閆姿姿，李?yuàn)檴?2，李銘浩，張明航，李鐵軍,2，戴士杰,2

（1.河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津300130；2.河北工業(yè)大學(xué)機(jī)器人自動(dòng)化研究所，天津300130）

基于電解反應(yīng)的便攜式微流體泵送裝置設(shè)計(jì)及其性能研究

閆姿姿1，李?yuàn)檴?,2，李銘浩1，張明航1，李鐵軍1,2，戴士杰1,2

（1.河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津300130；2.河北工業(yè)大學(xué)機(jī)器人自動(dòng)化研究所，天津300130）

微流體的進(jìn)樣和高效泵送是微流控芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)其功能的基礎(chǔ)，目前多采用微流體注射泵實(shí)現(xiàn)對(duì)微量流體的輸送，但與微流控芯片相比，泵體體積較大，且難于與芯片集成．本文基于電解食鹽水原理，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種廉價(jià)的便攜式微流體泵送裝置，通過直流電源電解生成的氣相流體產(chǎn)生的壓力驅(qū)動(dòng)2種液相流體流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微流體的可控泵送．微泵主體結(jié)構(gòu)由3D打印而成，用于微泵性能測(cè)試的PDMS微流控芯片則利用軟光刻工藝加工，體積僅為數(shù)立方厘米．在5～10 V直流電壓的驅(qū)動(dòng)下，可實(shí)現(xiàn)4～12 L/m in的流量，且流量與電壓呈近似線性關(guān)系．利用該裝置，在自主設(shè)計(jì)、加工并封裝的液滴生成微流控芯片中生成了均勻的液滴，驗(yàn)證了該裝置在微流體泵送過程中的可靠性．

微流控；微流體泵送；便攜；電解；液滴生成

0 引言

微流控芯片（M icrofluidic Chip）是一種在微米尺度空間對(duì)流體進(jìn)行操縱的技術(shù)．通過對(duì)芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)微通道中的流體進(jìn)行操控以實(shí)現(xiàn)快速診斷[1-2]、新物質(zhì)合成[3-4]、微反應(yīng)[5]、細(xì)胞培養(yǎng)[6]等目的，研究與微通道相適應(yīng)的微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)微通道中流體控制的前提和基礎(chǔ)[7-8]．目前，微流控系統(tǒng)中的流體驅(qū)動(dòng)方式主要有壓力驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng)微泵和電水力[9-10]（EDH）驅(qū)動(dòng)等，如Zengerled R等[11]提出一種利用閥與驅(qū)動(dòng)流體的壓差響應(yīng)之間的相移來實(shí)現(xiàn)流體的雙向驅(qū)動(dòng)的微型機(jī)械泵，施加電壓大小為150～200V；Gao等[12]提出利用電滲法來驅(qū)動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)，此微泵尺寸為30mm×15mm×2mm，尺寸小且易于集成，但所需施加的電壓可高達(dá)50 V，若作為原動(dòng)力驅(qū)動(dòng)微生物的運(yùn)動(dòng)，50 V電壓下產(chǎn)生的焦耳熱會(huì)影響微生物的活性，且加工難度大．Salari等[13]和Lang等[14]提出利用交流電熱方法實(shí)現(xiàn)泵送，可在較小的電壓下（5 V）驅(qū)動(dòng)大電導(dǎo)率的生物流體，且易與芯片集成，但存在加工困難、流體泵送速度慢、容易產(chǎn)生漩渦影響泵送效果等問題．2014年，Li等[15]研制一種電解驅(qū)動(dòng)微泵，此種微泵利用USB作為驅(qū)動(dòng)電源，通過電解飽和食鹽水生成氣體的方法來操縱液滴的生成．其工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工難度低，液滴生成部分微通道體積小，易實(shí)現(xiàn)微流控芯片的集成化．但由于受銅電極較差的耐腐蝕性和穩(wěn)定性的限制，導(dǎo)致微泵難于實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)利用．

本文采用穩(wěn)定性和耐腐蝕性強(qiáng)的石墨電極作為電解電極，利用直流穩(wěn)壓電源（或者干電池、USB電源等能提供相應(yīng)直流電勢(shì)的電源）作為驅(qū)動(dòng)能源，為飽和食鹽水的電解提供電能，并將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能．驅(qū)動(dòng)微泵的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用3D打印加工，制作工藝簡(jiǎn)單．本文的實(shí)驗(yàn)研究表明，基于電解原理的便攜式微泵可以實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)利用，具有較高的壽命．為了驗(yàn)證該微泵對(duì)流體的驅(qū)動(dòng)性能，本文利用標(biāo)準(zhǔn)軟光刻制備了Y型微通道，封裝后的微流控芯片與電解微泵集成，可實(shí)現(xiàn)對(duì)分散相（水和甘油混合溶液）和連續(xù)相（硅油）的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，能夠生成穩(wěn)定、可控的液滴，表明了微泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性．此外，本文給出了5～10V電壓下微泵對(duì)水的驅(qū)動(dòng)速率曲線，對(duì)微泵的性能參數(shù)進(jìn)行了定量評(píng)估．

1 微泵的設(shè)計(jì)

1.1 電解微泵的工作機(jī)理

本文所設(shè)計(jì)微泵工作機(jī)理簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，通過在石墨電極上施加電信號(hào)即可在連通式電解液儲(chǔ)液腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)飽和食鹽水的電解的氣體Cl2和H2分別作為驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)2個(gè)獨(dú)立式儲(chǔ)液腔的液相流體在微通道中運(yùn)動(dòng)．飽和食鹽水的電解反應(yīng)原理如式(1)所示．

微泵工作原理如圖1所示，直流電源陰極和陽(yáng)極分別與左側(cè)電解液儲(chǔ)液腔相中的2個(gè)石墨電極相連接，通電后，陰極和陽(yáng)極上得失電子情況如式(2)和(3)所示．

由反應(yīng)式可知，電解過程中在電極的陰極和陽(yáng)極上分別會(huì)生成H2和Cl2，2種氣體經(jīng)由四氟管連接進(jìn)入右側(cè)獨(dú)立式腔體，并將其中的液體壓入微流控芯片中．

圖1 微泵工作原理圖（以單相流體驅(qū)動(dòng)為例）Fig.1 Working principleof them icro-pump(Single-phase fluid drive)

本文采用去離子水測(cè)量流體在通道中的平均流速，平均流速計(jì)算式為

其中si和ti分別表示第i次流體測(cè)速實(shí)驗(yàn)（共n次）中流體流過的距離．進(jìn)而，單位時(shí)間內(nèi)流體流量Q可表示為

其中A表示微通道的截面面積．

利用微流控芯片可生成微尺寸的液滴．液滴生成過程中，以其中一種液體作為連續(xù)相，另外一種作為分散相，并且結(jié)合微通道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于剪切作用，分散相會(huì)被連續(xù)相剪切形成液滴并均勻分散于連續(xù)相中．根據(jù)連續(xù)相和分散相液體的不同，生成的液滴可分為油包水型（W/O）或者水包油型（O/W）．本文中右側(cè)獨(dú)立式腔體的液相分別為油和水，左側(cè)連通室電解液儲(chǔ)液腔反應(yīng)產(chǎn)生的Cl2和H2則作為驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)油相和水相運(yùn)動(dòng)，此時(shí)油相為連續(xù)相，水相為分散相，最終生成油包水型（W/O）液滴．

1.2 微泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2a）為采用PDMS（Polydimethylsiloxane）軟光刻工藝和3D打印工藝制作的微泵結(jié)構(gòu)圖．該方案（方案1）利用聚合物材料PDMS將微泵的本體結(jié)構(gòu)和微通道進(jìn)行集成．由于PDMS的楊氏模量較小，易于產(chǎn)生變形，過大的變形量會(huì)導(dǎo)致氯化鈉溶液腔體的有效體積不足，且腔體頂部的變形會(huì)導(dǎo)致微泵的本征結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定．為此，本文采用有限元仿真軟件Patran對(duì)PDMS軟光刻工藝下的微泵結(jié)構(gòu)的變形量進(jìn)行了靜力學(xué)分析，如圖2b）所示，仿真參數(shù)為：彈性模量Es=1.8MPa，泊松比=0.48，密度=1 194.05 kg/m3．仿真結(jié)果表明，PDMS聚合材料在微泵制作過程中會(huì)產(chǎn)生塌陷，塌陷率為17.6％，結(jié)構(gòu)的塌陷會(huì)導(dǎo)致氯化鈉溶液腔體的有效體積不足．且PDMS具有很強(qiáng)的透氣性能，不利于反應(yīng)中氣體儲(chǔ)存和利用．因此，雖然PDMS是微流控芯片制作中最為常用的材料，但此處不采用PDMS作為微泵主材．

圖2 微泵設(shè)計(jì)方案1Fig.2 Scheme A of them icro-pump

為了避免PDMS微泵的缺點(diǎn)，本文采用結(jié)構(gòu)穩(wěn)固且密封性較好的PLA塑料作為微泵主材．PLA塑料具有高復(fù)合性能，可實(shí)現(xiàn)快速粘貼、封裝，從而大大降低了封裝難度且成品率有了很大程度的提高．利用3D打印材料制備微反應(yīng)器，并將其與亞克力板粘和，同時(shí)利用石墨作為電解電極可實(shí)現(xiàn)微泵的多次重復(fù)利用，微泵制作工工藝簡(jiǎn)單，具有較長(zhǎng)的使用壽命．該方案（方案2）的設(shè)計(jì)三維圖如圖3所示，微泵泵體結(jié)構(gòu)主要由4個(gè)微腔組成，連通式電解液儲(chǔ)液腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)電解反應(yīng)，另外2個(gè)獨(dú)立式儲(chǔ)液腔用于貯存油和水，同時(shí)電解液儲(chǔ)液腔反應(yīng)產(chǎn)生的Cl2和H2由四氟管連接分別通入獨(dú)立式儲(chǔ)液腔內(nèi)部作為驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)液體進(jìn)入微通道．此種微泵設(shè)計(jì)整體尺寸為37.5mm×22mm×14mm，其中內(nèi)部4個(gè)儲(chǔ)液腔的尺寸均為15mm×7mm×11mm．

圖3 微泵設(shè)計(jì)方案2Fig.3 Scheme B of them icro-pump

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)試劑：氯化鈉晶體；去離子水；PDMS聚合物和塑化劑，美國(guó)Dow Corning公司；二甲基硅油，天津市博迪化工股份有限公司；異丙醇、甘油、冰乙酸、無水乙醇、顯影干粉、三甲基氯硅烷，天津市博迪化工股份有限公司；硅烷偶聯(lián)劑，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；硅膠，上海鳴生橡膠廠等．

實(shí)驗(yàn)儀器：塑封機(jī)，青島皇冠電子有限公司，型號(hào)EL-9DF；電子天平，奧豪斯儀器（常州）有限公司，型號(hào)SE202FZH；電熱恒溫干燥箱，上海景邁儀器設(shè)備有限公司，型號(hào)XMA-HX-6000；真空泵，浙江飛越機(jī)電有限公司，型號(hào)FY-1H-N；真空釜，上海三愛思試劑有限公司；等離子機(jī)，美國(guó)Harrick Plasma公司，型號(hào)PDC-002；顯微鏡，日本尼康公司，型號(hào)TI-DH；CCD攝像機(jī)，日本尼康公司，型號(hào)DS-Qi2；移液器；載玻片；鑷子；培養(yǎng)皿；四氟管；注射器；平頭針頭；手套；亞克力板；直流穩(wěn)壓電源，安泰信科技有限公司，型號(hào)APS3005Dm；萬(wàn)用表等．

2.2 測(cè)速及液滴生成微通的制作

2.2.1 微通的道構(gòu)型設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證電解微泵的可行性，設(shè)計(jì)了如圖4a）所示的微通道，用于測(cè)量微流體的平均流速．通道基底為玻璃，上層為與玻璃基底鍵合的PDMS微通道，其中通道的總長(zhǎng)度為219mm，高度為40m，寬度為300m．Cl2和H2所驅(qū)動(dòng)的液體分別由入口A和入口B進(jìn)入測(cè)速通道，從出口A和出口B流出．液體流過局部圖①和局部圖②的標(biāo)記位置處分別計(jì)時(shí)，最終求取平均值得到流體在微通道中的平均流速．液滴生成微通道如圖4b）所示，Y型通道寬度為300m，高度為40m，H2和Cl2分別驅(qū)動(dòng)分散相和連續(xù)相從入口C和D進(jìn)入，由于剪切作用生成的油包水（W/O）型液滴從出口E流出．

圖4 PDMS微通道Fig.4 M icro-channelsmadeof PDMS

2.2.2 微通道的制作

掩膜是光刻加工過程中必不可少的元件，其上有一定形狀的圖案．光刻過程中，可通過紫外光的照射把掩膜上的圖案轉(zhuǎn)印到感光材料上．本文中微通道的加工使用的感光材料為感光干膜，此種感光干膜為負(fù)膠，在曝光過程中被固化的光刻膠不易被顯影液清洗掉，未被固化的部分容易被清洗掉．微通道的制作工序如圖5所示：1）用AutoCAD繪圖軟件繪制實(shí)驗(yàn)所需微通道并將其保存為矢量圖，以菲林做為底片，采用高分辨率方式打印出光刻加工所需掩膜；2）利用塑封機(jī)將感光干膜與亞克力板進(jìn)行塑封使感光干膜與基底貼合更緊密并將基底置于80℃恒溫箱中烘烤5m in；3）將貼有感光干膜的基底置于曝光機(jī)中進(jìn)行紫外線曝光，時(shí)間設(shè)置為60s，并用顯影干粉配制的顯影劑進(jìn)行顯影沖洗，顯影后用去離子水沖洗基底，顯影后的陽(yáng)模須在80℃恒溫箱中進(jìn)行堅(jiān)膜處理；4）將堅(jiān)膜后的陽(yáng)模置于真空釜中進(jìn)行硅烷化處理后將PDMS前聚物與塑化劑以10∶1的質(zhì)量比均勻混合并澆注于制備好的陽(yáng)模上，在80℃固化30m in成型即可得到PDMS微通道結(jié)構(gòu)．

2.2.3 微流控芯片的封裝

將加工好的PDMS微通道入口和出口處打孔后與玻璃基底一起置于鍵合機(jī)中進(jìn)行氧等離子處理，約30s后迅速取出并且在1 m in內(nèi)進(jìn)行鍵合，最后將芯片置于80℃加熱臺(tái)上加熱30m in，加強(qiáng)鍵合效果．封裝后的微流控芯片如圖6所示．

2.3 微泵性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建

利用微泵驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)的原理，通過外加直流電源施加50V電壓使微泵內(nèi)部的飽和食鹽水電解產(chǎn)生一定量的Cl2和H2，產(chǎn)生的氣體通過四氟管與微泵獨(dú)立腔體連接，由于內(nèi)部壓強(qiáng)發(fā)生變化，獨(dú)立腔體內(nèi)液體受壓產(chǎn)生流動(dòng)，通過四氟管與外部芯片相連接，利用與微泵相連的直流電源控制整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中所需的電壓，通過與顯微鏡相連的CCD攝像機(jī)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．

根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求搭建了如圖7所示的微泵性能測(cè)試的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由直流電源、微泵、顯微鏡、微流控芯片及計(jì)算機(jī)等組成．

2.4 微泵性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)過程

1）用容量為10m L注射器向微泵聯(lián)通式電解液儲(chǔ)液腔內(nèi)注入飽和食鹽水并保證食鹽水不會(huì)流到獨(dú)立腔，2個(gè)獨(dú)立腔中分別注入實(shí)驗(yàn)所需溶液；獨(dú)立式水相儲(chǔ)液腔，獨(dú)立式油相儲(chǔ)液腔．為保持電解過程中微泵的輸送速率不受溶液組分變化的影響，在反應(yīng)微腔底部添加有冗余的食鹽晶體，不斷為反應(yīng)溶液提供補(bǔ)給，以保證電解過程中食鹽水始終處于過飽和狀態(tài)．

圖5 微通道制作過程Fig.5 Manufacturing of PDMSmicro-channels

圖6 封裝后的微流控芯片F(xiàn)ig.6 M icrofluidic-chipsafter packing

圖7 微泵性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Fig.7 Experimentalplatform of themicro-pump

2）分別向右側(cè)2個(gè)獨(dú)立式腔體中注入蒸餾水，并測(cè)量5～10 V電壓下流體在微通道中的流動(dòng)速率．

3）分別向右側(cè)2個(gè)獨(dú)立式腔體中注入油和水，并觀察5～10 V電壓下生成的液滴．

4）利用與顯微鏡相連的計(jì)算機(jī)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，根據(jù)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象調(diào)整石墨電極上所施加電壓的大小，并實(shí)時(shí)錄像記錄實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，最后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析．

3 微泵性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 外加電壓與流體流量關(guān)系

微泵的流量取決于電解反應(yīng)過程中的氣體生成總量．由于電解飽和食鹽水過程中的產(chǎn)物Cl2在水中具有一定的溶解度（約為1∶2），但Cl2在飽和食鹽水中的溶解受到溶液中Cl的抑制，由Cl2驅(qū)動(dòng)的微泵實(shí)際流量略小于理想值．而H2難溶于水（溶解度約為100∶1.8），由H2驅(qū)動(dòng)的微泵實(shí)際流量與理想值相當(dāng)．實(shí)驗(yàn)表明，在微泵有效工作周期內(nèi)，Cl2在微泵有限容積的水體內(nèi)的溶解量不足氣體生成總量的1.97％，隨著反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)行，微泵具有良好的流量穩(wěn)定性．

實(shí)驗(yàn)表明，直流電壓小于5 V時(shí)微泵對(duì)流體的泵送效果不明顯，因此本文給出了5～10 V電壓下通道中由Cl2和H2所驅(qū)動(dòng)流體的流量隨電壓變化的數(shù)據(jù)，如圖8所示．由于當(dāng)電壓在5～7 V范圍內(nèi)時(shí)，流量幾乎不受電壓幅值影響，但當(dāng)電壓增大到7～10V范圍時(shí)，Cl2和H2所驅(qū)動(dòng)流體的流量近似呈線性關(guān)系，其斜率分別為1.23±0.27L/m in V和1.586±0.23L/m in V，微泵性能穩(wěn)定．可見，在5～10V直流電壓的驅(qū)動(dòng)下，流體在通道中的流量為42L/m in，符合微流控芯片領(lǐng)域?qū)M(jìn)樣流量的要求．

3.2 液滴生成

為了驗(yàn)證微泵在微流控芯片中流體泵送的實(shí)際性能，本文設(shè)計(jì)了Y形微通道液滴生成芯片，并用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝制作封裝完成，用于油包水型（W/O）液滴的生成．為了得到穩(wěn)定的液滴，需用硅烷偶聯(lián)劑與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的異丙醇混合，并加入適量冰乙酸作為催化劑，配制成疏水處理劑，對(duì)微通道進(jìn)行表面處理．利用電解飽和食鹽水微泵作為動(dòng)力源，分別驅(qū)動(dòng)分散相和連續(xù)相，生成的微米尺度液滴如圖9所示（驅(qū)動(dòng)電壓為6 V）．

實(shí)驗(yàn)中以40％蒸餾水和60％甘油的混合溶液作為分散相，分散相密度為918 kg/m3，粘度為102Pa s；以硅油和0.2％的span80的混合液作為連續(xù)相，連續(xù)相的密度為1 154.7 kg/m3，粘度為9.9021×102Pa s；span80在此作為表面活性劑．分散相和連續(xù)相兩相的表面張力系數(shù)為0.03N/m．

圖8 外加電壓與流體流量圖Fig.8 Flow of the fluids

圖9 液滴生成實(shí)驗(yàn)Fig.9 Experimental resultsof dropletsgeneration

特別地，微液滴的生成速率和液滴尺寸與微通道的尺寸、兩相流體的流速比（流速比例，非流速數(shù)值）、毛細(xì)數(shù)、兩相物質(zhì)的表面張力系數(shù)等參數(shù)有關(guān)．本文所提到的基于電解飽和食鹽水的微泵，為微液滴生成所必需的連續(xù)相和分散相提供了較為恒定的進(jìn)樣流速比，有利于微流控芯片上微米尺度液滴的穩(wěn)定生成．

4 結(jié)論與展望

本文利用低成本的普通碳棒作為電解電極，基于電解飽和食鹽水原理，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種廉價(jià)的便攜式微流體泵送裝置，通過直流電源電解生成的氣相流體產(chǎn)生的壓力驅(qū)動(dòng)了水和硅油2種液相流體的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微流體的可控泵送．微泵主體結(jié)構(gòu)由3D打印而成，用于微泵性能測(cè)試的PDMS微流控芯片則利用軟光刻工藝加工，整個(gè)系統(tǒng)的體積僅為11.55 cm3．直流電壓5 V以下，電解反應(yīng)不明顯．在5～7 V直流電壓的驅(qū)動(dòng)下，可實(shí)現(xiàn)4L/m in的流量，且在7～10 V電壓范圍內(nèi)Cl2和H2所驅(qū)動(dòng)流體的流量與電壓近似呈線型關(guān)系，增幅可達(dá)分別為1.23±0.27L/m in V和1.586±0.23L/m in V，兩者所驅(qū)動(dòng)流體流速近似相同．利用該裝置，在自主設(shè)計(jì)、加工并封裝的液滴生成微流控芯片中生成了均勻的液滴，表明了該微流體泵的可靠性．該微泵具有反應(yīng)機(jī)理簡(jiǎn)單、操作方便、價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、集成度高且能重復(fù)多次利用等優(yōu)點(diǎn)，可用于微量流體的進(jìn)樣、新物質(zhì)合成等領(lǐng)域．

[1]Yetisen A K，Akram M S，Lowe CR．Paper-basedmicrofluidic point-of-carediagnostic devices[J]．Lab Chip，2013，13（12）：2210-2251．

[2]Chin CD，Linder V，Sia SK．Commercialization ofmicrofluidic point-of-carediagnostic devices[J]．Lab Chip，2012，12（12）：2118-2134．

[3]Wang JD，ChenWW，Sun JS，etal．Am icrofluidic tubingmethod and itsapplication forcontrolled synthesisofpolymericnanoparticles[J]．Lab Chip，2014，14（10）：1673-1677．

[4]SamuelM，K lavsFJ．Synthesisofm icro and nanostructures inmicrofluidic systems[J]．ChemicalSociety Reviews，2010，39（3）：1183-1202．

[5]Sun S，Ungerb?ck B，MayrT．Imagingofoxygen inm icroreactorsandm icrofluidic systems[J]．Methodsand Applicationsin Fluorescence，2015，3（3）：034002．

[6]Vincent V D，Trietsch SJ，Jos J，etal．M icrofluidic 3D cell culture：from tools to tissuemodels[J]．Currentopinion in biotechnology，2015，35：118-126．

[7]徐溢，陸嘉莉，胡小國(guó)，等．微流控芯片中的流體驅(qū)動(dòng)和控制方式[J]．化學(xué)通報(bào)，2007（14）：922-928．

[8]張玲，徐光明，崔群，等．一種基于玻璃-PDMS微流控芯片上氣動(dòng)微泵的研制及其在化學(xué)發(fā)光分析中的應(yīng)用研究[J]．浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版），2008，34（6）：648-652．

[9]RichterA，PlettnerA，Hofmann K A，etal．Am icromachined electrohydrodynamic（EHD）pump[J]．Sensors＆amp;ActuatorsA Physical，1991，29（91）：159-168．

[10]BartSF，Tavrow LS，Mehregany M，etal．M icrofabricated electrohydrodynamic pumps[J]．Sensors＆amp;ActuatorsA Physical，1990，21（1）：193-197．

[11]Zengerle R，Ulrich J，Kluge S，etal．A bidirectionalsiliconmicropump[J]．Sensors＆amp;Actuators A Physical，1995，50（1）：81-86．

[12]Gao M，Gui L．A handy liquidmetalbased electroosmotic flow pump[J]．Lab Chip，2014，14（11）：1866-1872．

[13]SalariA，NaviM，Dalton C．ACelectrothermalm icropump forbiofluidicapplicationsusingnumerousmicroelectrodepairs[C]//Electrical Insulation and Dielectric Phenomena（CEIDP），2014 IEEEConferenceon．IEEE，2014：1-4．

[14]LangQ，Wu Y，Ren Y，etal．ACElectrothermalCirculatory Pumping Chip forCellCulture[J]．ACSApplMater Interfaces，2015，7（48）：26792-26801．

[15]Li J，Wang Y，Dong E，etal．USB-drivenm icrofluidic chipson printed circuitboards[J]．Lab Chip，2014，14（5）：860-864．

[責(zé)任編輯 田豐 夏紅梅]

A portablem icrofluidic pump design based on electrolytic reaction and property researches

YAN Zizi1，LIShanshan1,2，LIM inghao1，ZHANGM inghang1，LITiejun1,2，DAIShijie1,2

(1.SchoolofMechanical Engineering,HebeiUniversity of Technology,Tianjin 300130,China;2.Research Instituteof Robotsand Automation,HebeiUniversity of Technology,Tianjin 300130,China)

Sampleinjectionand efficientpumping isthebasisofm icrofluidic to realizeits functions.Recentlym icrofluidic injection pump ismostly used as theenergy source to convey fluids,butthevolumeof the injection pump ishuge compared w ithm icrofluidic chips,and itishard to integratew ith them icrofluidic chips.In thispaper,a cheap and portablem icropumpwasdeveloped based on the principleofelectrolytic saturated saltwater,DC powerwasused as theenergy source, the generated gases can drive the fluids in different cavities flow to different channels,then controlled pumping can be realized.Themain body structureof them icropump ismade by 3D printing,them icrofluidic chipsused to test the performance of them icropump ismade by soft lithography,and the volume of them icrofluidic chip is in cubic centimeter. The voltageused in theexperimentisamong 5～10V and the flow rate can reach 4～12 L/m in,which isapproximately linearly related to voltages.Then dropletsaregenerated in independencedesignand encapsulatedmicrofluidic chipsusing thismicrofluidic pump,thus the reliability of the device hasbeen verified.

m icrofluidics;m icrofluidic pumping;portable;electrolysis;dropletsgeneration

O651

A

1007-2373(2016)03-0009-07

10.14081/j.cnki.hgdxb.2016.03.002

2016-02-29

國(guó)家自然科學(xué)基金（51505123）；河北省自然科學(xué)基金（E2013202228）；河北省高等學(xué)校青年拔尖人才計(jì)劃項(xiàng)目（BJ2014014）；中國(guó)博士后科學(xué)基金（M 5980190）；河北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃自籌項(xiàng)目（15271704）；河北工業(yè)大學(xué)引進(jìn)人才科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)（208003）；河北省研究生優(yōu)秀創(chuàng)新課題（220056）

閆姿姿（1989-），女（漢族），碩士生．通訊作者：戴士杰（1970-），男（漢族），教授，博士，博士生導(dǎo)師．