[發明專利]微流體誘導電滲計量泵的流動控制方法

有效

• 申請號: 201410183128.6
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103953532A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 張凱;秘曉靜;高巖峰;盛冰瑩
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: F04B49/06
• 分類號: F04B49/06;F04B13/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

技術領域

本發明屬于計量泵技術領域，具體為微流體誘導電滲計量泵的流動控制方法。

背景技術

自20世紀90年代，微全分析系統的概念被提出以來，微流體技術得到快速發展。近年來，隨著微流體研究的逐漸深入，微流體芯片研究領域的重點轉為微流體芯片的設計。微流體的流動是各個單元間檢測試樣運輸的決定因素，因此，如何實現微流體的流動控制是微流體芯片設計的重點。而，良好的微泵的設計能夠確保流體易于控制，提高這個檢測過程的效率，故設計實現高效的微泵(Micro-pump)成為微流體研究的一個重要任務。目前的微流體微泵設計中，應用最為成功的驅動方式為電滲驅動(EOF)，但是電滲驅動依舊具有一定的不足，比如，為保證較小尺寸下良好的流體驅動效果，系統需承擔很強的電場強度，導致焦耳熱效應產生，影響電場和流場；可減弱焦耳熱效應的交流外加電場，則會造成微泵平均驅動效果為零的后果；電滲驅動中壁面雙電層的電位一般小于100mV，傳輸效果并不夠優秀。

誘導電滲驅動(ICEOF)，其產生所基于的雙電荷層為外加電場作用于可極化障礙物誘導極化而來，可通過各種人工的方式對雙電層進行調控，可很好的規避電滲驅動中存在的諸多不足，有利于更高效的流體傳輸。此外，誘導電滲流驅動效果下的流速與外加電場之間呈非線性關系，因此可在相同外加電場情況下，獲得相對電滲流驅動更好的驅動效果。到目前為止，由于各種原因，基于誘導電滲流(ICEOF)理論的微流控驅動裝置的設計仍舊處于設計驗證階段，但其優越的性能已經讓我們看到了其廣闊的應用前景，因此研究誘導電滲流，并將其應用到微泵設計上，具有重要意義。微流體芯片作為一種微型化的分析儀器，在許多檢定操作環節對于流量的控制具有較高的要求。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明的目的在于設計提供一種微流體誘導電滲計量泵的流動控制方法的技術方案，在充分利用誘導電滲驅動微泵的基礎上，通過微尺度流量的計量和外圍電路的反饋控制，實現微泵流量的可控性輸出。

所述的微流體誘導電滲計量泵的流動控制方法，其特征在于包括微泵，微泵T形微管的垂直管道與平行管道交接處嵌入半邊不同性質的圓柱形障礙物，在外加電場作用下誘導產生的電滲流實現流體驅動，T形微管中采用MEMS工藝設置熱式薄膜型質量流量傳感器，熱式薄膜型質量流量傳感器的加熱電阻兩側各設置一個測溫熱敏電阻，流量傳感電路通過同相放大電路和單片機配合連接，單片機信號處理后獲得對應通道流量值通過LCD液晶顯示，實現流量計量；單片機通過電壓反饋電路與微泵入口配合連接，單片機通過DA通道調節輸出與所需流量值相對應的反饋電壓值，將該電壓值反饋到T型微泵的入口處作為激勵電壓，實現輸入電壓值的實時反饋控制，進而對T型管道內的流場流速和流量控制，完成流量反饋控制。

所述的微流體誘導電滲計量泵的流動控制方法，其特征在于微泵的出口處流量為10mL/s-350mL/s，優選50mL/s-250mL/s，更優選100mL/s-200mL/s。

所述的微流體誘導電滲計量泵的流動控制方法，其特征在于熱式薄膜型質量流量傳感器通過流量傳感電路獲得與通道流量呈確定函數關系的電壓信號，并通過同相放大電路和單片機中的DA通道進行信號處理，獲得對應通道流量值。

所述的微流體誘導電滲計量泵的流動控制方法，其特征在于所述的單片機為MSP430單片機。

上述微流體誘導電滲計量泵的流動控制方法，通過設置T形高效微泵，ICEOF的應用，實現了微通道內，無閥高效驅動效果；采用MEMS工藝設置熱式薄膜型質量流量傳感器，將微電子、發熱元件、測溫元件集成在傳感器芯片上，實現微通道內，流量精確測量；設計合理外圍流量計量和反饋控制電路，實現了微泵流量的可控性輸出，形成具有自動調節流量功能的微流體誘導電滲計量泵。

附圖說明

圖1為本發明的結構框圖；

圖2為不同電場強度下微泵出口處流量圖；

圖3?為熱式薄膜質量流量傳感器無氣流通過時的原理圖；

圖4?為熱式薄膜質量流量傳感器有氣流通過時的原理圖；

圖5?為流量傳感電路的電路原理圖；

圖6為同相放大電路的電路原理圖；

圖7為電壓反饋電路的電路原理圖；?

圖中：1-微泵、2-流量傳感電路、3-同相放大電路、4-單片機、5-LCD液晶、6-電壓反饋電路。

具體實施方式

以下結合說明書附圖對本發明作進一步說明。