一种声表面波控制开启和关闭的微阀制造技术

本实用新型专利技术公开了一种声表面波控制开启和关闭的微阀，该微阀利用一个叉指换能器激发的声表面波作用于第一钢珠，且利用另一个叉指换能器激发的声表面波作用于第二钢珠，第一钢珠堵住第一毛细微通道的入口且第二钢珠堵住第二毛细微通道的出口时阻断输运通道，此时微阀关闭，而当第一钢珠脱离第一毛细微通道的入口且第二钢珠脱离第二毛细微通道的出口时输运通道畅通，此时微阀开启；该微阀利用声表面波使第一钢珠和第二钢珠运动来实现微阀的开启与关闭，无需较大的外部电流来产生足够的磁场以驱动第一钢珠和第二钢珠，且体积小、结构简单、易于集成，适用于便携式微流分析和现场微流分析场合，且可应用于压电微流芯片上进行微流控制操作。

A surface acoustic wave controlled micro valve for opening and closing

The utility model discloses a surface acoustic wave micro valve control the opening and closing of the valve using a micro interdigital acoustic wave transducer excitation for the first ball, and use another interdigital transducer excited surface acoustic wave effect in second ball, 10 Fen ball by the first channel and the second ball fine entrance through the second capillary microchannels export blocked the transport channel, the micro valve is closed, and when the first ball from the first channel entrance and second fine hair from second ball capillary microchannels export transport channel flow, the valve opens the valve micro micro; using surface acoustic wave to make the first ball and the second ball sports to realize the micro valve opening and closing, no external large current to generate enough magnetic field to drive the first ball and the second ball, and has the advantages of small volume, simple structure, It is easy to integrate, and is suitable for portable micro flow analysis and field micro flow analysis, and can be applied to micro fluidic chip for micro flow control operation.

【技术实现步骤摘要】
一种声表面波控制开启和关闭的微阀
本技术涉及一种微流控芯片中控制微流体输运的微阀，尤其是涉及一种声表面波控制开启和关闭的微阀。
技术介绍
微流分析系统因具有试剂消耗量少、分析速度快、体积小、易于集成等诸多优点，在国家安全、DNA测序、蛋白质分析、单细胞分析、药物筛选、毒品检测、环境监测和食物安全等众多领域中有着广泛的潜在应用。微阀是工作于连续流工作方式的微流控芯片不可缺少的组成部分，它是微流控芯片的“控制中心”，用于调节微流体在微流控芯片上的流向和归宿。国内外专家、学者投入了大量的精力和财力，已研制了多种用于微流控芯片的微阀。已报道的控制微通道内微流体流向的微阀分为两大类，即主动微阀和被动微阀。其中，主动微阀需要磁、电、热或气等外界动力驱动，使微阀内隔膜发生形变，实现微阀开启或关闭。被动微阀的优点是结构相对简单，但可靠性有待提高。如较早期研究的电渗微阀，可使毛细电泳系统中电渗流快速地从一个通道转向另一通道，实现初步微阀的功能。随后，美国田纳西州橡树岭国家实验室的J.MichaelRamsey研究小组对电渗微阀进行了改进，仅用一个电压源和三个样品池实现了样品流和缓冲液的微流路控制。在此基础上，美国森地亚国家实验室微流体研究室专利技术了电压可寻址的电动微阀，可编程控制微阀的开关动作，极大地提高了微流路可控制性和微流操作的简便性。电动微阀的优点是开关响应速度较快，但是也存在一些缺陷：1)电动微阀受微通道表面特性的影响极大；2)受缓冲液离子成分的影响严重；3)需要高达数百伏特电压源，增加了微流分析的成本，并给操作人员带来了安全隐患。因此，电动微阀仅适用于如毛细电泳等特定场合。为了降低电动微阀的电源电压值，有学者提出了静电微阀方法，将微阀所需电源电压降低到数十伏特，已成功地应用于低压气流控制，但是静电微阀大多使用刚性硅膜，微阀制作工艺较为复杂，且微阀所需电压仍然较高，若直接应用于压电微流控制芯片，则极易引起压电基片的破碎。电磁微阀可以解决电动微阀上述提及的缺点，其是一种以外加磁场为驱动源的有源微阀，其典型结构是在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中掺入铁粉，将各向异性刻蚀后的V型腔作为阀塞及阀塞支架，在外加磁场时，阀塞和阀塞支架被抬起，微阀被打开。为了提高电磁微阀的电磁力，往往将电磁线圈等永磁材料嵌入电磁微阀中，使电磁微阀的关闭力在0.25mA情况下达到0.8mN，从而能够可靠地倾斜阀座上隔膜，关闭电磁微阀。由于电磁微阀需要移动外加电磁场，操作集成性上不如电动微阀方便；同时，由于嵌入永磁材料，因此电磁微阀的可集成性也相应地下降，磁路也较复杂，成本较高，不适宜集成在压电微流控制芯片上。电化学微阀的工作原理是电解产生的气体使微腔内隔膜发生偏离，带动微阀动作。电化学微阀操作简单、电化学电极易集成于微流控制芯片，电源电压较低，适用于微流分析的自动化和集成化的发展方向，但其驱动力较小，微阀漏压较低，限制了其应用范围。相变微阀可避免气动微阀需要外接气泵缺点，其通过微阀内的材料受热引起相变化来控制微通道内微流体的流动，其主要缺点是微阀的开关时间较长，一般需要1～10分钟，只适用于对微流的开关响应时间要求不高的场合，因此其应用范围有一定限制。外部力驱动的微球阀，以微球的运动来开启或关闭微通道，实现微阀功能。如期刊《微型机械和微型工程杂志》2005年第15卷第3期1021-1026页(Journalofmicromechanicsandmicroengineering，Vol.15(3),2005:1021-1026)公开了《磁力驱动带球阀的PDMS微泵》(《AmagneticallydrivenPDMSmicropumpwithballcheck-valves》)，其结构和制作过程如下：塑料管切割成一端为0.7毫米且另一端为1.2毫米的锥形塑料管，直径为0.8毫米的钢珠放入管中，内径为0.56毫米且外径为1.1毫米的特氟龙短管一端切成45度，嵌入锥形塑料管的宽端，特氟龙短管起着阻止钢珠运动到锥形塑料管外的目的；通过热缩管将锥形塑料管的窄端和特氟龙短管的一端分别引出一个入口和一个出口；平面线圈制作在PCB板上，并引出两导线；将磁盘、制作的微阀和制有线圈的PCB板通过PDMS绑定密封；导线加上电流，产生磁场，引起钢珠运动，当钢珠运动到锥形塑料管的窄端，微阀关闭，微流体不能通过微通道进行输运；当钢珠在磁场作用下离开锥形塑料管的窄端时，由于锥形塑料管的宽端的直径大于钢珠的直径，微流体通过微通道，微阀打开。该微阀可有效的实现微通道内微流体输运的控制，但要产生足够的磁场力需要较大的外部电流，无法适用于便携式微流分析和现场微流分析场合，同时，也无法应用于微流分析的一个重要分支——压电微流分析系统中，有待改进。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种声表面波控制开启和关闭的微阀，其结构简单、体积小，易于集成，可应用于压电微流芯片上进行微流控制操作。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种声表面波控制开启和关闭的微阀，其特征在于包括压电基片和PDMS凝固体，所述的压电基片的上表面为工作表面，所述的压电基片的工作表面的对称两侧上对应的各设置有两个用于激发声表面波的叉指换能器，所述的PDMS凝固体安装于所述的压电基片的工作表面的中央区域上，所述的PDMS凝固体内设置有依次连通的第一分支微通道、第一主微通道、辅助微通道、第二主微通道、第二分支微通道，所述的第一分支微通道上开设有微流体入口，所述的第一主微通道位于其中两个对称的所述的叉指换能器激发的声表面波的传播路径上，所述的第一主微通道内设置有中断所述的第一主微通道的第一PDMS聚合体和位于所述的第一PDMS聚合体的上游的第一钢珠，所述的第一PDMS聚合体内设置有连通其上游和下游的第一毛细微通道，所述的第一钢珠的直径远大于所述的第一毛细微通道的直径，所述的第一钢珠在对应的所述的叉指换能器激发的声表面波的作用下在所述的第一主微通道内顺畅运动，且不会运动至所述的第一分支微通道内，所述的第二主微通道位于另外两个对称的所述的叉指换能器激发的声表面波的传播路径上，所述的第二主微通道内设置有中断所述的第二主微通道的第二PDMS聚合体和位于所述的第二PDMS聚合体的下游的第二钢珠，所述的第二PDMS聚合体内设置有连通其上游和下游的第二毛细微通道，所述的第二钢珠的直径远大于所述的第二毛细微通道的直径，所述的第二钢珠在对应的所述的叉指换能器激发的声表面波的作用下在所述的第二主微通道内顺畅运动，且不会运动至所述的第二分支微通道内，所述的第二分支微通道上开设有微流体出口；与所述的第一钢珠同一侧的所述的叉指换能器激发的声表面波作用于所述的第一钢珠时，所述的第一钢珠向所述的第一毛细微通道的入口方向运动，与所述的第二钢珠同一侧的所述的叉指换能器激发的声表面波作用于所述的第二钢珠时，所述的第二钢珠向所述的第二毛细微通道的出口方向运动，当所述的第一钢珠堵住所述的第一毛细微通道的入口且所述的第二钢珠堵住所述的第二毛细微通道的出口时实现该微阀的关闭；与所述的第一钢珠相反一侧的所述的叉指换能器激发的声表面波作用于所述的第一钢珠时，所述的第一钢珠脱离所述的第一毛细微通道的入口，与所述的第二钢珠相反一侧的所述的叉指换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声表面波控制开启和关闭的微阀，其特征在于包括压电基片和PDMS凝固体，所述的压电基片的上表面为工作表面，所述的压电基片的工作表面的对称两侧上对应的各设置有两个用于激发声表面波的叉指换能器，所述的PDMS凝固体安装于所述的压电基片的工作表面的中央区域上，所述的PDMS凝固体内设置有依次连通的第一分支微通道、第一主微通道、辅助微通道、第二主微通道、第二分支微通道，所述的第一分支微通道上开设有微流体入口，所述的第一主微通道位于其中两个对称的所述的叉指换能器激发的声表面波的传播路径上，所述的第一主微通道内设置有中断所述的第一主微通道的第一PDMS聚合体和位于所述的第一PDMS聚合体的上游的第一钢珠，所述的第一PDMS聚合体内设置有连通其上游和下游的第一毛细微通道，所述的第一钢珠的直径远大于所述的第一毛细微通道的直径，所述的第一钢珠在对应的所述的叉指换能器激发的声表面波的作用下在所述的第一主微通道内顺畅运动，且不会运动至所述的第一分支微通道内，所述的第二主微通道位于另外两个对称的所述的叉指换能器激发的声表面波的传播路径上，所述的第二主微通道内设置有中断所述的第二主微通道的第二PDMS聚合体和位于所述的第二PDMS聚合体的下游的第二钢珠，所述的第二PDMS聚合体内设置有连通其上游和下游的第二毛细微通道，所述的第二钢珠的直径远大于所述的第二毛细微通道的直径，所述的第二钢珠在对应的所述的叉指换能器激发的声表面波的作用下在所述的第二主微通道内顺畅运动，且不会运动至所述的第二分支微通道内，所述的第二分支微通道上开设有微流体出口。...

【技术特征摘要】
1.一种声表面波控制开启和关闭的微阀，其特征在于包括压电基片和PDMS凝固体，所述的压电基片的上表面为工作表面，所述的压电基片的工作表面的对称两侧上对应的各设置有两个用于激发声表面波的叉指换能器，所述的PDMS凝固体安装于所述的压电基片的工作表面的中央区域上，所述的PDMS凝固体内设置有依次连通的第一分支微通道、第一主微通道、辅助微通道、第二主微通道、第二分支微通道，所述的第一分支微通道上开设有微流体入口，所述的第一主微通道位于其中两个对称的所述的叉指换能器激发的声表面波的传播路径上，所述的第一主微通道内设置有中断所述的第一主微通道的第一PDMS聚合体和位于所述的第一PDMS聚合体的上游的第一钢珠，所述的第一PDMS聚合体内设置有连通其上游和下游的第一毛细微通道，所述的第一钢珠的直径远大于所述的第一毛细微通道的直径，所述的第一钢珠在对应的所述的叉指换能器激发的声表面波的作用下在所述的第一主微通道内顺畅运动，且不会运动至所述的第一分支微通道内，所述的第二主微通道位于另外两个对称的所述的叉指换能器激发的声表面波的传播路径上，所述的第二主微通道内设置有中断所述的第二主微通道的第二PDMS聚合体和位于所述的第二PDMS聚合体的下游的第二钢珠，所述的第二PDMS聚合体内设置有连通其上游和下游的第二毛细微通道，所述的第二钢珠的直径远大于所述的第二毛细微通道的直径，所述的第二钢珠在对应的所述的叉指换能器激发的声表面波的作用下在所述的第二主微通道内顺畅运动，且不会运动至所述的第二分支微通道内，所述的第二分支微通道上开设有微流体出口。2.根据权利要求1所述的一种声表面波控制开启和关闭的微阀，其特征在于所述的第一毛细微通道的入口的中心高度与所述的第一钢珠的半径相同；所述的第二毛细微通道的出口的中心高度与所述的第二钢珠的半径相同。3.根据权利要求1或2所述的一种声表面波控制开启和关闭的微阀，其特征在于所述的第一PDMS聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘尉悦，胡恒铭，金标，汤煜，钟先锋，吴腾，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33