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PDMSQuakeValves(PDMS振動閥):概述

發布:泰初科技(天津)有限公司
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PDMS多層閥介紹

PDMSQuakeValves(PDMS振動閥):概述

PDMS氣動微型閥在2000年首次由Stephen的Quake組(Quake微閥)和Hosokawa及Maeda(《doormat》微閥)引入。從那時起,Au的優秀評論[2]中列出的類似系統已經使用了不同的幾何設計。

這些微閥中的每一個都有不同的優點和缺點,但它們都基于相同的原理:軟材料(通常是PDMS)的壓力驅動變形阻塞或釋放液體流入微系統。

Quake PDMS雙層微閥
Quake微閥是最常用的氣動微型閥,它涉及雙層PDMS微流體芯片。液體在底層內流動,而上層集成了空氣網絡。當被激活時,后者(上層)可以選擇性地壓縮和堵塞流體層的通道,這使得流體運動控制成為可能。對于某些微流體應用,Quake閥顯示出了很高的應用潛力。

PDMSQuakeValves(PDMS振動閥):概述
圖2:來自[1]的激活Quake閥的顯微鏡照片

《Doormat》式雙層微閥
與Quake微閥一樣,“doormat”式微閥涉及具有液體網絡和空氣網絡的雙層結果。但與Quake微閥不同的是,“doormat”式微閥是常閉閥,即在靜止狀態下,液體通道被PDMS阻擋層阻擋。為了打開閥門,必須在空氣網絡中施加壓力,該壓力使兩個網絡之間的壁變形,使流體能夠跨越PDMS阻擋層。

PDMSQuakeValves(PDMS振動閥):概述
圖3:來自[3]的“doormat”式微閥的方案和顯微鏡照片

Plunger Micro-Valves(柱塞型微閥)
柱塞型微閥涉及多層設計,其中流體入口和出口位于不同的層上并由有孔層隔開。第四氣動層能夠控制PDMS的變形,因此允許或禁止流體流過有孔層。柱塞型微閥被視為復雜系統,這意味著涉及到許多微加工步驟。然而,該復雜性使得其能夠調節閥的特征(例如最大操作壓力)。

PDMSQuakeValves(PDMS振動閥):概述
圖4:來自[4]的關閉和打開柱塞閥的3D示意圖

《Curtain》式微閥
《Curtain》式微閥是《doormat》式微閥的變種。該閥包括雙層(液體-氣動)結構和通道中間的屏障,類似于前面描述的《doormat》式微閥。但與這些不同的是,當真空施加在氣動層上時,《Curtain》式微閥直接偏離屏障,從而使液體能夠流過通道。

Check式微閥
使用PDMS膜(或類似的軟聚合物)可以產生不同種類的check閥。如在常見的check閥中那樣,膜可以在一個方向上偏離,從而使液體能夠流動。但是如果流動方向反轉,則膜會受到機械約束,從而阻止液體回流。這種check式微閥不涉及氣動致動器。

PDMSQuakeValves(PDMS振動閥):概述
圖5:來自[5]的關閉和打開的check式微閥的示意圖

橫向偏轉膜微閥(Lateral Deflection Membrane Micro-Valve)
橫向偏轉閥是這里描述的唯一需要單個PDMS層的微型閥。如名稱所示,這些閥門通過PDMS膜的橫向偏轉而激活,而不是像其他微型閥門那樣從上方或下方激活。然而,這種設計涉及不能完全密封的矩形通道。因此,橫向偏轉閥相對于真實閥來說更像是一種可調節的流量限制器。

PDMSQuakeValves(PDMS振動閥):概述
圖6:來自[6]的橫向偏轉微型閥的設計

氣動PDMS微泵
氣動微型泵通常對應于一系列同時致動的氣動閥以便產生蠕動運動。根據微型閥的類型,相應的微泵具有不同的流量特性。產生蠕動運動的基礎通常涉及氣動層中空氣分布的高速排序。然而,一些特殊的設計允許用單個壓力管線來激活微泵。

PDMSQuakeValves(PDMS振動閥):概述
圖7:來自[1]的基于Quake閥的蠕動微泵


參考文獻
1. Unger M. A, Chou H. P, Thorsen T, Scherer A, Quake S. R. Monolithic microfabricated valves and pumps by multilayer soft lithography. Science. 2000, 288 (5463): 113-6.

2. Au A. K, Lai H, Utela B. R, Folch A. Microvalves and Micropumps for BioMEMS. Micromachines. 2011, 2 (2): 179-220.

3. Li N, Hsu C-H, Folch A. Parallel mixing of photolithographically defined nanoliter volumes using elastomeric microvalve arrays. Electrophoresis. 2005, 26 (19): 3758-64.

4. Baek J. Y, Park J. Y, Ju J. I, Lee T. S, Lee S. H. A pneumatically controllable flexible and polymeric microfluidic valve fabricated via in situ development. J Micromechanics Microengineering. 2005, 15 (5): 1015.

5. Voldman J, Gray M. L, Schmidt M. A. An integrated liquid mixer/valve. J Microelectromechanical Syst. 2000, 9 (3): 295-302.

6. Sundararajan N, Kim D, Berlin A. A. Microfluidic operations using deformable polymer membranes fabricated by single layer soft lithography. Lab Chip. 2005, 5 (3): 350-4.


2019-04-18 09:39:26
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