[发明专利]一种电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀

说明书

技术领域

本发明属于精密机械中微型流体阀技术领域，特别涉及一种电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀。

背景技术

近年来，随着微型生化检测、微量给药、生物芯片等生化分析和医疗技术的发展，对于液体微量输送和流量控制的要求不断突出。与此同时，微全分析系统、芯片实验室、精细化工、以及微型能源系统等也要求提供能够精确控制微流路和流量的系统。目前，常规的主动微阀多数采用静电或磁驱动，结构的微加工精度要求高，因此对制造工艺要求严格，且欠缺常闭结构的设计；部分微阀依赖高电压及高热等驱动方式，对生物液体的活性有较大影响。

微型常闭主动阀技术是微阀的一种类型，其关闭状态无需能量供给。最初发明的形状记忆合金驱动微型阀(SEWARD K P，2002，专利号：US2002013555-A1)被用来面向外科手术等领域的应用，采用记忆合金材料对流道管口进行控制，当温度超过记忆合金的相变温度时，合金材料相变产生变形，压迫管口，从而实现阀门的开关操作。但其整体外形尺寸较大，不适于集成入微流体芯片系统。

发明内容

本发明的目的是为满足微流体控制的需求，提供一种电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀，具有制作简单、易于与微流控芯片系统集成、工作可靠、常闭结构、能够进行流量调节、尺寸小等特点。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀，如图1和图2所示，其由柔性聚合物结构层3，底板6，形状记忆合金丝1，以及焊盘7组成；

所述柔性聚合物结构层3内部设有微流道结构，所述微流道结构包括：

一流体入口2；

一流体出口8；

其两端分别于所述流体入口2和流体出口8相连通的一内部流体流道9；

所述内部流体流道9中部断开形成中间断开结构10；所述中间断开结构10下表面周围设一中间疏水隔断区4；

所述中间疏水隔断区4之外的所述柔性聚合物结构层3下表面与所述底板6通过粘接层5粘接在一起；

所述形状记忆合金丝1中部弯成凹陷状，所述形状记忆合金丝1的凹陷状中心底端与中间疏水隔断区4正上方的柔性聚合物结构层3上表面粘接固定，所述形状记忆合金丝1的两端分别依次穿过柔性聚合物结构层3和底板6，并分别与设置于所述底板6下表面上的第一焊盘7和第二焊盘71焊接固定，所述第一焊盘7和第二焊盘71分别与驱动电源的正负极相连。

所述底板6为玻璃板或印刷电路板。

所述中间疏水隔断区4为具有厚度为1μm-100μm的凸起结构，以提高可承受的背压。

所述内部流体流道9宽度为0.2mm-2mm，深度为0.01mm-1mm；

所述形状记忆合金丝1直径为0.05mm-0.2mm。

所述驱动电源的驱动电流为0.1A-0.3A。

所述的形状记忆合金丝1为镍钛记忆合金丝为较佳。

本发明的工作原理为：如图3所示，柔性聚合物结构层3通过粘接层5与底板6粘接形成微流道结构，且粘接前在微流道中部预先制作中间疏水隔断区4，内部流体流道9在中间疏水隔断区4为中间断开结构10，即常态下流体无法从流体入口2流向流体出口8，本发明的微阀为常闭状态；中间疏水隔断区4为不粘接区，即柔性聚合物结构层3通过粘接层5与底板6粘接形成微流道结构时，中间疏水隔断区4并未与柔性聚合物结构层3底面粘接，当有外力作用时可以把中间疏水隔断区4之上的柔性聚合物结构层3的中间断开结构10与中间疏水隔断区4分离；形状记忆合金丝1的凹陷状中心底端与中间疏水隔断区4正上方的柔性聚合物结构层3上表面粘接固定，当给记忆合金丝1两端施加一定电流时，促使记忆合金丝1温度升至其相变温度以上，记忆合金丝相变引起形状记忆，恢复其初始直线形状，因而在中心下凹处产生向上作用力，将中间断开结构10处的柔性聚合物结构层3上的聚合物向上拉起，打开闭锁沟道，将微流道打开，此时流体可以从流体入口2经内部流体流道9自由流向流体出口8。

本发明的有益效果是：整个内部流体流道路9结构仅有一层柔性聚合物通过一次软光刻制成，工艺简单，成本低廉；记忆合金丝驱动具有体积小，驱动电压低，无高热现象等特点，且设计成常闭状态，仅在流道工作时打开，从而避免因高驱动电压或高温使得生物试剂失活；通过调节驱动电流，还可以改变记忆合金丝的相变回复力，从而调节开通流量的大小，达到比例阀的效果。

附图说明

图1为电驱动形状记忆合金丝的常闭型主动微阀立体分解示意图。

图2为本发明(组装后)的结构示意图。