激光诱导双腔微泵的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种微量流体驱动、供给、控制技术，尤其涉及一种用于激光诱导双腔微泵。
【背景技术】
[0002]在目前的医疗领域中，脑给药系统研宄对中枢神经系统感染、癫痫、脑肿瘤、周期性片头痛、药物成瘾性、精神分裂症、中风和痉挛等各种脑部疾病的治疗具有重要的意义。而脑给药系统需要精确到纳升毫秒级的给药要求，因此，需要用到微流控系统。
[0003]微流控系统，又称微流控分析芯片、微全分析系统(μ TAS)或芯片实验室，是微机电系统(MEMS )的一个重要分支。利用微细加工技术将微通道、微泵、微阀、微反应器、微传感器、微检测器等各种功能单元集成在一块微芯片上，通过控制溶液在其中的流动，来完成生物和化学等领域所涉及的样品制备、混合、反应、分离、检测、生化分析等功能的微型分析系统。在药物的微量注射、生物分析、微量化学分析与检测，微电子设备冷却，便携式燃料电池等领域均展现了良好的应用前景。
[0004]其中的微泵是实现微流量供给的动力元件，能精确地传输微小流量，没有微泵就很难实现微流控系统功能的集成，因此微泵技术是驱动微流道中微流体运动的一种关键技术。
[0005]在微流控系统中，表面张力的影响变得十分明显，常规宏观的流体体积流动的驱动方法在微管道中效果不好甚至不可行。机械式微泵一般都含有泵膜，将其他形式的能量转化为泵膜的动能，然后依靠泵膜的上下振动泵送流体，几乎可以驱动任何流体，工作较可靠，在目前的研宄中占主导地位。
[0006]机械式微泵采用机械式单向阀作为流向控制机构，其优点是原理简单，加工工艺成熟，整流性好，有很好的反向止流性，工作效率高，是目前应用的主流。机械式微泵已有的驱动方式包括:激光冲击波驱动，压电致动器驱动(包括压电陶瓷、压电薄膜、压电双晶片)，静电驱动，电磁驱动，气泡驱动，形状记忆合金驱动，双金属驱动微泵，热气动力驱动等。在一定程度上和特定应用领域中，能够有效地驱动微流道中微流体定向流动，从而促进了微流控技术的发展。
[0007]其中，激光冲击波驱动，泵膜牺牲层在激光辐照下产生等离子体爆炸气团从而产生冲击波，因而泵膜使用寿命有限；压电驱动微泵制造工艺复杂，驱动电压高、功率消耗大；静电力驱动要求电极间隙很小、结构复杂，所以静电微泵的制作难度很大，静电驱动力通较小并且两个极板之间的绝缘问题对加工工艺要求很高；电磁驱动微泵能耗高，热损大，相对于其它类型微泵，体积大，不利于微型化；气泡微泵在使用时一般需要加热，因此其应用受到限制；形状合金记忆驱动的缺点是泵膜的变形较难控制，驱动响应时间慢；双金属驱动微泵、热气动力驱动微泵工作频率较低，流量难以提高。
[0008]这些微泵的共同特点是对输送流体要求不高，可输送绝大多数种类的流体，可靠性较高，但是驱动器的高频振动可能会引起泵膜和阀片的磨损，产生疲劳，影响使用寿命，而且结构复杂、尺寸不易微型化、制备困难，难以与其他微流体元件集成在一起。
【发明内容】
[0009]针对现有技术不足，本实用新型要解决的技术问题是提供一种泵膜寿命长、结构简单已加工并可微型化集成化的激光诱导双腔微泵。
[0010]为了克服现有技术不足，本实用新型采用的技术方案是:一种激光诱导双腔微泵，其包括具有内腔的泵体、与泵体连接并将内腔分隔为驱动腔和泵腔的弹性的泵膜、插入充满驱动液的所述驱动腔内部的光纤、设于泵体并与所述泵腔连通控制流体单向进入泵腔和单向流出泵腔的单向流动控制装置。
[0011]作为本实用新型激光诱导双腔微泵的技术方案的一种改进，所述单向流动控制装置包括与所述泵腔连通的收缩管和扩张管，所述收缩管的连通泵腔的内端沿长度方向向外不断收缩，所述扩张管的连通泵腔的内端沿长度方向向外不断扩大。
[0012]作为本实用新型激光诱导双腔微泵的技术方案的一种改进，所述收缩管和扩张管均为锥形管或喇叭形管。
[0013]作为本实用新型激光诱导双腔微泵的技术方案的一种改进，所述收缩管与所述扩张管形状相同、方向相反。
[0014]作为本实用新型激光诱导双腔微泵的技术方案的一种改进，所述光纤的前端延伸至靠近泵膜处。
[0015]作为本实用新型激光诱导双腔微泵的技术方案的一种改进，所述泵体设有兼作光纤固定板的泵盖，泵体、泵盖与泵膜围成所述驱动腔，光纤穿过并固定于所述泵盖。
[0016]作为本实用新型激光诱导双腔微泵的技术方案的一种改进，所述单向流动控制装置包括设于泵体并与所述泵腔连通的出口和入口，在出口和入口处设有单向阀。
[0017]作为本实用新型激光诱导双腔微泵的技术方案的一种改进，所述出口与入口位于泵体的同一侧面，所述单向阀设于所述泵腔与出口和入口之间。
[0018]作为本实用新型激光诱导双腔微泵的技术方案的一种改进，所述单向阀包括出口阀和入口阀，入口阀设有可向泵腔内弯曲偏移的内阀片，出口阀设有可向泵腔外弯曲偏移的外阀片。
[0019]作为本实用新型激光诱导双腔微泵的技术方案的一种改进，所述光纤的前端延伸至靠近泵膜处，所述泵体设有兼作光纤固定板的泵盖，泵体、泵盖与泵膜围成所述驱动腔，光纤穿过并固定于所述泵盖。
[0020]本实用新型的有益效果是:针对目前机械式微泵驱动方式存在的泵膜寿命短、结构复杂制备困难、尺寸不易微型化、难以满足一些特殊场合的需要的缺陷，本实用新型提出一种基于激光诱导空化的机械式微泵技术，利用激光聚焦于驱动腔中液体介质产生空化泡，利用空化泡生长和溃灭过程中产生的流体推进速度和推进力驱动泵膜振动，进而驱动微流道中液体的流动，实现微泵的泵送液体功能。该微泵具有毫秒级反应时间、泵膜的频率和幅度可以精确控制，不存在领域应用的局限性问题等多个重要特性；通过光纤将激光直接输送到空化点位置附近，能量利用率高，通过光纤传输激光，可实现无线和远程控制，不存在电磁干扰；泵膜无损耗使得泵膜的寿命长；驱动腔与泵腔分离使得驱动液种类与所输送流体种类可以分别选择从而使得泵送工作液种类无限制，为解决微流体的驱动问题提供了一种全新思路。该微泵可以广泛应用于药物的微量注射、微流控系统，生物分析、微量化学分析与检测、微电子设备冷却等领域。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型激光诱导双腔微泵的有阀微泵实施例的纵向剖面结构示意图。
[0022]图2是本实用新型激光诱导双腔微泵的无阀微泵实施例的纵向剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面对本实用新型的实施方式进行具体描述。
[0024]参考图1、图2所示，图1展示了一种激光诱导双腔无阀微泵，图2展示了一种激光诱导双腔有阀微泵。本实用新型一种激光诱导双腔微泵，其包括具有内腔的泵体10、与泵体10连接并将内腔分隔为驱动腔12和泵腔15的弹性的泵膜11、插入充满驱动液13的所述驱动腔12内部的光纤25、设于泵体10并与所述泵腔15连通控制流体16单向进入泵腔15和单向流出泵腔15的单向流动控制装置。单向流动控制装置是使流体16单向定向流动的控制结构，也称定向流动控制装置。针对目前机械式微泵驱动方式存在的泵膜11寿命短、驱动结构复杂、制备困难、尺寸不易微型化、难以满足一些特殊场合的需要的缺陷，本实用新型提出一种基于激光诱导空化的机械式微泵技术，利用激光26聚焦于驱动腔12中液体介质产生空化泡28，利用空化泡28生长和溃灭过程中产生的驱动液推进速度和推进力驱动泵膜11振动，进而驱动微流道中液体的流动，实现微泵的泵送液体功能。
[0025]具体地，当泵膜11回弹上升时，泵腔15体积增大，泵腔15内压力降低，流体16从入口和出口被吸入泵腔15，入口进入的比出口进入的流体16多；当泵膜11被推动下降时，泵腔15体积减少，泵腔15内压力升高，流体16从入口和出口被压出泵腔15，出口流出比入口流出多，因此在泵膜11上升和下降一个周期内，实现了由入口向出口的工作液流动，完成微泵输送工作液的功能。再通过激光多脉冲连续作用，连续不断地驱动泵膜11振动，提高泵膜11的振动幅度和频率，也可利用多路激光26共同作用产生空化泡28提高泵膜11的振动频率和幅度，进而驱动工作液完成微泵的功能，弥补现有技术的不足，解决传统微泵的制造难题和应用领域的局限性问题。
[0026]其中，光纤25由光纤转换接头固定在光纤固定板即泵盖21，引