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一���化微流体泵的制作方法

   本实用新型属于生物医学微流体元器件,特别涉及微流体泵。
   一般的生物医学分析包括样品预处理、混合反应和分离检测三个基本步骤,将这三个分析步骤集成在一个微流体分析系统中,以代替传统的实验室工作,这就是实验室芯片(Lab-on-a-chip)或者叫微型全分析系统(Micro Total Analytical System,μTAS)。这种微流体系统由微流体泵、微阀、微控制器、微混合反应器、毛细管电泳等微流体元器件以及连接它们的微流体通道网路组成。生化分析是流体在微系统中连续流动过程中完成的,微流体泵是提供液体连续流动的动力元件。
   机械式微泵有压电、静电、热驱动、气动、超导和记忆合金等多种形式,其中压电微流体泵应用*广,其压电片在交变电场作用下驱动硅膜周期性振动,进而改变泵腔的体积和压强,在控制阀的引导下,驱动流体产生定向流量。早期的有阀微流体泵制造复杂,寿命短,成本高。无阀微流体泵采用微扩散管代替可关闭的控制阀门,它*大程度地减少可动的机械部件,由于微扩散管两个流动方向的流体能量变化规律和流动阻力不同,扩散方向的流体流量大于收缩方向的流量,一个周期的平均流量不为零,这使得无阀压电微流体泵具有定向导流能力。微泵进出口无需压强差。由于其结构简单、运行可靠、易加工、成本低的优点,无阀压电压电微流体泵在微分析系统中大量使用。
   生物溶液和化学试剂的混合反应是生化分析的一个重要步骤。在微流体分析系统中,液体流动速度很低,一般属于低雷诺数层流流动。如果液体混合依靠分子自身扩散来完成,效率很低。实现高效率的液体混合是生化分析的关键。在微系统中,液体混合反应一般在单独的混合反应腔进行的。为了提高液体混合效率,可以利用机械或电磁周期扰动,在混合腔制造“混乱”流动状态提高液体混合的效果,其缺点是必须提供附加机电扰动装置,增加微分析系统结构复杂性和生产成本。
发明内容
   本实用新型提出一种一体化微流体泵,集流体驱动、混合,化学反应多功能为一体,让生物溶液和化学试剂溶液在流经微泵泵腔的同时,完成混合和化学反应,即一泵多用,从而省去单独的混合反应腔结构,以使得微分析系统结构大为简化,降低成本。
   本实用新型的一体化微流体泵,包括硅基片和与其键合的封底玻璃片,其特征在于所述硅基片上采用光刻方法制备泵腔及与其连通的两个进口扩散管通道、一个出口扩散管通道;硅基片的表面开有液体进水孔和液体出水孔,分别与两个进口扩散管通道及出口扩散管通道的末端连通;硅基片表面正对泵腔位置粘贴有压电片;封底玻璃片泵腔位置粘贴有电加热金属片。
   所述的多功能一体化微流体泵,其进一步特征在于所述两个进口扩散管通道相对于出口扩散管通道的方向均匀分布;两个进口扩散管通道的矩形截面从泵腔到进口端面逐渐收缩;所述出口扩散管通道的矩形截面从泵腔到出口端面逐渐扩大。
   本实用新型让生物溶液和化学试剂溶液在流动经过微泵泵腔的同时,完成混合和化学反应,即一泵多用。从而省去单独的混合反应腔结构,这使得微分析系统结构大为简化,降低成本。采用本实用新型,微分析系统的成本可望降低20%~30%,并具有更好的工作可靠性。
   采用计算流体动力学CFD软件FLUENT对本实用新型进行数值模拟,结果显示泵腔内部流动状态非常混乱,表明这种微流体泵同时具备非常有效的液体驱动和混合功能。