文献综述
1 微流控背景
1.1 项目背景
流体是物质的重要存在形式之一，流体的流动是自然界最基本的现象，通常把微米尺度或接近微米尺度空间里的流动称为微流体。以层流或低雷诺数为主要特征的微流体的操控简称为微流控。最近十几年迅速发展的微流控芯片是一种典型的微流控技术的推广。因为微尺度的特征．可以把生物、化学、医学等领域涉及的生物、化学等实验室的功能集成到一块几平方厘米的芯片上．因此也称为芯片实验室[1~3]。
微流控芯片可以操纵几十微米到几百微米的微小通道内部流体的流动。所控制的流体体积可以小至10-9 ~10-18L。微流控芯片主要以微管道网络为结构特征，被广泛应用于分离分析、生物科学和生命医学研究等众多领域，是当前微全分析系统领域发展的重点。关于微流控芯片的研究有大量的文献报道，Nature杂志也对微流控芯片做过题为“芯片实验室”专辑。微流控芯片的成功研制为人类研究微尺度通道内的流动特性提供了重要基础。其在微纳机电系统(MEMS)、生物医疗、组织工程、新材料、新能源、高清显示、微流控器件、微纳光学器件、微纳传感器、微纳电子、生物芯片、光电子中都有应用。作为微流控芯片发展的核心部分．微流体驱动与控制系统的研究具有巨大的社会意义和市场价值。本文介绍了目前微流控芯片中的驱动和控制系统使用的微型泵和微型阀的发展进行了归纳和总结。
2 微型泵的研究现状
微流控系统的进样方式传统上多采用微泵。微泵作为微流体系统的“心脏”，是微流体输送的动力源，也是衡量微流体系统发展水平的重要标志。微泵的分类方法较多，例如按照泵内有无运动部件可以分为机械泵和非机械泵，按照泵内有无阀部件可以分为有阀泵和无阀泵，按照泵内流体的运动方式可以分为往复式泵和蠕动式泵[1]。主要的几种微泵类型简述如下：
1.压电驱动微泵
压电驱动微泵是基于压电晶体的压电特性驱动薄膜振动从而实现泵送流体的。常见的压电材料有压电片、PZT压电堆、压电薄膜。压电驱动的优点是结构简单、驱动力大、响应时间短、能耗低、效率高；其缺点是驱动电压高、振幅小，自吸困难，限制了其应用范围。国立台湾大学Ma[2]等研制了一种有阀压电驱动微泵如图1所示，该泵的泵体通过高精度的数控机床加工而成，两个阀门和泵膜均由PDMS薄膜制成，横截面尺寸为28mmtimes;5mm。在50V、100Hz正弦交流电驱动电压下，最大流量达到72mL/min，实验证明这种微泵在笔记本电脑CPU冷却系统中有良好的冷却效果。微泵的性能主要受到单向阀、泵膜、压电元件、泵室容积、驱动电压和频率的影响。
图1.有阀压电驱动微泵（Ma等，2008）
2.热气驱动微泵
热气驱动基本原理是利用加热产生的气体膨胀力为驱动力。热气驱动微泵的驱动器一般由加热器、泵膜和密闭压力室组成。通过加热冷却压力室的气体产生膨胀和收缩动作，推动泵膜运动。热气驱动微泵提供的驱动力较大，可在较低的驱动电压下获得较大的膜片变形，并且热驱动器容易集成在泵体中，微泵整体体积较小；但是由于冷却较慢，微泵响应慢，驱动频率低，一般为几赫兹，而且功耗较大。Jeong[3]等研制了一种蠕动式结构的热气驱动PDMS微泵，可以应用于血液输送系统。该泵具有三个致动器，两个泵腔，在0.3Hz的输入频率下最大流量可达到0．48micro;L/s，此时的背压为7cmH20。
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