用以量測流體的壓力的量測系統及量測系統的製作方法

專利類型

發明

專利國別 (專利申請國家)

中華民國

專利申請案號

100125798

專利證號

I 443321

專利獲證名稱

用以量測流體的壓力的量測系統及量測系統的製作方法

專利所屬機關 (申請機關)

中央研究院

獲證日期

2014/07/01

技術說明

液體電子電路壓力感測技術將在此專利中發表，可與PDMS微流體元件無縫接合的特定液體惠斯通電橋在專利中被驗證，以離子液體架構的電路擁有直接性的電子讀取介面、絕佳的長時間和溫度穩定性，此液體檢測電路可用已開發的多層軟性印刷製程(multilayer soft lithography)直接無縫地製造於目標PDMS元件，整體元件可用簡易的方法製作，並且不需要冗長的組裝流程和複雜的微機電製程，綜合而言，此元件具有低成本和完全拋棄式的優點。此元件的工作原理是使用惠斯通電橋的架構來汲取因為壓力造成的薄膜變形的液體電子電阻變化，此元件是由一層PDMS薄膜被兩PDMS微流道層夾住所組成，上層是液體電子電路層，下層則是一般性的PDMS微流道，其可推廣至任何需要壓力量測的PDMS微流道。液體電子電路層是由初始尺寸相同的四個液體電子電阻所架構，液體電子電阻則是以離子液體灌注的微流道，下層PDMS微流道層具有一穿透的壓力傳輸洞，其中一液體電子電阻被對準於此壓力傳輸洞，即針對此洞的位置作壓力量測。當下層的流體壓力因為流場的變化而產生變動時，對準於洞口的液體電子電阻的截面積因為薄膜的變形而變動，電阻截面積的變化意味電阻有相對應的變化，最後藉由惠斯通電橋將電阻的變化轉換為線性的輸出電壓反應。實驗結果驗證了此元件在晶片研究中可被廣泛的應用，特別是針對精確微流體回饋控制、長時間細胞培養的操作、具有溫度狀態循環的晶片生物分析等。離子液體惠斯通電橋壓力感測元件在實驗中被驗證在輸入壓力與輸出電壓關係是高度線性(R2 > 0.999)，而連續八天的量測中，小於2.3%的差異驗證了此元件具有高度長時間穩定性，此外，在25~100度的量測中，各溫度差異僅小於7.2%，此結果證明了此元件也具備高度熱穩定性。 This patent reports an ionic liquid (IL)-based electrofluidic pressure sensing. Specifically, an electrofluidic Wheatstone circuit capable of being seamlessly integrated into a PDMS microfluidic system is demonstrated as an example. Circuits constructed by IL possess straightforward electrical readout interface, excellent long-term and thermal stability. The electrofluidic sensing circuits can be directly and seamlessly fabricated onto the target PDMS systems by well developed multilayer soft lithography. The entire device can be fabricated in as easier manner without tedious assembly and sophisticated cleanroom fabrication processes. As a result, the integrated device is cost effective and fully disposable. The working principle of the electrofluidic pressure sensing circuits is using Wheatstone bridge to extract electrofluidic resistance change by pressure-induced membrane deformation. The integrated device consists of one PDMS membrane in the middle and two PDMS layers: upper PDMS electrofluidic layer and bottom general PDMS microfluidic layer. There are four initially identical electrofluidic resistors, which are constructed by ion liquid-filled microchannels, on the electrofluidic layer. One resistor is aligned to the pressure transduction hole, which is fabricated on the position desired to measure pressure in the microfluidic layer. While the pressure in the bottom layer varies due to the change of flow scheme, the cross-sectional area of the aligned electrofluidic resistor will change by membrane deformation. Consequently, the Wheatstone bridge transfers the resistance change caused by area change to linear voltage response.

備註

本部(收文號1110010228)同意該校111年2月21日智財字第1111700342號函申請終止維護專利(中央研究院)

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