CN101208259A - 用于在微通道中使用疏水性控制部件来泵送连续液柱的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种微动泵包括形成在衬底(15)中的微通道(10)。该微通道包括在微通道内的多个电极环层(25、30)。交替的电极层覆盖有含氟聚合物或其它疏水物质(20)，它们响应于所施加的电压信号而改变成亲水的。覆盖有含氟聚合物材料(25)的电极限定疏水区域，这些疏水区域散布于由暴露的电极环层(30)限定的亲水区域之间。当微通道内传送的流体接近疏水区域时，由于该区域中微通道表面的疏水性质，防止由流体形成的弯月面传送。将电压施加至疏水区域使该疏水区域变成亲水的，由此允许弯月面和其后的流体柱由于毛细力而传送通过该区域。一旦遇到下一个疏水区域，就再次防止弯月面传送。选择性地将电压信号施加至相继的疏水区域中的电极就能得到通过微通道的尺寸(例如，圆形横截面的微通道的直径)和传送流体的性质(例如，粘性)来决定的流体柱的受控流量。

Description

用于在微通道中使用疏水性控制部件来泵送连续液柱的系统和方法

技术领域

本发明总的涉及微动泵系统和方法，更具体地说，涉及用于在微通道中使用受控疏水性致动部件来泵送超小量连续液柱的系统和方法。

背景技术

在诸如环境监测、化学分析系统、可植入的医疗装置、药物输送系统和诊断系统之类的领域中，需要有一种能输送超小量流体的微动泵。传统的微动泵利用压电、静电、热力气动或电磁致动器来产生用于在泵中移动流体的驱动力。然而，压电和静电致动器通常需要常常高于100伏的高驱动电压，而热力气动和电磁致动器通常消耗大量电能。此外，由于致动器的部件所施加的实际尺寸限制，使用以上致动机构的泵还通常尺寸较大且无法进一步小型化。此外，使用目前可获得的泵而可泵送的液体的最小量是在几纳升的范围内。

因此，基于这些现有致动机构的微动泵在用于需要低能耗、小尺寸和小量液体的受控输送的系统中时是不合需要的。例如，使用这些致动机构的微动泵在用于远环境监测系统、可植入的医疗装置、化学分析系统和其它需要小的、耗能较少的(例如在低压下工作)和能泵送非常小量液体的泵的系统时是不合需要的。

因此，希望提供可克服以上和其它问题的微动泵。这些微动泵还将提供低于纳升范围内的受控量的液体。

发明内容

本发明提供可克服以上问题的微动泵。具体地说，本发明提供在微通道中使用受控疏水性致动部件来泵送超小量连续液柱的系统和方法

根据本发明，一种微动泵包括形成在衬底中的微通道。该微通道包括在微通道内的多个电极环层或具有其它几何形状的电极。交替的电极层覆盖有含氟聚合物或自组构单层的层或其它疏水物质，它们响应于所施加的电压信号来改变到亲水状态。覆盖有含氟聚合物材料或自组构单层的电极限定了疏水区域，这些疏水区域散布于由暴露的亲水衬底材料或电极环层或具有其它几何形状的电极限定的亲水区域之间。疏水区域中的覆盖电极可包括与亲水区域中的暴露电极相同或不同的材料。当微通道内的流体接近疏水区域时，由于该区域中微通道表面的疏水性质，防止由流体形成的弯月面传送。在流体(通过暴露电极)和疏水区域中的电极之间施加的电压信号引起覆盖在该电极上的疏水材料变成亲水的，由此允许弯月面和其后的流体柱由于毛细力而传送通过该区域。一旦遇到下一个疏水区域，就再次防止弯月面传送。例如在电压信号停止之后，从疏水变成亲水的区域可逐渐回复至其自然的疏水状态，然而这将对已经通过的液柱没有影响。选择性地将电压信号施加至相继的疏水区域中的电极就能得到通过微通道的尺寸(例如，圆形横截面的微通道的直径)和传送流体的性质(例如，粘性)来决定的流体柱的受控流量。还有，电压信号的受控反向可用来可控制地使该区域回复至疏水状态。这允许疏水区域在流体通过后像阀一样工作，回复至疏水状态以切断流体流动。

在某些方面，本发明的微动泵有利地并不采用具有会限制最小装置尺寸的实质部件的致动器，因此可如同具体应用所想要的那样得以小型化。小型化的限制仅仅是由目前光刻技术中的限制(即，使用目前的光刻技术可形成的最小部件尺寸)来施加的。例如，假如用来制造微动泵的光刻工艺能够形成100纳米(nm)的，则泵部件的尺寸将在几百纳米的量级。当使用100nm的光刻术时，根据本发明的泵能够泵送少至几阿升的量的液体。此外，根据本发明的泵可用来泵送多达几ml或更多的液体量。使用本发明的受控疏水致动部件泵送液体所要求的电压有利地小于约20伏，例如5伏或小于5伏，具有非常小的电流(例如在几十mA或更小的量级上)。

受控的疏水性致动利用表面张力作为微纳尺度中的驱动力。因此，根据本发明的泵并不需要用于泵送的专用致动器。还有，在某些方面，这些泵包括内装的计量部件，该计量部件可用来泵送计量出量的液体。该计量出的量可选自几毫升到即阿升。本发明的泵设计提出了一种新的微/纳流体装置设计，因此还提出了各种新的应用。例如，这些泵的低能耗和低电压要求使它们在要求在低压下工作的超小计量泵应用中变得非常有吸引力。

根据本发明的一个方面，提供一种微动泵，该微动泵通常包括流体通道，该流体通道具有内表面且限定流体传送的轴线。微动泵通常还包括：第一电极环，该第一电极环围绕轴线设置在流体通道的内表面上；第二电极环，该第二电极环围绕轴线设置在流体通道的内表面上；以及疏水材料层，该疏水材料层覆盖在第二电极环上。一旦将电压施加至第二电极环，疏水材料就变成亲水的。

根据本发明的另一方面，提供一种微动泵，该微动泵通常包括流体通道，该流体通道具有内表面且限定流体传送的轴线。微动泵通常还包括：多个第一电极环，这些第一电极环围绕轴线设置在流体通道的内表面上；多个第二电极环，这些第二电极环围绕轴线设置在流体通道的内表面上，并且这些第二电极环散布于多个第一电极环之间；以及疏水材料层，该疏水材料层覆盖在每个第二电极环上，从而沿着轴线遇到交替的疏水和亲水区域。一旦将电压施加至第二电极环中的选定一个，覆盖在选定的电极上的疏水材料就变成亲水的。

当流体通道中存在流体时，疏水层防止由流体形成的弯月面沿着轴线传送，并且当电压施加至第二电极环且疏水材料变成亲水的时，毛细力使弯月面移动通过由第二环限定的区域。在某些方面，覆盖在第二电极上的疏水材料包括诸如CYTOP(全氟环状聚合物)或Teflon(特氟隆)之类的含氟聚合物。还有，在某些方面，流体通道形成在衬底材料中，该衬底材料诸如硅、氮化硅、石英、玻璃、或者绝缘金属、塑料、电介质、导体或半导体、或其它绝缘材料。

根据本发明的另一方面，提供一种用于输送受控量的流体的方法。该方法通常包括：将流体源联接至具有内表面的流体通道，流体通道限定流体传送的轴线。该流体通道通常包括：多个第一电极环，这些第一电极环围绕轴线设置在通道的内表面上；多个第二电极环，这些第二电极环围绕轴线设置在通道的内表面上，并且这些第二电极环散布于多个第一电极环之间；以及疏水材料层，该疏水材料层覆盖在每个第二电极环上，从而沿着轴线遇到交替的疏水和亲水区域。该方法通常还包括：将电压施加至相继的第二电极环的选定一个，从而引起覆盖在选定的第二电极环上的疏水材料变成亲水的，其中，防止由在流体通道中流体形成的弯月面通过疏水区域，并且毛细力使弯月面移动通过由选定的第二电极环限定的区域，从而移动由选定的第二电极环的数量所限定的量的流体。

参见说明书的其余部分，包括附图和权利要求书，将了解本发明的其它特征和优点。下面将参照附图来详细描述本发明的另外特征和优点、以及本发明各实施例的结构和工作。在附图中，相同的附图标记表示相同的或功能相似的部件。

附图说明

图1示出了根据一实施例的实施有圆形横截面微通道的泵设计的各个视图。

图2a-h示出了在根据本发明的包括多个交替的疏水和亲水区域的流体通道中传送的流体的侧剖视图。

图3是根据本发明制成的泵的侧视图的照片。

图4是图3中的泵在主动泵送流体时所拍摄的一系列快照。

图5示出了用于制造根据本发明的泵通道的流程图。

图6示出了形成在衬底上且覆盖有疏水材料的扁平矩形电极的侧视图。

具体实施方式

图1示出了根据一实施例的实施有圆形横截面微通道的泵设计的各个视图。该泵包括形成在衬底材料15中的通道10(流体通道)。流体通道10与诸如贮液器之类的流体源(未示出)流体连通。来自流体源的流体进入流体通道10并通过毛细力传送。如图1a所示，流体通道的至少一部分包括设置在内壁上的疏水和亲水部位或区域的交替环。

图1b示出了流体通道10的疏水区域的横截面图。疏水区域包括覆盖在例如金或铂电极之类的导电电极25上的疏水材料层20。每个疏水区域可形成为通过施加横穿位于疏水材料下面的电极和通道10中的流体的电场来变成亲水的。一个或多个例如金或铂电极之类的导电电极30也定位在疏水区域外侧的通道中。这些电极30将在这里称作裸露或暴露的电极30，且可与流体通道内的流体相接触，这与疏水区域中的电极25不同，电极25较佳地完全处于疏水层或膜20下面。在一个方面，在疏水区域下面的电极25连接至电源的正端子，而暴露的电极30连接至负端子，如图1c所示。

当流体通道中存在流体时，疏水区域防止流体形成的弯月面和其后的液柱传送通过该区域。当未施加电压时，疏水区域保持疏水性。当在流体(通过暴露的电极)和该疏水区域下面的电极25之间施加电压信号时，疏水材料变成亲水的，且流体柱在流体通道10中传送，直到它遇到下一个疏水区域为止，在该位置防止弯月面通过且流体柱停止传送。流体柱主要由于毛细力来传送，并且它自动去除系统中存在的任何不想要的气泡。

图2示出了在根据本发明的包括多个交替的疏水和亲水区域的流体通道10中传送的流体柱40的侧剖视图。疏水区域由覆盖在电极25上(在图2中未示出)的疏水膜20来限定，而亲水区域由未被疏水材料覆盖的区域来限定。暴露的电极30位于亲水区域中，如图所示。在一个方面，只需使用一个暴露电极301。然而，较佳的是，多个暴露电极30定位在整个通道中且散布于疏水区域之间，以减小每个疏水区域所需的致动电压。例如，在一个实施例中，暴露电极30散布于疏水区域之间，从而形成暴露的-覆盖的电极对。熟悉本领域的技术人员会理解，可使用不同数量的暴露和覆盖电极，诸如对于每两个(或多个)覆盖电极来说有一个暴露电极。在这种情况下，根据离开暴露电极的距离，在覆盖电极和暴露电极之间施加不同的电压会是有用的。

如图2a所示，传送的流体柱40的弯月面45在亲水区域中传送时以相对于流体通道10的内壁的接触角度50来延伸。由弯月面形成的接触角度50是流体和表面之间的面间表面张力、流体和周围环境(空气、气体或围绕弯月面的通道中液体)之间的表面张力、以及周围环境和表面之间的表面张力的函数。当弯月面45到达疏水区域20时，弯月面45形成相对于流体通道10的内壁的接触角度55，如图2b所示。这个接触角度55是由疏水表面与疏水区域和亲水区域间的界面处的流体和空气之间表面张力来形成的。由于疏水区域中疏水材料的性质，可防止弯月面45以及因此在该弯月面后面的流体柱40在流体通道中传送。如同可以看到的一样，根据流体是由疏水区域传送还是保持，弯月面在凹入和凸出的轮廓之间改变。

为了控制弯月面传送通过该区域，可将电压信号施加至电极25和30，如图2c所示，以将疏水区域改变成亲水区域。一旦施加了电压，例如5V，覆盖在电极25上的疏水材料就变成亲水的，且弯月面再次沿着流体通道向下传送。与流体通道的内壁接触时形成的角度由于该区域的(现在的)亲水状态而改变，如图2d所示。在流体柱40通过之后，改变至亲水状态的区域可回复至其自然的疏水状态。然而，回复至疏水状态将对已经通过的流体柱40的部分很少有或没有影响，因为弯月面45已经通过该区域。在一些方面，施加至电极25的电压可以在弯月面通过之后断开或反向。这就允许流入通道10的流体被疏水区域可控制地切断。例如，一旦回复至疏水状态，区域30将切断流体流动，且新的弯月面将形成在疏水-亲水界面处。除非由另一疏水区域来阻止，已经通过的流体将由于毛细力而继续在通道10中传送。

与图2a-d类似的是，图2e-h示出了弯月面45和流体柱40，它们还是传送通过流体通道10(图2e)，遇到下一个疏水区域(图f)，可选择地转变成亲水状态(图2g)以允许弯月面和流体柱通过(图h)。这样，可以通过有选择地控制流体通道中的流体柱所遇到的每个疏水区域的相互作用的状态来控制流体柱的传送。例如，可以精确地控制和泵送流体的连续流。还有，可以使用本发明的泵来泵送诸如水或溶解在水中的盐例子溶液之类的任何离子流体。

根据一个实施例，一种泵送或输送流体的方法包括：将诸如贮液器之类的流体源联接至如上所述的流体通道。流体通道包括限定流体传送的轴线的内表面。流体通道通常包括围绕该轴线设置在通道的内表面上的一个或多个暴露电极环、以及围绕该轴线设置在通道的内表面上的多个第二电极环，且疏水材料层覆盖在每个第二电极环上。暴露的内表面和内表面上的暴露电极环较佳地是亲水的。假如包含有多个暴露电极，则暴露电极较佳地散布于多个覆盖电极环之间(例如在每两个覆盖电极之间有一个暴露电极)。因为疏水材料层覆盖在每个第二电极环上，所以沿着轴线在流体通道内传送的流体会遇到交替的疏水和亲水区域。可防止由流体通道中的流体形成的弯月面通过其遇到的第一疏水区域。

该方法通常还包括：从在第一疏水区域下面的电极环开始，将电压施加至诸第二电极环中的相继选定的电极环，从而引起覆盖在选定的第二电极环上的疏水材料变成亲水的。毛细力将弯月面移动通过由选定的第二电极环限定的诸区域，从而移动由电压施加至的选定第二电极环的数量所部分限定的量的流体。根据流体通道的相关尺寸，所输送的流体量可从一或几阿(托)升到皮升、纳升、毫升等。假如想要的话，可通过使用结合的阀或通过切断源头来停止流体流动。

在较佳的方面，使用标准的光刻技术在硅衬底中形成流体通道。其它有用的衬底材料包括绝缘金属、绝缘非金属、绝缘半导体和绝缘体。具体的例子包括硅、氮化硅、石英、玻璃和其它。应该理解，也可使用对于熟悉本领域的技术人员来说是显而易见的其它材料。根据本发明的流体通道较佳地具有如图所示的圆形横截面，例如在图1中。然而，应该理解，流体通道可具有任何横截面几何形状，诸如卵形或椭圆形、正方形、矩形、三角形、六边形等。此外，流体通道在某些方面将具有适于特定应用的尺寸。例如，在一个圆形横截面的实施例中，流体通道具有约100μm或小于100μm的直径。应该理解，该直径(或其它横截面几何形状的通道的相关尺寸)可在下至光刻工艺的极限(例如，目前是100nm的量级)而上至mm或cm的范围内。

在较佳的方面，CYTOP含氟聚合物用于疏水材料，而金(Au)用于电极。通常，用于疏水层的有用材料包括具有足够高的介电常数的任何绝缘材料，例如一旦施加了适当的反向电压信号，就能回复至疏水状态。例子包括诸如CYTOP、Teflon、PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(可溶性四氟乙烯)、FEP(氟化乙丙烯)、ETFE(聚四氟乙烯-乙烯共聚物)、CTEE(三氟氯乙烯)等含氟聚合物，以及诸如陶瓷、氧化物、氮化物、氮氧化物等其它材料。用于电极的有用材料包括导电金属、半导体和导电聚合物。例子包括金、铂、铝和其它金属，以及诸如硅、聚苯胺、聚噻吩、聚苯乙烯等其它材料。应该理解，用于电极的材料可以在不同电极之间有所不同。例如，暴露电极可包括与用于覆盖电极的材料不同的材料。此外，用于不同覆盖或暴露电极的材料也可以不同。较佳的是，电极由亲水材料制成以防止它们影响流体流动，但是假如想要的话，覆盖的电极可由疏水材料制成。

电极的尺寸和电极之间的间隔也可以不同。在较佳的方面，暴露电极和覆盖电极将具有约100nm或小于100nm到约1μm或大于1μm的厚度、以及约10nm或小于10nm到约1mm或大于1mm的宽度，该宽度较佳地在约100nm和约10μm之间。宽度和厚度可以在电极和电极之间不同。此外，在较佳的方面，暴露电极和覆盖电极通常彼此移位从约1nm到约10nm或大于10nm的距离。在一个方面，暴露-覆盖电极对之间的距离在整个流体通道中是基本上相同的，而在一电极对内的暴露电极和覆盖电极之间的距离对于整个流体通道的电极对来说是基本上相同的。然而，这些距离可以在整个流体通道的电极对之间有所不同。例如，电极对之间或电极对内的间隔距离可以根据覆盖的疏水材料层的尺寸而变化。

根据一个方面，根据流体通道的尺寸和所想要的泵用途，疏水层具有约1nm(纳米)或小于1nm到约10mm(毫米)或大于10mm的宽度。此外，在一个方面，疏水层具有约1nm或小于1nm和约100nm或大于100nm之间的厚度。通常，所要求的疏水层尺寸将部分地取决于所用的材料、流体通道的尺寸和所想要的泵用途。类似地，下置电极的尺寸和材料可部分地取决于上覆疏水层的尺寸和材料。在疏水膜层下方的电极的宽度较佳地小于膜层的宽度。例如，在一个实施例中，下置电极比疏水膜层短(窄)约2μm至约5μm。电极的尺寸将决定所施加的电势、弯月面改变接触角度所耗费的时间、以及大体上泵的性能。因此，熟悉本领域的技术人员会容易地理解有用的电极和疏水区域结构和材料。

有利的是，根据本发明的泵能够使用低于约30伏且较佳地低于20伏的施加电压来工作。在某些方面，可在暴露电极和覆盖电极之间施加约5伏或小于5伏的电压，以将上覆疏水材料转化成亲水状态。通常，通过优化疏水材料的厚度，根据本发明的泵可以在较低电压下工作。还有，较佳的是，覆盖电极和暴露电极定位成紧邻的，从而减小所需的致动电压。然而，如上所述，暴露电极可以与多于一个覆盖电极一起使用。此外，根据本发明的泵可以用于泵送任何离子液体。

下面将参照图5来描述形成泵的工艺，该泵例如本发明的包括致动部件(例如，电极和疏水层)的衬底中的流体通道，图5示出了用于制造矩形横截面通道的工艺。熟悉本领域的技术人员会意识到，可使用具有微小修改的类似技术来制造具有其它横截面几何形状的通道。

在图5所示的例子中，使用标准的硅/玻璃微型制造技术来制造微通道。首先，使用标准的清洗技术来清洗玻璃和硅晶片。对于微通道来说，将光致抗蚀剂旋转涂敷在硅晶片上，然后使用包含微通道图案的光掩模来暴露。在显影之后，将微通道图案转移至光致抗蚀剂。使用例如BHF蚀刻之类的蚀刻来去除带图案区域上的SiO2。此后，使用湿法蚀刻(例如，KOH，40％+60℃)，将通道蚀刻至所想要的深度，例如约100μm深。对于玻璃上的电极，使用光刻工艺来将图案转印到玻璃上的光致抗蚀剂上。通过将铬(例如，100nm厚)和金(例如，200nm厚)溅射到晶片上来形成电极。然后实施提升以获得带图案的电极。然后可如同已知的那样沉积(例如，旋转涂敷)、暴露、显影和蚀刻例如CYTOP之类的疏水材料。例如，图6示出了形成在衬底上且覆盖有疏水材料的扁平矩形电极的侧视图。应该理解，以上只是用来产生流体通道的可能方法的一个例子，根据需要还可使用其它的附加或替换材料、参数和工艺步骤。

图3是根据本发明制成的泵的侧视图的照片。如图所示，泵包括流体通道和多个覆盖有CYTOP的电极环。还示出了邻近覆盖电极的多个暴露电极环。通道宽度、深度和电极间隔在几nm到几mm的范围内。图4示出了图3中的泵在主动泵送流体时的一系列快照。如图所示，流体流动的方向是在流体通道中从左到右。一旦在覆盖电极和暴露电极之间施加了电势，流体的弯月面就通过由CYTOP覆盖的电极所限定的区域。

应该理解，对于本发明的泵的多种变型处于本发明的范围内。例如，可用具有其它几何形状的电极来替换电极环，例如对于具有矩形横截面的通道来说，电极可以制成矩形的和扁平的。

在一个实施例中，疏水涂层包括自组构的单层(SAM)。通过在电极和通道内的流体之间施加电场，可去除(例如，溶解)疏水SAM以露出亲水电极，由此可用毛细作用来移动流体。该工艺是可逆的；通过提供适当的反向偏置电压，就可组构或再次组构SAM涂层以产生疏水区域。在另一实施例中，疏水区域上的涂层包括具有低的介电击穿电压的薄膜。当介电击穿时，疏水表面变成亲水的且液体传送通过通道。这个工艺通常不是可逆的。

尽管已经借助例子且根据具体实施例来描述了本发明，但是应该理解，本发明并不局限于所披露的实施例。相反的是，本发明意图覆盖对于熟悉本领域的技术人员来说是显而易见的各种变型和类似布置。例如，熟悉本领域的技术人员会理解，本发明的泵可用于使用本发明的受控的疏水性致动部件来在通道中前后泵送流体。此外，具有不同几何形状和/或尺寸的流体通道(具有或没有致动部件)可以串联地流体联接。还有，电极，无论是暴露的还是覆盖的，都无需围绕通道，例如它们可以覆盖圆形通道的仅仅一部分或者矩形通道的仅仅一个侧面。因此，所附权利要求书的范围将与最宽的解释相一致，从而包括所有的这些变型和类似布置。

Claims (42)

1.一种微动泵，包括：

流体通道，该流体通道具有内表面且限定流体传送的轴线；

第一电极环，该第一电极环围绕所述轴线设置在所述内表面上；

第二电极环，该第二电极环围绕所述轴线设置在所述内表面上；以及

疏水材料层，该疏水材料层覆盖在所述第二电极环上，其中，当所述通道中存在流体时在所述第一电极环和所述第二电极环之间施加电压，从而引起所述疏水材料变成亲水的。

2.如权利要求1所述的微动泵，其特征在于，当所述流体通道中存在所述流体时，所述疏水层防止由所述流体形成的弯月面沿着所述轴线传送，并且当所述电压施加至所述第二电极环且所述疏水材料变成亲水的时，毛细力使所述弯月面移动通过由所述第二环限定的区域。在所述电极和液体之间施加电压。

3.如权利要求1所述的微动泵，其特征在于，所述疏水材料包括具有相当高介电常数的绝缘材料。

4.如权利要求1所述的微动泵，其特征在于，所述疏水材料包括含氟聚合物。

5.如权利要求4所述的微动泵，其特征在于，所述含氟聚合物选自：CYTOP、Teflon和氮氧化锆。

6.如权利要求1所述的微动泵，其特征在于，所述流体通道形成在衬底材料中，该衬底材料选自：硅、氮化硅、石英、聚合物、塑料和玻璃。

7.如权利要求1所述的微动泵，其特征在于，所述流体通道形成在衬底材料中，该衬底材料选自：绝缘金属、绝缘非金属、绝缘半导体、电介质、陶瓷、绝缘导体和绝缘体。

8.如权利要求1所述的微动泵，其特征在于，所述第一电极环包括导电材料，该导电材料选自：金属、半导体、陶瓷和导电聚合物。

9.如权利要求1所述的微动泵，其特征在于，所述第一电极环包括金属，该金属选自：金和铂。

10.如权利要求1所述的微动泵，其特征在于，所述第二电极环包括导电材料，该导电材料选自：金属、半导体、陶瓷和导电聚合物。

11.如权利要求1所述的微动泵，其特征在于，所述第二电极环包括与所述第一电极环不同的材料。

12.如权利要求1所述的微动泵，其特征在于，所述第一和第二电极环在所述流体通道内彼此移位约1nm到约10nm之间。

13.如权利要求1所述的微动泵，其特征在于，所述疏水层具有约0.1nm到约10mm的宽度和约1nm到约100nm的厚度。

14.如权利要求1所述的微动泵，其特征在于，施加至所述第一环和所述第二环的所述电压是30V到0.1V。

15.如权利要求1所述的微动泵，其特征在于，所述流体通道具有选自以下的横截面几何形状：圆形、矩形、椭圆形、六边形和八边形。

16.如权利要求15所述的微动泵，其特征在于，所述流体通道的所述圆形横截面具有小于约100μm的直径。

17.一种微动泵，包括：

流体通道，该流体通道具有内表面且限定流体传送的轴线；

一个或多个第一电极环，所述第一电极环围绕所述轴线设置在所述内表面上；

多个第二电极环，所述第二电极环围绕所述轴线设置在所述内表面上，其中所述第二电极环散布于所述一个或多个第一电极环之间；以及

疏水材料层，该疏水材料层覆盖在每个第二电极环上，从而沿着所述轴线遇到交替的疏水和亲水区域，其中，当所述通道中存在流体时在所述第一电极环中的一个和所述第二电极环中的选定的一个之间施加电压，从而引起覆盖在所述选定电极上的所述疏水材料变成亲水的。

18.如权利要求17所述的微动泵，其特征在于，当所述流体通道中存在所述流体时，疏水层防止由所述流体形成的弯月面通过，并且当所述电压施加至所述选定的第二电极环且所述覆盖的疏水材料变成亲水的时，毛细力使所述弯月面移动通过由所述选定的第二电极环限定的区域。

19.如权利要求17所述的微动泵，其特征在于，如由通过施加电压而致动的多个相继的第二环所决定的，所述微动泵泵送一受控量的流体。

20.如权利要求17所述的微动泵，其特征在于，所述疏水材料包括电介质或绝缘材料。

21.如权利要求17所述的微动泵，其特征在于，所述疏水材料包括含氟聚合物。

22.如权利要求21所述的微动泵，其特征在于，所述含氟聚合物选自：CYTOP、Teflon和氮氧化锆。

23.如权利要求17所述的微动泵，其特征在于，所述流体通道形成在衬底材料中，该衬底材料选自：绝缘金属、绝缘非金属、绝缘半导体、绝缘导体和绝缘体。

24.如权利要求17所述的微动泵，其特征在于，所述流体通道形成在衬底材料中，该衬底材料选自：硅、氮化硅、石英和玻璃。

25.如权利要求17所述的微动泵，其特征在于，每个第一电极环包括导电材料，该导电材料选自：金属、半导体和导电聚合物。

26.如权利要求17所述的微动泵，其特征在于，所述第一电极环包括金属，该金属选自：金和铂。

27.如权利要求17所述的微动泵，其特征在于，各第二电极环包括导电材料，该导电材料选自：金属、半导体和导电聚合物。

28.如权利要求17所述的微动泵，其特征在于，一个或多个第二电极环包括与所述第一电极环中的一个或多个不同的材料。

29.如权利要求17所述的微动泵，其特征在于，相继的第一和第二电极环在所述流体通道内彼此移位约1nm到约10nm之间。

30.如权利要求17所述的微动泵，其特征在于，每个疏水层具有约0.1nm到约10mm的宽度和约1nm到约100nm的厚度。

31.如权利要求17所述的微动泵，其特征在于，施加至第一环和每个选定的第二环的所述电压是30V到0.1V。

32.如权利要求17所述的微动泵，其特征在于，所述流体通道具有选自以下的横截面几何形状：圆形、矩形、椭圆形、六边形和八边形。

33.如权利要求32所述的微动泵，其特征在于，所述流体通道的所述横截面具有小于约100μm的直径。

34.一种输送受控量的流体方法，该方法包括：

将流体源联接至具有内表面的流体通道，所述流体通道限定流体传送的轴线，其中，所述流体通道还包括：

一个或多个第一电极环，所述第一电极环围绕所述轴线设置在所述内表面上；

多个第二电极环，所述第二电极环围绕所述轴线设置在所述内表面上且散布于所述一个或多个第一电极环之间；以及

疏水材料层，该疏水材料层覆盖在每个第二电极环上，从而在所述流体通道内沿着所述轴线遇到交替的疏水和亲水区域；以及

在所述第一电极环中的选定的一些和相继的所述第二电极环中的选定的一些之间施加电压，从而引起覆盖在所述选定的第二电极环上的所述疏水材料变成亲水的，其中，防止由在所述流体通道中所述流体形成的弯月面通过疏水区域，并且毛细力使所述弯月面移动通过由所述选定的第二电极环限定的区域，从而移动由选定的第二电极环的数量所限定的量的流体。

35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述流体通道具有选自以下的横截面几何形状：圆形、矩形、椭圆形、六边形和八边形。

36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，所述流体通道的所述横截面具有小于约100μm的直径。

37.如权利要求34所述的方法，其特征在于，相继的第一和第二电极环在所述流体通道内彼此移位约1nm到约10nm之间。

38.如权利要求34所述的方法，其特征在于，每个疏水层具有约0.1nm到约10mm的宽度和约1nm到约100nm的厚度。

39.如权利要求34所述的方法，其特征在于，施加至第一环和每个选定的第二环的所述电压是30V到0.1V。

40.如权利要求34所述的方法，其特征在于，相继的第二电极环之间的间隔可变化，并且所移动的流体的量基于选定的第二环之间的间隔。

41.如权利要求1所述的微动泵，其特征在于，还包括用于将所述电压提供至所述第一和第二电极的电压源。

42.如权利要求17所述的微动泵，其特征在于，还包括用于将所述电压提供至所述第一电极和所述选定的第二电极的电压源。

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