[发明专利]新颖的静电寻址微型阀

说明书

技术领域

本发明涉及一种新颖静的电寻址微型阀。

背景技术

微型阀是许多装置的整体部分，特别是其中需要操纵微量流体的 BioMEMS和“芯片实验室”装置。转让给Fluidigm Corporation的题 为“Electrostatic/electrostrictive Actuaion of Elastomer Structures Using Compliant Electrodes”的Unger的美国专利申请 20060118895描述这种微型阀结构的应用。在一种结构中，Fluidigm 描述了流过主要导管的流体流。垂直于主要导管延伸的控制导管中压 力的调节使得将两个导管分开的弹性壁弯曲，由此控制流过主要导管 的流体流，而不进行流体混合。

Fluidigm设计的一个问题在于需要分开的外部气动促动/压力控 制阀的阵列。为了控制每个微型阀，每个微型阀需要相应的外部促动/ 压力控制阀。应用这种外部促动/压力控制器的阵列显著地增加了 Fluidigm微型阀的成本和体积。

可选择的Fluidigm设计采用静电力在两个位置之间直接运动薄 膜，由此闭合微型阀。但是，使用这种设计，静电力通常只足以在低 压系统中转换微型阀。在较高压力下，静电力不足以直接操纵较高压 力流体流。

因此需要一种更加便宜的微型阀，该微型阀能够控制较高流体压 力。

发明内容

描述一种新颖的微型阀。新颖的微型阀包括促动开口层内的促动 开口。新颖的微型阀的柔性薄膜部分包括大致密封促动开口的一端的 第一侧；柔性薄膜的第二侧形成导管的一部分以便承载被控制的主要 流体。流动控制机构控制促动开口内的控制流体流，使得控制流体的 压力驱动流确定柔性薄膜的拉伸。柔性薄膜的拉伸确定导管内的主要 流体流。

附图说明

图1表示用来形成开启微型阀状态的示例性闭合促动开口；

图2表示开启的促动开口，开启开口形成闭合微型阀状态；

图3表示局部开启的促动开口，以便形成局部开启的微型阀；

图4表示格栅层，包括凝胶结构中的多个孔或圆柱形促动开口；

图5表示立柱的阵列，可用来模制凝胶结构中的多个促动开口；

图6表示形成格栅或凝胶层上的薄膜层；

图7表示流过所选开启的促动开口的压力控制流体流，由此升高 薄膜层中的所选区域，并闭合所选微型阀，防止流体流过所选主要导 管；

图8表示通过在薄膜中降低所选区域并使得流体流过与所选开启 促动开口相对应的所选导管，减压流体在薄膜层中形成释放图案；

图9-10表示如何通过施加电荷来闭合促动开口，电荷将所得静电 力施加在格栅凝胶层内的凝胶材料上；

图11表示促动之后三维释放表面，其中多个促动开口与单个微型 阀相对应；

图12表示通过电流变流体(ER流体)控制的多个微型阀；

图13表示将电荷图案靠近ER流体施加在电极层上，以便造成ER 流体的所选区域变得粘稠，并由此重新引导控制流体流，使得薄膜的 所选区域升高并闭合所选微型阀；

图14表示靠近ER流体施加附加电荷以便“冷冻”薄膜层内的释 放图案；

图15表示将均匀电荷施加在ER流体之下的底部电极上以便“冷 冻”控制流体并保持微型阀的状态；

图16表示将电荷图案靠近ER流体施加在电极层上，以便在ER流 体减压时开启所选微型阀；

图17表示类似于图8的微型阀的微型阀，除了负的控制流体压力 用来开启处于“常闭”位置的微型阀之外；

图18和19表示促动开口的可选择的可能截面形状；

图20表示使用矩形开口时图1的结构。

具体实施方式

描述一种开启和闭合微型阀的新颖的微型阀结构和方法。如这里 使用，“微型阀”广义限定为用于控制微量流体流动的任何装置。“流 体”广义限定为包括流动的液体或气体状态的任何材料。这里描述的 特定微型阀结构特别用于(但不局限于)操纵与芯片实验室和BioMEMS 相关应用的生物样品，例如药物筛选和DNA分析。