本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種微型被動流量調(diào)節(jié)閥及其制作工藝。該閥為五層基片堆疊結(jié)構(gòu)，分別是包含有旁通流道的上蓋板和下蓋板、具有直通收縮流道的中間薄板以及上、下彈性薄膜。流量調(diào)節(jié)原理為利用上、下彈性薄膜在上、下蓋板內(nèi)的旁通流道流體的壓力下產(chǎn)生彈性變形，從而改變中間薄板內(nèi)收縮流道的截面積，即改變閥的流阻來補償壓強的變化，實現(xiàn)輸出流量恒定。該閥實現(xiàn)恒定流量調(diào)節(jié)所需的驅(qū)動壓強小(<50kPa)，輸出流量大(～ml/min)，在需要提供恒定流量供給的需求方面，如藥物傳輸系統(tǒng)、生物醫(yī)療診斷、集成微芯片實驗室等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種微型被動流量調(diào)節(jié)閥及其制作工藝，屬于藥物傳輸系統(tǒng)、生物醫(yī)療診斷、集成微芯片實驗室等領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
隨著微制造技術(shù)的發(fā)展，微流控閥作為微尺度控制元件在結(jié)構(gòu)與化學生物、基因測序、單細胞分析等領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)揮了重要的作用。其中，微流量調(diào)節(jié)閥由于能夠?qū)α髁窟M行調(diào)節(jié)，滿足微流量精確控制的要求，在藥物傳輸系統(tǒng)、生物醫(yī)療診斷、集成微芯片實驗室中有著廣泛的需求。近年來，對微流量調(diào)節(jié)閥的研宄主要集中于主動流量調(diào)節(jié)閥和被動流量調(diào)節(jié)閥。主動流量調(diào)節(jié)閥主要通過應(yīng)用外加控制元件來調(diào)節(jié)流量，如施加外界觸發(fā)信號壓力改變流道結(jié)構(gòu)；在微流道底部內(nèi)置加熱元件加熱微流道改變流體粘度；利用電加熱元件改變流道截面等。由于外加控制元件響應(yīng)及時、可控的優(yōu)勢，主動流量調(diào)節(jié)閥可以快速、連續(xù)的響應(yīng)流量調(diào)節(jié)，因而可以用來對粒子和生物細胞進行精確、高通量分選。與主動流量調(diào)節(jié)閥相比，被動流量調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)原理更為簡單，它并不需要外界控制激發(fā)，僅依賴自身結(jié)構(gòu)隨外界驅(qū)動源的變化，即可自行進行流量調(diào)節(jié)，且不消耗額外的能量，因而在集成微流控系統(tǒng)應(yīng)用中更加有優(yōu)勢。到目前為止，已報道的被動流量調(diào)節(jié)閥的設(shè)計原理都是利用流量與流壓之間的非線性關(guān)系，即隨著流體壓強的增大，流量逐漸趨于恒定?，F(xiàn)有的微型被動流量調(diào)節(jié)閥按結(jié)構(gòu)可以分為單層閥和多層閥。單層閥利用平行的彈性薄膜在流體壓力的作用下，發(fā)生相對變形，以改變主流道的截面積即改變閥的流阻來補償壓強的變化，從而獲得恒定的流量。單層閥實現(xiàn)恒定流量調(diào)節(jié)所需的驅(qū)動壓力小(<50kPa)，且可以通過一次脫模操作獲得，集成度很高。但是，單層閥的缺陷在于其彈性薄膜的邊長與厚度比不能高于10:1。否則，彈性薄膜在脫模時容易破裂。因此，單層閥的結(jié)構(gòu)受制作工藝影響較高，不能實現(xiàn)大恒定流量的調(diào)節(jié)。相比于單層閥，多層閥的主流道和控制流道由多副模具制作而成，不存在脫模困難的限制。因而，受制作工藝的影響較小。多層閥的流量調(diào)節(jié)原理與單層閥類似，但其彈性薄膜只有一層，因此，實現(xiàn)恒定流量所需的驅(qū)動壓強較高(>50kPa)。此外，有些多層閥的體積較大，不便于集成微流控系統(tǒng)。綜上所述，雖然在被動流量調(diào)節(jié)閥的研宄上已經(jīng)取得了一些成果，但之前報道的被動流量調(diào)節(jié)閥由于在體積、驅(qū)動壓力、制作工藝等方面不能很好的同時滿足集成芯片實驗室的需求，即體積小，易于集成、低驅(qū)動壓強(如<50kPa)、制作工藝簡單，閥結(jié)構(gòu)不受制作工藝的限制，因而導致其實際應(yīng)用能力受限。目前，對被動流量調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用研宄仍僅局限于燃油供給、燃料電池、藥物傳輸系統(tǒng)。因此，如果可以獲得一種同時滿足上述集成微芯片實驗室需求的微型被動流量調(diào)節(jié)閥，將有效地拓展這種閥的實際應(yīng)用范圍，為制成低成本、便攜式微分析芯片，并最終實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用提供基礎(chǔ)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
專利技術(shù)目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本專利技術(shù)提供一種微型被動流量調(diào)節(jié)閥及其制作工藝。該閥體積小，易于集成、驅(qū)動壓力低、制作工藝簡單，可以滿足集成微流控芯片系統(tǒng)的應(yīng)用需求。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為:一種微型被動流量調(diào)節(jié)閥，包括由上到下依次堆疊鍵合的上蓋板(I)、上彈性薄膜(2)、中間薄板(3)、下彈性薄膜(4)以及下蓋板(5)；所述上蓋板(I)上設(shè)置有樣品入口(11)、上蓄液池(12)、上旁通一級流道(13)、上旁通二級流道(14)、上壓力腔(15)、樣品出口(16);所述樣品入口(11)、上蓄液池(12)、上旁通一級流道(13)、上旁通二級流道(14)、上壓力腔(15)依次相通；所述上彈性薄膜(2)上設(shè)置有上薄膜進液孔(21)和薄膜出液孔(22);所述中間薄板⑶上設(shè)置有入口蓄液池(31)、直流道(32)、出口蓄液池(34);所述直流道(32)上設(shè)置有收縮流道(33);所述入口蓄液池(31)、直流道(32)、出口蓄液池(34)相通；所述上薄膜進液孔(21)的一端與上蓄液池(12)連接，而另一端與入口蓄液池(31)連接；所述薄膜出液孔(22)的一端與樣品出口(16)連接，而另一端與出口蓄液池(34)連接；所述下彈性薄膜(4)上設(shè)置有下薄膜進液孔(41);所述下蓋板(5)上設(shè)置有下蓄液池(51)、下旁通一級流道(52)、下旁通二級流道(53)、下壓力腔(54);所述下蓄液池(51)、下旁通一級流道(52)、下旁通二級流道(53)、下壓力腔(54)相通；所述下薄膜進液孔(41)的一端與入口蓄液池(31)連接，而另一端與下蓄液池(51)連接；所述上壓力腔(15)位于收縮流道(33)的一側(cè)，而所述下壓力腔(54)位于收縮流道(33)的另一側(cè)。進一步地:所述上蓋板(I)上設(shè)置有上對準標記(17);所述中間薄板(3)上設(shè)置有中間對準標記(35)，所述下蓋板(5)上設(shè)置有下對準標記(55);所述上對準標記(17)、中間對準標記(35)以及下對準標記(55)用于上蓋板(I)、上彈性薄膜(2)、中間薄板(3)、下彈性薄膜(4)以及下蓋板(5)安裝時在各個方向?qū)R后進行鍵合。優(yōu)選的:所述收縮流道(33)的截面為矩形，且截面尺寸小于直流道(32)的截面尺寸。優(yōu)選的:所述收縮流道(33)的長度大于上旁通二級流道(14)和下旁通二級流道(53)的寬度，所述上旁通二級流道(14)和下旁通二級流道(53)均橫跨在收縮流道(33)上，且兩者的寬度相等。優(yōu)選的:所述上彈性薄膜(2)和下彈性薄膜(4)的厚度為微米級，且所述上彈性薄膜(2)和下彈性薄膜(4)能夠在小于等于50kPa壓強作用下產(chǎn)生大彈性變形。優(yōu)選的:所述大彈性變形是指上彈性薄膜(2)和下彈性薄膜(4)的彈性變形量為其厚度的10-100倍。優(yōu)選的:所述上蓋板(I)、中間薄板(3)和下蓋板(5)的材質(zhì)為聚二甲基硅氧烷PDMS、塑料、玻璃中的一種，所述上彈性薄膜(2)和下彈性薄膜(4)的材質(zhì)為有機聚合物彈性薄膜。一種微型被動流量調(diào)節(jié)閥制作工藝，包括以下步驟:第一步，制作蓋板半成品(104):首先，在經(jīng)清洗烘干處理的第一硅圓晶(101)表面旋涂負性光刻膠，并采用打印膠片掩膜的光刻技術(shù)制作出第一 SU-8陽模(102);然后，將PDMS溶液(103)傾倒在第一 SU-8陽模(102)上，放入烘箱加熱；最后，脫模得到蓋板半成品(104)；第二步，制作蓋板第一組件(109);首先，在玻璃圓晶(105)上粘貼一層第一聚酰亞胺薄膜(106);然后，將PDMS溶液傾倒在第一聚酰亞胺薄膜(106)上，旋涂制得未交聯(lián)的第一薄PDMS層(107);將第一薄PDMS層(107)放入烘箱進行加熱，待PDMS交聯(lián)后得到彈性薄膜半成品(108);此時，立即將第一步中獲得的蓋板半成品(104)與彈性薄膜半成品(108)進行鍵合，再次在烘箱中加熱處理上述組件；最后，將鍵合在一起的彈性薄膜半成品(108)與蓋板半成品(104)—塊剝離，得到蓋板第一組件(109);第三步，制作中間薄板(3)，并與蓋板第一組件(109)鍵合；首先，采用負性光刻膠在第二硅圓晶(111)上制作第二 SU-8陽模(112);然后，采用多層壓縮工藝制作出中間薄板⑶；最后，將第二步中得到的蓋板第一組件(109)與中間薄板(3)鍵合；第四步，總裝配；將第三步中的蓋板第一組件(109)與中間薄板(3) —塊從第二硅圓晶(111)上剝離，對其進行本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種微型被動流量調(diào)節(jié)閥，其特征在于：包括由上到下依次堆疊鍵合的上蓋板(1)、上彈性薄膜(2)、中間薄板(3)、下彈性薄膜(4)以及下蓋板(5)；所述上蓋板(1)上設(shè)置有樣品入口(11)、上蓄液池(12)、上旁通一級流道(13)、上旁通二級流道(14)、上壓力腔(15)、樣品出口(16)；所述樣品入口(11)、上蓄液池(12)、上旁通一級流道(13)、上旁通二級流道(14)、上壓力腔(15)依次相通；所述上彈性薄膜(2)上設(shè)置有上薄膜進液孔(21)和薄膜出液孔(22)；所述中間薄板(3)上設(shè)置有入口蓄液池(31)、直流道(32)、出口蓄液池(34)；所述直流道(32)上設(shè)置有收縮流道(33)；所述入口蓄液池(31)、直流道(32)、出口蓄液池(34)相通；所述上薄膜進液孔(21)的一端與上蓄液池(12)連接，而另一端與入口蓄液池(31)連接；所述薄膜出液孔(22)的一端與樣品出口(16)連接，而另一端與出口蓄液池(34)連接；所述下彈性薄膜(4)上設(shè)置有下薄膜進液孔(41)；所述下蓋板(5)上設(shè)置有下蓄液池(51)、下旁通一級流道(52)、下旁通二級流道(53)、下壓力腔(54)；所述下蓄液池(51)、下旁通一級流道(52)、下旁通二級流道(53)、下壓力腔(54)相通；所述下薄膜進液孔(41)的一端與入口蓄液池(31)連接，而另一端與下蓄液池(51)連接；所述上壓力腔(15)位于收縮流道(33)的一側(cè)，而所述下壓力腔(54)位于收縮流道(33)的另一側(cè)。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：倪中華，張鑫杰，項楠，唐文來，黃笛，
申請(專利權(quán))人：東南大學，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32
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