專利名稱：一種基于滲透作用的微流體驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微流體驅(qū)動裝置，具體涉及一種基于滲透作用的微流體驅(qū)動裝置。
技術(shù)背景在微流控分析系統(tǒng)中，微流控芯片以各種構(gòu)型的微通道網(wǎng)絡為特征，它通過操控通道內(nèi) 的流體，完成芯片系統(tǒng)的分離分析功能。而與微通道相適應的微流體驅(qū)動技術(shù)，是實現(xiàn)微流 體控制的前提和基礎(chǔ)。特別是基于微機電加工(micro-electromechanical system, MEMS)等技 術(shù)，微流體驅(qū)動技術(shù)在過去的十幾年得到了迅速的發(fā)展，各種微泵層出不窮。依據(jù)驅(qū)動系統(tǒng) 有無活動的機械部件，微流體驅(qū)動系統(tǒng)可分為有活動機械驅(qū)動部件和無活動機械驅(qū)動部件的 微驅(qū)動系統(tǒng)，簡稱機械和非機械驅(qū)動系統(tǒng)(微泵)。盡管當前的機械微泵發(fā)展迅速，但由于其多數(shù)需要基于微機電加工技術(shù)，如硅微加工技 術(shù)、熱復制技術(shù)、軟光刻技術(shù)等，雖然可以制作高精度的微泵，但是都有缺點，諸如設備昂 貴，造價高，步驟多，環(huán)境條件要求高等。其中軟光刻技術(shù)雖然避免了上述缺點，但是基于 軟光刻技術(shù)制作的微泵，如PDMS氣動泵最大的缺點是需要外置氣源，不利于微分析系統(tǒng)實 現(xiàn)小型化、便攜化。其次，有活動部件的機械微泵驅(qū)動下的液流多數(shù)有脈動現(xiàn)象，這對于流 體穩(wěn)定性是非常不利的。相比較而言，非機械微泵以場感應流微泵——以電場和磁場誘導液體流動的微泵為主， 如電滲泵、電液態(tài)動力泵、磁液態(tài)動力泵等。由于這些微泵所產(chǎn)生的液流無脈動，流速范圍 大，因此被微流控分析系統(tǒng)廣泛采用。但是，這些微泵常常需要龐大的驅(qū)動器，給使用帶來 不便。其他類型的非機械微泵也有不足如重力泵的泵壓受空間高度和液流黏度的影響，適 用于連續(xù)輸送，不易更換液流；毛細作用微泵的運行時間受毛細通道的液體存儲量限制，若 要延長運行時間，則使得加工工藝變得復雜；而蒸發(fā)力驅(qū)動微泵不僅受吸水劑的吸水量限制， 還受環(huán)境濕度等條件的限制。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種以滲透壓力為驅(qū)動力的微流體驅(qū)動裝 置，裝置結(jié)構(gòu)簡單，無需外部能源，提供的液體流速穩(wěn)定，可調(diào)、無脈動，能達到連續(xù)工作 數(shù)個工作日并且不受外界濕度的影響。本發(fā)明微流體驅(qū)動裝置，由兩個支撐板之間夾一個半透膜，置于兩個帶有儲液池的池體之間，通過螺栓、螺母連接兩池體而構(gòu)成。兩個池體上面均有一個與儲液池連通的排氣口 ，每個池體的外側(cè)壁上有一個儲液池的進 口或出口，兩個池體的內(nèi)側(cè)壁相對應位置均有一個與儲液池腔體相通的開口，夾有半透膜的 兩個支撐板安裝在兩池體內(nèi)側(cè)壁相對應的開口處，兩個支撐板上分布有小孔，小孔孔徑為 0.4 2mm。所述的半透膜要求其截流分子量小于滲透驅(qū)動試劑的分子量。兩個池體內(nèi)的兩個 儲液池容積相等。上述每個池體的外側(cè)壁上有一個儲液池的進口或出口，是指當該池體內(nèi)的儲液池盛裝去 離子水時，該池體外側(cè)壁上的孔便是儲液池進口，當該池體內(nèi)的儲液池盛裝滲透驅(qū)動試劑溶 液時，該池體外側(cè)壁上的孔便是儲液池的出口。本發(fā)明是一種以滲透壓為驅(qū)動力的微泵，，屬于非機械微泵的范疇。它是基于一種生物仿 真的形式而研制的，即植物細胞液之間具有不同的滲透壓，且自下而上逐漸增加，而細胞膜 為半透膜，只允許水分子自由通過，而不允許細胞質(zhì)中的大分子通過，因此在滲透壓的作用 下，水在植物體內(nèi)由根部自下而上運動。根據(jù)這種原理，采用商品半透膜，設計制作本發(fā)明 微泵。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)最顯著的優(yōu)點和產(chǎn)生的積極效果是在兩個池體上分別裝配有兩 個支撐板，兩個支撐板之間夾有一個半透膜。支撐板的作用 一是穩(wěn)定流速，用支撐板夾緊 半透膜，防止半透膜因發(fā)生形變而影響儲液池容積，進而穩(wěn)定流速；二是調(diào)節(jié)流速，因為在 支撐板上分布有一定數(shù)量的小孔，小孔總面積為溶液通過半透膜的有效膜面積，可通過調(diào)節(jié) 小孔的數(shù)量來調(diào)節(jié)有效膜面積，進而調(diào)節(jié)流速。另外本發(fā)明，現(xiàn)時通過選擇不同種類的水溶 性物質(zhì)作為滲透驅(qū)動試劑溶液，或選擇不同濃度的溶液，可獲得不同的液體輸送流速。本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)簡單，小型化，便于攜帶，造價低。無需外部能源，提供的液體流速穩(wěn) 定、可調(diào)，無脈動，可以連續(xù)工作數(shù)個工作日，并且不受外界濕度的影響。


圖1是本發(fā)明微流體驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)剖面圖；圖中l(wèi)第一池體，2第二池體，3第一儲液池，4第二儲液池，5半透膜，6第一支撐板， 7第二支撐板，8儲液池進口， 9儲液池出口， IO第一排氣口， ll第二排氣口， 12螺栓和螺 母。圖2是100mg/ml的BSA溶液的流速與時間關(guān)系圖； 圖3是40mg/ml的聚乙烯吡咯垸酮溶液的流速與時間關(guān)系圖。
具體實施方式
例1:本發(fā)明微流體驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)如附圖1所示，有一個帶有第一儲液池3的第一池體1和一個帶有第二儲液池4的第二池體2，材質(zhì)均選用聚甲基丙烯酸甲酯(市場購置)，第4一儲液池3與第二儲液池4的容積相等，在第一池體1和第二池體2相互對應的內(nèi)側(cè)壁面上， 均開有一個與第一儲液池3和第二儲液池4腔體相通的開口，在第一池體1外側(cè)壁上有一個 第一儲液池3的進口 8,在第二池體2外側(cè)壁上有一個第二儲液池4的出口 9，第一池體1上 面有一個第一儲液池3的排氣口 10，第二池體2上面有一個第二儲液池的排氣口 11。半透膜 5是選用美國生產(chǎn)的透析袋，型號MD34，材質(zhì)為再生纖維素，截流分子量為3500為原材料， 裁剪成與支撐板尺寸相同，夾在第一支撐板6和第二支撐板7之間，與支撐板完全貼附，支 撐板均選用PC板，支撐板上的小孔數(shù)為28個，直徑為2mm，滲透面積為357.1mm2。將第 一池體1和第二池體2相對放置，再將上述夾有半透膜5的兩塊夾板，置于上述兩池體內(nèi)側(cè) 壁上相互對應的開口位置，用四個螺釘、螺母，將第一池體1和第二池體2連接，固定和密 封。選擇滲透驅(qū)動試劑為牛血清白蛋白(BSA，分子量66000，購于北京索萊寶科技有限公司) 向儲液池注入液體。用注射器吸取100mg/mL的BSA溶液，經(jīng)出口 9向第二儲液池4注入。同 時從本池體上的排氣口 ll排出儲液池內(nèi)的氣體，直到儲液池4充滿溶液，封閉排氣口 11。 再用另一支注射器吸取去離子水，經(jīng)入口8向第一儲液池3注入，本池體中的氣體經(jīng)排氣口 IO排出，直到注滿，封閉此排氣口。測試微泵的流速和穩(wěn)定性。用利用電子分析天平測試每 分鐘微泵吸取的去離子水的質(zhì)量，計算出單位時間內(nèi)的質(zhì)量的增加值，進而將其換算成單位 時間內(nèi)的體積增量，即微泵的流速。最后計算出相對標準偏差。結(jié)果在1000min內(nèi)的平均流 速為477 nL min1，相對標準偏差(RSD)為8. 9 % (n=101)如圖2。例2:裝置結(jié)構(gòu)與運行步驟與例l相同，不同之處是選擇滲透驅(qū)動試劑為40mgmL—1的 聚乙烯吡咯烷酮(PVPK17，分子量8000，醫(yī)藥級，購于河南博愛新開源制藥有限公司)溶液， 試驗結(jié)果為，在650 min內(nèi)的平均流速為195 nLmin"， RSD為7.0 % (n=66)，如圖3。例3:裝置結(jié)構(gòu)與運行步驟與例1相同，不同之處是選擇滲透驅(qū)動試劑為200mgmL—1的 PVPK25(分子量34000，醫(yī)藥級，購于河南博愛新開源制藥有限公司)，實現(xiàn)了在294小時內(nèi)， 連續(xù)工作的紀錄。流速從650 nL mir^降到120 nL mirf1。例4:裝置結(jié)構(gòu)與運行步驟與例1相同，不同之處是支撐板上的小孔直徑為lmm，數(shù)目 94個，滲透面積295.2mm2。在6卯min時間內(nèi)，平均流速385 nLmin—1，相對標準偏差3%。例5:裝置結(jié)構(gòu)與運行步驟與例3相同，不同之處是支撐板上的小孔直徑為0.4mm，數(shù) 目309個，滲透面積155.2mm2。在343min時間內(nèi)，平均流速578 nL min"，相對標準偏差8.8 %。
權(quán)利要求
1、一種基于滲透作用的微流體驅(qū)動裝置，其特征在于該裝置由兩個支撐板之間夾一個半透膜，置于兩個帶有儲液池的池體之間，通過螺栓、螺母連接兩池體而構(gòu)成。
2、 按照權(quán)利要求1所述的基于滲透作用的微流體驅(qū)動裝置，其特征在于所述的兩個池體 上面均有一個與儲液池連通的排氣口，每個池體的外側(cè)壁上有一個儲液池的進口或出口，兩 個池體的內(nèi)側(cè)壁相對應位置均有一個與儲液池腔體相通的開口，夾有半透膜的兩個支撐板安 裝在兩池體內(nèi)側(cè)壁相對應的開口處。
3、 按照權(quán)利要求1或2所述的基于滲透作用的微流體驅(qū)動裝置，其特征在于所述的兩個 支撐板上分布有小孔，小孔孔徑為0.4-2mm。
4、 按照權(quán)利要求1或2所述的基于滲透作用的微流體驅(qū)動裝置，其特征在于所述的半透 膜要求其截流分子量小于滲透驅(qū)動試劑的分子量。
5、 按照權(quán)利要求1或2所述的基于滲透作用的微流體驅(qū)動裝置，其特征在于兩個池體內(nèi)的兩個儲液池容積相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于滲透作用的微流體驅(qū)動裝置，由兩個支撐板間夾一個半透膜，置于兩個帶有等容體的儲液池的池體之間，通過螺釘、螺母連接而成，兩個池體均有一個儲液池排氣口，兩池體外側(cè)壁上有一個儲液池的進口或出口，兩池體內(nèi)側(cè)壁面對應處均有一個與儲液腔體相通的開口；兩個支撐板上均分布有小孔，小孔孔徑為0.4～2mm，半透膜要求其截流分子量小于滲透驅(qū)動試劑的分子量。運行時在一個儲液池盛裝去離子水，另一儲液池盛裝滲透驅(qū)動試劑溶液，排除兩個儲液池內(nèi)氣體，封閉排氣口后便可測試微泵的流速和穩(wěn)定性。本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)簡單，造價低，便于攜帶，無需外部能源，提供的液體流穩(wěn)定，可調(diào)，無脈動，可連續(xù)工作數(shù)日。
文檔編號G01N35/00GK101256195SQ200810010918
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者徐章潤, 楊春光 申請人:東北大學