用于检测流体压力的、带有可位移的图案化层的流体芯片的制作方法
【专利摘要】一种被配置为处理流体的流体芯片器件(100，1000)，其中流体芯片器件(100，1000)包括彼此层叠的多层(140到143)，其中层(140到143)的至少一部分包括栅栏(172)和用于在压力下引导流体的流体通道(132)的交替序列的图案化区段(170)和压力检测器(174)，图案化区段(170)被配置为是可响应于所述压力进行位移的，压力检测器(174)通过生成指示压力的值的检测器信号对所述图案化区段(170)的位移作出响应。
【专利说明】用于检测流体压力的、带有可位移的图案化层的流体芯片
【技术领域】
[0001]本发明涉及流体芯片器件和方法。
【背景技术】
[0002]许多【技术领域】需要压力测量。例如，在US3，985，021，US5, 645，684，DE19832681，US7, 252, 006, W02007 / 014336, US7, 509, 869, W02011 / 013111，或者由 M.J.Kohl、S.1.Abdel-Khalik、S.M.Jeter> D.L.Sadowski 在 Sensors and Actuators A (传感器和致动器 A) 118 (2005)第 212 页到 221 页上发表的 “A microf luidic experimental platformwith internal pressure measurements (带有内部压力测量装置的微流体实验平台)”中公开了这样的系统。
[0003]在液相色谱分析中也可能需要流体的压力测量。在液相色谱分析中，流体分析物可以被泵送而通过包括能够分离流体分析物的不同组分的材料的柱(column)。这样的材料，所谓的可以包括硅胶的珠子(bead)，可以被填充到可以连接到其它元件(如，控制单元、包括样品和/或缓冲剂的容器)的柱形管中。这样的色谱布置的一部分可以被集成于流体芯片(fluidic chip)器件中。
[0004]US2009 / 238722公开了被配置来处理流体样品的这种流体芯片器件，该流体芯片器件包括:具有用于在压力下引导流体样品的流体导管的基板，和将基板布置在其间的两个加强结构，其中两个加强结构彼此连接以加强基板的耐压性。
[0005]对液相色谱系统的操作可能涉及诸如1000巴(bar)或更高的高压的应用。这对于液相色谱系统的正确控制而言可能是一个挑战。
具体实旆方式
[0006]本发明的目标是提供即使在高压应用中也可正确控制的高效流体芯片器件。该目标通过独立权利要求来实现。进一步的实施例由从属权利要求示出。
[0007]根据本发明的示例性实施例，提供了被配置来处理流体的流体芯片器件，其中流体芯片器件包括彼此层叠的多层和压力检测器，其中这些层中的至少一部分包括栅栏(bar)和用于在压力下引导流体的流体通道的交替序列的图案化区段，该图案化区段被配置为是可响应于压力进行位移的，该压力检测器被配置为通过生成指示压力的值的检测器信号对图案化区段的位移(displacement)作出响应。
[0008]根据另一示例性实施例，提供了一种检测指示了流体的压力值的信息(比如，数据)的方法，该流体在被配置来处理流体的流体芯片器件中流动，流体芯片器件包括彼此层叠的多层和至少部分地集成于多层中的压力检测器，其中这些层的至少一部分包括栅栏和流体通道的交替序列的图案化区段，其中该方法包括:响应于由在压力下引导流体通过流体通道而施加的压力来使能图案化区段的位移，以及通过由压力检测器生成指示压力的值的检测器信号来检测图案化区段的位移。
[0009]在本申请的上下文中，术语“流体芯片器件”可以具体表示(例如平的和平面的或基本平面的)芯片状的配置，该配置具有执行对于所供应的流体的预定义任务的配设(provision)。
[0010]在本申请的上下文中，术语“处理”可以具体表示对流体或者样品执行的任何处理。这可能包括仅仅引导流体样品通过流体芯片器件(例如，当流体芯片器件是连接件(connection piece)时)。然而,也有可能的是处理是诸如(例如，使用色谱柱或电泳分离单元的)样品分离之类的活性过程。
[0011]在本申请的上下文中，术语“栅栏和流体通道的交替序列的图案化区段”可以具体表示层的结构化的层部(例如结构化的金属部)，该层具有由各种栅栏区段(在图案化层的、层材料没有被图案化过程移除的位置处)彼此流体地分开的各种流体通道部(在图案化层的、层材料已经被图案化过程移除的位置处)。栅栏区段在此可以表示图案化层的任何材料部而不管其一定的形状。
[0012]在本申请的上下文中，术语“可位移的”可以具体表示图案化的区段在其层内并且相对于其它层是自由安装的，从而该图案化的区段将被由流体通道中的承压流体所施加的压力移动。
[0013]在本申请的上下文中，术语“检测器信号”可以具体表示检测器的任何输出，该输出可测量作为位移的结果并且以位移的量以及因此以流体压力的量为特征。
[0014]在本申请的上下文中，术语“流体”可以具体表示任何液体、任何气体、任何液体和气体的混合物，可选地包括固体颗粒。特别地，液相色谱分析中的分析物不一定是液体，而是能够是溶解的固体或溶解的液体。
[0015]在本申请的上下文中，术语“层叠的”可以具体表示通过(具体是使用粘合材料或粘合剂)粘合片状材料创建层叠制品的结果。层叠可以被执行，以使得一些预制层(preformed layer)以在相邻层之间的直接接触固定地彼此连接(如果有的话,则将粘合剂的非常薄的层除外)，以使得这些层在不破坏层叠的层的堆叠(stack)的情况下不能够彼此分开。这样的固定的连接例如可以通过胶粘、压、焊接、粘合、熔凝和固化、或化学反应实现。
[0016]根据本发明的示例性实施例，彼此层叠的层的堆叠具有至少一层，该至少一层的至少区段被结构化以使得流体通道(定义流动路径，流体可以沿着该流动路径在流体芯片器件内流动)与栅栏(即，将各种流体通道彼此分开或流体地解耦的物理结构)交替。通过这样的图案化，该层的材料就其稳定性被减弱，从而在(例如，在液相色谱应用中1200巴的)高压下流动的流体将使图案化区段产生显著位移，即，将用以压力为特征的具体方式移动栅栏。通过在该层堆叠中集成感应图案化区段的位移的压力检测器，流体芯片器件的内部的压力值可以被准确地检测，这对精确控制和操作流体芯片器件有很高的价值。
[0017]接着，将对流体芯片器件的另一些示例性实施例进行说明。然而，这些实施例也适用于本方法。
[0018]在实施例中，流体芯片器件包括另一些栅栏和用于在压力(其可以是与被引导通过所述图案化区段的所述流体的所述压力相同的压力或者与之不同的另一压力)下引导另一流体(其可以是与被引导通过所述图案化区段的所述流体相同的流体或者与之不同的另一流体)的另一些流体通道的交替序列的另一图案化区段，其中另一图案化区段被配置为是可响应于另一流体的压力进行位移的。接着压力检测器能够被配置为通过生成指示另一流体的压力值的另一检测器信号对另一图案化区段的位移作出响应。差压确定单元被配置为基于所述检测器信号和所述另一检测器信号确定与所述流体和所述另一流体之间的压力差相关的信息。在这样的实施例中，流体通道之间的压力差能够被测量。因此，如果进入流体通道的压力是相同的，所述差压确定单元将不输出任何偏离零值的信号。然而，如果存在压力差，将只输出指示此压力差的信号。因此，例如可能通过用这种差分技术来测量流体通道的两个不同区段(例如，处理元件的上游和下游)，以获得对所述处理元件处的压力降(pressure drop)的定量测量。这继而能够推断出所述处理元件是否正常运作。此外，这种差分测量比对仅有一个图案化区段进行的绝对压力测量具有更高的精确度。
[0019]在实施例中，所述另一图案化区段被分配给这些层中不同于所述图案化区段的另一部分。例如，所述图案化区段和所述另一图案化区段可以被布置在彼此平行的相邻层中。因此，流过不同层的一种或多种流体之间的压力差可以被检测到。
[0020]在可选的实施例中，所述另一图案化区段与所述图案化区段被分配给同一层。例如，所述图案化区段和所述另一图案化区段都可以被部分地布置在两个不同层中。因此，这样的实施例能够实现检测器信号的特别精确的可比性。
[0021]在实施例中，所述多层中的至少一层被布置在这些层中包括所述图案化区段的部分和这些层中包括另一图案化区段的另一部分之间。通过将一个或多个中间层夹在这些图案化层之间，能够实现高度机械稳定性并且各种图案化层的流体路径能够安全地被流体地解耦。例如，夹层可以是即使在高压力值或其它严苛的条件下也能提供高鲁棒性的加强层，比如，金属层。
[0022]在可选的实施例中，这些层中包括图案化区段的部分与这些层中包括另一图案化区段的另一部分直接相邻。在这种情况下，可以实现特别紧凑的流体芯片器件。换言之，在这种情况下不出现中间层。随后可以通过这些图案化区段中的各种流体通道相比于所述另一图案化区段中的各种流体通道之间的横向位移，实现所述图案化区段中的流体通道与于所述另一图案化区段中的流体通道之间的流体解耦。
[0023]在一个实施例中，流体芯片器件包括处理元件(具体为流阻器(flow resistor)(或者色谱柱等))用于对所述处理元件的入口处供应的流体进行处理，以使得经处理的流体在所述处理元件的出口处被供应为另一流体。随后差压确定单元可以被配置为确定由所述处理元件处理产生的所述流体的压力降。通过这样的实施例，所述处理元件对所述压力条件的影响可以被检测到。压力差能够导出关于所述处理单元的运作的信息。
[0024]在一个实施例中，所述流体通道和所述另一些流体通道被布置在对应的层中，在到垂直于所述层的堆叠方向的平面的投影中无重叠。从上方看向所述层堆叠，即，看向最上面的层的上主表面，如果所述层是透明的，鉴于流体通道和不同层之间都没有重叠，那么将能够察看到所有流体通道。这允许所述不同层中的流体通道流体地解耦，以及提供层堆叠的稳定的整体结构。
[0025]在实施例中，流体芯片器件包括用于在压力下向流体通道供应流体的压力源(比如，泵)，以及用于在另一压力下向另一些流体通道供应另一流体的另一压力源(比如，另一泵)。因此，即使两个不同的压力源(比如，两个不同的泵)向所述图案化区段和所述另一图案化区段供应加压流体，这两个压力源之间的压力差也根据它们对流体通道的影响被测得。[0026]在实施例中，所述压力源和所述另一压力源彼此流体地解耦，S卩，它们之间的流体连通可能被禁用。因此，彼此不再有相互作用的两个不同通道之间的压力差也可以被测得。
[0027]在实施例中，所述图案化区段和其所在层的其余部分之间的连接被减弱结构(具体为切入所述多层中的至少一层的框(frame))减弱，从而使得所述图案化区段能够响应于所述压力(即，当施加压力时)相对于所述层的其余部分运动，这种减弱结构可以通过在所述层中围绕所述图案化区段的至少一部分的穿孔或连续切割线形成，以使得所述图案化区段能够相对于对应层的剩余部分自有移动。这能够进一步提高压力传感器的灵敏度，因为不是整个层而仅是所述图案化区段必须执行运动。
[0028]在实施例中，流体芯片器件还包括图案化基准区段，所述图案化基准区段在结构上被配置为类似于所述图案化区段(例如，与其相同)但是没有所述减弱结构，以使得基准区段响应于所述压力在空间上保持固定。基准信号检测器可以被配置为响应于所述压力检测所述图案化基准区段的基准信号，以及校准单元可以被配置为基于或使用所述基准信号校准所述检测器信号。在这样的实施例中，图案化区段和基准图案化区段可以具有相同的物理结构，即，相同的尺寸、材料、形状。所述图案化区段和所述基准图案化区段之间的唯一区别是所述基准图案化区段在空间上是固定的，即，不能相对于对应层的剩余部分摆动。已经认识到温度对所述压力检测器的输出也有影响。然而，对于所述图案化基准区段和所述图案化区段而言，信号的温度有关的部分基本上是相同的。因此，当所述图案化区段发生位移时，在所述图案化基准区段和所述图案化区段之间的差分测量能够消除来自所述图案化区段的压力信号的温度影响。因此，压力检测的精确度可以被进一步提高并且可以呈现为与温度无关。
[0029]在实施例中，校准单元被配置为通过考虑所述基准信号至少部分地补偿所述检测器信号中的温度影响。这具体地能够通过从所述检测器信号中减去所述基准信号来执行，从而消除或至少强烈抑制温度的影响。
[0030]在实施例中，所述图案化区段的栅栏形成曲折结构(meander structure)、螺旋结构、和/或锯齿结构。然而，任何其它种类的物理结构都是可能的，只要它们产生流体通道和栅栏的交替序列。
[0031]在实施例中，所述层的至少一部分包括金属材料和/或塑性材料。例如，所述层可以由不锈钢制成，同时聚亚芳基醚酮(polyarylenetherketone, PAEK)可以是另一适合所述层的材料。聚醚醚酮(polyetheretherketone, PEEK)是可以使用的塑性材料的具体示例。将诸如碳化硅、氧化铝、氧化镁等陶瓷材料用于所述层也是可能的。
[0032]在实施例中，压力检测器包括应变仪。应变仪是用于测量物体的应变的设备。应变仪的可使用类型包含支持金属箔图案的灵活支架(backing)。该测量仪通过合适的粘合剂(比如，氰基丙烯酸酯)附着到物体。箔随物体的形变而形变，导致其电阻改变。这一电阻改变(例如，可以使用惠斯通电桥(Wheatstone bridge)测得)一定量地与所述应变相关。
[0033]在实施例中，应变仪被附着到图案化区段或者至少部分地与图案化区段相集成。例如，如果栅栏由导电材料制成，其本身就可用作随形变改变其电阻的应变仪结构。作为这种集成形成的实施例的替代实施例，整个压力传感器也可以被设置为完全从所述图案化区段分离。[0034]在实施例中，应变仪包括电信号供应单元和响应信号分析单元，该电信号供应单元被配置为向应变仪的导电结构施加电信号，该响应信号分析单元被配置为:对响应于所施加的电信号所接收到的响应信号进行分析以生成检测器信号。这种实施例可以利用某些导电结构随形变改变它们的电阻的效应。
[0035]在实施例中，响应信号分析单元包括惠斯通电桥。惠斯通电桥是电阻布置，其至少一部分能够在一定的影响下被改变，从而允许对本实现方式中的压力值的非常精确的测量。
[0036]在实施例中，压力检测器包括电磁辐射源(比如，光源)，该电磁辐射源被配置为用初级电磁辐射照射图案化区段，特别是所述栅栏的反射表面。电磁辐射检测器(比如，光电二极管)可以被配置为:对响应于所述初级电磁辐射从所述图案化区段接收到的次级电磁辐射进行检测以生成检测器信号。例如，光源可以将光束照射在所述图案化区段上，随后光束被反射并且被光电二极管或另一光检测器测量。取决于图案化区段(具体是栅栏)的形变状态，流体通道中呈现的压力值然后能够被确定。通常，压力越大，经反射的光束与无压力条件的偏离就越大。
[0037]在另一实施例中，压力检测器包括电容式压力检测器、电阻式压力检测器、半导体压力检测器、隧道压力检测器、和/或基于位置检测的压力检测器。然而，许多其它传感器类型也能够被实现。这些传感器中的每个都被配置来对由所述流体通道中的加压流体所产生的所述图案化区段的形变作出响应。
[0038]在实施例中，图案化区段被配置为根据弹性胡克(Hooke)特性，是可响应于所述压力进行位移的。弹性胡克特性可以表示反向驱动力与所述图案化区段的伸长成正比的特性。
[0039]在实施例中，所述层中的两层的每层都包括图案化区段，其中该两层埋藏于多个层叠层的堆叠中(即，不是表层)并且被彼此对称地(并且相对于中间层)布置在堆叠中。通过对具有图案化区段的所述层的对称布置，响应于加压流体的形变将在层叠的层堆叠上生成力，这些力至少部分地彼此抵消，以使得作用于流体芯片器件上的整体负载被减小。
[0040]在实施例中，图案化区段包括第一子区段和第二子区段，其中第一子区段的流体通道被布置为具有相对于第二子区段的流体通道的水平偏移以相对于中性轴(neutralaxis)被对称地布置。因此，在横截面视图中，图案化区段可以具有阶梯状的形状。中性轴是没有力作用在其上的轴。因此，通过定义所述偏移的值的垂直连接线连接这两个水平的子区段可以允许实现S形的形变特性。
[0041]在实施例中，图案化区段被配置为弹簧波纹(spring bellow)。因此，图案化区段表现得就像由加压流体向其施加压力的弹簧。
[0042]在实施例中，流体芯片器件包括诊断单元，该诊断单元被配置为基于检测器信号诊断流体芯片器件的功能性能。例如，查找表可以存储指示能够经验地确定的正常运作的值。在测量实际压力值或类似参数后，诊断单元可以比较这样的数据并且可以输出指示是否正常运作的信息。
[0043]在实施例中，诊断单元被配置为:基于关于流体芯片器件中的至少两个不同位置的至少两个检测器信号来执行诊断。在层堆叠内的不同位置处的测量可以允许拓宽数据基础，从而获得基于局部效果的效应(artifact)的更好的独立性。[0044]在实施例中，流体芯片器件包括至少一个流体接口，该至少一个流体接口用于供应或排出流体以及与所述多层的至少一部分进行流体连通，其具体为:至少一个流体入口端口用于向所述多层中的至少一层供应流体，和至少一个流体出口端口用于排出从所述多层中的至少一层接收到的流体。因此，几个流体端口用于引入和接收流体是可预见的。
[0045]在实施例中，流体芯片器件包括用于传导电信号以及与所述多层的至少一部分进行电连通的至少一个电接口，该至少一个电接口具体为:至少一个电信号入口端口用于向所述多层中的至少一层供应电信号，和至少一个电信号出口端口用于传输从所述多层中的至少一层接收到的电信号。除流体通道外，流体芯片器件还可以具有用于允许信号传输的电接口。
[0046]在实施例中，所述层中的至少一层的厚度在约25 μ m到约300 μ m的范围之间，具体为在约50 μ m到约200 μ m的范围之间，更具体地为在约70 μ m到约120 μ m的范围之间。所述层在其它方向上的延伸可以显著大于这些信号，例如，可以在Imm到IOcm的范围之间，具体为Icm到5cm。因此，各层可以是平层或平片。
[0047]在实施例中，流体芯片器件包括被布置在流体导管中并且被配置为与流体样品相互作用的处理元件。这样的处理元件可以是集成在层堆叠中的色谱柱。其它处理元件也是可能的。例如，处理元件可以是流阻器。
[0048]设在基板中的处理元件的至少一部分可以填充有流体分离材料。这样的流体分离材料也可以被称作静态相(stationary phase)，静态相可以是允许与样品的相互作用的可调节程度的任何材料，以便能够分离此样品的不同组分。流体分离材料可以是包括下述组中的至少一项的填装材料(packing material)或者液相色谱柱填充材料,所述组包含聚苯乙烯、沸石、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、玻璃、聚合物粉末、二氧化硅、和二氧化硅凝胶。然而，具有允许通过该材料的分析物例如因为所述填装材料和所述分析物的馏分(fraction)之间的不同种类的相互作用或亲和性而被分离成不同的组分的材料属性的任何填装材料都能够被使用。
[0049]处理元件的至少一部分填充有流体分离材料，其中流体分离材料包括大小基本在
Iμ m到50 μ m的范围之间的珠子。因此，这些珠子可以是可以填充在分离柱内侧的小颗粒。这些珠子可以具有大小基本在0.008 μ m到0.03 μ m的范围之间的孔隙。流体样品可以通过孔隙，其中相互作用可以发生在流体样品和孔隙之间。流体分离可以通过这种效应发生。
[0050]流体芯片器件可以被配置为用于分离流动相(mobile phase)的组分的流体分离系统。当包括流体样品的流动相被泵送通过流体芯片器件(例如，带有高压)时，柱的填充物和流体样品之间的相互作用可以允许分离样品的不同组分，正如在液相色谱设备或凝胶电泳设备中所执行的那样。
[0051]然而，流体芯片器件还可以被配置为用于净化流体样品的流体净化系统。通过在空间上分离流体样品的不同馏分，多组分样品(例如，蛋白质溶液)可以被净化。当已经在生物化学实验室中准备好蛋白质溶液时，该蛋白质溶液仍然可以包括多种组分。如果例如仅对该多组分液体中的蛋白质感兴趣，可以迫使该样品通过所述柱。由于不同蛋白质馏分与柱中的填充物的不同相互作用(例如，使用凝胶电泳设备或液相色谱设备)，不同样品可以被区分，并且一种样品或材料的带(band)可以被选择性地分离为净化的样品。
[0052]流体芯片器件可以被配置来分析流动相的至少一种组分的物理参数、化学参数和/或生物参数中的至少一项。术语“物理参数”可以具体表示流体的大小或温度。术语“化学参数”可以具体表示分析物的馏分的浓度、亲和性参数等等。术语“生物参数”可以具体表示生物化学溶液中的蛋白质、基因等等的浓度，组分的生物活性等。
[0053]流体芯片器件可以是或者可以在不同技术环境中实现，例如，检测器设备，用于对测试下的设备或物质进行测试的测试设备，用于化学分析、生物分析和/或药物分析的设备，毛细管电泳设备，液相色谱设备，气相色谱设备，电子测量设备，或质谱设备。特别地，流体芯片器件可以是高性能液相设备(HPLC)，分析物的不同馏分可以通过该设备被分离、检测和分析。
[0054]流体芯片器件可以被配置来引导液体流动相通过处理元件以及另一可选的处理元件。作为液体流动相的替代，气体流动相或包括固体颗粒的流动相可以使用流体芯片器件来被处理。不同相(固体、流体、气体)的混合物的材料也可以使用示例性实施例被分析。
[0055]流体芯片器件可以被配置来引导流动相通过(一个或多个)带有高压(具体为至少600巴，更具体的为至少1200巴)的处理元件。在这样的高压应用的上下文中，互连的加强布置的紧束(corset)功能特别关键。
[0056]流体芯片器件可以被配置为微流体芯片器件。术语“微流体芯片”可以具体表示本文所述的流体芯片器件允许将流体输送通过尺寸在μ m或更小的量级的微通道。
[0057]流体芯片器件可以被配置为纳流体芯片器件。术语“纳流体芯片”可以具体表示本文所述的流体芯片器件允许输送流体通过尺寸在nm或更小的量级的微通道。
【专利附图】
【附图说明】
[0058]很多本发明的实施例的附带的优点和其它目标将通过参考下面结合附图对实施例的更详细地描述而更容易地被领会并且变得更好理解。基本上或功能上等同或类似的特征将由相同的附图标记来指代。
[0059]图1根据本发明的示例性实施例示出了位于流体设备的层堆叠中间的一层。
[0060]图2根据本发明的示例性实施例示出了流体芯片器件的图案化区段，其中该图案化区段具有被布置为具有相对于彼此垂直偏移的两个区段。
[0061]图3示出了在存在在高压下流过图案化区段的栅栏之间的导管的流体的情况下，图2的图案化区段的S形伸长特性。
[0062]图4根据本发明的示例性实施例示出了包括数据处理部分的流体芯片器件的三维视图。
[0063]图5根据本发明的示例性实施例示出了针对差压传感器和针对绝对压力传感器的图案化的金属层的流体通道的透视图。
[0064]图6示出了图5的结构的俯视图。
[0065]图7示出了图5的差压传感器的详细视图。
[0066]图8根据本发明的示例性实施例示出了在流体芯片器件的通道和栅栏之上的带有半桥的应变仪检测器的布置。
[0067]图9根据本发明的示例性实施例在左侧示出了绝对压力传感器并且在右侧示出了差压传感器。
[0068]图10根据本发明的示例性实施例示出了具有差压传感器的多层结构在无形变的操作模式下的横截面视图。
[0069]图11示出了在存在由流体压力引起的形变的情况下的图10的布置。
[0070]图12根据本发明的另一示例性实施例，依照差压测量装置和直接相邻的层中的图案化区段示出了流体芯片器件的横截面视图。
[0071]图13是根据本发明的示例性实施例的带有差压测量装置的流体芯片器件的又一示例性实施例，其图案化区段是完全不同的层。
[0072]图14根据本发明的示例性实施例示出了流体芯片器件的图案化的部分的锯齿结构。
[0073]图15根据本发明的示例性实施例示出了流体芯片器件的图案化的部分的螺旋结构。
[0074]图16是根据本发明的示例性实施例的流体芯片器件的俯视图。
[0075]图17根据本发明的示例性实施例示出了可以由流体芯片器件实现的液相色谱系统。
[0076]附图中的图示是示意性的。
[0077]现在更详细地参照附图，图17示出了液体分离系统10的总体示意图。泵20通常通过脱气器27接收来自溶剂供应源25的流动相，脱气器27进行脱气从而减少流动相中溶解的气体。泵20-作为流动相驱动器-驱动移动相通过包括固定相的分离设备30 (比如，色谱柱)。(具有图17中示意性地示出的针/座(seat)布置的)采样单元40被设于泵20和分离设备30之间，以便使样品流体融入移动相或向移动相添加样品流体(通常称作样本注入)。分离设备30的固定相被配置来分离样品液体的成分。检测器50被提供来检测样品流体的经分离的成分。分馏单元60能够被提供来输出样品流体的经分离的成分。
[0078]虽然流动相可以仅包括一种溶剂，它也可以由多种溶剂混合。这样的混合可以是低压混合并且在泵20的上游提供，以使得泵20已经接收和泵送混合溶剂作为移动相。可选地，泵20可以包括多个个体的泵送单元，多个泵送单元中的每个接收并泵送不同的溶剂或混合物，以使得对流动相(如由分离设备30所接收的)的混合在高压并且在泵20的下游(或作为其一部分)发生。流动相的组合(混合)可以随时间保持恒定，即所谓的等度模式，或者随时间变化，即所谓的梯度模式。
[0079]可以为传统的PC或工作台的数据处理单元70可以被耦合到(如虚线箭头所示)液体分离系统10中的一个或多个设备，以便接收信息和/或控制操作。例如，数据处理单元70可以控制泵20的操作(例如，设置控制参数)并从中接收关于实际工作状态的信息(比如，在泵的出口处的输出压力，流率等)。数据处理单元70还可以控制对溶剂供应源25 (例如，设置要供应的(一种或多种)容剂或溶剂混合物)和/或脱气器27 (例如，设置诸如真空度之类的控制参数)的操作，并且可以从中接收关于实际工作状态的信息(比如，随时间供应的溶剂成分、流率、真空度等)。数据处理单元70还可以控制对采样单元40的操作(例如，随泵20的操作条件控制样品注入或同步样品注入)。可切换阀90能够被操作以调整液体分离系统10中的所需的流体耦合。分离设备30也可以由数据处理单元70控制(例如，选择特定的流动路径或柱，设置操作温度等)，并且-反过来-向数据处理单元70发送信息(例如，操作条件)。相应地，检测器50也可以由数据处理单元70控制(例如，关于光谱或波长设置、设置时间常数、启动/停止数据采集)，并且向数据处理单元70发送信息(例如，关于所检测到的样品成分)。数据处理单元70还可以控制对分馏单元60的操作(例如，连同从检测器50接收的数据)并且提供数据备份。
[0080]可切换阀90能够被操作以调整液体分离系统10中所需的流体耦合。
[0081]在下文中，将对本发明有关流体芯片器件中的压力检测的多个实施例进行说明。这样的流体芯片器件可以包括图17中所示的一个或多个组件的任何组合。
[0082]在下文中，参照图1，将对根据示例性实施例的流体芯片器件100进行说明。
[0083]图1中的大图示出了流体芯片器件100的多层堆叠的聚酰亚胺核心层140。图1中的小图示出了流体芯片器件100的整个多层堆叠的侧视图，其中示出了嵌入在其它层之间的核心层140，这将在下面更详细地描述。
[0084]流体芯片器件100被用作用来进行液相色谱勘测的系统。流体芯片器件100用于分离能够被泵送通过装置100的流体或流动相的不同组分，该流体芯片器件100包括前置柱(pre-column) 101用于对流体样品进行预处理(例如，样品制备或样品富集)，并且包括分析柱或主柱120用于对已经经过前置柱101的流体样品进行后处理。换句话说，系统100是二级流体分离系统。其它实施例可以只包括只有一个柱的一级流体分离系统，或多级流体分离系统或者具有多个(例如，三个、四个或更多)柱的工作流程集成系统。工作流程将分离之前的处理暗示为:柱富集、消解等。
[0085]在图1的实施例中，每个流体分离柱101和120都包括柱管102，其被成形以限定封闭填装通道，例如具有矩形横截面。在这些流体分离柱101和120中的每个中，其中填充有填装组分104的管状接收部103被限定。
[0086]流体芯片器件100被用作液相色谱设备，并且在每个流体分离柱101和120中具有靠近各柱101、120的入口 131、134的第一熔块105和设在各柱101、120的出口 133、135处的第二熔块106。第一熔块105形成各柱101、120的入口并且被设置在各柱管102的上游。第二熔块106形成各柱101、120的出口并且位于各柱管102的下游。使用流体芯片器件100分离的流体的流动方向被标以标号109。
[0087]流体泵(未示出)由芯片100外部提供并且在例如1000巴的压力下泵送流体通过连接管或流体导管111 (垂直于图1的纸面延伸)，并且从此到前置柱101的入口 131，通过第一熔块105进入柱管102。在离开柱管102之后，也就是说在已经经过第二熔块106之后，连接到前置柱101的出口 133的中间管132将经预处理的分析物输送到主柱120的入口 134。主柱120的内部构造类似于前置柱101，但是就大小和填充在管状接收部103中的流体分离材料114而言可以(或可以不)不同于前置柱101。
[0088]在下一阶段中，样品在主柱120中被进一步分离，并且经进一步分离的样品离开主柱120的出口 135。在离开主柱120的柱管102之后，也就是说在经过主柱120的第二熔块106之后，第二流体导管112 (垂直于图1的纸面延伸)，将经分离的分析物输送到定位在芯片100外部的容器和分析单元(未示出)。
[0089]柱管102包括填充物104。换言之，包括多个硅胶珠114的填装组分104被插入到每个柱101、120的柱管102的空心孔103中。
[0090]流动相首先被引导通过前置柱101。通过选择H2O环境中合适的ACN浓度，流体样品的馏分可以首先被截留在前置柱101的柱管102中的特定位置处。这个过程可以被表示为预聚焦或预分离。在前置柱101中未被截留的流动相的组分被收集在废品单元中(未示出)。
[0091]此后，前置柱101的柱管102中的ACN / H2O浓度比可以被选择性地修改以洗脱在前置柱101的柱管102中截留的样品。接着，流体样品将流过前置柱101的出口 133，并且将进入主柱120的入口 134，以被截留在靠近主柱120的熔块105的出口的部分。
[0092]当流体穿过主柱120时，不同于要被分离的馏分的组分可以直接穿过柱120而不被截留并且可以被收集在废品中(未示出)。在该过程结束时，所关注的流体样品的馏分带(band)被截留在主柱120中的特定位置处。通过再次修改ACN / H2O浓度比，例如通过逐渐修改这两种组分的各自占比，所截留的样品可以从主管120中被释放，并且可以导入另一流体构件以进行进一步处理。
[0093]图1中的层140是所谓的层堆叠的活性层(active layer)，在其中执行多个流体分离过程。然而，图1中所示的层堆叠100的侧视图还示出了两个外边界层141、143形成了层堆叠的外层并且是由诸如聚酰亚胺之类的塑性材料制成的。夹在活性层140和一个外边界层141之间的是例如由不锈钢制成的加强金属层142。层140到143中的每层都在其相对的两个主表面上(图1的大图示出了活性层140的一个主表面)与相邻层的主表面通过采用胶水和粘合剂并且施加一些压力将其连接，在所述主表面的整个面积上层叠(只有外边界层141和143的两个主表面中仅有一个是层叠的，另一个是暴露的)。由于这一层叠过程，可能获得非常坚固的层堆叠，其能够承受600巴、1200巴乃至更高的压力值。在HPLC分析过程中，高的压力值可能出现在通道111、132、112中。层141、142和140包括凹部、孔或通道，它们共同形成了流体导管111 (参见图1的层141、142和140)、流体导管132(仅层140)和流体导管112(也在层141、142和140中)。因此，这些凹部、孔或通道可以彼此对齐，以共同形成流体芯片器件100的流体路径。
[0094]如从图1能够得到的，层140包括栅栏172和用于在压力下引导流体的流体通道132的交替序列的图案化区段170。图案化区段170被配置为是可响应于压力进行位移的。此外，压力检测器174被配置为:通过生成指示压力的值的检测器信号来对图案化区段的位移作出响应。图案化区段170和层140的其余部分之间的连接被穿孔或图1中以框的方式提供的完全切割线选择性地减弱。因此，图案化区段170从层140的其余部分剪切下来，从而使得图案化区段170能够响应于所述压力而相对于所述其余部分移动。换言之，金属层140在所述区段170中被图案化，以形成由层140的金属材料的剩余栅栏172隔开的流体通道132。当具有高压的流体流过通道132时，将使得机械上减弱的并且可自由移动的图案化的结构170产生形变，从而压力传感器174能够检测到这一移动或伸长。该检测信号指示流体通道132中的流体的压力。在图1中，通道132共同形成曲折结构。当压力信号被压力传感器174检测到时，结果可以以电子信号的形式被提供给诊断单元178，其被配置为基于检测器信号诊断流体芯片器件100的功能性能。因此，诊断单元178可以检测所生成的压力信号是否可接受，例如，在被认为对于流体芯片器件100是适当的范围内。
[0095]尽管图1示出了组件174、178是多层结构的一部分，S卩，集成于其中，它们也能够至少部分地被提供在层堆叠之外或与其分开。对于压力传感器174，如果它被布置在层堆叠中以获得高精确度的检测是优选的。信号评估是由诊断单元178 (例如，微处理器或中央处理单元(CPU))执行的，然而这也能够在层堆叠140的外部被执行。
[0096]应当说，活性层140不对称地位于图1的层堆叠中，即，活性层140距层堆叠的上表面的距离和距层堆叠的下表面的距离是不同的。通过采取这一措施，能够确保所执行的传感器探测能够具有高精确度，因为加压流体通道132则位于离开层堆叠的中性轴的距离。不希望受限于特定理论，目前认为与非常靠近于中性轴的流体通道132相比，与中性轴显著隔开的流体通道132在压力下会出现更强的位移。
[0097]图2示出了图案化区段170的实施例的详细视图。在此实施例中，图案化区段170包括第一子区段202和第二子区段204，它们被布置在彼此平行的两个不同平面中。因此，第一子区段202的流体通道132 (以及栅栏)被布置为相对于第二子区段204的流体通道132 (以及栅栏)具有水平偏移(offset) 206，即，垂直移位shift)，以便关于中性轴对称地布置。因此，提供了基于平面金属结构的压力传感器布置。图2示出了多层流体芯片器件中的相应的通道结构。例如，厚度为例如0.02mm到0.5mm的薄金属箔被提供并且被图案化。这样的结构形成与所施加的压力成比例地(即，弹性地)形变的弹簧波纹。
[0098]图3再次示出了图2的图案化区段170并且示出了 S形形变。S形形变适用于较高的信号幅度，因为这允许同时构成拉应变和压应变。图3的图像是通过对加压层布置的有限元分析获得的。
[0099]图4根据本发明的示例性实施例示出了流体芯片器件100。
[0100]更具体地，图4的图示仅示出了这种流体芯片器件100的一部分，其中图4中并没有示出所关注的层140上面的和下面的其它层。图4的实施例示出了在层140内不仅提供了具有周围减弱的结构176的图案化区段170，而且另外提供了图案化基准区段400，该图案化基准区段400以与图案化区段170相同的方式被成形和铸造尺寸但不含减弱结构176。换言之，基准区段400被布置为响应于所施加的压力流过基准区段400的栅栏之间的流体通道在空间上保持固定。其原因是另一图案化区段400在结构上没有从层140的其余部分分离，使得它不能跟随或基本上不跟随任何压力引起的运动。
[0101]图4还示出了附着在图案化区段170的顶部的、作为压力检测器174的应变仪。另夕卜，提供了另一应变仪(具有与压力检测器174的应变仪相同的结构)形式的基准信号检测器402。图案化区段170和另一图案化区段400被构造为尽可能的相似。如图4中的第一详细视图450所示，提供了校准单元404，其被配置为使用由另一检测器402生成的基准信号校准由检测器174产生的检测器信号。特别地，校准单元404可以从图案化区段170的信号中减去图案化基准区段400的信号，以便消除检测器信号中的任何由温度引起的影响。换言之，通过从与图案化区段170相关的信号中减去(来自另一图案化区段400的)基线(baseline)信号，任何基于温度的效应(和与由流体压力导致的流体通道的形变无关的其它效应)都能够被消除或至少被抑制。
[0102]图4的第二详细视图470示出了在使用检测器174和另一检测器402的应变仪进行的检测中涉及的信号路径。电信号供应单元406被提供并且被配置为分别向形成压力检测器174或402的应变仪的导电结构410(本实施例中的曲折架)施加电信号。还提供了响应信号分析单元408，其被配置为响应于所施加的电信号分析所接收到的响应信号以生成检测器信号。这样的信号可以由提供用于流体芯片器件100的电接触的弹性板或垫408供应。对于由分别形成压力检测器174和另一压力检测器402的应变仪对压力信号的精确检测，惠斯通电桥可以被提供来分别作为检测器174、402的一部分。
[0103]因此，图4示出了带有图案化层140的金属结构上的温度补偿基准结构的、用于确定所施加的压力的应变仪布置。因此，通过使用适当的检测系统(在所示实施例中的应变计)，能够估计形变的程度，其能够通过合适的信号转换器转换成电输出信号。图4的布置的优点是它能够简单地与其它流体组件集成而无需为连接元件而额外的工作。该系统还具有非常小的死体积(dead volume)的传感器单元，它是密封的，并且存在很多设计参数用于根据某一应用的某些要求形成内部通道结构(形变体)。
[0104]图5是用于绝对压力测量的流体芯片器件100的一部分的透视图，并且还示出了差压测量结构1000，将参照图10对其进行更详细地描述。仅仅就图案化金属层的通道132示出了流体芯片器件100 (未示出栅栏)。
[0105]另外，图5中还示出了温度补偿结构500 (其可以类似于基准图案化区段400)。
[0106]而且，图5对于差压布置示出了基本上由两个交错的图案化区段502、504组成的流体芯片器件1000。如对于绝对压力传感器100示出的，第一交错图案化区段502由两个区段202、204构成。第二图案化区段504具有逆向结构，以使得对于另一图案化区段504而言，子区段204’被显示在左手侧并且子区段202’被显示在右手侧。在偏移206的位置处存在图案化区段502的子区段202、204和另一图案化区段504的子区段204’、202’的交叉。此外，温度补偿结构506也被提供用于差压测量流体芯片器件1000。
[0107]图6是图5的三维结构的俯视图。
[0108]图7是图5的详细视图并且只示出了与差压测量有关的部分，即，流体芯片器件1000。
[0109]图8是与图6相关的视图，但是已覆盖了作为检测器174、402的应变仪布置，检测器174、402已经参照图4进行了说明。
[0110]图9是单一层140上的两个传感器100、1000的对称视图。在右手侧，示出了具有能够通过压力的运用而具有S形伸长的的形变的可能性的差分传感器1000。在最右手侧，示出了具有以S形的方式进行形变的可能性的应变仪梁(beam)布置。
[0111]在下文中，将参照图10更详细地说明具有差压测量特性的流体芯片器件1000。
[0112]在某些应用中(例如，在HPLC仪器中)，提供差压测量是必要的或有利的，尤其是对流体中的两个高压值之间的相对小的差值的测量，比如但不限于，例如对内置于高压路径中的流阻器处的压力降的测量，以使得两个测量区域(流阻器两端)经受在其高压值之间仅有细微差别的高压。由于源自独立的电子通路的其它干扰或误差、传感器之间的温度差异等原因，借助于多个独立的压力传感器的测量并不总是可行的。
[0113]因此，将上述类型的两种压力传感结构组合为差压传感器是有利的。特别有利的可以是将传感器结构集成在微流体设备中，例如，本领域的或类似于上述结构但是有差异的平面结构，包括连接到不同压力源的流体通道的两个平面或两层一个被置于另一个之上，如图所示，优选地这些平面中的通道相对于彼此移位，比如它们的投影不相互重叠。
[0114]这些通道可以互连到第一压力入口并且能够连接到第一压力源；另一些通道可以互连到第二压力入口并且能够连接到第二压力源。
[0115]对两个压力入口施加相等的压力并不会产生压力传感器的总形变，因为传感器的两侧上的应变会相互抵消。与此相反，两个压力之间的差值将会产生传感器结构的形变，其能够通过电子装置(应变仪，电容式、光学、电感式、半导体、隧道等的形变或位置传感器)进行评估。[0116]现在参看图10，图10示出了所有层序列的剖视图，其中示出了上面提到的层140和另外的层1012、1010。然而，这一原理能够应用于任何希望数目的层。图10的剖视图示出了带有被画为散列的方块的流体通道132的图案化区段170。从图10中可以得到，这些流体通道132被布置在两个不同的层中，即，在图10的左手侧的层140和在层10的右手侧的层1010。另外，提供了另一些流体通道1006和另一些栅栏(相邻的另一些流体通道1006之间的材料)的交替序列的另一图案化区段1002。另一些流体通道1006的左手侧部分被布置在层1010中，而流体通道1006的右手侧部分被布置在层140中。因此，如图5到图9中还示出的，垂直偏移206出现在图案化区段170和另一图案化区段1002。
[0117]由第一泵1012供电或加压的第一流体能够被引导通过第一图案化区段170的通道132。第二泵1014单独泵送另一流体通过另一图案化区段1002。因此，仅示意性地示于图10中但是也能够实现为一个或多个应变仪的压力检测器174，还被配置为通过生成指示另一流体的压力的值的另一检测器信号对另一图案化区段1002的位移作出响应。因此，被供应给压力检测器174的两个检测器信号个体地分别指示通道132中的流体和流体入口通道1006的压力值。然而，绝对压力测量与一定的不精确度有关。然而，通过在耦合到压力检测器174的输出的差压确定单元1008中对检测器信号和另一检测器信号执行差动分析，可能基于检测器信号和基于另一检测器信号确定与流体和另一流体之间的压力差相关的信息。换言之，差压确定单元1008输出指示在通道132、1006中流动的流体之间的压力差的信号。
[0118]在所示的实施例中，另一图案化区段1002被分配给与图案化区段170相同的两层140、1010。然而，这能够为多于两层或者甚至是同一层的。如果相同的层被用于不同的图案化区段170、1002，压力检测的精确度是很高的。
[0119]图11是虽然只示出了图10的组件的一部分但是与同一结构相关的示意图。从图11可以得出将加压流体分别施加于通道132和通道1006，产生了各个层堆叠的S形形变。这一形变产生了检测器信号和另一检测器信号，这些检测器信号能够由压力检测器174和差压分析单元1008进行评估。
[0120]图12示出了可选的实施例，其中在层140、1010之间不存在中间层1012。因此，图12示出了不需要中间层的传感器结构中的通道的可选的布局。
[0121]图13示出了一实施例，其中通道132仅在一层140中形成，而所有的通道1006都在另一层1010中形成。如图13所示，因此分别仅在该结构的一侧布置任一压力入口的传感器通道是可能的，然而这将产生测量结构的弧形形变而不是S形形变。
[0122]图14示出了图案化区段不一定非得具有曲折形的通道，而是锯齿结构1400也是可能的。
[0123]图15示出了螺旋结构1500也是可能的。
[0124]图16示出了流体芯片器件100能够具有诸如流阻器或色谱柱之类的处理元件1600。通过第一图案化区段170的通道132向处理元件1600的入口 1602供应流体。经过流体处理之后，流体通过流体出口 il604离开处理单元1600，并且向另一图案化区段170’的通道132’供应流体。图案化区段170’也具有减弱结构176’，并且因此能够通过一定的形变来跟随流体压力。如果来自图案化区段170、170’的信号都被供应给压力检测器174，处理元件1600处的压力降能够被测量。诊断单元1008随后能够判断压力降是否是适当的，即，处理单元1600是否正常地运作。
[0125]应当注意的是，术语“包括”不排除其它元件或特征，并且“一个”不排除多个。还可以将结合不同实施例描述的元件组合在一起。还应当注意的是，权利要求中的标号不应当被解释为限制权利要求的范围。
【权利要求】
1.一种被配置为对流体进行处理的流体芯片器件(100，1000)，所述流体芯片器件(100,1000)包括: 彼此层叠的多层(140到143)； 其中层(140到143)的至少一部分包括:栅栏(172)和用于在压力下引导所述流体的流体通道(132)的交替序列的图案化区段(170)，所述图案化区段(170)被配置为是可响应于所述压力进行位移的； 压力检测器(174)，被配置为:通过生成指示所述压力的值的检测器信号来响应所述图案化区段(170)的位移。
2.如权利要求1所述的流体芯片器件(1000)， 包括:另一些栅栏(1004)和用于在压力下引导另一流体的另一些流体通道(1006)的交替序列的另一图案化区段(1002)，其中所述另一图案化区段(1002)被配置为是可响应于所述另一流体的压力进行位移的； 其中所述压力检测器(174)被配置为:通过生成指示所述另一流体的压力的值的另一检测器信号来响应所述另一图案化区段(1002)的位移； 差压确定单元(1008)，被配置为:基于所述检测器信号和所述另一检测器信号确定与所述流体和所述另一流体之间的压力差相关的信息。
3.如权利 要求2所述的流体芯片器件(1000)，其中所述另一图案化区段(1002)相比于所述图案化区段(170)被分配给: 所述多层的另一部分(1010);或者 所述多层的同一部分(1010)。
4.如权利要求3所述的流体芯片器件(1000)，其中所述多层中的至少一层(1012)被布置在所述层的包括所述图案化区段(170)的部分(140)和所述层的包括所述另一图案化区段(1002)的其它部分(1010)之间。
5.如权利要求3所述的流体芯片器件(1000)，其中所述层的包括所述图案化区段(170)的所述部分(140)与所述层的包括所述另一图案化区段(1002)的所述其它部分(1010)直接相邻。
6.如权利要求2到5中的任何一项所述的流体芯片器件(1000)， 包括处理元件(1600)，具体是流阻器，所述处理元件(1600)用于处理在所述处理元件(1600)的入口(1602)处供应的所述流体，从而使得经处理的流体被供应为所述处理元件(1600)的出(1604)处的所述另一流体； 其中所述差压确定单元(1008)被配置为确定由所述处理产生的所述流体的压力降。
7.如权利要求2到6中的任何一项所述的流体芯片器件(1000)，其中所述流体通道(132)和所述另一些流体通道(1006)以到垂直于所述层(140，1004)的堆叠方向的平面的投影中无重叠的方式被布置在对应的层(140，1004)中。
8.如权利要求2到7中的任何一项所述的流体芯片器件(1000)，包括用于在压力下将所述流体供应给所述流体通道(132)的压力源(1012)，并且包括用于在另一压力下将所述另一流体供应给所述另一些流体通道(1006)的另一压力源(1014)。
9.如权利要求8所述的流体芯片器件(1000)，其中所述压力源(1012)和所述另一压力源(1014)彼此流体地解耦。
10.如权利要求1到9中的任何一项所述的流体芯片器件(100，1000)，其中所述图案化区段(170)和所述层(140)的其余部分之间的连接被减弱结构(176)减弱，从而使得所述图案化区段(170)能够响应于所述压力相对于所述其余部分运动，所述减弱结构(176)具体为切入所述多层(140到143)中的至少一层中的框。
11.如权利要求10所述的流体芯片器件(100，1000)，还包括: 图案化基准区段(400)，该图案化基准区段(400)在结构上被配置为不含减弱结构(176)的图案化区段(170)，以使得所述基准区段(400)响应于所述压力在空间上保持固定; 基准信号检测器(402)，被配置为:响应于所述压力，对所述基准区段(400)的基准信号进行检测； 校准单元(404)，被配置为基于所述基准信号校准所述检测器信号。
12.如权利要求11所述的流体芯片器件(100，1000)，其中所述校准单元(404)被配置为通过考虑到所述基准信号至少部分地补偿所述检测器信号中的温度影响。
13.如权利要求11或12所述的流体芯片器件(100，1000)，其中所述图案化区段(170)的所述栅栏(172)形成曲折结构(200)、螺旋结构(1500)、和锯齿结构(1400)中的至少一个。
14.如权利要求1到13中的任何一项所述的流体芯片器件(100，1000)，其中所述层(140到143)的至少一部分包括金属材料和塑性材料的至少一种。
15.如权利要求1到14中的任何一项所述的流体芯片器件(100，1000)，其中所述压力检测器(174)包括应变仪。`
16.如权利要求15所述的流体芯片器件(100，1000)，其中所述应变仪被附接到所述图案化区段(170)或者至少部分地与所述图案化区段(170)集成。
17.如权利要求15或16所述的流体芯片器件(100，1000)，其中所述应变仪包括: 电信号供应单元(406)，被配置为将电信号施加到所述应变仪的导电结构(410);以及 响应信号分析单元(408)，被配置为:响应于所施加的电信号，分析所接收到的响应信号以生成检测器信号。
18.如权利要求17所述的流体芯片器件(100，1000)，其中所述响应信号分析单元(408)包括惠斯通电桥。
19.如权利要求1到18中的任何一项所述的流体芯片器件(100，1000)，其中所述压力检测器(174)包括: 电磁辐射源，被配置为用初级电磁辐射照射所述图案化区段(170)，特别是所述栅栏(172)的反射表面； 电磁辐射检测器，被配置为:响应于所述初级电磁辐射，检测从所述图案化区段(170)接收到的次级电磁辐射以生成所述检测器信号。
20.如权利要求1到19中的任何一项所述的流体芯片器件(100，1000)，其中所述压力检测器(174)包括下述组中的至少一个，所述组包含:电容式压力检测器、电阻式压力检测器、半导体压力检测器、隧道压力检测器、和基于位置检测的压力检测器。
21.如权利要求1到20中的任何一项所述的流体芯片器件(100，1000)，其中所述图案化区段(170)被配置为:根据弹性胡克特性，可响应于所述压力进行位移的。
22.如权利要求1到21中的任何一项所述的流体芯片器件(100，1000)，其中所述层中的两层(140，1010)每层包括图案化区段(170，1002)，其中所述两层(140，1010)埋藏于所述层叠的多层(140，1012，1010)的堆叠中并且被彼此对称地布置在所述堆叠中。
23.如权利要求1到22中的任何一项所述的流体芯片器件(100，1000)，其中所述图案化区段(170)包括第一子区段(202)和第二子区段(204)，其中所述第一子区段(202)的所述流体通道(132)被布置为具有相对于所述第二子区段(204)的所述流体通道(132)的水平偏移(206)，以关于中性轴对称地布置。
24.如权利要求1到23中的任何一项所述的流体芯片器件(100，1000)，其中所述图案化区段(170)被配置为弹簧波纹。
25.如权利要求1到24中的任何一项所述的流体芯片器件(100，1000)，包括诊断单元(178)，该诊断单元(178)被配置为:基于所述检测器信号诊断所述流体芯片器件(100，1000)的功能性能。
26.如权利要求25所述的流体芯片器件(100，1000)，其中所述诊断单元(178)被配置为:基于与所述流体芯片器件(100，1000)中的至少两个不同位置相关的至少两个检测器信号执行所述诊断。
27.如权利要求1到26中的任何一项所述的流体芯片器件(100，1000)，包括用于供应或排出流体以及与所述多层(140到143)的至少一部分流体连通的至少一个流体接口(404，406)，该至少一个流体接口(404，406)具体为用于向所述多层(140到143)中的至少一层供应流体的至少一个流体入口端口(404)以及用于排出从所述多层(140到143)中的至少一层接收到的流体的至少一个流体出口端口(406)。
28.如权利要求1到27中的任何一项所述的流体芯片器件(100，1000)，包括用于传导电信号以及与所述多层(140到143)的至少一部分进行电连通的至少一个电接口(408)，该至少一个电接口(408)具体为 用于向所述多层(140到143)中的至少一层供应电信号的至少一个电信号入口端口，以及用于输出从所述多层(140到143)中的至少一层接收到的电信号的至少一个电信号出口端口。
29.如权利要求1到28中的任何一项所述的流体芯片器件(100，1000)，其中所述层(140到143)中的至少一层具有在25 μ m到300 μ m的范围之间的厚度，具体为在50 μ m到200 μ m的范围之间，更具体地为在70μπι到120 μ m的范围之间。
30.如权利要求1到29中的任何一项所述的流体芯片器件(100，1000)，包括被布置在流体导管中并且被配置为与所述流体相互作用的处理元件(1600)。
31.如权利要求30所述的流体芯片器件(100，1000)，包括下述特征中的至少一项: 所述处理元件(1600)包括用于引导所述流体的流体通道； 所述处理元件(1600)包括热交换器，所述热交换器被配置为使得所述流体能够与另一流体交换热量； 所述处理元件(1600)包括流量传感器； 所述处理元件(1600)包括混合单元，所述混合单元被配置为将所述流体与另一流体混合； 所述处理元件(1600)被配置为保留流动相的一部分的流体以及被配置为允许所述流动相的其它组分通过所述处理单元；所述处理元件(1600)包括分离柱； 所述处理元件(1600)包括用于分离所述流体的组分的色谱柱； 所述流体芯片器件(100，1000)被配置为用高压引导所述流体通过所述处理元件(1600)； 所述流体芯片器件(100，1000)被配置为用至少100巴的压力引导所述流体通过所述处理元件(1600)，所述压力具体为至少500巴，更具体地为至少1000巴； 所述处理元件(1600)的至少一部分填充有流体分离材料； 所述处理元件(1600)的至少一部分填充有流体分离材料，其中所述流体分离材料包括大小在I μ m到50 μ m的范围之间的珠子； 所述处理元件(1600)的至少一部分填充有流体分离材料，其中所述流体分离材料包括具有大小在0.008um到0.03，μ m的范围之间的孔隙的珠子。
32.如权利要求1到31中的任何一项所述的流体芯片器件(100，1000)，包括下述特征中的至少一项: 所述流体芯片器件(100，1000)被配置为用于分离所述流体的成分的流体分离系统； 所述流体芯片器件(100，1000)被配置为用于净化所述流体的流体净化系统； 所述流体芯片器件(100，1000)被配置为分析所述流体的至少一种成分`的物理参数、化学参数和/或生物参数中的至少一项； 所述流体芯片器件(100，1000)包括由以下设备组成的组中的至少一项:检测器设备，用于对测试下的设备或物质进行测试的测试设备，用于化学分析、生物分析和/或药物分析的设备，毛细管电泳设备，液相色谱设备，HPLC设备，气相色谱设备，凝胶电泳设备，电子测量设备，和质谱设备； 所述流体芯片器件(100，1000)被配置为微流体芯片器件(100，1000)； 所述流体芯片器件(100，1000)被配置为纳流体芯片器件(100，1000)。
33.一种检测指示了在流体芯片器件(100，1000)中流动的流体的压力值的信息的方法，所述流体芯片器件(100，1000)被配置为对所述流体进行处理，所述流体芯片器件(100，1000)包括彼此层叠的多层(140到143)和至少部分地集成于所述多层(140到143)中的压力检测器(174)，其中所述层(140到143)的至少一部分包括栅栏(172)和流体通道(132)的交替序列的图案化区段(170)，所述方法包括: 响应于由在压力下引导所述流体通过所述流体通道(132)施加的所述压力，位移所述图案化区段(170)； 通过由所述压力检测器(174)生成指示所述压力的值的检测器信号，检测所述图案化区段(170)的位移。
【文档编号】G01N30/32GK103797363SQ201180073493
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2011年9月15日 优先权日:2011年9月15日
【发明者】马丁·博伊尔勒, 康斯坦丁·乔伊海特 申请人:安捷伦科技有限公司