CN110665089A

CN110665089A - 一种血液输送用静电蠕动泵

Info

Publication number: CN110665089A
Application number: CN201910921059.7A
Authority: CN
Inventors: 陈松; 刘海东; 钱超平; 俞迈; 黄子健; 罗罕频
Original assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Current assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2020-01-10
Anticipated expiration: 2039-09-20
Also published as: CN110665089B

Abstract

本发明属于血液输送泵领域，具体涉及一种血液输送用静电蠕动泵。从上到下依次由上盖板、电极层、隔离层、振动层、介质腔板、下盖板连接而成；所述电极层、隔离层、振动层、介质腔板相连构成第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元；介质腔板从左至右设有第一介质腔、第二介质腔、第三介质腔；第一介质腔、第二介质腔、第三介质腔内均填充有一定压力的流体介质；下盖板上表面设有凹槽，柔性薄膜工作时变形均作用于凹槽；凹槽通过缓冲腔与进出口相连。特色与优势：实现软体蠕动血液输送，避免了血细胞的破坏；结构简单、体积小、成本低且易集成。

Description

一种血液输送用静电蠕动泵

技术领域

本发明属于蠕动泵领域，具体涉及一种血液输送用静电蠕动泵。

背景技术

血液健康是人类健康指标中极为重要的一项，血液输送在医学上有着十分重要的意义。血液的构成复杂、粘度大、血细胞易受损等各类限制因素，所以对血液输送泵结构及性能有很高的要求。蠕动泵具有结构简单、不易堵塞、对血液损伤小、能够双向泵送等优点被广泛的用于血液输送。中国实用新型专利号为CN205339728U的《一种用于血液管路自动传输的蠕动泵装置》，采用双出轴步进电机实现血液的泵送。但是通过电机驱动的蠕动泵，体积大、结构复杂、功耗高，不便或无法用于集成化系统。静电驱动微泵具有结构简单、体积小、成本低等优点，在血液输送应用中有着良好的应用前景；现有静电微泵无法避免刚性驱动(刚性泵膜高速振动进行驱动)对血细胞造成的损坏，同时泵膜一般为静电驱动中的一个电极，其在工作时携带很高的电压，会对血液造成损坏。

发明内容：

针对现有静电微泵在血液输送中的问题，本发明提出一种血液输送用静电蠕动泵，以下简称静电蠕动泵。

本发明采取的技术方案是：从上到下依次由上盖板、电极层、隔离层、振动层、介质腔板、下盖板连接而成；所述电极层设有第一固定电极、第二固定电极、第三固定电极；所述第一固定电极、第二固定电极、第三固定电极固定在上盖板的下表面；所述振动层设有第一振动膜、第二振动膜、第三振动膜；所述电极层、隔离层、振动层、介质腔板相连构成第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元；所述第一驱动单元由上到下依次为第一固定电极、第一绝缘层、隔离层、第一振动膜、第一介质腔、第一柔性薄膜；所述第二驱动单元从上到下依次为第二固定电极、第二绝缘层、隔离层、第二振动膜、第二介质腔、第二柔性薄膜；所述第三驱动单元从上到下依次为第三固定电极、第三绝缘层、隔离层、第三振动膜、第三介质腔、第三柔性薄膜；所述隔离层内部为不连续结构，以此形成第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元的驱动空腔，保证第一振动膜、第二振动膜、第三振动膜的振动空间；所述第一介质腔是由第一振动膜、介质腔板和第一柔性薄膜相连形成的密闭腔体；所述第二介质腔是由第二振动膜、介质腔板和第二柔性薄膜相连形成的密闭腔体；所述第三介质腔是由第三振动膜、介质腔板和第三柔性薄膜相连形成的密闭腔体；所述第一介质腔、第二介质腔、第三介质腔内均填充有一定压力的流体介质，第一柔性薄膜、第二柔性薄膜、第三柔性薄膜在流体介质压力作用下保持轻微凸起，这样既能保证在工作过程中的有效收缩，同时也能弥补流体介质由于温度产生的体积变化；所述下盖板上表面设有凹槽；所述凹槽位于第一介质腔、第二介质腔、第三介质腔的正下方；所述凹槽的横向截面形状为矩形，如图3所示；所述第一柔性薄膜、第二柔性薄膜、第三柔性薄膜的变形均作用于凹槽内；所述凹槽宽度a小于第一柔性薄膜、第二柔性薄膜、第三柔性薄膜的工作直径d，这样可以让柔性薄膜获得位移放大的效果，即柔性薄膜的位移变形量会大于振动膜的位移变形量；所述第一柔性薄膜、第二柔性薄膜、第三柔性薄膜在最大工作变形量时，其顶端能接触到凹槽底部，如图6所示；所述凹槽左端设有第一缓冲腔；所述第一缓冲腔与凹槽相连，且第一缓冲腔下方与入口连通；所述凹槽右端设有第二缓冲腔；所述第二缓冲腔与凹槽相连，且第二缓冲腔下方与出口连通。

所述振动层的材料为Si；所述第一柔性薄膜、第二柔性薄膜、第三柔性薄膜的材料为弹性硅胶膜；所述第一固定电极、第二固定电极、第三固定电极的材料为Si；所述第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层的材料为SiO₂。

在工作过程中，静电蠕动泵的工作状态可分为初始状态、第一工作状态、第二工作状态。

初始状态：第一振动膜、第二振动膜、第三振动膜处于不变形状态，第一柔性薄膜、第二柔性薄膜、第三柔性薄膜在具有一定压力的流体介质作用下均轻微凸起。

第一工作状态：振动层施加单一极性的电压，第一固定电极、第三固定电极施加与振动层极性相反的电压，第二固定电极施加与振动层极性相同的电压；第一振动膜和第三振动膜向上弯曲变形，第二振动膜向下弯曲变形，第一介质腔和第三介质腔体积增大、压力减小，第一柔性薄膜、第三柔性薄膜在自身张力及流体介质压力作用下收缩并向上运动，第二介质腔体积减小、压力增大，第二柔性薄膜在流体介质作用下膨胀并向下运动，如图5所示。

第二工作状态：振动层施加单一极性的电压，第一固定电极、第三固定电极施加与振动层极性相同的电压，第二固定电极施加与振动层极性相反的电压；第一振动膜和第三振动膜向下弯曲变形，第二振动膜向上弯曲变形，第一介质腔和第三介质腔体积减小、压力增大，第一柔性薄膜、第三柔性薄膜在流体介质压力作用下膨胀并向下运动，第二介质腔体积增大、压力减小，第二柔性薄膜在自身张力及流体介质运动作用下收缩并向上运动，如图7所示。

所述振动层施加单一极性的电压；第一固定电极、第二固定电极、第三固定电极施加三个正弦电压信号，相邻两个正弦电压信号的相位差为π，如图8所示。在交变电压信号的作用下，第一工作状态、第二工作状态依次重复，进而实现凹槽内的持续蠕动血液输送。

由于在工作过程中是通过流体介质带动柔性薄膜进行收缩和膨胀，一定程度上仿照了生物器官组织的弹性，在驱动过程中柔软温和，可以有效避免血液的破坏。

本项目的特色及优势在于：①通过液体介质带动柔性薄膜，实现软体蠕动血液输送，可以有效的避免血液的破坏；②静电驱动、结构简单、体积小、重量轻、成本低且易集成。

附图说明：

图1是本发明一种较佳实施例中静电蠕动泵的结构及剖面示意图；

图2是图1中A-A的剖面示意图；

图3是图1中B-B的剖面示意图；

图4是本发明一种较佳实施例中下盖板的俯视图；

图5是本发明一种较佳实施例中的第一工作状态示意图；

图6是图5中C-C的剖面示意图；

图7是本发明一种较佳实施例中的第二工作状态示意图；

图8是本发明一种较佳实施例中的驱动信号示意图；

图标：1-上盖板；2-电极层；21-第一固定电极；22第二固定电极；23第三固定电极；31-第一绝缘层；32-第二绝缘层；33-第三绝缘层；4-隔离层；5-振动层；51-第一振动膜；52-第二振动膜；53-第二振动膜；6-介质腔板；71-第一介质腔；72-第二介质腔；73-第三介质腔；81-第一柔性薄膜，82-第二柔性薄膜，83-第三柔性薄膜；9-第二缓冲腔；10-出口；11-凹槽；12-下盖板；13-第二缓冲腔；14-入口；I-第一驱动单元；II-第二驱动单元；III-第三驱动单元。

具体实施方式：

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚，完整的描述，需要说明的是，术语“中间”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

下面将结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。如图1所示，从上到下依次由上盖板1、电极层2、隔离层4、振动层5、介质腔板6、下盖板12连接而成；所述电极层2设有第一固定电极21、第二固定电极22、第三固定电极23；所述第一固定电极21、第二固定电极22、第三固定电极23固定在上盖板1的下表面；所述振动层5设有的第一振动膜51、第二振动膜52、第三振动膜53；所述电极层2、隔离层4、振动层5、介质腔板6相连构成第一驱动单元I、第二驱动单元II、第三驱动单元III；所述第一驱动单元I从上到下依次为第一固定电极21、第一绝缘层31、隔离层4、第一振动膜51、第一介质腔71、第一柔性薄膜81；所述第二驱动单元II从上到下依次为第二固定电极22、第二绝缘层32、隔离层4、第二振动膜52、第二介质腔72、第二柔性薄膜82；所述第三驱动单元III从上到下依次为第三固定电极23、第三绝缘层33、隔离层4、第三振动膜53、第三介质腔73、第三柔性薄膜83；所述隔离层4内部为不连续结构，以形成第一驱动单元I、第二驱动单元II、第三驱动单元III的驱动空腔，保证第一振动膜51、第二振动膜52、第三振动膜53的振动空间；所述第一介质腔71是由第一振动膜51、介质腔板6和第一柔性薄膜81相连形成的密闭腔体；所述第二介质腔72是由第二振动膜52、介质腔板6和第二柔性薄膜82相连形成的密闭腔体；所述第三介质腔73是由第三振动膜53、介质腔板6和第三柔性薄膜83相连形成的密闭腔体；所述第一介质腔71、第二介质腔72、第三介质腔73内均填充有一定压力的流体介质，第一柔性薄膜81、第二柔性薄膜82、第三柔性薄膜83在流体介质压力作用下保持轻微凸起，这样既能保证在工作过程中的有效收缩，同时也能弥补流体介质由于温度产生的体积变化；所述下盖板12上表面设有凹槽11；所述凹槽11位于第一介质腔71、第二介质腔72、第三介质腔73的正下方；所述凹槽11的横向截面形状为矩形，如图3所示；所述第一柔性薄膜81、第二柔性薄膜82、第三柔性薄膜83的变形均作用于凹槽11内；所述凹槽11宽度a小于第一柔性薄膜81、第二柔性薄膜82、第三柔性薄膜83的工作直径d，这样可以让柔性薄膜获得位移放大的效果，即柔性薄膜的位移变形量会大于第一振动膜51、第二振动膜52、第三振动膜53的位移变形量；所述第一柔性薄膜81、第二柔性薄膜82、第三柔性薄膜83在最大工作变形量时，其顶端能接触到凹槽11底部，如图6所示；所述凹槽11左端设有第一缓冲腔13；所述第一缓冲腔13与凹槽11相连，且第一缓冲腔13下方与入口14连通；所述凹槽11右端设有第二缓冲腔9；所述第二缓冲腔9与凹槽11相连，且第二缓冲腔9下方与出口10连通。

所述振动层5的材料为Si；所述第一柔性薄膜81、第二柔性薄膜82、第三柔性薄膜83的材料为弹性硅胶膜；所述第一固定电极21、第二固定电极22、第三固定电极23的材料为Si；所述第一绝缘层31、第二绝缘层32、第三绝缘层33的材料为SiO₂。

初始状态：第一振动膜51、第二振动膜52、第三振动膜53处于不变形状态，第一柔性薄膜81、第二柔性薄膜82、第三柔性薄膜83在具有一定压力的流体介质作用下均轻微凸起。

第一工作状态：振动层5施加单一极性的电压，第一固定电极21、第三固定电极23施加与振动层5极性相反的电压，第二固定电极22施加与振动层5极性相同的电压；第一振动膜51和第三振动膜53向上弯曲变形，第二振动52膜向下弯曲变形，第一介质腔71和第三介质腔73体积增大、压力减小，第一柔性薄膜81、第三柔性薄膜83在自身张力及流体介质压力作用下收缩并向上运动，第二介质腔72体积减小、压力增大，第二柔性薄膜82在流体介质作用下膨胀并向下运动，如图5所示。

第二工作状态：振动层5施加单一极性的电压，第一固定电极21、第三固定电极23施加与振动层5极性相同的电压，第二固定电极22施加与振动层5极性相反的电压；第一振动膜51和第三振动膜53向下弯曲变形，第二振动膜52向上弯曲变形，第一介质腔71和第三介质腔73体积减小、压力增大，第一柔性薄膜81、第三柔性薄膜83在流体介质压力作用下膨胀并向下运动，第二介质腔72体积增大、压力减小，第二柔性薄膜82在自身张力以及流体介质运动作用下收缩并向上运动，如图7所示。

所述振动层5施加单一极性的电压；第一固定电极21、第二固定电极22、第三固定电极23分别施加三个正弦电压信号，相邻两个正弦电压信号的相位差为π，如图8所示。在交变电压信号的作用下，第一工作状态、第二工作状态依次重复，进而实现凹槽11内的持续蠕动血液输送。

Claims

1.一种血液输送用静电蠕动泵，其特征在于：从上到下依次由上盖板、电极层、隔离层、振动层、介质腔板、下盖板连接而成；所述电极层设有第一固定电极、第二固定电极、第三固定电极；所述第一固定电极、第二固定电极、第三固定电极固定在上盖板的下表面；所述振动层设有第一振动膜、第二振动膜、第三振动膜；所述电极层、隔离层、振动层、介质腔板相连构成第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元；所述第一驱动单元由上到下依次为第一固定电极、第一绝缘层、隔离层、第一振动膜、第一介质腔、第一柔性薄膜；所述第二驱动单元由上到下依次为第二固定电极、第二绝缘层、隔离层、第二振动膜、第二介质腔、第二柔性薄膜；所述第三驱动单元由上到下依次为第三固定电极、第三绝缘层、隔离层、第三振动膜、第三介质腔、第三柔性薄膜；所述介质腔板下表面粘接有第一柔性薄膜、第二柔性薄膜和第三柔性薄膜；所述第一柔性薄膜、第二柔性薄膜和第三柔性薄膜均为高弹性薄膜；所述隔离层内部为不连续结构以形成第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元的驱动空腔；所述第一介质腔是由第一振动膜、介质腔板和第一柔性薄膜相连形成的密闭腔体；所述第二介质腔是由第二振动膜、介质腔板和第二柔性薄膜相连形成的密闭腔体；所述第三介质腔是由第三振动膜、介质腔板和第三柔性薄膜相连形成的密闭腔体；所述第一介质腔、第二介质腔、第三介质腔内均填充有流体介质；所述第一柔性薄膜、第二柔性薄膜、第三柔性薄膜在流体介质压力作用下保持膨胀状态；所述下盖板上表面设有凹槽；所述凹槽位于第一介质腔、第二介质腔、第三介质腔的正下方；所述第一柔性薄膜、第二柔性薄膜、第三柔性薄膜的变形均作用于凹槽内；所述凹槽宽度a小于第一柔性薄膜、第二柔性薄膜、第三柔性薄膜的工作直径d；所述凹槽左端设有第一缓冲腔；所述第一缓冲腔与凹槽相连，且第一缓冲腔与入口连通；所述凹槽右端设有第二缓冲腔；所述第二缓冲腔与凹槽相连，且第二缓冲腔与出口连通。

2.根据权利要求1所述的血液输送用静电蠕动泵，其特征在于：所述振动层的材料为Si；所述第一柔性薄膜、第二柔性薄膜、第三柔性薄膜的材料为弹性硅胶膜；所述第一固定电极、第二固定电极、第三固定电极的材料为Si；所述第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层的材料为SiO₂。