微流控芯片是生化传感器的重要组成部分,而微流泵是微流控芯片的核心组成单元,它能够减少生化反应中的样品消耗。本论文的主要工作就是研究制作一种用于生化传感器的微流控系统,具体工作包括以下几个方面:
1提出了行波驱动微流泵这一理论,并对此理论进行了理论推导和仿真验证,同时,也进一步说明了行波的产生方式,行波是由四片压电双晶片在四路频率相同,振幅相同,相位相差90度的方波控制下产生的。
2研究了压电行波微流泵的制作工艺以及参数设置。对影响行波微流泵性能稳定的各种因素有一个全面的了解,在此基础上,参考各种文献,能够提出改善性能的技术方案。
3设计了微流泵的驱动控制电路,包括直流稳压电源,单片机控制电路。设计的电路能够产生控制四片压电双晶片的方波信号,并且能够实时的显示出当前设置的方波信号的频率,幅度,和时间信息。
4制作了两种沟道结构的压电行波微流泵,分别是条形沟道和锯齿形沟道结构的微流泵,测量其频率,电压等因素对微流泵流速的影响,并且测量了其最大背压。
5使用流体仿真软件Fluent,对制作的压电行波微流泵进行了流体仿真,并且将仿真的结果与实验的结果进行比较和分析。
实验结果和仿真结果都证明了行波理论的可行性,同时通过对两种沟道结构的微流泵的实验对比,结果发现锯齿形沟道结构的微流泵有着更好的性能,它在驱动电压幅度为26V,频率为1437Hz,占空比为1的方波驱动下,它的最大流速和最大背压分别是33.36μ l/min和1.13KPa,这完全能够满足生化传感器对液体传送动力的需求。
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