一种气泡定点生长的热气泡驱动微泵及制备方法技术

一种气泡定点生长的热气泡驱动微泵及制备方法，属于微流控技术领域。本发明专利技术是一种用于微流体输送的热气泡驱动微泵，具体为采用MEMS微加工技术制作的一种利用高频电流无线感应加热的热汽泡驱动微泵，在微泵内设有微加热盘，微加热盘上设计按一定规则形状排列的凹穴，使凹穴调整热汽泡的生长位置，通过控制热气泡周期性的膨胀和收缩，结合泵腔两侧微流道的阻力不同，最终微泵实现定向泵送。为了提高微泵的可靠性和工作频率，对微泵添加冷却装置，加强微泵在热汽泡收缩阶段的散热能力。本发明专利技术提出的微泵可广泛应用于航空航天、生物医学、化学等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种气泡定点生长的热气泡驱动微泵及制备方法
本专利技术是一种用于微流体输送的热气泡驱动微泵，具体为采用MEMS微加工技术制作的一种利用高频电流无线感应加热的热汽泡驱动微泵，在微泵内设有微加热盘，微加热盘上设计按一定规则形状排列的凹穴，使凹穴调整热汽泡的生长位置，通过控制热气泡周期性的膨胀和收缩，结合泵腔两侧微流道的阻力不同，最终微泵实现定向泵送。为了提高微泵的可靠性和工作频率，对微泵添加冷却装置，加强微泵在热汽泡收缩阶段的散热能力。本专利技术提出的微泵可广泛应用于航空航天、生物医学、化学等领域，属于微流控

技术介绍
微泵是微流体输送的动力之源，是微流控系统的重要组成部件。作为一种重要的微型执行部件，微泵可广泛应用于微型注射与药物输送系统、微全分析系统、芯片实验室、混合微流体、电子冷却系统等。Jung等在2007年研究了一种用多晶硅薄膜作为加热电阻的热气泡驱动微泵，由于受电阻尺寸、热传导和表面质量的限制，单个微电阻丝加热生成的热气泡直径较小、数量少，导致泵送效率低。Sun等在2017年研究了一种基于感应加热的热气泡驱动微泵，由于气泡生长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气泡定点生长的热气泡驱动微泵，其特征在于：/n热气泡驱动微泵包括PDMS芯片(5)、带有凹穴(51)的加热盘(7)、玻璃基底(6)、励磁线圈(8)、制冷装置(4)；其中，PDMS芯片(5)包括进液口(3)、出液口(1)、泵腔(13)、扩散口(15)和喷嘴(14)；采用MEMS微加工工艺将带有凹穴(51)的加热盘(7)制作在玻璃基底(6)上；微泵控制系统由计算机(30)、脉冲发生器(36)、数字电流表(33)、直流电源(44)、电容(18)、可编程控制器(27)、继电器I(22)、继电器II(39)、制冷装置(4)和微泵(2)组成；/n其中，脉冲发生器(36)给励磁线圈(8)提供交变电流...

【技术特征摘要】
1.一种气泡定点生长的热气泡驱动微泵，其特征在于：
热气泡驱动微泵包括PDMS芯片(5)、带有凹穴(51)的加热盘(7)、玻璃基底(6)、励磁线圈(8)、制冷装置(4)；其中，PDMS芯片(5)包括进液口(3)、出液口(1)、泵腔(13)、扩散口(15)和喷嘴(14)；采用MEMS微加工工艺将带有凹穴(51)的加热盘(7)制作在玻璃基底(6)上；微泵控制系统由计算机(30)、脉冲发生器(36)、数字电流表(33)、直流电源(44)、电容(18)、可编程控制器(27)、继电器I(22)、继电器II(39)、制冷装置(4)和微泵(2)组成；
其中，脉冲发生器(36)给励磁线圈(8)提供交变电流，通过可编程控制器(27)和继电器I(22)来控制微泵的加热时间t1和间歇时间t2；直流电源(44)给制冷装备(4)提供直流电，通过可编程控制器(27)和继电器II(39)来控制制冷装备(4)的断电时间t3和制冷时间t4；
所述进液口(1)、出液口(3)贯穿PDMS芯片(5)，与扩散口(15)和喷嘴(14)相连接；泵腔(13)直径6-8mm制作在PDMS芯片(5)上，泵腔(13)与扩散口(15)和喷嘴(14)相连通；
所述扩散口(15)和喷嘴(14)的最窄处宽度100-300μm，角度为10°-15°，长度为2.5-3mm，深度0.1-0.4mm，分别与进液口(3)、出液口(1)和泵腔(13)相互连通；
所述带有凹穴(51)的加热盘(7)，加工在玻璃基底(6)的上表面；凹穴(51)的直径为10-80μm，当加热盘(7)的温度达到热气泡的成核温度时，这些被密封的气体会优先产生热气泡，实现热气泡的定点生长；
所述加热盘(7)上的12个凹穴(51)制作成两排，呈扩散状对称分布在泵送流向中心线两侧，两排夹角为30°-40°；两排凹穴(51)最宽相距3-5mm，两排凹穴(51)最窄处相距500-800μm；
将带有加热盘(7)的玻璃基底(6)的上表面和PDMS芯片(5)通过键合工艺封装在一起，使加热盘(7)位于泵腔(13)的中央；
所述玻璃基片表面制备PDMS芯片(5)阳模；
所述励磁线圈(8)线圈匝数为7匝到20匝，在线圈周围设计一层导热硅胶，用于对励磁线圈(8)导热，并将励磁线圈(8)固定在玻璃基底(6)的下表面，励磁线圈(8)和泵腔中的加热盘(7)中心对齐；
所述的励磁线圈(8)与脉冲发生器(36)相串联，给励磁线圈(8)通入交流电流；
所述制冷装置(4)采用帕尔贴进行制冷，制冷装置(4)位于励磁线圈(8)的下方，对励磁线圈(8)、玻璃基底(6)和加热盘(7)进行冷却；
所述的制冷装置(4)与直流电源(44)相串联，给制冷装置(4)通入直流电流。


2.根据权利要求1所述的一种气泡定点生长的热气泡驱动微泵，其特征在于：
微泵控制系统通过可编程控制器(27)控制继电器I(22)实现感应加热电路的控制，和通过编程控制器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘本东，王龙，马晨旭，杨佳慧，张乃龙，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11