[發明專利]一種單層微流控氣動微閥門及微流控芯片

在審

• 申請號: 202210012235.7
• 申請日: 2022-01-06
• 公開（公告）號: CN114526373A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 陳暢;熊春陽;瞿佳楠;方旭;林峰
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: F16K99/00
• 分類號: F16K99/00;B01L3/00
• 代理公司: 深圳市深聯知識產權代理事務所(普通合伙) 44357
• 代理人: 張琪

本發明涉及一種單層微流控氣動微閥門及微流控芯片，包括：芯片層，設置在所述芯片層內同一層的通液通道、凸出部、彈性墻及氣動通道，所述氣動通道的末端連通凸出部，所述彈性墻設置在凸出部的底端及氣動通道的一側邊之間，所述芯片層還開設有氣壓入口、液體入口及液體出口，所述氣壓入口與氣動通道的始端連通，所述液體入口及液體出口分別與通液通道的兩端連通。本發明公開的單層微流控氣動微閥門及微流控芯片，相對現有技術中側向流阻器形變量比較小，無法完全截斷通液通道，本發明通過調節彈性墻的比例尺寸，大大提高了閥門區域的變形能力，使其可以完全關閉通液通道。

技術領域

本發明涉及一種單層微流控氣動微閥門及微流控芯片，屬于微流控芯片技術領域。

背景技術

在微流控芯片中，氣動微閥門由軟材料的壓力驅動變形，進而阻塞或釋放液體流入微系統。

微流控芯片的技術路線發展的過程中，其中有研究課題組提出“三文治芯片”以在微通道中形成氣動微閥門，該芯片從上至下分別為氣動層、薄膜墻和液體通道層的多層芯片結構。這種芯片的氣路與液路中間相隔一層薄膜墻并在俯視方向上垂直交叉分布，交叉部分即為微閥門區域。當氣動通道施加壓力時，可以選擇性地壓縮和堵塞流體層的通道，從而實現流體運動控制。還有研究課題組提成的另外的柱塞型微閥門，在該閥門系統中，流體入口和出口位于不同的液路層，其中的微通道由有孔層相連。而氣動層則能夠控制薄膜墻的變形，從而允許或禁止流體流過有孔層。上述兩個閥門系統是常開開關的結構。

再有研究課題組開發出“門墊”式微型閥門同樣涉及具有液體通道、氣動通道的閥門“三明治結構”，該微型閥是常閉閥，即在靜止狀態下，液體通道被薄膜墻阻塞。在開啟閥門時，須在氣動網絡中施加負壓使中間的薄膜向氣動層產生形變，因此移除薄膜墻并使流體流過閥門區域。再有開發者開發出“窗簾”式微閥是另一種常閉閥門設計，與門墊設計的微型閥門相反，該閥門上的通道屏障簾閥是一種與膜層而不是通道層一體化的微結構。在零壓力下，膜與閥門平齊并堵塞流道。通過在氣動層上抽真空，膜和屏障向上提起并打開流體通道。

上述開發的各類型氣動微閥門被廣泛應用于微流控PCR、蛋白質分離和細胞分選領域，然而由于芯片由三層結構組成，加工時需要將芯片對準以及二次鍵合，對于加工的精度與潔凈程度要求較高。同時，在加工氣動微閥門過程中，由于底層通道面朝上，通道底部的薄薄膜墻不可避免得會有一定厚度(一般大于1mm)，該芯片不利于高倍鏡成像與單細胞水平研究。為了使閥門能夠完全關閉，多層微閥門中的微通道通常被設計為具有半圓形截面。半圓形通道會產生圓形的液體水結合薄膜墻連結的界面，充當透鏡。該透鏡會嚴重扭曲透射光顯微鏡模式(例如相差場)中的圖像。在實踐中，唯一可行的細胞成像選項是不需要光源的熒光顯微鏡，然而，染料以及紫外線燈和過濾器增加了成本，并且信號會隨著暴露在光線下的時間推移而減弱。而對于當前的側向偏轉膜微閥門，該設計本質上不是真正的閥門，因為它沒有完全密封流道，而是一個流阻器。此外，內部還存在三種側壁效應通道腔：頂部、底部和側面，決定了偏轉膜的偏轉行為，使得與三層膜微型閥相比，該系統更難建模。

綜上所述，現有技術下的各類型氣動微閥門具有多個不足之處，概括如下：1、多層氣動微閥門加工時需要對準，加工制備過程復雜；2、多層微閥門成像受氣動層影響，僅適用于熒光顯微鏡，價格昂貴；3、多層微閥門具有較厚的底面，不利于高倍鏡成像；4、目前的微閥門產生形變小，無法完全關閉液體通道；5、目前的微閥門具有不同的側壁效應，難以建模。針對上述的技術不足，有必要提出新的微流控氣動微閥門及微流控芯片結構。

發明內容

本發明提供一種單層微流控氣動微閥門，旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。

本發明的技術方案為一種單層微流控氣動微閥門，其包括：芯片層，設置在所述芯片層內同一層的通液通道、凸出部、彈性墻及氣動通道，所述氣動通道的末端連通凸出部，所述彈性墻設置在凸出部的底端及氣動通道的一側邊之間，所述芯片層還開設有氣壓入口、液體入口及液體出口，所述氣壓入口與氣動通道的始端連通，所述液體入口及液體出口分別與通液通道的兩端連通。