[发明专利]一种基于微流控技术的热驱动微泵实验装置与方法

说明书

本发明公开微电子机械系统领域中用于泵送微流体的一种基于微流控技术的热驱动微泵实验装置与方法，热驱动微泵由一个液体流入微阀、6个液体流动微阀和一个液体流出微阀这8个微阀组成；将进液管、液体流动区及出液管结合为一体，在加热电阻附近设有温度传感器，实时检测热驱动微泵内部不同位置的温度并反馈给微控制器，利用加热产生的气体膨胀力及材料之间的形变作为驱动力，通过对各个部件循环加热的方式输送液体，实现了热能与机械能之间的转换，能提供较大的驱动力，在较低的驱动电压下获得较大的膜片变形，提高了热能与机械能之间的转换效率，可以提供平稳的流量，有效克服了微泵的脉动现象。

技术领域

本发明属于微电子机械系统领域，涉及基于微流控技术的热驱动微泵实验装置与方法，是一种用于泵送微流体的输送装置。

背景技术

微电机又称为微泵，是微流体输送的动力源，作为一种重要的微型执行部件，微泵可以广泛应用于药物输送、血液运输、DNA合成、微全分析系统及微型燃料电池等领域。微泵主要可分为压电驱动微泵、静电驱动微泵、电液动力微泵和电渗驱动微泵等等。上述驱动方式各具不同的优点，然而也具有各自的不足。例如压电驱动型微泵的驱动电压偏高；静电驱动型微泵的驱动力较小，形变位移较小；电液动力型微泵只适用于输送高介电常数和低粘度的流体；电渗驱动型微泵存在流量小、易受外界干扰的问题。

与其他各种微泵的驱动方式相比，基于热驱动方式的微泵具有优良的力学特性，能够提供足够大的动力和位移且响应速度适中、可靠性好。目前基于热驱动方法的微泵，如中国专利申请号200920218978.X的文献中提出的无阀热驱动泵，存在压电材料制备工艺复杂、驱动电压高、流量脉动大及流动效率低的问题，且组成结构较为复杂，这些不足将会大大限制热驱动微泵在微流体输送领域的广泛使用。

发明内容

本发明的目的是针对目前热驱动微泵所存在的流动效率低、流量脉动大且结构复杂等缺陷，提出一种驱动电压低、流动效率高、能有效克服脉动现象的基于微流控技术的热驱动微泵实验装置及该实验装置的实验方法。

本发明一种基于微流控技术的热驱动微泵实验装置采用的技术方案是：具有一个热驱动微泵，热驱动微泵由一个液体流入微阀、6个液体流动微阀 和一个液体流出微阀这8个微阀组成，每个微阀最外部是一个阀体，8个阀体紧密贴合构成完整圆柱体形状的热驱动微泵，每个阀体均是扇体结构且各占圆柱体的八分之一；液体流入微阀的阀体内部设有连接第一进液孔和第二进液孔的中型固定管，中型固定管内设有第一个第一加热电阻、第一温度传感器以及能控制第一进液孔和第二进液孔开和关的第一热控液体开关；液体流入微阀和每个液体流动微阀的阀体的内壁上均各设有第二加热电阻和第二温度传感器；液体流入微阀和液体流出微阀的阀体的两个矩形垂直侧壁上均各固定嵌有一个第二热控液体开关，第二热控液体开关打开和关闭液体流入微阀和液体流出微阀与顺时针和逆时针方向上的相邻两个液体流动微阀2之间的液体流动；每个液体流动微阀 的阀体内均各嵌有一个第三热控液体开关，第三热控液体开关能打开和关闭进入液体流动微阀 的阀体内液体流动；液体流出微阀的阀体内部设有连接出液管的小型固定管，小型固定管上设有第二个第一加热电阻、第一温度传感器以及能打开和关闭出液管的第四热控液体开关；第一、第二加热电阻和第一、第二温度传感器均连接微控制器。

进一步地，液体流入微阀在液体流出微阀的径向正对面，相对于热驱动微泵的中心轴对称，在液体流入微阀和液体流出微阀之间，沿顺时针和逆时针方向各布置每组3个液体流动微阀，两组液体流动微阀相对于热驱动微泵的中心轴对称。