微流体止回阀及相关装置和系统制造方法及图纸

技术编号:18134688 阅读:55 留言:0更新日期:2018-06-06 09:19
本发明专利技术涉及微流体止回阀及相关装置和系统。微流体止回阀包括入口孔、内部腔室、出口孔以及能够在打开位置和关闭位置之间在腔室中自由移动的盘。在打开位置,盘允许流体从入口孔流过腔室并到达出口孔。在关闭位置,盘防止流体从腔室反向流入到入口孔。止回阀可以与流体导管共线布置,和/或与各种流体装置(例如,毛细导管、配件和色谱柱)相结合。止回阀能够承受较高的流体压力,同时具有较小的工作容积,诸如纳米级容积。止回阀例如可以用于在流体流动系统中防止流体回流并且隔离压力脉冲。

Microfluidic check valves and related devices and systems

The invention relates to a microfluidic check valve and related devices and systems. The microfluidic check valve includes an inlet port, an inner chamber, an outlet hole, and a disc that can move freely in the chamber between the open position and the closed position. At the open position, the disk allows the fluid to flow through the chamber through the inlet port and reach the outlet hole. In the closed position, the disk prevents the flow of fluid from the chamber to the inlet hole in reverse direction. The check valve can be collocated with the fluid conduit and / or combined with various fluid devices (e.g. capillary conduit, fittings and chromatographic column). The check valve can withstand higher fluid pressure and has smaller work volume, such as nano scale volume. A check valve, for example, can be used to prevent fluid return and isolate pressure pulses in a fluid flow system.

【技术实现步骤摘要】
微流体止回阀及相关装置和系统
本专利技术大体涉及微流体止回阀,其可用于控制流体流动系统(例如,液相色谱(LC)系统和分析化学中使用的其它流体流动系统)中的流体流动和压力脉冲。
技术介绍
在液相色谱(LC)系统中,由一种或多种溶剂组成的流动相在高系统压力下受驱动以通过分离单元,该分离单元通常以色谱柱的形式提供。在高性能LC(HPLC)系统和超高性能LC(UHPLC)系统中,系统压力可以高达例如约1200巴(bar)。柱包含固定相,在LC中,固定相通常以颗粒(例如,二氧化硅珠)填充床的形式提供。颗粒被配制和/或被官能化,以便分离样品的不同组分(例如,化学化合物)。要由LC系统如此处理的样品在柱上游的位置处注入到流动相中。然后,样品在高系统压力下随流动相被运送通过柱。当样品流过柱时,样品接触固定相。样品的不同组分对固定相具有不同的亲和力。这导致不同的组分在通过柱的液体流中彼此分离。因此,不同的组分在不同的时刻从柱出口洗脱。因此,从柱输出的液体流包含一系列谱带,每条谱带由不同的样品组分组成。也就是说,这些谱带分别由被柱彼此分离的不同的样品组分组成。流动相和其中携带的一系列谱带从柱出口流动到检测器,该检测器构造为检测每个单独的谱带。作为一个示例,检测器可以包括液体流过的流动池、光源和光检测器,该光检测器构造为对流过流动池的液体进行基于光学的测量(例如,吸光度)。然后,可以利用检测器产生的电信号来产生色谱图。通常,色谱图将信号强度绘制为保留时间的函数或者保留容积的函数。数据图显示为与检测器检测到的一系列相应谱带相对应的一系列峰。在分析色谱法中,色谱图用于识别样品中的组分并且指出组分在样品中的相对浓度。或者,在制备色谱法中,柱的分离能力可以用于纯化样品,例如将目标化合物与样品中含有的其它化合物隔离。流动相和样品由柱上游的泵驱动。上游泵产生较高的系统压力。因此,柱入口(或柱“头”)处的流体压力接近于高系统压力。通常使用多口注射阀将样品注入高压流动相流中。在一种已知的构造中,注射阀可以在旁路模式和主通路模式之间切换。在旁路模式中,注射阀将高压流动相流从泵直接引导到柱。注射阀流体耦合到样品回路。在旁路模式中,注射阀将样品回路与高压流动相流流体隔离,并且样品回路处于很低的压力下,例如大气压。同时,在旁路模式中,将样品量从瓶子或其它样品源装载到样品回路中。在样品装载完毕后,注射阀切换到主通路模式。在主通路模式中,样品回路成为泵和色谱柱之间的流动相流动路径的一部分。流动相从注射阀的一部分流入到样品回路中,并且流动相和样品流从样品回路通过进样阀的另一部分并流动到柱。注射阀从旁路模式到主通路模式的切换之后紧接着是短暂的时间段,在该时间段内,泵需要将样品回路从低压加压到高系统压力,以便能够将样品和流动相输送到色谱柱。在短暂的时刻,在注射阀下游的柱头处的压力高于样品回路中的压力,即产生负压差(即,“负”是指从高压到低压的方向与预期的流体流动方向相反)。柱头和样品回路之间的压差可以例如超过1000巴。这种情况可能导致柱内的压缩流体的膨胀和回流以及相关的压力脉冲。也就是说,柱中的流体沿相反的方向朝低压样品回路往回流动或奔涌。回流和相关的压力脉冲可能引起各种问题,例如扰乱色谱柱中的固定相,恶化色谱柱的性能,增加样品分散(sampledispersion),降低由检测器获取的数据(例如,峰值增宽、峰值拖尾等)质量,缩短柱的使用寿命。因此,希望避免回流和压力脉冲的发生。该问题的一个已知解决方案是在阀切换之前对样品回路进行预加压。另一个已知的解决方案是改变注射阀(即,延伸阀凹槽中的与两个阀口流体耦合的一个阀凹槽的长度),使得在柱头流体耦合到样品回路之前,泵与样品回路流体耦合。以这种方式,在将样品回路切换成与通向柱的高压流体管线流体连通之前,泵将具有几毫秒的时间来对样品回路进行加压。在美国专利No.9,435,773中描述了利用注射阀的已知样品注射系统的一个示例,该专利的全部内容通过引用并入本文。然而,仍然需要提供与LC系统和其它流体流动系统中的回流和压力脉冲有关的问题的其它解决方案,特别是无需对样品回路进行预加压或者对注射阀进行修改的解决方案。
技术实现思路
为了全部或部分地解决上述需求和/或本领域技术人员观察到的其它需求,本专利技术提供了方法、工艺、系统、设备、仪器和/或装置,如在下述实施方式中以示例的方式描述的。根据一个实施例,微流体止回阀包括主体、入口孔、出口孔、多个凸起和盘。主体包括:第一外表面;第二外表面,其沿着与第一外表面和第二外表面正交的阀轴线与第一外表面轴向间隔开;第一内表面;第二内表面,其与第一内表面轴向间隔开;和侧表面,其设置在第一内表面和第二内表面之间并且围绕阀轴线,其中,第一内表面、第二内表面和侧表面限定内部腔室。入口孔,其形成为从第一外表面穿过主体并且与内部腔室连通;出口孔形成为从第二外表面穿过主体并且与内部腔室连通。凸起设置在第二内表面上,其中,凸起彼此间隔开。盘设置在内部腔室中,并且能够响应于入口孔和出口孔之间的压差在打开位置和关闭位置之间自由移动,其中:在打开位置,盘接触凸起并且建立从入口孔流经相邻的凸起之间的内部腔室并且到达出口孔的流体流动路径;并且在关闭位置,盘接触第一内表面并且阻止流体从入口孔流入到内部腔室。根据另一个实施例,微流体止回阀包括主体、入口孔、出口孔和盘。主体由有效地承受100巴或更大压力的材料组成,并且包括内部腔室。入口孔形成为穿过主体并与内部腔室连通。出口孔形成为穿过主体并与内部腔室连通。内部腔室、入口孔和出口孔共同具有纳米尺度容积。盘设置在内部腔室中并且能够响应于入口孔和出口孔之间的压差而在打开位置和关闭位置之间自由移动,其中:在打开位置,盘建立了从入口孔流经内部腔室并且到达出口孔的流体流动路径;并且在关闭位置,盘阻挡流体从入口孔流入到内部腔室。根据另一个实施例,毛细导管包括:根据本文公开的任何实施例的微流体止回阀;以及毛细管主体,其包括毛细管入口端、毛细管出口端和从毛细管入口端延伸到毛细管出口端的毛细管孔。微流体止回阀可以安装到毛细管入口端,使得毛细管孔与出口孔连通。或者,微流体止回阀可以安装到毛细管出口端,使得毛细管孔与入口孔连通。根据另一个实施例,流体配件包括:根据本文公开的任何实施例的微流体止回阀;以及配件主体,其包括配件孔,其中,微流体止回阀安装到配件主体,使得配件孔与入口孔连通。根据另一个实施例,流体配件包括:根据本文公开的任何实施例的微流体止回阀;第一配件主体,其包括第一配件孔;以及第二配件主体,其包括第二配件孔,其中,微流体止回阀安装在第一配件主体和第二配件主体之间,使得第一配件孔与入口孔连通并且第二配件与出口孔连通。根据另一个实施例,色谱柱包括:根据本文公开的任何实施例的微流体止回阀;柱体,其包括柱入口端、柱出口端和内部柱孔,该内部柱孔从柱入口端延伸到柱出口端;以及入口端盖,其在柱入口端处耦合到柱体,其中,微流体止回阀设置在入口端盖中,使得出口孔与内部柱孔连通。根据另一个实施例,液相色谱系统包括:根据本文公开的任何实施例的微流体止回阀;泵,其构造为建立朝向色谱柱的流动相流;进样器,其在泵下游的位置处与泵连通;以及流动相管线,其与进样器连通并且构造为与色谱柱连通,其中:进样本文档来自技高网
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微流体止回阀及相关装置和系统

【技术保护点】
一种微流体止回阀,其包括:主体,其包括第一外表面;第二外表面,其沿着与所述第一外表面和所述第二外表面正交的阀轴线与所述第一外表面轴向间隔开;第一内表面;第二内表面,其与所述第一内表面轴向间隔开;和侧表面,其设置在所述第一内表面和所述第二内表面之间并且围绕所述阀轴线,其中,所述第一内表面、所述第二内表面和所述侧表面限定内部腔室;入口孔,其形成为从所述第一外表面穿过所述主体并且与所述内部腔室连通;出口孔,其形成为从所述第二外表面穿过所述主体并且与所述内部腔室连通;多个凸起,其设置在所述第二内表面上,其中,所述凸起彼此间隔开;以及盘,其设置在所述内部腔室中,并且能够响应于所述入口孔和所述出口孔之间的压差在打开位置和关闭位置之间自由移动,其中,在所述打开位置,所述盘接触所述凸起并且建立从所述入口孔流经相邻的所述凸起之间的所述内部腔室并且到达所述出口孔的流体流动路径;并且在所述关闭位置,所述盘接触所述第一内表面并且阻止流体从所述入口孔流入到所述内部腔室。

【技术特征摘要】
2016.11.30 US 15/365,9431.一种微流体止回阀,其包括:主体,其包括第一外表面;第二外表面,其沿着与所述第一外表面和所述第二外表面正交的阀轴线与所述第一外表面轴向间隔开;第一内表面;第二内表面,其与所述第一内表面轴向间隔开;和侧表面,其设置在所述第一内表面和所述第二内表面之间并且围绕所述阀轴线,其中,所述第一内表面、所述第二内表面和所述侧表面限定内部腔室;入口孔,其形成为从所述第一外表面穿过所述主体并且与所述内部腔室连通;出口孔,其形成为从所述第二外表面穿过所述主体并且与所述内部腔室连通;多个凸起,其设置在所述第二内表面上,其中,所述凸起彼此间隔开;以及盘,其设置在所述内部腔室中,并且能够响应于所述入口孔和所述出口孔之间的压差在打开位置和关闭位置之间自由移动,其中,在所述打开位置,所述盘接触所述凸起并且建立从所述入口孔流经相邻的所述凸起之间的所述内部腔室并且到达所述出口孔的流体流动路径;并且在所述关闭位置,所述盘接触所述第一内表面并且阻止流体从所述入口孔流入到所述内部腔室。2.根据权利要求1所述的微流体止回阀,其中,所述主体具有选自由下列项组成的群组的组分:所述主体由有效地承受100巴或更大的压力的材料组成;和所述主体由有效地承受100巴或更大的压力的材料组成,并且包括选自由金属、金属合金、镍钴合金和钯组成的群组的材料。3.根据权利要求1-3中任一项所述的微流体止回阀,其中,所述主体具有选自由下列项组成的群组的构造:所述内部腔室、所述入口孔和所述出口孔共同具有纳米级容积;所述主体包括沿所述阀轴线堆叠的多个层;所述主体包括沿所述阀轴线堆叠的多个层,并且所述多个层包括第一外层、第二外层和中间层,所述第一外层包括所述第一外表面并且所述入口孔延伸通过所述第一外层,所述第二外层包括所述第二外表面并且所述出口孔...

【专利技术属性】
技术研发人员:阿瑞斯·杰奥范诺斯洪峰·尹
申请(专利权)人:安捷伦科技有限公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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