數(shù)字化無閥微泵的設(shè)計(jì)、制作及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文基于“微流體數(shù)字化”技術(shù)，充分利用微尺度特性，提出固液兩相耦合驅(qū)動(dòng)原理：在微尺度下，由外部作用，使固壁產(chǎn)生周期性的沿流向的小幅運(yùn)動(dòng)；由于邊界流與固壁間的分子作用力，使邊界流具有固體特性，所以邊界流與固壁一起運(yùn)動(dòng)；邊界流與中間流產(chǎn)生速度差勢(shì)，由于液體間粘性力的作用，拖動(dòng)中間流運(yùn)動(dòng)。 以此設(shè)計(jì)新型的非隔膜式的數(shù)字化無閥微泵。微泵兩端呈針狀，中間為腔體，進(jìn)口端直徑大于出口端直徑。利用毛細(xì)作用力將液體吸入，再利用固液耦合作用驅(qū)動(dòng)泵腔

2、體內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)，由于進(jìn)、出口端自鎖，液體形成單向流，由出口端泵送出去，實(shí)現(xiàn)流體的微泵送。經(jīng)建模分析，微泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)、固相運(yùn)動(dòng)參數(shù)以及液相粘性參數(shù)對(duì)流動(dòng)產(chǎn)生影響，需要綜合各參數(shù)，進(jìn)行優(yōu)化。 針對(duì)玻璃成形特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制作水平式微器件制備儀，并制作了成本較低的玻璃無閥微泵管。并進(jìn)行原理性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，證明原理正確，可實(shí)現(xiàn)泵送。針對(duì)不同的出口直徑，微泵管的進(jìn)、出口比率在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，可實(shí)現(xiàn)泵送。 數(shù)字化無閥微泵可實(shí)現(xiàn)連續(xù)流、離散流的泵送

3、。低頻率驅(qū)動(dòng)可泵送離散流，高頻率驅(qū)動(dòng)可泵送連續(xù)流。無閥微泵對(duì)泵送液體具有廣泛的適用性?？杀盟洼^低黏度液體，如蒸餾水、酒精；也可泵送較高粘度的酸奶；還實(shí)現(xiàn)了銀粉懸濁液的泵送，沒有沉積或堵塞現(xiàn)象；對(duì)含細(xì)胞的培養(yǎng)液也實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)液包裹細(xì)胞同時(shí)的單個(gè)的泵送。無閥微泵泵送液體量微小、單次離散泵送可達(dá)皮升級(jí)；泵送體積流速可控制得很小，經(jīng)測(cè)量，可達(dá)0.541μL/min，甚至更小；泵送效率較高，泵送的出口速度可達(dá)0.2m/s。 結(jié)合生物制造中的

4、應(yīng)用研究，利用無閥微泵將細(xì)胞向組織支架上進(jìn)行定點(diǎn)輸送，摸索多種細(xì)胞在組織支架上的培養(yǎng)的可能性。運(yùn)用微立體光刻技術(shù)，設(shè)計(jì)、制備初步的微米級(jí)的圓柱陣列式和三角孔式細(xì)胞支架，支架結(jié)構(gòu)微小，支架孔徑約為100-150μm，可作為原生代種子細(xì)胞的附著處，支架內(nèi)部有營(yíng)養(yǎng)存儲(chǔ)空間和流動(dòng)通道。選用蝦卵、小鼠卵細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，該無閥微泵可利用毛細(xì)作用力，將含有細(xì)胞的培養(yǎng)液連同細(xì)胞一起吸入微泵管內(nèi)，并可將細(xì)胞定點(diǎn)輸送到指定的支架微孔內(nèi)，并能保持生物活性。此方法為