[实用新型]一种声表面波控制开启和关闭的微阀

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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.Michael Ramsey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发明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。