本發(fā)明涉及一種微流控芯片中控制微流體輸運的微閥及其控制技術，尤其是涉及一種基于聲表面波的形狀記憶合金微閥及其控制方法。
背景技術：
相比于常規(guī)的實驗室生化分析，微流控芯片技術因具有樣品用量少、分析時間短及可避免人為操作引入的分析誤差等優(yōu)點，自從發(fā)明以來獲得了快速發(fā)展，并已廣泛應用于DNA測序、蛋白質分析、單細胞分析、毒品檢測和食物安全等領域。
采用微流控芯片進行微流分析時，微流體的工作方式分為兩種，即數(shù)字流和連續(xù)流。其中，連續(xù)流工作方式的微流分析，連續(xù)流微流體是在微通道內輸運和反應的。為此，需要微閥來控制連續(xù)流微流體在微通道內的流向，微閥是工作于連續(xù)流工作方式的微流系統(tǒng)不可缺少的組成部分。目前，各國專家都對微閥進行了較為深入的研究，并發(fā)明了多種結構和工作原理不同的微閥及其控制方法。根據(jù)是否需要激勵機構，可將所發(fā)明的這些微閥分為兩大類，即：無源微閥和有源微閥。
無源微閥無需外加動力源提供動力，其利用自身的幾何尺寸使微通道內的微流體產(chǎn)生壓力的變化來實現(xiàn)微閥的開啟和關閉操作。無源微閥的優(yōu)點是無需外加動力源，微閥尺寸小，易集成于微流系統(tǒng)中，微閥結構和實現(xiàn)工藝都比較簡單，操作也比較方便。無源微閥的突出的缺點是難以控制微流體在微通道中輸運，微閥響應速度較慢，微閥漏壓較低，有待改進。
有源微閥是微流控專家為了改進無源微閥的慢響應速度、低漏壓的缺點而提出的。有源微閥利用外界致動力來實現(xiàn)微閥的開啟和關閉操作。與無源微閥相比，有源微閥具有響應速度快、漏壓高等優(yōu)點，因而對其研究更為深入、更為廣泛。微流控專家利用不同的動力源發(fā)明了各種各樣的有源微閥及其控制方法，有源微閥根據(jù)動力源的種類不同來分，主要有氣動微閥、靜電微閥、相變閥、熱膨脹微閥、電磁微閥、電化學微閥、混合微閥、形狀記憶合金微閥、機械微閥等。
氣動微閥是以外部氣泵為動力源的一類有源微閥，其一般通過在控制通道內施加一定氣壓來控制微閥的開啟和閉合，施加氣泵氣壓時，中間層閥膜發(fā)生形變，向下擠壓微流體通道，直到微流體通道堵塞，此時微閥關閉；撤銷氣泵壓力時，中間層閥膜在自身彈性力的作用下恢復原狀，微流體通道重新暢通，此時微閥開啟。氣動微閥的優(yōu)點是工藝簡單，只需簡單的軟光刻工藝即可實現(xiàn)微閥的制作。氣動微閥的缺點是需要外加氣泵，氣路控制系統(tǒng)體積較大，價格昂貴，不能充分體現(xiàn)微流器件的優(yōu)點。
靜電微閥是在微通道內集成兩個電極，在電極上加較高電壓，在電極間產(chǎn)生電場。靜電微閥的優(yōu)點是易于集成。靜電微閥的缺點是電極容易電解微通道中的工作流體，因而，應用受到了限制。
熱膨脹微閥克服了氣動微閥需要較大體積的氣泵的缺點，其采用熱膨脹原理，加熱使微腔內氣體或石蠟等熱脹材料產(chǎn)生體積變化來實現(xiàn)微閥的開啟和關閉。熱膨脹微閥因具有結構簡單、無需外加氣泵等優(yōu)點而受到重視。熱膨脹微閥的缺點是響應速度不及氣動微閥的響應速度。
上述其他幾類微閥，如相變閥、電磁微閥、電化學微閥、混合微閥、機械微閥等也都有其各自優(yōu)點和缺點，并都有相應的應用場合，如電磁微閥難以實現(xiàn)自動化?？傮w來說，相比于無源微閥，有源微閥具有開關速度快、泄漏小等優(yōu)點，因而對其研究得更為廣泛和深入。
形狀記憶合金微閥采用記憶合金在溫度變化時形狀發(fā)生變化的原理來實現(xiàn)微閥的開啟和關閉，其相對于其他有源微閥，具有較大的壓力-體積比和較強的恢復力的優(yōu)點。但報道的形狀記憶合金微閥需要外部加熱源，應用有一定的局限性，且不能直接應用于壓電微流器件上，不能充分發(fā)揮壓電微流器件強大的微流操控能力。
如期刊《傳感器與執(zhí)行構》2011年第168卷第1期155-161頁（Sensors and Actuators A, Vol.168(1), 2011: 155-161）公開了《用于高尺寸比微通道的嵌入式形狀記憶合金微閥探索與評估》（《Exploration and evaluation of embedded shape memory alloy (SMA) microvalves for high aspect ratio microchannels》）。該嵌入式形狀記憶合金微閥是由形狀記憶合金線、鋁導線和覆有SU-8膠的合金端構成，鋁導線繞于形狀記憶合金線上，鋁導線的兩端加電壓，形狀記憶合金線的一端固定，形狀記憶合金線的另一端折成90度并涂覆SU-8膠，鋁導線繞于形狀記憶合金線上后置放于聚二甲基硅氧烷微通道上。該嵌入式形狀記憶合金微閥在正常情況下，聚二甲基硅氧烷微通道導通，微閥開啟，微流體可以在聚二甲基硅氧烷微通道內輸運；當鋁導線上加一定幅度的直流電壓時，鋁導線通以電流，鋁導線產(chǎn)生的焦耳熱使得繞在鋁導線內的形狀記憶合金線溫度上升，到達轉換溫度時，形狀記憶合金線的長度發(fā)生變化，帶動覆有SU-8膠的一端擠壓聚二甲基硅氧烷微通道，使得聚二甲基硅氧烷微通道閉塞而引起微閥關閉，此時聚二甲基硅氧烷微通道不能輸運微流體。該嵌入式形狀記憶合金微閥可有效地實現(xiàn)聚二甲基硅氧烷微通道內微流體輸運的控制，其采用鋁導線通過較大電流產(chǎn)生焦耳熱加熱形狀記憶合金線，使形狀記憶合金線溫度發(fā)生改變，當形狀記憶合金線溫度到達一定溫度時，形狀記憶合金線尺寸發(fā)生改變，從而迫使與之連接的微通道發(fā)生形變，實現(xiàn)微閥動作。由于產(chǎn)生足夠的焦耳熱，就要求鋁導線產(chǎn)生的電流較大，因此難以與外部的電路相兼容，且也難以應用于壓電微流器件上，有待改進。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于聲表面波的形狀記憶合金微閥及其控制方法，該形狀記憶合金微閥的結構簡單、體積小，易于集成，可應用于壓電微流芯片上進行微流控制操作。
本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種基于聲表面波的形狀記憶合金微閥，其特征在于：包括PCB板、聲表面波激發(fā)裝置、具有微通道的PDMS凝固體、形狀記憶合金線，所述的形狀記憶合金線由一體制成的室溫下微彎曲的第一段形狀記憶合金線和室溫下筆直的第二段形狀記憶合金線組成，所述的聲表面波激發(fā)裝置和所述的PDMS凝固體安裝于所述的PCB板上，所述的PDMS凝固體的一側上向內開設有凹槽，所述的第一段形狀記憶合金線的另一端與所述的PCB板連接，所述的第一段形狀記憶合金線橫跨于所述的聲表面波激發(fā)裝置激發(fā)的聲表面波的傳播路徑上，且所述的第一段形狀記憶合金線位于傳播路徑上的一段由放置于傳播路徑上的石蠟油微液覆蓋，所述的第二段形狀記憶合金線外套設有導向管，所述的導向管與所述的PCB板連接，且所述的導向管的一部分位于所述的凹槽內，所述的第二段形狀記憶合金線的另一端外露于所述的導向管外且其上連接有塑料薄片，所述的塑料薄片的外表面為接觸面且正對所述的凹槽的槽底，所述的塑料薄片在推動力下擠壓所述的PDMS凝固體位于所述的凹槽與所述的微通道之間的部分使其發(fā)生形變以阻斷所述的微通道實現(xiàn)形狀記憶合金微閥的關閉；
當所述的聲表面波激發(fā)裝置激發(fā)的聲表面波加熱所述的石蠟油微液時，在所述的第一段形狀記憶合金線的溫度上升至轉換溫度時所述的第一段形狀記憶合金線拉伸并推動所述的第二段形狀記憶合金線沿所述的導向管直線向所述的凹槽的槽底方向移動，所述的塑料薄片抵接所述的凹槽的槽底后在推動力下擠壓所述的PDMS凝固體位于所述的凹槽與所述的微通道之間的部分，使所述的PDMS凝固體位于所述的凹槽與所述的微通道之間的部分形變以阻斷所述的微通道實現(xiàn)形狀記憶合金微閥的關閉；
當所述的聲表面波激發(fā)裝置不再激發(fā)聲表面波加熱所述的石蠟油微液時，所述的石蠟油微液的溫度逐漸下降，所述的第一段形狀記憶合金線逐漸恢復原狀，所述的第二段形狀記憶合金線沿所述的導向管逐漸直線回位，所述的塑料薄片脫離所述的凹槽的槽底或剛好與所述的凹槽的槽底接觸不再擠壓所述的PDMS凝固體位于所述的凹槽與所述的微通道之間的部分，所述的微通道恢復通暢實現(xiàn)形狀記憶合金微閥的開啟。
該形狀記憶合金微閥還包括用于產(chǎn)生RF電信號的信號發(fā)生裝置，所述的聲表面波激發(fā)裝置由壓電基片組成，所述的壓電基片安裝于所述的PCB板上，所述的壓電基片的上表面為工作表面，所述的壓電基片的工作表面上設置有對稱的兩個用于激發(fā)聲表面波的叉指換能器，兩個所述的叉指換能器分別與所述的信號發(fā)生裝置電連接，兩個所述的叉指換能器之間為所述的傳播路徑，所述的第一段形狀記憶合金線橫跨于所述的傳播路徑上、且與所述的壓電基片的工作表面之間留有用于確保所述的第一段形狀記憶合金線能夠自由伸縮的間隙。當叉指換能器上加載信號發(fā)生裝置產(chǎn)生的RF電信號時，叉指換能器激發(fā)的聲表面波加熱石蠟油微液；當叉指換能器上不再加載信號發(fā)生裝置產(chǎn)生的RF電信號時，叉指換能器不再激發(fā)聲表面波加熱石蠟油微液；叉指換能器上加載的RF電信號的功率為31～33 dBm；要求第一段形狀記憶合金線與壓電基片的工作表面之間留有間隙，是為了確保第一段形狀記憶合金線能夠自由伸縮而不碰觸到壓電基片的工作表面。
兩個所述的叉指換能器之間的區(qū)域上圍設有用于防止所述的石蠟油微液運動至所述的傳播路徑外的PDMS阻流墻，所述的PDMS阻流墻的底面與兩個所述的叉指換能器之間的區(qū)域緊貼，所述的PDMS阻流墻的對稱兩側自頂部延伸至底部設置有缺口，兩個所述的缺口使所述的PDMS阻流墻分為呈U型槽結構的兩個PDMS阻流條，兩個所述的缺口與所述的PDMS阻流墻的內部空間連通形成一個供所述的第一段形狀記憶合金線橫跨于所述的傳播路徑上的通道，所述的通道與所述的傳播路徑垂直。在此，在兩個叉指換能器之間的區(qū)域上圍設PDMS阻流墻是為了防止石蠟油微液運動至傳播路徑外，而PDMS阻流墻的對稱兩側自頂部延伸至底部設置缺口是為了確保第一段形狀記憶合金線伸縮不受PDMS阻流墻的影響。
所述的壓電基片的工作表面上還設置有對稱的兩個反射柵，每個所述的反射柵用于減少加載于對應的所述的叉指換能器上的RF電信號的功率。
所述的間隙的隙寬為0.2～0.3毫米。在此，間隙的隙寬的具體值是在本申請的形狀記憶合金微閥的結構基礎上通過大量實驗得出的。
所述的信號發(fā)生裝置由用于產(chǎn)生RF電信號的信號發(fā)生器及功率放大器組成，所述的信號發(fā)生器的輸出端與所述的功率放大器的輸入端連接，所述的PCB板上設置有第一引線腳和第二引線腳，所述的第一引線腳分別通過導線與所述的功率放大器的輸出端和其中一個所述的叉指換能器的匯流條連接，所述的第二引線腳分別通過導線與所述的功率放大器的輸出端和另一個所述的叉指換能器的匯流條連接。
所述的功率放大器的輸出端連接有切換開關，所述的切換開關選擇與所述的第一引線腳連接或與所述的第二引線腳連接。在此，設置切換開關是為了使該形狀記憶合金微閥的關閉可僅通過在一個叉指換能器上加載RF電信號來實現(xiàn)。
所述的PCB板上以鏤空形式設置有相互獨立且平行的第一安裝空腔和第二安裝空腔，所述的PCB板位于所述的第一安裝空腔和所述的第二安裝空腔之間的部分作為連接橋，所述的壓電基片嵌裝于所述的第一安裝空腔的兩端腔壁之間，所述的第一段形狀記憶合金線的另一端與所述的第一安裝空腔遠離所述的連接橋的第一側腔壁連接，所述的PDMS凝固體緊嵌裝于所述的第二安裝空腔內，所述的凹槽朝向所述的連接橋，所述的連接橋上開設有連通所述的第一安裝空腔和所述的凹槽的導向孔，所述的導向管安裝于所述的導向孔內。在此，在PCB板上設置第一安裝空腔和第二安裝空腔，并將壓電基片嵌裝于第一安裝空腔內，將PDMS凝固體緊嵌裝于第二安裝空腔內，可以有效地減小該形狀記憶合金微閥的體積；使PDMS凝固體的四周緊貼第二安裝空腔的四周，是為了增加PDMS凝固體的連接穩(wěn)固性。
所述的導向管的內徑比所述的第二段形狀記憶合金線的線徑大0.5～1毫米；所述的第二段形狀記憶合金線的一端外露于所述的導向管外的部分的長度為3～5毫米，所述的第二段形狀記憶合金線的另一端外露于所述的導向管外的部分的長度為3～5毫米；所述的塑料薄片的接觸面與所述的凹槽的槽底之間的間距為0～0.3毫米。在此，只要求導向管的內徑比第二段形狀記憶合金線的線徑大0.5～1毫米，是為了確保第二段形狀記憶合金線能夠沿導向管直線移動的同時，保證第二段形狀記憶合金線移動的穩(wěn)定性，如果導向管的內徑較大，則第二段形狀記憶合金線移動時可能會上下左右晃動；限制第二段形狀記憶合金線的一端外露于導向管外的部分的長度，一方面需確保第二段形狀記憶合金線移動的穩(wěn)定性，可要求導向管盡可能長，另一方面，導向管又不能太長而影響第一段形狀記憶合金線的拉伸；限制第二段形狀記憶合金線的另一端外露于導向管外的部分的長度是因為：塑料薄片與第二段形狀記憶合金線的另一端采用環(huán)氧樹脂膠連接時，環(huán)氧樹脂膠粘接處可能不平整，同時便于位于導向管內的第二段形狀記憶合金線能夠自由移動；限制塑料薄片的接觸面與凹槽的槽底之間的間距是為了確保第一段形狀記憶合金線拉伸后塑料薄片能夠有效擠壓PDMS凝固體位于微通道與凹槽之間的部分以阻斷微通道。
一種上述的基于聲表面波的形狀記憶合金微閥的控制方法，其特征在于包括以下步驟：
①將石蠟油微液放置于聲表面波激發(fā)裝置激發(fā)的聲表面波的傳播路徑上；
②在聲表面波激發(fā)裝置未激發(fā)聲表面波的情況下，形狀記憶合金微閥處于開啟狀態(tài)，數(shù)字微流體能在外部進樣器的作用下通過PDMS凝固體中的微通道實現(xiàn)輸運；
形狀記憶合金微閥從開啟狀態(tài)到關閉狀態(tài)的控制過程為：聲表面波激發(fā)裝置激發(fā)的聲表面波作用于石蠟油微液上加熱石蠟油微液，此時第一段形狀記憶合金線的溫度上升，當溫度上升至轉換溫度時第一段形狀記憶合金線拉伸并推動第二段形狀記憶合金線沿導向管直線向凹槽的槽底方向移動，塑料薄片抵接凹槽的槽底后在推動力下擠壓PDMS凝固體位于凹槽與微通道之間的部分，使PDMS凝固體位于凹槽與微通道之間的部分形變以阻斷微通道實現(xiàn)形狀記憶合金微閥的關閉，此時數(shù)字微流體不能通過PDMS凝固體中的微通道實現(xiàn)輸運；
形狀記憶合金微閥從關閉狀態(tài)到開啟狀態(tài)的控制過程為：聲表面波激發(fā)裝置不再激發(fā)聲表面波，此時石蠟油微液的溫度逐漸下降，第一段形狀記憶合金線逐漸恢復原狀，第二段形狀記憶合金線沿導向管逐漸直線回位，塑料薄片脫離凹槽的槽底或剛好與凹槽的槽底接觸不再擠壓PDMS凝固體位于凹槽與微通道之間的部分，微通道恢復通暢實現(xiàn)形狀記憶合金微閥的開啟，此時數(shù)字微流體能在外部進樣器的作用下通過PDMS凝固體中的微通道實現(xiàn)輸運。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
1）該形狀記憶合金微閥利用聲表面波激發(fā)裝置激發(fā)的聲表面波加熱石蠟油微液，使第一段形狀記憶合金線的溫度上升，這樣當?shù)谝欢涡螤钣洃浐辖鹁€的溫度上升至轉換溫度時拉伸會推動第二段形狀記憶合金線沿導向管直線向凹槽的槽底方向移動，這樣塑料薄片抵接凹槽的槽底后會擠壓PDMS凝固體位于凹槽與微通道之間的部分使發(fā)生形變阻斷微通道，方便地實現(xiàn)了該形狀記憶合金微閥的關閉；而重新開啟該形狀記憶合金微閥，只需不再加熱石蠟油微液即可；該形狀記憶合金微閥通過聲表面波激發(fā)裝置激發(fā)的聲表面波實現(xiàn)第一段形狀記憶合金線的溫度改變，從而實現(xiàn)微閥開啟與關閉，該形狀記憶合金微閥無需氣泵等體積較大的控制設備，體積小、結構簡單，且易于集成，可應用于壓電微流芯片上進行微流控制操作。
2）該形狀記憶合金微閥中設置導向管，且導向管與PCB板連接，不僅給第二段形狀記憶合金線提供了支撐，而且可以確保第二段形狀記憶合金線能夠沿導向管直線移動；設置塑料薄片是為了增加與凹槽的槽底接觸的面積，即為了增加擠壓面積，如果不設置塑料薄片，則第二段形狀記憶合金線的另一端會戳穿PDMS凝固體。
3）該形狀記憶合金微閥的控制方法的過程簡單，即只需通過使聲表面波激發(fā)裝置激發(fā)聲表面波，就可實現(xiàn)微閥的關閉；而不再使聲表面波激發(fā)裝置激發(fā)聲表面波，就可實現(xiàn)微閥的開啟。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的基于聲表面波的形狀記憶合金微閥的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
實施例一：
本實施例提出的一種基于聲表面波的形狀記憶合金微閥，如圖1所示，其包括PCB板1、聲表面波激發(fā)裝置7、具有微通道21的PDMS凝固體2、形狀記憶合金線3，形狀記憶合金線3由一體制成的室溫下微彎曲的第一段形狀記憶合金線31和室溫下筆直的第二段形狀記憶合金線32組成，聲表面波激發(fā)裝置7和PDMS凝固體2安裝于PCB板1上，PDMS凝固體2的一側上向內開設有凹槽22，第一段形狀記憶合金線31的另一端與PCB板1連接，第一段形狀記憶合金線31橫跨于聲表面波激發(fā)裝置7激發(fā)的聲表面波的傳播路徑上，且第一段形狀記憶合金線31位于傳播路徑上的一段由放置于傳播路徑上的石蠟油微液9覆蓋，第二段形狀記憶合金線32外套設有導向管4，導向管4與PCB板1連接，且導向管4的一部分位于凹槽22內，第二段形狀記憶合金線32的另一端外露于導向管4外且其上連接有塑料薄片5，塑料薄片5的外表面為接觸面且正對凹槽22的槽底，塑料薄片5在推動力下擠壓PDMS凝固體2位于凹槽22與微通道21之間的部分使其發(fā)生形變以阻斷微通道21實現(xiàn)形狀記憶合金微閥的關閉。當聲表面波激發(fā)裝置7激發(fā)的聲表面波加熱石蠟油微液9時，在第一段形狀記憶合金線31的溫度上升至轉換溫度時第一段形狀記憶合金線31拉伸并推動第二段形狀記憶合金線32沿導向管4直線向凹槽22的槽底方向移動，塑料薄片5抵接凹槽22的槽底后在推動力下擠壓PDMS凝固體2位于凹槽22與微通道21之間的部分，使PDMS凝固體2位于凹槽22與微通道21之間的部分形變以阻斷微通道21實現(xiàn)形狀記憶合金微閥的關閉；當聲表面波激發(fā)裝置7不再激發(fā)聲表面波加熱石蠟油微液9時，石蠟油微液9的溫度逐漸下降，第一段形狀記憶合金線31逐漸恢復原狀，第二段形狀記憶合金線32沿導向管4逐漸直線回位，塑料薄片5脫離凹槽22的槽底或剛好與凹槽22的槽底接觸不再擠壓PDMS凝固體2位于凹槽22與微通道21之間的部分，微通道21恢復通暢實現(xiàn)形狀記憶合金微閥的開啟。
在實際設計時，在PDMS凝固體2的一側上也可以不開設凹槽22，只是這種情況下PDMS凝固體2發(fā)生形變的效果相對差一些；設置導向管4，且導向管4與PCB板1連接，不僅給第二段形狀記憶合金線32提供了支撐，而且可以確保第二段形狀記憶合金線32能夠沿導向管4直線移動；設置塑料薄片5是為了增加與凹槽22的槽底接觸的面積，即為了增加擠壓面積，如果不設置塑料薄片5，則第二段形狀記憶合金線32的另一端會戳穿PDMS凝固體2。
在本實施例中，該形狀記憶合金微閥還包括用于產(chǎn)生RF電信號的信號發(fā)生裝置8，聲表面波激發(fā)裝置7由壓電基片71組成，壓電基片71安裝于PCB板1上，壓電基片71的上表面為工作表面，壓電基片71的工作表面上設置有對稱的兩個用于激發(fā)聲表面波的叉指換能器72，兩個叉指換能器72分別與信號發(fā)生裝置8電連接，兩個叉指換能器72之間為聲表面波的傳播路徑，第一段形狀記憶合金線31橫跨于傳播路徑上、且與壓電基片71的工作表面之間留有用于確保第一段形狀記憶合金線31能夠自由伸縮的間隙，間隙的隙寬為0.2～0.3毫米，如實際設計時將該間隙的隙寬設計為0.3毫米，壓電基片71的工作表面上還設置有對稱的兩個反射柵73，每個反射柵73用于減少加載于對應的叉指換能器72上的RF電信號的功率。當叉指換能器72上加載信號發(fā)生裝置8產(chǎn)生的RF電信號時，叉指換能器72激發(fā)的聲表面波加熱石蠟油微液9；當叉指換能器72上不再加載信號發(fā)生裝置8產(chǎn)生的RF電信號時，叉指換能器72不再激發(fā)聲表面波加熱石蠟油微液9；叉指換能器72上加載的RF電信號的功率為31～33 dBm；要求第一段形狀記憶合金線31與壓電基片71的工作表面之間留有間隙，是為了確保第一段形狀記憶合金線31能夠自由伸縮而不碰觸到壓電基片71的工作表面。
在本實施例中，兩個叉指換能器72之間的區(qū)域上圍設有用于防止石蠟油微液9運動至傳播路徑外的PDMS阻流墻74，PDMS阻流墻74的底面與兩個叉指換能器72之間的區(qū)域緊貼，PDMS阻流墻74的對稱兩側自頂部延伸至底部設置有缺口75，兩個缺口75使PDMS阻流墻74分為呈U型槽結構的兩個PDMS阻流條76，兩個缺口75與PDMS阻流墻74的內部空間連通形成一個供第一段形狀記憶合金線31橫跨于傳播路徑上的通道（圖中未示出），通道與傳播路徑垂直。在此，在兩個叉指換能器72之間的區(qū)域上圍設PDMS阻流墻74是為了防止石蠟油微液9運動至傳播路徑外，而PDMS阻流墻74的對稱兩側自頂部延伸至底部設置缺口75是為了確保第一段形狀記憶合金線31伸縮不受PDMS阻流墻74的影響。
在本實施例中，信號發(fā)生裝置8由用于產(chǎn)生RF電信號的信號發(fā)生器81及功率放大器82組成，信號發(fā)生器81的輸出端與功率放大器82的輸入端連接，PCB板1上設置有第一引線腳11和第二引線腳12，第一引線腳11分別通過導線與功率放大器82的輸出端和其中一個叉指換能器72的匯流條721連接，第二引線腳12分別通過導線與功率放大器82的輸出端和另一個叉指換能器72的匯流條721連接。在具體設計時，還可在功率放大器82的輸出端連接切換開關（圖中未示出），使切換開關選擇與第一引線腳11連接或與第二引線腳12連接，即選擇其中一個叉指換能器72激發(fā)聲表面波，這樣該形狀記憶合金微閥的關閉可僅通過在一個叉指換能器72上加載RF電信號來實現(xiàn)。
在本實施例中，PCB板1上以鏤空形式設置有相互獨立且平行的第一安裝空腔13和第二安裝空腔14，PCB板1位于第一安裝空腔13和第二安裝空腔14之間的部分作為連接橋15，壓電基片71嵌裝于第一安裝空腔13的兩端腔壁之間，第一段形狀記憶合金線31的另一端與第一安裝空腔13遠離連接橋15的第一側腔壁連接，PDMS凝固體2緊嵌裝于第二安裝空腔14內，即PDMS凝固體2的兩端對應與第二安裝空腔14的兩端腔壁緊貼連接，PDMS凝固體2背向凹槽22的一側與第二安裝空腔14遠離連接橋15的第二側腔壁緊貼連接，PDMS凝固體2設置有凹槽22的一側與第二安裝空腔14靠近連接橋15的第一側腔壁緊貼連接，凹槽22朝向連接橋15，連接橋15上開設有連通第一安裝空腔13和凹槽22的導向孔16，導向管4安裝于導向孔16內。在此，在PCB板1上設置第一安裝空腔13和第二安裝空腔14，并將壓電基片71嵌裝于第一安裝空腔13內，將PDMS凝固體2緊嵌裝于第二安裝空腔14內，可以有效地減小該形狀記憶合金微閥的體積；使PDMS凝固體2的四周緊貼第二安裝空腔14的四周，是為了增加PDMS凝固體2的連接穩(wěn)固性。
在本實施例中，導向管4的內徑比第二段形狀記憶合金線32的線徑大0.5～1毫米，如實際設計時可將導向管4設計為內徑大于第二段形狀記憶合金線32的線徑0.8毫米；第二段形狀記憶合金線32的一端外露于導向管4外的部分的長度為3～5毫米，第二段形狀記憶合金線32的另一端外露于導向管4外的部分的長度為3～5毫米，如實際設計時可將第二段形狀記憶合金線32的兩端外露于導向管4外的部分的長度設計為4毫米；塑料薄片5的接觸面與凹槽22的槽底之間的間距為0～0.3毫米，如實際設計時可將塑料薄片5的接觸面與凹槽22的槽底之間的間距設計為0.2毫米。在此，只要求導向管4的內徑比第二段形狀記憶合金線32的線徑大0.5～1毫米，是為了確保第二段形狀記憶合金線32能夠沿導向管4直線移動的同時，保證第二段形狀記憶合金線32移動的穩(wěn)定性，如果導向管4的內徑較大，則第二段形狀記憶合金線32移動時可能會上下左右晃動；限制第二段形狀記憶合金線32的一端外露于導向管4外的部分的長度，一方面需確保第二段形狀記憶合金線32移動的穩(wěn)定性，可要求導向管4盡可能長，另一方面，導向管4又不能太長而影響第一段形狀記憶合金線31的拉伸；限制第二段形狀記憶合金線32的另一端外露于導向管4外的部分的長度是因為：塑料薄片5與第二段形狀記憶合金線32的另一端采用環(huán)氧樹脂膠連接時，環(huán)氧樹脂膠粘接處可能不平整，同時便于位于導向管4內的第二段形狀記憶合金線32能夠自由移動；限制塑料薄片5的接觸面與凹槽22的槽底之間的間距是為了確保第一段形狀記憶合金線31拉伸后塑料薄片5能夠有效擠壓PDMS凝固體2位于微通道21與凹槽22之間的部分以阻斷微通道21。
在此，PCB板1采用現(xiàn)有技術，PCB板1也可由其它現(xiàn)有的可以固定導線的基板替代；形狀記憶合金線3采用現(xiàn)有技術，要求第一段形狀記憶合金線31室溫下微彎曲（只需少許彎曲即可，如0.8～1.5毫米），以在溫度上升至轉換溫度時拉伸，轉換溫度為60攝氏度；導向管4具有一定的剛性，如可選用銅管等；塑料薄片5采用普通塑料制成，要求塑料薄片5無法從導向管4中穿過；壓電基片71可采用機電耦合系數(shù)稍大的壓電基片，基本可取機電耦合系數(shù)大于5.5%的壓電基片，如1280-YX LiNbO3壓電基片；叉指換能器72和反射柵73均采用現(xiàn)有技術；信號發(fā)生器81和功率放大器82均采用現(xiàn)有技術；第一段形狀記憶合金線31的另一端與第一安裝空腔13的腔壁的連接、導向管4與導向孔16的孔壁的連接、壓電基片71與第一安裝空腔13的腔壁的連接均通過現(xiàn)有的環(huán)氧樹脂膠實現(xiàn)。
在此，PDMS凝固體2和PDMS阻流墻74均采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制作而成；PDMS凝固體2中的微通道21與凹槽22之間的間距應以第一段形狀記憶合金線31拉伸后擠壓微通道21與凹槽22之間的部分能夠阻斷微通道21為標準，如可將微通道21與凹槽22之間的間距設計為2～3毫米； PDMS凝固體2中的微通道21的內徑可設計為100～200微米，PDMS凝固體2的四周分別通過環(huán)氧樹脂膠與第二安裝空腔14的四周固定連接，以使PDMS凝固體2穩(wěn)定的固定于第二安裝空腔14內；PDMS凝固體2中的微通道21的入口上可通過連接軟管與進樣器連通，PDMS凝固體2中的微通道21的出口上可通過連接軟管與廢液池連通；在壓電基片71的工作表面上位于兩個叉指換能器72之間的區(qū)域上設置PDMS阻流墻74時，可在PDMS阻流墻74的底面涂覆一層PDMS，然后將涂有PDMS的PDMS阻流墻74的底面貼于壓電基片71的工作表面上，并在100℃的烘箱內固化2小時，至此完成了PDMS阻流墻74與壓電基片71的連接。
在此，在第一安裝空腔13的兩端腔壁之間嵌裝壓電基片71時，盡量使壓電基片71接近第一安裝空腔13的腔底，這樣能夠充分地確保第一段形狀記憶合金線31與壓電基片71的工作表面不接觸、之間留有間隙。
實施例二：
本實施例提出了實施例一的基于聲表面波的形狀記憶合金微閥的控制方法，其包括以下步驟：
①將石蠟油微液放置于聲表面波激發(fā)裝置激發(fā)的聲表面波的傳播路徑上。
②在未啟動信號發(fā)生器和功率放大器，聲表面波激發(fā)裝置未激發(fā)聲表面波的情況下，形狀記憶合金微閥處于開啟狀態(tài)，數(shù)字微流體能在外部進樣器的作用下通過PDMS凝固體中的微通道實現(xiàn)輸運；
形狀記憶合金微閥從開啟狀態(tài)到關閉狀態(tài)的控制過程為：啟動信號發(fā)生器和功率放大器；信號發(fā)生器輸出RF電信號，并傳輸RF電信號給功率放大器；功率放大器輸出的放大的RF電信號（功率為31～33 dBm）加載于叉指換能器；叉指換能器激發(fā)的聲表面波作用于石蠟油微液上加熱石蠟油微液，此時第一段形狀記憶合金線的溫度上升，當溫度上升至轉換溫度60攝氏度時第一段形狀記憶合金線拉伸變?yōu)橹本€并推動第二段形狀記憶合金線沿導向管直線向凹槽的槽底方向移動，塑料薄片抵接凹槽的槽底后在推動力下擠壓PDMS凝固體位于凹槽與微通道之間的部分，使PDMS凝固體位于凹槽與微通道之間的部分形變以阻斷微通道實現(xiàn)形狀記憶合金微閥的關閉，此時數(shù)字微流體不能通過PDMS凝固體中的微通道實現(xiàn)輸運；
形狀記憶合金微閥從關閉狀態(tài)到開啟狀態(tài)的控制過程為：關閉信號發(fā)生器和功率放大器；叉指換能器不再激發(fā)聲表面波；此時石蠟油微液的溫度逐漸下降，第一段形狀記憶合金線逐漸恢復原狀，第二段形狀記憶合金線沿導向管逐漸直線回位，塑料薄片脫離凹槽的槽底或剛好與凹槽的槽底接觸不再擠壓PDMS凝固體位于凹槽與微通道之間的部分，微通道恢復通暢實現(xiàn)形狀記憶合金微閥的開啟，此時數(shù)字微流體能在外部進樣器的作用下通過PDMS凝固體中的微通道實現(xiàn)輸運。