微流体驱动以及控制技术

关键 词 ： 微 流体 ； 光驱 动 ； 电驱动 ； 表 面张 力驱动 ； 控 制
０引 言
目前 ， 微 系统 技术 正 在 不 断 更 新 ， 微 流 体 控 制 以及 流体 驱 动 的单 元 也 引入 了新 技 术 。 在微系统 中， 微 流 体 的体积 Ｅ ｌ 益减 小 ，与 此 同时 微 流 体 构 件 也 具 备 了更 优 的 性 能 ，表 面 张力 明显 ，流 体 的性 质 也 因此 获 得 了 改
也 表 现 出 连 续 性 和 动 态 性 。从 电 液 动 力 学 角 度 看 ， 微 型 的 非 机 械 泵 包 含 电动 泵 、 电渗泵 、 电化 学 泵 以 及 电 泳 泵 这 几类 此 外 ， 磁 流 控 领 域 又 诞 生 了新 式 的 驱 动
驱动效果 。 为此 ， 技术人员应当致力于改进现今的微 流 体驱动方 式 ， 引入 非机械式 的光 电磁微型泵 ， 如果条件 允许 ． 还可 以视情况引入混合式 的高效微 流体控制。
小． 这 也 改 变 了原 先 的 流 体 特 性 和 张 力 特 性 。从 工 程 角度 看 ， 如 果仍 沿用宏 观 驱动 的方 式 ， 那 么 很 难 收 获
优 良的控制 实效 。在这种 情况下 ， 就有必要 引入流 体
控 制 以及 流 体 驱 动 的新 方 式 ， 改 进 技 术 的 实效 。
过程 中 。 从 科研 角度 看 ， 非 机 械 的 微 型泵 主要 包 含 以下 类型： （ １ ） 光 驱 动 类 型 。光 驱 动 泵 具 备 混 合 器 和 光 激 发
根本上减 少试剂和样本 的消耗 ， 也加快 了总体 的分 析 速度 ， 消除 了附带 的污染 。 在微 系统 中 ， 微 流控单元 应 当视 作核 心性 的单 元 ，近些年 来微 系统 体积正 在 减
在 控 制 领 域 中 ，微 型 泵 能 够 用 来 转 换 其 它 类 型
前各行业都更加重 视微分析的相关技术 。 在这个领域
内， 微 流控 的方 式 已经被 推广采 用 ， 并 成 为 微 型 化 工 中 的要 点 技 术 。 相 比于传 统技 术 ， 微 分 析 系 统 可 以 在
的能量 （ 如 光能 、 电能或热 能 ） ， 经过 转化 流体就 可 以 受 到直 接的驱动＿ ３ ］ 。 相 比来 看 ， 微 型非机 械泵具备更简 单 的内在结构 ． 因而也 能够用 在控制和驱 动微流体 的
作者简介 ： 林琳 （ １ ９ ７ ６ 一 ） ， 硕 士研 究 生 ， 讲师， 研 究 方 向 为
进。 而在微流控的相关操作 中， 驱动单元 和控制单元是
其核心 ， 微 系 统 应 当 具 备 优 良的表 层 张 力 口 ］ ， 如 果 选 择 了 常 用 的 驱 动 方 法 ，那 么微 管 道 很 难 获 得 最 佳 的流 体
换光 电磁的能量 ， 可 以为驱动 流体施加动 能。一般情 况下 ， 非机 械泵都 无需设 置泵 体 阀门 ， 因此 这种 泵体
粒 子 通 常 都 具 备 亲 磁 性 的 特 点 。 因 而 能 够 用 来 控 制
某些单元 ， 对 这 些 构 件 应 选 择 合 适 的 方 式 来 完 成 驱 动 控制 ． 例 如 制 动 器 和 传 感 器 近 些 年 都 相 继 出 现 了微 型 的构 件 。相 比于 以往 的 情 况 ， 微 系 统 配 备 的 控 制 手 段
随着 技 术 的发 展 ， 出 现 了 纳 米 尺 度 或微 米 尺 度 的
的 内部结 构 ， 与之相应 。 学 术界也诞 生 了光流 控 的相
关词汇 。从本 质上看 ， 光 流 控 融 合 了光 学 技 术 、 微 流 控 的技 术 、 传感 器 的光学技 术 ， 其 优 势 在 与 泵 体 尺 寸 更小 、 结 构更 加 简单 、 集 成规 模 更大 等 ， 同 时 光 驱 动 还 能 够 摆 脱 不 同介 质 的 约 束 ，因 而 具 备 优 良的 运 用 前 景 。Ｊ ｔ Ｌ ￣ ， ｌ ， ， 光 流控 方式 能够用 来输送 特定 的介质 ， 具 体 输 送 中 需 要 先 加 入 特 定 的 纳 米 微 粒 ，这 种 纳 米
系 统 解 决 方 案
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微 流体 驱动以及控制 技术
林 琳
（ 厦 门 海 洋 职 业技 术 学 院 ， 福建 厦 门 ３ ６ １ ０ １ ２ ）
摘
要： 结合 现 有 的技 术状 态 ， 探 析 微 流体驱 动 和控 制的 相 关技 术 。
技术 ， 其 具体原理 为 ： 在输送流 体时 ， 通 常选择 光控制
的方式 ． 该方式 具备较 高 的潜能 ， 同时驱 动泵 也可 以 基 于离 心力 或 者 表 面 张力 。
１技ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ研究 的现状
２ ０ 世 纪末 开 始 ，微 全 分 析 系统 就 被 创 造 出来 ， 目
２微 流 体 驱 动 的相 关 技 术
也在快速更 新 。从 现状 来看 ， 微 流体控制 以及微 流体
驱动 可分为多样 的流程和方式 ， 通 常 包 含 了 微 型压 力 泵 和 非 机 械 的微 型 泵 ， 其 中机 械 微 型 泵 可 用 来 转 换 动
对 流 体 。但 是 磁 场 是 隐形 的 ， 这 种 不 可 见 的性 质 也 增 加 了聚 焦 时 的 难 度 。在 具 体 操 作 时 ， 可 以 视 作 分 离 的
能， 这 种 泵 体 内 设 可 移 动 的构 件 ， 如旋转泵 、 截 止 阀 泵
和涡轮 等。这 类流量泵更容易 匹配流量 ， 通 常包含 了
连 续 输 液 的行 星 齿 轮 泵 。应 当 注 意 的 是 ， 这 类 泵 体 设 置 了动 态 式 的 密 封 ， 因 此 有 必 要 慎 重 防 控 机 械 磨 损 或 泵 体 的 渗 漏 。与 之 相 比 ， 非 机 械 性 质 的微 型泵 通 过 转