[發明專利]感應加熱的熱氣泡驅動隔熱型微泵及制備方法

有效

• 申請號: 202110336828.4
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113175423B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 劉本東;馬晨旭;張乃龍;楊佳慧
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: F04B19/00
• 分類號: F04B19/00;H05B6/02;H05B6/10;H05B6/36
• 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

感應加熱的熱氣泡驅動隔熱型微泵及制備方法用于微流體輸送的熱氣泡驅動，具體為具有熱源隔離功能的熱汽泡驅動微泵，利用高頻交變電流無線感應加熱生成熱氣泡，實現對微泵的驅動。采用液體將熱源和微流道中被泵送的液體隔離開，減少高溫對溶液特性的影響。這種隔熱型熱氣泡驅動微泵不但具有普通熱氣泡微泵結構簡單易集成、工作電壓低、壽命長等優點，而且還可以降低泵送液體的溫度，減小因高溫對溶液中部分生物或化學物質的損害，因此熱汽泡驅動隔熱型微泵具有更好的應用前景。

技術領域

本發明是一種用于微流體輸送的熱氣泡驅動微泵，具體為具有熱源隔離功能的熱汽泡驅動微泵，利用高頻交變電流無線感應加熱生成熱氣泡，實現對微泵的驅動。采用液體將熱源和微流道中被泵送的液體隔離開，減少高溫對溶液特性的影響。這種隔熱型熱氣泡驅動微泵不但具有普通熱氣泡微泵結構簡單易集成、工作電壓低、壽命長等優點，而且還可以降低泵送液體的溫度，減小因高溫對溶液中部分生物或化學物質的損害，因此熱汽泡驅動隔熱型微泵具有更好的應用前景。

背景技術

微泵是微流體輸送的動力之源，是微流控系統的重要組成部件，根據驅動方式的不同，可以分為壓電驅動微泵、靜電驅動微泵、電磁驅動微泵、電滲驅動微泵、電化學驅動微泵和熱氣泡驅動微泵等。熱氣泡驅動微泵沒有機械移動部件，無磨損和剛性沖擊，具有可靠性高、結構簡單和易于制作等優點。Aoqun等學者研制了一種激光加熱的熱氣泡驅動微泵，采用激光照射微通道內，從而使部分液體汽化產生氣泡，利用該熱氣泡的膨脹直接驅動液體在微通道內流動。孫建闖于設計了一種感應加熱的大流量熱氣泡驅動微泵，能在微泵的腔室中產生幾個大體積的熱氣泡，也是利用熱氣泡直接驅動液體泵送。熱氣泡的溫度較高，采用熱氣泡直接驅動液體會導致部分被泵送溶液溫度過高，從而損壞溶液的部分生物或化學物質特性。

發明內容

本發明的目的在于針對熱氣泡驅動微泵中熱氣泡的高溫對泵送液體的影響，提出一種感應加熱的熱氣泡驅動隔熱型微泵。該微泵采用液體隔離的方法，將熱氣泡的熱源與被泵送液體進行一定的溫度隔離，避免熱氣泡的高溫對溶液中的部分生物或化學物質等產生高溫損害。因此，本發明的熱氣泡溫度對被泵送液體影響小，具有熱源隔離的優點，同時還具備結構簡單易集成、工作電壓低、壽命長等優點。

本發明采用如下技術方案：

感應加熱的熱氣泡驅動隔熱型微泵包括PDMS芯片4、微加熱盤6、基底5、微勵磁線圈7。其中，PDMS芯片4包括進液口1、壓縮口10、微泵腔12、擴散口11、出液口2、隔熱流道14、氣泡室13和氣泡室進液口3；微加熱盤6附著在基底5上，微加熱盤6位于氣泡室13的底部中心。微勵磁線圈7是一種平面螺旋線圈，微勵磁線圈7位于微加熱盤正下方。感應加熱的熱氣泡驅動隔熱型微泵控制系統包括計算機27、脈沖發生器36、數字電流表30、電容17、可編程控制器26、繼電器21和放大器31。其中，脈沖發生器36提供高頻信號經過放大器31放大，再給微勵磁線圈7提供高頻交變電流，高頻交變電流再通過繼電器21傳遞給熱氣泡驅動隔熱型微泵，由可編程控制器26控制加熱時間t₂和間歇時間t₁。

所述進液口1貫穿于PDMS芯片4，進液口1直徑0.5-2.5mm，其與壓縮口10相連，壓縮口10最窄處寬度50-100μm，角度為10°-15°，長度為1-2mm，深度0.1-0.4mm，壓縮口10與微泵腔12相連，微泵腔12與擴散口11相連，微泵腔12為壓縮口10和擴散口11之間較為大的區域，擴散口11最窄處寬度50-100μm，角度為10°-15°，長度為1-2mm，深度0.1-0.4mm，擴散口11與出液口2相連，出液口2直徑0.5-2.5mm。微泵腔12還與隔熱流道14相連，隔熱流道14與氣泡室13相連，氣泡室13的直徑為3-6mm，氣泡室13與氣泡室進液口3相連，氣泡室進液口3直徑0.5-2.5mm。

所述微加熱盤6的直徑為3-6mm，厚度為5-50μm。