[发明专利]一种可编程微阀装置及使用其控制微流体输运的方法

说明书

本发明公开了一种可编程微阀装置及使用其控制微流体输运的方法，该可编程微阀装置包括下PCB板、上PCB板、自锁按钮、微流体输运部分，下PCB板的中央区域贯穿上下表面挖空形成有下镂空区域，上PCB板的中央区域贯穿上下表面挖空形成有上镂空区域，自锁按钮的活动部件位于下镂空区域内，自锁按钮的固定脚安装于下PCB板上，微流体输运部分由平整填设于上镂空区域内的PDMS聚合体和开设于PDMS聚合体内的微通道组成，PDMS聚合体的上表面上开设有与微通道连通的入口和出口，上PCB板平整紧贴叠放于下PCB板上后自锁按钮的活动部件在自锁状态下与PDMS聚合体的下表面紧贴；优点是结构简单，易于集成，且微阀开启时不存在微流体泄漏的现象。

技术领域

本发明涉及一种微流控芯片中控制微流体输运的技术，尤其是涉及一种可编程微阀装置及使用其控制微流体输运的方法。

背景技术

由于微流分析系统具有体积小、分析速度快，分析所消耗的试剂量少等优点，因此其已经为多领域专家、学者所青睐，并日益成为生化分析领域的研究热点，已在DNA分析、细胞分析、蛋白质分析、毒品检测、环境监测以及食品安全等领域得到了广泛应用，并不断有新结构微流器件的发明及应用。

在微流分析系统中进行微流分析的过程中，微流体流向的控制是微流生化分析的前提基础。微流体流向的控制依靠微流分析系统内的微阀来实现，微阀是工作于连续流模式的微流分析系统不可缺少的组成单元。根据微阀的控制方式是否需要外部动力源来分，微阀可分为有源微阀和无源微阀两大类。有源微阀需要外部动力源驱动微阀动作，以改变微流体在微通道内流动方向，从而控制微流体在微通道内输运。无源微阀不需要外部动力源，只需改变微通道表面特性或者在微通道内设计特殊的微通道几何结构来控制微流体流向。相比于有源微阀，无源微阀往往具有几何尺寸小、易集成的优点，但无源微阀往往结构比较复杂，存在需要对微通道内部进行表面处理等缺点，且难以操作微流体逆向输运，因此，无源微阀对微流体控制的可操控性较弱，同时，无源微阀的开启和关闭操作时间相对较长，有一定局限性。

为解决无源微阀的缺点，有源微阀应运而生，并派生出不同外部动力源的有源微阀结构。应用较多且相对常见的用于有源微阀的外部动力源主要有气动、电动、电化学势、静电、电磁、相变、热膨胀阀及上述几种外部动力源的混合源等。上述外部动力源构建的微阀，在微流分析系统中控制微流体的方式各有其特色和优点，同时，也存在一些由其特定的驱动特点所带来的控制微流体性能上的缺点。例如，以气动为外部动力源构建的气动微阀，它的优点是微阀制作工艺较为简单，微阀本身的结构也简单，但它的最大缺点是需要外加气泵以及控制气泵的控制电路，因此，气动微阀体积较大，气泵也无法与微通道集成于一个微流分析系统内，与微流分析发展目标不匹配，从而极大抵消了微流分析系统的小尺寸优点。又如，以静电为外部动力源构建的静电微阀，它在微流基片上淀积、光刻出两个电极，在电极上施加电压产生静电场，由静电场变化控制微流体流动及方向，因此，它的优点是微阀易于集成，但它也有自身特点所带来的缺点，即电极加电后，很容易电解微通道中的工作流体，影响微流分析，因而应用受到了一定的限制。再如，加热使物体(如气体或石蜡等材料)体积膨胀，从而改变物体体积，驱动微阀腔模运动，根据这一原理构建的热膨胀微阀来控制微流体流向，它的优点是结构简单，也无需外接大体积的气泵，所以热膨胀微阀总体尺寸相对较小，它的缺点是需要根据热膨胀材料的温度上升和降低来实现微阀开关动作，因此，微阀开关时间较长，往往需要若干分钟。其它几种外部动力源构建的微阀，也各有优、缺点，并应用于相应的特定场合。