本发明专利技术公开了一种微阀及其构成的装置，所述微阀包括一硅基板，具有阀塞、阀锚以及连接臂孔穴；一阀塞，具有至少两阀锚和连接所述阀塞和阀锚的连接臂，所述阀塞、阀锚和连接臂分别与阀塞、阀锚和连接臂孔穴相匹配，并且由聚合物一体形成。本发明专利技术的微阀结构简单，制造成本低，适合大规模制造，并适用于药物注射系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微电子机械系统，尤其涉及一种微阀以及由其构成的装置。宵京扠不基于微电子机械系统(MEMS)加工技术的微阀是微型流动系统中流 向控制的重要执行元件，主要用于微型化学分析和药物注射，其性能对微泵 的性能有直接影响。微阀按原理一般可分为两种类型主动阀和被动阀两类。 被动阀的工作特点是无需外来的致动力，仅利用流体本身参数的变化，如流 动方向，流动压力等即可实现阀状态的改变。被动阀的体积可大幅度下降至 与芯片匹配的程度，相应加工和集成话难度亦有所降低，但其功能相对较为 简单，不能实现复杂的操作，应用场合有一定的局限。主动阀的原理是利用 致动器产生的致动力实现阀的开闭和切换操作。 一般包括流体出入口、致动 器以及响应致动器而移动到时流体出入口打开或关闭的阀部件。主动阀的优点是致动器动作切实可靠，致动力较强，阀的密闭形好；也可用于单向阀，也可用于切换阀的制作；由于阀的开闭或切换操作可主动进行，最适合进行 切换阀的操作。目前文献报道的主动阀结构复杂，制作步骤也很复杂，并且 大多主动阀都是采用薄膜来作为阀门，这会导致微阀较差的密闭性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构简单、制作工艺步骤少低成本的主动型结 构的微阀及其制造方法。本专利技术的另一目的是提供一种使用微阀的外释药系统。 本专利技术的再一目的是提供一种由微阀构成的微泵。为达到上述目的，本专利技术的一种微阀，包括 一硅基板，形成有贯通 所述硅基板的一阀塞孔穴、位于所述阀塞孔穴两侧的至少两阀锚孔穴以及位于所述阀塞孔穴和所述阀锚孔穴之间的至少两连接臂孔穴；一阀塞，具有至少两阀锚，以及连接所述阀塞和阀锚的连接臂，其中所 述阀塞、阀锚和连接臂分别与阀塞孔穴、阀锚孔穴和连接臂孔穴相匹配，并 且所述阀塞、阀锚和连接臂由聚合物一体形成。所述微阀还包括一致动器，用于致动所述阀塞在所述孔穴中上下移动。优选地，所述的孔穴具有54.74度的侧壁。优选地，所述致动器为磁致动器、压电致动器、热气致动器或静电致 动器。优选地，所述聚合物为硅橡胶。 所述聚合物中还添加有磁性材料。本专利技术还提供一种制造上述微阀的方法，所述方法包括以下步骤 Sl:对硅基板进行各向异性地刻蚀，产生微阀各部件相应的孔穴； S2:用液体聚合物填充所述产生的孔穴，形成关闭状态的微阀； S3:在液体聚合物凝固之后，所述形成的微阀在外部力的作用下张开阀塞。所述步骤Sl进一步地包括刻蚀成阀塞孔穴；在所述阀塞孔穴的两 侧刻蚀成至少两阀锚孔穴；以及在所述阀塞孔穴和所述阀锚孔穴之间刻蚀 成至少两连接臂孔穴。所述步骤Sl中之前还包括使用氮化硅、氧化硅进行掩模刻蚀，或者 使用氮化硅和氧化硅进行双层掩模刻蚀。所述步骤S3中使用金属基板上的竖杆使微阀的阀塞张开。本专利技术的微阀可应用到可移植性的外释药系统，因此提供一种用于皮 肤的外释药系统，包括上述结构的微阀；套在所述微阀上的由聚合物制成的护套；位于所述微阀和护套之间由聚合物制成的隔断，所述隔断形成的空间内填充所要释放的药；位于护套外部用于使所述微阀的阀塞打开的致动器。 本专利技术还提供一种半导体器件，所述半导体器件包括具有上述结构的微阀。本专利技术还提供一种微泵，包括两个上述结构的微阀，所述两微阀彼 此倒置放置连接在一起；以及5用于致动所述微阀的致动器。由上述技术方案可知，微阀采用硅晶体的结构，能够使其具有非常小的 尺寸，并且由于制作步骤简单、结构简单，使其制造成本低，适合进行大规 模的晶体制造。另外，本专利技术在设计时采用具有侧壁的阀塞结构，使其阀塞 与阀塞孔穴能够很好的匹配在一起，具有良好的密封性能。本专利技术的微阀结构能用于止回阀，所述止回阀是个单向阀，具有一个方 向流动而另一个方向截止的特性。本专利技术的微阀能够应用到人体和动物体内， 制成可移植性的外释药系统，使用本专利技术微阀的外释药系统，可以周期性地 控制药物的释放，从而进行主动型的药物注射。通过以下参照附图对优选实施例的说明，本专利技术的上述以及其它目的、 特征和优点将更加明显。附图说明图1为本专利技术的一种微阀的张开状态结构示意图2为图1所示微阀的闭合状态结构示意图3为本专利技术的一种制造微阀的方法流程图4为本专利技术的一种用于外释药系统的微阀结构示意图5为图4所示的微阀注入药物操作的示意图6为图5所示的微阀的使用状态图7为本专利技术的一种微泵的结构示意图8为图7所述的微泵使用状态图9为本专利技术的具有另一种张起装置的微阀的制造方法流程图10为本专利技术的一个说明用于张起微阀并经过晶片级的大规模处理的阵列金属竖杆的结构示意图。具体实施例方式下面将详细描述本专利技术的具体实施例。应当注意，这里描述的实施例只 用于举例说明，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供一种主动型结构的微阀，该微阀使用连接在其上的能够垂直 地在孔穴中上下移动的塞子来实现微阀的开合，所述塞子的移动能通过致动 装置来实现，所述致动装置可以磁力控制的致动器，或者电控制的致动器。图1为本专利技术微阀的张起状态示意图，图2为所述微阀的闭合状态示意图。如图1和2所示，微阀100的主体部件固定在一个硅基板107里，所述 硅基板107作为基底经过各向异性地刻蚀，形成具有54.74度斜度的侧壁的 结构，所述硅基板107具有不同的深度孔穴，优选地，所述硅基板107形成 有贯通所述硅基板的一阀塞孔穴、位于所述阀塞孔穴两侧的至少两阀锚孔穴 以及位于所述阀塞孔穴和所述阀锚孔穴之间的至少两连接臂孔穴。所述微阀IOO主体部件包括一个阀塞101，连接臂103以及阀锚105。其 中所述阀塞通过两个连接臂与两侧的阀锚相连接，并且所述阀塞、连接臂以 及阀锚都位于所述硅基板107的相应孔穴里面。这里应理解到的是本专利技术的微阀的阀锚为两个，但不局限于两个，可以 是两个以上，比如说是四个阀锚，相应地，所述的连接臂与阀锚的数目一致。所述微阀IOO还包括一个用于使所述微阀移动的致动器，该致动器为磁 致动器、压电致动器、热气致动器或者静电致动器。优选地，所述微阀IOO和其部件由聚合物材料制成，该聚合物材料使所 述微阀IOO和其部件不与其他化学成分发生反应，并且具备一定的弹性，使 其微阀的各部件能够进行伸縮性地进入所述硅基板107内的相应孔穴。所述 微阀IOO能够上下移动，从而张开(popup)起来，使液体流过微阀100。图 2表明微阀100处于关闭状态，其中所述微阀100通过阀锚105保持在适当 位置。当所述微阀100处于张开状态时，阀锚105用来控制所述微阀100保 持在适当位置上。当继续保持阀塞101在适当位置时，所述连接臂103支撑 阀塞101的张开。图3为本专利技术所述微阀的制造方法，所述制造方法包括对硅基板进行 刻蚀的步骤201;液体聚合物的填充孔穴的步骤202;以及张起微阀的阀塞的 步骤203。在对硅基板进行刻蚀的步骤201中，先使用诸如氮化硅，氧化硅的掩模， 或者使用氮化硅和氧化硅的双层掩模，来保护未被刻蚀的地方。在对硅基板进行刻蚀的步骤201中，通常使用对铝和铝合金腐蚀性强的 强碱性溶液的介质进行各向异性地刻蚀，以KOH (氢氧化钾)、tmah (氢氧 化四甲铵)溶液为代表。并且，在对硅基板107进行刻蚀时，会造成不同深度的各种形状的孔穴。优选地，刻蚀造成了阀塞孔穴、位于所述阀塞两侧的 阀锚孔穴以及用于连接所述阀锚到阀塞上的连接臂孔穴。然本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微阀，其特征在于，所述微阀包括： 一硅基板，形成有贯通所述硅基板的一阀塞孔穴、位于所述阀塞孔穴两侧的至少两阀锚孔穴以及位于所述阀塞孔穴和所述阀锚孔穴之间的至少两连接臂孔穴； 一阀塞，具有至少两阀锚和连接所述阀塞和阀锚的连接臂 ，其中所述阀塞、阀锚和连接臂分别与阀塞孔穴、阀锚孔穴和连接臂孔穴相匹配，并且所述阀塞、阀锚和连接臂由聚合物一体形成。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑庆祥，钞晨，张燕妮，
申请(专利权)人：香港理工大学，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]
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