微流体感测装置的制造方法
【专利摘要】一种微流体感测装置，包括通道以及在通道之内的阻抗传感器。阻抗传感器包括在通道内的本地接地和电极。本地接地和电极用于形成沿通道延长的电场区域。
【专利说明】
微流体感测装置
【背景技术】
[0001]—些微流体感测装置采用阻抗传感器来区分流式细胞计量应用中细胞或颗粒的尺寸。阻抗传感器依赖于信号幅度。当细胞或颗粒受损时，其介电性质可能会变化，降低了这种微流体感测装置的精确度。
【附图说明】
[0002]图1是示例性微流体感测系统的顶视图。
[0003]图2是另一种示例性微流体感测系统的顶视图。
[0004]图3是可以由图1的系统或图2的系统执行的示例性方法的流程图。
[0005]图4是另一种示例性微流体感测系统的顶视图。
[0006]图5是另一种示例性微流体感测系统的顶视图。
[0007]图6是图5的微流体感测系统的透视图。
[0008]图7是另一种示例性微流体感测系统的顶视图。
[0009]图8是另一种示例性微流体感测系统的顶视图。
[0010]图9是另一种示例性微流体感测系统的顶视图。
[0011 ]图10是另一种示例性微流体感测系统的顶视图。
[0012]图11是另一种示例性微流体感测系统的顶视图。
[0013]图12是另一种示例性微流体感测系统的顶视图。
[0014]图13是另一种示例性微流体感测系统的顶视图。
[0015]图14是另一种示例性微流体感测系统的顶视图。
[0016]图15是另一种示例性微流体感测系统的透视图。
[0017]图16是图15的微流体感测系统的侧视图。
[0018]图17是图15的微流体感测系统的侧视图，示出了通过颗粒对电场区域的阻碍。
[0019]图18是颗粒通过图15的微流体感测系统期间阻抗随时间变化的曲线图。
[0020]图19是图2、图5、图8、图9、图12、图13和图14的微流体感测系统的阻抗相对于B位移的曲线图。
[0021 ]图20是另一种示例性微流体感测系统的顶视图。
[0022]图21是另一种示例性微流体感测系统的顶视图。
[0023]图22是另一种示例性微流体感测系统的顶视图。
[0024]图23是另一种示例性微流体感测系统的顶视图。
【具体实施方式】
[0025]图1示出了示例性微流体感测系统20。微流体感测系统20利用阻抗传感器来检测流过阻抗传感器的颗粒的一个或多个特性。如下文将要描述的，微流体感测系统20提供了增强的感测精确度。
[0026]微流体感测系统20包括通道22和阻抗传感器24。通道22包括微流体通路，流体26通过其传送一个或多个颗粒28。出于本公开内容的目的，术语“微流体”是指与具有尺度在“微”范围(为微升)内的体积或传送尺度在“微”范围(为微米)内的颗粒的流体进行交互的装置和/或通路。出于本公开内容的目的，术语“颗粒”涵盖任何小的微片、碎片或量，包括但不限于生物细胞或生物细胞的组。“流体”可以包括液体、气体或其混合物。通道22导引流体26或颗粒28流动穿过或通过由阻抗传感器24在通道22之内形成的电场区域30(示意性示出)。含颗粒的流体的示例包括但不限于血液样本以及包含颜料/颗粒的墨水等。
[0027]阻抗传感器24在通道22之内形成电场区域30。阻抗传感器24包括局部电气接地32和电极34，它们协作以形成在通道22区域之内延伸的电场线的区域30。电气接地32和电极34两者都是“本地”的，因为电气接地32和电极34是由与通道22的内部相邻或与通道22的内部相对紧密邻近(例如，仅仅在通道22的内部表面或表层下方或后方)的导电接触部提供的。与位于通道22或远通道22外部的远程接地相反，接地32与电极34之间的电场区域30的绝大部分(如果不是全部)都包含在通道22的内部。结果，接地32与电极34之间的电场线延伸的距离没有长到使信号强度减小或减弱至显著地削弱系统20的精确度的点。
[0028]当颗粒28通过电场区域30时，区域30的电场线至少部分地受到颗粒28的阻碍，而使得区域30的电场线被改变并围绕颗粒28行进。因必须围绕颗粒28行进而造成区域30的电场线的长度增大，这增大或提高了在电极34处可以检测到的电阻抗。结果，因颗粒28对电场区域30的阻碍而导致的阻抗增大充当着颗粒28的一个或多个特性的指示符，例如颗粒28的尺寸。
[0029]布置或以其它方式配置阻抗传感器24的接地32和电极34，以使得电场区域30沿着通道22并在通道22之内延长。换言之，电场区域30在沿着或平行于通道22的方向且平行于流体26流过通道22的方向的方向延伸，使得颗粒28打断或阻碍电场区域30的电场线较长或延长的时间段。结果，表示当颗粒28的一部分流过电场区域30时的阻抗变化的电信号具有特征性的较长斜升和斜降，有助于增大对颗粒28的尺寸感测的精确度。
[0030]图1示出了用于形成沿通道22延长的电场区域30的接地32和电极34的两种替代布置。在第一布置中，如实线所示，接地32和电极34之一或两者具有沿平行于通道22的通道22的侧面延伸的主要维度，长度L。在一个实施方式中，在通道22的侧壁中形成接地32和电极34。在另一个实施方式中，接地32和电极34都形成于通道22的一个面或表面中，沿着或平行于通道22的侧壁而延伸。例如，在一个实施方式中，接地32和电极34两者都形成于通道22的底面中，接地32和电极34的每一个都沿着或相邻于通道22的侧壁而延伸。
[0031]在第二布置中，如虚线所示，接地32’和电极34’在沿通道32的方向上彼此间隔开。由于接地32’与电极34’的上游-下游间距，所以电场区域30是延长的。在一个实施方式中，接地32’和电极34’两者都形成于通道22的内部的同一面或表面上。在其它实施方式中，接地32’和电极34’形成于沿通道22的不同表面上。尽管接地32’被示为处于电极34’的下游，但这一关系可以是相反的。
[0032]图2是示出了微流体感测系统120的图示，即微流体感测系统20的特定实施方式。如微流体感测系统20那样，微流体感测系统120利用阻抗传感器，该阻抗传感器沿通道产生延长的电场区域，以检测通过电场区域的颗粒或细胞的特性。微流体感测系统120包括源贮存器200、栗202、热传感器203、通道122、接收贮存器204、阻抗传感器124、控制器206和输出208。源贮存器200包括用于接收包含有颗粒28的流体26的供给的结构。源贮存器200与通道122相通，以供给流体26和颗粒28，其被驱动或汲取(drawn)而通过跨阻抗传感器124的通道122。
[0033]栗202包括使流体26和颗粒28移动通过阻抗传感器124的机构。在例示的示例中，栗202驱动流体26和颗粒28，以从源贮存器200沿着通道122并穿过阻抗传感器124而向着接收贮存器204。在另一个实施方式中，栗202或者可以位于接收贮存器204之内，以便从源贮存器200沿着通道122并穿过阻抗传感器124而汲取流体26和颗粒28。尽管例示了一个栗，在其它实施方式中，系统120可以包括超过一个栗。
[0034]在一个实施方式中，栗202包括气泡喷射栗，也称为电阻式或热喷墨(TIJ)栗，其中使电阻器加热到一定温度，以便蒸发液体的一部分来形成气泡，该气泡驱动周围的液体和颗粒。在这样的实施方式中，充当栗202的TIJ电阻器可以另外地充当加热设备以将系统120加热到规定温度。在其它实施方式中，栗202可以包括诸如压电元件(PZT)栗之类的其它类型的栗，或者具有电力地、磁性地或机械地激活的偏转膜(deflective membrane)的其它栗O
[0035]温度传感器203包括一个或多个温度或热感测装置，以检测还充当加热设备的TIJ电阻器或独立于栗202的另一加热设备或部件已经将系统120加热到的温度。温度传感器203与控制器206进行通信，并提供关于由充当栗202的TIJ电阻加热器或独立加热部件对系统120的加热的闭环反馈。
[0036]通道122将流体26和颗粒28从源贮存器200导引到接收贮存器204。在颗粒20 8/2通过阻抗贮存器124之后，接收贮存器204接收流体26和颗粒28。在一些实施方式中，接收贮存器204连接到源贮存器200，有助于流体26和颗粒28的循环。在一些实施方式中，通道122可以另外包括一个或多个滤波器或其它结构，当流体26从贮存器200到达贮存器204时将流过该一个或多个滤波器或其它结构。在一些实施方式中，系统120可以包括多个不同尺寸的通道，其中不同尺寸的通道用于对不同尺寸的颗粒28进行分类和分离。
[0037]阻抗传感器124与阻抗传感器24相类似。阻抗传感器124包括本地接地(localgrOUnd)132和电极134。接地32和电极34具有主要维度(长度L)，其沿着通道122的侧面平行于通道122延伸。在例示的示例中，接地132和电极134两者都形成于通道22的一个面或表面中，沿着或平行于通道122的侧壁而延伸。在例示的示例中，接地132和电极134两者都形成于通道22的底面中，接地32和电极34的每一个沿着或相邻于通道122的侧壁而延伸。因为接地132和电极134两者都形成于通道122的底面中，所以制造和形成具有接地132和电极134的通道可能较为不复杂且成本较低。接地132和电极134沿通道122产生延长的电场区域，以提高检测通过电场区域130的颗粒28特性的精确度。
[0038]控制器206控制阻抗传感器124的操作。控制器206调节向电极134的电荷的供给，并通过传感器124控制对阻抗的检测。在一个实施方式中，控制器206还控制一个或多个栗(例如，栗202)的操作，以控制流体26和颗粒28沿着通道122的流动。在一个实施方式中，控制器206另外通过栗202的TIJ电阻器或独立加热部件来控制对系统120的加热。控制器206包括处理单元210和存储器212。出于本申请的目的，术语“处理单元”应当表示当前开发或将来开发的处理单元，其执行非暂时性存储器或永久性存储装置(例如，存储器212)中包含的指令序列。执行指令序列使得处理单元执行诸如产生控制信号之类的步骤。可以在随机存取存储器(RAM)中加载该指令，以由只读存储器(ROM)、大容量存储装置或某种其它永久性存储装置中的处理单元来执行。在其它实施例中，可以使用硬布线电路替代软件指令或与之组合，以实施所述功能。例如，控制器206可以被具体化为一个或多个专用集成电路(ASIC)的一部分。除非另外特别指出，控制器不限于硬件电路和软件的任何特定组合，也不限于由处理单元执行的指令的任何特定源。
[0039]输出208包括用以呈现来自阻抗传感器124的结果或以其它方式使其可用或用于分析颗粒28的装置。在一个实施方式中，输出208包括端口、信号发送接触部或无线收发器或发射机，通过其可以使表示传感器124所检测到的阻抗变化的电信号可供外部装置在识别与颗粒28相关联的特性时进行分析和使用。例如，在一个实施方式中，输出208可以包括通用串行总线端口，通过其可以将阻抗信号发送到外部计算装置或其它主机装置(例如，智能电话、平板计算机、膝上型计算机等)，以用于确定颗粒28的特性，例如颗粒28的尺寸。在一个实施方式中，来自阻抗传感器124所产生的信号的结果被存储于存储器212中，以供主机装置随后检索和分析。
[0040]在另一个实施方式中，存储器212包含计算机可读指令，其用于指示处理器210根据阻抗传感器124所产生的阻抗信号来确定现场的一个或多个特性。例如，在一个实施方式中，存储器212可以包含代码或指令，用于在颗粒28通过电场区域130时，指示处理器210基于来自传感器124的阻抗信号来确定或估计颗粒28的尺寸。在这样的实施方式中，输出208包括视觉显示器或听觉装置，以指示所确定的颗粒28的特性，例如，所确定的颗粒28的尺寸。在一些实施方式中，输出208可以另外地有助于与系统120的用户进行通信，以提供用于操作系统120的指令或提供关于正确使用系统120或完成测试的确认或反馈。
[0041]在一个实施方式中，系统120被实施为单个平台216上支持的基于芯片的装置。在一个实施方式中，平台216可以是手持式平台。结果，系统120可以提供微流体诊断系统，其为医疗点健康诊断(例如，基于细胞的诊断)提供可配置和可移动平台，以用于检测传染病和慢性病。
[0042]在一个实施方式中，平台216包括硅基板，在其上提供阻抗测量电路，以用于操作和/或控制电极134来产生用于阻抗感测的电场区域130。在一个实施方式中，平台216的硅基板还支撑着用于分析第二阻抗信号以识别颗粒28的一个或多个特性的电路。根据一个实施方式，充当平台216的娃基板包括尺寸介于0.5mm2到5mm2之间的娃芯片，其中娃基板支撑着充当栗202和加热器两者的一个或多个TIJ电阻器中的每个TIJ电阻器、一个或多个阻抗传感器电极134(和相关联的接地132)，以及一个或多个热传感器203，它们在具有相关联的电路的基板上彼此紧密邻近。在一个实施方式中，硅基板支撑着充当栗202和加热器两者的一个或多个TI J电阻器中的每个TI J电阻器、一个或多个阻抗传感器电极134 (和相关联的接地132)以及一个或多个热传感器203，它们彼此的间距小于或等于5mm，彼此的标称间距小于或等于0.5mm ο
[0043]在一个实施方式中，平台216包括电源。在另一个实施方式中，平台216被配置成连接到远程电源。在一个实施方式中，系统120的部件和平台216是一次性使用的。在这样的实施方式中，可以使用集成电路微制造技术来制造系统120的结构和部件，该集成电路微制造技术例如是电铸、激光烧蚀、各向异性蚀刻、溅射、干法蚀刻和湿法蚀刻、光刻、浇铸、模制、压印、加工、旋涂、层压等等。
[0044]图3是用于进行感测以基于阻抗变化来确定颗粒特性的示例方法300的流程图。可以由阻抗感测系统20或120中的任一个来执行方法300 ο如步骤310所指示的，电极34、34 ’、134是被充电，以便分别与本地接地32、32’和132协作来形成沿通道22、122延长的电场区域30、130。如步骤312所指示的，控制器206在包含有颗粒28的流体26在通道22、122之内流动期间，感测电场区域30、130中的阻抗变化。如步骤314所指示的，控制器206或远程主机装置利用感测到的阻抗变化来识别颗粒28的一个或多个特性，例如颗粒28的尺寸。因为电场区域30、130沿着通道122延长，所以延长了颗粒28驻留在电场区域30、130之内的时间，增强了信号可靠性和检测精确度。
[0045]图4是微流体感测系统320的顶视图，该微流体感测系统320是微流体感测系统20的示例性实施方式。微流体感测系统320类似于微流体感测系统120，在于这样的系统320也包括通道122以及源贮存器200、栗202、接收贮存器204、控制器206、输出208和平台216，上文结合系统120示出和描述了其中的每一者。与微流体感测系统120相比，微流体感测系统320包括阻抗传感器324A、324B、324C、324D、324E、324F(统称为阻抗传感器324)。阻抗传感器324的每一个都类似于阻抗传感器124，而形成沿通道122延长的电场区域。在例示的示例中，阻抗传感器324沿通道122形成不同尺寸或形状的电场区域330。在例示的示例中，阻抗传感器324D形成的电场区域330大于分别由阻抗传感器324A、324B、324E、和324F形成的电场区域330A、330B、330E、和330F。阻抗传感器324C形成的电场区域330C大于电场区域330D。在例示的示例中，由较大电极134提供较大电场区域。在其它实施方式中，可以由较大的本地接地132或者较大的本地接地132和较大电极134两者来提供较大电场。沿通道122定位的多个阻抗传感器324在颗粒28每次通过阻抗传感器324中的每个时会产生具有阻抗尖峰的信号。对由多个阻抗传感器324所产生的差异信号进行比较和统计分析，以识别颗粒28的尺寸。例如，可以根据来自多个阻抗传感器324的信号来确定平均值或中值，以估计颗粒28的尺寸。
[0046]在所示的其中电场区域330中的一些被提供具有不同尺寸的示例中，增强了颗粒之间的尺寸区分。足够大的颗粒，即大于电场区域的颗粒，可以使电场区域330饱和。同时，相对于电场区域330较小的颗粒不会产生用于确定阻抗变化的强信号。因为系统320形成了不同尺寸的电场区域330，所以定制了电场区域的尺寸以适应较小尺寸的颗粒和较大尺寸的颗粒两者，同时减小由于阻抗传感器的大颗粒饱和以及小颗粒弱信号强度引起的不精确性。
[0047]在一个实施方式中，控制器206被配置成选择性且独立地改变操作两个或更多个阻抗传感器324的频率。例如，可以以第一频率操作阻抗传感器324D，同时以第二不同频率来操作阻抗传感器324E。通过在不同阻抗传感器324之间改变频率，系统320可以分析颗粒28的另外的特性。例如，对于生物细胞而言，不同频率可以用于不同地激励细胞的细胞质或细胞膜。这种对细胞的不同部分的不同激励可以产生逻辑信号，以用于识别与细胞或颗粒28相关联的另外的特性。
[0048]图5和6示出了微流体感测系统420，即微流体感测系统20的示例性实施方式。微流体感测系统420类似于微流体感测系统120，在于系统420也包括通道122以及源贮存器200、栗202、接收贮存器204、控制器206、输出208和平台216，上文结合系统120示出和描述了其中每一者。与微流体感测系统120相比，微流体感测系统420包括阻抗传感器424。阻抗传感器424形成跨通道122的聚焦电场区域430。阻抗传感器424包括本地接地432和电极434。本地接地432和电极434沿着通道122相对表面延伸并且被尺寸变化的间隙436分离开。术语“尺寸变化的间隙”是指跨越本地接地432和相对的对应电极434的相对表面或面并在其之间的距离，其中间隙的距离或尺寸随着沿通道122向上游或向下游行进而变化。尺寸改变的间隙436导致形成具有聚焦中心或核心区域438的电场430，该聚焦中心或核心区域438在间隙的最窄部分之内具有较高密度的电场线。结果，当颗粒28通过电场区域430时由传感器424产生的电阻抗信号具有较大且较为尖锐的信号尖峰，指示颗粒28阻挡或阻碍电场区域430的程度。由颗粒28穿过聚焦场区域430而产生的较大或较为尖锐的信号尖峰有助于对颗粒尺寸的更为可靠的感测。
[0049]在例示的示例中，间隙436具有基本上等于通道122的宽度的最大宽度，以及对应于接地432和电极434的相对点440的间隔的最小宽度W。点440提供了在其间延伸的电场线的增强聚焦。在一个实施方式中，点440之间的宽度W被调谐，以适应将穿过电场区域430的颗粒28的最大预期尺寸。尽管间隙436的最大宽度对应于通道122的宽度，但在其它实施方式中，间隙436的最大宽度或者也可以小于通道122的宽度。
[0050]尽管接地432和电极434中的每个都被例示为均为突出的，但在其它实施方式中，接地432和电极434其中之一或者可以包括具有平行于通道122侧面的表面的扁条。尽管接地432和电极434中的每个都被例示为具有居中的点440，但在其它实施方式中，接地432和电极434可以具有非对称的点440。例如，接地432和电极434其中之一或两者或者可以具有以下构造:提供一间隙，该间隙在最靠近源贮存器200处最宽，在最靠近接收贮存器204处最窄。尽管接地432和电极434中的每个都被例示为具有彼此相对的单个点440，但在其它实施方式中，接地432和电极434其中之一或两者或者可以具有沿通道122的一系列点或锯齿，或者可以具有沿通道122凸出或凹入的曲面。
[0051]如图6所示，沿着通道122的单个表面或面形成接地432和电极434。在例示的示例中，接地432和电极434两者都沿着通道122的底面442形成，从或相邻于通道122的相对侧壁444、446延伸。因为接地432和电极434是沿着通道122的同一面(例如，底面442)形成的，所以有助于在制造期间精确地且可靠地控制点440与间隙436的间距。此外，接地432和电极434不妨碍通道122的横截面区域和流体26的流动。在其它实施方式中，接地432和电极434沿着通道122之内的相对表面形成并从其突出。
[0052]图7示出了微流体感测系统520，即微流体感测系统20的另一个示例性实施方式。微流体感测系统520类似于微流体感测系统420，除了微流体感测系统520包括阻抗传感器524而非阻抗传感器424之外。系统520的这些其余部件在图7中被类似地编号或在图2中示出。
[0053]阻抗传感器524类似于阻抗传感器424，除了阻抗传感器524包括接地532和电极534之外，它们协作以形成电场区域530。接地532和电极534类似于接地432和电极434，除了接地532和电极534沿着通道122彼此间隔开。换言之，接地532和电极534其中之一位于接地532和电极534中的另一个的上游。结果，并非通常地跨越通道122垂直地延伸，电场区域530而是跨越通道122倾斜地或对角地延伸。倾斜取向的电场区域530增加了通过电场区域530的颗粒28阻碍电场区域530的时间。结果，这种对电场区域530的阻碍导致电阻抗信号较长的斜升时间和斜降时间，有助于对颗粒28的尺寸可靠而精确的检测。如阻抗传感器424那样，本地接地532和电极534被跨越通道1222的尺寸变化的间隙分离开，形成电场线的聚焦区域538，其产生较为尖锐的阻抗信号尖峰，进一步有助于增强颗粒尺寸检测。
[0054]图7示出了微流体感测系统620，即微流体感测系统20的另一个示例性实施方式。微流体感测系统620类似于微流体感测系统120，在于系统620也包括通道122以及源贮存器200、栗202、接收贮存器204、控制器206、输出208和平台216，上文结合系统120示出和描述了其中每一者。与微流体感测系统120相比，微流体感测系统620包括阻抗传感器624，该阻抗传感器624通过沿通道122将本地接地632与电极634间隔开而沿通道122形成延长的电场区域。在一个实施方式中，本地接地632和电极634具有2μ到5μ之间的间距S，以提供增强的信号强度。在其它实施方式中，接地632、电极64可以具有其它间距。
[0055]在例示的示例中，本地接地632和电极634包括完全跨越通道122与通道122的侧面正交而延伸的导电表面或导电条。例如，在一个实施方式中，本地接地632和电极634包括暴露出的钽条。在其它实施方式中，接地632和电极634可以由其它暴露出的或薄膜覆盖的导电材料或金属形成。在其它实施方式中，本地接地632和电极634其中之一或两者可以交替地部分跨越通道122而延伸。尽管接地632被示为处在电极634的下游，但在其它实施方式中，这种关系可以是相反的。
[0056]图8示出了微流体感测系统720，即微流体感测系统20的另一个实施方式。微流体感测系统720类似于微流体感测系统620，除了系统720包括阻抗传感器724而非阻抗传感器624之外。阻抗传感器724包括本地接地732和电极734，其类似于传感器624的接地632和电极634，除了接地732和电极734倾斜地跨越通道122或对角地跨越通道122而延伸之外。结果，当电极734被充电时，由接地732和电极734形成的延长的电场区域跨越通道122而倾斜地延伸。结果，颗粒28对电场区域的阻碍导致电阻抗信号的较长斜升时间和斜降时间，有助于对颗粒28的尺寸可靠而精确的检测。
[0057]图9示出了微流体感测系统820，即微流体感测系统20的另一个实施方式。微流体感测系统820类似于微流体感测系统120，在于系统820也包括通道122以及源贮存器200、栗202、接收贮存器204、控制器206、输出208和平台216，上文结合系统120示出和描述了其中每一者。与微流体感测系统120相比，微流体感测系统820包括沿着通道122间隔开的多个阻抗传感器824Α和824Β(统称为阻抗传感器824)。因为系统820包括多个阻抗传感器824，系统820可以利用多个信号来确定颗粒28的尺寸，可以对该多个信号进行比较和统计分析以提供对颗粒28的尺寸检测的增强精确度。
[0058]阻抗传感器824Α包括本地接地832和电极834Α。接地832和电极834Α沿通道1222的相对侧延伸而形成对角地延伸的电场区域830Α。阻抗传感器824Β包括本地接地832和电极834Β。接地832和电极834沿着通道122的相对侧延伸，从而在阻抗传感器824Α所提供的电场区域830Α下游形成对角地延伸的电场区域830Β。如图9所示，传感器824共享单个接地832，降低了制造的复杂度。此外，对角延伸的电场8304可以在颗粒28通过电场区域830时使传感器824提供较长的斜升信号和斜降信号，提高颗粒28的尺寸检测精确度。
[0059]在例示的示例中，阻抗传感器824沿通道122形成不同尺寸或形状的电场区域830。在例示的示例中，阻抗传感器824Β具有较长的电极834Β，从而形成与由阻抗传感器824Α形成的电场区域830Α相比较大的电场区域830Β。结果，增强了颗粒之间的尺寸区分。足够大的颗粒(即，大于电场区域的颗粒)可以使电场区域830饱和。同时，相对于电场区域830而言小的颗粒不会产生用于确定阻抗变化的强信号。因为系统820形成了不同尺寸的电场区域830A、830B，所以定制了电场区域的尺寸以适应较小尺寸的颗粒和较大尺寸的颗粒两者，同时减小由于阻抗传感器的大颗粒饱和以及小颗粒弱信号强度引起的不精确性。
[0060]在一个实施方式中，控制器206(图2中所示)被配置成选择性且独立地改变操作两个或更多阻抗传感器824的频率。例如，可以以第一频率操作阻抗传感器824A，而以第二不同频率操作阻抗传感器824B。通过在不同阻抗传感器324之间改变频率，系统820可以分析颗粒28的另外的特性。例如，对于生物细胞而言，可以利用不同频率来不同地激励细胞的细胞质或细胞膜。这种对细胞的不同部分的不同激励可以产生逻辑信号，以用于识别与细胞或颗粒28相关联的另外的特性。
[0061 ]尽管阻抗传感器824被例示为包括一对共享单个本地接地832的电极834，但在其它实施方式中，传感器824或者也可以包括共享单个电极834的一对本地接地832。尽管本地接地832和电极834被例示为沿通道122在通道122的底面上形成，但在其它实施方式中，本地接地832和电极834(或电极834和本地接地832)可以形成于通道122的侧壁上或通道122的底面和侧壁两者上。
[0062]图10示出了微流体感测系统920，即微流体感测系统20的另一个实施方式。微流体感测系统820类似于微流体感测系统620，在于系统920也包括通道122以及源贮存器200、栗202、接收贮存器204、控制器206、输出208和平台216，上文结合系统120示出和描述了其中每一者。与微流体感测系统120相比，微流体感测系统820包括沿着通道122间隔开的多个阻抗传感器924A和924B(统称为阻抗传感器824)。因为系统920包括多个阻抗传感器924，系统920可以利用多个信号来确定颗粒28的尺寸，可以对该多个信号进行比较和统计分析以提供对颗粒28的尺寸检测或估计的增强精确度。
[0063]阻抗传感器924A包括本地接地932和电极934A。接地932和电极934A沿着通道122上游或下游而彼此间隔开。阻抗传感器924B包括本地接地932和电极934B。接地932和电极934B沿着通道122延伸，以在阻抗传感器924A所提供的电场930A的下游形成电场930B。如图10所示，传感器924共享单个接地932，降低了制造的复杂度。
[0064]在一个实施方式中，电极934A与电极934B相比较为邻近接地932，以使得阻抗传感器924所形成的电场区域930尺寸不同。结果，通过这种不同电场区域930的颗粒28可以产生不同的阻抗信号，可以对该不同的阻抗信号进行比较和分析以增强颗粒28的尺寸检测精确度。
[0065]图11示出了微流体感测系统1020，即微流体感测系统20的另一个实施方式。微流体感测系统1020类似于微流体感测系统120，在于系统920也包括通道122以及源贮存器200、栗202、接收贮存器204、控制器206、输出208和平台216，上文结合系统120示出和描述了其中每一者。微流体感测系统1020也类似于微流体感测系统920，除了夹置地的一对接地电极对角地跨越通道122而延伸。
[0066]如图11所示，微流体感测系统1020包括由接地1032和电极1034A形成的阻抗传感器1024A，以及由接地1032和电极1034B形成的阻抗传感器1024B。电极1034A和接地1032形成电场区域1030A，而电极1034B和接地1032形成电场区域1030B。电场区域1030跨越通道122沿对角延伸。结果，因颗粒28通过电场区域1030而产生的阻抗信号具有较长的斜升时间和斜降时间，有助于增强颗粒28的尺寸检测精确度。在一个实施方式中，接地1032与电极1034是等距离间隔开的。在另一个实施方式中，接地1032与电极10342间隔开不同的距离，形成不同尺寸的电场区域1030，以增强尺寸检测精确度。
[0067]图12示出了微流体感测系统1120，即微流体感测系统20的另一个实施方式。微流体感测系统1120类似于微流体感测系统120，在于系统1120也包括通道122以及源贮存器200、栗202、接收贮存器204、控制器206、输出208和平台216，上文结合系统120示出和描述了其中每一者。微流体感测系统1120沿着通道122包括许多阻抗传感器11244、11248、1124〇和1124D (统称为传感器1124)。传感器1124A、1124B、1124C和1124D共享单个本地接地1132，并且分别包括电极1134A、1134B、1134C和1134D(统称为电极1134)。
[0068]电极1134在接地1132的一侧上延伸，并且与接地1132间隔开不同距离。此外，电极1134中的每一个都与相邻的电极1134隔开不同的间距。例如，电极1134A和电极1134B沿着通道122互相隔开第一距离，而电极1134B和电极1134C沿着通道122互相隔开较大的第二距离。电极1134之间不同的间距提供了另外的区分的第一信号的比较，以确定通过传感器1124所形成的电场区域的颗粒28的尺寸。在另一个实施方式中，电极1134可以与接地1132等距离隔开。
[0069]电极1134与本地接地1132协作以形成尺寸不同的交叠电场区域。传感器1124所提供的不同尺寸的电场区域适应不同尺寸的颗粒28，维持了信号强度或减小了由于较大尺寸的颗粒28造成的饱和而导致的精确度的可能性。尽管接地1132被示为处在电极1134的上游，但在其它实施方式中，接地1132可以形成于电极1134的下游。在一些实施方式中，电极1134中的一些或另外的电极1134可以被提供于接地1132的上游，以提供另外的电场区域。
[0070]图13示出了微流体感测系统1220，即微流体感测系统20的另一个实施方式。微流体感测系统1220类似于微流体感测系统120，在于系统1220也包括通道122以及源贮存器200、栗202、接收贮存器204、控制器206、输出208和平台216，上文结合系统120示出和描述了其中每一者。微流体感测系统1220类似于微流体感测系统920，除了微流体感测系统1220包括夹置并共享中间本地接地的不同尺寸的电极之外。微流体感测系统1220包括阻抗传感器1224A和1224B。
[0071]阻抗传感器1224A包括本地接地1232和电极1234A。接地1232和电极1234A沿着通道122上游或下游相互间隔开。阻抗传感器1224B包括本地接地1232和电极1234B。接地1232和电极234B沿着通道122延伸，以在阻抗传感器1224A所提供的电场区域1230A的下游形成电场区域1230B。如图13所示，传感器1224共享单个本地接地1232，降低了制造复杂度。
[0072]如图13进一步所示，电极1234A具有与电极1234B相比较短的长度，跨越通道122的较小部分延伸。电极1134与本地接地1132协作以形成尺寸不同的电场区域。传感器1224所提供的不同尺寸的电场区域适应不同尺寸的颗粒28，维持了信号强度或减小了因较大尺寸的颗粒28造成的饱和而导致的精确度。尽管电极1234被示为与接地1232等间距间隔开，但在其它实施方式中，电极1234中的每个都相对于接地1232被间隔开不同距离。
[0073]图14、图15、图16和图17示出了微流体感测系统1320及其操作。微流体感测系统1320类似于上述微流体感测系统1220，除了以下这一点之外:通过通道122的流动方向相反，其中阻抗传感器1324B及其电极1334B在阻抗传感器1324A及其电极1334A的上游。图14和15示出了在不存在颗粒28的阻碍的情况下，分别由阻抗传感器1324A和1324B产生的电场区域1330A和1330B。图16示出了由流体26所传送的颗粒28对电场区域1334A的示例性阻碍。图16示出了电场线如何必须围绕颗粒28行进，增大了阻抗。
[0074]图17为曲线图，示出了微流体感测系统1320在颗粒28相继流过阻抗传感器1324B的电场区域1330B和阻抗传感器1324A的电场区域1330A时呈现出的阻抗信号随时间的变化。如图17所示，由于颗粒28阻碍较大的电场区域1230B至第一程度，所以阻抗信号产生第一尖峰1341。随着颗粒28继续流过较小的电场区域1230A时，由于其相对于电场区域1230A尺寸较大，所以颗粒28阻碍电场区域1230A至较大的第二程度。结果，阻抗信号产生大于第一尖峰1341的第二尖峰1343。可以比较并分析不同大小的阻抗信号尖峰，以确定或估计颗粒28的对应尺寸。
[0075]图18是曲线图，其比较了由上述不同的微流体感测系统在单一尺寸的颗粒流过每个感测系统的一个或多个阻抗传感器时所产生的阻抗信号。如图18所示，微流体感测系统420产生最强或最大的阻抗信号。微流体感测系统120产生次最大的阻抗信号。
[0076]图19示出了微流体感测系统1420，即微流体感测系统20的另一个实施方式。微流体感测系统1420类似于微流体感测系统120，在于系统1120也包括源贮存器200、栗202、接收贮存器204、控制器206、输出208和平台216，上文结合系统120示出和描述了其中每一者。微流体感测系统1420还包括通道1422和阻抗传感器1424。通道122包括从源贮存器200(图2中所示)延伸的第一部分1426、延伸到接收贮存器204(图2中所示)的第二部分1427，以及连接部分1426和部分1427的中间弯曲部分1428。
[0077]阻抗传感器1424包括被定位成形成电场区域1430的本地接地1432和电极1434，电场区域1430在弯曲部分1428之内和周围延伸。当颗粒28通过弯曲部分1428时，延长的电场区域1430被阻碍，并产生用于确定颗粒28的尺寸的阻抗信号。尽管接地1432被示为处在电极1434的上游，但在其它实施方式中，这种关系可以是相反的。
[0078]图20示出了微流体感测系统1520，即微流体感测系统20的另一个实施方式。微流体感测系统1520类似于微流体感测系统1420，除了微流体感测系统1520包括阻抗传感器1524A和1524B(统称为阻抗传感器1524)之外。阻抗传感器1524包括本地接地1532和电极1534A。阻抗传感器1524B包括本地接地1532和电极1534B。阻抗传感器1524共享单个接地1532并分别形成延长的电场区域1530A和1530B。系统1520所提供的多个阻抗传感器提供被通过其的颗粒28阻碍的多个电场区域，可以对其进行比较和分析以便有助于增强对颗粒28的尺寸检测。尽管传感器1524A和1524B被描述成共享单个接地1532，但在其它实施方式中，传感器1524均具有专用的本地接地。在又一实施方式中，感测系统1520或者可以包括具有不同的本地接地的阻抗传感器，其共享其间在弯曲部分1428之内的单个电极。
[0079]图21示出了微流体感测系统1620，即微流体感测系统20的另一个实施方式。微流体感测系统820类似于微流体感测系统120，在于系统1620也包括通道122以及源贮存器200、栗202、接收贮存器204、控制器206、输出208和平台216，上文结合系统120示出和描述了其中每一者。与微流体感测系统120相比，微流体感测系统1620包括跨越并沿着通道122布置的阻抗传感器阵列，以用于检测流体26所传送的流过通道122的颗粒28的尺寸。
[0080]如图21所示，微流体感测系统1620包括本地接地1632A、1632B(统称为本地接地1632)以及电极163441、1634々2、163481和163482(统称为电极1634)。接地1632和电极1634与一者时钟并列(clock rate with one)以形成跨越通道122并沿着通道122的电场区域阵列，其中因个体电场区域的阻碍而产生的阻抗信号还有助于对颗粒28的尺寸的确定或估
i+o[0081 ] 在例示的示例中，本地接地1632A以及由本地接地1632A、电极1634A1和1634A1共享的电极具有第一尺寸，形成第一尺寸的电场区域。本地接地1632B以及由本地接地1632B、电极1634B1和1634B2共享的电极具有较小的尺寸，形成较小的第二尺寸的电场区域。不同尺寸的电场区域以及跨越通道122并沿通道122的通道122之内的电场区域的不同位置提高了对颗粒28的尺寸的估计的精确度，适应了不同尺寸的颗粒28，同时维持了信号强度并减小了由大颗粒28造成电场区域的饱和的影响。
[0082]尽管微流体感测系统1620被示为包括2X 2的阻抗传感器1524阵列，但在其它实施方式中，微流体感测系统六和28包括较大的阻抗传感器阵列。在一些实施方式中，该阵列可以包括由相对于本地接地下游和/或对角的电极共享的本地接地，形成用于检测颗粒28的对角电场区域。在其它实施方式中，系统1620可以具有类似构造，但其中在多个间隔开的本地接地之间共享电极，而非本地接地，而形成阻抗传感器阵列。
[0083]图22示出了微流体感测系统1720，即微流体感测系统20的另一个实施方式。微流体感测系统类似于微流体感测系统120，在于系统1720也包括源贮存器200、栗202、接收贮存器204、控制器206、输出208和平台216，上文结合系统120示出和描述了其中每一者。微流体感测系统1720类似于感测系统1420，在于系统1720包括通道1422。微流体感测系统1720类似于微流体感测系统1620，但取而代之的是1720包括阻抗传感器1724的阵列1723。
[0084]如图22所示，阻抗传感器1724形成于通道1422的底面中、弯曲部分1428之内。在例示的示例中，阻抗传感器1724包括共享的单个本地接地1732和围绕本地接地1372间隔开的电极 1734A、1374B、1374C 和 1374D，分别形成阻抗传感器 1724A、1724B、1724C 和 1724D。类似于系统1620的阻抗传感器，阻抗传感器1724形成电场区域的阵列，电场区域可以受到通过的颗粒28的不同阻碍，以产生阻抗信号，可以分析该阻抗信号以确定颗粒28的尺寸的相应估计值。
[0085]除了有助于检测颗粒28的尺寸之外，微流体感测系统1720还可以用于促进对颗粒28的质量和密度的检测。因为在弯曲部分1428周围流动的颗粒动量可能会影响被颗粒28阻碍的电场区域，所以对被颗粒28阻碍的个体电场区域1428的识别可以进一步指示颗粒28的质量，因此指示其密度。较重的颗粒倾向于流向弯曲部分1428的外部，而较轻的颗粒倾向于流向弯曲部分1428的内部。例如，较重或较为致密的颗粒28可以以较大动量流过弯曲部分1428，使得与这些颗粒阻碍阻抗传感器1724D的电场区域的程度，产生较小幅度的电阻抗信号或尖峰相比，这些颗粒28阻碍阻抗传感器1724B的电场区域至较大程度，产生较大幅度的电阻抗信号或尖峰。
[0086]尽管已经参考示例性实施例描述了本公开内容，但本领域技术人员将认识到，可以在形式和细节上做出许多改变而不脱离所主张的主题的精神和范围。例如，尽管可能将不同的示例性实施例描述为包括提供一个或多个益处的一个或多个特征，但设想到可以在所述示例性实施例中或在其它替代实施例中将所述特征彼此互换或者彼此组合。因为本公开内容的技术相对复杂，所以不能预见到技术中的所有变化。参考示例性实施例描述并在所附权利要求中阐述的本公开内容明确地旨在尽可能地宽泛。例如，除非另外特别指出，援引单个特定元素的权利要求也涵盖多个这样特定的元素。
【主权项】
1.一种微流体感测装置，包括: 通道；以及 阻抗传感器，所述阻抗传感器位于所述通道之内，所述阻抗传感器包括: 本地接地，所述本地接地位于所述通道之内；以及 电极，所述电极位于所述通道之内，其中，所述本地接地和所述电极用于形成沿所述通道延长的电场区域。2.根据权利要求1所述的微流体感测装置，其中，所述电极在沿所述通道的方向上与所述本地接地间隔开。3.根据权利要求1所述的微流体感测装置，其中，所述电极和所述本地接地的至少其中之一具有沿所述通道的主要维度。4.根据权利要求1所述的微流体感测装置，其中，所述电极倾斜地面向所述通道。5.根据权利要求1所述的微流体感测装置，还包括位于所述通道之内、所述阻抗传感器下游的第二阻抗传感器。6.根据权利要求5所述的微流体感测装置，其中，所述第二阻抗传感器包括第二电极和所述本地接地。7.根据权利要求6所述的微流体感测装置，其中，所述电极与所述本地接地间隔开第一距离，并且其中，所述第二电极与所述本地接地间隔开第二距离，所述第二距离不同于所述第一距离。8.根据权利要求5所述的微流体感测装置，其中，所述阻抗传感器和所述第二阻抗传感器具有不同尺寸的电场区域。9.根据权利要求5所述的微流体感测装置，其中，所述通道包括包含有所述电极的第一部分、包含有所述本地接地的第二部分以及连接所述第一部分和所述第二部分的弯曲部分，所述弯曲部分包含所述本地接地。10.根据权利要求1所述的微流体感测装置，还包括所述通道之内的相对于所述阻抗传感器横向设置的第二阻抗传感器。11.根据权利要求1所述的微流体感测装置，还包括: 平台，所述平台支撑所述通道以及所述阻抗传感器的所述电极和所述本地接地； 电路，所述电路被支撑在所述平台之上，以使用所述阻抗传感器的所述电极和所述本地接地来产生电场区域； 热喷墨(TIJ)电阻器，所述热喷墨(TIJ)电阻器被支撑在所述平台之上、所述阻抗传感器的5mm之内；以及 热传感器，所述热传感器被支撑在所述平台之上、所述阻抗传感器和所述TIJ电阻器的5mm之内。12.根据权利要求1所述的微流体感测装置，其中，所述电极和所述本地接地被跨越所述通道的尺寸变化的间隙分离开。13.一种方法，包括: 在通道之内形成第一电场区域； 在所述通道之内形成第二电场区域； 在包含颗粒的流体在所述通道之内流动期间，对所述第一电场区域和所述第二电场区域中的阻抗变化进行感测；以及 基于所感测到的阻抗变化来识别颗粒特性。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一电场区域和所述第二电场区域具有不同的尺寸。15.一种微流体感测装置，包括: 通道；以及 阻抗传感器，所述阻抗传感器位于所述通道之内，所述阻抗传感器包括本地接地和电极，其中，所述电极和所述本地接地被跨越所述通道的尺寸变化的间隙分离开。
【文档编号】G01N33/50GK105992946SQ201480074478
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2014年1月30日
【发明人】N·M·C·麦吉尼斯, M·M·巴伦西亚, M·吉里, C·E·多明格, J·塞尔斯, M·D·史密斯
【申请人】惠普发展公司，有限责任合伙企业