CN107387866A - 用于微流控芯片的液体闭锁阀门及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微流控芯片的液体闭锁阀门及其使用方法；阀门包括底座、上盖、膜片、上盖定位机构，上盖能够通过上盖定位机构朝向底座单向移动并定位在底座上方；底座的中部位置设置有换流区；换流区具有若干流道，包括进液流道、出液流道；底座在换流区的外围设置密封圈嵌槽，上盖定位机构固定在底座上，并处于密封圈嵌槽的外侧；膜片位于上盖和底座之间；包括设置于膜片外缘的密封圈和处于密封圈内侧的封闭膜；密封圈嵌装于密封圈嵌槽中，而封闭膜与底座的换流区形状匹配，恰能够覆盖换流区；因此，本发明可以一次闭锁多流道，避免使用重复单一的阀门装置，同时可以让阀门控制的区域达到完全密闭的作用，使微流控芯片反应避免受到污染。

Description

用于微流控芯片的液体闭锁阀门及其使用方法

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，具体的说，涉及一种多流道带闭锁结构的微流控阀门及该阀门的使用方法。

背景技术

在微流控中，通过阀门控制来达到液体的精确流动。目前常用的阀多为单流道简单的阀门，通过气压或者机械力的推动来达到阀门的关闭，以阻断液体的流动；也有通过一个旋转装置来达到阻断液体的流动。

微流控阀门大致分为：转动阀门、石蜡阀门、石蜡热熔阀，磁铁移动阀门，气动阀门、机械阀门。转动阀门是通过转动转子，当转子上的微柱与底座上的微孔相接触时阀门关闭。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。

上述微流控阀门通过气压或机械力仅完成了流路的阻断功能，当气压或机械力消失的时候，流道又会恢复通路。对需要完成一个闭锁装置且多流道功能的芯片来说，就需要仪器一直持续的施加气压或者机械力，并使用多个阀门，微流控芯片的结构会比较复杂，对仪器要求复杂，不便于装配及使用。

综上所述，如何提供一种具有多流道带有闭锁结构的微流控阀门，以减少微流控芯片上安装的部件，减少仪器的持续工作，从而便于装配，便于操作，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种用于微流控芯片的液体闭锁阀门，通过有封闭膜的密封圈和设备上面的下压装置，起到随时闭锁阀门的目的，该阀门装置可以一次闭锁多流道，避免使用重复单一的阀门装置，同时可以让阀门控制的区域达到完全密闭的作用，使微流控芯片反应避免受到污染。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。

为实现上述的技术目的，本发明采取如下的技术方案：

一种用于微流控芯片的液体闭锁阀门，包括底座、上盖、膜片以及上盖定位机构，其中：

上盖能够通过上盖定位机构朝向底座单向移动并定位在底座上方；

底座的中部位置设置有换流区；换流区具有若干流道，包括进液流道、出液流道；底座在换流区的外围设置密封圈嵌槽，上盖定位机构固定在底座上，并处于密封圈嵌槽的外侧；

膜片位于上盖和底座之间；包括设置于膜片外缘的密封圈和处于密封圈内侧的封闭膜；密封圈嵌装于密封圈嵌槽中，而封闭膜与底座的换流区形状匹配，恰能够覆盖换流区；

所述上盖在上盖定位机构上具有两个极限位置，分别为上极限位置、下极限位置，且上盖在推力作用下，能够从上极限位置移动到下极限位置；

当上盖处于上极限位置时，上盖、膜片、底座换流区之间处于分离状态，此时，底座换流区的进液流道、出液流道处于流通状态；

当上盖处于下极限位置时，膜片通过上盖的推压，能够贴紧底座的换流区，促使换流区的进液流道、出液流道处于截流状态。

作为本发明的进一步改进，所述上盖定位机构包括两块以上的立板；各立板均固定安装在底座上，并均布在密封圈嵌槽的外围；

各立板的内侧板面在等高位置处均安装有定位部；

定位部为一槽口结构，包括两块相互平行的定位块，分别为上定位块、下定位块；定位块的一端固定安装在立板上，另一端活动设置，且活动端具有上挡面a和下挡面a，下挡面a为一平面，上挡面a为一相对于下挡面a倾斜设置、倾角为锐角的上倾导向弧面。

作为本发明的进一步改进，所述上盖包括用于推动膜片的上盖压头部分以及用于定位上盖的上盖固定部分，所述上盖压头部分的厚度大于上盖固定部分的厚度，且上盖压头部分设置于上盖中部位置处，而上盖固定部分设置于上盖压头部分的外围，且上盖固定部分在边缘位置处具有上挡面b和下挡面b，上挡面b为一平面，下挡面b为一相对于上挡面b倾斜设置、倾角为锐角的下倾导向弧面。

作为本发明的进一步改进，上盖固定部分的下挡面b能够以线接触的方式搭接在定位块的上挡面a上，且通过对上盖压头部分施加推力，上盖固定部分的下挡面b能够沿着定位块的上挡面a向下滑动，直至上盖固定部分的上挡面b处于定位块的下挡面a下方并通过定位块的下挡面a限位；

当上盖处于上极限位置时，上盖固定部分的边缘置于上定位块与下定位块所形成的槽口结构中，并通过上定位块的下挡面b限位，且上盖固定部分的下挡面b，以线接触的方式搭接在下定位块的上挡面a上；

当上盖处于下极限位置时，上盖固定部分的边缘通过下定位块的下挡面b限位，并通过上盖压头部分推动膜片，促使膜片贴紧底座换流区。

作为本发明的进一步改进，所述上盖固定部分呈圆形设置，上盖压头部分为上盖固定部分朝向膜片隆起的圆形凸台。

作为本发明的进一步改进，所述立板为两块，对称地分布在密封圈嵌槽的两端。

作为本发明的进一步改进，所述换流区呈圆形设置；进液流道为一条，出液流道为一条以上，且进液流道、出液流道呈排状分布在换流区的轴线上，同时进液流道处于换流区的中部位置。

本发明的另一技术目的是提供一种上述的用于微流控芯片的液体闭锁阀门的使用方法，包括：

流通状态：上盖的边缘嵌装在槽口结构中，此时，上盖固定部分的边缘置于上定位块与下定位块所形成的槽口结构中，并通过上定位块的下挡面b限位，且上盖固定部分的下挡面b，以线接触的方式搭接在下定位块的上挡面a上；膜片外缘的密封圈嵌装在底座上换流区外侧的密封嵌槽内，且上盖压头部分、膜片的封闭膜、换流区三者均处于分离状态，因此，底座换流区的进液流道、出液流道处于流通状态，由进液流道流入的流体能够通过各出液流道分流出去；

闭锁状态：使用下压机构的作动头对上盖施压，推动上盖朝向底座移动，促使上盖固定部分的下挡面b沿着下定位块的上挡面a向下滑动，直至上盖固定部分的上挡面b处于定位块的下挡面a下方并通过定位块的下挡面a以及膜片限位，此时，膜片在上盖压头部分的推动下，贴紧底座换流区，促使换流区的进液流道、出液流道处于截流状态，阀门处于闭锁状态；另外，在下压机构作动头推动过程中，上盖固定部分的下挡面b具有沿着其自身弧面的弹性变形，同时下定位块的上挡面a也具有沿着其自身弧面的弹性变形，使得上盖固定部分能够从下定位块的上方滑动到下定位块的下方。

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多流道闭锁阀门装置，使其和微流控液体控制装置融合在一起，节省微流控芯片空间。微流控芯片的位置空间十分有限，本发明能有效地节省微流控流道空间，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。

由于单个阀门可以控制多个流道及闭锁装置，使一个设备可以操作多个微流控芯片，起到多通量的效果。设备可以离开微流控芯片，去操作另一个微流控芯片，起到多通量的目的。节省时间，提高效率。

另外，一个门阀控制关闭多个流道，保证芯片中腔室反应时的密封性，减少阀门的数量，保证了芯片的合理性。

附图说明

图1是本发明所述的用于微流控芯片的液体闭锁阀门的结构示意图（剖面）；

图2是本发明所述底座的结构示意图；

图3是所述膜片的结构示意图；

图4是所述上盖的结构示意图；

图5是本发明所述的用于微流控芯片的液体闭锁阀门的立体结构示意图；

图中：1-上盖；2-膜片；3-立板；4-进液流道；5-隔块；6-出液流道；7-底座；8-密封圈；9-上盖固定部分；10-密封圈嵌槽；11-定位部；12-上盖压头部分。

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至5所示，本发明所述用于微流控芯片的液体闭锁阀门，包括底座7、上盖1、膜片2以及上盖定位机构，底座、上盖、上盖定位机构均采用高分子聚合物材料制成，其中：

所述上盖，如图4所示，包括用于推动膜片的上盖压头部分12以及用于定位上盖的上盖固定部分9，所述上盖压头部分的厚度大于上盖固定部分的厚度，目的在于上盖固定部分能够相对于上盖压头部分发生变形，且上盖压头部分设置于上盖中部位置处，而上盖固定部分设置于上盖压头部分的外围，且上盖固定部分在边缘位置处具有上挡面b和下挡面b，上挡面b为一平面，下挡面b为一相对于上挡面b倾斜设置、倾角为锐角的下倾导向弧面。具体地，所述上盖固定部分呈圆形设置，上盖压头部分为上盖固定部分朝向膜片隆起的圆形凸台。

所述底座，如图2所示，中部位置设置有换流区；换流区具有若干流道，包括进液流道4、出液流道6，其中：换流区呈圆形设置；进液流道为一条，出液流道为一条以上，附图中有四条，且进液流道、出液流道呈排状分布在换流区的轴线上，进液流道4、出液流道6之间存在隔块5；同时进液流道处于换流区的中部位置；底座在换流区的外围设置密封圈嵌槽10，上盖定位机构固定在底座上，并处于密封圈嵌槽的外侧。因此，本发明所述的阀门具有分流作用，和多通道效果。

所述上盖定位机构包括两块以上的立板3，附图中，立板为两块，对称地分布在密封圈嵌槽的两端；各立板均固定安装在底座上，并均布在密封圈嵌槽的外围；

各立板的内侧板面在等高位置处均安装有定位部；

定位部11为一槽口结构，包括两块相互平行的定位块，分别为上定位块、下定位块；定位块的一端固定安装在立板上，另一端活动设置，且活动端具有上挡面a和下挡面a，下挡面a为一平面，上挡面a为一相对于下挡面a倾斜设置、倾角为锐角的上倾导向弧面。

上盖固定部分的下挡面b能够以线接触的方式搭接在定位块的上挡面a上，且通过对上盖压头部分施加推力，上盖固定部分的下挡面b能够沿着定位块的上挡面a向下滑动，直至上盖固定部分的上挡面b处于定位块的下挡面a下方并通过定位块的下挡面a限位。

上盖压头部分边缘位置处以及定位块活动端的特殊结构，使得上盖压头部分边缘位置处以及定位块活动端均能够沿着自身弧面的方向发生单向变形，可以保证上盖相对于底座的移动是单向的，反向移动时，会受到阻力，不能成功，有效地维持了阀门闭锁状态的密闭性。

上盖能够通过上盖定位机构朝向底座单向移动并定位在底座上方；

膜片，如图3所示，为带有柔软弹性的橡胶膜，位于上盖和底座之间；包括设置于膜片外缘的密封圈8和处于密封圈内侧的封闭膜；密封圈嵌装于密封圈嵌槽中，而封闭膜与底座的换流区形状匹配，恰能够覆盖换流区。

所述上盖在上盖定位机构上具有两个极限位置，分别为上极限位置、下极限位置，且上盖在推力作用下，能够从上极限位置移动到下极限位置；

当上盖处于上极限位置时，本实施例中，此刻的上盖固定部分的边缘置于上定位块与下定位块所形成的槽口结构中，并通过上定位块的下挡面b限位，且上盖固定部分的下挡面b，以线接触的方式搭接在下定位块的上挡面a上；上盖、膜片、底座换流区之间处于分离状态，此时，底座换流区的进液流道、出液流道处于流通状态；

当上盖处于下极限位置时，本实施例中，上盖固定部分的边缘通过下定位块的下挡面b限位，并通过上盖压头部分推动膜片，促使膜片贴紧底座换流区，促使换流区的进液流道、出液流道处于截流状态。

本发明所述液体闭锁阀门的工作原理是：

流通状态：上盖的边缘嵌装在槽口结构中，此时，上盖固定部分的边缘置于上定位块与下定位块所形成的槽口结构中，并通过上定位块的下挡面b限位，且上盖固定部分的下挡面b，以线接触的方式搭接在下定位块的上挡面a上；膜片外缘的密封圈嵌装在底座上换流区外侧的密封嵌槽内，且上盖压头部分、膜片的封闭膜、换流区三者均处于分离状态，因此，底座换流区的进液流道、出液流道处于流通状态，由进液流道流入的流体能够通过各出液流道分流出去；

闭锁状态：使用下压机构的作动头对上盖施压，推动上盖朝向底座移动，促使上盖固定部分的下挡面b沿着下定位块的上挡面a向下滑动，直至上盖固定部分的上挡面b处于定位块的下挡面a下方并通过定位块的下挡面a以及膜片限位，此时，膜片在上盖压头部分的推动下，贴紧底座换流区，促使换流区的进液流道、出液流道处于截流状态，阀门处于闭锁状态；另外，在下压机构作动头推动过程中，上盖固定部分的下挡面b具有沿着其自身弧面的弹性变形，同时下定位块的上挡面a也具有沿着其自身弧面的弹性变形，使得上盖固定部分能够从下定位块的上方滑动到下定位块的下方。

Claims (8)

1.一种用于微流控芯片的液体闭锁阀门，其特征在于，包括底座、上盖、膜片以及上盖定位机构，其中：

上盖能够通过上盖定位机构朝向底座单向移动并定位在底座上方；

底座的中部位置设置有换流区；换流区具有若干流道，包括进液流道、出液流道；底座在换流区的外围设置密封圈嵌槽，上盖定位机构固定在底座上，并处于密封圈嵌槽的外侧；

膜片位于上盖和底座之间；包括设置于膜片外缘的密封圈和处于密封圈内侧的封闭膜；密封圈嵌装于密封圈嵌槽中，而封闭膜与底座的换流区形状匹配，恰能够覆盖换流区；

所述上盖在上盖定位机构上具有两个极限位置，分别为上极限位置、下极限位置，且上盖在推力作用下，能够从上极限位置移动到下极限位置；

当上盖处于上极限位置时，上盖、膜片、底座换流区之间处于分离状态，此时，底座换流区的进液流道、出液流道处于流通状态；

当上盖处于下极限位置时，膜片通过上盖的推压，能够贴紧底座的换流区，促使换流区的进液流道、出液流道处于截流状态。

2.根据权利要求1所述用于微流控芯片的液体闭锁阀门，其特征在于，所述上盖定位机构包括两块以上的立板；各立板均固定安装在底座上，并均布在密封圈嵌槽的外围；

各立板的内侧板面在等高位置处均安装有定位部；

定位部为一槽口结构，包括两块相互平行的定位块，分别为上定位块、下定位块；定位块的一端固定安装在立板上，另一端活动设置，且活动端具有上挡面a和下挡面a，下挡面a为一平面，上挡面a为一相对于下挡面a倾斜设置、倾角为锐角的上倾导向弧面。

3.根据权利要求2所述用于微流控芯片的液体闭锁阀门，其特征在于，所述上盖包括用于推动膜片的上盖压头部分以及用于定位上盖的上盖固定部分，所述上盖压头部分的厚度大于上盖固定部分的厚度，且上盖压头部分设置于上盖中部位置处，而上盖固定部分设置于上盖压头部分的外围，且上盖固定部分在边缘位置处具有上挡面b和下挡面b，上挡面b为一平面，下挡面b为一相对于上挡面b倾斜设置、倾角为锐角的下倾导向弧面。

4.根据权利要求3所述用于微流控芯片的液体闭锁阀门，其特征在于，上盖固定部分的下挡面b能够以线接触的方式搭接在定位块的上挡面a上，且通过对上盖压头部分施加推力，上盖固定部分的下挡面b能够沿着定位块的上挡面a向下滑动，直至上盖固定部分的上挡面b处于定位块的下挡面a下方并通过定位块的下挡面a限位；

当上盖处于上极限位置时，上盖固定部分的边缘置于上定位块与下定位块所形成的槽口结构中，并通过上定位块的下挡面b限位，且上盖固定部分的下挡面b，以线接触的方式搭接在下定位块的上挡面a上；

当上盖处于下极限位置时，上盖固定部分的边缘通过下定位块的下挡面b限位，并通过上盖压头部分推动膜片，促使膜片贴紧底座换流区。

5.根据权利要求3所述用于微流控芯片的液体闭锁阀门，其特征在于，所述上盖固定部分呈圆形设置，上盖压头部分为上盖固定部分朝向膜片隆起的圆形凸台。

6.根据权利要求2所述用于微流控芯片的液体闭锁阀门，其特征在于，所述立板为两块，对称地分布在密封圈嵌槽的两端。

7.根据权利要求2所述用于微流控芯片的液体闭锁阀门，其特征在于，所述换流区呈圆形设置；进液流道为一条，出液流道为一条以上，且进液流道、出液流道呈排状分布在换流区的轴线上，同时进液流道处于换流区的中部位置。

8.一种权1所述用于微流控芯片的液体闭锁阀门的使用方法，其特征在于，包括：

流通状态：上盖的边缘嵌装在槽口结构中，此时，上盖固定部分的边缘置于上定位块与下定位块所形成的槽口结构中，并通过上定位块的下挡面b限位，且上盖固定部分的下挡面b，以线接触的方式搭接在下定位块的上挡面a上；膜片外缘的密封圈嵌装在底座上换流区外侧的密封嵌槽内，且上盖压头部分、膜片的封闭膜、换流区三者均处于分离状态，因此，底座换流区的进液流道、出液流道处于流通状态，由进液流道流入的流体能够通过各出液流道分流出去；

闭锁状态：使用下压机构的作动头对上盖施压，推动上盖朝向底座移动，促使上盖固定部分的下挡面b沿着下定位块的上挡面a向下滑动，直至上盖固定部分的上挡面b处于定位块的下挡面a下方并通过定位块的下挡面a以及膜片限位，此时，膜片在上盖压头部分的推动下，贴紧底座换流区，促使换流区的进液流道、出液流道处于截流状态，阀门处于闭锁状态；另外，在下压机构作动头推动过程中，上盖固定部分的下挡面b具有沿着其自身弧面的弹性变形，同时下定位块的上挡面a也具有沿着其自身弧面的弹性变形，使得上盖固定部分能够从下定位块的上方滑动到下定位块的下方。