流體控制
微流體控制系統(tǒng)
微電子機械系統(tǒng) （ m i c r o - e l e c - t r o - m e c h a n i c a l s y s t em , 簡稱m em s ） 技術歷經(jīng)十幾年的發(fā)展, 已經(jīng)成為一種微型化的平臺技術。微流體器件和系統(tǒng)是m em s主要分支之一, 是m em s中市場潛力的一部分, 有著廣泛的軍民兩用前景, 因而受到各國政府、科研單位和企業(yè)界的高度重視。目前包括微流體生物芯片在內的微流體器件和系統(tǒng)已經(jīng)或即將進入市場, 有著巨大市場價值。
據(jù)調查, 微流體控制系統(tǒng)的*占整個m em s系統(tǒng)市場的4 0 %, 2 0 0 0年市場規(guī)模達到9 0億美元以上。微流體控制技術, 是指在特征尺度為微米到納米量級的結構 （微管道、微腔等） 中對微量流體進行移動、存儲和操作的一項新興技術, 實現(xiàn)如定位、定量注樣、泵、閥等功能。微流體的控制與宏觀流體有很大不同, 這主要是因為隨尺度的減小, 流動特性發(fā)生了變化。一方面, 當流動的特征尺度減小到微米時, 支配流動的各種作用力的相對地位發(fā)生了變化。如表面力的作用增大而相應的體積力的作用減小。生物學研究表明, 在低于1 m m時,表面力的作用要大于體積力。此外, 微器件的表面積- 體積比是常規(guī)機械的上百萬倍, 表面效應將會在微流體器件中起主導作用, 這大大影響了質量、動量和能量的傳輸。例如, 由于表面積/ 體積比大, 微管道流體的輻射和對流傳熱速率大大提高; 液體相對固體表面的潤濕性會嚴重影響微流體的流動。另一方面, 微流動中出現(xiàn)了一些經(jīng)典連續(xù)介質模型無法解釋的現(xiàn)象。液體微流動中表觀粘度與體積粘度的不一致就是其中的一個例子。這種流動特性的變化決定了宏觀流體的控制技術在微流體中的簡單移植往往不成功或者效果不好。當前, 微技術的種類很多, 有基于壓力、電水力、電滲流、熱、表面張力、離心力和聲波等各種機制的; 微機械泵和閥就是一種有代表性的基于壓力的微技術。基于電滲流和電水力學原理的微技術分別適用于電解質和電介質溶液, 它們都利用電場與流體的相互作用來控制流動, 具有控制靈活和的特點。其中電滲流在生物芯片中, 得到了廣泛的應用。利用固體和液體的相對潤濕性或表面張力的變化控制流體運動是一種很有前景的微流動控制方法, 這是由于表面張力在微流動中是主要作用力。早在1 0 0多年前, 意大利物理學家c a r l o m a r a n g o n i 就對由于流體組成變化或溫度梯度造成的表面張力的變化及隨之產生的液體流動的現(xiàn)象進行了研究。隨著m em s技術和現(xiàn)代物理和化學的發(fā)展, 人們逐漸有能力在微米乃至納米尺度修正材料的表面特性, 給這種依靠表面張力變化控制流動的現(xiàn)象賦予了新的生命。
近幾年, 在s c i e n c e和n a t u r e等刊物上相繼發(fā)表了若干篇相關的研究論文。如利用在固體基底形成表面潤濕圖案、通過改變液體成分在液體中形成表面張力梯度、利用電毛細力等都是基于表面張力效應的技術。還有很多基于其他原理的微方法, 如熱和離心力驅動 （前者是噴墨打印機中噴墨的主要原理） 。由于具有可動部件的微流體器件 （如微機械泵和閥） 工藝成本高、可靠性差, 因此開發(fā)無可動部件、簡單靈活的微技術是目前的一種發(fā)展趨勢。如基于離心力、電水力、電滲流和表面張力的微方法就屬于這一類技術。微流體器件和系統(tǒng)種類很多, 在環(huán)境、生物醫(yī)療和空間等領域都有著廣泛的應用。如生物芯片可用于疾病診斷、基因分析、藥物篩選等, 微型推進器可用于微型衛(wèi)星的姿態(tài)調整。這些應用將給相關的各個領域帶來一場革命, 乃至改變我們的生活觀念。
微系統(tǒng)zui有潛力的應用領域是在微分析領域。如基于微系統(tǒng)的生物芯片, 它將常規(guī)檢測中需要眾多儀器設備才能完成的注樣、分離、反應、檢測等步驟全部集成到了一塊芯片上, 從而簡化了操作, 降低了檢測成本, 縮短了檢測時間, 提高了檢測精度。原定于2 0 0 5年完成的人類基因組計劃, 在今年3月就已經(jīng)全部完成, 就是在很大程度上得益于9 6根陣列毛細管電泳技術的成熟和應用。
隨著納米技術的發(fā)展和微米/ 納米技術結合的日益深入, 納米技術也將在微流體領域發(fā)揮重要作用。新出現(xiàn)的“納流體”研究方向, 將在生物和醫(yī)藥方面的單細胞分析、蛋白和肽分析等領域起到積極的推動作用。清華大學微米納米技術研究中心歷經(jīng)十幾年的發(fā)展, 在國內系統(tǒng)、全面地開展了微流體系統(tǒng)的研究, 建立了從設計、工藝制造、分析的微流體平臺。成功研制了微機械泵、微型閥、微推進器、微流體分析芯片等一系列具有和國內*水平的微器件和系統(tǒng)。下面我們結合我們的研究對微流體系統(tǒng)的各個方面進行一個較為全面的介紹。
微型泵：微型泵和微型閥的研究是一個綜合性的集成研究課題, 涉及到的技術學科有機械動力學、彈性力學、材料力學、微流體力學、熱力學、電子學、電磁學等等, 其關鍵技術包括微型制造技術, 測試技術, 微裝配及控制技術等。清華大學微型泵研究課題組從微機械動力學角度出發(fā), 解決了致動、工藝、測試、建模等一系列關鍵技術問題, 為m em s的整體發(fā)展和微系統(tǒng)的研究和應用提供了堅實的技術基礎。微型泵、閥是一類典型的微執(zhí)行器, 有廣泛的軍民兩用價值。微泵、閥是微小型衛(wèi)星的微推進器中用于工質控制和供給*的關鍵部件, 其控制量、控制精度以及體積、功耗等綜合性能直接關系到微型推進器的性能指標; 在生化和醫(yī)療應用中, 緩慢*可用于注射胰島素; 微型泵、閥的另外一個典型的潛在應用對象是智能型單兵作戰(zhàn)系統(tǒng), 通過氣體、壓力、溫度等傳感部件, 單兵作戰(zhàn)中心控制單元可以獲取到士兵當前的生存環(huán)境參數(shù), 進而可以控制微型泵、閥執(zhí)行相應的操作進行溫度壓力控制、對有毒環(huán)境的中和。
噴墨打印機：目前, 基于m em s微型噴已成為m em s領域的一種典型器件, 并占有頗為重要的一席之地。它的應用涉及科學儀器、工業(yè)控制以及生物醫(yī)療等多個領域, 目前主要的應用方向有: 噴墨打印、芯片冷卻、氣流控制以及微型推進系統(tǒng), 應用于藥物霧化供給的微噴研究也正在興起。而已進入實用化的產品就是噴墨打印機的噴墨打印頭, 現(xiàn)今已形成年值數(shù)十億美元的市場, 而且還在不斷擴大。醫(yī)用霧化給藥微噴作為一種重要的非注射給藥途徑的醫(yī)用霧化給藥方式, 以其具有其他施藥方法無與比擬的優(yōu)點, 無論是其應用范圍還是其相關技術都得到了快速發(fā)展, 在醫(yī)療應用領域起著越來越重要的作用。但是由于傳統(tǒng)霧化給藥使用氟利昂作為壓力源, 此外, 當前霧化給藥系統(tǒng)的霧化粒子直徑和初速度較大, 粒子直徑分布不夠集中, 使得霧化給藥的藥物劑量利用率太低,造成藥物大量浪費, 而且由于粒徑分散, 使得藥物粒子不能抵達正確給藥部位, 帶來許多無法預計的副作用。這些問題給醫(yī)用霧化給藥的未來發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。
根據(jù)微型機電系統(tǒng) （ m em s ） *的低成本、大批量、高精度微加工等技術特點以及基于m em s噴墨打印機的成功產業(yè)化, 清華大學微米納米技術研究中心研制開發(fā)了可用于醫(yī)用霧化給藥的新型陣列微噴。該陣列微型噴的噴孔面上有利用微機械加工工藝刻蝕的直徑數(shù)微米、噴孔數(shù)為6 0 0的微噴孔陣列。噴頭的芯片尺寸為1 4 m m ×1 4 m m ×1 . 2 mm , 封裝后的整個微噴形狀及大小與電動牙刷相當。其工作原理: 在驅動器作用下形成的壓力波將藥物液體從微噴孔陣列的小孔處擠出形成霧化液滴從而達到霧化給藥目的。這種霧化給藥微噴使用方便, 便于隨身攜帶, 而且成本低、容易實現(xiàn)批量生產, 產業(yè)化前景很好。
企業(yè)全稱：上海環(huán)茂設備有限公司 ：張海 ： ：chnhm168@
2XZ-8旋片式真空泵氣鎮(zhèn)閥作用，2XZ-8B真空泵價格
紅河防爆稱（彭州吊鉤稱）郫都軌道衡）理縣透析*秤
油液水份檢測儀 指南
海慧VOCs在線監(jiān)測的系統(tǒng)特點分析
檢測包裝紙箱抗壓強度的儀器介紹
流體控制
實驗室常用HPLC / 有機溶劑純化系統(tǒng)
長假期后水分儀、自動電位滴定儀的維護、保養(yǎng)
工業(yè)防爆低溫制冷機的維修和保養(yǎng)
帆布軟連接的使用可有效保護零部件不受灰塵污染
SIUI汕頭研究所雙晶探頭5Z14FG20Z
國產薄膜壓力傳感器介紹
口罩材料拉力測試儀技術介紹
砝碼,砝碼廠家,鑄鐵砝碼廠家的材質分類介紹
HA-PLGA在組織工程支架方面的應用以及制備流程
干燥箱的結構說明
關于氣浮機的啟動及性能介紹
SHKD全智能無線高低壓核相儀 技術講解
柜式磨床吸塵器注意事項
直線篩的耐磨涂層的功能和方法是什么？
微電子機械系統(tǒng) （ m i c r o - e l e c - t r o - m e c h a n i c a l s y s t em , 簡稱m em s ） 技術歷經(jīng)十幾年的發(fā)展, 已經(jīng)成為一種微型化的平臺技術。微流體器件和系統(tǒng)是m em s主要分支之一, 是m em s中市場潛力的一部分, 有著廣泛的軍民兩用前景, 因而受到各國政府、科研單位和企業(yè)界的高度重視。目前包括微流體生物芯片在內的微流體器件和系統(tǒng)已經(jīng)或即將進入市場, 有著巨大市場價值。
據(jù)調查, 微流體控制系統(tǒng)的*占整個m em s系統(tǒng)市場的4 0 %, 2 0 0 0年市場規(guī)模達到9 0億美元以上。微流體控制技術, 是指在特征尺度為微米到納米量級的結構 （微管道、微腔等） 中對微量流體進行移動、存儲和操作的一項新興技術, 實現(xiàn)如定位、定量注樣、泵、閥等功能。微流體的控制與宏觀流體有很大不同, 這主要是因為隨尺度的減小, 流動特性發(fā)生了變化。一方面, 當流動的特征尺度減小到微米時, 支配流動的各種作用力的相對地位發(fā)生了變化。如表面力的作用增大而相應的體積力的作用減小。生物學研究表明, 在低于1 m m時,表面力的作用要大于體積力。此外, 微器件的表面積- 體積比是常規(guī)機械的上百萬倍, 表面效應將會在微流體器件中起主導作用, 這大大影響了質量、動量和能量的傳輸。例如, 由于表面積/ 體積比大, 微管道流體的輻射和對流傳熱速率大大提高; 液體相對固體表面的潤濕性會嚴重影響微流體的流動。另一方面, 微流動中出現(xiàn)了一些經(jīng)典連續(xù)介質模型無法解釋的現(xiàn)象。液體微流動中表觀粘度與體積粘度的不一致就是其中的一個例子。這種流動特性的變化決定了宏觀流體的控制技術在微流體中的簡單移植往往不成功或者效果不好。當前, 微技術的種類很多, 有基于壓力、電水力、電滲流、熱、表面張力、離心力和聲波等各種機制的; 微機械泵和閥就是一種有代表性的基于壓力的微技術。基于電滲流和電水力學原理的微技術分別適用于電解質和電介質溶液, 它們都利用電場與流體的相互作用來控制流動, 具有控制靈活和的特點。其中電滲流在生物芯片中, 得到了廣泛的應用。利用固體和液體的相對潤濕性或表面張力的變化控制流體運動是一種很有前景的微流動控制方法, 這是由于表面張力在微流動中是主要作用力。早在1 0 0多年前, 意大利物理學家c a r l o m a r a n g o n i 就對由于流體組成變化或溫度梯度造成的表面張力的變化及隨之產生的液體流動的現(xiàn)象進行了研究。隨著m em s技術和現(xiàn)代物理和化學的發(fā)展, 人們逐漸有能力在微米乃至納米尺度修正材料的表面特性, 給這種依靠表面張力變化控制流動的現(xiàn)象賦予了新的生命。
近幾年, 在s c i e n c e和n a t u r e等刊物上相繼發(fā)表了若干篇相關的研究論文。如利用在固體基底形成表面潤濕圖案、通過改變液體成分在液體中形成表面張力梯度、利用電毛細力等都是基于表面張力效應的技術。還有很多基于其他原理的微方法, 如熱和離心力驅動 （前者是噴墨打印機中噴墨的主要原理） 。由于具有可動部件的微流體器件 （如微機械泵和閥） 工藝成本高、可靠性差, 因此開發(fā)無可動部件、簡單靈活的微技術是目前的一種發(fā)展趨勢。如基于離心力、電水力、電滲流和表面張力的微方法就屬于這一類技術。微流體器件和系統(tǒng)種類很多, 在環(huán)境、生物醫(yī)療和空間等領域都有著廣泛的應用。如生物芯片可用于疾病診斷、基因分析、藥物篩選等, 微型推進器可用于微型衛(wèi)星的姿態(tài)調整。這些應用將給相關的各個領域帶來一場革命, 乃至改變我們的生活觀念。
微系統(tǒng)zui有潛力的應用領域是在微分析領域。如基于微系統(tǒng)的生物芯片, 它將常規(guī)檢測中需要眾多儀器設備才能完成的注樣、分離、反應、檢測等步驟全部集成到了一塊芯片上, 從而簡化了操作, 降低了檢測成本, 縮短了檢測時間, 提高了檢測精度。原定于2 0 0 5年完成的人類基因組計劃, 在今年3月就已經(jīng)全部完成, 就是在很大程度上得益于9 6根陣列毛細管電泳技術的成熟和應用。
隨著納米技術的發(fā)展和微米/ 納米技術結合的日益深入, 納米技術也將在微流體領域發(fā)揮重要作用。新出現(xiàn)的“納流體”研究方向, 將在生物和醫(yī)藥方面的單細胞分析、蛋白和肽分析等領域起到積極的推動作用。清華大學微米納米技術研究中心歷經(jīng)十幾年的發(fā)展, 在國內系統(tǒng)、全面地開展了微流體系統(tǒng)的研究, 建立了從設計、工藝制造、分析的微流體平臺。成功研制了微機械泵、微型閥、微推進器、微流體分析芯片等一系列具有和國內*水平的微器件和系統(tǒng)。下面我們結合我們的研究對微流體系統(tǒng)的各個方面進行一個較為全面的介紹。
微型泵：微型泵和微型閥的研究是一個綜合性的集成研究課題, 涉及到的技術學科有機械動力學、彈性力學、材料力學、微流體力學、熱力學、電子學、電磁學等等, 其關鍵技術包括微型制造技術, 測試技術, 微裝配及控制技術等。清華大學微型泵研究課題組從微機械動力學角度出發(fā), 解決了致動、工藝、測試、建模等一系列關鍵技術問題, 為m em s的整體發(fā)展和微系統(tǒng)的研究和應用提供了堅實的技術基礎。微型泵、閥是一類典型的微執(zhí)行器, 有廣泛的軍民兩用價值。微泵、閥是微小型衛(wèi)星的微推進器中用于工質控制和供給*的關鍵部件, 其控制量、控制精度以及體積、功耗等綜合性能直接關系到微型推進器的性能指標; 在生化和醫(yī)療應用中, 緩慢*可用于注射胰島素; 微型泵、閥的另外一個典型的潛在應用對象是智能型單兵作戰(zhàn)系統(tǒng), 通過氣體、壓力、溫度等傳感部件, 單兵作戰(zhàn)中心控制單元可以獲取到士兵當前的生存環(huán)境參數(shù), 進而可以控制微型泵、閥執(zhí)行相應的操作進行溫度壓力控制、對有毒環(huán)境的中和。
噴墨打印機：目前, 基于m em s微型噴已成為m em s領域的一種典型器件, 并占有頗為重要的一席之地。它的應用涉及科學儀器、工業(yè)控制以及生物醫(yī)療等多個領域, 目前主要的應用方向有: 噴墨打印、芯片冷卻、氣流控制以及微型推進系統(tǒng), 應用于藥物霧化供給的微噴研究也正在興起。而已進入實用化的產品就是噴墨打印機的噴墨打印頭, 現(xiàn)今已形成年值數(shù)十億美元的市場, 而且還在不斷擴大。醫(yī)用霧化給藥微噴作為一種重要的非注射給藥途徑的醫(yī)用霧化給藥方式, 以其具有其他施藥方法無與比擬的優(yōu)點, 無論是其應用范圍還是其相關技術都得到了快速發(fā)展, 在醫(yī)療應用領域起著越來越重要的作用。但是由于傳統(tǒng)霧化給藥使用氟利昂作為壓力源, 此外, 當前霧化給藥系統(tǒng)的霧化粒子直徑和初速度較大, 粒子直徑分布不夠集中, 使得霧化給藥的藥物劑量利用率太低,造成藥物大量浪費, 而且由于粒徑分散, 使得藥物粒子不能抵達正確給藥部位, 帶來許多無法預計的副作用。這些問題給醫(yī)用霧化給藥的未來發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。
根據(jù)微型機電系統(tǒng) （ m em s ） *的低成本、大批量、高精度微加工等技術特點以及基于m em s噴墨打印機的成功產業(yè)化, 清華大學微米納米技術研究中心研制開發(fā)了可用于醫(yī)用霧化給藥的新型陣列微噴。該陣列微型噴的噴孔面上有利用微機械加工工藝刻蝕的直徑數(shù)微米、噴孔數(shù)為6 0 0的微噴孔陣列。噴頭的芯片尺寸為1 4 m m ×1 4 m m ×1 . 2 mm , 封裝后的整個微噴形狀及大小與電動牙刷相當。其工作原理: 在驅動器作用下形成的壓力波將藥物液體從微噴孔陣列的小孔處擠出形成霧化液滴從而達到霧化給藥目的。這種霧化給藥微噴使用方便, 便于隨身攜帶, 而且成本低、容易實現(xiàn)批量生產, 產業(yè)化前景很好。
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