[發明專利]基于形狀記憶合金驅動的蠕動式微泵

無效

• 申請號: 200810064944.X
• 申請日: 2008-07-18
• 公開（公告）號: CN101324228A
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發明（設計）人: 郭書祥;孫雪松;葉秀芬;嚴孝男
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F04B43/12
• 分類號: F04B43/12;A61M5/142
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及的是一種微流量液體的輸送裝置，屬于微流體控制、微機械技術領域。

(二)背景技術

近年來，微流量系統相關技術的研究是世界各國爭相投入的前沿課題，美國、歐洲、日本等國的科研人員，正在這一領域開展大規模的研究。微流量系統能夠精確檢測和控制每分鐘微升量級的流量，在藥物微量輸送、釋放、微量液體采樣、油料微量噴射、細胞分離、集成電子元件冷卻以及微量化學分析、航天等領域有著重要的應用前景。作為該系統核心部分的微型泵，已成為近年來國內外學者的研究熱點。另外微泵因能輸注定量液體，控制輸注速度，用來輸注要求用量準確、輸入速度穩定的特殊藥物，如強心劑、血管活性藥物等，因而在生物醫學中廣泛使用。例如，糖尿病人以往都是一次注射較大劑量的胰島素，這不僅造成浪費。而且藥效作用時問也較短，因此極需要一種流量能微量控制的持續的滴液裝置。在這類流量精細控制和檢測系統中，微小型泵是一個基本元件。微泵的研究始于20世紀80年代初Stanford大學的Wallmark和Smits。他們研究的泵是蠕動式微泵，沿泵體管道布置三個壓電片，順次通電，壓電片蠕動使得流體從進口流動到出口。其流量為3ul/min，驅動電壓為80V，工作頻率為15Hz，背壓為6kPa。Benard首先將形狀記憶合金用于微泵的驅動。通過給形狀記憶合金加熱和冷卻可以為驅動器提供動力源。由于熱傳遞速度的限制，該泵的工作頻率不高。當驅動電流為0.9A，頻率為0.9Hz時，該泵抽吸水的最大流量為49ul/min，可以達到的最大背壓為4.23kPa。

申請者曾研制出一種通過記憶合金彈簧的收縮，從外部擠壓甭管的蠕動式微泵，該泵為單入單出外部驅動的管狀結構，能進行單一液體的蠕動式液體泵送，驅動電壓為5V，流量范圍為400ul/min-3200ul/min.還研制出電磁螺線管作為驅動器的在生物醫學領域應用的微泵。

盡管國內外在微泵研究方面取得了很多研究成果，但是到目前為止微泵的驅動電壓比較高，而且在同一時間只能輸送一種液體，無法滿足生物醫學及工業控制上對多種不同液體的微量配給和微量輸送。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種具有低電壓驅動，體積小、成本低、對多種不同的液體可以按照指定的比例混合輸出，且流量可控的基于形狀記憶合金驅動的復合型蠕動式微泵。

本發明的目的是這樣實現的：每個蠕動式微泵由至少一個微泵單元組成，每個微泵單元由外部泵管、內部彈性乳膠膜管和形狀記憶合金彈簧驅動器組成，內部彈性乳膠膜管置于外部泵管內，一組形狀記憶合金彈簧驅動器并排布置于內部彈性乳膠膜管內，每個形狀記憶合金彈簧驅動器由呈球形的彈性膨脹桿、固定在彈性膨脹桿內的兩個固定接頭和連接在兩個固定接頭之間的形狀記憶合金彈簧組成，形狀記憶合金彈簧通過導線與單片機控制電路相連。

本發明還可以包括：

1、每個蠕動式微泵由兩個或兩個以上微泵單元并聯組成，每個微泵單元有獨立的進水口，每個微泵單元的出口處匯合成一路輸出。

2、每個蠕動式微泵由三個微泵單元并聯組成，三個微泵單元呈三角形排列。

3、內部彈性乳膠膜管與外部泵管完全隔離，內部彈性乳膠膜管上有用來進行散熱、充當通氣孔以及走線的外界通孔。

本發明的復合型蠕動式微泵系統采用形狀記憶合金微驅動器，可以在較低的電壓下工作，并且可以根據流量要求使各微泵單元協調工作，以達到整個微泵系統可以對多種液體按照指定比例混合輸出的要求。本發明的一種應用是進行人體靜脈輸液，通過采集人體脈搏、血壓信號作為反饋控制來實時調整混合藥物的比例和輸液量。如圖1所示。

該蠕動式微泵系統具有低電壓驅動，體積小、成本低、對多種不同的液體可以按照指定的比例混合輸出，且流量可控等優點，在醫療領域中的藥物配給輸送方面有著廣泛的應用前景。

采用形狀記憶合金(SMA)作為驅動器，將多個驅動膨脹單元連同管狀結構的泵體串聯在一起，組成一個微泵單元。驅動器靠低電壓作用導致本體溫度升高直接驅動其形變。進行內部膨脹輸送方式的創新研究，由內部膨脹和收縮引起管體體積的變化，多個驅動器按照一定的形式交替工作，類似于腸道蠕動的形式，完成液體的輸送。由于驅動電壓較小，能源由微小電池提供。根據不同作業的特點，可以將多個微泵單元并聯到一起，組成微泵系統，實現液體按一定比例的配置、混合。整個微泵系統由2伏的低電壓供電，可以通過調整控制信號對各個微泵單元的輸出流量進行控制，進而對整個微泵系統的輸出流量和輸出比例進行控制。