[發(fā)明專利]一種集成于微流控芯片內(nèi)的氣動微閥

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210142342.8
• 申請日: 2012-05-07
• 公開（公告）號: CN102679039A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉嘉明;張凱歡;邢婉麗;程京
• 申請（專利權(quán)）人: 博奧生物有限公司;清華大學(xué)
• 主分類號: F16K99/00
• 分類號: F16K99/00
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種集成于微流控芯片內(nèi)的氣動微閥，屬于微流控芯片技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微閥是微流控芯片中用于實現(xiàn)微流體操控的最為重要的功能單元之一，其基本功能是實現(xiàn)流體通道的導(dǎo)通和隔斷。在眾多的微閥技術(shù)中，最早由Quake研究組于2000年提出的氣動微閥，由于具備結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、易于大規(guī)模集成等優(yōu)點，已成為目前微流控芯片中研究和應(yīng)用最廣泛的微閥技術(shù)。

微流控芯片上的氣動微閥主要由兩條垂直相交的流體通道以及夾在兩通道間的彈性薄膜構(gòu)成，其中一條通道為流體通道，用于芯片中的流體傳輸；另一通道為控制通道，一般與外接壓力源相連，通過調(diào)節(jié)控制通道中的壓強(qiáng)促使彈性薄膜朝流體通道發(fā)生形變，從而控制流體通道的導(dǎo)通與隔斷。上述結(jié)構(gòu)特征使得氣動閥特別適合大規(guī)模地集成于微流控芯片上，因此在生化反應(yīng)與分析領(lǐng)域中獲得越來越多的關(guān)注。但是近年來隨著微流控芯片在POCT（Point-of-Care?Testing，現(xiàn)場即時檢測）技術(shù)中的應(yīng)用日益發(fā)展，人們對于小型化、集成化、自動化程度更高的微流控器件的需求與日俱增。為實現(xiàn)上述功能，對于氣動微閥技術(shù)而言，人們不僅希望其結(jié)構(gòu)簡單、容易集成，而且希望外部關(guān)聯(lián)設(shè)備也盡可能的小型而簡便。

但是現(xiàn)有的氣動微閥卻存在以下局限性：氣動閥的運(yùn)行往往需要外接壓力源以提供工作壓強(qiáng)，目前的外加壓力源主要采用高壓氣瓶（如高壓空氣、高壓氮氣等），并且需要一套專門的壓力調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)氣壓，這些設(shè)備不僅外觀笨重、體積大，難以攜帶，而且價格昂貴；此外，氣動閥常開的工作狀態(tài)需要外加壓力源能夠保持一個恒定的壓強(qiáng)。上述這些特點決定了傳統(tǒng)的氣動微閥難以在小型便攜的、一次性的微流控芯片中廣泛推廣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的的是提供一種集成于微流控芯片內(nèi)的氣動微閥，其結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、成本低廉。

本發(fā)明所提供的一種集成于微流控芯片內(nèi)的氣動微閥，它包括至少1個由控制通道和可壓縮氣囊組成的封閉腔體；

所述控制通道的一側(cè)壁為彈性薄膜，且該側(cè)壁為所述控制通道與所述微流控芯片的流體通道相交的共用壁；所述控制通道與所述可壓縮氣囊相連通，所述可壓縮氣囊的另一端與外界相連通，且該端部由彈性薄膜封閉。

上述的集成于微流控芯片內(nèi)的氣動微閥中，所述控制通道位于所述流體通道的上方或下方；當(dāng)所述控制通道位于所流體通道的上方時，所述氣動微閥對流體進(jìn)行控制的方式為“下壓式”，當(dāng)所述控制通道位于所流體通道的下方時，所述氣動微閥對流體進(jìn)行控制的方式為“上推式”。

上述的集成于微流控芯片內(nèi)的氣動微閥中，所述封閉腔體內(nèi)可填充有惰性流體。

上述的集成于微流控芯片內(nèi)的氣動微閥中，所述惰性流體可為惰性氣體或惰性液體；所述惰性氣體具體可為氮氣或是壓縮空氣，所述惰性液體具體可為礦物油或是純凈水，所述惰性氣體或惰性液體與微流控芯片的材料之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且無法滲透過芯片的材料。

上述的集成于微流控芯片內(nèi)的氣動微閥中，所述彈性薄膜的厚度可為0~300μm，但不為零，其可由具有低彈性模量的高分子材料制成。

上述的集成于微流控芯片內(nèi)的氣動微閥中，所述彈性薄膜的材質(zhì)可為硅橡膠、記憶合金、鋁箔或壓力膜；所述記憶合金具體可為形狀記憶合金；當(dāng)采用硅橡膠或記憶合金等可形變材料時，所述氣動微閥可實現(xiàn)“開啟—關(guān)閉”循環(huán)雙向操作；當(dāng)采用鋁箔或壓力膜等不能恢復(fù)原形的材料時，所述氣動微閥只能實現(xiàn)“開啟”的單向操作。

上述的集成于微流控芯片內(nèi)的氣動微閥中，所述氣動微閥還可包括相配合的螺母與螺栓，所述螺母設(shè)于暴露于外的所述彈性薄膜上，當(dāng)所述螺栓在所述螺母內(nèi)進(jìn)行定向移動時，暴露于外的所述彈性薄膜在所述螺栓的作用下發(fā)生形變。

上述的集成于微流控芯片內(nèi)的氣動微閥中，所述氣動微閥還可包括電磁鐵和金屬塊，所述金屬塊設(shè)于暴露于外的所述彈性薄膜上，所述彈性薄膜在所述電磁鐵與金屬塊之間的吸引力的作用下發(fā)生形變。

本發(fā)明提供的集成于微流控芯片內(nèi)的氣動微閥的工作過程為：依靠外部壓力擠壓可壓縮氣囊使其發(fā)生壓縮形變；壓縮形變所產(chǎn)生的流體壓強(qiáng)通過控制通道傳遞到彈性薄膜，促使薄膜朝流體通道發(fā)生相應(yīng)的彈性形變，從而實現(xiàn)氣動微閥控制流體流速及通斷的功能。

對比現(xiàn)有的氣動微閥技術(shù)，本發(fā)明提供的一種集成于微流控芯片內(nèi)的氣動微閥，避免使用常規(guī)微流控氣動閥所需的外置高壓氣瓶和壓力調(diào)控裝置，通過簡單的擠壓氣囊動作，為氣動微閥工作提供所需的壓強(qiáng)。本發(fā)明具有成本低、操作簡便、小型便攜等優(yōu)點，特別適用于便攜式的微流控分析系統(tǒng)。

附圖說明