CN105370917B - 一种用于微流体控制的微流体控制阀 - Google Patents

一种用于微流体控制的微流体控制阀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于微流体控制的微流体控制阀。所述微流体控制阀包括上层基片、下层基片和弹性膜；由上至下，所述上层基片、所述弹性膜和所述下层基片依次贴合；所述上层基片上设有至少一个阀孔；所述下层基片与所述弹性膜之间设有至少一条微流体管道，垂直于所述微流体管道的长度方向上，所述阀孔与所述微流体管道设于一条直线上；所述下层基片上与所述阀孔的位置相应处设有阀座。本发明微流体控制阀，具有易于加工、价格低廉和容易操作等优点；同时，本发明微流控阀控制装置也易于与下游生化分析芯片如PCR芯片等集成。本发明微流体控制阀对实现微型全分析系统，促进基因分析的进一步推广应用具有十分重要的意义。

Description

一种用于微流体控制的微流体控制阀
技术领域
本发明涉及一种用于微流体控制的微流体控制阀，属于微阀控制领域。
背景技术
理论上任何能够控制流体管道开通与断开的器件均可作为微流体控制的微阀，微阀的种类多种多样，分为两大类：无源阀和有源阀。无源阀不需要外力或外部的控制，包括双晶片单向阀和凝胶阀等，单向阀是利用流体本身的流向改变和压力的变化来实现阀的开或关状态的改变，而凝胶阀是利用凝胶在高、低电压下的不同性质实现阀的开关状态的切换；有源阀又称为主动阀，工作原理是利用外界的动力来实现阀的开启与关闭状态的切换，根据它们的气动、相变、热膨胀、转矩压紧或松开的致动原理又可分为气动微阀、相变阀、热膨胀阀以及转矩控制微阀。
一个理想的微流体控制阀应该具有结构简单、无泄漏或低泄漏、响应快、易于与微流控芯片上的操作进行集成等优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于微流体控制的微流体控制阀，其结构简单、无泄漏或低泄漏、响应快、易于与微流控芯片上的操作进行集成。
本发明所提供的用于微流体控制的微流体控制阀，包括上层基片、下层基片和弹性膜；
由上至下，所述上层基片、所述弹性膜和所述下层基片依次贴合；
所述上层基片上设有至少一个阀孔，
所述下层基片与所述弹性膜之间设有至少一条微流体管道，垂直于所述微流体管道的长度方向上，所述阀孔与所述微流体管道设于一条直线上；
所述下层基片上与所述阀孔的位置相应处设有阀座。
所述的微流体控制阀中，所述阀孔内设有活塞。
所述的微流体控制阀中，所述阀座上设有一阀背坑，所述阀背坑与所述微流体管道相连通。
所述的微流体控制阀中，所述阀背坑的斜坡周壁与所述阀背坑的底部之间的角度为0°～90°，但不等于0°。
所述的微流体控制阀中，所述阀背坑中，所述斜坡周壁的垂直高度与所述阀背坑的深度的比值为0.1～10。
所述的微流体控制阀中，所述阀背坑的截面形状为圆形、椭圆形、方形或菱形。
所述的微流体控制阀中，所述微流体管道的宽度为0.01～10毫米，深度为0.01～5毫米。
所述的微流体控制阀中，所述弹性膜的厚度为0.05～50毫米，可由PDMS、硅树脂或封口膜等制成；
所述阀孔的截面形状为圆形、椭圆形、方形或菱形。
所述的微流体控制阀中，所述上层基片和所述下层基片均可由下述任意一种或两种混合型的材料制成，如硅、陶瓷、玻璃和塑料等，其中所述塑料包括：聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯二乙醚(PPE)、聚苯乙烯(PS)、聚砜(PSU)、聚醚醚酮(PEEK)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)等。
所述的微流体控制阀中，所述阀孔、所述微流体管道和所述阀背坑均可由微加工或机加工等任何方式进行加工。
所述的微流体控制阀中，所述上层基片或所述下层基片与所述弹性膜可以通过表面修饰后压紧形成的氢键键合、化学键键合、热压、粘合剂粘合和双面胶带粘合等任意一种方式结合在一起。
使用本发明微流体控制阀时，流体流动的断开与否是由微流体管道对面的活塞的压紧与否来实现的。
本发明微流体控制阀，具有易于加工、价格低廉和容易操作等优点；同时，本发明微流控阀控制装置也易于与下游生化分析芯片如PCR芯片等集成。本发明微流体控制阀对实现微型全分析系统，促进基因分析的进一步推广应用具有十分重要的意义。
附图说明
图1为本发明用于微流体控制的微流体控制阀的第一种结构示意图。
图2为本发明用于微流体控制的微流体控制阀的第二种结构示意图。
图3为本发明用于微流体控制的微流体控制阀的第三种结构示意图。
图4为图3所示微流体控制阀阀开时的截面示意图。
图5为图3所示微流体控制阀阀关闭时的截面示意图。
图6为图3所示微流体控制阀中下层基片上阀座位置处的立体示意图(流体管道沟槽以及有一定结构的阀背坑)。
图中各标记如下：
1上层基片、2下层基片、3弹性膜、4阀孔、5活塞、6微流体管道、7阀座、8阀背坑。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1-图3所示，为本发明用于微流体控制的微流体控制阀的结构示意图，包括上层基片1、下层基片2和弹性膜3，由上至下，上层基片1、弹性膜3和下层基片2依次贴合。上层基片1上设有一个阀孔4，在阀孔4内设有活塞5或活塞5只在压紧时穿过阀孔4，用于按压弹性膜3。下层基片2与弹性膜3之间设有一条微流体管道6，垂直于该微流体管道6的长度(流体流动方向)方向上，阀孔4与微流体管道6设于一条直线上，即保证活塞5按压弹性膜3时可以断开微流体管道6。在下层基片2上与阀孔4的位置相应处设有阀座7。
如图2和图3所示，在阀座7上设有一个阀背坑8，该阀背坑8与微流体管道6相连通。阀背坑8的斜坡周壁与其底部之间的角度为0°～90°，如图2所示，两者之间为90°，如图3所示，两者之间为30°。设置阀背坑8后，按压弹性膜3时，可将弹性膜3压紧在阀背坑8中，从而达到增强断开流体流动的作用。本发明阀背坑中，可将阀背坑的斜坡周壁的垂直高度与阀背坑的深度的比值控制在0.1～10之间。
如图4所示，活塞5松开时，微流体管道6处于流体开通状态，流体可以自由出入，在一定流体背压条件下，松开程度的大小决定流速的大小；当流体流动需要断开时，活塞5压下，活塞5通过阀孔4将弹性膜3压紧在下层基片2中的微流体管道6内，如果在下层基片2上阀座位置设计有阀背坑8时，如图5所示，活塞5将弹性膜3压紧在阀背坑8内，从而达到增强断开流体流动的作用。如图6所示，设置的阀背坑8的横截面形状为圆形。这样，流体管道处于关闭状态，流体就可以被封闭在一定的区域进行生物化学反应如PCR等操作。
本发明微流体控制阀中，阀背坑8可以是由微加工或机加工等任何方式在芯片的表面加工出来的，根据所用芯片材料的不同，其加工方法也不同。上层基片1和下层基片2可以是下述任意一种或两种混合型的材料，如硅、陶瓷、玻璃和塑料等。硅和玻璃可以通过各种湿法或干法刻蚀来加工出管道和腔体。而各种塑料材料，如聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯二乙醚(PPE)、聚苯乙烯(PS)、聚砜(PSU)、聚醚醚酮(PEEK)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等可以通过浇注、模压、刻蚀或机加工等方法加工所需的微结构。
本发明微流体控制阀中，阀孔4和阀背坑8的截面形状可为圆形、椭圆形、方形或菱形等，而尺寸为0.5～5毫米。
本发明微流体控制阀的结构简单，具有价格低廉、易于加工和操作等优点。同时，本发明微流控阀装置也易于与后续分析检测相集成，对于实现微型全分析系统，促进基因分析的进一步推广应用具有十分重要的意义。

Claims (1)

1.一种用于微流体控制的微流体控制阀，其特征在于：所述微流体控制阀包括上层基片、下层基片和弹性膜；
由上至下，所述上层基片、所述弹性膜和所述下层基片依次贴合；
所述上层基片上设有至少一个阀孔，所述阀孔内设有活塞；
所述阀孔的截面形状为圆形、椭圆形、方形或菱形；
所述弹性膜的厚度为0.05~50毫米；
所述下层基片与所述弹性膜之间设有至少一条微流体管道，垂直于所述微流体管道的长度方向上，所述阀孔与所述微流体管道设于一条直线上；
所述微流体管道的宽度为0.01~10毫米，深度为0.01~5毫米；
所述下层基片上与所述阀孔的位置相应处设有阀座；
所述阀座上设有一阀背坑，所述阀背坑与所述微流体管道相连通；
所述阀背坑的斜坡周壁与所述阀背坑的底部之间的角度为0º~90º，但不等于0º；
所述阀背坑中，所述斜坡周壁的垂直高度与所述阀背坑的深度的比值为0.1~10；
所述阀背坑的截面形状为圆形、椭圆形、方形或菱形。
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