[实用新型]一种低阈值恒流量微阀

说明书

本实用新型公开了一种低阈值恒流量微阀，包括阀体、入口蓄液池、薄膜、溢流孔、调流腔和流体出口。入口蓄液池与调流腔由薄膜隔开，并通过溢流孔与调流腔相连通；薄膜为高弹性可变形膜，在流体压力作用下可以向调流腔方向产生弹性变形；调流腔内表面为光滑曲面，且调流腔的底部与流体出口相连通。本实用新型提出的低阈值恒流量微阀的流量调控原理为利用薄膜受流体压力作用时产生弹性变形，挤压调流腔内的流体，改变微阀的流阻并实时补偿入口流体压力波动，以实现恒流量调控。由于该微阀具有极低的阈值压力，因此可以与绝大多数微流控芯片集成，大大拓展了微阀的应用领域。

技术领域

本实用新型涉及微流控芯片领域，具体涉及一种可用于自动精确调控微流体流量的低阈值恒流量微阀。

背景技术

随着微纳制造技术的发展，微流控阀作为微尺度控制元件在结构与化学生物、基因测序、单细胞分析等领域已经发挥了重要的作用。其中，微流控流量调节阀由于能够对流量进行精确调控，满足精密微流体控制的要求，在精确给药系统、核酸检测、细胞分选等领域中有着广泛的应用需求。

现有的微流控流量调节阀主要分为主动流量调节阀和被动流量调节阀。主动流量调节阀主要通过外加控制元件来调节流量，其优势在于流量调控的响应速度快且可以实现复杂的流体控制。然而，由于该阀需要借助外部元件工作，因此会消耗额外的能源且不易于微型化集成。与主动流量调节阀相比，被动流量调节阀的流量调节原理更为简单，它并不需要外界控制激发，仅依赖自身结构随外界驱动源的变化，即可自行进行流量调节，且不消耗额外的能量，因而在集成微型化系统应用中更加有优势。目前已报道的被动流量调节阀按结构可以分为单膜阀和双膜阀。单膜阀利用一层弹性薄膜受流体压力变形改变自身流道流阻来实现流量调控，其达到恒定流量控制所需的阈值压力较高(50kPa)，不易与微型、低压微动力驱动装置(如微泵)集成。双膜阀具有两层弹性薄膜，其实现恒定流量调控所需的阈值压力仅为25kPa。然而，由于绝大多数微动力驱动装置的源压力都在20kPa以内，因此双膜阀也很难满足与微动力驱动装置集成的普遍需求。因此，有必要开发一种具有低阈值压力的微流控被动流量调节阀以实现其与微动力驱动装置的有效集成，最终为制成低成本、便携式的药物传输系统、微芯片实验室和即时检测仪器提供技术支撑。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种低阈值恒流量微阀。该阀体积小、易集成、阈值压力低、流量调控范围广，可以满足与绝大多数微流控芯片的集成需求。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种低阈值恒流量微阀，包括阀体、入口蓄液池、薄膜、溢流孔、调流腔、流体出口；

所述阀体内设有入口蓄液池、薄膜、调流腔和流体出口，所述薄膜设有若干溢流孔，所述调流腔的内表面为向下凹设的光滑曲面；所述入口蓄液池与调流腔由薄膜隔开，并通过溢流孔与调流腔相连通，且调流腔的底部与流体出口相连通。

微阀所有结构均为微米级，实施恒流量调控所需的阈值压力不高于6kPa，且基于微阀结构优化可输出的流量范围为1nL/min～10mL/min。

优选的，所述薄膜为高弹性可变形膜，在流体压力作用下可逐渐贴合调流腔内表面以达到限流目的。

优选的，溢流孔的位置分布于薄膜的外侧，在薄膜贴合调流腔的内表面时，溢流孔的位置不与流体出口的位置有交叉。

优选的，所述薄膜的材质为聚二甲基硅氧烷、硅胶、聚氨酯橡胶聚合物、形状记忆合金等弹性材料中的一种。

优选的，所述调流腔内表面可以为球面、椭球面、弧面等光滑曲面的一种。

优选的，所述流体出口的直径远小于调流腔的直径。

上述微阀使用的过程包括如下步骤：