一种用于生化传感检测的压电式行波微流泵的研究.pdf

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1、第24卷第11期传感技术学报V01.24No.112011年11月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSNOV.2011StudyofTravelingWavePiezoelectricMicropumpUsedforBiochemicalSensingDetectionZHANChuanna,ZHANGWei,LITing,YANGChangrui,YUEZhao,NIUWencheng,HUGuohua(DepartmentofElectronics,NankaiUniversity,Tianjin

2、300071,China)Abstract:Basedonthetheoryoftravelingwave,anewpiezoelectricmicropumpispresentedinthispapertoreducethesample.Firstly,theprincipleoftravelingwaveisprovedandsimulatedbyFluentsoftware.Secondly,twodifferentmicropumpswithstraightmicrochannelandsaw-toothmicrochanne

3、laredesignedandfabricated.Drivenbypiezoelectricactuatorarrayandhome—madecircuit,thecharacteristicsofthetwomicropumpsaretestedatdifferentfrequenciesandappliedvoltages.ResultshowSthatthemicropumpwithasaw—toothmicrochannelhasabetterper-formance,whichhasthemaximumflowrateof

4、33.36IxL/minandbackpressureof1.13KPaundersquaresignalwithamplitudeof26V,frequencyof1437Hzand1:1dutyratio,themicropumpcansatisfythepowertransportationinbiochemicaldetection.Keywords:biochemicalsensingdetection;micropump;travellingwave;piezoelectricbimorph;saw—toothmicroc

5、hannelEEACC:2575;8340Cdoi:10.3969/j.issn.1004-1699.2011.11.001一种用于生化传感检测的压电式行波微流泵的研究水战传娜,张维,李亭,杨长锐,岳钊,牛文成,刘国华(南开大学电子系,天津300071)摘要:为了减少生化传感器中样品的消耗,基于行波原理,本文设计了一种新型的压电式微流泵。首先,理论证明了行波的产生机理,并用流体仿真软件Fluent进行了验证;其次,设计并制作了锯齿沟道和直沟道两种结构的微流泵,在压电双晶片阵列的驱动下,测量了这两种微流泵在不同频率和电压下的特性。结果表

6、明锯齿形沟道结构的压电式行波微流泵性能更优良,在幅度为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33.36I~L/min和1.13kPa,能够满足生化检测中动力输送要求。关键词:生化传感测量;微流泵;行波;压电双晶片;锯齿沟道中图分类号:TH323文献标识码:A文章编号:1004—1699(2011)11—1517—05表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance,内部存在微阀等机械可动部件,必然受到加工工艺和SPR)作为一种非标记光学生物传感器技术,普遍的加工精度的限制,不利

7、于微型化的发展趋势。同时阀用于各种生物化学检测。为了提高SPR的检测效门频繁开关,稳定性和使用寿命均受到一定程度的影率,减少样品消耗,通常将微流控技术与SPR相结合,响。而无阀微流泵利用了流体在微尺寸下的新特点,即在SPR生物传感器中使用微流控芯片1]微流泵其原理新颖,结构简单,容易加工,运行可靠,成本低是微流控芯片系统的核心部件,它负责为整个系统的廉_3]。本文提出了一种新型的无阀微流泵,它是在行工作提供流体驱动力,主要用于控制样品和试剂的泵波的驱动[4]下工作的。行波的产生方式是通过驱动送以及废料的排出.同时控制样品、试剂的流量和

8、流控制电路产生四路(或更多)振幅相同,频率相同,振速。根据其有无可动阀片,微流泵可分为有阀型微流动方向相同。相位相差90。的方波控制信号,来驱动压泵和无阀型微流泵。就目前的微流泵制作_T:艺来说,电双晶片l5]阵列,利用

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