專利名稱：基于雙氧水分解的微氧氣泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體液體微泵，具體涉及一種基于雙氧水分解的微氧氣泵。用于微電子機械系統(tǒng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微泵是實現(xiàn)微流體控制的核心元件，基于MEMS加工技術(shù)的微泵按泵的原理一般可分為兩種類型機械式和非機械式。機械泵按致動類型可分為壓電式，氣動式，熱氣動式，靜電式以及電磁式等等。這些泵的工作原理大致都是利用較高的電壓致動薄膜，產(chǎn)生往復(fù)運動驅(qū)動液體沿微通道運動。機械泵的好處是可以適用于任何液體，而且流速較少受通道內(nèi)液流性質(zhì)和通道內(nèi)壁性質(zhì)影響，可靠性較高。但機械泵有以下缺點結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對設(shè)備和技術(shù)要求較高；必須與單向閥配合使用，增加了難度；泵壓不高；有滲漏；不容易集成等等。為了克服這些缺點，人們對沒有活動部件的非機械式微泵做了研究。非機械式微泵按其驅(qū)動動力可分為電熱致動泵、電滲流驅(qū)動泵、電流體動力泵、磁流體動力泵等等。近年來，利用氣體的壓力產(chǎn)生動力的微泵的研究也備受研究人員的關(guān)注。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Handique等在《Anal.Chem》2001，731831上發(fā)表的“On-chip thermopneumatic pressure for discrete drop pumping”(《分析化學(xué)》，單片熱致動微泵驅(qū)動液滴)中報道了一種利用加熱所產(chǎn)生的氣動壓力直接驅(qū)動流體的方法，其主要優(yōu)點是微泵內(nèi)不含有活動機械部件，其結(jié)構(gòu)及工作原理如下微泵主要包括氣源部分、微通道及表面張力突破閥。氣源部分包括一個小的氣室(體積數(shù)百納升)及其中的加熱電阻絲，加熱電阻絲加熱使氣室中的氣體膨脹，產(chǎn)生驅(qū)動氣壓，直接推動微管道內(nèi)的液體流動；保持對氣室的不斷加熱，可保證液滴的連續(xù)流動。該微泵致動氣源和控制氣動部分完全可以集成于芯片上，為在芯片上集成氣動驅(qū)動系統(tǒng)的研究提供了一個新思路。該氣泵的缺點是必須不斷的升溫才能保證液體的驅(qū)動，產(chǎn)生的壓力較小，只能驅(qū)動納升級液滴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點，提供一種基于雙氧水分解的微氧氣泵。使其具有原理新穎、結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的特點，克服了熱氣泵存在的驅(qū)動能力不強、驅(qū)動壓力過小的缺點。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明由兩層結(jié)構(gòu)組成，分別是包含有泵腔結(jié)構(gòu)和微通道的硅橡膠基底與包含有加熱電極和傳感電極的玻璃基片，玻璃基片通過紫外光照射封裝設(shè)置在硅橡膠基底的上方。所述的硅橡膠基底中設(shè)置有并列的兩個淺腔體，在并列淺腔體兩側(cè)相對位置分別設(shè)置有雙氧水入口微通道和氧氣出口微通道，雙氧水入口微通道與雙氧水進(jìn)液口相連通，氧氣出口微通道末端與毛細(xì)管微閥相連，毛細(xì)管微閥另一側(cè)與儲液腔連通，儲液腔的下側(cè)方設(shè)置有樣本入口微通道，樣本入口微通道與樣本進(jìn)液口相連通，儲液腔的另一側(cè)是蛇形微通道，蛇形微通道的后半段設(shè)置成蜿蜒曲折的形狀，末端與出液口相連。所述的玻璃基片上設(shè)置有驅(qū)動電極，驅(qū)動電極由微加熱電極和微傳感電極構(gòu)成，微加熱電極分別設(shè)置在并列的兩個淺腔體的正上方，微傳感電極設(shè)置在并列的兩個淺腔體中央。
微加熱電極采用多折線形狀，微傳感電極也采用多折線形狀。在玻璃基片上還設(shè)置有雙氧水進(jìn)液孔和樣本進(jìn)液孔，雙氧水進(jìn)液孔與雙氧水進(jìn)液口相連通，樣本進(jìn)液孔與樣本進(jìn)液口相連通。
本發(fā)明采用一種簡單的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體做驅(qū)動動力。雙氧水是一種化學(xué)活性物質(zhì)，如果加熱超過其分解速度，它會迅速分解，產(chǎn)生水和氧氣，反應(yīng)式如下(1)根據(jù)反應(yīng)式計算，僅僅1μl30％的雙氧水就能產(chǎn)生大約100μl的氧氣。產(chǎn)生氧氣的速度取決于外界溫度和催化劑的使用。只要溫度等外界條件滿足，反應(yīng)可以持續(xù)地進(jìn)行。反應(yīng)的產(chǎn)物，水和氧氣都是生物兼容的。
由反應(yīng)動力學(xué)和經(jīng)典氣體定律，可獲得一個樣本輸送率和反應(yīng)溫度的關(guān)系式。
lnf＝lnk1(RT/P).A+Ea/RT＝K/T(2)
k1——單位轉(zhuǎn)換常數(shù)，為3.6×106，R——經(jīng)典氣體常數(shù)，為0.082 056 latm/mol.K，T——溫度(K)，P——氣體壓力(atm)，K——比例系數(shù)，Ea——活化能，A——度。
由上式，控制反應(yīng)溫度就可以一定的速率控制樣本輸送。
本發(fā)明工作時，分別由雙氧水進(jìn)液孔和樣本進(jìn)液孔注入雙氧水和樣本溶液。雙氧水溶液通過雙氧水入口微通道流入雙氧水泵腔，樣本溶液通過樣本入口微通道流入儲液腔，由于毛細(xì)管閥的作用，雙氧水不會流入儲液腔，樣本溶液也不會流入雙氧水泵腔。封好雙氧水進(jìn)液孔和樣本進(jìn)液孔后，給加熱器施加一定的電流，同時通過溫度傳感器感知溫度，調(diào)節(jié)電流大小，控制雙氧水泵腔的溫度，雙氧水分解，產(chǎn)生壓力，驅(qū)動儲液腔的樣本溶液流入微通道，持續(xù)施加電流，最終溶液從出液口流出。
本發(fā)明開啟能耗低、連續(xù)驅(qū)動能力強、能產(chǎn)生相對較大的壓力，克服了前述熱氣泵存在的驅(qū)動能力不強、驅(qū)動壓力過小的缺點。而且，本發(fā)明微氧氣泵是單片型的，其結(jié)構(gòu)簡單，并采用簡單、靈活、易于集成的新型制作工藝方法制造，材料選用價格低廉的普通玻璃和高分子材料，進(jìn)一步降低了制造成本，因此，本發(fā)明有利于促進(jìn)單片型微流體系統(tǒng)的發(fā)展。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1是出液口，2是包含有微腔和微通道的硅橡膠基底，3是包含有加熱器和傳感器的玻璃基片，4是雙氧水泵腔，5是毛細(xì)管微閥，6是雙氧水入口微通道，7是氧氣出口微通道，8是儲液腔，9是蛇形微通道，10是樣本進(jìn)液微通道，11是雙氧水進(jìn)液口，12是雙氧水進(jìn)液孔，13是微傳感電極，14是微加熱電極，15是樣本進(jìn)液孔，16是樣本進(jìn)液口具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明由兩層結(jié)構(gòu)組成，分別是包含有泵腔結(jié)構(gòu)和微通道的硅橡膠基底2與包含有加熱電極和傳感電極的玻璃基片3，玻璃基片3通過紫外光照射封裝設(shè)置在硅橡膠基底2的上方，所述的硅橡膠基底2中設(shè)置有并列的雙氧水泵腔4，在雙氧水泵腔4兩側(cè)相對位置分別設(shè)置有雙氧水入口微通道6和氧氣出口微通道7，雙氧水入口微通道6與雙氧水進(jìn)液口11連通，氧氣出口微通道7末端與毛細(xì)管微閥5相連，毛細(xì)管微閥5另一側(cè)與儲液腔8連通，儲液腔8的下側(cè)方設(shè)置有樣本入口微通道10，樣本入口微通道10與樣本進(jìn)液口16相連通，儲液腔8的另一側(cè)是蛇形微通道9，蛇形微通道9的尾端連接有出液口1；所述的玻璃基片3上設(shè)置有驅(qū)動電極，驅(qū)動電極由微加熱電極14和微傳感電極13構(gòu)成，微加熱電極14分別設(shè)置在雙氧水泵腔4的正上方，微傳感電極13設(shè)置在雙氧水泵腔4中央。
蛇形微通道9的后半段設(shè)置成蜿蜒曲折的形狀。
微傳感電極13、微加熱電極14為多折線形狀。
在玻璃基片3上還設(shè)置有雙氧水進(jìn)液孔12和樣本進(jìn)液孔15，雙氧水進(jìn)液孔12與雙氧水進(jìn)液口11相連通，樣本進(jìn)液孔15與樣本進(jìn)液口16相連通。
權(quán)利要求
1.一種基于雙氧水分解的微氧氣泵，由硅橡膠基底(2)與玻璃基片(3)組成，玻璃基片(3)通過紫外光照射封裝設(shè)置在硅橡膠基底(2)的上方，其特征在于，所述的硅橡膠基底(2)中設(shè)置有并列的雙氧水泵腔(4)，在雙氧水泵腔(4)兩側(cè)相對位置分別設(shè)置有雙氧水入口微通道(6)和氧氣出口微通道(7)，雙氧水入口微通道(6)與雙氧水進(jìn)液口(11)連通，氧氣出口微通道(7)末端與毛細(xì)管微閥(5)相連，毛細(xì)管微閥(5)另一側(cè)與儲液腔(8)連通，儲液腔(8)的下側(cè)方設(shè)置有樣本入口微通道(10)，樣本入口微通道(10)與樣本進(jìn)液口(16)相連通，儲液腔(8)的另一側(cè)是蛇形微通道(9)，蛇形微通道(9)的尾端連接有出液口(1)；所述的玻璃基片(3)上設(shè)置有驅(qū)動電極，驅(qū)動電極由微加熱電極(14)和微傳感電極(13)構(gòu)成，微加熱電極(14)分別設(shè)置在雙氧水泵腔(4)的正上方，微傳感電極(13)設(shè)置在雙氧水泵腔(4)中央。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙氧水分解的微氧氣泵，其特征是，蛇形微通道(9)的后半段設(shè)置成蜿蜒曲折的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙氧水分解的微氧氣泵，其特征是，微傳感電極(13)、微加熱電極(14)為多折線形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙氧水分解的微氧氣泵，其特征是，在玻璃基片(3)上還設(shè)置有雙氧水進(jìn)液孔(12)和樣本進(jìn)液孔(15)，雙氧水進(jìn)液孔(12)與雙氧水進(jìn)液口(11)相連通，樣本進(jìn)液孔(15)與樣本進(jìn)液口(16)相連通。
全文摘要
一種基于雙氧水分解的微氧氣泵，由硅橡膠基底與玻璃基片組成，硅橡膠基底中設(shè)置有并列的雙氧水泵腔，在雙氧水泵腔兩側(cè)相對位置分別設(shè)置有雙氧水入口微通道和氧氣出口微通道，雙氧水入口微通道與雙氧水進(jìn)液口連通，氧氣出口微通道末端與毛細(xì)管微閥相連，毛細(xì)管微閥另一側(cè)與儲液腔連通，儲液腔的下側(cè)方設(shè)置有樣本入口微通道，樣本入口微通道與樣本進(jìn)液口相連通，儲液腔的另一側(cè)是蛇形微通道，蛇形微通道的尾端連接有出液口；玻璃基片上設(shè)置有驅(qū)動電極，驅(qū)動電極由微加熱電極和微傳感電極構(gòu)成，微加熱電極分別設(shè)置在雙氧水泵腔的正上方，微傳感電極設(shè)置在雙氧水泵腔中央。本發(fā)明開啟能耗低、連續(xù)驅(qū)動能力強、能產(chǎn)生相對較大的壓力。
文檔編號C01B13/02GK1715177SQ20051002660
公開日2006年1月4日 申請日期2005年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月9日
發(fā)明者陳文元, 牛志強, 邵詩逸, 張衛(wèi)平 申請人:上海交通大學(xué)