磁驱动微型泵的利记博彩app

专利名称：磁驱动微型泵的利记博彩app
磁驱动微型泵相关申请的交叉引用本申请要求2009年2月12日提交的美国临时专利申请No. 61/152，165的优先权， 其通过引用全部合并于此。
背景技术：
本发明披露内容涉及一种用于处理小流体体积的磁驱动微型泵。具体地，本披露内容涉及微型泵，其包括磁促动隔膜以传送流体。微流体技术领域一般包括处理在几个纳米等级上的非常小的流体体积。在如生命科学和化学分析的领域，微流体技术具有日益重要的应用。微流体技术设备，也称为微机械系统(MEMS)，包括用于流体控制、流体测量、医学试验、DNA和蛋白质分析、活性药物运送和其他生化应用的设备。微型泵的典型的流体流速的范围是从约0. 1微升每分钟至几个(80-180)毫升每分钟。该等级上的流速在，例如用于化学和生物分析的可抛弃微型总分析系统(μ TAS)或片上实验室(LOC)、用于医学诊断测试的监护测试点、用于施药(例如胰岛素)的要求精细程度的管理和准确控制的可植入药物输送系统、和用于输血和增压的心脏病学系统，的应用中有用。由于多数MEMS处理技术源自于微电子技术，在1980年代第一个硅微型泵是基于薄隔膜的压电促动，主要用于受控胰岛素输送系统。该工作阐述了硅基微型泵的可行性和在硅微型泵上的创造性的深远的研究。而且，在药学和临床治疗领域，多个商用可植入硅微型泵被报告用于胰岛素输送和治疗剂施药。最近，多种聚合材料和新型微细加工技术，例如软平板印刷、微立体光刻技术、微模制和聚合表面微机械加工，已经被研究和开发用于不断增长的低成本的、集成的和小型化可抛弃PTAS应用。包括塑料和弹性体的许多聚合材料，由于它们优良的机械性能、良好的化学耐受性和低制造成本，已经被越来越多地并入到其它微型设备中作为基底、结构性构件、和功能性构件。在最常用的聚合物中，聚二甲硅氧烷(PDMS)已经被广泛地用在微流体设备中，这是由于优异的生物兼容性、简单的制造工艺(模制和可逆结合)以及光学透明性(便于监视和查询)以及弹性(良好的密封和连接性)。基于硅和基于塑料的无阀微型泵被作为实例使用以与基于聚合物的微型泵比较。 基于硅的微型泵的制造工艺包括三个顺序的深活性粒子蚀刻(DRIE)步骤和一个硅-玻璃阳极结合步骤，同时LIGA，微注射，或热压花模制和多个薄板通过粘合剂或螺栓的装配被涉及用于塑料泵。在另一方面，对于基于PDMS的微型泵，仅需要多层软平版印刷工艺和 PDMS-PDMS结合技术。从制造成本的观点来看，基于PDMS的微型泵比前两种类型的微型泵低得多。而且，塑料微型泵的主要挑战是由于薄塑料层的表面粗糙度导致的高流体泄露。 螺栓装配使得事情更糟，因为应力集中在层之间的界面上的螺栓连接位置。粘接剂结合还倾向于助长微型结构的阻塞。因此，PDMS是用于微型泵的实用材料(短的处理时间和低成本)。

发明内容
这里披露的微型泵的操作原理是，振动隔膜导致腔室中的压力变化，其通过被动阀的形式来引导流体管的动态流动。通常被动阀被并入作为以悬臂活板、桥接隔膜、圆形球、活动结构、喷嘴/扩散器或泰斯拉元件形式的往复微型泵的入口和出口中的止回阀。但是，集成喷嘴/扩散器元件的无阀微型泵对于可抛弃μ TAS应用具有特别的益处，例如在生物医学和生物化学中，因为悬浮颗粒阻塞、磨损和疲劳的移动机械部件的危险可被降低且实际上被消除。而且，喷嘴/扩散器的平面特征和简单实现导致用于可抛弃应用的微型泵的低成本和小型化。本披露内容的无阀微型泵包括喷嘴和扩散器元件、流体腔室和振动促动隔膜。隔膜被与小块状磁体集成，这具有较大的吸引或排斥磁力和隔膜挠曲的优点。隔膜上的交替的垂直磁力导致较大的体积行程，其对于高流速微型泵是期望的。此外，磁性促动是外部施加的场，在此情况下微型泵受到气隙的控制。因此，用于在微型泵上施加电流或电压的电连接器可被避免，其还提供了在μ TAS应用中的小型化的可能性。本披露内容的主题的原理和操作被^iou等人的文章(Fluid Damping Effects on Resonant Frequency of an Electromagnetically-Actuated Valveless Micropump, International Journal of Advanced Manufacturing Technology,April 24,2009)中完全地解释，其通过引用在此全部并入。本披露内容的一方面包括用于输送流体的微型泵。该微型泵包括泵组件，该泵组件具有第一泵体，该第一泵体限定第一流体流动路径。第一泵体包括第一腔室，该第一腔室包括第一腔室壁和第一侧壁；第一入口和第一出口，其中第一入口和第一出口与第一腔室流体连通。泵组件还包括第二泵体，该第二泵体限定第二流体流动路径。第二泵体包括第二腔室，该第二腔室包括第二腔室壁和第二侧壁；第二入口和第二出口，其中第二入口和第二出口与第二腔室流体连通。泵组件还包括布置在第一腔室和第二腔室之间的柔性隔膜。 微型泵还包括促动器组件，该促动器组件被构造为与泵组件协作。促动器组件包括磁性耦合至隔膜的驱动器，和构造为检测隔膜的位置的传感器，其中驱动器施加磁力至隔膜，导致隔膜挠曲，且其中隔膜的该挠曲导致第一腔室和第二腔室内的压力的变化，由此导致流体流动。本披露内容的另一方面包括用于从流体储存器输送流体的微型泵组件，该微型泵组件包括泵筒。泵筒包括第一泵体，该泵体限定第一腔室，该第一腔室包括第一腔室壁和第一侧壁；第一入口和第一出口，其中第一入口和第一出口与第一腔室流体连通。泵体还包括第二泵壳，该第二泵壳限定第二腔室，该第二腔室包括第二腔室壁和第二侧壁；第二入口和第二出口，其中第二入口和第二出口与第二腔室流体连通，以及布置在该第一腔室和第二腔室之间的柔性隔膜，其中泵筒被构造为允许从流体储存器至第一腔室和第二腔室中的至少一个的流体连通。微型泵组件还包括壳体，该壳体包封促动器组件，该促动器组件被构造为与微型泵筒协作。促动器组件包括磁性耦合至隔膜的驱动器，和构造为检测隔膜的位置的第一传感器，其中驱动器施加磁力至隔膜，导致隔膜挠曲，且其中隔膜的该挠曲导致第一腔室和第二腔室内的压力的变化，由此导致流体流动。微型泵组件还包括控制器，该控制器联接至驱动器且被构造为通过接收来自第一传感器的信号和调节由驱动器施加的磁力来控制隔膜位置。微型泵组件还包括电源，该电源被构造为给驱动器和控制器通电，其中壳体被构造为使得微型泵筒可被插入且保持在促动器组件中。本披露内容的另一方面包括制造微型泵的方法。该方法包括步骤由聚合物材料制造柔性隔膜，包括步骤在硅晶片上旋涂第一聚合物层和允许第一聚合物层固化，将磁性材料布置在第一聚合物层上，在磁性材料周围施加第二聚合物层和允许第二聚合物层固化，和施加第三聚合物层和允许第三聚合物层固化；通过将液体聚合物材料浇入模具来制造刚性泵体，该模具被构造为形成流体腔室、入口通道和出口通道，以及允许液体聚合物固化；将柔性隔膜与刚性泵体对齐；和将柔性聚合物隔膜结合至刚性泵体。本披露内容的另一方面是用于输送流体的微型泵。该微型泵包括泵组件，该泵组件具有第一泵体，该第一泵体限定第一腔室。第一腔室包括第一腔室壁和第一侧壁、第一入口和第一出口，其中第一入口和第一出口与第一腔室流体连通，以及布置在第一腔室上的与第一腔室壁相对的第一柔性隔膜。泵组件具有第二泵体，该第二泵体限定第二腔室，该第二腔室包括第二腔室壁和第二侧壁、第二入口和第二出口，其中第二入口和第二出口与第二腔室流体连通，以及布置在第二腔室上与第二腔室壁相对的第二柔性隔膜。泵组件还包括布置在第一泵体和第二泵体之间的至少第三泵体。第三泵体限定第三腔室，第三腔室包括第三侧壁，第三入口和第三出口，其中第三入口和第三出口与第三腔室流体连通，其中该至少第三腔室与第二隔膜和第二隔膜相邻。微型泵还包括促动器组件，该促动器组件被构造为与泵组件协作。促动器组件包括磁性耦合至第一隔膜和第二隔膜的驱动器，和构造为检测第一隔膜和第二隔膜的位置的至少一个传感器，其中驱动器施加磁力至第一隔膜和第二隔膜，导致第一隔膜和第二隔膜挠曲，且其中第一隔膜和第二的该挠曲导致第一腔室、第二腔室和第三腔室内的压力的变化，由此导致流体流动。


本披露内容将在下面参考附图进行描述，这些附图仅是作为非限制性实例给出，其中
图1是本披露内容的微型泵组件的实施例的透视图2是图1的微型泵组件的分解图3是泵体的透视图，该泵体具有喷嘴/扩散器流动元件用于产生单向流；
图4是具有截头锥形构造的喷嘴/扩散器流动元件的示意图5是具有截头金字塔形构造的喷嘴/扩散器流动元件的示意图6是示出流体流动路径的单腔微型泵的示意图7是示出组合并联流动路径的本披露内容的双腔微型泵组件的横截面；
图8是本披露内容的微型泵组件的实施例的透视图9是图8的微型泵组件的分解透视图10是微型泵筒和促动器组件容座的透视图11至14是本披露内容的微型泵的隔膜的实施例的有限元模型的图15是用于本披露内容的实施例的无阀微型泵的共振频率随扩散器细长比变化的图16是用于本披露内容的无阀微型泵的实施例的共振频率随扩散器打开角度变化的图；图17是用于本披露内容的无阀微型泵的实施例的共振频率随扩散器长宽比变化的图；图18是用于本披露内容的无阀微型泵的实施例的共振频率随腔深和隔膜厚度的厚度比变化的图；图19是用于本披露内容的微型泵的实施例的隔膜位移对时间的图；图20是示出排放模式中的最大位移的本披露内容的无阀微型泵的示例性实施例的有限元模型；图21是示出抽吸模式中的最大位移的本披露内容的无阀微型泵的示例性实施例的有限元模型；图22示出了与本披露内容的微型泵一起使用的微流体连接器；图23是示出在不同促动电流下最大泵送流速依赖于激励频率的图；图M是不同促动电流幅度下的最大流速的图；图25是最大泵送流速的比较；图25A是在促动器加载之前和之后的方波激励信号的图；
图沈至观是示出流速随激励频率变化的图；图四是促动器温度在时间上的图；图30至32是在操作过程中本披露内容的微型泵的实施例的示意图；图33是磁性位置传感器的布置的示意图；图34和35分别是促动器线圈和磁体的磁场强度的示意图；图36是磁场扰动的图；图37是磁场强度的图；图38是通过传感器测量的磁场扰动的图；图39是通过传感器测量的磁场强度的图；图40是传感器对于电压脉冲的响应的图；图41是扰动测量的图；图42是作为磁体位置的函数的被测量磁场的图；图43是本披露内容的控制系统实施例的示意图；图44是本披露内容的反馈回路的示意图；图45是图43的控制系统实施例的详细示意图；图46是感应模式中的本披露内容的控制系统的操作的流程图；图47是校准模式中的本披露内容的控制系统的操作的流程图；图48是本披露内容的微型泵实施例的滞后图；和图49是本披露内容的闭环控制系统中的设定点和位置的图；图50至52示出了可被与本披露内容的微型泵一起使用的止回阀；图53是本披露内容的多腔微型泵的示例性实施例。
具体实施方式
现在参考图1和2，本披露内容的微型泵包括泵组件10，其具有第一泵体12和第二泵体M以及布置在这两个泵体之间的柔性隔膜36。第一泵体12限定了第一本体流动路径且包括第一腔室14，该腔室具有第一腔室壁16和第一侧壁18。第一泵体12还包括与第一腔室14流体相通的第一入口 20和第一出口 22。类似的，第二泵体M限定了第二本体流动路径且包括第二腔室沈，该腔室具有第二腔室壁28和第二侧壁30。第二泵体M还包括与第二腔室26流体相通的第二入口 32和第二出口 34。本披露内容的微型泵还包括磁性耦合至柔性隔膜36的驱动器。在图1和2中所述的实施例中，驱动器包括第一磁性线圈38和第二磁性线圈40。磁性线圈38、40被构造为通过与磁体42、44的电磁耦合而施加磁力在柔性隔膜上。本披露内容的微型泵被用于使得流体单向流动。这种单向流动在具有或不具有止回阀的情况下实现。微型泵的典型操作流速是大约几微升至几毫升每分钟的范围(对于非机械微型泵是低于10 μ 1/分钟，而对于机械微型泵平均流速可高至数毫升)。由此，生物医学应用的广阔范围被发现于例如用于可植入药物输送、化学和生物检测、以及在心脏病学系统中的输血的流体精细管理和准确控制系统的应用中。但是，存在与止回阀相关联的问题，例如高压力损耗、对于固体颗粒的敏感性、以及活动阀的磨损和疲劳。因此，为了消除对于止回阀的需要，喷嘴/扩散器构造可被用于代替止回阀和用于调整流动。由此，使用通过喷嘴/扩散器元件的流动阻力的差来引导该流动沿优选方向的微型泵在这里称为“无阀微型泵”。在本披露内容的示例性实施例中，通过在入口 20、32和出口 22、34处使用喷嘴/ 扩散器通道，可在无止回阀的情况下实现被单向整流的流体流动。无阀实施例的特征将参考图3而被解释，其示出了第二泵体对的实施例。显然，第一泵体具有相同的特征且为了清楚而被省去。在该实施例中，入口 32和出口 34分别包括入口扩散器46和出口扩散器48， 这些扩散器与第二腔室沈流体连通。具体参考入口扩散器46，该扩散器元件包括将第二入口 32与第二腔室沈连接的一对壁50、52。壁50、52被布置成角度θ且具有长度L。壁50、52限定入口喉部M和出口端部56，其中入口喉部M具有宽度W1,，出口端部56具有第二宽度W2，而W2大于Wp在图3所示的实施例中，入口和出口扩散器46、48的深度与第二腔室沈的深度相同，这被发现能简化制造，但是其他构造也可被接受，包括图4所示的截头锥形构造和图5所示的截头金字塔形构造。图4的截头锥形扩散器包括直径D1的入口喉部M和直径&的出口端部56，其中 D2大于Dp截头锥形扩散器还包括设置成2 θ的角度的壁58。类似的，图5的截头金字塔形扩散器包括横截面积A1的入口喉部M和横截面积A2的出口端部56，其中A2大于A1。截头金字塔形扩散器还包括设置成2 θ的角度的壁段60。为了简化，图6示出了微型泵的示意图，其具有单个腔室62、单个磁体64、和由电源68供电的单个电磁线圈66。流体储存器70中包含的流体通过入口管72流动至入口扩散器46，进入腔室62，在该腔室中被泵送通过出口扩散器48通过出口管74用于其预期用途。参考图7，本披露内容的无阀微型泵的实施例可包括组合的平行流动路径，其中双腔微型泵10被构造为具有与共用入口 76和共用出口 78流体连通的第一腔室14和第二腔CN 102395790 A
说明书
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室沈。当然，显然的是，图7中所示的微型泵7的实施例可被构造为具有独立的平行流动路径。独立的平行流动路径能允许两种不同流体的同时流动。现在参考图8和9，本披露内容的另一实施例中，如前所述的微型泵10被包括作为设备200的一部分且被包围在壳体202、204中。壳体202、204被构造为包括控制器(未示出)。该控制器被连接至控制面板206以允许用户输入操作参数，例如流速。控制面板206 包括显示器208和一个或多个输入钮210。壳体204被构造为接收瓶子212，其用作用于微型泵10的流体储存器。在示例性实施例中，瓶子212可包含胰岛素，或任意其他药物，生物物质，或化合物。壳体204被构造为使得瓶子212与微型泵10在插入该壳体时流体连通。 壳体204还被构造为接收电池214，其作为用于促动器和控制器的电源。在图9中所示的实施例中，电池被描述为标准9V电池。但是，依赖于应用，其它类型的电池也可被接受，例如 3V硬币(手表)电池可被用于总尺寸是考虑因素的一些应用中。现在参考图10，图1的微型泵10可被构造为可插入驱动器90中的泵筒(pump cartridge) 80。泵筒80包括第一泵体12、第二泵体对、和设置在这两个泵体之间的柔性隔膜。泵筒80可选地包括止回阀歧管82。替换地，泵筒80可具有如本文披露的无阀设计。 入口和出口管72、74则被连接至止回阀歧管，或在无阀微型泵的情况下直接连接至第一和第二泵体的入口 20、33和出口 22、34。驱动器90包括第一支撑件92和第二支撑件94，第二支撑件94被独立于第一支撑件92布置且与其隔开。第一和第二支撑件92、94每个都分别包括被构造为接收螺线管或促动线圈(未示出)的凹部96、98。第一和第二支撑件92、94限定容座100，该容座被构造为接收泵筒80。多个提出的用于微型泵的促动机构已经被报道，主要包括压电的、静电的、电磁的和热-气动的促动机构和形状记忆合金等。多数微型泵使用压电的或静电的促动，其以相对高的频率操作且对于极小的位移需要数百至数千数量的高电压。关于电磁促动，在非常需要大位移、快响应时间和相对低功耗时其具有超过其它促动方法的优点。具有集成磁体的隔膜的磁促动可产生几百μN和大隔膜挠曲。这些期望的特性对于许多医学应用是高度渴望的。因此，在下面的部分详细讨论流体-隔膜耦合在电磁驱动无阀微型泵的响应频率上的影响。促动力被通过振荡隔膜施加以驱动泵中的工作介质。因此，微型泵的可靠性和性能依赖于复合隔膜的动态特性。对于振荡隔膜，材料性质，例如密度、杨氏模量和泊松比，将显著地影响隔膜的固有频率。例如，在MEMS设备中，多数隔膜是整体复合层，其包括一些感应或促动隔膜层。在该具体实例中，各材料层的特性彼此非常不相同。因此，复合层的当量密度(equivalent density)必须被正确地得出。对于磁促动隔膜微型泵，存在两种用于建立功能性隔膜的方案。一种是软磁性材料电镀或利用永久磁体接合在隔膜的顶部上，多个永久磁体被手动地组装到PDMS隔膜中。 然后，外部磁场通过永久磁体或基板中的整体平面微型线圈施加以控制隔膜的运动。由于嵌入隔膜中的块状磁体的尺寸和布置可影响电磁力的分布以及隔膜刚度，复合隔膜在此被制造为具有磁性性质。硅、硅氮化物和薄金属板适于作为用于微型泵的隔膜材料。例如，几微米范围内的薄硅隔膜可被利用微机械加工技术实现。但是，硅的杨氏模量为190Gpa，这限制了其用于往复泵。泵隔膜具有柔性材料，例如聚对二甲苯(parylene)、聚酰亚胺(polyimide)、SU_8和 PDMS0这些隔膜需要较小的促动压力且具有较大的挠曲以及较大的行程体积。在本披露内容的示例性实施例中，PDMS(SiIgard 184, Dow Corning Corp)被用于微型泵体和促动隔膜两者。由于其较低的模数以及与硅和玻璃基底的良好的相容性，PDMS (Sylgard 184Silicone Elastomer,Dow Coming Corporation)被选择作为该示例性实施例中的隔膜材料。硬钡铁氧体粉末(UMBS-IB，Unimagnet Industry Co. ,Ltd,China)被混合到 PDMS 中 (以1 1的重量比)以形成促动隔膜。复合隔膜具有同质的且各向同性的材料性质，且可在外部磁场中产生双向挠曲。用于本披露内容的的复合材料的材料性质在表1中示出。表1 隔膜复合材料的材料性质
权利要求
1.一种用于输送流体的微型泵，该微型泵包括 泵组件，该泵组件包括第一泵体，该第一泵体限定第一流体流动路径，该第一泵体包括第一腔室，该第一腔室包括第一腔室壁和第一侧壁，第一入口和第一出口，其中第一入口和第一出口与第一腔室流体连通，第二泵体，该第二泵体限定第二流体流动路径，第二泵体包括第二腔室，该第二腔室包括第二腔室壁和第二侧壁，第二入口和第二出口，其中第二入口和第二出口与第二腔室流体连通，柔性隔膜，布置在第一腔室和第二腔室之间；以及促动器组件，该促动器组件被构造为与泵组件协作，该促动器组件包括磁性耦合至隔膜的驱动器，和构造为检测隔膜的位置的传感器，其中驱动器施加磁力至隔膜，导致隔膜挠曲，且其中隔膜的该挠曲导致第一腔室和第二腔室内的压力的变化，由此导致流体流动；以及至少一个阀，该阀与第一腔室和第二腔室中的每个流体连通，其中该至少一个阀被构造为沿预定方向弓丨导流体流动。
2.如权利要求1所述的微型泵，其中所述至少一个阀包括第一入口附近的第一入口止回阀和第一出口附近的第一出口止回阀中的至少一个。
3.如权利要求2所述的微型泵，其中第一入口止回阀和第一出口止回阀的所述至少一个包括阀隔膜，该阀隔膜包括从公共点向外辐射的多个交叉缝隙。
4.如权利要求2所述的微型泵，其中第一入口止回阀和第一出口止回阀中的所述至少一个位于第一流体流动路径中的第一侧壁内。
5.如权利要求4所述的微型泵，其中第一入口止回阀和第一出口止回阀中的所述至少一个整体形成于第一侧壁内。
6.如权利要求2所述的微型泵，还包括第二入口附近的第二入口止回阀和第二出口附近的第二出口止回阀中的至少一个。
7.如权利要求6所述的微型泵，其中第二入口止回阀和第二出口止回阀中的所述至少一个位于流体流动路径中的第二侧壁内。
8.如权利要求7所述的微型泵，其中第二入口止回阀和第二出口止回阀中的所述至少一个整体形成于第二侧壁内。
9.如权利要求1所述的微型泵，还包括布置在所述隔膜上的第一磁体。
10.如权利要求9所述的微型泵，还包括布置在所述隔膜上的第二磁体，其中第一磁体定位为与第一腔室相邻且第二磁体定位为与第二腔室相邻。
11.如权利要求9所述的微型泵，包括多个磁体，该多个磁体被布置在隔膜上并与第一腔室和第二腔室中的任一个相邻。
12.如权利要求9所述的微型泵，其中第一磁体是钕-铁-硼稀土磁体。
13.如权利要求10所述的微型泵，其中第二磁体是钕-铁-硼稀土磁体。
14.如权利要求1所述的微型泵，其中柔性隔膜由与磁性材料混合的软聚合物材料构造。
15.如权利要求14所述的微型泵，其中软聚合物材料是聚二甲硅氧烷。
16.一种用于输送流体的微型泵，该微型泵包括 泵组件，该泵组件包括第一泵体，该第一泵体限定第一流体流动路径，该第一泵体包括第一腔室，该第一腔室包括第一腔室壁和第一侧壁，第一入口和第一出口，其中第一入口和第一出口与第一腔室流体连通，第二泵体，该第二泵体限定第二流体流动路径，第二泵体包括第二腔室，该第二腔室包括第二腔室壁和第二侧壁，第二入口和第二出口，其中第二入口和第二出口与第二腔室流体连通，柔性隔膜，布置在第一腔室和第二腔室之间；以及促动器组件，该促动器组件被构造为与泵组件协作，该促动器组件包括磁性耦合至隔膜的驱动器，和构造为检测隔膜的位置的传感器，其中驱动器施加磁力至隔膜，导致隔膜挠曲，且其中隔膜的该挠曲导致第一腔室和第二腔室内的压力的变化，由此导致流体流动；且其中该泵组件被构造为在没有阀的情况下沿预定方向弓丨导流体流动。
17.如权利要求16所述的微型泵，其中第一入口还包括第一入口通道，该第一入口通道包括具有第一入口喉部宽度的第一入口喉部，和具有第一入口端部宽度的第一入口端部， 其中该第一入口通道被构造为使得流体沿从第一入口喉部至第一入口端部的方向流动，且其中第一入口端部被布置在第一侧壁中，且其中第一入口喉部宽度小于第一入口端部宽度。
18.如权利要求17所述的微型泵，其中第一出口还包括第一出口通道，该第一出口通道包括具有第一出口喉部宽度的第一出口喉部，和具有第一出口端部宽度的第一出口端部， 其中该第一出口通道被构造为使得流体沿从该第一出口喉部至该第一出口端部的方向流动，且其中该第一出口喉部被布置在第一侧壁中，且其中该第一出口喉部宽度小于该第一出口端部宽度。
19.如权利要求18所述的微型泵，其中第一入口通道和第一出口通道被构造为允许流体大致沿从第一入口至第一出口的方向流过第一腔室。
20.如权利要求16所述的微型泵，还包括 第一入口通道，该第一入口通道包括具有第一入口喉部宽度的第一入口喉部，和具有第一入口端部宽度的第一入口端部， 其中该第一入口通道被构造为使得流体沿从第一入口喉部至第一入口端部的方向流动，且其中第一入口端部被布置在第一侧壁中，且其中第一入口喉部宽度小于第一入口端部宽度；第一出口通道，该第一出口通道包括具有第一出口喉部宽度的第一出口喉部，和具有第一出口端部宽度的第一出口端部，其中该第一出口通道被构造为使得流体沿从第一出口喉部至第一出口端部的方向流动，且其中该第一出口喉部被布置在第一侧壁中，且其中该第一出口喉部宽度小于该第一出口端部宽度；第二入口通道，该第二入口通道包括具有第二入口喉部宽度的第二入口喉部，和具有第二入口端部宽度的第二入口端部，其中该第二入口通道被构造为使得流体沿从第二入口喉部至第二入口端部的方向流动，且其中第二入口端部被布置在第二侧壁中，且其中第二入口喉部宽度小于第二入口端部宽度；第二出口通道，该第二出口通道包括具有第二出口喉部宽度的第二出口喉部，和具有第二出口端部宽度的第二出口端部，其中该第二出口通道被构造为使得流体沿从第二出口喉部至第二出口端部的方向流动，且其中该第二出口喉部被布置在第二侧壁中，且其中该第二出口喉部宽度小于该第二出口端部宽度。
21.如权利要求16所述的微型泵，还包括布置在所述隔膜上的第一磁体。
22.如权利要求21所述的微型泵，还包括布置在所述隔膜上的第二磁体，其中第一磁体定位为与第一腔室相邻且第二磁体定位为与第二腔室相邻。
23.如权利要求21所述的微型泵，包括多个磁体，该多个磁体被布置在隔膜上并与第一腔室和第二腔室中的任一个相邻。
24.如权利要求21所述的微型泵，其中第一磁体是钕-铁-硼稀土磁体。
25.如权利要求22所述的微型泵，其中第二磁体是钕-铁-硼稀土磁体。
26.如权利要求16所述的微型泵，其中柔性隔膜由与磁性材料混合的软聚合物材料构造。
27.如权利要求沈所述的微型泵，其中软聚合物材料是聚二甲硅氧烷。
28.如权利要求16所述的微型泵，其中柔性隔膜被构造用于能调节张紧，允许隔膜的柔性关于由驱动器施加至该隔膜的磁力而被改变。
29.如权利要求21所述的微型泵，其中驱动器还包括位于泵体附近的第一磁性线圈， 该第一磁性线圈包括电线绕组且限定外周边。
30.如权利要求四所述的微型泵，其中驱动器还包括构造为检测第一磁体的位置的传感器，该传感器定位为与第一线圈的外周边相邻的一位置处，在该位置中第一线圈的磁通密度与第一磁体的磁通密度相比可被忽略。
31.如权利要求30所述的微型泵，其中传感器是霍尔效应传感器。
32.如权利要求16所述的微型泵，其中驱动器还包括反馈控制系统，该反馈控制系统被构造为通过感应附连至隔膜的磁体的位置、将该位置与预定的设定点比较、并调节施加至隔膜的磁力来控制隔膜的位移。
33.一种用于从流体储存器输送流体的微型泵组件，该微型泵组件包括 泵筒，该泵筒包括第一泵体，该第一泵体限定第一腔室，该第一腔室包括第一腔室壁和第一侧壁，第一入口和第一出口，其中第一入口和第一出口与第一腔室流体连通，第二泵壳，该第二泵壳限定第二腔室，该第二腔室包括第二腔室壁和第二侧壁，第二入口和第二出口，其中第二入口和第二出口与第二腔室流体连通，和柔性隔膜，布置在第一腔室和第二腔室之间；其中泵筒被构造为允许流体储存器流体连通至第一腔室和第二腔室中的至少一个；和壳体，该壳体包封促动器组件，该促动器组件被构造为与微型泵筒协作，该促动器组件包括 磁性耦合至隔膜的驱动器，和构造为检测隔膜的位置的第一传感器，其中驱动器施加磁力至隔膜，导致隔膜挠曲，且其中隔膜的该挠曲导致第一腔室和第二腔室内的压力的变化，由此导致流体流动；控制器，该控制器被联接至驱动器且被构造为通过从第一传感器接收输入并调节由驱动器施加的磁力来控制隔膜的位置，和电源，该电源被构造用于给驱动器和控制器供电， 其中该壳体被构造为使得微型泵筒可被插入且被保持在促动器组件内。
34.如权利要求33所述的微型泵组件，其中微型泵筒被构造用于单次使用。
35.如权利要求34所述的微型泵组件，其中流体储存器被附连至微型泵筒。
36.如权利要求34所述的微型泵组件，其中流体储存器被容纳在壳体内且被构造用于在将微型泵筒插入壳体时与微型泵筒联接。
37.如权利要求33所述的微型泵组件，其中控制器被构造为从第一传感器接收反馈信号，且其中控制器被构造为将附连至隔膜的磁体的位置与预定的设定点进行比较，且其中控制器被构造为响应该反馈信号而调节施加至隔膜的磁力。
38.如权利要求37所述的微型泵组件，其中控制器是比例积分微分类型的控制器。
39.如权利要求33所述的微型泵组件，还包括第二传感器，该第二传感器被构造为检测流体储存器内的流体的体积，且其中控制器被构造为从第二传感器接收输入，从而控制器能计算和预测流体流动。
40.如权利要求33所述的微型泵组件，其中控制器被构造为基于来自第一传感器的反馈信号计算传送的流体的体积。
41.如权利要求40所述的微型泵组件，其中控制器被构造为将基于来自第一传感器的反馈信号的传送的流体的体积与来自第二传感器的体积输入进行比较，且其中控制器被构造为如果比较的体积在预定范围之外则提供输出信号。
42.如权利要求41所述的微型泵组件，其中输出信号是警告和关机中的至少一个。
43.一种制造微型泵的方法，该方法包括步骤 由聚合物材料制造柔性隔膜，包括步骤在硅晶片上旋涂第一聚合物层并使第一聚合物层固化， 将磁性材料布置在第一聚合物层上，在磁性材料周围施加第二聚合物层并使第二聚合物层固化，和施加第三聚合物层并使第三聚合物层固化；通过将液体聚合物材料浇入模具并使液体聚合物固化来制造刚性泵体，该模具被构造为形成流体腔室、入口通道和出口通道； 将柔性隔膜与刚性泵体对齐；和将柔性聚合物隔膜结合至刚性泵体。
44.如权利要求43所述的方法，其中第一聚合物层被旋涂至约0.15mm的厚度。
45.如权利要求44所述的方法，其中使第一聚合物层在75摄氏度固化2小时。
46.如权利要求43所述的方法，其中第二聚合物层被施加至约0.5mm的厚度。
47.如权利要求44所述的方法，其中使第二聚合物层在100摄氏度固化30分钟。
48.如权利要求43所述的方法，其中第三聚合物层被施加至约0.15mm的厚度。
49.如权利要求48所述的方法，其中使第三聚合物层在75摄氏度固化2小时。
50.如权利要求43所述的方法，其中用于刚性泵体的模具由环氧基负光阻材料形成。
51.如权利要求50所述的方法，其中光阻材料是SU-8。
52.如权利要求43所述的方法，其中柔性聚合物层至刚性泵体的结合利用粘接剂进行。
53.如权利要求43所述的方法，其中柔性聚合物隔膜的结合使用氧等离子体方法进行，该氧等离子体方法包括步骤将布置在柔性隔膜和模制的泵体之间的聚合物膜在100 摄氏度固化20分钟。
54.如权利要求43所述的方法，其中柔性聚合物隔膜的结合使用氧等离子体方法进行，该氧等离子体方法包括步骤通过在10%氧的气氛中施加微波10秒将布置在柔性隔膜和模制的泵体之间的未固化的聚合物膜固化。
55.如权利要求43所述的方法，其中聚合物材料由聚对二甲苯、聚酰亚胺、SU-8和聚二甲硅氧烷组成的组中选择。
56.如权利要求43所述的方法，其中柔性隔膜由10份聚二甲硅氧烷和1份固化剂的混合物制造。
57.如权利要求43所述的方法，其中刚性泵体由5份聚二甲硅氧烷和1份固化剂的混合物制造。
58.一种用于输送流体的微型泵，该微型泵包括 泵组件，该泵组件包括第一泵体，该第一泵体限定第一腔室，该第一腔室包括第一腔室壁和第一侧壁，第一入口和第一出口，其中第一入口和第一出口与第一腔室流体连通，和第一柔性隔膜，布置在第一腔室上并与第一腔室壁相对；第二泵体，该第二泵体限定第二腔室，该第二腔室包括第二腔室壁和第二侧壁，第二入口和第二出口，其中第二入口和第二出口与第二腔室流体连通，以及第二柔性隔膜，布置在第二腔室上并与第二腔室壁相对； 至少第三泵体，布置在第一泵体和第二泵体之间，该第三泵体限定 第三腔室，该第三腔室包括第三侧壁，第三入口和第三出口，该第三入口和第三出口与第三腔室流体连通，其中该至少第三腔室与第一隔膜和第二隔膜相邻；和促动器组件，该促动器组件被构造为与泵组件协作，该促动器组件包括磁性耦合至第一隔膜和第二隔膜的驱动器，和构造为检测第一隔膜和第二隔膜的位置的至少一个传感器，其中驱动器施加磁力至第一隔膜和第二隔膜，导致第一隔膜和第二隔膜挠曲，且其中第一隔膜和第二隔膜的该挠曲导致第一腔室、第二腔室和第三腔室内的压力的变化，由此导致流体流动。
59.如权利要求58所述的微型泵，还包括布置在第一泵体和第二泵体之间的多个中间泵体，其中每个中间泵体都限定包括侧壁的中间流体腔室、入口和出口，该入口和出口与该中间流体腔室流体连通；和多个中间柔性隔膜，其中每个中间柔性隔膜都布置在相邻的中间泵体之间，且其中驱动器被磁性耦合至中间隔膜的每个。
全文摘要
用于处理小流体体积的磁驱动微型泵。该微型泵包括第一腔室和第二腔室。柔性隔膜被布置在第一和第二腔室之间。柔性隔膜被磁性耦合至促动器用于移动该隔膜。
文档编号F16K99/00GK102395790SQ200980158664
公开日2012年3月28日 申请日期2009年9月30日 优先权日2009年2月12日
发明者F.阿米罗切, J.西特林, M.L.坎特韦尔, Y.周 申请人:伊利诺伊大学受托管理委员会