專利名稱：流體邏輯門及用于控制通道中的 er流體流動(dòng)的裝置的制作方法
流體邏輯門及用于控制通道中的ER流體流動(dòng)的裝置本發(fā)明涉及用于控制通道一優(yōu)選微流通道一中的流體流動(dòng)的裝置。特別地，根據(jù)第一通道中液滴的存在或不存在來(lái)控制在第二通道中ER流體的流動(dòng)。
背景技術(shù)：
微流芯片是具有多個(gè)通道的芯片。典型地，通道具有小于Imm的寬度。它們可作為“芯片上的實(shí)驗(yàn)室”來(lái)使用，并且可例如被用于酶分析、DNA分析及蛋白質(zhì)組學(xué)(piOteomic)等。實(shí)際上，操作，諸如樣品準(zhǔn)備、預(yù)處理及化驗(yàn)檢測(cè)都可以集成到單個(gè)芯片上。在微流芯片的小尺度下的化學(xué)反應(yīng)傾向于快速發(fā)生，并且使用最少量的材料，從而節(jié)約了時(shí) 間和金錢。基于液滴的微流吸引了越來(lái)越多的關(guān)注，因?yàn)樗茉诓惶岣哐b置尺寸和復(fù)雜度的情況下進(jìn)行為數(shù)眾多的不同的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)呈液滴的形式時(shí)，反應(yīng)物被精確地輸送到離散的體積中一例如大小處于從納升到皮升的范圍，使得高通量的化學(xué)反應(yīng)和生物檢測(cè)中的單細(xì)胞操縱都可以實(shí)現(xiàn)。此外，通過(guò)使用微流體，液滴中反應(yīng)物的混合被證明能夠以毫秒(幾毫秒)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而能實(shí)現(xiàn)多步化學(xué)反應(yīng)。在微流芯片上，多種流聚集、泵驅(qū)動(dòng)和其它布置都用于驅(qū)動(dòng)流體和控制操作。任何泵和閥都傾向于由外部電路產(chǎn)生的外部電信號(hào)驅(qū)動(dòng)。數(shù)字微流體就是通過(guò)使用數(shù)字信號(hào)(即I或O)來(lái)控制液滴。電流變(ER)流體在宏觀尺度上被作為一種“智能”材料而被廣泛研究。ER流體是在施加足夠強(qiáng)的電場(chǎng)的情況下轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w形式的流體。新近，發(fā)展出一種具有巨電流變(GER)效應(yīng)的新型ER流體一例如見(jiàn)US6852251，其通過(guò)引用而結(jié)合在本文中。其包含懸浮在向日葵油中的涂有尿素的納米顆粒。在足夠強(qiáng)的電場(chǎng)下，GER流體能轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨虍愋缘墓腆w，具有表征它的強(qiáng)度的屈服應(yīng)力。這些流變變化能夠在10毫秒內(nèi)發(fā)生，且在電場(chǎng)撤銷時(shí)能反轉(zhuǎn)。如果提供編碼的電控制信號(hào)來(lái)控制流體，則GER流體可以作為數(shù)字化流體來(lái)起作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了利用流體自身來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的邏輯運(yùn)算，以控制通道中流體的流動(dòng)。本發(fā)明的一方面是基于在第一通道中存在或不存在液滴來(lái)控制在第二通道中ER流體的流動(dòng)的方法。在一個(gè)優(yōu)選示例中，第一通道輸送具有第一介電常數(shù)或者電導(dǎo)率的載流流體，以及在所述載流流體中的具有第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率第二流體的液滴。在第一通道中一特別是在第一通道的一對(duì)電極之間一存在或不存在液滴提供了數(shù)字信息；例如，在那一時(shí)刻，I對(duì)應(yīng)于液滴存在而O對(duì)應(yīng)于液滴不存在?？商峁┤缦陆Y(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)提供了與IF (‘如果’)、0R (‘或’)、AND (‘與’)和NOT(‘非’)門等同的邏輯。另外，本發(fā)明的另一方面提供了用作通用邏輯門的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可配置成具有任何預(yù)期邏輯門的邏輯運(yùn)算(例如，16種可能的運(yùn)算/配置)。根據(jù)本發(fā)明第一方面的裝置可具有第一通道，其用于輸送具有第一介電常數(shù)或者電導(dǎo)率的載流流體和所述載流流體中的具有第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率的第二流體的液滴；第一導(dǎo)體，其用于將電勢(shì)從第二通道輸送到第一通道；以及電路，其用于橫跨第一和第二通道施加電勢(shì)差。通過(guò)這種方式，在液滴存在時(shí)跨過(guò)第一通道的電勢(shì)降與在液滴不存在時(shí)的電勢(shì)降是不同的。例如，如果第二流體的液滴具有比載流流體更高的介電常數(shù)或電導(dǎo)率，則液滴存在時(shí)跨過(guò)第一通道的電勢(shì)降將會(huì)較小。剩余的電勢(shì)降跨在第二通道上。因此，當(dāng)液滴存在時(shí)，電勢(shì)降的大部分跨在第二通道上，且其足以停止在該第二通道中的ER流體的流動(dòng)。該布置因此用作‘IF’門，且如果液滴存在于第一通道中，則第二通道中的ER流的流動(dòng)停止。在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，第一通道具有第一對(duì)電極，包括相對(duì)的第一和第二電極。優(yōu)選地，第二通道具有第二對(duì)電極，包括相對(duì)的第三和第四電極。電勢(shì)差加在第一和第四電極之間。第一導(dǎo)體使第二和第三電極電連接，使得這兩個(gè)電極處于相同的電勢(shì)。該布置因此充當(dāng)‘IF’門。第一導(dǎo)體、第三和第四電極可以作為整體件一例如具有與第一通道相鄰的一側(cè)和與第二通道相鄰的一側(cè)的導(dǎo)電構(gòu)件一來(lái)提供。
可以布置電路來(lái)在第一和第四電極間施加電勢(shì)差。該裝置可具有用于產(chǎn)生控制液滴和/或載流流體的模塊。該裝置優(yōu)選還包括用于將電壓施加在所述第一電極上的電壓源。該裝置優(yōu)選進(jìn)一步包括ER流體源、載流流體源及第二流體的液滴源；第二流體具有與載流流體不同的介電常數(shù)或電導(dǎo)率。這些源可以例如為泵，或者包含流體的容器。該裝置優(yōu)選進(jìn)一步包括第三通道，以用于輸送具有第三介電常數(shù)或電導(dǎo)率的載流流體和所述載流流體中的具有第四介電常數(shù)或電導(dǎo)率的液滴；以及第二導(dǎo)體，其用于將電勢(shì)從第三通道輸送到第二通道。優(yōu)選的是，第一通道具有相對(duì)的第一和第二電極，第二通道具有相對(duì)的第三和第四電極，且所述第三通道具有相對(duì)的第五和第六電極。電路可布置成以便在第一和第六電極之間施加電勢(shì)差。第一導(dǎo)體優(yōu)選將第二和第三電極電連接，且所述第二導(dǎo)體可電連接所述第四和第五電極。第一和第六電極之間的電勢(shì)差可設(shè)置為使得當(dāng)液滴介于第一通道中的第一和第二電極間且同時(shí)液滴介于第三通道中的第五和第六電極間時(shí)，在第二通道中ER流體停止。該布置因此用作“AND”門。在另一種布置中，第二通道具有位于第三和第四電極的下游的相對(duì)的第七和第八電極，所述電路布置成以便在第一和第四電極之間施加電勢(shì)差，而第二電路布置成以便在第七和第六電極之間施加電勢(shì)差，且其中，第二導(dǎo)體使第八和第五電極電連接。第一和第四電極間的電勢(shì)差及第七和第六電極間的電勢(shì)差可設(shè)置成使得當(dāng)液滴處于第一通道中的第一和第二電極間或當(dāng)液滴處于第三通道中的第五和第六電極間時(shí)，在第二通道中ER流體停止。該布置因此用作“0R”門。本發(fā)明的第二方面提供了一種控制ER流體流動(dòng)的方法，包括提供第一和第二通道；允許具有第一介電常數(shù)或電導(dǎo)率的載流流體和具有第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率的第二流體的液滴在第一通道中流動(dòng)；允許ER流體在第二通道中流動(dòng)；以及橫跨兩個(gè)通道施加電勢(shì)差，使得基于第一通道中的第二流體的液滴的性質(zhì)和/或位置控制ER流體的流動(dòng)。優(yōu)選的是，第一通道具有相對(duì)的第一和第二電極，并且當(dāng)?shù)诙黧w的液滴處于第一通道的第一和第二電極之間時(shí)，第二通道中的ER流體的流動(dòng)停止。這是“IF”門型操作。
該方法可以使用以下裝置其中第一通道具有包括相對(duì)的第一和第二電極的第一對(duì)電極，且第二通道具有包括相對(duì)的第三和第四電極的第二對(duì)電極，且第一導(dǎo)體連接第二和第三電極。然后橫跨第一和第四電極施加電勢(shì)差，使得當(dāng)?shù)诙黧w的液滴在第一通道中、處于第一和第二電極之間時(shí)，第二通道中的ER流體的流動(dòng)停止。該方法可能需要提供以下裝置其中，第一通道具有相對(duì)的第一和第二電極，第二通道有相對(duì)的第三和第四電極，所述第三通道有相對(duì)的第五和第六電極，第一導(dǎo)體使第二和第三電極電連接，且第二導(dǎo)體使所述第四和第五電極電連接。該方法可包括在第一和第六電極之間設(shè)置電勢(shì)差，使得當(dāng)液滴處于第一通道中的第一和第二電極間且同時(shí)液滴處于第三通道中的第五和第六電極間時(shí)，在第二通道中停止ER流體。這是“AND”門操作。該方法可以包括提供如上所述的裝置，但其中第二通道在第三和第四電極的下游具有相對(duì)的第七和第八電極，且第二導(dǎo)體改為將第八和第五電極電連接。該方法可包括在第一和第四電極間施加電勢(shì)差，以及在第七和第六電極間施加電勢(shì)差，使得當(dāng)液滴處于第一通道中的第一和第二電極間，或當(dāng)液滴處于第三通道中的第五和第六電極間時(shí),第二通道中的ER流體的流動(dòng)停止。這是“0R”門操作。
本發(fā)明的另一方面提供了一種基于第一通道和/或第三通道中的液滴的位置(和/或性質(zhì))來(lái)控制第二通道中ER流體的流動(dòng)的方法。該方法可采用以上所列的裝置中的任何一個(gè)或本發(fā)明的以下方面。在本發(fā)明的許多方面，第二通道中ER流體的流動(dòng)是由第一通道和/或第三通道中的液滴來(lái)控制的。ER流體的流動(dòng)狀態(tài)可以用來(lái)促動(dòng)或控制另外的另一通道中的泵或閥。在另一通道中的流體(例如非ER流體)的流動(dòng)因此可以由液滴間接控制。這就具有平行計(jì)算和大規(guī)模集成的可能性。本發(fā)明的第三方面提供了一種用于控制ER流體的流動(dòng)的裝置，包括
第一通道，其用于輸送具有第一介電常數(shù)或者電導(dǎo)率的載流流體和所述載流流體中的具有第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率的液滴；
第二通道，其用于輸送ER流體；
其中，第一通道有相對(duì)的第一電極和第二電極，而第二通道有相對(duì)的第三和第四電
極；
第一導(dǎo)體將第二電極和第三電極電連接；
第一電壓輸入V1連接在第一電極上,且第二電壓輸入V2通過(guò)第一電容器連接在第三電極上。第二電壓輸入V2可以或者直接或者間接地(例如，通過(guò)第二電極或第一導(dǎo)體)連接在第二電極上。優(yōu)選地，第一和第二電壓輸入設(shè)置成使得在使用中，當(dāng)?shù)谝煌ǖ赖牡谝缓偷诙姌O間沒(méi)有液滴存在時(shí)，在第二通道中ER流體停止。這一布置則用作“NOT”門?？梢源嬖谶B接在第二通道的第四電極上的第三電壓輸入V3。該裝置可以包含用于產(chǎn)生所述液滴的模塊和/或用于對(duì)所述第一電壓輸入施加電壓的電壓源?？赡苓€存在用于對(duì)所述第二電壓輸入施加電壓的電壓源。該裝置可包括ER流體源，載流流體源以及第二流體的液滴源；該第二流體具有與載流流體不同的介質(zhì)常數(shù)或電導(dǎo)率。
優(yōu)選地，本發(fā)明的上述以及下面的方面中提到的第二流體是電介質(zhì)流體。例如，其可以是ER流體。備選地，其可以包括水、為離子化流體或者導(dǎo)電流體。第一電容器可以是傳統(tǒng)的電容器(例如，具有固體電介質(zhì)的電容器，諸如陶瓷電容器)，或者可為用于輸送流體且具有一對(duì)相對(duì)電極的通道。所述相對(duì)電極中的第一電極連接到所述第二電壓輸入，且所述相對(duì)電極中的第二電極連接到所述第三電極(例如，通過(guò)第一導(dǎo)體)。本發(fā)明的第四方面提供了用于控制ER流體的流動(dòng)的裝置，包括
第一通道，其用于輸送具有第一介電常數(shù)或者電導(dǎo)率的載流流體和所述載流流體中的具有第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率的液滴；
第二通道，其用于輸送ER流體；
其中，第一通道具有相對(duì)的第一電極和第二電極，而第二通道具有相對(duì)的第三和第四 電極；
第一導(dǎo)體將第二電極和第三電極電連接；
連接在第一電極上的第一電壓輸入V1，和通過(guò)第三通道連接(直接或間接)在第三電極上的第二電壓輸入V2 ;
所述第三通道具有連接于所述第二電壓輸入V2上的第五電極和連接于第三電極上的第六電極；所述第三通道布置成以便傳送電介質(zhì)流體。第六電極可以直接連接到第三電極，或者間接連接到第三電極，例如通過(guò)第一導(dǎo)體或第二電極。第五和第六電極跨過(guò)通道的相對(duì)側(cè)而面向彼此。本發(fā)明的第四方面可以具有上述第一至第三方面的任意特征。本發(fā)明的第五方面提供了一種用于控制ER流體的流動(dòng)的裝置，包括
第一通道，其用于輸送具有第一介電常數(shù)或者電導(dǎo)率的載流流體和所述載流流體中的具有第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率的液滴；所述第一通道有相對(duì)的第一電極和第二電極；
第二通道，其用于輸送ER流體，且具有相對(duì)的第三和第四電極；
第三通道，其用于輸送具有第三介電常數(shù)或者電導(dǎo)率的載流流體和所述載流流體中的具有第四介電常數(shù)或電導(dǎo)率的液滴；所述第三通道有相對(duì)的第五和第六電極；
第一導(dǎo)體，其用于將第二電極和第三電極電連接；
第二導(dǎo)體，其將第四和第五電極電連接；以及
四個(gè)輸入，可對(duì)它們施加電壓；第一輸入連接在第一電極上，第二輸入通過(guò)第一電容器連接在第三電極上，第三輸入通過(guò)第二電容器連接在第四電極上，且第四輸入連接在第六電極上。第一導(dǎo)體、第二和第三電極可以整體地提供或者作為單獨(dú)的元件提供。第二導(dǎo)體、第四和第五電極可以整體地提供或者作為單獨(dú)的元件提供。第二輸入可以或者直接地或者間接地(例如，通過(guò)第二電極或第一導(dǎo)體)連接在第三電極上。類似地，第三輸入可以或者直接或者間接地(例如，通過(guò)第五電極或第二導(dǎo)體)連接在第四電極上。第二通道中ER流體的流動(dòng)是由第一和/或第三通道(控制通道)的電極對(duì)之間存在或者不存在液滴來(lái)控制的。該控制依照所需的邏輯運(yùn)算。邏輯運(yùn)算的種類是由施加于第一電壓輸入到第四電壓輸入的電壓來(lái)決定的。因此，通過(guò)選擇施加于第一電壓輸入到第四電壓輸入的電壓，可以選擇16種不同的邏輯運(yùn)算中的任何一種。該裝置可具有用于調(diào)節(jié)施加于第一、第二、第三和第四輸入的電壓的模塊，以便給予裝置所需的邏輯特性。第一和第二電容器可以是傳統(tǒng)電容器(例如，具有固體電介質(zhì)的電容器，諸如陶瓷電容器)，或可為用于輸送流體的通道。第一電容器可以是有相對(duì)的第七和第八電極的第四通道。第八電極連接于第二電壓輸入上，且第七電極連接于第三電極上(或者直接地或者間接地，例如通過(guò)第一第二電極或第一導(dǎo)體)。第二電容器可以是有相對(duì)的第九和第十電極的第五通道；第九電極連接于第四電極上(或者直接地或者間接地)，且第十電極連接于第三電壓輸入上。該裝置可具有在第三和第四電極的下游、在第二通道中的下游的一對(duì)相對(duì)的電極，所述下游的一對(duì)相對(duì)的電極布置成以便檢測(cè)第三和第四電極下游的ER流體的流動(dòng)和/或基于所述檢測(cè)輸送或者產(chǎn)生電信號(hào)。 第一電容器優(yōu)選通過(guò)該裝置外部的導(dǎo)線連接到第三電極。類似地，第二電容器優(yōu)選通過(guò)該裝置外部的導(dǎo)線連接到第四電極。以上方面的裝置可具有ER流體源和用于產(chǎn)生通向第二通道的ER流體流的模塊。該裝置可具有載流流體和液滴源，以及用于產(chǎn)生通向第一通道和第三通道的載流流體和液滴流的模塊。該模塊可以例如具有流聚集或T型接頭結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，ER流體在電容器通道中。優(yōu)選地，電容器通道具有與第二通道相同的寬度。本發(fā)明的第六方面提供了用于控制ER流體流動(dòng)的裝置，包括
第一通道，其用于輸送具有第一介電常數(shù)或者電導(dǎo)率的載流流體和所述載流流體中的具有第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率的液滴，所述第一通道有相對(duì)的第一電極和第二電極；
第二通道，其用于輸送ER流體，且有相對(duì)的第三和第四電極；
第三通道，其用于輸送具有第三介電常數(shù)或者電導(dǎo)率的載流流體和所述載流流體中的具有第四介電常數(shù)或電導(dǎo)率的液滴；所述第三通道有相對(duì)的第四和第五電極；
第一導(dǎo)體，其用于將第二電極和第三電極電連接；
第二導(dǎo)體，其將第四和第五電極電連接；
以及
四個(gè)輸入，電壓可施加于其上；第一輸入連接在第一電極上，第二輸入通過(guò)用于輸送電介質(zhì)流體的第四通道連接在第三電極上，第三輸入通過(guò)用于輸送電介質(zhì)流體的第五通道連接在第四電極上，且第四輸入連接在第六電極上。該第六方面可具有上述第五方面的特征中的任何特征。第四通道優(yōu)選有相對(duì)的第七和第八電極，且第五通道優(yōu)選有第九和第十電極。第七電極可連接到第三電極，且第八電極可連接到第二電壓輸入。第九電極可連接到第四電極，且第十電極可以連接到第三電壓輸入。本發(fā)明的第七方面提供了控制ER流體的流動(dòng)的方法，包括提供根據(jù)本發(fā)明的第三或第四方面的裝置；允許具有第一介電常數(shù)或者電導(dǎo)率的載流流體和具有第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率的第二流體的液滴在第一通道中流動(dòng)；允許ER流體在第二通道中流動(dòng)；以及對(duì)第一和第二電壓輸入施加電壓，使得當(dāng)?shù)谝煌ǖ赖牡谝缓偷诙姌O間沒(méi)有液滴存在時(shí)，在第二通道中停止ER流體的流動(dòng)。這是“NOT ”操作。
本發(fā)明的第八方面提供了控制ER流體的流動(dòng)的方法，包括提供根據(jù)本發(fā)明的第五或第六方面的裝置；以及設(shè)置和/或調(diào)節(jié)施加于第一、第二、第三和第四輸入的電壓，以便使得該裝置具有所需的邏輯特性。許多不同的邏輯運(yùn)算可通過(guò)該裝置執(zhí)行，且因此其可稱為通用邏輯門。電壓可設(shè)置為使得該裝置執(zhí)行選自以下組的邏輯運(yùn)算
FALSE, A AND B, A 關(guān) >B, A, A< ^ B, B, A XOR B, A OR B, A NOR B, A XNOR B,NOT B, A〈= B, NOT A, A => B, A NAND B, TRUE。所選操作中的任一操作可由該裝置執(zhí)行。該方法和裝置所用的ER流體可以是GER流體或者傳統(tǒng)的ER流體。


僅作為示例，參照附圖，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖中
圖1(a)是用于控制通道中ER流體的流動(dòng)的裝置的示意圖，其構(gòu)造為充當(dāng)微流體“IF”門。圖I (b)是微流體“IF”門的備選布置的示意圖。圖2是微流體“AND”門的示意圖。圖3是微流體“0R”門的示意圖。圖4是用于在載流流體中產(chǎn)生控制流體的液滴的模塊的示意圖。圖5是用于產(chǎn)生ER流體的模塊的示意圖。圖6是微流體“NOT”門的示意圖。圖7是微流體“NOT”門的備選布置的示意圖。圖8是通用微流體邏輯門的示意圖。圖9 (a)到9 (c)是顯示了通用微流體邏輯門可如何配置成執(zhí)行不同的邏輯運(yùn)算的圖表；且
圖10(a)至(f)顯示了微流芯片制造過(guò)程的階段。
具體實(shí)施例方式該裝置優(yōu)選在微流芯片上提供。芯片和通道壁可以由PDMS或任何其它合適的材料制造。在下文的描述中引用電極時(shí)，它們優(yōu)選靠近通道壁而提供或者嵌入在通道壁中。通道的寬度和直徑優(yōu)選小于500微米。圖1(a)顯示了一種微流布置，其用于控制通道中ER流體的流動(dòng)。該布置構(gòu)造為以便用作“IF”門。第一通道10充當(dāng)控制通道，且輸送具有第一介電常數(shù)或電導(dǎo)率的載流流體I和該載流流體中的第二流體2的液滴。該液滴充當(dāng)“控制液滴”，且具有第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率。優(yōu)選地，第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率高于第一介電常數(shù)或電導(dǎo)率。第二通道20輸送ER流體3。該ER流體可以是GER流體。第一導(dǎo)體100在通道之間延伸。該導(dǎo)體起作用來(lái)將電勢(shì)從第二通道輸送到第一通道，或反之亦然。第一通道10在其第一側(cè)具有第一電極11，且在該通道的相反側(cè)具有面對(duì)著第一電極11的相對(duì)的第二電極12。第二通道在其第一側(cè)具有第三電極13，且在該第二通道的相反側(cè)具有面對(duì)著第三電極13的相對(duì)的第四電極14。第一導(dǎo)體100連接第二電極12和第三電極13，使它們發(fā)生電接觸。第一導(dǎo)體100可以或者集成在微流芯片中(例如，作為AgPDMS的線)或者是微流芯片外的導(dǎo)線(例如芯片外部的連接芯片內(nèi)的兩個(gè)電極的電線)。大體上，第二電極12和第三電極13處于相同的電勢(shì)，因?yàn)樗鼈儽舜耸菍?dǎo)電接觸的。雖然將可行的是導(dǎo)體100有一定程度的電阻，使得第二電極和第三電極之間存在電勢(shì)降，但優(yōu)選的是導(dǎo)體100的電阻很小或可以忽略。在圖1(b)中所示的備選實(shí)施例中，第一導(dǎo)體100、第二電極12和第三電極13作為一個(gè)整體件來(lái)提供。第一導(dǎo)體100具有靠近第一通道10的一側(cè)且與第一電極相對(duì)的第一端12。該第一端12用作與第一電極11相對(duì)的第二電極。第一導(dǎo)體100具有靠近第二通道20的一側(cè)的第二端13。該第二端13用作與位于第二通道的另一側(cè)的第四電極14相對(duì)的第三電極。第二電極12和第三電極13處于相同的電勢(shì)，因?yàn)樗鼈兪堑谝粚?dǎo)體100的整體部分。具有電壓源60的電路61在第一電極11和第四電極14之間施加電勢(shì)差。導(dǎo)體100 使通道電連結(jié)而不需要使流體從一個(gè)通道流到另一個(gè)。該導(dǎo)體可以是任何適合的材料；在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，該導(dǎo)體包括AgPDMS。電極也可包括AgPDMS。電勢(shì)差因此具有通過(guò)第一和第二通道10，20和第一導(dǎo)體100的通路。第一導(dǎo)體100的電阻優(yōu)選是可忽略的。因此，如果V是由電壓源61提供的電勢(shì)差，V1是跨過(guò)第一通道的電勢(shì)降，且V2是跨過(guò)第二通道的電勢(shì)降，則V=Vi+V2。也就是說(shuō)，V1是控制通道電壓，而V2是ER通道電壓。液滴2的介電常數(shù)或電導(dǎo)率高于載流流體I的介電常數(shù)或電導(dǎo)率。因此跨過(guò)第一通道的電勢(shì)降會(huì)根據(jù)第一通道的第一電極11和第二電極12之間是否有液滴2而改變。當(dāng)液滴2處于第一和第二電極之間時(shí)，第一通道10中的電勢(shì)降V1則很低而跨過(guò)第二通道20有較大的電勢(shì)降V2?？缭诘诙ǖ?0上的電壓V2因而比將ER流體轉(zhuǎn)化為其固相以及使第二通道20中的流體的流動(dòng)停止所需要的閾值更高。然而，當(dāng)載流流體(即無(wú)液滴)處于第一電極11和第二電極12之間時(shí)，跨在第一通道10上的電勢(shì)降V1相對(duì)較高。跨在第二通道20上的電勢(shì)降V2則較低，且不足以停止第二通道20中的ER流體的流動(dòng)。該布置因此作為“IF”門。第一通道作為“控制通道”而第二通道作為“輸出通道”。雖然當(dāng)控制通道中有液滴時(shí)(邏輯上等效為I)第二(ER)通道中流體的流動(dòng)關(guān)閉，但我們認(rèn)為該布置是“IF”門而非“NOT”門。原因是當(dāng)其是流體時(shí)我們視ER狀態(tài)為“關(guān)閉”，而當(dāng)其被啟動(dòng)而為固態(tài)時(shí)我們視之為“開(kāi)啟”。下面的表格總結(jié)了該裝置在如下條件下的狀態(tài)在第一通道的第一和第二電極之間不存在液滴；以及在第一通道的第一和第二電極之間存在液滴。
卜卜卜流變性|er狀態(tài)丨第二通道中的流動(dòng)丨來(lái)自第二通道的輸出信號(hào)■
液滴__[￡_轟各向異性的固態(tài)_開(kāi)啟_關(guān)閉_無(wú)液滴_
無(wú)液滴_! _[￡_液態(tài)_關(guān)閉_開(kāi)啟_液滴_表I
“輸出信號(hào)”一欄簡(jiǎn)單表示了第二通道的下游部分可以布置為當(dāng)ER流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生液滴。其可以表示為
V2=V ε c/ ( ε c+ ε ΕΕ)其中V是跨在兩個(gè)通道上的來(lái)自電壓源的電壓'N2是跨在第二通道上的電壓，ε C是載流流體的介電常數(shù)，而ε ΕΚ是ER流體的介電常數(shù)。如果在第一通道的第一和第二電極間存在液滴，則ε。將會(huì)被液滴的介電常數(shù)εΒ取代。V2因此取決于液滴在第一通道中、在第一和第二電極之間存在或不存在而可變。因此，V2可以表示為X的函數(shù)，V2=V2(X)。其中，如果第一和第二電極間存在液滴，則χ=1，如果第一和第二電極間不存在液滴則χ=0。作為示例，如果ER流體具有εΕΚ=60的介電常數(shù)，則液滴具有80的介電常數(shù)eD，且載流流體具有2的介電常數(shù)ε。，那么
V2 (0)=1/32V (不存在液滴)；且 V2(1)=4/7V (存在液滴)
調(diào)節(jié)或選擇所施加的電壓V，使得V2 (I)高于使第二通道中的ER流體固化所需的閾值電壓，并且V2(O)低于使第二通道中的ER流體固化所需的該閾值。該閾值電壓取決于第二通道的寬度和ER流體的成分(如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的)。優(yōu)選地，載流流體是油(例如硅油)，而第二流體的液滴是電介質(zhì)流體，諸如ER流體。第二流體(其液滴在第一控制通道中)可以與第二通道中的ER流體相同。備選地，第二流體可以包括水，或可為離子化溶液或?qū)щ娏黧w。如果采用非常高的電壓或者如果控制通道(第一通道)中的第二流體的液滴基本是導(dǎo)線性的(例如高度離子化的溶液)，則不遵從上述等式中的電容模型。相反，在這種情況下，合適的是參考ER流體的導(dǎo)電率和液滴的導(dǎo)電率，而不是介電常數(shù)。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在這些情況下，跨在第一和第二通道上的電勢(shì)降依然如以上所述及表I中所示。圖2顯示了用于“AND”門的示意性布置。其具有通過(guò)第一導(dǎo)體100連接的第一和第二通道10、20，以及第一、第二、第三和第四電極11、12、13、14 (如圖Ia和Ib的布置中那樣)。除此之外，存在第三通道30，其是類似于第一通道10的控制通道。第三通道30布置成以便輸送有第三介電常數(shù)或電導(dǎo)率的載流流體及該載流流體中的具有第四介電常數(shù)或電導(dǎo)率的液滴。該載流流體和液滴可具有與第一通道中的那些相同的成分，因此第三介電常數(shù)或電導(dǎo)率可以與第一介電常數(shù)或電導(dǎo)率相同，而第四介電常數(shù)或電導(dǎo)率可以與第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率相同。第三通道30具有在其第一側(cè)的第五電極15，以及在其第二側(cè)的相對(duì)的第六電極16。第二導(dǎo)體200將第二通道的第四電極14與第三通道的第五電極15導(dǎo)電性地連結(jié)起來(lái)。第二導(dǎo)體200、第四電極14和第五電極15可以作為一個(gè)整體件來(lái)提供，或者作為單獨(dú)的零件提供。第一和/或(第二)導(dǎo)體100、200可以或者集成在微流芯片中(例如作為AgPDMS的線)，或者可為微流芯片外的導(dǎo)線(例如芯片外部的連接芯片內(nèi)的電極的電線)。具有電壓源60的電路跨過(guò)第一電極11和第六電極16施加電勢(shì)差V。第一和第六電極通過(guò)第一、第二和第三通道以及第一和第二導(dǎo)體而電連結(jié)。電壓V因此在第一、第二和第三通道上分開(kāi)，且每個(gè)通道的比例取決于在第一和第三通道中是否有液滴存在。電壓V設(shè)置成使得如果第一通道中、第一和第二電極之間存在液滴且同時(shí)第三通道中、第五和第六電極間存在液滴，則跨在第二通道上的電壓降足夠停止第二通道中的ER流體的流動(dòng)。在這一情況下，跨在第一和第三通道上的電壓降較低，而跨在第二通道上的電壓降較高(高于使ER流體停止的閾值)。然而，如果在第一通道和第三通道中都沒(méi)有液滴存在，或者在第一通道和第三通道中的僅一個(gè)中沒(méi)有液滴存在，則跨在第二通道上的電壓降不足以使第二通道中的ER流體的流動(dòng)停止。因此這種布置形成“AND”門。圖3顯示了“0R”門的布置。存在由第一導(dǎo)體100連接的第一通道10和第二通道20，以及如圖Ia和Ib的布置中的第一、第二、第三和第四電極11、12、13、14。除此之外，存在第三通道30，其用作控制通道且布置成用于輸送具有第三介電常數(shù)的載流流體以及載流流體中的具有第四介電常數(shù)的液滴。優(yōu)選地，載流流體和液滴具有與第一通道中的那些相同的成分。第三通道30具有在其第一側(cè)的第五電極15，以及在其第二側(cè)的相對(duì)的第六電極
16。第二通道具有第七電極17，以及第三和第四電極下游的位置處的相對(duì)的第八電極18。第二導(dǎo)體200將第二通道的第八電極18和第三通道30的第五電極15電連結(jié)。第二導(dǎo)體200、第八電極18和第五電極15可以作為單獨(dú)的零件提供，或者作為一個(gè)整體件提供。第一電路60跨過(guò)第一電極11和第四電極14施加來(lái)自電壓源60的電勢(shì)差，如圖I所示。第二電路71跨過(guò)第六電極16和第七電極17施加來(lái)自電壓源70的電勢(shì)差。在第一導(dǎo)體100和/或第二導(dǎo)體200與電極分離的情況下，第一導(dǎo)體100和/或 第二導(dǎo)體200可以或者集成在微流芯片中(例如，作為AgPDMS的線)，或可為微流芯片外部的導(dǎo)線(例如芯片外的連接芯片內(nèi)的電極的電線)。電路布置成使得如果液滴處于第一通道10的第一和第二電極間或液滴處于第三通道30的第五和第六電極間，則在第二通道20中ER流體停止。特別地，設(shè)置或調(diào)整第一電路所施加的電壓，使得當(dāng)?shù)谝煌ǖ赖牡谝缓偷诙姌O間存在液滴時(shí)，跨在第二通道上(第三和第四電極間)的電勢(shì)降足夠使第二通道中ER流體的流動(dòng)停止(B卩，該電勢(shì)降處于或高于使ER流體固化的閾值)。相似地，設(shè)置或調(diào)整第二電路70施加的電壓，使得當(dāng)?shù)谌ǖ?0的第五電極15和第六電極16間存在液滴時(shí)，跨過(guò)第二通道(第七和第八電極間)的電勢(shì)降足夠使第二通道中ER流體的流動(dòng)停止(S卩，該電勢(shì)降處于或高于使ER流體固化的閾值)。類似地，如果第一與第二電極之間以及第五與第六電極之間都存在液滴，則第二通道中的ER流體的流動(dòng)停止。因此該布置作為“0R”門。圖4顯示了模塊，其用于在用于第一或第三通道(控制通道)的載流流體中產(chǎn)生第二流體(控制流體)的液滴。它可以被提供在圖1、2或3所顯示的布置的上游，并連結(jié)到第一和/或第三通道。該模塊優(yōu)選包含流聚集布置，該布置具有用于輸送控制流體的中心通道101及用于輸送載流流體的兩個(gè)側(cè)通道102、103?？刂屏黧w源IOla和載流流體源102a、103a也顯示在圖中；它們可以是例如容器和/或泵。第一液滴生成模塊可連結(jié)到第一通道，而第二液滴生成模塊可連結(jié)到第三通道。圖5中示出了包含ER流體源104的相似的布置。該ER流體源104通向通道120，其連結(jié)到圖I至3的第二通道20。如上文提到，載流流體可以是一種油(例如硅油)。第二流體(控制流體)優(yōu)選是具有比載流流體的介電常數(shù)或電導(dǎo)率更高的介電常數(shù)或電導(dǎo)率的流體。例如，第二流體可以是電介質(zhì)流體(例如ER流體或具有高介電常數(shù)的有機(jī)流體)、水、離子化溶液或?qū)щ娏黧w。發(fā)現(xiàn)離子化溶液(例如NaCl或其它離子成分溶于水中)工作特別良好，因?yàn)槠溆懈叩碾妼?dǎo)率。然而，將可行的是重新布置該裝置，使得載流流體具有比控制液滴更高的介電(或)常數(shù)或電導(dǎo)率，在這種請(qǐng)況下，電路的邏輯輸出將被反轉(zhuǎn)。圖6顯示了“NOT”門的布置。該“NOT”門具有用于輸送載流流體和在該載流流體中的第二流體的液滴的第一通道10，且具有如圖I所示的相對(duì)的第一和第二電極11、12。存在用于輸送ER流體、具有第三和第四電極13、14的第二通道20，和通過(guò)第二和第三電極連結(jié)第一和第二通道的第一導(dǎo)體100。該導(dǎo)體100、第二電極12和第三電極13可以是整體的，或者可以作為單獨(dú)的部分來(lái)提供。第一導(dǎo)體100可以嵌入微流芯片中，或者可以提供為連結(jié)微流芯片的電極的外部導(dǎo)線。除此之外,第一電容器400連接到第一導(dǎo)體100。存在第一輸入點(diǎn)V1、第二輸入點(diǎn)V2和第三輸入點(diǎn)V3,以便連接到各自的電壓源。它們各自可連接于電壓源上或者保持處于地電勢(shì)。用于連接到電壓源的第二輸入點(diǎn)V2通過(guò)第一電容器400連接于第一導(dǎo)體100。備選地，第二輸入點(diǎn)V2可直接連接到第三電極，或通過(guò)第二電極或外部導(dǎo)線間接連接到第三電極。在每種情況下，來(lái)自第一電容器400的電勢(shì)都會(huì)傳送給第三電極13。當(dāng)?shù)谝缓偷诙姌O間沒(méi)有液滴存在時(shí)，V1和第一導(dǎo)體100之間的電連接在物理上斷開(kāi)。因此V1變得與V2和第一導(dǎo)體100斷開(kāi)連接。只有V2和V3之間依然有電連接。第一電容器400和第二通道20 (ER通道)則分享所施加的電壓。因?yàn)閂1被有效地?cái)嚅_(kāi)連接，所施加的電壓是V2- V30跨過(guò)第一電容器和第二通道的總電壓降則等于V2- V3。
設(shè)置或選擇V2、V3和電容器400的電容，使得在這種情況下，跨在第二通道上的電壓等于或高于第二通道中ER流體的固化閾值。因此，當(dāng)?shù)谝煌ǖ?0 (控制通道)中沒(méi)有液滴存在時(shí)，ER流體在第二通道中被固化，且第二通道中的流動(dòng)停止。當(dāng)?shù)谝煌ǖ乐?第一和第二電極間)存在液滴時(shí)，情況則不同。在這種情況下,V1的電壓信號(hào)跨過(guò)第一通道被輸送到第二電極12，且通過(guò)導(dǎo)體100輸送到第三電極13。\、V2和V3設(shè)置成使得在這種情況下，跨在第二通道上的電壓降不足以使ER流體停止。例如，如果V1= - V2并且V3= V1，則當(dāng)離子化液滴存在于電極11和12之間時(shí)，V1與V3在第三電極13處互相抵消，使得第二通道中的ER流體能夠自由流動(dòng)。否則，跨在第二通道上的電壓將為V3，其設(shè)置為足夠高，以使ER流體停止流動(dòng)。V1=- V2并且V3= V1R是示例，如對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的那樣，其它的電壓值也可以實(shí)現(xiàn)同樣的結(jié)果。重要的一點(diǎn)是，當(dāng)液滴處于第一和第二電極11和12間時(shí)，跨過(guò)第二通道的電勢(shì)差不足以使ER流體固化；但當(dāng)?shù)谝缓偷诙姌O間沒(méi)有液滴時(shí)，足以使ER流體停止。因此該布置作為“NOT”門。圖6的“NOT”門布置的邏輯輸入和輸出顯不于下面的表2中。這與表I的“IF”門正好相反。表2
第一通道j跨過(guò)第二通道的電勢(shì)差 |ER流變性|ER狀態(tài)j第二通道中的流動(dòng) j輸出信號(hào)
無(wú)液滴高_(dá)各向異性的固態(tài)開(kāi)啟關(guān)閉_無(wú)液滴
液滴低_液態(tài)_關(guān)閉開(kāi)啟_液滴
表2
雖然，就流體流動(dòng)而言，第二通道中的輸出與第一通道相同，但我們將此定義為“NOT”門，因?yàn)楫?dāng)?shù)谝煌ǖ乐胁淮嬖谝旱螘r(shí)，ER狀態(tài)被激發(fā)為“開(kāi)啟”，即ER流體被固化。如果液滴具有比載流流體低的介電常數(shù)或電導(dǎo)率，則該裝置將依然運(yùn)作，但具有與上述極性(polarity)相反的極性(例如，它將作為“ IF”門)。圖7顯示了 “NOT”門的備選布置。除了第一電容器400被第三通道35所取代之夕卜，它與圖6相同。該第三通道35起到電容器的作用(且可被認(rèn)為是電容器)，因此操作原理與針對(duì)圖6在上文所述的(原理)相同。相對(duì)的第五電極15和第六電極16被定位在通道35的兩側(cè)。當(dāng)流體，例如ER流體，在第三通道中流動(dòng)時(shí)，該通道在第五電極15和第六電極16之間有電容。優(yōu)選地，通道35具有與第二通道20相同的寬度和深度。與通道20中(流動(dòng)的流體)相同類型的ER流體可在第三通道35中流動(dòng)。第六電極16通過(guò)第一導(dǎo)體100連接到第三電極13 (或者備選地，直接連接到第三電極，或者通過(guò)第二電極12或外部導(dǎo)線間接連接到第三電極)。第二電壓輸入V2連接到第五電極15。在操作中，第三通道35允許第二輸入點(diǎn)V2與第二通道的第三電極13之間有電連接，但不允許直流電流從第二點(diǎn)V2流到第二通道20。該第三通道35優(yōu)選在用于為該通道35提供流體的模塊的下游。供應(yīng)到該第三通道35的流體可以是ER流體。該模塊可包含流聚集布置、流體源和/或泵。該模塊可為與圖5所示相同的設(shè)計(jì)。通過(guò)將幾個(gè)“NOT”門結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，可以形成通用邏輯門。圖8是這種布置的一個(gè)示意性示例。本質(zhì)上其是連接到ER流體通道的相對(duì)的電極的兩個(gè)“NOT”門結(jié)構(gòu)。存 在兩個(gè)控制通道和四個(gè)電壓輸入。該構(gòu)造包含第一通道10，其用于輸送載流流體和載流流體中的控制液滴。該載流流體有第一介電常數(shù)或電導(dǎo)率，且控制液滴具有與第一介電常數(shù)或電導(dǎo)率不同的第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率。優(yōu)選地，第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率比第一介電常數(shù)或電導(dǎo)率高。該載流流體可以是油而該控制液滴可以由水、離子化溶液、ER流體或任何其它合適的流體形成。第一通道有相對(duì)的第一電極11和第二電極12。第一電壓輸入V1連接到第一電極11。存在用于輸送ER流體的第二通道20。該第二通道具有相對(duì)的第三電極13和第四電極14。第一導(dǎo)體100將第二電極12和第三電極13電連接。第二電壓輸入V2通過(guò)第一電容器400連接到第三電極13。第二電極12和第三電極13以及第一導(dǎo)體100可以作為一個(gè)整體件提供，或者作為單獨(dú)的元件提供。在這一實(shí)施例中，第一電容器400通過(guò)第一導(dǎo)體100間接連接到第三電極；但在其它實(shí)施例中，它可以直接連接到第三電極或者間接連接到第三電極(例如通過(guò)第二電極12或外部導(dǎo)線)。在這一實(shí)施例中，該第一電容器400是用于輸送流體的第四通道35。可由該裝置提供用于該通道的流體源。該第四通道35可以輸送ER流體，并且優(yōu)選地，其具有與第二通道20相同的寬度(因?yàn)檫@會(huì)使與電容更容易匹配)。發(fā)現(xiàn)該布置工作良好，并且相對(duì)容易制造。備選地，可以改為使用常規(guī)電容器，例如陶瓷電容器，并將其嵌入到微流芯片中。該第四通道35具有在通道的相反側(cè)上面向彼此的相對(duì)的第七電極17和第八電極18。第八電極18連接到第二電壓輸入V2。第七電極直接或間接(例如通過(guò)第二電極12、第一導(dǎo)體100或外部導(dǎo)線)連接到第三電極13。存在用于輸送載流流體和該載流流體中的控制液滴的第三通道30。該載流流體具有第三介電常數(shù)或電導(dǎo)率，而控制液滴具有第四介電常數(shù)或電導(dǎo)率。它們可優(yōu)選與在第一通道中使用的控制液滴和載流流體相同(例如，第三介電常數(shù)或電導(dǎo)率可等于第一介電常數(shù)或電導(dǎo)率，而第四介電常數(shù)或電導(dǎo)率可等于第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率)。第三通道具有相對(duì)的第五電極15和第六電極16。第二導(dǎo)體200將第四電極和第五電極電連接。第四和第五電極以及第二導(dǎo)體可以作為一個(gè)整體件提供，或者作為單獨(dú)的零件提供。第四電壓輸入V4連接到第六電極16。第三電壓輸入％通過(guò)第二電容器410連接到第四電極。在此實(shí)施例中，第二電容器410通過(guò)第二導(dǎo)體200連接到第四電極14;然而，在其它實(shí)施例中，它可以直接連到第四電極14或通過(guò)第五電極或外部導(dǎo)線間接連接到第四電極14。
在本實(shí)施例中，第二電容器410是用于輸送載流流體的第五通道45。可由該裝置提供用于該通道的流體源。第五通道45可輸送ER流體，且優(yōu)選地，其具有與第二通道20相同的寬度(因?yàn)檫@使得更容易匹配電容)。發(fā)現(xiàn)該布置很好地工作，并且較容易制造。備選地，可改為使用傳統(tǒng)電容器，例如陶瓷電容器，并將其嵌入到微流芯片中。第五通道具有在該第五通道的相對(duì)側(cè)上的面向彼此的相對(duì)的第九電極19和第十電極29。第十電極29連接到第三電壓輸入V3。第九電極19或者直接或者間接地(例如通過(guò)第二導(dǎo)體200、第五電極15或外部導(dǎo)線)連接到第四電極14。提供模塊510以用于為第一通道10產(chǎn)生控制液滴和載流流體。在圖8中，模塊510具有T型接頭布置，但是可使用任何其它適合的布置(例如，圖4中的流聚集布置)。提供相似的模塊520以用于為第三通道30產(chǎn)生控制液滴和載流流體。還存在模塊520，以用于為第二通道提供ER流體。本裝置可包含ER流體源、載流流體源和用于形成控制液滴的流體的源。第一導(dǎo)體、第二和第三電極可以集成為一個(gè)零件100，或者作為單獨(dú)的元件來(lái)提供。第二導(dǎo)體、第四和第五電極可以集成為一個(gè)零件200，或者作為單獨(dú)的元件來(lái)提供。第 一導(dǎo)體100和/或第二導(dǎo)體200可以嵌入到微芯片中，或者可作為外部導(dǎo)線(例如外部電線)來(lái)提供。在第三電極13和第四電極14的下游由第二通道20提供了下游的一對(duì)相對(duì)的電極1001和1002。這些電極用于監(jiān)測(cè)第三和第四電極下游的ER流體的流動(dòng)，且提供了使用來(lái)自該邏輯模塊的邏輯運(yùn)算結(jié)果的能力。來(lái)自不同邏輯門的邏輯結(jié)果的使用將實(shí)現(xiàn)流體邏輯門的進(jìn)一步的和更大規(guī)模的集成，以便實(shí)施復(fù)雜的邏輯運(yùn)算。電壓輸入點(diǎn)Vi、V2、V3、V4優(yōu)選是相對(duì)較寬的端子，電壓源或電連接件可以容易地連接到其上。導(dǎo)線(例如電線)將輸入點(diǎn)連結(jié)到嵌入在微流芯片通道中的電極。這些導(dǎo)線可為嵌入芯片中的相對(duì)較細(xì)的導(dǎo)線、外部線(例如芯片外的電線)或兩者的結(jié)合。在本實(shí)施例中，提供了另外的連接件610和600，且它們分別電連接到第一電容器400和第二電容器410。連接件600可通過(guò)電線或在該裝置外部的其它導(dǎo)線700連接到第一導(dǎo)體100的連接件630。以這種方式，可避免或最少化在微流芯片中使用長(zhǎng)而細(xì)的導(dǎo)線。相似地，連接件610可通過(guò)外部導(dǎo)線(例如電線)710連接到第二導(dǎo)體200的連接件620。第二通道中的ER流體的流動(dòng)是由第一和/或第三通道(控制通道)中存在或者不存在液滴來(lái)控制的。該控制根據(jù)所需的邏輯運(yùn)算。本裝置所執(zhí)行的邏輯運(yùn)算是由對(duì)第一、第二、第三和第四電壓輸入施加的電壓確定的。因此，通過(guò)選擇或調(diào)整對(duì)電壓輸入施加的電壓，可以執(zhí)行16個(gè)不同的二元邏輯運(yùn)算中的任何一個(gè)。與需要‘ XOR ’和‘XAND’門的結(jié)合來(lái)產(chǎn)生其它邏輯組合的電邏輯門相比，本通用流體邏輯門是一個(gè)單個(gè)的“門”，其可以構(gòu)造成以便產(chǎn)生16種期望的二元邏輯結(jié)果中的任何一種。優(yōu)選地，第一和第三通道中的控制液滴是導(dǎo)電的，例如由高度離子化的溶液形成。在這種情況下，當(dāng)?shù)谝煌ǖ?0的第一和第二電極11、12間有控制液滴存在時(shí)，輸入V1處施加的電壓通過(guò)液滴傳送到第二電極12。類似地，當(dāng)?shù)谌ǖ?0的第五電極15和第六電極16間有控制液滴存在時(shí)，輸入V4處的電壓通過(guò)液滴傳送到第三電極13。如果控制液滴是不導(dǎo)電的，而是與ER流體的介電常數(shù)相比具有高的介電常數(shù)，則本布置將以相似的方式工作。如果我們將橫跨第二(ER)通道的電壓限定為AV，其可被表示為
權(quán)利要求
1.一種用于控制ER流體的流動(dòng)的裝置，包括 第一通道，用于輸送具有第一介電常數(shù)或者電導(dǎo)率的載流流體和所述載流流體中的具有第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率的液滴； 第二通道，用于輸送ER流體； 其中，所述第一通道具有相對(duì)的第一電極和第二電極，且所述第二通道具有相對(duì)的第三電極和第四電極； 第一導(dǎo)體將所述第二電極和所述第三電極電連接； 連接在所述第一電極上的第一電壓輸入V1和通過(guò)第三通道連接在所述第三電極上的第二電壓輸入V2 ;所述第三通道具有連接到所述第二電壓輸入V2上的第五電極和連接到所述第三電極上的第六電極；所述第三通道布置成用來(lái)輸送電介質(zhì)流體。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述第一電壓輸入和第二電壓輸入設(shè)置成使得在使用時(shí)，當(dāng)所述第一通道的所述第一電極和第二電極間沒(méi)有液滴存在時(shí)，在所述第二通道中停止ER流體。
3.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，包括用于產(chǎn)生所述液滴的模塊。
4.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，包括用于對(duì)所述第一電壓輸入施加電壓的電壓源。
5.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，包括用于對(duì)所述第二電壓輸入施加電壓的電壓源。
6.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括ER流體源、載流流體源和第二流體的液滴源；所述第二流體具有與所述載流流體不同的介電常數(shù)或電導(dǎo)率。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第二流體包括水，或者為離子化的流體。
8.一種用于控制ER流體的流動(dòng)的裝置，包括 第一通道，用于輸送具有第一介電常數(shù)或者電導(dǎo)率的載流流體和所述載流流體中的具有第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率的液滴；所述第一通道具有相對(duì)的第一電極和第二電極； 第二通道，用于輸送ER流體，且具有相對(duì)的第三電極和第四電極； 第三通道，用于輸送具有第三介電常數(shù)的載流流體和所述載流流體中的具有第四介電常數(shù)的液滴；所述第三通道具有相對(duì)的第五電極和第六電極； 第一導(dǎo)體，用于電連接所述第二電極和第三電極； 第二導(dǎo)體，電連接所述第四電極和第五電極； 以及 四個(gè)輸入，電壓可施加在該四個(gè)輸入上；第一輸入連接在所述第一電極上；第二輸入通過(guò)用于輸送電介質(zhì)流體的第四通道連接在所述第三電極上；第三輸入通過(guò)用于輸送電介質(zhì)流體的第五通道連接在所述第四電極上，且第四輸入連接在所述第六電極上。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第四通道具有相對(duì)的第七電極和第八電極。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，具有用于調(diào)整施加到所述第一、第二、第三和第四輸入的電壓以便給予所述裝置所需的邏輯特性的模塊。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，在所述第二通道中、所述第三電極和第四電極下游具有一對(duì)下游的相對(duì)電極，所述一對(duì)下游的相對(duì)電極被布置成用于檢測(cè)所述第三電極和第四電極下游的ER流體的流動(dòng)，以及/或者基于所述檢測(cè)輸送或產(chǎn)生電信號(hào)。
12.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，第四通道通過(guò)所述裝置外部的導(dǎo)線連接到所述第三電極。
13.—種控制ER流體的流動(dòng)的方法，包括提供根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置；允許具有第一介電常數(shù)或電導(dǎo)率的載流流體和具有第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率的第二液體的液滴在所述第一通道中流動(dòng)；允許ER流體在所述第二通道中流動(dòng)；以及為所述第一電壓輸入和第二電壓輸入施加電壓，使得當(dāng)所述第一通道的所述第一電極和第二電極間沒(méi)有液滴存在時(shí)，在所述第二通道中停止ER流體的流動(dòng)。
14.一種控制ER流體的流動(dòng)的方法，包括提供第一通道和第二通道；允許具有第一介電常數(shù)或電導(dǎo)率的載流流體和具有第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率的第二流體的液滴在所述第一通道中流動(dòng)；允許ER流體在所述第二通道中流動(dòng)；以及跨過(guò)這兩個(gè)通道施加電勢(shì)差，使得基于所述第二流體的液滴在所述第一通道中的位置來(lái)控制ER流體的流動(dòng)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，包括 提供裝置，所述裝置包括 第一通道，用于輸送具有第一介電常數(shù)或者電導(dǎo)率的載流流體和所述載流流體中的具有第二介電常數(shù)或電導(dǎo)率的液滴；所述第一通道具有相對(duì)的第一電極和第二電極； 第二通道，用于輸送ER流體，且具有相對(duì)的第三電極和第四電極； 第三通道，用于輸送具有第三介電常數(shù)的載流流體和所述載流流體中的具有第四介電常數(shù)的液滴；所述第三通道具有相對(duì)的第五電極和第六電極； 第一導(dǎo)體，用于電連接所述第二電極和第三電極； 第二導(dǎo)體，電連接所述第四電極和第五電極； 以及 四個(gè)輸入，電壓可施加在該四個(gè)輸入上；第一輸入連接在所述第一電極上；第二輸入通過(guò)用于輸送電介質(zhì)流體的第四通道連接在所述第三電極上；第三輸入通過(guò)用于輸送電介質(zhì)流體的第五通道連接在所述第四電極上，且第四輸入連接在所述第六電極上；以及 設(shè)置和/或調(diào)整加在所述第一、第二、第三和第四輸入上的電壓，以便使得所述裝置具有希望的邏輯特性。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，包括設(shè)置電壓，使得所述裝置執(zhí)行選自以下組的邏輯運(yùn)算FALSE、A AND B、A 關(guān) >B、A、A< 關(guān) B、B、A XOR B、A OR B, A NOR B、AXNOR B、N0T B、A <=B、N0T A、A=>B、A NAND B、TRUE。
全文摘要
一種用于控制ER流體的流動(dòng)的裝置。該裝置具有用于輸送具有第一介電常數(shù)的載流流體1和該載流流體中具有第二介電常數(shù)的液滴2的第一通道10。該裝置還包括輸送ER流體的第二通道20，和用于將電勢(shì)從第二通道傳送到第一通道的第一導(dǎo)體100。提供了電路61，以便在第一通道和第二通道之間施加電勢(shì)差。當(dāng)?shù)谝煌ǖ乐写嬖谝旱螘r(shí)，ER流體在第二通道中被固化；當(dāng)沒(méi)有液滴存在時(shí)，ER流體以液態(tài)在第二通道中流動(dòng)。因此，該裝置起到“IF”門的作用。還公開(kāi)了用于其它類型的流體邏輯門的布置。
文檔編號(hào)H01L51/30GK102792479SQ201080065452
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
發(fā)明者張萌穎, 溫維佳, 王力木 申請(qǐng)人:香港科技大學(xué)