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面向微流控芯片的压电无阀微泵的研究

徐亮

  微流控芯片是微全分析系统中的重要组成部分,它以微机电技术为基础,具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度快等特点,在生物医学检测、药物合成及成分鉴定、微量药物控释和化学分析等领域有广泛的应用前景。作为微流控芯片的动力源,微泵的性能直接关系到整个微流控系统的工作特性,一直是该领域研究的热点。本文以面向微流控芯片的压电无阀微泵为研究对象,完成了对压电无阀微泵的优化设计和样机的研制,并以微流控芯片为应用目标,从结构和工艺两个方面,探讨了无阀微泵集成化应用的问题。具体展开的工作主要有以下几个方面: 1)简单地阐述了无阀微泵的工作原理,并以流体力学理论为基础,推导了无阀微泵的输出流量方程;对压电蜂鸣片的结构特性和使用方式、扩张管/收缩管结构特性和尺寸优化设计进行了重点的分析,并在此基础上,提出了压电无阀微泵的结构设计方案。 2)通过对玻璃及其性质的分析,采用光刻和湿法刻蚀工艺,对玻璃微加工工艺进行了研究,获得了具有较高表面质量的玻璃深度湿法刻蚀工艺,建立了玻璃与玻璃、玻璃与PDMS的高效键合工艺路线,为微泵样机的制作提供了有力的工艺支持。 3)选用商品化的制作材料,以较低的成本制作出压电无阀微泵的样机;同时,研制了多波形、频率和幅值连续可调的高压压电陶瓷驱动电源,为压电无阀微泵提供了可靠的电驱动设备,并最终完成了对该微泵流量特性的测试,获得了微泵的最优驱动条件。 4)以微流控芯片为应用目标,将压电无阀微泵作为动力源,在结构和工艺上实现了与毛细管电泳芯片的一体化集成,提高了芯片检测的自动化程度;同时,针对微冷却系统的研究背景,探讨了无阀微泵集成化应用的问题,设计了研究方案,为后续的进一步研究做好了准备。……   
[关键词]:无阀微泵;压电驱动;湿法刻蚀;PDMS薄膜;微流控芯片
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:浙江大学2011年
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