[發明專利]環形薄膜微流控被動流量調節閥及流量調控方法

有效

• 申請號: 201810502408.7
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN108662279B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 張鑫杰
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: F16K99/00
• 分類號: F16K99/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 丁濤

本發明公開了一種環形薄膜微流控被動流量調節閥及流量調控方法，包括閥體、流體入口、控制流道、旁通孔、薄膜、流體主流道和流體出口。控制流道的左端通過旁通孔與流體入口相連通，右端與流體主流道之間由薄膜隔開；薄膜為環形彈性薄膜，在流體壓力作用下可以產生軸向變形；流體主流道的左端與流體入口相連通，右端與流體出口相連通。本發明提出的環形薄膜微流控被動流量調節閥的流量調控原理為利用薄膜在控制流道內微流體壓力的作用下產生軸向彈性變形，擠壓流體主流道內的微流體，改變閥的流阻并實時補償流體壓強的變化，以實現微流體流量的恒定調控。

技術領域

本發明涉及微流體控制與便捷式即時檢測儀器領域，具體涉及一種可用于自動精確調控微流體流量的環形薄膜微流控被動流量調節閥及流量調控方法。

背景技術

隨著微納制造技術的發展，微流控閥作為微尺度控制元件在結構與化學生物、基因測序、單細胞分析等領域已經發揮了重要的作用。其中，微流控流量調節閥由于能夠對流量進行精確調控，滿足精密微流體控制的要求，在精確給藥系統、核酸檢測、細胞分選等領域中有著廣泛的應用需求。

現有的微流控流量調節閥主要分為主動流量調節閥和被動流量調節閥。主動流量調節閥主要通過外加控制元件來調節流量，其優勢在于流量調控的響應速度快且可以實現復雜的流體控制。然而，由于該閥需要借助外部元件工作，因此會消耗額外的能源且不易于微型化集成。與主動流量調節閥相比，被動流量調節閥的流量調節原理更為簡單，它并不需要外界控制激發，僅依賴自身結構隨外界驅動源的變化，即可自行進行流量調節，且不消耗額外的能量，因而在集成微型化系統應用中更加有優勢。目前已報道的被動流量調節閥按結構可以分為單膜閥和雙膜閥。單膜閥利用一層彈性薄膜受流體壓力變形改變自身流道流阻來實現流量調控，其達到恒定流量控制所需的閾值壓力較高（>50kPa），不易與微型、低壓微動力驅動裝置（如微泵）集成。雙膜閥具有兩層彈性薄膜，其實現恒定流量調控所需的閾值壓力僅為25kPa。然而，由于絕大多數微動力驅動裝置的源壓力都在20kPa以內，因此雙膜閥也很難滿足與微動力驅動裝置集成的普遍需求。因此，有必要開發一種具有低閾值壓力的微流控被動流量調節閥以實現其與微動力驅動裝置的有效集成，最終為制成低成本、便攜式的藥物傳輸系統、微芯片實驗室和即時檢測儀器提供技術支撐。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種環形薄膜微流控被動流量調節閥及流量調控方法。該閥體積小、易集成、閾值壓力低、流量調控范圍廣，可以滿足與絕大多數微動力驅動裝置的集成需求。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種環形薄膜微流控被動流量調節閥，包括閥體、流體入口、控制流道、旁通孔、薄膜、流體主流道、流體出口；

所述閥體左端開設流體入口，右端開設流體出口，所述流體主流道的左端與流體入口相連通，流體主流道的右端與流體出口相連通；所述控制流道環繞流體入口、流體主流道和流體出口開設；

所述控制流道的左端通過旁通孔與流體入口相連通，控制流道的右端與流體主流道之間由薄膜隔開；

所述薄膜為環形彈性薄膜，在流體壓力作用下可以產生軸向變形。

優選的，所述流體主流道的截面尺寸小于流體入口和流體出口的截面尺寸；

優選的，所述控制流道的右端為封閉容腔，且可以存儲不低于50kPa壓力的流體；

優選的，所述旁通孔的總數量不少于1個，且所有旁通孔的總流阻大于流體主流道的流阻；

優選的，所述薄膜的厚度為微米級，材質為聚二甲基硅氧烷、硅膠、聚氨酯橡膠聚合物彈性材料中的一種；

優選的，調控的微流體流量范圍為1nl/min ~ 10ml/min，且調節閥的閾值≤15kPa。