CN113649092A - 应用于微流控的液体定向流动装置和微流控芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于微流控的液体定向流动装置，包括流道；和微阀，用于封堵或导通所述流道，其中，所述微阀包括触发部，用于实现液体的定向流动；其中，所述触发部被流经所述流道的液体触发时，所述流道被导通，所述触发部未被触发时，所述流道被封堵。本发明还公开了一种微流控芯片。本发明至少解决了传统的微流体控制阀在液体定向流动的过程中容易发生液体泄漏及制作成本过高的技术问题。

Description

应用于微流控的液体定向流动装置和微流控芯片
技术领域
本发明涉及微流控技术领域。更具体地说，本发明涉及一种应用于微流控的液体定向流动装置和微流控芯片。
背景技术
在体外诊断检测中，通常需要对液体进行进样、混合、反应、检测等操作，以获取临床诊断信息。这一系列的操作均需液体在指定的方向流动。传统技术中，使液体在指定的方向流动的装置通常采用微流体控制阀来控制液体的流动方向。具体地，传统的微流体控制阀包括由弹性材料和硬质材料贴合而成的管道，和位于管道内部的微阀；当对管道具有弹性的一侧施加外力时，管道与微阀接触，管道闭合，由此，使得液体不能从微阀处逆流。由于管道由弹性材料和硬质材料贴合而成，容易导致液体泄漏，造成环境污染；其次，管道需受外力作用才能够与微阀接触，使得传统的微流体控制阀需要借助外部设备才能够使得液体不能逆向流动，导致成本过高，无形中增加了患者的医疗费用。
发明内容
本发明的一个目的是至少解决上述问题，并提供相应的有益效果。
本发明的另一个目的是，提供应用于微流控的液体定向流动装置，具有微阀和由单种材料制作而成的流道，使得液体能够在封闭的空间内定向流动。由此，至少可以解决传统的微流体控制阀在液体定向流动的过程中容易发生液体泄漏及制作成本过高的技术问题。
在前述基础上，本发明还提供了微流控芯片，该微流控芯片包括前述的应用于微流控的液体定向流动装置。
本发明主要通过以下诸方面中的技术方案实现：
<本发明的第一方面>
第一方面提供了一种应用于微流控的液体定向流动装置，包括：
流道；和
微阀，用于封堵或导通所述流道，其中，所述微阀包括触发部，用于实现液体的定向流动；其中，
所述触发部被流经所述流道的液体触发时，所述流道被导通，
所述触发部未被触发时，所述流道被封堵。
在本发明的第一方面中，通过微阀封堵或者导通流道，使得液体能够定向流动。基于流道为单种材料制作而成，使得液体能够在密闭的空间内流动，因此，可以有效地避免了液体泄露，造成环境污染的现象；
其次，微阀的打开或关闭，均依靠流经流道的液体实现。无需借助外部设备的作用力，即可实现流道的导通或者封堵。由此，可以大幅度地降低应用于微流控的液体定向流动装置的制作成本，从而降低患者的医疗费用。
在一些技术方案中，所述触发部可以覆盖所述流道的通道口。
通过上述技术方案，能够使得液体触发微阀触发部的背部时，微阀仍然处于关闭状态，从而实现液体的定向流动。
在一些技术方案中，所述微阀具有弹性，其中，
所述触发部被触发时，所述微阀产生形变，导通所述流道，液体从所述触发部朝所述触发部背部的方向流动；
所述触发部未被触发时，所述微阀恢复至原始形状，封堵所述流道，液体无法逆流至所述触发部。
在一些技术方案中，所述应用于微流控的液体定向流动装置还包括第一液腔，用于存储流经所述流道的液体。
在一些技术方案中，所述应用于微流控的液体定向流动装置还包括基板，所述流道、所述微阀和所述第一液腔设置在所述基板上；
所述基板上还设置有气道、通道和第二液腔；
其中，
所述气道与所述第一液腔连通；
所述第二液腔通过所述通道与所述第一液腔连通。
通过上述技术方案，能够使得流道、微阀和第一液腔集成于一个空间内，提高了用户使用应用于微流控的液体定向流动装置的便利性。
在一些技术方案中，所述基板上还设置有第一固定部，所述微阀包括第二固定部，其中，所述第一固定部与所述第二固定部连接。
通过上述技术方案，能够使得微阀固定在应用于微流控的液体定向流动装置中，有效地避免了微阀脱落的现象。
在一些技术方案中，所述微阀被构造成L形。
通过上述技术方案，有利于提高微阀固定的稳定性。
在一些技术方案中，所述基板上还设置有第一排气孔和第二排气孔，其中，所述第一排气孔与所述第一液腔连通，所述第二排气孔与所述第二液腔连通。
在一些技术方案中，所述应用于微流控的液体定向流动装置还包括盖板，其中，所述盖板密封覆盖在所述基板上。
在一些技术方案中，所述应用于微流控的液体定向流动装置还包括进液孔，其与所述流道连通。
在一些技术方案中，所述应用于微流控的液体定向流动装置还包括进气孔，其与所述气道连通。
<本发明的第二方面>
第二方面提供了一种微流控芯片，包括第一方面所述的应用于微流控的液体定向流动装置。
本发明的实施例的技术效果至少包括：
本发明提供的应用于微流控的液体定向流动装置，通过微阀封堵或者导通流道，使得液体能够定向流动。基于流道为单种材料制作而成，使得液体能够在密闭的空间内流动。再者，微阀的打开或关闭，均依靠流经流道的液体实现。无需借助外部设备的作用力，即可实现流道的导通或者封堵。因此，本发明的有益效果至少包含：1)可以有效地避免了液体泄露，造成环境污染的现象；2)可以大幅度地降低应用于微流控的液体定向流动装置的制作成本，从而降低患者的医疗费用；3)能够使得液体触发微阀触发部的对立面时，微阀仍然处于关闭状态，从而实现液体的定向流动；4)能够使得流道、微阀和第一液腔集成于一个空间内，提高了用户使用应用于微流控的液体定向流动装置的便利性；5)能够使得微阀固定在应用于微流控的液体定向流动装置中，有效地避免了微阀脱落的现象；6)有利于提高微阀固定的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的应用于微流控的液体定向流动装置在一些实施例中的原理示意图；
图2为本发明的应用于微流控的液体定向流动装置在另一些实施例中的原理示意图；
图3为本发明的应用于微流控的液体定向流动装置在一些实施例中的结构示意图；
图4为本发明的微阀在一些实施例中的结构示意图；
图5为本发明的应用于微流控的液体定向流动装置在另一些实施例中的结构示意图；
图6为图5中A部的局部放大图；
图7为本发明的应用于微流控的液体定向流动装置在又一些实施例中的结构示意图；
图8为图7中B部的局部放大图；
图9为本发明的应用于微流控的液体定向流动装置在又一些实施例中的结构示意图；
图10为本发明的应用于微流控的液体定向流动装置在又一些实施例中的结构示意图；
图11为本发明的基板和盖板在一些实施例中的结构示意图；
图12为本发明的应用于微流控的液体定向流动装置在又一些实施例中的结构示意图；
附图标记说明：
1、应用于微流控的液体定向流动装置；
10、基板；
11、流道；111、通道口；
12、微阀；121、触发部；122、安装部；1221、第二固定部；
13、第一液腔；
14、气道；
15、通道；
16、第二液腔；
17、第一固定部；
18、第一排气孔；
19、第二排气孔；
20、盖板；
30、进液孔；
40、进气孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例的说明书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一液腔和第二液腔是用于区别不同的液腔，而不是用于描述液腔的特定顺序；再如，第一固定部和第二固定部是用于区别不同的固定部，而不是用于描述固定部的特定顺序。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
除以上所述外，仍需要强调的是，在本文中提及“实施方式”意味着，结合实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施方式中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施方式，也不是与其它实施方式互斥的独立的或备选的实施方式。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施方式可以与其它实施方式相结合。
<应用于微流控的液体定向流动装置>
如图1至图3所示，为本发明的第一方面提出了一种应用于微流控的液体定向流动装置1。其中，图1和图2为所述应用于微流控的液体定向流动装置1的原理示意图，图3为所述应用于微流控的液体定向流动装置1在一些实施例中的结构示意图。在图1中，所述应用于微流控的液体定向流动装置1包括：
流道11；和
微阀12，用于封堵或导通所述流道11，其中，所述微阀12包括触发部121，用于实现液体的定向流动；其中，
所述触发部121被流经所述流道11的液体触发时，所述流道11被导通，
所述触发部121未被触发时，所述流道11被封堵。
需要说明的是，所述流道11可以是弹性材料制成，亦可是硬质材料制成。所述弹性材料可以是pdms(聚二甲基硅氧烷)或者透明硅胶，所述硬质材料可以是pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)或者树脂材料。所述流道11可以被设置为圆柱体形，在其他实施方式中，也可以被设置为非圆柱体形。所述流道11的材质和形状可以由本领域技术人员根据实际需求设置，本申请并不对此进行限制。
在图3中，所述流道11的一端用于流进液体，另一端则可以与所述微阀12连接。当然，在其他实施方式中，所述微阀12亦可设置于所述流道11的内部。
接着如图4所示，所述微阀12可以被设置为L形，在其他实施方式中，也可以被设置为非L形。此设计的目的在于：将所述微阀12的触发部121和安装部122分开，以增加所述微阀12的稳定性，由此可以避免所述微阀12因液体动力过大而脱落的现象。
进一步地，所述微阀12可以被设置具有弹性的微阀12。当所述触发部121被触发时，所述微阀12产生形变，导通所述流道11，如图2所示，液体从所述触发部121朝所述触发部121背部的方向流动；当所述触发部121未被触发时，所述微阀12恢复至原始形状，如图1所示，封堵所述流道11，液体无法逆流至所述触发部121。所述微阀12的材质可以是弹性材料。所述弹性材料可以为高分子聚合物材料。具体地，所述高分子聚合物材料可以选自热塑性聚合物、固化型聚合物、溶剂挥发型聚合物中的一种或两种以上。其中，热塑性聚合物可以是聚酰胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等，固化型聚合物可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环氧树脂和聚氨酯等，溶剂挥发型聚合物可以是丙烯酸、橡胶和氟塑料等。
所述触发部121可以被设置为矩形。在其他实施方式中，也可以被设置为非矩形，例如，圆形、扁圆形或者其他形状。所述触发部121可以覆盖所述流道11的通道口111。此设计的目的在于，防止液体从所述触发部121的背部逆流到所述流道11中。具体可以参见图1和图2。在图2中，所述触发部121与所述流道11连接，当所述触发部121被流经所述流道11的液体触发时，所述微阀12打开，所述流道11被导通；在图1中，当所述触发部121未被触发时，所述微阀12关闭，所述流道11被封堵。
本申请中液体的定向流动可以参照以下方式实现(参见图1和图2)：
液体在流道11中，从P方向流动至触发部121，由此，触发部121被触发，进而微阀12打开，流道11被导通，液体可以定向流动。当液体从S方向流动至触发部121的背部时，触发部121未被触发，因此，微阀12关闭，流道11被封堵，液体无法逆流到与触发部121相接触的流道11内。
在上述技术方案中，通过微阀12封堵或者导通流道11，使得液体能够定向流动。基于流道11为单种材料制作而成，使得液体能够在密闭的空间内流动，因此，可以有效地避免了液体泄露，造成环境污染的现象；
其次，微阀12的打开或关闭，均依靠流经流道11的液体实现。无需借助外部设备的作用力，即可实现流道11的导通或者封堵。由此，可以大幅度地降低应用于微流控的液体定向流动装置1的制作成本，从而降低患者的医疗费用。
在一些实施方式中，如图3所示，所述应用于微流控的液体定向流动装置1还包括第一液腔13，用于存储流经所述流道11的液体。所述第一液腔13可以被设置为长方体形，在其他实施方式中，所述第一液腔13也可以被设置为非长方体形。所述第一液腔13可以被设置有一开口，如图5至图8所示，用于连接所述微阀12。当所述微阀12打开时，如图5和图6所示，连通所述流道11和所述第一液腔13；如图7和图8所示，当所述微阀12关闭时，封堵所述流道11，隔断所述流道11和所述第一液腔13。在其他实施方式中，如图12所示，所述第一液腔13可以直接与所述流道11连通。
在一些实施方式中，如图9所示，所述应用于微流控的液体定向流动装置1还包括基板10，所述流道11、所述微阀12和所述第一液腔13设置在所述基板10上；所述基板10上还设置有气道14、通道15和第二液腔16；所述气道14与所述第一液腔13连通；所述第二液腔16通过所述通道15与所述第一液腔13连通。
所述基板10可以被设置为长方体形，当然，在其他实施方式中，也可以设置为锥形、球形或是其他的形状。
所述气道14用于运输气体至所述第一液腔13。所述气道14的材质可以与所述流道11的材料一致，在其他实施方式中，也可以与所述流道11的材质不同。所述气道14可以被设置为圆柱体形。
所述第二液腔16用于存储从所述第一液腔13流出的液体。其可以被设置为长方体形，在其他实施方式中，所述第二液腔16也可以被设置为非长方体形，例如圆柱体形。所述第二液腔16的形状和容量可以与所述第一液腔13相同。
在一些实施方式中，所述第一液腔13可以被设置于所述基板10的左侧，所述第二液腔16可以被设置于所述基板10的右侧。
所述通道15可以被设置为圆柱体形，在其他实施方式中，所述通道15可以被设置为非圆柱体形，例如长方体形。所述通道15可以被设置为直线形通道15，在其他实施方式中，也可以设计为其他形状，例如曲线形；再者，所述通道15的大小，本领域技术人员可以根据实际需要进行设计；此外，为便于设计，所述通道15的流通方向可以设置为与所述第一液腔13和所述第二液腔16的高度方向垂直，当然，在某些其他实施方式中，也可以是以非垂直的方式设置。另外，如图9所示，所述通道15可以被设置于所述第一液腔13和所述第二液腔16的下侧部。
在一些实施方式中，如图4和图10所示，所述基板10上还设置有第一固定部17，所述微阀12包括第二固定部1221，其中，所述第一固定部17与所述第二固定部1221连接。
参见图10，所述第一固定部17可以被设置于所述第一液腔13的上方。所述第一固定部17可以被设置为圆柱体形，也可以被设置为非圆柱体形。
参见图4，所述第二固定部1221的形状与所述第一固定部17相适配。所述第二固定部1221可以被设置于所述微阀12的安装部122。
所述第一固定部17与所述第二固定部1221可以固定连接，也可以活动连接，由本领域技术人员根据实际需要设置。
在一些实施方式中，如图3、图9和图10所示，所述基板10上还设置有第一排气孔18和第二排气孔19，其中，所述第一排气孔18与所述第一液腔13连通，所述第二排气孔19与所述第二液腔16连通。所述第一排气孔18用于输出所述第一液腔13的空气，所述第二排气孔19用于输出所述第二液腔16的空气。
在一些实施方式中，如图11所示，所述应用于微流控的液体定向流动装置1还包括盖板20，其中，所述盖板20密封覆盖在所述基板10上。
在一些实施方式中，如图9所示，所述应用于微流控的液体定向流动装置1还包括进液孔30，其与所述流道11连通。所述进液孔30可以被设置于所述基板10上，用于为液体进入所述液体定向流动装置提供入口。
在一些实施方式中，如图9所示，所述应用于微流控的液体定向流动装置1还包括进气孔40，其与所述气道14连通。所述进气孔40可以被设置于所述基板10上。当气体从所述进气孔40进入所述液体定向流动装置时，会流经所述气道14进入所述第一液腔13，使得所述第一液腔13的气压产生变化，由此可以产生推动液体通过所述通道15流入所述第二液腔16的动力。
本发明关于液体定向流动的过程，可以通过如下示例性地方式实现(参见图5至图9)：
液体从进液口流进所述液体定向流动装置，经所述流道11流动至微阀12的触发部121，所述触发部121被触发后打开，如图5和图6所示，由此，连通所述流道11和第一液腔13，液体可以流经所述微阀12进入所述第一液腔13。当所述触发部121未被触发时(也即没有液体流动至所述触发部121时)，如图7和图8所示，所述微阀12根据自身的弹性恢复至原始形状，即所述微阀12关闭。接着如图9所示，空气由进气孔40进入气道14，并流动至所述第一液腔13，造成所述第一液腔13内气压产生变化。基于此，所述第一液腔13内的液体可以根据气压影响从通道15流动至所述第二液腔16。
在一些实施方式中，如图12所示，所述应用于微流控的液体定向流动装置1可以包含多个微阀12。
<微流控芯片>
本发明的第二方面提供了一种微流控芯片，包括本发明第一方面所述的应用于微流控的液体定向流动装置。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和本文示出与描述的图例。

Claims (10)

1.应用于微流控的液体定向流动装置，其特征在于，包括：
流道；和
微阀，用于封堵或导通所述流道，其中，所述微阀包括触发部，用于实现液体的定向流动；其中，
所述触发部被流经所述流道的液体触发时，所述流道被导通，
所述触发部未被触发时，所述流道被封堵。
2.根据权利要求1所述的应用于微流控的液体定向流动装置，其特征在于，所述触发部可以覆盖所述流道的通道口。
3.根据权利要求1所述的应用于微流控的液体定向流动装置，其特征在于，所述微阀具有弹性，其中，
所述触发部被触发时，所述微阀产生形变，导通所述流道，液体从所述触发部朝所述触发部背部的方向流动；
所述触发部未被触发时，所述微阀恢复至原始形状，封堵所述流道，液体无法逆流至所述触发部。
4.根据权利要求1所述的应用于微流控的液体定向流动装置，其特征在于，还包括第一液腔，用于存储流经所述流道的液体。
5.根据权利要求4所述的应用于微流控的液体定向流动装置，其特征在于，还包括基板，所述流道、所述微阀和所述第一液腔设置在所述基板上；
所述基板上还设置有气道、通道和第二液腔；
其中，
所述气道与所述第一液腔连通；
所述第二液腔通过所述通道与所述第一液腔连通。
6.根据权利要求5所述的应用于微流控的液体定向流动装置，其特征在于，所述基板上还设置有第一固定部，所述微阀包括第二固定部，其中，所述第一固定部与所述第二固定部连接。
7.根据权利要求6所述的应用于微流控的液体定向流动装置，其特征在于，所述微阀被构造成L形。
8.根据权利要求7所述的应用于微流控的液体定向流动装置，其特征在于，所述基板上还设置有第一排气孔和第二排气孔，其中，所述第一排气孔与所述第一液腔连通，所述第二排气孔与所述第二液腔连通。
9.根据权利要求8所述的应用于微流控的液体定向流动装置，其特征在于，所述还包括盖板，其中，所述盖板密封覆盖在所述基板上。
10.微流控芯片，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的应用于微流控的液体定向流动装置。
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