光热操控膜式微阀装置及使用方法与流程

本发明涉及微流控领域，特别是涉及一种光热操控膜式微阀装置及使用方法。

背景技术：

微流动技术是一种涉及微米尺度空间中流体过程处理及装置加工制造的技术。它是在微米尺度结构下利用微型化的流体处理和检测系统来研究微流体的各种效应和行为。由于其具有高通量的微通道及流动网络,高效的流体处理和检测机制,以及潜在的应用的低成本,已经被广泛地应用于制药业、生物技术与生物分析、医学、化学分析、机械、it业甚至国防以及航空航天等领域。

微阀作为微流体系统的主要元件之一，其作用包括径流调节、开/关转换以及密封生物分子、微纳粒子、化学试剂等，其性质包括无泄漏、死体积小、功耗低、压阻大、对微粒玷污不敏感、反应快、可线性操作的能力等。根据驱动源的不同，微阀又可分为压电、磁、电、热、相变、双稳态有源微阀以及由外部辅助系统如气体驱动的有源微阀，其中热驱动微阀包括热空气、双金属和形状记忆合金微阀，相变微阀包括水凝胶、溶胶-凝胶和石蜡微阀等。近年来，基于微流控芯片展开的研究有很多。m.duch等人提出了一种上部v型悬臂梁和下部硅隔膜组成，v型悬臂梁上电镀一层co-ni合金的低功耗、使用方便的磁微阀；t.hasegawa等人提出了一种由空气驱动的微分配系统，其中主要元件就是由微螺线管驱动器实现方向转换的10出口多方向的静电驱动微阀；h.jerman研制了由厚度分别为8μm和5μm的硅膜和铝层组成的双金属驱动微阀，可以很好地实现比例控制的微阀；m.e.piccini等人利用直径为75μm的镍钛金属线研制了一种硅树脂管状常闭型微阀,通过施加脉冲电压实现对微阀的开关控制。目前微阀的商业化程度仍不高，仍有很多问题需要解决。常规的微阀器件通常采用玻璃、硅片等材料为基底，利用硅微细加工工艺(比如光刻、刻蚀等)加工而成，对加工设备和原材料要求高，加工成本较高；目前微阀结构较为复杂，通常为非平面的多层立体结构，需采用多层硅键合工艺加工而成，工艺繁琐复杂，加工周期较长。更为重要的是这种非平面的微阀结构不易集成于微流控系统中，增加了微流控系统的集成化难度。因此开展新型微阀的研究，简化微阀的结构和制作工艺，降低成本和集成化难度，对微流控芯片的发展具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种光热操控膜式微阀装置及其使用方法，以提高微阀的响应速度和精准度。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种光热操控膜式微阀装置，包括pdms微流动通道，其特征在于：所述pdms微流动通道内设置有相互平行的运输流体通道和蒸馏水通道，所述运输流体通道用以运输主流体，所述蒸馏水通道用以蒸馏水流通，以提供蒸汽压力源；在运输流体通道与蒸馏水通道之间设置有隔板，所述隔板的中部设置有通孔，所述通孔的两端面分别设置有应变膜和疏水透气膜，应变膜和疏水透气膜以及通孔组成蒸汽发生室；所述应变膜位于运输流体通道一侧，且所述应变膜受力发生形变，形成微阀；所述疏水透气膜位于蒸馏水通道一侧；所述蒸馏水通道外侧设置有红外激光器。

本发明的工作原理是：所述红外激光器对所述蒸馏水通道内的蒸馏水进行加热，蒸馏水受热蒸发生产水蒸气，所述水蒸气透过疏水透气膜在蒸汽发生室累积形成蒸气压，所述蒸气压作用于应变膜使其发生形变，应变膜阻断运输流体通道中的主流体的运输。

根据本发明所述的光热操控膜式微阀装置的优选方案，所述应变膜采用聚二甲基硅氧烷、橡胶或树脂类弹性材料制成。

根据本发明所述的光热操控膜式微阀装置优选方案，所述疏水透气膜采用聚四氟乙烯或者聚偏氟乙烯制成，能透过水蒸气而不能透过液态水。

本发明的第二个技术方案是：

一种光热操控膜式微阀装置的使用方法，该微阀装置包括pdms微流动通道，其特征在于：

所述pdms微流动通道内设置有相互平行的运输流体通道和蒸馏水通道，所述运输流体通道用以运输主流体，所述蒸馏水通道用以蒸馏水流通，以提供蒸汽压力源；在运输流体通道与蒸馏水通道之间设置有隔板，所述隔板的中部设置有通孔，所述通孔的两端面分别设置有应变膜和疏水透气膜，应变膜和疏水透气膜以及通孔组成蒸汽发生室；所述应变膜位于运输流体通道一侧，且所述应变膜受力发生形变，形成微阀；所述疏水透气膜位于蒸馏水通道一侧；所述蒸馏水通道外侧设置有红外激光器。

在所述运输流体通道内加入主流体，在所述蒸馏水通道内加入蒸馏水，利用所述红外激光器对所述蒸馏水通道内的蒸馏水进行加热，蒸馏水受热蒸发生产水蒸气，所述水蒸气透过疏水透气膜在蒸汽发生室累积形成蒸气压，所述蒸气压作用于应变膜使其发生形变，应变膜阻断运输流体通道中的主流体的运输。

根据本发明所述的光热操控膜式微阀装置的使用方法的优选方案，所述应变膜采用聚二甲基硅氧烷、橡胶或树脂类弹性材料制成。

根据本发明所述的光热操控膜式微阀装置的使用方法的优选方案，所述疏水透气膜采用聚四氟乙烯或者聚偏氟乙烯制成，能透过水蒸气而不能透过液态水。

本发明所述的光热操控膜式微阀装置及其使用方法的有益效果是：本发明利用应变膜受力发生形变而形成微阀的特性，实现了微流体操控，具有在微通道内对流体进行精准、快速的开/关功能，微阀的结构简单，制作工艺简化，控制成本低，便于集成化，可广泛应用在流体输运、化学分析、医学检测等领域。

附图说明

图1是本发明所述的光热操控膜式微阀装置的结构示意图。

图2是本发明所述的光热操控膜式微阀装置的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

参见图1和图2，实施例1：一种光热操控膜式微阀装置，包括pdms微流动通道，所述pdms微流动通道内设置有相互平行的运输流体通道2和蒸馏水通道3，所述运输流体通道用以运输主流体，所述蒸馏水通道用以蒸馏水流通，以提供蒸汽压力源；在运输流体通道与蒸馏水通道之间设置有隔板4，所述隔板4的中部设置有通孔5，所述通孔5的两端面分别设置有应变膜6和疏水透气膜7，应变膜6和疏水透气膜7组成蒸汽发生室；所述应变膜6位于运输流体通道2一侧，且所述应变膜6受力发生形变，形成微阀；所述疏水透气膜7位于蒸馏水通道3一侧；所述蒸馏水通道3外侧设置有红外激光器8。

在具体实施例中，所述应变膜6采用聚二甲基硅氧烷pdms、橡胶或树脂类弹性材料制成，厚度为几十微米到一百微米。

所述疏水透气膜7采用聚四氟乙烯或者聚偏氟乙烯制成，能透过水蒸气而不能透过液态水，厚度为几十微米到一百微米。

参见图1和图2，实施例2.一种光热操控膜式微阀装置的使用方法，该微阀装置包括pdms微流动通道1，所述pdms微通道内设置有相互平行的运输流体通道2和蒸馏水通道3，所述运输流体通道用以运输主流体，所述蒸馏水通道用以蒸馏水流通，以提供蒸汽压力源；在运输流体通道与蒸馏水通道之间设置有隔板4，所述隔板4的中部设置有通孔5，所述通孔5的两端面分别设置有应变膜6和疏水透气膜7，应变膜6和疏水透气膜7组成蒸汽发生室；所述应变膜6位于运输流体通道2一侧，且所述应变膜6受力发生形变，形成微阀；所述疏水透气膜7位于蒸馏水通道3一侧；所述蒸馏水通道3外侧设置有红外激光器8。

在所述运输流体通道2内加入主流体，主流体可以是水、溶液、化学试剂、医用药物或气体等不能透过应变膜6的流体；在所述蒸馏水通道内加入蒸馏水，利用所述红外激光器对所述蒸馏水通道内的蒸馏水进行加热，所述红外激光器可采用1550nm红外激光器；蒸馏水受热蒸发生产水蒸气，所述水蒸气透过疏水透气膜7在蒸汽发生室累积形成蒸气压，所述蒸气压作用于应变膜6使其发生形变，应变膜6阻断运输流体通道中的主流体的运输。当需要主流体流通时，停止对蒸馏水加热即可。

在具体实施例中，所述应变膜6采用聚二甲基硅氧烷、橡胶或树脂类弹性材料制成。厚度为几十微米到一百微米。

所述疏水透气膜7采用聚四氟乙烯或者聚偏氟乙烯制成，能透过水蒸气而不能透过液态水。厚度为几十微米到一百微米。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。