基于微流控的流体控制方法、装置和微流控系统与流程

本技术涉及微流控，尤其涉及一种基于微流控的流体控制方法、装置和微流控系统。

背景技术：

1、微流控是指采用微米级的微流道处理或操作微小流体的技术，涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的知识交叉，在生物医学研究等领域具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。微流控装置应用中，为确保检测效果，需对流道内的液体的流速进行精准调控，以达到检测需求，但鉴于微流控体系的微量特性，待测液的流速检测和流速控制难度大，调控精度较低，不利于检测准确性。鉴于此，需提供一种改进方案，以解决上述现存问题的至少之一。

技术实现思路

1、本技术提供了一种基于微流控的流体控制方法、装置和微流控系统，可以显著降低微流控的流体调控精度要求、调控难度和复杂度，提升检测准确性和检测效率。

2、一方面，本技术提供了一种基于微流控的流体控制方法，应用于微流控装置，所述微流控装置设置有第一分支流道、第二分支流道和交汇流道，所述交汇流道分别与所述第一分支流道和所述第二分支流道连通，所述方法包括：

3、监测所述交汇流道中层流分界面的当前界面位置信息，自所述第一分支流道流出的第一液体和自所述第二分支流道流出的第二液体在所述交汇流道中汇合形成层流，所述层流分界面为所述交汇流道中的第一液体与第二液体间的分界面；

4、若所述当前界面位置信息与当前工作模式对应的目标界面位置信息不匹配，调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，至更新的当前界面位置信息与目标界面位置信息匹配，以在所述交汇流道中形成目标流体，所述目标界面位置信息用于指示所述当前工作模式下所述层流分界面在所述交汇流道中的期望位置。

5、可能的实施方式中，所述目标界面位置信息采用下述方式确定：基于第一预设对应关系确定所述当前工作模式对应的目标界面位置信息，所述第一预设对应关系用于表征所述微流控装置的多个工作模式与预设位置信息间的对应关系。

6、可能的实施方式中，所述调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，至更新的当前界面位置信息与目标界面位置信息匹配包括：

7、基于所述目标界面位置信息和所述当前界面位置信息，确定所述层流分界面相对于所述期望位置的偏移方向；

8、若所述偏移方向为所述层流分界面朝向所述第一分支流道侧偏移，调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，以调高所述第一液体和所述第二液体间的流速比，至所述层流分界面朝向第二分支流道侧移动至更新的当前界面位置信息与所述目标界面位置信息匹配。

9、可能的实施方式中，所述方法还包括：若所述偏移方向为所述层流分界面朝向所述第二分支流道侧偏移，调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，以调低所述第一液体和所述第二液体间的流速比，至所述层流分界面朝向所述第一分支流道侧移动至更新的当前界面位置信息与目标界面位置信息匹配。

10、可能的实施方式中，在所述调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，至更新的当前界面位置信息与目标界面位置信息匹配之前，所述方法还包括：

11、获取所述第二液体的当前流速；基于所述当前流速比和所述第二液体的当前流速，确定所述第一液体的当前流速。

12、可能的实施方式中，所述调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，至更新的当前界面位置信息与目标界面位置信息匹配包括：

13、基于第二预设对应关系，确定所述当前界面位置信息对应的当前流速比和所述目标界面位置信息对应的目标流速比，所述第二预设对应关系用于表征预设流速比与所述交汇流道中所述层流分界面的多个界面位置信息间的对应关系；

14、基于所述第二液体的当前流速和所述第一液体的当前流速，进行所述第一液体和所述第二液体中至少其一的流速调节，至所述第二液体与所述第一液体的流速比达到所述目标流速比，以使所述更新的当前界面位置信息与目标界面位置信息匹配。

15、可能的实施方式中，所述微流控装置还包括光传感器，所述光传感器的信号采集区域覆盖所述交汇流道的至少部分区域，用于生成所述交汇流道中层流的感光信息；所述当前界面位置信息采用下述方式确定：

16、获取所述光传感器采集的感光信息；

17、基于所述感光信息进行界面位置分析，得到所述当前界面位置信息。

18、可能的实施方式中，所述光传感器为摄像头，所述感光信息为针对所述交汇流道所采集的流道图像；所述基于所述感光信息进行界面位置分析，得到所述当前界面位置信息包括：

19、对所述流道图像进行所述交汇流道的流道壁以及所述交汇流道中层流分界面的边缘检测，得到第一侧壁对应的第一边缘、第二侧壁对应的第二边缘和所述层流分界面对应的第三边缘，所述第一侧壁和所述第二侧壁为所述交汇流道上相对设置的两壁面；

20、基于所述第一边缘与所述第三边缘间的第一距离，以及所述第二边缘与所述第三边缘间的第二距离，确定所述当前界面位置信息。

21、可能的实施方式中，所述光传感器为摄像头，所述感光信息为针对所述交汇流道所采集的流道图像；所述基于所述感光信息进行界面位置分析，得到所述当前界面位置信息包括：

22、基于所述流道图像获取所述层流分界面对应的分界线上多个特征点的坐标信息；

23、基于所述多个特征点的坐标信息，确定所述分界线的斜率；

24、基于所述分界线的斜率确定所述当前界面位置信息。

25、可能的实施方式中，所述流速比采用下述方式调控：

26、控制所述第一分支流道中第一液体的流速稳定，调节所述第二分支流道中第二液体的流速，以调控所述流速比；

27、若所述第二分支流道中的第二液体的流速达到第二液体流速上限或者第二液体流速下限，控制所述第二分支流道中的第二液体的流速稳定，调节所述第一分支流道中第一液体的流速，以调控所述流速比。

28、可能的实施方式中，所述流速比采用下述方式调控：

29、控制所述第二分支流道中第二液体的流速稳定，调节所述第一分支流道中第一液体的流速，以调控所述流速比；

30、若所述第一分支流道中的第一液体的流速达到第一液体流速上限或者第一液体流速下限，控制所述第一分支流道中的第一液体的流速稳定，调节所述第二分支流道中第二液体的流速，以调控所述流速比。

31、可能的实施方式中，所述流速比采用下述方式调控：若需调低所述第一液体和所述第二液体间的流速比，控制所述第二分支流道中第二液体的流速稳定，调低所述第一分支流道中第一液体的流速。

32、可能的实施方式中，所述流速比采用下述方式调控：

33、若需调高所述第一液体和所述第二液体间的流速比，控制所述第一分支流道中第一液体的流速稳定，调低所述第二分支流道中第二液体的流速。

34、可能的实施方式中，所述第一分支流道和所述第二分支流道中的至少其一连通流量调节装置，所述第一液体的流速或所述第二液体的流速采用下述方式调节：

35、调节所述流量调节装置的运行参数，以调节与所述流量调节装置连通的第一分支流道中第一液体的流速或与所述流量调节装置连通的第二分支流道中第二液体的流速。

36、可能的实施方式中，所述调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，至更新的当前界面位置信息与目标界面位置信息匹配包括：

37、在第一流速约束条件下，调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，至更新的当前界面位置信息与目标界面位置信息匹配；

38、所述第一流速约束条件用于控制所述第一液体的流速在第一流速范围内，所述第一流速范围是保持所述第一液体在所述第一分支流道和所述交汇流道中的层流状态所需的流体速度范围；和/或，所述第一流速约束条件用于控制所述第二液体的液体流速在第二流速范围内，所述第二流速范围是保持所述第二液体在所述第二分支流道和所述交汇流道中的层流状态所需的流体速度范围。

39、可能的实施方式中，所述第一液体为血液，所述调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，至更新的当前界面位置信息与目标界面位置信息匹配包括：

40、在第二流速约束条件下，调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，至更新的当前界面位置信息与目标界面位置信息匹配；

41、所述第二流速约束条件用于控制所述第一液体的流速在第三流速范围内，所述第三流速范围是保持所述第一液体在所述第一分支流道和所述交汇流道中的层流状态，且所述第一液体不形成凝血状态所需的流体速度范围。

42、可能的实施方式中，所述微流控装置还包括第一检测设备和与所述交汇流道连通的混合流道，在所述当前工作模式为混合液检测模式下，所述第二液体为能够与所述第一液体发生特异性反应的反应溶液，所述混合流道用于混合所述目标流体，以使所述反应溶液与所述第一液体混合并发生特异性反应，形成目标混合液；

43、在所述调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，至更新的当前界面位置信息与目标界面位置信息匹配，以在所述交汇流道中形成目标流体之后，所述方法还包括：

44、基于所述第一检测设备对所述目标混合液进行检测，得到第一检测参数数据，所述第一检测参数数据用于指示所述目标混合液中目标物质的含量信息；

45、基于所述第一检测参数数据生成检测结果。

46、可能的实施方式中，在所述当前工作模式为混合液检测模式下，所述目标界面位置信息是基于所述第一液体和所述第二液体间的预设混合比例确定的。

47、可能的实施方式中，所述第一液体为血液；

48、在所述目标物质包括抗凝物质的情况下，所述第一检测参数数据包括用于指示所述血液的抗凝水平的检测数据。

49、可能的实施方式中，所述方法还包括：

50、获取所述目标混合液对应的界面位置信息；

51、基于所述目标混合液对应的界面位置信息，确定所述第一液体和所述第二液体间的实际混合比例；

52、基于所述实际混合比例确定所述目标混合液对应的第一液体稀释倍数；

53、所述基于所述第一检测参数数据生成检测结果包括：

54、基于所述第一检测参数数据和所述第一液体稀释倍数生成所述检测结果。

55、可能的实施方式中，所述微流控装置还包括设置于所述交汇流道上的第二检测设备，所述第二液体为基准溶液；

56、在所述当前工作模式为针对所述第二检测设备的清洗模式下，所述目标界面位置信息对应的期望位置为所述层流分界面朝向所述第一分支流道侧偏离且所述基准溶液覆盖所述第二检测设备的检测区域。

57、可能的实施方式中，所述微流控装置还包括设置于所述交汇流道上的第二检测设备；

58、在所述当前工作模式为基于所述第二检测设备的测量模式下，所述目标界面位置信息对应的期望位置为所述层流分界面朝向所述第二分支流道侧偏离且所述第一液体覆盖所述第二检测设备的检测区域。

59、可能的实施方式中，在所述清洗模式下，在所述调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，至更新的当前界面位置信息与目标界面位置信息匹配，以在所述交汇流道中形成目标流体之后，所述方法还包括：

60、获取所述基准溶液的预设参数数据和所述第二检测设备的第二检测参数数据，所述第二检测参数数据用于指示流经所述第二检测设备的基准溶液的目标标志物的含量信息；

61、若所述预设参数数据与所述第二检测参数数据一致，确定所述第二检测设备清洗完成。

62、可能的实施方式中，所述方法还包括：

63、若所述预设参数数据与所述第二检测参数数据不一致，且所述第二检测参数数据保持稳定，调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，以调低所述第一液体和所述第二液体间的流速比；

64、若检测到所述预设参数数据与所述第二检测参数数据一致，确定所述第二检测设备清洗完成。

65、可能的实施方式中，所述方法还包括：

66、在所述预设参数数据和更新的第二检测参数数据一致的状态下，获取更新的界面位置信息；

67、基于所述更新的界面位置信息校准所述当前工作模式对应的目标界面位置信息。

68、可能的实施方式中，在所述测量模式下，在所述调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，至更新的当前界面位置信息与目标界面位置信息匹配，以在所述交汇流道中形成目标流体之后，所述方法还包括：

69、获取所述第二检测设备的第三检测参数数据，所述第三检测参数数据用于指示流经所述第二检测设备的第一液体中目标标志物的含量信息；

70、若所述第三检测参数数据在预设时长内保持稳定，基于所述第三检测参数数据生成检测结果。

71、可能的实施方式中，所述方法还包括：

72、若所述第三检测参数数据在预设时长内不稳定，调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，以调高所述第一液体和所述第二液体间的流速比，至更新的第三检测参数数据在预设时长内保持稳定；

73、基于所述更新的第三检测参数数据生成检测结果。

74、另一方面提供了一种基于微流控的流体控制装置，应用于微流控装置，所述微流控装置设置有第一分支流道、第二分支流道和交汇流道，所述交汇流道分别与所述第一分支流道和所述第二分支流道连通，所述装置包括：

75、界面监测模块：用于监测所述交汇流道中层流分界面的当前界面位置信息；自所述第一分支流道流出的第一液体和自所述第二分支流道流出的第二液体在所述交汇流道中汇合形成层流，所述层流分界面为所述交汇流道中的第一液体与第二液体间的分界面；

76、调速模块：用于若所述当前界面位置信息与当前工作模式对应的目标界面位置信息不匹配，调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，至更新的当前界面位置信息与目标界面位置信息匹配，以在所述交汇流道中形成目标流体，所述目标界面位置信息用于指示所述当前工作模式下所述层流分界面在所述交汇流道中的期望位置。

77、另一方面，提供了一种微流控系统，包括微流控装置和流体控制装置，所述微流控装置设置有第一分支流道、第二分支流道和交汇流道，所述交汇流道分别与所述第一分支流道和所述第二分支流道连通；

78、所述流体控制装置用于监测所述交汇流道中层流分界面的当前界面位置信息，自所述第一分支流道流出的第一液体和自所述第二分支流道流出的第二液体在所述交汇流道中汇合形成层流，所述层流分界面为所述交汇流道中的第一液体与第二液体间的分界面；以及若所述当前界面位置信息与当前工作模式对应的目标界面位置信息不匹配，调节所述第一液体的流速和所述第二液体的流速中的至少之一，至更新的当前界面位置信息与目标界面位置信息匹配，以在所述交汇流道中形成目标流体，所述目标界面位置信息用于指示所述当前工作模式下所述层流分界面在所述交汇流道中的期望位置。

79、另一方面提供了一种电子设备，所述设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器加载并执行以实现如上述的基于微流控的流体控制方法。

80、另一方面提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由处理器加载并执行以实现如上述的基于微流控的流体控制方法。

81、另一方面提供了一种微流控装置，所述微流控装置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器加载并执行以实现如上述的基于微流控的流体控制方法。

82、另一方面提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现如上述的基于微流控的流体控制方法。

83、本技术提供的基于微流控的流体控制方法、装置、设备、存储介质、微流控装置、计算机程序和计算机程序产品，具有如下技术效果：

84、本技术的技术方案能够应用于微流控装置，微流控装置中自第一分支流道流出的第一液体和自第二分支流道流出的第二液体在交汇流道中汇合形成层流，并形成第一液体与第二液体间的层流分界面，通过监测交汇流道中层流分界面的当前界面位置信息，并将其与当前工作模式对应的目标界面位置信息进行对比，若不匹配，调节第一液体的流速和第二液体的流速中的至少之一，以使层流分界面朝向目标界面位置信息对应的期望位置移动，至更新的当前界面位置信息与目标界面位置信息匹配，得到当前工作模式所需的目标层流；调控过程中通过调整第一液体和/或第二液体的流速即可实现层流分界面位置调整，进而达到预设位置，无需精准确定和调节液体的具体流速值，降低调控难度；并且，本技术的技术方案无需涉及不同流道与流速数据间的关系标定，不受流道管路形状等尺寸变化影响，适用范围广。