CN103672016B - 一种通道型电磁常闭微阀 - Google Patents

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Abstract

一种通道型电磁常闭微阀，包括柔性聚合物结构层，压板，基底，电磁驱动机构和微阀基底等；柔性聚合物结构层内有微通道，微通道两端分别为微阀进出口；压板粘接于柔性聚合物结构层上表面；基底粘接于柔性聚合物结构层下表面；基底上有微阀安装孔；电磁驱动机构基于商用螺线管式电磁铁，包括管壳、预紧弹簧、线圈和衔铁压头；衔铁压头穿过微阀安装孔正对微通道；电磁驱动机构及一对对称于电磁驱动机构的调节螺母固定在微阀基板上；压板、柔性聚合物结构层、基底和电磁驱动机构由螺栓和调节螺母相配合组装到一起。本发明既有不污染被控生物样品、易组装更换、无死体积、结构简单、成本低廉等特性，又能和微流控芯片高度集成。

Description

一种通道型电磁常闭微阀
技术领域本发明涉及一种便于集成到微流控芯片系统中的通道型电磁常闭微阀，属于微流控芯片技术领域。
背景技术应用于航天生物医学研究等领域相关特殊环境中的微流控芯片系统必须实现高度集成化和小型化。其中，控制微流体流动的部件如微阀能否与系统其它部分实现良好的集成并可靠工作是集成-小型化微流控系统能否成功搭建的关键。
目前常用于微流控芯片系统的微阀包括气动微阀、压电微阀、电磁微阀等。气动微阀一般为常开阀且需要气瓶等较大的外部配套设备，难以实现整个微流控芯片系统的小型化；压电微阀一般制作成本较高且需要较高的驱动电压，为操作者带来安全隐患；常规的电磁微阀一般结构都比较复杂且微阀控制通道会与被控流体直接接触，或者微阀进出口与微流控芯片主体之间有宏微接口，因而用于生物医学领域时容易引入污染。
常闭微阀是一种常态下微阀关闭，无需外部能量输入，仅在工作时才需要能量供给的微阀。目前比较少见既同时具有不污染被控生物样品、易组装更换、无死体积、结构简单等特性，又能与微流控芯片主体高度集成的常闭微阀研究成果。
发明内容本发明的目的是提供一种通道型电磁常闭微阀，它既有不污染被控生物样品、易组装更换、无死体积、结构简单、成本低廉等特性，又能和微流控芯片主体高度集成。
本发明提供的通道型电磁常闭微阀，主要包括柔性聚合物结构层，压板，基底，电磁驱动机构和微阀基底等；
所述柔性聚合物结构层内有微通道，且该微通道为微阀待集成的微流控芯片主体结构的一部分，所述微通道两端分别为微阀进口和出口；
所述压板粘接于所述柔性聚合物结构层上表面；
所述基底粘接于所述柔性聚合物结构层下表面，所述基底上有微阀安装孔；
所述电磁驱动机构基于商用螺线管式电磁铁，包括管壳、预紧弹簧、线圈和衔铁压头，所述衔铁压头穿过所述微阀安装孔正对所述微通道；
位于所述柔性聚合物结构层下方的所述电磁驱动机构及一对对称于所述电磁驱动机构的调节螺母固定在所述微阀基板上；
所述压板、柔性聚合物结构层、基底和电磁驱动机构由螺栓和所述调节螺母相配合组装到一起。
所述柔性聚合物结构层可以是全PDMS层或半硬半PDMS层，半硬层可以是PMMA板或玻纤板。
所述微通道截面形状为单弧形或双弧形，宽度0.5～1.2mm，最大高度0.1～0.2mm，所述微通道下部可变形底膜厚0.1～0.3mm，上部顶膜厚0～0.3mm、但不为0。
所述压板为玻纤板或铝合金板，厚度为0.4～1.6mm。
所述基底为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板或玻纤板，厚度为0.7～1.2mm。
所述衔铁压头顶部进行削尖处理。
所述线圈的驱动电压为5-12V。
所述调节螺母的高度可根据所需微阀闭锁预紧力微调，控制所述预紧弹簧的初始压缩程度。
本发明提供的通道型电磁常闭微阀工作原理为：所述柔性聚合物结构层中所述微通道的上、下游可以是任意相同材料的微流控芯片主体结构，所述电磁驱动机构的衔铁压头正对微通道下方且与下方可变形底膜紧密贴合。常态下，所述预紧弹簧对所述衔铁压头施加向上的弹簧预紧力，可变形底膜向上变形，与受到所述压板抵制的微通道顶膜紧密贴合，微阀成关闭状态。在所述电磁驱动机构的线圈中加上适当的直流电压，产生的电磁力克服弹簧预紧力将所述衔铁压头下拉，可变形底膜离开顶膜，微阀开启，流体将在微通道上下游压差的作用下从微阀进口流向出口。
本发明采用上述技术方案后的显著特点是：避免使用常规微阀所需的外部配套装置，减小了整个微阀系统的总体积；所述柔性聚合物结构层仅需一次PDMS模塑工艺成型，制作简单，成本低廉；微通道中的被控制流体不与微阀控制机构直接接触，避免了对被控流体的污染；电磁驱动机构的驱动电压低，操作者使用安全；微阀常态下关闭，仅在工作时打开，减少了能量损耗；整个微阀的结构简单，可与微流控芯片主体高度集成，特别适用于一体化的便携式微流控芯片系统。
附图说明
图1为本发明提供的通道型电磁常闭微阀关闭状态时的示意图
图2为本发明提供的通道型电磁常闭微阀开启状态时的示意图
图3为本发明提供的通道型电磁常闭微阀处于与图1相垂直视角关闭时的示意图
图4为本发明提供的通道型电磁常闭微阀处于与图1相垂直视角开启时的示意图
图5为柔性聚合物结构层为半硬半PDMS式的局部微阀结构示意图。
图6为微通道截面形状为双弧形的柔性聚合物结构层剖面图。
图7为压板上位于通道正上方处的永磁体安装孔内加装圆柱形永磁体的局部微阀结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1
本发明提供的通道型电磁常闭微阀结构如图1～图4所示，聚二甲基硅氧烷(PDMS)结构层2内有微通道1，其两端分别为微阀进口和出口，该微阀进口和出口可与任意相同材料的微流控芯片主体结构一体成型相连。压板3粘接于PDMS结构层2上表面，基底4粘接于PDMS结构层2下表面，基底4上有微阀安装孔14。电磁驱动机构基于商用螺线管式电磁铁，主要包括管壳6、预紧弹簧7、线圈8和衔铁压头10。衔铁压头10穿过微阀安装孔14正对微通道1，且紧密接触PDMS结构层2的下底面，位于PDMS结构层2下方的电磁驱动机构管壳6底部固定到微阀基板11上，一对调节螺母5对称于电磁驱动机构也固定在微阀基板11上。通过螺栓9与对应的调节螺母5相配合，将压板3、PDMS结构层2、基底4和电磁驱动机构组装到一起。常态下，预紧弹簧7对衔铁压头10施加向上的弹簧预紧力，可变形底膜向上变形，与受到压板3抵制的微通道顶膜紧密贴合，微阀关闭。在线圈8两端加上适当的直流电压，产生的电磁力克服弹簧预紧力将衔铁压头10下拉，可变形底膜离开顶膜，微阀开启，流体将在微通道上下游压差的作用下从微阀进口流向出口
PDMS结构层可以是如图1～图4所示的全PDMS式结构层，或图5所示的半硬半PDMS式结构层，在半硬半PDMS式结构层中，半PDMS层2包括微通道1的弧形轮廓，半硬层13包括微通道1的直线形轮廓，半硬层13可以是PMMA平板或玻纤板。微通道1的截面形状可以是如图1～图5所示的单弧形，也可以是图6所示的双弧形，微通道1宽度0.5～1.2mm，最大高度0.1～0.2mm，微通道1下部可变形底膜厚0.1～0.3mm，上部顶膜厚0～0.3mm、但不为0。压板3为玻纤板或铝合金板，厚度为0.4～1.6mm。基底4为PMMA板或玻纤板，厚度为0.7～1.2mm。衔铁压头10顶部进行削尖处理。线圈8的驱动电压为5-12V。用垫片可对调节螺母5的高度进行微调，控制预紧弹簧7的初始压缩程度，进而获得所需的微阀闭锁预紧力。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：如图7所示，压板3上位于微通道1正上方处的永磁体安装孔内加装了圆柱形永磁体12，其接触衔铁压头10一侧的磁极与衔铁压头10磁化后产生的电磁南北极相反。常态下，衔铁压头10在预紧弹簧7的弹簧预紧力和永磁体12的磁吸引力共同提供的微阀闭锁力作用下挤压微通道1，令其闭锁，微阀关闭；需要流体通过时，线圈8产生的电磁力和永磁体12的磁斥力共同克服前述微阀闭锁力将衔铁压头10下拉，微通道1打开，微阀开启。

Claims (6)

1.一种通道型电磁常闭微阀，包括柔性聚合物结构层，压板，基底，电磁驱动机构，微阀基板，调节螺母和螺栓；
所述柔性聚合物结构层内有微通道，且该微通道为微阀待集成的微流控芯片主体结构的一部分，所述微通道两端分别为微阀进出口；
所述压板粘接于所述柔性聚合物结构层上表面；
所述基底粘接于所述柔性聚合物结构层下表面，所述基底上有微阀安装孔；
所述电磁驱动机构基于商用螺线管式电磁铁，包括管壳、预紧弹簧、线圈和衔铁压头，所述衔铁压头穿过所述微阀安装孔正对所述微通道；
位于所述柔性聚合物结构层下方的所述电磁驱动机构及一对对称于所述电磁驱动机构的调节螺母固定在所述微阀基板上；
所述压板、柔性聚合物结构层、基底和电磁驱动机构由螺栓和所述调节螺母相配合组装到一起。
2.按权利要求1所述的通道型电磁常闭微阀，其特征在于，所述柔性聚合物结构层是全PDMS层或半硬半PDMS层，半硬层是PMMA板或玻纤板。
3.按权利要求1所述的通道型电磁常闭微阀，其特征在于，所述微通道截面形状为单弧形或双弧形，宽度0.5～1.2mm，最大高度0.1～0.2mm，所述微通道下部可变形底膜厚0.1～0.3mm，上部顶膜厚0～0.3mm、但不为0。
4.按权利要求1所述的通道型电磁常闭微阀，其特征在于，所述衔铁压头顶部进行削尖处理。
5.按权利要求1所述的通道型电磁常闭微阀，其特征在于，所述线圈的驱动电压为5-12V。
6.按权利要求1所述的通道型电磁常闭微阀，其特征在于，所述调节螺母的高度可根据所需微阀闭锁预紧力微调，控制所述预紧弹簧的初始压缩程度。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019213271A1 (en) * 2018-05-01 2019-11-07 Massachusetts Institute Of Technology Micropumps with electromagnetic actuator for organ-on-chip plattforms

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105370917B (zh) * 2014-08-19 2017-10-31 清华大学 一种用于微流体控制的微流体控制阀
CN104565501B (zh) * 2015-01-20 2016-12-07 重庆科技学院 一种微流控三通电磁阀及使用方法
JP6942361B2 (ja) 2016-02-04 2021-09-29 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 統合された圧送、レベリングおよび感知を備えたモジュール式器官マイクロ生理学的システム
CN111936102A (zh) * 2017-09-07 2020-11-13 布鲁斯·穆里森 利用流体系统和致动器的装置
CN108421566B (zh) * 2018-05-18 2023-05-09 福州大学 一种纸基微流控芯片阵列系统及数字化并行控制方法
CN112295615A (zh) * 2020-05-15 2021-02-02 广州普世君安生物科技有限公司 一种微流控阀及微流控芯片
CN114217550A (zh) * 2021-11-25 2022-03-22 华中科技大学 一种能实时触发的流体储存及输送系统及其应用

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3511469A (en) * 1966-05-06 1970-05-12 Eckel Valve Co Solenoid operated valve
US4259985A (en) * 1978-12-18 1981-04-07 Brunswick Corporation Three-way solenoid-operated pinch valve assembly
US4993456A (en) * 1982-03-02 1991-02-19 Akos Sule Pinch valve assembly
EP1308657A3 (de) * 2001-11-03 2003-12-10 A. und K. Müller GmbH & Co. KG Absperrorgan für strömende Medien
CN1678854A (zh) * 2002-08-23 2005-10-05 旭有机材工业株式会社 套筒节流阀
CN101520034A (zh) * 2008-02-29 2009-09-02 中国科学院大连化学物理研究所 集成常闭pdms微阀及制备工艺和含有该微阀的微泵
CN102679039A (zh) * 2012-05-07 2012-09-19 博奥生物有限公司 一种集成于微流控芯片内的气动微阀
CN103104716A (zh) * 2011-11-10 2013-05-15 Smc株式会社 夹持阀
CN103282706A (zh) * 2011-01-21 2013-09-04 比奥卡尔齐什股份有限公司 微泵或常闭式微阀

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3511469A (en) * 1966-05-06 1970-05-12 Eckel Valve Co Solenoid operated valve
US4259985A (en) * 1978-12-18 1981-04-07 Brunswick Corporation Three-way solenoid-operated pinch valve assembly
US4993456A (en) * 1982-03-02 1991-02-19 Akos Sule Pinch valve assembly
EP1308657A3 (de) * 2001-11-03 2003-12-10 A. und K. Müller GmbH & Co. KG Absperrorgan für strömende Medien
CN1678854A (zh) * 2002-08-23 2005-10-05 旭有机材工业株式会社 套筒节流阀
CN101520034A (zh) * 2008-02-29 2009-09-02 中国科学院大连化学物理研究所 集成常闭pdms微阀及制备工艺和含有该微阀的微泵
CN103282706A (zh) * 2011-01-21 2013-09-04 比奥卡尔齐什股份有限公司 微泵或常闭式微阀
CN103104716A (zh) * 2011-11-10 2013-05-15 Smc株式会社 夹持阀
CN102679039A (zh) * 2012-05-07 2012-09-19 博奥生物有限公司 一种集成于微流控芯片内的气动微阀

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
气动电磁微阀的仿真研究;李松晶 等;《液压与气动》;20130715(第7期);第6-8页 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019213271A1 (en) * 2018-05-01 2019-11-07 Massachusetts Institute Of Technology Micropumps with electromagnetic actuator for organ-on-chip plattforms

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