[发明专利]感应加热的汽泡驱动微泵

说明书

技术领域

本发明是一种感应加热的汽泡驱动微泵，具体为一种利用电磁感应加热液体，使部分液体汽化，生成汽泡，由汽泡驱动的无阀微泵，可以实现对微量液体泵送的功能。微汽泡泵是微流体系统的重要组成部分，在疾病诊断、药物输送、燃料供给和环境检测等多种领域有广泛的应用前景，属于微流控系统领域。

背景技术

目前，微汽泡泵多采用电阻式热汽泡驱动。2002年，美国加州大学伯克利分校的Jr-Hung Tsai和Lin Liwei研制了一种便于集成的热汽泡驱动微泵，该微泵采用铝导线制成的电阻加热器，对液体进行加热。2007年韩国学者Jung-Yeul Jung采用多晶硅作为加热电阻，研制了一种热汽泡泵。Tzong-Shyng Leu等台湾学者于2012年研制出一种由钽-铝合金制成的电阻式热汽泡泵。然而，传统电阻式热汽泡泵难于实现大流量输出，主要原因在于，薄膜电阻要有较大阻值，要求加热电阻厚度较薄，线条较窄，但是，当加热瞬间产生较大的热量时，一旦加热腔内没有液体，加热电阻往往因为温度过高而烧断，从而导致整个系统的损坏。

发明内容

本发明的目的在于克服传统电阻加热式汽泡泵难于实现大的泵送流量、加工制作难度大等缺点，而提出一种基于电磁感应加热原理、热汽泡驱动的无阀微泵。该微泵采用微细加工工艺制成，利用感应加热器对微腔体内液体进行加热，使之发生相变，生成汽泡，汽泡迅速膨胀变大瞬间产生的压力脉冲，推动微腔体内的液体产生运动，利用微流道不同的几何形状对液体阻力不对称性，来实现对液体泵送的功能。

本发明采用如下技术方案：

感应加热的汽泡驱动微泵，由微流控上芯片1、加热盘7、玻璃基底8与励磁线圈11组成；其中，微流控上芯片1由出进液口2、微流道I3、微腔体4、微流道II5与出液口6组成；

所述进液口2与出液口6贯穿微流控上芯片1；

所述微腔体4，为微流控上芯片1上的圆形腔体结构，其通过微流道I3与进液口2相连通，微流道II5与出液口6相连通；

所述微流道I3与微流道II5均为楔形沟道结构，两楔形沟道尖端处宽度相等，微流道I3楔形沟槽两对应斜边的夹角a1与微流道II5楔形沟槽两对应斜边的夹角a2大小相等，取值范围为8°-14°，微流道I3尖端与进液口2相连，微流道I3开口端与微腔体4相连；微流道II5尖端与微腔体4相连，微流道II5开口端与出液口6相连；

所述励磁线圈11，加工在玻璃基底8上，由第一层绝缘层9、励磁线圈引线电极I10、励磁线圈引线电极II12、第二层绝缘层13、励磁线圈引线16与励磁线圈中心连接点17组成，励磁线圈引线16加工在玻璃基底8下表面上，第一层绝缘层9附着于玻璃基板8的下表面与励磁线圈引线16上，第一层绝缘层9的厚度大于励磁线圈引线16的厚度，励磁线圈11附着于第一层绝缘层9上，其中心位置通过励磁线圈中心连接点17与励磁线圈引线16相连，第二层绝缘层13附着于第一层绝缘层9与励磁线圈11上，第二层绝缘层13的厚度大于励磁线圈11的厚度，并在励磁线圈引线电极I10处加工出贯通孔I14，励磁线圈引线电极II12处加工出贯通孔II15；

所述励磁线圈11，形状为多边形或圆形平面螺旋线圈，单层线圈匝数为5匝到30匝；所述的励磁线圈引线电极I10和励磁线圈引线电极II12，分别连接交流电源两个输出端，给励磁线11通入交流电流；

所述加热盘7，加工在玻璃基底8上表面，为圆形金属盘，直径200μm-1000μm，厚度为50μm到200μm，材料为铁、镍或坡莫合金。

所述进液口2与出液口5为圆形孔。

微腔体4直径为200μm-1000μm，深度为50μm-200μm。

所述微流道I3与微流道II5两沟道深度相等，为30-250μm，两楔形沟道尖端处宽度相等，取值为50μm-200μm，楔形沟道大端处宽度大于尖端处宽度，且两楔形沟道大端处宽度相等，取值为200μm-500μm。

所述微腔体4、微流道I3与微流道II5，其内部填充液体，液体为水溶液，并充满整个微腔体4、微流道I3与微流道II5。

本发明微汽泡泵工作原理，如附图9-13，具体如下：

（a）如附图9，微泵处于初始状态，微腔体4内充满液体18。通过励磁线圈引线电极I10与励磁线圈引线电极II12向励磁线圈11通入交变电流，励磁线圈11周围产生交变磁场，金属加热盘7在交变磁场中，其内部就会产生涡流，涡流产生焦耳热，使加热盘7温度迅速升高；