微泵的研究现状与进展

微泵作为微流体系统中关键的执行器件,是微流体系统发展水平的重要标志。该文分析了近年来国内外出现的典型机械式微泵和非机械式微泵的工作原理、结构组成、优缺点,论述了微泵的加工制作技术以及国内外研究现状,最后对微泵的发展前景作了展望。

离心式铁磁流体微泵的设计及流动特性分析

铁磁流体微泵由于其自润滑性和自密封性,使其更加符合微流控技术应用在生物医学、生命科学、化学分析、航空航天等领域的需求,而在目前的结构设计中无法同时满足加工简单、可靠性高、流动稳定等优势,因此限制其应用及发展。为提高铁磁流体微泵的可靠性和稳定性,促进其发展和应用,本研究基于铁磁流体的外场控制原理、磁流变效应及介质流体的流体力学行为设计了一种离心式的新型铁磁流体微泵,并应用数值计算分析了介质流体流动特性。结果表明:该微泵可以有效实现泵送过程,当转速为10 r/min时,一个周期内的泵送净流量可达0.07 kg/T,且在两股铁磁流体的交替作用下可以阻断泵腔进口与出口的介质流体质量交换;由于铁磁流体与泵腔结构的动静干涉作用,导致出口流量存在轻微脉动(数量级为10^(-5)),但仍处于层流状态(Re<1),并且由于惯性力与特征尺寸相关而黏滞力与特征尺寸无关等力学因素,导致泵送动力对出口尺寸长度非常敏感,在转速4 r/min、出口段长度9 mm时无法实现有效泵送。同时对铁磁流体与泵送介质流体之间的相界面压力波动和自密封性能进行分析,得到相界面上的压力波动峰值远小于铁磁流体自密封性能,相差3个数量级,从铁磁流体的密封稳定性和界面稳定性角度验证了离心式铁磁流体微泵的可行性。

微流控系统中微泵和微阀的研究与挑战

微流控芯片是由微流体系统中的驱动元件——微流体泵和控制元件——微流阀来实现微流体准确操纵。随着微流控芯片集成程度的不断提高,液体流道变得更加复杂且体积更加微小,如何在微小尺度上实现流体驱动和控制就成了芯片设计中的一个重点。文章针对微泵与微阀的国内外研究现状、关键技术及发展趋势进行阐述,旨在为相关产业的发展及技术研究等方面提供借鉴与参考。

无脉冲微流控片上蠕动微泵研制及其性能研究

为解决微流体连续输送过程中存在的流动脉冲、精度低等问题,研制一种基于微流控技术的片上蠕动微泵。该微泵由微流控芯片和电机驱动系统组成,利用驱动系统中的滚子轴承连续挤压微流控芯片中的微流道,以实现微流体的精确泵送。为研究微泵的流量特性,设计具有气腔稳流功能的微流道,采用光固化3D打印技术与模塑法制作微流控芯片样件;开发电机驱动系统,测试微泵在不同电机转速下的平均流量、总流量和瞬时流量,并将其流量特性与商业蠕动泵的流量特性进行对比。研究结果表明:随着电机转速增加,微泵的平均流量逐渐增大,瞬时流量误差逐渐减小;当电机转速大于60 r/min时,瞬时流量误差可控制在5%以内,其流量精度显著高于商业蠕动泵的流量精度;片上蠕动微泵可有效抑制微流体脉冲,提升微流体控制精度,在精密微流体输送中具有广阔的工程应用前景。

航天器用微泵激光焊接气孔形成机理研究

为研究微泵激光焊接过程中的气孔形成机理,通过试验分析了激光焊接速度、离焦量、保护气体种类和吹气方式对微泵焊缝气孔率的影响规律。结果表明,随着激光离焦量的增加,焊缝气孔率逐渐降低,当激光离焦量小于+3 mm时,激光焊接模式为深熔焊,焊缝内部存在较多的工艺型气孔和冶金型气孔;激光离焦量大于+5 mm时,激光焊接模式为热导焊,焊缝内部气孔率显著降低。随着焊接速度的提高,气孔上浮速度可能低于熔池凝固速度,导致内部气孔率增加。降低焊接速度、采用N2保护气和采用尾吹吹气方式均有助于降低微泵焊缝气孔率。

奶酪模型联合思维导图在外周静脉微泵输注血管活性药物中的应用

目的:探讨奶酪模型联合思维导图在外周静脉微泵输注血管活性药物中的应用效果。方法:2022年6月—2023年6月成立静疗干预小组,运用奶酪模型分析外周静脉微泵输注血管活性药物病人药物输注时不良反应发生原因,并针对相关原因设计思维导图,基于思维导图对静疗联络护士进行培训,比较培训前(2021年6月—2022年6月)、培训后(2022年7月—2023年6月)静疗联络护士血管活性药物操作技能、输注不良事件发生率、用药不良反应发生率及病人治疗满意度。结果:培训前后静疗联络护士微泵输注血管活性药物操作技能评分、病人输注不良事件总发生率、用药不良反应总发生率、病人外周静脉微泵输注血管活性药物满意率比较差异均有统计学意义(P<0.05)。结论:奶酪模型联合思维导图能有效提升静疗联络护士血管活性药物微泵输注操作技能,有效降低外周静脉输注病人不良事件及用药不良反应发生率,提升病人输注满意度。

小剂量胰岛素微泵泵入对急诊酮症酸中毒糖尿病患者急救效果的影响

目的探析小剂量胰岛素微泵泵入治疗方案用于急诊糖尿病酮症酸中毒(diabetic ketoacidosis,DKA)患者急救的效果及影响。方法随机选取2021年6月—2023年6月牡丹江医学院附属第二医院急诊科收治的80例DKA患者为研究对象,按照不同治疗方法分为对照组和观察组,每组40例。对照组给予胰岛素持续静脉滴注治疗,观察组给予小剂量胰岛素微泵泵入治疗。对比两组患者治疗相关指标水平、治疗总有效率、血糖水平、氧化应激指标水平、并发症发生情况。结果治疗后,观察组治疗相关指标低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组治疗总有效率为97.50%(39/40),高于对照组的85.00%(34/40),差异有统计学意义(χ^(2)=3.914,P<0.05)。治疗后,观察组空腹血糖、餐后2 h血糖均低于对照组,差异有统计学意义(P均<0.05)。治疗后,观察组丙二醛水平低于对照组,超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶均高于对照组,差异有统计学意义(P均<0.05)。观察组并发症总发生率低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论对急诊DKA患者实施小剂量胰岛素微泵泵入治疗作用显著,可改善临床治疗指标,减少并发症的发生,安全性较高。

微泵研究进展

介绍了近十几年特别是近几年来微泵研究的最新成果,根据有无可动阀及不同的驱动方式,比较系统地介绍了压电驱动微泵、静电驱动微型泵、双金属驱动微泵、形状记忆合金薄膜驱动微泵、热驱动薄膜微泵、收缩—扩张型微泵、电液动力微泵(EHD泵)、热驱动型微泵、热气致动微泵、基于粘性的微泵、双膜微泵、磁动力微泵等各种微泵的结构、原理、应用情况,展望了微泵的发展前景。

基于MEMS工艺的压电微泵的研究进展

在微纳米尺度流体控制的应用中,压电微泵因其简易结构,高精密度,高力密度,快速响应与良好环境适性成为研究的热点。从致动原理与流体控制方案角度对压电微泵的研究现状进行了归纳总结,介绍了其在药物供给、细胞分离、微量化学检测等领域的应用,指出了压电微泵输出功率较小、输出具有蠕变特性、成本偏高等问题,并对压电微泵的发展方向进行了展望。

微泵注射硝普钠对急性左心衰的治疗效果

对急性左心衰患者,采用微泵注射硝普钠的治疗效果进行较为深入的分析与研究。方法 我院2020年1月-2023年1月,收治急性左心衰患者人数为30例,将全部研究对照更细致的分为对照组与实验组两个不同的组别,但是要保证两组人数均为15例。分别采用的治疗方案为微泵注射硝酸甘油、微泵注射硝普钠,具体观察指标为:治疗有效率、心功能指标、肺功能指标、血压与心率变化、不良反应发生率。结果 治疗后,实验组患者心功能指标得到了相对明显的改善(p<0.05)。治疗后,实验组患者肺功能指标得到了相对明显的改善(p<0.05)。治疗后,实验组患者的心率、舒张压、收缩压等指标分别为(90.32±7.52)、(80.35±4.36)、(121.85±0.33),对照组为(104.58±7.38)、(94.26±4.29)、(139.67±0.11)两组数据结果比较差别较大,实验组各项指标恢复情况更优(p<0.05)。结论 临床对急性左心衰的患者进行治疗,具体的方式则是微泵硝普钠注射,进而达到显著的治疗效果。在改善其肺功能水平的基础上,还能使得患者的心功能指标也能随之恢复,提高患者心率。此外,这一治疗方案能保证患者舒张压、收缩压趋于稳定状态,降低多方面不良风险事件发生,值得推广。

一种新型压电式双向无阀微泵的研制

采用氧化、光刻、腐蚀、键合等MEMS技术,研制了一种硅基压电式双向无阀微泵,泵的外形尺寸为30×14×3mm3,泵腔体体积约10mm3.通过大量试验测试,得到了泵压、流量与工作频率、波形、电压幅值之间的关系.当工作电压为110V、频率为40Hz时,微泵的正向最大泵压为120mm水柱,频率为50-90Hz时,最大流量70μl/min;当频率为35Hz时,微泵的反向最大泵压为70mm水柱,最大流量56μl/min.

压电驱动微泵泵膜振动有限元分析

以压电驱动微泵泵膜为研究对象,分析了压电复合泵膜膜片的弹性曲面微分方程,建立了泵膜膜片有限元数值模拟的模型,对泵模膜态进行了计算和分析,模拟并分析了驱动电压、泵膜压电层半径与泵膜单晶硅层半径之比、单晶硅层厚度、压电层厚度对泵膜位移的影响。所作研究为压电驱动微泵的优化设计提供了理论依据。

微泵法硬脊膜外自控镇痛在分娩中的应用

微泵法硬脊膜外自控镇痛在分娩中的应用黄亚绢罗来敏戴钟英吴氢凯随着围产医学的发展，产科质量的不断提高及分娩过程管理的日趋科学化，人们对分娩提出更高的要求。减轻和消除分娩疼痛已成为人们热切关心的问题。我们对５０例产妇进行硬脊膜外镇痛法（Ｅｐｉｄｕｒａｌｐ...

利用压电微泵驱动和脉动混合可控合成金纳米粒子

为了合成粒径均一、单分散性好的金纳米粒子,提出一种压电驱动式脉动微混合可控合成金纳米粒子的方法。该方法采用两腔三阀结构的压电微泵作为驱动源,结合Y形微混合器,基于两压电微泵脉动交叉式输出性能来实现多种不同混合模式的可控混合。利用Fluent软件对Y形微混合器内不同流量及频率下的混合效果进行了优化分析,优选出了压电微泵的控制参数。在实验室内设计、制作了用于金纳米粒子可控合成的系统样机,并开展了相应的金纳米粒子可控合成试验。试验结果表明:电压为40V,频率为300Hz时,合成的金纳米粒子粒径较为均一,分散性较好,该结果验证了文中所提方法的可行性。此方法亦可应用于其他纳米粒子的可控合成。

用于胰岛素推注的压电微泵

研制了一种压电驱动式可用于胰岛素推注的微泵,该泵在结构、原理上均有别于传统的胰岛素泵。在实验室中设计、制作了实验样机,为实现样机体积微小化及保证较高的输出精度,整机设计采用迭片式、多腔体串联结构。通过系统的实验测试和研究进一步验证:压电驱动式微泵性能稳定、推注量更易于精确调节、更适宜于微型化,符合可以植入人体内的人工胰腺的未来研发趋势(样机尺寸:φ16.5 mm×60 mm;36 V正弦信号输入,200 Hz条件下最大输出压力为22 kPa,最大流量达到3 mL/min,单脉冲最小流量为7.5×10-5mL)。

无阀微泵压电特性分析及性能测试

提出了一种用于微量试剂分析的压电驱动微泵模型.该微泵模型采用压电阵子驱动、硅基泵体以及聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)封装而成.对压电阵子振动模态进行有限元分析,得出1～4阶模态及驱动频率,使微泵容积效率为最大的应为1阶模态.通过对微泵压电-应力耦合场进行数值分析,得出微泵最佳驱动频率范围应小于1kHz.最后,采用微系统加工方法制作出微泵模型,并对其性能进行测试.结果表明:电压为100V(p-p)的正弦波驱动下,频率为60和200Hz时,微泵流量最大达到34.5μL/min,而当频率在60～600Hz时微泵压力最大达到657Pa,与数值分析结果相吻合.

微泵给药时输液器对尼莫地平注射液的吸附作用

目的 考察微泵给药时输液器对尼莫地平注射液的吸附作用 ,为临床合理用药提供依据。方法 模拟临床给药方式 ,分别取给药后 0 ,2 5 ,6 0 ,90 ,12 0 ,180 ,2 4 0 ,30 0 ,36 0 ,4 80 ,6 0 0min时输出的尼莫地平注射液 ,用RP HPLC法测定尼莫地平浓度 ,计算吸附率。结果 药物浓度 6 0min时最低至 119.0mg·L-1,90min时升至 178.1mg·L-1,后渐趋平稳。吸附率在 6 0min时高达 4 0 % ,90min后降到 11% ,然后缓慢降低。结论 由于吸附作用的存在 ,临床维持给予尼莫地平时 ,应避免使用微泵。

一种无阀压电微泵的研究

介绍了一种适用于微流体系统的无阀微泵。该微泵利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为泵膜,利用硅各向异性腐蚀形成扩散口/喷口结构,并利用压电双晶片作为驱动部件。该微泵的制作工艺简单,使用寿命长,具有良好的液体驱动性能。对于使用15 mm长的压电双晶片作为驱动器的压电无阀微泵,在100 V6、0 Hz、占空比为1的方波驱动下,最大流速可达151μL/min。

一种压电式精密输液微泵的试验研究

提出了一种用于精密输液的压电驱动式微型泵,该泵在结构、原理上均有别于传统泵。在实验室中设计、制作了实验样机,同时为取得控制流体精密输送的方法与规律,自行设计、制作了专用电源。通过系统的实验测试和研究进一步验证:压电驱动式微泵性能稳定、能够实现流体的精密输送、且适于微小型化,可为研发具有实用意义的精密输液微泵提供有益借鉴。

微泵高浓度氯化钾溶液静脉注射抢救严重低钾血症的疗效观察

目的 :观察用微泵高浓度氯化钾溶液静脉注射抢救严重低钾血症的疗效。方法 :对 3 6例血钾低于 2 .5 mmol/L 的患者用高浓度 (3 %～ 5 % ,40 2 mmol/L～ 670 mmol/L)的氯化钾溶液 ,在心电监护下 ,2～ 3 g/h用微泵大静脉补钾 ,直至血清钾达到正常值水平。结果 :3 6例患者在 2～ 8h内血清钾补充到 3 .5 0 mmol/L,症状明显缓解 ,治愈率达 1 0 0 %。结论 :抢救严重低钾血症患者应在心电监护下进行 ,用微泵高浓度氯化钾溶液静脉注射是安全有效的。