一種基于微流控芯片的電磁微泵的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于微流控芯片的電磁微泵，包括微流控芯片、第一磁鐵組、第二磁鐵組和第三磁鐵組；微流控芯片包括由上至下依次封接的蓋板、彈性薄膜和基板；基板上的第一微通道通過彈性薄膜上的通孔Ⅰ和蓋板上的進流孔與外界連通；基板上的第三微通道通過彈性薄膜上的通孔Ⅱ和蓋板上的出流孔與外界連通；第一磁鐵組、第二磁鐵組和第三磁鐵組分別包括上下對應設置的一個電磁鐵和一個永磁鐵；磁鐵組的一個磁鐵通過蓋板上的磁鐵安放孔與彈性薄膜固定，另一個磁鐵設置在基板的下方；磁鐵組的磁鐵分別和基板上的第一隔離壁、第二微通道和第二隔離壁位置上下對應；本實用新型操作簡單、響應速度快、容易控制泵的流量。
【專利說明】—種基于微流控芯片的電磁微泵
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及精密機械中微型流體泵【技術領域】，具體為一種基于微流控芯片的電磁微泵。
【背景技術】
[0002]微流控芯片技術以微加工技術為基礎，在芯片上構(gòu)建復雜的微通道，以可控流體貫穿整個系統(tǒng)，從而在其上能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)生物或化學實驗室的各種功能。微流控芯片具有液體流動可控、樣品消耗少、響應速度快、易于集成等優(yōu)點，使得微流控芯片在包括疾病診斷、藥物篩選、環(huán)境檢測、食品安全等諸多領域廣泛應用。
[0003]微流控芯片內(nèi)流體輸運和流量控制是微流控的關鍵技術。在微流控芯片內(nèi)受空間尺寸限制和微尺度效應影響，常規(guī)的流體驅(qū)動和控制方法直接應用于微流控芯片變得不可行。流體的控制通常要求能夠調(diào)節(jié)流量的大小、改變流道的通斷狀態(tài)以及切換流體流動方向，微泵和微閥是考慮微通道內(nèi)流動特點，采用微機械加工技術在微流控芯片內(nèi)制作的微流體驅(qū)動和控制裝置。
[0004]微泵的驅(qū)動方式包括:壓電驅(qū)動、熱驅(qū)動、靜電驅(qū)動和形狀記憶合金驅(qū)動。這些驅(qū)動方式的微泵或制作過程復雜，或操作過程繁瑣，或響應速度慢。而氣動微泵雖然響應速度快、易于大規(guī)模集成，但PDMS屬于多孔材質(zhì)，容易造成氣體泄漏或污染，而且使用這種微閥的微流控芯片制作周期長、過程繁瑣、所用儀器價格昂貴、對加工環(huán)境清潔度要求高，因此使用這種微閥的微流控芯片僅限于少數(shù)實驗室研究應用，很難普遍推廣。
[0005]微泵還可通過電磁驅(qū)動，通過外加磁場和磁體的相互作用產(chǎn)生驅(qū)動力，電磁場可以不依靠媒介而存在，因此電磁驅(qū)動可以用在比較大的空間范圍。電磁驅(qū)動驅(qū)動器設置方便，調(diào)整驅(qū)動線圈的頻率可方便地控制振動膜的頻率和振幅，可通過控制電流來控制泵的流量，具有響應速度快、操作控制性好等優(yōu)點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本實用新型針對以上問題的提出，而研制一種操作簡單、響應速度快、應用范圍廣、容易控制泵的流量的基于微流控芯片的電磁微泵。
[0007]本實用新型的技術手段如下:
[0008]—種基于微流控芯片的電磁微泵,其特征在于:所述電磁微泵包括微流控芯片、第一磁鐵組、第二磁鐵組和第三磁鐵組；
[0009]所述微流控芯片包括由上至下依次封接的蓋板、彈性薄膜和基板；
[0010]所述蓋板上從左至右依次設置有進流孔、磁鐵安放孔1、磁鐵安放孔I1、磁鐵安放孔III和出流孔；所述進流孔、磁鐵安放孔1、磁鐵安放孔I1、磁鐵安放孔III和出流孔均為通孔；
[0011]所述彈性薄膜上設置有與所述進流孔同軸心的通孔I和與所述出流孔同軸心的通孔II ；
[0012]所述基板上從左至右依次加工有第一微通道、第二微通道和第三微通道；所述第一微通道和所述第二微通道之間形成第一隔離壁；所述第二微通道和所述第三微通道之間形成第二隔離壁；所述第一微通道通過所述通孔I和所述進流孔與外界連通；所述第一隔離壁設置在所述磁鐵安放孔I的正下方；所述第二微通道設置在所述磁鐵安放孔II的正下方；所述第二隔離壁設置在所述磁鐵安放孔III的正下方；所述第三微通道通過所述通孔II和所述出流孔與外界連通；
[0013]所述第一磁鐵組包括上下相對設置的磁鐵I和磁鐵II ;所述磁鐵I設置在所述磁鐵安放孔I中，且固定安裝在所述彈性薄膜上；所述磁鐵II設置在所述基板的下方；所述磁鐵I和所述磁鐵II 一個為永磁鐵，另一個為電磁鐵；
[0014]所述第二磁鐵組包括上下相對設置的磁鐵III和磁鐵IV ;所述磁鐵III設置在所述磁鐵安放孔II中，且固定安裝在所述彈性薄膜上；所述磁鐵IV設置在所述基板的下方；所述磁鐵III和所述磁鐵IV—個為永磁鐵，另一個為電磁鐵；
[0015]所述第三磁鐵組包括上下相對設置的磁鐵V和磁鐵VI ;所述磁鐵V設置在所述磁鐵安放孔III中，且固定安裝在所述彈性薄膜上；所述磁鐵VI設置在所述基板的下方；所述磁鐵V和所述磁鐵VI—個為永磁鐵，另一個為電磁鐵。
[0016]進一步地，所述蓋板和所述基板由PMMA材料制成。PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，即有機玻璃，材料透明度優(yōu)良，具有良好的絕緣性和機械強度，它的比重不到普通玻璃的一半，抗碎裂能力卻高出幾倍。
[0017]進一步地，所述彈性薄膜由PDMS材料制成。PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料與PMMA材料之間具有良好的粘附性，且具有良好的化學惰性；由于PDMS薄膜的彈性模量僅為0.75MPa，因此使用PDMS制作泵的振動膜可以適當增加振動膜的厚度，一般情況下采用數(shù)百微米厚的PDMS厚膜不但可以滿足強度方面的要求，而且可以產(chǎn)生更大的形變量；另外PDMS材料具有良好的延伸性，封裝以及粘貼驅(qū)動器時不易損壞。
[0018]進一步地，所述磁鐵1、磁鐵III和磁鐵V為永磁鐵；所述磁鐵I1、磁鐵IV和磁鐵VI為電磁鐵。永磁鐵相對電磁鐵形狀比較規(guī)則，且易于和PDMS材料制成的彈性薄膜粘接。
[0019]進一步地，所述第一微通道一端設置有進流槽；所述進流槽與所述進流孔位置上下對應；所述第二微通道上設置有儲流槽；所述儲流槽與所述磁鐵安放孔II位置上下對應；所述第三微通道一端設置有出流槽；所述出流槽與所述出流孔位置上下對應。進流槽用來儲存從進流孔流入的流體，儲流槽儲存從第一隔離壁流入的流體，并且由于儲流槽增大了第二微通道的容積，使得彈性薄膜雖然變形很小也能吸取或排出更多的流體，出流槽用來儲存要從出流孔排出的流體。
[0020]進一步地，所述第一微通道、所述第二微通道和所述第三微通道均為直形通道；所述進流槽與所述進流孔同軸心且直徑相同；所述儲流槽與所述磁鐵安放孔II同軸心且直徑相同；所述出流槽與所述出流孔同軸心且直徑相同。在微流控芯片上加工微通道往往工藝比較復雜，直形通道降低了加工難度。
[0021]更進一步地，所述儲流槽設置在所述第二微通道的中間位置。磁鐵III在上拉或下壓彈性薄膜時使彈性薄膜各方向受力比較均勻，可有效增加彈性薄膜的使用壽命。
[0022]由于采用了上述技術方案，本實用新型提供的一種基于微流控芯片的電磁微泵，利用PDMS薄膜易于發(fā)生彈性變形的特點，在磁力的作用下，改變微通道的體積，同時控制各微通道之間的連通狀態(tài)，從而實現(xiàn)有序的吸、排流體動作。此種微泵結(jié)構(gòu)簡單，可方便的通過控制電流的大小控制泵的流量，操作控制性好，且響應速度快，適用范圍廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型實施例蓋板、彈性薄膜和基板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本實用新型實施例微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本實用新型實施例沿圖2中1-1面的剖視圖；
[0026]圖4為本實用新型實施例吸取模式工作示意圖；
[0027]圖5為本實用新型實施例泵送模式工作示意圖。
[0028]圖中:1、蓋板，10、進流孔，11、磁鐵安放孔I，12、磁鐵安放孔II，13、磁鐵安放孔III，14出流孔，2、彈性薄膜，20通孔I，21通孔II，3、基板，30、第一微通道，31、第二微通道，32、第三微通道，33、第一隔離壁，34、第二隔離壁，301、進流槽，311、儲流槽，321、出流槽，40、磁鐵I，41、磁鐵II，50、磁鐵III，51、磁鐵IV，60、磁鐵V，61、磁鐵VI。
【具體實施方式】
[0029]如圖1?圖5所示的基于微流控芯片的電磁微泵，包括微流控芯片、第一磁鐵組、第二磁鐵組和第三磁鐵組；如圖1和圖2所示，其中微流控芯片包括由從上至下封接設置的蓋板1、彈性薄膜2和基板3 ;蓋板I和基板3由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)材料制成，彈性薄膜2由PDMS (聚二甲基硅氧烷)材料制成；此外，蓋板I和基板3還可采用與PMMA材料性能相似的硅片、石英、玻璃或PC、PET等高分子聚合物；彈性薄膜2還可采用與PDMS材料性能相似的聚四氟乙烯。
[0030]從圖1?圖3可以看出，蓋板I上從左至右依次設置有進流孔10、磁鐵安放孔
I11、磁鐵安放孔II 12、磁鐵安放孔III 13和出流孔14 ;進流孔10、磁鐵安放孔I 11、磁鐵安放孔II 12、磁鐵安放孔III 13和出流孔14均為通孔；
[0031]彈性薄膜2上設置有通孔I 20和通孔II 21 ;通孔I 20與進流孔10同軸心；通孔
II21與出流孔14同軸心；
[0032]基板3上從左至右依次加工有第一微通道30、第二微通道31和第三微通道32 ;第一微通道30和第二微通道31之間形成第一隔離壁33 ;第二微通道31和第三微通道32之間形成第二隔離壁34 ;第一微通道30通過通孔I 20和進流孔10與外界連通；第一隔離壁33設置在磁鐵安放孔I 11的正下方；第二微通道31設置在磁鐵安放孔II 12的正下方；第二隔離壁34設置在磁鐵安放孔III13的正下方；第三微通道32通過通孔II 21和出流孔14與外界連通。
[0033]從圖4和圖5可以看出，第一磁鐵組包括上下相對設置的磁鐵I 40和磁鐵II 41 ；磁鐵I 40設置在磁鐵安放孔I 11中，且固定安裝在彈性薄膜2上；磁鐵II 41設置在基板3的下方；磁鐵I 40和磁鐵II 41 一個為永磁鐵，另一個為電磁鐵；
[0034]第二磁鐵組包括上下相對設置的磁鐵III 50和磁鐵IV 51 ;磁鐵III 50設置在磁鐵安放孔II 12中，且固定安裝在彈性薄膜2上；磁鐵IV 51設置在基板3的下方；磁鐵III 50和磁鐵IV 51 一個為永磁鐵,另一個為電磁鐵；
[0035]第三磁鐵組包括上下相對設置的磁鐵V 60和磁鐵VI 61 ;磁鐵V 60設置在磁鐵安放孔III 13中，且固定安裝在所述彈性薄膜2上；磁鐵VI 61設置在基板3的下方；磁鐵V 60和磁鐵VI 61 一個為永磁鐵，另一個為電磁鐵。
[0036]如圖1和圖2所示，作為優(yōu)選方案，第一微通道30 —端設置有進流槽301所述進流槽301與進流孔10位置上下對應；第二微通道31上設置有儲流槽311 ;儲流槽311與所述磁鐵安放孔II 12位置上下對應；所述第三微通道32—端設置有出流槽321 ;所述出流槽321與所述出流孔14位置上下對應。
[0037]作為優(yōu)選方案，第一微通道30、第二微通道31和第三微通道32均為直形通道；進流槽301與進流孔10同軸心且直徑相同；儲流槽311與磁鐵安放孔II 12同軸心且直徑相同；出流槽321與所述出流孔14同軸心且直徑相同。
[0038]作為優(yōu)選方案，儲流槽311設置在第二微通道31的中間位置。
[0039]以磁鐵I 40、磁鐵III 50和磁鐵V 60為永磁鐵，磁鐵II 41、磁鐵IV 51和磁鐵VI 61為電磁鐵為例，結(jié)合圖4和圖5說明本實用新型實施例所述的基于微流控芯片的電磁微泵的工作原理。當磁鐵II 41、磁鐵IV 51和磁鐵VI 61通電產(chǎn)生電磁場,使得磁鐵I 40在磁場的作用下受排斥力上移，帶動彈性薄膜2發(fā)生彈性變形，連通第一微通道30和第二微通道31 ;磁鐵III50在磁場的作用下受排斥力上移，帶動彈性薄膜2發(fā)生彈性變形，導致第二微通道31中的容積變大，使第二微通道31中產(chǎn)生一定的負壓；而磁鐵V 60在磁場的作用下受吸引力下壓，隔斷第二微通道31和第三微通道32 ;這樣流體從進流孔10經(jīng)第一微通道30被吸入第二微通道31，即為微泵的“吸取模式”。當“吸取模式”完成后，控制磁鐵II 41、磁鐵IV 51和磁鐵VI 61三個電磁鐵通過的電流與“吸取模式”時反向，磁鐵I 40在磁場的作用下受吸引力下壓，帶動彈性薄膜2發(fā)生彈性變形，隔斷第一微通道30和第二微通道31 ;磁鐵III 50在磁場的作用下受吸引力下壓，帶動彈性薄膜2發(fā)生彈性變形，導致第二微通道31中的容積變小，使第二微通道31中產(chǎn)生一定的正壓；而磁鐵V 60在磁場的作用下受排斥力上移，連通第二微通道31和第三微通道32 ;這樣流體從第二微通道31被壓入到第三微通道32，經(jīng)出流孔14排出，即為微泵的“泵送模式”。這樣通過電磁鐵和永磁鐵的配合工作改變第二微通道31的體積、第一微通道30和第二微通道31的通斷以及第二微通道31和第三微通道32的通斷就完成了一個周期的“吸排流體”動作。
[0040]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于微流控芯片的電磁微泵，其特征在于:所述電磁微泵包括微流控芯片、第一磁鐵組、第二磁鐵組和第三磁鐵組； 所述微流控芯片包括由上至下依次封接的蓋板(I)、彈性薄膜(2)和基板(3)； 所述蓋板(I)上從左至右依次設置有進流孔(10)、磁鐵安放孔I (11)、磁鐵安放孔II(12)、磁鐵安放孔III (13)和出流孔(14);所述進流孔(10)、磁鐵安放孔I (11)、磁鐵安放孔II (12)、磁鐵安放孔III (13)和出流孔(14)均為通孔； 所述彈性薄膜(2)上設置有與所述進流孔(10)同軸心的通孔I (20)和與所述出流孔(14)同軸心的通孔II (21)； 所述基板(3)上從左至右依次加工有第一微通道(30)、第二微通道(31)和第三微通道(32);所述第一微通道(30)和所述第二微通道(31)之間形成第一隔離壁(33);所述第二微通道(31)和所述第三微通道(32)之間形成第二隔離壁(34);所述第一微通道(30)通過所述通孔I (20)和所述進流孔(10)與外界連通；所述第一隔離壁(33)設置在所述磁鐵安放孔I (11)的正下方；所述第二微通道(31)設置在所述磁鐵安放孔II (12)的正下方；所述第二隔離壁(34)設置在所述磁鐵安放孔III (13)的正下方；所述第三微通道(32)通過所述通孔II (21)和所述出流孔(14)與外界連通； 所述第一磁鐵組包括上下相對設置的磁鐵I (40)和磁鐵II (41);所述磁鐵I (40)設置在所述磁鐵安放孔I (11)中，且固定安裝在所述彈性薄膜(2)上；所述磁鐵II (41)設置在所述基板(3)的下方；所述磁鐵I (40)和所述磁鐵II (41) 一個為永磁鐵，另一個為電磁鐵； 所述第二磁鐵組包括上下相對設置的磁鐵III (50)和磁鐵IV (51);所述磁鐵III (50)設置在所述磁鐵安放孔II (12)中，且固定安裝在所述彈性薄膜(2)上；所述磁鐵IV (51)設置在所述基板(3)的下方；所述磁鐵III (50)和所述磁鐵IV (51) 一個為永磁鐵，另一個為電磁鐵； 所述第三磁鐵組包括上下相對設置的磁鐵V (60)和磁鐵VI (61);所述磁鐵V (60)設置在所述磁鐵安放孔III (13)中，且固定安裝在所述彈性薄膜(2)上；所述磁鐵VI (61)設置在所述基板(3)的下方；所述磁鐵V (60)和所述磁鐵VI (61) 一個為永磁鐵,另一個為電磁鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微流控芯片的電磁微泵，其特征在于所述蓋板(I)和所述基板(3)由PMMA材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微流控芯片的電磁微泵，其特征在于所述彈性薄膜(2)由PDMS材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微流控芯片的電磁微泵，其特征在于所述磁鐵I(40)、磁鐵III (50)和磁鐵V (60)為永磁鐵；所述磁鐵II (41)、磁鐵IV (51)和磁鐵VI (61)為電磁鐵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微流控芯片的電磁微泵，其特征在于所述第一微通道(30) —端設置有進流槽(301);所述進流槽(301)與所述進流孔(10)位置上下對應；所述第二微通道(31)上設置有儲流槽(311);所述儲流槽(311)與所述磁鐵安放孔II (12)位置上下對應；所述第三微通道(32) —端設置有出流槽(321);所述出流槽(321)與所述出流孔(14)位置上下對應。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于微流控芯片的電磁微泵,其特征在于所述第一微通道(30)、所述第二微通道(31)和所述第三微通道(32)均為直形通道；所述進流槽(301)與所述進流孔(10)同軸心且直徑相同；所述儲流槽(311)與所述磁鐵安放孔II (12)同軸心且直徑相同；所述出流槽(321)與所述出流孔(14)同軸心且直徑相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于微流控芯片的電磁微泵，其特征在于所述儲流槽(311)設置在所述第二微通道(31)的中間位置。
【文檔編號】F04B43/04GK203925955SQ201420381948
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】劉嘉夫, 李夢琪, 宋永欣 申請人:大連海事大學