CN110681419A - 电渗微泵装置及电渗微泵装置组 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种电渗微泵装置及电渗微泵装置组。本发明所述的电渗微泵装置包括流体微通道和微针电极，所述流体微通道用于连通泵送流体的微流道进口和微流道出口，所述微针电极包括分别设于所述微流道进口和所述微流道出口的第一微针型电极和第二微针型电极，所述第一微针型电极和所述第二微针型电极相对设置，且所述第一微针型电极和所述第二微针型电极均不与所述流体微通道相导通。根据本发明的电渗微泵装置，能够为流体微通道的内部提供平行、均匀的电场，产生稳定电渗驱动力，同时能够解决电极表面的水解问题，极大提高微泵运行的稳定行和使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种电渗微泵装置及电渗微泵装置组。
背景技术
本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。
电渗微泵是一种基于电渗流现象的微量液体驱动装置，在微全分析、数字微流控、芯片冷却和药物输运等领域应用广泛。微电极是决定电渗微泵驱动性能的关键部件，其制作材料及集成工艺对微泵整体结构的紧凑性和驱动性能具有重要影响。
传统电渗微泵多采用薄膜微电极来实现紧凑设计，提高集成度，这种薄膜微电极通过沉积或溅射工艺在微通道底部为流体提供电渗驱动电场。但这种微电极由于布置在微通道底部，无法产生平行于微通道的电场，使得电压有效利用率大大降低。近年来，多孔薄膜微电极被开发出来，平行贴附在多孔介质微通道薄膜两侧进口、出口表面，来提高电压有效利用率，但这种多孔薄膜微电极需要与多孔介质微通道薄膜进行精密对准，难度极大，由于两种薄膜孔径尺寸、密度的差别，微电极常常会覆盖多孔介质微通道薄膜的流体孔道，使其进出口处阻力增大、流量减小。
发明内容
本发明的目的是至少解决风轮在工作过程中发生抖动的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一方面提出了一种电渗微泵装置，所述电渗微泵装置包括：
流体微通道，所述流体微通道用于连通泵送流体的微流道进口和微流道出口；
微针电极，所述微针电极包括分别设于所述微流道进口和所述微流道出口的第一微针型电极和第二微针型电极，所述第一微针型电极和所述第二微针型电极相对设置，且所述第一微针型电极和所述第二微针型电极均不与所述流体微通道相导通。
根据本发明的电渗微泵装置，在电渗微驱动过程中，通过向第一微针型电极和第二微针型电极同时通电，能够为流体微通道的内部提供平行、均匀的电场，产生稳定电渗驱动力，同时由于第一微针型电极和第二微针型电极均不与流体微通道相导通，能够解决电极表面的水解问题，消除传统薄膜微电极的产气、高产热、腐蚀等问题，极大提高微泵运行的稳定行和使用寿命。
另外，根据本发明的电渗微泵装置，还可具有如下附加的技术特征：
所述第一微针型电极和所述第二微针型电极分别包括多个并行设置的微针，多个所述微针分别与所述流体微通道相对设置。
在本发明的一些实施方式中，所述第一微针型电极和所述第二微针型电极分别包括多个并行设置的微针，多个所述微针分别设于所述流体微通道的两侧。
在本发明的一些实施方式中，所述微针电极还包括基板，所述多个微针并行设置于所述基板，所述基板与电源相连。
在本发明的一些实施方式中，多个所述微针的针尖分别与所述流体微通道的底面相平齐。
在本发明的一些实施方式中，所述微针呈圆锥形或多面三角锥形。
在本发明的一些实施方式中，所述微针电极的表面涂覆有防水材料。
本发明的另一方面还提出了一种电渗微泵装置组，所述电渗微泵装置组包括至少两个上述所述的电渗微泵装置。
在本发明的一些实施方式中，所述电渗微泵装置组中任意一个所述电渗微泵装置均包括所述微针电极和与所述微针电极对应设置的基板。
在本发明的一些实施方式中，所述电渗微泵装置组中任意一个所述电渗微泵装置均包括微针电极，且相邻的所述电渗微泵装置之间设有基板，所述基板能够同时连接任意一个所述电渗微泵装置中的所述微针电极。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其它的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明一实施方式的电渗微泵装置的正面结构示意图；
图2为图1中第一微针型电极处的A-A剖面结构示意图；
图3为本发明另一实施方式的电渗微泵装置的正面结构示意图；
图4为图3中第一微针型电极处的B-B剖面结构示意图；
图5为本发明另一实施方式中第一微针型电极处的剖面结构示意图；
图6为本发明另一实施方式中第一微针型电极处的剖面结构示意图。
附图中各标记表示如下：
10：流体微通道、11：微流道进口、12：微流道出口；
21：第一微针型电极、211：微针、212：基板、22：第二微针型电极。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
图1为本发明一实施方式的电渗微泵装置的正面结构示意图。图2为图1中第一微针型电极处的A-A剖面结构示意图。本发明的第一方面提出了一种电渗微泵装置，该电渗微泵装置包括流体微通道10和微针电极。
流体微通道10用于连通泵送流体的微流道进口11和微流道出口12。
微针电极包括分别设于微流道进口11和微流道出口12的第一微针型电极21和第二微针型电极22，第一微针型电极21和第二微针型电极22相对设置，且第一微针型电极21和第二微针型电极22均不与流体微通道10相导通。
根据本发明的电渗微泵装置，在电渗微驱动过程中，通过向第一微针型电极21和第二微针型电极22同时通电，能够为流体微通道10的内部提供平行、均匀的电场，产生稳定电渗驱动力，同时由于第一微针型电极21和第二微针型电极21均不与流体微通道10相导通，能够解决电极表面的水解问题，消除传统薄膜微电极的产气、高产热、腐蚀等问题，极大提高微泵运行的稳定行和使用寿命。
其中流体微通道10可以作为微流道的一部分与微流道一体成型，也可以在微流道内设置挡板等结构使微流道的内部分割成多个相互并联设置流体微通道，并在多个流体微通道10的进出口，即微流道进口11和微流道出口12处分别设置第一微针型电极21和第二微针型电极22，当对第一微针型电极21和第二微针型电极22加载电压时，并联的流体微通道11内会产生平行且均匀的电场线，进而使流体微通道11的壁面产生电渗驱动力驱动整个流体微通道11内液体。电渗驱动流量和方向由所加载电压大小和方向决定。其中，为最大限度地保证流体微通道11内会产生平行且均匀的电场线，第一微针型电极21和第二微针型电极22垂直于流体微通道11设置。
如图1和图2所示，在本发明的一些实施方式中，第一微针型电极21和第二微针型电极22分别包括多个并行设置的微针211，多个微针211分别与流体微通道10相对设置。微针211通过基板212与电压的正负极相连接，多个微针211并行设置于基板212上，基板212与电源相连。当对第一微针型电极21和第二微针型电极22加载电压时，流体微通道10的壁面上产生电渗流驱动流体流动。由于微针电极上的微针211与流体微通道10的横截面尺寸相当，且两者正对垂直设置，能够在流体微通道10内形成平行于流体微通道10的均匀电场，因此微泵可获得均匀稳定的驱动性能。
其中，流体微通道由MEMS(微机电系统)微加工工艺制作而成，并联设置的流体微通道10的数量为多个，并联设置的流体微通道10之间的间隙尺寸为微米、亚微米、纳米量级。
另外，流体微通道10的制作材料为聚对二甲苯、或聚酰亚胺、或聚氨酯、或聚四氟乙烯、或硅胶、或玻璃或硅等。
另外，流体微通道10的横截面为矩形、或圆形或三角形中的任一种。
另外，微针电极的制作材料为铂、或金、或铂铱、或钽、或镍、或钛、或铜或不锈钢等金属，或表面涂敷上述其中至少一种金属的硅、或二氧化硅、或玻璃或聚合物等，金属涂层厚度为纳米量级。
为隔绝微针电极上金属与流体微通道10内的流体的直接接触，使壁面产气、产热并引发电极腐蚀的问题，微针电极的表面涂敷一层防水材料。另外，防水材料为聚对二甲苯、或聚酰亚胺等，防水涂层厚度为纳米量级。从而通过防水材料将微针电极与流体微通道的流体相隔断，消除传统薄膜微电极的产气、产热、腐蚀等问题，极大提高微泵运行的稳定行和使用寿命。
另外，微针的形状可设计成圆锥形或多面三角锥形等，从而在保证流体微通道10的壁面上产生电渗流驱动流体流动的同时不会阻碍流体的流动。
在本发明的一些实施方式中，多个微针的针尖分别与流体微通道10的底面相平齐，从而达到最大驱动力。
图3为本发明另一实施方式的电渗微泵装置的正面结构示意图。图4为图3中第一微针型电极处的B-B剖面结构示意图。如图3和图4所示，在本发明的一些实施方式中，第一微针型电极21和第二微针型电极22分别包括多个并行设置的微针211，多个微针211分别设于流体微通道10的两侧。由于微针电极上的微针211紧密设置在流体微通道10的两侧，两者中间间隙为纳米或亚微米量级且保持垂直，同样能够在流体微通道10内形成接近于平行均匀分布的电场，微泵也可获得比较均匀稳定的驱动性能。
本发明的另一方面还提出了一种电渗微泵装置组，电渗微泵装置组包括至少两个上述实施方式中的电渗微泵装置，通过将多个电渗微泵装置相贴合叠加集成形成多层电渗微泵装置，从而获得流量成倍数增长的集成型电渗微泵装置。
图5为本发明另一实施方式中第一微针型电极处的剖面结构示意图。如图5所示，在本发明的一些实施方式中，电渗微泵装置组包括四层电渗微泵装置。其中，由图5中所示图中位置自上而下依次为第一层、第二层、第三层和第四层。第一层和第二层之间设有基板，第三层和第四层之间设有基板212，且该基板212同时连接任意相邻的电渗微泵装置中的微针211，形成双面微针的形式，从而减少了基板212的设置，提高了流体微通道10内的流体的流通面积，从而增加了流体的流量。同时第二层和第三层相对比，第二层和第三层分别设有微针211和与微针211相连的基板212，且多个微针211相对设置，从而提高电场的强度，提高流体微通道内流体的流通速度。
图6为本发明另一实施方式中第一微针型电极处的剖面结构示意图。如图6所示，图6中多个电渗微泵装置的相互连接形式与图5中的多个电渗微泵装置的连接形式一致，仅电渗微泵装置中的微针211与流体微通道10的设置形式不一致，其组成后的电渗微泵装置组与图5中电渗微泵装置组的效果相一致，同样能够获得流量成倍数增长的集成型微泵。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种电渗微泵装置，其特征在于，包括：
流体微通道，所述流体微通道用于连通泵送流体的微流道进口和微流道出口；
微针电极，所述微针电极包括分别设于所述微流道进口和所述微流道出口的第一微针型电极和第二微针型电极，所述第一微针型电极和所述第二微针型电极相对设置，且所述第一微针型电极和所述第二微针型电极均不与所述流体微通道相导通。
2.根据权利要求1所述的电渗微泵装置，其特征在于，所述第一微针型电极和所述第二微针型电极分别包括多个并行设置的微针，多个所述微针分别与所述流体微通道相对设置。
3.根据权利要求1所述的电渗微泵装置，其特征在于，所述第一微针型电极和所述第二微针型电极分别包括多个并行设置的微针，多个所述微针分别设于所述流体微通道的两侧。
4.根据权利要求2或3所述的电渗微泵装置，其特征在于，所述微针电极还包括基板，所述多个微针并行设置于所述基板，所述基板与电源相连。
5.根据权利要求2或3所述的电渗微泵装置，其特征在于，多个所述微针的针尖分别与所述流体微通道的底面相平齐。
6.根据权利要求2或3所述的电渗微泵装置，其特征在于，所述微针呈圆锥形或多面三角锥形。
7.根据权利要求1所述的电渗微泵装置，其特征在于，所述微针电极的表面涂覆有防水材料。
8.一种电渗微泵装置组，其特征在于，包括至少两个根据权利要求1至7中任一项所述的电渗微泵装置。
9.根据权利要求8所述的电渗微泵装置组，其特征在于，所述电渗微泵装置组中任意一个所述电渗微泵装置均包括所述微针电极和与所述微针电极对应设置的基板。
10.根据权利要求8所述的电渗微泵装置组，其特征在于，所述电渗微泵装置组中任意一个所述电渗微泵装置均包括微针电极，且相邻的所述电渗微泵装置之间设有基板，所述基板能够同时连接任意一个所述电渗微泵装置中的所述微针电极。
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