激光誘導(dǎo)雙腔微泵及其流體微泵驅(qū)動(dòng)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光誘導(dǎo)雙腔微泵，其包括具有內(nèi)腔的泵體、與泵體連接并將內(nèi)腔分隔為驅(qū)動(dòng)腔和泵腔的彈性的泵膜、插入充滿驅(qū)動(dòng)液的所述驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)部的光纖、設(shè)于泵體并與所述泵腔連通控制流體單向進(jìn)入泵腔和單向流出泵腔的單向流動(dòng)控制裝置。該微泵具有毫秒級(jí)反應(yīng)時(shí)間、泵膜的頻率和幅度可以精確控制；能量利用率高，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線和遠(yuǎn)程控制，泵膜的壽命長(zhǎng)，泵送工作液種類無(wú)限制，為解決微流體的驅(qū)動(dòng)問題提供了一種全新思路。該微泵可以廣泛應(yīng)用于藥物的微量注射、微流控系統(tǒng)，生物分析、微量化學(xué)分析與檢測(cè)、微電子設(shè)備冷卻等領(lǐng)域。本發(fā)明還公開了一種將激光誘導(dǎo)雙腔微泵用于驅(qū)動(dòng)流體單向流動(dòng)的流體微泵驅(qū)動(dòng)方法。
【專利說(shuō)明】激光誘導(dǎo)雙腔微泵及其流體微泵驅(qū)動(dòng)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微量流體驅(qū)動(dòng)、供給、控制技術(shù)，尤其涉及一種用于激光誘導(dǎo)雙腔微泵。本發(fā)明還涉及激光誘導(dǎo)微泵的流體微泵驅(qū)動(dòng)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在目前的醫(yī)療領(lǐng)域中，腦給藥系統(tǒng)研究對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染、癲癇、腦腫瘤、周期性片頭痛、藥物成癮性、精神分裂癥、中風(fēng)和痙攣等各種腦部疾病的治療具有重要的意義。而腦給藥系統(tǒng)需要精確到納升毫秒級(jí)的給藥要求，因此，需要用到微流控系統(tǒng)。
[0003]微流控系統(tǒng)，又稱微流控分析芯片、微全分析系統(tǒng)(μ TAS)或芯片實(shí)驗(yàn)室，是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS )的一個(gè)重要分支。利用微細(xì)加工技術(shù)將微通道、微泵、微閥、微反應(yīng)器、微傳感器、微檢測(cè)器等各種功能單元集成在一塊微芯片上，通過(guò)控制溶液在其中的流動(dòng)，來(lái)完成生物和化學(xué)等領(lǐng)域所涉及的樣品制備、混合、反應(yīng)、分離、檢測(cè)、生化分析等功能的微型分析系統(tǒng)。在藥物的微量注射、生物分析、微量化學(xué)分析與檢測(cè)，微電子設(shè)備冷卻，便攜式燃料電池等領(lǐng)域均展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。
[0004]其中的微泵是實(shí)現(xiàn)微流量供給的動(dòng)力元件，能精確地傳輸微小流量，沒有微泵就很難實(shí)現(xiàn)微流控系統(tǒng)功能的集成，因此微泵技術(shù)是驅(qū)動(dòng)微流道中微流體運(yùn)動(dòng)的一種關(guān)鍵技術(shù)。
[0005]在微流控系統(tǒng)中，表面張力的影響變得十分明顯，常規(guī)宏觀的流體體積流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方法在微管道中效果不好甚至不可行。機(jī)械式微泵一般都含有泵膜，將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為泵膜的動(dòng)能，然后依靠泵膜的上下振動(dòng)泵送流體，幾乎可以驅(qū)動(dòng)任何流體，工作較可靠，在目前的研究中占主導(dǎo)地位。
[0006]機(jī)械式微泵采用機(jī)械式單向閥作為流向控制機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，加工工藝成熟，整流性好，有很好的反向止流性，工作效率高，是目前應(yīng)用的主流。機(jī)械式微泵已有的驅(qū)動(dòng)方式包括:激光沖擊波驅(qū)動(dòng)，壓電致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)(包括壓電陶瓷、壓電薄膜、壓電雙晶片)，靜電驅(qū)動(dòng)，電磁驅(qū)動(dòng)，氣泡驅(qū)動(dòng)，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)，雙金屬驅(qū)動(dòng)微泵，熱氣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)等。在一定程度上和特定應(yīng)用領(lǐng)域中，能夠有效地驅(qū)動(dòng)微流道中微流體定向流動(dòng)，從而促進(jìn)了微流控技術(shù)的發(fā)展。
[0007]其中，激光沖擊波驅(qū)動(dòng)，泵膜犧牲層在激光輻照下產(chǎn)生等離子體爆炸氣團(tuán)從而產(chǎn)生沖擊波，因而泵膜使用壽命有限；壓電驅(qū)動(dòng)微泵制造工藝復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)電壓高、功率消耗大；靜電力驅(qū)動(dòng)要求電極間隙很小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以靜電微泵的制作難度很大，靜電驅(qū)動(dòng)力通較小并且兩個(gè)極板之間的絕緣問題對(duì)加工工藝要求很高；電磁驅(qū)動(dòng)微泵能耗高，熱損大，相對(duì)于其它類型微泵，體積大，不利于微型化；氣泡微泵在使用時(shí)一般需要加熱，因此其應(yīng)用受到限制；形狀合金記憶驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)是泵膜的變形較難控制，驅(qū)動(dòng)響應(yīng)時(shí)間慢；雙金屬驅(qū)動(dòng)微泵、熱氣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)微泵工作頻率較低，流量難以提高。
[0008]這些微泵的共同特點(diǎn)是對(duì)輸送流體要求不高，可輸送絕大多數(shù)種類的流體，可靠性較高，但是驅(qū)動(dòng)器的高頻振動(dòng)可能會(huì)引起泵膜和閥片的磨損，產(chǎn)生疲勞損傷，影響使用壽命，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸不易微型化、制備困難，難以與其他微流體元件集成在一起。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種泵膜壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單已加工并可微型化集成化的激光誘導(dǎo)雙腔微泵。本發(fā)明還提供了一種可穩(wěn)定地微量供應(yīng)輸液動(dòng)能的流體微泵驅(qū)動(dòng)方法。
[0010]為了克服現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種激光誘導(dǎo)雙腔微泵，其包括具有內(nèi)腔的泵體、與泵體連接并將內(nèi)腔分隔為驅(qū)動(dòng)腔和泵腔的彈性的泵膜、插入充滿驅(qū)動(dòng)液的所述驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)部的光纖、設(shè)于泵體并與所述泵腔連通控制流體單向進(jìn)入泵腔和單向流出泵腔的單向流動(dòng)控制裝置。
[0011]作為本發(fā)明激光誘導(dǎo)雙腔微泵的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述單向流動(dòng)控制裝置包括與所述泵腔連通的收縮管和擴(kuò)張管，所述收縮管的連通泵腔的內(nèi)端沿長(zhǎng)度方向向外不斷收縮，所述擴(kuò)張管的連通泵腔的內(nèi)端沿長(zhǎng)度方向向外不斷擴(kuò)大。
[0012]作為本發(fā)明激光誘導(dǎo)雙腔微泵的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述收縮管和擴(kuò)張管均為錐形管或喇叭形管，所述收縮管與所述擴(kuò)張管方向相反。
[0013]作為本發(fā)明激光誘導(dǎo)雙腔微泵的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述光纖的前端延伸至靠近泵膜處，所述泵體設(shè)有兼作光纖固定板的泵蓋，泵體、泵蓋與泵膜圍成所述驅(qū)動(dòng)腔，光纖穿過(guò)并固定于所述泵蓋。
[0014]作為本發(fā)明激光誘導(dǎo)雙腔微泵的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述單向流動(dòng)控制裝置包括設(shè)于泵體并與所述泵腔連通的出口和入口，在出口和入口處設(shè)有單向閥。
[0015]作為本發(fā)明激光誘導(dǎo)雙腔微泵的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述出口與入口位于泵體的同一側(cè)面，所述單向閥設(shè)于所述泵腔與出口和入口之間。
[0016]作為本發(fā)明激光誘導(dǎo)雙腔微泵的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述單向閥包括出口閥和入口閥，入口閥設(shè)有可向泵腔內(nèi)彎曲偏移的內(nèi)閥片，出口閥設(shè)有可向泵腔外彎曲偏移的外閥片。
[0017]本發(fā)明還提供一種使用上述激光誘導(dǎo)雙腔微泵的流體微泵驅(qū)動(dòng)方法，用于驅(qū)動(dòng)流體單向流動(dòng)，所述流體微泵驅(qū)動(dòng)方法包括如下步驟:
51、使用具有彈性的泵膜將泵體的內(nèi)腔分隔為驅(qū)動(dòng)腔和泵腔，在驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)插入光纖并使其前端可聚焦于所述驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)；
52、在驅(qū)動(dòng)腔充滿可被激光誘導(dǎo)空化的驅(qū)動(dòng)液并加設(shè)泵蓋密封；
53、在泵腔灌注滿腔需驅(qū)動(dòng)的流體，在單向流動(dòng)控制裝置外側(cè)連接補(bǔ)充流體的補(bǔ)液管和輸出流通的輸液管；
54、導(dǎo)入激光并聚焦于驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)，啟動(dòng)激光使其激化驅(qū)動(dòng)液產(chǎn)生空化泡，推動(dòng)泵膜泵腔側(cè)鼓起壓縮泵腔體積使部分流體壓出到輸液管，空化泡潰滅后彈性泵膜回彈使泵腔內(nèi)壓力降低并從補(bǔ)液管吸入流體；
55、斷續(xù)啟動(dòng)激光使驅(qū)動(dòng)液斷續(xù)產(chǎn)生空化泡并潰滅，斷續(xù)從補(bǔ)液管吸取流體并將流體推進(jìn)輸液管內(nèi)。
[0018]作為本發(fā)明流體微泵驅(qū)動(dòng)方法的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述單向流動(dòng)控制裝置包括與所述泵腔連通的收縮管和擴(kuò)張管，所述收縮管的連通泵腔的內(nèi)端沿長(zhǎng)度方向向外不斷收縮，所述擴(kuò)張管的連通泵腔的內(nèi)端沿長(zhǎng)度方向向外不斷擴(kuò)大。
[0019]作為本發(fā)明流體微泵驅(qū)動(dòng)方法的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述單向流動(dòng)控制裝置包括設(shè)于泵體并與所述泵腔連通的出口和入口，在出口和入口處分別設(shè)有方向相反的單向閥。
[0020]作為本發(fā)明流體微泵驅(qū)動(dòng)方法的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述泵蓋留有可關(guān)閉的通氣補(bǔ)液孔。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:針對(duì)目前機(jī)械式微泵驅(qū)動(dòng)方式存在的泵膜壽命短、結(jié)構(gòu)復(fù)雜制備困難、尺寸不易微型化、難以滿足一些特殊場(chǎng)合的需要的缺陷，本發(fā)明提出一種基于激光誘導(dǎo)空化的機(jī)械式微泵技術(shù)，利用激光聚焦于驅(qū)動(dòng)腔中液體介質(zhì)產(chǎn)生空化泡，利用空化泡生長(zhǎng)和潰滅過(guò)程中產(chǎn)生的流體推進(jìn)速度和推進(jìn)力驅(qū)動(dòng)泵膜振動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)微流道中液體的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微泵的泵送液體功能。該微泵具有毫秒級(jí)反應(yīng)時(shí)間、泵膜的頻率和幅度可以精確控制，不存在領(lǐng)域應(yīng)用的局限性問題等多個(gè)重要特性；通過(guò)光纖將激光直接輸送到空化點(diǎn)位置附近，能量利用率高，通過(guò)光纖傳輸激光，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線和遠(yuǎn)程控制，不存在電磁干擾；泵膜無(wú)損耗使得泵膜的壽命長(zhǎng)；驅(qū)動(dòng)腔與泵腔分離使得驅(qū)動(dòng)液種類與所輸送流體種類可以分別選擇從而使得泵送工作液種類無(wú)限制，為解決微流體的驅(qū)動(dòng)問題提供了一種全新思路。該微泵可以廣泛應(yīng)用于藥物的微量注射、微流控系統(tǒng)，生物分析、微量化學(xué)分析與檢測(cè)、微電子設(shè)備冷卻等領(lǐng)域。
[0022]流體微泵驅(qū)動(dòng)方法的整個(gè)過(guò)程使得激光脈沖聚焦到驅(qū)動(dòng)液介質(zhì)中產(chǎn)生空化泡，通過(guò)空化過(guò)程中周圍液體的推進(jìn)速度和推進(jìn)力驅(qū)動(dòng)泵膜振動(dòng)，激光空化潰滅過(guò)程快速而且精確，能量損失少導(dǎo)入輸送簡(jiǎn)易，從而驅(qū)動(dòng)液體定向定量持續(xù)補(bǔ)給，精確微量地進(jìn)行輸液，進(jìn)而提出了一種新型的微泵驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明激光誘導(dǎo)雙腔微泵的無(wú)閥微泵實(shí)施例的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2是本發(fā)明激光誘導(dǎo)雙腔微泵的有閥微泵實(shí)施例的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行具體描述。
[0026]參考圖1、圖2所示，圖1展示了一種激光誘導(dǎo)雙腔無(wú)閥微泵，圖2展示了一種激光誘導(dǎo)雙腔有閥微泵。本發(fā)明一種激光誘導(dǎo)雙腔微泵，其包括具有內(nèi)腔的泵體10、與泵體10連接并將內(nèi)腔分隔為驅(qū)動(dòng)腔12和泵腔15的彈性的泵膜11、插入充滿驅(qū)動(dòng)液13的所述驅(qū)動(dòng)腔12內(nèi)部的光纖25、設(shè)于泵體10并與所述泵腔15連通控制流體單向進(jìn)入泵腔15和單向流出泵腔15的單向流動(dòng)控制裝置。單向流動(dòng)控制裝置是使流體16單向定向流動(dòng)的控制結(jié)構(gòu)，也稱定向流動(dòng)控制裝置。針對(duì)目前機(jī)械式微泵驅(qū)動(dòng)方式存在的泵膜11壽命短、結(jié)構(gòu)復(fù)雜制備困難、尺寸不易微型化、難以滿足一些特殊場(chǎng)合的需要的缺陷，本發(fā)明提出一種基于激光誘導(dǎo)空化的機(jī)械式微泵技術(shù)，利用激光26聚焦于驅(qū)動(dòng)腔12中液體介質(zhì)產(chǎn)生空化泡28，利用空化泡28生長(zhǎng)和潰滅過(guò)程中產(chǎn)生的推進(jìn)速度和推進(jìn)力驅(qū)動(dòng)泵膜11振動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)微流道中液體的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微泵的泵送液體功能。激光空化潰滅過(guò)程快速而且精確，能量損失少導(dǎo)入輸送簡(jiǎn)易，從而驅(qū)動(dòng)流體16定向定量持續(xù)補(bǔ)給，精確微量地進(jìn)行輸液。
[0027]具體地，當(dāng)泵膜11回彈上升時(shí)，泵腔15體積增大，泵腔15內(nèi)壓力降低，流體16從入口和出口被吸入泵腔15，入口進(jìn)入的比出口進(jìn)入的流體16多；當(dāng)泵膜11被推動(dòng)下降時(shí)，泵腔15體積減少，泵腔15內(nèi)壓力升高，流體16從入口和出口被壓出泵腔15，出口流出比入口流出多，因此在泵膜11上升和下降一個(gè)周期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了由入口向出口的工作液流動(dòng)，完成微泵輸送工作液的功能。再通過(guò)激光26多脈沖連續(xù)作用，連續(xù)不斷地驅(qū)動(dòng)泵膜11振動(dòng)，提高泵膜11的振動(dòng)幅度和頻率，也可利用多路激光26共同作用產(chǎn)生空化泡28提高泵膜11的振動(dòng)頻率和幅度，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)工作液完成微泵的功能，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決傳統(tǒng)微泵的制造難題和應(yīng)用領(lǐng)域的局限性問題。
[0028]其中，光纖25由光纖轉(zhuǎn)換接頭固定在光纖固定板即泵蓋21上，引導(dǎo)激光26到達(dá)驅(qū)動(dòng)液13內(nèi)合適位置，要求激光能量、脈沖頻率可調(diào)，形成空化泡28的空化過(guò)程中，流體16推進(jìn)速度和推進(jìn)力可控，以便通過(guò)優(yōu)化工藝有效控制激光誘導(dǎo)空化泡28驅(qū)動(dòng)泵膜11振動(dòng)，引起泵腔15內(nèi)容積和壓力的變化，完成微泵功能。
[0029]驅(qū)動(dòng)腔12中盛放有驅(qū)動(dòng)液13，激光26聚焦到驅(qū)動(dòng)液13中合適位置，誘導(dǎo)發(fā)生空化現(xiàn)象。可以通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)液13的類型(如水、甘油、水和甘油混合液等)來(lái)改變其性質(zhì)(如粘性、表面張力)，進(jìn)一步研究空化泡28的動(dòng)力學(xué)特性對(duì)泵膜11振動(dòng)的影響，以便調(diào)整泵膜11振動(dòng)頻率，從而優(yōu)化微泵的反應(yīng)時(shí)間和驅(qū)動(dòng)效率。
[0030]多脈沖激光誘導(dǎo)空化驅(qū)動(dòng)泵膜11振動(dòng)包括三種情況:第一種情況，當(dāng)激光脈沖的發(fā)射周期大于空泡的脈動(dòng)周期時(shí)，在激光器發(fā)出第二個(gè)空泡時(shí)，第一個(gè)空泡脈動(dòng)可能已經(jīng)結(jié)束，驅(qū)動(dòng)液13處于穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)第二次空化過(guò)程產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)液推進(jìn)速度和推進(jìn)力繼續(xù)驅(qū)動(dòng)泵膜11振動(dòng)；第二種情況，當(dāng)激光脈沖的發(fā)射周期小于空泡的脈動(dòng)周期時(shí)，在第一個(gè)空化泡28處于振蕩階段時(shí)，激光器已經(jīng)發(fā)出第二個(gè)空化泡28，第二個(gè)空化泡28與第一個(gè)空化泡28共同作用驅(qū)動(dòng)泵膜11振動(dòng)，提高泵膜11振動(dòng)幅度和頻率；第三種情況，可利用光纖25引入多路激光26共同作用產(chǎn)生空化泡28，進(jìn)一步提高泵膜11振動(dòng)的頻率和幅度。泵膜11的振動(dòng)幅度和頻率可以通過(guò)激光、驅(qū)動(dòng)液13等參數(shù)進(jìn)行有效地調(diào)節(jié)和控制。
[0031]由于空化泡28的整個(gè)脈動(dòng)周期相當(dāng)短，可以達(dá)到毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)，因而該微泵具有毫秒級(jí)反應(yīng)時(shí)間、泵膜11的頻率和幅度可以精確控制，不存在領(lǐng)域應(yīng)用的局限性問題等多個(gè)重要特性；通過(guò)光纖25將激光26直接輸送到空化點(diǎn)位置附近，能量利用率高，通過(guò)光纖25傳輸激光26，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線和遠(yuǎn)程控制，不存在電磁干擾；泵膜11無(wú)損耗使得泵膜11的壽命長(zhǎng)；驅(qū)動(dòng)腔12與泵腔15分離使得驅(qū)動(dòng)液13種類與所輸送流體16種類可以分別選擇從而使得泵送工作液種類無(wú)限制，為解決微流體的驅(qū)動(dòng)問題提供了一種全新思路。該微泵可以廣泛應(yīng)用于藥物的微量注射、微流控系統(tǒng)，生物分析、微量化學(xué)分析與檢測(cè)、微電子設(shè)備冷卻等領(lǐng)域。激光誘導(dǎo)空化微泵驅(qū)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本低，可替換性強(qiáng)，體積小，有利于微型化及與MEMS集成。
[0032]更佳地，所述單向流動(dòng)控制裝置包括與所述泵腔15連通的收縮管和擴(kuò)張管，所述收縮管的連通泵腔15的內(nèi)端沿長(zhǎng)度方向向外不斷收縮，所述擴(kuò)張管的連通泵腔15的內(nèi)端沿長(zhǎng)度方向向外不斷擴(kuò)大。收縮管作為工作液的入口，擴(kuò)張管作為工作液的出口，利用擴(kuò)散管與收縮管流量差實(shí)現(xiàn)其閥的功能。當(dāng)泵膜11上升時(shí)，泵腔15體積增大，泵腔15內(nèi)壓力降低，流體16從入口和出口被吸入泵腔15，入口進(jìn)入的比出口進(jìn)入的多，當(dāng)泵膜11下降時(shí)，泵腔15體積減少，泵腔15內(nèi)壓力升高，流體16從入口和出口被壓出泵腔15，出口流出比入口流出多，因此在泵膜11上升和下降一個(gè)周期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了由入口向出口的工作液流動(dòng)，完成了微泵輸送工作液的功能。
[0033]更佳地，所述收縮管18和擴(kuò)張管19均為錐形管或喇叭形管，使得流體16在流動(dòng)過(guò)程受到收縮管18和擴(kuò)張管19的阻擋和擠壓，吸入和流出所受的阻力不同。所述收縮管18與所述擴(kuò)張管19方向相反，使得入口與出口同一方向?qū)α黧w16的阻力不同，通過(guò)泵腔15的吞吐過(guò)程產(chǎn)生的流量差實(shí)現(xiàn)將流體16從入口轉(zhuǎn)移到出口，實(shí)現(xiàn)微泵輸液功能。
[0034]更佳地，光纖25的前端延伸至靠近泵膜11處，使其聚焦點(diǎn)更接近泵膜11，空化產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力也更接近泵膜11，對(duì)泵膜11的推動(dòng)更接近更直接；泵體10設(shè)有兼作光纖固定板的泵蓋21，泵體10、泵蓋21與泵膜11圍成所述驅(qū)動(dòng)腔12，光纖25穿過(guò)并固定于所述泵蓋21，從而可以導(dǎo)入激光26至驅(qū)動(dòng)腔12內(nèi)，形成空化空泡從而產(chǎn)生推動(dòng)力。
[0035]更佳地，參考圖2所示，所述單向流動(dòng)控制裝置包括設(shè)于泵體10并與所述泵腔15連通的出口 33和入口 32，在出口 33和入口 32處設(shè)有方向相反的單向閥30，從而在泵腔15體積增大壓力縮小時(shí)，入口處的單向閥30打開而吸入液體，泵腔15體積減小壓力增大時(shí)，出口處的單向閥30打開入口處的單向閥30關(guān)閉，液體從出口處流出，從而使流體16形成單向流動(dòng)，完成微泵輸液的功能。
[0036]更佳地,所述出口與入口位于泵體10的同一側(cè)面，所述單向閥設(shè)于所述泵腔15與出口和入口之間，便于單向閥構(gòu)件的集中設(shè)置和構(gòu)件的簡(jiǎn)化。
[0037]更佳地，所述單向閥30包括出口閥和入口閥，入口閥設(shè)有可向泵腔15內(nèi)彎曲偏移的內(nèi)閥片35，出口閥設(shè)有可向泵腔15外彎曲偏移的外閥片36，使用薄片式的閥結(jié)構(gòu)使得閥體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，閥的開關(guān)易于實(shí)現(xiàn)，液壓差即可推動(dòng)閥片打開和關(guān)閉。
[0038]另外，泵膜11上面即位于驅(qū)動(dòng)腔12 —側(cè)濺鍍一層犧牲膜，可以吸收激光26誘導(dǎo)形成空化泡28后剩下的光能，形成等離子體爆炸氣團(tuán)沖擊波增強(qiáng)泵膜11的振動(dòng)幅度，且同時(shí)保護(hù)泵膜11，延長(zhǎng)泵膜11的使用壽命。
[0039]本發(fā)明還提供一種使用上述激光誘導(dǎo)雙腔微泵的流體16微泵驅(qū)動(dòng)方法，用于驅(qū)動(dòng)微量流體16單向流動(dòng)，所述流體16微泵驅(qū)動(dòng)方法包括如下步驟:
S1、使用具有彈性的泵膜11將泵體10的內(nèi)腔分隔為驅(qū)動(dòng)腔12和泵腔15，在驅(qū)動(dòng)腔12內(nèi)插入光纖25并使其前端可聚焦于所述驅(qū)動(dòng)腔12內(nèi)，便于對(duì)容納于驅(qū)動(dòng)腔12的驅(qū)動(dòng)液13進(jìn)行激光誘導(dǎo)形成空化泡28，從而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，泵腔15用于容納流體16，便于流體16在吸入和流出過(guò)程之間具有中轉(zhuǎn)的空間。驅(qū)動(dòng)腔12與泵腔15分隔，便于泵腔15與驅(qū)動(dòng)腔12容納不同的液體，驅(qū)動(dòng)腔12可以容納易于空化，能提供更大驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)液13，而泵腔15中需要輸送的流體16則不被激化空化破壞而改變其成分。
[0040]S2、在驅(qū)動(dòng)腔12充滿可被激光誘導(dǎo)空化的驅(qū)動(dòng)液13并加設(shè)泵蓋21，由泵蓋21密封，此密封蓋即泵蓋21可以是透明的，便于觀察內(nèi)部液體情況，開啟泵蓋可以適當(dāng)補(bǔ)充液體，也可以在密封的泵蓋上留有可關(guān)閉的通氣補(bǔ)液孔，通過(guò)小孔便于排氣與補(bǔ)充驅(qū)動(dòng)液。
[0041]S3、在泵腔15灌注滿腔需驅(qū)動(dòng)的流體16，在單向流動(dòng)控制裝置外側(cè)連接補(bǔ)充流體16的補(bǔ)液管和輸出流通的輸液管；注滿液體才可以在泵膜11推動(dòng)下驅(qū)動(dòng)入口和出口處的液體流動(dòng)，否則內(nèi)部充滿易于壓縮的空氣則泵膜11難以推動(dòng)液體流動(dòng)。
[0042]S4、導(dǎo)入激光26并聚焦于驅(qū)動(dòng)腔12內(nèi)，啟動(dòng)激光26使其激化驅(qū)動(dòng)液13產(chǎn)生空化泡28，推動(dòng)泵膜11泵腔15側(cè)鼓起壓縮泵腔15體積使部分流體16壓出到輸液管，空化泡28潰滅使驅(qū)動(dòng)腔12內(nèi)容物體積瞬間減小使得彈性泵膜11反向收縮回彈，從而使泵腔內(nèi)壓力降低并從補(bǔ)液管吸入流體16，完成泵的吸入和噴出的功能。
[0043]S5、斷續(xù)啟動(dòng)激光26使驅(qū)動(dòng)液13斷續(xù)產(chǎn)生空化泡28并潰滅，斷續(xù)從補(bǔ)液管吸取流體16并將流體16推進(jìn)輸液管內(nèi)，從而持續(xù)獲得推動(dòng)力，持續(xù)不斷地泵吸和流出流體16持續(xù)補(bǔ)充液體，形成定向微量定量持續(xù)補(bǔ)給液體。
[0044]上述整個(gè)過(guò)程闡述了激光脈沖聚焦到驅(qū)動(dòng)液13介質(zhì)中產(chǎn)生空化泡28，通過(guò)空化過(guò)程中周圍液體的推進(jìn)速度和推進(jìn)力驅(qū)動(dòng)泵膜11振動(dòng)，激光空化潰滅過(guò)程快速而且精確，能量損失少導(dǎo)入輸送簡(jiǎn)易，從而驅(qū)動(dòng)流體16定向定量持續(xù)補(bǔ)給，精確微量地進(jìn)行輸液，提出了一種新型的微泵驅(qū)動(dòng)技術(shù)。
[0045]更佳地，所述單向流動(dòng)控制裝置包括與所述泵腔15連通的收縮管18和擴(kuò)張管19，所述收縮管18的連通泵腔15的內(nèi)端沿長(zhǎng)度方向向外不斷收縮，所述擴(kuò)張管19的連通泵腔15的內(nèi)端沿長(zhǎng)度方向向外不斷擴(kuò)大。收縮管18作為工作液的入口，擴(kuò)張管19作為工作液的出口，利用擴(kuò)散管與收縮管18流量差實(shí)現(xiàn)其閥的功能。當(dāng)泵膜11上升時(shí)，泵腔15體積增大，泵腔15內(nèi)壓力降低，流體16從入口和出口被吸入泵腔15，入口進(jìn)入的比出口進(jìn)入的多，當(dāng)泵膜11下降時(shí)，泵腔15體積減少，泵腔15內(nèi)壓力升高，流體16從入口和出口被壓出泵腔15，出口流出比入口流出多，因此在泵膜11上升和下降一個(gè)周期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了由入口向出口的工作液流動(dòng)，完成了微泵輸送工作液的功能。
[0046]更佳地，所述單向流動(dòng)控制裝置包括設(shè)于泵體10并與所述泵腔15連通的出口和入口，在出口和入口處分別設(shè)有方向相反的單向閥，從而在泵腔15體積增大壓力縮小時(shí)，入口處的單向閥打開而吸入液體，泵腔15體積減小壓力增大時(shí)，出口處的單向閥打開入口處的單向閥關(guān)閉，液體從出口處流出，從而使流體16形成單向流動(dòng)，完成微泵輸液的功能。
[0047]以上所揭露的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種激光誘導(dǎo)雙腔微泵，其特征在于:包括具有內(nèi)腔的泵體、與泵體連接并將內(nèi)腔分隔為驅(qū)動(dòng)腔和泵腔的彈性的泵膜、插入充滿驅(qū)動(dòng)液的所述驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)部的光纖、設(shè)于泵體并與所述泵腔連通控制流體單向進(jìn)入泵腔和單向流出泵腔的單向流動(dòng)控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光誘導(dǎo)雙腔微泵，其特征在于:所述單向流動(dòng)控制裝置包括與所述泵腔連通的收縮管和擴(kuò)張管，所述收縮管的連通泵腔的內(nèi)端沿長(zhǎng)度方向向外不斷收縮，所述擴(kuò)張管的連通泵腔的內(nèi)端沿長(zhǎng)度方向向外不斷擴(kuò)大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光誘導(dǎo)雙腔微泵，其特征在于:所述收縮管和擴(kuò)張管均為錐形管或喇叭形管，所述收縮管與所述擴(kuò)張管方向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光誘導(dǎo)雙腔微泵，其特征在于:所述光纖的前端延伸至靠近泵膜處，所述泵體設(shè)有兼作光纖固定板的泵蓋，泵體、泵蓋與泵膜圍成所述驅(qū)動(dòng)腔，光纖穿過(guò)并固定于所述泵蓋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光誘導(dǎo)雙腔微泵，其特征在于:所述單向流動(dòng)控制裝置包括設(shè)于泵體并與所述泵腔連通的出口和入口，在出口和入口處設(shè)有單向閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光誘導(dǎo)雙腔微泵，其特征在于:所述出口與入口位于泵體的同一側(cè)面，所述單向閥設(shè)于所述泵腔與出口和入口之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的激光誘導(dǎo)雙腔微泵，其特征在于:所述單向閥包括出口閥和入口閥，入口閥設(shè)有可向泵腔內(nèi)彎曲偏移的內(nèi)閥片，出口閥設(shè)有可向泵腔外彎曲偏移的外閥片。
8.一種使用權(quán)利要求1所述的激光誘導(dǎo)雙腔微泵的流體微泵驅(qū)動(dòng)方法，用于驅(qū)動(dòng)流體單向流動(dòng)，其特征在于，所述流體微泵驅(qū)動(dòng)方法包括如下步驟: 51、使用具有彈性的泵膜將泵體的內(nèi)腔分隔為驅(qū)動(dòng)腔和泵腔，在驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)插入光纖并使其前端可聚焦于所述驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)； 52、在驅(qū)動(dòng)腔充滿可被激光誘導(dǎo)空化的驅(qū)動(dòng)液并加設(shè)泵蓋密封； 53、在泵腔灌注滿腔需驅(qū)動(dòng)的流體，在單向流動(dòng)控制裝置外側(cè)連接補(bǔ)充流體的補(bǔ)液管和輸出流通的輸液管； 54、導(dǎo)入激光并聚焦于驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)，啟動(dòng)激光使其激化驅(qū)動(dòng)液產(chǎn)生空化泡，推動(dòng)泵膜泵腔側(cè)鼓起壓縮泵腔體積使部分流體壓出到輸液管，空化泡潰滅后彈性泵膜回彈使泵腔內(nèi)壓力降低并從補(bǔ)液管吸入流體； 55、斷續(xù)啟動(dòng)激光使驅(qū)動(dòng)液斷續(xù)產(chǎn)生空化泡并潰滅，斷續(xù)從補(bǔ)液管吸取流體并將流體推進(jìn)輸液管內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的流體微泵驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于:所述單向流動(dòng)控制裝置包括與所述泵腔連通的收縮管和擴(kuò)張管，所述收縮管的連通泵腔的內(nèi)端沿長(zhǎng)度方向向外不斷收縮，所述擴(kuò)張管的連通泵腔的內(nèi)端沿長(zhǎng)度方向向外不斷擴(kuò)大。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的流體微泵驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于:所述單向流動(dòng)控制裝置包括設(shè)于泵體并與所述泵腔連通的出口和入口，在出口和入口處分別設(shè)有方向相反的單向閥。
【文檔編號(hào)】A61M5/142GK104383621SQ201410610955
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】郭鐘寧, 印四華, 陳鐵牛, 曾柏文, 黃志剛, 楊洋, 楊青天, 羅紅平 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)