PDMSQuakeValves（PDMS振动阀）：概述

PDMS气动微型阀在2000年首次由Stephen的Quake组（Quake微阀）和Hosokawa及Maeda（《doormat》微阀）引入。从那时起，Au的评论[2]中列出的类似系统已经使用了不同的几何设计。

这些微阀中的每一个都有不同的优点和缺点，但它们都基于相同的原理：软材料（通常是PDMS）的压力驱动变形阻塞或释放液体流入微系统。

Quake微阀是Z常用的气动微型阀，它涉及双层PDMS微流体芯片。液体在底层内流动，而上层集成了空气网络。当被激活时，后者（上层）可以选择性地压缩和堵塞流体层的通道，这使得流体运动控制成为可能。对于某些微流体应用，Quake阀显示出了很高的应用潜力。

图2：来自[1]的激活Quake阀的显微镜照片

与Quake微阀一样，“doormat”式微阀涉及具有液体网络和空气网络的双层结果。但与Quake微阀不同的是，“doormat”式微阀是常闭阀，即在静止状态下，液体通道被PDMS阻挡层阻挡。为了打开阀门，必须在空气网络中施加压力，该压力使两个网络之间的壁变形，使流体能够跨越PDMS阻挡层。

图3：来自[3]的“doormat”式微阀的方案和显微镜照片

柱塞型微阀涉及多层设计，其中流体入口和出口位于不同的层上并由有孔层隔开。第四气动层能够控制PDMS的变形，因此允许或禁止流体流过有孔层。柱塞型微阀被视为复杂系统，这意味着涉及到许多微加工步骤。然而，该复杂性使得其能够调节阀的特征（例如Zda操作压力）。

图4：来自[4]的关闭和打开柱塞阀的3D示意图

《Curtain》式微阀是《doormat》式微阀的变种。该阀包括双层（液体-气动）结构和通道中间的屏障，类似于前面描述的《doormat》式微阀。但与这些不同的是，当真空施加在气动层上时，《Curtain》式微阀直接偏离屏障，从而使液体能够流过通道。

使用PDMS膜（或类似的软聚合物）可以产生不同种类的check阀。如在常见的check阀中那样，膜可以在一个方向上偏离，从而使液体能够流动。但是如果流动方向反转，则膜会受到机械约束，从而阻止液体回流。这种check式微阀不涉及气动致动器。

图5：来自[5]的关闭和打开的check式微阀的示意图

横向偏转阀是这里描述的**需要单个PDMS层的微型阀。如名称所示，这些阀门通过PDMS膜的横向偏转而激活，而不是像其他微型阀门那样从上方或下方激活。然而，这种设计涉及不能完全密封的矩形通道。因此，横向偏转阀相对于真实阀来说更像是一种可调节的流量限制器。

图6：来自[6]的横向偏转微型阀的设计

气动微型泵通常对应于一系列同时致动的气动阀以便产生蠕动运动。根据微型阀的类型，相应的微泵具有不同的流量特性。产生蠕动运动的基础通常涉及气动层中空气分布的高速排序。然而，一些特殊的设计允许用单个压力管线来激活微泵。

图7：来自[1]的基于Quake阀的蠕动微泵

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.