CN1968754A - 用于微流体器件的阀 - Google Patents

Abstract

提供一种在微流体器件中控制流体流动的阀。所述阀包括在基材(24)上形成的腔室(26)、加热盘管(42)和包含在腔室(26)内的阀材料(30)。当阀关闭时，激活加热盘管引起阀材料膨胀出腔室，通过颈状部分(28)，进入主通道(22)，将其阻塞。优选阀材料是石蜡，并且通过加热盘管(42)以引起其熔化。在熔化时，熔化的石蜡流入主通道并在那里冷却和固化。带有轴环(36)的缩颈(34)提供冷的表面，固化的蜡在该表面上积聚。

Description

用于微流体器件的阀

本发明涉及一种微流体器件，特别是用于流体流动的微流体控制的阀。

已知微流体器件是用于控制少量流体，诸如化学或生物学应用中的试剂的装置。这种器件包括许多用于将流体从入口输送到反应或测试室的通道，所述反应或测试室是设置用于发生预定的反应或测试，诸如分析的。在微流体器件中使用的常规流体是血液样品、细菌细胞悬浮液、蛋白质或抗体溶液以及各种缓冲液。微流体器件使得对于诸如分子扩散系数、流体粘度、pH、化学结合系数以及酶反应动力学的特性的测量得以进行。

所谓的“芯片实验室”器件要求精确的微流体技术来控制流体流过各种微通道，以改进芯片上的化学处理。应用这种技术的一些例子包括改善试剂的存储、通道的装填、液体流动的开关以及在化学处理的敏感步骤中隔离芯片的特定区域，以防止泄漏和压力波动。

该领域的研究通常着眼于开发在这种芯片内使用一系列阀门调节微流体流动的方法。控制这样的流体流动对于器件的高效性能是必需的。

因此，已经研制出许多阀门以调节通道内的流体流动。这些阀门可以是多用途阀门或单程型的。

提供受控流体流动的一种方法是使用常规的隔膜阀。这一般包括使用基于硅材料的MEMS(微电子机械系统)技术。但是，这种组件的使用和集成复杂且成本极高。例如，US专利No.6,048,734描述了一种包括皱状隔膜的热气动阀，所述皱状隔膜构成了硅芯片上的部分测试结构。相似类型的阀，诸如疏水性被动阀在使用和集成上不很复杂，但只提供单向流体流动。

提供所述受控流体流动的另一种方式是使用珠形微流体阀，诸如在Ji等人(16^th European Confer ence on Solid-State Transducers，Sept.15-18，2002，Prague)的文中描述的那种。在这种设计中，许多二氧化硅微珠用于阻断流体出口以形成类止回阀。当流体由流体入口沿出口方向流过阀门时，流体流动导致珠子向出口嘴移动并在那里聚集。如果聚集的体积足够大，则阀门可以有效关闭，不再有流体通过出口。随着珠子的尺寸相对于流体入口减小，其它因素诸如静电引力和减小的表面能会影响聚集。

这种设计的一个缺点在于不可能像上述MEMS阀一样实现流体流动的快速阻断，因为需要一段时间聚集以达到充分的体积来关闭流体出口嘴。

更简单的控制流体流动的想法是冻结流体本身，使用金属球或某种形式的压电在流体通道中产生暂时的阻塞。这些方法都有缺点，诸如控制流动的时间滞后—冻结液体带来的特殊问题。利用各种表面张力效应的泡阀(bubble valve)也是现有技术已知的。通过操纵在Terray，Oakey and Marr，Science，vol.296，pp1841-1843，2002中描述的胶质微球体，产生微米尺寸的泵和阀也是已知的。这是利用光学捕获原理来调动胶质颗粒以控制流体流动。

US专利No.6,048,734也描述了一种用于在通道内阻断流体流动的器件和方法。内有加热元件和钎料珠的侧通道与流体流过其中的主通道连通。加热元件至少部分将钎料熔化，空气流将熔化的钎料从侧通道向主通道移动，在那里冷却阻断主通道。但这种安排不适合“芯片实验室”应用，因为熔化钎料需要的高温会损坏芯片本身。同时也需要提供产生空气流来将熔化的钎料移动至所需位置的装置，因此浪费了芯片上的可用空间。

因此这类阀复杂且生产成本高。这种阀的设计越复杂其失败的可能性越大。我们因此认识到需要设计简单和便于制造的阀门。

在独立权利要求中定义了本发明，以下应当引用。在从属权利要求中列出了有利特征。

下面通过实施例并参照附图更详细地描述本发明的优选实施方案，其中：

图1举例说明了本发明可以使用的一种微电化学器件；

图2举例说明了初始状态的本发明的优选实施方案；

图3举例说明了最终状态的优选实施方案；

图4举例说明开放状态的本发明的可选择实施方案；

图5举例说明了关闭状态的图4的实施方案；

图6举例说明了在模拟中蜡分子碳链长度的分布；

图7举例说明了在测试周期晶胞中的分子排列；

图8是周期晶胞体积的温度依赖的图解；

图9是周期晶胞内压力的温度依赖的图解；

图10是周期晶胞中蜡密度的温度依赖的图解；

图11是显示模拟的蜡的熵、热容、焓和自由能的计算值的图表；

图12是显示模拟中蜡的剪切分析计算的模型结构的说明；

图13是显示在两个不同温度下模拟中蜡的速度分布图。

本发明的优选实施方案采用了微流体器件的形式。微流体器件的特征可以在于一个或多个通道的至少一维小于1mm。但是在大多数应用中，通道通常约50μm宽和约50μm深，并且向反应或测试室中传送纳升体积的试剂。

下面通过实施例，参考图1描述微流体电化学传感器。

图1是微流体电化学反应装置的示意图。装置1包括第一混合通道3、第二混合通道5和反应室7。第一混合通道3，第二混合通道5和反应室7是连接的，使流体可以依次通过第一混合通道3，通过第二混合通道5并通过反应室入口8进入反应室7。第一混合通道3的上游部分与底物入口9和酶入口11相连，这两个入口分别向第一混合通道3提供底物和酶。第二混合通道5的上游与介体入口13相连，所述介体入口13向第二混合通道5供应介体。反应室7与废物出口15相连，所述废物出口15使流体通往反应室7外。

反应室的一个示例性用途是作为微型生物芯片上的分析组件。

底物包括可以在反应室7中与酶发生电化学反应的分子。底物可以包括，例如，一大批异生物质化合物(包括药物、杀虫剂和环境污染物)中的任何一种。酶可以是适用于将形成底物的化合物去除毒性的任何代谢酶。所述酶的例子包括来自细胞色素P450和黄素单加氧酶族的蛋白质。介体作为电子可以流过的介体，并且可以由任何合适的电子传导性流体提供。介体的作用在于允许电子从位于反应室7内的电极17转移到酶，这样可以诱导酶和底物之间的电化学反应。底物、酶和介体全部以流体形式提供，以便其可以沿混合通道3和5流动。

在使用中，底物以第一预定流速通过底物入口9连续供应到第一混合通道3，并且酶以第二预定流速通过酶入口11连续供应到第一混合通道3。底物和酶在第一混合通道3中混合，例如通过扩散混合。得到的底物/酶混合物沿第一混合通道3流至第二混合通道5。在第一混合通道3中底物和酶之间未发生反应，因为没有电子可以诱导反应。

介体以第三预定流速通过介体入口13连续供应到第二混合通道5中。介体在第二混合通道5中与底物/酶混合物混合，得到的底物/酶/介体混合物，以下称为反应混合物，经反应室入口8通过第二混合通道5流向反应室7。通过第一、第二和第三流速的相对大小决定进入反应室7的反应混合物中底物、酶和介体的比例，可以调节以得到所需反应混合物浓度。反应混合物在反应室7内电化学反应，任何未反应的反应混合物以及反应产物通过废物出口15排出。

为了控制这类反应，有必要小心控制每一种底物、酶和介体的流速。因此，本发明提供一种在诸如上述那些的微流体装置中控制流体流动的阀。

下面参照图2，更详细地描述本发明优选实施方案的阀。

阀20包括设置有流体流过的主通道22。优选在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的塑料基材24上形成该通道，这样其深度约50μm，宽度约50μm。

阀包括通过狭窄的颈状部分28与主通道22相连的封闭腔室或储槽26。腔室的体积为0.25μl并装有阀材料，所述阀材料优选为固体石蜡30的粒料。布置粒料使其完全占据腔室，因此质量约为0.00233g，假设其密度为0.93g·cm^-1。储槽26理想地按照与通道相同的深度形成，即50μm。但是储槽可以更深，例如100μm，这取决于其有待容纳的蜡含量以及储槽在其中形成的芯片的深度限制。

颈状部分28在通道壁上的孔隙32处与主通道22连接。孔隙的下游，缩颈(constriction)34在通道22中形成。缩颈由一部分通道壁组成，所述一部分通道壁逐渐缩入通道中部以提供与流体流动反向的轴环(collar)36。在图2中，虽然显示出轴环具有两个由两个通道侧壁向外突出的相对部分38，其优选还包括一个在通道底部上升高的部分(未示出)(以及在通道顶部的类似部分)，这样在轴环部分，通道的宽度和深度都减小。实际上，缩颈因此优选是一个内径比通道小的圆柱形轴环。缩颈的尺寸优选为25μm宽和50μm深，或25μm×25μm。

使用气相沉积技术或其它已知的制造技术在基材24上形成加热元件40。加热元件40含有加热盘管42，设置加热盘管42用于加热腔室26中的蜡30的粒料。如图2所示，腔室虽然是圆形的，但横截面基本上平坦，加热盘管42以向尽可能多的蜡同时传输热量的方式延伸到整个腔室。因此加热盘管与腔室及腔室中的蜡的粒料交叠。加热盘管42包括一段载流导线，所述载流导线自身折叠以提供双轨结构，其中导线部分是并排布置并卷曲成G形。

下面将更详细地描述阀的操作。图2所示的阀处于开放状态，流体可以在通道中按箭头方向流动。如果需要关闭阀门并在通道中停止流动，可以向控制电路施加控制信号(未显示)，随即在加热元件40中引起电流流动。加热元件提供的热量使石蜡粒料液化，迅速膨胀。由于腔室在除此以外的情况下是关闭的，液化蜡的膨胀导致部分蜡通过颈状部分进入主通道。液化蜡流出储槽26并在较冷的通道中再次固化。轴环36的反向部分提供了一个表面，固化的蜡可以在该表面上合并并冷却进一步形成固体蜡的阻塞或栓塞44，如图3所示。只要加热元件产生热量，残留有足量蜡，并且颈状部分的孔隙保持开放，液化蜡就会继续流出孔隙。因此再固化的蜡在轴环部位阻塞之后继续堆积，直至通道22完全关闭。如图3所示，完全阻塞的通道意味着阀随即关闭。如图3所示，蜡在通道中的沉积长度约2mm。

在图3中，当蜡膨胀并流出储槽26时，通过减少的相应的量显示出残留在储槽中的蜡量。用这种方式显示蜡仅仅是为了说明蜡流出储槽。但实际上，当蜡被加热元件熔化时将液化，并膨胀和继续占据整个储槽，即使蜡流出孔隙32。

优选的实施方案依赖于当蜡液化时，它迅速膨胀，以便从储槽中放出。如果蜡不迅速膨胀，随着它从储槽中排出而存在再固化的危险，并且得到的蜡流不足以阻塞液体流动通道。为此，主碳链长度约24个碳原子的石蜡优选作为活性阀材料，这是因为已经发现其熔化时具有高的热膨胀系数。优选温度上升约5℃，蜡膨胀20％。这种技术提供了一种简单可靠的单程阀机理。因此与例如在US专利No.6,048,734中公开的装置—其中需要空气通道以确保将熔化的钎料(solder)运送到正确的位置—不同，本发明不需要使熔化的阀材料流入通道的额外装置。钎料不具有高的热膨胀系数。此外，在优选实施方案中，储槽的形状阻止蜡向流体流动之外的其它方向膨胀。优选石蜡是因为它的熔化温度比钎料所需的温度低很多。这使它适合于所有芯片，包括塑料芯片生产的应用，而不像钎料那样仅限于玻璃或硅芯片。

通常钎料的熔点高于100℃，该温度可以熔化塑料芯片，同时使送入反应室的分析物变性。实际上，塑料芯片和分析物可能被超过50℃的温度，甚至被人体温度—即37℃—损坏。为此，人们认识到阀材料的熔点低，优选低于50℃，更优选低于37℃是非常重要的。

阀材料的比热容低也很重要，因为这样它可以快速冷却。因此优选石蜡，因为它基本上是玻璃结构；因而它需要较少的能量以形成固体，因为不会以当液体改变为固体结晶形式时存在晶体能隙的方式在晶体能隙。因此不应将以上说明书中的术语“液化”和“熔化”理解为必定表示材料的物理状态变化，而应当认为表示在实际范围内材料的行为方式。

电流和通过加热元件提供的热量大小是通过控制器回路控制的，并取决于所需的转换速度以及腔室中蜡的量和蜡本身的特性。假设所需转换速度是100ms，0.00233g石蜡的所需供热能力是780mW。

优选的实施方案基于塑料基材，因为它是便宜，容易模制的材料。虽然在上述实施方案中使用了PMMA，其它材料，诸如PDMs、聚碳酸酯或聚酰胺也可以使用。器件也可以并优选基于硅晶片。

在上述实施方案中，可以将从储槽中喷射出的蜡流动方向视为流体流动方向的下游方向。通道中的缩颈因此位于下游，促使蜡在缩颈的特定位置固化。无论蜡是在流体下游流动或者同时在上游和下游方向由于毛细管作用而带出，一般膨胀驱动力取决于具体操作，包括流体流速、粘度、蜡的加热和冷却速度。

因此，优选流体流动通道包括孔隙32上游方向和下游方向的缩颈。

虽然图中未示出，颈状部分28优选包括储槽边缘的挡板，以防止蜡在阀器件的生产过程中排出。挡板优选具有易碎特征，诸如疏水片。蜡在挡片后面滞留直至被加热，此时压力驱动蜡通过挡片并流出储槽。

参照图4和5，其中显示了本发明的一个可选实施方案。

在图4中显示了流体流动通道22。但是在通道壁上提供了空腔27代替储槽26，并且在空腔27中提供了阀材料，诸如石蜡。在初始状态，石蜡没有阻塞流体流动通道。但是，当采用加热元件(未示出)加热时，蜡30熔化并进入通道，在那里冷却并形成阻塞44。在图5中显示了该状态。如上所述，可以在上游或下游方向提供缩颈，以及空腔中的挡片，以防止蜡在生产过程中进入通道。

按照这种布置，通过在通道的扩大部分提供阀材料，不需要阀材料具有高的热膨胀系数。这是因为在熔化时，阀材料将被流体流动推入通道，并在那里冷却以及再固化为非多孔栓塞。

阀材料也可以是位于通道内的多孔材料，其在熔化时形成非多孔固体阻塞通道。

如上所述，阀材料的材料特性对于优选实施方案的操作非常关键。它应当是化学稳定和惰性的，具有低的熔点和比热容，当是液体时容易流动，并且在加热时具有高的热膨胀性。另外，阀材料优选是粘性的，并且在通道中的流体中是不混溶的。为此，优选石蜡作为阀材料。在优选实施方案中为了说明石蜡反应，进行了模拟。下面将更详细地叙述。

典型的石蜡模拟作为长链烃的混合物，并随后进行各种热模拟以评估该材料用于优选实施方案中节流阀的适用性。

石蜡是不同烃的复杂混合物，主要包括(约90％)长度范围约18-30个碳原子的直链烷烃。其余的10％包括大小约等于直链分子的支链和稠合链。因为烷烃没有任何反应性官能团，所以它们是化学上非常稳定和相对惰性的。

使用25埃的立方周期晶胞包含蜡分子。在周期晶胞模型中，晶胞一侧的分子可以与对侧分子算术上互相作用，使得可以使用适度少量的原子模拟“无限”疏松的3D材料并在所有三维空间中将晶胞堆叠在一起。用蜡分子填充周期晶胞，得到的最终密度约0.85-0.95g·cm^-1—这是典型的石蜡的密度。为了简化计算工作，只使用直链化合物模拟蜡。具有略微更多的组分变化大真正的蜡预期仅显示出与那些模型些许不同的特性。

构造周期晶胞含26个分子，链长度分布如图6所示。选择该组成以模拟链长度范围约18-30个碳原子的材料，根据玻尔兹曼分布集中在C24链周围。这种分布使材料的密度为0.930307g·cm^-3，每个周期晶胞含1906个原子(618个碳原子和1288个氢原子)。平均分子质量是334.769，略小于分子质量是338.664的24个碳原子的烷烃链。

按照模拟退火过程将模型松弛，其中将初始结构(在0K)经25ps的周期加热至500K，然后经50ps的周期冷却回到标准室温(298.15K)。得到的模型如图7所示，每一个分子以不同的灰影显示。在模拟计算过程中，从立方体中扩散出来的部分分子在算术上“卷回”对侧的空白处，因此模拟成完全堆积的疏松材料。

石蜡没有显示出当纯化合物熔化并随即沸腾时通常观察到的典型相变。在室温下，它们形成具有类似于玻璃的假晶体态的固体。随着蜡被加热，它们发生相变成为更加液体的形式(俗称为“熔化”)，其然后可以沸腾形成气相。沸腾不是普通的，其中小分子组分通常先于大分子组分蒸发，随着温度的增加，在蜡的热和材料性质上引起一系列的“信号”。

通过在适合“芯片实验室”器件的温度范围模拟材料的行为而预测蜡的热特性。图8中的表格显示周期晶胞的体积如何作为温度的函数而变化，因此成为疏松材料的热膨胀特性的预示。

如上所述，石蜡的热膨胀性是关键的，以确保加热时，蜡以足够的量膨胀，以至少部分溢出腔室并在通道内形成阻塞物。

模拟试验分别重复5次，使得仅使用非常小的周期晶胞体积对于模拟疏松材料的影响减至最小，其中单个原子和分子对于作为一个整体的体系的行为具有不成比例的较大影响。“误差线”是体系内热可变性的指示，表示在适当温度下经过5ps周期内在体系中观察到的平均值的一个标准偏差。每一次模拟试验在1个大气压的恒定压力下进行，并允许向环境中传送/从环境获取能量。这使蜡的热膨胀特性得以模拟，因为需要改变周期晶胞的尺寸以保持恒定压力。

图9和10中显示了压力和密度如何随温度变化的曲线。压力在整个模拟过程中基本上保持恒定，而密度与周期晶胞尺寸呈反必的关系变动。

由其材料安全性数据表可以看到，石蜡的熔点是54-58℃，沸点是350-370℃，这取决于精确的分子组成。当温度接近160℃时，从石蜡表面升起白烟，表明一些小分子量组分以蒸气形式离开疏松材料，然后当其冷却时以烟粒形式重结晶。热模拟试验显示在预期的熔点有相变，当温度接近160℃时体积减少且密度随即上升，因此可以总结出模型可靠地再现了真实的石蜡的行为。

通过对结构模型进行微扰分析，可以计算各种额外的热力学特性，及其是如何随温度变化的。见图11。焓是在化学结构本身中储存多少能量的量度。熵表明可以在材料中储存多少“非结合”能量，诸如热振动/旋转。自由能是材料化学稳定性的指示，热容表明将材料改变一度开氏温度需要多少能量。

在室温下，预知蜡的热容是32.032cal/mol.K，这意味着将1mol当量的蜡(334.8g)的温度升高1K需要32.032cal(134.02J)。在100℃下，热容上升至39.554cal/mol.K，这意味着将334.8g蜡从室温加热到100℃需要2684.5cal(11.232kJ)。

假设微流体通道的尺寸约为50×50μm，通过阻塞2mm长的通道而关闭阀门，需要5nl体积的蜡阻塞通道。周期晶胞体积在该温度范围内增加约3％，所以需要一个0.1633ml的蜡“储槽”以供应所需体积的蜡。所以考虑到合理的安全界限，优选0.25ml的蜡储槽。

因为蜡的密度是0.93g·cm^-3，0.25ml的蜡重0.002325g。可以使用热容计算确定，需要0.01864cal(0.0780J)熔化阀门中的蜡。假设阀门在100ms内转换，相当于需要780mW供热能力，这在电阻性微电子加热元件的效能范围内。

当然，来自加热元件的许多热能将会转移进环绕的芯片结构中，所以实际需要的能量可能多少会高于这个值(或者，转换速度将会稍慢)。

但是，加热材料引起的实际流动并不简单地是用于模拟疏松材料的周期晶胞中的尺寸变化的函数。在蜡的粒料边缘的周期晶胞与微流体芯片的壁和微流体通道中的液体相互作用，而蜡体内部的周期晶胞简单地在所有方向上与其自身的等同体相互影响。所以需要模拟蜡与不同材料在每一个界面表面的相互作用，以模拟材料如何粘附在芯片基材上以及在熔化时如何流动。

在优选的实施方案中，芯片基材材料优选是塑料。所以选择聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为模拟的基材材料，这是因为它具有的化学特性与其它可能被用于制造芯片的塑料(PDMS、聚碳酸酯、聚酰胺等)最相似。预计不同基材材料的特性多少有些不同，但不会导致结果与该模拟的结果相差太大。

模拟蜡流过单个聚合物壁是不实际的，因为这涉及材料离开蜡层的周期晶胞的净运输(net transport)。可以代之以进行剪切分析(shear analysis)来预示材料的机械特性。在剪切分析中，通过两个聚合物壁之间的蜡薄层建立一个三明治结构。然后每一个壁向相对方向移动(例如顶壁以1mm·s^-1向右移动，底壁以同样的速度向左移动)。所以没有来自周期晶胞的材料的净运输，因为“离开”顶壁的原子又进入底壁的晶胞中。在两个壁之间剪切蜡，使得可以计算粘度、表面粘附性和膨胀性。剪切模拟在一个温度范围内进行，产生测试材料的性能概况。

图12显示了剪切分析模拟结构。一个30埃厚的蜡层夹在两个15埃厚的PMMA层之间。顶部PMMA层以5mm·s^-1的速度向右移动，底层以相同速度向左移动。通过在数学模型中包含一个将其连在一起的刚性的简单谐振弹簧而保持两个PMMA“壁”之间的距离。

可以通过在室温(298.15K)和100℃(373.15K)下平均经过50ps(以下1标准偏差的“误差线”)的时间模拟体系，给出材料在这两个温度下的粘性流动特性的指示，来计算出材料的速度曲线。

图13所示的速度曲线表明，在100℃下两个PMMA壁之间蜡具有平滑的，几乎是线性的流动曲线，并因此作为稍微粘性的液体发挥作用。但在室温下，底壁和蜡之间的速度曲线有一个明显转折，表明蜡已经从这个壁“剥离出来”并以依然附着到顶壁上的固体形式发挥作用。

如下所示，体积粘度η_v与描述蜡层内应力的矩阵的对角元素的波动衰变有关：

                   P18框，空2行

其中t是时间，V是材料体积，T是温度，k是玻尔兹曼常数，和δS＝S-<S>相当于瞬间应力张量的非对角元素。根据剪切模拟产生的数据进行该计算，得出熔化的蜡粘度是5.93厘沲。根据蜡的组成，蜡材料数据表给出实验确定值在2.9-7.5厘沲的范围内。

模型显示，碳链长度24的石蜡是适用于微流体阀的材料。它在约55℃熔化，在65℃-100℃的温度下可以容易流动并迅速再固化。使用780mW能量，电阻性微电子加热元件可以在100ms内转换阀门。

这样，用于在微流体装置中控制流体流动的阀得以实现，其制造容易且廉价，操作可靠，因为只有移动部分是进行状态改变的阀材料。因此，也可以更廉价且更可靠地生产其中需要调节流体流动的“芯片实验室”器件。

虽然优选的实施方案包括用于微流体器件的微型阀，但可以认识到，阀的操作并不取决或局限于器件的规模。因此其它实施方案也可以制成更大规模，例如高至厘米规模，或更小的长度规模，处于实际和/或制造公差所允许的情况下。

另外，虽然已经给出了优选实施方案的不同结构特征的尺寸，但这些只用于解释的目的。可以理解，许多因素，诸如储槽的尺寸、阀材料的量、密度和热容、通道的尺寸等等，都影响器件的操作，但是可以根据需要变化。但按照上述涉及石蜡的例子，通过给出的所需阀性能的信息，所有这些因素都可以按照相对直接的方式计算。

此外，尽管优选石蜡，但其它原料也可以用作阀材料，这取决于装置所需性能，并且条件是材料热膨胀系数足以使其在加热元件的加热下从储槽中排出，从而阻塞通道，或者条件是熔点足够低。也可以使用其它蜡或油，诸如硅氧烷基润滑脂和热膨胀性聚合物和泡沫材料。由于硅氧烷基油和润滑脂可以制成具有特定熔点的级别，所以是便利的。芯片不需要在低于50℃的温度下操作时，则优选熔点的温度范围在50℃-80℃之间。

除了标准石蜡—各种烃的混合物—之外，已经发现特定纯度的烃也是适合的。一个例子是hexatriacotane(CH36H72)。

液晶弹性体也是合适的，随着热条件改变，其可以收缩或膨胀。例如，已经发现丙烯酸酯基弹性体很好，因为其线性尺寸可以改变高达35％。

因此，本发明已经描述了优选的微流体阀，其中设置蜡的阀材料以随着温度变化而从腔室膨胀到阀座。因此除了提供温度梯度的热源之外，不需要引起阀材料移动以阻塞阀的装置。

Claims (17)

1.一种用于在微流体器件中控制流体流动的阀，所述阀包括：

用于传输流体的通道；连接至通道的腔室；用于加热腔室的加热元件；和布置在腔室中的阀材料；

并且其中在使用中，设置加热元件来加热阀材料，以使其膨胀出腔室并阻塞通道。

2.权利要求1的阀，其中腔室通过通道和腔室之间的颈状部分与通道连通。

3.权利要求1或2的阀，其中设置加热元件来与腔室交叠。

4.前述权利要求中任一项的阀，其中通道包括阀材料下游的缩颈。

5.权利要求1-4中任一项的阀，其中通道包括阀材料上游的缩颈。

6.权利要求4或5的阀，其中缩颈包括在通道中具有与流体流动相对的表面的轴环。

7.前述权利要求中任一项的阀，其中阀材料在熔化时具有高的膨胀系数，并且设置使阀材料熔化，以使其膨胀充满通道。

8.权利要求7的阀，其中阀材料具有低的熔点，使得在被加热时，其熔化阻塞通道，而不损害流体或通道。

9.权利要求7或8的阀，其中阀材料的熔点低于50℃。

10.权利要求7或8的阀，其中阀材料的熔点低于37℃。

11.前述权利要求中任一项的阀，其中阀材料是固体蜡。

12.权利要求11的阀，其中阀材料是石蜡。

13.权利要求12的阀，其中石蜡的典型碳链长度是24。

14.一种用于在微流体器件中控制流体流动的阀，所述阀包括：

用于传输流体的通道；加热元件；和与通道连接的阀材料；所述阀材料具有高的热膨胀系数，使得在被加热时，其膨胀阻塞通道。

15.权利要求14的阀，所述阀包括与通道连通的腔室；并且其中阀材料最初包含在腔室内。

16.一种包含前述权利要求中任一项的阀的微流体器件。

17.一种包含权利要求1-16中任一项的阀的微电-化学反应器件。

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