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专利号: 2024111982549
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-01-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种利用液体蒸发效应的可连续驱动的微流控泵装置,其特征在于,包括:相机(1),隔离罩(2),微流控芯片(3),加热板(4),底层(5),加湿器(6),温湿度计(7);

所述相机(1)与隔离罩(2)连接,所述底层(5)设有微流控芯片(3);所述微流控芯片(3)下方设有加热板(4);所述微流控芯片(3)左侧设有加湿器(6),右侧设有温湿度计(7);

隔离罩(2)与底层(5)将微流控芯片(3),加热板(4),加湿器(6),湿度计(7)罩住,形成密闭空间;

其中,微流控芯片(3)包括蒸发层(31),微流控通道层(32)和粘合层(33);所述蒸发层(31)使用滤纸制作,放置在出口区(324)中,吸收来自入口区(321)中的液体并蒸发至外界;

微流控通道层(32)使用PDMS制作,由入口区(321),校准区(322),检测区(323)和出口区(324)组成;其中,入口区(321)呈圆形,上下贯通微流体通道层(32),允许液体进入至微流控通道层(32),校准区(322)位于螺旋通道外侧,流体速度在此处被观测,检测区(323)呈矩形,用于放置相关检测装置;出口区(324)呈圆形,上下贯通微流体通道层(32),是蒸发层(31)的放置区域;

粘合层(33)材质为压敏胶,成分是丙烯酸酯,在压力作用下与微流控通道层(32)、蒸发层(31)粘合成整体,避免出现微流控通道层(32)中的液体外泄情况。

2.根据权利要求1所述的一种利用液体蒸发效应的可连续驱动的微流控泵装置,其特征在于,隔离罩(2)由顶层板(21),四周挡板(22)组成,均为透明的PMMA材质;可透过顶层板(21)观察微流控芯片(3)中液体的流动情况;挡板(22)上贴有四块加热片(221),四块加热片并联成整体,可对隔离罩内的密闭环境进行加热,通过改变加热片(221)对应的输入功率,控制隔离罩内密闭环境的温度。

3.根据权利要求1所述的一种利用液体蒸发效应的可连续驱动的微流控泵装置,其特征在于,所述加热板(4)包括加热丝(401)和温度传感器(402);加热丝401和温度传感器(402)呈螺旋形并紧贴出口区(324),用于加热位于出口区(324)中的蒸发层(31)并稳定温度数值。

4.根据权利要求1所述的一种利用液体蒸发效应的可连续驱动的微流控泵装置,其特征在于,所述加湿器(6)是雾化加湿设备,对周围环境进行加湿。

5.根据权利要求1所述的一种利用液体蒸发效应的可连续驱动的微流控泵装置,其特征在于,所述湿度计(7)是温湿度计,可以采集、传输并显示周围环境的温湿度数值。

6.一种根据权利要求1的利用液体蒸发效应可连续驱动的微流控泵装置使用方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将微流控泵装置进行校准操作;

(2)将液体滴入到入口区,在毛细管力的作用下,液体会依次进入校准区和检测区,最终到达出口区,通过蒸发层向外界蒸发;其中,蒸发层的材质是快速滤纸,其含有大量的毛细管;当滤纸表面的液体向外界蒸发时,蒸发层表面会形成一个气液界面,该界面下的毛细管道内的压强减小,产生吸水力,将管道内的液体推向蒸发层表面;

(3)改变蒸发层处的温度,调节其表面液体的蒸发速率,进而控制微流控通道中液体的泵送速率。

7.根据权利要求6所述的一种微流控泵装置的使用方法,其特征在于,所述步骤(1)具体如下:(11)向入口区加入去离子水,使去离子水充满微流控通道层32,并到达出口区处,使得蒸发层完全浸湿;

(12)向入口区添加密度匹配的示踪颗粒,并将微流控芯片放置在实验平台上,将摄像机聚焦在校准区中心,连通电源给装置供电;

(13)调节加热板的运行功率,确保蒸发层底部的温度始终稳定22℃‑24℃;

(14)启动加热片与温湿度计构成的控温系统,调节隔离罩周围的加热片的功率,确保封闭环境温度稳定22℃‑24℃;

(15)启动加湿器与温湿度计构成的控湿系统,调节加湿器的运行功率,确保密闭环境湿度稳定50%‑55%;

(16)启动摄像机,拍摄校准区处的图像,以 10 至 20 Hz 的帧速率进行 10 次长度为

1分钟的记录,连续记录三次;

(17)使用MATLAB进行视频录制并处理,计算液体中粒子的移动速度;

(18)调整电源输出功率,升高加热板温度2℃,并稳定温度数值,重复步骤(14)‑(18)至温度达到50℃;

(19)处理上述数据,绘制蒸发层的温度与微流控通道中液体流速的线性关系,作为装置的校准曲线。

8.根据权利要求7所述的一种微流控泵装置的使用方法,其特征在于,所述步骤(3)改变蒸发层处的温度包括:加热板的温度控制和微流控芯片周围环境的温度控制。

9.根据权利要求7所述的一种微流控泵装置的使用方法,其特征在于,所述步骤(17)中,对录制的视频进行处理由PTV算法实现。