文档介绍：第 33卷分析化学(FENXIHUAXUE) 仪器装置与实验技术第 3期
2005年 3PS22PDF(Trial月 Version)ChineseJournalofAnalyticalChemistry 423~427
仪器验技术
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
一般温湿度波动范围内,微泵可在较长时间内提供稳定的μL/min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(RSD)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
微全分析系统(μTAS)是通过微机电加工技术(MEMS)、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
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μTAS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
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)[2],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],
由于液流无脉动,流速范围可在几 nL/min~几百μL/min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。Effendhauser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
可以提高液体输运速度,但端口处的蒸发面积是由毛细沟道丛组成,流速受到一定的限制,而且微加工
技术复杂。本实验提出了一种新型微泵,依靠吸水膜毛细作用和控制暴露于大气中吸水膜的面积来实
现液体的传输,因此该微泵除具