以毛细和蒸发作用为驱动力的微泵的研制.pdfVIP

第 33卷 分析化学 ( FENX I HUAXU E) 　仪器装置与实验技术 第 3期 　　　　　　　　　 　　　　　　　　　 2005年 3月 Ch inese Jou rnal of A nalytical Chem istry 423～427 仪器装置与实验技术 以毛细和蒸发作用为驱动力的微泵的研制 关艳霞 　戴 　敬 　方肇伦 (东北大学分析科学研究中心 ,沈阳 110004) 摘 　要 　报道了一种简单 、造价低 、体积小 、流速稳定 、可长时间连续使用及流速易于调节的微泵的研制 。它 以吸水膜的毛细作用和大气蒸发相结合作为驱动力 , 由储液管 、蓄水池 、吸水膜和蒸发孔组成 。工作中对微泵 性能进行了测试并考察了温度 、湿度 、蒸发面积 、空气流动状况对微泵流速的影响 ,结果表明:在同一工作 日的 μ 一般温湿度波动范围内,微泵可在较长时间内提供稳定的 L /m in级液体流速 。通过改变蒸发孔的面积或使 ( ) 用风扇可调节微泵的流速 。微泵的流速精度 R SD 一般优于 3% 。 关键词 　微泵 ,蒸发 ,毛细作用 ,微流分析系统 1　引　　言 (μ ) ( ) 微全分析系统 TA S 是通过微机电加工技术 M EM S 、分析化学 、生命科学和计算机科学等多学 科交叉来实现分析仪器小型化 、集成化和自动化的。它把试样的采集 、预处理 、分离 、反应和检测器等部 μ 分集成在几平方厘米的面积内, 以实现试样的高效 、快速分离和分析 。微流控系统是当前 TA S发展中 的重点 ,而微流体的驱动系统又是微流控系统的重要和关键部件 。 微泵的研制起始于 20世纪 80年代 [ 1 ] ,现已研制出多种微泵 ,包括机械微泵和非机械微泵 。机械微 ( ) [ 2 ] 泵可用多种力进行驱动 如压电驱动 、静电驱动和热气动力驱动等 ,但它们的制造工艺较复杂 ,且液 流常有脉动性 。非机械微泵以场感应流微泵为主 ,它包括电渗泵 、磁液态动力泵和电液态动力泵等 [ 3 ] , μ 由于液流无脉动 ,流速范围可在几 nL /m in ～几百 L /m in 之间变化 , 因此被微流控系统广泛采用 ;但这 些微泵需要较大的驱动器 ,常给使用带来不便 。Effendhau ser等 [ 4 ] 提出了一种微泵 , 液体通过透气薄膜 蒸发到含有吸水剂的腔体间 ,只要吸水剂保持腔体内的蒸汽压低于饱和蒸汽压 ,通过薄膜所蒸发的液体 量将由薄膜的毛细作用力所产生的液流所替代 ,进而导致导管中的液体流动 。该泵的运行时间受吸水 剂吸水量的限制 。Juncker等 [ 5 ]提出了用微流控毛细系统自动传输液体的微泵原理 ,通过毛细现象把阀 和泵的功能集成到包含反应器的芯片中。微流控毛细系统是采用微加工技术形成的枝状毛细通道丛 , 微泵的运行时间受枝状毛细通道丛的液体储存量的限制 ,如需延长微泵的运行时间 ,则须增加二级泵或 强制蒸发来实现 。这两种微泵的共同特点是不需要外接能源 ,但运行时间均受限制 ,虽然微流控毛细系 统可以采取适当的措施延长运行时间 ,但这使得加工过程变得更为复杂 。Goedecke 等 [ 6, 7 ] 提出了依靠 微沟道的毛细作用和沟道端口的蒸发相结合进行连续流液体的传输 ,增大端 口处的蒸发面积和加风扇 可以提高