[發明專利]一種聲表面波控制的形狀記憶合金微閥及其控制方法

有效

• 申請號: 201610405179.8
• 申請日: 2016-06-08
• 公開（公告）號: CN106015728B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 章安良;董良威;張小權;胡文艷
• 申請（專利權）人: 常州工學院
• 主分類號: F16K99/00
• 分類號: F16K99/00;F16K31/70
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙)33226
• 代理人: 周玨

技術領域

本發明涉及一種微流控芯片中控制微流體輸運的微閥及其控制技術，尤其是涉及一種聲表面波控制的形狀記憶合金微閥及其控制方法。

背景技術

微流控芯片是將常規的生化分析操作單元集成于一個若干平方厘米的基片上，用于完成生化分析或生化檢測的技術。由于微流控芯片極大地縮小了分析操作單元的尺寸，降低了微流分析中所用的試劑，縮短了分析時間，方便了分析操作的智能化和自動化，因而，微流控芯片獲得了快速發展，并已廣泛應用于DNA測序、蛋白質分析、單細胞分析、毒品檢測和食物安全等領域。

微閥是以連續流方式工作的微流控芯片進行微流分析不可或缺的組成單元，它控制微流體在微通道內流向。因而，各國微流控學專家、學者投入了較大的精力和財力來研究微閥，并發明了多種結構和工作原理的微閥及其開啟和關閉方法。根據是否需要激勵源，可將所發明的這些微閥分為兩大類，即：無源微閥和有源微閥。

無源微閥是通過特殊的微通道幾何結構或微通道表面特性實現微流輸運，無需外加動力源。無源微閥的優點是微閥尺寸小，易集成于微流系統中，微閥結構和實現工藝都比較簡單，操作也比較方便。無源微閥的突出的缺點是難以控制微流體在微通道中輸運，微閥開關速度較慢，微閥漏壓較低，有待改進。

有源微閥根據提供動力源的方式來分，主要有氣動微閥、電動微閥、電化學微閥、靜電微閥、電磁微閥、相變微閥、混合微閥和熱膨脹微閥等。

氣動微閥是以外部氣體作為致動力的一類有源微閥，其一般通過在控制通道內施加一定氣壓來控制微閥的開啟和閉合，施加氣壓時，中間層閥膜發生形變，向下擠壓微流體通道，直到微流體通道堵塞；撤銷壓力時，中間層閥膜在自身彈性力的作用下恢復原狀，微流體通道重新暢通。氣動微閥的優點是工藝簡單，只需簡單的軟光刻工藝即可實現微閥的制作。氣動微閥的缺點是需要外加氣泵和控制氣泵的外圍控制電路，給微閥的集成化帶來了困難。

靜電微閥只要在微流基片上光刻兩個電極，因此，靜電微閥易于集成，但電極容易電解微通道中的工作流體，應用受到了限制。

熱膨脹微閥是采用熱膨脹原理，加熱使微腔內氣體或石蠟等材料產生體積變化而實現微閥的開啟和關閉，熱膨脹微閥因具有結構簡單、無需外加氣泵等優點而受到重視。有報道采用微機械和光刻工藝制作一種常閉型熱膨脹微閥，其開關時間短，但工藝有待改善。也有專家提出了加熱腔與執行腔分離的熱膨脹微閥，其可減少加熱器與微通道間直接熱轉換，提高了熱效率，但微閥滯后現象較為嚴重，有待改進。

上述其他幾類微閥，如電動微閥、電化學微閥、電磁微閥、相變微閥和混合微閥等也都有其各自優點和缺點，并都有相應的應用場合。如電磁微閥難以實現自動化；相變微閥由于發生相變物質直接位于微通道中，因此難以重復使用，有待改進。總體來說，相比于無源微閥，有源微閥具有開關速度快、泄漏小等優點，因而對其研究得更為廣泛和深入。

形狀記憶合金微閥是一種有源微閥，其采用記憶合金在溫度變化時形狀發生變化的原理來實現微閥的開啟和關閉，其具有有源微閥的優點，同時還具有大的壓力-體積比和作用力的優點。但報道的形狀記憶合金微閥需要外部加熱源，應用有一定的局限性，且不能直接應用于壓電微流器件上，不能充分發揮壓電微流器件強大的微流操控能力。