CN117258860A - 一种微流体控制结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微流体控制结构，涉及微阀控制技术领域。包括：上板上设置有上透孔和动力气孔，上透孔和动力气孔均纵向贯穿设置在上板上，上透孔设置有多个；下板设置在上板下方，下板上设置有下透孔和导气凹槽，下透孔贯穿下板，导气凹槽设置在上板和下板的连接平面上，下板与上板连接后，下板上设置的导气凹槽与上板底部形成气道，导气凹槽和下透孔均设置有多个；换向阀设置在上板上方，换向阀的阀口分别与多个上透孔连通，换向阀设置有多个。本发明通过优化微流控流道设计，引入双向气压控制方法。并将传统的微流控方式由芯片内部转移到外部微流控控制模组上，可大大降低微流控芯片内部设计复杂度，降低成本，实现“芯‑控”分离。

Description

一种微流体控制结构

技术领域

本发明涉及微阀控制技术领域，更具体的说是涉及一种微流体控制结构。

背景技术

微流控芯片技术作为一种新型的分析平台具有微型化、自动化、集成化、便捷和快速等优点，已经在很多领域获得了广泛研究和应用，由于其在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。

根据操纵液体流动的原理与实现方法不同，微流控又分被动式和主动式两种。其中应用较为广泛的气压主动式微流控方案实际应用时，在现有技术中，为了解决微流控芯片中流体出现静态回流、撤销动力源无法保存状态等问题，常用做法是增加单向阀、或通过复杂的流道结构设计来实现。这在一定程度上会增加制造工艺难度、降低微流控芯片的量产良率，最终导致增加成本或无法量产。

因此，如何提供一种结构简单并且能够实现有效和高精度的微流体控制结构是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种微流体控制结构，旨在解决上述背景技术中的问题，通过简单的结构，实现可靠和高精度的微流控制。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微流体控制结构，包括：

上板，所述上板上设置有上透孔和动力气孔，所述上透孔和所述动力气孔均纵向贯穿设置在所述上板上，所述上透孔设置有多个；

下板，所述下板设置在所述上板下方，所述下板上设置有下透孔和导气凹槽，所述下透孔贯穿所述下板，所述导气凹槽设置在所述上板和下板的连接平面上，所述下板与所述连接后所述导气凹槽与上板底部形成气道，所述导气凹槽和所述下透孔均设置有多个；

换向阀，所述换向阀设置在所述上板上方，所述换向阀的阀口分别与多个上透孔连通，所述换向阀设置有多个；

其中，多个所述上透孔、多个所述下透孔、动力气孔和多个所述气道形成多个气流道。

进一步的，所述气流道包括主动流道和从动流道，所述主动流道与外部气源连通，所述从动流道与所述主动流道远离所述外部气源的一端连通，所述从动流道与微流芯片连通。

进一步的，所述上透孔包括上A透孔、上B透孔、上C透孔、上D透孔、上E透孔、上F透孔、上G透孔、上H透孔、上I透孔、上J透孔、上K透孔、上L透孔、上M透孔、上N透孔和上O透孔。

进一步的，所述下透孔包括下A透孔、下B透孔、下C透孔、下D透孔、下E透孔、下F透孔、下G透孔、下H透孔、下I透孔、下J透孔、下K透孔、下L透孔和下M透孔。

进一步的，所述气道包括A道、B道、C道、D道、E道、F道和G道。

进一步的，所述换向阀包括A阀、B阀、C阀、D阀、E阀、F阀和G阀。

进一步的，所述下板下方设置有支撑管，所述支撑管垂直于所述下板，所述支撑管的一端与所述下透孔连通，所述支撑管的另一端与微流芯片连通，所述支撑管设置有多个。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种微流体控制结构。通过优化微流控流道设计，引入双向气压控制方法。并将微流控芯片中复杂的气/液路控制结构提取出来，放在微流控芯片外部处理。也就是将传统的微流体控制方式由芯片内部转移到外部微流控控制模组上，可大大降低微流控芯片内部设计复杂度，降低成本，实现“芯-控”分离。这种外部微流控结构方式能够实现复用，减少微流控芯片内部复杂结构的一次性资源浪费，且不受限于微流控芯片的体积，设计灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的微流体控制结构的外部结构图；

图2为本发明提供的微流体控制结构的内部结构爆炸图；

图3为本发明提供的微流体控制结构的上侧爆炸图；

图4为本发明提供的微流体控制结构的下侧爆炸图；

图5为本发明提供的微流体控制结构的下板俯视图。

其中：1为上板；11为上透孔；111为上A透孔；112为上B透孔；113为上C透孔；114为上D透孔；115为上E透孔；116为上F透孔；117为上G透孔；118为上H透孔；119为上I透孔；1110为上J透孔；1111为上K透孔；1112为上L透孔；1113为上M透孔；1114为上N透孔；1115为上O透孔；12为动力气孔；2为下板；21为下透孔；211为下A透孔；212为下B透孔；213为下C透孔；214为下D透孔；215为下E透孔；216为下F透孔；217为下G透孔；218为下H透孔；219为下I透孔；2110为下J透孔；2111为下K透孔；2112为下L透孔；2113为下M透孔；22为气道；221为A道；222为B道；223为C道；224为D道；225为E道；226为F道；227为G道；3为换向阀；31为A阀；32为B阀；33为C阀；34为D阀；35为E阀；36为F阀；37为G阀；4为微流芯片；5为支撑管。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

参见图1-5，本发明实施例公开了一种微流体控制结构，包括：

上板1，上板1上设置有上透孔11和动力气孔12，上透孔11和动力气孔12均纵向贯穿设置在上板1上，上透孔11设置有多个；上板1为透明或不透明材质，且材质不限，可为塑料、金属等，上透孔11用于通过气体，在本实施例中，使用的材质是透明的亚克力板。

下板2，下板2设置在上板1下方，下板2上设置有下透孔21和导气凹槽，下透孔21贯穿下板2，导气凹槽设置在上板1和下板2的连接平面上，下板2与上板1连接后，下板2上设置的导气凹槽与上板1底部形成气道22，导气凹槽和下透孔21均设置有多个；下板2为透明或不透明材质，且材质不限，可为塑料、金属等，下透孔21和导气凹槽均用于通过气体，在本实施例中，使用的材质是透明的亚克力板。

换向阀3，换向阀3设置在上板1上方，换向阀3的阀口分别与多个上透孔11连通，换向阀3设置有多个；在本实施例中，换向阀3为二位三通电磁阀。

其中，多个上透孔11、多个下透孔21、动力气孔12和多个气道22形成多个气流道；在本实施例中，动力气孔12用于接入正气压或负气压，进而气流道中的气体能够进行两个方向的空气流动，在气流道中空气流动的过程中能够为微流芯片4中的液体提供方向和动力。

气流道包括主动流道和从动流道，主动流道与外部气源连通，从动流道与主动流道远离外部气源的一端连通，从动流道另一端通过支撑管5与微流芯片4依次连通。

上透孔11包括上A透孔111、上B透孔112、上C透孔113、上D透孔114、上E透孔115、上F透孔116、上G透孔117、上H透孔118、上I透孔119、上J透孔1110、上K透孔1111、上L透孔1112、上M透孔1113、上N透孔1114和上O透孔1115。

下透孔21包括下A透孔211、下B透孔212、下C透孔213、下D透孔214、下E透孔215、下F透孔216、下G透孔217、下H透孔218、下I透孔219、下J透孔2110、下K透孔2111、下L透孔2112和下M透孔2113。

气道22包括A道221、B道222、C道223、D道224、E道225、F道226和G道227。

换向阀3包括A阀31、B阀32、C阀33、D阀34、E阀35、F阀36和G阀37。

在本实施例中，主动流道包括动力气孔12、C道223、上C透孔113、B阀32、上E透孔115、B道222和下B透孔212，动力气孔12、C道223、上C透孔113、B阀32、上E透孔115、B道222和下B透孔212依次连通，形成主动流道，其中动力气孔12能够提供正压或者负压，根据动力气孔12提供的正压或者负压，进一步改变主动流道中的气流方向，从而达到正压推动或负压抽动微流芯片4中的液体的效果。

从动流道包括第一从动流道、第二从动流道、第三从动流道、第四从动流道和第五从动流道，第一从动流道、第二从动流道、第三从动流道、第四从动流道和第五从动流道均通过微流控芯片4与主动流道连通，通过控制多个从动流道和主动流道中的电磁阀能够控制微流芯片4中的液体流速、流动方向和流动体积。

其中，第一从动流道包括下F透孔216、E道225、上L透孔1112、G阀37、上O透孔1115和下M透孔2113，F透孔、E道225、上L透孔1112、G阀37、上O透孔1115和下M透孔2113依次连通，工作时主动流道上的动力气孔12与外部气源连通(图中未示出)，气源提供正压或负压，正压或负压能够驱动主动流道中的气体流动，主动流道上的下B透孔212与微流芯片4的一端连通，第一从动流道上的下F透孔216与微流芯片4上远离主动流道的一端连通，第一从动流道上的M透孔与大气连通，此时，主动流道和从动流道以及微流芯片4形成闭合回路，进而在主动流道中外部气源的作用下能够控制微流芯片4中的液体进行流动，通过控制B阀32和G阀37的开闭，能够实现在使用时对微流芯片4中的液体流量和流速进行精确调整，达到高精度微流控制的技术效果。

在本实施例中，外部气源可以是柱塞泵提供的气源；也可以是恒压或恒功率的气压源；也可以是电机驱动注射器组合的气源；也可以是电机通过压杆驱动气囊组合而成的气源，外部气源在应用时保持恒定压力即可，控制简单。

第二从动流道、第三从动流道、第四从动流道和第五从动流道的工作原理与第一从动流道的工作原理相同。

下板2下方设置有支撑管5，支撑管5垂直于下板2，支撑管5的一端与下透孔21连通，支撑管5的另一端与微流芯片4连通，支撑管5设置有多个。

在本实施例中，在其他条件不变的情况下，通过控制动力气孔12处施加的气压(正压或负压)压力可以控制微流芯片4中的液体流速，以此实现对流体的流速、方向的控制；

保持其他条件不变，在从动流道中接入可控制气体通断的装置(以电磁阀为例)，当电磁阀关闭时，从动流道与大气不再连通，则主动流道无论施加正压还是负压，微流芯片4中的液体都不会流动；

保持其他条件不变，在从动流道中接入可控制气体通断的装置(本发明以电磁阀为例)，当电磁阀以一定频率“通-断”时，在主动流道中施加正压或负压，流道微流芯片4中的液体将会以脉动方式前进或后退，脉动频率与电磁阀的通断频率一致；

根据气体可被压缩而液体无法压缩的原理。当在主动流道中施加恒定负压时，随着时间的推移，微流芯片4中的液体流速将逐渐增大，即液体在主动流道中的速度大于从动流道中施加的动力速度。现有技术下若想达到主动流道和从动流道中的液体流速恒定，则主动流道中施加的负压需逐渐减小，对主动流道中的气压控制系统要求精确；而基于本发明下，可衍生新的方法，在保持主动流道中施加的负压不变的情况下，通过控制从动流道中的电磁阀“通-断”脉冲频率，及控制通断脉冲的个数，使得液体在微流芯片4中的流速连续控制被转化为离散的脉冲控制，实现不附加改变气源精密性的条件下低成本的实现精确流体控制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种微流体控制结构，其特征在于，包括：

上板，所述上板上设置有上透孔和动力气孔，所述上透孔和所述动力气孔均纵向贯穿设置在所述上板上，所述上透孔设置有多个；

下板，所述下板设置在所述上板下方，所述下板上设置有下透孔和导气凹槽，所述下透孔贯穿所述下板，所述导气凹槽设置在所述上板和下板的连接平面上，所述下板与所述上板连接后所述导气凹槽与上板底部形成气道，所述导气凹槽和所述下透孔均设置有多个；

换向阀，所述换向阀设置在所述上板上方，所述换向阀的阀口分别与多个上透孔连通，所述换向阀设置有多个；

其中，多个所述上透孔、多个所述下透孔、动力气孔和多个所述气道形成多个气流道。

2.根据权利要求1所述的一种微流体控制结构，其特征在于，所述气流道包括主动流道和从动流道，所述主动流道与外部气源连通，所述从动流道与所述主动流道远离所述外部气源的一端连通，所述从动流道与微流芯片连通。

3.根据权利要求1所述的一种微流体控制结构，其特征在于，所述上透孔包括上A透孔、上B透孔、上C透孔、上D透孔、上E透孔、上F透孔、上G透孔、上H透孔、上I透孔、上J透孔、上K透孔、上L透孔、上M透孔、上N透孔和上O透孔。

4.根据权利要求1所述的一种微流体控制结构，其特征在于，所述下透孔包括下A透孔、下B透孔、下C透孔、下D透孔、下E透孔、下F透孔、下G透孔、下H透孔、下I透孔、下J透孔、下K透孔、下L透孔和下M透孔。

5.根据权利要求1所述的一种微流体控制结构，其特征在于，所述气道包括A道、B道、C道、D道、E道、F道和G道。

6.根据权利要求1所述的一种微流体控制结构，其特征在于，所述换向阀包括A阀、B阀、C阀、D阀、E阀、F阀和G阀。

7.根据权利要求1所述的一种微流体控制结构，其特征在于，所述下板下方设置有支撑管，所述支撑管垂直于所述下板，所述支撑管的一端与所述下透孔连通，所述支撑管的另一端与微流芯片连通，所述支撑管设置有多个。