[發明專利]一種能實現雙向流動的超聲流微泵

無效

• 申請號: 201210488815.X
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN102996418A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 魏守水;魏長智
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: F04B43/04
• 分類號: F04B43/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 楊琪

技術領域

本發明涉及一種微泵，特別涉及一種能實現雙向流動的超聲流微泵。

背景技術

微泵是微流體系統的關鍵執行部件，應用十分廣泛。在試驗和醫療方面，微泵可用于DNA檢測分析以及藥物在人體內的傳輸；航空航天領域，微泵可用于微型航空航天器及微型探測器的燃料供給；在微電子領域，微泵可用與微電子液體冷卻系統冷卻液的輸送；在化工領域，微泵可用于化工用品的輸送以及貴重藥物的精確配置。

有閥微泵通常采用機械部件實現整流，整流效果較好，但是存在可動部件磨損和疲勞破壞，小型化和使用壽命受到限制。

無閥微泵的研究始于1993年，瑞典E.Stemme等人設計出擴張/收縮管型微泵，利用出入口結構的不對稱性對流體產生的阻力的不同實現整流。此后，眾多學者對此種類型的微泵從加工方法、驅動方式、泵體材料及封裝方法等不同側面進行了全面的研究，是目前無閥微泵研究最為活躍的領域。這類微泵的性能嚴重依賴于出入口的結構設計，通常流量損失較大，效率偏低。

發明內容

本發明的目的是克服上述不足而提供一種能實現雙向流動的超聲流微泵，這種微泵可以實現流體的雙向流動。

本發明采取的技術方案為：

一種能實現雙向流動的超聲流微泵，它由多個聲流微泵單元串接而成，每個聲流微泵單元的流體腔包括入口腔、出口腔、聲流腔和回流腔四部分形成H形腔體結構，其中入口腔、回流腔在水平方向相接，相接處垂直連接聲流腔，聲流腔頂端垂直連接出口腔，每個聲流微泵單元的聲流腔正對一個壓電片，壓電片置于正對聲流腔的管道底側位置，壓電片連接壓電驅動器，多個聲流微泵單元的流體腔相連通。

所述的入口腔、出口腔、聲流腔和回流腔橫截面優選方形，尺寸10um×10um～100um×100um。

壓電驅動器施加高頻（1-50MHz,優選30-50MHz）正弦電壓時，底部壓電片產生振動，近壓電片的聲流腔內出現了高強度超聲場，由于流體存在粘滯性，沿聲流腔方向會產生衰減，從而產生壓力梯度，它促使超聲場內的液體沿著超聲波的行進方向流動，形成凈流動。

采用這樣的結構，不僅能提高驅動力，增加流速和流量，而且在不同的位置施加驅動電壓，可以實現流體的雙向流動。當高幅聲波在耗散性流體介質中傳播時，由于存在著聲的損耗，損失的部分能量通過非線性流體動力學耦合，作為穩定動量施加到流體上，從而使流體產生穩定的聲流流動。聲流對微流體而言是一種較好的驅動方式，原因一是能較好的克服由于微小尺寸帶來的顯著的粘性力影響（粘性產生聲流；聲流驅動力是體積力）；二是尺寸越小，聲流驅動力越明顯。這是因為管道尺寸越小邊界層聲流的影響越明顯。

本發明微泵不需要壓力腔，無活動部件，可靠性高；易于制造；對懸浮粒子損傷??；工作電壓低；發熱低；對所傳輸的液體/氣體類型沒有限制，可用于傳輸包含DNA及其它生物試樣的液體等。

附圖說明

圖1為聲流微泵單元的結構圖；

圖2為本發明能實現雙向流動的超聲流微泵結構圖；

其中，1.入口腔，2.出口腔，3.聲流腔，4.回流腔，5.壓電片。

具體實施方式

下面結合附圖進一步說明。

一種能實現雙向流動的超聲流微泵，它由多個聲流微泵單元串接而成，每個聲流微泵單元的流體腔包括入口腔1、出口腔2、聲流腔3和回流腔4四部分形成H形腔體結構，其中入口腔1、回流腔4在水平方向相接，相接處垂直連接聲流腔3，聲流腔3頂端垂直連接出口腔2，每個聲流微泵單元的聲流腔3正對一個壓電片5，壓電片5置于正對聲流腔的管道底側位置，壓電片5連接壓電驅動器，多個聲流微泵單元的流體腔相連通。

設計的聲流微泵單元結構俯視圖如圖1。包括入口腔1、出口腔2、聲流腔3和回流腔4四部分組成。各腔體的尺寸為10um×10um到100um×100um的方形微管道。

圖1的單元結構可以通過微加工技術來制作?；w采用硅材料，在管道位置上涂上光刻膠，根據需要的管道深度確定好蝕刻時間。管道蝕刻完成后，在上表面通過陽極鍵合覆蓋玻璃板。最后將壓電片粘到正對聲流腔的位置處。

壓電驅動器施加高頻（1-50MHz）正弦電壓時，底部壓電片產生振動，近壓電片的聲流腔內出現了高強度超聲場，由于流體存在粘滯性，沿聲流腔方向會產生衰減，從而產生壓力梯度，它促使超聲場內的液體沿著超聲波的行進方向流動，形成凈流動。

圖2是由若干單元構成的多單元聲流微泵結構俯視圖。采用這樣的結構，不僅能提高驅動力，增加流速和流量，而且在不同的位置施加驅動電壓，可以實現流體的雙向流動。