基于微流控芯片的五腔室压电蠕动微泵的设计

孙仕欣，李保庆，马 托，王友谡，褚家如

（中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系，合肥230026）

微泵是一种输送流体的设备[1]，具有体积小、重量轻、集成度高等特点[2]，被广泛应用于医学[3]、生物学[4]和微电子[5]等领域。根据微泵工作原理的不同，微泵可分为机械式微泵和非机械式微泵。机械式微泵相较于非机械式微泵具有更好的生物兼容性，因此被更广泛地应用。蠕动微泵作为机械式微泵的一个重要分支，其工作原理为以一定时序驱动外部或内部致动器从而驱动微腔室内流体，使各腔室之间的流体以定向可控的形式发生流动[6]。

20 世纪90年代初Jan G Smits 首次提出蠕动微泵[7]。与其他机械式微泵不同，蠕动泵的微通道中没有运动部件，不需要被动阀来校正流量，因此可避免由于微粒和活细胞粘在阀门上而造成的生物试剂污染或微泵受损[8]。Amirhesam Banejad 等人提出的气动蠕动微泵，最大流量为56.28 μL/min，反向截止压强最大可达50 kPa[9]，虽然其具有较大的流量和反向截止压强，但由于该微泵尺寸较大，芯片厚度达8 mm，无法适用于如床旁诊断、器官芯片等涉及微流量精确控制的应用场景。2011年Chung-Shao Chao 等人提出了具有一体式PZT（压电陶瓷驱动器）驱动单元的三腔室压电蠕动微泵，流量最大可达0.6 μL/min[10]，具有作用力大、结构相对简单等优点。但其制造工艺复杂、成本高，并且集成式微泵不易于清洗，存在交叉污染等风险。Tuo Ma 等人提出了一种微流控芯片和致动器相互分离的压电蠕动微泵，具有响应速度快、芯片即插即用等优点。……