激光诱导微泵制造技术

本发明专利技术公开了一种激光诱导微泵，其包括内部设有泵腔的泵体、设于所述泵腔前端的出流口、与所述泵腔后端连通的补液腔、插入所述泵腔并延伸至泵腔前端部的光纤单体或光纤束。通过激光诱导空化微泵技术，利用激光聚焦于微流道内液体介质产生空化泡，利用空化泡生长和溃灭产生的流体推进速度和推进力驱动流体流动，使流体具有动能，克服粘附力和出流口的管道阻力，将泵腔中的流体挤压从出流口推出。继而空化泡溃灭空间收缩，在平衡压力的推动下补液腔为泵腔补充流体，实现了流体在泵腔中的泵吸过程，进一步通过激光多脉冲连续作用形成类似微泵的效应，从而可以使用简单的激光微泵装置驱动流体微量流速可控地连续输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微泵，尤其涉及一种激光诱导微泵。
技术介绍
微流控技术是指在至少有一维为微米甚至纳米尺度的低维通道结构中控制体积为皮升至纳升的流体进行流动并传质、传热的技术，属于工程、物理、化学、生化、纳米技术、生物技术等众多学科交叉的
微流控芯片作为微流控技术的载体，通常为在一块几平方厘米的芯片上构建的化学或生物实验室。在微流控系统所需的功能单元中，微泵是采用不同的驱动方式在微通道的特定区域中形成整体定向流动的器件，因此微泵技术是驱动微流道中微流体运动的一种关键技术。在微流控系统中，需要通过泵实现流体的驱动，通过阀控制流体，从而完成流控操作，这使得微流体驱动与控制操作单元极为重要。然而，在微观系统条件下，表面张力的影响变得十分明显，从工程意义上讲，常规宏观的流体体积流动的驱动方法在微管道中往往效果不好甚至是不可行的。目前用于微流体驱动的方法主要有两种：（1）机械微型泵技术，是把机械能转化为被驱动流体的流动动能。（2）基于电、光、磁等的非机械微型泵技术，把其它能量形式(电、光、磁、热等)转化或施加到被驱动流体，使之具有运动动能。机械微型泵技术和基于电、光、磁等的非机械微泵技术，在一定程度上和特定应用领域中，能够有效地驱动微流道中微流体定向流动，从而促进了微流控技术的发展。目前，机械微型泵一般包含大量复杂的零部件，这些零部件要求具备高精度，在加工上存在较大的困难，泵的制造成本高；同时，机械微型泵零部件的装配和集成跟传统的宏观装配技术也存在很大的差异，在微观尺度下，零部件的重力等体积力的作用越来越弱，而粘附力等表面张力则起着决定性的作用。因此，机械微型泵零部件加工和集成技术存在的瓶颈在一定程度上制约了其发展。而基于电、光、磁等的非机械微型泵技术，虽然不存在机械微型泵零部件的加工和集成问题，但是由于其涉及到电、光、磁、热等能量转化，只能工作在某系特定应用领域，存在很大的局限性，限制了其进一步的发展。
技术实现思路
针对现有技术不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种可以驱动流体微量流速可控地连续输出的激光诱导微泵。为了克服现有技术不足，本专利技术采用的技术方案是：一种激光诱导微泵，其包括内部设有泵腔的泵体、设于所述泵腔前端的出流口、与所述泵腔后端连通的补液腔、插入所述泵腔并延伸至泵腔前端部的光纤单体或光纤束，所述光纤单体或光纤束的后端连接有激光器。作为本专利技术激光诱导微泵的技术方案的一种改进，所述泵体设有与出流口相对的端塞，所述端塞塞于所述泵体后端所开设的通孔，所述端塞具有供光纤单体或光纤束穿过并形成液封的穿孔。作为本专利技术激光诱导微泵的技术方案的一种改进，所述光纤单体或光纤束的前端朝向所述出流口。作为本专利技术激光诱导微泵的技术方案的一种改进，所述补液腔与所述泵腔相互垂直或连接形成锐角。本专利技术的有益效果是：通过激光诱导空化微泵技术，利用激光聚焦于微流道内液体介质产生空化泡，利用空化泡生长和溃灭过程中产生的流体推进速度和推进力驱动流体流动，空化泡膨胀挤压流体，使内部压力平衡的流体具有动能，克服粘附力和出流口的管道阻力，将泵腔中的流体挤压从出流口推出。继而空化泡溃灭空间收缩，在平衡压力的推动下补液腔为泵腔补充流体，实现了流体在泵腔中的泵吸过程。进一步通过激光多脉冲连续作用形成类似微泵的效应，从而可以使用简单的激光微泵装置驱动流体微量流速可控地连续输出，该微泵具有毫秒级反应时间而且没有复杂的活动零部件，可以广泛应用于微生物医学、MEMS、微流道，甚至喷墨打印机等领域。附图说明图1是本专利技术激光诱导微泵的实施例的剖面结构示意图。具体实施方式下面对本专利技术的实施方式进行具体描述。如图1所示，本专利技术一种激光诱导微泵，其包括内部设有泵腔12的泵体10、设于所述泵腔12前端的出流口11、与所述泵腔12后端连通的补液腔13、插入所述泵腔12并延伸至泵腔12前端部的光纤单体16或光纤束，所述光纤单体或光纤束的后端连接有激光器15。通过激光诱导空化微泵技术，使用激光器15发射激光束17并通过光纤导入激光束17至泵腔12的前端部，利用激光聚焦于微流道内液体介质产生空化泡18，利用空化泡18生长和溃灭过程中产生的流体推进速度和推进力驱动流体流动。空化泡18膨胀挤压流体，使内部压力平衡的流体具有动能，克服粘附力和出流口的管道阻力，将泵腔12中的流体挤压从出流口11推出。继而空化泡18溃灭空间收缩，在平衡压力的推动下补液腔13为泵腔12补充流体，实现了流体在泵腔12中的泵吸过程。进一步通过激光多脉冲连续作用形成类似微泵的效应，从而可以使用较为简单的激光微泵装置驱动流体微量流速可控地连续输出，该微泵具有毫秒级反应时间而且没有复杂的活动零部件，为解决微流体的驱动问题提供了一种全新思路。同时，由于该微泵不存在特殊领域应用的局限性，可以广泛应用于微生物医学、MEMS、微流道，甚至喷墨打印机等领域。本专利技术的激光诱导空化微泵技术是利用激光聚焦于微流道内液体介质产生空化泡，在内外压差的作用下，空化泡会逐渐生长，生长到一定程度时，将发生溃灭现象，利用空化泡生长和溃灭过程中产生的流体推进速度和推进力驱动流体流动，进一步可以通过激光多脉冲连续作用，连续不断地推动微流道中流体流动，形成类似微泵的效应。更佳地，所述泵体设有与出流口相对的端塞，所述端塞塞于所述泵体后端所开设的通孔，所述端塞具有供光纤单体或光纤束穿过并形成液封的穿孔。图中所示的激光由激光器发射，要求激光能量、脉冲频率、激光光斑大小可调，实现空化泡18的大小和形成位置，空化过程中流体推进速度和推进力可控，以便通过优化工艺有效控制激光诱导空化微泵驱动微流道中微流体流动的效果。图中所示的微泵体的泵腔12中盛放有工作液，激光由光纤引导聚焦到微泵体内部的工作液中，诱导发生空化现象。可以通过改变工作液的类型（如水、甘油、水和甘油混合液等）来改变其性质（如粘性、表面张力），进一步研究空化泡的动力学特性对微泵驱动微流体流动效果的影响，以便进一步提高流体推进速度和推进力，从而优化微泵的反应时间和驱动效率。图中所示的微泵体，可以通过改变微泵体的形状（如圆形、方形、三角形等）来改变其对空化泡的约束状态，进一步研究空化泡在不同形状微流道内部的动力学特性，以便进一步探索不同微流道形状对流体推进速度和推进力的影响，找到最合适的微泵体形状，使微泵获得最优的反应时间和驱动效率。图中所示出流口11，可以通过改变出流口的大小和形状（如圆形、方形、三角形等）来改变其对空泡溃灭微射流的约束状态，实现出流口射流的流量、流速可调， 甚至可做到单液滴出流的效果，实现各种不同工艺要求。图中所示光纤引导激光进入微泵体内部合适位置，减少了能量的损失，提高了能量的利用率。通过单路光纤引导激光进入微泵体内，聚焦诱导空化泡驱动工作液，使微泵体中产生单气泡，从而精确控制流体流动，实现出流口11工作液单液滴出流。激光也可以通过多路光纤在微泵体的泵腔12中形成空泡群来驱动流体运动，加强微泵驱动微流体流动的效果，实现出流口11工作液连续出流。上述整个过程阐述了激光器发射激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光诱导微泵，其特征在于：包括内部设有泵腔的泵体、设于所述泵腔前端的出流口、与所述泵腔后端连通的补液腔、插入所述泵腔并延伸至泵腔前端部的光纤单体或光纤束，所述光纤单体或光纤束的后端连接有激光器。

【技术特征摘要】
1.一种激光诱导微泵，其特征在于：包括内部设有泵腔的泵体、设于所述泵腔前端的出流口、与所述泵腔后端连通的补液腔、插入所述泵腔并延伸至泵腔前端部的光纤单体或光纤束，所述光纤单体或光纤束的后端连接有激光器。
2.根据权利要求1所述的激光诱导微泵，其特征在于：所述泵体设有与出流口相对的端塞，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭钟宁，黄诗彬，印四华，罗红平，黄志刚，江树镇，陈铁牛，杨洋，唐勇军，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44