[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

本發明涉及一種帶有曲線擋板的無閥磁流體驅動微泵，該裝置包括PDMS上蓋、玻璃基底、磁流體、永磁鐵、支架及步進電機。在PDMS上蓋設計有圓形微泵腔及曲線擋板，工作時，步進電機帶動外部永磁鐵轉動，永磁鐵產生的磁場力進而帶動腔內的磁流體轉動，腔內的磁流體隨著外部永磁鐵轉動并與曲線擋板將泵腔分割為進口側與出口側。磁流體作為葉片將出口側的液體泵送出泵腔，同時進口側的壓強減小，液體得以從進液口進行補充，實現持續泵送。本發明提高了微泵腔的空間利用率，泵送全程無死體積出現，改善了現有微泵泵送流量小的問題。同時，本裝置只需一個外部永磁鐵，減少了永磁體和控制閥的數量，提高可靠性的同時也降低了制作成本。

技術領域

本發明是一種帶有曲線擋板的無閥磁流體驅動微泵，具體為一種采用磁場力作為驅動力，利用磁流體受到磁場力的作用而產生運動，進而驅動被泵送的液體。微泵是微流體系統的重要組成部分，在微型傳感器、微型生物芯片、微系統化學分析以及各種涉及微流體輸送的場合中均有廣泛應用，屬于微流控系統領域。

背景技術

2005年，Yamahata等人研制了一種往復驅動的磁流體驅動微泵，由外部的永磁鐵帶動在微流道內的磁流體進行往復運動，磁流體兩端用油將其與液體或空氣隔離。2013年，Chang等人研制了一種用于增強生物反應的環形通道磁流體驅動微泵，微泵依靠靜止的永磁鐵和沿環形微流道運動的永磁鐵分別形成靜止和運動的兩個磁流體柱塞，運動的永磁鐵帶動磁流體柱塞不斷沿微流道運動，從而推動液體連續流動，進而實現連續泵送。2015年，Ashouri等人設計了一種圓形泵腔旋轉磁流體驅動微泵，由外部旋轉的永磁鐵驅動實現泵送。然而，目前大多數磁流體驅動微泵的泵送流量不高，且制作工藝復雜，微泵中較多的組件不僅增加了制造過程的復雜性和成本，而且降低了微泵的可靠性。

發明內容

本發明的目的在于克服傳統磁流體微泵難于實現大的泵送流量，制作工藝復雜等缺點，而提出一種采用圓形泵腔結構，只需要一個外部永磁鐵，且不需要葉片和止回閥等結構，加工難度較低。曲線擋板與磁流體將泵腔分為兩部分，泵腔內磁流體隨著外部永磁體轉動。在永磁鐵的轉動過程中，出液口側泵腔內的壓強不斷升高，液體從出液口排出；同時，進液口側泵腔內的壓強不斷降低，液體從進液口流入，從而實現液體泵送。

本發明可以獲得如下有益效果和特點：1)采用圓形泵腔結構，微泵的空間利用效率較高，可獲得較大的單次泵送量；2)曲線擋板和磁流體組成的特殊流道可使泵送的液體按順時針方向有規律地流動，增加了微泵運行時的穩定性，且泵送全程沒有死體積的出現；3)在整個泵送過程中，磁流體始終將微泵的進液口和出液口保持隔離狀態，因此被泵送的液體不會發生回流現象；4)只需要一個外部永磁鐵，減少了永磁體和控制閥的數量，且不需要葉片和止回閥等結構，部件少、結構簡單、制作成本低且可靠性較高；5)微泵的體積較小，加工難度較低；6)采用油基鐵磁流體，不溶于水，在微泵泵送過程中不會對泵送的水溶液產生影響，并滿足在外磁場作用時保持穩定的特性。

附圖說明

圖1：本發明整體外觀視圖；

圖2：本發明分解外觀視圖；

圖3：本發明微泵泵體外觀視圖

圖4：本發明微泵PDMS上蓋形狀結構圖；

圖5：本發明微泵工作原理示意圖一；

圖6：本發明微泵工作原理示意圖二；

圖7：本發明微泵工作原理示意圖三；

圖8：本發明微泵工作原理示意圖四；

圖9：本發明微泵PDMS上蓋制作工藝過程圖一；

圖10：本發明微泵PDMS上蓋制作工藝過程圖二；

圖11：本發明微泵PDMS上蓋制作工藝過程圖三；

圖12：本發明微泵PDMS上蓋制作工藝過程圖四；