[發明專利]一種生成控制駐停氣泡的微閥系統及生成控制方法

有效

• 申請號: 201710444489.5
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107061863B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 劉吉曉;周一笛;李博文;楊若曦;李鐵軍
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: F16K99/00
• 分類號: F16K99/00;B01L3/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 李濟群;王瑞

本發明公開了一種生成控制駐停氣泡的微閥系統及生成控制方法，該微閥系統包括液體流道、斥水透氣層、氣壓控制通道和至少一個駐停氣泡生成腔；所述氣壓控制通道與液體流道保持平行分布且不連通；所述斥水透氣層位于氣壓控制流道與微流體通道之間；所述斥水透氣層的液體流道一側的內壁上設置有至少一個駐停氣泡生成腔；所述駐停氣泡生成腔是開在斥水透氣層的內壁上的內陷結構；駐停氣泡生成腔的橫截面的頂角小于液體在液體流道中流動的前進接觸角。該方法將微流道中生成的駐停氣泡作為微流控芯片的微閥，通過控制氣壓控制通道內的氣體壓強的增減進而控制駐停氣泡的形態和尺寸，實現液體流道的通斷。

技術領域

本發明涉及微流控芯片領域，具體是一種生成控制駐停氣泡的微閥系統及生成控制方法。

背景技術

微流控技術或微流體技術(Microfluidics)是在微米尺度下對微量流體進行操作處理的科學和技術體系，由微機電系統(MEMS,Micro Electro-Mechanical System)衍生發展而來。利用微流控技術可在關鍵尺寸為微米尺度的芯片上集成預處理、反應、檢測等模塊，對生物和化學樣品進行快速高效的反應和處理步驟，已成為綜合生物化學、生命科學、精密制造、材料科學、流體力學等領域的新興交叉學科。微流控系統具有高傳熱傳質效率和低物質消耗等特點，使其在生命科學和物理化學研究、藥物開發、疾病即時診斷、環境監測等領域具有巨大的應用前景。

微流控系統常利用微尺度下多相流動(液-液、氣-液、氣-固-液系統等)中特殊的傳質和流體力學特性，提高系統中樣品混合、目標物捕捉、生化反應的效率。微小氣泡是微流控多相系統中常見的物理現象和被操作對象，常作為反應物參與在多相間界面上的化學合成反應，以提高反應效率，為了增強微流控芯片的功能化和集成化程度，需要在微流控系統中添加控制元件-微閥對微流體的流道進行控制。現有的微閥主要包括氣動微閥、壓電微閥、動電微閥和相變微閥等等。這些閥或結構繁瑣，加工復雜，或是操作麻煩，不利于大規模集成。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種生成控制駐停氣泡的微閥系統及生成控制方法。該方法將微流道中生成的駐停氣泡作為微流控芯片的微閥，通過控制氣壓控制通道內的氣體壓強的增減進而控制駐停氣泡的形態和尺寸，實現液體流道的通斷。

本發明解決所述微閥系統技術問題的技術方案是，提供一種生成控制駐停氣泡的微閥系統，其特征在于該微閥系統包括液體流道、斥水透氣層、氣壓控制通道和至少一個駐停氣泡生成腔；所述氣壓控制通道與液體流道保持平行分布且不連通；所述斥水透氣層位于氣壓控制流道與微流體通道之間；所述斥水透氣層的液體流道一側的內壁上設置有至少一個駐停氣泡生成腔；所述駐停氣泡生成腔是開在斥水透氣層的內壁上的內陷結構；駐停氣泡生成腔的橫截面的頂角小于液體在液體流道中流動的前進接觸角；液體流道用于泵送液體樣本；氣壓控制通道用于連接外部氣源，控制駐停氣泡的形成與體積變化。

本發明解決所述方法技術問題的技術方案是，提供一種駐停氣泡的生成控制方法，其特征在于具體步驟如下：

(1)使用前，先在氣壓控制通道中通入具有正壓強的氣體，然后在液體流道通入液體，此時駐停氣泡生成腔中產生駐停氣泡；

(2)增大氣壓控制通道內氣體的壓強，駐停氣泡的體積增長，液體流道中液體流動開始受到阻礙直至完全被駐停氣泡截斷；當施加負壓的時候，為了填補氣壓控制通道中的真空，駐停氣泡內的氣體開始向氣壓控制通道中擴散，導致駐停氣泡的體積縮小，液體流道中液體流動由截斷狀態變為流通狀態。

與現有技術相比，本發明有益效果在于：

1、該方法將微流道中生成的駐停氣泡作為微流控芯片的微閥，生成的駐停氣泡附著在微流道內壁的任意位置上，其形態和尺寸可通過氣壓控制通道內的氣體壓強的增減，不隨液體流動而移動而且體積可控，消除了不可控微尺度氣泡對液體流動產生的有害影響。