一种无阀电磁微泵及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种无阀电磁微泵及其制作方法，该微泵包括泵体和电源系统，所述泵体包括由下至上依次叠层的泵腔层、薄膜层以及线圈层，所述线圈层包括电磁线圈，所述薄膜层包括带有磁铁的薄膜，所述电源系统对所述电磁线圈供电产生变化的磁场，利用变化磁场与所述磁铁之间的相互作用，使所述磁铁带动所述薄膜往复振动，从而驱动所述泵腔层内的流体泵送。该微泵体积小、结构简单，可集成于器官芯片上，可以解决现有器官芯片系统依赖外部设备、便携性差的问题。

A valveless electromagnetic micropump and its making method

The invention discloses a valveless electromagnetic micropump and a manufacturing method thereof. The micropump comprises a pump body and a power supply system. The pump body comprises a pump cavity layer, a film layer and a coil layer successively laminated from bottom to top. The coil layer comprises an electromagnetic coil, and the film layer comprises a film with a magnet, and the power supply system relates to the electricity. Magnetic coil power supply produces a variable magnetic field, and the interaction between the variable magnetic field and the magnet causes the magnet to drive the film reciprocating vibration, thereby driving the fluid pumping in the pump cavity layer. The micro-pump has the advantages of small volume, simple structure and can be integrated on the organ chip. It can solve the problem that the existing organ chip system relies on external equipment and has poor portability.

【技术实现步骤摘要】
一种无阀电磁微泵及其制作方法
本专利技术涉及微流控和微制造
，具体涉及一种无阀电磁微泵及其制作方法。
技术介绍
器官芯片是一种利用微加工技术，在微流控芯片上制造出能够模拟人类器官的主要功能的仿生系统，是一种仿生、高效、节能的生理学研究及药物开发工具。除了具有微流控技术微型化、集成化、低消耗的特点之外，器官芯片技术还能够精确地控制多个系统参数，从而模拟人体器官的复杂结构、微环境和生理学功能。为了更加真实地模拟人体内生理环境，器官芯片通常需要通过微泵灌流实现细胞的动态培养。流体的流动会产生剪切力，人体内每时每刻都存在着流体的流动，而传统静态培养却无法给与系统剪切力。通过微泵灌流实现细胞的动态培养，有利于稳定地给予细胞营养物质并及时将废物排出，且相比于静态培养，细胞所处的动态环境与体内更为相似。目前应用在器官芯片上的各类微泵中，压电、静电驱动微泵所需电压较高，需要外部电源持续供能；气动微泵则需要复杂的外部气路装置与控制装置(电磁阀等)；而电渗、电泳驱动微泵存在着电流直接与溶液相互作用，可能会改变溶液成分、从而对细胞产生不利影响的问题。因此，目前能够实现动态培养的器官芯片，往往需要大型的外部设备来支持流体的驱动，这使得器官芯片难以走出实验室，限制了器官芯片的进一步发展和应用。因此，急需一种体积小、可集成于芯片上的微泵，减小芯片上的流体驱动对大型外部设备的依赖性，使器官芯片系统整体微型化，增强其便携性。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种无阀电磁微泵及其制作方法，解决现有微泵技术难以实现便携性等问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种无阀电磁微泵，包括泵体和电源系统，所述泵体包括由下至上依次叠层的泵腔层、薄膜层以及线圈层，所述线圈层包括电磁线圈，所述薄膜层包括带有磁铁的薄膜，所述电源系统对所述电磁线圈供电产生变化的磁场，利用变化磁场与所述磁铁之间的相互作用，使所述磁铁带动所述薄膜往复振动，从而驱动所述泵腔层内的流体泵送。进一步地：所述泵腔层包括泵腔、第一扩张收缩管、第二扩张收缩管、第一缓冲腔、第二缓冲腔与微流道，所述泵腔的两侧分别通过所述第一扩张收缩管、所述第二扩张收缩管与所述第一缓冲腔、所述第二缓冲腔的一侧连接，所述第一缓冲腔、所述第二缓冲腔的另一侧分别与微流道相连，所述第一扩张收缩管与第二扩张收缩管均为楔形流道结构，沿液体泵送方向，所述第一扩张收缩管的尖端与所述第一缓冲腔相连，所述第一扩张收缩管的开口端与所述泵腔相连；所述第二扩张收缩管的尖端与所述泵腔相连，所述第二扩张收缩管的开口端与所述第二缓冲腔相连。多组的所述泵腔、所述第一扩张收缩管、所述第二扩张收缩管、所述第一缓冲腔、所述第二缓冲腔形成串联和/或并联关系。所述泵腔为圆形腔体结构，其直径为3mm～4mm，深度为300μm～500μm。所述第一扩张收缩管、第二扩张收缩管的楔形流道的深度均与所述泵腔的深度相等；优选地，楔形流道的颈部的宽度为50μm～80μm，楔形流道的长度为800μm～1.28mm，优选地，楔形流道长度与颈部宽度的比值为16；优选地，楔形流道的两斜边夹角为10°～12°。所述磁铁粘接在所述薄膜层上与所述泵腔层的所述泵腔对应的位置。所述线圈层包括线圈支撑件、电磁线圈、注液口与出液口，所述线圈支撑件固定于与所述泵腔层的所述泵腔对应的位置，所述电磁线圈固定于所述线圈支撑件内，所述注液口与所述出液口贯穿所述线圈层和所述薄膜层，与所述泵腔层的微流道相连通；优选地，电磁线圈为铜线绕制而成的圆柱形线圈，优选地，线圈外径为6mm±0.5mm，内径为1mm±0.1mm，厚度为3mm±0.2mm，铜线线径为0.1mm。所述线圈支撑件的上下两侧各有一圆形槽，所述电磁线圈固定于上侧圆形槽的中心位置，优选地，上侧圆形槽直径为8mm±0.5mm，深度为3.5mm±0.1mm，下侧圆形槽直径为4mm±0.5mm，深度为1mm±0.2mm。所述薄膜层的薄膜厚度为100～200μm，优选地，所述磁铁为钕铁硼圆柱形永磁体，优选地，所述磁铁的直径为1.5mm～2mm，厚度为0.5mm。所述泵腔层、所述薄膜层和所述线圈层由PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料制成，三层结构通过氧等离子处理表面键合的方式组装在一起。一种制作所述的无阀电磁微泵的制作方法，包括：通过光刻和PDMS注塑工艺制作所述泵腔层；制作薄膜，并将所述薄膜与所述泵腔层结合到一起，再于所述薄膜上与所述泵腔层的泵腔对应的位置粘接一磁铁，得到芯片下半部分；优选地，通过PDMS旋涂制作出薄膜；优选地，所述薄膜与所述泵腔层通过氧等离子处理表面的方式键合到一起将线圈支撑件固定在硅片上，以此硅片作为基片完成PDMS的固化成型，从而制作出所述线圈层；优选地，先在硅片上制作出定位标记，再以使所述线圈支撑件的下侧圆形槽与所述定位标记对齐的方式，将所述线圈支撑件固定在硅片上；将所述线圈层与制得的芯片下半部分结合到一起，将电磁线圈安装到线圈支撑件内，并制作注液口与出液口；优选地，所述线圈层与芯片下半部分通过氧等离子处理表面的方式键合到一起。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的微泵通过对电磁线圈供电产生变化的磁场，利用变化磁场与磁铁之间的相互作用，使磁铁带动薄膜往复振动，推动泵腔内的液体产生运动，实现对液体的泵送。该微泵体积小、结构简单，可集成于器官芯片上，可以解决现有器官芯片系统依赖外部设备、便携性差的问题。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1.本专利技术提出的无阀电磁微泵结构简单、容易制作，优选实施例中，所使用的PDMS材料生物相容性强、透明程度高，有利于细胞的培养，并且便于进行实时监测。2.本专利技术提出的无阀电磁微泵可集成于器官芯片上，不需大型的外部供电和控制设备，可以实现器官芯片系统的小型化封装，大大增强了便携性。3.本专利技术提出的无阀电磁微泵体积小，可在单一芯片上集成多个，能够实现较为复杂的流动回路，有利于在芯片上构建更加仿生的微环境与系统。附图说明图1是本专利技术实施例的一种无阀电磁微泵系统示意图。图2是本专利技术实施例的微泵的泵腔部分平面结构图。图3是本专利技术实施例的线圈支撑件的结构示意图。图4是本专利技术实施例的线圈层制作方法示意图。图5是本专利技术的实施例1的用于两器官共培养芯片的无阀电磁微泵的三维示意图。图6是本专利技术的实施例1的用于两器官共培养芯片的无阀电磁微泵的泵腔层平面结构图。图7是本专利技术的实施例2的无阀电磁微泵的串联-并联模型的三维示意图。图8是本专利技术的实施例2的无阀电磁微泵的串联-并联模型的泵腔层平面结构图。具体实施方式以下对本专利技术的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。参阅图1至图8，在一些实施例中，无阀电磁微泵包括泵体和电源系统，电源系统包括信号发生模块104和电池105，所述泵体包括由下至上依次叠层的泵腔层101、薄膜层102以及线圈层103，所述线圈层103包括电磁线圈113，所述薄膜层102包括带有磁铁111的薄膜，所述电源系统对所述电磁线圈113供电产生变化的磁场，利用变化磁场与所述磁铁111之间的相互作用，使所述磁铁111带动所述薄膜往复振动，反复压缩泵腔层101的液体容积，从而驱动所述泵腔层内的流体泵送。在一些实施例中，所述泵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无阀电磁微泵，包括泵体和电源系统，其特征在于,所述泵体包括由下至上依次叠层的泵腔层、薄膜层以及线圈层，所述线圈层包括电磁线圈，所述薄膜层包括带有磁铁的薄膜，所述电源系统对所述电磁线圈供电产生变化的磁场，利用变化磁场与所述磁铁之间的相互作用，使所述磁铁带动所述薄膜往复振动，从而驱动所述泵腔层内的流体泵送。

【技术特征摘要】
1.一种无阀电磁微泵，包括泵体和电源系统，其特征在于,所述泵体包括由下至上依次叠层的泵腔层、薄膜层以及线圈层，所述线圈层包括电磁线圈，所述薄膜层包括带有磁铁的薄膜，所述电源系统对所述电磁线圈供电产生变化的磁场，利用变化磁场与所述磁铁之间的相互作用，使所述磁铁带动所述薄膜往复振动，从而驱动所述泵腔层内的流体泵送。2.如权利要求1所述的无阀电磁微泵，其特征在于,所述泵腔层包括泵腔、第一扩张收缩管、第二扩张收缩管、第一缓冲腔、第二缓冲腔与微流道，所述泵腔的两侧分别通过所述第一扩张收缩管、所述第二扩张收缩管与所述第一缓冲腔、所述第二缓冲腔的一侧连接，所述第一缓冲腔、所述第二缓冲腔的另一侧分别与微流道相连，所述第一扩张收缩管与第二扩张收缩管均为楔形流道结构，沿液体泵送方向，所述第一扩张收缩管的尖端与所述第一缓冲腔相连，所述第一扩张收缩管的开口端与所述泵腔相连；所述第二扩张收缩管的尖端与所述泵腔相连，所述第二扩张收缩管的开口端与所述第二缓冲腔相连；优选地，多组的所述泵腔、所述第一扩张收缩管、所述第二扩张收缩管、所述第一缓冲腔、所述第二缓冲腔形成串联和/或并联关系。3.如权利要求2所述的无阀电磁微泵，其特征在于,所述泵腔为圆形腔体结构，其直径为3mm～4mm，深度为300μm～500μm。4.如权利要求2或3所述的无阀电磁微泵，其特征在于,所述第一扩张收缩管、第二扩张收缩管的楔形流道的深度均与所述泵腔的深度相等；优选地，楔形流道的颈部的宽度为50μm～80μm，楔形流道的长度为800μm～1.28mm，优选地，楔形流道长度与颈部宽度的比值为16；优选地，楔形流道的两斜边夹角为10°～12°。5.如权利要求2所述的无阀电磁微泵，其特征在于,所述磁铁粘接在所述薄膜层上与所述泵腔层的所述泵腔对应的位置。6.如权利要求1至5任一项所述的无阀电磁微泵，其特征在于,所述线圈层包括线圈支撑件、电磁线圈、注液口与出液口，所述线圈支撑件固定于...

【专利技术属性】
技术研发人员：弥胜利，孙伟，蒲海涛，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44