[实用新型]多级驱动电渗微泵装置

说明书

本实用新型涉及微流控技术，特别是涉及一种多级驱动电渗微泵装置。

微泵是微流控系统中实现微流体精确驱动不可或缺的核心元器件，是微量甚至更小体积微流体驱动技术的具体实现形式。微泵在生物化学分析、微流体（缓冲液、药物等）输运、微电子芯片冷却等领域具有广泛的应用，其发展已成为衡量微流控系统发展水平的重要标志。

微泵根据其工作原理可分为机械式微泵和非机械式微泵，两者主要区别在于泵内有无运动部件。机械式微泵在外力作用下几乎可以驱动任何类型微流体，但由于存在运动部件，此类微泵存在使用寿命较短、运行可靠性较差、流动不连续、结构复杂等缺点；机械式微泵常见形式有气动微泵、热气动微泵、电磁驱动微泵、压电驱动微泵、静电驱动微泵、形状记忆合金驱动微泵、电化学驱动微泵、超声波激发微泵等。而非机械式微泵动力实现形式主要借助于所驱动微流体本身的物理、化学性质，往往泵内无运动部件，此类微泵驱动微流体范围有限，但其可实现微流体的连续泵送，可靠性高、可控性好、加工制作较为简单且易于集成；非机械式微泵常见形式有压力梯度微泵（电润湿、Marangoni效应、几何效应等引起的表面张力驱动）、磁场梯度微泵（铁磁流体动力驱动）、浓度梯度微泵（半渗透膜、表面活性剂等引起的渗透扩散驱动）、电位梯度微泵（电渗流、介电电泳、电流体动力等驱动）、物理化学微泵（相变、凝胶、电解反应、光学等驱动）等。

由于具有驱动流体范围广、高压性能好、流动连续无脉动可靠性高、无运动部件使用寿命长、能实现流体流速的精确控制和流向的双向调节等特点，电渗微泵得到了更多关注，是目前应用最为广泛的一种微泵。电渗微泵的动力源是电渗流，当微流体与微流道固体壁面接触时就会在固‑液界面形成一层电双层，在沿微流道方向加载平行电场时，微流道壁面电双层内产生电渗驱动力，该驱动力直接作用于微流体，驱动其流动，形成电渗流。

电渗微泵常见形式可归为两类，一类是多孔电介质填充式电渗微泵，一类是开放式微流道电渗微泵。前者主要是向流道内填充大量微小颗粒状介电材料，在外加电压作用下，颗粒表面的微流体在电渗驱动力作用下形成电渗流；此类微泵可实现高输出压力，但其制作工艺复杂，不易集成，流速不均匀，填充颗粒与微流道难以匹配。后者则是直接利用微流道产生电渗流；此类微泵内不存在填充颗粒，流动稳定性、均匀性较好，加工制作简单，易于集成，但其输出压力较低。

由于普通的电渗泵往往电极和溶液直接接触，在电压下易发生水解反应产生气泡，因此电渗微泵中的的微电极材料一般采用金属铂，铂物理化学性质稳定，适于做微电极材料，但铂电极的微加工制作工艺较为复杂、成本较高。铂电极常采用薄膜结构，薄膜通过沉积或溅射等方法集成在微流道底部的基底材料上；此外直接将铂丝插入微流道储液槽也是一种较为简单的铂电极形式。这两种形式的铂电极都是浸没在微流体中，与微流体直接接触的。而且这种驱动电压经过接触式微电极直接加载于此类微流体或电解质溶液的驱动方式容易使微流体产生电流焦耳热，改变微流体的温度环境。

（一）要解决的技术问题

本实用新型的目的是提出一种新型电渗微泵装置，以简化电极结构及其微加工制作工艺，实现加工制作简单、流速均匀稳定、可控性好、易于集成、抗干扰能力强、低电压驱动。

（二）技术方案

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种多级驱动电渗微泵装置，其包括：集成在微流控芯片上且互不接触的流体微流道和电极微流道，所述流体微流道用于连接所泵送流体的微流道进口或出口，或为泵送流体的微流道的一部分；所述电极微流道对称分布在所述流体微流道的两侧，其内部填充液态金属，形成微电极，所述电极微流道具有液态金属注射入口和液态金属注射出口，所述液态金属注射入口和液态金属注射出口分别连接可控电源模块，以在所述流体微流道的泵区微流道驱动段的两端分别形成高电势和低电势；所述流体微流道包括一根或两根平行设置的流道，当其包括一根流道时，该流道由多段泵区微流道驱动段串联组成；当其包括两根流道时，两根流道之间连通多段相互平行且并联设置的泵区微流道驱动段。

其中，所述液态金属为室温条件下为液态的汞、或金属镓、或镓合金。

其中，室温条件下为液态的镓合金为镓铟合金或镓铟锡合金。

其中，所述一根流道由多段泵区微流道驱动段串联组成时，电极微流道对称布置在泵区微流道驱动段两侧。

其中，所述电极微流道布置在泵区微流道驱动段两端，泵区微流道驱动段串联连接处共用一对电极微流道。