CN1194785C

CN1194785C - 输液泵和液体输送管路除气装置

Info

Publication number: CN1194785C
Application number: CNB011349379A
Authority: CN
Inventors: 关亚风; 陈令新
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2001-11-15
Filing date: 2001-11-15
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2021-11-15
Also published as: CN1419948A

Abstract

一种用于输液泵和液体输送管路中所含气体去除装置，用于排除带压液体中所含气体和微流动芯片管路中气体。带压液体除气装置主要包括液体输入通道，液体输出通道，空心腔室，和带有阻尼器的气体或液-气混合液逸出通道；微流动芯片除气装置主要包括液体流通通道，微毛细管阵列(通道)，气体逸出通道或液-气混合液逸出的阻尼层。该装置适用于临床输液系统、液相色谱系统、流动分析系统等需要排除气泡或排除液体中过量溶解气体的场合，特别适用于电驱动系统中液体所含气泡的排除，使电驱泵或电磁泵能连续稳定的工作。

Description

输液泵和液体输送管路除气装置

技术领域

本发明涉及一种用于排除输液泵或液体输送管路中液体所含气体的装置。它是利用液体中过饱和的气体在液体中上层的浓度高于底层液体、或利用憎水毛细孔原理来排除气体的方法，属于一种利用物理原理除气的方法。

背景技术

现代分析化学中经常涉及排除输液泵或液体输送管路中液体所含气体的问题。溶液中的气体的产生形式是多种多样的，各种可能的反应(如电极反应)产生的气体或原来溶解于液体中的气体，往往是以液气平衡状态的体系而存在的。溶液中原来处于液气平衡状态的体系，在通过输液泵或液体输送管路到达应用点时，溶解的气体由于条件发生改变，可能达到过饱和而逸出。例如，高压输液时液体处于液-气平衡状态的体系经过负载而压强降低时，原溶解于液体中的气体因过饱和而发生气体逸出现象。气体从溶液中逸出会干扰实验的进行。例如，微柱液相色谱中，高压输液时流动相里溶解的气体在经过色谱柱减压后会形成气泡逸出，严重干扰检测过程。

实际上，临床药物微量输液系统、液相色谱系统、流动分析系统等领域经常涉及到需要排除气泡或排除液体中过量溶解气体的场合，特别是电驱动或电磁驱动系统中由于不可避免的电极反应，流体中气泡的排除显得尤为重要。近年来，为了实现微流量液体的输送，出现了以声、电、光、磁、热等为基本激发形式的各式各样的微泵，例如压电式、热动式、声波式、电流体动力式、磁流体动力式、电渗式等等。这些微泵在输液时，经常由于电极反应或其它原因使输出液体中含有气泡。在大多数情况下，不希望流体中含有气泡。电驱动或电磁驱动是微流量驱动与控制技术重要的方法，电驱动时，电极表面在发生电化学过程时总是要产生气体的，时间稍长就形成气泡。在直接驱动体系中，气泡不可避免地进入流体中，电场梯度在气泡处变大，局部产生更高的焦耳热而使气泡体积扩大，致使液流断路和电渗中断；在间接驱动体系中，气体的聚集会导致气泡反入流体中，也会使电渗过程中断。因为溶液中会自然溶解一定量的气体，完全去除液体中的气体是不可能的，也没有必要，只要不过饱和就不会产生气泡，也就不影响应用。

发明内容

本发明就是针对上述背景，其目的是提供一种简单有效的除气装置，这种装置能有效地排除机械式输液泵流出液体中的气泡、电驱动输液因电极反应产生的气体和原来溶解于液体中的气体、以及微流动芯片上由于电驱动产生的气体或原来溶解于液体中的气体。本发明适用于临床输液系统、液相色谱系统、流动分析系统等需要排除气泡或排除液体中过量溶解气体的场合，特别适用于电驱动或电磁驱动系统的液体去除。整个气体去除装置还可以设计制作在芯片上，适用于排除微流量系统里液体中的气体。

本发明液体除气装置主要包括液体输入通道，液体输出通道，贮液腔，带有阻尼器的气体逸出通道；进一步区分，本发明液体除气装置可分为带压液体除气装置和芯片除气装置，其中带压液体除气装置的逸出通道是通过在贮液腔顶端设置带阻尼器的排液口，而芯片除气装置的逸出通道设有微毛细管阵列(通道)和多孔阻尼层。带压液体除气装置是利用物理原理，气体在液体中向上层移动、聚集，使上层溶液中的气体含量较高，通过阻尼管使液-气混合液排出而达到排除气体的目的。芯片除气装置利用了憎水微毛细气孔(HMCV)原理，装置中的微毛细管阵列，截面尺寸比流通道尺寸小。微毛细管内壁具有憎水性，负毛细作用阻止了流体的侵入，而气体可以轻易的通过其中。当液体压强较高并超过毛细管的表面张力时，液-气混合液体会通过微毛细管和多孔阻尼层流出，使液体中气体被排出。

另外，在上述的除气装置中，对于带压液体除气装置的液体输出通道排出的流量为液体输入通道输入流量的10-80％。

另外，在上述的除气装置中，带压液体除气装置贮液腔体积大于或等于液体每分钟流量的1/3。而芯片除气装置的微毛细管阵列截面尺寸与流道尺寸相比小于2/3。贮液腔内的顶部或上半部处理成憎水性表面。

附图说明

图1为带压液体除气装置的示意图；

图2为带压液体除气装置应用于高压电渗泵示意图；

图3为芯片上气体排除装置的示意图；

图4为芯片气体排除装置应用于芯片的示意图

图中：1-填充毛细微通道(电渗柱)；2-导管；3-导电空心电极；4-带压除气装置；5-恒压/恒流控制装置；14-液体输入口；15-液体输出口；16-排气口(上有阻尼)；101-填充微通道；102-蚀刻微通道(输液导管)；103-电极，位于流向上填充微通道两侧；104-芯片气体排除装置；105-芯片流体控制装置；106-储液池；1021-微毛细管阵列(上覆多孔阻尼层1025)；1022-气体通道；1023-微小液滴；1024-芯片气体排除装置侧视图；1025-多孔阻尼层。

具体实施方式

本发明输液泵除气装置，分为带压液体除气装置(图1)和芯片除气装置(图3)。

带压液体除气装置(图1)由一带液体输入口14、输出口15及排气口16(上有阻尼器)的贮液腔(内壁憎水性)4构成，从液体输入口14输入液体，经空心腔室4下部的液体输出口15排出液体，而含有气体的液体由贮液腔上部设有的出口16(上有阻尼器)排出；其原理是：气体在液体中由于重力的作用向上层移动、聚集，使上层溶液中的气体含量较高。对于亲水性液体，为使高压下的溶液中气体易于逸出、聚集，空腔壁可处理成憎水性；反之，对于憎水性液体，腔壁可处理成亲水性。上部液体不断地经阻尼器流出，流量约为液体输入口14的10％-80％，可以根据需要进行调节，使气体和含溶解气体浓度高的液体不断地排出，保证流出液体输出口15的液体没有气泡。阻尼器的制作可以使用微多孔烧结不锈钢材料，也可使用毛细管填充柱，内添微颗粒(填料可选用硅胶、表面修饰硅胶、离子交换树脂、高分子微球、无机球型或无定型填料、内成型填料中的一种)。

芯片上气体排除装置(图3)，主要包括液体流通通道102，一个微毛细管阵列(通道)1021，气体逸出通道1022，微毛细管阵列截面尺寸比流道尺寸102小。其原理是利用了憎水微毛细气孔(HMCV)原理，对于亲水性液体，为使溶液中气体易于逸出、聚集，微毛细管内壁使用憎水性材料制成，反之，对于憎水性液体，微毛细管内壁则使用亲水性材料制成。以芯片上经常需要输送的亲水性液体为例，这时微毛细管内壁具有憎水性，负毛细作用阻止了流体的侵入，而气体可以轻易的通过其中而排除流体通道102。若液体压强较高能超过毛细管的表面张力时，在微毛细管之后附加一层多孔阻尼，使液-气混合液体通过微毛细管和多孔阻尼层流出，即维持液体压强，又使液体中的气体排出。

本发明输液泵除气装置所述装置材料，采用金属、合金、塑料、复合材料、石英、陶瓷、玻璃或导电材料、硅基质材料。

本发明输液泵除气装置能够耐压，带压液体除气装置耐压0-100MPa，芯片除气装置耐压0-1MPa。

本发明输液泵除气装置，对于装置尺寸没有固定的限制，一般地，带压液体除气装置(图1)的贮液腔4内体积是输送液体每分钟流量的1/3以上，是根据输液流量大小所要求的平衡体积而定；贮液腔4的几何形状无限制，一般为柱型或棱柱型。芯片上气体排除装置(图3)的几何尺寸为几十纳升至几十微升，主要体现在液体流通通道102，微毛细管阵列(通道)1021，多孔阻尼层上，要求微毛细管阵列截面尺寸比流道尺寸102小。

本发明的输液泵除气装置，带压液体除气装置和芯片除气装置可以是单独的部件，后者也可以直接设计制作在芯片上，以满足微流量系统的液体除气要求。

实施例1：单级驱动电渗泵，铜制空心二通内径200μm作为电极和液体通道，采用柱长20.0cm，内径75μm填充柱，内填粒径1μm的硅胶填料，空管内径10μm，串联带压液体排气除装置，装置的除液腔为直径1.0mm的圆柱形空腔，阻尼器通道耐压20Mpa，液体输入/输出通道内径均为200μm，可有效除气，泵可连续不间断输液；

实施例2：芯片四级驱动电渗泵，蚀刻串联制作芯片气体排除装置。电渗泵流体通道折合内径为50μm，芯片气体排除装置的微毛细管阵列和多孔阻尼层均处理成憎水性，其总折合尺寸为20μm，总耐压0.2Mpa，可有效除气，满足输液要求。

Claims

1.一种输液泵和液体输送管路除气装置，具有液体输入通道，液体输出通道，贮液腔，和带有阻尼器的气体或液-气混合液逸出通道，其特征在于对于带压液体除气装置的逸出通道是通过在贮液腔顶端设置带阻尼器的排液口；而对于微流动芯片除气装置的逸出通道设有一个微毛细管阵列和多孔阻尼层，且微毛细管阵列的截面尺寸小于液体通道的尺寸。

2.根据权利要求1所述的输液泵和液体输送管路除气装置，其特征在于对所述贮液腔内的顶部或上半部处理成憎水性表面。

3.根据权利要求1所述的输液泵和液体输送管路除气装置，其特征在于所述的微毛细管阵列的截面尺寸与流体通道尺寸相比小，微毛细管内壁具有憎水性的性质。

4.根据权利要求1所述的输液泵和液体输送管路除气装置，其特征在于对于带压液体除气装置的液体输出通道排出的流量为液体输入通道输入流量的10-80％。

5、根据权利要求1所述的输液泵和液体输送管路除气装置，其特征在于带压液体除气装置贮液腔体积大于或等于液体每分钟流量的1/3。

6、根据权利要求1所述的输液泵和液体输送管路除气装置，其特征在于芯片除气装置的微毛细管阵列截面尺寸与流道尺寸相比小于2/3。