CN101949377A

CN101949377A - 一种薄膜式仿生微流控液体驱动泵

Info

Publication number: CN101949377A
Application number: CN 201010285272
Authority: CN
Inventors: 刘冲; 李经民; 徐征; 张开平; 柯学
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2011-01-19

Abstract

一种薄膜式仿生微流控液体驱动泵是由气孔膜、连接膜和透水膜组成。连接膜利用压敏胶将气孔膜和透水膜连接在一起，并将微泵贴附在微流控芯片储液池上。气孔膜上的微孔阵列模拟植物叶片上的气孔制作。储液池中的液体通过透水膜进入微泵，再通过气孔阵列向外蒸腾。该泵通过模拟植物气孔蒸腾作用，可以实现对微通道内液体的快速驱动，且驱动速度可以通过调整参与蒸腾的微孔数量进行控制。微泵无需外部能源和辅助装置，可以长期稳定的进行蒸腾驱动。对于实现微流控系统的集成化、便携化和微型化具有重要意义。

Description

一种薄膜式仿生微流控液体驱动泵

技术领域

本发明属于微全分析系统(μ-TAS：Micro Total Analysis System)技术领域，涉及一种模拟植物气孔蒸腾作用进行液体驱动的微流控泵，。

背景技术

微流控技术是目前世界上最前沿的科技领域之一。它将生物和化学分析中的多种操作集成到一个几平方厘米大小的芯片上，实现多种功能单元在微小可控平台上的灵活组合。以微流控芯片为核心的便携式检测器可以随时用于液体样品的分析，能实现对疾病或液体中有害物质的及时检测。

微流控芯片的主要特征是在微米尺度的空间中对流体进行操控。在任何微流控系统中，流体驱动微泵都是必不可少的，它起着传输液流和分配液流的作用，是整个系统的“心脏”。目前已报道的微泵主要可分为集成驱动部件式和无驱动部件式两类。集成驱动部件式微泵带有可动部件，可以通过外加能量使泵膜产生往复式或蠕动式运动，驱动液体在微通道中流动。该类微泵需要配备较大的外围能量源和相应辅助装置，无法满足微流控芯片系统便携化、微型化的发展要求。无驱动部件式微泵主要包括场感应流驱动式和力场驱动式两种。该类微泵存在能量转化率低、芯片需要特殊设计、液体的流动和停止难以控制、需要外部能量源或外部辅助驱动装置等局限，同样难以满足微流控系统未来发展要求。发展一种具有液体流速快、流动速率能够准确控制、能长时间工作、便于集成到芯片等优点的新型微泵已成为微流控技术发展的迫切需求。

发明内容

本发明提供了一种薄膜式仿生微流控液体驱动泵，该泵通过模拟植物气孔蒸腾作用实现对微通道内液体的驱动。蒸腾是陆生植物水分代谢的重要途径。气孔蒸腾产生的水势差是水分由根输送至叶片的主要动力。输送过程是一种完全的被动输运方式，不需消耗代谢能量。植物采用气孔蒸腾进行液体驱动是自然选择的结果，其优势包括液体流速快、流速可控、可长期稳定工作等。

本发明的技术方案如下：

一种薄膜式仿生微流控液体驱动泵，由气孔膜、连接膜和透水膜组成。连接膜上下表面均涂覆粘合胶，连接气孔膜和透水膜。

气孔膜采用厚度0.01mm～1mm的热塑性聚合物薄膜或厚度0.01mm～1mm的金属薄片制成，上面有直径0.001mm～1mm的圆形微孔阵列或长轴直径0.001mm～1mm、短轴直径0.001mm～1mm的椭圆形微孔阵列，阵列中微孔数量是1～10000个，热塑性聚合物可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、POM(聚甲醛)、聚酰胺(PA)、聚苯醚(PPO)、聚砜(PSU)、聚四氟乙烯(PTFE)、据对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯基硫醚(PPS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，PETE)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)或聚氨酯(PU)等，金属可以是不锈钢、铝、铜、铁、锡、镍、金或铬等。气孔膜上的微孔可以采用激光加工、机械加工或刻蚀等方法制作。

连接膜采用厚度0.01mm～1mm的热塑性聚合物薄膜或厚度0.01mm～1mm的金属薄片制成，热塑性聚合物可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、POM(聚甲醛)、聚酰胺(PA)、聚苯醚(PPO)、聚砜(PSU)、聚四氟乙烯(PTFE)、据对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯基硫醚(PPS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，PETE)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)或聚氨酯(PU)等，金属可以是不锈钢、铝、铜、铁、锡、镍、金或铬等。连接膜中央有通孔。通孔采用激光加工、机械加工和刻蚀等方法制作。

透水膜(3)的材料是纤维或聚合物，纤维或聚合物可以是混合纤维素、格栅膜、尼龙6(JN6)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚砜(PES)、玻纤膜、聚偏氟乙烯(PVDF)、尼龙加强膜(JN)、尼龙钢带或聚醚砜(PES)等，上面有通孔阵列，阵列中通孔数量是1～10000个。

本发明的有益效果是液体驱动流速快，可以通过调整参与蒸腾的微孔数量进行控制；能够可以长期稳定工作；无需外部设备，可以实现“即插即用”。

附图说明

附图为薄膜式仿生微流控液体驱动泵。图中：1气孔膜；2连接膜；3透水膜。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细本发明的具体实施例。

实施例

(1)使用准分子激光在一片0.04mm厚、直径5mm的圆形据甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜上加工微孔阵列，微孔为直径0.1mm的圆形孔，阵列中微孔数量为100个，将这个PMMA薄膜作为气孔膜1；

(2)使用准分子激光在一块0.1mm厚、边长20mm的正方形聚氯乙烯(PVC)薄膜上加工一个直径4毫米的圆形通孔，在薄膜上下两个表面上均匀涂覆粘合胶，将这个薄膜作为连接膜2；

(3)将一块带有50个通孔、直径5mm的圆形混合纤维素滤膜作为透水膜3；

(4)将PMMA薄膜、PVC薄膜和混合纤维素滤膜粘在一起，制成薄膜式仿生微流控液体驱动泵。

Claims

1.一种薄膜式仿生微流控液体驱动泵，其特征在于，薄膜式仿生微流控液体驱动泵由气孔膜(1)、连接膜(2)和透水膜(3)组成；连接膜(2)上下表面均涂覆粘合胶，中央有通孔，连接膜(2)连接气孔膜(1)和透水膜(3)；气孔膜(1)上面有直径0.001mm～1mm的圆形微孔阵列或长轴直径0.001mm～1mm、短轴直径0.001mm～1mm的椭圆形微孔阵列，阵列中微孔数量是1～10000个；透水膜(3)上面有通孔阵列，阵列中孔的总数是1～10000个；

气孔膜(1)或连接膜(2)的材料为厚度是0.01mm～1mm的热塑性聚合物薄膜或厚度是0.01mm～1mm的金属薄片；透水膜(3)的材料是纤维或聚合物。

2.根据权利要求1所述的一种薄膜式仿生微流控液体驱动泵，其特征在于：

所述的纤维或聚合物是混合纤维素滤膜、格栅膜、尼龙6(JN6)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚砜(PES)、玻纤膜、聚偏氟乙烯(PVDF)、尼龙加强膜(JN)、尼龙钢带或聚醚砜(PES)。

3.根据权利要求1或2所述的一种薄膜式仿生微流控液体驱动泵，其特征在于：

所述的热塑性聚合物是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、POM(聚甲醛)、聚酰胺(PA)、聚苯醚(PPO)、聚砜(PSU)、聚四氟乙烯(PTFE)、据对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯基硫醚(PPS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，PETE)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)或聚氨酯(PU)；

所述的金属是不锈钢、铝、铜、铁、锡、镍、金或铬。