[發明專利]一種聲表面波控制開啟和關閉的微閥及其控制方法

有效

• 申請號: 201611120112.6
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN106732836B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 劉尉悅;胡恒銘;金標;湯煜;鐘先鋒;吳騰
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 周玨

1.一種聲表面波控制開啟和關閉的微閥，其特征在于包括壓電基片和PDMS凝固體，所述的壓電基片的上表面為工作表面，所述的壓電基片的工作表面的對稱兩側上對應的各設置有兩個用于激發聲表面波的叉指換能器，所述的PDMS凝固體安裝于所述的壓電基片的工作表面的中央區域上，所述的PDMS凝固體內設置有依次連通的第一分支微通道、第一主微通道、輔助微通道、第二主微通道、第二分支微通道，所述的第一分支微通道上開設有微流體入口，所述的第一主微通道位于其中兩個對稱的所述的叉指換能器激發的聲表面波的傳播路徑上，所述的第一主微通道內設置有中斷所述的第一主微通道的第一PDMS聚合體和位于所述的第一PDMS聚合體的上游的第一鋼珠，所述的第一PDMS聚合體內設置有連通其上游和下游的第一毛細微通道，所述的第一鋼珠的直徑遠大于所述的第一毛細微通道的直徑，所述的第一鋼珠在對應的所述的叉指換能器激發的聲表面波的作用下在所述的第一主微通道內順暢運動，且不會運動至所述的第一分支微通道內，所述的第二主微通道位于另外兩個對稱的所述的叉指換能器激發的聲表面波的傳播路徑上，所述的第二主微通道內設置有中斷所述的第二主微通道的第二PDMS聚合體和位于所述的第二PDMS聚合體的下游的第二鋼珠，所述的第二PDMS聚合體內設置有連通其上游和下游的第二毛細微通道，所述的第二鋼珠的直徑遠大于所述的第二毛細微通道的直徑，所述的第二鋼珠在對應的所述的叉指換能器激發的聲表面波的作用下在所述的第二主微通道內順暢運動，且不會運動至所述的第二分支微通道內，所述的第二分支微通道上開設有微流體出口。

2.根據權利要求1所述的一種聲表面波控制開啟和關閉的微閥，其特征在于所述的第一毛細微通道的入口的中心高度與所述的第一鋼珠的半徑相同；所述的第二毛細微通道的出口的中心高度與所述的第二鋼珠的半徑相同。

3.根據權利要求1或2所述的一種聲表面波控制開啟和關閉的微閥，其特征在于所述的第一PDMS聚合體朝向其上游的端面為內凹弧形面，所述的第一PDMS聚合體的內凹弧形面的半徑與所述的第一鋼珠的半徑相同；所述的第二PDMS聚合體朝向其下游的端面為內凹弧形面，所述的第二PDMS聚合體的內凹弧形面的半徑與所述的第二鋼珠的半徑相同。

4.根據權利要求1所述的一種聲表面波控制開啟和關閉的微閥，其特征在于所述的壓電基片的工作表面上與每個所述的叉指換能器對應的設置有反射柵，每個所述的反射柵用于減少加載于對應的所述的叉指換能器上的RF電信號的功率。

5.根據權利要求1或4所述的一種聲表面波控制開啟和關閉的微閥，其特征在于該微閥還包括PCB板和用于產生RF電信號的信號發生裝置，所述的壓電基片安裝于所述的PCB板上，所述的PCB板上與每個所述的叉指換能器對應的設置有引線腳，每個所述的叉指換能器對應的所述的引線腳與該所述的叉指換能器的匯流條連接，所述的信號發生裝置由用于產生RF電信號的信號發生器及功率放大器組成，所述的信號發生器的輸出端與所述的功率放大器的輸入端連接，所述的功率放大器的輸出端連接有切換開關，所述的切換開關選擇與用于使所述的第一鋼珠堵住所述的第一毛細微通道的入口的所述的叉指換能器所對應的引線腳和用于使所述的第二鋼珠堵住所述的第二毛細微通道的出口的所述的叉指換能器所對應的引線腳連接，或與用于使所述的第一鋼珠脫離所述的第一毛細微通道的入口的所述的叉指換能器所對應的引線腳和用于使所述的第二鋼珠脫離所述的第二毛細微通道的出口的所述的叉指換能器所對應的引線腳連接。

6.根據權利要求1所述的一種聲表面波控制開啟和關閉的微閥，其特征在于所述的第一鋼珠和所述的第二鋼珠的直徑均為0.8毫米；所述的第一主微通道和所述的第二主微通道呈矩形，且高度和寬度均為1.0～1.2毫米；所述的第一分支微通道和所述的第二分支微通道呈矩形，且高度或/和寬度均為0.6～0.7毫米；所述的第一毛細微通道和所述的第二毛細微通道的直徑均為0.1～0.2毫米。

7.一種權利要求5所述的聲表面波控制開啟和關閉的微閥的控制方法，其特征在于包括以下步驟：

在叉指換能器未激發聲表面波的情況下，微閥處于開啟狀態，數字微流體能在外部進樣器的作用下依次通過第一分支微通道、第一主微通道、輔助微通道、第二主微通道、第二分支微通道實現輸運；

微閥從開啟狀態到關閉狀態的控制過程為：使切換開關與用于使第一鋼珠堵住第一毛細微通道的入口的叉指換能器所對應的引線腳和用于使第二鋼珠堵住第二毛細微通道的出口的叉指換能器所對應的引線腳連接；用于使第一鋼珠堵住第一毛細微通道的入口的叉指換能器激發的聲表面波作用于第一鋼珠，使第一鋼珠向第一毛細微通道的入口方向運動，用于使第二鋼珠堵住第二毛細微通道的出口的叉指換能器激發的聲表面波作用于第二鋼珠，使第二鋼珠向第二毛細微通道的出口方向運動；當第一鋼珠堵住第一毛細微通道的入口且第二鋼珠堵住第二毛細微通道的出口時實現微閥的關閉，此時數字微流體不能通過第一分支微通道、第一主微通道、輔助微通道、第二主微通道、第二分支微通道實現輸運；

微閥從關閉狀態到開啟狀態的控制過程為：使切換開關與用于使第一鋼珠脫離第一毛細微通道的入口的叉指換能器所對應的引線腳和用于使第二鋼珠脫離第二毛細微通道的出口的叉指換能器所對應的引線腳連接；用于使第一鋼珠脫離第一毛細微通道的入口的叉指換能器激發的聲表面波作用于第一鋼珠，使第一鋼珠脫離第一毛細微通道的入口并向相反方向運動，用于使第二鋼珠脫離第二毛細微通道的出口的叉指換能器激發的聲表面波作用于第二鋼珠，使第二鋼珠脫離第二毛細微通道的出口并向相反方向運動；此時數字微流體又能通過第一分支微通道、第一主微通道、輔助微通道、第二主微通道、第二分支微通道實現輸運。