CN2570564Y

CN2570564Y - 一种微流体阀

Info

Publication number: CN2570564Y
Application number: CN 02251889
Authority: CN
Inventors: 连崑; 唐飞
Original assignee: Bosheng Weijing Science & Technology Co Ltd Shanghai
Current assignee: Bosheng Weijing Science & Technology Co Ltd Shanghai
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2003-09-03
Anticipated expiration: 2012-09-13

Abstract

一种微流体阀，其特征是：它位于试剂池和管道之间，在所述试剂池的出口与所述管道的一端相连处具有阀膜，形成所述的微流体阀，以控制所述试剂池出口与管道之间的通断。本实用新型能解决现有技术芯片中的微流体阀背压较低易造成液体泄漏和对溶液要求较高的问题，本实用新型具有较高的背压在运输中不易受颠簸破坏而导致液体泄漏，可做为各种液体阀，本实用新型适于基因、生化、制药、化学过程中的芯片上使用。

Description

一种微流体阀

技术领域

本实用新型涉及微流体控制的分析、合成和提纯等基因、生化、制药和化学过程的微型化技术，特别是微流体控制以及利用微流体形式的检测、生化、制药及分析的方法中使用的一种微流体阀。

背景技术

微流体阀在微流体应用中具有重要的作用，是目前包括生物芯片在内的微流体系统中的重要部件。目前研究人员已经提出了很多种形式的微流体阀。下面按照原理的分类方法，进行介绍。

一种是采用微机械工艺制作的微机械阀，其基本原理类似于现有的大型阀。这种微机械阀一般具有一个可动的阀片，例如可动的薄膜。通过不同的驱动机制(电磁、静电、压力等等)，来控制阀的打开和闭合。这种微机械阀属于主动阀，控制的精度和灵活性都比较高，但是，这种微机械阀由于具有可动部件(阀片)，按照目前的工艺技术，其可靠性难以保证，而且制作工艺复杂、成本高。在当前生物芯片市场追求低成本的趋势下，芯片的材料一般是聚合物，在这样材料的芯片上集成微机械阀不仅工艺技术很难实现，而且成本会很高。另外，微机械阀的泄漏问题始终没有得到很好的解决。

另一种典型的微流体阀是基于电渗流原理。简单地说就是当某种特定的电解质溶液(PH值)在某种特定材料(管道表面有不动的负电荷)的微管道中时，在溶液的两端加高电压，可以使液体在管道中产生运动。通过控制不同管道两端的相对电势，可以实现阀的功能。这种微流体控制技术需要高压(几千到上万伏)，使得其用于生物和人样品的检测时，存在安全性问题以及难于使仪器小型化等问题。而且这种微流体控制系统对样品的要求比较高(PH值等)，对微流体结构的表面特性也有特定的要求(管道表面要有不动的负电荷)，这限制了其控制样品的种类和应用的范围；另一方面这种电渗流控制的阀并不能限制不同液体之间的扩散和混合，因为在电渗流控制中液体必须是连续的。在现在的许多生物检测中，这种不同试剂间的接触是不允许的。

另一类目前微流体系统中经常用到的一种被动的微流体阀是基于表面张力原理的疏水阀。这种微阀有两种原理。一种是利用在疏水材料上的管道几何尺寸的变化产生的毛细阻力来阻止液体流动。这种微阀的基本原理是：采用疏水材料(PMMA)作为微阀的基底材料，在疏水材料中毛细力是一种阻力，可以阻止液体向前流动，而且毛细力的大小与管道的直径成反比。管道尺寸越小，毛细阻力越大。在疏水材料中，当水性溶液从大横截面积的管道流入小横截面积的管道时，毛细力形成的压差为负，可以起到阻止流体流动的作用。这个压差只与管道的大小变化和液体相对于管道表面的疏水特性有关。当管道的几何结构和材料以及流体性质一定时，这个毛细阻力提供的压差就是一定的，这个压差也就是该微流体阀打开的临界值。当利用某种驱动机制产生的液体中的压力超过这个临界值，该流体微阀就可以打开，液体得以通过。另一类疏水微阀是利用在亲水基底上制作疏水的图案来实现阀的功能。简单地说，就是利用微机械或者化学工艺技术，使得亲水管道中的某段成为疏水的。按照上述的原理，疏水表面相对于水性溶液是起阻力作用的，所以这一段疏水区就起到了一个阀的作用。

还有一种基于表面张力原理的亲水阀。这种微阀的基本原理是：采用亲水材料作为微阀的基底材料，在亲水材料中，当水性溶液从小横截面积的管道流入大横截面积的管道时，毛细力形成的压差为负，可以起到阻止流体流动的作用。而且毛细力的大小与管道的直径成反比。典型的有Gemera公司的LAB on CD中的亲水微阀。

这类利用表面张力原理的被动微阀的优点是无可动部件、实现简单，而且在目前的微流体系统中有了应用。但是这种阀也有一些缺点。其中最重要的两点是：

1、背压较低。所谓背压就是微阀可以抵抗的最大压力。背压低就造成溶液很容易由于其它的干扰而通过微阀的阻挡，例如在运输过程中的颠簸等。在目前的包括生物芯片在内的许多微流体系统中，溶液是在系统使用前事先存放在试剂池内的。如果利用这类基于表面张力原理的微阀来阻止这些试剂池内的液体流出，由于其背压低，就很容易在运输或者其它处理过程中，由于颠簸等原因使微阀失效，造成液体泄漏，而这些运输等干扰因素是不可避免的；

2、对溶液要求较高，限制了微阀的使用范围。比如，疏水微阀发挥作用的根本是管道表面对溶液是疏水的，也就是说溶液不会浸润管道。由于在一定材料的条件下，相对它表面疏水的溶液是有限的，所以疏水微阀适用的范围也是有限的。另一方面，在生物和化学应用中，许多溶液包含表面活性剂成分，表面活性剂会使原来不润湿管道表面的溶液变得对管道表面润湿，这样会使疏水微阀失效。

本实用新型的内容

本实用新型的目的是提供一种微流体阀，它能解决现有技术中的背压较低造成液体泄漏和对溶液要求较高限制了微阀使用范围的问题，本实用新型微流体阀的背压可以有效地阻止溶液通过，不会被一些普通因素轻易破坏，比如运输中的颠簸而造成液体泄漏；并能适用于各种溶液，不会受到表面活性剂等成分的影响。

为达到上述发明目的，我们采用了如下的技术方案，本实用新型一种微流体阀，其特征是：它位于试剂池和管道之间，在所述试剂池的出口与所述管道的一端相连处具有阀膜，形成所述的微流体阀，以控制所述试剂池出口与管道之间的通断。

本实用新型中利用微机械技术在试剂池的出口制作出很薄的阀膜，这层阀膜可以有效阻挡试剂池中的试剂流出到管道。由于是机械结构，所以可以不受溶液性质的影响，例如表面活性剂的影响；这种阀膜承受的压力比较高，所以可以比较有效地防止液体在运输过程中或者其它操作过程中由于颠簸等因素而使微阀的功能失效。

当需要试剂池中的液体突破阀膜的影响而流出的管道时，可以通过某种方式(例如离心力、挤压等)在液体中产生一定的压力，使得阀膜被破坏，从而使试剂从试剂池流出进入管道并经管道流到另一试剂池中。

综上所述，由于在管道与试剂池之间采用阀膜做为微阀，使其具有如下的优点：

1、微阀对溶液的性质不敏感即要求不高，几乎适用于任意溶液或者试剂，表面活性剂溶液同样也可以成功地被阻挡；

2、微阀的背压较大，可以有效的防止在运输或者其它操作过程中，由于颠簸等因素而使试剂流出；

3、结构工艺简单，成本低，可以利用目前的芯片制作技术制造。

本实用新型适于基因、生化制药、化学过程中的芯片上使用。

附图及附图简要说明

图1为本实用新型的结构示意图，示出了阀膜将试剂池与管道隔断状态，

图2为图1中的阀膜破裂状态，

图3、4为本实用新型的使用状态图。

图中代号说明：1试剂池 2试剂 3阀膜4管道 5转台 6另一试剂池7芯片 F离心力 O转轴ω转动角速度

实施例

如图1，本实用新型微流体阀位于试剂池1和管道4之间，在试剂池1的出口与管道4的一端相连处具有阀膜3，形成微流体阀，以控制试剂池1的出口与管道4之间的通断。由于阀膜3不易损坏，在运送或颠簸下不致破裂。如图2，当需要将该阀膜3开启时，只需以作用力F将该阀膜3破开，则试剂池1中的试剂2即可从阀膜3经管道4流出。如图3、4为本实用新型微阀系统的一种使用设计，如图3，上述的微流体阀是位于芯片7上的，且管道4另一端与另一试剂池6相连。芯片7装在转台5上，转台5由电动机(未示出)带动可绕转轴O以角速度ω转动。芯片7以及在芯片7上试剂池1和管道4以及阀膜3都是通过LIGA工艺技术在PMMA上制作的。破坏阀膜3需要的压力是利用离心力F产生的。通过电机的转轴O旋转带动转台5发生转动就可以产生离心力F，调节转速ω可以调节离心力F的大小。

在不需要试剂池1中的试剂2流出时，阀膜3用来有效阻止试剂池1中的试剂2流出，如图3所示。当需要试剂池1中的试剂2流出时，可以将芯片7放置在转台5上，调节转速ω使得试剂2所受的离心力F增大，以破坏阀膜3，使试剂2从试剂池1中流出。离心力F的作用进一步可以驱动试剂2继续向另一试剂池6流动如图4所示。

Claims

1、一种微流体阀，其特征是：它位于试剂池和管道之间，在所述试剂池的出口与所述管道的一端相连处具有阀膜，形成所述的微流体阀，以控制所述试剂池出口与管道之间的通断。