[發明專利]一種雙對稱平行薄膜微恒流閥及流量調控方法

在審

• 申請號: 202011284615.3
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112240411A
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 李星衡;謝寶智;冀玉梅
• 申請（專利權）人: 常州工業職業技術學院
• 主分類號: F16K7/07
• 分類號: F16K7/07;F16K31/126;F16K99/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 顧伯興

本發明公開了一種雙對稱平行薄膜微恒流閥及流量調控方法，包括兩個上下分開布置的控制流道、兩個左右布置的控制流道、流體主流道、窄流道以及四塊兩兩平行的彈性薄膜。四個控制流道的入口均與流體主流道相連通，控制流道的出口均由彈性薄膜封閉且與窄流道隔開。本發明提出的雙對稱平行薄膜微恒流閥的流量調控原理為利用四塊彈性薄膜在控制流道內微流體壓力的作用下產生彈性變形，擠壓窄流道內的微流體，并改變閥的流阻以實時補償流體壓強的變化，最終實現微流體流量的恒定調控。該閥實現恒定流量調控所需的驅動壓強小（20kPa），輸出流量范圍廣，在藥物注射、集成微芯片實驗室、便捷式即時檢測儀器等領域具有廣泛的應用價值。

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雙對稱平行薄膜微恒流閥及流量調控方法。

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，本發明提供一種雙對稱平行薄膜微恒流閥及流量調控方法。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：雙對稱平行薄膜微恒流閥，包括樣品入口、樣品出口、上控制流道、下控制流道、左控制流道、右控制流道、流體主流道、窄流道、上彈性薄膜、下彈性薄膜、左彈性薄膜以及右彈性薄膜；所述上控制流道、下控制流道、左控制流道、右控制流道和流體主流道的入口均與樣品入口相連通；所述上控制流道和下控制流道的末端均封閉；所述窄流道設置在流體主流道的中間；所述流體主流道的出口與樣品出口相連通；所述上控制流道和窄流道之間由上彈性薄膜隔開；所述下控制流道和窄流道之間由下彈性薄膜隔開；所述左控制流道、右控制流道流體主流道和窄流道均分布在同一平面上，且左控制流道的末端和窄流道之間由左彈性薄膜隔開，右控制流道的末端和窄流道之間由右彈性薄膜隔開。

優選的，所述窄流道的截面尺寸小于流體主流道的截面尺寸。

優選的，所述上控制流道、下控制流道、左控制流道和右控制流道的末端寬度均小于等于窄流道的長度，且上控制流道和下控制流道的末端上下對齊且寬度相等，左控制流道和右控制流道的末端左右對齊且寬度相等。

優選的，所述上彈性薄膜和下彈性薄膜上下水平對稱；所述左彈性薄膜和右彈性薄膜左右垂直對稱。

優選的，所述上彈性薄膜、下彈性薄膜、左彈性薄膜以及右彈性薄膜的厚度均為微米級，材質為聚二甲基硅氧烷、硅膠、聚氨酯橡膠等聚合物彈性材料中的一種。