CN106902904A - 用于微流控芯片的液体控制阀门装置及其微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于微流控芯片的液体控制阀门装置及其微流控芯片，该阀门装置包括用于感测流体是否流经阀门装置安装位置的检测机构；在微流控芯片中处于常开状态的阀门装置，在检测机构所反馈的数值表明流体流经阀门装置安装位置时，能够自动闭合，处于截流状态；处于截流状态的阀门装置能够定时打开，处于流通状态；处于流通状态的阀门装置，在气路提供的气流推动下，流体能够在阀门装置中流通。由此可知：本发明能够随时开关阀门，同时保证大规模生产的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种阀门装置，尤其是一种用于微流控芯片的液体控制阀门装置。
本发明还涉及一种微流控芯片。
背景技术
免疫侧向层析诊断技术作为一种稳定和实用的技术适合在多样的即时检验（POCT）或者现场使用。
在免疫层系反应系统中，由于系统原因导致CV大，无法达到精确定量。而基于微流控技术的免疫诊断方法，可以有效的避免上述问题。
微流控又分被动式和主动式两种。被动式微流控还是需要毛细血管力来达到液体向前的侧向层析。但是由于不同样本特别是全血样本的粘稠度不同，导致液体流速无法统一。
主动式微流控可以有效避免上述问题，可以给向前的推力，使液体均匀的向前流动，避免因为不同流速导致的测试值差异。同时，对微流控芯片的生产工艺要求降低，不然被动式微流控对流道的平整度等要求很高，加工误差要很低。
主动式微流控的动力有离心力驱动、电润湿驱动、压力驱动（电解泵、压缩气体泵、化学分解泵、直接气压差驱动）
但是如果要达到随意控制液体速度的目的，不但要有推动力，还要有阀门控制，还要有防回流免得液体因为压力去除，回流回去。
通常地，微流控阀门分为：石蜡阀门、石蜡热熔阀，磁铁移动阀门，气动阀门、机械阀门。石蜡阀门一般用于液体由离心力驱动的芯片内，通过离心力的冲力顶开石蜡阀门。石蜡热熔阀是用激光等热源定向加热阀门部位，使其溶解，打开阀门。磁铁移动阀门是通过磁铁在磁力环境下的运动 来开关阀门。气动阀门是通过气体充气，使某一含有弹性组分的部位鼓起填充，起到阀门的效果。机械阀门是通过设备和芯片配合，通过设备的伸出缩回某一部位，挤压芯片，起到阀门效果。
现有的微流控芯片阀门装置功能单一，稳定性不高，只有关闭状态下才可以阻止液体动。
有的阀门对微流控上下芯片的结合精度要求过高，无法实现大规模生产，尺寸稍微变化就会引起液体阀门失效，无法起到阻止液体流动的目的。
或者有的阀门一次性使用，无法重复操作，对复杂的微流控操作来说，一次性阀门会导致微流控流道设计复杂，体积变大。无法达到POCT的精巧和稳定的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种使用于微流控芯片的常开阀门装置，其能够一旦感测到流体流经阀门装置时，触发阀门装置，使得阀门装置由常开状态转变为截流状态；而当阀门装置处于截流状态时，即为微流控芯片中阀门装置后端腔室处于孵育状态的启动时间，通过定时，可以确保该后端腔室能够处于一个定量空间在一个特定时间段内完成孵育；孵育结束，即定时时间到后，控制前述处于截流状态的阀门装置打开，阀门装置后端腔室中的流体能够通过该阀门装置进入前端腔室。具体地，本发明为了保证微流控液体阀门效果，需要将阀门装置和设备紧密结合，通过有封闭膜的密封圈和设备上面的下压装置，起到随时开关阀门的目的，同时保证大规模生产的需要，阀门装置要对生产工艺的要求不太高。当然，微流控芯片位置空间有限，如果能在不失取原有功能的情况下，整合部分功能模块起到节省空间的目的。
同时起到一台设备同时操作多个微流控芯片的目的。提高通量，节省时间。
利用导电橡胶制成的密封圈可以作为液体流动状态的检测，去除半透膜装置，使芯片保留原有功能的情况下，结构简单，易生产。
为解决上述的技术问题，本发明将采取如下的技术方案：
一种用于微流控芯片的液体控制阀门装置，包括用于感测流体是否流经阀门装置安装位置的检测机构；在微流控芯片中处于常开状态的阀门装置，在检测机构所反馈的数值表明流体流经阀门装置安装位置时，能够自动闭合，处于截流状态；处于截流状态的阀门装置能够定时打开，处于流通状态；处于流通状态的阀门装置，在气路提供的气流推动下，流体能够在阀门装置中流通。
作为本发明的进一步改进，还包括下压机构、密封件；所述的密封件，为导电密封圈，包括外层密封圈、内部封闭膜以及探头触点；内部封闭膜处于外层密封圈的内圈；探头触点与外层密封圈连接；所述的下压机构，包括下压头，该下压头位于内部封闭膜的上方；所述检测机构，包括检测探头，该检测探头与下压头联动连接，并位于探头触点的上方，同时检测探头与探头触点之间的间距小于下压头与内部封闭膜之间的间距；阀门装置安装位置处的微流控流道通过微流控流道横隔分成微阀进液段和微阀出液段；微阀进液段具有出液口，微阀出液段具有进液口；内部封闭膜能够同时覆盖住微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口，并通过外层密封圈密封；当下压机构的下压头带着检测探头面向导电密封圈下行时，在检测探头与探头触点相触时，下压机构停止下行，此时，下压头与内部封闭膜之间存在间距；当检测探头感测的数据出现变化，表明存在流体流经阀门装置安装位置处的微流控流道时，触发下压机构动作，推动下压头继续下行，直至下压头压住内部封闭膜，以同时封住微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口，此时阀门装置处于截流状态；当下压机构的下压头与内部封闭膜之间存在间隙时，阀门装置处于打开状态，内部封闭膜所具有的形变特征，确保流体能够从微阀进液段的出液口流出，从微阀出液段的进液口流入。
作为本发明的进一步改进，还包括微阀防回流结构；该微阀防回流结构具有贯通的微阀防回流流道；微阀防回流流道的下端置于微流控流道横隔的上方，且微阀防回流流道能够分别与微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口对应连通；微阀防回流流道的上端具有用于安装密封件的嵌槽；密封件嵌装于嵌槽中，且内部封闭膜恰好覆盖住微阀防回流流道的上端，同时内部封闭膜具有自由形变的空间。
作为本发明的进一步改进，微阀防回流流道的内腔具有微阀防回流凸块；微阀防回流凸块的外圈与微阀防回流流道的内腔之间形成用于安装外层密封圈的密封圈嵌槽；微阀防回流凸块具有两个贯通流道，分别为微阀防回流进液流道、微阀防回流出液流道；微阀防回流进液流道的下端与微阀进液段的出液口连通，而微阀防回流出液流道的下端则与微阀出液段的进液口连通；外层密封圈嵌装在密封圈嵌槽中，内部封闭膜能够同时覆盖住微阀防回流进液流道的上端、微阀防回流出液流道的上端。
作为本发明的进一步改进，所述微阀防回流结构，与防回流微阀安装位置处的微流控流道分体设置。
作为本发明的进一步改进，检测机构的检测探头为电容探头，电容探头在下压机构的下压驱动的带动下，能够与密封件上的探头触点电性连接。
作为本发明的进一步改进，所述阀门装置为三片式结构，包括从上到下依次分布的上层芯片、中层芯片以及下次芯片；上层芯片、中层芯片以及下次芯片两两相互卡合连接；微阀防回流结构设置于中层芯片，微流控流道布置于下层芯片，嵌槽对应于微阀防回流结构设置于中层芯片的上表面，密封件通过上层芯片压设在嵌槽中，且上层芯片对应于内部密封圈、检测触点的位置对应地分别开设压头穿行孔、探头穿行孔；而下压机构位于上层芯片的上方，下压机构下压，带动下压头通过压头穿行孔，压住内部封闭膜，以封住微阀防回流流道的上端，此时，防回流微阀处于关闭状态；电容探头随着下压机构的下压而朝向上层芯片移动，直至穿过上层芯片上的探头穿行孔后，与置于中层芯片嵌槽中的导电密封圈的探头触点相触，实现电性连接。
本发明的另一种技术目的是一种微流控芯片，包括上述的液体控制阀门装置。
根据上述的技术方案，相对于现有技术，本发明具有如下的优点：
本发明创造性地设计了阀门装置，需要将阀门装置和设备紧密结合，通过有封闭膜的密封圈和设备上面的下压装置，起到随时开关阀门的目的，而且可以重复使用。同时保证大规模生产的需要，阀门装置要对生产工艺的要求不太高。
同时，可以及时检测流道内液体流动至密封圈的时机，准确关闭密封圈，即可排除液体前面的气泡，又可以节流液体，起到半透膜（透气不透液）装置的作用。节省半透膜装置功能模块。
以及兼有防回流装置的作用，因为流道在阀门内是凸起的。
附图说明
图1是本发明所述用于微流控芯片的液体控制阀门装置的结构示意图；
图2是图1中导电密封圈的立体结构示意图；
图3是图1中导电密封圈的另一个方向的结构示意图；
图4是导电密封圈的断面立体结构示意图；
图5是图1中下层芯片的结构示意图；
图6是图1中中层芯片的结构示意图；
图7是中层芯片一个方向的断面立体结构示意图；
图8是中层芯片另一个方向的断面立体结构示意图；
图9是中层芯片再一个方向的断面立体结构示意图；
图中：下压机构1、检测探头2；上层芯片3；导电密封圈4；外层密封圈4-1；内部封闭膜4-2；电容探头触点4-3；中层芯片5；密封圈嵌槽5-1；中层芯片流道5-2；下层芯片6；微流控流道6-1。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)。
如图1-9所示，本发明所述的用于微流控芯片的液体控制阀门装置，为具有防回流功能的防回流微阀；包括下压机构1、检测机构、密封件以及微阀防回流结构；其中：
所述的下压机构1，包括下压头，该下压头位于内部封闭膜4-2的上方。
所述检测机构，包括检测探头2，该检测探头2与下压头联动连接，并位于探头触点的上方，同时检测探头2与探头触点之间的间距小于下压头与内部封闭膜4-2之间的间距。
所述的密封件为导电密封圈4，包括外层密封圈4-1、内部封闭膜4-2以及电容探头触点4-3；内部封闭膜4-2处于外层密封圈4-1的内圈，而电容探头触点4-3则与外层密封圈4-1连接。
所述微阀防回流结构，与防回流微阀安装位置处的微流控流道6-1分体设置，包括贯通的微阀防回流流道；
所述防回流微阀安装位置处的微流控流道6-1通过微流控流道横隔分成微阀进液段和微阀出液段；微阀进液段具有出液口，微阀出液段具有进液口；
微阀防回流流道的下端置于微流控流道横隔的上方，且微阀防回流流道能够分别与微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口对应连通；
本发明中，微阀防回流流道的内腔具有微阀防回流凸块；微阀防回流凸块的外圈与微阀防回流流道的内腔之间形成用于安装外层密封圈4-1的密封圈嵌槽5-1；微阀防回流凸块具有两个贯通流道，分别为微阀防回流进液流道、微阀防回流出液流道；微阀防回流进液流道的下端与微阀进液段的出液口连通，而微阀防回流出液流道的下端则与微阀出液段的进液口连通；外层密封圈4-1嵌装在密封圈嵌槽5-1中，内部封闭膜4-2能够同时覆盖住微阀防回流进液流道的上端、微阀防回流出液流道的上端；
当本发明不配装防回流结构时，所述的内部封闭膜4-2能够同时覆盖住微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口，并通过外层密封圈4-1密封。
检测机构的检测探头2随着下压机构1的下压动作，与电容探头触点4-3相触；随时检测液体是否流到阀门内。此时，防回流微阀处于打开状态。事实上，在下压机构1的下压头与内部封闭膜4-2之间存在间距的情况下，由于内部封闭膜4-2本身具有的形变功能以及安装位置处具有的形变空间，致使在气流的带动下，流体能够从微阀进液段中，克服内部封闭膜4-2形变后，进入微阀出液段。
当接通气路时，在气路提供的气压驱动下，液体向前移动，微阀进液段中的流体经由微阀防回流流道后，流至微阀出液段，检测机构中的电容探头，检测到液体流过来，再次触发下压机构1，在下压驱动的带动下，内部封闭膜4-2封住微阀防回流流道的的上端，此时，防回流微阀处于关闭状态；
检测机构包括电容探头，电容探头在下压机构1的下压驱动的带动下，能够与电容探头触点4-3电性连接。
具体地：当下压机构1的下压头带着检测探头2面向导电密封圈4下行时，在检测探头2与探头触点相触时，下压机构1停止下行，此时，下压头与内部封闭膜4-2之间存在间距；当检测探头2感测的数据出现变化，表明存在流体流经阀门装置安装位置处的微流控流道6-1时，触发下压机构1动作，推动下压头继续下行，直至下压头压住内部封闭膜4-2，以同时封住微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口，此时阀门装置处于截流状态；当下压机构1的下压头与内部封闭膜4-2之间存在间隙时，阀门装置处于打开状态，内部封闭膜4-2所具有的形变特征，确保流体能够从微阀进液段的出液口流出，从微阀出液段的进液口流入。
附图中，所述阀门装置为三片式结构，包括从上到下依次分布的上层芯片3、中层芯片5以及下次芯片；上层芯片3、中层芯片5以及下次芯片两两相互卡合连接；微阀防回流结构设置于中层芯片5，微流控流道6-1布置于下层芯片6，嵌槽对应于微阀防回流结构设置于中层芯片5的上表面，密封件通过上层芯片3压设在嵌槽中，且上层芯片3对应于内部密封圈、检测触点的位置对应地分别开设压头穿行孔、探头穿行孔；而下压机构1位于上层芯片3的上方，下压机构1下压，带动下压头通过压头穿行孔，压住内部封闭膜4-2，以封住微阀防回流流道的上端，此时，防回流微阀处于关闭状态；电容探头随着下压机构1的下压而朝向上层芯片3移动，直至穿过上层芯片3上的探头穿行孔后，与置于中层芯片嵌槽中的导电密封圈4的探头触点相触，实现电性连接。
本发明创造性地设计了阀门装置，使其和微流控液体控制防回流装置融合在一起，节省微流控芯片空间。微流控芯片的位置空间十分有限，本发明能有效的节省微流控流道6-1空间，可以使设计流道时更加有效。避免各个流道之间距离过近导致的液体流道封闭不严，穿流道的问题。
本发明利用导电橡胶材质的导电性，结合设备的电容检测探头2，观察流道内液体流动到阀门的准确时机，及时关闭阀门。节省半透膜装置。
Claims (8)
1.一种用于微流控芯片的液体控制阀门装置，其特征在于，包括用于感测流体是否流经阀门装置安装位置的检测机构；
在微流控芯片中处于常开状态的阀门装置，在检测机构所反馈的数值表明流体流经阀门装置安装位置时，能够自动闭合，处于截流状态；
处于截流状态的阀门装置能够定时打开，处于流通状态；
处于流通状态的阀门装置，在气路提供的气流推动下，流体能够在阀门装置中流通。
2.根据权利要求1所述的用于微流控芯片的液体控制阀门装置，其特征在于，还包括下压机构、密封件；
所述的密封件，为导电密封圈，包括外层密封圈、内部封闭膜以及探头触点；内部封闭膜处于外层密封圈的内圈；探头触点与外层密封圈连接；
所述的下压机构，包括下压头，该下压头位于内部封闭膜的上方；
所述检测机构，包括检测探头，该检测探头与下压头联动连接，并位于探头触点的上方，同时检测探头与探头触点之间的间距小于下压头与内部封闭膜之间的间距；
阀门装置安装位置处的微流控流道通过微流控流道横隔分成微阀进液段和微阀出液段；
微阀进液段具有出液口，微阀出液段具有进液口；
内部封闭膜能够同时覆盖住微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口，并通过外层密封圈密封；
当下压机构的下压头带着检测探头面向导电密封圈下行时，在检测探头与探头触点相触时，下压机构停止下行，此时，下压头与内部封闭膜之间存在间距；当检测探头感测的数据出现变化，表明存在流体流经阀门装置安装位置处的微流控流道时，触发下压机构动作，推动下压头继续下行，直至下压头压住内部封闭膜，以同时封住微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口，此时阀门装置处于截流状态；
当下压机构的下压头与内部封闭膜之间存在间隙时，阀门装置处于打开状态，内部封闭膜所具有的形变特征，确保流体能够从微阀进液段的出液口流出，从微阀出液段的进液口流入。
3.根据权利要求2所述的用于微流控芯片的液体控制阀门装置，其特征在于，还包括微阀防回流结构；该微阀防回流结构具有贯通的微阀防回流流道；
微阀防回流流道的下端置于微流控流道横隔的上方，且微阀防回流流道能够分别与微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口对应连通；
微阀防回流流道的上端具有用于安装密封件的嵌槽；
密封件嵌装于嵌槽中，且内部封闭膜恰好覆盖住微阀防回流流道的上端，同时内部封闭膜具有自由形变的空间。
4.根据权利要求3所述的用于微流控芯片的液体控制阀门装置，其特征在于，微阀防回流流道的内腔具有微阀防回流凸块；
微阀防回流凸块的外圈与微阀防回流流道的内腔之间形成用于安装外层密封圈的密封圈嵌槽；
微阀防回流凸块具有两个贯通流道，分别为微阀防回流进液流道、微阀防回流出液流道；
微阀防回流进液流道的下端与微阀进液段的出液口连通，而微阀防回流出液流道的下端则与微阀出液段的进液口连通；
外层密封圈嵌装在密封圈嵌槽中，内部封闭膜能够同时覆盖住微阀防回流进液流道的上端、微阀防回流出液流道的上端。
5.根据权利要求3或4所述的用于微流控芯片的液体控制阀门装置，其特征在于，所述微阀防回流结构，与防回流微阀安装位置处的微流控流道分体设置。
6.根据权利要求5所述的用于微流控芯片的液体控制阀门装置，其特征在于，检测机构的检测探头为电容探头，电容探头在下压机构的下压驱动的带动下，能够与密封件上的探头触点电性连接。
7.根据权利要求6所述的用于微流控芯片的液体控制阀门装置，其特征在于，所述阀门装置为三片式结构，包括从上到下依次分布的上层芯片、中层芯片以及下次芯片；上层芯片、中层芯片以及下次芯片两两相互卡合连接；
微阀防回流结构设置于中层芯片，微流控流道布置于下层芯片，嵌槽对应于微阀防回流结构设置于中层芯片的上表面，密封件通过上层芯片压设在嵌槽中，且上层芯片对应于内部密封圈、检测触点的位置对应地分别开设压头穿行孔、探头穿行孔；而下压机构位于上层芯片的上方；
下压机构下压，带动下压头通过压头穿行孔，压住内部封闭膜，以封住微阀防回流流道的上端，此时，防回流微阀处于关闭状态；
电容探头随着下压机构的下压而朝向上层芯片移动，直至穿过上层芯片上的探头穿行孔后，与置于中层芯片嵌槽中的导电密封圈的探头触点相触，实现电性连接。
8.一种微流控芯片，其特征在于，包括权利要求1-7中任意一条权利要求所述的液体控制阀门装置。
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