[发明专利]具有压电致动的膜微流体阀及其制造方法

说明书

本公开的实施例涉及具有压电致动的膜微流体阀及其制造方法。微流体阀形成在主体中，该主体具有第一和第二表面；在主体中从第二表面延伸的入口通道；在主体中在相对于入口通道的横切方向上延伸的第一横切通道；以及在主体中从第一表面延伸的出口通道。入口通道、第一横切通道和出口通道形成流体路径。该微流体阀还具有：由主体形成、并且在横切通道之上延伸的阻塞部分；以及压电致动器，被耦合到阻塞部分并且被配置为将阻塞部分在阀的打开位置和阀的闭合位置移动，在阀的打开位置中阻塞部分不干扰流体路径，并且在阀的闭合位置中阻塞部分干扰且中断流体路径。

技术领域

本发明涉及具有压电致动的膜微流体阀及其制造方法。

背景技术

众所周知，微流体阀是微流体系统中允许控制微流体系统中的流体的路线、定时和分离的基础组件。特别地，可以区分被动微流体阀和受控微流体阀，被动微流体阀例如仅由压力差来驱动，该被动微流体阀可以用作例如止回阀，而受控微流体阀可以借助专用致动器装置来打开或闭合，受控微流体阀通常以很大程度上独立于压力条件的方式操作。

微流体阀可以在各个领域的微流体回路和装置中使用，例如，用于提供：微反应器、用于生物化学分析的系统(例如，用于处理单独细胞的片上实验室、用于药物或生物流体中的其他物质(例如，葡萄糖)的分析的系统)、喷墨印刷头、用于微处理器的冷却系统和燃料微电池。

在图1A和图1B中示意性地示出了已知的微流体阀的一个示例。详细地，图1A和图1B示出了分别处于第一操作位置和第二操作位置(下文中还分别被定义为闭合位置和打开位置)的气动地致动的膜微流体阀1。特别地，微流体阀1在俯视图中具有例如圆形的形状，其具有中心O，中心O位于平行于笛卡尔参考系XYZ的Z轴的中心轴S上。

微流体阀1形成在第一层3、第二层5、第三层7和第四层9中，这些层沿着Z轴彼此叠置。

第一层3例如是玻璃的，并且包括入口通道11，入口通道11具有沿着笛卡尔参考系XYZ的Y轴的主延伸部。特别地，入口通道11流体地连接到储液器(未示出)，储液器在微流体阀1的外部并且包含(在图1B中示意性地示出的)流体12(例如，墨水或具有处于悬浮的微颗粒的溶液)。

第二层5例如是硅或塑料材料的，并且包括中央通道13，中央通道13流体地连接至入口通道11，以在使用中接收来自入口通道11的流体12。

第三层7是柔性材料(例如，聚合物材料(例如，PDMS-聚二甲基硅氧烷))的，并且借助外围部分7′被锚定到第二层5。第三层7包括：阻塞部分15；腔17，腔17围绕阻塞部分15、并且沿着Z轴具有高度H_C；出口通道21，其被流体地连接到腔17、并且在底部处由第二层5界定；以及出口部分22，在顶部处界定出口通道21。第三层7还包括由膜构成的可变形部分23，其在外围部分7′与阻塞部分15之间的第一腔17之上延伸。

第四层9是玻璃或塑料的，并且在第三层7的外围部分7′处耦合到第三层7。详细地，第四层9包括室27；以及空气通道29，空气通道29流体地连接到室27、并且流体地连接到外部环境，并且空气通道29被配置为使得空气能够在外部环境与室27的内部之间传递。

在使用中，微流体阀1由外部控制系统(未示出)控制以在闭合位置和打开位置之间切换，外部控制系统可操作地耦合到微流体阀1。

特别地，在图1A的闭合位置中，空气通道29使得空气能够从外部环境传递到室27(箭头30)以填充室27；以此方式，空气在第三层7的表面上、特别是在阻塞部分15上向下(沿着Z轴)施加力，使得阻塞部分15与第二层5接触并且因此将中央通道13闭合。因此，中央通道13与腔17、以及与出口通道21流体地隔离。

在该位置中，可变形部分23以第一接近(in first approximation)而处于静止状态。

因此，可能存在于微流体阀1中的任何流体12都被阻塞部分15阻挡，并且不能从出口通道21中排放。