[发明专利]片上实验室领域的泵送系统

说明书

本发明涉及一种用于泵送流体的系统和实施方法，所述系统包括：‑泵(1)，包括：具有两个相对表面的柔性膜片(100)，所述膜片(100)包括空间旋转永磁化结构，刚性载体装置(200)，其上固定有所述膜片(100)的至少一部分所述下表面(104)，‑磁场源(2)，能够在所述膜片(100)所在位置处产生驱动磁场，所述驱动磁场具有基本均匀的取向。

技术领域

本发明涉及一种用于泵送流体的系统以及该系统的实施方法。

更具体地，本发明涉及一种在片上实验室应用领域中用于泵送流体的系统。

技术背景

许多领域中都需要通过泵进行流体受控操作。例如，片上实验室领域中实施了此类受控操作。该领域在于将实验室功能微缩到芯片上。

为此，通常使用系统来泵送和控制在芯片内部循环的流体的流量和压力，以便能够实现各种功能，例如溶解粉末或使几种流体接触并对其混合，例如用于分析样品以测定相关物质。根据需要和现有解决方案，可以或多或少地对流体驱动系统进行集成。在某些情况下，泵送可以通过完全在芯片外部的系统来完成，例如通过带有注射器的推进-注射系统、常规蠕动泵系统、可以利用重力的高度差系统、或者甚至是向待注入流体施加气压的气压控制系统。这些系统需要使流体在芯片外部和内部之间通过，这要求在芯片和外部设备之间建立密封连接。

这带来了紧凑性、密封性、使用便捷性、无菌性、连接管中所含流体浪费、有时甚至由于连接管形变而导致的精度等问题。这就是为什么将与流体直接接触的泵送元件集成到芯片中是有用的，这些泵送元件可以将由于流体移动而产生的能量传递给流体，同时必要时能够使泵送系统的其他部分留在芯片之外。文献或工业中提出了大量的技术。毛细力可以通过控制芯片中通道的亲水特性来加以利用。由于这种技术是被动的，因此它无法从外部控制泵送，另外，它取决于所使用的流体。可以利用直接作用于液体的电动或磁动力，包括电渗力，但流量控制复杂，该力取决于所使用的流体，并且流体会受到化学影响并改性。离心力主要用于旋转芯片，但是随着芯片旋转，同时会使某些动作的执行变得复杂，例如测量或注入，另外泵送不能连续进行。

通过通道壁或芯片腔室的移动来驱动流体是最广泛使用的技术：常规地，这是通过气压或固体压力作用下的可形变壁或者是通过由固定压力致动的微型注射器中的滑动壁来实现的。然而，随着它们的使用，后几种系统需要在芯片中额外集成气动通道和支路，或者集成液体循环方向不可改变的被动阀，或者集成需要多个外部致动器以致动单个泵的主动阀，或者集成必须组装和密封的微型注射器。另外，通常需要通过芯片在致动器上的精确定位和精确机械支承来连接泵的集成部分与非集成部分，这限制了芯片的几何形状、材料和定位。

因此，目前在该领域中使用的泵系统无法同时兼具低集成和工业化成本、通用性、稳健性、精度和较大工作范围等诸多优点。因此，没有一种解决方案能够有效地解决片上实验室中流体泵送的问题，特别是在医疗诊断中，这需要一次性、低成本、精确、稳健的解决方案，能够产生超压或真空，并且使用简单可靠。

另外，需要说明的是，并非专门用于片上实验室的泵，现已存在并且利用磁性膜片的波动来形成能够移动的空腔，这种膜片只能通过施加方向和强度随位置和时间变化的力来产生波状形变。然而，只有通过施加方向和/或梯度具有空间不均匀性并随时间变化的磁场，才能对没有不均匀磁性结构的膜片施加这些不均匀且渐进的力。这样不得不使用紧邻膜片设置的多个场源，这些场源的尺寸接近波动尺寸，通常很小(几毫米)。另外，这些场源必须是模块化的。通常，这些场源包括几个集成到载体上的小型电磁铁。然而，此类泵存在缺陷，尤其是与电磁体妨碍载体并在泵送液体附近因焦耳效应而发热的情况有关。另外，电磁体集成价格昂贵，并且波动尺寸在小型化方面受到限制。还需要与电源和控制电路接触的支路，以调制每个电磁体。这就是为什么此类泵不适于片上实验室。

发明内容

为了解决前述的一个或多个缺陷，本发明的目的涉及一种用于泵送流体的系统，该系统包括：

-泵，包括：