微流體系統運作
時間：2024-06-17 14:49 點擊次數：
微泵作為微流體系統的“心臟”，是微流體輸送的動力源，也是微流體系統發(fā)展水平的重要標志。作為一種重要的微型執(zhí)行部件，微泵還可廣泛應用于藥物輸送、血液運輸、DNA合成、電子冷卻系統、微全分析系統、微型燃料電池、微型衛(wèi)星推進系統等領域，具有巨大的市場應用前景。
微泵的發(fā)展現狀
無閥微泵快速發(fā)展
微泵根據其有無可動閥片分為有閥微泵和無閥微泵。典型的無閥微泵有收縮－擴張型微泵，以及基于流體性質的非機械式微泵。有閥微泵的優(yōu)點是原理簡單，制造工藝成熟，易于控制，反向截止性能較好。
但缺點也很明顯：由于閥片的存在，微泵加工工藝要求高，結構復雜，不利于集成以及微型化；閥片易疲勞，并且回流現象不可避免，微泵效率低；在藥物輸送、血液運輸等領域應用中，閥門的存在會造成堵塞，且容易損傷細胞。
相比于有閥微泵，無閥微泵有以下優(yōu)點：結構簡單，易于加工和制備，可以制成平面結構，或者直接和微流控芯片一體化加工，便于微泵的微型化、集成化；無閥微泵利用微流體的特性，可以連續(xù)輸送流體，能精確檢測和控制流量，在生物醫(yī)學方面應用廣泛。
因此，無閥微泵成為21世紀微流體系統微型化、集成化、控制精準化程度進一步提高的突破口，具有廣闊的應用前景。
聚合物材料成為主流
微泵材料的選擇對微泵的設計制作、性能、成本以及應用都有顯著的影響。良好的微泵材料應該具有與操作環(huán)境良好兼容、制作工藝簡單、可大批量生產、疲勞壽命高等特點。
根據當今發(fā)表的微泵文獻，多數以硅半導體、玻璃為材料。隨著微泵技術的發(fā)展，聚合物材料如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、光刻膠、電致動聚合物材料( EAP)、離子導電聚合膠片( ICPF)、聚對二甲苯(Parylene) 、聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA)等也廣泛用來制作微泵，其中PDMS最為常見，電致動聚合物如離子聚合物金屬復合材料(IPMC)、介電彈性體(DE)、聚偏二氟乙烯( PVDF)等作為新型智能材料以其獨特的優(yōu)點成為國內外研究的熱點。
以硅為材料的微泵工藝成熟，但加工制作復雜，成本較高，生物相容性差，在生物醫(yī)學領域的應用受到限制。而基于聚合物材料的微泵有種類多、可供選擇余地大、制作工藝簡單、易于集成、生物兼容性好、性能優(yōu)良、成本低等優(yōu)點，非常適合大批量生產，使一次性使用的醫(yī)學微泵成為可能。
微泵結構不斷優(yōu)化
首先是微泵腔體結構的優(yōu)化。微泵腔體結構會影響微泵的壓力、流量、流動損失系數以及流動穩(wěn)定性。多數微泵均為單腔體結構，為了提高微泵的性能，研制多腔體結構微泵已成為一種趨勢，目前主要集中在兩腔體的研究上。
多腔體微泵可減輕流體脈動性，提高輸送能力，并且壓力和流量穩(wěn)定，提高微泵效率。有實驗研究發(fā)現，兩腔串聯結構，其輸出壓力和流量分別是單腔的2倍和1.4倍，而且綜合性能較高；并聯結構輸出壓力不變，但流量增加一倍，而且脈動小。
微流道是無閥微泵的關鍵結構，其結構制約著微泵性能，有必要對微流道結構進行優(yōu)化。有關學者提出了利用鋸齒形微流道代替?zhèn)鹘y擴張/收縮微流道，有效提高了微泵性能。鋸齒型微流道由于側面齒形角的存在，流動過程更易產生漩渦，使流道壓力損失降低，其最大流量和最大壓頭都得到提高。
Li等模仿魚的鰭片，在微流道側壁增加微翅片結構，微泵流動效率提高了10% ，在100 V，3 kHz的驅動電壓下測試，微泵性能提高了35% 。浙江大學傅新等利用Micro-DPIV技術對無閥微泵進行流場檢測，探究了微泵的流動機理，為微泵性能檢測、流道結構優(yōu)化設計提供了實驗驗證和技術指導。
