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便攜式微泵在微流控芯片上的應用

時間:2019-04-07 08:57來源:畢業論文
提出了一種擴散引起的負壓便攜式微泵。通過添加緩存室,微泵的輸出可長時間內持續穩定,且微泵的流速可通過改變溶劑的組成和擴散管長度進行靈活調節。該微泵可自供電,操作簡

摘要:流體驅動單元是微器件不可或缺的組成部分。在本文中,我們提出了一種擴散引起的負壓便攜式微泵。通過添加緩存室,微泵的輸出可長時間內持續穩定,且微泵的流速可通過改變溶劑的組成和擴散管長度進行靈活調節。該微泵可自供電,操作簡便,特別適用于微器件的驅動。為證明微泵的潛在應用價值,我們采用微泵驅動流體,在芯片上實現了層流及液滴的形成和靈活操控,從而表明我們所發展的微泵可作為微流體的理想驅動力,在便攜式分析和診斷領域有更多的潛在應用。34317
畢業論文關鍵詞:便攜式微泵、流體驅動單元、微流控芯片
Portable Micropump for Microfluidic Platform
Abstract: Fluid driving unit is the fundamental and indispensable component of various microdevices. In this paper, we present a novel, portable micropump based on diffusion-induced negative pressure. The micropump output can be sustained consistently over a long term by adding a cache chamber, and regulated flexibly by varying the solvent compositions and the length of diffusing tube. This pump is robust, self-powered, easy to operate and couple with a microdevice. As a proof of conception, the laminar flow and droplets manipulation can be obtained stably and regulated flexibly, all of which demonstrates the proposed pump can be an ideal driving force in microfluidics and have more potential applications in portable analysis and diagnosis.
Keywords: portable micropump; fluid driving unit; microfluidics
1. 前言
微流控芯片是在微米尺度對流體進行操控的技術。微流控芯片具有的特性:比如快速樣品處理,時間和空間的精確控制,高通量篩選,使其成為潛在的后備技術,有望用于生化分析,醫學診斷和藥物篩選[1,2]。
流動的驅動單元是各種微型器件不可或缺的組成部分。目前,廣泛用于流體輸運的主要是外部主動泵送機制,包括注射泵、高壓電源、壓縮空氣、氣動微泵閥系統等。這些主動泵輸送流體具有精度高,穩定性好、流速可調等特點。但是它們所需的外部支持設備和電力供應限制了微流體內在的優點(便攜性,能耗低,和小型化),且操作復雜繁瑣。此外,在資源匱乏的環境中(如戰場和野外),常規的帶有大型外輔設備的流體輸運設備常常不能有效運轉,延誤了緊急情況的診斷和治療。
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為克服上述限制,各種被動泵送方法相繼被提出[3-6],如毛細管泵、蒸發泵、脫氣驅動泵、和指壓泵等。毛細管泵主要有兩種,一種是多孔基質(紙或纖維素膜)中的液體滲透作用[7],另一種是微芯片中毛細管拉力誘導的流體流動[8,9]。前者已被廣泛應用于各種類型的紙芯片,且孕檢和血糖監測試紙已經成功商業化。毛細管力只可以輸送低粘性流體,流速未知且不可調節,流體驅動僅可維持數分鐘,上述缺點限制了毛細管泵在微流控研究的應用。
脫氣驅動泵[10]是基于PDMS的高滲透性導致的負壓。PDMS芯片真空室除去空氣分子。當芯片被取出時,空氣立刻填充在微通道。此時,PDMS本體中沒有空氣,微通道中的氣體擴散到PDMS本體中,導致通道中壓力比大氣中的低。儲液池的流體可通過該壓力差被吸入到微通道。脫氣驅動泵以被用于液滴捕獲[11],蛋白質結晶[12]及血細胞分離[13],但它需要外部抽真空設備,且流體流速是不可調節的。
手壓泵的動力源是指尖力[14-16]。通過使用多層軟光刻,將指壓泵部件,壓力腔和止回閥均集成于微芯片。操作者用手指按壓壓力腔時,腔室變形,從而產生正壓力。由于正壓力是由腔室空間和手指力來決定的,液體運輸是不穩定和不可重復的。另外,多層光刻和集成止回閥也增加了制造的復雜性,降低設備的可靠性。 便攜式微泵在微流控芯片上的應用:http://www.aftnzs.live/huaxue/20190407/31787.html
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