当前位置: 首页 > 专利查询>东南大学专利>正文

一种微型被动流量调节阀及其制作工艺制造技术

技术编号:11642569 阅读:108 留言:0更新日期:2015-06-24 20:05
本发明专利技术公开了一种微型被动流量调节阀及其制作工艺。该阀为五层基片堆叠结构,分别是包含有旁通流道的上盖板和下盖板、具有直通收缩流道的中间薄板以及上、下弹性薄膜。流量调节原理为利用上、下弹性薄膜在上、下盖板内的旁通流道流体的压力下产生弹性变形,从而改变中间薄板内收缩流道的截面积,即改变阀的流阻来补偿压强的变化,实现输出流量恒定。该阀实现恒定流量调节所需的驱动压强小(<50kPa),输出流量大(~ml/min),在需要提供恒定流量供给的需求方面,如药物传输系统、生物医疗诊断、集成微芯片实验室等领域具有广泛的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微型被动流量调节阀及其制作工艺,属于药物传输系统、生物医疗诊断、集成微芯片实验室等领域。
技术介绍
随着微制造技术的发展,微流控阀作为微尺度控制元件在结构与化学生物、基因测序、单细胞分析等领域已经发挥了重要的作用。其中,微流量调节阀由于能够对流量进行调节,满足微流量精确控制的要求,在药物传输系统、生物医疗诊断、集成微芯片实验室中有着广泛的需求。近年来,对微流量调节阀的研宄主要集中于主动流量调节阀和被动流量调节阀。主动流量调节阀主要通过应用外加控制元件来调节流量,如施加外界触发信号压力改变流道结构;在微流道底部内置加热元件加热微流道改变流体粘度;利用电加热元件改变流道截面等。由于外加控制元件响应及时、可控的优势,主动流量调节阀可以快速、连续的响应流量调节,因而可以用来对粒子和生物细胞进行精确、高通量分选。与主动流量调节阀相比,被动流量调节阀的流量调节原理更为简单,它并不需要外界控制激发,仅依赖自身结构随外界驱动源的变化,即可自行进行流量调节,且不消耗额外的能量,因而在集成微流控系统应用中更加有优势。到目前为止,已报道的被动流量调节阀的设计原理都是利用流量与流压之间的非线性关系,即随着流体压强的增大,流量逐渐趋于恒定。现有的微型被动流量调节阀按结构可以分为单层阀和多层阀。单层阀利用平行的弹性薄膜在流体压力的作用下,发生相对变形,以改变主流道的截面积即改变阀的流阻来补偿压强的变化,从而获得恒定的流量。单层阀实现恒定流量调节所需的驱动压力小(<50kPa),且可以通过一次脱模操作获得,集成度很高。但是,单层阀的缺陷在于其弹性薄膜的边长与厚度比不能高于10:1。否则,弹性薄膜在脱模时容易破裂。因此,单层阀的结构受制作工艺影响较高,不能实现大恒定流量的调节。相比于单层阀,多层阀的主流道和控制流道由多副模具制作而成,不存在脱模困难的限制。因而,受制作工艺的影响较小。多层阀的流量调节原理与单层阀类似,但其弹性薄膜只有一层,因此,实现恒定流量所需的驱动压强较高(>50kPa)。此外,有些多层阀的体积较大,不便于集成微流控系统。综上所述,虽然在被动流量调节阀的研宄上已经取得了一些成果,但之前报道的被动流量调节阀由于在体积、驱动压力、制作工艺等方面不能很好的同时满足集成芯片实验室的需求,即体积小,易于集成、低驱动压强(如<50kPa)、制作工艺简单,阀结构不受制作工艺的限制,因而导致其实际应用能力受限。目前,对被动流量调节阀的应用研宄仍仅局限于燃油供给、燃料电池、药物传输系统。因此,如果可以获得一种同时满足上述集成微芯片实验室需求的微型被动流量调节阀,将有效地拓展这种阀的实际应用范围,为制成低成本、便携式微分析芯片,并最终实现商业化应用提供基础。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足,本专利技术提供一种微型被动流量调节阀及其制作工艺。该阀体积小,易于集成、驱动压力低、制作工艺简单,可以满足集成微流控芯片系统的应用需求。为实现上述目的,本专利技术采用的技术方案为:一种微型被动流量调节阀,包括由上到下依次堆叠键合的上盖板(I)、上弹性薄膜(2)、中间薄板(3)、下弹性薄膜(4)以及下盖板(5);所述上盖板(I)上设置有样品入口(11)、上蓄液池(12)、上旁通一级流道(13)、上旁通二级流道(14)、上压力腔(15)、样品出口(16);所述样品入口(11)、上蓄液池(12)、上旁通一级流道(13)、上旁通二级流道(14)、上压力腔(15)依次相通;所述上弹性薄膜(2)上设置有上薄膜进液孔(21)和薄膜出液孔(22);所述中间薄板⑶上设置有入口蓄液池(31)、直流道(32)、出口蓄液池(34);所述直流道(32)上设置有收缩流道(33);所述入口蓄液池(31)、直流道(32)、出口蓄液池(34)相通;所述上薄膜进液孔(21)的一端与上蓄液池(12)连接,而另一端与入口蓄液池(31)连接;所述薄膜出液孔(22)的一端与样品出口(16)连接,而另一端与出口蓄液池(34)连接;所述下弹性薄膜(4)上设置有下薄膜进液孔(41);所述下盖板(5)上设置有下蓄液池(51)、下旁通一级流道(52)、下旁通二级流道(53)、下压力腔(54);所述下蓄液池(51)、下旁通一级流道(52)、下旁通二级流道(53)、下压力腔(54)相通;所述下薄膜进液孔(41)的一端与入口蓄液池(31)连接,而另一端与下蓄液池(51)连接;所述上压力腔(15)位于收缩流道(33)的一侧,而所述下压力腔(54)位于收缩流道(33)的另一侧。进一步地:所述上盖板(I)上设置有上对准标记(17);所述中间薄板(3)上设置有中间对准标记(35),所述下盖板(5)上设置有下对准标记(55);所述上对准标记(17)、中间对准标记(35)以及下对准标记(55)用于上盖板(I)、上弹性薄膜(2)、中间薄板(3)、下弹性薄膜(4)以及下盖板(5)安装时在各个方向对齐后进行键合。优选的:所述收缩流道(33)的截面为矩形,且截面尺寸小于直流道(32)的截面尺寸。优选的:所述收缩流道(33)的长度大于上旁通二级流道(14)和下旁通二级流道(53)的宽度,所述上旁通二级流道(14)和下旁通二级流道(53)均横跨在收缩流道(33)上,且两者的宽度相等。优选的:所述上弹性薄膜(2)和下弹性薄膜(4)的厚度为微米级,且所述上弹性薄膜(2)和下弹性薄膜(4)能够在小于等于50kPa压强作用下产生大弹性变形。优选的:所述大弹性变形是指上弹性薄膜(2)和下弹性薄膜(4)的弹性变形量为其厚度的10-100倍。优选的:所述上盖板(I)、中间薄板(3)和下盖板(5)的材质为聚二甲基硅氧烷PDMS、塑料、玻璃中的一种,所述上弹性薄膜(2)和下弹性薄膜(4)的材质为有机聚合物弹性薄膜。一种微型被动流量调节阀制作工艺,包括以下步骤:第一步,制作盖板半成品(104):首先,在经清洗烘干处理的第一硅圆晶(101)表面旋涂负性光刻胶,并采用打印胶片掩膜的光刻技术制作出第一 SU-8阳模(102);然后,将PDMS溶液(103)倾倒在第一 SU-8阳模(102)上,放入烘箱加热;最后,脱模得到盖板半成品(104);第二步,制作盖板第一组件(109);首先,在玻璃圆晶(105)上粘贴一层第一聚酰亚胺薄膜(106);然后,将PDMS溶液倾倒在第一聚酰亚胺薄膜(106)上,旋涂制得未交联的第一薄PDMS层(107);将第一薄PDMS层(107)放入烘箱进行加热,待PDMS交联后得到弹性薄膜半成品(108);此时,立即将第一步中获得的盖板半成品(104)与弹性薄膜半成品(108)进行键合,再次在烘箱中加热处理上述组件;最后,将键合在一起的弹性薄膜半成品(108)与盖板半成品(104)—块剥离,得到盖板第一组件(109);第三步,制作中间薄板(3),并与盖板第一组件(109)键合;首先,采用负性光刻胶在第二硅圆晶(111)上制作第二 SU-8阳模(112);然后,采用多层压缩工艺制作出中间薄板⑶;最后,将第二步中得到的盖板第一组件(109)与中间薄板(3)键合;第四步,总装配;将第三步中的盖板第一组件(109)与中间薄板(3) —块从第二硅圆晶(111)上剥离,对其进行本文档来自技高网
...

【技术保护点】
一种微型被动流量调节阀,其特征在于:包括由上到下依次堆叠键合的上盖板(1)、上弹性薄膜(2)、中间薄板(3)、下弹性薄膜(4)以及下盖板(5);所述上盖板(1)上设置有样品入口(11)、上蓄液池(12)、上旁通一级流道(13)、上旁通二级流道(14)、上压力腔(15)、样品出口(16);所述样品入口(11)、上蓄液池(12)、上旁通一级流道(13)、上旁通二级流道(14)、上压力腔(15)依次相通;所述上弹性薄膜(2)上设置有上薄膜进液孔(21)和薄膜出液孔(22);所述中间薄板(3)上设置有入口蓄液池(31)、直流道(32)、出口蓄液池(34);所述直流道(32)上设置有收缩流道(33);所述入口蓄液池(31)、直流道(32)、出口蓄液池(34)相通;所述上薄膜进液孔(21)的一端与上蓄液池(12)连接,而另一端与入口蓄液池(31)连接;所述薄膜出液孔(22)的一端与样品出口(16)连接,而另一端与出口蓄液池(34)连接;所述下弹性薄膜(4)上设置有下薄膜进液孔(41);所述下盖板(5)上设置有下蓄液池(51)、下旁通一级流道(52)、下旁通二级流道(53)、下压力腔(54);所述下蓄液池(51)、下旁通一级流道(52)、下旁通二级流道(53)、下压力腔(54)相通;所述下薄膜进液孔(41)的一端与入口蓄液池(31)连接,而另一端与下蓄液池(51)连接;所述上压力腔(15)位于收缩流道(33)的一侧,而所述下压力腔(54)位于收缩流道(33)的另一侧。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:倪中华张鑫杰项楠唐文来黄笛
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1