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一種聲表面波控制開啟和關(guān)閉的微閥及其控制方法與流程

文檔序號:12353840閱讀:241來源:國知局

本發(fā)明涉及一種微流控芯片中控制微流體輸運的微閥及其控制技術(shù),尤其是涉及一種聲表面波控制開啟和關(guān)閉的微閥及其控制方法。



背景技術(shù):

微流分析系統(tǒng)因具有試劑消耗量少、分析速度快、體積小、易于集成等諸多優(yōu)點,在國家安全、DNA測序、蛋白質(zhì)分析、單細(xì)胞分析、藥物篩選、毒品檢測、環(huán)境監(jiān)測和食物安全等眾多領(lǐng)域中有著廣泛的潛在應(yīng)用。

微閥是工作于連續(xù)流工作方式的微流控芯片不可缺少的組成部分,它是微流控芯片的“控制中心”,用于調(diào)節(jié)微流體在微流控芯片上的流向和歸宿。國內(nèi)外專家、學(xué)者投入了大量的精力和財力,已研制了多種用于微流控芯片的微閥。

已報道的控制微通道內(nèi)微流體流向的微閥分為兩大類,即主動微閥和被動微閥。其中,主動微閥需要磁、電、熱或氣等外界動力驅(qū)動,使微閥內(nèi)隔膜發(fā)生形變,實現(xiàn)微閥開啟或關(guān)閉。被動微閥的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)相對簡單,但可靠性有待提高。如較早期研究的電滲微閥,可使毛細(xì)電泳系統(tǒng)中電滲流快速地從一個通道轉(zhuǎn)向另一通道,實現(xiàn)初步微閥的功能。隨后,美國田納西州橡樹嶺國家實驗室的J.Michael Ramsey研究小組對電滲微閥進(jìn)行了改進(jìn),僅用一個電壓源和三個樣品池實現(xiàn)了樣品流和緩沖液的微流路控制。在此基礎(chǔ)上,美國森地亞國家實驗室微流體研究室發(fā)明了電壓可尋址的電動微閥,可編程控制微閥的開關(guān)動作,極大地提高了微流路可控制性和微流操作的簡便性。電動微閥的優(yōu)點是開關(guān)響應(yīng)速度較快,但是也存在一些缺陷:1)電動微閥受微通道表面特性的影響極大;2)受緩沖液離子成分的影響嚴(yán)重;3)需要高達(dá)數(shù)百伏特電壓源,增加了微流分析的成本,并給操作人員帶來了安全隱患。因此,電動微閥僅適用于如毛細(xì)電泳等特定場合。

為了降低電動微閥的電源電壓值,有學(xué)者提出了靜電微閥方法,將微閥所需電源電壓降低到數(shù)十伏特,已成功地應(yīng)用于低壓氣流控制,但是靜電微閥大多使用剛性硅膜,微閥制作工藝較為復(fù)雜,且微閥所需電壓仍然較高,若直接應(yīng)用于壓電微流控制芯片,則極易引起壓電基片的破碎。

電磁微閥可以解決電動微閥上述提及的缺點,其是一種以外加磁場為驅(qū)動源的有源微閥,其典型結(jié)構(gòu)是在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中摻入鐵粉,將各向異性刻蝕后的V型腔作為閥塞及閥塞支架,在外加磁場時,閥塞和閥塞支架被抬起,微閥被打開。為了提高電磁微閥的電磁力,往往將電磁線圈等永磁材料嵌入電磁微閥中,使電磁微閥的關(guān)閉力在0.25mA情況下達(dá)到0.8mN,從而能夠可靠地傾斜閥座上隔膜,關(guān)閉電磁微閥。由于電磁微閥需要移動外加電磁場,操作集成性上不如電動微閥方便;同時,由于嵌入永磁材料,因此電磁微閥的可集成性也相應(yīng)地下降,磁路也較復(fù)雜,成本較高,不適宜集成在壓電微流控制芯片上。

電化學(xué)微閥的工作原理是電解產(chǎn)生的氣體使微腔內(nèi)隔膜發(fā)生偏離,帶動微閥動作。電化學(xué)微閥操作簡單、電化學(xué)電極易集成于微流控制芯片,電源電壓較低,適用于微流分析的自動化和集成化的發(fā)展方向,但其驅(qū)動力較小,微閥漏壓較低,限制了其應(yīng)用范圍。

相變微閥可避免氣動微閥需要外接氣泵缺點,其通過微閥內(nèi)的材料受熱引起相變化來控制微通道內(nèi)微流體的流動,其主要缺點是微閥的開關(guān)時間較長,一般需要1~10分鐘,只適用于對微流的開關(guān)響應(yīng)時間要求不高的場合,因此其應(yīng)用范圍有一定限制。

外部力驅(qū)動的微球閥,以微球的運動來開啟或關(guān)閉微通道,實現(xiàn)微閥功能。如期刊《微型機(jī)械和微型工程雜志》2005年第15卷第3期1021-1026頁(Journal of micromechanics and microengineering,Vol.15(3),2005:1021-1026)公開了《磁力驅(qū)動帶球閥的PDMS微泵》(《A magnetically driven PDMS micropump with ball check-valves》),其結(jié)構(gòu)和制作過程如下:塑料管切割成一端為0.7毫米且另一端為1.2毫米的錐形塑料管,直徑為0.8毫米的鋼珠放入管中,內(nèi)徑為0.56毫米且外徑為1.1毫米的特氟龍短管一端切成45度,嵌入錐形塑料管的寬端,特氟龍短管起著阻止鋼珠運動到錐形塑料管外的目的;通過熱縮管將錐形塑料管的窄端和特氟龍短管的一端分別引出一個入口和一個出口;平面線圈制作在PCB板上,并引出兩導(dǎo)線;將磁盤、制作的微閥和制有線圈的PCB板通過PDMS綁定密封;導(dǎo)線加上電流,產(chǎn)生磁場,引起鋼珠運動,當(dāng)鋼珠運動到錐形塑料管的窄端,微閥關(guān)閉,微流體不能通過微通道進(jìn)行輸運;當(dāng)鋼珠在磁場作用下離開錐形塑料管的窄端時,由于錐形塑料管的寬端的直徑大于鋼珠的直徑,微流體通過微通道,微閥打開。該微閥可有效的實現(xiàn)微通道內(nèi)微流體輸運的控制,但要產(chǎn)生足夠的磁場力需要較大的外部電流,無法適用于便攜式微流分析和現(xiàn)場微流分析場合,同時,也無法應(yīng)用于微流分析的一個重要分支——壓電微流分析系統(tǒng)中,有待改進(jìn)。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種聲表面波控制開啟和關(guān)閉的微閥及其控制方法,該微閥結(jié)構(gòu)簡單、體積小,易于集成,可應(yīng)用于壓電微流芯片上進(jìn)行微流控制操作。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種聲表面波控制開啟和關(guān)閉的微閥,其特征在于包括壓電基片和PDMS凝固體,所述的壓電基片的上表面為工作表面,所述的壓電基片的工作表面的對稱兩側(cè)上對應(yīng)的各設(shè)置有兩個用于激發(fā)聲表面波的叉指換能器,所述的PDMS凝固體安裝于所述的壓電基片的工作表面的中央?yún)^(qū)域上,所述的PDMS凝固體內(nèi)設(shè)置有依次連通的第一分支微通道、第一主微通道、輔助微通道、第二主微通道、第二分支微通道,所述的第一分支微通道上開設(shè)有微流體入口,所述的第一主微通道位于其中兩個對稱的所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波的傳播路徑上,所述的第一主微通道內(nèi)設(shè)置有中斷所述的第一主微通道的第一PDMS聚合體和位于所述的第一PDMS聚合體的上游的第一鋼珠,所述的第一PDMS聚合體內(nèi)設(shè)置有連通其上游和下游的第一毛細(xì)微通道,所述的第一鋼珠的直徑遠(yuǎn)大于所述的第一毛細(xì)微通道的直徑,所述的第一鋼珠在對應(yīng)的所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波的作用下在所述的第一主微通道內(nèi)順暢運動,且不會運動至所述的第一分支微通道內(nèi),所述的第二主微通道位于另外兩個對稱的所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波的傳播路徑上,所述的第二主微通道內(nèi)設(shè)置有中斷所述的第二主微通道的第二PDMS聚合體和位于所述的第二PDMS聚合體的下游的第二鋼珠,所述的第二PDMS聚合體內(nèi)設(shè)置有連通其上游和下游的第二毛細(xì)微通道,所述的第二鋼珠的直徑遠(yuǎn)大于所述的第二毛細(xì)微通道的直徑,所述的第二鋼珠在對應(yīng)的所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波的作用下在所述的第二主微通道內(nèi)順暢運動,且不會運動至所述的第二分支微通道內(nèi),所述的第二分支微通道上開設(shè)有微流體出口;與所述的第一鋼珠同一側(cè)的所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波作用于所述的第一鋼珠時,所述的第一鋼珠向所述的第一毛細(xì)微通道的入口方向運動,與所述的第二鋼珠同一側(cè)的所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波作用于所述的第二鋼珠時,所述的第二鋼珠向所述的第二毛細(xì)微通道的出口方向運動,當(dāng)所述的第一鋼珠堵住所述的第一毛細(xì)微通道的入口且所述的第二鋼珠堵住所述的第二毛細(xì)微通道的出口時實現(xiàn)該微閥的關(guān)閉;與所述的第一鋼珠相反一側(cè)的所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波作用于所述的第一鋼珠時,所述的第一鋼珠脫離所述的第一毛細(xì)微通道的入口,與所述的第二鋼珠相反一側(cè)的所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波作用于所述的第二鋼珠時,所述的第二鋼珠脫離所述的第二毛細(xì)微通道的出口,實現(xiàn)該微閥的開啟。

所述的第一毛細(xì)微通道的入口的中心高度與所述的第一鋼珠的半徑相同;所述的第二毛細(xì)微通道的出口的中心高度與所述的第二鋼珠的半徑相同。在此,將第一毛細(xì)微通道的入口的中心高度限制為與第一鋼珠的半徑相同,是為了確保第一鋼珠運動至第一毛細(xì)微通道的入口時能夠剛好堵住第一毛細(xì)微通道的入口;將第二毛細(xì)微通道的出口的中心高度限制為與第二鋼珠的半徑相同,是為了確保第二鋼珠運動至第二毛細(xì)微通道的出口時能夠剛好堵住第二毛細(xì)微通道的出口。

所述的第一PDMS聚合體朝向其上游的端面為內(nèi)凹弧形面,所述的第一PDMS聚合體的內(nèi)凹弧形面的半徑與所述的第一鋼珠的半徑相同;所述的第二PDMS聚合體朝向其下游的端面為內(nèi)凹弧形面,所述的第二PDMS聚合體的內(nèi)凹弧形面的半徑與所述的第二鋼珠的半徑相同。在此,將第一PDMS聚合體朝向其上游的端面設(shè)計為內(nèi)凹弧形面,且限定內(nèi)凹弧形面的半徑與第一鋼珠的半徑相同,是為了使第一鋼珠的球形面與內(nèi)凹弧形面能夠很好的吻合,從而能夠使第一鋼珠穩(wěn)定且可靠的封住第一毛細(xì)微通道的入口;將第二PDMS聚合體朝向其下游的端面設(shè)計為內(nèi)凹弧形面,且限定內(nèi)凹弧形面的半徑與第二鋼珠的半徑相同,是為了使第二鋼珠的球形面與內(nèi)凹弧形面能夠很好的吻合,從而能夠使第二鋼珠穩(wěn)定且可靠的封住第二毛細(xì)微通道的出口。

所述的壓電基片的工作表面上與每個所述的叉指換能器對應(yīng)的設(shè)置有反射柵,每個所述的反射柵用于減少加載于對應(yīng)的所述的叉指換能器上的RF電信號的功率。

該微閥還包括PCB板和用于產(chǎn)生RF電信號的信號發(fā)生裝置,所述的壓電基片安裝于所述的PCB板上,所述的PCB板上與每個所述的叉指換能器對應(yīng)的設(shè)置有引線腳,每個所述的叉指換能器對應(yīng)的所述的引線腳與該所述的叉指換能器的匯流條連接,所述的信號發(fā)生裝置由用于產(chǎn)生RF電信號的信號發(fā)生器及功率放大器組成,所述的信號發(fā)生器的輸出端與所述的功率放大器的輸入端連接,所述的功率放大器的輸出端連接有切換開關(guān),所述的切換開關(guān)選擇與用于使所述的第一鋼珠堵住所述的第一毛細(xì)微通道的入口的所述的叉指換能器所對應(yīng)的引線腳和用于使所述的第二鋼珠堵住所述的第二毛細(xì)微通道的出口的所述的叉指換能器所對應(yīng)的引線腳連接,或與用于使所述的第一鋼珠脫離所述的第一毛細(xì)微通道的入口的所述的叉指換能器所對應(yīng)的引線腳和用于使所述的第二鋼珠脫離所述的第二毛細(xì)微通道的出口的所述的叉指換能器所對應(yīng)的引線腳連接。

所述的第一鋼珠和所述的第二鋼珠的直徑均為0.8毫米;所述的第一主微通道和所述的第二主微通道呈矩形,且高度和寬度均為1.0~1.2毫米;所述的第一分支微通道和所述的第二分支微通道呈矩形,且高度或/和寬度均為0.6~0.7毫米;所述的第一毛細(xì)微通道和所述的第二毛細(xì)微通道的直徑均為0.1~0.2毫米。

一種上述的聲表面波控制開啟和關(guān)閉的微閥的控制方法,其特征在于包括以下步驟:

在叉指換能器未激發(fā)聲表面波的情況下,微閥處于開啟狀態(tài),數(shù)字微流體能在外部進(jìn)樣器的作用下依次通過第一分支微通道、第一主微通道、輔助微通道、第二主微通道、第二分支微通道實現(xiàn)輸運;

微閥從開啟狀態(tài)到關(guān)閉狀態(tài)的控制過程為:使切換開關(guān)與用于使第一鋼珠堵住第一毛細(xì)微通道的入口的叉指換能器所對應(yīng)的引線腳和用于使第二鋼珠堵住第二毛細(xì)微通道的出口的叉指換能器所對應(yīng)的引線腳連接;用于使第一鋼珠堵住第一毛細(xì)微通道的入口的叉指換能器激發(fā)的聲表面波作用于第一鋼珠,使第一鋼珠向第一毛細(xì)微通道的入口方向運動,用于使第二鋼珠堵住第二毛細(xì)微通道的出口的叉指換能器激發(fā)的聲表面波作用于第二鋼珠,使第二鋼珠向第二毛細(xì)微通道的出口方向運動;當(dāng)?shù)谝讳撝槎伦〉谝幻?xì)微通道的入口且第二鋼珠堵住第二毛細(xì)微通道的出口時實現(xiàn)微閥的關(guān)閉,此時數(shù)字微流體不能通過第一分支微通道、第一主微通道、輔助微通道、第二主微通道、第二分支微通道實現(xiàn)輸運;

微閥從關(guān)閉狀態(tài)到開啟狀態(tài)的控制過程為:使切換開關(guān)與用于使第一鋼珠脫離第一毛細(xì)微通道的入口的叉指換能器所對應(yīng)的引線腳和用于使第二鋼珠脫離第二毛細(xì)微通道的出口的叉指換能器所對應(yīng)的引線腳連接;用于使第一鋼珠脫離第一毛細(xì)微通道的入口的叉指換能器激發(fā)的聲表面波作用于第一鋼珠,使第一鋼珠脫離第一毛細(xì)微通道的入口并向相反方向運動,用于使第二鋼珠脫離第二毛細(xì)微通道的出口的叉指換能器激發(fā)的聲表面波作用于第二鋼珠,使第二鋼珠脫離第二毛細(xì)微通道的出口并向相反方向運動;此時數(shù)字微流體又能通過第一分支微通道、第一主微通道、輔助微通道、第二主微通道、第二分支微通道實現(xiàn)輸運。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點在于:

1)該微閥利用一個叉指換能器激發(fā)的聲表面波作用于第一鋼珠,且利用另一個叉指換能器激發(fā)的聲表面波作用于第二鋼珠,第一鋼珠堵住第一毛細(xì)微通道的入口且第二鋼珠堵住第二毛細(xì)微通道的出口時阻斷輸運通道,此時微閥關(guān)閉,而當(dāng)?shù)谝讳撝槊撾x第一毛細(xì)微通道的入口且第二鋼珠脫離第二毛細(xì)微通道的出口時輸運通道暢通,此時微閥開啟;該微閥利用聲表面波使第一鋼珠和第二鋼珠運動來實現(xiàn)微閥的開啟與關(guān)閉,無需較大的外部電流來產(chǎn)生足夠的磁場以驅(qū)動第一鋼珠和第二鋼珠,且體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易于集成,適用于便攜式微流分析和現(xiàn)場微流分析場合,且可應(yīng)用于壓電微流芯片上進(jìn)行微流控制操作。

2)該微閥的控制方法的過程簡單,即只需通過使對應(yīng)的叉指換能器激發(fā)聲表面波,就可實現(xiàn)微閥的關(guān)閉和開啟。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的聲表面波控制開啟和關(guān)閉的微閥的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實施例一:

本實施例提出的一種聲表面波控制開啟和關(guān)閉的微閥,如圖1所示,其包括壓電基片1和PDMS凝固體2,壓電基片1的上表面為工作表面,壓電基片1的工作表面的對稱兩側(cè)上對應(yīng)的各設(shè)置有兩個用于激發(fā)聲表面波的叉指換能器11,共有四個叉指換能器11,壓電基片1的工作表面上與每個叉指換能器11對應(yīng)的設(shè)置有反射柵12,每個反射柵12用于減少加載于對應(yīng)的叉指換能器11上的RF電信號的功率,PDMS凝固體2安裝于壓電基片1的工作表面的中央?yún)^(qū)域上,PDMS凝固體2內(nèi)設(shè)置有依次連通的呈矩形的第一分支微通道21、呈矩形的第一主微通道22、輔助微通道23、呈矩形的第二主微通道24、呈矩形的第二分支微通道25,第一主微通道22和第二主微通道24平行布置,第一分支微通道21上開設(shè)有微流體入口(圖中未示出),第一主微通道22位于其中兩個對稱的叉指換能器11激發(fā)的聲表面波的傳播路徑上,第一主微通道22內(nèi)設(shè)置有中斷第一主微通道22的第一PDMS聚合體26和位于第一PDMS聚合體26的上游的第一鋼珠27,第一PDMS聚合體26內(nèi)設(shè)置有連通其上游和下游且直徑遠(yuǎn)小于第一鋼珠27的直徑的圓管狀的第一毛細(xì)微通道261,第一鋼珠27的直徑小于第一主微通道22的高度和寬度以便于第一鋼珠27在第一主微通道22內(nèi)運動且大于第一分支微通道21的高度或/和寬度以避免第一鋼珠27運動到第一分支微通道21內(nèi),第一鋼珠27在對應(yīng)的叉指換能器11激發(fā)的聲表面波的作用下運動,第二主微通道24位于另外兩個對稱的叉指換能器11激發(fā)的聲表面波的傳播路徑上,第二主微通道24內(nèi)設(shè)置有中斷第二主微通道24的第二PDMS聚合體28和位于第二PDMS聚合體28的下游的第二鋼珠29,第二PDMS聚合體28內(nèi)設(shè)置有連通其上游和下游且直徑遠(yuǎn)小于第二鋼珠29的直徑的圓管狀的第二毛細(xì)微通道281,第二鋼珠29的直徑小于第二主微通道24的高度和寬度以便于第二鋼珠29在第二主微通道24內(nèi)運動且大于第二分支微通道25的高度或/和寬度以避免第二鋼珠29運動到第二分支微通道25內(nèi),第二鋼珠29在對應(yīng)的叉指換能器11激發(fā)的聲表面波的作用下運動,第二分支微通道25上開設(shè)有微流體出口(圖中未示出);與第一鋼珠27同一側(cè)的叉指換能器11激發(fā)的聲表面波作用于第一鋼珠27時,第一鋼珠27向第一毛細(xì)微通道261的入口方向運動,與第二鋼珠29同一側(cè)的叉指換能器11激發(fā)的聲表面波作用于第二鋼珠29時,第二鋼珠29向第二毛細(xì)微通道281的出口方向運動,當(dāng)?shù)谝讳撝?7堵住第一毛細(xì)微通道261的入口且第二鋼珠29堵住第二毛細(xì)微通道281的出口時實現(xiàn)該微閥的關(guān)閉;與第一鋼珠27相反一側(cè)的叉指換能器11激發(fā)的聲表面波作用于第一鋼珠27時,第一鋼珠27脫離第一毛細(xì)微通道261的入口,與第二鋼珠29相反一側(cè)的叉指換能器11激發(fā)的聲表面波作用于第二鋼珠29時,第二鋼珠29脫離第二毛細(xì)微通道281的出口,實現(xiàn)該微閥的開啟。

在本實施例中,第一毛細(xì)微通道261的入口的中心高度與第一鋼珠27的半徑相同,第二毛細(xì)微通道281的出口的中心高度與第二鋼珠29的半徑相同;第一PDMS聚合體26朝向其上游的端面為內(nèi)凹弧形面,第一PDMS聚合體26的內(nèi)凹弧形面的半徑與第一鋼珠27的半徑相同,第二PDMS聚合體28朝向其下游的端面為內(nèi)凹弧形面,第二PDMS聚合體28的內(nèi)凹弧形面的半徑與第二鋼珠29的半徑相同。在此,將第一毛細(xì)微通道261的入口的中心高度限制為與第一鋼珠27的半徑相同,是為了確保第一鋼珠27運動至第一毛細(xì)微通道261的入口時能夠剛好堵住第一毛細(xì)微通道261的入口;將第二毛細(xì)微通道281的出口的中心高度限制為與第二鋼珠29的半徑相同,是為了確保第二鋼珠29運動至第二毛細(xì)微通道281的出口時能夠剛好堵住第二毛細(xì)微通道281的出口;將第一PDMS聚合體26朝向其上游的端面設(shè)計為內(nèi)凹弧形面,且限定內(nèi)凹弧形面的半徑與第一鋼珠27的半徑相同,是為了使第一鋼珠27的球形面與內(nèi)凹弧形面能夠很好的吻合,從而能夠使第一鋼珠27穩(wěn)定且可靠的封住第一毛細(xì)微通道261的入口;將第二PDMS聚合體28朝向其下游的端面設(shè)計為內(nèi)凹弧形面,且限定內(nèi)凹弧形面的半徑與第二鋼珠29的半徑相同,是為了使第二鋼珠29的球形面與內(nèi)凹弧形面能夠很好的吻合,從而能夠使第二鋼珠29穩(wěn)定且可靠的封住第二毛細(xì)微通道281的出口。

在本實施例中,該微閥還包括PCB板3和用于產(chǎn)生RF電信號的信號發(fā)生裝置4,壓電基片1安裝于PCB板3上,PCB板3上與每個叉指換能器11對應(yīng)的設(shè)置有引線腳31,每個叉指換能器11對應(yīng)的引線腳31與該叉指換能器11的匯流條111連接,信號發(fā)生裝置4由用于產(chǎn)生RF電信號的信號發(fā)生器41及功率放大器42組成,信號發(fā)生器41的輸出端與功率放大器42的輸入端連接,功率放大器42的輸出端連接有切換開關(guān)43,切換開關(guān)43選擇與第一主微通道22對應(yīng)的兩個對稱的叉指換能器11中的用于使第一鋼珠27堵住第一毛細(xì)微通道261的入口的叉指換能器11所對應(yīng)的引線腳31和第二主微通道24對應(yīng)的兩個對稱的叉指換能器11中的用于使第二鋼珠29堵住第二毛細(xì)微通道281的出口的叉指換能器11所對應(yīng)的引線腳31連接,或與第一主微通道22對應(yīng)的兩個對稱的叉指換能器11中的用于使第一鋼珠27脫離第一毛細(xì)微通道261的入口的叉指換能器11所對應(yīng)的引線腳31和第二主微通道24對應(yīng)的兩個對稱的叉指換能器11中的用于使第二鋼珠29脫離第二毛細(xì)微通道281的出口的叉指換能器11所對應(yīng)的引線腳31連接。

在本實施例中,第一鋼珠27和第二鋼珠29的直徑均設(shè)計為0.8毫米;第一主微通道22和第二主微通道24的高度和寬度均設(shè)計為1.0~1.2毫米,如均設(shè)計為1.1毫米;第一分支微通道21和第二分支微通道25的高度或/和寬度均設(shè)計為0.6~0.7毫米,如均設(shè)計為0.6毫米;第一毛細(xì)微通道261和第二毛細(xì)微通道281的直徑均設(shè)計為0.1~0.2毫米,如均設(shè)計為0.15毫米。在實際設(shè)計過程中,第一主微通道22和第二主微通道24及第一分支微通道21和第二分支微通道25均可設(shè)計為圓管狀,或其它形狀。

在此,PCB板3采用現(xiàn)有技術(shù),PCB板3也可由其它現(xiàn)有的可以固定導(dǎo)線的基板替代;壓電基片1可采用機(jī)電耦合系數(shù)稍大的壓電基片,基本可取機(jī)電耦合系數(shù)大于5.5%的壓電基片,如128°-YX LiNbO3壓電基片;叉指換能器11和反射柵12均采用現(xiàn)有技術(shù),叉指換能器11上加載的RF電信號的功率為31~33dBm;信號發(fā)生器41和功率放大器42均采用現(xiàn)有技術(shù);PDMS凝固體2及第一PDMS聚合體26和第二PDMS聚合體28均采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制作而成,第一分支微通道21上的微流體入口上可通過連接軟管與進(jìn)樣器連通,第二分支微通道25上的微流體出口上可通過連接軟管與廢液池連通。

實施例二:

本實施例提出了實施例一的聲表面波控制開啟和關(guān)閉的微閥的控制方法,其包括以下步驟:

在叉指換能器11未激發(fā)聲表面波的情況下,微閥處于開啟狀態(tài),數(shù)字微流體能在外部進(jìn)樣器的作用下依次通過第一分支微通道21、第一主微通道22、輔助微通道23、第二主微通道24、第二分支微通道25實現(xiàn)輸運;

微閥從開啟狀態(tài)到關(guān)閉狀態(tài)的控制過程為:使切換開關(guān)43與用于使第一鋼珠27堵住第一毛細(xì)微通道261的入口的叉指換能器11所對應(yīng)的引線腳31和用于使第二鋼珠29堵住第二毛細(xì)微通道281的出口的叉指換能器11所對應(yīng)的引線腳31連接;用于使第一鋼珠27堵住第一毛細(xì)微通道261的入口的叉指換能器11激發(fā)的聲表面波作用于第一鋼珠27,使第一鋼珠27向第一毛細(xì)微通道261的入口方向運動,用于使第二鋼珠29堵住第二毛細(xì)微通道281的出口的叉指換能器11激發(fā)的聲表面波作用于第二鋼珠29,使第二鋼珠29向第二毛細(xì)微通道281的出口方向運動;當(dāng)?shù)谝讳撝?7堵住第一毛細(xì)微通道261的入口以阻斷第一主微通道22且第二鋼珠29堵住第二毛細(xì)微通道281的出口以阻斷第二主微通道24時實現(xiàn)微閥的關(guān)閉,此時數(shù)字微流體不能通過第一分支微通道21、第一主微通道22、輔助微通道23、第二主微通道24、第二分支微通道25實現(xiàn)輸運,且在繼續(xù)泵入的數(shù)字微流體的壓力作用下,進(jìn)一步使第一鋼珠27緊壓第一毛細(xì)微通道261的入口,微閥關(guān)閉可靠;

微閥從關(guān)閉狀態(tài)到開啟狀態(tài)的控制過程為:使切換開關(guān)43與用于使第一鋼珠27脫離第一毛細(xì)微通道261的入口的叉指換能器11所對應(yīng)的引線腳31和用于使第二鋼珠29脫離第二毛細(xì)微通道281的出口的叉指換能器11所對應(yīng)的引線腳31連接;用于使第一鋼珠27脫離第一毛細(xì)微通道261的入口的叉指換能器11激發(fā)的聲表面波作用于第一鋼珠27,使第一鋼珠27脫離第一毛細(xì)微通道261的入口并向相反方向運動,第一主微通道22恢復(fù)通暢,用于使第二鋼珠29脫離第二毛細(xì)微通道281的出口的叉指換能器11激發(fā)的聲表面波作用于第二鋼珠29,使第二鋼珠29脫離第二毛細(xì)微通道281的出口并向相反方向運動,第二主微通道24恢復(fù)通暢;此時數(shù)字微流體又能通過第一分支微通道21、第一主微通道22、輔助微通道23、第二主微通道24、第二分支微通道25實現(xiàn)輸運。

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