[实用新型]一种基于声表面波的形状记忆合金微阀

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微流控芯片中控制微流体输运的微阀，尤其是涉及一种基于声表面波的形状记忆合金微阀。

背景技术

相比于常规的实验室生化分析，微流控芯片技术因具有样品用量少、分析时间短及可避免人为操作引入的分析误差等优点，自从发明以来获得了快速发展，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。

采用微流控芯片进行微流分析时，微流体的工作方式分为两种，即数字流和连续流。其中，连续流工作方式的微流分析，连续流微流体是在微通道内输运和反应的。为此，需要微阀来控制连续流微流体在微通道内的流向，微阀是工作于连续流工作方式的微流系统不可缺少的组成部分。目前，各国专家都对微阀进行了较为深入的研究，并发明了多种结构和工作原理不同的微阀及其控制方法。根据是否需要激励机构，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。

无源微阀无需外加动力源提供动力，其利用自身的几何尺寸使微通道内的微流体产生压力的变化来实现微阀的开启和关闭操作。无源微阀的优点是无需外加动力源，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，微阀响应速度较慢，微阀漏压较低，有待改进。

有源微阀是微流控专家为了改进无源微阀的慢响应速度、低漏压的缺点而提出的。有源微阀利用外界致动力来实现微阀的开启和关闭操作。与无源微阀相比，有源微阀具有响应速度快、漏压高等优点，因而对其研究更为深入、更为广泛。微流控专家利用不同的动力源发明了各种各样的有源微阀及其控制方法，有源微阀根据动力源的种类不同来分，主要有气动微阀、静电微阀、相变阀、热膨胀微阀、电磁微阀、电化学微阀、混合微阀、形状记忆合金微阀、机械微阀等。

气动微阀是以外部气泵为动力源的一类有源微阀，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，施加气泵气压时，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，此时微阀关闭；撤销气泵压力时，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，此时微阀开启。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，气路控制系统体积较大，价格昂贵，不能充分体现微流器件的优点。

静电微阀是在微通道内集成两个电极，在电极上加较高电压，在电极间产生电场。静电微阀的优点是易于集成。静电微阀的缺点是电极容易电解微通道中的工作流体，因而，应用受到了限制。

热膨胀微阀克服了气动微阀需要较大体积的气泵的缺点，其采用热膨胀原理，加热使微腔内气体或石蜡等热胀材料产生体积变化来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。热膨胀微阀的缺点是响应速度不及气动微阀的响应速度。

上述其他几类微阀，如相变阀、电磁微阀、电化学微阀、混合微阀、机械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。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，其相对于其他有源微阀，具有较大的压力-体积比和较强的恢复力的优点。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。