CN1686780A - 单片气动凝胶微阀 - Google Patents
单片气动凝胶微阀 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1686780A CN1686780A CN 200510026600 CN200510026600A CN1686780A CN 1686780 A CN1686780 A CN 1686780A CN 200510026600 CN200510026600 CN 200510026600 CN 200510026600 A CN200510026600 A CN 200510026600A CN 1686780 A CN1686780 A CN 1686780A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gel
- micro
- channel
- slide way
- oxygen pump
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
一种单片气动凝胶微阀，由硅橡胶基底和玻璃基片构成，所述的硅橡胶基底包括主通道、限流通道、凝胶微阀滑道、微氧气泵致动腔、微氧气泵进样通道、微氧气泵致动气道、辅助通道、辅助出气口、凝胶微阀阀芯；所述的玻璃基片包括微加热电极与微传感电极，样本溶液进样孔与样本溶液出样孔，双氧水进样孔，辅助出气孔，样本溶液进样孔、样本溶液出样孔、双氧水进样孔、辅助出气孔与硅橡胶基底上的主通道、双氧水进样通道以及辅助出气口对应。本发明开启能耗低、连续致动能力强、快速响应输入信号，结构简单，并采用简单、灵活、易于集成的新型制作工艺制造，制造成本低。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种微电子机械系统技术领域的微阀，具体是一种单片气动凝胶微阀。
背景技术
阀是流动通道内起控制性限流作用的重要器件。基于微电子机械系统(MEMS)加工技术的微阀按原理一般可分为两种类型：主动阀和被动阀两类。被动阀的工作特点是仅利用流体本身参数的变化即可实现阀状态的改变。微阀的体积可大幅度下降至与芯片匹配的程度；相应加工和集成化难度亦有所降低。但其功能相对较为简单，不能实现复杂的操作，应用场合有一定的局限。主动阀是利用致动器产生的致动力实现阀的开闭或切换操作。一般包括流体出入口、致动器以及响应致动器而移动到时流体出入口打开或关闭的阀部件。主动阀致动动作切实可靠，致动力较强，阀的密闭性较好，既可用于单向阀，也可用于切换阀的制作，最适于进行切换阀的操作。目前文献报道较多的是采用双金属致动片、电磁和热气致动的微阀系统。
经对现有技术的文献检索发现，Hidekuni Takao等提出了一个由硅橡胶薄膜和两个并列热致动腔构成的微机电微阀(Hidekuni Takao，Kazuhiro Miyamura.Sensors and Actuators A 119(2005)468-475)，该微阀利用热气动致动，阀膜由硅橡胶旋涂而成，与玻璃基片上片构成密闭通道，硅橡胶薄膜下面是硅片，硅片刻蚀出两个腔室，一个为加热腔，一个为致动腔。加热腔上部固定薄膜电阻加热器，内充气液混合物。该微阀为常开阀，工作时，加热器加热气体，气室体积膨胀，阀膜向上发生形变，与阀台贴合，封闭流动通道。停止加热，阀膜恢复原形，通道开启。微阀致动的响应时间由容器的热容和加热电阻单位时间内所产生的热量决定；阀恢复到关闭状态的时间由容器向外界散热的速度决定；阀膜形变的压力和响应时间可通过改变加热室内的气液组成进行调整。由于需要加热和冷却气液混合物，所以热气动致动微阀响应时间偏慢；另外，微阀的变形膜与流体或气体的流道接触，因此变形膜的温度可能影响流路中流体或气体的温度，反之亦然。
另外，上述阀均采用硅加工和封装工艺，对制作提出了较高的要求，制作成本较高，相对复杂的微阀致动部件结构也不利于制造。因此迫切需要一种小型的、重量轻的、成本低、容易制造的和响应时间快的微阀。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺点，提供一种单片气动凝胶微阀。使其具有原理新颖、结构简单、易于集成、响应时间快的特点。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用两层结构，由硅橡胶基底和玻璃基片构成，玻璃基片设置在硅橡胶基底的上方。所述的硅橡胶基底包括主通道、限流通道、凝胶微阀滑道、微氧气泵致动腔、微氧气泵进样通道、微氧气泵致动气道、辅助通道、辅助出气口、凝胶微阀阀芯，在硅橡胶基底上主通道与凝胶微阀滑道相互垂直，限流通道位于主通道中央，并与凝胶微阀滑道相互垂直，凝胶微阀阀芯在凝胶微阀滑道内，微氧气泵致动腔有两个，分别列在凝胶微阀滑道两侧，微氧气泵致动气道一边与凝胶微阀滑道相连，另一边与微氧气泵致动腔相连，双氧水进样通道连在微氧气泵致动腔的最外侧，辅助通道和辅助出气口分布在凝胶微阀芯滑道最外侧；所述的玻璃基片包括微加热电极与微传感电极，样本溶液进样孔与样本溶液出样孔，双氧水进样孔，辅助出气孔，微加热电极分别设置在两个微氧气泵制动腔的正上方，微传感电极设置在两个微氧气泵制动腔中央，样本溶液进样孔、样本溶液出样孔、双氧水进样孔、辅助出气孔与硅橡胶基底上的主通道、双氧水进样通道以及辅助出气口对应。
凝胶微阀滑道包含有两个矩形腔和一个长矩形微通道，其中两个矩形腔位于长矩形微通道的两侧，其垂直于微通道的中轴线彼此错开，长矩形微通道垂直于限流通道方向，位于限流通道中线处。
微氧气泵致动气道与凝胶微阀滑道两侧的矩形腔相连，并平行于凝胶微阀滑道方向，辅助通道和辅助出气口分布在凝胶微阀芯滑道矩形腔的最外侧。
加热电极、传感电极采用多折线形状。
样本溶液进样孔与主通道的一端相连，样本溶液出样孔与主通道的另一端相连，双氧水进样孔与双氧水进样通道的一端相连，辅助出气孔与辅助出气口相连。
本发明采用一种简单的化学反应产生气体做驱动动力。双氧水是一种化学活性物质，如果加热超过其分解速度，它会迅速分解，产生水和氧气，反应式如下：
根据反应式计算，仅仅1μl 30％的双氧水就能产生大约100μl的氧气。产生氧气的速度取决于外界温度和催化剂的使用。只要温度等外界条件满足，反应可以持续地进行。反应的产物，水和氧气都是生物兼容的。
凝胶微阀阀芯位于凝胶微阀滑道内，是由高分子凝胶材料形成的，因此具有弹性，可以贴合在滑道内又能沿滑道上下移动。操作时，当左侧微加热电极工作，双氧水迅速分解，生成气体产生气压，带动左制动臂向上运动，阀芯沿滑道向上运动，运动至最大行程，闭合主通道；这时关闭左侧微加热电极电流，对右侧微加热电极施加电流，气体产生气压，带动右制动臂向下运动，运动至最大行程，主通道打开。通过不断的切换左右侧微加热电极电流，便可实现微阀闭合打开的功能。
本发明具有开启能耗低、连续致动能力强、快速响应输入信号。因为凝胶贴合在凝胶滑道壁面上，因此它可以响应输入激励信号而准确地在平面层内移动。该移动部件可用作打开和关闭流体出入口的阀，不会在流体流过流体口时加热流体。而且，本发明是单片型的，其结构简单，并采用简单、灵活、易于集成的新型制作工艺制造，材料选用价格低廉的普通玻璃和高分子材料，进一步降低了制造成本，因此，本发明有利于促进单片型微流体系统的发展。
附图说明
图1是本发明结构示意图
图2是单片凝胶微阀阀芯的平面结构示意图
图3是单片凝胶微阀阀芯的工作状态图
其中，图(a)微凝胶阀开启，(b)微凝胶阀闭合。
具体实施方式
如图1所示，本发明由硅橡胶基底1和玻璃基片2构成，玻璃基片2设置在硅橡胶基底1的上方。所述的硅橡胶基底1包括主通道3、限流通道4、凝胶微阀滑道5、微氧气泵致动腔6、微氧气泵进样通道7、微氧气泵致动气道8、辅助通道9、辅助出气口10、凝胶微阀阀芯17，在硅橡胶基底1上主通道3与凝胶微阀滑道5相互垂直，限流通道4位于主通道3中央，并与凝胶微阀滑道5相互垂直，凝胶微阀阀芯17在凝胶微阀滑道5内，微氧气泵致动腔6有两个，分别列在凝胶微阀滑道5两侧，微氧气泵致动气道8一边与凝胶微阀滑道5相连，另一边与微氧气泵致动腔6相连，双氧水进样通道7连在微氧气泵致动腔6的最外侧，辅助通道9和辅助出气口10分布在凝胶微阀芯滑道5最外侧；所述的玻璃基片2包括微加热电极11与微传感电极12，样本溶液进样孔13与样本溶液出样孔14，双氧水进样孔15，辅助出气孔16，微加热电极11分别设置在两个微氧气泵制动腔6的正上方，微传感电极12设置在两个微氧气泵制动腔6中央，样本溶液进样孔13、样本溶液出样孔14、双氧水进样孔15、辅助出气孔16与硅橡胶基底1上的主通道3、双氧水进样通道7以及辅助出气口10对应。
凝胶微阀滑道5包含有两个矩形腔和一个长矩形微通道，其中两个矩形腔位于长矩形微通道的两侧，其垂直于微通道的中轴线彼此错开，长矩形微通道垂直于限流通道方向，位于限流通道中线处。
微氧气泵致动气道8与凝胶微阀滑道5两侧的矩形腔相连，并平行于凝胶微阀滑道5方向，辅助通道9和辅助出气口10分布在凝胶微阀芯滑道5矩形腔的最外侧。
加热电极11、传感电极12采用多折线形状。
样本溶液进样孔13与主通道3的一端相连，样本溶液出样孔14与主通道3的另一端相连，双氧水进样孔15与双氧水进样通道7的一端相连，辅助出气孔16与辅助出气口10相连。
如图2所示，凝胶微阀阀芯17采用一种特殊高分子光敏凝胶材料，该材料在常态下作为液体存在，受到光照后固化成为一种弹性的凝胶体。凝胶微阀阀芯17作为阀的移动部件是细长的，长度为5mm～50mm，宽度为0.2mm～2mm。凝胶微阀阀芯17包含有左、右致动臂18、19，左、右致动臂18、19为矩形，分别位于凝胶微阀滑道5两个矩形腔内，尺寸为长度0.5mm～10mm，宽度0.5mm～10mm，凝胶微阀阀芯17的顶端为一楔角，角度为1°～30°。
如图3所示，显示了本发明的两种工作状态。假设微阀初始状态闭合，将双氧水通过双氧水进样孔15和双氧水进样通道7灌入右侧微氧气泵致动腔6，对微加热电极11施加电流，同时通过微传感电极12感知温度，调整施加电流的大小，使微氧气泵致动腔6的双氧水迅速分解，生成气体沿着微氧气泵致动气道8进入凝胶微阀滑道5矩形腔，产生气压，从而带动右制动臂19向下运动，运动至最大行程，限流通道4打开，样本溶液流过限流通道4；同理，当双氧水在左侧微氧气泵致动腔6受热分解，气体产生气压，带动左制动臂18向上运动，凝胶微阀阀芯17沿滑道向上运动，运动至最大行程，关闭限流通道4，样本溶液在主通道3内停止流动。通过不断的切换左右侧微加热电极11的电流，便可实现本发明闭合打开的功能。当微阀工作到一段时间，凝胶微阀滑道5矩形腔内会充满气体，凝胶微阀阀芯17的动作会出现困难。此时，打开辅助出气孔16，气体会经过辅助通道9和辅助出气口10散发到外界环境中，从而消除气体对凝胶微阀阀芯17动作的影响。
Claims (6)
1、一种单片气动凝胶微阀，由硅橡胶基底(1)和玻璃基片(2)构成，玻璃基片(2)设置在硅橡胶基底(1)的上方，其特征在于，所述的硅橡胶基底(1)包括主通道(3)、限流通道(4)、凝胶微阀滑道(5)、微氧气泵致动腔(6)、微氧气泵进样通道(7)、微氧气泵致动气道(8)、辅助通道(9)、辅助出气口(10)、凝胶微阀阀芯(17)，主通道(3)与凝胶微阀滑道(5)相互垂直，限流通道(4)位于主通道(3)中央，并与凝胶微阀滑道(5)相互垂直，凝胶微阀阀芯(17)在凝胶微阀滑道(5)内，微氧气泵致动腔(6)有两个，分别列在凝胶微阀滑道(5)两侧，微氧气泵致动气道(8)一边与凝胶微阀滑道(5)相连，另一边与微氧气泵致动腔(6)相连，双氧水进样通道(7)连在微氧气泵致动腔(6)的最外侧，辅助通道(9)和辅助出气口(10)分布在凝胶微阀芯滑道(5)最外侧；所述的玻璃基片(2)包括微加热电极(11)与微传感电极(12)，样本溶液进样孔(13)与样本溶液出样孔(14)，双氧水进样孔(15)，辅助出气孔(16)，微加热电极(11)分别设置在两个微氧气泵制动腔(6)的正上方，微传感电极(12)设置在两个微氧气泵制动腔(6)中央，样本溶液进样孔(13)、样本溶液出样孔(14)、双氧水进样孔(15)、辅助出气孔(16)与硅橡胶基底(1)上的主通道(3)、双氧水进样通道(7)以及辅助出气口(10)对应。
2、根据权利要求1所述的单片气动凝胶微阀，其特征是，凝胶微阀滑道(5)包含有两个矩形腔和一个长矩形微通道，其中两个矩形腔位于长矩形微通道的两侧，其垂直于微通道的中轴线彼此错开，长矩形微通道垂直于限流通道方向，位于限流通道中线处。
3、根据权利要求1所述的单片气动凝胶微阀，其特征是，微氧气泵致动气道(8)与凝胶微阀滑道(5)两侧的矩形腔相连，并平行于凝胶微阀滑道(5)方向，辅助通道(9)和辅助出气口(10)分布在凝胶微阀芯滑道(5)矩形腔的最外侧。
4、根据权利要求1所述的单片气动凝胶微阀，其特征是，加热电极(11)、传感电极(12)采用多折线形状。
孔(16)与辅助出气口(10)相连。
6、根据权利要求1所述的单片气动凝胶微阀，其特征是，凝胶微阀阀芯(17)包含有左、右致动臂(18、19)，分别位于凝胶微阀滑道(5)的两个矩形腔内。
7、根据权利要求1或者6所述的单片气动凝胶微阀，其特征是，凝胶微阀阀芯(17)是细长的，长度为5mm~50mm，宽度为0.2mm~2mm，左、右致动臂(18、19)为矩形，尺寸为长度0.5mm~10mm，宽度0.5mm~10mm，凝胶微阀阀芯(17)的顶端为一楔角，角度为1°~30°。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2005100266006A CN1313355C (zh) | 2005-06-09 | 2005-06-09 | 一种具有单片气动凝胶微阀的微泵 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2005100266006A CN1313355C (zh) | 2005-06-09 | 2005-06-09 | 一种具有单片气动凝胶微阀的微泵 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1686780A true CN1686780A (zh) | 2005-10-26 |
| CN1313355C CN1313355C (zh) | 2007-05-02 |
Family
ID=35304822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2005100266006A Expired - Fee Related CN1313355C (zh) | 2005-06-09 | 2005-06-09 | 一种具有单片气动凝胶微阀的微泵 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1313355C (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101082629B (zh) * | 2007-07-04 | 2010-08-25 | 南京大学 | 一种液体自动定量连续加样装置 |
| CN101126465B (zh) * | 2006-08-16 | 2011-08-24 | 三星电子株式会社 | 阀单元,具有该阀单元的反应装置以及在通道中形成阀的方法 |
| CN101303363B (zh) * | 2008-01-18 | 2012-11-21 | 天津先阳科技发展有限公司 | 多用途的微流量液体综合处理系统 |
| CN104653854A (zh) * | 2013-11-22 | 2015-05-27 | 浙江盾安人工环境股份有限公司 | 温差致动式微阀 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100411876B1 (ko) * | 2000-12-22 | 2003-12-24 | 한국전자통신연구원 | 열구동형 마이크로 펌프 및 그 제조 방법 |
| JP2003225898A (ja) * | 2002-02-06 | 2003-08-12 | Fuji Electric Co Ltd | 多層基板型マイクロ構造物の製造方法及びマイクロポンプ |
| CN1170156C (zh) * | 2003-02-22 | 2004-10-06 | 浙江大学 | 集成微型无阀泵式毛细管电泳芯片 |
| JP4206849B2 (ja) * | 2003-07-14 | 2009-01-14 | 日立電線株式会社 | マイクロポンプ及びその製造方法 |
| CN1238713C (zh) * | 2003-11-01 | 2006-01-25 | 浙江大学 | 集成微型电磁泵式毛细管电泳芯片 |
| CN100443397C (zh) * | 2004-05-28 | 2008-12-17 | 哈尔滨工业大学 | 微冷却测控系统的加工方法 |
-
2005
- 2005-06-09 CN CNB2005100266006A patent/CN1313355C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101126465B (zh) * | 2006-08-16 | 2011-08-24 | 三星电子株式会社 | 阀单元,具有该阀单元的反应装置以及在通道中形成阀的方法 |
| CN101082629B (zh) * | 2007-07-04 | 2010-08-25 | 南京大学 | 一种液体自动定量连续加样装置 |
| CN101303363B (zh) * | 2008-01-18 | 2012-11-21 | 天津先阳科技发展有限公司 | 多用途的微流量液体综合处理系统 |
| CN104653854A (zh) * | 2013-11-22 | 2015-05-27 | 浙江盾安人工环境股份有限公司 | 温差致动式微阀 |
| CN104653854B (zh) * | 2013-11-22 | 2018-04-20 | 浙江盾安人工环境股份有限公司 | 温差致动式微阀 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1313355C (zh) | 2007-05-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103282706B (zh) | 微泵或常闭式微阀 | |
| EP1476393B1 (en) | Microfluidic valve and system therefor | |
| Zhang et al. | Micropumps, microvalves, and micromixers within PCR microfluidic chips: Advances and trends | |
| JP5762389B2 (ja) | 微小流体装置のための、計量流体ローディングシステムを備える微小流体システム | |
| US20030057391A1 (en) | Low power integrated pumping and valving arrays for microfluidic systems | |
| US20040013536A1 (en) | Micro-fluidic pump | |
| US8080220B2 (en) | Thermal bend actuated microfluidic peristaltic pump | |
| EP1441132B1 (en) | Bubble-actuated valve with latching | |
| CN1313355C (zh) | 一种具有单片气动凝胶微阀的微泵 | |
| US8075855B2 (en) | MEMS integrated circuit comprising peristaltic microfluidic pump | |
| US7981386B2 (en) | Mechanically-actuated microfluidic valve | |
| WO2012034270A1 (zh) | 一种微流路芯片系列微器件的结构 | |
| KR100978317B1 (ko) | 광열효과를 이용한 미세밸브 및 이를 이용한 랩온어칩시스템 | |
| CN1261767C (zh) | 低电压低功率热气泡薄膜式微流体驱动装置 | |
| Bodén et al. | On-chip liquid storage and dispensing for lab-on-a-chip applications | |
| CN111692400B (zh) | 一种基于压电薄膜反馈控制微流控芯片的流量流速的微阀 | |
| CN1313356C (zh) | 基于双氧水分解的微氧气泵 | |
| CN109737237B (zh) | 光热操控膜式微阀装置及使用方法 | |
| KR100466541B1 (ko) | 미소 유체 이송 장치 | |
| KR20150135613A (ko) | 미세유체 구동을 위한 마이크로 펌프 | |
| Li et al. | High-sealing microvalves for PCR | |
| Song et al. | Readily integrated, electrically controlled microvalves | |
| US20240125315A1 (en) | Microfluidic pump | |
| CN213452047U (zh) | 一种微流控芯片的阀门机构 | |
| WO2009152547A1 (en) | Bonded microfluidics system comprising cmos-controllable microfluidic devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070502 Termination date: 20100609 |