新型压电微流体驱动器的研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhaoxiufen
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微流控系统在化学、生物和医疗等众多领域具有广阔的应用前景,微流体驱动技术对微流控技术的发展至关重要。现有容积式压电泵在输出μL/min级微流量时存在严重脉动甚至回流;现有动力式压电泵在微流体驱动应用中体积过大,工艺复杂;将微泵集成在微流控芯片上成本过高,使用分离式微泵又存在样品交叉污染问题。本课题基于压电换能器超声振动激发超声波的原理,研究了两种新型压电微流体驱动器,采用压电换能器和泵腔的分离式设计,探索基于压电换能器的微流体驱动的新结构、新原理。研究了一种新型超声气泡微流体驱动方法,设计了压电超声气泡微流体驱动器。利用压电晶片换能器在微流控芯片密闭储液腔内激发超声波,使液体中产生气泡来实现微流体驱动。实验结果表明,压电晶片换能器工作频率在23.05k Hz附近,在80Vpp的驱动电压下压电超声气泡微流体驱动器样机的最小稳定流量为0.1873n L/min;在130Vpp的驱动电压下样机的最大流量为17.741n L/min,压电晶片换能器的发热限制了样机的性能。研究了一种新型压电声流微流体驱动器。利用变幅杆兰杰文换能器在微流控芯片储液池内激发超声波,利用声流驱动微流体。实验结果表明,变幅杆兰杰文换能器工作频率在32.3k Hz附近,无负载下机械品质因数为1928,在20Vpp低电压下最小稳定流量为2.71μL/min,在70Vpp电压时获得最大流量为76.03μL/min,最大输出压力大于0.462k Pa。实验结果表明,压电气泡微流体驱动器实现了n L/min级流量的连续驱动,在需要极小流量的微流体应用中有一定的前景。压电声流微流体驱动器可以输出稳定的μL/min级流量,启停响应快,避免了样品交叉污染问题,有望应用于微流控滴液、体外检测等领域。
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