[發(fā)明專利]一種基于滲透作用的微流體驅(qū)動裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810010918.9
• 申請日: 2008-04-03
• 公開（公告）號: CN101256195A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發(fā)明（設計）人: 徐章潤;楊春光
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學
• 主分類號: G01N35/00
• 分類號: G01N35/00
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司
• 代理人: 李在川

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于微流體驅(qū)動裝置，具體涉及一種基于滲透作用的微流體驅(qū)動裝置。

背景技術(shù)

在微流控分析系統(tǒng)中，微流控芯片以各種構(gòu)型的微通道網(wǎng)絡為特征，它通過操控通道內(nèi)的流體，完成芯片系統(tǒng)的分離分析功能。而與微通道相適應的微流體驅(qū)動技術(shù)，是實現(xiàn)微流體控制的前提和基礎。特別是基于微機電加工(micro-electromechanical?system，MEMS)等技術(shù)，微流體驅(qū)動技術(shù)在過去的十幾年得到了迅速的發(fā)展，各種微泵層出不窮。依據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)有無活動的機械部件，微流體驅(qū)動系統(tǒng)可分為有活動機械驅(qū)動部件和無活動機械驅(qū)動部件的微驅(qū)動系統(tǒng)，簡稱機械和非機械驅(qū)動系統(tǒng)(微泵)。

盡管當前的機械微泵發(fā)展迅速，但由于其多數(shù)需要基于微機電加工技術(shù)，如硅微加工技術(shù)、熱復制技術(shù)、軟光刻技術(shù)等，雖然可以制作高精度的微泵，但是都有缺點，諸如設備昂貴，造價高，步驟多，環(huán)境條件要求高等。其中軟光刻技術(shù)雖然避免了上述缺點，但是基于軟光刻技術(shù)制作的微泵，如PDMS氣動泵最大的缺點是需要外置氣源，不利于微分析系統(tǒng)實現(xiàn)小型化、便攜化。其次，有活動部件的機械微泵驅(qū)動下的液流多數(shù)有脈動現(xiàn)象，這對于流體穩(wěn)定性是非常不利的。

相比較而言，非機械微泵以場感應流微泵——以電場和磁場誘導液體流動的微泵為主，如電滲泵、電液態(tài)動力泵、磁液態(tài)動力泵等。由于這些微泵所產(chǎn)生的液流無脈動，流速范圍大，因此被微流控分析系統(tǒng)廣泛采用。但是，這些微泵常常需要龐大的驅(qū)動器，給使用帶來不便。其他類型的非機械微泵也有不足：如重力泵的泵壓受空間高度和液流黏度的影響，適用于連續(xù)輸送，不易更換液流；毛細作用微泵的運行時間受毛細通道的液體存儲量限制，若要延長運行時間，則使得加工工藝變得復雜；而蒸發(fā)力驅(qū)動微泵不僅受吸水劑的吸水量限制，還受環(huán)境濕度等條件的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種以滲透壓力為驅(qū)動力的微流體驅(qū)動裝置，裝置結(jié)構(gòu)簡單，無需外部能源，提供的液體流速穩(wěn)定，可調(diào)、無脈動，能達到連續(xù)工作數(shù)個工作日并且不受外界濕度的影響。

本發(fā)明微流體驅(qū)動裝置，由兩個支撐板之間夾一個半透膜，置于兩個帶有儲液池的池體之間，通過螺栓、螺母連接兩池體而構(gòu)成。

兩個池體上面均有一個與儲液池連通的排氣口，每個池體的外側(cè)壁上有一個儲液池的進口或出口，兩個池體的內(nèi)側(cè)壁相對應位置均有一個與儲液池腔體相通的開口，夾有半透膜的兩個支撐板安裝在兩池體內(nèi)側(cè)壁相對應的開口處，兩個支撐板上分布有小孔，小孔孔徑為0.4～2mm。所述的半透膜要求其截流分子量小于滲透驅(qū)動試劑的分子量。兩個池體內(nèi)的兩個儲液池容積相等。

上述每個池體的外側(cè)壁上有一個儲液池的進口或出口，是指當該池體內(nèi)的儲液池盛裝去離子水時，該池體外側(cè)壁上的孔便是儲液池進口，當該池體內(nèi)的儲液池盛裝滲透驅(qū)動試劑溶液時，該池體外側(cè)壁上的孔便是儲液池的出口。

本發(fā)明是一種以滲透壓為驅(qū)動力的微泵，屬于非機械微泵的范疇。它是基于一種生物仿真的形式而研制的，即植物細胞液之間具有不同的滲透壓，且自下而上逐漸增加，而細胞膜為半透膜，只允許水分子自由通過，而不允許細胞質(zhì)中的大分子通過，因此在滲透壓的作用下，水在植物體內(nèi)由根部自下而上運動。根據(jù)這種原理，采用商品半透膜，設計制作本發(fā)明微泵。

本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)最顯著的優(yōu)點和產(chǎn)生的積極效果是：在兩個池體上分別裝配有兩個支撐板，兩個支撐板之間夾有一個半透膜。支撐板的作用：一是穩(wěn)定流速，用支撐板夾緊半透膜，防止半透膜因發(fā)生形變而影響儲液池容積，進而穩(wěn)定流速；二是調(diào)節(jié)流速，因為在支撐板上分布有一定數(shù)量的小孔，小孔總面積為溶液通過半透膜的有效膜面積，可通過調(diào)節(jié)小孔的數(shù)量來調(diào)節(jié)有效膜面積，進而調(diào)節(jié)流速。另外本發(fā)明，現(xiàn)時通過選擇不同種類的水溶性物質(zhì)作為滲透驅(qū)動試劑溶液，或選擇不同濃度的溶液，可獲得不同的液體輸送流速。

本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)簡單，小型化，便于攜帶，造價低。無需外部能源，提供的液體流速穩(wěn)定、可調(diào)，無脈動，可以連續(xù)工作數(shù)個工作日，并且不受外界濕度的影響。

附圖說明

圖1是本發(fā)明微流體驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖中：1第一池體，2第二池體，3第一儲液池，4第二儲液池，5半透膜，6第一支撐板，7第二支撐板，8儲液池進口，9儲液池出口，10第一排氣口，11第二排氣口，12螺栓和螺母。

圖2是100mg/ml的BSA溶液的流速與時間關(guān)系圖；

圖3是40mg/ml的聚乙烯吡咯烷酮溶液的流速與時間關(guān)系圖。

具體實施方式