激光誘導(dǎo)雙腔微泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種微量流體驅(qū)動、供給、控制技術(shù)，尤其涉及一種用于激光誘導(dǎo)雙腔微泵。
【背景技術(shù)】
[0002]在目前的醫(yī)療領(lǐng)域中，腦給藥系統(tǒng)研宄對中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染、癲癇、腦腫瘤、周期性片頭痛、藥物成癮性、精神分裂癥、中風(fēng)和痙攣等各種腦部疾病的治療具有重要的意義。而腦給藥系統(tǒng)需要精確到納升毫秒級的給藥要求，因此，需要用到微流控系統(tǒng)。
[0003]微流控系統(tǒng)，又稱微流控分析芯片、微全分析系統(tǒng)(μ TAS)或芯片實驗室，是微機電系統(tǒng)(MEMS )的一個重要分支。利用微細加工技術(shù)將微通道、微泵、微閥、微反應(yīng)器、微傳感器、微檢測器等各種功能單元集成在一塊微芯片上，通過控制溶液在其中的流動，來完成生物和化學(xué)等領(lǐng)域所涉及的樣品制備、混合、反應(yīng)、分離、檢測、生化分析等功能的微型分析系統(tǒng)。在藥物的微量注射、生物分析、微量化學(xué)分析與檢測，微電子設(shè)備冷卻，便攜式燃料電池等領(lǐng)域均展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。
[0004]其中的微泵是實現(xiàn)微流量供給的動力元件，能精確地傳輸微小流量，沒有微泵就很難實現(xiàn)微流控系統(tǒng)功能的集成，因此微泵技術(shù)是驅(qū)動微流道中微流體運動的一種關(guān)鍵技術(shù)。
[0005]在微流控系統(tǒng)中，表面張力的影響變得十分明顯，常規(guī)宏觀的流體體積流動的驅(qū)動方法在微管道中效果不好甚至不可行。機械式微泵一般都含有泵膜，將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為泵膜的動能，然后依靠泵膜的上下振動泵送流體，幾乎可以驅(qū)動任何流體，工作較可靠，在目前的研宄中占主導(dǎo)地位。
[0006]機械式微泵采用機械式單向閥作為流向控制機構(gòu)，其優(yōu)點是原理簡單，加工工藝成熟，整流性好，有很好的反向止流性，工作效率高，是目前應(yīng)用的主流。機械式微泵已有的驅(qū)動方式包括:激光沖擊波驅(qū)動，壓電致動器驅(qū)動(包括壓電陶瓷、壓電薄膜、壓電雙晶片)，靜電驅(qū)動，電磁驅(qū)動，氣泡驅(qū)動，形狀記憶合金驅(qū)動，雙金屬驅(qū)動微泵，熱氣動力驅(qū)動等。在一定程度上和特定應(yīng)用領(lǐng)域中，能夠有效地驅(qū)動微流道中微流體定向流動，從而促進了微流控技術(shù)的發(fā)展。
[0007]其中，激光沖擊波驅(qū)動，泵膜犧牲層在激光輻照下產(chǎn)生等離子體爆炸氣團從而產(chǎn)生沖擊波，因而泵膜使用壽命有限；壓電驅(qū)動微泵制造工藝復(fù)雜，驅(qū)動電壓高、功率消耗大；靜電力驅(qū)動要求電極間隙很小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以靜電微泵的制作難度很大，靜電驅(qū)動力通較小并且兩個極板之間的絕緣問題對加工工藝要求很高；電磁驅(qū)動微泵能耗高，熱損大，相對于其它類型微泵，體積大，不利于微型化；氣泡微泵在使用時一般需要加熱，因此其應(yīng)用受到限制；形狀合金記憶驅(qū)動的缺點是泵膜的變形較難控制，驅(qū)動響應(yīng)時間慢；雙金屬驅(qū)動微泵、熱氣動力驅(qū)動微泵工作頻率較低，流量難以提高。
[0008]這些微泵的共同特點是對輸送流體要求不高，可輸送絕大多數(shù)種類的流體，可靠性較高，但是驅(qū)動器的高頻振動可能會引起泵膜和閥片的磨損，產(chǎn)生疲勞，影響使用壽命，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸不易微型化、制備困難，難以與其他微流體元件集成在一起。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種泵膜壽命長、結(jié)構(gòu)簡單已加工并可微型化集成化的激光誘導(dǎo)雙腔微泵。
[0010]為了克服現(xiàn)有技術(shù)不足，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種激光誘導(dǎo)雙腔微泵，其包括具有內(nèi)腔的泵體、與泵體連接并將內(nèi)腔分隔為驅(qū)動腔和泵腔的彈性的泵膜、插入充滿驅(qū)動液的所述驅(qū)動腔內(nèi)部的光纖、設(shè)于泵體并與所述泵腔連通控制流體單向進入泵腔和單向流出泵腔的單向流動控制裝置。
[0011]作為本實用新型激光誘導(dǎo)雙腔微泵的技術(shù)方案的一種改進，所述單向流動控制裝置包括與所述泵腔連通的收縮管和擴張管，所述收縮管的連通泵腔的內(nèi)端沿長度方向向外不斷收縮，所述擴張管的連通泵腔的內(nèi)端沿長度方向向外不斷擴大。
[0012]作為本實用新型激光誘導(dǎo)雙腔微泵的技術(shù)方案的一種改進，所述收縮管和擴張管均為錐形管或喇叭形管。
[0013]作為本實用新型激光誘導(dǎo)雙腔微泵的技術(shù)方案的一種改進，所述收縮管與所述擴張管形狀相同、方向相反。
[0014]作為本實用新型激光誘導(dǎo)雙腔微泵的技術(shù)方案的一種改進，所述光纖的前端延伸至靠近泵膜處。
[0015]作為本實用新型激光誘導(dǎo)雙腔微泵的技術(shù)方案的一種改進，所述泵體設(shè)有兼作光纖固定板的泵蓋，泵體、泵蓋與泵膜圍成所述驅(qū)動腔，光纖穿過并固定于所述泵蓋。
[0016]作為本實用新型激光誘導(dǎo)雙腔微泵的技術(shù)方案的一種改進，所述單向流動控制裝置包括設(shè)于泵體并與所述泵腔連通的出口和入口，在出口和入口處設(shè)有單向閥。
[0017]作為本實用新型激光誘導(dǎo)雙腔微泵的技術(shù)方案的一種改進，所述出口與入口位于泵體的同一側(cè)面，所述單向閥設(shè)于所述泵腔與出口和入口之間。
[0018]作為本實用新型激光誘導(dǎo)雙腔微泵的技術(shù)方案的一種改進，所述單向閥包括出口閥和入口閥，入口閥設(shè)有可向泵腔內(nèi)彎曲偏移的內(nèi)閥片，出口閥設(shè)有可向泵腔外彎曲偏移的外閥片。
[0019]作為本實用新型激光誘導(dǎo)雙腔微泵的技術(shù)方案的一種改進，所述光纖的前端延伸至靠近泵膜處，所述泵體設(shè)有兼作光纖固定板的泵蓋，泵體、泵蓋與泵膜圍成所述驅(qū)動腔，光纖穿過并固定于所述泵蓋。
[0020]本實用新型的有益效果是:針對目前機械式微泵驅(qū)動方式存在的泵膜壽命短、結(jié)構(gòu)復(fù)雜制備困難、尺寸不易微型化、難以滿足一些特殊場合的需要的缺陷，本實用新型提出一種基于激光誘導(dǎo)空化的機械式微泵技術(shù)，利用激光聚焦于驅(qū)動腔中液體介質(zhì)產(chǎn)生空化泡，利用空化泡生長和潰滅過程中產(chǎn)生的流體推進速度和推進力驅(qū)動泵膜振動，進而驅(qū)動微流道中液體的流動，實現(xiàn)微泵的泵送液體功能。該微泵具有毫秒級反應(yīng)時間、泵膜的頻率和幅度可以精確控制，不存在領(lǐng)域應(yīng)用的局限性問題等多個重要特性；通過光纖將激光直接輸送到空化點位置附近，能量利用率高，通過光纖傳輸激光，可實現(xiàn)無線和遠程控制，不存在電磁干擾；泵膜無損耗使得泵膜的壽命長；驅(qū)動腔與泵腔分離使得驅(qū)動液種類與所輸送流體種類可以分別選擇從而使得泵送工作液種類無限制，為解決微流體的驅(qū)動問題提供了一種全新思路。該微泵可以廣泛應(yīng)用于藥物的微量注射、微流控系統(tǒng)，生物分析、微量化學(xué)分析與檢測、微電子設(shè)備冷卻等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型激光誘導(dǎo)雙腔微泵的有閥微泵實施例的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是本實用新型激光誘導(dǎo)雙腔微泵的無閥微泵實施例的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面對本實用新型的實施方式進行具體描述。
[0024]參考圖1、圖2所示，圖1展示了一種激光誘導(dǎo)雙腔無閥微泵，圖2展示了一種激光誘導(dǎo)雙腔有閥微泵。本實用新型一種激光誘導(dǎo)雙腔微泵，其包括具有內(nèi)腔的泵體10、與泵體10連接并將內(nèi)腔分隔為驅(qū)動腔12和泵腔15的彈性的泵膜11、插入充滿驅(qū)動液13的所述驅(qū)動腔12內(nèi)部的光纖25、設(shè)于泵體10并與所述泵腔15連通控制流體16單向進入泵腔15和單向流出泵腔15的單向流動控制裝置。單向流動控制裝置是使流體16單向定向流動的控制結(jié)構(gòu)，也稱定向流動控制裝置。針對目前機械式微泵驅(qū)動方式存在的泵膜11壽命短、驅(qū)動結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制備困難、尺寸不易微型化、難以滿足一些特殊場合的需要的缺陷，本實用新型提出一種基于激光誘導(dǎo)空化的機械式微泵技術(shù)，利用激光26聚焦于驅(qū)動腔12中液體介質(zhì)產(chǎn)生空化泡28，利用空化泡28生長和潰滅過程中產(chǎn)生的驅(qū)動液推進速度和推進力驅(qū)動泵膜11振動，進而驅(qū)動微流道中液體的流動，實現(xiàn)微泵的泵送液體功能。
[0025]具體地，當泵膜11回彈上升時，泵腔15體積增大，泵腔15內(nèi)壓力降低，流體16從入口和出口被吸入泵腔15，入口進入的比出口進入的流體16多；當泵膜11被推動下降時，泵腔15體積減少，泵腔15內(nèi)壓力升高，流體16從入口和出口被壓出泵腔15，出口流出比入口流出多，因此在泵膜11上升和下降一個周期內(nèi)，實現(xiàn)了由入口向出口的工作液流動，完成微泵輸送工作液的功能。再通過激光多脈沖連續(xù)作用，連續(xù)不斷地驅(qū)動泵膜11振動，提高泵膜11的振動幅度和頻率，也可利用多路激光26共同作用產(chǎn)生空化泡28提高泵膜11的振動頻率和幅度，進而驅(qū)動工作液完成微泵的功能，彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決傳統(tǒng)微泵的制造難題和應(yīng)用領(lǐng)域的局限性問題。
[0026]其中，光纖25由光纖轉(zhuǎn)換接頭固定在光纖固定板即泵蓋21，引