[發明專利]一種基于壓電振膜的高精度MEMS微泵

在審

• 申請號: 202111290662.3
• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN113883041A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 黃毅;陶智;李海旺;于湛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F04B43/04
• 分類號: F04B43/04;F04B53/16;F04B53/10;B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 彭豆

一種基于壓電振膜的高精度MEMS微泵，涉及微泵技術領域，解決現有壓電微泵采用PDMS材質，存在使微泵精度差，且體積較大等問題，MEMS微泵本體由基片通過刻蝕、鍵合工藝形成三層結構；三層結構由上至下分別為上層腔體層、中層腔體層和下層；上層腔體層與中層腔體層連通，上層腔體層的上表面設置有PZT壓電薄膜；中層腔體層底部設置有進口閥門和出口；下層設置有出口閥門和進口；當電源驅動PZT壓電薄膜向上振動時，流體通過進口閥門從進口流入由上層腔體層與中層腔體層連通的腔體，此時出口閥門關閉；當PZT壓電薄膜向下振動時，流體通過出口閥門從出口流出由上層腔體層與中層腔體層連通的腔體，此時進口閥門關閉。整體尺寸小，更利于集成化。

技術領域

本發明涉及微泵技術領域，具體涉及一種基于壓電振膜的高精度MEMS微泵。

背景技術

微流控芯片是利用微米級流體通道來處理流體的器件，近年來已經發展成為一個生物、化學、醫學、流體、電子等學科交叉的嶄新研究領域。近十年中已經在國內外基礎科研和應用科研中發揮了愈發重要的作用，尤其是在醫學快速檢測、給藥等領域。給藥微芯片是其中一個重要分支，已被廣泛應用在醫療治療中，發揮了舉足輕重的作用，其可以有效地將藥物運輸到目標部位，以增加藥物的局部可用性并減少由藥物與其他器官和組織的相互作用引起的毒副作用。而微泵作為驅動流體的能量來源，是微流控系統中的不可或缺的重要環節。隨著生物芯片技術的快速發展，對實現微流體的自動、精確的驅動要求更加迫切，同時微流體驅動的發展也影響著微流體器件的進一步集成和性能的提升。

目前，微泵可分為機械式泵和非機械式泵。機械式微泵依靠機械運動部件來傳輸、控制微流體，而非機械式微泵則是依靠各種物理作用或效應將某種非機械能轉變為微流體的動能，實現微流體的驅動，這類微泵往往需要復雜的驅動電路或設備，這些外加部件往往增加了系統的復雜性，降低了系統的便攜性，從而限制了微流體系統的應用。而機械式微泵由于其原理簡單、控制方便、功耗小、響應速度較快等優點受到學者的密切關注。其中壓電微泵由于其響應快、驅動力大、驅動功率低和工作頻率寬等優點，目前文獻中對壓電微泵的研究和應用更加深刻全面。據文獻報道，應用于醫療方面的壓電微泵主要采用PDMS材質，而PDMS的材料屬性使得微泵精度不夠，且體積較大(Ma等于2015年制作的PDMS微泵尺寸為22.0mm×40.0mm×0.7mm)。

因此本申請設計了一種硅材質的生物兼容的MEMS壓電驅動微泵，以滿足對流量控制的高精度以及小體積的需求。為提高現有微泵的流量控制精度，進一步減小微泵體積，將其與醫療應用相結合。

發明內容

本發明為解決現有壓電微泵采用PDMS材質，存在使微泵精度差，且體積較大等問題，提供一種基于壓電振膜的高精度MEMS微泵。

一種基于壓電振膜的高精度MEMS微泵，包括MEMS微泵本體以及PZT膜片，所述MEMS微泵本體由基片通過刻蝕、鍵合工藝形成三層結構；所述三層結構由上至下分別為上層腔體層、中層腔體層和下層；

所述上層腔體層與中層腔體層連通，所述上層腔體層的上表面設置有PZT壓電薄膜；

所述中層腔體層加工有進口閥門和出液口；

所述下層腔體層加工有出口閥門和進液口；

當電源驅動PZT壓電薄膜向上振動時，流體通過進口閥門從進液口流入由所述上層腔體層與中層腔體層連通的腔體，此時出口閥門關閉；

當PZT壓電薄膜向下振動時，流體通過出口閥門從出液口流出由所述上層腔體層與中層腔體層連通的腔體，此時進口閥門關閉。

本發明的有益效果：

1、本發明所述的微泵材質為硅，生物兼容的同時比PDMS等聚合物制作的微泵精度高；

2、流量范圍廣，在保證精度的同時，除了可滿足微小流量需求外，也可提供大流量；

3、本發明所述微泵的整體尺寸小，更利于集成化。