一种基于声表面波的形状记忆合金微阀及其控制方法

摘要

本发明公开了一种基于声表面波的形状记忆合金微阀及其控制方法，该形状记忆合金微阀包括PCB板、声表面波激发装置、具有微通道的PDMS凝固体、由室温下微弯曲的第一段和室温下笔直的第二段组成的形状记忆合金线，声表面波激发装置和PDMS凝固体装于PCB板上，PDMS凝固体上开设有凹槽，第一段形状记忆合金线的另一端与PCB板连接，且其横跨于声表面波激发装置激发的声表面波的传播路径上、位于传播路径上的一段由传播路径上的石蜡油微液覆盖，第二段形状记忆合金线外套有与PCB板连接的导向管，第二段形状记忆合金线的另一端上连接有塑料薄片，塑料薄片在推动力下挤压PDMS凝固体位于凹槽与微通道之间的部分发生形变以阻断微通道；优点是结构简单、体积小，易于集成。

说明书

技术领域

本发明涉及一种微流控芯片中控制微流体输运的微阀及其控制技术，尤其是涉及一种基于声表面波的形状记忆合金微阀及其控制方法。

背景技术

相比于常规的实验室生化分析，微流控芯片技术因具有样品用量少、分析时间短及可避免人为操作引入的分析误差等优点，自从发明以来获得了快速发展，并已广泛应用于DNA测序、蛋白质分析、单细胞分析、毒品检测和食物安全等领域。

采用微流控芯片进行微流分析时，微流体的工作方式分为两种，即数字流和连续流。其中，连续流工作方式的微流分析，连续流微流体是在微通道内输运和反应的。为此，需要微阀来控制连续流微流体在微通道内的流向，微阀是工作于连续流工作方式的微流系统不可缺少的组成部分。目前，各国专家都对微阀进行了较为深入的研究，并发明了多种结构和工作原理不同的微阀及其控制方法。根据是否需要激励机构，可将所发明的这些微阀分为两大类，即：无源微阀和有源微阀。

无源微阀无需外加动力源提供动力，其利用自身的几何尺寸使微通道内的微流体产生压力的变化来实现微阀的开启和关闭操作。无源微阀的优点是无需外加动力源，微阀尺寸小，易集成于微流系统中，微阀结构和实现工艺都比较简单，操作也比较方便。无源微阀的突出的缺点是难以控制微流体在微通道中输运，微阀响应速度较慢，微阀漏压较低，有待改进。

有源微阀是微流控专家为了改进无源微阀的慢响应速度、低漏压的缺点而提出的。有源微阀利用外界致动力来实现微阀的开启和关闭操作。与无源微阀相比，有源微阀具有响应速度快、漏压高等优点，因而对其研究更为深入、更为广泛。微流控专家利用不同的动力源发明了各种各样的有源微阀及其控制方法，有源微阀根据动力源的种类不同来分，主要有气动微阀、静电微阀、相变阀、热膨胀微阀、电磁微阀、电化学微阀、混合微阀、形状记忆合金微阀、机械微阀等。

气动微阀是以外部气泵为动力源的一类有源微阀，其一般通过在控制通道内施加一定气压来控制微阀的开启和闭合，施加气泵气压时，中间层阀膜发生形变，向下挤压微流体通道，直到微流体通道堵塞，此时微阀关闭；撤销气泵压力时，中间层阀膜在自身弹性力的作用下恢复原状，微流体通道重新畅通，此时微阀开启。气动微阀的优点是工艺简单，只需简单的软光刻工艺即可实现微阀的制作。气动微阀的缺点是需要外加气泵，气路控制系统体积较大，价格昂贵，不能充分体现微流器件的优点。

静电微阀是在微通道内集成两个电极，在电极上加较高电压，在电极间产生电场。静电微阀的优点是易于集成。静电微阀的缺点是电极容易电解微通道中的工作流体，因而，应用受到了限制。

热膨胀微阀克服了气动微阀需要较大体积的气泵的缺点，其采用热膨胀原理，加热使微腔内气体或石蜡等热胀材料产生体积变化来实现微阀的开启和关闭。热膨胀微阀因具有结构简单、无需外加气泵等优点而受到重视。热膨胀微阀的缺点是响应速度不及气动微阀的响应速度。

上述其他几类微阀，如相变阀、电磁微阀、电化学微阀、混合微阀、机械微阀等也都有其各自优点和缺点，并都有相应的应用场合，如电磁微阀难以实现自动化。总体来说，相比于无源微阀，有源微阀具有开关速度快、泄漏小等优点，因而对其研究得更为广泛和深入。

形状记忆合金微阀采用记忆合金在温度变化时形状发生变化的原理来实现微阀的开启和关闭，其相对于其他有源微阀，具有较大的压力-体积比和较强的恢复力的优点。但报道的形状记忆合金微阀需要外部加热源，应用有一定的局限性，且不能直接应用于压电微流器件上，不能充分发挥压电微流器件强大的微流操控能力。

如期刊《传感器与执行构》2011年第168卷第1期155-161页（Sensors and Actuators A, Vol.168(1), 2011: 155-161）公开了《用于高尺寸比微通道的嵌入式形状记忆合金微阀探索与评估》（《Exploration and evaluation of embedded shape memory alloy (SMA) microvalves for high aspect ratio microchannels》）。该嵌入式形状记忆合金微阀是由形状记忆合金线、铝导线和覆有SU-8胶的合金端构成，铝导线绕于形状记忆合金线上，铝导线的两端加电压，形状记忆合金线的一端固定，形状记忆合金线的另一端折成90度并涂覆SU-8胶，铝导线绕于形状记忆合金线上后置放于聚二甲基硅氧烷微通道上。该嵌入式形状记忆合金微阀在正常情况下，聚二甲基硅氧烷微通道导通，微阀开启，微流体可以在聚二甲基硅氧烷微通道内输运；当铝导线上加一定幅度的直流电压时，铝导线通以电流，铝导线产生的焦耳热使得绕在铝导线内的形状记忆合金线温度上升，到达转换温度时，形状记忆合金线的长度发生变化，带动覆有SU-8胶的一端挤压聚二甲基硅氧烷微通道，使得聚二甲基硅氧烷微通道闭塞而引起微阀关闭，此时聚二甲基硅氧烷微通道不能输运微流体。该嵌入式形状记忆合金微阀可有效地实现聚二甲基硅氧烷微通道内微流体输运的控制，其采用铝导线通过较大电流产生焦耳热加热形状记忆合金线，使形状记忆合金线温度发生改变，当形状记忆合金线温度到达一定温度时，形状记忆合金线尺寸发生改变，从而迫使与之连接的微通道发生形变，实现微阀动作。由于产生足够的焦耳热，就要求铝导线产生的电流较大，因此难以与外部的电路相兼容，且也难以应用于压电微流器件上，有待改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于声表面波的形状记忆合金微阀及其控制方法，该形状记忆合金微阀的结构简单、体积小，易于集成，可应用于压电微流芯片上进行微流控制操作。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于声表面波的形状记忆合金微阀，其特征在于：包括PCB板、声表面波激发装置、具有微通道的PDMS凝固体、形状记忆合金线，所述的形状记忆合金线由一体制成的室温下微弯曲的第一段形状记忆合金线和室温下笔直的第二段形状记忆合金线组成，所述的声表面波激发装置和所述的PDMS凝固体安装于所述的PCB板上，所述的PDMS凝固体的一侧上向内开设有凹槽，所述的第一段形状记忆合金线的另一端与所述的PCB板连接，所述的第一段形状记忆合金线横跨于所述的声表面波激发装置激发的声表面波的传播路径上，且所述的第一段形状记忆合金线位于传播路径上的一段由放置于传播路径上的石蜡油微液覆盖，所述的第二段形状记忆合金线外套设有导向管，所述的导向管与所述的PCB板连接，且所述的导向管的一部分位于所述的凹槽内，所述的第二段形状记忆合金线的另一端外露于所述的导向管外且其上连接有塑料薄片，所述的塑料薄片的外表面为接触面且正对所述的凹槽的槽底，所述的塑料薄片在推动力下挤压所述的PDMS凝固体位于所述的凹槽与所述的微通道之间的部分使其发生形变以阻断所述的微通道实现形状记忆合金微阀的关闭；

当所述的声表面波激发装置激发的声表面波加热所述的石蜡油微液时，在所述的第一段形状记忆合金线的温度上升至转换温度时所述的第一段形状记忆合金线拉伸并推动所述的第二段形状记忆合金线沿所述的导向管直线向所述的凹槽的槽底方向移动，所述的塑料薄片抵接所述的凹槽的槽底后在推动力下挤压所述的PDMS凝固体位于所述的凹槽与所述的微通道之间的部分，使所述的PDMS凝固体位于所述的凹槽与所述的微通道之间的部分形变以阻断所述的微通道实现形状记忆合金微阀的关闭；

当所述的声表面波激发装置不再激发声表面波加热所述的石蜡油微液时，所述的石蜡油微液的温度逐渐下降，所述的第一段形状记忆合金线逐渐恢复原状，所述的第二段形状记忆合金线沿所述的导向管逐渐直线回位，所述的塑料薄片脱离所述的凹槽的槽底或刚好与所述的凹槽的槽底接触不再挤压所述的PDMS凝固体位于所述的凹槽与所述的微通道之间的部分，所述的微通道恢复通畅实现形状记忆合金微阀的开启。

该形状记忆合金微阀还包括用于产生RF电信号的信号发生装置，所述的声表面波激发装置由压电基片组成，所述的压电基片安装于所述的PCB板上，所述的压电基片的上表面为工作表面，所述的压电基片的工作表面上设置有对称的两个用于激发声表面波的叉指换能器，两个所述的叉指换能器分别与所述的信号发生装置电连接，两个所述的叉指换能器之间为所述的传播路径，所述的第一段形状记忆合金线横跨于所述的传播路径上、且与所述的压电基片的工作表面之间留有用于确保所述的第一段形状记忆合金线能够自由伸缩的间隙。当叉指换能器上加载信号发生装置产生的RF电信号时，叉指换能器激发的声表面波加热石蜡油微液；当叉指换能器上不再加载信号发生装置产生的RF电信号时，叉指换能器不再激发声表面波加热石蜡油微液；叉指换能器上加载的RF电信号的功率为31～33 dBm；要求第一段形状记忆合金线与压电基片的工作表面之间留有间隙，是为了确保第一段形状记忆合金线能够自由伸缩而不碰触到压电基片的工作表面。

两个所述的叉指换能器之间的区域上围设有用于防止所述的石蜡油微液运动至所述的传播路径外的PDMS阻流墙，所述的PDMS阻流墙的底面与两个所述的叉指换能器之间的区域紧贴，所述的PDMS阻流墙的对称两侧自顶部延伸至底部设置有缺口，两个所述的缺口使所述的PDMS阻流墙分为呈U型槽结构的两个PDMS阻流条，两个所述的缺口与所述的PDMS阻流墙的内部空间连通形成一个供所述的第一段形状记忆合金线横跨于所述的传播路径上的通道，所述的通道与所述的传播路径垂直。在此，在两个叉指换能器之间的区域上围设PDMS阻流墙是为了防止石蜡油微液运动至传播路径外，而PDMS阻流墙的对称两侧自顶部延伸至底部设置缺口是为了确保第一段形状记忆合金线伸缩不受PDMS阻流墙的影响。

所述的压电基片的工作表面上还设置有对称的两个反射栅，每个所述的反射栅用于减少加载于对应的所述的叉指换能器上的RF电信号的功率。

所述的间隙的隙宽为0.2～0.3毫米。在此，间隙的隙宽的具体值是在本申请的形状记忆合金微阀的结构基础上通过大量实验得出的。

所述的信号发生装置由用于产生RF电信号的信号发生器及功率放大器组成，所述的信号发生器的输出端与所述的功率放大器的输入端连接，所述的PCB板上设置有第一引线脚和第二引线脚，所述的第一引线脚分别通过导线与所述的功率放大器的输出端和其中一个所述的叉指换能器的汇流条连接，所述的第二引线脚分别通过导线与所述的功率放大器的输出端和另一个所述的叉指换能器的汇流条连接。

所述的功率放大器的输出端连接有切换开关，所述的切换开关选择与所述的第一引线脚连接或与所述的第二引线脚连接。在此，设置切换开关是为了使该形状记忆合金微阀的关闭可仅通过在一个叉指换能器上加载RF电信号来实现。

所述的PCB板上以镂空形式设置有相互独立且平行的第一安装空腔和第二安装空腔，所述的PCB板位于所述的第一安装空腔和所述的第二安装空腔之间的部分作为连接桥，所述的压电基片嵌装于所述的第一安装空腔的两端腔壁之间，所述的第一段形状记忆合金线的另一端与所述的第一安装空腔远离所述的连接桥的第一侧腔壁连接，所述的PDMS凝固体紧嵌装于所述的第二安装空腔内，所述的凹槽朝向所述的连接桥，所述的连接桥上开设有连通所述的第一安装空腔和所述的凹槽的导向孔，所述的导向管安装于所述的导向孔内。在此，在PCB板上设置第一安装空腔和第二安装空腔，并将压电基片嵌装于第一安装空腔内，将PDMS凝固体紧嵌装于第二安装空腔内，可以有效地减小该形状记忆合金微阀的体积；使PDMS凝固体的四周紧贴第二安装空腔的四周，是为了增加PDMS凝固体的连接稳固性。

所述的导向管的内径比所述的第二段形状记忆合金线的线径大0.5～1毫米；所述的第二段形状记忆合金线的一端外露于所述的导向管外的部分的长度为3～5毫米，所述的第二段形状记忆合金线的另一端外露于所述的导向管外的部分的长度为3～5毫米；所述的塑料薄片的接触面与所述的凹槽的槽底之间的间距为0～0.3毫米。在此，只要求导向管的内径比第二段形状记忆合金线的线径大0.5～1毫米，是为了确保第二段形状记忆合金线能够沿导向管直线移动的同时，保证第二段形状记忆合金线移动的稳定性，如果导向管的内径较大，则第二段形状记忆合金线移动时可能会上下左右晃动；限制第二段形状记忆合金线的一端外露于导向管外的部分的长度，一方面需确保第二段形状记忆合金线移动的稳定性，可要求导向管尽可能长，另一方面，导向管又不能太长而影响第一段形状记忆合金线的拉伸；限制第二段形状记忆合金线的另一端外露于导向管外的部分的长度是因为：塑料薄片与第二段形状记忆合金线的另一端采用环氧树脂胶连接时，环氧树脂胶粘接处可能不平整，同时便于位于导向管内的第二段形状记忆合金线能够自由移动；限制塑料薄片的接触面与凹槽的槽底之间的间距是为了确保第一段形状记忆合金线拉伸后塑料薄片能够有效挤压PDMS凝固体位于微通道与凹槽之间的部分以阻断微通道。

一种上述的基于声表面波的形状记忆合金微阀的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

①将石蜡油微液放置于声表面波激发装置激发的声表面波的传播路径上；

②在声表面波激发装置未激发声表面波的情况下，形状记忆合金微阀处于开启状态，数字微流体能在外部进样器的作用下通过PDMS凝固体中的微通道实现输运；

形状记忆合金微阀从开启状态到关闭状态的控制过程为：声表面波激发装置激发的声表面波作用于石蜡油微液上加热石蜡油微液，此时第一段形状记忆合金线的温度上升，当温度上升至转换温度时第一段形状记忆合金线拉伸并推动第二段形状记忆合金线沿导向管直线向凹槽的槽底方向移动，塑料薄片抵接凹槽的槽底后在推动力下挤压PDMS凝固体位于凹槽与微通道之间的部分，使PDMS凝固体位于凹槽与微通道之间的部分形变以阻断微通道实现形状记忆合金微阀的关闭，此时数字微流体不能通过PDMS凝固体中的微通道实现输运；

形状记忆合金微阀从关闭状态到开启状态的控制过程为：声表面波激发装置不再激发声表面波，此时石蜡油微液的温度逐渐下降，第一段形状记忆合金线逐渐恢复原状，第二段形状记忆合金线沿导向管逐渐直线回位，塑料薄片脱离凹槽的槽底或刚好与凹槽的槽底接触不再挤压PDMS凝固体位于凹槽与微通道之间的部分，微通道恢复通畅实现形状记忆合金微阀的开启，此时数字微流体能在外部进样器的作用下通过PDMS凝固体中的微通道实现输运。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）该形状记忆合金微阀利用声表面波激发装置激发的声表面波加热石蜡油微液，使第一段形状记忆合金线的温度上升，这样当第一段形状记忆合金线的温度上升至转换温度时拉伸会推动第二段形状记忆合金线沿导向管直线向凹槽的槽底方向移动，这样塑料薄片抵接凹槽的槽底后会挤压PDMS凝固体位于凹槽与微通道之间的部分使发生形变阻断微通道，方便地实现了该形状记忆合金微阀的关闭；而重新开启该形状记忆合金微阀，只需不再加热石蜡油微液即可；该形状记忆合金微阀通过声表面波激发装置激发的声表面波实现第一段形状记忆合金线的温度改变，从而实现微阀开启与关闭，该形状记忆合金微阀无需气泵等体积较大的控制设备，体积小、结构简单，且易于集成，可应用于压电微流芯片上进行微流控制操作。

2）该形状记忆合金微阀中设置导向管，且导向管与PCB板连接，不仅给第二段形状记忆合金线提供了支撑，而且可以确保第二段形状记忆合金线能够沿导向管直线移动；设置塑料薄片是为了增加与凹槽的槽底接触的面积，即为了增加挤压面积，如果不设置塑料薄片，则第二段形状记忆合金线的另一端会戳穿PDMS凝固体。

3）该形状记忆合金微阀的控制方法的过程简单，即只需通过使声表面波激发装置激发声表面波，就可实现微阀的关闭；而不再使声表面波激发装置激发声表面波，就可实现微阀的开启。

附图说明

图1为本发明的基于声表面波的形状记忆合金微阀的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：

本实施例提出的一种基于声表面波的形状记忆合金微阀，如图1所示，其包括PCB板1、声表面波激发装置7、具有微通道21的PDMS凝固体2、形状记忆合金线3，形状记忆合金线3由一体制成的室温下微弯曲的第一段形状记忆合金线31和室温下笔直的第二段形状记忆合金线32组成，声表面波激发装置7和PDMS凝固体2安装于PCB板1上，PDMS凝固体2的一侧上向内开设有凹槽22，第一段形状记忆合金线31的另一端与PCB板1连接，第一段形状记忆合金线31横跨于声表面波激发装置7激发的声表面波的传播路径上，且第一段形状记忆合金线31位于传播路径上的一段由放置于传播路径上的石蜡油微液9覆盖，第二段形状记忆合金线32外套设有导向管4，导向管4与PCB板1连接，且导向管4的一部分位于凹槽22内，第二段形状记忆合金线32的另一端外露于导向管4外且其上连接有塑料薄片5，塑料薄片5的外表面为接触面且正对凹槽22的槽底，塑料薄片5在推动力下挤压PDMS凝固体2位于凹槽22与微通道21之间的部分使其发生形变以阻断微通道21实现形状记忆合金微阀的关闭。当声表面波激发装置7激发的声表面波加热石蜡油微液9时，在第一段形状记忆合金线31的温度上升至转换温度时第一段形状记忆合金线31拉伸并推动第二段形状记忆合金线32沿导向管4直线向凹槽22的槽底方向移动，塑料薄片5抵接凹槽22的槽底后在推动力下挤压PDMS凝固体2位于凹槽22与微通道21之间的部分，使PDMS凝固体2位于凹槽22与微通道21之间的部分形变以阻断微通道21实现形状记忆合金微阀的关闭；当声表面波激发装置7不再激发声表面波加热石蜡油微液9时，石蜡油微液9的温度逐渐下降，第一段形状记忆合金线31逐渐恢复原状，第二段形状记忆合金线32沿导向管4逐渐直线回位，塑料薄片5脱离凹槽22的槽底或刚好与凹槽22的槽底接触不再挤压PDMS凝固体2位于凹槽22与微通道21之间的部分，微通道21恢复通畅实现形状记忆合金微阀的开启。

在实际设计时，在PDMS凝固体2的一侧上也可以不开设凹槽22，只是这种情况下PDMS凝固体2发生形变的效果相对差一些；设置导向管4，且导向管4与PCB板1连接，不仅给第二段形状记忆合金线32提供了支撑，而且可以确保第二段形状记忆合金线32能够沿导向管4直线移动；设置塑料薄片5是为了增加与凹槽22的槽底接触的面积，即为了增加挤压面积，如果不设置塑料薄片5，则第二段形状记忆合金线32的另一端会戳穿PDMS凝固体2。

在本实施例中，该形状记忆合金微阀还包括用于产生RF电信号的信号发生装置8，声表面波激发装置7由压电基片71组成，压电基片71安装于PCB板1上，压电基片71的上表面为工作表面，压电基片71的工作表面上设置有对称的两个用于激发声表面波的叉指换能器72，两个叉指换能器72分别与信号发生装置8电连接，两个叉指换能器72之间为声表面波的传播路径，第一段形状记忆合金线31横跨于传播路径上、且与压电基片71的工作表面之间留有用于确保第一段形状记忆合金线31能够自由伸缩的间隙，间隙的隙宽为0.2～0.3毫米，如实际设计时将该间隙的隙宽设计为0.3毫米，压电基片71的工作表面上还设置有对称的两个反射栅73，每个反射栅73用于减少加载于对应的叉指换能器72上的RF电信号的功率。当叉指换能器72上加载信号发生装置8产生的RF电信号时，叉指换能器72激发的声表面波加热石蜡油微液9；当叉指换能器72上不再加载信号发生装置8产生的RF电信号时，叉指换能器72不再激发声表面波加热石蜡油微液9；叉指换能器72上加载的RF电信号的功率为31～33 dBm；要求第一段形状记忆合金线31与压电基片71的工作表面之间留有间隙，是为了确保第一段形状记忆合金线31能够自由伸缩而不碰触到压电基片71的工作表面。

在本实施例中，两个叉指换能器72之间的区域上围设有用于防止石蜡油微液9运动至传播路径外的PDMS阻流墙74，PDMS阻流墙74的底面与两个叉指换能器72之间的区域紧贴，PDMS阻流墙74的对称两侧自顶部延伸至底部设置有缺口75，两个缺口75使PDMS阻流墙74分为呈U型槽结构的两个PDMS阻流条76，两个缺口75与PDMS阻流墙74的内部空间连通形成一个供第一段形状记忆合金线31横跨于传播路径上的通道（图中未示出），通道与传播路径垂直。在此，在两个叉指换能器72之间的区域上围设PDMS阻流墙74是为了防止石蜡油微液9运动至传播路径外，而PDMS阻流墙74的对称两侧自顶部延伸至底部设置缺口75是为了确保第一段形状记忆合金线31伸缩不受PDMS阻流墙74的影响。

在本实施例中，信号发生装置8由用于产生RF电信号的信号发生器81及功率放大器82组成，信号发生器81的输出端与功率放大器82的输入端连接，PCB板1上设置有第一引线脚11和第二引线脚12，第一引线脚11分别通过导线与功率放大器82的输出端和其中一个叉指换能器72的汇流条721连接，第二引线脚12分别通过导线与功率放大器82的输出端和另一个叉指换能器72的汇流条721连接。在具体设计时，还可在功率放大器82的输出端连接切换开关（图中未示出），使切换开关选择与第一引线脚11连接或与第二引线脚12连接，即选择其中一个叉指换能器72激发声表面波，这样该形状记忆合金微阀的关闭可仅通过在一个叉指换能器72上加载RF电信号来实现。

在本实施例中，PCB板1上以镂空形式设置有相互独立且平行的第一安装空腔13和第二安装空腔14，PCB板1位于第一安装空腔13和第二安装空腔14之间的部分作为连接桥15，压电基片71嵌装于第一安装空腔13的两端腔壁之间，第一段形状记忆合金线31的另一端与第一安装空腔13远离连接桥15的第一侧腔壁连接，PDMS凝固体2紧嵌装于第二安装空腔14内，即PDMS凝固体2的两端对应与第二安装空腔14的两端腔壁紧贴连接，PDMS凝固体2背向凹槽22的一侧与第二安装空腔14远离连接桥15的第二侧腔壁紧贴连接，PDMS凝固体2设置有凹槽22的一侧与第二安装空腔14靠近连接桥15的第一侧腔壁紧贴连接，凹槽22朝向连接桥15，连接桥15上开设有连通第一安装空腔13和凹槽22的导向孔16，导向管4安装于导向孔16内。在此，在PCB板1上设置第一安装空腔13和第二安装空腔14，并将压电基片71嵌装于第一安装空腔13内，将PDMS凝固体2紧嵌装于第二安装空腔14内，可以有效地减小该形状记忆合金微阀的体积；使PDMS凝固体2的四周紧贴第二安装空腔14的四周，是为了增加PDMS凝固体2的连接稳固性。

在本实施例中，导向管4的内径比第二段形状记忆合金线32的线径大0.5～1毫米，如实际设计时可将导向管4设计为内径大于第二段形状记忆合金线32的线径0.8毫米；第二段形状记忆合金线32的一端外露于导向管4外的部分的长度为3～5毫米，第二段形状记忆合金线32的另一端外露于导向管4外的部分的长度为3～5毫米，如实际设计时可将第二段形状记忆合金线32的两端外露于导向管4外的部分的长度设计为4毫米；塑料薄片5的接触面与凹槽22的槽底之间的间距为0～0.3毫米，如实际设计时可将塑料薄片5的接触面与凹槽22的槽底之间的间距设计为0.2毫米。在此，只要求导向管4的内径比第二段形状记忆合金线32的线径大0.5～1毫米，是为了确保第二段形状记忆合金线32能够沿导向管4直线移动的同时，保证第二段形状记忆合金线32移动的稳定性，如果导向管4的内径较大，则第二段形状记忆合金线32移动时可能会上下左右晃动；限制第二段形状记忆合金线32的一端外露于导向管4外的部分的长度，一方面需确保第二段形状记忆合金线32移动的稳定性，可要求导向管4尽可能长，另一方面，导向管4又不能太长而影响第一段形状记忆合金线31的拉伸；限制第二段形状记忆合金线32的另一端外露于导向管4外的部分的长度是因为：塑料薄片5与第二段形状记忆合金线32的另一端采用环氧树脂胶连接时，环氧树脂胶粘接处可能不平整，同时便于位于导向管4内的第二段形状记忆合金线32能够自由移动；限制塑料薄片5的接触面与凹槽22的槽底之间的间距是为了确保第一段形状记忆合金线31拉伸后塑料薄片5能够有效挤压PDMS凝固体2位于微通道21与凹槽22之间的部分以阻断微通道21。

在此，PCB板1采用现有技术，PCB板1也可由其它现有的可以固定导线的基板替代；形状记忆合金线3采用现有技术，要求第一段形状记忆合金线31室温下微弯曲（只需少许弯曲即可，如0.8～1.5毫米），以在温度上升至转换温度时拉伸，转换温度为60摄氏度；导向管4具有一定的刚性，如可选用铜管等；塑料薄片5采用普通塑料制成，要求塑料薄片5无法从导向管4中穿过；压电基片71可采用机电耦合系数稍大的压电基片，基本可取机电耦合系数大于5.5%的压电基片，如128⁰-YX>3压电基片；叉指换能器72和反射栅73均采用现有技术；信号发生器81和功率放大器82均采用现有技术；第一段形状记忆合金线31的另一端与第一安装空腔13的腔壁的连接、导向管4与导向孔16的孔壁的连接、压电基片71与第一安装空腔13的腔壁的连接均通过现有的环氧树脂胶实现。

在此，PDMS凝固体2和PDMS阻流墙74均采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制作而成；PDMS凝固体2中的微通道21与凹槽22之间的间距应以第一段形状记忆合金线31拉伸后挤压微通道21与凹槽22之间的部分能够阻断微通道21为标准，如可将微通道21与凹槽22之间的间距设计为2～3毫米； PDMS凝固体2中的微通道21的内径可设计为100～200微米，PDMS凝固体2的四周分别通过环氧树脂胶与第二安装空腔14的四周固定连接，以使PDMS凝固体2稳定的固定于第二安装空腔14内；PDMS凝固体2中的微通道21的入口上可通过连接软管与进样器连通，PDMS凝固体2中的微通道21的出口上可通过连接软管与废液池连通；在压电基片71的工作表面上位于两个叉指换能器72之间的区域上设置PDMS阻流墙74时，可在PDMS阻流墙74的底面涂覆一层PDMS，然后将涂有PDMS的PDMS阻流墙74的底面贴于压电基片71的工作表面上，并在100℃的烘箱内固化2小时，至此完成了PDMS阻流墙74与压电基片71的连接。

在此，在第一安装空腔13的两端腔壁之间嵌装压电基片71时，尽量使压电基片71接近第一安装空腔13的腔底，这样能够充分地确保第一段形状记忆合金线31与压电基片71的工作表面不接触、之间留有间隙。

实施例二：

本实施例提出了实施例一的基于声表面波的形状记忆合金微阀的控制方法，其包括以下步骤：

①将石蜡油微液放置于声表面波激发装置激发的声表面波的传播路径上。

②在未启动信号发生器和功率放大器，声表面波激发装置未激发声表面波的情况下，形状记忆合金微阀处于开启状态，数字微流体能在外部进样器的作用下通过PDMS凝固体中的微通道实现输运；

形状记忆合金微阀从开启状态到关闭状态的控制过程为：启动信号发生器和功率放大器；信号发生器输出RF电信号，并传输RF电信号给功率放大器；功率放大器输出的放大的RF电信号（功率为31～33 dBm）加载于叉指换能器；叉指换能器激发的声表面波作用于石蜡油微液上加热石蜡油微液，此时第一段形状记忆合金线的温度上升，当温度上升至转换温度60摄氏度时第一段形状记忆合金线拉伸变为直线并推动第二段形状记忆合金线沿导向管直线向凹槽的槽底方向移动，塑料薄片抵接凹槽的槽底后在推动力下挤压PDMS凝固体位于凹槽与微通道之间的部分，使PDMS凝固体位于凹槽与微通道之间的部分形变以阻断微通道实现形状记忆合金微阀的关闭，此时数字微流体不能通过PDMS凝固体中的微通道实现输运；

形状记忆合金微阀从关闭状态到开启状态的控制过程为：关闭信号发生器和功率放大器；叉指换能器不再激发声表面波；此时石蜡油微液的温度逐渐下降，第一段形状记忆合金线逐渐恢复原状，第二段形状记忆合金线沿导向管逐渐直线回位，塑料薄片脱离凹槽的槽底或刚好与凹槽的槽底接触不再挤压PDMS凝固体位于凹槽与微通道之间的部分，微通道恢复通畅实现形状记忆合金微阀的开启，此时数字微流体能在外部进样器的作用下通过PDMS凝固体中的微通道实现输运。