CN107542973B - 具有闭锁阀门的微流控芯片及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有闭锁阀门的微流控芯片及其使用方法；该微流控芯片包括芯片本体，该芯片本体上设置有反应腔，所述反应腔具有两个流体输送孔，分别为反应腔进液孔、反应腔出液孔，反应腔进液孔的侧壁具有与进液微流道连通的进液口，反应腔出液孔的侧壁具有与出液微流道连通的出液口；流体输送孔中沿着轴向配装有闭锁阀门；所述闭锁阀门为弹性塞，该弹性塞能够沿着流体输送孔的轴向单向移动，并具有将流体输送孔处于轴向的两端堵塞住的塞头。因此，本发明能够保证微流控芯片在液体和气体控制中，反应腔与外界流道隔绝。同时，具有结构简单、操作简便的优点。

Description

具有闭锁阀门的微流控芯片及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种具有闭锁阀门的微流控芯片及其使用方法，尤其是一种能够对定子转动力加以利用的发电机。

背景技术

在微流控芯片中，通过阀门控制来达到液体的精确流动。目前常用的阀门多为简单阀门，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。

但是，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，而且需要仪器一直持续的施加气压或者机械力，使微流控芯片的结构复杂，对仪器要求复杂，不便于加工装配及使用。

综上所述，可知现有的微流控芯片阀门装置功能单一，需要外界仪器持续施加控制，稳定性不高，对仪器持续工作的要求高，在功能上难以满足反应腔与外界完全隔绝的需求，一旦反应腔内出现气压或温度等变化就容易发生液体或气体外漏的情况。因此，如何提供一种隔绝反应腔与外界流道的闭锁阀门，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

本发明提供一种微流控芯片，其具有特殊结构的闭锁阀门，能够保证微流控芯片在液体和气体控制中，反应腔与外界流道隔绝。

为实现上述的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：

一种具有闭锁阀门的微流控芯片，包括芯片本体，该芯片本体上设置有反应腔，所述反应腔具有两个流体输送孔，分别为反应腔进液孔、反应腔出液孔，

反应腔进液孔的侧壁具有与进液微流道连通的进液口，反应腔出液孔的侧壁具有与出液微流道连通的出液口；流体输送孔中沿着轴向配装有闭锁阀门；所述闭锁阀门为弹性塞，该弹性塞能够沿着流体输送孔的轴向单向移动，并具有将流体输送孔处于轴向的两端堵塞住的塞头。

作为本发明的进一步改进，弹性塞包括轴状本体，该轴状本体的外径与流体输送孔的孔径匹配；轴状本体的一端为推动端，露置于反应腔的外侧，另一端为前行端，配装于流体输送孔中，且轴状本体在紧靠着流体输送孔的轴向两端外侧均具有塞头，分别为第一塞头、第二塞头；第二塞头位于轴状本体的前行端，第一塞头处于推动端与第二塞头之间；第一塞头呈碗状设置，包括大端、小端以及将大端、小端连接的弧形连接面；所述第一塞头的小端与流体输送孔相邻，而第一塞头的大端远离流体输送孔设置；所述第二塞头呈弧形凸状设置，包括基底平面以及隆起于基底平面的弧面，第二塞头的基底平面与流体输送孔相邻，而第二塞头的弧面远离流体输送孔设置；当通过推动端推动弹性塞时，第二塞头的弧面能够因弹性收缩而穿出流体输送孔，且第二塞头的基底平面在穿出流体输送孔的瞬间能够因弹性回复力而展开，紧贴在流体输送孔与反应腔紧邻的端面，此时第一塞头的小端能够堵住流体输送孔与反应腔远离的那一端。

作为本发明的进一步改进，所述芯片本体为三片式结构，包括上层芯片、中层芯片、下层芯片；进液微流道、出液微流道设置于中层芯片，下层芯片在反应腔的对应位置处设置有反应槽，反应腔进液孔、反应腔出液孔均为贯穿上层芯片、中层芯片后与反应槽连通的孔洞，且反应腔进液孔处于中层芯片的部分能够与进液微流道连通，而反应腔出液孔处于中层芯片的部分则能够与出液微流道连通。

本发明的另一技术目的是提供一种基于上述的具有闭锁阀门的微流控芯片的使用方法，包括：

起始状态，芯片本体的反应腔进液孔、反应腔出液孔均配装弹性塞，此时，配装于反应腔进液孔、反应腔出液孔中弹性塞的第二塞头均穿过流体输送孔处于上层芯片的部分后止行，保证进液微流道与反应腔之间连通，出液微流道与反应腔之间也处于连通状态；

当向芯片本体中注入样本时，需要出液微流道与反应腔之间处于截流状态，闭锁反应腔出液孔，而反应腔进液孔处于流通状态，因此，保持反应腔进液孔中弹性塞的第二塞头所处位置不动，而推动反应腔出液孔中的弹性塞，促使反应腔出液孔中弹性塞的第二塞头穿过流体输送孔处于中层芯片的部分放置；

当向芯片本体中注完样本后，需要出液微流道与反应腔之间处于截流状态，进液微流道与反应腔之间也处于截流状态；因此，保持反应腔出液孔中弹性塞的第二塞头的位置不动，而推动反应腔进液孔中的弹性塞，促使反应腔进液孔中弹性塞的第二塞头穿过流体输送孔处于中层芯片的部分放置。

根据上述的技术方案，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过在反应腔的流体输送孔中配装由弹性塞构成的闭锁阀门，可以使得反应腔能够处于闭锁状态，保证反应腔在反应过程中不会与外界环境存在流体交换，即能够完全封闭反应腔，避免液体或气体外泄。

另外，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，同时解决内外隔绝密封的问题。同时由于该结构由外界机械操作一次，不需要持续提供作用力，使仪器操作也大大简化。

附图说明

图1是本发明所述具有闭锁阀门的微流控芯片的断面结构示意图；

图2是上层芯片的结构示意图；

图3是中层芯片的结构示意图；

图4是下层芯片的结构示意图；

图5是具有闭锁阀门的微流控芯片的结构示意图；

图6是弹性塞的结构示意图；

图中：

1-第一弹性塞；2-第二弹性塞；3-上层芯片；4-中层芯片；5-下层芯片；

11-推动端；12-第一塞头；13-第二塞头；

31-上层芯片进样孔；32-上层芯片废液排孔；33-反应腔进液孔处于上层芯片的部分；34-反应腔出液孔处于上层芯片的部分；

41-中层芯片进样孔；42-中层芯片废液排孔；43-中层芯片微流道；44-反应腔进液孔处于中层芯片的部分；45-反应腔出液孔处于中层芯片的部分；

51-废液槽；52-反应槽；

A-进样腔；B-废液腔；C-微流道；D-反应腔；1-第一弹性塞；2-第二弹性塞。

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至所6所示，本发明所述的具有闭锁阀门的微流控芯片，包括芯片本体，该芯片本体上设置有反应腔D，所述反应腔D具有两个流体输送孔，分别为反应腔进液孔、反应腔出液孔，反应腔进液孔的侧壁具有与进液微流道连通的进液口，反应腔出液孔的侧壁具有与出液微流道连通的出液口；流体输送孔中沿着轴向配装有闭锁阀门；所述闭锁阀门为弹性塞，该弹性塞能够沿着流体输送孔的轴向单向移动，并具有将流体输送孔处于轴向的两端堵塞住的塞头。

如图2-5所示，本发明所述的芯片本体为三片式结构，包括上层芯片3、中层芯片4、下层芯片5；进液微流道、出液微流道设置于中层芯片，下层芯片在反应腔的对应位置处设置有反应槽52，反应腔进液孔、反应腔出液孔均为贯穿上层芯片、中层芯片后与反应槽连通的孔洞，且反应腔进液孔处于中层芯片的部分44能够与进液微流道连通，而反应腔出液孔处于中层芯片的部分45则能够与出液微流道连通。反应腔进液孔、反应腔出液孔处于上层芯片的部分32、33均用于安装闭锁阀门。

另外，在下层芯片上还设置废液槽51，中层芯片在废液槽的对应位置处设置中层芯片废液排孔，该中层芯片废液排孔的侧壁具有与出液微流道连通的进液口，中层芯片废液排孔的上方与上层芯片上的盖板封接，而下方则与废液槽连通。

如图6所示，本发明所述的弹性塞包括轴状本体，该轴状本体的外径与流体输送孔的孔径匹配；轴状本体的一端为推动端11，露置于反应腔的外侧，另一端为前行端，配装于流体输送孔中，且轴状本体在紧靠着流体输送孔的轴向两端外侧均具有塞头，分别为第一塞头12、第二塞头13；第二塞头位于轴状本体的前行端，第一塞头处于推动端与第二塞头之间；第一塞头呈碗状设置，包括大端、小端以及将大端、小端连接的弧形连接面；所述第一塞头的小端与流体输送孔相邻，而第一塞头的大端远离流体输送孔设置；所述第二塞头呈弧形凸状设置，包括基底平面以及隆起于基底平面的弧面，第二塞头的基底平面与流体输送孔相邻，而第二塞头的弧面远离流体输送孔设置；当通过推动端推动弹性塞时，第二塞头的弧面能够因弹性收缩而穿出流体输送孔，且第二塞头的基底平面在穿出流体输送孔的瞬间能够因弹性回复力而展开，紧贴在流体输送孔与反应腔紧邻的端面，此时第一塞头的小端能够堵住流体输送孔与反应腔远离的那一端。

因此，根据上述的微流控芯片，可知其工作原理如下：

起始状态，芯片本体的反应腔进液孔、反应腔出液孔均配装弹性塞，此时，配装于反应腔进液孔、反应腔出液孔中弹性塞的第二塞头均穿过流体输送孔处于上层芯片的部分后止行，保证进液微流道与反应腔之间连通，出液微流道与反应腔之间也处于连通状态；

当向芯片本体中注入样本时，需要出液微流道与反应腔之间处于截流状态，闭锁反应腔出液孔，而反应腔进液孔处于流通状态，因此，保持反应腔进液孔中弹性塞的第二塞头所处位置不动，而推动反应腔出液孔中的弹性塞，促使反应腔出液孔中弹性塞的第二塞头穿过流体输送孔处于中层芯片的部分放置；

当向芯片本体中注完样本后，需要出液微流道与反应腔之间处于截流状态，进液微流道与反应腔之间也处于截流状态；因此，保持反应腔出液孔中弹性塞的第二塞头的位置不动，而推动反应腔进液孔中的弹性塞，促使反应腔进液孔中弹性塞的第二塞头穿过流体输送孔处于中层芯片的部分放置。

Claims (4)

1.一种具有闭锁阀门的微流控芯片，包括芯片本体；所述芯片本体为三片式结构，且芯片本体上设置有反应腔，所述反应腔具有两个流体输送孔，分别为反应腔进液孔、反应腔出液孔，其特征在于，反应腔进液孔的侧壁具有与进液微流道连通的进液口，反应腔出液孔的侧壁具有与出液微流道连通的出液口；流体输送孔中沿着轴向配装有闭锁阀门；所述闭锁阀门为弹性塞，该弹性塞能够沿着流体输送孔的轴向单向移动，并具有将流体输送孔处于轴向的两端堵塞住的塞头；

弹性塞包括轴状本体，该轴状本体的外径与流体输送孔的孔径匹配；轴状本体的一端为推动端，露置于反应腔的外侧，另一端为前行端，配装于流体输送孔中，且轴状本体在紧靠着流体输送孔的轴向两端外侧均具有塞头，分别为第一塞头、第二塞头；第二塞头位于轴状本体的前行端，第一塞头处于推动端与第二塞头之间；第一塞头呈碗状设置，包括大端、小端以及将大端、小端连接的弧形连接面；所述第一塞头的小端与流体输送孔相邻，而第一塞头的大端远离流体输送孔设置；所述第二塞头呈弧形凸状设置，包括基底平面以及隆起于基底平面的弧面，第二塞头的基底平面与流体输送孔相邻，而第二塞头的弧面远离流体输送孔设置；当通过推动端推动弹性塞时，第二塞头的弧面能够因弹性收缩而穿出流体输送孔，且第二塞头的基底平面在穿出流体输送孔的瞬间能够因弹性回复力而展开，紧贴在流体输送孔与反应腔紧邻的端面，此时第一塞头的小端能够堵住流体输送孔与反应腔远离的那一端。

2.根据权利要求1所述的具有闭锁阀门的微流控芯片，其特征在于，所述芯片本体包括上层芯片、中层芯片、下层芯片；进液微流道、出液微流道设置于中层芯片，下层芯片在反应腔的对应位置处设置有反应槽，反应腔进液孔、反应腔出液孔均为贯穿上层芯片、中层芯片后与反应槽连通的孔洞，且反应腔进液孔处于中层芯片的部分能够与进液微流道连通，而反应腔出液孔处于中层芯片的部分则能够与出液微流道连通；反应腔进液孔、反应腔出液孔处于上层芯片的部分均用于安装闭锁阀门。

3.根据权利要求2所述的具有闭锁阀门的微流控芯片，其特征在于，在下层芯片上还设置废液槽，中层芯片在废液槽的对应位置处设置中层芯片废液排孔，该中层芯片废液排孔的侧壁具有与出液微流道连通的进液口，中层芯片废液排孔的上方与上层芯片上的盖板封接，而下方则与废液槽连通。

4.一种基于权利要求2所述的具有闭锁阀门的微流控芯片的使用方法，其特征在于，包括：起始状态，芯片本体的反应腔进液孔、反应腔出液孔均配装弹性塞，此时，配装于反应腔进液孔、反应腔出液孔中弹性塞的第二塞头均穿过流体输送孔处于上层芯片的部分后止行，保证进液微流道与反应腔之间连通，出液微流道与反应腔之间也处于连通状态；当向芯片本体中注入样本时，需要出液微流道与反应腔之间处于截流状态，闭锁反应腔出液孔，而反应腔进液孔处于流通状态，因此，保持反应腔进液孔中弹性塞的第二塞头所处位置不动，而推动反应腔出液孔中的弹性塞，促使反应腔出液孔中弹性塞的第二塞头穿过流体输送孔处于中层芯片的部分放置；当向芯片本体中注完样本后，需要出液微流道与反应腔之间处于截流状态，进液微流道与反应腔之间也处于截流状态；因此，保持反应腔出液孔中弹性塞的第二塞头的位置不动，而推动反应腔进液孔中的弹性塞，促使反应腔进液孔中弹性塞的第二塞头穿过流体输送孔处于中层芯片的部分放置。