CN108150672A - 截止阀 - Google Patents
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Abstract
一种截止阀，包括：供流体流通的流道，以及分别与流道连通的流体入口和流体出口；截止部，设置于所述流道上，配置为可阻隔流道内流体流通；真空组件，设置于流道上且位于截止部和所述流体出口之间，配置为当截止部阻隔流道内流体流通时，对流道内流体产生负压。本发明的截止阀通过截止部和真空组件的协同工作，可实现对下游流体的精准控制，消除流体溢出。
Description
技术领域
本发明涉及流体控制领域，还涉及生物医疗检测领域，进一步涉及一种截止阀。
背景技术
上世纪九十年代以来，微流体领域的迅猛发展，给生物医疗带来了革命性的冲击。而基于液滴的微流体(Droplet based microfluidics)应用，也给生物化学领域带来了许多新的研究方法和解决方案。单个液滴形成的微反应器与外界环境形成较好的隔绝，可以方便地进行混合、移动等操作。对于液滴的操控包括液滴产生(generate)、液滴移动(transport)、液滴存储(store)、液滴分解(split)、液滴合并(fuse)、液滴筛分(sort)和液滴分析(analyze)。
过去二十年里，科研人员对液滴的产生进行了大量的研究，提出了各种新颖可靠的液滴产生结构，并通过流量的控制，外界的激励对液滴的大小、频率进行较为准确的控制。但由于液滴产生对流量控制的要求较高，对于液滴产生数量的精准控制始终未能实现。
为精准控制液滴产生数量，通常在产生指定数目的液滴后停止分散相(dispersedphase)的供给从而停止液滴继续产生。为此一方面需要在源头上关闭分散相输入，另一方面需在分散相流道上同时设置截止部件，以防止连续相流体(continuous phase)涌入分散相通道。常用的截止阀采用螺纹方式，使阀瓣与阀体强制密闭接触，从而堵死通道。但该方法反应时间长，不适用于高精度场合。微流体实验室中，为实现快速截止，常采用电磁控制或气动膜的方式，通过电磁力或气动力使阀瓣或气动膜快速与阀体接触，阻止流体继续运动。
上述方法应用于液滴控制时，均存在不可控的液体溢出问题。当阀瓣或气动膜下压时，液体不可避免的被压向通道上游和下游，流向下游的液体会在分散相和连续相界面处溢出，从而额外形成数目不可控的且非均一尺寸的微液滴，严重影响了对液滴数量的精准控制要求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供一种截止阀，以解决以上所述的至少部分技术问题。
(二)技术方案
根据本发明的一方面，提供一种截止阀，包括：供流体流通的流道，以及分别与流道连通的流体入口和流体出口；截止部，设置于所述流道上，配置为可阻隔流道内流体流通；真空组件，设置于流道上且位于截止部和所述流体出口之间，配置为当截止部阻隔流道内流体流通时，对流道内流体产生负压。
在进一步的实施方案中，真空组件包括：真空膜、真空流体腔和真空控制腔，所述真空流体腔与所述流道连通，真空流体腔和真空控制腔通过所述真空膜分隔；还包括真空接口，一端连接真空控制腔，另一端配置为连接至一真空产生装置。
在进一步的实施方案中，所述真空膜的材料为氟胶、硅胶或丁晴橡胶。
在进一步的实施方案中，所述真空组件还包括真空膜卡槽，所述真空膜设置于所述真空膜卡槽内。
在进一步的实施方案中，所述截止部为气动截止部。
在进一步的实施方案中，所述气动截止部包括：高压流体腔、截止膜和高压控制腔，所述高压流体腔与所述流道连通，高压流体腔和高压控制腔通过所述截止膜分隔；还包括高压接口，一端连接高压控制腔，另一端配置为连接至一压力产生装置。
在进一步的实施方案中，所述气动截止部还包括截止膜卡槽，所述截止膜设置于所述截止膜卡槽内。
在进一步的实施方案中，所述截止膜的材料为氟胶、硅胶或丁晴橡胶。
根据本发明的另一方面，提供一种截止阀，包括：
流体层，包括供流体流动的流道，包括流体入口和流体出口；与流道连通的高压流体腔，与所述流道连通的真空流体腔；
隔离层，位于流体层上部，包括：截止膜和截止膜卡槽，所述截止膜设置于所述截止膜卡槽内；真空膜和真空膜卡槽，所述真空膜设置于所述真空膜卡槽内，所述真空膜位于所述截止膜和流体出口之间；控制层，包括高压控制腔、高压接口、真空控制腔和真空接口，其中，所述高压流体腔与高压控制腔通过截止膜分隔；所述真空流体腔与真空控制腔通过真空膜分隔；高压接口一端连接至高压控制腔，另一端配置为连接至一压力产生装置，以在压力产生装置产生压力时传输至高压控制腔，压迫所述截止膜压向所述流道以截止流体流动；所述真空接口一端连接至真空控制腔，另一端配置为连接至一真空产生装置，以在真空产生装置工作时将负压传输至真空控制腔，通过负压使真空膜变形以为流道提供额外空间。
在进一步的实施方案中，所述流体出口配置为与一微流控芯片连通。
在进一步的实施方案中，所述截止阀通过3D打印方式一体成型。
(三)有益效果
本发明提供的截止阀，具有以下有益效果：
本发明实施例的截止阀结构简单，设备小型化，便于携带；
本发明实施例的截止阀使用气动膜或电机控制膜等进行截止控制，反应灵敏；
本发明实施例的截止阀通过截止部和真空组件的协同工作，可实现对下游流体的精准控制，消除液体溢出；
本发明实施例的截止阀可通过调节真空膜的大小、厚度和/或形状，实现较低真空度条件下的正常工作；
本发明的微流体截止阀可以通过3D打印方法一次成形，制造简单。
附图说明
图1为本发明实施例的截止阀立体示意图。
图2为本发明另一实施例的截止阀分解示意图。
图3为图2所示截止阀的剖面图。
附图标记说明
1 流道
2 截止部
3 真空组件
4 流体入口
5 流体出口
10 控制层
101 高压接口
102 真空接口
104 高压控制腔
106 真空控制腔
20 隔离层
201 截止膜
202 真空膜
203 截止膜卡槽
205 真空膜卡槽
30 流体层
301 流体入口
302 流道
303 高压流体腔
304 真空流体腔
305 流体出口
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
在本说明书中，术语“包括”和“含有”及其派生词意为包括而非限制。
在本说明书中，下述用于描述本发明原理的各种实施例只是说明，不应该以任何方式解释为限制公开的范围。参照附图的下述描述用于帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本发明的示例性实施例。下述描述包括多种具体细节来帮助理解，但这些细节应认为仅仅是示例性的。因此，本领域普通技术人员应认识到，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以对本文中描述的实施例进行多种改变和修改。此外，为了清楚和简洁起见，省略了公知功能和结构的描述。此外，贯穿附图，相同附图标记用于相同或相似的功能和操作。此外，尽管可能在不同实施例中描述了具有不同特征的方案，但是本领域技术人员应当意识到：可以将不同实施例的全部或部分特征相结合，以形成不脱离本发明的精神和范围的新的实施例。
根据本发明的基本构思，提供一种截止阀，包括截止部和真空组件，其中截止部为可阻隔流道内流体流通；真空组件在截止部阻隔流道内流体流通时，通过真空负压吸取至少部分流道内的流体。通过在截止部阻隔流体流通的基础上，再配合真空组件，可以避免流体被压向通道下游。
图1为本发明实施例的截止阀立体示意图。根据本发明实施例的一方面，提供一种截止阀，包括：供流体流通的流道1，与流道1连通的流体入口4和流体出口5；截止部2，设置于所述流道上，配置为可阻隔流道1内流体流通；以及真空组件3，没置于流道上且位于截止部2和所述流体出口5之间，配置为当截止部2阻隔流道1内流体流通时，对流道内流体产生负压，该负压能够至少部分平衡截止部2阻隔流体流通时的额外压力。
上述流道1为供流体流动的通路，该流道1的部分可以由截止部和/或真空组件的部分部件或者部分部件的一部分构成，以使整个通路为闭合结构。该流道可以包含多个通路，可以是一个入口多个出口、一个入口一个出口或者多个入口多个出口。
对于截止部2来说，可以是现有技术中截止流体常用的截止部件，包括气动式截止部件或者电磁截止部件。当采用电磁截止部时，常采用电磁控制方式接触阀体以阻隔通道；当采用气动截止部时，常采用气动力使阀瓣或气动膜快速与阀体接触，阻止流体继续运动。
在进一步的实施例中，气动截止部可以包括：高压流体腔、截止膜和高压控制腔，高压流体腔与所述流道连通，高压流体腔和高压控制腔通过所述截止膜分隔；气动截止部还可以包括高压接口，一端连接高压控制腔，另一端配置为连接至一压力产生装置。该压力产生装置可以为压力泵、气缸或者气瓶。对于截止部的截止膜，只要能实现膜的变形即可。因此，膜的作动源除了气压控制外，还可以通过其他方式实现，例如压电片，电机配凸轮等结构。
在一些实施例中，截止部可以包括截止膜卡槽，截止膜设置于所述截止膜卡槽内。截止膜通过卡设的方式使高压控制腔和高压流体腔物理上分隔，以利于截止膜两侧产生压力差，截止膜向流道内挤压直至完全堵住流道。
在一些实施例中，截止膜的材料可以为现有技术已知的受压可产生变形的各种弹性材料；优选的可以为氟胶、硅胶或丁晴橡胶。
在一些实施例中，真空组件3可以包括：真空膜、真空流体腔和真空控制腔，所述真空流体腔与所述流道1连通，真空流体腔和真空控制腔通过所述真空膜分隔；真空组件3还包括真空接口，真空接口一端连接真空控制腔，另一端配置为连接至一真空产生装置。该真空产生装置为能够形成真空的设备，例如可以为真空泵或者真空罐。
在一些实施例中，真空组件还可以包括真空膜卡槽，真空膜设置于所述真空膜卡槽内。真空膜通过卡设的方式使真空控制腔和真空流体腔物理上分隔，以利于真空膜两侧具有压力差时通过变形平衡该压力差。
在一些实施例中，真空膜的材料可以为现有技术已知的受压可产生变形的各种弹性材料；优选的可以为氟胶、硅胶或丁晴橡胶。真空膜的材料也可以为用于3D打印的光固化材料(例如为stratasys公司提供的tango plus光固化材料)。在一些实施例中，各部件可以用3D打印方式一体成型。例如，截止膜和真空膜可以为stratasys公司提供的tango plus光固化材料，其他部件可使用该公司vero-系列透明/不透明材料。
在一些实施例中，可以通过调节真空膜的大小、厚度、形状实现较低真空度条件下的正常工作。在相同的膜形状下，通过增大膜面积和/或减小膜厚度，可以实现降低真空度需求而不影响真空膜的储液能力。所述真空膜可以为圆形膜和方形膜，且相比于方形膜，圆形膜具有更好的储液能力。
在一些实施例中，流体出口配置为与一微流控芯片连通。在微流控芯片领域，通常使用截止阀，为防止截止阀截止时流向下游的液体在分散相和连续相界面处大量溢出，形成众多非均匀液滴，可以通过采用本发明实施例的截止阀，控制流体溢出，达到液滴数量的精准控制。
当采用3D打印以外方式加工时，除截止膜和真空膜外，其他部件的材料可为金属材料、合金或者聚合物，优选的为铝合金、塑料或光敏树脂。
在一些实施例中，上述压力产生装置和真空产生装置配置为电性连接至一控制器，该控制器可以控制这两种装置同时工作，实现截止部阻隔流体流通的同时，通过真空负压吸取至少部分流道内的流体，可以充分避免流体被压向通道下游。
图2为本发明另一实施例的截止阀分解示意图。图3为图2所示截止阀的剖面图。参见图2和图3所示，该截止阀包括控制层10、隔离层20以及流体层30，其中：
流体层30包括供流体流动的流道302，还包括流体入口304和流体出口305。该流道302为供流体流动的通路，流道302的设置可参照图1所示实施例的方式进行。流体层30还可以包括分别与流道连通的高压流体腔303和真空流体腔304。
隔离层20位于流体层30上部，包括截止膜201，另外控制层10包括高压控制腔104，高压控制腔104和高压流体腔303通过截止膜201分隔，并且截止膜201构成流道的一部分。
隔离层20还包括真空膜202，另外控制层10还包括真空控制腔106，真空控制腔106和真空流体腔304通过真空膜202分隔，所述真空膜202构成流道的一部分，且位于所述截止膜201和流体出口305之间。
控制层10还包括高压接口101和真空接口102，其中，高压接口101一端连接至高压控制腔104，另一端配置为连接至一压力产生装置，以在压力产生装置产生压力时传输至高压控制腔104，压迫所述截止膜201压向所述流道302以截止流体流动；真空接口102一端连接真空控制腔，另一端配置为连接至一真空产生装置，以在真空产生装置工作时将负压传输至真空控制腔106，通过负压使真空膜202变形以为流道302提供额外空间。
通过上述设置，当控制截止膜201阻隔流体流通的基础上，再配合真空膜202变形为流道302提供额外空间，可以避免流体被压向通道下游。
在一些实施例中，隔离层20还可以包括真空膜卡槽205，真空膜202设置于所述真空膜卡槽205内。真空膜202通过卡设的方式将真空控制腔106和真空流体腔304进行了物理上的分隔，以利于真空膜两侧具有压力差时通过真空膜材料的变形平衡该压力差。对于真空膜202的材料选择，可参照图1所示实施例的真空膜进行配置，在此不予赘述。
在一些实施例中，隔离层20可以包括截止膜卡槽203，截止膜201设置于所述截止膜卡槽203内。截止膜201通过卡设的方式将高压控制腔104和高压流体腔303进行了物理上的分隔，以利于截止膜201两侧产生压力差，截止膜201向流道内挤压变形直至完全堵住流道。对于截止膜201的材料选择，可参照图1所示实施例的真空膜进行配置，在此不予赘述。
对于压力产生装置、真空产生装置的设置方式，流体出口与微流控芯片的连接方式以及各部件的材料可参照上述实施例，在此不予赘述。
本发明实施例还提供了一种上述截止阀的具体使用方法，可以包括以下步骤：
1.将高压产生装置与高压接口通过管路连接。
2.将真空产生装置与真空接口通过管路连接。
3.将流体通过流体入口与流道连接。
4.将流体出口与下游装置(如微流控芯片)相连。
5.在需要流道导通时，保持高压与真空均不供给，即截止阀处于不工作状态。
6.在需要流道不导通时，使用气动装置同时供给适当的高压、真空，使得高压膜往下压紧高压流体腔，截止流路，同时真空膜往上变形，吸收由截止膜变形引起的多余流体，实现立刻截止的作用。
通过气动装置或电机装置的控制即可以实现对截止阀工作状态的控制，最终精准地控制流体。
以上通过本发明实施例的截止阀，可精准控制流体的供停，即停即用，为用户对下游流体的精准操作提供极大便利。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种截止阀，其特征在于包括：
供流体流通的流道，以及分别与流道连通的流体入口和流体出口；
截止部，设置于所述流道上，配置为可阻隔流道内流体流通；
真空组件，设置于流道上且位于截止部和所述流体出口之间，配置为当截止部阻隔流道内流体流通时，对流道内流体产生负压。
2.根据权利要求1所述的截止阀，其特征在于，所述真空组件包括：
真空膜、真空流体腔和真空控制腔，所述真空流体腔与所述流道连通，所述真空流体腔和真空控制腔通过所述真空膜分隔；
真空接口，一端连接真空控制腔，另一端配置为连接至一真空产生装置。
3.根据权利要求2所述的截止阀，其特征在于，所述真空膜的材料为氟胶、硅胶或丁晴橡胶。
4.根据权利要求2所述的截止阀，其特征在于，所述真空组件还包括真空膜卡槽，所述真空膜设置于所述真空膜卡槽内。
5.根据权利要求1所述的截止阀，其特征在于，所述截止部为气动截止部。
6.根据权利要求5所述的截止阀，其特征在于，所述气动截止部包括：
高压流体腔、截止膜和高压控制腔，所述高压流体腔与所述流道连通，所述高压流体腔和高压控制腔通过所述截止膜分隔；
高压接口，一端连接高压控制腔，另一端配置为连接至一压力产生装置。
7.根据权利要求6所述的截止阀，其特征在于，所述气动截止部还包括截止膜卡槽，所述截止膜设置于所述截止膜卡槽内；优选的，所述截止膜的材料为氟胶、硅胶或丁晴橡胶。
8.一种截止阀，其特征在于，包括：
流体层，包括供流体流动的流道，包括流体入口和流体出口；与流道连通的高压流体腔，与所述流道连通的真空流体腔；
隔离层，位于流体层上部，包括：
截止膜和截止膜卡槽，所述截止膜设置于所述截止膜卡槽内；
真空膜和真空膜卡槽，所述真空膜设置于所述真空膜卡槽内，所述真空膜在流道上的位置处于所述截止膜和流体出口之间；
控制层，包括高压控制腔、高压接口、真空控制腔和真空接口，其中，
所述高压流体腔与高压控制腔通过截止膜分隔；
所述真空流体腔与真空控制腔通过真空膜分隔；
所述高压接口一端连接至高压控制腔，另一端配置为连接至一压力产生装置，以在压力产生装置产生压力时传输至高压控制腔，压迫所述截止膜压向所述流道以截止流体流动；
所述真空接口一端连接至真空控制腔，另一端配置为连接至一真空产生装置，以在真空产生装置工作时将负压传输至真空控制腔，通过负压使真空膜变形以为流道提供额外空间。
9.根据权利要求1-8任一所述的截止阀，其特征在于，所述流体出口配置为与一微流控芯片连通。
10.根据权利要求1-8任一所述的截止阀，其特征在于，所述截止阀通过3D打印方式一体成型。
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