無(wú)線氣壓/液壓微流控模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于氣體或液體的微流控模塊，且具有無(wú)線傳輸功能，屬于微流控領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控芯片是以分析、生物化學(xué)為基礎(chǔ)，以微細(xì)加工和微電子技術(shù)為依托，以微流動(dòng)系統(tǒng)為支撐，把整個(gè)化驗(yàn)室的功能，包括采樣、稀釋、加試劑、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等集成在一個(gè)只有幾平方厘米的基片上。目前，微流控外部驅(qū)動(dòng)設(shè)備的小型化和集成化是一種重要的發(fā)展趨勢(shì)。氣動(dòng)微流控芯片是微流控領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。氣壓驅(qū)動(dòng)模塊是氣動(dòng)微流控芯片中的一種重要的元件。目前，常用的氣壓驅(qū)動(dòng)模塊均采用常規(guī)閥、管道連接而成，存在如下缺點(diǎn):1)與微流控芯片相比，常規(guī)尺寸的氣壓驅(qū)動(dòng)模塊體積過(guò)大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，難以與微流控芯片進(jìn)一步集成；2)常用的氣壓驅(qū)動(dòng)模塊管路為宏觀尺寸管道，與微流控芯片流道尺寸存在量級(jí)差，封裝難度大，維護(hù)成本高；3)常用氣壓驅(qū)動(dòng)模塊的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制一般采用數(shù)據(jù)采集卡等與計(jì)算機(jī)相連實(shí)現(xiàn)，不利于微流控芯片進(jìn)一步融入“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展潮流，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化與智能化控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有氣動(dòng)微流控芯片氣壓驅(qū)動(dòng)模塊體積大，封裝難，成本高、難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化的問(wèn)題，提供了一種無(wú)線氣壓/液壓微流控模塊。
[0004]本發(fā)明所述無(wú)線氣壓/液壓微流控模塊，它包括結(jié)構(gòu)層和控制層，結(jié)構(gòu)層和控制層固定連接在一起；
所述結(jié)構(gòu)層包括流道與基座封裝模塊、微流道外接接頭、微閥驅(qū)動(dòng)單元和壓力傳感器；流道與基座封裝模塊包括雙T串聯(lián)的微流道、凹膜、平膜和基板；基板上表面設(shè)置有平膜，平膜上表面設(shè)置有凹膜，凹膜向上的凹槽中設(shè)置有雙T串聯(lián)的微流道；微流道外接接頭包括介質(zhì)進(jìn)入接頭、泄氣接頭和介質(zhì)輸出接頭；微閥驅(qū)動(dòng)單元包括第一微閥驅(qū)動(dòng)部件和第二微閥驅(qū)動(dòng)部件；
所述控制層包括控制電路和上位機(jī)；所述控制電路包括GSM模塊、無(wú)線模塊、濾波電路模塊、控制器和驅(qū)動(dòng)器；
雙T串聯(lián)的微流道的左右兩個(gè)橫向端口分別設(shè)置有介質(zhì)進(jìn)入接頭和介質(zhì)輸出接頭，左側(cè)T型支路出口處設(shè)置有泄氣接頭，右側(cè)T型支路出口設(shè)置有壓力傳感器，在介質(zhì)進(jìn)入接頭和左側(cè)T型支路之間的管路上設(shè)置第一微閥驅(qū)動(dòng)部件，在左側(cè)T型支路的管路上設(shè)置有第二微閥驅(qū)動(dòng)部件；
壓力傳感器采集雙T串聯(lián)的微流道的介質(zhì)壓力信號(hào)，壓力傳感器的介質(zhì)壓力信號(hào)輸出端與濾波電路模塊的介質(zhì)壓力信號(hào)輸入端相連，濾波電路模塊的介質(zhì)壓力信號(hào)輸出端與控制器的介質(zhì)壓力信號(hào)輸入端相連；控制器將該介質(zhì)壓力信號(hào)通過(guò)無(wú)線模塊與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，控制器將該介質(zhì)壓力信號(hào)通過(guò)GSM模塊與移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互； 控制器根據(jù)采集的介質(zhì)壓力信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)指令，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)器分別發(fā)送到第一微閥驅(qū)動(dòng)部件和第二微閥驅(qū)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)指令輸入端相連；第一微閥驅(qū)動(dòng)部件和第二微閥驅(qū)動(dòng)部件根據(jù)驅(qū)動(dòng)指令調(diào)節(jié)管路內(nèi)的介質(zhì)壓力。
[0005]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):1)無(wú)線氣壓/液壓微流控模塊的氣體流道通過(guò)平膜和凹膜封裝而成，相比現(xiàn)有的氣動(dòng)模塊氣體流道而言，制作工藝簡(jiǎn)單，流道的尺寸和結(jié)構(gòu)形狀可以自由設(shè)計(jì)，并且流道的尺度可以達(dá)到微米級(jí)別。流道的尺寸越小，氣壓微流控模塊的壓力精度越高。2)無(wú)線氣壓/液壓微流控模塊采用微流控芯片領(lǐng)域的微閥驅(qū)動(dòng)部件，其結(jié)構(gòu)相對(duì)精簡(jiǎn)，制作工藝容易，生產(chǎn)周期短，成本低，并且可大大減小整個(gè)模塊的體積，可以實(shí)現(xiàn)微流控芯片與外部驅(qū)動(dòng)設(shè)備的進(jìn)一步集成。3)采用兩個(gè)微閥協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)輸出高精度的壓力氣體輸出，控制方法簡(jiǎn)單；4)在德國(guó)大力發(fā)展《工業(yè)4.0》和我國(guó)提出《中國(guó)制造2025》計(jì)劃之際，網(wǎng)絡(luò)控制和智能化成為工業(yè)產(chǎn)品和技術(shù)的重要發(fā)展方向。將無(wú)線控制方法應(yīng)用到氣壓驅(qū)動(dòng)模塊，形成無(wú)線氣壓/液壓微流控模塊，有利于實(shí)現(xiàn)微流控芯片產(chǎn)品的智能化與網(wǎng)絡(luò)化。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是本發(fā)明所述無(wú)線氣壓/液壓微流控模塊的原理圖；
圖2是微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0007]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述無(wú)線氣壓/液壓微流控模塊，它包括結(jié)構(gòu)層和控制層，結(jié)構(gòu)層和控制層固定連接在一起；兩層可上下布局;
所述結(jié)構(gòu)層包括流道與基座封裝模塊1、微流道外接接頭、微閥驅(qū)動(dòng)單元和壓力傳感器4 ;流道與基座封裝模塊1包括雙T串聯(lián)的微流道1-1、凹膜1-2、平膜1-3和基板1-4 ;基板1-4上表面設(shè)置有平膜1-3，平膜1-3上表面設(shè)置有凹膜1-2，凹膜1-2向上的凹槽中設(shè)置有雙T串聯(lián)的微流道1-1 ;微流道外接接頭包括介質(zhì)進(jìn)入接頭2-1、泄氣接頭2-2和介質(zhì)輸出接頭2-3 ;微閥驅(qū)動(dòng)單元包括第一微閥驅(qū)動(dòng)部件3-1和第二微閥驅(qū)動(dòng)部件3-2 ;
所述控制層包括控制電路5和上位機(jī)6 ;所述控制電路5包括GSM模塊5-2、無(wú)線模塊5-3、濾波電路模塊5-4、控制器5-5和驅(qū)動(dòng)器5-6 ;
雙T串聯(lián)的微流道1-1的左右兩個(gè)橫向端口分別設(shè)置有介質(zhì)進(jìn)入接頭2-1和介質(zhì)輸出接頭2-3，左側(cè)T型支路出口處設(shè)置有泄氣接頭2-2，右側(cè)T型支路出口設(shè)置有壓力傳感器4，在介質(zhì)進(jìn)入接頭2-1和左側(cè)T型支路之間的管路上設(shè)置第一微閥驅(qū)動(dòng)部件3-1，在左側(cè)T型支路的管路上設(shè)置有第二微閥驅(qū)動(dòng)部件3-2 ;
壓力傳感器4采集雙T串聯(lián)的微流道1-1的介質(zhì)壓力信號(hào)，壓力傳感器4的介質(zhì)壓力信號(hào)輸出端與濾波電路模塊5-4的介質(zhì)壓力信號(hào)輸入端相連，濾波電路模塊5-4的介質(zhì)壓力信號(hào)輸出端與控制器5-5的介質(zhì)壓力信號(hào)輸入端相連；控制器5-5將該介質(zhì)壓力信號(hào)通過(guò)無(wú)線模塊5-3與上位機(jī)6進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，控制器5-5將該介質(zhì)壓力信號(hào)通過(guò)GSM模塊5_2與移動(dòng)設(shè)備7進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；
控制器5-5根據(jù)采集的介質(zhì)壓力信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)指令，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)器5-6分別發(fā)送到第一微閥驅(qū)動(dòng)部件3-1和第二微閥驅(qū)動(dòng)部件3-2的驅(qū)動(dòng)指令輸入端相連；第一微閥驅(qū)動(dòng)部件3-1和第二微閥驅(qū)動(dòng)部件3-2根據(jù)驅(qū)動(dòng)指令調(diào)節(jié)管路內(nèi)的介質(zhì)壓力。
[0008]驅(qū)動(dòng)器5-6第一微閥驅(qū)動(dòng)部件3-1和第二微閥驅(qū)動(dòng)部件3-2實(shí)現(xiàn)閥口開(kāi)度控制。
[0009]以氣體為例，說(shuō)明模塊中介質(zhì)流動(dòng)過(guò)程:壓力氣體由介質(zhì)進(jìn)入接頭2-1進(jìn)入雙T串聯(lián)的微流道1-1，經(jīng)第一微閥驅(qū)動(dòng)部件3-1和第二微閥驅(qū)動(dòng)部件3-2調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高精度的壓力氣體輸出。系統(tǒng)壓力控制閉環(huán)原理:壓力傳感器4測(cè)得輸出氣體壓力信號(hào)，經(jīng)濾波電路模塊5-4去噪，又控制器5-5的算法處理后輸出第一微閥驅(qū)動(dòng)部件3-1和第二微閥驅(qū)動(dòng)部件3-2的控制信號(hào)，終實(shí)現(xiàn)輸出氣體壓力調(diào)節(jié)。GSM模塊5-2與控制器5-5相連，同時(shí)GSM模塊5-5可與移動(dòng)設(shè)備7進(jìn)行通訊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)定模塊輸出壓力值和遠(yuǎn)程監(jiān)控該模塊輸出壓力值。無(wú)線模塊5-3與控制器5-5相連，同時(shí)無(wú)線模塊5-3可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方式與上位機(jī)6相連，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)定系統(tǒng)輸出壓力值和遠(yuǎn)程監(jiān)控該模塊輸出壓力值、實(shí)時(shí)“壓力-時(shí)間“變化曲線。
[0010]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，無(wú)線氣壓微流控模塊整體通過(guò)分層布局的連接方式還可使用相似形狀的高分子樹(shù)脂短管或矩形條狀的甲基丙烯酸甲脂(PMMA)短管代替，采用丙烯酸改性環(huán)氧膠或氰基丙烯酸乙酯通過(guò)膠粘的方式固連。其它連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0011]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中控制器5-5的控制芯片采用單片機(jī)、ARM、DSP或FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0012]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中控制器5-5根據(jù)介質(zhì)壓力信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)指令的控制算法為PID、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊PID或模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0013]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中所采用的第一微閥驅(qū)動(dòng)部件3-1和第二微閥驅(qū)動(dòng)部件3-2可以是機(jī)械式微閥驅(qū)動(dòng)部件或非機(jī)械微閥驅(qū)動(dòng)部件，體積小、控制簡(jiǎn)單，利于系統(tǒng)集成。閥3-1和閥3-2可使用不同的結(jié)構(gòu)原理。其它連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0014]【具