阀装置的制作方法

本实用新型涉及微流控领域，特别是涉及一种阀装置。

背景技术：

在微流控领域中，常见的技术是利用转动芯片所产生的离心力提供液体在管道流通所需的动力，通过控制芯片的转动速度以及阀的作用实现对液体流通量的控制，其中，常见的阀包括毛细阀、虹吸阀、相变阀和压力阀等，但是这些阀对不同液体与管道间的毛细力、亲疏水性或管道的弹性等性质有较高的要求，无法适应多种试剂和样品。

技术实现要素：

基于此，有必要针对阀无法适用多种试剂和样品的问题，提供一种阀装置。

一种阀装置，包括：

芯片，设置有穿孔、第一容纳单元、第一通道、第二容纳单元、第二通道，所述第一通道的一端连通所述第一容纳单元，另一端连通所述穿孔，所述第二通道的一端连通所述第二容纳单元，另一端连通所述穿孔，所述第一容纳单元和所述第二容纳单元用于放置样品、试剂或用于样品、试剂的反应；

阀柱，设置有第三通道，所述阀柱穿过所述穿孔，通过转动或升降所述阀柱实现控制所述第三通道与所述第一通道和第二通道的对合状态，进而控制样品、试剂的流通与截止。

上述阀装置通过转动或升降所述阀柱实现控制所述第三通道与所述第一通道和第二通道的对合状态，实现对所述第一通道和第二通道间的连通或截止，连通时，上述阀装置通过控制所述阀柱的具体转动角度或升降高度来控制样品、试剂的流通量大小。

在其中一个实施例中，所述第一通道、所述第二通道相对于所述芯片的上表面倾斜地设置在所述芯片内。

上述第一通道、第二通道的倾斜结构设置用于在不依赖毛细力作为驱动力的试剂、样品能够凭借自身重力实现在通道间的流动。

在其中一个实施例中，所述第一容纳单元与所述第一通道间的数量关系一一对应，所述第二容纳单元与所述第二通道间的数量关系一一对应，且所述第一容纳单元、所述第二容纳单元的数量为一个或多个。

一个或多个所述第一容纳单元、所述第二容纳单元利于放置多种试剂、样品以及在所述芯片上能够进行多种样品、试剂的混合反应。

在其中一个实施例中，所述穿孔的数量为一个或多个，多个所述穿孔间设置有第四通道，所述第四通道用于实现所述穿孔间的连通。

多个所述穿孔以及连接所述穿孔的所述第四通道配合相应的所述阀柱能够增加所述第一通道与所述第二通道间的连通方式，从而为在同一块芯片上实现多种样品、试剂的反应提供可能。

在其中一个实施例中，所述阀柱不同高度的位置上设置有多个所述第三通道。

上述阀柱的不同高度的位置上设置多个所述第三通道，通过控制所述阀柱的升降，实现不同高度的所述第三通道与所述穿孔上不同位置的所述第一通道和第二通道间的连通，也可避免不同的反应过程共用同一个所述第三通道。

在其中一个实施例中，所述第三通道为曲折结构或与所述阀柱的轴线为非垂直关系的倾斜结构。

具有曲折结构或倾斜结构的上述第三通道能够很好地适应且连通不同位置上的所述第一通道、第二通道、第四通道。

在其中一个实施例中，所述第一容纳单元、第二容纳单元直接与所述芯片的外表面连通或通过孔状通道连通至所述芯片的外表面，所述第一容纳单元、第二容纳单元、孔状通道与外表面连通处设置有盖板。

所述第一容纳单元、所述第二容纳单元与所述芯片的外表面连通后，检测员可以通过上述结构往所述第一容纳单元、所述第二容纳单元中注射样品、试剂，若所述第一容纳单元、第二容纳单元直接与所述芯片的外表面连通，则检测员能够放置非液态的样品。

在其中一个实施例中，所述阀柱、所述穿孔的接触区域涂有密封层。

通过在所述阀柱、所述穿孔的接触区域涂上密封层，所述阀柱与所述穿孔之间具有良好的密闭性，样品、试剂不易流入所述阀柱与所述穿孔间的缝隙。

在其中一个实施例中，所述阀装置包括驱动器，所述驱动器与所述阀柱可拆卸连接，并提供所述阀柱转动以及升降的力。

通过加装上述驱动器，所述阀装置可实现自动化操作，所述驱动器通过控制所述阀柱的具体转动角度或升降高度从而控制样品、试剂的流通量大小。

在其中一个实施例中，所述阀柱底部设置有杆状结构的作用件，所述驱动器设置有鞘盒结构的配合件，所述配合件用于卡接所述作用件。

附图说明

图1为本实用新型一实施例所提供阀装置的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例所提供阀装置中芯片的结构示意图；

图3为图2圈N部分的放大示意图；

图4为本实用新型一实施例所提供阀装置中阀柱的结构示意图；

图5为本实用新型一实施例所提供阀装置处于流通状态下的示意图；

图6为本实用新型一实施例所提供阀装置处于截止状态下的示意图；

图7为本实用新型一实施例所提供阀装置处于部分流通状态下的示意图；

图8为本实用新型一实施例所提供阀装置中多个第一容纳单元的芯片的示意图；

图9为本实用新型一实施例所提供阀装置中多个第三通道的阀柱的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对阀装置进行更全面的描述。附图中给出了阀装置的首选实施例。但是，阀装置可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使阀装置的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个原件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个原件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一原件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在阀装置的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

如图1所示，本实用新型一实施例的阀装置10包括芯片100、阀柱200，阀柱200穿过所述芯片。将样品、试剂注入芯片100中，通过驱动力驱动样品、试剂以及控制阀柱200转动或升降，实现对样品、试剂间反应剂量、种类的控制，从而完成对样品的检测。驱动样品、试剂流通的驱动力可以为气压、液压、离心力、电渗力、毛细力等。

芯片100中设置有第一容纳单元110、第一通道120、穿孔130、第二通道140、第二容纳单元150。第一容纳单元110和第二容纳单元150用于放置样本、试剂或用于样品、试剂的反应。穿孔130贯穿芯片100的上下表面设置，阀柱200穿过穿孔130。

如图1所示的一个实施例，第一通道120和第二通道140均平行于芯片100的上表面设置，芯片100的上表面垂直于阀柱200。样品、试剂通过毛细力、离心力等驱动力在第一通道120和第二通道140中流动。在另一些实施例中，第一通道120、第二通道140相对于芯片100的上表面倾斜地设置在所述芯片100内，倾斜结构可使样品、试剂在无法靠毛细力、离心力驱动时，能够利用样品、试剂自身的重力作用在倾斜结构中流动。

如图1所示的一个实施例中，第一容纳单元110、第一通道120、穿孔130、第二通道140、第二容纳单元150的数量均为一，第一容纳单元110和一个第一通道120的一端连通，第二容纳单元150与一个第二通道140的一端连通，第一通道120和第二通道140的另一端分别与穿孔130的不同位置连通。如图2和图3所示的一个实施例，第一通道120、第二通道140与穿孔130连通处形成矩形开口，在另一些实施例中，连通处也可以为圆形或椭圆形开口。

参考图8所示的内容，在另一些实施例中，第一容纳单元110、第二容纳单元150的数量也可以为多个，且每个第一容纳单元110和第二容纳单元150分别与第一通道120和第二通道140连通，即第一容纳单元110和第二容纳单元150分别与第一通道120和第二通道140在数量上一一对应。多个第一容纳单元110、第二容纳单元150可放置多种样品、试剂，也可作为多个反应室进行不同剂量或种类的样品、试剂间的反应，实现在一块芯片100上进行复杂多样的样品检测。

如图1所示的一个实施例中，第一容纳单元110用于放置试剂，第二容纳单元150用于放置样品，试剂通过驱动力的作用流向第二容纳单元150，并与样品发生反应。如图8所示，在一些实施例中，由于芯片100上设置有两个第一容纳单元110，检测员可在两个第一容纳单元110中分别放置样品和试剂，将第二容纳单元150作为反应室，即通过控制阀柱200的转动或升降，将适量的样品、试剂引入第二容纳单元150中进行反应，上述结构能够对参与反应的试剂和样品的剂量进行控制。需要注意的是，本实用新型中，第一容纳单元110不仅可用于放置样品、试剂，也可作为反应室，同时，第二容纳单元150也可用于放置样品或试剂。根据不同的实际情况，第一容纳单元110和第二容纳单元150具有不同的用途，并不限于上述实施例中的限定。

在一些实施例中，第一容纳单元110、第二容纳单元150直接连通于芯片100的外表面，即检测员能够直接将样品、试剂放入第一容纳单元110、第二容纳单元150中，上述结构方便将非液态的样品放入第一容纳单元110、第二容纳单元150中。在另一些实施例中，第一容纳单元110、第二容纳单元150通过孔状通道与芯片100的外表面连通，此时，检测员可通过向孔状通道注射样品、试剂，进而将样品、试剂注入第一容纳单元110、第二容纳单元150中。同时，第一容纳单元110、第二容纳单元150、孔状通道与外表面的连通处设置有盖板，盖板的设置可防止样品、试剂在阀装置10的运作过程中发生泄露。

如图8所示，在一些实施例中，穿孔130的数量可以为多个，多个穿孔130间设置有第四通道131，第四通道131用于连接穿孔130。穿孔130与阀柱200的数量一一对应。多个穿孔130以及连接穿孔130的第四通道131能够与多个第一通道110和第二通道150连通，从而构成芯片100上的多个样品、试剂的反应通道，进而能够在同一块芯片100上实现多种样品、试剂的反应。

如图4和图5所示的一个实施例，阀柱200上设置有第三通道210，第三通道210贯穿阀柱200设置。在一些实施例中，阀柱200的底部还设置有作用件220。阀柱200穿过穿孔130，通过转动或升降阀柱200实现控制第三通道210两端与第一通道120和第二通道140的对合状态，进而控制第一通道120与第二通道140间的连通或截止，即起到控制样品、试剂的流通与截止作用。在一些实施例中，第三通道210与第一通道120、第二通道140相互对合处的形状一致。在另一些实施例中，第三通道210与第一通道120、第二通道140相互对合处的形状也可以不一致。

在一些实施例中，由于可通过升降阀柱200实现控制第三通道210两端与第一通道120和第二通道140的对合，因此阀柱200除了可以是圆柱体之外，还可以是矩形等无法转动但可升降的形状。

如图5、图6以及7所示，在一些实施例中，通过控制阀柱200的转动程度可以调节第三通道210与第一通道120、第二通道140、多个穿孔130结构下的第四通道131间的对合角度，进而实现控制第一通道120、第二通道140、第四通道131间的流通或截止状态。如图5所示，当第三通道210与第一通道120、第二通道140间完好对合时，第一通道120中的样品、试剂可以在驱动力的作用下无阻碍地流入第二通道140中；如图6所示，当第三通道210与第一通道120、第二通道140间没有对合处时，第一通道120、第二通道140与穿孔130连通的位置上为阀柱200的侧壁，阀柱200的侧壁阻挡第一通道120、第二通道140间的连通，样品、试剂无法穿过阀柱200的侧壁，即无对合处时实现截止状态；如图7所示，当第三通道210与第一通道120、第二通道140间部分对合时，样品、试剂的流通量同时受到驱动力以及该对合部分的面积大小所控制。上述对合面部分的面积大，则样品、试剂的流通量大；对合面积小，则流通量小。在另一些实施例中，也可以通过升降阀柱200来控制第三通道210与第一通道120、第二通道140、第四通道131间的对合面积，即除了控制转动角度外还能通过控制阀柱200的升降高度来实现通道间对合面积的大小，进而控制流通量。

如图9所示，在一些实施例中，阀柱200不同高度的位置上设置有多个第三通道210，多个第三通道210可以为相同或不同的通道结构，多个不同结构、不同高度的第三通道210能通过阀柱200的升降实现不同位置上的第一通道120与第二通道140间的连通。与穿孔130对合于不同位置上的多个第一通道120中的样品、试剂通过不同第三通道210流入第四通道131、第二通道140中，并于第二容纳单元150中实现反应。同时，采用多个第三通道210也可避免不同的样品、试剂在检测中共用同一个第三通道210进行流通，防止不相关的样品、试剂间的交叉污染。

在一些实施例中，第三通道210不仅可以为矩形结构，还可以为曲折结构或与所述阀柱200的轴线为非垂直结构的倾斜结构，上述多种结构增加了芯片100中各通道间连通方式的多样性，曲折结构可以对同一高度但不同位置的第一通道120、第二通道140或第四通道131间实现连通，倾斜结构的第三通道210可对不同高度的第一通道120、第二通道140或第四通道131间实现连通，使阀装置10可以在同一芯片100上实现多种通道组合下的复杂多样的反应。

在一些实施例中，阀柱200、芯片100的材料为PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)、PMMA(Polymethyl Methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)、COC(Copolymers of cycloolefin，环烯烃共聚物)、玻璃中的一种或多种组合。在另一些实施例中，阀柱200、芯片100采用具有一定硬度、透光性好的材料。具有一定硬度的阀柱200、芯片100可较好地避免在操作过程中的变形问题；透光性好的材料则使检测员可通过芯片100外部观察到芯片100内部第一通道120、第二通道140、第三通道210、第四通道131的液体流通情况。在一些实施例中，也可在各通道中设置流量检测装置用于检测各样品、试剂的流通量大小，配合阀柱200控制的流通与截止功能实现更为准确的各样品、试剂间的定量分配操作。

阀柱200、穿孔130的接触区域涂有密封层。在一些实施例中，阀柱200、穿孔130的接触区域涂有PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)。PDMS涂层可增加阀柱200与穿孔130间的密闭性，有效避免样品、试剂流入阀柱200与穿孔130之间的缝隙中。在另一些实施例中，阀柱200、穿孔130的接触区域可涂有质软、富有弹性的材料。

在本实用新型的一些实施例中，阀装置10还包括驱动器300。驱动器300包括电机310和配合件320。配合件320与作用件220相配合，起到对作用件220可拆卸连接的作用，配合件320与作用件220相对的一端连接于电机310。如图1所示的本实用新型一实施例，作用件220为杆状结构，配合件320具有鞘盒结构，作用件220伸入配合件320中并被配合部320卡接。电机310可带动配合件320转动或升降，使配合件320相应地带动作用件220转动或升降，进而使阀柱200和第三通道210做同步转动或升降。通过控制第三通道130的转动角度或升降高度，电机310可控制第三通道210与第一通道120、第二通道140、第四通道131间的对合状态，从而控制样品、试剂的流通和截止，即驱动器300的引入可使阀装置10实现自动化操作，且有利于准确控制样品、试剂的流通量的大小。在另一些实施例中，作用件220可以为垂直于于阀柱200的齿形结构，配合件320为与作用件220完好配合的齿形槽结构。另外，作用件220和配合件320的结构还可以为其他可拆卸分离且能相互配合固定的结构。

在一些实施例中，阀装置10还包括数字控制系统，数字控制系统通过操控电机310从而实现对阀柱200的具体控制，即数字控制系统通过对电机310的数字化操控进而控制第三通道210的具体转动角度以及升降高度，并由此控制样品、试剂的精确流通量。

结合图1、图6、图7以及上述部分实施例的组合，对本实用新型的操作过程进行说明。在本实用新型的阀装置10的一个实施例中，检测员将试剂注射进第一容纳单元110，将检测样品注射进第二容纳单元150，试剂在毛细力的作用下从第一容纳单元110中流出，并经过第一通道120，检测员通过电机310驱动阀柱200旋转，使阀柱200中的第三通道210与第一通道120、第二通道140部分对合，通过控制对合面积的大小进而控制试剂流过第三通道210的速度，此时阀装置10处于流通状态。在足够的试剂经过第三通道230流向第二通道140并流入第二容纳单元150后，试剂与样品充分反应，即需要关闭阀装置10使试剂不再流向第二容纳单元150，此时检测员通过控制电机310转动阀柱200，并使第三通道210与第一通道120、第二通道140不再对合，导致试剂无法流入第三通道210，从而也无法到达第二容纳单元150，即实现阀装置10的截止状态。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。