[实用新型]一种微流体驱动和计量一体化的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于生物工程领域，具体是一种微流体驱动和计量一体化的装置。

背景技术

自20世纪90年代初，瑞士科学院首次提出以微机电系统(MEMS)为基础的微全分析系统的概念，之后微流体芯片微通道中的分析技术得到快速发展，成为世界上前沿的科技领域之一。典型的微流体驱动部分只有几个平方厘米，采用微加工技术在玻璃、PDMS等材料表面刻蚀宽度和深度仅为几十到几百微米的微通道，施加外力驱动通道中的微流体流动，完成进样操作。近年来，随着微流体研究的逐渐深入，微流体研究领域的重点转为微流体芯片的设计，从而实现微流体的驱动和计量。驱动微流体是各个单元间检测试样运输的决定因素，因此，实现微流体的驱动控制和计量逐渐成为设计的重点。高效的微流体驱动和计量的设计能够确保流体易于控制，提高检测效率，故实现高效微流体驱动和计量成为微流体研究的一个重要任务。

目前的微流体驱动设计中，应用最为成功的驱动方式为电渗驱动(EOF)，但是电渗驱动依旧具有一定的不足，比如，为保证较小尺寸下良好的流体驱动效果，系统需承担很强的电场强度，导致焦耳热效应产生，影响电场和流场；而减弱焦耳热效应的交流外加电场会造成微流体平均驱动效果为零的后果；电渗驱动中壁面双电层的电位一般小于100mV，传输效果并不够理想。

诱导电渗驱动(ICEOF)，其产生所基于的双电荷层为外加电场作用于可极化障碍物诱导极化而来，可通过各种人工的方式对双电层进行调控，可很好的规避电渗驱动中存在的诸多不足，有利于更高效的流体传输。此外，诱导电渗流驱动效果下的流速与外加电场之间呈非线性关系，因此可在相同外加电场情况下，获得相对电渗流驱动更好的驱动效果。然而，到目前为止，由于各种原因，基于诱导电渗流(ICEOF)理论的微流控驱动装置的设计仍旧处于设计验证阶段，但其优越的性能已经让我们看到了其广阔的应用前景，因此研究诱导电渗流，并将其应用到微流体驱动的设计上，具有重要意义。

微流体驱动和计量部分可以组装成微流体芯片，该芯片作为一种微型化的分析仪器，在许多检定操作环节对于流量的控制具有较高的要求。本申请即致力于在充分利用诱导电渗驱动微流体优秀的效果基础上，通过微尺度流量的计量和外围电路的反馈控制，实现微泵流量的可控性输出，实现微流体诱导驱动和计量一体化的设计。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供了一种微流体驱动和计量一体化的装置，应用ICEOF对于微流体驱动的良好效应，给出T形通道的设计，并基于微流体对应变式锰丝和可极化铂金的影响，使微流体驱动部分和计量部分高度一体化，实现微流体的有效驱动和计量，同时结合外围反馈控制电路，自动调节微流体流量。

本实用新型采用T形微管道，在垂直管道与平行管道交接处嵌入可极化性质的圆筒形套层，通过外加电场实现圆筒形套层外铂金环结构的诱导电渗驱动；应变式锰丝嵌入在可极化性质的圆筒形套层中，基于微流体对于应变式锰丝的阻值变化实现流量实时监控。

所述的圆筒形套层与应变式锰丝为同轴设置，圆筒形套层与应变式锰丝之间所形成的缝隙添加有绝缘介质，应变式锰丝与外围导线连接。

进一步说，所述的圆筒形套层壁厚为0.008D～0.01D，所述的应变式锰丝直径为0.075D～0.85D，其中D表示圆筒的截面直径。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)ICEOF的应用，实现了微通道内，微流体的无阀高效驱动效果；

(2)MEMS应用理念，将可极化的驱动元件、计量部分的应变感应元件内嵌在微通道中，实现微通道内，流量精确测量和驱动的一体化；

(3)外围反馈电路设计，实现了微泵流量的可控性输出。

附图说明

图1是本发明T型微通道驱动计量一体化的示意图；

图2a是套层结构图；

图2b是套层剖示图；

图3是不同电场强度下T型微泵出口处速度分布图；

图4是本发明的整体设计路线简图；

图5a和图5b是应变式流量传感器原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1、图2a、图2b和图3所示，是微流体驱动和计量一体化的装置。该方法应用ICEOF在微流体驱动的效应，给出T形通道的设计，并基于微流体对应变式锰丝和可极化铂金的影响，使微流体驱动部分和计量部分高度一体化，实现微流体的有效驱动和计量。同时结合合理的外围反馈控制电路，使之自动调节微流体流量。