[發明專利]帶有曲線擋板的無閥磁流體驅動微泵

有效

• 申請號: 201910673459.0
• 申請日: 2019-07-24
• 公開（公告）號: CN110454384B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 劉本東;沈忱;楊佳慧;李德勝
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: F04C11/00
• 分類號: F04C11/00;F04C13/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.帶有曲線擋板的無閥磁流體驅動微泵，其特征在于：包括PDMS上蓋、玻璃基底、支架、永磁鐵、圓盤和電機；其中，PDMS上蓋上設計有微泵腔、曲線擋板、進液口微流道、出液口微流道、進液口和出液口；

所述進液口與出液口通過兩個微流道與微泵腔連接；

所述微泵腔，通過進液口微流道與進液口相連，通過出液口微流道與出液口相連，

所述進液口微流道、出液口微流道兩通道與泵腔相切，其切線所夾圓心角為60°；

所述曲線擋板由兩段曲線擋板和中部開口組成，其中曲線一由兩段圓弧構成，靠近中部開口的圓弧為第一圓弧；第一圓弧過微泵腔的圓心，弧度α為26°-28°，其圓心與微泵腔的圓心相距3.7mm-3.9mm，且兩圓心連線與出液口微流道平行；曲線一的第二圓弧與第一圓弧外相切，且兩圓弧圓心連線與進液口微流道垂直，半徑為3mm-3.2mm，弧度β為60°-90°；中部開口部分的圓心和半徑與曲線一的第一圓弧相同，弧度為6°-10°，開口弧的中點為微泵腔的圓心；曲線二與泵腔側壁相連，為過微泵腔圓心且與進液口微流道相連的貝塞爾曲線，其與進液口微流道、出液口微流道、過微泵腔圓心且與出液口微流道垂直的線這三條直線相切。

2.根據權利要求1所述的帶有曲線擋板的無閥磁流體驅動微泵，其特征在于：

所述PDMS上蓋1為邊長20mm-22mm的正方形，厚度為100μm-200μm。

3.根據權利要求1所述的帶有曲線擋板的無閥磁流體驅動微泵，其特征在于：

微流道的寬度為0.6mm，進液口微流道的長度為6mm-8mm，出液口微流道的長度為3mm-5mm。

4.根據權利要求1所述的帶有曲線擋板的無閥磁流體驅動微泵，其特征在于：

微泵腔、曲線擋板、進液口微流道和出液口微流道的深度均為100μm-200μm。

5.根據權利要求1所述的帶有曲線擋板的無閥磁流體驅動微泵，其特征在于：

所述玻璃基底位于PDMS上蓋的底端，為長40mm-42mm，寬20mm-22mm的矩形，厚度為0.5mm-1mm。

6.根據權利要求1所述的帶有曲線擋板的無閥磁流體驅動微泵，其特征在于：

所述支架位于玻璃基底的下方，由兩個相同的L型支撐臂和底板組成；底板為長40mm-42mm，寬20mm-22mm的矩形，厚度為1mm-2mm；兩支撐臂的高度為30mm-32mm，間距為28mm-32mm，上端平臺邊緣的投影與底板重合。

7.根據權利要求1所述的帶有曲線擋板的無閥磁流體驅動微泵，其特征在于：

所述永磁鐵為圓柱形磁鐵，在圓盤和玻璃基底之間旋轉，永磁鐵的直徑為5mm-6mm，厚度為1mm-3mm。

8.根據權利要求1所述的帶有曲線擋板的無閥磁流體驅動微泵，其特征在于：

所述圓盤為底部有盲孔的圓柱體，圓盤直徑為14mm-16mm，厚度為2mm-3mm，底部盲孔直徑為1mm-2mm，深度為1mm-2mm。

9.應用如權利要求1-8任意一項所述的帶有曲線擋板的無閥磁流體驅動微泵的方法，其特征在于：

(a)在啟動微泵前，先向圓形微泵腔注入磁流體，磁流體由微泵外部的電機帶動旋轉的永磁鐵磁化，并隨著永磁鐵旋轉運動；電機的旋轉軸與圓形微泵腔的中心軸線同軸；然而，永磁鐵與微泵腔中心線偏心，由于永磁鐵對磁流體的磁化作用，磁流體在微泵腔中聚集并形成一個連續的磁流體微盤；當外部的永磁鐵圍繞著微泵腔中心旋轉時，磁流體微盤也隨著其進行旋轉；

(b)當外部永磁鐵以順時針方向旋轉時，在圓形微泵腔內的磁流體微盤也隨著其進行同向旋轉；由于曲線擋板的阻礙，磁流體通過曲線擋板的中部小口和端部大口流到曲線擋板的下端；隨著磁流體微盤的旋轉，進液口處的壓強逐漸減小，出液口處的壓強逐漸增大，出液口側部分不斷向出液口泵送液體，而進液口側部分則從進液口不斷補充液體；

(c)磁流體微盤繼續隨著永磁鐵順時針旋轉，在旋轉過程中始終有一部分磁流體滯留在曲線擋板的上方，將中部小口堵住，保持進液口與出液口的隔離狀態，同時液體順著端部大口繼續流入曲線擋板的下方，繼續著進液與泵送的過程；

(d)隨著磁流體微盤繼續順時針運動，出液口被磁流體阻擋，此時微泵停止泵送，同時在此階段進液口所連接的腔體體積不再增大，因此液體也不再向微泵腔內流入，在此階段液體既不回流也不泵送；

(e)磁流體微盤繼續順時針運動，曲線擋板下方的磁流體通過中部小口進入到上方泵腔，此時出液口微流道不再被遮擋，液體開始從出液口向外泵送；同時，上方泵腔的壓強隨著磁流體的運動開始減小，液體從進液口開始補充；至此，微泵完成一個工作循環并恢復初始工作狀態；

由以上步驟(b)(c)(d)(e)循環進行，液體不斷從進液口流入，從出液口流出，實現對液體的輸送功能，泵送全程磁流體始終將曲線擋板的中部開口充滿，將圓形微泵腔分為進液口側和出液口側兩個不互相連通的部分，因此液體在整個過程中不會發生回流。