專利名稱：流體微粒分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體微粒分離裝置，且特別涉及一種通過鑒別微粒大 小而控制篩選閥門變形以達(dá)到分類流體中微粒的流體微粒分離裝置。
背景技術(shù)：
由于傳統(tǒng)的流體微粒分類裝置具有判斷、分類與計數(shù)流體中微粒的設(shè) 計，可以分離懸浮于流體中的相異物質(zhì)或顆粒。因此，這種具有分類、計 數(shù)的流體微粒分類裝置，被廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的血球分類與計數(shù)， 或液體的凈化過程上。在傳統(tǒng)的流體微粒分類裝置上，其通常利用電場或磁場的設(shè)計，來引 導(dǎo)不同顆粒大小的微粒進(jìn)入預(yù)定的收集槽中。然而，要根據(jù)微粒大小而相 應(yīng)地精確控制電場或磁場大小就不容易，會有誤差產(chǎn)生。再加上若有外在 電場或磁場存在，就更會產(chǎn)生分類不精確的問題。因此，仍需要開發(fā)新的 微粒分類及收集技術(shù)，以解決上述問題。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種流體微粒分離裝置。其可通 過鑒別微粒大小而控制篩選閥門變形以達(dá)到分類流體中微粒的目的。再者， 還可借助篩選閥門的設(shè)定位置，而達(dá)到判定微粒性質(zhì)或尺寸的效果，或獲 得過濾流體中雜質(zhì)的前處理能力。根據(jù)本發(fā)明的目的，提出一種流體微粒分離裝置，包括排序流道(sorting channel)、第一分類流道、第二分類流道、鑒別器(detector)、微處理器、第 一致動器(actuator)、第二致動器、第一篩選閥門及第二篩選閥門。排序流道 接收具有第 一微粒及第二微粒的第 一流體，并引導(dǎo)第 一微粒及第二微粒依 次通過。第一分類流道連通排序流道，用以引導(dǎo)第一微粒通過。第二分類 流道連通排序流道，用以引導(dǎo)第二微粒通過。鑒別器設(shè)置于排序流道處， 用以依次鑒別第一微粒及第二微粒的大小與數(shù)目，并由此依次輸出第一鑒 別訊號及第二鑒別訊號。微處理器與鑒別器電連接，用以依次接收第一鑒 別訊號及第二鑒別訊號，并由此依次輸出第一控制訊號及第二控制訊號。 第 一 篩選閥門以可變形的方式設(shè)置于第 一分類流道內(nèi)，用以允許第 一微粒 通過第 一分類流道。笫二篩選閥門以可變形的方式設(shè)置于第二分類流道內(nèi)， 用以允許第二微粒通過第二分類流道。第一致動器與微處理器電連接，用 以接收第一控制訊號，并由此控制第二篩選閥門變形，使第一微粒無法通 過第二分類流道。第二致動器與微處理器電連接，用以接收第二控制訊號， 并由此控制第 一 篩選閥門變形，使第二微粒無法通過第 一分類流道。為了使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更加明顯易懂，下文特例舉優(yōu)選實施例，并結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下


圖1A~ 1D是本發(fā)明第一實施例的流體微粒分離裝置的運(yùn)作流程圖。圖2A是本發(fā)明的第一種篩選閥門的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2B是本發(fā)明的第二種篩選閥門的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2C是本發(fā)明的第三種篩選閥門的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的導(dǎo)電高分子層的變形量與時間的對應(yīng)圖。圖4A是本發(fā)明具有二個閥門部的篩選閥門的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4B是圖4A的篩選閥門變形后的狀態(tài)示意圖。圖5A是本發(fā)明的過濾流道及排序流道的示意圖。圖5B是圖5A的過濾流道的左側(cè)視圖。圖5C是圖5A的過濾流道的俯視圖。圖6A是本發(fā)明第二實施例的流體微粒分離裝置的示意圖。圖6B是本發(fā)明第二實施例的流體微粒分離裝置的電路方塊圖。附圖標(biāo)記i兌明10、 60:流體微粒分離裝置11、 61:排序流道12a、 12b、 62(l卜62(n):分類流道13、 63:鑒別器14、 64:微處理器
15a、 15b、 35、 65(l) 65(n)、 71(1)-71(n):致動器16a、 16b、 26、 36、 66(l)~66(n)、 68(l)~68(n):篩選閥門17a、 17b:微粒18a、 18b:流體19、 69:過濾流道19a:中間流道20a、 20b、 70(l卜70(n):收集槽 21、 23、 24:導(dǎo)電高分子層 22:電解質(zhì)層 25:電解液26a、 26b、 36a、 36b:閥門部Cl、 C2:控制訊號Sl、 S2:鑒別訊號S3:微粒分布訊號VI、 V2、 V3:電壓△ 1、 A2:變形量△tl、 At2:時間具體實施方式
第一實施例請同時參照圖1A 1D,它們是本發(fā)明第一實施例的流體微粒分離裝置 的運(yùn)作流程圖。如圖1A所示，流體微粒分離裝置IO至少包括過濾流道19、 排序流道ll、 二個分類流道12a及12b、鑒別器13、微處理器14、 二個致 動器15a及15b、 二個篩選閥門16a及16b和二個收集槽20a及20b。過濾 流道19接收并過濾流體18b,且輸出另一流體18a，流體18a具有至少二種 微粒17a及17b。排序流道11的一端連通于過濾流道19，排序流道11用以 接收流體18b,并引導(dǎo)微粒17a及17b依次通過，以達(dá)到微粒依次逐粒排列 前進(jìn)的目的。分類流道12a及12b的一端分別連通排序流道11的另一端， 且分類流道12a及12b的另 一端分別連通收集槽20a及20b。分類流道12a 及12b用以分別引導(dǎo)不同大小的微粒通過，進(jìn)而收集所通過的微粒于收集 槽20a及20b中，以達(dá)到微粒分類及收集的目的。其中，流體18a及18b
可以是液體、氣體或超臨界流體。需要說明的是，排序流道11的進(jìn)口端，即排序流道11及過濾流道19的連接端，可利用水力聚焦效應(yīng)(fluid focus effect),使流體18a的微粒17a 及17b由過濾流道19依次進(jìn)入排序流道11。也就是說，過濾流道19的基 本結(jié)構(gòu)可由三條流道組成。流體18b由中間流道19a注入且經(jīng)由過濾后輸出 流體18a,上下兩側(cè)流道則注入邊鞘流體(sheath fluid )。在適當(dāng)控制過濾流 道19的各流道中流體的注入流速的情況下，上下兩側(cè)邊鞘流體在中間流道 19a接近排序流道11的噴嘴口擠壓流體18a，以形成水力聚焦效應(yīng)。因此， 使流體18a的寬度變窄，且上下兩側(cè)邊鞘流體流速越快，則流體18a集中效 果越好。在適當(dāng)?shù)膬蓚?cè)邊鞘流體的流速及擠壓下，可將流體18a縮減至單一 微粒尺寸的寬度，使流體18a的微粒17a及17b可以由過濾流道19依次進(jìn) 入排序流道11，達(dá)到單顆微粒排序的效果。所以，水力聚焦效應(yīng)是通過兩 側(cè)邊鞘流體對中間流體的水力集中效果，并迫使中間流體的流出寬度縮減 至本發(fā)明所預(yù)期的大小。鑒別器13設(shè)置于排序流道11處，并在排序流道11內(nèi)形成鑒別區(qū)域(虛 線范圍內(nèi))，用以鑒別所通過微粒的顆粒大小與數(shù)目，以達(dá)到微粒大小及數(shù) 目鑒別的目的。當(dāng)微粒通過鑒別器13的鑒別區(qū)域時，鑒別器13會因微粒 與流體的特性不同(例如導(dǎo)電或介電性質(zhì))，而產(chǎn)生4全測值瞬間改變，并由此 轉(zhuǎn)換成鑒別訊號，因此可以得知有無待測微粒通過鑒別器13的鑒別區(qū)域。 并且，依據(jù)鑒別訊號的強(qiáng)弱與數(shù)目，亦可以分辨通過鑒別器13的鑒別區(qū)域 的微粒大小及個數(shù)，以作為后續(xù)分類的參考基準(zhǔn)。微處理器14與鑒別器13 電連接，致動器15a及15b分別與微處理器14電連接。篩選閥門16a及16b 以可變形的方式分別設(shè)置于分類流道12a及12b內(nèi)。微處理器14根據(jù)鑒別 器13的鑒別結(jié)果輸出對應(yīng)的控制訊號至致動器15a及15b中的至少一個， 以相應(yīng)地控制篩選閥門16b及16a變形。此外，篩選閥門16a及16b的變形 用以分別決定分類流道12a及12b的管徑大小。倘若篩選閥門16a及16b 以可體積膨脹或厚度增厚的方式分別設(shè)置于分類流道12a及12b內(nèi)，當(dāng)篩選閥門16a及16b的體積變大或厚度變厚時，則分類流道12a及12b的管徑大 小將會變小。當(dāng)篩選岡門16a及16b的體積或厚度不變或恢復(fù)原狀時，則分 類流道12a及12b的管徑大小將維持不變或恢復(fù)原狀，進(jìn)而允許可通過的微 粒進(jìn)入收集槽20a及20b中。
如圖IB所示，當(dāng)微粒17a首先進(jìn)入鑒別器13于排序流道11內(nèi)的鑒別區(qū)域時，鑒別器13可通過電學(xué)、磁學(xué)或光學(xué)等方式鑒別微粒17a的顆粒大 小與數(shù)目，并由此輸出鑒別訊號Sl。例如，鑒別器13可為庫爾特粒度儀 (CounlterCounter),其通過電學(xué)方式鑒別微粒的顆粒大小與數(shù)目。在光學(xué) 鑒別技術(shù)上，可通過光照微粒的方式，根據(jù)微粒遮蔽光線的多寡或微粒對 于光線的散射程度，以決定微粒的大小。此外，鑒別器13具有計數(shù)器，用 以在鑒別器13檢測出每一個微粒的大小后將數(shù)值加1。當(dāng)鑒別器13檢測完 所有微粒后，其計數(shù)器將會輸出最后的微粒檢測總數(shù)目。其中，鑒別訊號 Sl包含微粒17a的顆粒大小與數(shù)目的信息。微處理器14接收鑒別訊號Sl， 并由此輸出控制訊號C1。致動器15a接收控制訊號Cl，并由此控制篩選閥 門16b變形，使微粒17a無法通過分類流道12b。其中，致動器15a以電訊 號或機(jī)械作用力的方式控制篩選閥門16b變形。在本實施例中，致動器15a 與篩選閥門16b電連接，且在接收控制訊號Cl后輸出電壓VI至篩選閥門 16b。篩選閥門16b接收電壓VI而由此體積膨脹或增加厚度，進(jìn)而縮小分 類流道12b的管徑大小，使微粒17a因顆粒大小大于分類流道12b的管徑大 小而無法通過分類流道12b。此時，由于篩選閥門16a的體積或厚度沒有改 變，故分類流道12a的管徑大小維持不變，且可以允許顆粒大小小于分類流 道12a管徑大小的微粒17a通過分類流道12a而進(jìn)入收集槽20a中。需要注 意的是，在微粒17a在鑒別器13的鑒別區(qū)域移動期間，鑒別器13將會繼續(xù) 輸出鑒別訊號Sl至微處理器14。而微處理器14將會繼續(xù)輸出控制訊號Cl 至致動器15a,且致動器15a將會繼續(xù)輸出電壓VI至篩選閥門16b，使篩 選閥門16b的體積膨脹或厚度增加至微粒17a不能通過分類流道12b的程 度。如圖1C所示，當(dāng)微粒17a離開鑒別器13的鑒別區(qū)域，而微粒17b接 著進(jìn)入鑒別器13的鑒別區(qū)域時，鑒別器13鑒別微粒17b的顆粒大小與數(shù) 目，并由此輸出鑒別訊號S2。其中，鑒別訊號S2包含微粒17b的顆粒大小 與數(shù)目的信息。微處理器14接收鑒別訊號S2，并由此輸出控制訊號C2。 致動器15b接收控制訊號C2,并由此控制篩選閥門16a變形，使微粒17b 無法通過分類流道12a。其中，致動器15b以電訊號或才幾械作用力的方式控 制篩選閥門16a變形。在本實施例中，致動器15b與篩選閥門16a電連接， 且在接收控制訊號C2后輸出電壓V2至篩選閥門16a。篩選閥門16a接收 脹或增加厚度，進(jìn)而縮小分類流道12a的管徑大小， 使微粒17b因其顆粒大小大于分類流道12a的管徑大小而無法通過分類流 道12a。此時，微粒17a已經(jīng)離開鑒別器13的鑒別區(qū)域一段時間而預(yù)備進(jìn) 入收集槽20a中，致動器15a將會停止繼續(xù)輸出電壓VI給篩選閥門16b。 因此，篩選閥門16b的體積或厚度將會恢復(fù)為圖1A所示的原狀。由于篩選 閥門16b的體積或厚度恢復(fù)為原狀，故分類流道12b的管徑大小亦恢復(fù)為 原來大小，且可以允許顆粒大小小于分類流道12b的流道大小的微粒17b 通過分類流道12b而進(jìn)入收集槽20b中。需要注意的是，在微粒17b于鑒 別器13的鑒別區(qū)域移動期間，鑒別器13將會繼續(xù)輸出鑒別訊號S2至微處 理器14。而孩i處理器14將會繼續(xù)輸出控制訊號C2至致動器15b，且致動 器15b將會繼續(xù)輸出電壓V2至篩選閥門16a,使篩選閥門16a的體積膨脹 或厚度增加至微粒17b不能通過分類流道12a的程度。如圖1D所示，當(dāng)微粒17b離開鑒別器13的鑒別區(qū)域一段時間而預(yù)備 進(jìn)入收集槽20b中，致動器15b將會停止繼續(xù)輸出電壓V2給篩選閥門16a。 因此，篩選間門16a的體積或厚度將會恢復(fù)為圖1A所示的原狀。最后，微 粒17a及17b將被分別收集于收集槽20a及20b中。又，鑒別器13在鑒別 出微粒17a及微粒17b的大小后還輸出微粒計數(shù)值2。至于篩選閥門16a及16b的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在此先以篩選閥門16a為例并

如下，但本實施例的技術(shù)并不局限于此。請參照圖2A,其是本發(fā) 明第一種篩選閥門的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2A所示，篩選閥門16a包括導(dǎo)電高 分子層21及電解質(zhì)層22，導(dǎo)電高分子層21與電解質(zhì)層22鄰接設(shè)置。電壓 V2施加于導(dǎo)電高分子層21與電解質(zhì)層22上，使電解質(zhì)層22的離子移動至 導(dǎo)電高分子層21中。因此，導(dǎo)電高分子層21的導(dǎo)電高分子將會與離子產(chǎn) 生共價鍵，使導(dǎo)電高分子層21的體積膨脹或厚度增加，反應(yīng)式如下所示也就是說，上述導(dǎo)電高分子層21的變形原理，系其導(dǎo)電高分子在氧化 還原過程中，在原有導(dǎo)電高分子結(jié)構(gòu)與外來離子的交互作用而產(chǎn)生共價鍵 的影響下，引起導(dǎo)電高分子層21的體積或厚度變化。在本實施例中，導(dǎo)電 高分子層21可以是電致變形高分子材料，例如是共軛導(dǎo)電高分子材料，其導(dǎo)電高分子
包含聚外匕咯(polypyrrole， PPy )、聚苯胺(pol—line, PAn )、聚砜(polysulfone )或聚乙炔(polyacetylene， PAc)。此外，電解質(zhì)層21包含十二烷基苯磺酸 根離子、過氯酸根離子或苯磺酸根離子，且電解質(zhì)層21可采用固態(tài)材料或流體。需要說明的是，本實施例的篩選閥門16a及16b雖以電致體積膨脹或 厚度增加的導(dǎo)電高分子材料舉例說明，但本實施例的技術(shù)并不局限于此。 例如，篩選閥門16a及16b亦可選用彈性變形材料，致動器15a及15b即可 分別通過機(jī)械作用力相應(yīng)地控制篩選閥門16b及16a變形；致動器15a及 15b可以為例如常見的靜電、壓電、電磁等原理產(chǎn)生的致動器。請參照圖2B，其是本發(fā)明第二種篩選閥門的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2B所 示，篩選閥門16a包括二個導(dǎo)電高分子層21及23和電解質(zhì)層22,導(dǎo)電高 分子層21及23上下包夾電解質(zhì)層22。電壓V2施加于導(dǎo)電高分子層21及 23上，使電解質(zhì)層22的離子移動至導(dǎo)電高分子層21或23中。因此，導(dǎo)電 高分子層21或23的導(dǎo)電高分子將會與離子產(chǎn)生共價鍵，使導(dǎo)電高分子層 21或23的體積膨脹或厚度增加。其中，導(dǎo)電高分子層23包含聚吡咯、聚 苯胺、聚砜或聚乙炔。請參照圖2C,其是本發(fā)明第三種篩選閥門的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2C所 示，篩選閥門16a包括導(dǎo)電高分子層24及電解液25，導(dǎo)電高分子層24埋 設(shè)于電解液25中，電解液25與流體18a隔離而互不接觸。電壓V2施加于 導(dǎo)電高分子層24及電解液25上，使電解液25的離子移動至導(dǎo)電高分子層 24中。因此，導(dǎo)電高分子層24的導(dǎo)電高分子將會與離子產(chǎn)生共價鍵，使導(dǎo) 電高分子層24的體積膨脹或厚度增加。其中，導(dǎo)電高分子層24包含聚吡 咯、聚苯胺、聚砜或聚乙炔，電解液25包含十二烷基苯磺酸根離子、過氯 酸根離子或苯磺酸根離子，且可以是非中性液體。需要說明的是，篩選閥 門16b的設(shè)計亦可以是如圖2A~ 2B的設(shè)計，但篩選閥門16a及16b可相同 或相異。在此必須說明的是，若篩選閥門16a及16b所選用的導(dǎo)電高分子層的 電致變形的反應(yīng)較慢時，例如以圖3的變形量與時間對應(yīng)圖為例作說明， 其在Atl時間內(nèi)的變形量為A1，而完成百分之百變形量(例如是A2)則須要 耗時At2時間。本實施例中配合流道12a及12b的寬度設(shè)計，僅需利用導(dǎo) 電高分子的A1變形量，以作為篩選閥門16a及16b的控制，并提高篩選閥門16a及16b的4喿作頻率。此外，若導(dǎo)電高分子層的厚度越薄，則導(dǎo)電高分子層的變形速率越快。 因此，本實施例亦可將篩選閥門16a及16b改為上下雙層的設(shè)計，如圖4A~ 4B所示的篩選閥門26,以提高變形反應(yīng)速率。在圖4A-4B中，篩選閥門 26包括閥門部26a及26b，閥門部26a及26b亦相對地設(shè)置于流道12a內(nèi)， 且分別與圖1A的致動器15b電連接。當(dāng)閥門部26a及26b被施加電壓時， 閥門部26a及26b的體積將會變大，且厚度將會變厚，以便在閥門部26a 及26b各自小幅度的變形量下即可大幅度地縮減流道12a的寬度。此外，篩 選閥門26亦可設(shè)置于流道12b中而取代篩選閥門16b。另外，閥門部26a 及26b可以是一個由導(dǎo)電高分子層及電解質(zhì)層所構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)、 一個由 二導(dǎo)電高分子層包夾電解質(zhì)層后所形成的三層結(jié)構(gòu)或一個導(dǎo)電高分子層埋 設(shè)于電解液中后所形成的結(jié)構(gòu)，且閥門部26a及26b的結(jié)構(gòu)可以相同或相 異。舉例而言，閥門部26a包含第一導(dǎo)電高分子層及第一電解質(zhì)層，閥門部 26b包含第二導(dǎo)電高分子層及第二電解質(zhì)層，類似圖2的結(jié)構(gòu)所示。第一導(dǎo)電高分子層和第一電解質(zhì)層及第二導(dǎo)電高分子層和第二電解質(zhì)層相對設(shè) 置，圖1A的致動器15b用以分別輸出電壓至第一導(dǎo)電高分子層和第一電解 質(zhì)層及第二導(dǎo)電高分子層和第二電解質(zhì)層，以分別控制閥門部26a及26b 的變形量。其中，閥門部26a及26b亦可以是彈性變形材料。至于過濾流道 19的過濾設(shè)計，將附圖舉例說明如下，但本實施例的技術(shù)并不局限于此。 請同時參照圖5A 5B，圖5A是本發(fā)明的過濾流道及排序流道的示意圖， 圖5B是圖5A的過濾流道的左側(cè)視圖，圖5C是圖5A的過濾流道的俯視圖。 如圖5A 5C所示，流體微粒分離裝置10還包括致動器35及篩選閥門36。 篩選閥門36以可變形的方式設(shè)置于過濾流道19的中間流道19a內(nèi)。致動器 35接收微粒分布訊號S3,微粒分布訊號S3具有流體18b的微粒分布范圍 的信息。致動器35根據(jù)流體18b的微粒分布范圍控制篩選閥門36變形， 使微粒17a及17b通過過濾流道19而進(jìn)入排序流道11。在本實施例中，致 動器35在接收微粒分布訊號S3后由此輸出電壓V3。篩選閥門36以可體 積膨脹或厚度增加的方式設(shè)置于過濾流道19的中間流道19a內(nèi)，并與致動 器35電連接。篩選閥門36用以接收電壓V3而由此體積膨脹或厚度增加， 使微粒17a及17b通過過濾流道19而進(jìn)入排序流道11。其中，篩選閥門36 包含閥門部36a及36b，閥門部36a及36b分別與致動器35電連接。因此，
致動器35將可以分別輸出電壓V3至閥門部36a及36b,由此^f吏閥門部36a及36b體積膨脹或厚度增加，以過濾不需要的雜質(zhì)，如顆粒大小大于微粒 17a及17b的雜質(zhì)。本發(fā)明可以針對不同流體(例如中性流體、非中性流體或電解質(zhì)等)及所要收集的微粒大小，設(shè)定篩選閥門36適當(dāng)?shù)倪^濾尺寸，例 如閥門部36a及36b的相對位置、間隔大小及變形量大小，以有效減少流體 中雜質(zhì)對于后續(xù)微粒排序及分類的精確度的影響。又，閥門部36a及36b 可以是一個由導(dǎo)電高分子層及電解質(zhì)層所構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)、 一個由二層導(dǎo) 電高分子層包夾電解質(zhì)層后所形成的三層結(jié)構(gòu)或一個導(dǎo)電高分子層埋設(shè)于 電解液中后所形成的結(jié)構(gòu)，且閥門部36a及36b的結(jié)構(gòu)可以相同或相異。需 要說明的是，篩選閥門36亦可選用彈性變形材料，致動器35即可通過機(jī) 械作用力控制篩選閥門36變形。第二實施例請同時參照圖6A 6B，圖6A是本發(fā)明第二實施例的流體微粒分離裝 置的示意圖，圖6B是本發(fā)明第二實施例的流體微粒分離裝置的電路方塊圖。 如圖6A 6B所示，流體微粒分離裝置60包括過濾流道69、排序流道61、 多個分類流道62(1) 62(n)、鑒別器63、微處理器64、多個致動器65(l)~65(n) 及71(l)~71(n)、多個篩選閥門66(1) 66(n)及68(1) 68(n)和多個收集槽 70(1)-70(n)， n為大于2的正整數(shù)。過濾流道69接收并過濾第一流體，且 輸出第二流體，第二流體具有多個顆粒大小不同的微粒。排序流道61連通 于過濾流道69,排序流道61用以接收第二流體，且引導(dǎo)第二流體中微粒依 次通過。分類流道62(1) 62(n)的一端分別連通排序流道11，且分類流道 62(1) 62(n)的另一端相應(yīng)地連通收集槽70(l)~70(n)。也就是說，分類流道 62(1) 62(n)依次排列于排序流道61的一側(cè)，收集槽70(1) 70(n)亦相應(yīng)地依 次排列。收集槽70(1) 70(n)用以相應(yīng)地收集第1 n種微粒。鑒別器63設(shè) 置于排序流道61處，并在排序流道61內(nèi)形成鑒別區(qū)域(虛線范圍內(nèi))，用 以鑒別所通過微粒的顆粒大小與數(shù)目。微處理器64與鑒別器63電連接， 致動器65(1) 65(n)及71(1) 71(n)分別與微處理器64電連接。篩選閥門 66(1) 66(n)以可變形的方式相應(yīng)地設(shè)置于分類流道62(1) 62(n)內(nèi)，并相應(yīng) 地與致動器65(1) 65(n)電連接或機(jī)械性連接。篩選閥門68(l卜68(n)以可變 形的方式對應(yīng)地設(shè)置于排序流道61內(nèi)，并相應(yīng)地與致動器71(l) 71(n)電連
接或機(jī)械性連接。篩選岡門68( 1 )位于分類流道62( 1 )~62(2)之間的排序流道 61內(nèi)，即篩選閥門68(i)位于分類流道62(i) 62(i+l)之間的排序流道61內(nèi)， i為正整數(shù)l~n。當(dāng)鑒別器63鑒別到第1微粒時，鑒別器63輸出第1鑒別訊號至微處 理器64。微處理器64根據(jù)第1鑒別訊號輸出第1控制訊號至致動器71(1)。 致動器71(1)根據(jù)第1控制訊號控制篩選閥門68(1)變形，使第1微粒經(jīng)由分 類流道62(1)進(jìn)入收集槽70(1)中。在本實施例中，致動器71(1)根據(jù)第1控 制訊號輸出第1電壓至篩選閥門68(1)，使篩選閥門68(1)的體積變大或厚度 變厚，則第1微粒將會經(jīng)由分類流道62(1)進(jìn)入收集槽70(1)中。同樣地，當(dāng)鑒別器63鑒別到第2微粒時，鑒別器63輸出第2鑒別訊 號至微處理器64。微處理器64才艮據(jù)第2鑒別訊號輸出第2控制訊號至致動 器71(2)及65(1)。致動器71(2)及65(1)分別根據(jù)第2控制訊號對應(yīng)地控制篩 選閥門68(2)及66(1)變形，使第2微粒經(jīng)由分類流道62(2)進(jìn)入收集槽70(2) 中。在本實施例中，致動器71(2)及65(1)分別根據(jù)第2控制訊號輸出第2電 壓至篩選閥門68(2)及66(1),使篩選閥門68(2)及66(1)的體積變大或厚度變 厚，則第2微粒將會經(jīng)由分類流道62(2)進(jìn)入收集槽70(2)中。依此類推，可設(shè)計如下的微粒篩選流程(第1微粒除外)。當(dāng)鑒別器63 鑒別到第j+l微粒時，鑒別器63輸出第j+l鑒別訊號至微處理器64。微處 理器64根據(jù)第j+l鑒別訊號輸出第j+l控制訊號至致動器71(j+l)及65(1) ~ 65(j)。致動器71(j+l)及65(1)~ 65(j)對應(yīng)地根據(jù)第j+l控制訊號對應(yīng)地控制 '灘選閥門68(j+l)及66(1)-66(j)變形，使第j+l微粒經(jīng)由分類流道62(j+l) 進(jìn)入收集槽70(j+l)中。其中，j為正整數(shù)1 n。在本實施例中，致動器71(j+l) 及65(1) ~ 65(j)對應(yīng)地根據(jù)第j+l控制訊號輸出第j+l電壓至篩選閥門68(j+l) 及66(l) 66(j)，使篩選閥門68(j+l)及66(l) 66(j)的體積變大或厚度變厚， 則第j+l微粒將會經(jīng)由分類流道62(j+l)進(jìn)入收集槽70(j+l)中。需要說明的是，篩選閥門66(1) 66(n)及68(1) 68(n)各自可以是一個由 導(dǎo)電高分子層及電解質(zhì)層所構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)、 一個由二層導(dǎo)電高分子層包 夾電解質(zhì)層后所形成的三層結(jié)構(gòu)、 一個導(dǎo)電高分子層埋設(shè)于電解液中后所 形成的結(jié)構(gòu)或 一 個由二個或二個以上的閥門部所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，閥門部亦可 以是一個由導(dǎo)電高分子層及電解質(zhì)層所構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)、 一個由二層導(dǎo)電 高分子層包夾電解質(zhì)層后所形成的三層結(jié)構(gòu)、 一個導(dǎo)電高分子層埋設(shè)于電
解-液中后所形成的結(jié)構(gòu)。歸選閥門66(1) 66(n)及68(1) 68(n)亦可以是彈性變形材料，致動器65(1) 65(n)及71(1) 71(n)可通過機(jī)械作用力對應(yīng)地控制 篩選閥門66(1) 66(n)及68(1) 68(n)變形。其中，篩選閥門66(1) 66(n)及 68(1) 68(n)的結(jié)構(gòu)可以相同或相異。此外，同一個篩選閥門的閥門部的結(jié)構(gòu) 可以相同或相異。綜合上述內(nèi)容，上述實施例所披露的流體微粒分類裝置具有提供流體 運(yùn)動的排序流道與收集槽，而排序流道與收集槽間以分類道連通。而各分 類流道中或二個分類流道之間的排序流道中可設(shè)置篩選閥門，篩選閥門由 導(dǎo)電高分子層及電解質(zhì)層所構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)、二層導(dǎo)電高分子層包夾電解 質(zhì)層后所形成的三層結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電高分子層埋設(shè)于電解液中后所形成的結(jié)構(gòu)、 或二個或二個以上的閥門部所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)組合而成，亦可以是彈性變形材料。閥門部亦可以是一個由導(dǎo)電高分子層及電解質(zhì)層所構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)、 一個由二層導(dǎo)電高分子層包夾電解質(zhì)層后所形成的三層結(jié)構(gòu)、 一個導(dǎo)電高 分子層埋設(shè)于電解液中后所形成的結(jié)構(gòu)。各分類流道可容許通過微粒大小， 即借助前述致動器驅(qū)動篩選閥門。當(dāng)流體中的微粒于排序流道進(jìn)入分類流 道時，若前述控制閥門具有導(dǎo)體特性，如導(dǎo)電高分子等，則可將篩選閥門 視為電極，若再配以外接電路，即可形成利用庫爾特(Coulter)原理進(jìn)行微粒 尺寸量測與顆粒數(shù)目計算的篩選閥門。上述收集槽可分別接受不同顆粒大 小的微粒。最后，再通過微處理器的分類-統(tǒng)計功能而得到單位時間內(nèi)流體 中這些微粒的合理分布數(shù)值。需要說明的是，本實施例的流體微粒分離裝置在排序流道的進(jìn)口端(即 排序流道及過濾流道的連接端)利用中間流體流動的特性及兩側(cè)快速邊鞘 流體的水力聚焦作用，可將中間流體的微粒依次引導(dǎo)而進(jìn)入排序流道中。 再于其中間排序流道處利用鑒別器的光學(xué)、磁學(xué)或電學(xué)等鑒別技術(shù)，可偵測出微粒的大小及數(shù)目。最后，配合后端分類流道的篩選閥門的控制，可將特定大小的微粒收集至預(yù)定的收集槽中。此外，本實施例所披露的微粒分類裝置可分析同種細(xì)胞或微粒的尺寸分布，且一般細(xì)胞或微粒濃度都已經(jīng)稀釋過。因此，細(xì)胞或微粒經(jīng)過排序 流道后，鑒別器對個別細(xì)胞或微粒單體進(jìn)行鑒識。另外，本實施例所揭露 的微粒分類裝置亦可針對異種細(xì)胞或微粒進(jìn)行分析及判別。因此，本實施例可提供具有分類不同種類微粒(物理或化學(xué)性質(zhì))的流體
微粒分離裝置，其通過具有彈性變形的篩選閥門的設(shè)計，可將前述的不同 微粒分別導(dǎo)入不同的收集槽，而達(dá)到微粒分類的效果。此外，本實施例的 孩史粒分類相關(guān)技術(shù)，可用于生物血液或體液內(nèi)部的組成分類，例如血液中 不同細(xì)胞的分類與計數(shù)，或過濾液體中所含的雜質(zhì)、顆粒等應(yīng)用。另外， 本實施例所提出的流體微粒分離裝置具有特殊功能，其可通過篩選閥門的 體積或厚度變化而達(dá)到分類流體中微粒的目的。再者，還可通過篩選閥門 的設(shè)定位置，達(dá)到判定微粒性質(zhì)或尺寸的效果，或獲得過濾流體中雜質(zhì)的 前處理能力。
本發(fā)明的上述實施例所披露的流體微粒分離裝置，確實可以通過篩選 閥門的材料與位置設(shè)計，進(jìn)而達(dá)到對流體所含的顆粒與雜質(zhì)進(jìn)行過濾、鑒 別及分類的效果。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例披露如上，然其并非用以限定 本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范 圍內(nèi)，應(yīng)可作各種更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要 求書所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種流體微粒分離裝置，包括排序流道，系接收具有第一微粒及第二微粒的第一流體，并引導(dǎo)所述第一微粒及所述第二微粒依次通過；第一分類流道，系連通所述排序流道，用以引導(dǎo)所述第一微粒通過；第二分類流道，系連通所述排序流道，用以引導(dǎo)所述第二微粒通過；鑒別器，系設(shè)置于所述排序流道處，用以依次鑒別所述第一微粒及所述第二微粒的大小與數(shù)目，并由此依次輸出第一鑒別訊號及第二鑒別訊號；微處理器，系與所述鑒別器電連接，用以依次接收所述第一鑒別訊號及所述第二鑒別訊號，并由此依次輸出第一控制訊號及第二控制訊號；第一篩選閥門，系以可變形的方式設(shè)置于所述第一分類流道內(nèi)，用以允許所述第一微粒通過所述第一分類流道；第二篩選閥門，系以可變形的方式設(shè)置于所述第二分類流道內(nèi)，用以允許所述第二微粒通過所述第二分類流道，所述第二篩選閥門接收所述第一電壓而由此體積膨脹，使所述第一微粒無法通過所述第二分類流道；第一致動器，系與所述微處理器電連接，用以接收所述第一控制訊號，并由此控制所述第二篩選閥門變形，使所述第一微粒無法通過所述第二分類流道；以及第二致動器，系與所述微處理器電連接，用以接收所述第二控制訊號，并由此控制所述第一篩選閥門變形，使所述第二微粒無法通過所述第一分類流道。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一篩選閱門及所述第二篩選 閥門各自包含導(dǎo)電高分子層及電解質(zhì)層。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述導(dǎo)電高分子層包含聚吡咯、聚 苯胺、聚砜或聚乙炔。
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述電解質(zhì)層包含十二烷基苯磺酸 根離子、過氯酸根離子或苯磧酸根離子。
5. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述第一篩選閥門及所述第二篩選 閥門各自包含二個導(dǎo)電高分子層及一個電解質(zhì)層，所述二個導(dǎo)電高分子層 上下包夾所述電解質(zhì)層。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述導(dǎo)電高分子層包含聚吡咯、聚 苯胺、聚砜或聚乙炔。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述電解質(zhì)層包含十二烷基苯磺酸 根離子、過氯酸根離子或苯磺酸根離子。
8. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述第一篩選閥門及所述第二篩選 閥門各自包含導(dǎo)電高分子層及電解液。
9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述導(dǎo)電高分子層包含聚吡咯、聚 苯胺、聚砜或聚乙炔。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述電解液包含十二烷基苯磺酸根 離子、過氯酸根離子或苯磺酸根離子。
11. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第二篩選閥門包含第一導(dǎo)電高 分子層、第一電解質(zhì)層、第二導(dǎo)電高分子層及第二電解質(zhì)層，所述第一導(dǎo) 電高分子層和所述第一電解質(zhì)層及所述第二導(dǎo)電高分子層和所述第二電解 質(zhì)層相對設(shè)置，所述第一致動器用以輸出所述第一電壓至所述第一導(dǎo)電高 分子層和所述第一電解質(zhì)層及所述第二導(dǎo)電高分子層和所述第二電解質(zhì) 層。
12. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一篩選閥門包含第一導(dǎo)電高 分子層、第一電解質(zhì)層、第二導(dǎo)電高分子層及第二電解質(zhì)層，所述第一導(dǎo) 電高分子層和所述第一電解質(zhì)層及所述第二導(dǎo)電高分子層和所述第二電解 質(zhì)層相對設(shè)置，所述第二致動器用以輸出所述第二電壓至所述第一導(dǎo)電高 分子層和所述第一電解質(zhì)層及所述第二導(dǎo)電高分子層和所述第二電解質(zhì) 層。
13. 如權(quán)利要求l所述的裝置，還包括過濾流道，系連通所述排序流道，用以接收并過濾第二流體，且輸出 所述第一流體。
14. 如權(quán)利要求13所述的裝置，還包括第三篩選閥門，系以可變形的方式設(shè)置于所述過濾流道內(nèi)；以及 第三致動器，系與所述第三篩選閥門電連接，用以根據(jù)所述第二流體的微粒分布范圍控制所述第三篩選閥門變形，使所述第 一微粒及所述第二微粒通過所述過濾流道而進(jìn)入所述排序流道。
15. 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述第三篩選閥門包含第一導(dǎo)電高分子層、第一電解質(zhì)層、第二導(dǎo)電高分子層及第二電解質(zhì)層，所述第一 導(dǎo)電高分子層和所述第一電解質(zhì)層及所述第二導(dǎo)電高分子層和所迷第二電 解質(zhì)層相對設(shè)置，所述第三致動器用以輸出所述第三電壓至所述第一導(dǎo)電 高分子層和所述第一電解質(zhì)層及所述第二導(dǎo)電高分子層和所述第二電解質(zhì)層。
16. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述排序流道系利用水力聚焦效 應(yīng)，使所述第一微粒及所述第二微粒依次進(jìn)入所述排序流道。
17. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述鑒別器系在鑒別出所述第一微 粒及所述第二微粒的大小后還輸出微粒計數(shù)值2。
18. 如權(quán)利要求l所迷的裝置，還包括第一收集槽，系連通所述第一分類流道，用以接收所述第一微粒；以及第二收集槽，系連通所述第二分類流道，用以接收所述第二微粒。
19. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一篩選閥門及所述第二篩選 閥門各自包含彈性變形材料。
20. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述鑒別器為庫爾特粒度儀。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種流體微粒分離裝置，包括排序流道、第一分類流道、第二分類流道、鑒別器、微處理器、第一致動器、第二致動器、第一篩選閥門及第二篩選閥門。
文檔編號B07C5/04GK101152650SQ20061015439
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月25日
發(fā)明者周忠誠, 威 王 申請人:明基電通股份有限公司