(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フローパラメータを検出する微小流体デバイス（１００、２００）であって、
ベース筐体（１０２）内に構成された流路（１０４）であって、前記流路（１０４）は、前記流路（１０４）内に第１および第２の流体（Ｆ１、Ｆ２）を有する流体ストリーム（Ｆ1‐2）を形成するために、第１の流体（Ｆ１）を供給する注入口（１０６）と第２の流体（Ｆ２）を供給する第２の注入口（１０８）を備え、流体ストリーム（Ｆ1‐2）を出力側に提供する出力（１１２）を更に備え、前記流路（１０４）は、前記流路（１０４）内に、前記第１の流体（Ｆ１）で充填された流路（１０４）のセクションと前記第２の流体（Ｆ２）で充填された流路の隣接するセクションの間に、前記流路の横断面にわたって延在する前記第１および第２の流体（Ｆ１、Ｆ２）間の流体界面を構成する横断面形状を有する、
流路（１０４）と、
前記流路（１０４）に前記第１の流体（Ｆ１）を選択的に供給するために、前記第１の注入口（１０６）に付随するマイクロポンプを備える、第１の供給手段（１１４）と、
前記流路（１０４）に前記第２の流体（Ｆ２）を供給するために、前記第２の注入口（１０８）に付随する、第２の供給手段（１１６）と、
前記流路内の前記第１の流体および前記第２流体の異なる物性に基づいて、前記第１または第２の流体の現在のフローパラメータに依存する測定値（Ｓmeasure）を検出する、検出手段（１１８）と、
を備え、
前記検出手段（１１８）は、前記流路（１０４）内の前記流体界面の位置を容量的に検出するように構成され、２つの電極（１１８ａ、１１８ｂ）は、前記ベース筐体（１０２）に配置され、前記２つの電極（１１８ａ、１１８ｂ）は、前記流路（１０４）に関して互いに反対側に配置され、前記２つの電極（１１８ａ、１１８ｂ）の間に生成することができる電界が、前記第１の流体（Ｆ１）が充填された前記流路（１０４）のセクション内と前記第２の流体（Ｆ２）が充填された前記流路（１０４）のセクション内の両方に存在し、前記流体ストリーム（Ｆ1‐2）の位置の変化が、前記２つの電極（１１８ａ、１１８ｂ）間の静電容量の比例変化になる、または、
前記検出手段（１１８）は、前記流路（１０４）内の前記流体界面の位置を抵抗的に検出するように構成され、２つの電極（１１８ａ、１１８ｂ）は、前記ベース筐体（１０２）に配置され、異なる電気的導電率が、前記第１の流体（Ｆ１）が充填された前記流路（１０４）のセクション内と前記第２の流体（Ｆ２）が充填された前記流路（１０４）のセクション内に存在し、前記流体ストリーム（Ｆ1‐2）の位置の変化が、前記２つの電極（１１８ａ、１１８ｂ）間の電気的導電率の比例変化になる
、微小流体デバイス。
【請求項２】
前記検出手段（１１８）は、前記第１の流体（Ｆ１）および前記第２の流体（Ｆ２）の異なる物性に基づいて、前記流路（１０４）内の流体界面の前記位置または前記位置の変化を決定するように構成され、前記第１または第２の流体（Ｆ１、Ｆ２）の現在のフローパラメータは、前記流体界面の位置または位置の変化から決定することができる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記異なる物性は、前記第１の流体（Ｆ１）および前記第２の流体（Ｆ２）の異なる電気的導電率または異なる誘電率である、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記現在のフローパラメータは、前記流路（１０４）内の前記第１または第２の流体（Ｆ１、Ｆ２）のフロー速度、フロー容量、フロー方向、流体伝搬時間および／または充填レベルを示す、請求項１〜３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項５】
前記検出手段（１１８）は、前記流路（１０４）に沿った複数の位置で、空間的に分解された方法で、前記第１および第２の流体（Ｆ１、Ｆ２）の異なる物性を検出するように構成された複数の個々のセンサ要素を、前記流体流路（１０４）に沿って備える、請求項１〜４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１および第２の電極（１１８ａ、１１８ｂ）は、それぞれ複数の個々の電極から構成され、複数の個々の静電容量が前記第１および第２の電極の間に形成され、前記個々の静電容量は互いに独立に検出可能である、請求項１〜５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項７】
前記第１および第２の電極（１１８ａ、１１８ｂ）は、前記ベース筐体（１０２）の第１および第２の主表面（１０２ａ、１０２ｂ）に関して水平に配置され、少なくとも部分的に前記流路（１０４）を覆う、請求項１〜６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項８】
前記第１および第２の電極（１１８ａ、１１８ｂ）は、前記ベース筐体（１０２）の第１および第２の主表面（１０２ａ、１０２ｂ）に関して垂直に配置され、いずれの場合においても前記流路に沿って延在する、請求項１〜６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１および第２の電極（１１８ａ、１１８ｂ）は、少なくともセクションにおいて、前記流路（１０４）の湾曲した外表面に沿って、それぞれ延在する、請求項１〜６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１０】
前記検出手段（１１８）は、前記流路（１０４）内の前記流体ストリーム（Ｆ1‐2）における界面の位置を、光学的に検出するように構成され、前記流路は、少なくともいずれかのサイドが光学的に透明である、請求項１〜９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１１】
前記流路（１０４）の出力（１１２）において提供される流体ストリーム（Ｆ1‐2）から前記第１の流体（Ｆ１）を分離する、流体分離手段（１２０）を更に備える、請求項１〜１０のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１２】
前記流体分離手段（１２０）は、前記流路（１０４）の出力（１１２）に直接隣接して配置された、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記流体分離手段（１２０）は、前記第１の流体（Ｆ１）に対して前記流体分離手段（１２０）から前記流路（１０４）の第１の注入口（１０６）まで閉サイクルを形成するために、前記第１の注入口（１０６）に流体工学的に結合された、請求項１１または１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記流体分離手段（１２０）は、前記流体分離手段のチャンバ内で出力側流体ストリームに対して横方向に配置された前記第２の流体をはじくフィルタダイアフラムを備える、請求項１１〜１３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１５】
前記流体分離手段（１２０）は、前記流体分離手段を通過した時点で出力側流体ストリーム内に前記第１の流体の一定量が存在するかどうかを検出するように構成された、更なる検出手段（１２８）を出力側に備える、請求項１１〜１４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１６】
前記更なる検出手段（１２８）は、出力側流体ストリーム（Ｆ２OUT）内に存在する前記第１の流体（Ｆ１）の量を定量的に検出するように構成された、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記流路（１０４）内の前記第１および第２の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、前記第１の流体（Ｆ１）を供給する前記第１の供給手段（１１４）および／または前記第２の流体（Ｆ２）を供給する前記第２の供給手段（１１６）を選択的に制御するように構成された、制御装置（１４０）を更に備える、請求項１〜１６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１８】
前記制御装置（１４０）は、前記検出手段（１１８）によって検出された測定値（Ｓmeasure）を評価し、前記現在のフローパラメータを決定するように更に構成され、前記制御装置は、前記流路内の前記第１および／または第２の流体の前記予め定められたフローパラメータを取得するために、前記決定された現在のフローパラメータの前記予め定められたフローパラメータからの偏差に基づいて前記第１の供給手段（１１４）および／または前記第２の供給手段（１１６）を制御するように更に構成された、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記流路（１０４）は、ベース筐体（１０２）内で蛇行形状またはらせん形状に構成された、請求項１〜１８のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２０】
前記流路（１０４）は、楕円形または円形の横断面形状を有し、前記流体界面の位置が、基本的に前記第１の流体（Ｆ１）よりも前記第２の流体（Ｆ２）の界面張力によって、かつ前記第２の流体（Ｆ２）と前記流路の壁の素材間の界面張力によって決定されるように、前記楕円形横断面の短軸または前記円形横断面の直径が選択される、請求項１〜１９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２１】
前記流路（１０４）は、矩形の横断面形状を有し、前記流体界面の位置が、基本的に第２の流体（Ｆ２）の界面張力によって、かつ前記第２の流体（Ｆ２）と前記流路の壁の素材間の界面張力によって決定されるように、前記矩形の横断面形状の小辺が選択される、請求項１〜１９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２２】
前記第１および第２の注入口（１０６、１０８）の少なくともいずれかは、前記第１の流体（Ｆ１）の前記第２の注入口（１０８）への前記第２の流体（Ｆ２）のフロー方向に逆らった不測の侵入または前記第２の流体（Ｆ２）の前記第１の注入口（１０６）への前記第１の流体（Ｆ１）のフロー方向に逆らった不測の侵入を検出するために配置された、外乱検出手段（１３０、１３２）をそれぞれ有する、請求項１〜２１のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２３】
前記第１の流体（Ｆ１）は気体であり、前記第２の流体（Ｆ２）は液体である、請求項１〜２２のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２４】
前記第１の流体は液体であり、前記第２の流体は気体である、請求項１〜２２のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２５】
前記第１の注入口（１０６）は、前記第１の注入口に付随して前記第１の流体（Ｆ１）を備える第１の貯留槽（１２４）を有し、前記第１の供給手段（１１４）は、前記貯留槽（１２４）から前記第１の注入口（１０６）に前記第１の流体（Ｆ１）を供給するように構成された、請求項１〜２４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２６】
前記第２の注入口は、前記第２の注入口に付随して前記第２の流体（Ｆ２）を備える第２の貯留槽（１２６）を有し、前記第２の供給手段（１１６）は、前記第２の貯留槽（１２６）から前記第２の注入口（１０８）に前記第２の流体（Ｆ２）を選択的に供給するように構成された、請求項１〜２５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２７】
前記検出手段または更なる検出手段は、前記流路（１０４）内の予め定められた中間位置または前記流路の出力（１１２）において、流体境界の存在または通過を検出するように構成された、請求項１〜２６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２８】
前記第２の注入口（１０８）に付随する前記第２の供給手段（１１６）は、前記第２の流体（Ｆ２）を前記流路（１０４）に選択的に供給するための第２のマイクロポンプを備える、請求項１〜２７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２９】
前記第２の供給手段（１１４）の第２のマイクロポンプは、ぜん動式ポンプである、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記マイクロポンプを備える前記第１の供給手段（１１４）および前記第２の供給手段（１１６）は、前記流路（１０４）において出力側に配置され、前記第２の供給手段（１１６）は、フロー方向において前記第１の供給手段（１１４）から上流に配置され、前記第２の供給手段は、前記流路内に前記第２の流体を供給するための開口部として配置され、前記第１および第２の供給手段は、前記第１の流体（Ｆ１）および前記第２の流体（Ｆ２）間の界面を形成するために、前記第１の注入口（１０６）における前記第１の流体（Ｆ１）の圧力（Ｐ２）と、前記流路（１０４）に前記第２の流体（Ｆ２）の一定量を噴射するための前記第２の注入口（１０６）における前記第２の流体（Ｆ２）の圧力（Ｐ３）を調整するように構成された、請求項１〜２７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項３１】
前記マイクロポンプを備える前記第１の供給手段（１１４）および前記第２の供給手段（１１６）は、前記流路（１０４）において入力側に配置され、前記第２の供給手段（１１６）は、フロー方向において前記第１の供給手段（１１４）から下流に配置され、前記第２の供給手段は、狭められた流路セクション内に前記第２の流体（Ｆ２）を供給するための開口部として配置され、前記第１および第２の供給手段は、前記第１の流体（Ｆ１）および前記第２の流体（Ｆ２）間の界面を形成するために、前記第１の注入口（１０６）における前記第１の流体（Ｆ１）の圧力（Ｐ２）と、前記流路（１０４）に前記第２の流体（Ｆ２）の一定量を噴射するための前記第２の注入口（１０６）における前記第２の流体（Ｆ２）の圧力（Ｐ３）を調整するように構成された、請求項１〜２７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項３２】
前記第１の供給手段（１１４）の前記マイクロポンプは、ぜん動式ポンプである、請求項１〜３１のいずれかに記載のデバイス。
【請求項３３】
請求項１〜３２のいずれかに記載の微小流体デバイスと、
前記第１または第２の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、前記第１の流体を供給する前記第１の供給手段（１１４）または前記第２の流体を供給する前記第２の供給手段を選択的に制御するように構成された、制御装置（１４０）と、
前記流体（Ｆ２）を備える出力側流体ストリーム（Ｆ２OUT）を下流で取得するために、前記流路（１０４）の出力（１１２）において提供される流体ストリーム（Ｆ1‐2）から前記第１の流体（Ｆ１）を選択的に分離する、流体分離手段（１２０）と、
を備える、微小流体注入システム（３００、４００、５００）。
【請求項３４】
前記制御装置（１４０）は、前記検出手段（１１８）によって検出された測定値を評価し、前記現在のフローパラメータを決定するように更に構成され、前記制御装置（１４０）は、前記流路（１０４）内の前記第１および第２の流体（Ｆ１、Ｆ２）の予め定められたフローパラメータを取得するように、前記決定された現在のフローパラメータの前記予め定められたフローパラメータからの偏差に基づいて、前記第１の供給手段（１１４）または前記第２の供給手段（１１６）を制御するように更に構成された、請求項３３に記載の微小流体注入システム。
【請求項３５】
前記制御装置（１４０）は、前記第１または第２の供給手段（１１４、１１６）を制御し、前記第１または第２の流体の予め定められた量を前記流路の入力側に供給するように更に構成された、請求項３３または３４に記載の微小流体注入システム。
【請求項３６】
前記制御装置（１４０）は、前記第１の供給手段（１１４）を制御し、前記流路（１０４）の出力側に存在する前記第２の流体（Ｆ２）の連続ストリームに、前記第１の流体（Ｆ１）の予め定められた量を供給するように更に構成された、請求項３３〜３５のいずれかに記載の微小流体注入システム。
【請求項３７】
前記制御装置（１４０）は、前記第１および第２の流体が予め定められた比率で前記流路（１０４）の出力側に供給されるように、前記第１および第２の供給手段（１１４、１１６）を制御するように更に構成された、請求項３３〜３６のいずれかに記載の微小流体注入システム。
【請求項３８】
前記制御装置（１４０）は、前記第１の流体（Ｆ１）の第１の量と第２の流体（Ｆ２）の第２の量が、いずれの場合においても前記流路（１０４）の入力側に供給されるように、前記第１および第２の供給手段（１１４、１１６）を制御するように更に構成された、請求項３３〜３７のいずれかに記載の微小流体注入システム。
【請求項３９】
前記検出手段（１１８）または更なる検出手段（１３３、１３４）は、前記流路の入力（１１０）、前記流路（１０４）内の中間位置または前記流路の出力（１１２）において、流体界面の存在または通過を検出するように構成された、請求項３３〜３８のいずれかに記載の微小流体注入システム。
【請求項４０】
前記制御装置（１４０）は、前記第１および／または第２の供給手段を制御し、前記第１の流体から前記第２の流体への遷移を備える流体境界が前記流路（１０４）内の中間位置または前記流路の出力（１１２）において検出されたときに、前記第２の流体（Ｆ２）の前記流路（１０４）の入力側への供給を停止し、前記流路（１０４）内に定められた量の前記第２の流体（Ｆ２）が存在するように更に構成された、請求項３３〜３９のいずれかに記載の微小流体注入システム。
【請求項４１】
前記制御装置（１４０）は、前記第１の供給手段（１１４）を制御し、前記流路（１０４）に前記第１の流体（Ｆ１）を供給し、前記流路の出力側および／またはフロー方向において前記流体分離手段（１２０）から下流に、定められた量の前記第２の流体（Ｆ２）が提供されるように、更に構成された、請求項４０に記載の微小流体注入システム。
【請求項４２】
前記制御装置は、単位時間当り予め定められた注入容積の前記第１または第２の流体（Ｆ１、Ｆ２）を取得するために、前記第１または第２の流体（Ｆ１、Ｆ２）が前記流路の入力側に予め定められたフロー速度で供給されるように、前記第１または第２の供給手段（１１４、１１６）を制御するように更に構成された、請求項３３〜４０のいずれかに記載の微小流体注入システム。
【請求項４３】
流体を微小量注入する方法であって、
第１の流体で充填された流路のセクションと第２の流体で充填された流路の隣接するセクションの間に、全ての流路横断面にわたって延在する第１および第２の流体間の流体境界を構成するための横断面形状を有する流路内に、前記第１および第２の流体を備える流体ストリームを形成し、更に前記流体ストリームを前記流路の出力に提供するために、マイクロポンプによって前記第１の流体を前記流路の第１の注入口に選択的に供給し、前記第２の流体を前記流路の第２の注入口に供給するステップと、
前記流路内の前記第１の流体と前記第２の流体の異なる物性に基づいて、前記第１または第２の流体の現在のフローパラメータに依存する測定値を検出するステップと、
前記流路内の前記第１および第２の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、前記第１の流体を選択的に供給するために第１の供給手段を制御し、および／または第２の流体を選択的に供給するために第２の供給手段を制御するステップと、
前記第２の流体（Ｆ２）を備える出力側流体ストリームを取得するために、前記流路の出力に提供される流体ストリームから前記第１の流体を分離するステップと、
前記第１の流体から前記第２の流体への遷移を備える流体境界が前記流路内の中間位置または前記流路の出力において検出されたときに前記流路の入力側で前記第２の流体の供給を停止し、前記流路内に予め定められた量の前記第２の流体が存在するように、第１および／または第２の制御装置を制御するステップと、
を備える、方法。
【請求項４４】
注入量として予め定められた量の前記第２の流体（Ｆ２）を出力側に提供するために、少なくとも前記予め定められた量の前記第２の流体が前記流路の出力および／または前記流体分離手段を退出する時間に対して、前記流路の入力側に前記第１の流体を供給するように、前記第１の供給手段を制御するステップを更に備える、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
検出手段によって検出された測定値（Ｓmeasure）を評価するステップと、
現在のフローパラメータを決定するステップと、
前記流路内の前記第１および第２の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、前記決定された現在のフローパラメータの前記予め定められたフローパラメータからの偏差に基づいて、前記第１の供給手段および／または前記第２の供給手段を制御するステップと、
を更に備える、請求項４３または４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記流路内の界面の位置の検出に基づいて、前記流路に注入された一定量の前記第１の流体を検出するステップを更に備え、前記流路内の予め定められた量の前記第１の流体を前記検出された位置と関係づけることができる、請求項４３〜４５のいずれかに記載の方法。
【請求項４７】
前記流路内の複数の界面の位置の検出に基づいて、前記流路に注入された一定量の前記第１の流体を検出するステップを更に備え、前記流路内の予め定められた量の前記第１の流体を前記検出された位置と関係づけることができる、請求項４３〜４６のいずれかに記載の方法。
【請求項４８】
前記第１または第２の供給手段を制御し、予め定められた量の前記第１または第２の流体を前記流路の入力側に供給するステップを更に備える、請求項４３〜４７のいずれかに記載の方法。
【請求項４９】
前記第１の供給手段を制御し、予め定められた量の前記第１の流体を前記流路の入力側に存在する前記第２の流体の連続ストリームに供給するステップを更に備える、請求項４３〜４８のいずれかに記載の方法。
【請求項５０】
前記第１の流体の第１の量と前記第２の流体の第２の量が、いずれの場合においても前記流路の入力側に交互に供給されるように前記第１および第２の供給手段を制御するステップを更に備える、請求項４３〜４９のいずれかに記載の方法。
【請求項５１】
前記第１および第２の流体が予め定められた比率で前記流路の入力側に供給されるように前記第１および第２の供給手段を制御するステップを更に備える、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
単位時間当り予め定められた注入量の前記第１または第２の流体を出力側に連続的に提供するために、前記第１および／または第２の流体が予め定められたフロー速度で前記流路の出力側に供給されるように、第１および／または第２の制御装置を制御するステップを更に備える、請求項４３〜５１のいずれかに記載の方法。
【請求項５３】
フローパラメータを検出する微小流体デバイス（１００、２００）であって、
ベース筐体（１０２）内に構成された流路（１０４）であって、前記流路（１０４）は、前記流路（１０４）内に第１および第２の流体（Ｆ１、Ｆ２）を有する流体ストリーム（Ｆ1‐2）を形成するために、第１の流体（Ｆ１）を供給する注入口（１０６）と第２の流体（Ｆ２）を供給する第２の注入口（１０８）を備え、流体ストリーム（Ｆ1‐2）を出力側に提供する出力（１１２）を更に備え、前記流路（１０４）は、前記流路（１０４）内に、前記第１の流体（Ｆ１）で充填された流路（１０４）のセクションと前記第２の流体（Ｆ２）で充填された流路の隣接するセクションの間に、前記流路の横断面にわたって延在する前記第１および第２の流体（Ｆ１、Ｆ２）間の流体界面を構成する横断面形状を有する、
流路（１０４）と、
前記流路（１０４）に前記第１の流体（Ｆ１）を選択的に供給するために、前記第１の注入口（１０６）に付随するマイクロポンプを備える、第１の供給手段（１１４）と、
前記流路（１０４）に前記第２の流体（Ｆ２）を供給するために、前記第２の注入口（１０８）に付随する、第２の供給手段（１１６）と、
前記流路内の前記第１の流体および前記第２流体の異なる物性に基づいて、前記第１または第２の流体の現在のフローパラメータに依存する測定値（Ｓmeasure）を検出する、検出手段（１１８）と、
を備え、
前記検出手段（１１８）は、前記流路（１０４）に沿った複数の位置で、空間的に分解された方法で、前記第１および第２の流体（Ｆ１、Ｆ２）の異なる物性を検出するように構成された複数の個々のセンサ要素を、前記流体流路（１０４）に沿って備える、
微小流体デバイス。
【請求項５４】
フローパラメータを検出する微小流体デバイス（１００、２００）であって、
ベース筐体（１０２）内に構成された流路（１０４）であって、前記流路（１０４）は、前記流路（１０４）内に第１および第２の流体（Ｆ１、Ｆ２）を有する流体ストリーム（Ｆ1‐2）を形成するために、第１の流体（Ｆ１）を供給する注入口（１０６）と第２の流体（Ｆ２）を供給する第２の注入口（１０８）を備え、流体ストリーム（Ｆ1‐2）を出力側に提供する出力（１１２）を更に備え、前記流路（１０４）は、前記流路（１０４）内に、前記第１の流体（Ｆ１）で充填された流路（１０４）のセクションと前記第２の流体（Ｆ２）で充填された流路の隣接するセクションの間に、前記流路の横断面にわたって延在する前記第１および第２の流体（Ｆ１、Ｆ２）間の流体界面を構成する横断面形状を有する、
流路（１０４）と、
前記流路（１０４）に前記第１の流体（Ｆ１）を選択的に供給するために、前記第１の注入口（１０６）に付随するマイクロポンプを備える、第１の供給手段（１１４）と、
前記流路（１０４）に前記第２の流体（Ｆ２）を供給するために、前記第２の注入口（１０８）に付随する、第２の供給手段（１１６）と、
前記流路内の前記第１の流体および前記第２流体の異なる物性に基づいて、前記第１または第２の流体の現在のフローパラメータに依存する測定値（Ｓmeasure）を検出する、検出手段（１１８）と、
を備え、
前記第１および第２の注入口（１０６、１０８）の少なくともいずれかは、前記第１の流体（Ｆ１）の前記第２の注入口（１０８）への前記第２の流体（Ｆ２）のフロー方向に逆らった不測の侵入または前記第２の流体（Ｆ２）の前記第１の注入口（１０６）への前記第１の流体（Ｆ１）のフロー方向に逆らった不測の侵入を検出するために配置された、外乱検出手段（１３０、１３２）をそれぞれ有する、
微小流体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フローパラメータを検出する微小流体デバイス、微小流体注入システム、流路内の流体ストリームのフローパラメータを検出する方法および流体を微小量注入する方法に関する。特に、本発明は、流体流路内で、例えば、分量の液体または気体のような微小量の流体を注入する微小注入コンセプトに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療技術の分野において、また他の技術分野において、微小量または微小容積の流体を十分な精度（例示的に、ナノリットルからマイクロリットルの範囲）で注入し、測定技術の観点から付加的にこの精密な注入プロセスをモニタすることも可能にする要求がある。
【０００３】
微細膜または微細ダイアフラムポンプは、例えば医療技術の分野において、例えば点滴のように、搬送液体または薬物を注入するために使用される。現在、機能原理が膜またはダイアフラムをたわませることに基づく微細膜ポンプは、通常、例えば１ｎｌ（ナノリットル）〜１００μｌ（マイクロリットル）のような微小容積量を注入するとき、充分な注入精度を達成することができない。微細膜ポンプにおいて、注入精度は、例えばポンプチャンバにおける気泡、流体における粒子、流体流路内の逆圧変化、温度変化および他の影響に依存している。
【０００４】
現在利用可能な不十分な注入精度の微細膜ポンプは別として、ナノリットルからマイクロリットルの範囲で微小な流体量または流体容積を注入し、注入をモニタすることを可能にする、単純でしたがって安価な方法で実施することのできるシステムは存在しない。加えて、ナノリットルの範囲で、最小容積のパッケージに実装することが容易なフローセンサは、これまで利用可能でなかったか、または多くのアプリケーションに対して必要とされる精度を有しないか、または微小注入システムに組み込むには非常に高価である。医療技術における上述された薬物の注入は別として、多くの他の応用分野においても、信頼性が高く精密な微小容積量の注入および／または注入のモニタが必要とされる。ラボラトリ技術における液体直接置換デバイスを用いて、燃料電池における液体燃料（例えばＤＭＦＣ＝直接メタノール燃料電池におけるメタノールのような）の充填、または油を用いた潤滑ベアリングの形の潤滑注入が、この点に関して例示的に言及される。
【０００５】
この文脈において、例えば、特許文献１におけるレベル測定と注入システムを有する液体貯留槽、回収システムおよび複合注入／回収システムと、科学的刊行物である非特許文献１が参照される。
【０００６】
本先行技術から出発して、本発明の基礎をなす目的は、微小の流体量または流体容積を信頼性よく精密に注入し、この種の注入プロセスをモニタするものであって、流体の注入が正確でないマイクロポンプが用いられる場合であっても適用することができる、できる限り単純なコンセプトを提供することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第０１／８４０９１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献２】Bodo Nestler他、"Dosierung und Messung kleiner Volumenstroeme als Voraussetzung fuer die Realisierung eines implan-tierbaren Mikroinfusionssystems "（移植可能な微小輸液システムを実現する要求条件としての少量ストリームの注入と測定）、Zen-trum fuer Biomedizintechnik der FH Luebeck in Impulse (10), 2005: ISSN 1618-5528, pages 65-73
【発明の概要】
【０００９】
この目的は、請求項１にかかるフローパラメータを検出する微小流体デバイス、請求項３４にかかる微小流体注入システム、請求項４４にかかるフローパラメータを検出する方法、および請求項４５にかかる流体を微小量注入する方法によって達成される。
【００１０】
本発明は、例示的にナノリットルの範囲で流体を精密に注入するために、フローパス（流路）において、第１の流体（第１のフロー媒体）を明確に第２の流体（第２のフロー媒体）に加えることによって、精密な微小流体のフローパラメータの検出と、さらに対応する注入モニタリングを、比較的単純な方法で実現することができるという発見に基づく。両方の流体は、それらが直ちに互いに混合し、反応し、または溶解しないという特性を有する。これらの一対の流体の実施例は、例えば水と空気または水と油である。流路の横断面形状は、流路内の第１および第２の流体間の流体界面が、第１の流体で充填された流路のセクションと第２の流体で充填された流路の隣接するセクションの間に形成されるように選定されるので、全ての流路の横断面にわたって延在する流体界面、流体流路内の流体ストリームは、多くの異なる検出方法によって比較的単純な方法でモニタすることができる。
【００１１】
本発明によれば、第１および第２の流体のお互いに関して異なる電気的導電率、異なる誘電性導電率（誘電率）、異なる磁気的導電率（透磁率）、異なる光学的透過率または異なる光学的反射率は、注入のモニタおよび注入の制御に対して必要なフローパラメータから決定するために、検出手段によって、流路内の第１または第２の流体のフロー速度、フロー容量、フロー方向、流体の伝搬または遷移の時間および／または充填量の形で、検出することができる。
【００１２】
センサアレイ形の検出手段は、流体流路に沿って、複数の個々のセンサ要素を例示的に備えることができ、第１および第２の流体の異なる物性を、個々のセンサ要素に関連する流路に沿った複数の位置において、空間的に分解された方法で検出する。加えて、第１および／または第２の供給手段を制御することができる制御手段は、第１または第２の流体を流体流路に選択的に供給するために提供することができる。
【００１３】
流体流路またはそのサブセクションは、流体の受け入れに対して有効な注入容積を事前設定することができる。流体流路は、このように明確にプリセットされた注入容積まで第２の流体で充填することができ、第１の流体は流体流路に対して入力側で供給され、流路の出力側にある第２の流体の注入量を、流路の出力または出口において精密な注入方法で提供する。このプロセスは、それぞれの注入容積が完全にまたは部分的に充填された流路の幾何学的容積によって定められ、要求通りの高い注入精度で繰り返すことができる自動調整の注入プロセスである。特に、注入および注入のモニタに対して流路の第２の流体に加えられる過剰な第１の流体は、流体分離手段において出力側に提供される流体ストリームから除去することができ、その結果、流路の出力において精密に注入された量の第２の流体のみが存在することが指摘される。
【００１４】
正確に流体を注入する代替の発明手順は、マイクロポンプおよび／または微細膜ポンプによって、流体流路において第２の流体の連続的な流れに、例示的に予め定められたインターバルと予め定められた量で、第１の流体を明確に供給することによって、フローパラメータに関してモニタすることができる流体ストリーム（第１および第２の流体を含む））を生成することによる。これは、検出手段によって流路内の第１および第２の流体の伝搬時間を決定することを可能にする。
【００１５】
特に、第１および第２の流体間の予め決定された比率は、第１および第２の流体が流体ストリームにおいて測定技術の観点で検出することができる相互に異なる物性と流体流路における流体界面形状を呈する限り、例示的に予め定められた流速で流体流路に供給し、測定技術の観点で精密に検出することができる。
【００１６】
さらにまた、発明コンセプトは、第２の流体の（例示的に連続的な）ストリームにおいて、予め定めらされた量の第１の流体を入力側の流路に供給することを可能にし、流体ストリームにおける第１および第２の流体間の比率を、調整および／または制御することができる。本発明によれば、これは、次には、単位時間当りの予め定められた注入量の第２の流体の注入とそのモニタの実現を比較的容易に可能にする。特に、流体分離手段は、流体ストリームから第１の流体を再び分離するために使用することができる。
【００１７】
第１および／または第２の供給手段に対する制御手段は、検出手段によって現在のフローパラメータ（実際の値）に関して検出された測定値を評価するように付加的に構成することができ、現在のフローパラメータ（実際の値）の予め定められたフローパラメータ（設定値）からの偏差に基づいて第１および／または第２の供給手段を制御することができ、予め定められたフローパラメータと、したがって流路における第１および／または第２の流体の精密な注入を設定する。
【００１８】
本発明によれば、例えば、薬物の注入に対する医療技術、ラボラトリ技術、燃料電池、または潤滑剤注入において用いられるような、微小容積量を注入し、これらの微小注入量（流体量）の注入をモニタする注入システムは、フローパラメータを検出する微小流体デバイスと結合することができる制御手段を用いて、極めて単純で信頼性が高い方法で実現することができる。
【００１９】
本発明の他の利点は、流路寸法（断面積、特に流路高）を低減することによって、測定解像度を有意に増大することができるという事実である。例えば、測定流路の高さｈが低減される場合、容量性測定方法の長さ当りの測定信号は増大し（静電容量Ｃ〜1／ｈ）、流路の容積／長さ形状係数は減少する。この２つの理由で、フロー測定精度は、低水量レートにおいて増加している。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明の好ましい実施形態は、以下の添付図面を参照して引き続いて詳述される。
【図１ａ】本発明の実施形態にかかるフローパラメータを決定する微小流体デバイスの概略基本説明図を示す。
【図１ｂ】本発明の実施形態にかかるフローパラメータを決定する微小流体デバイスの概略基本説明図を示す。
【図２ａ】本発明の他の実施形態にかかるフローパラメータを検出する微小流体デバイスの概略基本説明図を示す。
【図２ｂ】本発明の他の実施形態にかかるフローパラメータを検出する微小流体デバイスの概略基本説明図を示す。
【図３】本発明の他の実施形態にかかる微小流体注入システムの概略説明図を示す。
【図４】本発明の他の実施形態にかかる微小流体注入システムの概略説明図を示す。
【図５】本発明の他の実施形態にかかる微小流体注入システムの概略説明図を示す。
【図６】本発明の他の実施形態にかかるフローパラメータの容量性検出のための検出手段の２つの電極の配置の概略説明図を示す。
【図７ａ】本発明の他の実施形態にかかる微小流体注入システムのための第１および第２の流体供給手段の例示的な実施態様の概略説明図を示す。
【図７ｂ】本発明の他の実施形態にかかる微小流体注入システムのための第１および第２の流体供給手段の例示的な実施態様の概略説明図を示す。
【図７ｃ】本発明の他の実施形態にかかる微小流体注入システムのための第１および第２の流体供給手段の例示的な実施態様の概略説明図を示す。
【図８】本発明の他の実施形態にかかるフローパラメータを検出する方法のフローチャートを示す。
【図９】本発明の他の実施形態にかかる流体を微小量流体を注入する方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図面を用いて本発明についてより詳細に論ずる前に、図面において同一の要素、同じ機能または同じ作用を有する要素は、同じ参照符号によって与えられ、その結果、異なる実施形態において図示されたこれらの要素の記述およびその機能は、相互に交換可能である、または異なる実施形態において互いに適用できることが指摘される。
【００２２】
引き続いて、フローまたはストリームパラメータまたは注入パラメータを検出する発明の微小流体デバイス１００の最初の一般的な実施形態が、機能的な文脈の一般的な考察のための図１ａを用いて記載される。
【００２３】
図１ａに描かれたように、微小流体デバイスは、ベース筐体１０２に形成される流路１０４を含む。流路１０４は、流路１０４内に第１および第２の流体Ｆ１，Ｆ２を備える流体ストリームＦ1‐2を形成するために、入力側で、流体入力１１０に、第１の流体Ｆ１を供給する第１の注入口１０６と、第２の流体Ｆ２を供給する第２の注入口１０８を備える。流体ストリームＦ1‐2は、出力側で、流路１０４の出力または出口１１２に提供される。本発明によれば、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２が流路１０４に供給されるそれぞれの領域は、第１および第２の流路の注入口１０６、１０８とみなされる。
【００２４】
流路１０４は、全ての流路の横断面にわたって延在する流路において、第１の流体Ｆ１で充填された流路１０４のセクションと第２の流体Ｆ２で充填された流路１０４の隣接するセクションの間に、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２間の流体界面を形成する横断面領域ＡKと横断面形状を備える。
【００２５】
図１ａに例示的に描かれたように、流路は、流路入力１１０と流路出力１１２の間に流路長ＬKを呈する。加えて、流路１０４は、図１ａに描かれたように、円形の流路横断面ＡKを例示的に備え、しかしながら、以下の説明が示すように、前述の流体界面が第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２間に生ずる限り、基本的にいかなる横断面形状の流路１０４も選択することができる。
【００２６】
加えて、図１ａに関して、流体流路１０４において、第１および第２の注入口１０６、１０８の下流に、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２が一緒に含まれる流路１０４の領域は、流路入力１１０として参照されることを考慮に入れなければならない。
【００２７】
図１ａにおいて付加的に描かれているように、微小流体デバイス１００は、流路１０４に第１の流体Ｆ１を選択的に供給するために、第１の注入口１０６に付随するマイクロポンプを備える第１の供給手段１１４を含む。加えて、微小流体デバイス１００は、流路１０４に第２の流体Ｆ２を供給するために、第２の注入口１０８に付随する第２の供給手段１１６を備える。第２の供給手段１１６は、また、流路１０４に第２の流体Ｆ２を選択的に供給するための第２のマイクロポンプを備えることができる。
【００２８】
流体を予め定められた方向に移送するために、例示的に電気的に動作可能とすることができる圧電素子によって、予め決定されたまたは調節可能なポンプストロークまたはダイアフラム可動域だけ駆動される微細膜または微細ダイアフラムポンプが、第１および第２の供給手段１１４、１１６に対してマイクロポンプまたは微細膜ポンプとして例示的に用いられる。電気的励起に依存して、微細膜または微細ダイアフラムポンプのストローク容積は、ポンププロセス当り１０ナノリットル〜１００マイクロリットルの範囲で例示的に生成することができる。
【００２９】
第１の供給手段１１４が、環境または周囲の大気から流体流路１０４の第１の注入口１０６に、例えば気体または空気のような第１の流体を供給するように構成されたとき、第１の流体Ｆ１のフロー方向において供給手段１１４の上流にフィルタ要素を提供することができ、流体流路１０６に流体Ｆ１を供給する前に、供給される流体Ｆ１から潜在的な汚染または他の不要な物質をろ過する。
【００３０】
微小流体デバイス１００は、流路１０４における第１の流体Ｆ１および第２の流体Ｆ２の異なる物性に基づいて、第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２の現在のフローパラメータに依存する測定値Ｓmeasureを検出するために、第１および第２の測定電極１１８ａ、１１８ｂによって例示的に形成された検出手段１１８を付加的に含む。検出手段１１８は、第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２の異なる物性に基づいて、流路１０４における流体界面の位置または位置の変化を検出するように構成することができ、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の現在のフローパラメータは、流路１０４内の流体界面の位置または位置の変化から決定することができる。
【００３１】
本発明において、流体は、気体（圧縮性流体）または液体（非圧縮性流体）を意味する。ほとんどの物理法則は気体と液体に対して等しく適用されるので、一般用語「流体」が用いられる。本発明において、以下に述べられるように、第１および第２の流体間の流体界面の必然的な形成に関する境界条件が充足される限り、気体または液体の両方を第１の流体と第２の流体の両方に対して一般に用いることができる。
【００３２】
一般に、流体界面の位置および形状は、一方では重力に依存し、他方では第１と第２の流体Ｆ１、Ｆ２間および流体と流体流路１０４が形成されるベース筐体１０２間の界面張力に依存する。本発明によれば、流路１０４の横断面形状は、流体界面の形状および構成がとりわけ界面張力によって決定され、もはや重力や、例えば旋回力、振動力、磁力その他のような他の作用力によって決定されないように選択される。流体特性および流路部材に依存して、例示的に直径０．０１ｍｍ未満から３ｍｍまでの円形横断面を有する流路１０４によって、界面張力は重力に対して優勢になる。重量は、流体流路１０４のいかなる他の位置または方向においても重要な役割を果たさず、その結果、流体界面は外部の周囲影響力と力作用によって有意にその位置を変えない。図１ａに描かれたように、流路１０４は、入力１１０と出力１１２の間で直線方向方位を有する円形または矩形に例示的に構成することができる。
【００３３】
しかしながら、流路１０４の横断面形状は、流路１０４の長さＬKにわたって必ずしも一定である必要はないことが指摘される。横断面における潜在的変化（膨張または収縮）は、測定値を決定するとき、容易に調節することができ、位置の決定を用いてフローパラメータを決定するとき、または流路１０４における界面の位置の変化を決定するとき、考慮に入れることができる。加えて、所定の充填量または所定の充填容積の有効流路領域を調整するために、流路１０４は、流路長ＬKおよび（平均）流路断面積ＡKの製品として、蛇行形状またはらせん形状に構成することもできる。
【００３４】
このように、流路形状における位置が基本的に重力から独立する流体界面の形成は、流路の横断面の面積に依存せず、流路の横断面の形状、より精密には流路横断面の最小寸法に依存するので、アプリケーションのケースに依存して、所定の最大充填容積（流路入力と出力間の容積）の流体流路を用いることができる。
【００３５】
例えば、流路が楕円形または円形の横断面形状であるとき、楕円横断面の短軸または円形横断面の直径は、流体界面の位置が、第１の流体より高い粘性を有する第２の流体の界面張力によって、および第２の流体と流路壁の素材間の界面張力によって基本的に決定されるように選択することができる。
【００３６】
しかしながら、流路１０４が矩形の横断面形状であるとき、矩形横断面形状の短辺または正方横断面形状の辺は、流体界面の位置が、（第１の流体と比較して、高い粘性の）第２の流体の界面張力によって、および第２の流体と流路壁の素材間の界面張力によって基本的に決定されるように選択することができる。
【００３７】
この文脈において、流路と、オプションとして供給は、簡単なチューブ要素、ガラス細管、またはさらに、例えば、それぞれ集積化された検出、評価および／または制御回路を備えるシリコン基板のような半導体基板における高精度パターンとして形成することができることが考慮される。
【００３８】
ガラス細管は、比較的廉価な（しかし、非常に精密に実行できる）製造プロセスによって、非常に精密な注入容積の提供の要求条件と低減されたコストの良好なトレードオフを提供する。このように、ガラス細管の形の流体流路１０４は、薬物の微小量の精密な注入に対して、特にインシュリンによる患者の薬物治療に対して、使い捨ての（「一方向の」）大量物品として有利に用いることができる。
【００３９】
使用された流体Ｆ１、Ｆ２の流体特性に関して、それらが注入のために流路１０４に置かれるとき、少なくとも継続時間または期間の間、これらの流体の混合が基本的にないかまたは限定される、すなわち流体は非混和性になることを考慮すべきである。流体の１つが気体であって他の流体が液体である例示的なケースに対して、フローおよび／または注入パラメータを検出するときの１つの潜在的な外乱量は、液体の蒸発と、使用された気体が例えば飽和するまでの気体の吸収を考慮に入れなければならない。蒸発は、とりわけ２つの媒体間の流体界面において発生し、液体‐気体界面において、これは「メニスカス」とも称される。
【００４０】
蒸発率（または逆の作用、凝縮）は、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２のいずれもが供給されない場合であっても、流体界面の小さい不要な移動の作用を有する。蒸発率、すなわち単位時間当りの気相に移行する液体の量は、液体分子による気体の飽和（流体Ｆ２およびＦ１に対して水および空気の場合の湿度）は別として、とりわけ液体と気体間の自由表面のサイズに従属する。このように、流路１０４の直径または横断面の面積が小さいほど、妨害する蒸発は小さい。本発明によれば、微小流体流路において第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２のフローパラメータの可能な限り最も信頼性が高く正確な検出精度を達成することができるように、流体、すなわち気体または液体が、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２に対して用いられ、流路１０４におけるそれらの存在が継続している間の、例えば注入とそれぞれの測定の間の、２つの流体間の混合、化学反応、または蒸発／凝縮は、存在しないかまたは許容できる範囲のみである。これは、自由表面を最小化することによって、そして測定時間を最小化することによって達成することができる。
【００４１】
閉ループの流路１２２において流体Ｆ１を注入口１１０に再誘導する１つの利点は、第１の流体Ｆ１が第２の流体Ｆ２の分子によってほとんど飽和することである。第１の流体Ｆ１として空気であり、第２の流体Ｆ２として液体である場合、定められた時間期間の後に、更なる蒸発は発生しない。
【００４２】
特に移植可能な薬物送達システムに対して、これは重要である。その場合、薬物貯留槽１２６内の第２の流体Ｆ２としての薬物もまた、第１の流体Ｆ１としての気体によってほとんど飽和された方法で供給されなければならず、それによって薬物Ｆ２の気体Ｆ１への蒸発または気体Ｆ１の薬物Ｆ２への溶解は最小化される。定められた筐体温度と小さい交換領域（メニスカス、横断面）の両方によって、気体Ｆ１と薬物Ｆ２の間の交換は最小値に低減され、移植されたシステムは長時間機能することができる。
【００４３】
加えて、第１および第２の流体は、それらが検出手段によって決定することができる異なる物性を備えるように選択され、その結果、流路における流体界面の位置または位置の変化が第１の流体および第２の流体の異なる物性に基づいて検出可能である。第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２の現在のフローパラメータは、次に流体界面の位置または位置の変化から決定することができる。従って、異なる物性は、第１の流体Ｆ１および第２の流体Ｆ２の互いに異なる電気的導電率、異なる誘電性導電率（誘電率）、異なる磁気的導電率（透磁率）、異なる光学的透過率または異なる光学的反射率とすることができる。しかしながら、流体流路において空間的に分離された方法で検出することができる第１および第２の流体のいかなる異なる物性も、注入の制御とモニタリングに対して用いることができる。
【００４４】
流路１０４において検出された現在のフローパラメータは、流路１０４における第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２のフロー速度、フロー容量、フロー方向、流体伝播または遷移時間および／または充填レベルを例示的に示すことができる。
【００４５】
検出手段１１８は、流体流路１０４に沿って、長さセクション当り予め定められた数、サイズおよび分布で配置された複数の個々のセンサ要素を例示的に備えることができる。個々のセンサ要素は、このように第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の異なる物性を、流路１０４に沿って、個々のセンサ要素に関連する複数の位置で、空間的に分解された方法で検出するように構成される。
【００４６】
第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２が、例示的に異なる誘電性導電率εR1、εR2を備えるとき、検出手段１１８は、例示的に第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２の現在のフローパラメータに対する測定値を容量的に検出するように構成することができる。お互いからと流体ストリームＦ1‐2から電気的に絶縁された２つの電極１１８ａ、１１８ｂは、ベース筐体１０２に例示的に配置され、２つの電極１１８ａ、１１８ｂは、流路１０４に対して互いに反対側にあるように配置される。これは、第１の流体Ｆ１で充填された流路１０４のセクションと第２の流体Ｆ２で充填された流路１０４のセクションの両方において存在する２つの電極１１８ａ、１１８ｂ間に生成することができる電界を取得することを可能とし、流体ストリームにおける位置の変化は、結果として２つの電極１１８ａ、１１８ｂ間の静電容量の比例変化になる。
【００４７】
発明コンセプトにおいて、流体界面の位置または位置の変化の検出は、比較的小さい流路寸法のため、容量性電極間の距離が小さければ、測定される静電容量は大きいので、容量性測定原理によってほとんど最適な方法で追加することができることがこの文脈において指摘される。加えて、流路１０４の寸法が小さいほど、流路界面はより安定である。しかしながら、容量性測定原理に対して、流路において界面を移動するときに静電容量において十分に大きな変化の形で最大可能感度を達成するために、幾何学的配置に依存して、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の誘電パラメータεR1、εR2は十分に異なることになることを考慮に入れなければならない。空気の場合には誘電パラメータεair＝１．０００５８であり、水の場合には誘電パラメータεwater＝８１であり、油はおよそεoil＝２…２．５である。
【００４８】
通常は、カバーと、流体および電極間の電気的絶縁はプラスチックで形成され、ここで、プラスチックのタイプに依存して、εplastics＝１．５…３である。静電容量を最大にするために、流路カバーの厚さは、例えば２０μｍ〜２００μｍの間で、できるだけ薄く選択されなければならない。
【００４９】
加えて、第１および第２の電極１１８ａ、１１８ｂは、第１および第２の電極１１８ａ、１１８ｂ間で複数の個々の静電容量が形成されるように、それぞれ複数の個々の電極（図１に示されない）から構成することができ、これらの個々の静電容量は、互いに独立に読み出し、検出することができ、付加的に流路１０４におけるそれぞれの予め定められた位置を決定された単一の静電容量値に関連づけることができる。
【００５０】
上記説明を明確にするように、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２を備える流路１０４の充填比率の線形結合は例示的に取得することができ、検出された静電容量値は流路における第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の充填量によって線形に変化する。また、第１および第２の電極１１８ａ、１１８ｂに対して複数の個々の電極を用いるとき、単一の静電容量に関連した位置において、第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２またはそれらの間の界面の存在を決定する静電容量を明確に決定しおよび／または関連づけることが可能である。
【００５１】
流路が、例えば矩形に構成されるとき、第１および第２の電極１１８ａ、１１８ｂは、ベース筐体１０２の第１および第２の主表面１０２ａ、１０２ｂに対して水平に配置することができ、少なくとも部分的に流路１０４をカバーすることができる。あるいは、第１および第２の電極１１８ａ、１１８ｂは、ベース筐体１０２の第１および第２の主表面１０２ａ、１０２ｂに対して垂直に配置することができ、流路に沿って延在することができる。後者の設計は、図１ａにおいて例示的に示されている。
【００５２】
流路１０４が、例えばベース筐体１０２において円形または楕円形に構成されるとき、第１および第２の電極１１８ａ、１１８ｂは、それぞれ、少なくともセクションに対して、流路１０４の湾曲した外表面に沿って延在することができる。例えば、流路が円形の横断面のパイプまたはチューブで構成されるとき、第１および第２の電極１１８ａ、１１８ｂは、測定のために流路において生じた電界強度を測定するために、流路１０４のベース筐体１０２のまわりで基本的に半円筒形状に例示的に配置することができ、従って、少なくとも電界線の大部分が流路に浸透するので、測定精度をかなり増大させることができる。
【００５３】
前に述べたように、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の異なる誘電性導電率とは別に、第１および第２の流体の互いに対して異なる電気的導電率を用いることもできる。この場合において（図１ａには示されない）、流路１０４において第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２を備える流体ストリームの導電率を測定するために、流路１０４に対して互いに反対にある２つの電極が筐体上に例示的に配置され、電極は流体ストリームＦ1‐2と電気的に接続状態にあり、その結果、電気的導電率値および／または抵抗値を２つの電極間で検出することができる。１つまたはいくつかの流体界面のそれぞれの位置、またはさらに流路におけるおよび／または流路のセクションにおける第１または第２の流体の存在は、このように決定することができる。電気的導電率および／または抵抗を測定するために提供されるこのような電極は、再びそれぞれ複数の個々の電極を含むことができ、その結果、導電率値および／または抵抗値は、第１および第２の電極のそれぞれ関連する個々の電極間で、位置に依存する方法で検出することができる。
【００５４】
前述の測定原理は、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の異なる磁気的導電率の検出に等しく適用することができ、測定量、すなわち第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の磁気的導電率が、第１の流体Ｆ１で充填された流路のセクションによって第２の流体Ｆ２で充填された流路のセクションにおけるそれと異なる方法で影響される限り、流路１０４における現在のフローパラメータを、好ましくは位置に依存する方法で検出する。
【００５５】
例示的に、ベース筐体１０２が流路１０４の長さＬKの領域において半透明に（または他の電磁放射に対して透明に）なるように構成されるとき、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の、例えば異なる光学的透過率または光学的反射率のような異なる光学的性質を、流路における１つまたはいくつかの流体界面の位置または位置の変化の検出に活用することができ、第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２の現在のフローパラメータは、流体界面の位置または位置の変化から決定することができる。例示的に、透過率測定が実行されるとき、それぞれの放射発光要素（例えば、ＬＥＤ、ＯＬＥＤのような）および対応する放射検出要素（いずれも図１ａに示されない）は、流路長ＬKに沿って異なる光学的透過率を空間的に分解された方法で検出するために、ベース筐体１０２の反対側に配置される。例示的に、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の光学的反射率が流路１０４の流路長ＬKに沿って検出されるとき、ベース筐体１０２は、流路１０４における流体ストリームＦ1‐2への対応する電磁放射（例えば、所定の波長の光）に対して、少なくとも一方側において透明になるように構成される。
【００５６】
図１ａに図示された微小流体デバイスに対して、オプションとして付加することができる更なる設計と付加的な機能要素、およびその機能が、前に記載された機能要素と相まって、図１ｂを参照して引き続いて記載される。
【００５７】
図１ｂに描かれたように、発明の微小流体デバイスは、流路１０４の出力１１２において、流路１０４の出力１１２に提供される流体ストリームＦ1‐2から第１の流体Ｆ１を選択的に分離する流体分離手段１２０を例示的に備える。図１ｂに描かれたように、流体分離手段１２０は、流路１０４の出力１１２に直接隣接して配置される。流体分離手段１２０が流路出力１１２に直接隣接して配置されることによって、流路出力と流体分離手段の間のいわゆる死容積、すなわち容積測定において含まれない容積は、最小化するまたは排除することができる。しかしながら、流体分離手段１２０は、流路出力１１２から離れた方法で配置することも、これによって結果として生ずる死容積が検出手段１１８によって検出される測定結果Ｓmeasureに対して無視できる影響であるときは、もちろん可能である。
【００５８】
図１ｂに描かれたように、流体分離手段１２０は、流体パス１２２を介して第１の注入口１０６または第１の注入口１０６に付随する第１の供給手段１１４に例示的に結合することができ、第１の流体Ｆ１に対して流体分離手段１２０から流路１０４の第１の注入口１０６まで閉サイクルを形成する。これは、例えば微小注入システムが周囲環境から分離されなければならない場合、例えば移植可能な薬物送達システムにおいて有利である。例示的に、第１の流体Ｆ１が、例えば周囲の気体または空気のような気体で構成されるとき、第１の供給手段１２０は、第１の流体Ｆ１を周囲の大気に出力するように構成することもでき、一方、第１の供給手段１１４は、第１の流体を、例えば空気のような周囲大気から引き出し、それを選択的に第１の注入口１０６または流路入力１１０に供給するように構成することができる。もちろん、第１の流体Ｆ１は、第１の流体Ｆ１に対するオプションの貯留槽１２４から引き出すこともできる。また、第２の流体Ｆ２に対する貯留槽１２６は、第２の流路入力１０８に付随する第２の供給手段１１６に提供することができ、第２の流体Ｆ２を第２の供給手段１１６を介して第２の流路入力１０８に供給する。
【００５９】
流体分離手段１２０は、チャンバの高さが、例示的に流路１０４の直径に等しいまたは大きく、例示的に流路１０４の直径の１．０〜２倍に相当する、流体分離チャンバ（第１の流体Ｆ１を分離するための）を提供することによって例示的に実現することができ、チャンバ（図１ｂに示されない）は、小さい細孔径の疎水性の（液体をはじく）フィルタダイアフラムによって境界をなしている。
【００６０】
医療用のアプリケーションに対して、約０．２μｍ、すなわち約０．１〜０．３μｍの細孔径を使用することは、（「沸点」法を考慮して）有利である。このような細孔径は、疎水性のフィルタダイアフラムを介して流体経路に入るバクテリアまたはウイルスを防止する。沸点法は、細孔径の決定に対して用いられる。それは、与えられた流体と一定のぬれを有する細孔径に対して、空気バブルを細孔を通して圧入するために必要な圧力は、穴のサイズに逆比例するという事実に基づいている。
【００６１】
医療用のアプリケーションと潤滑注入の両方に対して有利である疎水性気体分離フィルタこの小さい細孔径の第２の利点は、気体分離器で発生する最高過圧より大きい数百ｋＰａの沸点であることである。例えば、薬物送達システム内で、ブロックされたカテーテルを洗浄するために必要な駆動によって生成される通常の仕切圧は、約１００ｋＰａである。油または潤滑剤を機械スピンドルまたはベアリングに注入するために必要な通常の過圧は、５０ｋＰａである。
【００６２】
２つの理由から、疎水性フィルタダイアフラムの領域を最小化することは有利であり、第１に、小さいダイアフラムは過圧に対してより安定であり、第２に、例えば微小注入システムが作動していない場合に、Ｆ１とＦ２間の接触領域は最小化され、流体間の蒸発および／または凝縮を最小化する。
【００６３】
このフィルタダイアフラムは、第２の流体Ｆ２（例えば液体）に対して不浸透性である、すなわち、いわゆる大きな沸点を備え、その結果、フィルタダイアフラムの細孔は、第２の流体Ｆ２（例えば第１の流体Ｆ１よりも高い粘性を備える）によってぬれない。メニスカスが全ての流路の横断面にわたっていつも延在するという事実により、第１の流体Ｆ１は、すべての場合において、第２の流体Ｆ２をはじくフィルタダイアフラムと接触する。分離チャンバに作用する過圧（供給手段１１４または１１６によって生成される）は、例示的に第１および／または第２の供給手段１１４、１１６によって、第１の供給手段１１４（第１の流体Ｆ１の）による分離チャンバの吸入負圧に伴って、流体ストリームＦ1‐2からの第１の流体Ｆ１の信頼性の高い分離に、例示的に第１の流体Ｆ１が気体の場合はバブル分離に結果としてなる。分離チャンバは、ドロップ形状または湾曲した内部寸法を有することができる。
【００６４】
例えば細管の収縮のような、流体流路１０４に対する収縮は、いずれにしろ流体分離手段１２０において存在するので、出力側に提供された流体ストリームＦ２OUTに対して定められた過圧でのみ屈し、出力側の流体フローをリリースする、例えばシリコンフィルムのような、プリロードされたフィルムは、流体分離手段１２０におけるボトルネックにおいて、または、例えば流体分離手段１２０の出力側で使用することができる。いわゆるフリーフロー保護は、このように流体分離手段１２０において例示的に集積化することができる。
【００６５】
流体分離手段１２０は、流体ストリームＦ1‐2から分離された第１の流体Ｆ１を提供する第１の出力１２０ａと、出力側で第２の流体Ｆ２OUTの形で出力側流体ストリームを提供する他の出力１２０ｂを備える。出力側流体ストリームＦ２OUTにおいて、第１の流体Ｆ１の少なくとも残留量が、望まれない方法で依然として存在するかどうかを検出するために、更なる検出手段１２８を、流体分離手段１２０の第２の出力１２０ｂにおいて提供することができ、流体分離手段１２０を通して流れた後、出力側流体ストリームＦ２OUTにおいて第１の流体Ｆ１の一定量が依然として存在するかどうかを検出する。加えて、更なる検出手段１２８は、出力側流体ストリームＦ２OUTに存在する第１の流体Ｆ１の量を量的に検出するように構成することができる。このように、第２の出力１２０ｂ（または引き続く流路）と更なる検出手段１２８は、前に記載された検出手段１２８と流体流路１０４に対応して構成することができる。
【００６６】
図１ｂに図示された発明の微小流体デバイス１００は、第１の外乱検出手段１３０を入力側、すなわち第１の注入口１０６に、第２の外乱検出手段１０８を第２の注入口１０８に、付加的に備えることができる。第１および第２の外乱検出手段１３０、１３２は、それぞれ第２の注入口１０８への第２の流体Ｆ２のフロー方向に逆らった第１の流体Ｆ１の不測の侵入および／または第１の注入口１０６への第１の流体Ｆ１のフロー方向に逆らった第２の流体Ｆ２の不測の侵入を検出するように構成される。第１および第２の外乱検出手段１３０、１３２の機能に関して、それらは、検出手段１１８と類似するように再び構成することができ、第１または第２の流体のそれぞれ反対の流体注入口への妨害するまたは不測の侵入を、第１および第２の流体の異なる物性を用いて、第１および第２の流体の異なる電気的導電率、誘電率、透磁率、透過率または反射率の形で検出することができる。
【００６７】
オプションとして、小さい細孔径を有する疎水性の（液体‐または水‐撥水性の）フィルタダイアフラムが、第１の流体Ｆ１を流路注入口１１０に供給するための第１の注入口１０６における保護手段として配置される。フィルタダイアフラムは、第１の流体Ｆ１（例えば気体の形における）に対して透過性があり、第２の流体Ｆ２（例えば液体の形における）に対して不透過性である。細孔内に気体のみがあるので、親水性のフィルタ膜内の細孔は濡らされない。このように、第２の流体Ｆ２は、第１の流体Ｆ１の第１の入口１０６に入ることができないことが保証される。この場合、第１の注入口１０６における第１の外乱検出手段１３０は省略することができる。
【００６８】
検出手段１１８に関して既に前に述べられたように、検出手段１１８は、第１および第２の電極１１８ａ、１１８ｂの予め定められた一対の個々の電極において流体界面の存在または通過を検出するために提供することができる。検出手段１１８は、特にまた、流体流路１０４の予め定められた中間位置またはさらに流路出力１１２における流体境界の存在または通過を検出するために用いることができる。オプションとして、更なる検出手段１３３、１３４を、流路注入口１１０および／または流路１０４の流路出力１１２において提供することができ、流路注入口１１０および／または流路出力１１２において流体境界の存在または通過を検出するこの機能を果たす。更なる検出手段１３３、１３４は、このように第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の異なる物性を（検出手段１１８の機能に対応して）再び用いることができる。
【００６９】
フローまたは注入パラメータを検出する発明の微小流体デバイス１１２は、付加的に制御装置１４０を備えるまたはそれに結合することができる。制御装置１４０は、第１の供給手段１１６および、特にここで用いられるマイクロポンプまたは微細膜ポンプを制御または調整し、第１の流体Ｆ１を第１の注入口１０６を介して流路１０４に選択的に供給するように構成される。第２の供給手段１１６自体が第２のマイクロポンプ（図１ｂに示されない）を装備するとき、制御装置１４０は、選択的に第２の流体Ｆ２を供給する第２の供給手段を制御するように付加的に構成することができ、第２の流体Ｆ２を入力流路１１０に選択的に供給する。このように、制御装置１４０は、流路１０４における第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の流体ストリームＦ1‐2を、予め定められたフローパラメータ（セット値）で取得するように構成することができる。制御装置１１４は、流路１０４における第１および／または第２の流体Ｆ１、Ｆ２の予め定められたフローパラメータを取得するために、検出手段１１８によって検出された測定値Ｓmeasureを評価し、現在のフローパラメータ（実際の値）を決定し、決定された現在のフローパラメータの予め定められたフローパラメータからの決定された偏差に基づいて第１および／または第２の供給手段を付加的に制御するように付加的に構成することができる。
【００７０】
さらにまた、制御装置１４０は、更なる検出手段および／または外乱検出手段１２８、１３０、１３２、１３３および１３４によって提供された測定信号を受け取って評価するように構成することができ、第１および／または第２の供給手段１１４、１１６を選択的におよび明確に制御する。処理手段（図１に示されない）は、必要な処理および評価プロセスまたはステップを実行するために、制御装置１４０に内部的または外部的に付随することができることをこの文脈において考慮に入れなければならない。
【００７１】
特に、制御装置１４０は、第１の流体Ｆ１および第２の流体Ｆ２の流体流路１０４への供給を明確に制御するために使用することができ、流体分離手段１２０を用いて、第２の流体Ｆ２の非常に精密に注入された吐出量が出力側流体ストリームＦ２OUTとして提供される。微小流体注入システムにおけるフローまたは注入パラメータの検出に対して発明の微小流体デバイス１００を用いることに関して、図３〜５に関する以下の説明が参照される。
【００７２】
引き続いて、他の実施形態にかかるフローまたは注入パラメータを検出する微小流体デバイス２００の他の代替の実施形態が図２ａ‐ｂを参照して記述される。図２ａ‐ｂに関する更なる記述に関して、図１ａ‐ｂにおいて図示された微小流体デバイス１００の要素と、機能において同一である、同一機能である、または同一作用である微小流体デバイス２００の要素は、やはり同一の参照符号によって提供されることが指摘される。
【００７３】
図２ａに描かれたように、フローパラメータを検出する微小流体デバイス２００は、ベース筐体１０２に形成された流路１０４を備える。ベース筐体は、第１および第２の主表面１０２ａ、１０２ｂを例示的に再び備える。流路１０４は、第１の流体Ｆ１を供給する第１の注入口１０６と、流路１０４において第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２を備える流体ストリームＦ1‐2を供給する第２の注入口１０８と、付加的に出力側に流体ストリームＦ1‐2を提供する出力１１２とを備える。流路１０４は、流路１０４において第１の流体Ｆ１で充填された流路のセクションと第２の流体Ｆ２で充填された流路の隣接したセクションの間に、全ての流路横断面にわたって延在する第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２間の流体界面を形成するために、横断面形状を再び備える。微小流体デバイス２００は、流路１０４に第１の流体Ｆ１を選択的に供給するために、第１の注入口１０６に付随するマイクロポンプを備える第１の供給手段１１４を付加的に備える。加えて、微小流体デバイス２００は、第２の流体Ｆ２を流路に供給するために、第２の注入口１０８に付随する第２の供給手段１１６を備える。加えて、第１および第２の検出セクション１１８ａ、１１８ｂを例示的に備える検出手段は、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の現在のフローパラメータに依存する測定値Ｓmeasureを、流路１０４における第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２の異なる物性に基づいて検出するために提供される。第１の供給手段１１４と、開口１０８を含むように実装された第２の供給手段１１６は、流路１０４において入力側に配置される。このように、第２の供給手段１１６は、流体ストリームＦ1‐2のフロー方向において、第１の供給手段１１４の上流に配置される。第２の供給手段１１６は、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２の界面を形成するために、第１の供給手段１１４のマイクロポンプの（例えばすべての）ダイアフラムの可動域によって、注入口１１０において、第２の流体の一定量が（第１の流体とともに）流路１０４に噴射されるように、第２の流体Ｆ２を供給する流路セクションにおいて開口１０８として配置される。第１および第２の流体の量の比率は、注入口１０８のフロー抵抗と幾何学的配置によって定めることができる。
【００７４】
図２ａ‐ｂを用いて描かれたように、フローパラメータを検出する代替の微小流体デバイス２００は、他のマイクロポンプの形で第２の供給手段１１６を省略することを可能とし、第２の供給手段１１６は、注入される第１の流体Ｆ１に第２の流体Ｆ２を吸引するまたは噴射するミキサー構造を実装する。このように、ベース筐体１０２において、例示的にフロー方向においてマイクロポンプとして形成された第１の供給手段１１４の上流に、流路１０４に対して小開口または小穴を形成することができ、開口は、第２の流体Ｆ２の小量（例えば液滴）（例えば小さい気泡のような）が、第１の供給手段のマイクロポンプによる吸引ストロークによって、すなわち、吸引ライン１０４‐１において負圧であるとき（例えば、第１の注入口１０６における第１の流体Ｆ１の圧力値Ｐ２が、第２の注入口１０８における第２の流体Ｆ２の圧力値Ｐ３以下に落ちる場合）、ストリームパスに噴射されるようなサイズに構成される。引き続く議論が明確に示すように、これらの第２の流体Ｆ２の小さい注入量は、例示的に気泡の形で、流路１０４内の流体ストリームＦ1‐2のフローパラメータを測定するためにこのように用いることができる。開口１０８は、第２の流体Ｆ２が逃げることができないように小さく選択されるか、または、例えば開口上のフィルムの形のような弁要素を用いることができるかのいずれかである。
【００７５】
図２ｂに描かれたように、フローパラメータを検出する微小流体デバイス２００は、ベース筐体１０２に形成される流路１０４を備える。流路１０４は、第１の流体Ｆ１を供給する第１の注入口１０６と、第２の流体Ｆ２を流路１０４の注入口１１０に供給する第２の注入口１０８と、付加的に出力側に流体ストリームＦ1‐2を提供する出力１１２とを備える。流路１０４は、横断面形状を再び備え、流路１０４において、第１の流体Ｆ１で充填された流路のセクションと第２の流体Ｆ２で充填された流路の隣接するセクションの間に、全ての流路横断面にわたって延在する第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２間の流体界面を形成する。
【００７６】
微小流体デバイス２００は、第１の流体Ｆ１を流路注入口１１０に選択的に供給するために、第１の注入口１０６に付随する第１の供給手段１１４を、例えばマイクロポンプの形で付加的に備える。加えて、微小流体デバイス２００は、第２の流体Ｆ２を流路注入口１１０に供給するために、第２の注入口１０８に付随する第２の供給手段１１６を備える。加えて、第１および第２の検出要素１１８ａ、１１８ｂ（または検出要素のアレイ）を例示的に備える検出手段１１８が、流路１０４における第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の異なる物性に基づいて、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の現在のフローパラメータに依存する測定値Ｓmeasureを検出するために提供される。第２の供給手段１１６は、流体流路１０４のボトルネック形のセクションに対して（流体注入口１１０に対して下流に）開口１０８ａを含むように実施される。このように、第２の供給手段１１６は、流体ストリームＦ1‐2のフロー方向において、第１の供給手段１１４の下流に配置される。第２の供給手段１１６は、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２間に界面を形成するために、第１の供給手段１１４のマイクロポンプの（すべての）ダイアフラムの可動域によって、第２の流体Ｆ２の所定量（例えば液滴）が注入口１１０において流路１０４における第１の流体Ｆ１に噴射されるように、第２の流体Ｆ２を供給する流路セクションにおいて（流路１０４のボトルネック形のセクションに）開口１０８ａとして配置される。
【００７７】
図２ｂに図示されたようなフローパラメータを検出する微小流体デバイス２００の発明の実施形態によれば、第２の流体Ｆ２は、第１の流体Ｆ１に対して、流体流路１０４のボトルネック形のセクションにおいて、流路注入口１１０に対して上流に供給される。ボトルネック形の流体流路セクションに対して下流に第１の流体の第１の流体圧力Ｐ１と、流体流路のボトルネック形のセクションの（ほぼ）中央における第１の流体Ｆ１の第２の圧力値Ｐ２と、貯留槽１２６における第２の流体Ｆ２の第３の圧力値Ｐ３が与えられると、ベルヌーイの法則が上述の圧力値Ｐ１、Ｐ２およびＰ３に対して次のようにあてはまる。ここで、ｖ1、ｖ2は、それぞれストリームライン上のポイントにおける第１（および第２）の流体Ｆ１（、Ｆ２）の流速であり、ρは、流体Ｆ１、Ｆ２におけるすべてのポイントにおける第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２のそれぞれの密度である。
【００７８】
Ｐ１＋1／2ρｖ12＝Ｐ２＋1／2ρｖ22
【００７９】
ベルヌーイの法則によって、流体流路のボトルネック形のセクションにおける第１の流体Ｆ１の圧力値Ｐ２は、第１の流体Ｆ１の流速が流体流路のボトルネック形のセクションにおいて十分に高い場合、第２の注入口１０８における第２の流体Ｆ２の第３の圧力値Ｐ３以下に落ちる。このように、第１の注入口１０６における（流体流路１０４のボトルネック形のセクションでの）第１の流体Ｆ１の圧力値Ｐ２が、第２の注入口１０８における第２の流体Ｆ２の第３の圧力値Ｐ３以下に落ちる場合、第２の流体Ｆ２の小量（例えば、小さい液滴のような）が、第１の供給手段１１４のマイクロポンプによる吸引ストロークによってストリームパスに噴射される。例示的に液滴の形のこれらの第２の流体Ｆ２の小さな噴射量は、引き続く議論が明らかに示すように、流路１０４内の流体ストリームＦ1‐2のフローパラメータの測定に対して用いることができる。流路１０８へのＦ１のいかなる不要なフロー（例えば気体の）も防止するために、入口１０８ａにおいて、気体Ｆ１が通過できない液体Ｆ２によって湿らせた親水性フィルタを配置することが可能である。
【００８０】
図２ａ‐ｂに図示されたような発明の微小流体デバイス２００の配置に関して、図１ｂに図示されたような他のオプションの要素をここで等しく用いることができることが指摘される。加えて、図１ａおよび１ｂを参照して例示された記述は、図２ａ‐ｂに図示された代替の微小流体デバイス２００に等しく適用することができる。
【００８１】
図２ａに示されるように、マイクロポンプを備える第１の供給手段１１４と第２の供給手段１１６は、流路１０４において入力側に配置され、第２の供給手段１１６は、フロー方向において、第１の供給手段１１４から上流に配置され、第２の供給手段１１６は、第２の流体Ｆ２を供給するための流路１０４内の開口として配置される。
【００８２】
図２ｂに示されるように、マイクロポンプを備える第１の供給手段１１４と第２の供給手段１１６は、流路１０４において入力側に配置され、第２の供給手段１１６は、フロー方向において、第１の供給手段１１４から下流に配置され、第２の供給手段１１６は、第２の流体Ｆ２を供給するための狭められた流路セクション内の開口として配置される。
【００８３】
図２ａ‐ｂに示されるように、第１および第２の供給手段１１４、１１６は、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２間に界面を形成するために、第１の注入口１０６における第１の流体Ｆ１の圧力Ｐ２と、流路１０４に一定量の第２の流体Ｆ２を噴射するための第２の注入口１０６における第２の流体Ｆ２の圧力Ｐ３を調整するように構成される。
【００８４】
フローパラメータを検出する発明の微小流体デバイス１００、２００を実施する代替方法は、図１ａ、ｂおよび２ａ‐ｂの上記記述を用いて示され、微小流体デバイスは、例示的に受動フローセンサと称することもできる。
【００８５】
フローまたは注入パラメータを検出する上述の発明の微小流体デバイス１００、２００を用いた微小流体注入システムの更なる実施形態および具体的な実現は、ここで図３‐５ によって記載される。更なる記述として、図１ｂに関してオプションとして描かれたすべての要素は、図３‐５によって以下に描かれたいずれの実施形態に対しても基本的に等しく適用することができ、図１ａ‐ｂに描かれたオプションの機能要素の全てが以下の実施形態の記述においてもう一度詳細に説明されないことに留意されたい。
【００８６】
図３は、微小流体デバイス１００を用いた微小流体注入システム３００の概略実施表現を示す。図３に描かれたように、微小流体注入システム３００は、フローおよび／または注入パラメータを検出する微小流体デバイス１００を備える。微小流体デバイス１００は、ベース筐体１０２内に構成された流路１０４を再び備える。流路１０４は、流路１０４内の入力側に、すなわち流路１０４の入力１１０において、第１および第２の流体Ｆ１を備える流体ストリームＦ1‐2を形成するために、第１の流体Ｆ１を供給する第１の注入口１０６と第２の流体Ｆ２を供給する第２の注入口１０８を有し、出力側に流体ストリームＦ1‐2を提供する出力１１２を更に備える。流路１０４は、第１の流体Ｆ１で充填された流路１０４のセクションと第２の流体Ｆ２で充填された流路の隣接するセクションの間に、流路１０４内の全ての流路横断面にわたって延在する第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２間の流体界面を構成するための横断面形状を再び有する。
【００８７】
加えて、第１の流体Ｆ１を入力流路１１０に選択的に供給するために、マイクロポンプを有する第１の供給デバイス１１４が、注入口１０８に付随して配置される。流路入力１１０において第２の流体Ｆ２を流路１０４に供給するために、第２の供給デバイス１１６が、第２の注入口１０８に付随する。オプションとして、第２の供給デバイス１１６は、第２のマイクロポンプを更に備えることができるが、これは必ずしも必要でない。例えば、第２の供給手段１１６に配置される第２の流体Ｆ２に対する貯留槽１２４は、例えば、第２の流体Ｆ２の定常流を、注入口１０６と、したがって流路入力１１０に供給するように構成することができる。
【００８８】
同様に、第２の供給手段１１６は、第２の流体Ｆ２を貯留槽１２４から第１の注入口１０６を介して流路入力１１０に選択的に供給するために、それに付随する第２のマイクロポンプを有することができる。図３に描かれたように、第１の注入口１０６、第２の注入口１０８および流路入力１１０は、例えばいわゆるＴ継手として構成することができ、例えば、もちろん、Ｙホース継手または第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２を選択的に供給するための他のいかなる注入口としても構成される流路入力１１０を同様に提供することも可能である。
【００８９】
微小流体注入システム３００の微小流体デバイス１００は、流路１０４内の第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の異なる物性に基づいて、第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２の現在のフローパラメータに依存する測定値Ｓmeasureを検出する検出手段１１８を更に備える。前記異なる物性は、例えば、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２の異なる電気的導電率、異なる誘電性導電率（誘電率）、異なる磁気的導電率（透磁率）、異なる光学的透過率または異なる光学的反射率とすることができ、検出手段１１８は、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２のそれぞれ異なる物性を選択的に検出するために、例えば、第１および第２の検出セクション１１８ａ、１１８ｂで構成することができる。
【００９０】
加えて、微小流体注入システム３００は、制御装置１４０を備え、前記制御装置１４０は、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２間の１つ以上の流体界面の１つ以上の位置から、流路１０４内の第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２の現在のフローパラメータを決定するために、例えば、検出手段１１８によって検出される第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の異なる物性に基づく測定値Ｓmeasureを検出するように構成される。そのうえ、制御装置１４０は、流路１０４内の第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の予め定められたフローパラメータ（設定値）を取得するために、少なくとも第１の供給手段１１４と、（オプションとして）第２の供給手段１１６を選択的に制御し、第１の流体および／または第２の流体のそれぞれの注入口１０６、１０８を介した流路入力１１０への供給を制御するように構成される。このように、制御装置１４０は、流路１０４内の流体ストリームの予め定められたフローパラメータを取得するために、少なくとも第１の供給手段１１４と、オプションとして第２の供給手段１１６も選択的に制御し、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２を流路入力１１０に供給するように構成され、決定された現在のフローパラメータ（実際の値）の予め定められたフローパラメータ（設定値）からの偏差に基づく第１および第２の供給手段１１４、１１６の前記制御が可能である。
【００９１】
図３は、第１の供給手段１１４が、例えば、フィルタ要素１３６を介して環境から提供される第１の流体Ｆ１、例えば周囲の気体を有することを更に示している。図３は、流体分離手段１２０が、例えば、流路１０４内の流体ストリームＦ1‐2から第１の流体Ｆ１を分離し、それを再び環境にリリースするように構成されるがゆえに、例えば、出力側流体ストリームＦ２OUTが可能な限り排他的に第２の流体Ｆ２を含むことを更に描いている。図３に描かれた微小流体注入デバイス３００が、医学技術の分野で使用される場合、例えば、前記注入デバイス３００は、例えば、薬物を含む流体Ｆ２をカニューレ１３８を介して患者に投与するための薬物注入手段として構成することができる。
【００９２】
一方、図３に描かれた微小流体注入システム３００の微小流体デバイス１００は、オプションの機能要素の全てと同様に、図１ａ、１ｂに描かれた機能要素のいずれかを備えることができる。
【００９３】
微小流体注入システム４００の更なる発明の実施形態が、図４を参照して以下に表される。図４に描かれた微小流体注入システム４００は、流体分離手段１２０の第１の出力１２０ａが、流体ストリームＦ1‐2から分離された第１の流体Ｆ１を提供するために、流体流路１０４の第１の注入口１０６に流体工学的に結合されるという点で、図３に描かれた微小流体注入システム３００と異なる。流体分離手段１２０によって分離された流体Ｆ１は、このように、例えば、第１の流体Ｆ１に対して流体分離手段１２０から流体流路１０４の第１の注入口１０６まで閉サイクルを形成するように、第１の供給手段１１４に導かれる。
【００９４】
一方、図４に描かれた発明の微小流体注入構成４００の機能と、微小流体注入システム４００の出力において第２の流体Ｆ２の予め定められた注入量が注入される供給に関して結果として可能なアプローチは、図３に描かれた第２の流体Ｆ２の注入のアプローチに対応する。
【００９５】
しかしながら、図４に表された構成は、多くの更なる利点を可能にする。例えば、流体分離手段１２０の第１の出力１２０ａにおいて、第１の供給手段１１４の起動（例えば制御装置１４０による）に応じて、第１の供給手段１１４によって、流体分離手段１２０の第１の出力１２０ａへの流体結合を介して、負圧が生成され、その結果、流路１０４の出力側に提供される流体ストリームＦ1‐2からの第１の流体Ｆ１の分離がサポートされる。例えば、第１の流体Ｆ１が気体であり、第１の供給手段１１４が気体ポンプとして設計される場合、気泡は、流体分離手段１２０によって、このようにより効果的に流体ストリームＦ1‐2から分離することができる。
【００９６】
第１の流体Ｆ１に対して閉サイクルであるので、例えば、医療技術アプリケーションにおいて、患者に対して汚染のリスクがなく、その結果、第１の流体供給手段１１４から上流に、フィルタ要素１３６の形の無菌フィルタは必要でない。図４に描かれた流体注入システム４００は、例えば、第２の流体Ｆ２が第２の供給手段１１６の自己内蔵型の流体貯留槽１２６内に提供された時から周囲の大気圧との接触を必要としないので、前記注入システム４００は、例えば、患者に移植することもできる。
【００９７】
サイクル内の第１の流体Ｆ１は、第２の流体Ｆ２の分子によって一定時間の後に飽和するので、第２の流体Ｆ２は、もはや第１の流体Ｆ１に吸収されず、例えば、第１の流体Ｆ１と混ざらず、蒸発せず、その結果として、第１の流体Ｆ１の引き続く飽和（第２の流体Ｆ２の分子による）の後、もはや流体界面の不必要な「マイグレーション」は起こらないので、例えば、不良の測定または誤差を回避することができる。例えば、第１の流体Ｆ１が気体であり、第２の流体Ｆ２が液体薬物である場合、サイクル内の気体は、一定時間の後、薬物蒸気によって飽和し、その結果、薬物はもはや流体分離手段１２０を通して蒸発することができない。
【００９８】
すでに上記で概説されたように、第２の流体Ｆ２（例えば液体）も、それが第１の流体Ｆ１（例えば気体）の分子によってほとんど飽和する方法で供給されなければならず、その結果、第２の流体Ｆ２の第１の流体Ｆ１への蒸発または第１の流体Ｆ１の第２の流体Ｆ２への溶解は最小化される。第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２間の交換は、定められた周囲温度と小さい交換領域（すなわち流体界面の横断面）によって、極小値に低減される。
【００９９】
加えて、図４に描かれた微小流体注入システム４００は、自動調節されるように構成することもできる点に留意すべきある。第１の流体供給手段１１４の第１の注入口１０６は、自己内蔵型であり、密封され、流体分離手段１２０において第２の流体供給手段１１６の過圧に作用するので、第２の供給手段１１６が第２の流体Ｆ２を供給するとき、第２の流体Ｆ２の一定量が、第１の流体Ｆ１に対する第１の注入口１０６の方向に移動することはできない。このように、第１の流体Ｆ１の密封された容積により、第１の流体Ｆ１に対する第１の供給手段が漏洩率を有した場合においても過圧を造る。すでに上記で示されたように、例えば、第１の流体は気体とすることができ、一方第２の流体Ｆ２は液体または液体薬物である。
【０１００】
図５は、ここで本発明の更なる実施形態にかかる発明の微小流体注入システム５００の更なる概略表現を示す。
【０１０１】
図５に描かれた微小流体注入システム５００において、流体分離手段１２０は、例えば、流路出力１１２からすぐの下流に構成される。この配置は、例えば、流体流路１０４（例えば蛇行流路の形の）および流体分離手段１２０が、半導体の筐体内で、例えばシリコン材料内で、製造され、または集積化されるという点で達成することができる。この方法において、流路出力１１２おけるいわゆる死容積‐例えば、第２の流体Ｆ２の注入量の注入する容積の測定に対して考慮されない‐は、回避するまたは最小化することができる。
【０１０２】
流体分離手段１２０は、ここで、例えば図１ｂで図示されたように設計することができる。例えば、第１の流体Ｆ１が気体であり、第２の流体Ｆ２が液体薬物または液体に溶解された薬物である場合、流体分離手段１２０は、例えば、流体流路１０４の直径より小さく構成された低いチャンバ高さを有する気泡分離チャンバの形で実現することができる。チャンバ高さは、例えば、流体流路１０４の横断面寸法（例えば直径、横長、その他）の値の１〜２倍に相当することができる。加えて、小さい細孔径を有する疎水性（液体‐または水‐撥水性）フィルタダイアフラムが、チャンバの区割りとして配置される。このフィルタダイアフラムは、例えば、流体Ｆ２（液体の形における）に対して不透過性である、すなわちそれはいわゆる高い「沸点」を有し、その結果、フィルタダイアフラムの細孔は、基本的に液体Ｆ２によって濡らされない。低いチャンバ高さによって、気体（流体Ｆ１）は、明らかに疎水性フィルタダイアフラムと接触する。親水性フィルタ膜内の細孔は、細孔内に気体のみがあるので、濡らされない。分離される気体は、明らかに細孔内の気体と接触し、それにより、気泡は、いかなる細管圧力もなしにフィルタ細孔を通して通過することができる。第１および第２の供給手段１１４、１１６によって発揮されるチャンバ内の過圧は、このように流体的に結合された第１の流体供給手段１１４によって発揮される流体分離手段１２０の第１の出力１２０ａにおける分離チャンバを横切る吸引負圧とともに、気泡の形の流体ストリームＦ1‐2からの第１の流体Ｆ１の信頼性の高い分離に導く。
【０１０３】
流体ストリームＦ1‐2として分離手段１２０に供給される第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２の基本的に完全な分離を確実にするために、例えば、分離チャンバ寸法の大きさ、親水性フィルタ膜の面積、単位面積当たりの細孔の数、細孔径などに関して、流体分離手段１２０を構成する多くの設計の選択があることが指摘される。
【０１０４】
発明の微小流体注入デバイス３００、４００、５００の出力側および／または微小流体デバイス１００、２００の排出口に、できる限り精密に第２の流体Ｆ２を注入する多くのアプローチが、ここで以下に説明される。
【０１０５】
第１のアプローチでは、検出手段１１８は、第１および第２の流体の異なる物性に基づいて、流路１０４内の流体界面の位置または位置の変化を検出するように構成される。制御装置１４０は、存在する流体界面（流体ストリームにおける第１の流体Ｆ１から第２の流体Ｆ２への流体遷移による）が、流路１０４内の予め定められた中間位置または流路出力１１２で検出されるまで、第２の流体Ｆ２が初期的に流路の入力側に供給されるように、検出手段１１８によって提供される測定値Ｓmeasureに基づいて、第１および第２の供給手段１１４、１１６を制御するように構成される。ここまでで、流路１０４に対する第２の流体Ｆ２の供給は停止され、その結果、流路１０４内の第２の流体Ｆ２によって占められる容積の幾何学的容積に対応する予め定められた注入容積が、流路１０４内（流路出力１１２における中間位置または終端位置まで）に存在する。このように、第２の流体の定められた量が流路１０４内に存在する。
【０１０６】
制御装置１４０は、第１の供給手段１１４を制御し、第１の流体Ｆ１を流路に供給するように更に構成され、その結果、第２の流体Ｆ２の定められた量が、出力側流体ストリームＦ２OUTとして、流路出力１１２においておよび／またはフロー方向において流体分離手段１２０から下流に提供される。このように、例えば、所望の注入容積を、カニューレ１３８を通して患者に供給することができる。第２の流体Ｆ２の注入量は、極めて高い精度で定めることができるので、この注入操作は自動調整であり、過剰な第１の流体Ｆ１は、流体分離手段１２０によって流体ストリームＦ1‐2から（基本的に）完全に分離され、したがって出力側流体ストリームＦ２OUT内には含まれない。この注入操作は、第２の流体Ｆ２の予め定められた注入量を出力側に提供するために、いかなる回数でも繰り返すことができる。検出手段１１８が、流路１０４内のいかなる中間位置において供給された流体ストリームも検出するように構成される場合、いかなる中間量‐完全に充填された流路から、供給手段１１６の最小供給量を備える最小限充填された流路まで、も調整することができる。
【０１０７】
発明の注入操作に対する先に記載された第１の代替案の繰り返し頻度は、流路出力または流体分離手段１２０の出力において単位時間当たり提供される第２の流体Ｆ２の注入量を調整するために、ここで調整することができる。このために、流路１０４へのそれぞれの注入口１０６、１０８に対する第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の供給速度は、制御装置１４０を介して調整することができる。
【０１０８】
電気的励起に依存して、微細膜または微細ダイアフラムポンプのストローク容積は、例示的にポンププロセス当り１０ナノリットルから１００マイクロリットルの範囲で変えることができる。このように、本微小流体投薬システムの基本的な利点は、流体流路１０４内および、例えば流路出力１１２における第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２間の界面遷移のいかなる中間位置も、発明の検出手段１１８によって正確に検出することができるので、流体供給手段１１４、１１６（例えばマイクロポンプの形の）が、第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２のそれぞれの容積のパケットを供給するとき、一定量の飛散または一定の誤差を対象とすることができるという点に存する。このように、それぞれの供給手段１１４、１１６の対応するスイッチオフは、流体流路１０４内の非常に正確な注入容積または非常に正確な注入容積フローをもたらすことができる。この文脈において、できるだけ正確に流体流路１０４内で所望の注入量を達成することができるようにするために、それぞれの流体供給手段１１４、１１６、またはこの目的に対して用いられるマイクロポンプまたはマイクロダイアフラムポンプに対して、流体流路１０４に第１および第２の流体Ｆ１の流体量の十分に小さな増分（例えば１０ナノリットル〜１００マイクロリットル）を供給できるようにすることが必要なだけである。このように、使用されるマイクロポンプまたはマイクロダイアフラムポンプに設定される精度要求は、発明の微小流体注入システムにおいて比較的低い。
【０１０９】
特に、マイクロポンプの注入精度は、多くのパラメータ、例えば、背圧、駆動電圧の精度、圧電素子を継合する接着剤層の品質、温度（圧電／膜作動の粘度変化、熱膨張）、湿度、並びに特にポンプチャンバ内の気泡の存在に依存する。発明の微小流体注入システムの１つの利点は、注入精度がこれらの影響と独立し、これらの外乱のいずれかによって生じるマイクロポンプのストローク容積の変化を検出することができるという事実である。有効な実際のポンプのストローク容積は、検出手段１１８によって信頼性が高い方法で測定される。
【０１１０】
流路１０４の幾何学形状（断面積、長さ）は、製造プロセスによって適切に定められ、知られており、それに対して、発明の微小流体注入システム３００、４００、５００および／または微小流体デバイス１００、２００は、流体流路内の流体界面の位置を直接決定することができるか、または、停止電極を用いることによって、流路１０４のいかなる位置においても、好ましくは流路出力１１２において（または流体流路１０４に沿ったいかなる中間位置においても）流体流路１０４内の第２の流体Ｆ２の定められた注入量を取得することができるので、流体Ｆ１およびＦ２と独立したいかなる校正操作もなしに使用することもできる点に留意されたい。このように、このアプローチの１つの重要な利点は、検出手段１１８の校正が必要でないということである。
【０１１１】
第１のアプローチのオプションの代替案において、検出手段１１８は、流路１０４内の２つの異なる位置において、例えば流路注入口１１０と流路出口１１２において、第１および第２の流体の異なる物性に基づいて、流体界面の位置を検出するために、開始電極１３３と停止電極１３４を備えるように構成される。
【０１１２】
制御装置１４０は、存在する流体界面（流体ストリームにおける第２の流体Ｆ２から第１の流体Ｆ１への流体遷移によって）が、流路１０４内の予め定められた中間位置においてまたは流路出力１１２において、停止電極１３４によって検出されるまで、または全部の流路１０４が第１の流体Ｆ１で充填されるまで、第１の流体Ｆ１（例えば気体）が最初に流路の入力側に供給されるように、検出手段１１８によって提供される測定値Ｓmeasureに基づいて、第１および第２の供給手段１１４、１１６を制御するように構成される。ここまでで、第１の流体Ｆ１の流路１０４への供給は停止され、その結果、流路１０４（流路出力１１２における中間位置または終端位置まで）は、第１の流体Ｆ１で充填される。
【０１１３】
それから、第２の流体Ｆ２は、流路の入力側１１０に供給され、開始電極１３３は、流路１０４への第２の流体Ｆ２の供給を検出するために配置される。第２の流体Ｆ２は、存在する流体界面（流体ストリームにおける第１の流体Ｆ１から第２の流体Ｆ２への流体遷移による）が、停止電極１３４によって、流路１０４内の予め定められた中間位置または流路出力１１２において検出されるまで、流路の入力側１１０に供給される。ここまでで、流路１０４に対する第２の流体Ｆ２の供給は停止され、その結果、流路１０４内で第２の流体Ｆ２によって占められる容積の幾何学的容積に対応する予め定められた注入容積が、流路１０４内（流路出力１１２の中間位置または端位置まで）に存在する。このように、第２の流体の定められた量が、流路１０４内（開始電極１３３と停止電極１３４の位置の間）に存在する。
【０１１４】
制御装置１４０は、第１の供給手段１１４を制御し、第２の流体Ｆ２によって少なくとも部分的に充填された流路１０４に対して、第１の流体Ｆ１を供給するように更に構成され、その結果、第２の流体Ｆ２の定められた量が、流路出力１１２においておよび／またはフロー方向において流体分離手段１２０から下流に、出力側流体ストリームＦ２OUTとして提供される。このように、例えば、所望の注入容積を、カニューレ１３８を通して患者に供給することができる。第２の流体Ｆ２の注入量は、極めて高い精度で定めることができるので、この注入操作は自動調整であり、過剰な第１の流体Ｆ１は、流体分離手段１２０によって流体ストリームＦ1‐2から（基本的に）完全に分離され、したがって出力側流体ストリームＦ２OUT内には含まれない。この注入操作は、第２の流体Ｆ２の予め定められた注入量を出力側に提供するために、いかなる回数でも繰り返すことができる。検出手段１１８が、流路１０４内のいかなる中間位置においても供給された流体ストリームを検出するように構成される場合、いかなる中間量‐完全に充填された流路から供給手段１１６の最小供給量を備える最小限充填された流路まで、も調整することができる。
【０１１５】
発明の注入操作に対する先に述べたオプションの代替案の繰り返し頻度は、流路出力または流体分離手段１２０の出力において単位時間当り提供される第２の流体Ｆ２の注入量を調整するために、ここで調整することができる。このために、流路１０４へのそれぞれの注入口１０６、１０８に対する第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の供給速度は、制御装置１４０を介して調整することができる。
【０１１６】
微小流体注入デバイス３００、４００、５００および／または微小流体デバイス１００、２００の出力において第２の流体の予め定められた注入量を注入する更なる代替アプローチは、以下に説明される。
【０１１７】
制御装置１４０は、第１の供給手段１１４を制御し、入力側の流路１０４に存在する第２の流体Ｆ２の連続ストリームに対して、第１の流体Ｆ１の予め定められた量を供給するように構成することができる。この文脈において、流路１０４内の第２の流体Ｆ２の流速は、基本的に同一（一定）とすることができる、または、例えば第２の流体供給手段１１６の制御された操作によって調節可能（可変）とすることができる。
【０１１８】
第２の流体Ｆ２の注入量を注入するこの記載されたアプローチによって、例えば数ナノリットルの範囲における（例えば１と１００ナノリットルの間の）第１の流体の非常に小さな増分が、流路入力１１０の流路入力１１０で、入力側の第２の流体Ｆ２の調整可能な連続フローに対して供給される。例えば、第１の流体Ｆ１として、非常に小さい気体増分を、第２の流体Ｆ２としての液体ストリームに対して供給することができる。例えば気泡の形で供給される、第１の流体Ｆ１の前記微小量（増分）の流速は、第２の流体の流速に相当するので、処理能力および、したがって第２の流体Ｆ２の注入量は、例えば、第１の流体Ｆ１のフローの増分が、流路に沿って分配されるように配置された検出手段１１８のそれぞれの電極を通過するとき、時間における位置を検出することによって決定することができる。
【０１１９】
加えて、第２の流体Ｆ２を入力流路１１０に供給する第２の供給手段１１６は、所望の流速と、したがって流路出力においてまたは流体分離手段１２０の出力側で第２の流体の所望の注入量を提供するように、制御装置１４０によって制御することができる。次に、流体分離手段１２０は、流体ストリームＦ1‐2から第１の流体Ｆ１を除去するように動作中であり、その結果、基本的に排他的に、第２の流体Ｆ２が、単位時間当り、予め定められた流速と、したがって注入量で出力側に提供される。流路に配置された検出手段１１８の個々のセンサの数とサイズに依存して、空間分解能の精度と、したがって注入分解能の精度が、第２の流体Ｆ２の流速に関して、結果として流路１０４内で決定される。
【０１２０】
微小流体注入システムにおいて、検出手段１１８の個々のセンサが電極またはセンサアレイとして流路１０４に沿って配置される場合、流路１０４内に依然として位置決めされている流体ストリームＦ1‐2、第１の流体Ｆ１、および第２の流体Ｆ２は、連続的にモニタすることができる。この文脈において、第２の流体Ｆ２に加えられる第１の流体Ｆ１の微小量の伝搬時間の検出を実行するために、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の物性における検出可能な差異のみが存在しなければならないので、例えば、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の正確な物性（例えば正確な誘電率εR1、εR2）を知る必要はない。このように、発明の微小流体注入システムを予め校正する必要はない。
【０１２１】
第２の流体Ｆ２の注入量を調整するアプローチの更なる代替案によれば、例えばセンサアレイとして流路１０４に沿って配置された先に記載された検出手段１１８を再び用いることができる。結果として順次モニタされる電極アレイが取得される、検出手段１１８の適切な精密構造、すなわち流路１０４に沿った個々のセンサの適切な高密度の配置によって、流路内の流体界面の移動の速度と方向の両方と、加えて、流体セクションのサイズと、したがって流路１０４内の流体容積または流体量を検出することができる。制御装置１４０は、流体流路内に、流体ストリームＦ1‐2として、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２の連続混合物を生成するように構成することができ、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２のそれぞれの比率と流路１０４内の流体ストリームの速度は、制御装置１４０によって第１および第２の供給手段１１４、１１６を最適に駆動することによって調節可能である。このように、第２の流体Ｆ２の非常に正確で信頼性の高い注入量の注入を、出力側流体ストリームＦ２OUTとして取得することができる。
【０１２２】
図１ｂ、３〜５において提供された第２の流体Ｆ２の液体貯留槽１２４に関して、前記貯留槽は、要求されたいかなるサイズを有するようにも基本的に設計することができ、したがって流体Ｆ２は、発明の微小流体注入システムの出力において、比較的長い期間にわたる注入方法で、非常に高い注入精度で提供することができる点に留意されたい。この文脈において、流体流路１０４の直径と流体流路１０４の幾何学的形状によって、要求されるほとんどいかなる測定精度も達成可能である。
【０１２３】
先に記載された実施形態のいずれにも基本的に等しく適用できる本発明のいくつかの一般的な態様が、以下に言及される。
【０１２４】
発明の実施形態の上述の記載は、例えば、第１の流体Ｆ１が例えば周囲大気として存在する気体であり、一方で第２の流体Ｆ２が液体であり、特に、気体量または気泡（流体Ｆ１）が、流路入力１１０において、液体（流体Ｆ２）内で、例えば第１の供給手段１１４によって明確に生成されていることに言及した。もちろん、このアプローチは、第１の流体Ｆ１が液体であり、第２の流体Ｆ２が気体または空気であるときにも等しく適用できる。このように、例えば、この場合において液体ポンプとして構成される第１の流体供給手段１１４は、１つ以上の液滴を生成し、それらを第２の流体供給手段１１６によって供給された気体ストリームに導入することができる。最後に、流体流路１０４内の液滴の移動は、検出手段１１８、またはセンサアレイとして構成された検出手段１１８によって検出することができる。ここで、分離フィルタダイアフラムは、小さい細孔径によって親水性であり、液体によって湿っていなければならない。それによって分離１２０において、液体は、親水性フィルタ膜の細孔内の液体に接触し、細管の圧損なしにフィルタを通過することができる。気体流体Ｆ２は、親水性フィルタの湿った細孔を通過することができず、要望通りに排出口を通って移動する。それ故、本発明コンセプトは、空気および気体の微小量の注入に対して等しく適用できる。
【０１２５】
例えば、空気または気体、例えば工業用ガスの微小量の正確な注入に対して、微小流体デバイス１００を備える発明の微小流体注入システム３００、４００、５００が用いられるとき、例えば、流体分離手段１２０内の疎水性（液体‐または水‐撥水性）ダイアフラムを親水性（液体‐または水‐吸収性）ダイアフラムによって置き換えることが必要なだけであり、それは、例えば、流体分離手段１２０を液体分離手段として構成することができることを意味する。図４および５の実施形態によって表された、流体分離手段１２０から第１の流体供給手段１１４までの第１の流体Ｆ１の閉サイクルの気体流は、このように適切な液体の閉サイクルの液体フローによって（第１の流体Ｆ１として）置き換えられる。注入される気体（または第２の流体Ｆ２）は、ここで、液体として存在する第１の流体Ｆ１が、注入される気体として存在する第２の流体Ｆ２に加えられるまたは注入される点において、そして対応する気体／液体界面（メニスカス）が流体流路１０４内で生成される点において、流体流路１０４内の流体ストリームＦ1‐2を検出、評価、モニタする上記アプローチによって取り扱うことができる。
【０１２６】
この文脈において、検出手段１１８は、例えば、個々のセンサ要素に対して指定された流路に沿った複数の位置において、空間的に分解された方法で、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の異なる物性を検出するように構成された、流体流路１０４に沿った複数の個々のセンサ要素を備えることに留意されたい。分解能精度は、流体流路１０４の長さセクション当りの選択されたセンサの数、寸法および分布によって、第１および第２の流体の検出された位置および対応する流体流路内の流体界面に関して調整することができる。検出手段１１８は、例えば、いわゆる電極またはセンサアレイとして構成することができる。
【０１２７】
検出手段１１８は、流路入力１１０において生成された流体界面（例えば流体流路１０４の全ての流路横断面にわたる）が、流路１０４に沿ったいかなる中間位置においてもすべて存在するか、または出力１１２に直接位置決めされているかどうかを検出するように更に構成することができる。
【０１２８】
あるいは、流路入力１１０における流体界面の生成および／または流路出力１１２における（または流路１０４のいかなる中間位置における）流体界面の存在を信頼性よく検出するために、付加的な検出手段１３４（図１ｂを参照）を流路の出力１１２に、更なる検出手段１３３を流路の入力に（または流路１０４のいかなる中間位置に）、それぞれ配置することができる。例えば、検出手段１１８または更なる検出手段１３３、１３４が、予め定められた時間ポイントにおいて、流路入力１１０または流路出力１１２において対応する流体界面の遷移が存在することを告示するいかなる対応する測定信号も提供しない場合、制御装置１４０は、この検出された状態を伝達するための対応するエラー信号を出力するように構成することができる。加えて、それぞれの供給ラインまたは流路入力１１０の注入口１０６、１０８に、すなわちＴ継手として構成された流路入力の供給ラインに、例えば、安全電極１３０、１３２を配置することができ、安全電極１３０、１３２は、例えば、第１の流体Ｆ１が第２の流体Ｆ２のフロー方向に逆らって第２の注入口１０８に偶発的に流入するかどうか、および／または、第２の流体Ｆ２が第１の流体Ｆ１のフロー方向に逆らって第１の注入口１０６に偶発的に流入するどうかを検出することができる。第１または第２の流体のこのような「外乱の状態」は、付加的な検出手段１３０、１３２によって検出すべきであり、また、制御装置１４０は、この場合において対応するエラー信号を提供するように更に構成することができる。
【０１２９】
さらにまた、１３０（または１３２、それぞれ）によって定量的な方法で検出された偶発的なフローの場合、対応する供給手段１１４（または１１６のそれぞれ）を制御装置によって起動することができ、偶発的に移動するメニスカスを押し返すまたは安定させる。それによって、このエラーの場合においてさえ、システムは、エラーを補償することを試みることができ、より多くのロバストでエラートレラントな動作を生成する。
【０１３０】
更なる実施態様によれば、更なる検出手段１２８は、流体分離手段１２０の第２の出力セクション１２０ｂに配置されることも可能であり、前記検出手段１２８は、例えば、流体分離手段１２０内で分離することができなかった第１の流体Ｆ１の一定量が出力側流体ストリームＦ２OUT内に存在するかどうか検出するために、安全電極として構成される。そうである場合、制御装置１４０は、例えば、対応するエラー信号または故障アラームを出力するように構成することができる。流体分離手段１２０の第２の出力１２０ｂに配置された付加的な検出手段１２８は、例えば、分離手段１２０の第２の出力１２０ｂを通過する流体Ｆ１の量も検出する（検出手段１１８の機能によって）ように構成することができ、制御装置１４０は、出力側流体ストリームＦ２OUT内の流体Ｆ１のこの「外乱量」が閾値を超えるかどうかを判定するように構成することができる（例えば、薬物送達システムの場合において、非常に小さな量の気泡は筐体に入ることを許容することができるが、大きな量は致命的であるかもしれない）。気泡がシステムまたはバイオセンサ等に入らないことを保証しなければならない場合、検出手段１２８は、薬物送達システムにおいて安全な構成要件であり、ラボオンチップまたは解析システムにおいて必要とされる気泡センサの機能を有効に有する。例えば、閾値を超過している場合、制御装置１４０はエラー信号を出力するように構成することができる。加えて、制御装置は、注入動作を中断するため、全ての微小流体注入システムを停止するように構成することができる。
【０１３１】
このアプローチは、例えば、発明の微小流体注入システムが医療技術の分野において使用されるとき、必要とされるかもしれない。このように、これは、気泡（第１の流体Ｆ１としての）が、注入される薬物の出力側流体ストリームＦ２OUT内に依然として存在することを回避し、気泡が判定されたとき、または気体の第１の流体Ｆ１の比率の閾値を超過しているとき、故障アラームがトリガーされ、オプションとして、システムは、液体薬物で治療される患者に対する健康被害を防止するために停止される。
【０１３２】
すでに上述されたように、マイクロポンプまたはマイクロダイアフラムポンプは、第１および／または第２の流体Ｆ１、Ｆ２をそれぞれの注入口１０６、１０８に対して、そして流路入力１１０に対して供給するために、第１の供給手段１１４および（オプションとして）第２の供給手段１１６に対して使用することができる。圧電駆動のマイクロポンプとして、例えばマイクロダイアフラムポンプを用いることができ、例えば最大ストローク容積を最大制御信号を介して調整することができる。加えて、例えば、マイクロポンプの制御信号がそれに従って低減される、例えば半分の制御信号に対して半分のストローク容積等の、中間ストローク容積を生成することができる。１回の容積ストロークに対する通常の注入容積またはストローク容積は、例えば、１０ナノリットル〜１００マイクロリットルまたは４０ナノリットル〜２０マイクロリットルの範囲である。
【０１３３】
この文脈において、本微小流体注入システムの基本的な利点は、流体流路１０４内および、例えば流路出力１１２における、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２間の界面遷移のいかなる中間位置も、発明の検出手段１１８によって正確に検出することができるので、使用された流体供給手段１１４、１１６または使用されたマイクロポンプが、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２のそれぞれの容積パケットを供給するときの一定量の飛散あるいは一定の不正確さに対処することができる点にあることに留意されたい。このように、それぞれの供給手段１１４、１１６の対応するスイッチオフは、流体流路１０４内に非常に正確な注入容積または非常に正確な注入容積のフローをもたらすことができる。この文脈において、それぞれの流体供給手段１１４、１１６、またはこの目的に対して使用されるマイクロポンプまたはマイクロダイアフラムポンプは、流体流路１０４内で所望の注入量をできるだけ正確に達成することができるように、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の流体量の十分に小さい増分を流体流路１０４に供給できることが必要なだけである。このように、発明の微小流体注入システムにおいて、使用されるマイクロポンプまたはマイクロダイアフラムポンプに設定される精度要求条件は比較的低い。
【０１３４】
加えて、発明の微小流体注入システム３００、４００、５００は、流体流路内の流体界面の位置を直接決定することができるか、または「開始」電極１３３（すなわち流路注入口１１０における更なる検出手段１３３）および／または「停止」電極１３４（すなわち流路出力１１２における更なる検出手段１３４）を用いることによって流体流路１０４内の第２の流体Ｆ２の定められた注入量を取得することができるかのいずれかであるので、いかなる校正操作もなしで使用することができる点に留意されたい。
【０１３５】
加えて、例えば流路１０４内の流体界面の静電容量検出に対して、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２に依存する静電容量値は、極値（最大または最小値）が達成されるまでの時間に対して変化し（減少または増加し）、前記極値はそのとき第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２による流路１０４の完全な充填を示し、したがって所望の注入量は流路１０４内で調節可能である点が留意される。検出された静電容量値は、第１および第２の流体が異なる誘電性導電率（誘電率）を有する限り、第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２による流路１０４のそれぞれの充填によって段階的に変化する。
【０１３６】
発明コンセプトの他の利点は、発明の微小流体注入システム３００、４００、５００、および／または、これに用いられ、第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２のフローおよび／または注入パラメータを検出するように構成された微小流体デバイス１００、２００が、受動センサとして、例えば半導体チップに集積化されることによって実施することができることである。特に、微小流体注入システムは、‐全ての検出手段および／またはセンサアレイまたは容量性電極アレイ上で‐微小システム技術によって製造することができる。
【０１３７】
図６ａ‐ｄは、ここで本発明の実施形態にかかる蛇行形状の流体流路４と検出手段１１８の概略表現を検出電極１１８ａ、１１８ｂとともに示す。図６ａ-ｄに描かれた微小流体注入システムにおいて、検出電極１１８ａ、１１８ｂを有する検出手段１１８は、容量性検出原理を実行するために配置される。
【０１３８】
この点について、検出手段１１８の検出電極１１８ａ、１１８ｂの配置は、異なる発明の実施形態に関して上述されたように、流体流路１０４に関して、２つの（対向する）検出電極１１８ａ、１１８ｂの存在をもっぱら示すことだけを意図している事実が指摘される。発明の検出原理を強調するために、図６ａ‐ｄは、蛇行形状の流体流路１０４と容量性検出原理を実行する検出手段の付随する検出電極１１８ａ、１８８ｂの断面図を示す。
【０１３９】
この目的に対して、２つの電極１１８ａ、１１８ｂは、電気的に絶縁された２つの電極１１８ａ、１１８ｂの間に生成することができる電界が、第２の流体Ｆ２で充填された流体流路１０４の第１のセクション１０４ｂと第１の流体で充填された流体流路１０４の第２のセクション１０４ａの両方に延在するように、ベース筐体１０２上に置かれ、その結果、流体界面１０４ｃの位置の変化は、流体流路１０４における第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の異なる関係する透磁率による静電容量の比例変化になる。電極１１８ａ、１１８ｂ、流路横断面、および流路の設計の実施態様に依存して、静電容量の変化と流体界面１０４ｃの部分の変化の間で、線形関係を得ることができる。
【０１４０】
代替オプションとして、第１および第２の電極１１８ａ、１１８ｂは、複数の個々の静電容量が第１および第２の電極１１８ａ‐１、１１８ｂ‐１の間で形成されるように、それぞれ複数の個々の電極１１８ａ‐１、１１８ｂ‐１から構成することができ、これらの個々の静電容量は、互いに独立に読み出して検出することができ、付加的に流路１０４におけるそれぞれの予め定められた位置は、決定された単一の静電容量値に関係することができる。このように、複数の個々の電極１１８ａ‐１、１１８ｂ‐１は、流体流路１０４に沿ってセンサアレイを形成することができる。
【０１４１】
そのうえ、更なる代替オプションとして、一対の（例えば最初のまたはそれ以後の）複数の個々の電極１１８ａ‐１、１１８ｂ‐１（１３３’、１３３’’）は開始電極１３３を形成することができ、一対の（例えば最後のまたはそれ以前の）複数の個々の電極１１８ａ‐２、１１８ｂ‐２（１３４’、１３４’’）は停止電極１３４を形成することができ、その結果、一対の個々の静電容量が第１の一対の電極１３３’、１３３’’と第２の一対の電極１３４’、１３４’’の間で形成され、これらの個々の静電容量は互いに独立に読み出して検出することができ、付加的に流路１０４においてそれぞれ予め定められた位置は、決定された単一の静電容量値に関係することができる。このように、検出手段１１８の２つの検出電極１１８ａ、１１８ｂは、開始電極１３３と停止電極１３４を（排他的に）形成するように構成することができる。
【０１４２】
図６ｃは、図６ｂのラインＡＡに沿ったベース筐体１０２を通る流体流路１０４による横断面を示す。フローパラメータを検出する発明の微小流体デバイスは、キャップ電極とも称される第１の検出電極１１８ａ、並びにボトム電極とも称される他の検出電極１１８ｂを含む。加えて、流路１０４は、それぞれ第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２で充填された第１および第２のセクション１０４ａおよび１０４ｂによって表される。流路１０４の蛇行形状は、個々の流路セクションをお互いから分離したベース筐体１０２の隆起１５４によって表される。図６ｃに示されるように、電極１１８ａ、１１８ｂは、それぞれ絶縁層１５０、１５２によって、流路１０４から絶縁される。第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２が電気的に導電性である場合、絶縁層は必要である。しかしながら、第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２がいずれにせよ両方とも電気的に絶縁性である場合、絶縁層１５０、１５２は省略することができ、上部および下部の電極１１８ａ、１１８ｂは、流路１０４に対して直接境界とすることができる。
【０１４３】
最後に、フローパラメータを検出する微小流体デバイスは、例えば、静電容量測定手段である検出手段１１８を含む。流路１０４に対する流体界面１０４ｃの位置ｘに依存して、位置依存静電容量値Ｃ（ｘ）は、検出手段１１８によって測定される。
【０１４４】
図７ａ‐ｃは、第１および第２の流体供給手段１１４、１１６としていわゆるぜん動式マイクロポンプを利用する微小流体デバイス１００の例示的な実施態様の異なる概略表現を示す。上記に概説したように、発明の微小流体注入デバイスの出力側での第１および／または第２の流体Ｆ１、Ｆ２の精密な注入の発明のアプローチは、利用されたマイクロポンプまたはマイクロダイアフラムポンプの精度に対して、このように比較的弱い要求条件のみを課し、その結果、ぜん動式ポンプは第１および第２の供給手段１１４、１１６として用いることができる。図７ａ‐ｄに基づいて、発明の注入システムに都合よく用いることができるぜん動式ポンプ１１４、１１６のいくつかの例示的な実施態様がここで述べられる。
【０１４５】
図７ａは、第１の膜領域７０２；７０３を作動する圧電アクチュエータ７０４；７０５を有する第１の膜領域７０２；７０３と、第２の膜領域７０６；７０７を作動する圧電アクチュエータ７０８；７０９を有する第２の膜領域７０６；７０３と、第３の膜領域７１０；７１１を作動する圧電アクチュエータ７１２；７１３を有する第３の膜領域７１０；７１１と、ポンプ本体７１６をそれぞれ有するベース筐体１０２上の第１および第２のぜん動式マイクロポンプ１１４、１１６を示す。
【０１４６】
第１のぜん動式マイクロポンプ１１４に対して、ポンプ本体７１６は、第１の膜領域７０２とともに、通過開口部が第１の膜領域７０２の非作動状態で開いており、第１の膜領域７０２を作動することによって通過開口部を閉じることができる第１の弁を形成する。ポンプ本体７１６は、第２の膜領域７０６とともに、第２の膜領域７０６を作動することによって容積を減少させることができるポンピングチャンバを形成する。ポンプ本体７１６は、第３の膜領域７１０とともに、通過開口部が第３の膜領域の非作動状態で開いており、第３の膜領域７１０を作動することによって通過開口部を閉じることができる第２の弁を形成し、第１および第２の弁は、流体工学的にポンピングチャンバに接続されている。
【０１４７】
第２のぜん動式マイクロポンプ１１６に対して、ポンプ本体７１６は、第１の膜領域７０３とともに、通過開口部が第１の膜領域７０３の非作動状態で開いており、第１の膜領域７０３を作動することによって通過開口部を閉じることができる第１の弁を形成する。ポンプ本体７１６は、第２の膜領域７０７とともに、第２の膜領域７０７を作動することによって容積を減少させることができるポンピングチャンバを形成する。ポンプ本体７１６は、第３の膜領域７１１とともに、通過開口部が第３の膜領域の非作動状態で開いており、第３の膜領域７１１を作動することによって通過開口部を閉じることができる第２の弁を形成し、第１および第２の弁は、流体工学的にポンピングチャンバに接続されている。
【０１４８】
第１および第２のぜん動式マイクロポンプ１１４、１１６において、それぞれの第１および第２の弁は、非作動状態で開いており、それぞれの第１および第２の弁は、膜をポンプ本体の方へ移動することによって閉じることができるのに対して、それぞれのポンピングチャンバの容積は、それぞれの第２の膜領域もポンプ本体７１６の方へ移動することによって減少させることができる。このように、ぜん動式ポンプ１１４、１１６は通常は開であり、その結果、（オプションとして）安全弁または異なるフリーフローストップ（図７ａに示されない）は、集積化することができる。
【０１４９】
この構造を通して、膜に配置された圧電素子が圧電アクチュエータとして用いられる場合であっても、ぜん動式マイクロポンプはバブルトレラントな自給式ポンプの実現を可能にする。
【０１５０】
ぜん動式マイクロポンプ１１４，１１６がバブルトレラントな自給式の方法で動作できることを保証するために、好ましくはストローク容積と死容積の比率が吐出圧（供給圧）と大気圧の比率より大きいように寸法取りされ、ここで、ストローク容積はポンピング膜によって置き換え可能な容積であって、死容積はマイクロポンプの注入口開口部と排出口開口部の間に残る容積であり、ポンピング膜が起動され、弁の１つが閉じられ、１つが開いているとき、大気圧は最高約１０５０ｈＰａ（最悪のケースを考慮して）であり、吐出圧は、微小ぜん動式ポンプにおいて、すなわちポンピングチャンバと第１または第２の弁の通過開口部の間（通過開口部を含む） でフロー圧縮（ボトルネック）を表す場所を過ぎた第１／第２の流体（液体／ガス）の界面を移動させるために、マイクロポンプの流体チャンバ領域において、すなわち圧力チャンバにおいて必要な圧力である。
【０１５１】
圧縮比と称することができるストローク容積と死容積の比率が、上記の状態を満たす場合、ぜん動式マイクロポンプがバブルトレラントな自給式の方法で動作することが保証される。これは、気泡、通常は空気バブルが、ポンプの流体領域に到達するとき、流体を運搬するぜん動式マイクロポンプ１１４、１１６の両方の使用に対して適用され、運搬される気体から水分が意図せずに凝縮し、このように気体／液体の界面がポンプの流体領域において生ずることができるとき、気体ポンプとしてのマイクロポンプの使用に対して適用される。
【０１５２】
ぜん動式マイクロポンプ１１４、１１６の圧縮比の更なる増加は、ポンプ本体において構築されたポンピングチャンバの輪郭をポンピング膜のベンドライン、すなわち作動状態におけるそのベンド輪郭に適合させることによって達成することができ、その結果、ポンピング膜は作動状態におけるポンピングチャンバの全ての容積を実質的に変位させることができる。さらにまた、ポンプ本体に形成された弁チャンバの輪郭は、それぞれの対向する膜セクションのベンドラインに同様に適合させることもでき、その結果、最適なケースにおいて、作動された膜領域は、閉状態にある全ての弁チャンバ容積を実質的に変位させる。
【０１５３】
しかしながら、膜の上方移動を引き起こすために、圧電セラミックに対して、負電圧、すなわち分極方向に対向する電圧が印加されなければならない点に留意しなければならない。しかしながら、これは、逆方向においてすでに低い電界強度にある圧電セラミックスの減極になる。
【０１５４】
図７ａに示されるように、以下の評価は、圧電アクチュエータ（７０４、７０８、７１２；７０５、７０９、７１３）と、付随するアクチュエータ膜（７０２、７０６、７１０；７０３、７０７、７１１）のいかなる組合せにも等しく適用できる。
【０１５５】
このように、膜の上方への、すなわち圧電セラミックの方向における移動を実現し、圧縮比を最大化するために、圧電膜の移動または、一般にアクチュエータ膜に適した事前張出し加工されたポンプ膜が提供される。圧電アクチュエータ（７０４、７０８、７１２；７０５、７０９、７１３）によって生じるポンプ膜の移動に適したポンプ膜の張出し加工を達成するため、ポンプ膜（７０２、７０６、７１０；７０３、７０７、７１１）に貼設される。圧電アクチュエータが作動されないときにポンプ膜が事前張出し加工された形状と仮定されるように、圧電アクチュエータはポンプ膜に貼設される。このように、圧電アクチュエータが作動され、対応してポンプ膜が第２のより少ない張出し位置にあると仮定するとき、非作動状態における圧電アクチュエータによって生じる張力または応力は低減される。圧電アクチュエータは、例えば、両方が平面形状を有するとき、ポンプ膜に貼設することができる。圧電アクチュエータをポンプ膜に貼設するとき、異なる温度係数および／または圧電アクチュエータを横に収縮させる産出信号のアプリケーションにより、ポンプ膜は、圧電アクチュエータとともに、圧電アクチュエータが作動されないとき、第１の張出し位置において、上方に事前張出し加工された形状と仮定される。圧電アクチュエータの作動は、圧電アクチュエータを再び収縮させ（同時にポンプ膜の張力を低減する）、膜の下方へのたわみは事前張出し加工と逆のたわみを表し、圧電アクチュエータを駆動するまたは作動させる駆動信号が十分に強い場合、圧電アクチュエータを、再び平面または少なくとも基本的に平面形状とみなされ、縁において張り出しがないまたは少なくとも無視できるようにさせる。
【０１５６】
言い換えれば、圧電アクチュエータの作動によって生じる膜の変形は、事前張り出し加工によって生じる変形と逆の作用を表し、このように少なくともポンプ膜の縁における張出しまたはたわみを低減する。
【０１５７】
記載されたぜん動式マイクロポンプによれば、事前張出し加工されたポンプ膜のベンド形状は、ポンプ本体に対向するポンプ膜が、第２のより少ない張出し位置にあるまたは平面位置にあって反対圧力が適用されないときに平面ベース形状を有するように、圧電アクチュエータの作動によって生じる変形に適合される。用語「平面ベース形状」は、場合によりポンプチャンバの床が平面または空洞を有する平面であり、ポンプ膜が平面形状を有し、場合によりポンプチャンバの床またはポンプ膜がアンチ焼付手段としてポンプチャンバの床に分布した突起を備えることを示し、ポンプ膜は、最外部のアンチ焼付手段が配置されたポンプチャンバの床の縁においてわずかに張出すことができ、その剛性のためにポンプチャンバの中心部に向かってアンチ焼付の突起によって担持された平面形状があるとみなされる。
【０１５８】
本マイクロポンプによれば、圧電アクチュエータは、収縮状態でポンプ膜に接続されており、すなわち、圧電アクチュエータの収縮を引き起こすために予め定められた生成信号または電圧が圧電アクチュエータに印加され、信号電圧はその後解除される。信号または電圧の解除により、圧電アクチュエータは、膜を引き出し、このように駆動手段とともに、上方にポンプチャンバから離れてベンドする。それ故、記載されたぜん動式マイクロポンプは、自給式の動作を有し、気体のような圧縮性媒体の運搬に適し、加えてバブルトレラントでバブルインディペンデントである。
【０１５９】
ぜん動式マイクロポンプは、バブルがポンプチャンバに入っている場合に、マイクロポンプが依然として作動し、バブル（またはバブルの一部）がポンプチャンバを通って移送されるように調整されているとき、バブルトレラントとみなされる。しかしながら、ポンプチャンバにおいて気泡（またはその部分）が存在する間、ポンプ速度を変えることができる。マイクロポンプは、バブルがポンプチャンバに入っている場合に、マイクロポンプが依然として作動しているだけでなく、ポンプ速度がポンプチャンバにおける気体の存在と独立しているように調整されているとき、バブルインディペンデントとみなされる。
【０１６０】
あるいは、図７ｂに示されるように、隆起７２０、７２２は、それぞれの弁チャンバにおいて、膜セクションの最大ストロークの領域に提供することができ、それは膜セクションのベンドによって完全に封止することができるように同様に成形される。より明確には、隆起７２０、７２２は、弁チャンバの端に対して上方にベンドする。
【０１６１】
図７ｃに示されるように、４つの流体チャンバＣ１‐Ｃ４を有する微小流体デバイス１００は、例えば、混合流Ｆ1‐2を能動的に運搬することができる分岐構造物または混合器を形成することができる。４つの付随する流体アクチュエータを有する４つの流体チャンバＣ１‐Ｃ４に対する拡張は、例えば図７ｃに示されるように、２つのぜん動式ポンプ１１４、１１６の実現を可能にする。これによって、各流体チャンバＣ１‐Ｃ４に対して、分離した圧電アクチュエータ（７０４、７０８、７１２；７０５）を提供することができる。このように、全ての流体素子は、非常にフラットに設計することができ、流体チャンバＣ１‐Ｃ４、流路１０４、膜（７０２、７０６、７１０；７０３）、圧電アクチュエータ（７０４、７０８、７１２；７０５）および支持構造物１０２を含む機能的な流体構造は、全体の高さを１００〜５００μｍのオーダーとすることができる。このように、システムは、チップカードに集積化することが可能である。さらにまた、フレキシブル流体システム（例えば、構造化フォイル層でできている）さえ可能である。発明の微小流体デバイス１００の更なる可能なアプリケーションは、集積化された注入モニタリングによるインシュリン注入プラスターのような、集積化された注入制御による「インシュリン・パッチ・ポンプ」である。
【０１６２】
図７ａ‐ｃに関する本発明の更なる一般的な態様が以下に言及されるが、それは先に記載された実施形態のいずれかにも基本的に等しく適用できる。
【０１６３】
図７ａ‐ｃに示されるように、一方側に実現される両方のぜん動式ポンプと、他方側に実現されるＴ継手、電極、蛇行形状およびバブル分離器とを有する射出成形部品または射出打出部品を用いることができる。
【０１６４】
予め張力をかけられたアクチュエータ（圧電アクチュエータ）の利点は、高価な射出成形金型によってポンピングチャンバおよび弁チャンバを覆う必要がないことである。高い平面品質の筐体表面は、最初の素材によって定められ、射出成形および／または打出の間に製造されてはならない。ポンピングチャンバの床は、平坦な平面として実現することができ、シールリップまたは隆起は、おそらくわずかに突出している（例えば、３〜３０あるいは約１０μｍ）。そのうえ、作動中の弁の気密を改善するために、柔らかいシール膜を用いることができる。
【０１６５】
図７ｃに示された微小流体デバイス１００は、いくつかの更なる利点を提供する。この微小流体デバイスは、６つの圧電セラミック（圧電アクチュエータ、図７ａを参照）の代わりに４つを備え、全ての流路はローコストの流体チップ１０２の表面側にある。そのうえ、簡単で安価な製作プロセスを実現することができる。予め張力をかけられたダイアフラムは、好ましくはステンレス網でできており、キャップ／カバー膜上に接着される。貯留槽１２６は、空の間に負圧が起こらないように弾性壁を備えることができ、オプションとして隔膜および／または充填のための注入ポート（図示されない）を有する。
【０１６６】
本発明によるフローパラメータを検出する方法および流体を微小量注入する方法は、ここでそれぞれ図８および９を参照して以下に述べる。
【０１６７】
フローパラメータを検出する発明の方法８００は、流路内に第１および第２の流体を備える流体ストリームを形成し、更に流路の出力において流体ストリームを提供するために、マイクロポンプによって第１の流体を流路の第１の注入口に選択的に供給し、第２の流体を流路の第２の注入口に供給するステップ８１０を備え、前記流路は、第１の流体で充填された流路のセクションと第２の流体で充填された流路の隣接するセクションの間に、全ての流路横断面にわたって延在する第１と第２の流体の流体境界を構成するために、横断面形状を有し、また方法８００は、流路内の第１の流体および第２の流体の異なる物性に基づいて、第１または第２の流体の現在のフローパラメータに依存する測定値を検出するステップ８２０を更に備える。
【０１６８】
発明の流体を微小量注入する方法９００は、フローパラメータを検出するステップ９１０と、流路内の第１および第２の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、第１の流体を選択的に供給する第１の供給手段および／または第２の流体を選択的に供給する第２の供給手段を制御するステップ９２０と、第２の流体（Ｆ２）を備える出力側流体ストリームを取得するために、流路の出力において提供された流体ストリームから第１の流体を分離するステップ９３０とを備える。
【０１６９】
特定の実施要求に依存して、特に図解説明された制御装置１４０または他の電子的要素または発明の手続き上のフローのような実施形態または機能要素は、ハードウェアにおいてまたはソフトウェアにおいて実施することができる。前記実施態様は、その上に格納される電子的に読取可能な制御信号を有し、それぞれの方法が実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと協働することができるかまたは協働する、フロッピー（登録商標）ディスク、ＤＶＤ、ブルーレイディスク、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリのようなデジタル記録媒体、ハードディスクまたはその他の磁気的または光学的メモリを用いて実行することができる。それ故に、デジタル記録媒体は、コンピュータ読取可能とすることができる。このように、本発明によるいくつかの実施形態は、本願明細書に記載されたいずれかの方法が実行されるように、プログラム可能なコンピュータシステムと協働することができる電子的に読取可能な制御信号を有するデータキャリアを備える。
【０１７０】
一般に、本発明の実施形態は、プログラムコードを有するコンピュータプログラム製品として実施することができ、前記プログラムコードは、コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で動くとき、いずれかの方法を実行するように動作する。プログラムコードは、機械読取可能なキャリアに格納することもできる。
【０１７１】
他の実施形態は、本願明細書に記載された方法のいずれかを実行するコンピュータプログラムを備え、前記コンピュータプログラムは機械読取可能なキャリアに格納される。
【０１７２】
言い換えれば、発明の方法の実施形態は、それ故に、コンピュータプログラムがコンピュータ上で動作するとき、本願明細書に記載された方法のいずれかを実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。発明の方法の更なる実施形態は、それ故に、本願明細書に記載された方法のいずれかを実行するコンピュータプログラムが記録されたデータキャリア（またはデジタル記録媒体またはコンピュータ読取可能媒体）である。
本発明の一態様によれば、フローパラメータを検出する微小流体デバイス１００、２００は、ベース筐体１０２内に構成された流路１０４であって、前記流路１０４は、前記流路１０４内に第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２を有する流体ストリームＦ１‐２を形成するために、第１の流体Ｆ１を供給する注入口１０６と第２の流体Ｆ２を供給する第２の注入口１０８を備え、流体ストリームＦ１‐２を出力側に提供する出力１１２を更に備え、前記流路１０４は、前記流路１０４内に、前記第１の流体Ｆ１で充填された流路１０４のセクションと前記第２の流体Ｆ２で充填された流路の隣接するセクションの間に、前記流路の横断面にわたって延在する前記第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２間の流体界面を構成する横断面形状を有する流路１０４と、前記流路１０４に前記第１の流体Ｆ１を選択的に供給するために、前記第１の注入口１０６に付随するマイクロポンプを備える第１の供給手段１１４と、前記流路１０４に前記第２の流体Ｆ２を供給するために、前記第２の注入口１０８に付随する第２の供給手段１１６と、前記流路内の前記第１の流体および前記第２流体の異なる物性に基づいて、前記第１または第２の流体の現在のフローパラメータに依存する測定値ＳＭＥＡＳＵＲＥを検出する検出手段１１８と、を備える。
前記検出手段１１８は、前記第１の流体Ｆ１および前記第２の流体Ｆ２の異なる物性に基づいて、前記流路１０４内の流体界面の位置または位置の変化を決定するように更に構成することができ、前記第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２の現在のフローパラメータは、前記流体界面の位置または位置の変化から決定することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記異なる物性は、前記第１の流体Ｆ１および前記第２の流体Ｆ２の異なる電気的導電率、異なる誘電率、異なる透磁率、異なる光学的透明性または異なる光学的反射率とすることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記現在のフローパラメータは、前記流路１０４内の前記第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２のフロー速度、フロー容量、フロー方向、流体伝搬時間および／または充填レベルを示すことができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体デバイスの検出手段１１８は、前記流路１０４に沿った複数の位置で、空間的に分解された方法で、前記第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の異なる物性を検出するように構成された複数の個々のセンサ要素を、前記流体流路１０４に沿って備えることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体デバイスの検出手段１１８は、前記測定値を容量的に検出するように構成され、お互いからと流体ストリームＦ１‐２から絶縁された２つの電極１１８ａ、１１８ｂが、前記ベース筐体１０２に配置され、前記２つの電極１１８ａ、１１８ｂが、前記流路１０４に関して互いに反対側に配置され、前記２つの電極１１８ａ、１１８ｂの間に生成することができる電界が、前記第１の流体Ｆ１が充填された前記流路１０４のセクション内と前記第２の流体Ｆ２が充填された前記流路１０４のセクション内の両方に存在し、前記流体ストリームＦ１‐２の位置の変化が、前記２つの電極１１８ａ、１１８ｂ間の静電容量の比例変化になることができる。
前記第１および第２の電極１１８ａ、１１８ｂは、更に、それぞれ複数の個々の電極から構成することができ、複数の個々の静電容量が前記第１および第２の電極の間に形成され、前記個々の静電容量は互いに独立に検出可能である。
前記第１および第２の電極１１８ａ、１１８ｂは、更に、前記ベース筐体１０２の第１および第２の主表面１０２ａ、１０２ｂに関して水平に配置され、少なくとも部分的に前記流路１０４を覆うことができる。
前記第１および第２の電極１１８ａ、１１８ｂは、更に、前記ベース筐体１０２の第１および第２の主表面１０２ａ、１０２ｂに関して垂直に配置され、いずれの場合においても前記流路に沿って延在することができる。
前記第１および第２の電極１１８ａ、１１８ｂは、更に、少なくともセクションにおいて、前記流路１０４の湾曲した外表面に沿って、それぞれ延在することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体デバイスの検出手段１１８は、前記流路１０４内の前記流体ストリームＦ１‐２における界面の位置を、光学的に検出するように構成することができ、前記流路は少なくともいずれかのサイドが光学的に透明とすることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスは、前記流路１０４の出力１１２において提供される流体ストリームＦ１‐２から前記第１の流体Ｆ１を分離する流体分離手段１２０を更に備えることができる。
前記流体分離手段１２０は、更に、前記流路１０４の出力１１２に直接隣接して配置することができる。
前記流体分離手段１２０は、更に、前記第１の流体Ｆ１に対して前記流体分離手段１２０から前記流路１０４の第１の注入口１０６まで閉サイクルを形成するために、前記第１の注入口１０６に流体工学的に結合することができる。
前記流体分離手段１２０は、前記流体分離手段のチャンバ内で出力側流体ストリームに対して横方向に配置された前記第２の流体をはじくフィルタダイアフラムを更に備えることができる。
前記流体分離手段１２０は、出力側に、前記流体分離手段を通過した時点で出力側流体ストリーム内に前記第１の流体の一定量が存在するかどうかを検出するように構成された、更なる検出手段１２８を更に備えることができる。
前記更なる検出手段１２８は、出力側流体ストリームＦ２ＯＵＴ内に存在する前記第１の流体Ｆ１の量を定量的に検出するように構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスは、前記流路１０４内の前記第１および第２の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、前記第１の流体Ｆ１を供給する前記第１の供給手段１１４および／または前記第２の流体Ｆ２を供給する前記第２の供給手段１１６を選択的に制御するように構成された制御装置１４０を更に備えることができる。
前記制御装置１４０は、前記検出手段１１８によって検出された測定値ＳＭＥＡＳＲＵＥを評価し、前記現在のフローパラメータを決定するように更に構成することができ、前記制御装置は、前記流路内の前記第１および／または第２の流体の前記予め定められたフローパラメータを取得するために、前記決定された現在のフローパラメータの前記予め定められたフローパラメータからの偏差に基づいて前記第１の供給手段１１４および／または前記第２の供給手段１１６を制御するように更に構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスの流路１０４は、ベース筐体１０２内で蛇行形状またはらせん形状に構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスの流路１０４は、楕円形または円形の横断面形状を有することができ、前記流体界面の位置が、基本的に前記第１の流体Ｆ１よりも前記第２の流体Ｆ２の界面張力によって、かつ前記第２の流体Ｆ２と前記流路の壁の素材間の界面張力によって決定されるように、前記楕円形横断面の短軸または前記円形横断面の直径を選択することができる。
前記流路１０４は、矩形の横断面形状を有することができ、前記流体界面の位置が、基本的に第２の流体Ｆ２の界面張力によって、かつ前記第２の流体Ｆ２と前記流路の壁の素材間の界面張力によって決定されるように、前記矩形の横断面形状の小辺を選択することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスの第１および第２の注入口１０６、１０８の少なくともいずれかは、前記第１の流体Ｆ１の前記第２の注入口１０８への前記第２の流体Ｆ２のフロー方向に逆らった不測の侵入または前記第２の流体Ｆ２の前記第１の注入口１０６への前記第１の流体Ｆ１のフロー方向に逆らった不測の侵入を検出するために配置された外乱検出手段１３０、１３２をそれぞれ有することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記第１の流体Ｆ１は気体とし、前記第２の流体Ｆ２は液体とすることができる。
前記第１の流体は液体とし、前記第２の流体は気体とすることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスの第１の注入口１０６は、前記第１の注入口に付随して前記第１の流体Ｆ１を備える第１の貯留槽１２４を有することができ、前記第１の供給手段１１４は、前記貯留槽１２４から前記第１の注入口１０６に前記第１の流体Ｆ１を供給するように構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスの第２の注入口は、前記第２の注入口に付随して前記第２の流体Ｆ２を備える第２の貯留槽１２６を有することができ、前記第２の供給手段１１６は、前記第２の貯留槽１２６から前記第２の注入口１０８に前記第２の流体Ｆ２を選択的に供給するように構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスの検出手段または更なる検出手段は、前記流路１０４内の予め定められた中間位置または前記流路の出力１１２において、流体境界の存在または通過を検出するように構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記第２の注入口１０８に付随する前記デバイスの前記第２の供給手段１１６は、前記第２の流体Ｆ２を前記流路１０４に選択的に供給するための第２のマイクロポンプを備えることができる。
前記第２の供給手段１１４の前記第２のマイクロポンプは、更にぜん動式ポンプとすることができる。
前記マイクロポンプを備える第１の供給手段１１４および前記第２の供給手段１１６は、前記流路１０４において出力側に配置され、前記第２の供給手段１１６は、フロー方向において前記第１の供給手段１１４から上流に配置され、前記第２の供給手段は、前記流路内に前記第２の流体を供給するための開口部として配置され、前記第１および第２の供給手段は、前記第１の流体Ｆ１および前記第２の流体Ｆ２間の界面を形成するために、前記第１の注入口１０６における前記第１の流体Ｆ１の圧力Ｐ２と、前記流路１０４に前記第２の流体Ｆ２の一定量を噴射するための前記第２の注入口１０６における前記第２の流体Ｆ２の圧力Ｐ３を調整するように更に構成することができる。
前記マイクロポンプを備える第１の供給手段１１４および前記第２の供給手段１１６は、前記流路１０４において入力側に配置され、前記第２の供給手段１１６は、フロー方向において前記第１の供給手段１１４から下流に配置され、前記第２の供給手段は、狭められた流路セクション内に前記第２の流体Ｆ２を供給するための開口部として配置され、前記第１および第２の供給手段は、前記第１の流体Ｆ１および前記第２の流体Ｆ２間の界面を形成するために、前記第１の注入口１０６における前記第１の流体Ｆ１の圧力Ｐ２と、前記流路１０４に前記第２の流体Ｆ２の一定量を噴射するための前記第２の注入口１０６における前記第２の流体Ｆ２の圧力Ｐ３を調整するように構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記デバイスの第１の供給手段１１４のマイクロポンプは、ぜん動式ポンプとすることができる。
本発明の他の態様によれば、微小流体注入システム３００、４００、５００は、ベース筐体１０２内に構成された流路１０４であって、前記流路１０４は、前記流路１０４内に第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２を有する流体ストリームＦ１‐２を形成するために、第１の流体Ｆ１を供給する注入口１０６と第２の流体Ｆ２を供給する第２の注入口１０８を備え、流体ストリームＦ１‐２を出力側に提供する出力１１２を更に備え、前記流路１０４は、前記流路１０４内に、前記第１の流体Ｆ１で充填された流路１０４のセクションと前記第２の流体Ｆ２で充填された流路の隣接するセクションの間に、前記流路の横断面にわたって延在する前記第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２間の流体界面を構成する横断面形状を有する、流路１０４と、前記流路１０４に前記第１の流体Ｆ１を選択的に供給するために、前記第１の注入口１０６に付随するマイクロポンプを備える、第１の供給手段１１４と、前記流路１０４に前記第２の流体Ｆ２を供給するために、前記第２の注入口１０８に付随する、第２の供給手段１１６と、前記流路内の前記第１の流体および前記第２流体の異なる物性に基づいて、前記第１または第２の流体の現在のフローパラメータに依存する測定値ＳＭＥＡＳＵＲＥを検出する、検出手段１１８と、を備えるフローパラメータを検出する微小流体デバイス１００、２００と、前記第１または第２の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、前記第１の流体を供給する前記第１の供給手段１１４または前記第２の流体を供給する前記第２の供給手段を選択的に制御するように構成された制御装置１４０と、前記流体Ｆ２を備える出力側流体ストリームＦＯＵＴを下流で取得するために、前記流路１０４の出力１１２において提供される流体ストリームＦ１‐２から前記第１の流体Ｆ１を選択的に分離する流体分離手段１２０と、を備える。
前記制御装置１４０は、前記検出手段１１８によって検出された測定値を評価し、前記現在のフローパラメータを決定するように更に構成され、前記制御装置１４０は、前記流路１０４内の前記第１および第２の流体Ｆ１、Ｆ２の予め定められたフローパラメータを取得するように、前記決定された現在のフローパラメータの前記予め定められたフローパラメータからの偏差に基づいて、前記第１の供給手段１１４または前記第２の供給手段１１６を制御するように更に構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体注入システムの制御装置１４０は、前記第１または第２の供給手段１１４、１１６を制御し、前記第１または第２の流体の予め定められた量を前記流路の入力側に供給するように更に構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体注入システムの制御装置１４０は、前記第１の供給手段１１４を制御し、前記流路１０４の出力側に存在する前記第２の流体Ｆ２の連続ストリームに、前記第１の流体Ｆ１の予め定められた量を供給するように更に構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体注入システムの制御装置１４０は、前記第１および第２の流体が予め定められた比率で前記流路１０４の出力側に供給されるように、前記第１および第２の供給手段１１４、１１６を制御するように更に構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体注入システムの制御装置１４０は、前記第１の流体Ｆ１の第１の量と第２の流体Ｆ２の第２の量が、いずれの場合においても前記流路１０４の入力側に供給されるように、前記第１および第２の供給手段１１４、１１６を制御するように更に構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体注入システムの制御装置１４０は、前記第１の流体Ｆ１の第１の量と第２の流体Ｆ２の第２の量が、いずれの場合においても前記流路１０４の入力側に供給されるように、前記第１および第２の供給手段１１４、１１６を制御するように更に構成することができる。
本発明の更なる態様によれば、前記微小流体注入システムの制御装置１４０は、前記第１および／または第２の供給手段を制御し、前記第１の流体から前記第２の流体への遷移を備える流体境界が前記流路１０４内の中間位置または前記流路の出力１１２において検出されたときに、前記第２の流体Ｆ２の前記流路１０４の入力側への供給を停止し、前記流路１０４内に定められた量の前記第２の流体Ｆ２が存在するように更に構成することができる。
前記制御装置１４０は、前記第１の供給手段１１４を制御し、前記流路１０４に前記第１の流体Ｆ１を供給し、前記流路の出力側および／またはフロー方向において前記流体分離手段１２０から下流に、定められた量の前記第２の流体Ｆ２が提供されるように、更に構成することができる。
前記制御装置は、単位時間当り予め定められた注入容積の前記第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２を取得するために、前記第１または第２の流体Ｆ１、Ｆ２が前記流路の入力側に予め定められたフロー速度で供給されるように、前記第１または第２の供給手段１１４、１１６を制御するように更に構成することができる。
本発明の他の態様によれば、フローパラメータを検出する方法は、第１の流体で充填された流路のセクションと第２の流体で充填された流路の隣接するセクションの間に、全ての流路横断面にわたって延在する第１および第２の流体間の流体境界を構成するための横断面形状を有する流路内に、前記第１および第２の流体を備える流体ストリームを形成し、更に前記流体ストリームを前記流路の出力に提供するために、マイクロポンプによって前記第１の流体を前記流路の第１の注入口に選択的に供給し、前記第２の流体を前記流路の第２の注入口に供給するステップと、前記流路内の前記第１の流体と前記第２の流体の異なる物性に基づいて、前記第１または第２の流体の現在のフローパラメータに依存する測定値を検出するステップと、を備える。
本発明の他の態様によれば、流体を微小量注入する方法は、第１の流体で充填された流路のセクションと第２の流体で充填された流路の隣接するセクションの間に、全ての流路横断面にわたって延在する第１および第２の流体間の流体境界を構成するための横断面形状を有する流路内に、第１および第２の流体を備える流体ストリームを形成し、更に前記流体ストリームを前記流路の出力に提供するために、マイクロポンプによって前記第１の流体を前記流路の第１の注入口に選択的に供給し、前記第２の流体を前記流路の第２の注入口に供給するステップと、前記流路内の前記第１の流体と前記第２の流体の異なる物性に基づいて、前記第１または第２の流体の現在のフローパラメータに依存する測定値を検出するステップとを備える、フローパラメータを検出するステップと、前記流路内の前記第１および第２の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、前記第１の流体を選択的に供給するために第１の供給手段を制御し、および／または第２の流体を選択的に供給するために第２の供給手段を制御するステップと、前記第２の流体Ｆ２を備える出力側流体ストリームを取得するために、前記流路の出力に提供される流体ストリームから前記第１の流体を分離するステップと、を備える。
前記方法は、検出手段によって検出された測定値ＳＭＥＡＳＲＵＥを評価するステップと、現在のフローパラメータを決定するステップと、前記流路内の前記第１および第２の流体の予め定められたフローパラメータを取得するために、前記決定された現在のフローパラメータの前記予め定められたフローパラメータからの偏差に基づいて、前記第１の供給手段および／または前記第２の供給手段を制御するステップとを更に備えることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記方法は、前記流路内の界面の位置の検出に基づいて、前記流路に注入された一定量の前記第１の流体を検出するステップを更に備えることができ、前記流路内の予め定められた量の前記第１の流体を前記検出された位置と関係づけることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記方法は、前記流路内の複数の界面の位置の検出に基づいて、前記流路に注入された一定量の前記第１の流体を検出するステップを更に備えることができ、前記流路内の予め定められた量の前記第１の流体を前記検出された位置と関係づけることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記方法は、前記第１または第２の供給手段を制御し、予め定められた量の前記第１または第２の流体を前記流路の入力側に供給するステップを更に備えることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記方法は、前記第１の供給手段を制御し、予め定められた量の前記第１の流体を前記流路の入力側に存在する前記第２の流体の連続ストリームに供給するステップを更に備えることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記方法は、前記第１の流体の第１の量と前記第２の流体の第２の量が、いずれの場合においても前記流路の入力側に交互に供給されるように前記第１および第２の供給手段を制御するステップを更に備えることができる。
前記方法は、前記第１および第２の流体が予め定められた比率で前記流路の入力側に供給されるように前記第１および第２の供給手段を制御するステップを更に備えることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記方法は、前記流路または前記流路の出力における中間位置において流体境界の存在または通過を検出するステップを更に備えることができる。
前記方法は、前記第１の流体から前記第２の流体への遷移を備える流体境界が前記流路内の中間位置または前記流路の出力において検出されたときに前記流路の入力側で前記第２の流体の供給を停止し、前記流路内に予め定められた量の前記第２の流体が存在するように、第１および／または第２の制御装置を制御するステップを更に備えることができる。
前記方法は、注入量として予め定められた量の前記第２の流体（Ｆ２）を出力側に提供するために、少なくとも予め定められた量の前記第２の流体が前記流路の出力および／または前記流体分離手段を退出する時間に対して、前記流路の入力側に前記第１の流体を供給するように、前記第１の供給手段を制御するステップを更に備えることができる。
本発明の更なる態様によれば、前記方法は、単位時間当り予め定められた注入量の前記第１または第２の流体を出力側に連続的に提供するために、前記第１および／または第２の流体が予め定められたフロー速度で前記流路の出力側に供給されるように、第１および／または第２の制御装置を制御するステップを更に備えることができる。
【図１ａ】
0005622938.tif 000002
【図１ｂ】
0005622938.tif 000003
【図２ａ】
0005622938.tif 000004
【図２ｂ】
0005622938.tif 000005
【図３】
0005622938.tif 000006
【図４】
0005622938.tif 000007
【図５】
0005622938.tif 000008
【図６】
0005622938.tif 000009
【図７ａ】
0005622938.tif 000010
【図７ｂ】
0005622938.tif 000011
【図７ｃ】
0005622938.tif 000012
【図８】
0005622938.tif 000013
【図９】
0005622938.tif 000014