[发明专利]一种微流控阀及其微流体调控方法

说明书

本发明涉及一种微流控阀，包括液体入口、入口流道、收缩流道、曲面流道、出口流道、液体出口、气体入口和控制流道。微流体经液体入口流入，依次经过入口流道、收缩流道、曲面流道和出口流道后经所述液体出口排出，在所述入口流道靠近所述收缩流道处设置有调流薄膜，微流体通过挤压调流薄膜使阀的流阻补偿流压，实现流体流量的自动、精确控制；所述控制流道与曲面流道之间设置有截流薄膜，压缩气体经气体入口进入控制流道，通过挤压截流薄膜完全封闭曲面流道，实现流体的运动与截止控制。该微流控阀体积小、易集成、阈值压力低、流量调控精确，可以满足绝大多数微驱动装置的集成需求。

技术领域

本发明涉及一种流体精确调控阀及其流体运动的调控方法，尤其涉及一种微流控阀及其微流体调控方法。

背景技术

随着微纳制造技术的发展，微流控阀作为微尺度控制元件在结构与化学生物、基因测序、单细胞分析等领域已经发挥了重要的作用。由于微流控阀能够对微流体的流量进行精确调控，满足精密微流体控制的要求，因此在精确给药系统、核酸检测、细胞分选等领域中有着广泛的应用需求。

现有的微流控阀主要分为主动流量调节阀和被动流量调节阀。主动流量调节阀主要通过外加控制元件来调节液体流量，如采用气动控制、电流控制、磁铁控制、热电偶控制等施加外部物理场方式来人为的改变阀体中的液体流量，其优势在于流量调控的响应速度快且可以实现复杂的流体运行控制。然而，由于主动流量调节阀需要借助外部控制元件工作，而这些元件会消耗额外的能源，因此不适用于微流体的低成本、精确控制。

与主动流量调节阀相比，被动流量调节阀的流量调节原理较为简单，它并不需要外界控制元件的激发，仅依赖自身结构随外界驱动压力源的变化即可自行进行流量调节，且不消耗额外能量，因而在集成低成本、微型化的微流控系统中更有优势。典型被动流量调节阀在结构上一般设有压力控制流道和液体流道，且在控制流道和液体流道之间设置有弹性薄膜。其流量控制原理为利用薄膜受液体压力作用产生弹性变形以截流微流体，通过改变微阀的流阻来实现微流体流量与液体压力的非线性变化，从而实现微流体流量的自动、精确控制。然而，被动流量调节阀并不能用于流体的实时运动与截止控制，因此不能用于流体经常需要通断控制的应用场合。

综上所述，现有的微流控阀无法兼具微流体的低成本、精确流量与通断运行控制功能，有必要研制新型结构的微阀以满足上述微流体运行控制需求。

发明内容

本发明为克服现有技术中存在的不足，提供了一种微流控阀及其微流体调控方法。该微流控阀兼具被动流量调节阀与主动流量调节阀的微流体精确流量与通断控制功能，且体积小、易集成、阈值压力低、流量调控范围广，可以满足绝大多数微驱动装置的集成需求。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种微流控阀，包括依次连通的流体入口、入口主流道、收缩流道、出口主流道和流体出口，流体经流体入口流入，依次经过入口主流道、收缩流道和出口流道后经所述流体出口排出，在所述入口主流道靠近所述收缩流道处设置有调流薄膜，所述调流薄膜垂直于流体流动方向，所述调流薄膜截面积小于所述入口主流道的横截面，大于所述收缩流道的横截面，所述调流薄膜正对所述收缩流道的入口；

还包括控制流道，所述控制流道连接压缩气体供给装置，所述收缩流道至少一处的侧壁上设有截流薄膜，所述收缩流道通过所述截流薄膜连接所述控制流道，所述截流薄膜为弹性薄膜，当所述控制流道内填充有压缩气体时，所述截流薄膜向所述收缩流道内弯曲变形。

进一步的，所述控制流道与所述收缩流道通过所述截流薄膜间隔设置。

进一步的，与所述截流薄膜相对的收缩流道侧壁为弧形曲面，所述截流薄膜向所述控制流道腔体内弯曲变形后与所述弧形曲面的侧壁贴合，侧壁为弧形曲面的这一段收缩流道为曲面流道。

进一步的，所述入口流道和出口流道的宽度为收缩流道的2倍以上，且入口流道、出口流道和收缩流道的宽高比均大于1。