[发明专利]一种基于PDMS材料的气动梭阀及控制方法

说明书

一种基于PDMS材料的气动梭阀及控制方法，属于微流控技术领域，本发明为解决了现有气动逻辑元件在微流控技术上不适用的问题。本发明包括阀体、PDMS薄膜和基底，PDMS薄膜夹持在阀体和基底之间；阀体内设置气体流道，基底内设置控制腔，气体流道与控制腔之间通过PDMS薄膜的通孔连通；通过控制PDMS薄膜的变形实现气动梭阀阀口的开闭。单向气动梭阀的控制方法为：当某一个气体流道进气口有气压输入或两个气体流道进气口同时有气体输入时，气体流道出气口输出气体，气动梭阀实现气动回路中逻辑或门的功能。

技术领域

本发明涉及一种可用于微流控芯片的微型气动逻辑元件，属于微流控技术领域。

背景技术

基于PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基氧烷)的气动微流控芯片已广泛的应用在生物、化学分析、软体机器人等行业，目前主要是以节流元件的形式存在，目前直接使用PDMS材料加工的气动微阀，可以与其他气压微流控阀组成气动回路，从而减小气压传动系统及控制系统的体积，降低系统成本，并使得批量生产更加容易实现。

随着微加工技术、材料学、光学仪器等科学技术的发展，微型阀作为微量流体控制元件在化学、生物、基因测序、单细胞分析以及机器人等领域发挥了重要作用。其中，气动逻辑元件作为气动回路中重要的组成元件，微型气动梭阀拓展微流控芯片的应用范围。

在众多的微阀中，当前最重要的一种微阀是基于多层软光刻工艺制备的PDMS弹性微阀。Mosadegh及其合作者发明了一种基于PDMS材料的单向阀，这种基于PDMS材料的单向阀，是将在分别刻有微流体通道和微流体控制腔的两块玻璃之间夹一层的PDMS薄膜来实现的。这种微阀仅实现了单向阀的功能，只允许微流体单向流动，而目前少有能够作为气动逻辑元件使用的基于PDMS材料的弹性微阀出现，设计一种气动梭阀的结构可以使微流控技术得到更加广泛的应用。

发明内容

本发明目的是为了解决了现有气动逻辑元件在微流控技术上不适用的问题，提供了一种基于PDMS材料的气动梭阀及控制方法。

本发明所述一种基于PDMS材料的气动梭阀，包括阀体1、PDMS薄膜2和基底3，PDMS薄膜2夹持在阀体1和基底3之间；阀体1内设置气体流道，基底3内设置控制腔，气体流道与控制腔之间通过PDMS薄膜2的通孔2-1连通；通过控制PDMS薄膜的变形实现气动梭阀阀口的开闭。

优选地，阀体1的下表面开设有气体流道1-2、两个气体流道进气口1-1和气体流道出气口1-3；沿x向开设的气体流道1-2两端各设置一个x轴走向的气体流道进气口1-1，气体流道1-2与两个气体流道进气口1-1之间通过凸块1-4隔开，气体流道1-2中部与y轴走向的气体流道出气口1-3连通。

优选地，凸块1-4的下表面与阀体1的下表面平齐。

优选地，基底3的上表面开设有两个控制腔3-1，两个x轴走向的控制腔3-1对称设置，每个控制腔3-1与上方的一个气体流道进气口1-1及气体流道1-2的一部分的位置上下对应。

优选地，两个控制腔3-1相邻边为内侧边，所述控制腔3-1的内侧边不跨越气体流道出气口1-3所占x轴位置的边界。

优选地，PDMS薄膜2上对称开设两个贯穿的通孔2-1，每个通孔2-1同时与上方的气体流道1-2和下方的一个控制腔3-1连通，通孔2-1在x轴上位置界于与其连通的控制腔3-1内侧边和同侧的凸块1-4之间。

优选地，PDMS薄膜2的通孔2-1为圆形孔。

优选地，控制腔3-1为向上开口的凹槽，气体流道1-2、两个气体流道进气口1-1和气体流道出气口1-3均为向下开口的凹槽，所述凹槽的底角为直拐角或弧形拐角。

优选地，控制腔3-1的y向宽度、气体流道1-2的y向宽度和气体流道进气口1-1的y向宽度相等；PDMS薄膜2的通孔2-1直径与控制腔3-1的y向宽度相等。