數字化無閥微泵的設計、制作及應用實驗研究.pdf

1、本文基于“微流體數字化”技術，充分利用微尺度特性，提出固液兩相耦合驅動原理：在微尺度下，由外部作用，使固壁產生周期性的沿流向的小幅運動；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動；邊界流與中間流產生速度差勢，由于液體間粘性力的作用，拖動中間流運動。 以此設計新型的非隔膜式的數字化無閥微泵。微泵兩端呈針狀，中間為腔體，進口端直徑大于出口端直徑。利用毛細作用力將液體吸入，再利用固液耦合作用驅動泵腔

2、體內流體運動，由于進、出口端自鎖，液體形成單向流，由出口端泵送出去，實現流體的微泵送。經建模分析，微泵的結構參數、固相運動參數以及液相粘性參數對流動產生影響，需要綜合各參數，進行優(yōu)化。 針對玻璃成形特點，設計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。并進行原理性驗證實驗，證明原理正確，可實現泵送。針對不同的出口直徑，微泵管的進、出口比率在適當的范圍內，可實現泵送。 數字化無閥微泵可實現連續(xù)流、離散流的泵送

3、。低頻率驅動可泵送離散流，高頻率驅動可泵送連續(xù)流。無閥微泵對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；還實現了銀粉懸濁液的泵送，沒有沉積或堵塞現象；對含細胞的培養(yǎng)液也實現了培養(yǎng)液包裹細胞同時的單個的泵送。無閥微泵泵送液體量微小、單次離散泵送可達皮升級；泵送體積流速可控制得很小，經測量，可達0.541μL/min，甚至更??；泵送效率較高，泵送的出口速度可達0.2m/s。 結合生物制造中的

4、應用研究，利用無閥微泵將細胞向組織支架上進行定點輸送，摸索多種細胞在組織支架上的培養(yǎng)的可能性。運用微立體光刻技術，設計、制備初步的微米級的圓柱陣列式和三角孔式細胞支架，支架結構微小，支架孔徑約為100-150μm，可作為原生代種子細胞的附著處，支架內部有營養(yǎng)存儲空間和流動通道。選用蝦卵、小鼠卵細胞實驗，該無閥微泵可利用毛細作用力，將含有細胞的培養(yǎng)液連同細胞一起吸入微泵管內，并可將細胞定點輸送到指定的支架微孔內，并能保持生物活性。此方法為