基于电润湿效应驱动的微泵设计与分析

温锦锋，江 帆，沈 健，祝 韬，陈美蓉

(广州大学 机械与电气工程学院机电工程系，广东 广州 510006)

引言

微流体系统广泛地应用于化学分析、生物防御、分析生物学以及微机电系统(MEMS)等方面[1]。而在许多的微流体系统中，微泵是一个重要的组成部分。

传统的微泵按照工作原理一般分为机械式微泵和非机械式微泵[2-3]。但是传统的机械式微泵一般结构复杂，制作成本高，而传统非机械式微泵一般需要在外部增加复杂的驱动电路或设备。为了克服传统微泵的不足提出了一种基于EWOD现象驱动的微泵。

介质上电润湿效应(EWOD)是一种通过施加电压来改变液滴接触角大小的方法，如图1所示。通过改变液滴某一侧与固相的接触角，进而在液滴的表面可以产生压力梯度，从而可以驱动液滴。在许多的研究中都证明利用EWOD现象驱动液滴是一种可行的方案[4-6]。2011年，SHABANI等[7]提出了一种利用EWOD现象驱动液滴直线运动的微泵。但是还存在一些缺点，例如：

(1) 这种结构的微泵本质上还是离散液滴的移动，并不是连续液体的泵送；

(2) 该微泵的泵送会消耗液滴，所以该微泵若要持续工作需及时人为补充液滴。

图1 EWOD原理图

而本研究提出了一种基于EWOD现象驱动的微泵，如图2所示，该微泵通过EWOD现象控液滴在泵腔内往复周期性的振动，进而实现泵腔内容积周期性变化，再加上锥形流阻单向结构的作用[8-9]，从而可以在没有任何机械运动结构的情况下实现连续流体的持续运输。

图2 EWOD微泵原理示意图