數(shù)字化無閥微泵的設(shè)計、制作及應用實驗研究.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(chǎn)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(shè)計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(qū)動泵腔

2、體內(nèi)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(xiàn)流體的微泵送。經(jīng)建模分析，微泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)、固相運動參數(shù)以及液相粘性參數(shù)對流動產(chǎn)生影響，需要綜合各參數(shù)，進行優(yōu)化。 針對玻璃成形特點，設(shè)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(xiàn)泵送。針對不同的出口直徑，微泵管的進、出口比率在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，可實現(xiàn)泵送。 數(shù)字化無閥微泵可實現(xiàn)連續(xù)流、離散流的泵送

3、。低頻率驅(qū)動可泵送離散流，高頻率驅(qū)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(xiàn)了銀粉懸濁液的泵送，沒有沉積或堵塞現(xiàn)象；對含細胞的培養(yǎng)液也實現(xiàn)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(jīng)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(jié)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(shù)，設(shè)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)，并可將細胞定點輸送到指定的支架微孔內(nèi)，并能保持生物活性。此方法為