个不同的位置处的压力测量的通路。另外的孔被提供以使泵送装置能够被连接以驱动流穿过分支的网络。特别地，孔21a是入口和推动泵(push-pump)孔，其是泵将被附接于其以驱动或推动流体穿过通道1400的分支网络的孔。孔26a是出口孔。孔21b是出口和拉动泵(pull-pump)孔，其是泵送装置可以被连接于其从而产生抽吸以拉动或吸引流体穿过通道的网络的孔。孔26b是另一个出口孔。孔22是用于压力传感器的定位以测量在网络上的多个点处的压力以及以测量网络中的不同的点之间的压力差的孔。现在参照图8，其图示了本发明的实施方案中的传感器壳体42向块I的附接。壳体4的第一圆柱形的部分41位于孔2的上部分22内。该第一部分41具有平坦的端部表面43，压力传感器400位于平坦的端部表面43处。壳体部分41和孔部分22分别地设置有外螺纹和内螺纹，使得壳体41可以被旋接入孔2中，从而将O型环402压缩在平坦的端部表面43和将第二孔部分22连接于第一孔部分21的平坦的肩部23之间。部分21具有很大地减小的直径，形成收缩部。如上文提到的，压力传感元件400在本实施例中位于壳体的端部表面43处。将意识到，在可选择的实施方案中，压力传感器400的位置可以是不同的。例如，其可以被定位成接近于壳体的端部表面或紧邻在壳体的端部表面的内侧。然而，这些实施方案具有共同的事实，即:压力传感器400被定位为与在通路孔2内部(即在被界定在传感器壳体4、密封装置402和孔2之间的室的内部)的小体积V的流体直接接触，其中该小体积V的流体自身(经由收缩的部分21)与在通道14中流动的流体流体连通。在某些实施方案中，孔2的收缩部或第一部分21具有约0.3mm的直径，并且与收缩部连通的通道14的宽度是0.3_。通过以这种方式将收缩部21的直径布置为基本上小于通道的在连接点处的宽度，通道14中的流体的流动基本上不受通道14的壁中的连接部分21的口部影响(即不被干扰或不被扰动)，并且在通路孔2的内部的体积V的流体的压力基本上与紧邻近于收缩部21的点处的流体的压力相同。将意识到，多种材料可以被用于O型环402，例如橡胶。此外，将意识到，可以采用多种其它形式的密封装置，以在传感器壳体和壳体或其一部分被插入其中的通路孔2之间形成合适的密封。现在参照图9，其示出了本发明的实施方案中的被连接于流变计块I的通路孔21的微型泵组件(泵送装置)的细节。微型泵组件3包括容纳有泵致动装置的主体，其中泵致动装置是可控制的以驱动稳定流或振荡流体流。组件3包括连接部分，连接部分中的每个是基本上圆柱形的，并且连接部分中的较低的一个被插入通路孔21中。虽然在图中未示出，但是在某些实施方案中，泵组件3的连接部分设置有外螺纹，该外螺纹与被设置在通路孔21 (其还可以被描述为是带有螺纹的钻孔或包括带有螺纹的钻孔)的内部的相应的内螺纹啮合。在泵组件3的较低的连接装置下方设置有密封装置，该密封装置呈无毛边的硬橡胶密封部403的形式，即不具有边缘的硬橡胶密封部。该橡胶密封部具有泵组件3的出口导管或钻孔通过其而与流动通道14流体连通的中央孔、洞或钻孔。现在参照图10，其图示了在本发明的某些实施方案中的入口或出口连接器5的布置。连接器5包括具有第一直径的第一圆柱形的部分51和具有更大的第二直径的第二圆柱形的部分52。第一圆柱形的部分51被接收在微流变计的块I中的相应的钻孔或通路孔25内。中央钻孔大体上沿着其纵向轴线延伸穿过连接器的两个部分，并且借助于在被压缩在连接器5的轴向端部和块I的表面之间的另一个无毛边的硬橡胶密封部403中的孔、洞或钻孔而与流动通道14流体连通。现在参照图11，其图示了实施本发明的流变计的一部分。流变计包括块1，块I具有被界定在其内的两个流动通道14a、14b。通路孔从连接两个流动通道的部位向上地延伸穿过块至上表面13。该孔包括与流动通道直接连通的下部分201以及基本上比下部分201宽的上部分202。该上部分202是基本上圆柱形的，并且肩部部分203连接上部分202和下部分201。适应于容纳体积Vl的测试流体的储器5被固定在孔中，其通过合适的装置而被固定到孔的上部分202中。在某些实施方案中，这种固定是通过被设置在储器外表面和孔的内部表面上的螺纹，然而在其它实施方案中可以采用可供选择的固定装置。例如，在某些实施方案中，则储器5可以适应于是向孔中的推入配合(例如过盈配合)。储器5的端部表面将O型环402压靠在孔的肩部203上，从而形成密封部。储器5适应于容纳在0.1ml至2ml的范围内的体积Vl的测试流体，例如1ml。设备还包括以压力泵的形式的泵送装置3。该压力泵包括高压源31，例如压缩气体的气缸。该高压源31被连接于在控制器7的控制下的可控制的调节器32。可控制的调节器32被连接于储器5，并且测定在储器的内部并且与所述体积的测试流体的表面接触的体积V2的流体的压力。控制器7控制可控制的调节器32以设置储器5中的该体积V2的流体的压力，并且在该具体的实施方案中压力可控制至任何值，高至高压源31的压力。因此，压力泵送装置设定被施加于测试流体的压力，并且通过将该压力施加于测试流体使测试流体同时地沿着流动通道14A和14B流动。因此，流体流可以根据需要而使用恒定的压力来被驱动。驱动压力进而决定穿过多个流动通道的流体的流速。虽然在图中示出两个流动通道，但是在可选择的实施方案中，压力泵可以将流体流在仅单一的通道中或沿着甚至更大数量的流动通道同时地驱动。有利地，这种压力驱动使稳态流动状态能够被快速地实现，因此需要仅小体积的样品(即测试)流体。因为稳态状态被快速地实现，所以仅小体积的样品流体可以在到达该稳态状态中被消耗。这种压力驱动与可选择的实施方案是成对比的，在可选择的实施方案中泵送装置被布置为将某个与测试流体接触的致动膜移位从而确定流速。这样的样品包括注射器泵和压电泵。在这样的实施方案中，如果流速被控制，那么系统中所产生的压力由流速确定。图11中示出的压力驱动系统对于生物材料的小样品的测试来说是特别地方便的。因此，本发明的实施方案可以在诊断应用中使用，例如医疗诊断。现在参照图12，其是实施本发明的流变计的一部分的从上方观察到的示意图。图12图示了第一块部分11的上平坦表面110的一部分，所述一部分具有界定被形成在其中的流动通道140的凹陷部。该流动通道140在本实施例中已通过平版印刷技术而被界定，其中平版印刷技术包括常规的掩膜技术和蚀刻技术。在所图示的部分中的该通道140具有恒定的宽度W1。在流动通道140被制造的同时，侧部通道141和侧部室142 (其还可以被称为块中的相关的孔或通路孔的室部分)已经被形成。侧部通道141在本实施例中具有比Wl小得多(例如小于宽度Wl的10%或甚至更小)的宽度W2，并且侧部通道141的口部大体上在位置P处与流动通道140连通。侧部通道141的相对的端部接合侧部室142，侧部室142在本实施例中由在第一块部分11的表面110中的大体上圆形的凹陷部提供。在可选择的实施方案中，侧部室142可以具有不同的形状。然而，便利地，侧部室142基本上比侧部通道141宽。如将意识到的，侧部通道141在流动通道140和侧部室142之间提供很大的收缩部。还在图中示出虚线201，虚线201图示了当两个块部分被附接在一起时穿过上块部分12的孔的第一部分201相对于侧部室142的位置。如将意识到的，第一孔部分201具有基本上大于侧部通道141的宽度的直径。有利地，侧部室142的设置有利于制造。如果上块部分中的孔可以以足够的精确度被制造，使得其在两个块部分被附接在一起时至少部分地与侧部室142重叠，那么上块中的孔将与侧部通道141并因此与流动通道140的位置P流体连通。现在参照图13，其示出了图12中示出的下块的一部分的沿着线A-A的横截面。图14图示了沿着线B-B的第二横截面。现在参照图15，其示出了设备的横截面，其中上块部分12被附接于下块部分11，使得流动通道和侧部通道被界定在上块部分12的平坦表面131和下块部分11之间。上块部分具有被形成在其内的孔，该孔包括下部分201，下部分201被对准从而提供完全地在侧部室142的周边内的口部。孔包括略微地比下部分201宽的上部分202。平坦的肩部部分203将下部分201连接于上部分202。在孔的上部分202内设置有压力传感器壳体42，压力传感器壳体42具有被布置为将O型环402紧贴孔的肩部部分203来接合和压缩的端部表面43。压力传感元件400也被布置在该端部表面43处。压力传感器壳体42因此与上块部分12经由O型环402而形成密封部。压力传感器元件400被布置为使得其感测被容纳在压力传感壳体、O型环、肩部部分203、下孔部分201以及侧部室142之间的密封空间中的一定体积V的流体的压力。因此，压力传感器元件400能够感测该体积V中的流体压力，该体积V经由侧部通道141与流动通道140中的点P连通。有利地，侧部通道141的宽度可以被制造得非常小，从而不搅动流动通道140中的流动状态，上块中的孔可以被制造得大至足以利于压力传感器布置在其内，并且侧部室142的设置利于被界定在上块部分12中的孔的部分与通路孔的由侧部通道141和侧部室142提供的部分匹配。如将意识到的，侧部通道141和侧部室142形成大体上沿着上块和下块之间的界面延伸的通路孔的部分。通路孔的其余部分被设置在上块部分12中，并且从流动通道的平面大体上向上延伸至块上表面13。虽然仅单一的侧部通道和单一的侧部室在图中被示出，但是将意识到，实施方案可以包括多个侧部通道和可选择的侧部室，每个在相应的位置处分接(tapping)入流动通道中以使在该位置处的流体性质能够被测量，而不干扰沿着流动通道的流体流。现在参照图16，其示出了可选择的实施方案的一部分，其大体上具有与图12中示出的设备相同的结构，但是不同的是侧部通道141在进入侧部室时不向外变宽。图17示出了沿着线A-A的横截面。为了将上块部分12与下块部分11正确地对准，则穿过上块部分12所设置的孔的口部必须在两个块部分被附接在一起时至少部分地与侧部通道141重叠。如果上块部分12的孔具有相对小的口部(在图中以虚线201表示)，那么上块部分12相对于下块部分11的定位和/或上部分中的口部的制造必须以高精确度进行。这在某些实施方案中被实现。然而，在可选择的实施方案中，上块部分12中的孔2被布置为具有相对宽的口部，在图16中以虚线2图示出。通过布置孔具有相对宽的口部，对上块相对于下块的定位和孔在上块中的定位的精确度的要求均被降低。参照图18，其示出了被附接于下块部分11的上块部分12，其具有带有相对宽的口部的孔2。在侧部通道141和孔2之间具有很大的重叠，并且因此被容纳在孔2中的压力传感器400与填充侧部通道141的体积V的流体连通。再次地，压力传感器400可以是相对大的，并且经由收缩的侧部通道141而能够感测在流动通道140中的点P处的流体的压力。在图18中示出的布置中，压力传感壳体42紧贴穿过上块部分12的孔2的内部侧壁形成密封部，并且不需要O型环。将意识到，本发明的实施方案可以包括一个或多个微流体通道，并且能够实现复杂流体的流变计量表征。某些实施方案可以被用于测量稳定剪切和拉伸粘度。在某些实施方案中，泵送装置可以是注射器泵或正排量泵。然而，泵送装置的可选择的形式也可以被采用，例如压电致动器。本发明的实施方案可以结合多种传感器，例如压力传感器、温度传感器和其它用于测量流体性质的传感器。某些实施方案包括具有用于测量拉伸粘度的交叉狭缝流动(cross-slit flow)几何构型的流动通道或流动通道网络。某些实施方案可以被描述为流变芯片流变计，其被设计为用于显微流(microscopic flow)中的复杂流体的全面的流变计量和流动表征。这样的实施方案不仅测量稳定剪切和名义拉伸粘度，而且也可以被用于通过进行以高至IOOOHz或甚至更高频率的小或大振幅振荡实验(SAOS或LAOS)来测量存储模量和损耗模量。某些实施方案具有模块化的设计，并且结合有用于SAOS和/或LAOS实验的微型化高精度压电致动器以及用于稳定流实验的注射器泵或其它正排量泵，或结合有作为用于稳定流实验的注射器泵或其它正排量泵的一种替代的用于SAOS和/或LAOS实验的微型化高精度压电致动器。某些实施方案可以被描述为由适合于以高度地成本有效率的方式大规模生产且不减弱性能的的刚性塑料或熔融石英材料制成的微流体芯片。通过具有模块化的设计，本发明的实施方案包括流变芯片和多种可互换的传感器，本发明的实施方案能够在以成本有效率的方式且不减弱性能的情况下在沿着多种流动几何构型的多个询问点(interrogation point)处部署传感器的方面提供大的灵活性。某些实施方案可以被用于测量全血的剪切粘度。某些实施方案还可以与光学技术共同使用以测定全血细胞的聚集。很多的压力传感器可以在本发明的实施方案中使用(例如可以使用能够实现高至15Bar的压力测量的压力传感器)，并且可容易地被部署和互换，而不需要在其被连接所在的流变芯片或块中有任何改变。在某些实施方案中，芯片或块的整体流动几何构型易于被包括微粒子图像速度测量(micro-piv)、流动诱导双折射测量(flow-1nduced birefringence measurement)、突光和极化显微镜(fluorescent and polarised microscopy)、具有多个光讲的激光镊(lasertweezer)等的原位流变光学探针(in-situ rheo-optical probe)接近。某些实施方案包括具有拥有交叉狭缝流动几何构型的流动通道的流变计块，使得可以产生围绕驻点的伸长流动，由此提供复杂流体的“真实”稳态拉伸粘度的可靠的测量。本发明的某些实施方案可以被用于同时地进行复杂流体的在小幅振荡剪切(SAOS)或大幅振荡剪切(LAOS)中的在不同的流速或不同的频率和/或振幅的范围内的流变计量表征。本发明的某些实施方案可以被用于细胞-血浆分离与全血和血浆的流变性质的同时测量。在某些实施方案中，一个或多个生物传感器可以被集成在块或芯片中，以能够实现同时的生物分析和流变计量表征。本发明的某些实施方案采取微流体芯片的形式，并且可以在生物流体例如DNA、蛋白质和细胞(干细胞)的生广中的品质和工艺控制中使用。本发明的某些实施方案采取微流体芯片的形式，并且可以在均一尺寸的微乳状液和纤维的生产中使用。本发明的某些实施方案提供使整个系统能够在尺寸上被减小的流变测量设备。例如，某些实施方案提供下述流变计芯片或块:其适合于安装在显微镜上以进行原位结构表征，或其可以在太空站中使用以用于实施在零重力下的流变计量表征。某些实施方案提供完全地自动化的流变测量系统，以能够实现大量的样品的高处理量流变分析(例如同时地测量多个样品)。将意识到，上文描述的本发明的实施方案的块或块结构还可以被描述为流变芯片。因此，本发明的某些实施方案提供基于流变芯片的流变计。
某些实施方案展示出桌面流变计向基于流变芯片的手掌尺寸的微流变计的微型化。某些实施本发明的流变计能够进行显微流中的复杂流体的全面的流变计量和流动表征，并且可以在用于复杂流体的表征的新颖的机械光谱技术(mechanicalspectroscopy technique)中使用。某些实施本发明的流变芯片由刚性的塑料或熔融石英材料制成，且具有被界定在其中的高精度流动通道。这样的实施方案适合于以高度地成本有效率的方式大量生产且不减弱性能。本发明的实施方案能够提供多种优点/益处，包括以下:某些实施方案能够提供在高于商业流变计的变形速率至少两个数量级的变形速率下的复杂流体的非线性稳定剪切粘度和拉伸粘度的测量，其高至IOfV1或更高。本发明的实施方案能够被用于测量在高于目前可获得的商业流变计的频率至少两个数量级的频率下的存储模量和损耗模量，其高至1000Hz或更高。在本发明的某些实施方案中，一个或多个流动通道被布置为具有惯性效应被最小化或甚至完全地消除的足够地小的体积。某些实施方案提供使高灵敏度测量能够被进行的优点，并且需要仅非常小的量的样品(例如不大于I微升或几微升)。本发明的实施方案提供下述优点:`在沿着微流动几何构型的所需要的/所选择的询问点处部署传感器方面赋予高灵活性。某些实施方案还提供在一个或多个通道内流动的流体易于被光学探针接近的优某些实施方案还提供其能够实现高处理量流变学表征的优点。与本发明的实施方案成对比地，某些已知的商业流变计受其采用的机械致动器和在非常低的变形速率(约δΟΟΟ Γ1)和低频率(约30Hz)下的惯性效应限制。某些已知的基于微流体的粘度计使用常规的注射器泵和被限制高至仅2Bar的高成本的压力传感器仅能够测量非线性剪切粘度。本发明的某些实施方案因此能够满足对能够提供全面的流变学和流动表征的流变测量设备的需要。如上文提到的，某些实施本发明的流变芯片由PMMA制成，并且可以通过软平版印刷法被制造。换句话说，平版印刷技术可以被用于形成流变芯片或块的一个部分中的通道，其与一个或多个其它部分配合以界定内部流动通道。某些实施方案采用以高精度压电致动器的形式的泵送装置以及常规的注射器泵，或采用作为常规的注射器泵的一种替代的以高精度压电致动器的形式的泵送装置。将意识到，被结合入本发明的实施方案中的流体通道可以具有多种宽度、深度、形状、长径比、长度等等。例如，合适的近似的通道宽度(例如不收缩的部分的宽度)包括但不限于:2mm、1.5mm、lmm、0.80mm、0.50mm、0.10mm、0.050mm>0.045mm、0.040mm 以及甚至更小。合适的近似的通道深度包括但不限于:2謹、1.5謹、I謹、0.80mm、0.5Ctam、0.10mm、0.062謹、
0.050mm、0.045mm、0.040mm以及甚至更小。合适的通道形状包括但不限于矩形和正方形。矩形通道的合适的长径比(宽度:深度)包括但不限于:8: 1、6: 1、4: 1、2: 1、1: 1、
I: 0.5,1: 0.33,1: 0.25和1: 0.2。合适的通道长度包括但不限于:100_、80_、60mm、40mm、20mm以及甚至更短。收缩的部分的合适的长度包括但不限于:60mm、40mm、20mm、10mm、5mm以及甚至更短。在某些实施方案中，与不收缩的部分相比，收缩的部分仅在一个维度中被收缩，例如仅在宽度或仅在深度中。在某些可选择的实施方案中，收缩的部分在两个维度中被收缩，即在宽度和深度二者中。合适的收缩比率(例如不收缩的宽度与收缩的宽度的比率)包括但不限于:10: 1、8: 1、6: 1、4: I和2: I。上文提到的具体的维度、长径比和/或收缩比率的任何可能的组合可以在本发明的实施方案中被采用。
权利要求
1.一种用于在流变测量中使用的设备，所述设备包括: 基本上刚性的材料的块，其具有外部表面和至少第一内部流动通道，所述第一内部流动通道被布置在所述块的内部并且基本上在一平面中，并且所述块还包括多个孔，每个孔沿着所述第一内部流动通道在相应的位置处与所述第一内部流动通道连通并且从相应的位置延伸至所述外部表面，从而提供从所述外部表面通向所述第一内部流动通道的通路，所述多个孔包括第一孔、第二孔以及第三孔，所述第一孔与第一所述位置连通，用于连接到泵送装置以将流体流沿着所述第一内部流动通道驱动，所述第二孔与第二位置连通并且传感器能够位于所述第二孔中以测量在所述第二位置处的流体的性质，所述第三孔与第三位置连通并且传感器能够位于所述第三孔中以测量在所述第三位置处的流体的性质。
2.根据权利要求1 所述的设备，其中所述多个孔包括第四孔，所述第四孔与第四位置连通以用于连接到适应于支撑流体储器的储器装置。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第四位置相对于所述第一位置在所述第二位置和所述第三位置的下游。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述多个孔包括第五孔，所述第五孔与第五位置连通并且流体经由所述第五孔能够被引入所述流动通道中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述多个孔包括第六孔，所述第六孔与第六位置连通并且流体经由所述第六孔能够从所述流动通道中被抽出或排出。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述多个孔中的每个孔的至少一部分在基本上垂直于所述平面的方向延伸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述多个孔中的每个孔带有螺纹。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述多个孔中的至少一个孔包括毗邻于所述流动通道的第一部分和毗邻于所述外部表面的第二部分，所述第一部分在所述流动通道和所述第二部分之间提供收缩部。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述第一部分是大体上圆柱形的。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述第一部分在所述孔与所述流动通道连通所在的位置处具有比所述流动通道的宽度小的直径。
11.根据权利要求8所述的设备，其中所述第一部分包括侧部通道，所述侧部通道从所述流动通道的侧部延伸并且基本上在所述平面中。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述侧部通道在所述侧部通道与所述流动通道连通所在的位置处具有比所述流动通道的宽度小的宽度。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的设备，其中所述侧部通道从所述流动通道延伸至相应的孔的室部分，所述室部分提供有室，所述室大体上在所述平面中延伸以用于容纳经由所述侧部通道与所述流动通道连通的一定体积的流体。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的设备，其中所述第二部分是大体上圆柱形的。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述第二部分设置有螺纹，该螺纹用于与泵送装置、传感器壳体、储器装置、或入口或出口连接器的相应地带螺纹的部分啮合。
16.根据权利要求8至15中任一项所述的设备，其中所述第一部分通过至少肩部而连接于所述第二部分，其中O型环能够被压靠在所述肩部上以形成密封部。
17.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述块基本上透得过可见光。
18.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述块由PMMA或熔融石英形成。
19.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述外部表面是基本上平坦的。
20.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述块包括第一块部分和第二块部分，所述第一内部流动通道被设置在所述第一块部分和所述第二块部分之间的界面处，所述外部表面是所述第二块部分的外部表面，并且每个所述孔从所述界面穿过所述第二块部分延伸至所述外部表面。
21.根据从属于权利要求11至13中任一项时的权利要求20所述的设备，其中所述侧部通道和可选择的所述室部分被设置在所述界面处。
22.根据权利要求20或21所述的设备，其中所述第一内部流动通道通过下述方式而形成，即在所述第一块部分的平坦表面中形成凹陷部并且将所述第二块部分的平坦表面附接到所述第一块部分的平坦表面。
23.根据当从属于权利要求21时的权利要求22所述的设备，其中所述侧部通道和可选择的所述室部分包括在所述第一块部分的所述平坦表面中的相应的凹陷部。
24.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第一内部流动通道包括收缩的部分。
25.根据权利要求24所述的设备，其中所述第二位置和所述第三位置位于所述收缩的部分的各一侧。
26.根据权利要求24所述的设备，其中所述第二位置和所述第三位置各自沿着所述收缩的部分定位。
27.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第一内部流动通道包括具有四个臂的十字形特征部，并且所述多个孔包括被布置为容纳压力传感器以测量在所述十字形特征部的每个臂中流动的流体的压力的四个孔。
28.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第一内部流动通道包括多个影响流动的特征部，所述多个影响流动的特征部被串联地布置，使得被连接于所述第一孔的泵送装置能够同时地驱动流体流穿过所述多个影响流动的特征部，所述多个孔被布置为允许传感器被定位以测量在每个影响流动的特征部处、沿着每个影响流动的特征部或穿越每个影响流动的特征部的流体流的至少一个性质。
29.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述块包括被布置为基本上在所述平面中的内部流动通道的网络，所述网络包括所述第一内部流动通道。
30.根据权利要求29所述的设备，其中所述第一位置被布置为使得被连接于所述第一孔的泵送装置能够驱动流体流穿过所述网络，并且所述多个孔被布置为允许传感器的定位以测量在所述网络上的多个位置处的流体流的至少一个性质。
31.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述块包括多个分离的内部流动通道和相应的多个孔，所述多个分离的内部流动通道包括所述第一内部流动通道，所述相应的多个孔与沿着每个分离的流动通道的不同的位置连通，由此所述块能够用于同时地测量多个分离的流体样品的至少一个流变性质，每个流体样品被定位在所述分离的流动通道中的相应的一个分离的流动通道中。
32.根据权利要求31所述的设备， 其中所述多个分离的内部流动通道中的每个分离的内部流动通道具有相同的几何构型。
33.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括: 泵送装置，其被连接于所述第一孔，用于将流体流沿着所述第一流动通道驱动。
34.根据权利要求33所述的设备，其中所述泵送装置可操作成驱动稳定流和振荡流中的至少一种。
35.根据权利要求33或权利要求34所述的设备，其中所述泵送装置可操作成产生抽吸，以将流体的样品经由不同于所述第一孔的孔而吸入所述流动通道中。
36.根据权利要求22所述的设备，其中所述泵送装置适应于通过施加受控的压力而驱动所述流体流。
37.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括: 压力传感器，其被布置在所述第二孔的内部以测量所述第二孔内的流体的压力，并且与所述第二位置连通。
38.根据权利要求37所述的设备，其中所述压力传感器被附接于压力传感器壳体，所述压力传感器壳体具有与所述第二孔的相应的内螺纹啮合的外螺纹。
39.根据权利要求37或权利要求38所述的设备，还包括密封装置，所述密封装置被布置为阻止来自所述第一通道的流体流从所述第二孔流出。
40.根据权利要求39所述的设备，其中所述密封装置包括O型环，所述O型环被布置为在所述压力传感器壳体的 表面和所述第二孔的内部表面之间形成密封部。
41.根据当从属于权利要求38时的权利要求40所述的设备，其中所述O型环被布置为在所述壳体被旋接入所述第二孔中时在所述压力传感器壳体的端部表面和所述第二孔的肩部之间被压缩。
42.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括: 压力传感器，其被布置在所述第三孔的内部以测量所述第三孔内的流体的压力并且与所述第三位置连通。
43.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第一流动通道具有小于5ml的容积。
44.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括: 储器装置，其被连接于所述第四孔并且被布置为容纳与所述第一流动通道连通的一定体积的液体。
45.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括: 自动化加载系统，其用于将流体加载入所述流体通道或每个流体通道中。
46.一种流变测量设备，包括: 基本上刚性的材料的块，其具有外部表面和至少第一内部流动通道，所述第一内部流动通道被布置在所述块的内部并且基本上在平面中，并且所述块还包括多个通路孔，每个孔在沿着所述流动通道的相应的位置处与所述流动通道连通并且从相应的位置延伸至所述外部表面，从而提供从所述外部表面通向所述流动通道的通路，使得泵送装置和传感装置能够被选择性地连接于所述通路孔，以将流体流沿着所述通道驱动并且测量沿着所述通道流动的流体的一个或多个性质。
47.根据权利要求46所述的设备，其中每个通路孔包括内螺纹。
48.一种制造流变计的方法，所述方法包括:提供具有平坦表面的基本上刚性的材料的第一主体； 在所述平坦表面中形成至少一个通道； 提供具有外部表面和用于与所述第一主体的平坦表面匹配的平坦表面的基本上刚性的材料的第二主体； 在所选择的位置处形成从所述平坦表面至所述外部表面穿过所述第二主体的多个孔； 将所述平坦表面匹配在一起，使得至少第一内部流动通道由在所述第一主体的平坦表面和所述第二主体的平坦表面中的所述至少一个通道界定，并且使得每个孔在沿着所述第一内部流动通道的相应的位置处与所述第一内部流动通道连通，从而提供从所述外部表面通向所述第一内部流动通道的通路，由此泵送装置和传感装置能够被连接于所述孔，以将流体流沿着所述第一内部流动通道驱动并且测量沿着所述第一内部流动通道流动的流体的一个或多个性质。
49.一种制造流变计的方法，所述方法包括: 提供具有平坦表面的基本上刚性的材料的第一主体； 在所述平坦表面中形成通道、从所述通道的侧部延伸的侧部通道以及在所述侧部通道的端部处的可选择的侧部室； 提供具有外部表面和用于与所述第一主体的平坦表面匹配的平坦表面的基本上刚性的材料的第二主体； 形成从所述平坦表面至所述外部表面穿过所述第二主体的孔； 将所述平坦表面匹配在一起，使得内部流动通道由所述通道和所述第二主体的平坦表面界定，并且使得所述孔与所述侧部通道或所述侧部室连通，由此传感装置能够被连接于所述孔以测量沿着所述流动通道流动的流体的性质。
50.根据权利要求48或权利要求29所述的方法，还包括给所述孔或每个孔设置相应的内螺纹。
51.根据权利要求48至59中任一项所述的方法，还包括将所述平坦表面结合在一起。
52.根据权利要求51所述的方法，其中所述第一主体和所述第二主体各自由热塑性材料形成，并且所述结合包括热结合。
53.根据权利要求48至52中任一项所述的方法，还包括将压力传感元件定位在所述孔的内部。
54.根据权利要求53所述的方法，还包括: 在所述压力传感元件和所述第一流动通道之间提供收缩部。
55.根据权利要求46或权利要求47所述的方法，还包括形成密封部以阻止流体从容纳所述压力传感器的孔流出至所述外部表面。
全文摘要
流变测量设备包括具有外部表面和至少第一内部流动通道的基本上刚性的材料的块，所述第一内部流动通道被布置在所述块的内部并且基本上在平面中，并且所述块还包括多个孔，每个孔沿着所述第一内部流动通道在相应的位置处与所述第一内部流动通道连通并且从相应的位置延伸至所述外部表面，从而提供从所述外部表面通向所述第一内部流动通道的通路，所述多个孔包括第一孔、第二孔以及第三孔，第一孔与第一所述位置连通用于连接到泵送装置以将流体流沿着所述第一内部流动通道驱动，第二孔与第二位置连通并且传感器可位于第二孔中以测量在所述第二位置处的流体的性质，第三孔与第三位置连通并且传感器可位于第三孔中以测量在所述第三位置处的流体的性质。
文档编号G01N11/00GK103154699SQ201180044127
公开日2013年6月12日 申请日期2011年8月3日 优先权日2010年8月3日
发明者袁学锋 申请人:曼彻斯特大学