CN102003560B - 一种电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀 - Google Patents
一种电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102003560B CN102003560B CN2010105145009A CN201010514500A CN102003560B CN 102003560 B CN102003560 B CN 102003560B CN 2010105145009 A CN2010105145009 A CN 2010105145009A CN 201010514500 A CN201010514500 A CN 201010514500A CN 102003560 B CN102003560 B CN 102003560B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- memory alloy
- shape
- alloy wire
- close type
- flexible polymer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910001285 shape-memory alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 46
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229920005570 flexible polymer Polymers 0.000 claims abstract description 24
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 24
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 23
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 23
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 13
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 7
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 7
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 7
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 2
- 238000006664 bond formation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 241000973497 Siphonognathus argyrophanes Species 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000012742 biochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N copper zinc Chemical compound [Cu].[Zn] TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Temperature-Responsive Valves (AREA)
Abstract
一种电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀，其由柔性聚合物结构层，底板，形状记忆合金丝和焊盘组成；聚合物结构层内设微流道结构，微流道结构包括：流体入口和出口；两端分别与入口和出口相通的内部流体流道；流道中部断开成中间断开结构；断开结构中间下表面周围为中间疏水隔断区；疏水隔断区之外的聚合物结构层下表面与底板由粘接层粘接；形状记忆合金丝中部弯成凹陷状，其凹陷状中心底端与疏水隔断区正上方的聚合物结构层粘接固定，合金丝两端分别依次穿过聚合物结构层和底板，并分别与底板背面上的焊盘焊接，两焊盘分别与驱动电源的正负极相连；具有制作简单、易与微流控芯片系统集成、工作可靠、常闭结构、可进行流量调节、尺寸小等特点。
Description
技术领域
本发明属于精密机械中微型流体阀技术领域，特别涉及一种电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀。
背景技术
近年来，随着微型生化检测、微量给药、生物芯片等生化分析和医疗技术的发展，对于液体微量输送和流量控制的要求不断突出。与此同时，微全分析系统、芯片实验室、精细化工、以及微型能源系统等也要求提供能够精确控制微流路和流量的系统。目前，常规的主动微阀多数采用静电或磁驱动，结构的微加工精度要求高，因此对制造工艺要求严格，且欠缺常闭结构的设计；部分微阀依赖高电压及高热等驱动方式，对生物液体的活性有较大影响。
微型常闭主动阀技术是微阀的一种类型，其关闭状态无需能量供给。最初发明的形状记忆合金驱动微型阀(SEWARD K P，2002，专利号：US2002013555-A1)被用来面向外科手术等领域的应用，采用记忆合金材料对流道管口进行控制，当温度超过记忆合金的相变温度时，合金材料相变产生变形，压迫管口，从而实现阀门的开关操作。但其整体外形尺寸较大，不适于集成入微流体芯片系统。
发明内容
本发明的目的是为满足微流体控制的需求，提供一种电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀，具有制作简单、易于与微流控芯片系统集成、工作可靠、常闭结构、能够进行流量调节、尺寸小等特点。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀，如图1和图2所示，其由柔性聚合物结构层3，底板6，形状记忆合金丝1，以及焊盘7组成；
所述柔性聚合物结构层3内部设有微流道结构，所述微流道结构包括：
一流体入口2；
一流体出口8；
其两端分别与所述流体入口2和流体出口8相连通的一内部流体流道9；
所述内部流体流道9中部断开形成中间断开结构10；所述中间断开结构10下表面周围设一中间疏水隔断区4；
所述中间疏水隔断区4之外的所述柔性聚合物结构层3下表面与所述底板6通过粘接层5粘接在一起；
所述形状记忆合金丝1中部弯成凹陷状，所述形状记忆合金丝1的凹陷状中心底端与中间疏水隔断区4正上方的柔性聚合物结构层3上表面粘接固定，所述形状记忆合金丝1的两端分别依次穿过柔性聚合物结构层3和底板6，并分别与设置于所述底板6下表面上的第一焊盘7和第二焊盘7焊接固定，所述第一焊盘7和第二焊盘7分别与驱动电源的正负极相连。
所述底板6为玻璃板或印刷电路板。
所述中间疏水隔断区4为具有厚度为1μm-100μm的凸起结构，以提高可承受的背压。
所述内部流体流道9宽度为0.2mm-2mm，深度为0.01mm-1mm；
所述形状记忆合金丝1直径为0.05mm-0.2mm。
所述驱动电源的驱动电流为0.1A-0.3A。
所述的形状记忆合金丝1为镍钛记忆合金丝为较佳。
本发明的工作原理为：如图3所示，柔性聚合物结构层3通过粘接层5与底板6粘接形成微流道结构，且粘接前在微流道中部预先制作中间疏水隔断区4，内部流体流道9在中间疏水隔断区4为中间断开结构10，即常态下流体无法从流体入口2流向流体出口8，本发明的微阀为常闭状态；中间疏水隔断区4为不粘接区，即柔性聚合物结构层3通过粘接层5与底板6粘接形成微流道结构时，中间疏水隔断区4并未与柔性聚合物结构层3底面粘接，当有外力作用时可以把中间疏水隔断区4之上的柔性聚合物结构层3的中间断开结构10与中间疏水隔断区4分离；形状记忆合金丝1的凹陷状中心底端与中间疏水隔断区4正上方的柔性聚合物结构层3上表面粘接固定，当给记忆合金丝1两端施加一定电流时，促使记忆合金丝1温度升至其相变温度以上，记忆合金丝相变引起形状记忆，恢复其初始直线形状，因而在中心下凹处产生向上作用力，将中间断开结构10处的柔性聚合物结构层3上的聚合物向上拉起，打开闭锁沟道，将微流道打开，此时流体可以从流体入口2经内部流体流道9 自由流向流体出口8。
本发明的有益效果是：整个内部流体流道路9结构仅有一层柔性聚合物通过一次软光刻制成，工艺简单，成本低廉；记忆合金丝驱动具有体积小，驱动电压低，无高热现象等特点，且设计成常闭状态，仅在流道工作时打开，从而避免因高驱动电压或高温使得生物试剂失活；通过调节驱动电流，还可以改变记忆合金丝的相变回复力，从而调节开通流量的大小，达到比例阀的效果。
附图说明
图1为电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀立体分解示意图。
图2为本发明(组装后)的结构示意图。
图3为本发明的常闭型主动微阀的驱动原理示意图；
图4为内部流体流道路9平行于柔性聚合物结构层3底面方向的局部剖面图，显示中间断开结构10的一种结构形式。
具体实施方式
下面通过附图及实施例进一步描述本发明。
实施例1
本发明的电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀(微型蠕动泵)实施例结构如图1、2、3所示，主要由微阀流道结构和形状记忆合金丝构成的微桥两部分组成。PDMS柔性结构层3与PCB底板6通过PDMS粘接层5粘接在一起，柔性聚合物结构层3内部设有微流道结构，所述微流道结构包括流体入口2、内部流体流道9、中间断开结构10及其对应的中间疏水隔断区4、以及流体出口8依次连接；镍钛形状记忆合金丝1中部弯成凹陷状，其凹陷状中心底端与中间疏水隔断区4正上方的柔性聚合物结构层3上表面粘接固定，镍钛形状记忆合金丝1两端分别依次穿过柔性聚合物结构层3和底板6，与设置在底板下表面上的第一焊盘7和第二焊盘7通过焊锡焊接固定；第一焊盘7和第二焊盘7分别与驱动电源的正负极相连。
柔性聚合物结构层3与PCB底板6粘接前在微流道中部预先滴覆一薄层的特氟龙形成中间疏水隔断区4，内部流体流道9在中间疏水隔断区4为中间断开结构10，常态下本发明的微阀为常闭状态；中间疏水隔断区4的特氟龙为不粘接材料，即微流道结构粘接后中间疏水隔断区4并未与PDMS结构层3的中间断开结构10的底面 粘接；形状记忆合金丝1凹陷状中心底端与中间疏水隔断区4正上方的柔性聚合物结构层3上表面粘接固定；当给记忆合金丝1两端施加0.1A左右的电流时，促使记忆合金丝1温度升至其相变温度58℃以上，形状记忆合金丝1相变引起形状记忆，恢复其初始直线形状，因而在中心下凹处产生向上作用力，将将中间断开结构10处的PDMS结构层3上的聚合物向上拉起，打开闭锁沟道，将微流道打开，此时流体可以从入口2经内部流体流道9自由流向出口8。
PDMS柔性结构层3采用软光刻工艺制作成型，其中内部流体流道9宽度为0.2mm-2mm，深度为0.01mm-1mm；形状记忆合金丝1直径为0.05mm-0.2mm，驱动电流为0.1A-0.3A。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：中间断开结构10为图4所示结构；所使用的形状记忆合金丝1为铜锌记忆合金丝。也可为其他形状记忆合金丝。
实施例3
本实施例与实施例1和2的区别在于：疏水隔断区4为具有一定厚度的凸起结构，以提高可承受的背压。凸起高度为1μm-100μm。
实施例4
本实施例与实施例1、2和3的区别在于：微流道结构的底板6采用ITO玻璃板，其制作：在ITO玻璃底部金属层上图形化2个焊盘7，PDMS柔性结构层3底面经过等离子体处理后与ITO玻璃底板6进行粘接，无需预先甩涂PDMS粘接层5，且适合于光学检
Claims (7)
1.一种电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀，其由柔性聚合物结构层(3)，底板(6)，形状记忆合金丝(1)以及焊盘(7)组成；
所述柔性聚合物结构层(3)内部设有微流道结构，所述微流道结构包括：
一流体入口(2)；
一流体出口(8)；
其两端分别与所述流体入口(2)和流体出口(8)相连通的一内部流体流道(9)；
所述内部流体流道(9)中部断开形成中间断开结构(10)；所述断开结构中间下表面周围设一中间疏水隔断区(4)；
所述中间疏水隔断区(4)之外的所述柔性聚合物结构层(3)下表面与所述底板(6)通过粘接层(5)粘接在一起；
所述形状记忆合金丝(1)中部弯成凹陷状，所述形状记忆合金丝(1)的凹陷状中心底端与中间疏水隔断区(4)正上方的柔性聚合物结构层(3)上表面粘接固定，所述形状记忆合金丝(1)的两端分别依次穿过柔性聚合物结构层(3)和底板(6)，并分别与设置于所述底板(6)下表面上的第一焊盘(7)和第二焊盘(7)焊接固定，所述第一焊盘(7)和第二焊盘(7)分别与驱动电源的正负极相连。
2.按权利要求1所述的电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀，其特征在于，所述底板(6)为玻璃板或印刷电路板。
3.按权利要求1所述的电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀，其特征在于，所述中间疏水隔断区(4)为具有厚度为1μm-100μm的凸起结构。
4.按权利要求1所述的电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀，其特征在于，所述内部流体流道(9)宽度为0.2mm-2mm，深度为0.01mm-1mm。
5.按权利要求1所述的电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀，其特征在于，所述形状记忆合金丝(1)直径为0.05mm-0.2mm。
6.按权利要求1所述的电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀，其特征在于，所述驱动电源的驱动电流为0.1A-0.3A。
7.按权利要求1所述的电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀，其特征在于，所述形状记忆合金丝(1)为镍钛形状记忆合金丝。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010105145009A CN102003560B (zh) | 2010-10-14 | 2010-10-14 | 一种电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010105145009A CN102003560B (zh) | 2010-10-14 | 2010-10-14 | 一种电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102003560A CN102003560A (zh) | 2011-04-06 |
| CN102003560B true CN102003560B (zh) | 2012-02-08 |
Family
ID=43811159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010105145009A Expired - Fee Related CN102003560B (zh) | 2010-10-14 | 2010-10-14 | 一种电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102003560B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201211557D0 (en) * | 2012-06-29 | 2012-08-15 | Ibm | Microfluidic surface processing device and method |
| JP6541574B2 (ja) * | 2012-12-05 | 2019-07-10 | インテリジェント エナジー リミテッドＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ | マイクロバルブ |
| CN103335154B (zh) * | 2013-07-15 | 2015-07-29 | 大连海事大学 | 一种集成于微流控芯片上的电磁微阀 |
| CN103667054B (zh) * | 2013-09-18 | 2015-09-30 | 中国航天员科研训练中心 | 一种集成化微流控细胞培养芯片及其制备方法 |
| CN106247006B (zh) * | 2016-09-19 | 2018-09-07 | 宁波大学 | 一种基于声表面波的形状记忆合金微阀及其控制方法 |
| CN113251208B (zh) * | 2021-05-13 | 2022-09-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种气控两位三通阀 |
| CN113694975A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-26 | 南通大学 | 一种基于记忆合金的微流控分选芯片及其分选方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10157317A1 (de) * | 2001-11-23 | 2003-06-05 | Gesim Ges Fuer Silizium Mikros | Grundelement eines Mikrofluidik-Prozessors |
| CN101303085A (zh) * | 2007-12-19 | 2008-11-12 | 重庆大学 | 一种具有圆环面边界的微流体主动控制阀 |
| CN101446356A (zh) * | 2007-11-26 | 2009-06-03 | 香港理工大学 | 一种微阀及其构成的装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8002235B2 (en) * | 2006-09-11 | 2011-08-23 | California Institute Of Technology | Electrically actuated valves made from shape memory alloy wires embedded in elastomer |
-
2010
- 2010-10-14 CN CN2010105145009A patent/CN102003560B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10157317A1 (de) * | 2001-11-23 | 2003-06-05 | Gesim Ges Fuer Silizium Mikros | Grundelement eines Mikrofluidik-Prozessors |
| CN101446356A (zh) * | 2007-11-26 | 2009-06-03 | 香港理工大学 | 一种微阀及其构成的装置 |
| CN101303085A (zh) * | 2007-12-19 | 2008-11-12 | 重庆大学 | 一种具有圆环面边界的微流体主动控制阀 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 吴睿婷，等.微阀的研究进展.《医用生物力学》.2007,第22卷(第3期),314-319. * |
| 肖丽君,等.微流体系统中微阀的研究现状.《微纳电子技术》.2009,第46卷(第2期),91-98. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102003560A (zh) | 2011-04-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102003560B (zh) | 一种电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀 | |
| Au et al. | Microvalves and micropumps for BioMEMS | |
| CN103335154B (zh) | 一种集成于微流控芯片上的电磁微阀 | |
| TWI306490B (en) | Apparatus for driving microfluid driving the method thereof | |
| US8585013B2 (en) | Magnetic microvalve using metal ball and method of manufacturing the same | |
| CN107096580A (zh) | 一种具有旋转阀结构的微流控芯片 | |
| CN206637105U (zh) | 一种用于微流控芯片的电磁微阀 | |
| Perdigones | Lab-on-PCB and flow driving: A critical review | |
| CN103939317A (zh) | 一种基于超磁致伸缩薄膜驱动器的微泵 | |
| CN108626102A (zh) | 微流控装置 | |
| CN205691537U (zh) | 一种用于溶液驱动与混合的微流控芯片 | |
| CN103041877A (zh) | 一种光响应的微流体自驱动微流控芯片及其制备方法 | |
| CN112855490B (zh) | 一种电渗微泵装置及电渗微泵装置组 | |
| Matsubara et al. | Development of MEMS-fabricated bidirectional ECF (electro-conjugate fluid) micropumps | |
| CN203742955U (zh) | 一种基于超磁致伸缩薄膜驱动器的微泵 | |
| CN103055977A (zh) | 一种电响应的微流体自驱动微流控芯片及其制备方法 | |
| CN109759153A (zh) | 一种用于毛细作用微流控芯片的电润湿阀门及其控制方法 | |
| CN103055975A (zh) | 一种温度响应的微流体自驱动微流控芯片及其制备方法 | |
| CN206315807U (zh) | 一种声表面波控制开启和关闭的微阀 | |
| CN103084228A (zh) | 一种基于微流控芯片的光响应微泵及其制备方法 | |
| CN103071553A (zh) | 一种基于微流控芯片的电响应微泵及其制备方法 | |
| CN103041881A (zh) | 一种pH响应的微流体自驱动微流控芯片及其制备方法 | |
| CN102539617B (zh) | 一种微流体驱动泵及其应用 | |
| CN209825223U (zh) | 一种电子烟液压电泵送装置及其电子烟制品 | |
| Matsubara et al. | Active microvalve driven by electro-conjugate fluid jet flow with a hydraulic power source on a chip |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120208 Termination date: 20171014 |