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