[发明专利]一种微流控芯片流道切换微阀结构及其切换控制方法

说明书

本发明公开了一种微流控芯片流道切换微阀结构及其切换控制方法，属于微流控芯片技术领域。本发明的切换微阀结构，包括微流控芯片和设于微流控芯片内的切换微阀，切换微阀包括第一阀腔、第二阀腔、中间切换阀腔和切换球阀，切换球阀设于中间切换阀腔内，并能够进入第一阀腔内阻断第一流道或进入第二阀腔内阻断第二流道，第一阀腔连通有能够将切换球阀从第一阀腔内吹出的第一进气通道，第二阀腔连通有能够将切换球阀从第二阀腔内吹出的第二进气通道。本发明提供了一种新型的机械式微阀结构，利用气道吹动设于阀腔内的切换球阀来实现微流控芯片内流道的快速切换，结构简单，加工制作方便，制作成本低，并且微阀切换动作稳定可靠，操作简单方便。

技术领域

本发明涉及微流控芯片领域，更具体地说，涉及一种微流控芯片流道切换微阀结构及其切换控制方法。

背景技术

微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程的一种新型的工具。微流控芯片通过微机电加工技术(MEMS)在硅、石英、玻璃或高分子聚合物等基质材料上加工出微管道、微阀、微泵、微反应器、电极等功能单元，从而实现在微米尺度下对样品的各种操作。其中微阀主要负责监管芯片内各个流路的工作，调控芯片内流体的压力和运动状态，类似于城市交通系统中的“红绿灯”，是微流控芯片里的一个重要单元。常见的微流控芯片的微阀主要有以下三种：

(1)外部气动微阀。外部气动微阀利用外部控制气压，将芯片内特定位置的薄膜鼓起或收缩，使得对应的微管道被堵死或打开，从而实现流路通断。这种微阀具有易于集成，密封性好和阀开关速度快等优点；但同时这种微阀需要一个具有弹性的薄膜层，因而存在加工流程复杂、控制复杂等不足。相关技术可参见“中国专利号ZL201510524331.X，授权公告日为2017年1月18日，发明创造名称为：一种液体无间断切换结构及具有该结构的微流控芯片”等专利申请案。

(2)石蜡微阀。石蜡微阀是一种用石蜡为材料的阀。它是一种由热驱动的微开关阀，含有该微阀的反应微装置能够将样品溶液密封在反应腔内。当压力小于一定值时，微阀处于关闭状态时，没有泄漏发生。当压力达到高于一定值时，在流道壁上发生泄漏。其具有可预存芯片，适合工业生产等优点。但由于需要控制石蜡的状态来改变微阀的状态，因而存在重复使用性差、外部控制系统复杂等不足。相关技术可参见“中国专利申请号201810624744.9，申请公布日为2018年11月23日，发明创造名称为：一种石蜡微阀成型及其封装方法”等专利申请案。

(3)压电微阀。压电微阀通过硅熔融，将两层硅结构键合在一起，是一种由压电驱动的自封锁常闭型微阀。在没有施加电压时，该微阀具有良好的密封性能，当电压大于一定值时,气体流可以通过微阀。其具有反应时间短、灵敏度高、死区体积小等优点。但也存在容易泄露、加工复杂等不足。相关技术可参见“中国专利号ZL201380066291.8，授权公告日为2018年8月14日，发明创造名称为：微阀装置和微阀装置的制造方法”等专利申请案。

上述用于微流控芯片的微阀设计各具优点，但均存在结构设计复杂、制作难度大、制作成本高等缺陷。为此，有必要设计一种结构简单、控制方便的微流控芯片微阀结构。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有微流控芯片微阀存在结构设计复杂、制作难度大、制作成本高等不足，提供一种微流控芯片流道切换微阀结构及其切换控制方法，采用本发明的技术方案，提供一种新型的机械式微阀结构，利用气道吹动设于阀腔内的切换球阀来实现微流控芯片内流道的快速切换，结构简单，加工制作方便，制作成本低，并且微阀切换动作稳定可靠，操作简单方便。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：