一种平面结构的单向阀的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微流控领域，特别是涉及微流控中的单向阀，其改进之处是在避免弹性体侧壁与芯片的接触，使阈值更加稳定，并且采用了与传统微机电工艺兼容的工艺，简化了装配于制备工艺。
【背景技术】
[0002]单向阀(check valve或one-way valve)是流体只能沿进水口流动，出水口介质却无法回流的一种阀，是微流控领域内的一类重要的阀。2006年京都大学的J.Loverich等设计了一种基于PDMS的单向阀，该阀结构简单，制备方便，只需一次复型。但是该单向阀在存在很大的泄漏问题，并不能实现真正的单向，只是将流速降低而已。2011年加州大学伯克利分校的K.1wai等将这种单向阀运用于FINGER-POWERED微流控中。2007年威斯康辛大学Dongshin Kim等提出了一种利用水凝胶制备的单向阀。该法将制备方法平面化，简化了装配工艺，但其弹性体的上下表面与芯片接触，会造成阈值的稳定性较差。2011年南加州大学的Ronalee Lo等设计了一种模块化的单向阀，这种阀结构比较可靠，但是只适用于安装在管道内，并且在压力达到一定值时流速不升反降，不能通过太高的流量，装配工艺复杂、成本高。同年，英属哥伦比亚大学的K.0u等设计了一种基于珠子的单向阀。2012年，加州大学伯克利分校的Ryan D.Sochol等对该结构进行改进，通过设计两列相交的栅柱，约束住珠子的运动，使得原来使用很多珠子的情况变成只需要使用一个珠子。这种用珠子制作的单向阀结构简单、成本低，但是响应速度慢，且反向封闭性差。
【发明内容】
[0003]为了提高传统微流控单向阀中的反向封闭性、阈值稳定性及简化装配工艺，本发明提出了一种平面结构的单向阀。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的:一种平面结构的单向阀，包括基板、流道层、盖板和弹性体，基板和盖板均为平板，流道层的下表面开有两条不连通的沟道，分别为入口流道和出口流道，入口流道和出口流道的端部有圆形的通孔，分别为入口和出口，流道层上表面设有缓冲腔，所述缓冲腔的底面为平面，且与流道层上表面平行，入口和出口均通过缓冲腔的下表面，入口的上方设有弹性体，弹性体在流道层和盖板之间被压缩，封闭入口。
[0005]所述的弹性体的上表面与盖板的下表面粘结，所述弹性体为柱状，弹性体的下表面与缓冲腔的底面接触。
[0006]所述的弹性体装配完成后，具有一定压缩量，起到封闭入口的作用。从入口流道流入，经过入口，当液体所受驱动压力足够大时，液体可以顶开弹性体，实现阀的正向流通。而当液体反向流动时，液体从出口流道流入，流经出口，但无法顶开弹性体，所以反向无法流通，如此便起到了单向阀的作用。
[0007]所述的基板、流道层及盖板均为聚甲基丙烯酸甲酯制作的平板。
[0008]所述的弹性体为圆柱形，材料为水凝胶。
[0009]所述的弹性体是通过光刻工艺制备在盖板表面的。
[0010]本发明的有益效果:弹性体与缓冲腔底面为平面接触，所以封闭性好。弹性体的侧壁与芯片无接触，不存在额外的摩擦力，所以单向阀的阈值只与预压缩量有关，阈值更加稳定。由于该单向阀的结构为平面结构，装配工艺简单。并且该单向阀不仅可以达到单向限流的作用，还在液体正向流动时可以实现突破阀的功能，即当液体压力达到额定值时阀才能打开。
[0011]【附图说明】:
图1是单向阀整体结构图；
图2是流道层下表面结构图；
图3是流道层上表面结构图；
其中I基板、2入口流道、3流道层、4盖板、5弹性体、6出口流道、7入口、8出口、9缓冲腔。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和实施对本发明做进一步的描述。
[0013]如图1、2、3所示，本实施例所述的一种平面结构的单向阀，包括基板1、流道层3、盖板4和弹性体5。所述基板I和盖板4为聚甲基丙烯酸甲酯制作的平板。所述流道层3的材料为聚甲基丙烯酸甲酯，其下表面设有两条不连通的矩形沟道，分别为入口流道2和出口流道6。所述入口流道2和出口流道6的端部有圆形的通孔，分别为入口 7和出口 8。所述流道层3的上表面设有缓冲腔9，所述缓冲腔9为一矩形凹槽，并且入口 7和出口 8均通过缓冲腔9的底面。所述缓冲腔9的底面为一平面，且与流道层3上表面平行。所述弹性体5为圆柱形，材料为水凝胶，其上表面与盖板4的下表面粘结在一起。所述弹性体5是通过光刻工艺制备在盖板4表面的，未接触水之前，弹性体5的厚度小于盖板4下表面到缓冲腔9底面之间的高度，接触水后，弹性体5膨胀，顶住缓冲腔9的底面，并产生一定的压缩量。液体正向流动时，从入口流道2流入，经过入口 7，当液体所受驱动压力足够大时，液体可以顶开弹性体5，实现阀的正向流通。而当液体反向流动时，液体从出口流入，流经出口，但无法顶开弹性体5，所以反向无法流通，如此便起到了单向阀的作用。
【主权项】
1.一种平面结构的单向阀，其特征在于:包括基板(1)、流道层(3)、盖板(4)和弹性体(5)，基板⑴和盖板(4)均为平板，流道层(3)的下表面开有两条不连通的沟道，分别为入口流道⑵和出口流道(6)，入口流道⑵和出口流道(6)的端部有圆形的通孔，分别为入口(7)和出口(8)，流道层(3)上表面设有缓冲腔(9)，所述缓冲腔的底面为平面，且与流道层上表面平行，入口(7)和出口(8)均通过缓冲腔(9)的下表面，入口(7)的上方设有弹性体(5)，弹性体(5)在流道层(3)和盖板⑷之间被压缩，封闭入口(7)。2.根据权利要求1所述的平面结构的单向阀，其特征在于:所述的弹性体(5)的上表面与盖板(4)的下表面粘结，所述弹性体(5)为柱状，弹性体(5)的下表面与缓冲腔(9)的底面接触。3.根据权利要求1所述的平面结构的单向阀，其特征在于:所述的弹性体(5)装配完成后，具有一定压缩量，起到封闭入口的作用。4.根据权利要求1所述的平面结构的单向阀，其特征在于:所述的基板(I)、流道层(3)及盖板(4)均为聚甲基丙烯酸甲酯制作的平板。5.根据权利要求1所述的平面结构的单向阀，其特征在于:所述的弹性体(5)为圆柱形，材料为水凝胶。6.根据权利要求1所述的平面结构的单向阀，其特征在于:所述的弹性体(5)是通过光刻工艺制备在盖板(4)表面的。
【专利摘要】一种平面结构的单向阀，包括基板、流道层、盖板和弹性体，基板和盖板均为平板，流道层的下表面开有两条不连通的沟道，分别为入口流道和出口流道，入口流道和出口流道的端部有圆形的通孔，分别为入口和出口，流道层上表面设有缓冲腔，所述缓冲腔的底面为平面，且与流道层上表面平行，入口和出口均通过缓冲腔的下表面，入口的上方设有弹性体，弹性体在流道层和盖板之间被压缩，封闭入口。本发明的有益效果：封闭性好，弹性体的侧阈值更加稳定。由于该单向阀的结构为平面结构，装配工艺简单。并且该单向阀不仅可以达到单向限流的作用，还在液体正向流动时可以实现突破阀的功能，即当液体压力达到额定值时阀才能打开。
【IPC分类】F16K99/00, B81B3/00
【公开号】CN104896190
【申请号】CN201510231300
【发明人】蔡晋, 宣旭, 王朔, 王征, 曹小宝
【申请人】沈阳航空航天大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月8日