[发明专利]一种声表面波控制的形状记忆合金微阀及其控制方法

说明书

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微阀及其控制技术，尤其是涉及一种声表面波控制的形状记忆合金微阀及其控制方法。

背景技术

微流控芯片是将常规的生化分析操作单元集成于一个若干平方厘米的基片上，用于完成生化分析或生化检测的技术。由于微流控芯片极大地缩小了分析操作单元的尺寸，降低了微流分析中所用的试剂，缩短了分析时间，方便了分析操作的智能化和自动化，因而，微流控芯片获得了快速发展，并已广泛应用于DNA测序、蛋白质分析、单细胞分析、毒品检测和食物安全等领域。

微阀是以连续流方式工作的微流控芯片进行微流分析不可或缺的组成单元，它控制微流体在微通道内流向。因而，各国微流控学专家、学者投入了较大的精力和财力来研究微阀，并发明了多种结构和工作原理的微阀及其开启和关闭方法。根据是否需要激励源，可将所发明的这些微阀分为两大类，即：无源微阀和有源微阀。

无源微阀是通过特殊的微通道几何结构或微通道表面特性实现微流输运，无需外加动力源。无源微阀的优点是微阀尺寸小，易集成于微流系统中，微阀结构和实现工艺都比较简单，操作也比较方便。无源微阀的突出的缺点是难以控制微流体在微通道中输运，微阀开关速度较慢，微阀漏压较低，有待改进。

有源微阀根据提供动力源的方式来分，主要有气动微阀、电动微阀、电化学微阀、静电微阀、电磁微阀、相变微阀、混合微阀和热膨胀微阀等。

气动微阀是以外部气体作为致动力的一类有源微阀，其一般通过在控制通道内施加一定气压来控制微阀的开启和闭合，施加气压时，中间层阀膜发生形变，向下挤压微流体通道，直到微流体通道堵塞；撤销压力时，中间层阀膜在自身弹性力的作用下恢复原状，微流体通道重新畅通。气动微阀的优点是工艺简单，只需简单的软光刻工艺即可实现微阀的制作。气动微阀的缺点是需要外加气泵和控制气泵的外围控制电路，给微阀的集成化带来了困难。

静电微阀只要在微流基片上光刻两个电极，因此，静电微阀易于集成，但电极容易电解微通道中的工作流体，应用受到了限制。

热膨胀微阀是采用热膨胀原理，加热使微腔内气体或石蜡等材料产生体积变化而实现微阀的开启和关闭，热膨胀微阀因具有结构简单、无需外加气泵等优点而受到重视。有报道采用微机械和光刻工艺制作一种常闭型热膨胀微阀，其开关时间短，但工艺有待改善。也有专家提出了加热腔与执行腔分离的热膨胀微阀，其可减少加热器与微通道间直接热转换，提高了热效率，但微阀滞后现象较为严重，有待改进。

上述其他几类微阀，如电动微阀、电化学微阀、电磁微阀、相变微阀和混合微阀等也都有其各自优点和缺点，并都有相应的应用场合。如电磁微阀难以实现自动化；相变微阀由于发生相变物质直接位于微通道中，因此难以重复使用，有待改进。总体来说，相比于无源微阀，有源微阀具有开关速度快、泄漏小等优点，因而对其研究得更为广泛和深入。

形状记忆合金微阀是一种有源微阀，其采用记忆合金在温度变化时形状发生变化的原理来实现微阀的开启和关闭，其具有有源微阀的优点，同时还具有大的压力-体积比和作用力的优点。但报道的形状记忆合金微阀需要外部加热源，应用有一定的局限性，且不能直接应用于压电微流器件上，不能充分发挥压电微流器件强大的微流操控能力。