提供了一種用于測量微流控系統(tǒng)中流體物理特性的傳感器和方法。微流控芯片具有一層薄的可變形膜，可將微流控通道與微波諧振器傳感器分開。膜在膜與流體相互作用的載荷下是可變形的。載荷可以是通道中的流體壓力，也可以是膜與流體相互作用產(chǎn)生的剪切應(yīng)力或表面應(yīng)力。膜的變形會(huì)改變傳感器附近區(qū)域的介電常數(shù)。介電常數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致傳感器的電氣參數(shù)發(fā)生變化，從而可以測量流體的特性，例如流速或生物或化學(xué)特性。此外，還提供了具有更高靈敏度的微波傳感器，用于表征微流體通道中的流體。傳感器在微流控芯片中具有剛性且非常薄的層，例如在 10 um 至 100 um 的范圍內(nèi)，允許將傳感器定位在非?？拷⒘骺赝ǖ赖奈恢?，從而實(shí)現(xiàn)非常高分辨率的傳感。

本申請要求享有2017年8月24日提交的美國臨時(shí)專利申請第62/549,467號的優(yōu)先權(quán)，該申請通過引用并入本文。

本公開一般涉及用于檢測微流體通道內(nèi)流體特性的傳感器，更具體地涉及包含微波諧振器的傳感器。

微流控技術(shù)已被廣泛用于生物醫(yī)學(xué)研究和分析化學(xué)的微尺度流體流動(dòng)的有效操縱。微流控網(wǎng)絡(luò)中的流量控制在某些應(yīng)用中至關(guān)重要，例如細(xì)胞分選、細(xì)胞收集、流動(dòng)混合、細(xì)胞粘附和培養(yǎng)、液滴操作和流動(dòng)驅(qū)動(dòng)。此外，可能需要精確定量流速以確定濃度，例如細(xì)胞的濃度，以及中空微球、液滴、脂質(zhì)體和殼聚糖微纖維等的產(chǎn)生。流速的輕微變化可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的尺寸變化。為了在微尺度上精確處理流體，需要實(shí)時(shí)檢測微流體環(huán)境中的流速。此外，還需要改進(jìn)微流體環(huán)境中的生物和化學(xué)傳感技術(shù)。

最近，微波平面諧振器器件在傳感應(yīng)用中取得了可喜的成果。它們基于電場與傳感器近探測材料的相互作用來工作。材料的介電特性（介電常數(shù)和電導(dǎo)率）會(huì)影響電場，從而影響諧振器的電性能，例如諧振幅度、諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)。微波諧振器的平面結(jié)構(gòu)、簡單的制造工藝和堅(jiān)固性使其對各種不同的應(yīng)用具有吸引力，例如油砂中的液體監(jiān)測、用于環(huán)境監(jiān)測的氣體傳感以及納米材料和納米結(jié)構(gòu)的研究。這些基于微波和阻抗的測量系統(tǒng)還測量了通道和管道內(nèi)的流速，但它們使用了相對于支撐流體傳輸?shù)囊旱位蝾w粒形式的流動(dòng)不連續(xù)性。這種不連續(xù)性的利用對于生物反應(yīng)器和OOC具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗鼈儗ε囵B(yǎng)細(xì)胞產(chǎn)生有害影響。綜上所述，現(xiàn)有的片上集成流量傳感器不適用于小型化生物反應(yīng)器和OOC。開發(fā)與復(fù)雜微流控生物反應(yīng)器兼容的流量傳感器，以及長期實(shí)時(shí)監(jiān)測流量，在系統(tǒng)級集成和全自動(dòng)化方面限制最小，仍存在挑戰(zhàn)。

需要改進(jìn)用于微流體應(yīng)用的傳感器和傳感方法。

以上信息僅作為背景信息提供，以幫助理解本公開內(nèi)容。對于上述任何一項(xiàng)是否適用于本公開的現(xiàn)有技術(shù)，沒有作出任何斷言或承認(rèn)。

根據(jù)一個(gè)方面，本公開針對一種用于傳感流體的裝置，包括定義用于接收流體的微流控通道的微流控芯片，該通道包括腔室，所述芯片具有設(shè)置在腔室處的可變形膜并定義通道的一部分，其中，可變形膜在響應(yīng)于膜與流體相互作用的載荷時(shí)向外變形， 以及微波諧振器，用于在可變形膜上產(chǎn)生電磁場，諧振器與微流控芯片隔開并面向可變形膜，從而在諧振器和膜之間定義間隙以適應(yīng)膜的向外變形。

在實(shí)施例中，可變形膜在響應(yīng)于膜與流體相互作用產(chǎn)生的壓力或剪切應(yīng)力時(shí)向外可變形。

在實(shí)施例中，可變形膜在通道內(nèi)響應(yīng)流體的壓力而向外可變形。

在實(shí)施例中，該裝置還包括一個(gè)分析儀，該分析儀被布置成在產(chǎn)生電磁場的情況下測量微波諧振器的電參數(shù)，其中測量的電參數(shù)相對于由負(fù)載引起的可變形膜的變形量而變化。

在實(shí)施例中，分析儀還被布置成基于測量的電參數(shù)確定微流體通道內(nèi)流體的物理特性。

在實(shí)施例中，物理特性是流體在通道內(nèi)的流速。

在實(shí)施例中，物理特性是通道內(nèi)流體的化學(xué)或生物特性。

在實(shí)施例中，所述電氣參數(shù)為諧振器的諧振頻率。

在實(shí)施例中，微流控芯片包括連接到薄膜層的第一層，其中微流控通道定義在第一層和薄膜層之間，并且其中薄膜層形成可變形膜。

在實(shí)施方案中，可變形膜主要由聚二甲基硅氧烷（PDMS）組成。

在實(shí)施例中，可變形膜的寬度在1mm至10mm的范圍內(nèi)。

在實(shí)施例中，可變形膜的厚度在10μm至150μm的范圍內(nèi)。

在實(shí)施例中，所述可變形膜的寬度與所述可變形膜的厚度之比在30：1至60：1的范圍內(nèi)。

在實(shí)施例中，在非變形狀態(tài)下，諧振器與可變形膜之間的間隙在200μm至500μm的范圍內(nèi)。

在實(shí)施例中，該裝置還包括設(shè)置在微流控通道附近并遠(yuǎn)離可變形膜的第二微波諧振器，以及設(shè)置用于在存在產(chǎn)生的電磁場的情況下測量微波諧振器的電參數(shù)的分析儀，其中被測電參數(shù)相對于由負(fù)載引起的可變形膜的變形量而變化， 分析儀還布置成使用第二諧振器測量通道內(nèi)流體的介電常數(shù)。

在實(shí)施例中，分析儀被布置成基于測量的電參數(shù)和測量的介電常數(shù)來確定微流體通道內(nèi)流體的流速。

在實(shí)施例中，可變形膜在外可變形而不阻塞通道。

在實(shí)施例中，微波諧振器被保持在相對于微流控芯片的位置，而不鍵合。

根據(jù)一個(gè)方面，本公開是針對一種傳感流體的方法，該方法包括在微流控芯片的微流控通道中提供流體，該通道包括腔室，所述芯片具有設(shè)置在腔室處的可變形膜并定義通道的一部分，其中，可變形膜在響應(yīng)于膜與流體相互作用的載荷時(shí)向外變形， 使用微波諧振器在可變形膜上產(chǎn)生微波頻率電磁場，諧振器與微流控芯片隔開并面向可變形膜，從而定義諧振器和膜之間的間隙以適應(yīng)膜的向外變形，并在產(chǎn)生的電磁場存在下測量微波諧振器的電參數(shù)， 其中，測得的電學(xué)參數(shù)隨載荷引起的可變形膜的變形量而變化。

在實(shí)施例中，可變形膜在響應(yīng)于膜與流體相互作用產(chǎn)生的壓力或剪切應(yīng)力時(shí)向外可變形。

在實(shí)施例中，可變形膜在通道內(nèi)響應(yīng)流體的壓力而向外可變形。

在實(shí)施例中，該方法還包括基于測量的電參數(shù)確定微流體通道內(nèi)流體的物理特性。

在實(shí)施例中，物理特性是流體在通道內(nèi)的流速。

在實(shí)施例中，物理特性是通道內(nèi)流體的化學(xué)或生物特性。

在實(shí)施例中，所述電氣參數(shù)為諧振器的諧振頻率。

在實(shí)施例中，微流控芯片包括連接到薄膜層的第一層，其中微流控通道定義在第一層和薄膜層之間，并且其中薄膜層形成可變形膜。

在實(shí)施方案中，可變形膜主要由聚二甲基硅氧烷（PDMS）組成。

在實(shí)施例中，可變形膜的寬度在1mm至10mm的范圍內(nèi)。

在實(shí)施例中，可變形膜的厚度在10μm至150μm的范圍內(nèi)。

在實(shí)施例中，所述可變形膜的寬度與所述可變形膜的厚度之比在301至601的范圍內(nèi)。

在實(shí)施例中，在非變形狀態(tài)下，諧振器與可變形膜之間的間隙在200μm至500μm的范圍內(nèi)。

在實(shí)施例中，該方法還包括設(shè)置在微流控通道附近并遠(yuǎn)離可變形膜的第二微波諧振器，并使用第二諧振器測量通道內(nèi)流體的介電常數(shù)，并使用測量的介電常數(shù)和測量的電參數(shù)來確定流體的物理特性。

在實(shí)施例中，流體的參數(shù)是流體在微流體通道內(nèi)的流速。

在實(shí)施例中，可變形膜在外可變形而不阻塞通道。

在實(shí)施例中，微波諧振器被保持在相對于微流控芯片的位置，而不鍵合。

根據(jù)一個(gè)方面，本公開內(nèi)容涉及一種用于傳感流體的裝置，包括定義用于接收流體的微流控通道的微流控芯片、具有定義通道部分的薄層的芯片、厚度在10 um至100 um范圍內(nèi)的薄層，以及設(shè)置用于在薄層處產(chǎn)生電磁場的微波諧振器， 諧振器設(shè)置在薄層附近。

在實(shí)施例中，諧振器設(shè)置在距薄層不超過50um的地方。

在實(shí)施例中，諧振器設(shè)置在與薄層的物理接觸中。

在實(shí)施例中，該裝置還包括一種分析儀，該分析儀被布置成在存在產(chǎn)生的電磁場和通道內(nèi)的流體的情況下測量微波諧振器的電參數(shù)。

在實(shí)施例中，微波諧振器被保持在相對于微流控芯片的位置，而不鍵合。

根據(jù)本公開，上述摘要提供了一些方面和特征，但無意加以限制。本公開的其它方面和特征對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在結(jié)合附圖對具體實(shí)施方式的以下描述進(jìn)行審查后將變得顯而易見。因此，附圖和詳細(xì)描述應(yīng)被視為說明性，而不是限制性的。

現(xiàn)在僅通過示例，參照所附附圖對本公開的實(shí)施例進(jìn)行描述。

無花果。圖1是根據(jù)本公開的傳感裝置的實(shí)施例。

無花果。圖2是傳感裝置的橫截面圖，類似于圖2所示。1.

無花果。圖3是微流控芯片的分解圖。

無花果。4為傳感系統(tǒng)。

無花果。圖5是傳感裝置的橫截面圖。

無花果。圖6是示出檢測流體的方法的至少一些步驟的過程流程圖。

無花果。圖7是實(shí)驗(yàn)中使用的流量傳感器的照片。

無花果。圖8是表示通道內(nèi)壓力分布和膜層變形的圖。

無花果。圖9是膜變形響應(yīng)不同流速的數(shù)值模擬圖。

無花果。圖10是在高頻結(jié)構(gòu)仿真中實(shí)現(xiàn)的傳感器的表示。

無花果。圖11是諧振頻率下諧振器前方敏感區(qū)域電場分布模擬的側(cè)視圖表示。

無花果。圖12是模擬諧振器上方電場分布的透視圖表示。

無花果。圖13和14分別顯示了含水量和乙醇含量的膜不同偏轉(zhuǎn)值的共振曲線。

無花果。圖15和16分別顯示了集成到微波諧振器傳感器的較大膜和較小膜對流速隨時(shí)間變化的行為。

無花果。圖17和18分別是較大和較小膜集成微波諧振器中諧振幅隨不同流速變化的圖形。

無花果。圖19和圖20分別是流量傳感器中諧振器的諧振幅度與時(shí)間的關(guān)系圖，以及諧振頻率與時(shí)間的關(guān)系圖。

無花果。圖21和22分別顯示了與擬合曲線相關(guān)的諧振幅度和諧振頻率與流速的關(guān)系圖。

無花果。圖23和24分別顯示了諧振幅度變化和諧振頻率變化相對于流速變化的瞬態(tài)響應(yīng)。

無花果。25是具有兩個(gè)微波諧振器傳感器的傳感裝置，用于提供差分測量。

無花果。26是一種具有更高靈敏度的微波傳感器，在微流控芯片中包含一個(gè)非常薄的、基本上剛性的層。

無花果。圖27是傳感裝置的橫截面圖，類似于圖27。26.

無花果。圖28是示出示例實(shí)施例中諧振器傳感器的頻移與薄膜厚度的關(guān)系的圖。

無花果。29 是一種傳感裝置，用于使用 5 個(gè)剛性層傳感器同時(shí)表征 5 種不同的流體流動(dòng)。

無花果。30是一個(gè)微流體系統(tǒng)，具有諧振器傳感器，用于將顆粒從介質(zhì)中分離并引導(dǎo)它們通過特定通道。

無花果。31是一種傳感裝置，包括具有懸臂的微流控傳感器，該懸臂具有埋入式微流控。

無花果。圖32是該裝置的橫截面圖。31.

無花果。圖33是可用于實(shí)現(xiàn)實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)方面或組件的示例計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)的框圖。

本公開通常涉及用于檢測微流體通道內(nèi)流體特性的傳感器，更具體地說，涉及包含微波諧振器的傳感器。

在某一方面，公開內(nèi)容針對用于檢測或測量微流體環(huán)境中流體流速的傳感器。在實(shí)施例中，傳感器可用于測量流體的物理特性，例如化學(xué)成分、生物成分、濃度、存在一類分子、生物細(xì)胞或某些其他物質(zhì)等。微流控芯片由一層薄的可變形膜組成，該膜將微流控通道與微波傳感器分開。由于流體壓力和/或流體成分與通道內(nèi)膜表面的相互作用，可變形膜相對于芯片是可變形的，以響應(yīng)膜上的應(yīng)力。由于流體壓力而施加在膜上的應(yīng)力，有時(shí)在此稱為法向應(yīng)力，與通道中流體的流速成正比。膜的變形量隨著膜應(yīng)力的增加而增加，會(huì)改變傳感器附近區(qū)域的介電常數(shù)。介電常數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致傳感器的電氣參數(shù)（例如共振頻率）發(fā)生變化，從而允許測量或計(jì)算物理特性，例如通道內(nèi)流體的流速或其他一些特性。

在一些實(shí)施方式中，傳感器不接觸流體或侵入微流體通道。

在另一方面，公開針對具有更高靈敏度的微波傳感器，這至少可以通過通過使用微流控芯片中的非常薄的層將傳感器定位在非?？拷⒘骺赝ǖ赖奈恢脕韺?shí)現(xiàn)。薄層將微流體通道與微波傳感器隔開。將傳感器放置在非?？拷ǖ纼?nèi)的流體的位置，可實(shí)現(xiàn)高分辨率傳感。

無花果。圖1是根據(jù)本公開的傳感裝置10的實(shí)施例。傳感裝置10通常包括微流控裝置或芯片100和傳感器裝置200。微流控芯片100通常包括與材料104的薄膜層連接的材料102的初級層。初級層102定義了用于接收流體的微流體通道108。通道108包括空腔或腔室110，其為通道108的加寬部分。在該實(shí)施例中，腔室110具有圓形，并且呈圓柱體形式。通道108和腔室110可以在初級層102的一側(cè)蝕刻或以其他方式形成，并且當(dāng)薄膜層104與初級層102連接時(shí)，通道108和腔室110的開口側(cè)可以被薄膜層104密封，如圖所示。3.在圖3中。如圖1所示，通道108和腔室110形成面向傳感器設(shè)備200的初級層102的一側(cè)。在圖中。如圖1所示，這如初級層102的底側(cè)所示，其與薄膜層104相連。

薄膜層104在腔室110區(qū)域起著可變形膜106的作用，使得薄膜層104響應(yīng)于膜的機(jī)械載荷而變形，包括由于流體壓力而響應(yīng)于法向力的變形或偏轉(zhuǎn);或由于流體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壁面剪切應(yīng)力產(chǎn)生的切向力;或由于流體成分與膜表面的化學(xué)或生物相互作用而產(chǎn)生的法向力或切向力。例如，剪應(yīng)力和表面應(yīng)力可能是不同類型的應(yīng)力或載荷。即使流體分子擴(kuò)散到膜中，膜內(nèi)部也可能產(chǎn)生表面應(yīng)力。然而，剪切應(yīng)力只能施加在膜的頂面。薄膜層104可以響應(yīng)于這些不同類型的應(yīng)力或載荷中的任何一種而變形，無論是法向應(yīng)力、剪切應(yīng)力和/或表面應(yīng)力。例如，當(dāng)通道108和腔室110內(nèi)存在正流體壓力時(shí)，可變形膜106被配置為向外變形，這意味著遠(yuǎn)離腔室110和芯片100。膜106的向外變形如圖所示。如圖2所示，這是傳感裝置10的橫截面圖。在另一種示例中，流體或流體的組分與膜表面的相互作用，例如化學(xué)或生物結(jié)合，產(chǎn)生法向或切向力，導(dǎo)致膜的變形或偏轉(zhuǎn)。在另一個(gè)替代示例中，流體或流體的組分引起膜特性（如孔隙率）的變化，再次導(dǎo)致膜的變形或偏轉(zhuǎn)。

在本實(shí)施例中，傳感器10在沒有任何通道108阻塞的情況下工作，這意味著傳感器10沒有任何位于通道108內(nèi)的組件。在其他傳感器中，通道內(nèi)的組件通常會(huì)影響通道內(nèi)的流體流動(dòng)，從而影響流體特性（如流速）或某些流體成分（如吸附在膜表面的分子和顆粒）的測量。例如，微型懸臂傳感器將流體噪聲引入循環(huán)網(wǎng)絡(luò)。此外，本實(shí)施例不使用或要求在流體中加入諸如顆?；蛞旱蔚牟贿B續(xù)相來測量流速。可變形膜在其空載狀態(tài)下可以具有平面形狀，或者在其空載狀態(tài)下可以包括凸面或凹面。

因此，在一些實(shí)施方案中，可變形膜被簡單地設(shè)計(jì)為微流控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一部分。

在目前的傳感器10中，變形量通常與施加在膜上的載荷量成正比，這意味著變形隨著載荷（例如壓力）的增加而增加。由特定量的流體壓力引起的變形量或速率根據(jù)特定實(shí)施例的規(guī)格而變化。諸如腔室110的尺寸或?qū)挾?、可變形?b _istranslated="1">106的厚度以及可變形膜106的材料等因素通常影響變形的量或速率。例如，較寬的膜、較薄的膜和較軟的膜（例如由較軟或更有彈性的材料制成）通常更容易變形，這意味著響應(yīng)較小的負(fù)載，例如較低的壓力。

芯片包括一對與通道108流體通信的入口/出口112，使得在腔室110的每一側(cè)都設(shè)置有一個(gè)端口112。端口112可以連接到管114，如圖所示。如圖4所示，用于提供流體流過芯片100。

再次參考圖。如圖1所示，傳感裝置10的傳感器裝置200包括微波諧振器204，該諧振器設(shè)置在可變形膜106和腔室110的區(qū)域產(chǎn)生電磁場。在該實(shí)施例中，諧振器204是具有開諧振器環(huán)路部分206的平面微帶環(huán)形諧振器。

諧振器204可以設(shè)置在基板202上。進(jìn)出諧振器204的輸入和輸出信號可以分別通過兩條微帶饋線208和210，以及線路208、210和開環(huán)206之間的電容耦合耦合到諧振器204。饋線208可以是設(shè)備的第一端口（例如端口1），而線路210可以是第二端口（例如端口2）?？梢詫⑿盘柺┘拥骄€路208、210中的至少一條，以使諧振器204在諧振頻率下工作。此外，輸出信號可以在饋線208、210處獲得并傳輸?shù)狡渌胤剑⒖赡苓M(jìn)行分析或處理。所施加信號和輸出信號中的一個(gè)或兩個(gè)可以由任何合適的計(jì)算設(shè)備20產(chǎn)生或接收，例如頻譜分析儀或網(wǎng)絡(luò)分析儀，如圖所示。4.傳感器10和計(jì)算設(shè)備20可以構(gòu)成傳感系統(tǒng)400的一部分?；氐綀D。如圖1所示，位于諧振器環(huán)路206與饋線208、210之間的區(qū)域分別是耦合間隙212和214。諧振器環(huán)路206還包括狹縫或間隙216。對于這個(gè)特定的諧振器204，諧振器的敏感區(qū)域正好在間隙216附近。

微帶環(huán)形諧振器結(jié)構(gòu)在本實(shí)施例中用于微波傳感器，因?yàn)樗钠矫媾渲貌⑶乙驗(yàn)樗谄溟g隙216處產(chǎn)生單個(gè)敏感區(qū)域。

參見圖。如圖2所示，諧振器204與微流控芯片100隔開并面向可變形膜106，從而在諧振器204和膜106之間定義一個(gè)間隙120，以容納膜106的向外變形。在該實(shí)施例中，間隙為400 um，但在其它實(shí)施方式中，它可以是任何其他合適的尺寸，例如380 um、390 um、410 um、420 um，或高于、介于或低于這些值的任何其他合適值。在一些實(shí)施方案中，間隙在200um至500um的范圍內(nèi)。薄膜層104可以充當(dāng)電子諧振器204和流體之間的絕緣體層，以避免電流接觸。絕緣體層還可以防止與雙電層電容相關(guān)的問題，同時(shí)防止電極退化，并有利于測量的可重復(fù)性和傳感器壽命。一個(gè)或多個(gè)墊片220可用于提供可變形膜106與薄膜層104以及諧振器204之間的分離。墊片220可以起到絕緣體的作用，并且可以將芯片100保持在相對于傳感器設(shè)備200的位置。此外，墊片220可以防止由于與諧振器204或基板202接觸而污染薄膜層104。微波諧振器204保持在相對于微流控芯片100的位置，具有可釋放的連接，例如不粘合。這允許第一微流控芯片很容易地從諧振器204上移除并用第二微流控芯片替換。這使得諧振器可以與多個(gè)不同的微流控芯片一起使用。例如，用過的微流控芯片可能會(huì)被移除和丟棄，并用新芯片替換?？梢酝ㄟ^任何合適的方式實(shí)現(xiàn)可釋放的連接。在實(shí)施例中，可以是圍繞芯片100和傳感器設(shè)備200之間的接觸邊緣的薄層墊片。在實(shí)施例中，芯片100和傳感器設(shè)備200之間可以使用諸如螺栓或螺釘?shù)木o固件對齊。在實(shí)施例中，芯片100可以放置在像油一樣的滑動(dòng)液體上。液體可以放置在芯片100和傳感器設(shè)備200之間的接觸邊緣周圍的凹槽上。這樣，芯片100的位置可以很容易地調(diào)整、對齊和重新定位在傳感器設(shè)備200上。然而，在其他實(shí)施例中，諧振器204或基板202可以固定地連接到芯片100，例如通過粘接或用粘合劑連接。

如前所述，傳感裝置10可用于感測、檢測或測量微流體通道中的流體的物理特性，例如流速、濃度、化學(xué)成分等。傳感可以以非接觸式和非侵入式方式進(jìn)行，這意味著傳感器不需要與流體進(jìn)行任何接觸。傳感可以實(shí)時(shí)完成。由流經(jīng)微流體通道108的流體相互作用引起的載荷流過可變形膜106，使膜106變形。膜106的變形改變了微波諧振器204敏感區(qū)上的介電常數(shù)和電導(dǎo)率，并且能夠高分辨率檢測或測量流體的物理特性，例如流體的某些成分的流速或濃度，使用非接觸式微波電磁場選擇性地與微流體通道108中的膜相互作用。傳感器10位于微流控通道108的底部，這意味著剛好相鄰并面向可變形膜106，如圖所示。如圖2所示，其中通道108內(nèi)可變形膜106表面的流速為零，因此其變形與可變形膜106上的拋物線非線性流動(dòng)剖面無關(guān)。

根據(jù)諧振器204附近的電磁場分布，可變形膜106的任何變形（例如膨脹）都會(huì)改變諧振器204所經(jīng)歷的有效介電常數(shù)，并因此改變諧振器204的電氣參數(shù)，例如有效電容、諧振頻率和諧振幅度。諧振器204的電參數(shù)的改變可用于確定通道108中流體的流速或測量粘附在膜108表面的某些流體組合物的濃度。

在一些實(shí)施例中，用于將測量的電參數(shù)（例如諧振頻率或諧振幅度）映射到流動(dòng)參數(shù)的數(shù)據(jù)可以預(yù)先確定并存儲(chǔ)在某處，例如在計(jì)算設(shè)備20中。例如，微流控通道108中的有效介電常數(shù)變化可以追蹤為微波諧振器204的頻移。給定的數(shù)據(jù)集通常用于具有特定規(guī)格的傳感器，例如微流控通道的尺寸、可變形膜的尺寸、可變形膜的厚度和材料等，因?yàn)檫@些參數(shù)通常會(huì)影響電氣參數(shù)與流動(dòng)參數(shù)的映射（流速或目標(biāo)流體成分的濃度）。此外，給定的數(shù)據(jù)集通常用于特定類型的流體，或者流體具有相同的介電常數(shù)，因?yàn)榱黧w的介電常數(shù)通常也會(huì)影響電參數(shù)到流動(dòng)參數(shù)的映射。在一些實(shí)施例中，該數(shù)據(jù)可以以預(yù)加載的校準(zhǔn)曲線的形式出現(xiàn)。

由于可變形膜106與流經(jīng)通道108、106的流體相互作用而施加在可變形膜106上的載荷減少，導(dǎo)致膜106向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，即縮回其等容弛豫。

在本實(shí)施例中，芯片100的初級層102和薄膜層104由聚二甲基硅氧烷（PDMS）形成，并通過兩層102、104的等離子體鍵合而成。在一些實(shí)施方案中，一層或兩層102、104基本上可以由PDMS組成，這意味著至少50%的PDMS。在其他實(shí)施方案中，層102、104中的一層或兩層可以由包括生物相容性聚合物在內(nèi)的任何其他合適的材料制成或包含。

在該實(shí)施例中，PDMS材料因其與生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用相關(guān)的獨(dú)特特性而被選為微流控系統(tǒng)，包括生物相容性、透氣性、變形性和化學(xué)惰性功能。此外，PDMS可以很容易地附著在玻璃和其他PDMS層上，以制造多層復(fù)雜的微流控器件。它也是一種用戶友好的材料，因?yàn)樗m用于使用復(fù)制成型和軟光刻技術(shù)創(chuàng)建任何類型的幾何形狀和厚度。PDMS也是一種低損耗的微波透明產(chǎn)品。本傳感器10采用混合低成本技術(shù)制造，該技術(shù)結(jié)合了PDMS軟光刻和印刷電路板（PCB）制造工藝。在流動(dòng)條件下，膜撓度的永久撓度與PDMS膜的低剛度相結(jié)合，使得高性能流體傳感器具有低功耗和流體參數(shù)的非接觸式檢測能力。無需額外的光學(xué)或電子元件片上集成，從而簡化了小型化、集成和操作。

此外，腔室110處的可變形膜106的尺寸由腔室110的尺寸決定?？勺冃文?b _istranslated="1">106的尺寸可以是任何合適的尺寸，例如1 mm、1.5 mm、2 mm、2.5 mm、3 mm、10 mm，或高于、介于或低于這些值的任何其他合適值。形成可變形膜106的薄膜層104的厚度可以是任何合適的值，例如90um、100um、110um、10um至200um范圍內(nèi)、100um至150um范圍內(nèi)，或高于、介于或低于這些值的任何其他合適值。薄膜層104的尺寸和/或厚度可以基于特定的測試要求來選擇，例如流速范圍、流體類型、應(yīng)用類型等。在一些實(shí)施方案中，薄膜層104可以做得更堅(jiān)硬，用于更高的流體壓力應(yīng)用，以便需要更高的壓力來實(shí)現(xiàn)相同量的變形。在實(shí)施例中，薄膜層104可以涂覆更硬的材料，例如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），以便能夠檢測用于高壓液體和氣體檢測的更高流速。在另一實(shí)施方案中，薄膜層104可以做得更厚以增加其剛度。在一些實(shí)施方案中，可變形膜的寬度與可變形膜的厚度之比可以在30：1至60：1的范圍內(nèi)，或任何其他合適的范圍或值。

用于測量流速的微通道108的寬度可以與可變形膜106的直徑或?qū)挾葻o關(guān)。這可以實(shí)現(xiàn)高度的靈活性，將傳感器與各種通道尺寸集成在一起，并為測量微流體網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)測量點(diǎn)的流速開辟一條途徑，適用于估計(jì)通道中的壓力。通道108的示例尺寸為500μm×40μm×2 mm（寬×高×長），但可以理解的是，通道108可能具有任何其他合適的尺寸。

層102、104可以通過在模具上模壓PDMS材料來制造。

層102，其定義了微流控通道108的設(shè)計(jì)，可以澆鑄在模具上并在烘箱中烘烤。固化后，將第102層從模具上剝離。形成可變形膜106的薄膜層104可以通過在硅烷化載玻片上旋轉(zhuǎn)PDMS前驅(qū)體來制備并固化。旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)速度可以調(diào)節(jié)以達(dá)到所需的薄膜層104的厚度。用于初級層102的端口112可以打孔以打孔，用于將芯片100連接到金屬連接器和管道密封件。然后，層102、104可以不可逆地對齊并與等離子體處理（例如等離子蝕刻PE25）結(jié)合以形成芯片100。然后可以在烘箱中加熱芯片100以加強(qiáng)粘合。

諧振器204在其半波長諧振模式下工作，并如前所述電容耦合到饋線208、210端口。給出圖204實(shí)施例中諧振器的尺寸感。如圖1所示，諧振器回路206與饋電線208、210的導(dǎo)電線路寬度為1.5 mm，諧振器回路206為29 mm，耦合間隙212、214為0.3 mm。諧振器204在4 GHz的諧振頻率下工作，質(zhì)量因數(shù)為200，其附近沒有PDMS層。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，諧振器204可以具有任何其他合適的尺寸和/或工作在任何其他合適的諧振頻率下。

可以理解的是，圖的實(shí)施例。圖1-3只是一個(gè)示例實(shí)施例。在其他實(shí)施例中，微流控芯片100或傳感裝置10的諧振器裝置200可以被配置成不同的結(jié)構(gòu)或以不同的方式操作。例如，腔室110可以具有圓形或圓柱形以外的形狀。此外，在其他實(shí)施方案中，芯片100可以不包括腔室，而是可以被配置成使得通道108足夠?qū)?，以使可變形?b _istranslated="1">106響應(yīng)于與通道108中的流體的相互作用而變形。在一些實(shí)施例中，諧振器204可以是平面微帶環(huán)形諧振器以外的諧振器，包括但不限于曲流型、環(huán)形、線型和三角型諧振器，或以單個(gè)諧振器或多諧振器的形式組合它們。此外，在一些實(shí)施方案中，形成可變形膜106的薄膜層104可能不一定具有與初級層102相同的近似長度和寬度，如圖所示。1 和 3.例如，薄膜層104可以小于初級層102。當(dāng)然，傳感裝置10可以與圖10的實(shí)施例不同。1-3 以上述方式以外的方式。

無花果。圖5是根據(jù)本公開的具有微流控芯片500和傳感裝置550的傳感裝置50的橫截面圖。在圖中。如圖5所示，微流控通道508中的流體流要么進(jìn)入頁面，要么流出頁面，這與圖中的視圖不同。2 圖中流體從左向右流動(dòng)（反之亦然）。無花果。圖5示出了被測材料580在薄膜層的內(nèi)表面或膜504上的擴(kuò)散或聚集。被測材料通常是通道508中的流體或流體中的材料。波浪線表示諧振器554的微波電磁場。諧振器554被配置成用于在通道508處感測薄膜層504的特性變化。

無花果。如圖6所示，該工藝流程圖至少表示了根據(jù)本公開的傳感流體的示例方法的一些步驟或操作。該過程從塊600開始，其中流體在微流控芯片的微流控通道中提供，其中通道包括一個(gè)腔室。芯片具有設(shè)置在腔室和通道定義部分的可變形膜，其中可變形膜響應(yīng)于通道內(nèi)流體的壓力而向外變形。

該過程繼續(xù)進(jìn)行到塊602，其中使用微波諧振器在可變形膜上產(chǎn)生微波頻率電磁場。諧振器與微流控芯片隔開并面向可變形膜，從而在諧振器和膜之間定義間隙以適應(yīng)膜的向外變形。

該過程繼續(xù)進(jìn)行到塊604，其中微波諧振器的電參數(shù)是在產(chǎn)生的電磁場存在的情況下測量的。測得的電學(xué)參數(shù)隨與流體相互作用引起的可變形膜的變形量而變化。

在可選步驟中，該過程進(jìn)入塊606，其中微流體通道內(nèi)流體的流速基于測量的電參數(shù)確定。

然后，該過程結(jié)束。

以下是對根據(jù)本公開的用于流體傳感的微波傳感器的非限制性示例及其操作的描述。

無花果。圖7示出了示例傳感器70，其類似于參考圖所示和描述的傳感器。以上1-3。在實(shí)驗(yàn)中，測試了兩個(gè)厚度為100 pm的圓形膜，直徑尺寸分別為3 mm（“較大”膜）和1.5 mm（“較小”膜）。

流量傳感器70在0.5-300μl/min的檢測范圍內(nèi)，以1μl/min的分辨率檢測流速，檢測限為0.5μl/min。該傳感器的高性能源于集成的薄圓形膜對流體流動(dòng)引起的壓力變化的高靈敏度;微波平臺(tái)的具體設(shè)計(jì);以及連接電極和流體的薄膜的存在。與其他芯片實(shí)驗(yàn)室兼容流量傳感器相比，該流量傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：（a）提供非接觸式集成模式，以合理的線性響應(yīng)測量各種流量，以及（b）高靈敏度和非侵入性性能，這對OOC非常有益。該流量傳感器展示了其長期性能，可以穩(wěn)定地監(jiān)測細(xì)胞培養(yǎng)基的流速，并與細(xì)胞培養(yǎng)箱的環(huán)境兼容。仿真結(jié)果證實(shí)，流速在微生物反應(yīng)器中具有非侵入性功能，使其成為OOC平臺(tái)的無害流量傳感器。雖然該實(shí)驗(yàn)側(cè)重于特定于 OOC 的流量傳感，但對乙醇和水等流體的復(fù)雜介電常數(shù)的準(zhǔn)確和高速測量也被證明表明其在生物醫(yī)學(xué)和能源領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，并有可能在線組裝到任何類型的微流體。

在傳感器中，液體流經(jīng)微通道流過薄的圓形膜會(huì)使膜變形并改變傳感器上方介質(zhì)的有效介電常數(shù)。

在本文測試的 1-300 μl/min 的流動(dòng)范圍內(nèi)，雷諾數(shù)保持在 0.1 以下，因此層流條件對于流動(dòng)模擬目的仍然有效?；贜avier-Stokes和連續(xù)性方程的模擬以及在恒定壓力下施加在膜上的力，圖中表示了厚度為100 pm的直徑為3 mm的膜的變形。8. 圖。圖8顯示了在100μl/min的流速下通道內(nèi)的壓力分布和較大膜（直徑3 mm）的變形。100 μl/min 的流速在膜上產(chǎn)生 6 KPa 的流壓，導(dǎo)致最大撓度為 260 pm。圖中的各種箭頭。圖8旨在提供從比例到圖紙的一般映射。

無花果。圖9顯示了膜變形（直徑：3 mm，厚度：100 μm）在10-300 μl/min范圍內(nèi)響應(yīng)不同流速的數(shù)值模擬。在非變形狀態(tài)下，電極表面和圓形膜之間設(shè)計(jì)了400 μm的小間隙，變形膜在0-300 μl/min的流速范圍內(nèi)自由鼓起（變形），其中撓度保持在400 μm以下。同樣，在100μl/min的流速下，較大膜的變形如圖所示。8.對于流速在330μl/min以上，較大膜中心的最小撓度為400μm時(shí)，膜受到膜與電極表面物理接觸產(chǎn)生的向上力。

薄膜的偏轉(zhuǎn)改變了諧振器所經(jīng)歷的有效介電常數(shù)，從而改變了諧振器的有效電容和傳感器的電氣參數(shù)，例如諧振頻率和諧振幅度。由于微波平面諧振器的工作基于介質(zhì)在微波傳感器敏感區(qū)域上的介電特性，因此微流控通道內(nèi)的液體類型會(huì)影響諧振器的頻率響應(yīng)。

無花果。10-14通常與諧振器電場的變化與圓形薄膜的變形有關(guān)。采用高頻結(jié)構(gòu)仿真（HFSS）對電場進(jìn)行仿真，以證明電場沿垂直于諧振器器件表面的軸線的場變化。無花果。圖10顯示了在HFSS中實(shí)現(xiàn)的微流控微波傳感器。無花果。圖11顯示了諧振器在諧振頻率下敏感區(qū)域的電場分布。圖中繪制的各種線條。圖11旨在提供從比例尺到繪圖的一般映射。根據(jù)結(jié)果，在距諧振器傳感器3 mm處，電場比其在諧振器表面上的值小10倍，如圖所示。12.再次，在圖上繪制的各種線條。圖12旨在提供從比例到圖紙的一般映射。因此，流量傳感器可以在微通道內(nèi)無創(chuàng)地測量流量。HFSS仿真證實(shí)，該傳感器可以在微生物反應(yīng)器內(nèi)無創(chuàng)測量流速，使其成為OOC平臺(tái)的無害流量傳感器。

還對兩種不同的液體進(jìn)行了模擬，即水作為基材和乙醇作為任意液體，其中水（c=79，tan δ=0.02）如圖所示。如圖13所示，乙醇（c=16，tan δ=0.02）。14個(gè)，被引入微通道。無花果。圖13和14分別顯示了膜不同偏轉(zhuǎn)值與含水量和乙醇含量的共振曲線（S21）。HFSS模擬還表明，隨著變形的增加，兩種液體的變化都顯示出減小的線性行為，如圖插圖所示。13 和 14.正如預(yù)期的那樣，隨著變形的增加，有效介電常數(shù)增加，因此諧振器的諧振頻率降低。

從多個(gè)方面檢查了流量傳感器的性能，例如感應(yīng)范圍、精度、對流量波動(dòng)的響應(yīng)、泄漏、可重復(fù)性和培養(yǎng)箱內(nèi)的長期檢測，適用于進(jìn)一步集成到基于微流體的生物反應(yīng)器中。對膜施加壓力會(huì)導(dǎo)致其向外變形。膜上的壓力釋放導(dǎo)致其等容弛豫的向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，這由傳感器的電信號證明，如圖所示。15-18.無花果。圖15顯示了集成到微波諧振器傳感器的較大膜（直徑3 mm）響應(yīng)流速與時(shí)間的關(guān)系的行為。諧振幅度用線 1502 表示，流速用線 1504 表示。無花果。圖16顯示了集成到微波諧振器傳感器的較小膜（直徑1.5 mm）響應(yīng)流速與時(shí)間的關(guān)系，其中諧振幅由線1602表示，流速由線1604表示。無花果。圖17顯示了在較大的膜集成微波諧振器（直徑3 mm）中，諧振幅度隨不同流速的變化。無花果。圖18顯示了較小的膜集成微波諧振器（直徑1.5 mm）中諧振幅值相對于不同流速的變化。

在0-250 μl/min的流速范圍內(nèi)測試了兩個(gè)厚度為100 μm，直徑尺寸分別為3 mm和1.5 mm的圓形膜。然而，膜的尺寸可以根據(jù)流速范圍進(jìn)行定制，以實(shí)現(xiàn)高水平的精度和準(zhǔn)確性。如圖所示。15，在低于12μl/min的流速范圍內(nèi)，對于較大的膜（直徑3 mm），測得的諧振幅是分散的，不可靠和可重復(fù)，而對于高于12 μl/min的流速，觀察到非常可重復(fù)和穩(wěn)定的結(jié)果。瞬態(tài)測量重復(fù)5次，結(jié)果與相關(guān)誤差線如圖所示。17. 低流速下的不穩(wěn)定性可能來自膜的高縱橫比（直徑：厚度為60：1），因?yàn)檩^小的膜（直徑為1.5毫米）沒有檢測到這種不穩(wěn)定性。較小的膜在低于50μl/min的流速下表現(xiàn)出可靠的性能，具有清晰可辨的結(jié)果，如圖所示。16 和 18.微波傳感器在所需流量范圍內(nèi)對兩個(gè)膜進(jìn)行實(shí)時(shí)和線性響應(yīng)。

無花果。圖19-22顯示了具有較大膜（直徑3 mm）的流量傳感器在復(fù)位條件下對不同流速的響應(yīng)，這意味著流體流動(dòng)停止，通道中的壓力恢復(fù)到環(huán)境壓力。具體地，圖。圖19顯示了諧振幅度變化相對于流速變化的瞬態(tài)響應(yīng)。無花果。圖20顯示了諧振頻率變化相對于流速變化的瞬態(tài)響應(yīng)。無花果。圖21顯示了與擬合曲線相關(guān)的諧振幅度與流速的關(guān)系。無花果。圖22顯示了與擬合曲線相關(guān)的諧振頻率與流速的關(guān)系。

傳感器的諧振幅度和頻率都顯示了在流動(dòng)過程中與零流量條件的變化。如圖所示。如圖19和20所示，對于直徑為3 mm的膜，結(jié)果是可重復(fù)的、堅(jiān)固的和可靠的。將流量范圍設(shè)置為 1 至 300 μl/min。使用曲線擬合每個(gè)流速的一階指數(shù)方程，提取傳感器諧振幅度和諧振頻率響應(yīng)的建立時(shí)間常數(shù)。在弛豫期間（流量為零），時(shí)間常數(shù)為 3+/?0.2 min。當(dāng)流量設(shè)置為恒定值時(shí)，傳感器響應(yīng)的時(shí)間常數(shù)與流量相關(guān)，這是流量遞增的函數(shù)。

在流量實(shí)驗(yàn)下，傳感器可檢測到最大流量為300 μl/min，最小流量為0.5 μl/min。傳感器的靈敏度定義為流量變化的頻移，確定為 169 kHz/（μl/min）。該傳感器展示了檢測突然流量變化和監(jiān)測流體網(wǎng)絡(luò)內(nèi)流量的能力。在優(yōu)先于驅(qū)動(dòng)時(shí)間的情況下，可以通過改變膜的物理特性來進(jìn)一步提高傳感器的響應(yīng)時(shí)間。在5 μl/min的流速下，以20 s/20 s（開/關(guān)）的方式對傳感器進(jìn)行100次重現(xiàn)性測試表明，該流量傳感器可以準(zhǔn)確可靠地測量變化小于5%的流量。在傳感器的長期性能期間，膜的變形不會(huì)產(chǎn)生任何氣泡，這表明其對通道內(nèi)流體的正常流動(dòng)具有無中斷性能。此外，在獨(dú)立站立狀態(tài)下（在沒有諧振器的情況下）的膜在流壓下承受約1.2毫米的變形，然后才會(huì)發(fā)生任何膜破裂或入口泄漏。這表明，100 μm 的膜厚度是傳感器在 1-300 μl/min 流速內(nèi)有效性能的可靠厚度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，較大膜（直徑3 mm）的流量傳感器在1-150 μl/min的流速范圍內(nèi)線性工作，而較小膜的線性范圍響應(yīng)在1-100 μl/min范圍內(nèi)。PDMS材料在大變形和傳感位點(diǎn)上方介電常數(shù)不均勻變化下的非線性響應(yīng)可能有助于諧振器信號在流速高于150 μl/min時(shí)的非線性響應(yīng)。此外，還進(jìn)行了拾取和放置測試，以評估對微流控對諧振器對準(zhǔn)的靈敏度。結(jié)果表明，只要微通道寬度小于兩個(gè)電極之間的間隙，拾取和放置測試的錯(cuò)誤率就低于2%。

值得一提的是，響應(yīng)延遲可能是由于從注射器部位到局部傳感點(diǎn)的流體網(wǎng)絡(luò)的流體阻尼系數(shù)以及檢測系統(tǒng)（包括膜和電子系統(tǒng)）的阻尼特性。雖然本實(shí)驗(yàn)中的膜變形用于流量傳感，但對沿通道的幾個(gè)圓形膜的設(shè)計(jì)和合并進(jìn)行了一些修改，這種基于膜的流量傳感器可用于微通道內(nèi)流體的壓力和粘度的非接觸式和非侵入式測量。由鐵濃度、極化電荷和雙層厚度引起的介質(zhì)介電常數(shù)可能會(huì)影響測得的微波分布和流量傳感器的參數(shù)。

雖然流量傳感器的性能在1-300μl/min的流速下得到了驗(yàn)證，但可以通過改變膜的尺寸或在薄的PDMS膜上涂覆更硬的材料（如聚甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）來進(jìn)一步修改流量，以便能夠檢測更高的流速，用于高壓液體和氣體檢測。本實(shí)驗(yàn)中由PDMS材料制成的薄層可以由其它生物相容性聚合物制成。但是，更改這些參數(shù)中的任何一個(gè)都可能導(dǎo)致不同的工作流量范圍以及傳感器分辨率和靈敏度。此外，在微流控網(wǎng)絡(luò)或高通量流體系統(tǒng)的不同位置摻入其中的幾個(gè)膜，可以使用拾取和放置方法不時(shí)地檢測任何所需通道網(wǎng)絡(luò)的流速和壓力。在設(shè)計(jì)微系統(tǒng)時(shí)，用戶可以決定檢測區(qū)域的位置，通過沿著所需通道離開膜來測量局部流量。此外，本工作開發(fā)的流量傳感器的檢測范圍和靈敏度滿足OOC的要求，但可以進(jìn)一步改進(jìn)以提高靈敏度，并可能達(dá)到SiN或SU8懸臂器實(shí)現(xiàn)的數(shù)十nl/min范圍內(nèi)的高分辨率傳感。

該實(shí)驗(yàn)展示了一種基于集成微波微流控技術(shù)的高靈敏度、非接觸式和非侵入式流量傳感器?？勺冃文ぴ赑DMS中制造，并被設(shè)計(jì)為微流控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一部分。薄膜膜的集成可以監(jiān)測流體行為。膜的設(shè)計(jì)使得根據(jù)流速發(fā)生不同的變形。因此，使用平面微波環(huán)形諧振器監(jiān)測這種行為。流量傳感器的線性響應(yīng)范圍為 0-150 μl/min，可實(shí)現(xiàn)最佳傳感器性能。對于直徑為 3 mm、厚度為 100 μm 的膜，檢測出的最高靈敏度為 0.5 μl/min。進(jìn)一步優(yōu)化膜直徑和厚度可以提高靈敏度和檢測限。與其他片上流量傳感器相比，該流量傳感器易于制造，兼容OOC的多層軟光刻制造工藝，無需太多空間。它還具有與高通量系統(tǒng)集成的能力，可以測量多個(gè)不同興趣點(diǎn)的流速，而不會(huì)對芯片設(shè)計(jì)或笨重的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行額外的復(fù)雜性。

現(xiàn)在描述了實(shí)驗(yàn)中使用的諧振器和微流控芯片的細(xì)節(jié)。流量傳感器由一個(gè)圓形膜組成，該圓形膜與微通道集成在一起，并放置在獨(dú)立微波諧振器的敏感區(qū)域頂部。采用微帶環(huán)形諧振器結(jié)構(gòu)，并在其半波長諧振模式下工作。

微流控芯片由兩個(gè)PDMS層等離子鍵合制成。使用既定的方案，將PDMS材料（預(yù)聚物：固化劑的重量比為10：1）模壓在SU8模具上，制備了流體層。將包含微通道設(shè)計(jì)的厚PDMS層澆鑄在模具上，并在80°C的烤箱中烘烤3小時(shí)。固化后，將PDMS復(fù)制品從SU8模具中剝離出來。通過在硅烷化載玻片上旋轉(zhuǎn)PDMS前驅(qū)體（10：1）并在80°C下固化3小時(shí)來制備包含薄圓形膜設(shè)計(jì)的薄PDMS層。調(diào)整旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速以達(dá)到所需的涂層PDMS層厚度。在厚PDMS層上對微通道的入口和出口（內(nèi)徑1.5 mm）進(jìn)行沖孔，以產(chǎn)生用于將芯片連接到金屬連接器和管道密封件的孔。然后將兩個(gè)PDMS層不可逆地對齊，并在15 W的功率設(shè)置下用等離子處理（等離子蝕刻PE25）粘合45秒。然后將組件在80°C的烘箱中加熱1小時(shí)，以加強(qiáng)粘合。

測量流量的目標(biāo)微通道的寬度可能與圓形膜流量傳感器的直徑無關(guān)。這使得傳感器與各種通道尺寸的集成具有高度的靈活性，并為測量微流體網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)測量點(diǎn)的潛在流量開辟了一條途徑，適用于估計(jì)通道中的壓力。對于該實(shí)驗(yàn)，微通道的尺寸固定為500μm×40μm×2 mm，寬度×高度×長度。測試了兩種直徑分別為 1.5 mm 和 3 mm 的不同圓形膜。檢查了 10-200 μm 的各種厚度的 PDMS，但 100 μm 的膜厚度被確定為最佳，因?yàn)樗銐虮。梢詫?shí)現(xiàn)高靈敏度諧振器功能，并且足夠厚，可以承受為所需流速范圍產(chǎn)生的流壓。微通道連接到連接到注射器泵的流體入口，而出口連接到大氣壓。薄薄的PDMS層密封微通道，并充當(dāng)電子層和流體之間的絕緣體層，以避免電流接觸。絕緣體層還可以防止與雙電層電容相關(guān)的問題，同時(shí)防止電極退化，并提高測量的可重復(fù)性和傳感器壽命。

現(xiàn)在描述了膜變形與流速的模擬。為了確定層流牛頓狀態(tài)固耦合對圓形PDMS膜變形的影響，使用Comsol Multiphysics實(shí)現(xiàn)了三維不可壓縮Navier-Stokes和連續(xù)性仿真，如下所示：

$\begin{array}{cc}\rho ?\frac{?u}{?t}+\rho ?\left(u.?\right)?u=-?.\left[\mathrm{圓周率}+\eta ?\left(?u+{\left(?u\right)}^T\right)\right]?-?.u=0& \left(1\right)\end{array}$

其中 ρ、η、u 和 p 分別是流體密度、動(dòng)態(tài)粘度、速度矢量場和壓力。通常，由流動(dòng)流體引起的圓膜的結(jié)構(gòu)變形和撓度可以通過彈性膜的位移-力關(guān)系來計(jì)算，如下所示：
Fτ=?n·（?pI+η（?u+（Vu)^τ)) (2)

其中 Fτ 是由壓力和粘性力組成的流體載荷，n 是邊界的法向矢量。方程（2）右側(cè)的第一項(xiàng)是從流體模擬結(jié)果中提取的壓力梯度。第二項(xiàng)是力的粘性分量，取決于流體的動(dòng)態(tài)粘度和速度。然而，鑒于PDMS膜在1-300 μl/min的流速下變形較大，以及PDMS材料在大變形下的粘彈性，膜的撓度遵循PDMS材料實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的大位移方程，如下所示：

$\begin{array}{cc}w=0.474*{\left[\left(1-v\right)?\frac{\mathrm{公關(guān)}}{啊}\right]}^{\frac{1}{3}}& \left(3\right)\end{array}$

現(xiàn)在描述與微波流量傳感器制造相關(guān)的細(xì)節(jié)。微波傳感器結(jié)構(gòu)是一個(gè)開放式半波長環(huán)形諧振器，在羅杰斯（RT/duroid 5880）的高性能微波基板上制造?；宓暮穸葹?.79 mm，介電常數(shù)和損耗因子分別為2.2和0.0009。微波基板的頂面和底面有銅層作為導(dǎo)電層，厚度為35 pm。為了將諧振器圖案轉(zhuǎn)移到基板上，在室溫下使用化學(xué)蝕刻劑的傳統(tǒng)低成本印刷電路板技術(shù)。實(shí)現(xiàn)的諧振器具有微帶結(jié)構(gòu)，具有兩條輸入微帶信號線，它們電耦合到諧振器環(huán)路。微帶結(jié)構(gòu)的寬度為 1.5 mm，諧振環(huán)路為 29 mm，信號線和環(huán)路之間的耦合間隙為 0.3 mm。對于0.3 mm的最小特征，制造誤差小于5%。微波諧振器在4 GHz的諧振頻率下工作，質(zhì)量因數(shù)為200，附近沒有PDMS層。

現(xiàn)在討論實(shí)驗(yàn)中傳感器的流量測試。為了評估傳感動(dòng)態(tài)范圍和測量精度，應(yīng)用了流速為10-50μl/min和200-400 s保持時(shí)間的階梯流量曲線，如圖所示。16、19和20。為了測試傳感器對流量波動(dòng)的響應(yīng)，使用注射泵以增加、減少或開/關(guān)的方式感應(yīng)流量脈沖。連續(xù)記錄開啟和關(guān)閉狀態(tài)的電信號，以研究傳感器對流量變化的響應(yīng)時(shí)間。記錄零壓力（泵關(guān)閉）后不同流速的微波頻率響應(yīng)。使用配備LabView?的NI （VNA NI PXIe-1075）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀每10秒自動(dòng)采集一次數(shù)據(jù)。盡管流量傳感器的響應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)小于 10 秒的采集周期，但 VNA 和 LabView 進(jìn)行高精度測量所需的數(shù)據(jù)采集時(shí)間存在限制。除非另有說明，否則所有實(shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行。為了評估流量傳感器在生物應(yīng)用中的性能，將Dulbecco改良的eagle培養(yǎng)基（DMEM）通過膜流入微通道，并將耦合的微流控微波系統(tǒng)置于37°C和100%相對濕度（RH）的細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)。在大多數(shù)微生物反應(yīng)器和OOC中使用的1-20μl/min的相應(yīng)流速范圍內(nèi)改變流速。液體通過注射泵注入流量傳感器（哈佛PHD 2000）。

無花果。圖25示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例，包括兩個(gè)微波諧振器傳感器2500、2550。更一般地說，兩個(gè)或多個(gè)微波諧振器可以串聯(lián)或并聯(lián)用于差分測量。差分測量可能包括補(bǔ)償介質(zhì)介電常數(shù)的測量，即通道內(nèi)的流體。如圖所示。如圖25所示，第一諧振器2550可以定位于可變形膜2506處，而第二諧振器2500可以設(shè)置在靠近微流控通道2508且遠(yuǎn)離可變形膜2506的地方。兩個(gè)諧振器的測量信號之間的差異基本上僅與膜2506的變形效應(yīng)有關(guān)，從而能夠測量與通道2508中膜表面相互作用的流體參數(shù)，而不受介質(zhì)介電常數(shù)的影響。

雖然沒有在圖中示出。如圖25所示，諸如分析儀的計(jì)算設(shè)備可以被安排用于在存在產(chǎn)生的電磁場的情況下測量第一微波諧振器2550的電參數(shù)，其中被測電參數(shù)相對于由通道2508中的流體壓力引起的可變形膜2506的變形量而變化。分析儀還可以被布置成使用第二諧振器2500測量通道2508內(nèi)流體的介電常數(shù)。分析儀可以被布置成基于測量的電參數(shù)和測量的介電常數(shù)來確定微流體通道2508內(nèi)流體的流速。

根據(jù)另一方面，本公開針對的微波傳感器具有提高的靈敏度，至少部分地通過使用密封微流控芯片的超薄層將傳感器定位在非?？拷⒘骺赝ǖ赖奈恢?。在這方面，薄層基本上是剛性的，因此不能像圖例中的膜層那樣變形。1-3.這種剛性層傳感器可用于表征微流體通道中的樣品，但通常不適用于測量或計(jì)算通道內(nèi)的流速。

超薄層將微流控通道與微波傳感器隔開。將傳感器放置在非?？拷ǖ纼?nèi)的流體的位置，可實(shí)現(xiàn)高分辨率傳感。已經(jīng)確定，如果薄層的厚度相對較厚，例如在160μm左右或以上，則傳感器的靈敏度仍然有限。但是，如果使用更薄的層，傳感器的靈敏度可能會(huì)呈指數(shù)級增長。例如，使用厚度不超過 100 μm 的超薄層可提供新一代傳感器，可以檢測通道中的新流體參數(shù)，而這些參數(shù)是較厚層（例如厚度為 160 um 及以上）無法檢測到的。

實(shí)施例示于圖中。圖26中，其中傳感裝置26在許多方面與圖中的傳感裝置相似。1.顯著的區(qū)別包括微流控芯片2600不具有微流控通道2608中定義的可變形膜或腔室。相反，這里的薄層2604基本上是剛性的，因此不會(huì)響應(yīng)通道2608中的流體壓力而變形。眾所周知，沒有一種材料是絕對剛性的。本文中使用的術(shù)語“剛性”是按其正常含義使用的，因此并不意味著絕對剛性。

在該實(shí)施例中，微波諧振器傳感器的最敏感區(qū)域緊鄰諧振器。在以前的傳感器中，厚厚的玻璃分離膜會(huì)阻止樣品材料流向足夠接近敏感區(qū)域，并限制設(shè)備在表征樣品時(shí)的靈敏度。相反，本傳感器的超薄平面膜2604在微流控芯片2600的通道2608內(nèi)的樣品材料與傳感器2654的電場之間具有更大的空間重疊。這允許使用頻移分析或幅移分析等方式對樣品進(jìn)行更高的靈敏度（例如指數(shù)級增加）。在另一實(shí)施例中，還可以使用具有非平面形狀的分離膜來實(shí)現(xiàn)良好的樣品/電場空間重疊，其中膜具有凹入電場區(qū)域的膜。

在實(shí)施例中，薄層2604的厚度可以具有10 um至100 um的范圍內(nèi)。在實(shí)施例中，薄層2604可以由剛性材料組成或基本上由剛性材料組成，例如但不限于PMMA、玻璃、石英或藍(lán)寶石。在實(shí)施例中，諧振器2654設(shè)置在距薄層2604不超過50 um的地方。在實(shí)施例中，諧振器可以設(shè)置在與薄層2604物理接觸的情況下。在實(shí)施例中，微波諧振器保持相對于微流控芯片的位置，具有可釋放的連接，例如沒有鍵合。這種非鍵合方式可能有助于將微流體通道移位于諧振器的敏感區(qū)域，從而能夠用單個(gè)電極檢測通道的多個(gè)不同位置。

FIG. 27 is a cross sectional view of sensing apparatus 26. The embodiment of FIG. 27 is similar in many respects to the embodiment of sensing apparatus of FIG. 2. Notable differences include the absence of a deformable membrane, and the absence of a gap between thin layer 2604 and resonator 2654. Rather, in this embodiment, it is desirable to position resonator 2654 as close as possible to channel 2608 to achieve a high level of sensitivity. Here, resonator 2654 is arranged to generate an electromagnetic field in the region of thin layer 2604 and channel 2608. As mentioned above, the permittivity of the medium adjacent the sensor 2654, which includes the permittivity of the sample in the channel 2608, may be sensed and used to characterize the sample.

Example Rigid Ultra-Thin Layer Sensor Application

The following is a description of a non-limiting embodiment of a microwave sensor for fluid sensing having a substantially rigid and thin layer disposed between the resonator sensor and the microfluidic channel. The sensor is used to detect the presence and concentration of bacteria in the fluid within the channel. A difference of permittivity of bacteria relative to control media results in a detectable frequency shift in the presence of bacteria. It is to be appreciated that sensor 26 may be used in different applications and for sensing other parameters of the sample under test.

In this experiment, the bacteria strain utilized in this work is wild-type strain DA5438 (E. Coli MG1655). In preparation for analysis, the E. Coli from 50% glycerol stocks at ?80° C. were inoculated into 50 mL MüIler-Hinton (MH) growth medium and incubated (37 degrees C.; shaking at 170 RPM) for about 10 hrs. The pH was measured for each sample and adjusted to value 7 by a mixture of M sodium phosphate dibasic and sodium phosphate monobasic. The bacteria were stored in 4 degrees C. while they were not in use to retard their growth to ensure the most accurate representation of each dilution factor. The samples were brought to room temperature prior the use through dilution in MH medium. Prior to any experiment, 2-3 mL of MH medium was left at room temperature for about 3 min to register room temperature.

微流控芯片具有一個(gè)簡單的直通道，由聚二甲基硅氧烷 （PDMS） 與固化劑的 10：1 比例生產(chǎn)。通道寬 2 mm，高 0.17 mm，長 23 mm，能夠處理 7.82 μL 流體。PDMS層在用丙酮和氮?dú)馇逑春?，等離子體粘合到相同材料的不同厚度的硬質(zhì)玻璃上。20 um超薄玻璃的最小厚度也具有足夠的機(jī)械剛度，在鍵合發(fā)生后的長時(shí)間實(shí)驗(yàn)中保持了基于PDMS的微通道的形狀和尺寸，因?yàn)槲⒉▊鞲屑夹g(shù)對空間變化非常敏感。薄玻璃層使芯片內(nèi)的流體盡可能靠近諧振器，以提高測量精度，同時(shí)保持設(shè)計(jì)的穩(wěn)健性。

當(dāng)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 （VNA） 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，將流體引入微通道。將注射器設(shè)置在校準(zhǔn)為50μL / min流速的注射泵上。從 VNA 記錄了三次測量值，玻璃層的每個(gè)厚度每隔一分鐘。所有實(shí)驗(yàn)組的室溫都設(shè)置為20°C。溫度變化需要針對測試溫度對傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。VNA被帶到工作溫度，并在該溫度下使用2001步傳輸模式下的2001步在2-3 GHz的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn)，IF帶寬為1 kHz。通過S21參數(shù)提取不同芯片的諧振頻率和幅度。在這些設(shè)置下產(chǎn)生的熱量是微乎其微的，在分析的任何部分都可能被忽略。VNA 的響應(yīng)幾乎是立竿見影的，但每隔 1 分鐘進(jìn)行一次測量，以確保芯片內(nèi)細(xì)菌液的均勻分布。值得注意的是，沒有發(fā)現(xiàn)粘附在PDMS表面上的細(xì)菌，并且在這個(gè)特定的實(shí)施方案中，這對于保持每個(gè)稀釋因子的均勻表示是重要的。通過通道的 50 μL/min 的流速足夠高，可以產(chǎn)生足夠的透明，以防止細(xì)胞粘附在通道壁上。

細(xì)菌相對于對照介質(zhì)的介電常數(shù)差異導(dǎo)致在細(xì)菌存在的情況下可檢測到頻移。無花果。圖28表明，對于相同的細(xì)菌濃度，當(dāng)使用30 pm膜時(shí)，測得的頻移明顯更高，這表明與具有較厚膜層的其他傳感器相比，傳感器26的靈敏度要高得多。

無花果。圖29-32示出了其他一些實(shí)施方式。

無花果。圖29示出了微流控系統(tǒng)2900的實(shí)施例，該系統(tǒng)被布置成使用5個(gè)剛性層微波諧振器傳感器2902、2904、2906、2908、2910同時(shí)表征5種不同的流體流動(dòng)。微流控芯片2920包括入口2922、2924和出口2926。在入口2922處引入目標(biāo)分子濃度為c=0的液體a，而在入口2924處引入目標(biāo)分子濃度c=1的液體a。液體入口2922和2924通過混合器網(wǎng)絡(luò)2930混合在一起，然后在5個(gè)不同的通道上產(chǎn)生濃度范圍從c=0到c=1的混合溶液，每個(gè)通道延伸到諧振器2902、2904、2906、2908、2910之一.諧振器可用于檢測不同濃度的目標(biāo)分子。該實(shí)施方案和類似實(shí)施方案可用于檢測復(fù)雜流體中液體中的目標(biāo)分子，例如在生物流體中。

無花果。圖30示出了根據(jù)本公開的微流控傳感系統(tǒng)30的實(shí)施例。這種微流控系統(tǒng)可用于從介質(zhì)（如液體或氣體）中分離顆粒，并將它們引導(dǎo)通過特定的通道。在實(shí)施例中，系統(tǒng)30可用于檢測重質(zhì)原油中瀝青質(zhì)和蠟顆粒的濃度。在該實(shí)施例中，流體通過入口3002流入微流控裝置3000系統(tǒng)。系統(tǒng)30從離心機(jī)3004中的介質(zhì)中分離較大的顆粒，例如大于100um的顆粒，然后剩余的混合物，例如具有小于100um的顆粒，通過聚焦和分離系統(tǒng)3006。然后將介質(zhì)引導(dǎo)到幾個(gè)通道3008、3010、3012之一進(jìn)行檢測。具有較大顆粒的流體被引導(dǎo)到旁路通道3014。系統(tǒng)3006將目標(biāo)粒子的濃度集中在中心通道3010中。通道3008和3012中目標(biāo)粒子的濃度通常較低，并且通常為零或接近于零。

由幾個(gè)剛性層傳感器3050、3052、3054、3056、3058組成的微波傳感系統(tǒng)負(fù)責(zé)感測不同位置的混合物和顆粒，這里有5個(gè)位置。傳感器3050可用于在離心機(jī)3004中感測靠近入口3002的流體。傳感器3052可用于檢測旁路通道3014中含有大顆粒的流體。傳感器3054、3056、3058可分別用于檢測通道3008、3010、3012中的流體，以確定每個(gè)通道中顆粒的濃度。比較分析可用于測量中間通道3010中相對于通道3008、3012的顆粒量。

通過對比分析，并基于預(yù)加載的校準(zhǔn)曲線進(jìn)入分析系統(tǒng)軟件，它可以檢測介質(zhì)中特定顆粒的濃度。

FIG. 31 shows an embodiment of a microfluidic sensor 3100 comprising a small cantilever 3102 with buried microfluidics, meaning a channel 3104 defined therein. A gap between the microcantilever and microwave sensor 3106 may change due to weight of liquid in channel 3104. Cantilever 3102 may be made of three thin layers of PDMS (e.g. each layer 40 um). The passage of fluid through channel 3104 changes the weight of cantilever 3102 and results in its deformation toward resonator 3106. Also the fluid materials may interact with the surface of channel and generate surface stress, and as the result cantilever 3102 may deflect and its deflection may be sensed by resonator 3106. Such a sensor 3100 may be used in any suitable application, such as in biosensing.

FIG. 32 is a cross sectional view of the device of FIG. 31. As mentioned above, gap 3108 between cantilever 3102 and microwave sensor 3106 may change due to weight of liquid in channel 3104.

Devices and methods according to the present disclosure may be highly compatible with several applications in energy and biomedical engineering, and particularly for microfluidic-based lab-on-chips, micro-bioreactors and organ-on-chips platforms. The present sensor may be used for long-term detection of flow rate in real-time. Further, the present sensor may be used in a variety of other applications including but not limited to flow cytometry, cell sorting, nanoparticle synthesis, and droplet control within microfluidics. Moreover, although some embodiments are described as being arranged for sensing of flow rate, this is not meant to be limiting. The present teachings apply to sensors and methods configured for sensing other physical characteristics of a fluid in a channel, including but not limited to chemical concentration, chemical formulation, presence of a certain type of molecule or other substance, etc.

FIG. 33 is a block diagram of an example computerized system 3300 that may be used in implementing one or more aspects or components of an embodiment according to the present disclosure. For example, system 3300 may be used to implement a computing device, such as an analyzer, to be used with a sensor or method of the present disclosure.

Computerized system 3300 may include one or more of a central processing unit (CPU) 3302, memory 3304, a mass storage device 3306, an input/output (I/O) interface 3310, and a communications subsystem 3312. One or more of the components or subsystems of computerized system 3300 may be interconnected by way of one or more buses 3314 or in any other suitable manner.

The bus 3314 may be one or more of any type of several bus architectures including a memory bus, storage bus, memory controller bus, peripheral bus, or the like. The CPU 3302 may comprise any type of electronic data processor. The memory 3304 may comprise any type of system memory such as dynamic random access memory (DRAM), static random access memory (SRAM), synchronous DRAM (SDRAM), read-only memory (ROM), a combination thereof, or the like. In an embodiment, the memory may include ROM for use at boot-up, and DRAM for program and data storage for use while executing programs.

The mass storage device 3306 may comprise any type of storage device configured to store data, programs, and other information and to make the data, programs, and other information accessible via the bus 3314. The mass storage device 3306 may comprise one or more of a solid state drive, hard disk drive, a magnetic disk drive, an optical disk drive, or the like. In some embodiments, data, programs, or other information may be stored remotely, for example in the “cloud”. Computerized system 3300 may send or receive information to the remote storage in any suitable way, including via communications subsystem 3312 over a network or other data communication medium.

I/O接口3310可以提供接口，用于將一個(gè)或多個(gè)其它設(shè)備電連接，例如根據(jù)本公開的傳感設(shè)備的微波諧振器傳感器設(shè)備3350，連接到計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)3300。此外，可以使用額外或更少的接口。例如，可以提供一個(gè)或多個(gè)串行接口，例如通用串行總線（USB）（未顯示）。

計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)3300可以被配置成向諧振器3350施加電信號，以使諧振器3350產(chǎn)生微波頻率的電磁場，如前所述。此外，系統(tǒng)3300可以被配置成接收來自諧振器3350的信號，例如測量諧振器的電氣參數(shù)。此外，用于將測量的電參數(shù)（例如諧振頻率或諧振幅度）映射到流速或其它指標(biāo)（例如生物或化學(xué)特性）的數(shù)據(jù)可以預(yù)先確定并存儲(chǔ)在系統(tǒng)3000中，例如存儲(chǔ)器3304或存儲(chǔ)器3306中。

通信子系統(tǒng)3312可以設(shè)置用于發(fā)送和接收信號中的一個(gè)或兩個(gè)。通信子系統(tǒng)可以包括任何組件或組件集合，用于通過一個(gè)或多個(gè)有線和無線接口實(shí)現(xiàn)通信。這些接口可能包括但不限于 USB、以太網(wǎng)（例如 IEEE 802.3）、高清多媒體接口 （HDMI）、Firewire?（例如 IEEE 1394）、Thunderbolt?、WiFi?（例如 IEEE 802.11）、WiMAX（例如 IEEE 802.16）、藍(lán)牙?或近場通信 （NFC），以及 GPRS、UMTS、LTE、LTE-A 和專用短程通信 （DSRC）。通信子系統(tǒng)3312可以包括一個(gè)或多個(gè)端口或其它組件（未示出），用于一個(gè)或多個(gè)有線連接。另外或可選地，通信子系統(tǒng)3312可以包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器、接收器和/或天線元件（其中均未示出）

計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)3300的圖。33 只是一個(gè)例子，并不意味著限制。各種實(shí)施例可以利用所示或描述的部分或全部組分。一些實(shí)施例可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的未示出或描述但已知的其它組件。

在前面的描述中，為了解釋的目的，列出了許多細(xì)節(jié)，以便提供對實(shí)施例的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，這些具體細(xì)節(jié)顯然是不需要的。在其他情況下，眾所周知的電氣結(jié)構(gòu)和電路以框圖形式顯示，以免模糊理解。例如，對于本文中描述的實(shí)施例是否被實(shí)現(xiàn)為軟件例程、硬件電路、固件或它們的組合，沒有提供具體的細(xì)節(jié)。

公開的實(shí)施例可以表示為存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品（也稱為計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)、處理器可讀介質(zhì)或具有其中所包含的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼的計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)）。機(jī)器可讀介質(zhì)可以是任何合適的有形、非暫時(shí)性介質(zhì)，包括磁性、光學(xué)或電氣存儲(chǔ)介質(zhì)，包括軟盤、光盤只讀存儲(chǔ)器（CD-ROM）、存儲(chǔ)設(shè)備（易失性或非易失性）或類似的存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)。機(jī)器可讀介質(zhì)可以包含各種指令集、代碼序列、配置信息或其它數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在執(zhí)行時(shí)導(dǎo)致處理器根據(jù)公開實(shí)施例在方法中執(zhí)行步驟。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，實(shí)現(xiàn)所描述的實(shí)現(xiàn)所必需的其它指令和操作也可以存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)上。存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)上的指令可以由處理器或其他合適的處理設(shè)備執(zhí)行，并且可以與電路連接以執(zhí)行所述任務(wù)。

本文描述的和圖中所示的具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)、特征、附件和替代物旨在普遍適用于本公開的所有教義，包括本文描述和說明的所有實(shí)施例，只要它們兼容。換言之，除非另有說明，否則特定實(shí)施例的結(jié)構(gòu)、特征、附件和替代物并不打算僅限于該特定實(shí)施方式。

此外，本文所述方法的步驟和步驟的順序并不意味著限制。還考慮了包含不同步驟、不同步驟數(shù)和/或不同步驟順序的方法。

為了說明的簡單和清晰，可以在數(shù)字中重復(fù)使用附圖符號，以表示相應(yīng)或類似的元素。已經(jīng)提出了許多細(xì)節(jié)來提供對本文描述的實(shí)施例的理解。實(shí)施例可以在沒有這些細(xì)節(jié)的情況下進(jìn)行實(shí)踐。在其它實(shí)例中，已知的方法、程序和組件尚未被詳細(xì)描述，以避免模糊所描述的實(shí)施例。

上述實(shí)施例僅供示例使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對特定實(shí)施例進(jìn)行更改、修改和變化，而不會(huì)偏離僅由本文所附權(quán)利要求定義的范圍。