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摘要：流体驱动单元是微器件不可或缺的组成部分。在本文中，我们提出了一种扩散引起的负压便携式微泵。通过添加缓存室，微泵的输出可长时间内持续稳定，且微泵的流速可通过改变溶剂的组成和扩散管长度进行灵活调节。该微泵可自供电，操作简便，特别适用于微器件的驱动。为证明微泵的潜在应用价值，我们采用微泵驱动流体，在芯片上实现了层流及液滴的形成和灵活操控，从而表明我们所发展的微泵可作为微流体的理想驱动力，在便携式分析和诊断领域有更多的潜在应用。34317
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毕业论文关键词：便携式微泵、流体驱动单元、微流控芯片
Portable Micropump for Microfluidic Platform
Abstract: Fluid driving unit is the fundamental and indispensable component of various microdevices. In this paper, we present a novel, portable micropump based on diffusion-induced negative pressure. The micropump output can be sustained consistently over a long term by adding a cache chamber, and regulated flexibly by varying the solvent compositions and the length of diffusing tube. This pump is robust, self-powered, easy to operate and couple with a microdevice. As a proof of conception, the laminar flow and droplets manipulation can be obtained stably and regulated flexibly, all of which demonstrates the proposed pump can be an ideal driving force in microfluidics and have more potential applications in portable analysis and diagnosis.
Keywords: portable micropump; fluid driving unit; microfluidics
1. 前言
微流控芯片是在微米尺度对流体进行操控的技术。微流控芯片具有的特性：比如快速样品处理，时间和空间的精确控制，高通量筛选，使其成为潜在的后备技术，有望用于生化分析，医学诊断和药物筛选[1,2]。
流动的驱动单元是各种微型器件不可或缺的组成部分。目前，广泛用于流体输运的主要是外部主动泵送机制，包括注射泵、高压电源、压缩空气、气动微泵阀系统等。这些主动泵输送流体具有精度高，稳定性好、流速可调等特点。但是它们所需的外部支持设备和电力供应限制了微流体内在的优点（便携性，能耗低，和小型化），且操作复杂繁琐。此外，在资源匮乏的环境中（如战场和野外），常规的带有大型外辅设备的流体输运设备常常不能有效运转，延误了紧急情况的诊断和治疗。
为克服上述限制，各种被动泵送方法相继被提出[3-6]，如毛细管泵、蒸发泵、脱气驱动泵、和指压泵等。毛细管泵主要有两种，一种是多孔基质（纸或纤文素膜）中的液体渗透作用[7]，另一种是微芯片中毛细管拉力诱导的流体流动[8,9]。前者已被广泛应用于各种类型的纸芯片，且孕检和血糖监测试纸已经成功商业化。毛细管力只可以输送低粘性流体,流速未知且不可调节，流体驱动仅可文持数分钟，上述缺点限制了毛细管泵在微流控研究的应用。
脱气驱动泵[10]是基于PDMS的高渗透性导致的负压。PDMS芯片真空室除去空气分子。当芯片被取出时，空气立刻填充在微通道。此时，PDMS本体中没有空气，微通道中的气体扩散到PDMS本体中，导致通道中压力比大气中的低。储液池的流体可通过该压力差被吸入到微通道。脱气驱动泵以被用于液滴捕获[11]，蛋白质结晶[12]及血细胞分离[13]，但它需要外部抽真空设备，且流体流速是不可调节的。
手压泵的动力源是指尖力[14-16]。通过使用多层软光刻，将指压泵部件，压力腔和止回阀均集成于微芯片。操作者用手指按压压力腔时，腔室变形，从而产生正压力。由于正压力是由腔室空间和手指力来决定的，液体运输是不稳定和不可重复的。另外，多层光刻和集成止回阀也增加了制造的复杂性，降低设备的可靠性。