一種相變閥裝置及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微流控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種相變閥裝置及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微閥是微流控技術(shù)領(lǐng)域中用于微流體流動開關(guān)或流量調(diào)節(jié)的控制裝置，是組成微流控元器件的核心單元。相變閥是一種利用相變介質(zhì)固液相變或相變體積變化來開關(guān)或調(diào)節(jié)微流動的微閥，現(xiàn)已廣泛應用于微流控技術(shù)領(lǐng)域。根據(jù)相變材料是否與樣本試劑微流體接觸，可將相變閥分為接觸式相變閥和非接觸式相變閥兩類。
[0003]在非接觸式相變閥中，相變材料與樣本試劑溶液之間通常設(shè)置一層可變形柔性薄膜，用以避免相變材料對樣本試劑溶液的污染。當需要關(guān)閉閥門時，對閥區(qū)固體相變材料進行加熱升溫，使其融化同時體積膨脹擠壓薄膜堵住微流道切斷樣本試劑微流動；而在需要開啟閥門時，對閥區(qū)熔融相變材料進行冷卻降溫，使其固化同時體積減小。由于密度較小(0.8?0.9g/cm3)，石蠟等相變材料在固化體積減小過程中無法靠自身重力恢復移動至原位置，樣本試劑微流道僅能在樣本試劑微流動作用下擠壓薄膜使固化石蠟緩慢恢復至原位置后，恢復完全暢通，因此閥門開啟時間會比較長。
[0004]在石蠟相變閥中，對石蠟相變過程溫度的精確控制是至關(guān)重要的。為實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、集成性好且能耗低的加熱，石蠟相變閥多采用導電介質(zhì)作為微加熱器材料，形成易于控制且集成于閥內(nèi)的電阻式微加熱器。金屬具有較好的導電、導熱性能，在微加熱器方面有廣泛的應用。目前以固態(tài)金屬鉑Pt或金Au應用最為普遍，固態(tài)金屬鉑或金通過沉積、濺射等方法以固態(tài)薄膜的形式集成在芯片基底材料上形成微加熱器。由于固態(tài)金屬鉑或金的電阻隨溫度的變化而變化，固態(tài)金屬鉑或金薄膜微加熱器還可作為熱電阻微溫度傳感器用于相變溫度的測量。但是這種固態(tài)金屬薄膜制作工藝非常復雜，制作設(shè)備也非常昂貴，操作時間也比較長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種相變閥裝置及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中相變閥裝置結(jié)構(gòu)不夠緊湊，制備工藝復雜的問題。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種相變閥裝置，包括流道層、相變層和可變形的柔性薄膜;所述流道層上開設(shè)有微流道，所述相變層上靠近所述流道層的一側(cè)開設(shè)有相變微腔道;所述柔性薄膜位于所述流道層和相變層之間，用于隔開所述相變微腔道和微流道;所述相變微腔道內(nèi)填充有金屬相變材料，所述金屬相變材料膨脹時擠壓所述柔性薄膜阻斷所述微流道內(nèi)液體的流通。
[0009]其中，所述金屬相變材料為鎵或鎵銦合金。
[0010]其中，所述微流道和相變微腔道均采用刻蝕工藝制成。
[0011]其中，所述柔性薄膜采用旋涂工藝制成。
[0012]其中，所述微流道的橫截面為半圓弧狀。
[0013]其中，所述相變微腔道與所述微流道相垂直。
[OOM] 其中，所述流道層和相變層的材料均為聚二甲基娃氧燒(Polydimethylsiloxane，簡稱PDMS)、聚甲基丙稀酸甲酯(PolymethylMethacrylateJI^lPMMA)、石英或娃。
[0015]其中，所述柔性薄膜的材料為PDMS，且所述柔性薄膜的厚度為5?ΙΟΟμπι。
[0016]其中，還包括半導體制冷片，所述半導體制冷片緊貼于所述相變層遠離所述流道層的一側(cè)。
[0017]本發(fā)明還提供了一種上述的相變閥裝置的制備方法，包括以下步驟:
[0018]SI，將熔融的金屬相變材料填充在所述相變層的相變微腔道內(nèi)；
[0019]S2，將步驟SI中的金屬相變材料冷卻固化，并去除多余的金屬相變材料；
[0020]S3，將所述流道層、所述柔性薄膜和填充有金屬相變材料的相變層依次疊放并對三層材料進行鍵合。
[0021](三)有益效果
[0022]本發(fā)明的上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:本發(fā)明實施例提供的相變閥裝置采用金屬相變材料，金屬相變材料一方面由于其相變體積變化實現(xiàn)開啟或關(guān)閉微閥的功能，另一方面由于其導電導熱性能同時可以作為微加熱器，對其本身進行加熱。與現(xiàn)有技術(shù)中的石蠟最為相變材料，且需要另外設(shè)置導電介質(zhì)作為微加熱器相比，本發(fā)明實施例提供的相變閥裝置結(jié)構(gòu)緊湊、制備工藝簡單且成本較低。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明實施例相變閥裝置開啟狀態(tài)左剖視圖；
[0024]圖2是本發(fā)明實施例相變閥裝置開啟狀態(tài)主剖視圖；
[0025]圖3是本發(fā)明實施例相變閥裝置關(guān)閉狀態(tài)左剖視圖；
[0026]圖4是本發(fā)明實施例相變閥裝置關(guān)閉狀態(tài)主剖視圖。
[0027]圖中:1:流道層;11:微流道;2:相變層;21:相變微腔道;3:柔性薄膜。
【具體實施方式】
[0028]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0029]如圖1-4所示，本發(fā)明實施例提供的一種相變閥裝置，包括流道層1、相變層2和可變形的柔性薄膜3;流道層I上開設(shè)有微流道11，相變層2上靠近流道層I的一側(cè)開設(shè)有相變微腔道21，用于隔開相變微腔道21和微流道11;柔性薄膜3位于流道層I和相變層2之間；相變微腔道21內(nèi)填充有金屬相變材料，金屬相變材料膨脹時擠壓柔性薄膜3阻斷微流道11內(nèi)液體的流通。金屬相變材料具有熔點低、相變時體積變化大以及通電時溫度升高的特點。使用時，加熱或冷卻相變閥裝置內(nèi)的金屬相變材料使其發(fā)生相變，加熱操作可以采用通電的方式，冷卻可直接采用空氣冷卻的方式。當金屬相變材料發(fā)生相變后體積增大時，金屬相變材料會擠壓可變形的柔性薄膜3向著微流道11的一側(cè)移動，直至完全堵住微流道11，使微流道11內(nèi)的液體不能流通，實現(xiàn)相變閥裝置的關(guān)閉；當金屬相變材料發(fā)生相變后體積減小時，金屬相變材料在重力的作用下與柔性薄膜3—起向下移動，實現(xiàn)相變閥裝置的開啟。實現(xiàn)相變閥裝置開啟或關(guān)閉時對應的是加熱還是冷卻操作取決于所采用的金屬相變材料的特點，當所采用的金屬相變材料冷卻由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時體積增大，則關(guān)閉相變閥裝置對應的是冷卻操作，開啟對應加熱操作；