CN1249899C

CN1249899C - 微型电渗泵

Info

Publication number: CN1249899C
Application number: CN 01135525
Authority: CN
Inventors: 田昭武; 乔兴忠; 林华水
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2021-10-09
Also published as: CN1410673A

Abstract

涉及一种利用电渗流的装置，尤其是一种微型电渗泵。设有泵体，泵体内设流体通道，流体通道设至少3个正负相间的电极室，每两个电极室之间设置多孔芯，多孔芯表面带正或负电荷，每个电极室通过导电体与电源连接，电极室中充有电解质溶液。泵体可为组装，连续或芯片式结构，通道可为管道、沟道或芯片式微沟道，组装方便，响应快，能在低电压驱动下产生高中低液压，流量范围广，芯片化，便于操作，泵的工作寿命长，可广泛用于化学化工、生物医学、环境监测等领域的流动注射系统的流体驱动泵。

Description

微型电渗泵

技术领域

本发明涉及一种利用电渗流的装置，尤其是一种微型电渗泵。

背景技术

采用电渗流方法的流体驱动泵的流动注射系统广泛用于化学化工、生物医学、环境监测等领域。微型泵主要有薄膜微机械泵、电水力驱动泵、表面张力驱动泵、热汽泡驱动泵、离心力驱动泵，其中用电渗作为驱动力的微型泵主要代表有Parce John Wallace发明的微型泵(USP 6012902)，Zanzucchi等发明的微型电动力泵(WO 9743629A，CN1193927A)。这种微型泵主要用高电压在微沟道中驱动电渗流流动，需要附加高压电源设备，不能将仪器整体微型化。

目前，流动注射系统常用的载流泵是蠕动泵，它是一种机械的载流泵。其缺点是结构复杂，价格高，流量调节范围小；和低转速时，流动稳定性差。中国科技大学公开的多孔芯电渗泵(CN2286429Y)包括置于泵体中部侧面封闭的多孔芯柱、置于芯柱两端的电极腔、腔内的电极、电极腔内外载流间的微孔隔离器件和腔上部的气体储存室。其工作电压为10～500V，体积较大。因其电极产生的气体储存在电极腔室内，工作时需要定期停泵，向外排放出电极所产生的气体，不能连续长时间工作。其多孔芯柱是用胶固定在泵体中部，无法在需要时定期更换多孔芯柱，使泵不能长久使用，寿命有限。其电极腔内载流间的微孔隔离器件，不能完全隔离电极腔室内电极产生的气体电解引起电极腔室内流体pH的变化，由于电渗流对流体的pH十分敏感，这会导致泵工作不稳定。

发明内容

本发明旨在提供一种能在低电压驱动下产生出中低压，流量范围广的灵巧微型电渗泵。特别适用于做芯片中微沟道的流体驱动泵，因可电池驱动，不需附加其它电源设备，可以象手机一样携带操作。

本发明设有泵体，泵体内设流体通道，流体通道设至少3个正负相间的电极室，电极室中充有电解质溶液，每两个电极室之间设置多孔芯，多孔芯表面带正或负电荷，每个电极室通过导电体与电源连接。流体通道可以是管道、沟道或芯片式微沟道。所说的多孔芯可采用多孔芯柱或多孔芯片，可直接设于流体通道中，也可以带正负电荷相间的方式和离子导电体都以垫片的形式通过挤压方式分别密闭于流体通道内和流体通道侧面与电极室之间。

电渗泵的工作原理是在石英、高聚物、玻璃等类似物在内的许多固体表面，在存在如盐、酸或者碱这样的离子物质的溶液中，其表而带有正或负电荷。这种带电的表面将会吸引有适当电导率的溶液中的带有相反电荷的离子，形成稳定的双电层结构。即在固/液界面形成一带反相电荷的离子鞘，向这样一种溶液施加某一电压会导致离子鞘迁移到带有相反电荷的电极，并且也推动了流体的整体流动。一般其流速正比于电流强度，所产生流体的压强正比于所施加的电压。当固相表面带有正电荷时，其流体由负极流回正极。当固相表面带有负电荷时，其流体由正极流向负极。

当流体流经第一片多孔芯时，由于此多孔芯表面带负电荷，其流体由正极流向负极。因多孔芯较薄，因此在低电压(＜20V)下，可在多孔芯两边产生中高强度的电场。从而在多孔芯的微孔道内产生较强强度的电渗流，设其产生的流体压强为P₁。就第二片多孔芯而言，由于此多孔芯表面带正电荷，和第一片多孔芯表面所带电荷相反，其流体由负极流向正极。但因其电极连接方式与前一片相反，所以其产生的电渗流方向与前一片多孔芯相同，其单独流过第二片多孔芯所产生的电渗流压强为P₂。则流体流过此二芯片所产生的电渗流总压强为P₀＝P₁+P₂。

以此类推，对于含n片多孔芯的微型泵，因其是串联方式连接，整个体系的总压强为各分部多孔芯所产生的分压强之和，即P₀＝P₁+P₂+…+P_n。

电渗流流速正比于多孔芯的面积和电流强度，选择不同面积的芯片和电流强度就可以调节微型泵的流速。这样，就可以在固定的低电压下产生所需要压强和流速的液流。

本发明组装方便，操作模式简单；流体通道内部体积小，无阀门和其它机械装置，流体流动方向可随电极的电压方向改变而改变，响应速度快，其它类型泵无法比拟；低工作电压，便于使用电池，无需其它电源设备，可用于便携式操作；设备、试剂要求简单，成本低；可广泛应用于化学化工、生物医学、环境监测等领域的流动注射系统的流体驱动泵；可微型化、芯片化，特别适用于做芯片中微沟道的流体驱动泵。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明设有泵体1，泵体可为单元组装式或为连续一体化式结构，泵体内设流体通道，流体通道中设至少3个正负相间的电极室2，电极室中充满电解质溶液，每两个电极室之间设置多孔芯3，多孔芯表面带正或负电荷，其厚度为0.5～10mm，每个电极室通过导电体4与电源E连接。所说的导电体4可以是电子导电体，或者是离子导电体与电子导电体的复合。离子导电体可采用阴/阳离子交换树脂膜/带，电子导电体可采用可逆电极，例如Ag/AgCl，Ag/Ag₂O等电极。

电极室的数目最好为奇数。泵体的前、后端分别设流体通道入口5和出口6。泵体采用化学惰性绝缘材料，可以是有机或无机材料，最好流体通道长度为1～100mm，截面积为10^-7～10cm²，直流电源电压为3～100V。流体通道横截面恒定。

本发明适于泵体微型化、芯片化，特别适用于做芯片式微沟道的流体驱动泵。泵体可依需要采用单元组合装配式结构连接，或连续一体化式结构，或微型化芯片化结构，流体通道可为充满流体溶液的管道、沟道或芯片式微沟道。

Claims

1、微型电渗泵，其特征在于设有泵体，泵体内设流体通道，流体通道设至少3个正负相间的电极室，电极室中充有电解质溶液，每两个电极室之间设置多孔芯，多孔芯表面带正或负电荷，每个电极室通过导电体与电源连接。

2、如权利要求1所述的微型电渗泵，其特征在于所说的泵体为组合装配式，连续一体化式或微型芯片式结构。

3、如权利要求1所述的微型电渗泵，其特征在于所说的流体通道为管道，沟道或芯片式微沟道，通道长度为1～100mm。

4、如权利要求1所述的微型电渗泵，其特征在于所说的流体通道截面积为10^-7～10cm²，横截面积恒定。

5、如权利要求1所述的微型电渗泵，其特征在于所说的多孔芯为圆形多孔芯柱或多孔芯片，多孔芯片的厚度为0.5～10mm。

6、如权利要求1所述的微型电渗泵，其特征在于所说的导电体为电子导电体，或者是离子导电体与电子导电体的复合。

7、如权利要求1所述的微型电渗泵，其特征在于所说的离子导电体选自离子交换树脂膜或离子交换树脂带，所说的电子导电体选自可逆电极。

8、如权利要求7所述的微型电渗泵，其特征在于电子导电体选自Ag/AgCl电极或Ag/Ag₂O电极。

9、如权利要求1所述的微型电渗泵，其特征在于所说的电源电压为3～100V。

10、如权利要求1所述的微型电渗泵，其特征在于所说的电极室的数目为奇数。