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浅谈电式行波微流泵的工作原理
作者:管理员    发布于:2014-05-13 08:50:48    文字:【】【】【
  表面等离子体共振作为一种非标记光学生物传感器技术,普遍的用于各种生物化学检测。为了提高SPR的检测效率,减少样品消耗,通常将微流控技术与SPR相结合,即在SPR生物传感器中使用微流控芯片[1]微流泵是微流控芯片系统的核心部件,它负责为整个系统的工作提供流体驱动力,主要用于控制样品和试剂的泵送以及废料的排出,同时控制样品、试剂的流量和流速。根据其有无可动阀片,微流泵可分为有阀型微流泵和无阀型微流泵。博山水泵厂家就目前的微流泵制作工艺来说,机械式的有阀微流泵[2]制作工艺比较成熟,但由于其内部存在微阀等机械可动部件,必然受到加工工艺和加工精度的限制,不利于微型化的发展趋势。同时阀门频繁开关,稳定性和使用寿命均受到一定程度的影响。而无阀微流泵利用了流体在微尺寸下的新特点,其原理新颖,结构简单,容易加工,本文提出了一种新型的无阀微流泵,它是在行波的驱动[3]下工作的。行波的产生方式是通过驱动控制电路产生四路振幅相同,频率相同,振动方向相同,相位相差90°的方波控制信号,来驱动压电双晶片[4]阵列,利用压电陶瓷的逆压电效应把电能转换成机械振动在传输微通道上激起行波,传感技术学报道内的液体沿行波方向流动。这种无阀微流泵结构简单,制作方便,泵送液体效率高,同时可以通过控制电路实现液体的双向泵送。本文通过理论分析、模型仿真和实验测量,证明了这种压电式行波微流泵用于生物传感检测的可行性。
  电式行波微流泵的工作原理行波和驻波是相对应的,波在介质中传播时其波形不断向前推进,所以称为行波。处于波动的各点在其平衡位置处振动,而其振动状态,能量沿波的传播方向向前传播。行波通常可分为瑞利波和弯曲波。行波表面的任意一点,并不是作单纯上下运动,而是作椭圆运动,无阀压电式行波微流泵正是利用弯曲波在弹性介质中的这种椭圆运动来传递能量,实现致动。本文中这种弯曲波是靠压电陶瓷的逆压电效应产生的。
  两种不同沟道结构微流泵的设计微流泵的沟道结构是影响微流泵性能的关键因素之一。为此我们提出了两种微流泵沟道结构,种是直沟道的压电式行波微流泵,其尺寸规格如下:宽100μm,长200μm,高26μm,沟道侧壁300μm,压电区长8.7mm,分布4个0.16mm×2mm的突起,突起的高为120μm.图1(a)表示直沟道的结构示意图;第二种为锯齿形沟道的压电式行波微流泵。依据的是扩张/收缩管结构的不对称导致对流体阻力的不同[4]其尺寸规格为:进口200μm,出口700μm,扩散角6.5°,微沟道高度100μm,侧壁和顶壁厚度分别为300μm和200μm,压电区长8.7mm,分布着4个梯形突起,突起的高度为120μm,锯齿形沟道的结构示意图如图1(b)所示。图1两种不同沟道的结构示意图从图1可以看出,这两种沟道结构的共同特点是沟道上方都有四个突起,其作用是可以使压电双晶片压下去的时候,沟道受到更大的压力,从而有助于提高微流泵的流速。
  
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