CN108591609A - 一种基于磁性微阀控制液体流通的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁性微阀控制液体流通的装置,属于微流控技术领域,本发明包括芯片、液体通道、磁性微阀Ⅰ、磁性微阀Ⅱ、液体入口、液体出口Ⅰ、液体出口Ⅱ、玻璃基片、微通道Ⅰ和微通道Ⅱ,本发明通过用电磁铁吸附磁性粉末下方的膜片来实现微阀通断和节流要求,为了克服阀门关闭不严的问题,采用磁性粉末带动膜片运动从而关闭流体通道来达到控制微阀的开闭,微通道的两侧设置为带有微阀结构的装置,通过控制电磁铁的开关来控制流体通道的开启与闭合,实现微阀开关功能,本发明装置的电磁微阀封闭性能好,流通性能佳并且提高液体流动的效率,本发明使用简单,成本低,具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于磁性微阀控制液体流通的装置,属于微流控技术领域。
背景技术
微流体器件广泛用于集成电子、精密仪器、医疗设备和生物制药等领域,微流体器件适合各种流量控制系统的开发,其控制技术包括光、电、气、磁、热、气相变化等。用于实验室流体处理的玻璃基板上的芯片结构,该结构的设计通过使用COMSOL Multiphysics进行仿真模拟,采用PDMS材料制作微通道结构,能够在一定的变形条件下恢复到原来的状态而结构没有发生永久性破坏。微小流体控制阀(简称微型阀)是微流体控制系统的关键部件之一,是微流量系统中不可缺少的重要组成部分,也是微流体通断和流向控制的重要元器件。它的性能直接影响着整个微流体控制系统的工作状况。随着微型阀在各个领域中的广泛应用,对其所能达到的精度要求越来越高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于磁性微阀控制液体流通的装置,通过微阀开启和关闭控制液体的流通,本发明通过用电磁铁吸附磁性粉末下方的膜片来实现微阀通断和节流要求,为了克服阀门关闭不严的问题,采用磁性粉末带动膜片运动从而关闭流体通道来达到控制微阀的开闭,微通道的两侧设置为带有微阀结构的装置,通过控制电磁铁的开关来控制流体通道的开启与闭合,实现微阀开关功能。
本发明采用的技术方案是:一种基于磁性微阀控制液体流通的装置,包括芯片、液体通道、磁性微阀Ⅰ、磁性微阀Ⅱ、液体入口、液体出口Ⅰ、液体出口Ⅱ、玻璃基片、微通道Ⅰ和微通道Ⅱ。
所述芯片设置在所述玻璃基片上,所述芯片上设有液体入口、液体出口Ⅰ和液体出口Ⅱ,所述芯片内设有液体通道,所述液体通道包括微通道Ⅰ和微通道Ⅱ,所述微通道Ⅰ的一端与液体入口连通,所述微通道Ⅰ的另一端与所述微通道Ⅱ连通,且所述微通道Ⅱ的两端分别与液体出口Ⅰ、液体出口Ⅱ连通,所述微通道Ⅱ上设有磁性微阀Ⅰ和磁性微阀Ⅱ。
所述磁性微阀Ⅰ包括磁性粉末、电磁铁和膜片,所述磁性粉末设在膜片的上方,且所述膜片安装在所述微通道Ⅱ的上方,所述电磁铁设置在所述微通道Ⅱ的下方,所述磁性微阀Ⅱ和磁性微阀Ⅰ的结构相同。
所述磁性微阀Ⅰ和磁性微阀Ⅱ的电磁铁均接通直流电或交流电。
所述磁性微阀Ⅰ和磁性微阀Ⅱ的电磁铁一个接通直流电,另一个接通交流电。
所述芯片采用PDMS聚二甲基硅氧烷材料制成,该材料透光性好,便于实验时观察流体的流动特性,生物相容性佳以及良好的化学惰性,该材料韧性比较高,弹性好,耐久性和耐压性比较高。
所述芯片长50mm,宽20mm,高5mm,所述玻璃基片(8)长75mm,宽35mm,高2mm。
所述液体入口、液体出口Ⅰ、液体出口Ⅱ均为圆形,且圆直径为1mm。
所述微通道Ⅱ长30mm,宽0.6mm,高0.6mm,所述微通道Ⅰ长10mm,宽0.6mm,高0.6mm。
所述磁性微阀Ⅰ(4)、磁性微阀Ⅱ(5)的长度与微通道Ⅱ(10)的宽度之比≥2:1,否则难以达到完全封闭的效果。
本发明的工作原理是:
将所述磁性微阀Ⅰ、磁性微阀Ⅱ的电磁铁均接通直流电,磁性微阀Ⅰ、磁性微阀Ⅱ的膜片上方的磁性粉末在电磁力的作用下向电磁铁的方向运动,膜片在磁性粉末的带动下,向下移动,从而将微通道Ⅱ进行截断,液体通道关闭;将所述磁性微阀Ⅰ或磁性微阀Ⅱ的电磁铁任意一个接通直流电,磁性微阀Ⅰ或磁性微阀Ⅱ使微通道Ⅱ的一侧截断,液体从液体出口Ⅰ或液体出口Ⅱ流出;将磁性微阀Ⅰ或磁性微阀Ⅱ的电磁铁不接通电源,则磁性粉末和膜片回至最初位置,微通道Ⅱ恢复正常状态,液体分别从液体出口Ⅰ和液体出口Ⅱ流出,从而通过对磁性微阀Ⅰ或磁性微阀Ⅱ的控制,实现液体的流通或截断。
通过控制两个通道电磁铁的通电情况,不仅可以阻断流体流动,对左右两个管道进行闭合,而且当电磁铁的电流控制一定大小时,还可以对该通道的流体进行限流,使管道的流量减少,又达到较好的微阀节流控制作用。
将所述磁性微阀Ⅰ、磁性微阀Ⅱ的电磁铁接通交流电,通过控制电磁铁通入的交流电频率的大小来控制阀门关闭频率的不同,从而控制磁性粉末和膜片的运动,膜片向微通道Ⅱ施加压力频率的不同,从而在液体出口Ⅰ和液体出口Ⅱ下形成大小不同的液滴,且可对所述磁性微阀Ⅰ、磁性微阀Ⅱ分别通入频率大小不同的交流电,从而液体出口Ⅰ和液体出口Ⅱ形成大小不同的液滴。
将所述磁性微阀Ⅰ、磁性微阀Ⅱ的电磁铁一个接通交流电,另一个接通直流电,则微通道Ⅱ的一侧控制液体流通,另一侧形成液滴。
本发明的有益效果是:
(1)本发明通过控制电磁铁电源的导通状态来控制液体通道的开启与闭合。
(2)本发明通过将控制电磁微阀的直流电改为交流电,可以通过控制交流电的频率来控制出口形成液体的形状大小。同时,也可根据两微阀需要液体形状的不同来控制两端通入交流电频率的大小,实现改变双向流出液体大小的功能。
(3)本发明使用PDMS聚二甲基硅氧烷材料制作阀体,材料透光性好、生物相容性佳以及良好的化学惰性,该材料韧性比较高,弹性好。
(4)本发明装置使用简单,成本低,是一种广泛应用于微流控等领域的聚合物材料。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图;
图2为本发明的磁性微阀Ⅰ的结构示意图;
其中,图中各标号为:1-芯片、2-液体入口、3-液体通道、4-磁性微阀Ⅰ、4-1-磁性粉末、4-2-电磁铁、4-3-膜片、5-磁性微阀Ⅱ、6-液体出口Ⅰ、7-液体出口Ⅱ、8-玻璃基片、9-微通道Ⅰ、10-微通道Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1:如图1~2所示,本基于磁性微阀控制液体流通的装置,包括芯片1、液体通道3、磁性微阀Ⅰ4、磁性微阀Ⅱ5、液体入口2、液体出口Ⅰ6、液体出口Ⅱ7、玻璃基片8、微通道Ⅰ9和微通道Ⅱ10。
所述芯片1设置在所述玻璃基片8上,所述芯片1长50mm,宽20mm,高5mm,所述玻璃基片8长75mm,宽35mm,高2mm,所述芯片1采用PDMS聚二甲基硅氧烷材料制成,所述芯片1上设有液体入口2、液体出口Ⅰ6和液体出口Ⅱ7,所述液体入口2、液体出口Ⅰ6、液体出口Ⅱ7均为圆形,且圆直径为1mm,所述芯片1内设有液体通道3,所述液体通道3包括微通道Ⅰ9和微通道Ⅱ10,所述微通道Ⅰ9的一端与液体入口2连通,所述微通道Ⅰ9的另一端与所述微通道Ⅱ10连通,且所述微通道Ⅱ10的两端分别与液体出口Ⅰ6、液体出口Ⅱ7连通,所述微通道Ⅱ10上设有磁性微阀Ⅰ4和磁性微阀Ⅱ5,所述磁性微阀Ⅰ4包括磁性粉末4-1、电磁铁4-2和膜片4-3、所述磁性粉末4-1设在膜片4-3的上方,且所述膜片4-3安装在所述微通道Ⅱ10的上方,所述微通道Ⅰ9长10mm,宽0.6mm,高0.6mm,所述微通道Ⅱ10长30mm,宽0.6mm,高0.6mm,所述电磁铁4-2设置在所述微通道Ⅱ10的下方,所述磁性微阀Ⅱ5和磁性微阀Ⅰ4的结构相同,所述磁性微阀Ⅰ4、磁性微阀Ⅱ5的长度与微通道Ⅱ10的宽度之比为2:1。
所述磁性微阀Ⅰ4、磁性微阀Ⅱ5的电磁铁均接通直流电,本实施例的工作原理如下:将所述磁性微阀Ⅰ4、磁性微阀Ⅱ5的电磁铁均接通直流电,磁性微阀Ⅰ4、磁性微阀Ⅱ5的膜片上方的磁性粉末在电磁力的作用下向电磁铁的方向运动,膜片在磁性粉末的带动下,向下移动,从而将微通道Ⅱ10进行截断,液体通道关闭;将所述磁性微阀Ⅰ4或磁性微阀Ⅱ5的电磁铁任意一个接通直流电,磁性微阀Ⅰ4或磁性微阀Ⅱ5使微通道Ⅱ10的一侧截断,液体从液体出口Ⅰ6或液体出口Ⅱ7流出;将磁性微阀Ⅰ4或磁性微阀Ⅱ5的电磁铁不接通电源,则磁性粉末和膜片回至最初位置,微通道Ⅱ10恢复正常状态,液体分别从液体出口Ⅰ6和液体出口Ⅱ7流出,从而通过对磁性微阀Ⅰ4或磁性微阀Ⅱ5的控制,实现液体的流通或截断。
通过控制两个通道电磁铁的通电情况,不仅可以阻断流体流动,对左右两个管道进行闭合,而且当电磁铁的电流控制一定大小时,还可以对该通道的流体进行限流,使管道的流量减少,又达到较好的微阀节流控制作用。
实施例2:本实施例结构同实施例1,不同之处在于所述磁性微阀Ⅰ4、磁性微阀Ⅱ5的长度与微通道Ⅱ10的宽度之比为3:1,所述磁性微阀Ⅰ4、磁性微阀Ⅱ5的电磁铁均接通交流电,本实施例的工作原理如下:
将所述磁性微阀Ⅰ4、磁性微阀Ⅱ5的电磁铁均接通交流电,通过控制电磁铁通入的交流电频率的大小来控制阀门关闭频率的不同,从而控制磁性粉末和膜片的运动,膜片向微通道Ⅱ施加压力频率的不同,从而在液体出口Ⅰ和液体出口Ⅱ下形成大小不同的液滴,且可对所述磁性微阀Ⅰ、磁性微阀Ⅱ分别通入频率大小不同的交流电,从而液体出口Ⅰ和液体出口Ⅱ形成大小不同的液滴。
实施例3:本实施例结构同实施例1,不同之处在于所述磁性微阀Ⅰ4、磁性微阀Ⅱ5的长度与微通道Ⅱ10的宽度之比为4:1,所述磁性微阀Ⅰ4、磁性微阀Ⅱ5电磁铁一个接通直流电,另一个接通交流电,则微通道Ⅱ10的一侧控制液体流通,另一侧形成液滴。
Claims (9)
1.一种基于磁性微阀控制液体流通的装置,其特征在于,包括芯片(1)、液体通道(3)、磁性微阀Ⅰ(4)、磁性微阀Ⅱ(5)、液体入口(2)、液体出口Ⅰ(6)、液体出口Ⅱ(7)、玻璃基片(8)、微通道Ⅰ(9)和微通道Ⅱ(10);
所述芯片(1)设置在所述玻璃基片(8)上,所述芯片(1)上设有液体入口(2)、液体出口Ⅰ(6)和液体出口Ⅱ(7),所述芯片(1)内设有液体通道(3),所述液体通道(3)包括微通道Ⅰ(9)和微通道Ⅱ(10),所述微通道Ⅰ(9)的一端与液体入口(2)连通,所述微通道Ⅰ(9)的另一端与所述微通道Ⅱ(10)连通,且所述微通道Ⅱ(10)的两端分别与液体出口Ⅰ(6)、液体出口Ⅱ(7)连通,所述微通道Ⅱ(10)上设有磁性微阀Ⅰ(4)和磁性微阀Ⅱ(5)。
2.根据权利要求1所述的基于磁性微阀控制液体流通的装置,其特征在于:所述磁性微阀Ⅰ(4)包括磁性粉末(4-1)、电磁铁(4-2)和膜片(4-3),所述磁性粉末(4-1)设在膜片(4-3)的上方,且所述膜片(4-3)安装在所述微通道Ⅱ(10)的上方,所述电磁铁(4-2)设置在所述微通道Ⅱ(10)的下方,所述磁性微阀Ⅱ(5)和磁性微阀Ⅰ(4)的结构相同。
3.根据权利要求2所述的基于磁性微阀控制液体流通的装置,其特征在于:所述磁性微阀Ⅰ(4)和磁性微阀Ⅱ(5)的电磁铁均接通直流电或交流电。
4.根据权利要求2所述的基于磁性微阀控制液体流通的装置,其特征在于:所述磁性微阀Ⅰ(4)和磁性微阀Ⅱ(5)的电磁铁一个接通直流电,另一个接通交流电。
5.根据权利要求1所述的基于磁性微阀控制液体流通的装置,其特征在于:所述芯片(1)采用PDMS聚二甲基硅氧烷材料制成。
6.根据权利要求1所述的基于磁性微阀控制液体流通的装置,其特征在于:所述芯片(1)长50mm,宽20mm,高5mm,所述玻璃基片(8)长75mm,宽35mm,高2mm。
7.根据权利要求1所述的基于磁性微阀控制液体流通的装置,其特征在于:所述液体入口(2)、液体出口Ⅰ(6)、液体出口Ⅱ(7)均为圆形,且圆直径为1mm。
8.根据权利要求1所述的基于磁性微阀控制液体流通的装置,其特征在于:所述微通道Ⅱ(10)长30mm,宽0.6mm,高0.6mm,所述微通道Ⅰ(9)长10mm,宽0.6mm,高0.6mm。
9.根据权利要求1所述的基于磁性微阀控制液体流通的装置,其特征在于:所述磁性微阀Ⅰ(4)、磁性微阀Ⅱ(5)的长度与微通道Ⅱ(10)的宽度之比≥2:1。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180928 |