Устройство детектирования Российский патент 2020 года по МПК G01N33/00 B81B7/00 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к канальному модулю, который может содержать микрофлюидный канал, и к способу производства такого модуля, а также к детекторам и компонентам детектора, которые могут содержать такой канальный модуль.

Предпосылки к созданию изобретения

Устройства детектирования, такие как детекторы и анализаторы для обнаружения и/или идентификации веществ, а также некоторые медицинские устройства могут содержать протоки для движения текучей среды. Существует необходимость закрыть эти протоки и защитить их от загрязнения. Каналы для протока текучей среды могут быть образованы путем совместного скрепления компонентов с помощью прокладок, О-колец, рукавов и зажимов. Высокоэластичные компоненты, используемые в таких прокладках и О-кольцах могут быть подвержены износу и/или "выбросу газов", при котором они пропускают вещества, которые могут загрязнять детектор и сбивать работу детектора. Возможно также, что такие компоненты и/или простые неровности, например, выступы или углубления в стенках каналов, по которым проходит поток текучей среды, могут привести к осаждению удержанной текучей среды. Вещества, которые удерживаются таким образом, тоже могут быть источником загрязнения и/или выброса газов.

Устройства детектирования можно использовать для обнаружения присутствия вредных или запрещенных материалов, и в некоторых случаях может быть желательно обеспечить портативные устройства, чтобы специалисты легко могли использовать их в полевых условиях. Устройства детектирования, такие как спектрометры ионной подвижности и масс-спектрометры, могут содержать сложную электронику и использовать высокие напряжения и сильные магнитные поля. Это может привести к очень существенным требованиям по мощности, тогда как короткое время действия батареи может ограничить применение таких устройств.

Вопросы охраны окружающей среды и ограничения по стоимости также означают, что желательно иметь возможность проводить техническое обслуживание и ремонт таких устройств. Проблема, однако, состоит в том, что в результате действий по ремонту можно занести загрязняющие вещества. Без возврата устройства его производителю может быть невозможно заменить прокладки, О-кольца, зажимы или другие компоненты так, чтобы в достаточной степени предотвратить утечки из устройства или защитить устройство от загрязнения и тем самым сохранить надежность его работы.

Сущность изобретения

Аспекты и примеры изобретения приведены в формуле изобретения. Цель настоящего изобретения, что отражено в формуле изобретения, состоит в том, чтобы решить по меньшей мере часть указанных выше технических проблем.

Краткое описание чертежей

Воплощения, представленные в описании, будут далее описаны только для примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:

на Фиг. 1-А показано сечение канального модуля;

на Фиг. 1-В показан вид сверху канального модуля, показанного на Фиг. 1-А;

на Фиг. 1-С показано одно из возможных расположений канала;

на Фиг. 2-А представлена схема устройства детектирования;

на Фиг. 2-В показан вид сверху компонента, подходящего для применения в устройстве детектирования, показанном на Фиг. 2-А;

на Фиг. 2-С показан вид сверху другого компонента, подходящего для применения в устройстве детектирования, показанном на Фиг. 2-А; и

на Фиг. 2-D схематично показано сечение компонента, показанного на Фиг. 2-С.

Следует понимать, что на чертежах подобные номера позиций используют для обозначения подобных элементов.

Подробное описание

На Фиг. 1 показан модуль 1 микрофлюидного канала, подходящий для производства компонентов в устройствах детектирования и медицинских устройствах.

Модуль, показанный на Фиг. 1, содержит полимерную пленку 12 и полимерный корпус 10. В поверхности полимерного корпуса 10 делают удлиненную канавку 16, а полимерную пленку 12 располагают так, что она по меньшей мере частично покрывает поверхность так, что пленка 12 покрывает и закрывает канавку 16 с образованием канала. Размеры поперечного сечения и длины канала можно устанавливать так, что текучая среда в канале проявляет свойства микрофлюида, такие как низкая и медленная диффузия по каналу. Например, канал может быть выполнен так, что не будет передвижения текучей среды по каналу (включая незначительную или нулевую диффузию), если только текучую среду не перекачивают по каналу за счет разности давлений.

Толщина пленки 12 может составлять менее 500 мкм, например, менее 250 мкм. Толщина корпуса 10 может составлять по меньшей мере 2 мм, например, по меньшей мере 5 мм.

Пленка 12 может прикрепляться к полимерному корпусу 10 так, что пленка 12 и корпус 10 по меньшей мере частично приплавлены друг к другу вдоль удлиненной дорожки. Канавка 16 может быть ограничена с каждой стороны такой дорожкой. Ширина канавки 16 может составлять менее 500 мкм, а ее глубина - менее 500 мкм. Поперечное сечение канавки 16 может представлять собой квадрат (как это показано на Фиг. 1), но следует понимать, что она может иметь поперечное сечение другой формы, например, прямоугольное поперечное сечение. В зависимости от того, как образуется канал, форма поперечного сечения (квадрат или иная) может быть несколько неправильной, например, углы могут быть не полностью острыми из-за особенностей процесса производства или других ограничений.

Пленка 12 и корпус 10 могут содержать одинаковый материал, например, они могут состоять из по существу одинакового материала и могут содержать ПЭЭК (полиэфирэфиркетон) или Nylon. Полимерная пленка 12 может пропускать свет, например, в зависимости от своей толщины и/или материала, который она содержит. Например, она может содержать пропускающий свет материал, например, она может быть проницаемой для света с длиной волны короче 1800 нм. Полимерный корпус 10 может содержать поглощающий свет материал, например, материал, который поглощает свет в диапазоне длин волн, в котором пленка 12 пропускает свет. Например, полимерный корпус 10 может содержать материал, способный приводить к нагреванию под действием света в диапазоне длин волн от 1060 нм до 1080 нм. Например, полимерный корпус 10 может содержать углеродную сажу. В одном из воплощений дорожка содержит сварное соединение, например, выполненное путем прохождения лазерной сваркой.

Как показано на Фиг. 1, удлиненная дорожка может повторять траекторию удлиненной канавки 16 вдоль поверхности. Как уже отмечалось, канавка 16 может быть ограничена с каждой стороны удлиненными дорожками. Каждая дорожка может иметь сварные соединения, выполненные для обеспечения газонепроницаемого уплотнения, например, газонепроницаемое уплотнение может быть выполнено для сохранения газонепроницаемости, когда разность давлений между внутренней частью канала и наружной частью канала составляет по меньшей мере до 300 мбар, например, по меньшей мере до 500 мбар, например, по меньшей мере до 700 мбар. Дорожки обычно расположены на расстоянии от края канавки 16 так, что область неприваренной пленки отделяет (приваренную) дорожку от края канавки 16. Расстояние между каждой удлиненной дорожки и ближайшим краем канавки 16 может составлять более 50 мкм, например, более 75 мкм, например, менее 500 мкм, например, менее 300 мкм. Такие воплощения изобретения могут снижать или исключать накопление загрязнений в микрофлюидном канале, например, сечение канавки может не уменьшаться в результате процесса сварки вдоль дорожки. Следует понимать, что в области неприваренной пленки между дорожкой и канавкой пленка может впритык крепиться к корпусу для исключения накопления паров в этой области. Соответственно, расстояние между дорожкой и канавкой можно выбрать на основе толщины полимерной пленки и/или ширины удлиненной дорожки.

Канавка 16 и дорожка, показанные на Фиг. 1-В, показаны как прямые, но следует понимать, что они могут иметь зигзагообразную или извилистую траекторию вдоль поверхности полимерного корпуса 10. Кроме того, полимерный корпус 10 может содержать канавки в более чем одной плоскости, и можно обеспечить одно или более отверстий (например, проходов) в теле корпуса 10 для соединения канала в одной плоскости с каналом в другой плоскости корпуса 10, тем самым обеспечивая более сложный 3D канальный модуль.

Ширина удлиненной дорожки может составлять от 0,1 мм до 1,2 мм, например, она может быть шире 0,2 мм, например, шире 0,3 мм, например, шире 0,4 мм. Обычно дорожка уже 1,1 мм, например, уже 1 мм, например, уже 0,9 мм.

Как показано на Фиг. 1-С, канал может образовывать извилистую или загнутую траекторию, например, канал может содержать изгибы, например, углы, которые могут быть выполнены для обеспечения изменения направления канала. Как показано на Фиг. 1-С, наличие таких углов может обеспечить область корпуса 10, которая ограничена по меньшей мере с двух сторон каналом. Область сварки может располагаться в этой области 20 и может составлять менее 2 мм по ширине. Например, два параллельных канала можно разделить и скрепить вдоль по меньшей мере части их общей кромки с помощью одного сварного соединения. Расстояние между дорожкой или дорожками и каналом может быть больше возле таких изгибов в канале, чем вдоль прямых участков канала.

Такие модули могут обеспечивать каналы со свойствами микрофлюида и могут использоваться в системах потока текучей среды, пневматических системах и интерфейсах для детекторов, таких как спектрометры ионной подвижности.

Для производства канальных модулей по изобретению процесс может начинаться с вырубки канавки 16 или множества канавок в поверхности одного полимерного блока. Это можно сделать с помощью лазера, который может быть предварительно запрограммирован, или станка с ЧПУ. Примеры лазеров включают микромашинные лазеры, такие как абляционные лазеры, например, с диоксидом углерода, парами меди, и эксимерные лазеры. Примеры станков с ЧПУ включают 5-осевой фрезерный станок, такой как HAAS VS3-SSYT. Такие станки с ЧПУ могут быть запрограммированы вырубать канавки шириной около 300 мкм или более, причем некоторые станки с ЧПУ могут вырубать более узкие каналы. Подходящие станки с ЧПУ можно получить от Haas Europe, Mercuriusstraat 28, В-1930 Zaventem, Belgium.

Лазер может быть запрограммирован для вырубки канавки(ок) в корпусе 10 так, что они имеют ширину в несколько десятков микрометров, например, 50 мкм, например, менее 100 мкм. Пленку 12, содержащую тот же полимер, что и полимер корпуса 10, можно затем размещать на поверхности (например, в верхней части канавки или канавок). Затем управляют лазерным лучом так, чтобы он следовал вдоль дорожки, ближайшей к канавке(ам). Например, дорожка может быть выполнена для ограничения по меньшей мере одной стороны канала, как объяснялось выше со ссылкой на Фиг. 1-С. Пленка 12 может быть прижата к корпусу 10, например, зажата или иным образом удерживаться на месте.

Затем можно управлять лазером для осуществления прохода предварительного нагрева вдоль по меньшей мере части дорожки, во время которого нагреваются компоненты. Затем можно управлять лазером для осуществления сварочного прохода вдоль дорожки, чтобы по меньшей мере частично приплавить материал пленки 12 к материалу блока вдоль дорожки. Таким образом, приплавление пленки 12 к корпусу 10 может обеспечить сварное соединение, например, микросварное соединение, предназначенное для обеспечения газонепроницаемого уплотнения между пленкой 12 и корпусом 10. Лазерный луч может иметь обычный, от 0,4 мм до 0,8 мм, размер сфокусированного пятна лазера. Данный процесс приплавления пленки 12 к корпусу 10 можно осуществить посредством лазерной сварки при пропускании, например, корпус 10 и пленка 12 могут иметь разные свойства относительно пропускания света, например, они могут содержать разные концентрации поглощающего свет вещества, способного нагреваться с помощью лазерного излучения, например, они могут содержать разные концентрации углеродной сажи. В некоторых воплощениях, и пленка 12, и корпус 10 могут быть проницаемыми для света. В таких воплощениях, корпус 10 и пленку 12 можно нагревать с помощью более длинноволнового лазера и фокусировать перетяжку пучка лазера на той же глубине, что и граница между корпусом 10 и пленкой 12. Это позволяет пленке 12 и корпусу 10 совместно нагреваться на поверхности раздела без необходимости применения светопоглощающей добавки.

Может оказаться полезным продувать канавку 16 газом, таким как азот или другой газ для продувки, во время процесса приплавления пленки 12 к корпусу 10. Например, способ может включать пропускание потока такого газа через канавку 16 ниже пленки 12 во время приваривания к дорожке(ам). Процесс вырубки канала и приплавления пленки 12 к корпусу 10 можно осуществлять в закрытой камере, которая может быть свободна от загрязняющих веществ и пыли. Например, как только канавка 16 будет вырублена, корпус 10 можно оставить в закрытой камере до тех пор, пока пленка 12 не приплавится к корпусу 10 с образованием канала.

Воплощения по изобретению могут обеспечивать системы доставки газа для оборудования по обнаружению следовых количеств. В контексте данной заявки будет понятно, что описанный выше способ может позволить каналу оставаться чрезвычайно чистым без необходимости промывания или прокаливания при высокой температуре, что, возможно, было целесообразным в модулях предшествующего уровня техники. Также следует принимать во внимание, что такие модули позволяют создавать сложные трехмерные пневматические пути, в которых нет необходимости в использовании высокоэластичных уплотнений или прокладок, в результате чего снижается возникновение «выброса газов» и/или нежелательного «поглощения» паров, которые могут снижать эффективность детектора.

Корпус 10 может содержать черный 450G ПЭЭК 903, а пленка 12 может содержать натуральную пленку APTIV ПЭЭК. Лазер, применяемый для приваривания пленки к корпусу, может включать маркирующий лазер, например, лазер, имеющий мощность менее 1000 Ватт, например, лазер, имеющий мощность менее 50 Ватт, например, имеющий мощность около 30 Ватт. Примеры таких лазеров включают волоконные лазеры. В некоторых воплощениях волоконный лазер мощностью 30 Ватт применяют для приваривания пленки к корпусу. Один такой лазер включает лазер AREX, который может быть получен от Datalogic S.p.A., Via Candini, 2, 40012 Lippo di Calderara di Reno, Bologna - Italy. Лазерный луч может включать дефокусированное пятно, например, лазер может быть настроен так, что перетяжка пучка лазера (или фокальная точка лазера) расположена на некотором расстоянии от пленки 12 вдоль длины луча.

На Фиг. 2-А показано устройство 100 детектирования, в котором можно применять канальные модули, описанные выше. Устройство 100 детектирования, показанное на Фиг. 2-А, содержит детектор 108 для обнаружения представляющего интерес вещества, пневматическую систему 132, приспособленную для обеспечения одной или более текучих сред, подаваемых в детектор 108, и плату печатного монтажа, ППМ, 106, на которой расположена управляющая электроника 110 для управления детектором 108. На ППМ 106 также расположено множество насосов 112, которые могут быть механическими, например, насосы могут включать пьезоэлектрические насосы.

В примере, показанном на Фиг. 2-А, устройство 100 детектирования дополнительно содержит пневматический интерфейс 104, приспособленный для установки на ППМ 106. Пневматический интерфейс 104 содержит корпус 10', имеющий множество пневматических каналов 116-1, 116-2, 116-3. Эти каналы могут содержать каналы, такие как описанные выше со ссылкой на Фиг. 1-А, Фиг. 1-В и Фиг. 1-С. Корпус 10' может также включать множество насосных муфт 126-1, 126-2, 126-3, расположенных на поверхности корпуса 10' так, что, когда интерфейс 104 установлен на ППМ, каждая из множества насосных муфт 126-1, 126- 2, 126-3 выполнена с возможностью соединения одного из каналов 116-1, 116-2, 116-3 интерфейса 104 с соответствующим одним из множества насосов 112-1, 112-2, 112-3.

В примере, показанном на Фиг. 2-А, устройство 100 детектирования содержит электропроводящий защитный экран 102, расположенный между детектором 108 с одной стороны, и пневматическим интерфейсом 104 и ППМ 106 с другой стороны. Электропроводящий защитный экран 102 может содержать алюминиевую пластину и может быть приспособлен для ограничения электромагнитного взаимодействия между управляющей электроникой 110 и детектором 108.

Пневматический интерфейс 104 может содержать по меньшей мере одно выпускное сопло 122 (например, одно выпускное сопло 122 для каждого насоса), выполненное с возможностью достигать области проводящего защитного экрана 102 для соединения каналов пневматического интерфейса 104 с пневматической системой 132 детектора.

Как показано на Фиг. 2-В, пневматический интерфейс 104 может содержать канал 124 возврата, предназначенный для того, чтобы текучая среда вытекала обратно из детектора во множество пьезоэлектрических насосов. Канал 124 возврата может быть соединен отдельно с каждой из насосных муфт 126-1, 126-2, 126-3 с помощью соответствующего множества ресиверов 120-1, 120-2, 120-3. Каждый ресивер может содержать полость в корпусе интерфейса 104, которая закрыта (например, полимерной пленкой). Такая полость может иметь внутренний объем, выбранный в зависимости от объема текучей среды, выталкиваемой за один цикл соответствующего насоса, например, ресивер может иметь объем, который выбран так, чтобы составлять по меньшей мере в десять раз больше объема одного цикла соответствующего насоса, например, по меньшей мере в сто раз больше указанного объема.

Как показано на Фиг. 2-В, канал 124 возврата может быть соединен с первым ресивером 120-1 с помощью первого участка 130-1 канала, а первый ресивер 120-1 может быть соединен с первой насосной муфтой 126-1 с помощью второго участка 130-2 канала. Первая насосная муфта 126-1 может быть соединена с помощью третьего участка 116-1 канала, выпускного канала, с соответствующим выпускным соплом 122 (например, выпускным соплом 122, показанным на Фиг. 2-А). Так канальный модуль, включающий первый участок 130-1 канала, ресивер 120-1, второй участок 130-2 канала, насосную муфту 126-1, третий участок 116-1 канала (выпускной канал) и выпускное сопло 122, можно повторять в пневматическом интерфейсе 104. Например, интерфейс 104, показанный на Фиг. 2-В, содержит три таких канальных модуля, причем каждый из которых соединен для приема текучей среды из канала 124 возврата, как описано выше. По меньшей мере один из таких канальных модулей может включать дополнительный ресивер 120-3', присоединенный между насосной муфтой 126-3 и ее выпускным каналом 116-3. Как показано ниже, участки канала, ведущие в такой дополнительный ресивер 120-3' и из него, могут быть смещены для улучшения демпфирования, например, они могут быть взаимно ортогональны.

Поперечное сечение канала 124 возврата можно выбрать так, чтобы оно составляло по меньшей мере сумму поперечных сечений выпускных каналов, соединяющих множество насосов пневматической системы 132 детектора.

В таких канальных модулях, второй участок 130-2 канала может быть ориентирован относительно первого участка 130-1 канала для улучшения пневматического демпфирования между первым участком 130-1 канала и вторым участком 130-2 канала, например, первый участок канала может быть смещен относительно второго участка канала. Например, первый участок 130-1 канала и второй участок могут быть взаимно ортогональны.

Пневматическая система 132 детектора может содержать распылитель паров, такой как один из распылителей паров, описанных и заявленных в параллельно поданной заявителем патентной заявке WO 2014/045067.

На Фиг. 2-С показана одна такая пневматическая система 132, содержащая распылитель паров, предназначенный для распыления паров в детектор.

Распылитель паров, показанный на Фиг. 2-С, содержит средство 70 соединения резервуара для присоединения по меньшей мере одного резервуара, содержащего пары, к впускному каналу 60-4 для приложения давления к резервуару, например, путем соединения резервуара с пневматическим интерфейсом, например, интерфейсом 104, описанным выше со ссылкой на Фиг. 2А и Фиг. 2-В. Средство 70 соединения резервуара может быть также соединено с распыляющим каналом 60-1 для распыления паров в детектор 108 из резервуара, соединенного со средством 70 соединения резервуара, для обеспечения источника паров. Этот распыляющий канал 60-1 может быть может быть снабжен канальным модулем 1, например, описанным выше со ссылкой на Фиг. 1-А, Фиг. 1-В и Фиг. 1-С. Однако в воплощении на Фиг. 2-С и Фиг. 2-D пленка, которую применяют для образования такого канала, может быть по меньшей мере частично проницаемой для паров, например, она может содержать силиконовую мембрану. Это может обеспечить стенку канала, которая выполнена так, чтобы пропускать через нее пары. Распыляющий канал 60-1 может содержать множество тупиковых частей канала. Другие каналы 60-2, 60-3, 60-4, показанные на Фиг. 2-С и Фиг. 2-D, могут быть аналогичными.

Как показано на Фиг. 2-D, картридж 62, 62' для абсорбирующей среды может быть расположен напротив распыляющего канала 60-1 и/или впускного канала 60-3. Этот картридж 62, 62' может содержать отверстие, приспособленное находиться напротив (проницаемой области) пленки 12', чтобы абсорбирующая среда поглощала пары, которые диффундируют через пленку 12. На Фиг. 2-С можно видеть, что пневматическая система 132 содержит выемку 64 гнезда, приспособленную для закрепления указанного картриджа 62 абсорбирующего материала напротив пленки 12. Выемка 64 может содержать разъединяющий элемент 66, например, съемное крепление, такое как зажим или винт, который обратимо функционирует сначала для вынимания картриджа из выемки гнезда и для закрепления картриджа в выемке гнезда. Это может позволить заменять картридж с абсорбирующей средой без необходимости разборки устройства или вскрытия пневматической системы 132, тем самым защищая ее от загрязнения в процессе технического обслуживания.

На Фиг. 2-D можно видеть, что пневматическая система 132 может содержать еще картридж 66 для хранения паров, который тоже может быть выполнен с возможностью обратимого закрепления. Такие картриджи 66 для хранения паров могут включать резервуар для допирующего вещества. В некоторых воплощениях картридж может содержать нагреватель, например, резистивный нагреватель, такой как ленточный нагреватель, который может функционировать для повышения температуры текучей среды, содержащейся в картридже. Средство 70 соединения резервуара, показанное на Фиг. 2C, может содержать средство присоединения источника энергии, предназначенное для подачи энергии к такому нагревателю, причем указанное средство присоединения источника энергии может быть установлено так, что, устанавливая картридж для подачи паров в средство 70 соединения резервуара, также устанавливают нагреватель, переносимый на картридже, для получения электропитания от электрической системы 132 (например, с помощью батареи, подсоединенной к электрической системе 132).

Допирующее вещество может включать летучее вещество, такое как метиленхлорид, o-дихлорбензол, четыреххлористый углерод, гексахлорэтан, метилхлорид, трихлорметан, хлорбензол, метиленбромид, метилбромид, метилиодид и диоксид азота. В некоторых воплощениях картридж для хранения паров также может содержать второй резервуар для калибровочного вещества. Примеры калибрующих веществ включают ацетон и изофлуран.

В одном из воплощений первый насос ППМ может быть соединен с помощью пневматического интерфейса 104 для обеспечения давления в канале пневматической системы 132, показанной на Фиг. 2-C, для создания давления в резервуаре для допирующего вещества или калибрующего вещества, который соединен с этим каналом, и обеспечения протекания паров через распыляющий канал в устройство 100 детектирования. Соответственно, управляющая электроника, размещенная на ППМ, может быть сконфигурирована для управления насосами для дозирования калибрующего вещества и/или допирующего вещества в пневматическую систему 132 детектора. Соответственно, управляющая электроника, размещенная на ППМ, может быть сконфигурирована для управления работой насосов в зависимости от работы системы детектирования.

Что касается чертежей в целом, будет понятно, что схематические функциональные блок-схемы используются для демонстрации функциональных возможностей систем и устройств, описанных в данной заявке. Однако следует принять во внимание, что функциональные возможности не должны быть разделены таким образом и не должны рассматриваться таким образом, чтобы подразумевать какую-либо конкретную структуру оборудования, отличную от описанной и заявленной ниже. Функцию одного или более из элементов, показанных на чертежах, можно дополнительно подразделить и/или разнести в устройстве по настоящему изобретению. В некоторых воплощениях функцию одного или более элементов, показанных на чертежах, можно интегрировать в один функциональный блок. Спектрометрия ионной подвижности описана как один из способов обеспечения детектора для устройства, описанного в данной заявке, но следует понимать, что другое устройство 100 детектирования также можно использовать для применения устройства по настоящему изобретению, например, детекторы в масс-спектрометрии; кроме того, можно использовать любой тип детектора на основе ионной подвижности, например, другие детекторы на основе ионной подвижности, например, СИП с бегущей волной или дифференциальные спектрометры ионной подвижности. Другие примеры и варианты будут очевидны для специалиста в контексте настоящего изобретения.

Описано одно из частных воплощений способа обеспечения канальных модулей, но следует понимать, что модульность системы, описанная со ссылкой на чертежи Фиг. 2, сама по себе является преимуществом и может использоваться с другими типами каналов. Например, подходящие каналы можно обеспечить посредством быстрого прототипирования систем или посредством любого другого способа производства. Воплощения по изобретению относятся к пневматическим интерфейсам и к пневматической системе, используемой в распылителе 132 паров, а также к массивам данных, сконфигурированных для обеспечения производства таких компонентов с помощью 3D печатающего устройства.

Как будет понятно из контекста настоящего изобретения, микрофлюидные системы могут содержать системы, такие как каналы, в которых текучие среды могут быть геометрически ограничены в пространствах, имеющих по меньшей мере одно измерение (ширина, глубина, длина), которое составляет менее одного миллиметра. Следовательно, обычно каналы по настоящему изобретению, которые обозначены как «микрофлюидные» каналы, могут содержать системы, в которых ширина и/или глубина канала (например, диаметр канала), составляет порядка от нескольких сотен нанометров до нескольких сотен микрометров.

В некоторых воплощениях насосы, описанные в данной заявке, могут включать микронасосы, которые могут быть механическими или немеханическими. Например, механические микронасосы могут содержать приводные устройства и клапанные мембраны или затворы. Движущую силу таких насосов можно обеспечить с помощью пьезоэлектрических, электростатических, термопневматических, пневматических или магнитных эффектов. Могут быть предусмотрены немеханические насосы, которые используют электрогидродинамический, электроосмотический, электрохимический или ультразвуковой тип генерирования потока. Можно использовать другие типы насосов.

Выше сделана ссылка на сопло, которое соединяет пневматический интерфейс 102 с пневматической системой 132 детектора 108, но следует понимать, что можно использовать любое подходящее средство соединения по текучей среде, например, можно использовать выемку, приспособленную для приема сопла, или соответствующие компоненты могут быть скреплены вместе с помощью герметизирующего клея или с помощью прокладки и зажима.

Электронные компоненты, которые управляют описанными в данной заявке устройствами детектирования, могут содержать компоненты пользовательского интерфейса, такие как устройства ввода данных человеком и устройства вывода, такие как дисплеи. Кроме того, электронные компоненты могут содержать схемы управления для подачи управляющих напряжений и токов на устройство 100 детектирования. Примеры изобретения могут включать источники напряжения для такой цели. Такие источники напряжения могут содержать источник питания переменного тока, который может содержать один или более повышающих или понижающих трансформаторов, источники напряжения также могут включать источники питания постоянного тока, такие как батареи, или топливные элементы, или емкостные накопители энергии.

Можно использовать комбинации переменного и постоянного тока, и источник напряжения может содержать инвертор для обеспечения переменного напряжения на основе источника постоянного тока. В некоторых воплощениях источник напряжения может содержать выпрямители для обеспечения постоянного напряжения на основе источника питания переменного тока. Можно использовать любую комбинацию источников питания переменного тока и постоянного тока и компонентов, обеспечивающих напряжение. В некоторых воплощениях источник напряжения также может работать как источник тока. В некоторых примерах электронные компоненты могут содержать схемы обработки сигналов, такие как усилители, например, измерительные усилители.

Как описано в данной заявке, в одном из аспектов настоящего изобретения предложен модуль микрофлюидного канала, содержащий полимерную пленку толщиной менее 1 мм, прикрепленную к поверхности полимерного корпуса, имеющего толщину по меньшей мере 2 мм, причем удлиненная канавка расположена в поверхности полимерного корпуса под полимерной пленкой, при этом полимерная пленка и полимерный корпус содержат один и тот же полимер, и полимерная пленка и полимерный корпус по меньшей мере частично приплавлены вдоль удлиненной дорожки, повторяющей траекторию удлиненной канавки вдоль поверхности так, что пленка и удлиненная дорожка вместе закрывают канавку с образованием микрофлюидного канала.

В одном из воплощений удлиненная дорожка может быть отделена промежутком от удлиненной канавки по всей длине на расстояние, меньше выбранного расстояния, причем это расстояние определяют по величине по меньшей мере одного из параметров: толщины полимерной пленки и ширины удлиненной дорожки.

В одном из воплощений неприваренная область полимерной пленки отделяет удлиненную дорожку от удлиненной канавки.

В одном из воплощений удлиненная дорожка проходит параллельно удлиненной канавке.

В одном из воплощений удлиненная дорожка содержит по меньшей мере две удлиненные дорожки, расположенные на противоположных сторонах большей длины удлиненной канавки.

В одном из воплощений по меньшей мере одно свойство оптического пропускания материала полимерной пленки отличается от того же свойства оптического пропускания материала полимерного корпуса. В одном из воплощений свойство оптического пропускания включает по меньшей мере одно из следующих: показатель преломления и теплопоглощение оптической энергии в диапазоне длин волн от 500 нм до 1500 нм.

В одном из воплощений полимерный корпус содержит добавку, которая содержит материал, который поглощает энергию света с получением тепловой энергии.

В одном из воплощений материал пленки вдоль дорожки по меньшей мере частично проникает в материал корпуса.

В одном из воплощений полимер включает ПЭЭК.

Как описано в данной заявке, в одном из аспектов настоящего изобретения предложено устройство детектирования, содержащее: детектор для обнаружения представляющего интерес вещества, причем детектор содержит пневматическую систему; плату печатного монтажа, ППМ, на которой установлена управляющая электроника для управления детектором и множеством пьезоэлектрических насосов; пневматический интерфейс, выполненный с возможностью установки на ППМ и содержащий корпус, имеющий множество пневматических каналов для соединения с пневматической системой и множество насосных муфт, расположенных на поверхности корпуса так, что, когда интерфейс установлен на ППМ, множество насосных муфт приведено в соответствие с соответствующим одним из множества пьезоэлектрических насосов для соединения каждого насоса с соответствующим каналом из множества пневматических каналов.

В одном из воплощений пневматический интерфейс содержит канал возврата, предназначенный для обеспечения вытекания текучей среды обратно из детектора во множество пьезоэлектрических насосов.

В одном из воплощений по меньшей мере один из каналов соединен с соответствующим одним из насосов посредством ресивера.

В одном из воплощений первый участок канала соединяет насосную муфту с ресивером, а второй участок канала соединяет ресивер с пневматическим интерфейсом, при этом первый участок канала и второй участок канала взаимно ортогональны.

В одном из воплощений пневматический интерфейс и ППМ механически отделены от детектора с помощью электропроводящего экрана.

В одном из воплощений пневматический интерфейс расположен между ППМ и электропроводящим экраном.

В одном из воплощений пневматическая система детектора содержит распылитель паров.

Как описано в данной заявке, в одном из аспектов настоящего изобретения предложено устройство детектирования, содержащее: детектор для обнаружения представляющего интерес вещества; пневматическую систему, включающую распылитель паров, предназначенный для распыления паров в детектор, в котором распылитель паров содержит первый канал для распыления паров в детектор, где канал имеет канавку, выполненную в поверхности полимерного корпуса, и стенку первого канала, которую образует пленка, прикрепленная к поверхности корпуса над канавкой, где пленка выполнена с возможностью пропускания паров сквозь стенку.

В одном из воплощений пленка содержит силиконовую мембрану и полимерную пленку толщиной менее 150 мкм.

В одном из воплощений устройство дополнительно содержит первый картридж для абсорбирующей среды, который содержит отверстие, которое приспособлено для установки напротив пленки, чтобы абсорбирующая среда поглощала пары, которые диффундируют через пленку.

В одном из воплощений первое гнездо предназначено для удерживания первого картриджа напротив пленки. В одном из воплощений устройство содержит первый разъединяющий элемент, который обратимо функционирует для отсоединения картриджа из первого гнезда и для закрепления картриджа в указанном гнезде.

В одном из воплощений устройство содержит картридж для хранения паров. В одном из воплощений устройство содержит второй канал для соединения картриджа для хранения паров с насосом.

В одном из воплощений устройство содержит гнездо для соединения картриджа для хранения паров для приема текучей среды под давлением из второго канала и для подачи паров в первый канал.

В одном из воплощений, по меньшей мере один из каналов снабжен канальным модулем в соответствии с любым из описанных или заявленных в данной заявке.

Как описано в данной заявке, в одном из аспектов настоящего изобретения предложен способ образования микрофлюидного канала, включающий: обеспечение полимерного корпуса, имеющего удлиненную канавку, расположенную в поверхности полимерного корпуса, имеющего толщину по меньшей мере 2 мм; размещение полимерной пленки, имеющей толщину менее 1 мм, на указанной поверхности; приплавление полимерной пленки к полимерному корпусу вдоль удлиненной дорожки, которая повторяет траекторию удлиненной канавки вдоль поверхности так, что пленка и удлиненная дорожка вместе закрывают канавку с обеспечением микрофлюидного канала.

В одном из воплощений приплавление полимерной пленки к полимерному корпусу включает применение лазера вдоль дорожки сварки, которая повторяет траекторию удлиненной канавки вдоль ее длины. В одном из воплощений дорожка отделена от канавки промежутком, который меньше выбранного расстояния, причем расстояние выбирают на основании по меньшей мере одного из параметров: толщины полимерной пленки и мощности лазера. В одном из воплощений расстояние выбирают таким образом, что неприваренная область полимерной пленки отделяет удлиненную дорожку от удлиненной канавки. В одном из воплощений мощность лазера составляет менее 50 Ватт, например, от 10 до 50 Ватт, например, около 30 Ватт. В одном из воплощений лазер является волоконным лазером. В одном из воплощений полимерный корпус содержит материал, способный вызывать нагревание под действием света в диапазоне длин волн от 1060 нм до 1080 нм.

В некоторых примерах один или более элементов памяти может хранить данные и/или программные инструкции, используемые для реализации описанных в данной заявке операций. Воплощения по изобретению обеспечивают материальные, непереносимые носители информации, содержащие программные инструкции, предназначенные для программирования процессора для выполнения любого одного или более описанных способов и/или заявленных в данной заявке и/или для обеспечения устройства обработки данных, описанного и/или заявленного в данной заявке.

Применения и операции устройства, описанного в данной заявке, предназначены также для раскрытия способа, и конкретная структура устройства может быть нецелесообразной, поэтому особенности вариантов осуществления устройства могут быть объединены с описанными и заявленными в данной заявке вариантами осуществления способа. Аналогично, описанные способы могут быть реализованы с помощью подходящей конфигурации устройства, описанного в данной заявке. При необходимости, действия и устройство, описанные в заявке, могут быть реализованы с использованием контроллеров и/или процессоров, которые могут быть снабжены схемами с фиксированными логическими функциями, такими как системы логических элементов или программируемые логические схемы, такие как программное обеспечение и/или инструкции компьютерной программы, выполняемые процессором. Другие виды программируемых логических схем включают программируемые процессоры, программируемые цифровые логические схемы (например, программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (стираемое ППЗУ), электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (электрически стираемое ППЗУ)), специализированную заказную интегральную микросхему, ASIC, или любой другой вид цифровой логической схемы, программного обеспечения, кода, электронных инструкций, флэш-памяти, оптических дисков, CD-дисков, DVD-дисков, магнитных или оптических карт, других типов машиночитаемых носителей, подходящих для хранения электронных инструкций или любую подходящую их комбинацию.

В тех случаях, когда делается ссылка на электроды, следует понимать, что можно применять любое расположение проводников, например, электроды могут содержать металлы или другие проводники и могут быть по меньшей мере частично оголены и/или частично изолированы.

Изобретение относится к области устройств для детектирования. Устройство детектирования включает спектрометр ионной подвижности для обнаружения представляющего интерес вещества, содержащий пневматическую систему; пневматический интерфейс, выполненный для установки на плату печатного монтажа (ППМ) и содержащий полимерный корпус, имеющий множество пневматических каналов для соединения с пневматической системой спектрометра ионной подвижности, при этом множество насосных муфт расположены на поверхности корпуса так, что, когда интерфейс установлен на ППМ, каждая из множества насосных муфт приводится в соответствие с соответствующим одним из множества насосов для соединения каждого насоса с соответствующим каналом из множества пневматических каналов. При этом по меньшей мере один из пневматических каналов образован с помощью удлиненной канавки, сделанной в поверхности полимерного корпуса, и полимерной пленки, расположенной так, что она по меньшей мере частично покрывает поверхность так, что пленка покрывает и закрывает канавку с образованием канала. Изобретение обеспечивает защиту устройства и его каналов от загрязнений. 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство детектирования, включающее:

спектрометр ионной подвижности для обнаружения представляющего интерес вещества, содержащий пневматическую систему;

пневматический интерфейс, выполненный для установки на плату печатного монтажа (ППМ) и содержащий полимерный корпус, имеющий множество пневматических каналов для соединения с пневматической системой спектрометра ионной подвижности, при этом множество насосных муфт расположены на поверхности корпуса так, что, когда интерфейс установлен на ППМ, каждая из множества насосных муфт приводится в соответствие с соответствующим одним из множества насосов для соединения каждого насоса с соответствующим каналом из множества пневматических каналов,

при этом по меньшей мере один из пневматических каналов образован с помощью удлиненной канавки, сделанной в поверхности полимерного корпуса, и полимерной пленки, расположенной так, что она по меньшей мере частично покрывает поверхность так, что пленка покрывает и закрывает канавку с образованием канала.

2. Устройство по п. 1, в котором пневматический интерфейс содержит канал возврата, выполненный для обеспечения вытекания текучей среды из спектрометра ионной подвижности обратно во множество насосов.

3. Устройство по п. 1 или 2, в котором по меньшей мере один из каналов соединен с соответствующей одной из насосных муфт ресивером.

4. Устройство по п. 3, в котором первая часть канала соединяет насосную муфту с ресивером, а вторая часть канала соединяет ресивер с пневматическим интерфейсом, при этом первая часть канала и вторая часть канала взаимно ортогональны.

5. Устройство по любому из пп. 1 или 2, в котором пневматический интерфейс и ППМ механически отделены от спектрометра ионной подвижности электропроводящим экраном.

6. Устройство по п. 5, в котором пневматический интерфейс расположен между ППМ и электропроводящим экраном.

7. Устройство по п. 1 или 2, в котором пневматическая система также содержит распылитель паров, предназначенный для распыления паров в спектрометр ионной подвижности, где распылитель паров содержит первый канал для распыления паров в спектрометр ионной подвижности, при этом пленка выполнена с возможностью пропускания паров сквозь стенку.

8. Устройство по п. 7, дополнительно включающее полимерную пленку толщиной менее 150 мкм и первый картридж для абсорбирующей среды, содержащий отверстие, приспособленное для установки напротив пленки, чтобы абсорбирующая среда имела возможность поглощать пары, которые проникают через пленку.

9. Устройство по п. 8, содержащее первое гнездо, приспособленное для удерживания первого картриджа напротив пленки.

10. Устройство по п. 9, содержащее первый разъединяющий элемент, который обратимо функционирует для отсоединения картриджа от первого гнезда и для закрепления картриджа в гнезде.

11. Устройство по п. 1 или 2, дополнительно включающее резервуар для хранения паров.

12. Устройство по п. 11, в котором пневматическая система содержит второй канал для соединения резервуара для хранения паров с насосом, в котором, например, второй канал содержит микрофлюидный канал.

13. Устройство по п. 12, содержащее гнездо для соединения резервуара для хранения паров, для приема давления текучей среды из второго канала и подачи паров в первый канал.

14. Устройство по п. 11, в котором резервуар для хранения паров содержит картридж для хранения паров, где, например, резервуар для хранения паров содержит резервуар для допирующего вещества.

15. Устройство по п. 14, в котором картридж для хранения паров содержит резервуар для калибрующего вещества.

16. Устройство по п. 14, в котором картридж для хранения паров содержит нагреватель, функционирующий для повышения температуры текучей среды, содержащейся в картридже, в котором, например, устройство содержит средство присоединения источника энергии, предназначенное для подачи энергии к нагревателю.

17. Устройство по п. 14 или 15, в котором выполняется по меньшей мере одно из:

насос ППМ соединен с помощью пневматического интерфейса для обеспечения давления в канале пневматической системы: (i) для создания давления в резервуаре для допирующего вещества или калибрующего вещества, который соединен с этим каналом, и (ii) для обеспечения протекания паров через канал в устройство детектирования,

управляющая электроника, размещенная на ППМ, сконфигурирована для управления насосами для дозирования калибрующего вещества и/или допирующего вещества в пневматическую систему.