CN112283429B - 一种微流控无级流量调节器 - Google Patents

一种微流控无级流量调节器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微流控无级流量调节器，包括依次连接的入口层、薄膜变形腔室层、腔室高度移动机构和调节滑槽，入口层为设有依次连通的液体入口、液体出口和薄膜安装槽的圆柱，液体出口位于薄膜安装槽中央；薄膜变形腔室层包括依次连通的密封粘合结构、固定孔和空心圆柱腔室，固定孔位于密封粘合结构中央，与液体出口连通；密封粘合结构与入口层连接；腔室高度移动机构包括底盘和位于底盘中央的内柱，内柱顶部为腔室底板，与腔室相连；液体流出孔位于腔室底板上，底盘边缘连接有调节把手；调节滑槽为壁面上设有倾斜滑槽的空心圆柱，调节把手插入滑槽中，调节滑槽与密封粘合结构粘合连接。可自由控制输出流量大小，增加使用环境的多样性。

Description

一种微流控无级流量调节器
技术领域
本发明属于微流控技术领域，具体来说，涉及一种微流控无级流量调节器。
背景技术
在微流控技术中，微阀是其中重要的组成部分，利用微流控技术实现小型化与精确化。微流控流量调节器通过特定结构，能够缓冲输入的流量波动，提高流量的稳定性，并精确输出特定流量，其结构简单，被广泛用于各种微流控设备中。目前已有的微流控流量调节器均为定档位调节装置。
但这样的设计还是存在着一些缺陷，比如现有的微流控流量调节器为定档位式，输出流量大小单一且不可改变，在需要频繁改变稳定流量的输出量的实验中显得极为不便。因此，迫切需要一种可以无级调节输出流量的微流控流量调节器。
发明内容
本发明针对上述不足，提供一种微流控无级流量调节器，可以自由控制输出流量大小，增加了使用环境的多样性。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用以下技术方案：
一种微流控无级流量调节器，包括依次连接的入口层、薄膜变形腔室层、腔室高度移动机构和调节滑槽，所述入口层为圆柱，圆柱上设有依次连通的液体入口、液体出口和薄膜安装槽，所述液体出口位于薄膜安装槽中央；所述薄膜变形腔室层包括依次连通的密封粘合结构、固定孔和腔室，所述腔室为空心圆柱，所述固定孔位于腔室中央，且与液体出口连通，所述密封粘合结构与入口层粘合连接；所述腔室高度移动机构包括底盘和内柱，所述内柱位于底盘中央，内柱顶部为腔室底板，且与腔室相连，所述液体流出孔位于腔室底板上，所述底盘边缘连接有调节把手；所述调节滑槽为壁面上设有倾斜滑槽的空心圆柱，所述调节把手插入滑槽中，所述调节滑槽与密封粘合结构粘合连接。
优选的，所述薄膜安装槽中设有开孔的PDMS薄膜，开孔的PDMS薄膜与液体出口连通；所述开孔的PDMS薄膜与薄膜变形腔室层的固定孔连通。
优选的，使用时，所述PDMS薄膜开孔与腔室大小保持稳定，输出流量大小为1～2ml/min。
优选的，所述薄膜安装槽中还装有硅胶垫，所述硅胶垫用于密封。
优选的，所述腔室高度移动机构还包括定位装置和密封硅胶圈，所述定位装置和密封硅胶圈均套在内柱壁面上，所述密封硅胶圈位于定位装置上方。
优选的，所述滑槽和调节把手数量均为2个，所述滑槽设置在调节滑槽壁面相对两侧，所述调节把手设置在底盘边缘相对两侧。
优选的，所述滑槽上设有刻度。
优选的，所述入口层、薄膜变形腔室、腔室高度移动机构和调节滑槽均为3D打印树脂材料制成。
与现有技术相比，本发明的一种微流控无级流量调节器，可以自由控制输出流量大小，增加了使用环境的多样性。本实施例的一种微流控无级流量调节器，包括依次连接的入口层、薄膜变形腔室层、腔室高度移动机构和调节滑槽，所述入口层为圆柱，圆柱上设有依次连通的液体入口、液体出口和薄膜安装槽，所述液体出口位于薄膜安装槽中央；所述薄膜变形腔室层包括依次连通的密封粘合结构、固定孔和腔室，所述腔室为空心圆柱，所述固定孔位于腔室中央，且与液体出口连通，所述密封粘合结构与入口层粘合连接；所述腔室高度移动机构包括底盘和内柱，所述内柱位于底盘中央，内柱顶部为腔室底板，且与腔室相连，所述液体流出孔位于腔室底板上，所述底盘边缘连接有调节把手；所述调节滑槽为壁面上设有倾斜滑槽的空心圆柱，所述调节把手插入滑槽中，所述调节滑槽与密封粘合结构粘合连接。通过将调节把手插入滑槽中，使用时移动调节把手，改变薄膜变形腔室的高度，使安装在薄膜安装槽中的PDMS薄膜形变，改变了压力差与流阻，从而达到了控制输出流量大小的作用；同时，使用过程中可通过滑槽与调节把手自由调节流量大小，没有档位限制，增加了使用环境的多样性。
附图说明
图1是本发明实施例中入口层的结构示意图；
图2是本发明实施例中薄膜变形腔室层的结构示意图；
图3是本发明实施例中腔室高度移动机构的结构示意图；
图4是本发明实施例中密封硅胶圈的结构示意图；
图5是本发明实施例中调节滑槽的结构示意图；
图6是本发明实施例的结构示意图。
图中有：入口层1、液体入口11、液体出口12、薄膜安装槽13、薄膜变形腔室层2、密封粘合结构21、固定孔22、腔室23、腔室高度移动机构3、腔室底板31、液体流出孔32、定位装置33、调节把手34、密封硅胶圈35、调节滑槽4和滑槽41。
具体实施方式
以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。
如图1至图6所示，本发明实施例的一种微流控无级流量调节器，包括依次连接的入口层1、薄膜变形腔室层2、腔室高度移动机构3和调节滑槽4，所述入口层1为圆柱，圆柱上设有依次连通的液体入口11、液体出口12和薄膜安装槽13，所述液体出口12位于薄膜安装槽13中央；所述薄膜变形腔室层2包括依次连通的密封粘合结构21、固定孔22和腔室23，所述腔室23为空心圆柱，所述固定孔22位于腔室23中央，且与液体出口12连通，所述密封粘合结构21与入口层1粘合连接；所述腔室高度移动机构3包括底盘和内柱，所述内柱位于底盘中央，内柱顶部为腔室底板31，且与腔室23相连，所述液体流出孔32位于腔室底板31上，所述底盘边缘连接有调节把手34；所述调节滑槽4为壁面上设有倾斜滑槽41的空心圆柱，所述调节把手34插入滑槽41中，所述调节滑槽4与密封粘合结构21粘合连接。
其中，入口层1与薄膜变形腔室层2之间通过密封粘合结构21粘合。薄膜变形腔室层2与腔室高度移动机构3的内柱插入组合，固定后内柱顶部与腔室23组合密封，内柱顶部就作为腔室底板31。调节滑槽4也与薄膜变形腔室层2的密封粘合结构21粘合，同时腔室高度移动机构3的调节把手34插入滑槽41中，并可以沿倾斜滑槽41上下自由移动，调节把手34移动时会带动整个腔室高度移动机构3移动，从而改变腔室23体积的大小。使用者可人为转动调节把手34，可稳定获得一定范围内的任意流量，特别适合应用于微流控等领域实验中需要不同的微量且稳定的流量输出的情况，免于在实验中更换不同固定流量微阀，且输出流量调节灵活性远好于固定调节。
上述实施例的一种微流控无级流量调节器中，优选的，所述薄膜安装槽13中设有开孔的PDMS薄膜，开孔的PDMS薄膜与液体出口12连通；所述开孔的PDMS薄膜与薄膜变形腔室层2的固定孔22连通。通过设置开孔的PDMS薄膜在薄膜安装槽13中，由于薄膜安装槽13与固定孔22连通，固定孔22为腔室23顶部，使用时，当输入一定流量大小的液体后，薄膜会受力产生一定量向下的形变，形变后的薄膜最终与腔室底板31接触，通孔与腔室底板31的液体流出孔32连通，供液体流出，进而最终输出特定流量的液体，由此从上至下形成完整的通路结构。
需要说明的是，使用时，所述PDMS薄膜开孔与腔室23大小保持稳定，输出流量大小为1～2ml/min，稳定输出小流量的功效，特别适合应用于微流控系统中，作为整个系统中的微阀部分进行稳流并稳定输出。薄膜形变时必然会接触腔室底板31才能起到稳定流量作用，而与此同时改变腔室23高度即可得到薄膜不同的形变量，薄膜上下两侧液体体积改变，即改变薄膜上下两侧压力差的大小，使得整个通路中流阻改变。流阻决定最终输出流量大小，薄膜形变量变大，薄膜上下两侧液体体积变大，薄膜上下两侧压力差变大，流阻变小，流量越大。从而能够实现自由改变输出的流量大小。
优选的，所述薄膜安装槽13中还装有硅胶垫，所述硅胶垫用于密封。通过设置硅胶垫，将入口层1与薄膜变形腔室层2固定密封，加强了稳定性。
优选的，所述腔室高度移动机构3还包括定位装置33和密封硅胶圈35，所述定位装置33和密封硅胶圈35均套在内柱壁面上，所述密封硅胶圈35位于定位装置33上方。通过在内柱壁面上设置定位装置33，并在定位装置33上方套有密封硅胶圈35，使腔室高度移动机构3插入薄膜变形腔室层2时能够密封固定，并且保证腔室23与内柱顶部密封完整，保证稳流。
优选的，所述滑槽41和调节把手34数量均为2个，所述滑槽41设置在调节滑槽4壁面相对两侧，所述调节把手34设置在底盘边缘相对两侧。将把手设置为2个，目的是保证腔室高度移动机构3与调节滑槽4固定时，能够保持平衡稳定的状态，同时2个调节把手34更方便使用。
优选的，滑槽41上设有刻度。根据实际的输出数据要求，在滑槽41上设置刻度，方便实验人员进行准确的流量调控。
优选的，所述入口层1、薄膜变形腔室23、腔室高度移动机构3和调节滑槽4均为3D打印树脂材料制成。3D打印树脂材料材质较硬且稳定，可以使整个结构保持稳定。
上述实施例的一种微流控无级流量调节器的工作过程为：装配完成后，液体从液体入口11进入，经过液体出口12进入薄膜安装槽13，通过PDMS薄膜上的通孔进入腔室23，由于薄膜会发生形变，通孔与腔室底板31的液体流出孔32对应，液体稳定流出；根据实际流量需求，对照滑槽41周边设置的刻度，通过移动调节把手34在滑槽41中的位置，由于滑槽41为倾斜设置，调节把手34带动腔室高度移动机构3发生上下高度变化，从而改变了腔室23体积，此时薄膜发生进一步形变，造成薄膜上下两侧压力差变化，整个通路中的流阻发生变化，流量大小改变。
与现有技术相比，采用本发明的一种微流控无级流量调节器，可通过将调节把手插入滑槽中，使用时移动调节把手，改变薄膜变形腔室的高度，使安装在薄膜安装槽中的PDMS薄膜形变，改变了压力差与流阻，从而达到了控制输出流量大小的作用；同时，使用过程中可通过滑槽与调节把手自由调节流量大小，没有档位限制，增加了使用环境的多样性。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的优选实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (8)

1.一种微流控无级流量调节器，其特征在于，包括依次连接的入口层(1)、薄膜变形腔室层(2)、腔室高度移动机构(3)和调节滑槽(4)，所述入口层(1)为圆柱，圆柱上设有依次连通的液体入口(11)、液体出口(12)和薄膜安装槽(13)，所述液体出口(12)位于薄膜安装槽(13)中央；所述薄膜变形腔室层(2)包括依次连通的密封粘合结构(21)、固定孔(22)和腔室(23)，所述腔室(23)为空心圆柱，所述固定孔(22)位于密封粘合结构(21)中央，且与液体出口(12)连通，所述密封粘合结构(21)与入口层(1)连接；所述腔室高度移动机构(3)包括底盘和内柱，所述内柱位于底盘中央，内柱顶部为腔室底板(31)，且与腔室(23)相连，液体流出孔(32)位于腔室底板(31)上，所述底盘边缘连接有调节把手(34)；所述调节滑槽(4)为壁面上设有倾斜滑槽(41)的空心圆柱，所述调节把手(34)插入滑槽(41)中，所述调节滑槽(4)与密封粘合结构(21)粘合连接。
2.按照权利要求1所述一种微流控无级流量调节器，其特征在于，所述薄膜安装槽(13)中设有开孔的PDMS薄膜，开孔的PDMS薄膜与液体出口(12)连通；所述开孔的PDMS薄膜与薄膜变形腔室层(2)的固定孔(22)连通。
3.按照权利要求2所述一种微流控无级流量调节器，其特征在于，使用时，所述PDMS薄膜开孔与腔室(23)大小保持稳定，输出流量大小为1～2ml/min。
4.按照权利要求2所述一种微流控无级流量调节器，其特征在于，所述薄膜安装槽(13)中还装有硅胶垫，所述硅胶垫用于密封。
5.按照权利要求1所述一种微流控无级流量调节器，其特征在于，所述腔室高度移动机构(3)还包括定位装置(33)和密封硅胶圈(35)，所述定位装置(33)和密封硅胶圈(35)均套在内柱壁面上，所述密封硅胶圈(35)位于定位装置(33)上方。
6.按照权利要求1所述一种微流控无级流量调节器，其特征在于，所述滑槽(41)和调节把手(34)数量均为2个，所述滑槽(41)设置在调节滑槽(4)壁面相对两侧，所述调节把手(34)设置在底盘边缘相对两侧。
7.按照权利要求6所述一种微流控无级流量调节器，其特征在于，所述滑槽(41)上设有刻度。
8.按照权利要求1所述一种微流控无级流量调节器，其特征在于，所述入口层(1)、薄膜变形腔室层(2)、腔室高度移动机构(3)和调节滑槽(4)均为3D打印树脂材料制成。
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