基于胶膜转印的气动微阀及微流控芯片

微阀是微流控芯片的重要部件,然而现有的微阀存在加工复杂、不利于批量生产等缺点,限制了微流控芯片的应用范围。研发了基于胶膜转印的胶粘键合方法,采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流道和聚二甲硅氧烷(PDMS)柔性薄膜制备了带有气动微阀的微流控芯片。通过调节转印参数,在PDMS薄膜上可控地制备了厚度约为1μm胶膜,随后利用微米级的胶膜实现了PDMS薄膜与PMMA微流道层的胶粘键合,既避免了微流道的堵塞,又保证了微流道结构的精确性。设计并制备了由上层气体流道、中间柔性薄膜和下层液体流道构成的气动微阀,由上层气体流道内输入气压驱动PDMS薄膜向下层的液体流道变形以实现流体控制功能。构建了静力学模型分析微阀的关闭特性,根据薄膜变形的仿真结果优化微阀结构,确保微阀的有效截止。经测试,微阀具有优异的开关特性,关闭的响应时间为550ms,开启的响应时间为200ms。表征了不同气体和液体压强下的体积流量变化规律,验证了气动微阀可以实现对流体体积流量的精准调控。通过研发胶膜转印工艺实现了PMMA和PDMS的高效无损键合,开发了适合大规模制造的气动微阀,为微流控芯片进一步的实际应用开辟了新的途径。

高聚物微流控芯片上集成化气动微阀的研制

报道了一种新型的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合芯片。该芯片采用PMMA-PDMS…PDMS-PMMA的四层构型,以在芯片上集成气动微阀。具有液路和控制通道网路的PMMA基片与PDMS弹性膜间采用不可逆封接,分别形成液路半芯片和控制半芯片,而2个半芯片则依靠PDMS膜间的粘性实现可逆封接,组成带有微阀的全芯片。这种制备方法解决了制备PMMA-PDMS-PMMA三层结构芯片的封接难题,封接过程简单可靠。其控制部分和液路部分可以单独更换,可进一步降低使用成本,尤其适合一次性应用场合。初步实验表明:该微阀具有良好的开关性能和耐用性。

喷嘴挡板式压电气动微阀阀口密封宽度对流场特性影响的分析

为了探究喷嘴挡板式压电气动微阀阀口密封宽度对阀口流动特性的影响,应用CFD技术,采用SST k-ω湍流模型,对不同密封宽度下阀口的流动特性进行了数值模拟计算。结果发现,阀口端面密封宽度对压电气动微阀阀口的流动特性有显著的影响,选取合理的阀口端面密封宽度,可降低阀口的压力损失,提升气动微阀阀口的过流能力;同时发现微阀流量-压力系数不受阀口端面密封宽度的影响。该研究为阀口设计提供了重要参考。

玻璃-PDMS复合芯片微流控气动微阀的研制

报道了一种基于玻璃-PDMS复合芯片微流控气动微阀的制作方法,该方法较Unger等[1]的方法更为简单易行,并克服了PDMS芯片气动微阀刚性不足和与外流路连接困难的缺点,提高了微阀的可靠性.……

四位双通电热气动微阀的工作特性分析

本研究提出的四位双通电热气动微阀是在传统气动微阀的基础上,对阀通道结构和控制方法进行创新设计,采用封闭气腔内设置电热片的方式,通过控制电热片的通电与否和电流强度,实现了4个工作位双向导通的控制作用,并根据需要调整压力的阈值;运用COMSOL软件对电热气动微阀的传热过程、流场特性和阀膜片的受力情况进行数值分析,通过对气腔内部的电流-压力特性、膜片的应力应变特征、流体通道内的速度和压力分布的分析,从而对电热气动微阀的各方面进行分析。研究发现:四位双通电热气动微阀内部膜片的应力主要集中在膜片与气室接触位置和阻流障碍位置;流体通道内的速度和压力变化主要集中在阻流障碍与膜片之间的通道内;当电热器通相应的电流强度时,温度在1 s内可以达到85℃左右。

薄膜式气动微阀的流动特性研究

通过分析薄膜式气动微阀的内部流动特性,研究控制通道的驱动方式以及阀膜片结构对微阀耐压性和有效性的影响.建立不同微流道内控制方程和阀膜片的受力方程;计算压力驱动和速度驱动下微阀内部的流场特性,分析平展膜和波形膜的变形规律.搭建实验测试系统,测试不同入口速度下微阀的关闭性能.研究表明:压力驱动较速度驱动具有更好的控制性能,但容易造成阀膜片变形失效.波形膜较平展膜具有更好耐压性,并且可以增强控制的灵敏度和有效性.