微流泵浦结构及系统的制作方法

本实用新型涉及微流控制领域，具体而言，涉及一种微流泵浦结构及系统。

背景技术：

微流控制技术已经在有机合成、微反应器、化学分析和生物医学领域发挥了重要作用，现在微流动力驱动中应用最广泛的一种流体驱动技术为电渗驱动，具有构架简单、操作方便、无脉动等优点，但是也易受外加电场强度、通道表面、微流体性质及传热效率等因素影响，稳定性相对较差。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种提高可靠性的微流泵浦结构及系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

本实用新型提供了一种微流泵浦结构，包括泵腔，设置在泵腔中的动力膜片，以及驱动动力膜片在泵腔中运动的驱动装置；动力膜片将泵腔分割为第一腔室和第二腔室；第一腔室具有用于与外部连通的第一通道，第二腔室具有用于与外部连通的第二通道，动力膜片上具有由第一腔室向第二腔室单向打开的第三通道。

进一步地，动力膜片为压电材料，驱动装置为施加于动力膜片上的交流电源。

进一步地，微流泵浦结构还包括设置在泵腔两侧并与动力膜片相对的两个导电极板，动力膜片为导体；驱动装置包括施加于两个导电极板和动力膜片之一上的直流电源，以及施加于两个导电极板和动力膜片另一上的交流电源。

进一步地，两个导电极板形成泵腔的两个侧壁。

进一步地，动力膜片上具有铁磁材料或磁性材料，驱动装置为设置在泵腔外部的电磁铁。

进一步地，第一通道和/或第二通道中设置有单向阀。

进一步地，动力膜片上具有第三通道孔和位于第二腔室侧以单向打开第三通道孔的单向瓣膜。

本实用新型还提供了一种微流泵浦系统，包括至少两个前述的微流泵浦结构，至少两个微流泵浦结构通过管道串联、并联或者串并联混合的方式连接。

根据本实用新型的微流泵浦结构及系统。通过在泵腔中设置动力膜片将泵腔分割为第一腔室和第二腔室，动力膜片在泵腔中运动过程中，不断将第一腔室中的液体从第三通道泵入第二腔室，并从第二通道泵出。也即本实用新型通过动力膜片的机械运动，实现了液体泵送，具有结构简单，可靠性高的特点。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型的微流泵浦结构的第一工作状态示意图；

图2是根据本实用新型的微流泵浦结构的第二工作状态示意图；

图3是根据本实用新型的微流泵浦结构的第三工作状态示意图；

图4是根据本实用新型的微流泵浦结构的制作过程的第一结构示意图；

图5是根据本实用新型的微流泵浦结构的制作过程的第二结构示意图；

图6是根据本实用新型的微流泵浦结构的制作过程的第三结构示意图；

图7是根据本实用新型的微流泵浦结构的制作过程的第四结构示意图。

具体实施方式

微流泵浦结构的一种现有技术是采用电渗驱动方式，但是具体稳定性相对较差的问题。

本实用新型的设计构思是：通过动力膜片30的机械运动实现泵送，具有结构简单，可靠性高的特点。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例一

如图7所示，本实用新型第一实施例提供的一种微流泵浦结构，包括：泵腔，设置在泵腔中的动力膜片30，以及驱动动力膜片30在泵腔中运动的驱动装置；动力膜片30将泵腔分割为第一腔室10和第二腔室20；第一腔室10具有用于与外部连通的第一通道11，第二腔室20具有用于与外部连通的第二通道21，动力膜片30上具有由第一腔室10向第二腔室20单向打开的第三通道。也即本实施例通过在泵腔中设置动力膜片30将泵腔分割为第一腔室10和第二腔室20，动力膜片30在泵腔中运动过程中，不断将第一腔室10中的液体从第三通道泵入第二腔室20，并从第二通道21泵出。也即本实用新型通过动力膜片30的机械运动，实现了液体泵送，具有结构简单，可靠性高的特点。

在第一实施例中，动力膜片30采用压电材料，驱动装置为施加于动力膜片30上的交流电源52，通过对双层的压电材料施加交变电压，两层压电材料电压不同，从而实现动力膜片30的机械运动，进而实现液体泵送。具体地，当动力膜片30向第一腔室10运动时，第三通道打开，液体由第一腔室10进入第二腔室20；当动力膜片30向第二腔室20运动时，第三通道关闭，液体由第二腔室20通过第二通道21向外泵送，且第一腔室10由于压力降低，将液体吸入第一腔室10。

实施例二

如图1至3所示的第二实施例，与第一实施例不同的是，在第二实施例中，采用电场力驱动动力膜片30的方式。具体地，微流泵浦结构还包括设置在泵腔两侧并与动力膜片30相对的两个导电极板，动力膜片30为导体，也即使动力膜片30位于两个导电极板形成的电场中。驱动装置包括施加于两个导电极板和动力膜片30之一上的直流电源51，以及施加于两个导电极板和动力膜片30另一上的交流电源52。优选地，两个导电极板形成泵腔的两个侧壁，即图1至3中的上下侧壁，一方面可以降低整个微流泵浦结构的厚度；另一方面，在加工成型过程中，也能够减少工艺流程。

具体地，如图1所示，第二实施例中的动力膜片30上具有第三通道孔31和单向瓣膜32，单向瓣膜32位于动力膜片30的第二腔室20侧，并覆盖第三通道孔31，从而实现第三通道孔31的单向打开。根据需要，第一通道11和/或第二通道21中也可以设置有单向阀。

如图1至3所示，当两个导电极板上设置直流电源51时，在两个导电极板之间形成稳定的电场，动力膜片30上施加交流电源52时，动力膜片30上的电压正负交替，从而在稳定的电场中实现规律运动，通过调节交流电源52的频率，实现调节动力膜片30的运动频率，进而调节泵送流量。反之，当两个导电极板上设置交流电源52，动力膜片30上施加直流电源51时，也能够泵送及流量调节。

结合图1至3来具体说明第二实施例中的微流泵浦结构的工作过程。

如图1所示，两个导电极板上设置直流电源5(第一极板41连接电源负极，第二极板连接电源正极)，二者之间形成稳定的电场，当施加于动力膜片30上的交流电源52处于零电位时，动力膜片30受电场力为0，单向瓣膜32虚掩于动力膜片30上；

如图2所示，当施加于动力膜片30上的交流电源52的电压为正电压时，动力膜片30受到上极板的推力和下极板的拉力，向下运动，第一腔室10与第二腔室20之间产生压力差，第一腔室10内的液体受挤压向第二腔室20流动(此时单向瓣膜32被冲开，第一腔室10右侧第一通道11的流动阻力远大于第一腔室10与第二腔室20之间的第三通道的流动阻力，因此第一通道11的回流量相对可以忽略)。

如图3所示，施加于动力膜片30上的交流电源52的电压为负电压时，动力膜片30受到上极板的拉力和下极板的推力，向上产生位移，此时单向瓣膜32因压力差贴在动力膜片30上，堵住第三通道口，防止液体回流，同时第二腔室20内压力升高，液体从第二通道21流出，第一腔室10内压力降低，液体从第一通道11流入。

实施例三

如图7所示，在本实用新型的第三实施例，与第一实施例不同的是，第三实施例中采用电磁力驱动动力膜片30。具体地，动力膜片30上具有铁磁材料或磁性材料，驱动装置为设置在泵腔外部的电磁铁。通过控制电磁铁的磁力，从而实现动力膜片30的驱动，进而实现液体泵送。具体的泵送过程与第一、第二实施例类似，不再赘述。

实施例四

本实用新型还提供了一种微流泵浦系统，包括至少两个前述的微流泵浦结构，至少两个微流泵浦结构通过管道串联、并联或者串并联混合的方式连接。具体地，当两个以上微流泵浦结构串联连接时，形成多级泵送结构，可以提高泵送压力和能力，如实现远距离泵送或者一定高度的泵送。当两个以上微流泵浦结构并联连接时，可以提高泵送流量。当三个以上微流泵浦结构串并联混合连接时，可以实现不同的液体在泵送过程中混合，进而进行各种化学、生物实验。

实施例五

本实用新型还提供了一种微流泵浦结构的制作方法，方法包括：在基底1上淀积第一极板41；在第一极板41上淀积并刻蚀形成第一腔室10；在第一腔室10内填充牺牲层物质；在填充牺牲层物质的第一腔室10上淀积并刻蚀形成动力膜片30；在动力膜片30上淀积并刻蚀形成第二腔室20；在第二腔室20内填充牺牲层物质；在填充牺牲层物质的第二腔室20上淀积第二极板42；去除第一腔室10和第二腔室20内部的牺牲层物质。也即通过MEMS工艺中常用的淀积和刻蚀工艺，逐层实现微流泵浦结构的制作。

具体地，结合图4所示，首先，在基底1上淀积第一极板41(对应图1至3中位于下侧的导电极板)；然后，在第一极板41上淀积第一腔室层，在刻蚀去除第一腔室层的中间部分，保留四周侧壁2，形成第一腔室10，再在第一腔室10中填充牺牲层物质3，方便后续淀积动力膜片30。

结合图4和图5所示，动力膜片30分为两层，首先在填充牺牲层物质的第一腔室10上淀积动力膜片层，并刻蚀形成第三通道孔31，再淀积单向瓣膜层，并刻蚀去除多余部分形成单向瓣膜32，完成动力膜片30加工。

结合图4至6所示，在加工完成的动力膜片30上淀积第二腔室层，再刻蚀第二腔室层中间的部分，保留四周部分形成第二腔室20的侧壁4，类似于第一腔室10，第二腔室20内也填充牺牲层物质5后，淀积第二极板42。

最后，如图7所示，去除第一腔室10和第二腔室20中的牺牲层物质，从而释放可动结构，完成加工。牺牲层物质可以为高温挥发性物质。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。