一種用于微流體控制的微流體控制閥的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于微流體控制的微流體控制閥，屬于微閥控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]理論上任何能夠控制流體管道開(kāi)通與斷開(kāi)的器件均可作為微流體控制的微閥，微閥的種類(lèi)多種多樣，分為兩大類(lèi):無(wú)源閥和有源閥。無(wú)源閥不需要外力或外部的控制，包括雙晶片單向閥和凝膠閥等，單向閥是利用流體本身的流向改變和壓力的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)閥的開(kāi)或關(guān)狀態(tài)的改變，而凝膠閥是利用凝膠在高、低電壓下的不同性質(zhì)實(shí)現(xiàn)閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的切換；有源閥又稱(chēng)為主動(dòng)閥，工作原理是利用外界的動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)閥的開(kāi)啟與關(guān)閉狀態(tài)的切換，根據(jù)它們的氣動(dòng)、相變、熱膨脹、轉(zhuǎn)矩壓緊或松開(kāi)的致動(dòng)原理又可分為氣動(dòng)微閥、相變閥、熱膨脹閥以及轉(zhuǎn)矩控制微閥。
[0003]一個(gè)理想的微流體控制閥應(yīng)該具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)泄漏或低泄漏、響應(yīng)快、易于與微流控芯片上的操作進(jìn)行集成等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種用于微流體控制的微流體控制閥，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)泄漏或低泄漏、響應(yīng)快、易于與微流控芯片上的操作進(jìn)行集成。
[0005]本發(fā)明所提供的用于微流體控制的微流體控制閥，包括上層基片、下層基片和彈性膜；
[0006]由上至下，所述上層基片、所述彈性膜和所述下層基片依次貼合；
[0007]所述上層基片上設(shè)有至少一個(gè)閥孔，
[0008]所述下層基片與所述彈性膜之間設(shè)有至少一條微流體管道，垂直于所述微流體管道的長(zhǎng)度方向上，所述閥孔與所述微流體管道設(shè)于一條直線上；
[0009]所述下層基片上與所述閥孔的位置相應(yīng)處設(shè)有閥座。
[0010]所述的微流體控制閥中，所述閥孔內(nèi)設(shè)有活塞。
[0011]所述的微流體控制閥中，所述閥座上設(shè)有一閥背坑，所述閥背坑與所述微流體管道相連通。
[0012]所述的微流體控制閥中，所述閥背坑的斜坡周壁與所述閥背坑的底部之間的角度為0。?90。，但不等于0°。
[0013]所述的微流體控制閥中，所述閥背坑中，所述斜坡周壁的垂直高度與所述閥背坑的深度的比值為0.1?10。
[0014]所述的微流體控制閥中，所述閥背坑的截面形狀為圓形、橢圓形、方形或菱形。
[0015]所述的微流體控制閥中，所述微流體管道的寬度為0.01?10毫米，深度為0.01?5暈米。
[0016]所述的微流體控制閥中，所述彈性膜的厚度為0.05?50毫米，可由PDMS、硅樹(shù)脂或封口膜等制成；
[0017]所述閥孔的截面形狀為圓形、橢圓形、方形或菱形。
[0018]所述的微流體控制閥中，所述上層基片和所述下層基片均可由下述任意一種或兩種混合型的材料制成，如硅、陶瓷、玻璃和塑料等，其中所述塑料包括:聚酰胺(PA)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲醛(Ρ0Μ)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯二乙醚(PPE)、聚苯乙烯(PS)、聚砜(PSU)、聚醚醚酮(PEEK)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)等。
[0019]所述的微流體控制閥中，所述閥孔、所述微流體管道和所述閥背坑均可由微加工或機(jī)加工等任何方式進(jìn)行加工。
[0020]所述的微流體控制閥中，所述上層基片或所述下層基片與所述彈性膜可以通過(guò)表面修飾后壓緊形成的氫鍵鍵合、化學(xué)鍵鍵合、熱壓、粘合劑粘合和雙面膠帶粘合等任意一種方式結(jié)合在一起。
[0021]使用本發(fā)明微流體控制閥時(shí)，流體流動(dòng)的斷開(kāi)與否是由微流體管道對(duì)面的活塞的壓緊與否來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0022]本發(fā)明微流體控制閥，具有易于加工、價(jià)格低廉和容易操作等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，本發(fā)明微流控閥控制裝置也易于與下游生化分析芯片如PCR芯片等集成。本發(fā)明微流體控制閥對(duì)實(shí)現(xiàn)微型全分析系統(tǒng)，促進(jìn)基因分析的進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有十分重要的意義。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明用于微流體控制的微流體控制閥的第一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明用于微流體控制的微流體控制閥的第二種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明用于微流體控制的微流體控制閥的第三種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4為圖3所示微流體控制閥閥開(kāi)時(shí)的截面示意圖。
[0027]圖5為圖3所示微流體控制閥閥關(guān)閉時(shí)的截面示意圖。
[0028]圖6為圖3所示微流體控制閥中下層基片上閥座位置處的立體示意圖(流體管道溝槽以及有一定結(jié)構(gòu)的閥背坑)。
[0029]圖中各標(biāo)記如下:
[0030]1上層基片、2下層基片、3彈性膜、4閥孔、5活塞、6微流體管道、7閥座、8閥背坑。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。
[0032]如圖1-圖3所示，為本發(fā)明用于微流體控制的微流體控制閥的結(jié)構(gòu)示意圖，包括上層基片1、下層基片2和彈性膜3，由上至下，上層基片1、彈性膜3和下層基片2依次貼合。上層基片1上設(shè)有一個(gè)閥孔4，在閥孔4內(nèi)設(shè)有活塞5或活塞5只在壓緊時(shí)穿過(guò)閥孔4，用于按壓彈性膜3。下層基片2與彈性膜3之間設(shè)有一條微流體管道6，垂直于該微流體管道6的長(zhǎng)度(流體流動(dòng)方向)方向上，閥孔4與微流體管道6設(shè)于一條直線上，即保證活塞5按壓彈性膜3時(shí)可以斷開(kāi)微流體管道6。在下層基片2上與閥孔4的位置相應(yīng)處設(shè)有閥座7。
[0033]如圖2和圖3所7JK，在閥座7上設(shè)有一個(gè)閥背坑8,該閥背坑8與微流體管道6相連通。閥背坑8的斜坡周壁與其底部之間的角度為0°?90°，如圖2所示，兩者之間為90°，如圖3所示，兩者之間為30°。設(shè)置閥背坑8后，按壓彈性膜3時(shí)，可將彈性膜3壓緊在閥背坑8中，從而達(dá)到增強(qiáng)斷開(kāi)流體流動(dòng)的作用。本發(fā)明閥背坑中，可將閥背坑的斜坡周壁的垂直高度與閥背坑的深度的比值控制在0.1?10之間。
[0034]如圖4所示，活塞5松開(kāi)時(shí)，微流體管道6處于流體開(kāi)通狀態(tài)，流體可以自由出入，在一定流體背壓條件下，松開(kāi)程度的大小決定流速的大??；當(dāng)流體流動(dòng)需要斷開(kāi)時(shí)，活塞5壓下，活塞5通過(guò)閥孔4將彈性膜3壓緊在下層基片2中的微流體管道6內(nèi)，如果在下層基片2上閥座位置設(shè)計(jì)有閥背坑8時(shí)，如圖5所示，活塞5將彈性膜3壓緊在閥背坑8內(nèi)，從而達(dá)到增強(qiáng)斷開(kāi)流體流動(dòng)的作用。如圖6所示，設(shè)置的閥背坑8的橫截面形狀為圓形。這樣，流體管道處于關(guān)閉狀態(tài)，流體就可以被封閉在一定的區(qū)域進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)如PCR等操作。
[0035]本發(fā)明微流體控制閥中，閥背坑8可以是由微加工或機(jī)加工等任何方式在芯片的表面加工出來(lái)的，根據(jù)所用芯片材料的不同，其加工方法也不同。上層基片1和下層基片2可以是下述任意一種或兩種混合型的材料，如硅、陶瓷、玻璃和塑料等。硅和玻璃可以通過(guò)各種濕法或干法刻蝕來(lái)加工出管道和腔體。而各種塑料材料，如聚酰胺(PA)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲醛(Ρ0Μ)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯二乙醚(PPE)、聚苯乙烯(PS)、聚砜(PSU)、聚醚醚酮(PEEK)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等可以通過(guò)澆注、模壓、刻蝕或機(jī)加工等方法加工所需的微結(jié)構(gòu)。
[0036]本發(fā)明微流體控制閥中，閥孔4和閥背坑8的截面形狀可為圓形、橢圓形、方形或菱形等，而尺寸為0.5?5毫米。
[0037]本發(fā)明微流體控制閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有價(jià)格低廉、易于加工和操作等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，本發(fā)明微流控閥裝置也易于與后續(xù)分析檢測(cè)相集成，對(duì)于實(shí)現(xiàn)微型全分析系統(tǒng)，促進(jìn)基因分析的進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有十分重要的意義。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于微流體控制的微流體控制閥，其特征在于:所述微流體控制閥包括上層基片、下層基片和彈性膜； 由上至下，所述上層基片、所述彈性膜和所述下層基片依次貼合； 所述上層基片上設(shè)有至少一個(gè)閥孔； 所述下層基片與所述彈性膜之間設(shè)有至少一條微流體管道，垂直于所述微流體管道的長(zhǎng)度方向上，所述閥孔與所述微流體管道設(shè)于一條直線上； 所述下層基片上與所述閥孔的位置相應(yīng)處設(shè)有閥座。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體控制閥，其特征在于:所述閥孔內(nèi)設(shè)有活塞。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微流體控制閥，其特征在于:所述閥座上設(shè)有一閥背坑，所述閥背坑與所述微流體管道相連通。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微流體控制閥，其特征在于:所述閥背坑的斜坡周壁與所述閥背坑的底部之間的角度為0°?90°，但不等于0°。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的微流體控制閥，其特征在于:所述閥背坑中，所述斜坡周壁的垂直高度與所述閥背坑的深度的比值為0.1?10。6.根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一項(xiàng)所述的微流體控制閥，其特征在于:所述閥背坑的截面形狀為圓形、橢圓形、方形或菱形。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的微流體控制閥，其特征在于:所述微流體管道的寬度為0.01?10毫米，深度為0.01?5毫米。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的微流體控制閥，其特征在于:所述彈性膜的厚度為0.05?50毫米； 所述閥孔的截面形狀為圓形、橢圓形、方形或菱形。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于微流體控制的微流體控制閥。所述微流體控制閥包括上層基片、下層基片和彈性膜；由上至下，所述上層基片、所述彈性膜和所述下層基片依次貼合；所述上層基片上設(shè)有至少一個(gè)閥孔；所述下層基片與所述彈性膜之間設(shè)有至少一條微流體管道，垂直于所述微流體管道的長(zhǎng)度方向上，所述閥孔與所述微流體管道設(shè)于一條直線上；所述下層基片上與所述閥孔的位置相應(yīng)處設(shè)有閥座。本發(fā)明微流體控制閥，具有易于加工、價(jià)格低廉和容易操作等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，本發(fā)明微流控閥控制裝置也易于與下游生化分析芯片如PCR芯片等集成。本發(fā)明微流體控制閥對(duì)實(shí)現(xiàn)微型全分析系統(tǒng)，促進(jìn)基因分析的進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有十分重要的意義。
【IPC分類(lèi)】F16K7/16
【公開(kāi)號(hào)】CN105370917
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410409957
【發(fā)明人】劉鵬, 甘五鵬, 王帥欽, 莊斌
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2014年8月19日