一種平面結(jié)構(gòu)的單向閥的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微流控領(lǐng)域，特別是涉及微流控中的單向閥，其改進(jìn)之處是在避免彈性體側(cè)壁與芯片的接觸，使閾值更加穩(wěn)定，并且采用了與傳統(tǒng)微機(jī)電工藝兼容的工藝，簡化了裝配于制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]單向閥(check valve或one-way valve)是流體只能沿進(jìn)水口流動(dòng)，出水口介質(zhì)卻無法回流的一種閥，是微流控領(lǐng)域內(nèi)的一類重要的閥。2006年京都大學(xué)的J.Loverich等設(shè)計(jì)了一種基于PDMS的單向閥，該閥結(jié)構(gòu)簡單，制備方便，只需一次復(fù)型。但是該單向閥在存在很大的泄漏問題，并不能實(shí)現(xiàn)真正的單向，只是將流速降低而已。2011年加州大學(xué)伯克利分校的K.1wai等將這種單向閥運(yùn)用于FINGER-POWERED微流控中。2007年威斯康辛大學(xué)Dongshin Kim等提出了一種利用水凝膠制備的單向閥。該法將制備方法平面化，簡化了裝配工藝，但其彈性體的上下表面與芯片接觸，會(huì)造成閾值的穩(wěn)定性較差。2011年南加州大學(xué)的Ronalee Lo等設(shè)計(jì)了一種模塊化的單向閥，這種閥結(jié)構(gòu)比較可靠，但是只適用于安裝在管道內(nèi)，并且在壓力達(dá)到一定值時(shí)流速不升反降，不能通過太高的流量，裝配工藝復(fù)雜、成本高。同年，英屬哥倫比亞大學(xué)的K.0u等設(shè)計(jì)了一種基于珠子的單向閥。2012年，加州大學(xué)伯克利分校的Ryan D.Sochol等對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，通過設(shè)計(jì)兩列相交的柵柱，約束住珠子的運(yùn)動(dòng)，使得原來使用很多珠子的情況變成只需要使用一個(gè)珠子。這種用珠子制作的單向閥結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但是響應(yīng)速度慢，且反向封閉性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了提高傳統(tǒng)微流控單向閥中的反向封閉性、閾值穩(wěn)定性及簡化裝配工藝，本發(fā)明提出了一種平面結(jié)構(gòu)的單向閥。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種平面結(jié)構(gòu)的單向閥，包括基板、流道層、蓋板和彈性體，基板和蓋板均為平板，流道層的下表面開有兩條不連通的溝道，分別為入口流道和出口流道，入口流道和出口流道的端部有圓形的通孔，分別為入口和出口，流道層上表面設(shè)有緩沖腔，所述緩沖腔的底面為平面，且與流道層上表面平行，入口和出口均通過緩沖腔的下表面，入口的上方設(shè)有彈性體，彈性體在流道層和蓋板之間被壓縮，封閉入口。
[0005]所述的彈性體的上表面與蓋板的下表面粘結(jié)，所述彈性體為柱狀，彈性體的下表面與緩沖腔的底面接觸。
[0006]所述的彈性體裝配完成后，具有一定壓縮量，起到封閉入口的作用。從入口流道流入，經(jīng)過入口，當(dāng)液體所受驅(qū)動(dòng)壓力足夠大時(shí)，液體可以頂開彈性體，實(shí)現(xiàn)閥的正向流通。而當(dāng)液體反向流動(dòng)時(shí)，液體從出口流道流入，流經(jīng)出口，但無法頂開彈性體，所以反向無法流通，如此便起到了單向閥的作用。
[0007]所述的基板、流道層及蓋板均為聚甲基丙烯酸甲酯制作的平板。
[0008]所述的彈性體為圓柱形，材料為水凝膠。
[0009]所述的彈性體是通過光刻工藝制備在蓋板表面的。
[0010]本發(fā)明的有益效果:彈性體與緩沖腔底面為平面接觸，所以封閉性好。彈性體的側(cè)壁與芯片無接觸，不存在額外的摩擦力，所以單向閥的閾值只與預(yù)壓縮量有關(guān)，閾值更加穩(wěn)定。由于該單向閥的結(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)，裝配工藝簡單。并且該單向閥不僅可以達(dá)到單向限流的作用，還在液體正向流動(dòng)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)突破閥的功能，即當(dāng)液體壓力達(dá)到額定值時(shí)閥才能打開。
[0011]【附圖說明】:
圖1是單向閥整體結(jié)構(gòu)圖；
圖2是流道層下表面結(jié)構(gòu)圖；
圖3是流道層上表面結(jié)構(gòu)圖；
其中I基板、2入口流道、3流道層、4蓋板、5彈性體、6出口流道、7入口、8出口、9緩沖腔。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0013]如圖1、2、3所示，本實(shí)施例所述的一種平面結(jié)構(gòu)的單向閥，包括基板1、流道層3、蓋板4和彈性體5。所述基板I和蓋板4為聚甲基丙烯酸甲酯制作的平板。所述流道層3的材料為聚甲基丙烯酸甲酯，其下表面設(shè)有兩條不連通的矩形溝道，分別為入口流道2和出口流道6。所述入口流道2和出口流道6的端部有圓形的通孔，分別為入口 7和出口 8。所述流道層3的上表面設(shè)有緩沖腔9，所述緩沖腔9為一矩形凹槽，并且入口 7和出口 8均通過緩沖腔9的底面。所述緩沖腔9的底面為一平面，且與流道層3上表面平行。所述彈性體5為圓柱形，材料為水凝膠，其上表面與蓋板4的下表面粘結(jié)在一起。所述彈性體5是通過光刻工藝制備在蓋板4表面的，未接觸水之前，彈性體5的厚度小于蓋板4下表面到緩沖腔9底面之間的高度，接觸水后，彈性體5膨脹，頂住緩沖腔9的底面，并產(chǎn)生一定的壓縮量。液體正向流動(dòng)時(shí)，從入口流道2流入，經(jīng)過入口 7，當(dāng)液體所受驅(qū)動(dòng)壓力足夠大時(shí)，液體可以頂開彈性體5，實(shí)現(xiàn)閥的正向流通。而當(dāng)液體反向流動(dòng)時(shí)，液體從出口流入，流經(jīng)出口，但無法頂開彈性體5，所以反向無法流通，如此便起到了單向閥的作用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種平面結(jié)構(gòu)的單向閥，其特征在于:包括基板(1)、流道層(3)、蓋板(4)和彈性體(5)，基板⑴和蓋板(4)均為平板，流道層(3)的下表面開有兩條不連通的溝道，分別為入口流道⑵和出口流道(6)，入口流道⑵和出口流道(6)的端部有圓形的通孔，分別為入口(7)和出口(8)，流道層(3)上表面設(shè)有緩沖腔(9)，所述緩沖腔的底面為平面，且與流道層上表面平行，入口(7)和出口(8)均通過緩沖腔(9)的下表面，入口(7)的上方設(shè)有彈性體(5)，彈性體(5)在流道層(3)和蓋板⑷之間被壓縮，封閉入口(7)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面結(jié)構(gòu)的單向閥，其特征在于:所述的彈性體(5)的上表面與蓋板(4)的下表面粘結(jié)，所述彈性體(5)為柱狀，彈性體(5)的下表面與緩沖腔(9)的底面接觸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面結(jié)構(gòu)的單向閥，其特征在于:所述的彈性體(5)裝配完成后，具有一定壓縮量，起到封閉入口的作用。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面結(jié)構(gòu)的單向閥，其特征在于:所述的基板(I)、流道層(3)及蓋板(4)均為聚甲基丙烯酸甲酯制作的平板。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面結(jié)構(gòu)的單向閥，其特征在于:所述的彈性體(5)為圓柱形，材料為水凝膠。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面結(jié)構(gòu)的單向閥，其特征在于:所述的彈性體(5)是通過光刻工藝制備在蓋板(4)表面的。
【專利摘要】一種平面結(jié)構(gòu)的單向閥，包括基板、流道層、蓋板和彈性體，基板和蓋板均為平板，流道層的下表面開有兩條不連通的溝道，分別為入口流道和出口流道，入口流道和出口流道的端部有圓形的通孔，分別為入口和出口，流道層上表面設(shè)有緩沖腔，所述緩沖腔的底面為平面，且與流道層上表面平行，入口和出口均通過緩沖腔的下表面，入口的上方設(shè)有彈性體，彈性體在流道層和蓋板之間被壓縮，封閉入口。本發(fā)明的有益效果：封閉性好，彈性體的側(cè)閾值更加穩(wěn)定。由于該單向閥的結(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)，裝配工藝簡單。并且該單向閥不僅可以達(dá)到單向限流的作用，還在液體正向流動(dòng)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)突破閥的功能，即當(dāng)液體壓力達(dá)到額定值時(shí)閥才能打開。
【IPC分類】F16K99/00, B81B3/00
【公開號(hào)】CN104896190
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510231300
【發(fā)明人】蔡晉, 宣旭, 王朔, 王征, 曹小寶
【申請(qǐng)人】沈陽航空航天大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月8日