CN213452047U

CN213452047U - 一种微流控芯片的阀门机构

Info

Publication number: CN213452047U
Application number: CN202022262695.4U
Authority: CN
Inventors: 钱生君; 董丽静
Original assignee: Shenzhen Kerida Biotechnology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Kerida Biotechnology Co ltd
Priority date: 2020-10-12
Filing date: 2020-10-12
Publication date: 2021-06-15
Anticipated expiration: 2030-10-12

Abstract

本实用新型涉及医疗器械的技术领域，提出了一种微流控芯片的阀门机构，包括测试卡本体，测试卡本体上下贯穿开设有阀门腔体，分别与阀门腔体连通设置有第一流道和第二流道；阀门机构，包括设置于阀门腔体内且与阀门腔体过盈配合的阀片，以及设置于阀门腔体外侧用于驱动阀片在阀门腔体内上下活动以控制第一流道和第二流道之间的通断的顶阀机构；还包括用于密封测试卡本体的上层膜和下层膜，通过顶阀机构挤压上层膜和/或下层膜，进而挤压阀片，使得阀片在阀门腔体内上下活动以控制第一流道和第二流道之间的通断，通过阀片与阀门腔体之间的过盈配合，可实现阀片状态的持续保持，有利于实现流道中流体通断的精确控制。

Description

一种微流控芯片的阀门机构

技术领域

本实用新型涉及医疗器械的技术领域，更具体地说，是涉及一种微流控芯片的阀门机构。

背景技术

体外诊断(In Virto Diagnosis,IVD)是指从人体中取出样本(血液、体液、组织等)进行检测分析从而对疾病进行诊断，检测过程中需要相应的仪器和试剂。酶免、磁免、化学发光以及血气等POCT产品，其目前发展趋势之一就是反应过程的可控化，微流控芯片是当前POCT设备的重要发展方向之一。

在微流控芯片应用中，通常需要通过阀门的控制来实现液体流动的精确控制。阀门分为两大类，即主动式阀门和被动式阀门。其中主动式阀门是通过芯片外部或者芯片内部的可控机械结构实现，具体何时打开何时关闭则由软件进行控制。目前常用的主动式阀门主要使用气压或者机械力来实现阀门的打开或者关闭，当驱动的气压或者机械力撤除后，阀门状态无法保持而是回归到初始状态，流道也会恢复至初始状态。目前常用的被动式阀门主要是通过流体流动形成的压力差或者液体浸润可吸液体的吸水材料来实现，其阀门的通断，不能完全精确地由软件进行控制，当流道内的阻力情况发生变化时，被动式阀门很容易丧失原有的设计功能。

综上所述，现有被动式阀门的不可精确控制以及主动式阀门状态无法保持的问题都成为制约微流控芯片发展的因素。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种微流控芯片的阀门机构，旨在解决现有技术中主动式阀门状态无法保持，不利于精确控制流道通断的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种微流控芯片的阀门机构，包括：

测试卡本体，包括上下贯穿开设的阀门腔体，以及分别连通所述阀门腔体的第一流道和第二流道；

阀门机构，包括设置于所述阀门腔体内且与所述阀门腔体过盈配合的阀片，以及设置于所述阀门腔体外侧用于驱动所述阀片在所述阀门腔体内上下活动的顶阀机构，所述阀片在所述阀门腔体内上下活动以控制所述第一流道和所述第二流道之间的通断；

密封结构，用于密封所述测试卡本体，包括覆盖于所述测试卡本体上层表面的上层膜，以及覆盖于所述测试卡本体下层表面的下层膜，所述顶阀机构从所述上层膜和/或所述下层膜外侧驱动所述阀片在所述阀门腔体内上下活动。

进一步地，所述第一流道与所述第二流道分别连通所述阀门腔体的上部和下部，且所述第一流道与所述第二流道相互错开设置。

进一步地，所述测试卡本体还包括与所述阀门腔体连通的第三流道，所述第三流道连通所述第一流道或所述第二流道，用于与所述阀片配合以控制所述第一流道和所述第二流道之间的通断。

进一步地，所述顶阀机构为单向顶阀机构，所述单向顶阀机构设置于所述上层膜或所述下层膜外侧以驱动所述阀片在所述阀门腔体内单向单次活动。

进一步地，所述顶阀机构为双向顶阀机构，所述双向顶阀机构包括设置于所述上层膜外侧的上端压头和设置于所述下层膜外侧的下端压头，所述上端压头与所述下端压头配合以驱动所述阀片在所述阀门腔体内双向多次活动。

进一步地，所述顶阀机构包括电机，以及与所述电机连接以驱动所述阀片在所述阀门腔体内活动的传动挤压机构。

进一步地，所述顶阀机构包括电磁铁，以及与所述电磁铁配套以挤压所述阀片在所述阀门腔体内活动的铁芯。

进一步地，所述第一流道和所述第二流道分别与所述阀门腔体一体注塑连通。

进一步地，还包括控制单元，所述控制单元用于控制所述顶阀机构的动作，以控制所述第一流道和所述第二流道之间的通断。

本实用新型提供的微流控芯片的阀门机构的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型的微流控芯片的阀门机构包括测试卡本体，测试卡本体上下贯穿开设有阀门腔体，分别与阀门腔体连通设置有第一流道和第二流道；还包括阀门机构，阀门机构包括设置于阀门腔体内且与阀门腔体过盈配合的阀片，以及设置于阀门腔体外侧用于驱动阀片在阀门腔体内上下活动以控制第一流道和第二流道之间的通断的顶阀机构；还包括用于密封测试卡本体的密封结构，密封结构包括覆盖于测试卡本体上层表面的上层膜，以及覆盖于测试卡本体下层表面的下层膜，顶阀机构从上层膜和/或下层膜外侧驱动阀片在阀门腔体内上下活动。本实用新型的上述微流控芯片的阀门机构通过顶阀机构挤压上层膜和/或下层膜，进而挤压阀片，使得阀片在阀门腔体内上下活动以控制第一流道和第二流道之间的通断，通过阀片与阀门腔体之间的过盈配合，可实现阀片状态的持续保持，有利于实现流道通断的精确控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：

图1是本实用新型一实施例中微流控芯片的阀门机构阀门常开状态的示意图；

图2是图1实施例阀门常闭状态的示意图；

图3是一实施例单向顶阀机构驱动的微流控芯片的阀门机构示意图；

图4是一实施例双向顶阀机构驱动的微流控芯片的阀门机构示意图。

附图标记说明：

1、上层膜；2、测试卡本体；21、第一流道；22、阀门腔体；221、阀门腔体轮廓曲面；23、第三流道；24、第二流道；3、下层膜；4、阀片；41、阀片外轮廓曲面；5、单向顶阀机构；6、双向顶阀机构；61、上端压头；62、下端压头。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的实例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图的实施例是示例性的，旨在解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“连接”、“连通”等术语应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照附图说明本实用新型的优选实施方式：

本实用新型实施例提供的微流控芯片的阀门机构主要应用于POCT产品。

如图1所示，在本实施例中，微流控芯片的阀门机构包括测试卡本体2，测试卡本体2上下贯穿开设有阀门腔体22，分别与阀门腔体22连通设置有第一流道21和第二流道24；还包括阀门机构，阀门机构包括设置于阀门腔体22内且与阀门腔体22过盈配合的阀片4，以及设置于阀门腔体22外侧用于驱动阀片4在阀门腔体22内上下活动以控制第一流道21和第二流道24之间的通断的顶阀机构(图1中未示出)；还包括用于密封测试卡本体2的密封结构，密封结构包括覆盖于测试卡本体2上层表面的上层膜1，以及覆盖于测试卡本体2下层表面的下层膜3，顶阀机构从上层膜1和/或下层膜3外侧驱动阀片4在阀门腔体22内上下活动。

具体地，在本实施例中，微流控芯片的阀门机构主要包括测试卡本体2、上层膜1、下层膜3以及阀门机构。其中测试卡本体2上开设有阀门腔体22，阀门腔体22贯穿于测试卡本体2的上层表面至下层表面，第一流道21和第二流道24开设于测试卡本体2上，分别与阀门腔体22连通。可选地，第一流道21和第二流道24中的任意一个都可以作为流体的进入通道，另一个作为流体的流出通道。优选地，阀门腔体22与阀片4通过曲面配合，阀门腔体22具有阀门腔体轮廓曲面221，阀片4具有阀片外轮廓曲面41。阀门腔体轮廓曲面221与阀片外轮廓曲面41过盈配合，从而不仅实现了阀片4在阀门腔体22内的密封作用，也同时实现了阀片4状态的可保持。当阀片4在顶阀机构的驱动下在阀门腔体22内部沿阀门腔体22的一端运动到另一端时，由于存在过盈配合，当撤离掉顶阀机构的外力作用后，阀片4依然保持当前的状态不变，从而使第一流道21和第二流道24中流体的流向保持当前的状态不变，有利于流体流向的精确控制。

可选地，上述测试卡本体2的材质可以为一种聚合物塑料，如PP，PE或PC等。

可选地，上述上层膜1和下层膜3需要支持大的局部变形，材质可以是PDMS或硅胶。当然，在不需要支持局部变形的情况下，上层膜1和下层膜3材质也可以是PET、标签纸、PE和PP的一种。

可选地，在确保良好的密封效果，且加工方便快捷，可靠性高的前提下，上述上层膜1和下层膜3与测试卡本体2之间可以通过双面胶粘贴、薄膜上预先背胶或者胶水粘贴的方式粘接到一起，也可以采用热压方式或热键合方式实现密封连接。在实际生产制造时，可根据上层膜1和下层膜3的具体材质选择相应的密封连接方式。

如图1所示，本实施例中，第一流道21与第二流道24分别连通阀门腔体22的上部和下部，且第一流道21与第二流道24相互错开设置。

具体地，第一流道21和第二流道24可设置于阀门腔体22的相对两侧，第一流道21和第二流道24中其中一个设置于测试卡本体2的上层，另一个设置于测试卡本体2的下层。第一流道21和第二流道24中的任意一个都可以作为流体的进入通道，另一个作为流体的流出通道。

如图1所示，测试卡本体2还包括与阀门腔体22连通的第三流道23，第三流道23连通第一流道21或第二流道24，用于与阀片4配合以控制第一流道21和第二流道24之间的通断。

具体地，本实施例中，第三流道23沿着阀门腔体22的侧壁设置并与阀门腔体22连通，第三流道23可设置于第一流道21的一侧并与第一流道21连通，也可设置于第二流道24的一侧并与第二流道24连通。优选地，第三流道23的高度高于阀片4的高度，从而与阀片4配合以实现第一流道21和第二流道24之间的通、断。

如图3所示，本实施例中，顶阀机构为单向顶阀机构5，单向顶阀机构5设置于上层膜1或下层膜3外侧以驱动阀片4在阀门腔体22内单向单次活动。

具体地，单向顶阀机构5对阀片4的一侧施加作用力，使得阀片4在阀门腔体22内只能单向单次活动，即阀门只能切换一次状态。

如图3所示，一次性常开阀门切换过程如下：单向顶阀机构5置于靠近阀片4的一侧，即上层膜1的外侧。阀片4在测试卡本体2内的初始状态为图1中的常开状态。当进行阀门状态切换时，首先单向顶阀机构5挤压上层膜1，使得上层膜1发生变形，上层膜1局部向下运动从而挤压阀片4以使阀片4在阀门腔体22内向下运动，阀片4在阀门腔体22内从一端运动到另一端，当阀片4运动到接近下层膜3的位置时，阀片4将测试卡本体2上的第一流道21和第三流道23之间隔断，从而使得测试卡本体2上的第一流道21和第二流道24之间的流体不能连通，阀门实现关闭。由于阀门腔体轮廓曲面221与阀片外轮廓曲面41过盈配合，当单向顶阀机构5撤离时，阀片4依旧保持当前的关闭状态。

如图2所示，一次性常闭阀门切换过程如下：单向顶阀机构置于靠近阀片4的一侧，即下层膜3的外侧(图中未示出单向顶阀机构)。阀片4在测试卡本体2内的初始状态为常闭状态。当进行阀门状态切换时，首先单向顶阀机构挤压下层膜3，使得下层膜3发生变形，下层膜3局部向上运动从而挤压阀片4以使阀片4在阀门腔体22内向上运动，阀片4在阀门腔体22内从一端运动到另一端，当阀片4运动到接近上层膜1的位置时，阀片4将测试卡本体2上第一流道21和第三流道23之间连通，从而使得测试卡本体2上第一流道21和第二流道24之间的流体连通，阀门实现打开。由于阀门腔体轮廓曲面221与阀片外轮廓曲面41过盈配合，当单向顶阀机构撤离时，阀片4依旧保持当前的打开状态。

如图4所示，本实施例中，顶阀机构为双向顶阀机构6，双向顶阀机构6包括设置于上层膜1外侧的上端压头61和设置于下层膜3外侧的下端压头62，上端压头61与下端压头62配合以驱动阀片4在阀门腔体22内双向多次活动。

具体地，上述双向顶阀机构6可以对阀片4的两侧分时间提供作用力，使得阀片4在阀门腔体22内可双向多次活动，阀门的状态可以进行多次切换。

如图4所示，多次使用常开阀门切换过程如下：双向顶阀机构6置于阀片4的两侧。其中双向顶阀机构6的上端压头61在上层膜1上方，双向顶阀机构6的下端压头62在下层膜3下方。阀片4在测试卡本体2上的初始状态为常开状态。当阀门状态需要切换时，上端压头61向下运动，挤压上层膜1，使得上层膜1变形，上层膜1局部向下运动从而挤压阀片4以使阀片4在阀门腔体22内向下运动，阀片4在阀门腔体22内从一端运动到另一端，当阀片4运动到接近下层膜3的位置时，阀片4将测试卡本体2上的第一流道21和第三流道23之间隔断，从而使得第一流道21和第二流道24之间的流体不能连通，阀门实现关闭。由于阀片外轮廓曲面41和阀门腔体轮廓曲面221过盈配合，当上端压头61的外力撤离时，阀片4依旧保持当前的关闭状态。当阀门状态需要再次切换时，下端压头62向上运动，挤压下层膜3，使得下层膜3变形，下层膜3局部向上运动从而挤压阀片4以使阀片4在阀门腔体22内向上运动，阀片4在阀门腔体22内从一端运动到另一端，当阀片4运动到接近上层膜1的位置时，阀片4将测试卡本体2上第一流道21和第三流道23之间连通，从而使得测试卡本体2上第一流道21和第二流道24之间的流体连通，阀门实现打开。由于阀门腔体轮廓曲面221与阀片外轮廓曲面41过盈配合，当下端压头62的外力撤离时，阀片4依旧保持当前的打开状态。以此类推，阀门的状态可以进行多次切换。

如图4所示，多次使用常闭阀门切换过程如下：双向顶阀机构6置于阀片4两侧。其中阀片4的状态如图2所示，其中双向顶阀机构6的上端压头61在上层膜1上方，双向顶阀机构6下端压头62在下层膜3下方。阀片4在测试卡本体2上的初始状态为常闭状态。当阀门状态需要切换时，下端压头62向上运动，其控制阀门打开的过程同上述实施例，此处不再赘述。由于阀门腔体轮廓曲面221与阀片外轮廓曲面41过盈配合，当下端压头62的外力撤离时，阀片4依旧保持当前的打开状态。当阀门状态需要再次切换时，上端压头61向下运动，其控制阀门关闭的过程同上述实施例，此处不再赘述。由于阀片外轮廓曲面41和阀门腔体轮廓曲面221过盈配合，当上端压头61的外力撤离时，阀片4依旧保持当前的关闭状态。以此类推，阀门的状态可以进行多次切换。

在另一实施例中，顶阀机构包括电机，以及与电机连接以驱动阀片4在阀门腔体22内活动的传动挤压机构。

具体地，本实施例中，可选地，可以是电机带动齿轮转动，齿轮带动齿条运动，通过齿条挤压上/下层膜实现阀门状态的切换；也可以是电机带动带轮转动，带轮上的皮带随之运动，皮带上固定有挤压机构，通过挤压上/下层膜实现阀门状态切换；也可以是电机带动曲柄连杆机构，通过曲柄连杆机构挤压上/下层膜实现阀门状态切换。在实际应用中，可根据需要选择相应的顶阀机构。

在另一实施例中，顶阀机构包括电磁铁，以及与电磁铁配套以挤压阀片4在阀门腔体22内活动的铁芯。

具体地，本实施例中，电磁铁带动铁芯运动，通过铁芯挤压上/下层膜实现阀门状态切换。

在另一实施例中，也可以是压电陶瓷带动挤压头，通过挤压上/下层膜实现阀门状态切换。

在另一实施例中，第一流道21和第二流道24分别与阀门腔体22一体注塑连通。

一体注塑连通可有利于实现大规模批量化生产，从而降低微流控芯片的生产成本。

在一实施例中，阀片4为塑胶件。由于需要在阀门腔体22内活动，且与阀门腔体22过盈配合且密封性好，阀片4优选为塑胶件，可选地，阀片4的材质可以是ABS、PP、PE、PDMS、COC或者橡胶。在实际应用中，可根据需要选择相应材质的阀片4。当然，阀片4的材质也可以是其它材质，如金属件，以与测试卡能够实现密封且过盈配合为前提。

在另一实施例中，微流控芯片的阀门机构还包括控制单元，控制单元用于控制顶阀机构的动作，以控制第一流道21和第二流道24之间的通断。

具体地，可通过软件控制顶阀机构的动作，从而控制第一流道21和第二流道24之间的通断。相比于其它控制方式，由软件控制可实现阀门开关的精确控制，有利于提高控制精度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种微流控芯片的阀门机构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的微流控芯片的阀门机构，其特征在于，所述第一流道与所述第二流道分别连通所述阀门腔体的上部和下部，且所述第一流道与所述第二流道相互错开设置。

3.如权利要求2所述的微流控芯片的阀门机构，其特征在于，所述测试卡本体还包括与所述阀门腔体连通的第三流道，所述第三流道连通所述第一流道或所述第二流道，用于与所述阀片配合以控制所述第一流道和所述第二流道之间的通断。

4.如权利要求1所述的微流控芯片的阀门机构，其特征在于，所述顶阀机构为单向顶阀机构，所述单向顶阀机构设置于所述上层膜或所述下层膜外侧以驱动所述阀片在所述阀门腔体内单向单次活动。

5.如权利要求1所述的微流控芯片的阀门机构，其特征在于，所述顶阀机构为双向顶阀机构，所述双向顶阀机构包括设置于所述上层膜外侧的上端压头和设置于所述下层膜外侧的下端压头，所述上端压头与所述下端压头配合以驱动所述阀片在所述阀门腔体内双向多次活动。

6.如权利要求4或5任一项所述的微流控芯片的阀门机构，其特征在于，所述顶阀机构包括电机，以及与所述电机连接以驱动所述阀片在所述阀门腔体内活动的传动挤压机构。

7.如权利要求4或5任一项所述的微流控芯片的阀门机构，其特征在于，所述顶阀机构包括电磁铁，以及与所述电磁铁配套以挤压所述阀片在所述阀门腔体内活动的铁芯。

8.如权利要求1至5任一项所述的微流控芯片的阀门机构，其特征在于，所述第一流道和所述第二流道分别与所述阀门腔体一体注塑连通。

9.如权利要求1至5任一项所述的微流控芯片的阀门机构，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元用于控制所述顶阀机构的动作，以控制所述第一流道和所述第二流道之间的通断。