[发明专利]一种芯片式电渗泵

说明书

技术领域

本发明涉及一种微电渗泵，特别是一种芯片式电渗泵。主要适用于微流量系统的液体驱动，特别是在微流控芯片、临床药物领域的微量输液。

背景技术

电渗泵利用芯片微通道尺寸小特有的电渗现象进行流体驱动控制，操作简便灵活且易集成于芯片，因而成为微流控芯片研究中应用最广的微流体控制技术之一。微电渗泵的使用也存在一些问题，如电渗泵电场对其他部分干扰的问题、在不提高操作电压的情况下提高流速和压强的问题等。目前，电场干扰问题，主要是采取将电渗泵单元与主通道分离的方法，一是将电渗泵单元置于主通道下游或上游，但这种方法会造成产生的气泡进入主通道，导致泵停止工作；另一种方法则是将泵单元置于主通道的一侧或两侧，有的还通过制作盐桥节点的方法隔绝气泡。流速的提高，主要采用多个平行通道并联的方法，即在不减小线速度的情况下增大电渗泵通道截面积，从而增大流速；压强的提高，则常采用减小泵通道深度、增大泵通道长度等方法。

发明内容

针对上述微流控芯片应用领域中电渗泵的不足之处，本发明的目的在于设计一种具有两种填充柱的Y型芯片式电渗泵，左、右通道分别填充有带正、负电荷的填料。当电渗泵工作时，电场仅存在于两填充柱式通道，而中间交汇缓冲区及其相连的功能单元则无电场干扰。并且填充柱式电渗泵，可以大大提高电渗泵效率。

为实现上述目的，本发明提供一种芯片式电渗泵，该电渗泵由两个Y型交叉的填充柱式电渗泵和一个交汇缓冲区构成。

本发明所提供的芯片式电渗泵，所述的芯片的材料为玻璃、硅、石英、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷等。

本发明所提供的芯片式电渗泵，所述的填充柱式电渗泵为内径10～3000微米的通道，内部充满填料。

本发明所提供的芯片式电渗泵，所述的填充柱内的填料选用硅胶、离子交换树脂、高分子微球、无机球形或无定形填料、内成型填料中的一种，粒径为50～5000纳米。所述的两个Y型交叉的填充柱内的填料分别带相反的两种电荷。

本发明所提供的芯片式电渗泵，所述的交汇缓冲区可与微流控芯片上的其他功能单元相连接，用于微流控芯片中的流体驱动。

附图说明

图1.本发明提供的一种芯片式电渗泵的结构示意图。其中，A为填充柱式电渗泵1；B填充柱式电渗泵2；C为带相反电荷的填料；D为交汇缓冲区；E为电渗泵外接通道。

具体实施方案

下面的实施例将结合说明书附图对本发明予以进一步的说明。

实施例一种微流控芯片式电渗泵

如图1所示，本发明提供的一种芯片式电渗泵，由两个Y型交叉的填充柱式电渗泵A、B和一个交汇缓冲区D构成，其中填充柱式电渗泵A和B中，分别填充有带相反电荷的填料C，可以是表面修饰不同电荷物质的玻璃微球。通道和填料的尺寸特征具体如下：A、B通道宽度和深度分别为200微米和100微米；玻璃微球的尺寸特征为粒径5微米；填充柱通道的进出口的宽度和深度分别为微米50微米和5微米，形成一个围堰式结构，将玻璃微球限制于填充柱内。交汇缓冲区为300微米的圆形区域，与外接通道E相连接。

使用本发明提供的芯片式电渗泵时，先往电渗泵芯片中加满缓冲液，然后在两个填充柱式通道的出口处加上相反的两个电场。

当左边施加正极电场、右边施加负极电场时，填充柱式电渗泵A和B的电渗流方向均为从交汇处流向相应的出口，在此状态下，外接通道E中的流体将被驱动往电渗泵方向运行。并且，外接通道E中的流体组分不受电场干扰。

当左边施加负极电场、右边施加正极电场时，填充柱式电渗泵A和B的电渗流方向均为从相应的出口流向交汇处，在此状态下，外接通道E中的流体将被驱动往电渗泵相反的方向运行。并且，外接通道E中的流体组分也不受电场干扰。

本发明提供的芯片式电渗泵，可实现1～1000nL/min级别的流速精确调控，输出压力范围为0.1～2KPa。此外，该电渗泵还具有以下特点：(1)可以多个Y型电渗泵在微流控芯片中的集成；(2)可以进一步通过外接通道和微流控芯片的其他功能单元如微反应器、生物传感器等集成，从而实现化学、生物组分的在线、实时、快速的反应及检测。