CN102817818A

CN102817818A - 一种用于双流体同步传输的电解微泵

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Publication number: CN102817818A
Application number: CN2012103167021A
Authority: CN
Inventors: 刘冉; 金翠云; 刘静; 刘志兵; 付经经
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2012-12-12

Abstract

一种用于双流体同步传输的电解微泵，含有泵体、电极、金属管和单向阀；泵体由泵体上片、泵体中片和泵体下片组成，泵体上片内设有第一泵送腔室，泵体中片内设有电解腔室，泵体下片内设有第二泵送腔室；在第一泵送腔室与电解腔室之间设有第一泵膜，在第二泵送腔室与电解腔室之间设有第二泵膜；所述泵体上片、第一泵膜、泵体中片、第二泵膜和泵体下片固定在一起，形成“三明治”式结构。本发明能够同时传输两种流体，相对于单通道微泵，能有效解决双流体同步传输的问题，使输出流量连续可调、完全自吸，能够循环往复的工作。同时本发明还可采用微细加工、微机械技术相兼容的材料和工艺制造，具有体积小、重量轻、功耗低以及易集成化等特点。

Description

一种用于双流体同步传输的电解微泵

技术领域

本发明属于微电子机械***领域，特别涉及微流体传输与控制技术，尤其涉及一种新型微型泵的结构设计。

背景技术

微流体***近年来已经成为热门的研究领域。微泵作为一个重要的微流动***的执行器件，是其发展水平的重要标志。微型泵根据其有无可动阀片可分为有阀型微泵和无阀型微泵。有阀型微泵往往基于机械驱动，原理简单，制造工艺成熟，易于控制，是目前应用的主流；无阀型微泵则常常利用流体在微尺度下的新特性，原理比较新颖，更适于微型化，具有更大的发展前景。

微泵在医疗上也有显著的运用，例如在做某些手术的过程中，手术时间长、范围大、阻滞调控及肌松要求高，这时就可以用微泵缓慢地输注麻醉剂，使麻醉平面及效果准确控制，从而满足手术操作的需要、减少患者不适、防止不良反应的发生、减轻患者痛苦。微泵还可以用作给药装置，例如，可用微泵输送硫酸镁治疗儿童喘息性肺部疾病，用微泵给药治疗深静脉血栓的病人，最广泛应用是用来输送胰岛素治疗糖尿病。

目前，肿瘤治疗的常规方法有手术、放疗、化疗、消融治疗和分子生物学的辅助疗法。手术治疗存在局限性。放疗和化疗在***的同时对正常组织也会造成伤害。生物疗法对人体创伤小，但是仍处于辅助治疗或临床实验的阶段，尚未成为主流的治疗手段。目前研究最多的是消融治疗，消融原理的多样性导致设备千差万别。临床上一般可将消融治疗方法大致分为热消融法和化学消融法。

***的方法中有的实现起来很复杂，设备要求也很高，相应设备的体积也就比较大。要实现与微泵的结合，则要求治疗设备的体积要很小，控制设备也必须很小。出于这种考虑，要实现与微泵的结合，一种合适的消融方法正在被提出，它就是热化学消融法。热化学消融法通过向人体注入一种或多种化学消融物，并利用化学消融物之间或其与体内物质发生反应的产热来破坏肿瘤组织。这种方法既保留了化学消融剂对肿瘤的蛋白凝固作用，又达到了热疗的效果，两者结合可以实现更高质量的消融效果，从而解决化学消融高复发率的问题。更重要的是，所利用的化学反应产物往往毒性较小，这样可以消除或降低残留消融试剂对身体的毒性，实现“绿色疗法”的理念。

酸碱中和反应就属于热化学反应消融方法的一种，以NaOH和HCl反应为例，化学反应NaOH+HCl=NaCl+H₂O过程中有两个特点：①中和反应释放的热量为△H=57.32kJ/mol，少量的反应物即可带来显著的热量释放；②配比合适的酸碱溶液完成反应后，其残留物为NaCl和水，是人体内常见的生理盐水，反应残留物对人体的影响较小（中间产物是否具有毒性需要进一步评估）。因此，基于局部注射酸碱溶液的中和反应，可以对肿瘤实施精确摧毁。与传统热疗措施相比，这是一种高度局域化的热消融方法。由于所注射的溶液处于常温，且只在进入目标部位后才释放热量，因而不会对沿途健康组织造成热损伤；同时，若用作的植入注射的针直径较小(<l mm)，可有效避免因穿刺对组织造成的机械创伤。从此意义讲，这是一种真正微创的肿瘤热疗方法。而且在实际运用时，就可先由影像设备如B超、CT、核磁共振等确定肿瘤的尺寸及部位，根据实验数据设计合适的治疗方案，如确定化学反应物、使用剂量、注射区域等，然后将插管通过手术接到肿瘤组织内进行注射治疗。从这可以看出，该方法无需增加额外昂贵器材，因而手术成本及治疗费用较低。

目前现有技术中通常采用两个单流体微泵传输两种流体，这样不仅造成***的成本增加，更重要的是不易保证两种溶液的同步传输。

发明内容

本发明的目的是提出了一种用于双流体同步传输的电解微泵，以解决现有技术中的单流体传输微泵不能保证两种流体同步传输的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种用于双流体同步传输的电解微泵，其特征在于：该电解微泵含有泵体、电极、金属管和单向阀；所述泵体由泵体上片、泵体中片和泵体下片组成，泵体上片内设有第一泵送腔室，泵体中片内设有电解腔室，泵体下片内设有第二泵送腔室；在第一泵送腔室与电解腔室之间设有第一泵膜，在第二泵送腔室与电解腔室之间设有第二泵膜；所述泵体上片、第一泵膜、泵体中片、第二泵膜和泵体下片固定在一起，形成“三明治”式结构；电解腔室中放置有催化剂，两个电极放置在电解腔室中；所述金属管至少采用四根，分别设置在第一泵送腔室和第二泵送腔室进出口处，每根金属管均通过软管与一个单向阀连接。

本发明所述第一泵送腔室、第二泵送腔室和电解腔室的截面形状均为正方形或圆形。

所述电极与泵体中片结合于一体；设置在第一泵送腔室进出口处的金属管与泵体上片结合为一体；设置在第二泵送腔室进出口处的金属管与泵体下片结合为一体。

所述泵体上片、第一泵膜、泵体中片、第二泵膜和泵体下片通过螺栓和螺母固定在一起；在泵体中片的上下两个面的螺纹孔周围设有圆形凸台。

本发明具有以下优点及突出性效果：

一）、本发明能够同时传输两种流体，相对于单通道微泵，能有效解决双流体同步传输的问题，使输出流量连续可调、完全自吸。具有较好的同步性，能够循环往复的工作。

二）、本发明可以采用微细加工、微机械技术相兼容的材料和工艺制造，具有体积小、重量轻、功耗低以及易集成化等特点。

三）、本发明与肿瘤的热化学疗法结合起来，有以下几个方面的优势：

①保证了酸和碱溶液的同步传输:选择合适浓度的酸碱溶液，就能保证酸碱溶液都反应完全，不会有剩余，对健康组织造成伤害。

②控制简单:化学反应物、使用剂量、植入区域等，都是事先确定好的，治疗过中只需通过控制电流来控制酸碱溶液的流量，继而简洁控制反应放出的热量，就可以对治疗过程进行控制。

附图说明

图1为本发明提供的双流体微泵实施例的结构原理示意图（正面剖视图）。

图2为软管与金属管和单向阀的连接示意图。

图3为泵体中片的立体图。

图4为泵体上片和泵体下片的立体图。

图中：1-泵体上片；2-泵体中片；3-泵体下片；4-第一泵送腔室；5-电解腔室；6-第二泵送腔室；7-第一泵膜；8-第二泵膜；9-电极；10-催化剂；11-金属管；12-软管；13-单向阀；14-凸台。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的原理、结构和具体实施加以详细说明。

如图1所示，本发明提供的双流体电解微泵含有泵体1、电极9、金属管11和单向阀13；所述泵体由泵体上片1、泵体中片2和泵体下片3组成，泵体上片内设有第一泵送腔室4，泵体中片内设有电解腔室5，泵体下片内设有第二泵送腔室，泵体材料可选用抗酸碱腐蚀的材料，如有机玻璃等；在第一泵送腔室与电解腔室之间设有第一泵膜7，在第二泵送腔室与电解腔室之间设有第二泵膜8；所述泵体上片1、第一泵膜7、泵体中片2、第二泵膜8和泵体下片3固定在一起，形成“三明治”式结构；电解腔室5中放置有催化剂10，两个电极放置在电解腔室中；金属管采用四根，分别设置在第一泵送腔室和第二泵送腔室进出口处，每根金属管均通过软管12与一个单向阀连接。

图2为软管与金属管和单向阀的连接示意图，利用软管的伸缩性实现流道的密封性，每根金属管均通过软管12与一个单向阀连接。

图3为泵体中片的立体图，中间是带圆角的方形通孔，两侧分别有一个极小的通道用于放置电极；泵体四周有若干通孔用于放置螺钉。泵体中片的上下两个面在螺纹孔的周围有一个圆形凸台，凸台对泵膜的挤压比其他泵体部分对泵膜的挤压力度大，这样既可以固定住泵膜，也不会因为泵体对泵膜的挤压力度过大而使泵膜变形，还可以防止流体从螺纹孔里流出。

图4为泵体上片和泵体下片的立体图，中间是具有一定深度的带圆角的方形通孔凹槽，两侧为泵送腔室的进出口，用于放置金属管，通过粘结剂使金属管与泵体上、下片结合为一体；泵体四周有若干通孔用于放置螺钉。

具体组装时，先使用密封胶将泵体中片2与两个电极9粘合在一起，泵体上片1与金属管11粘合在一起，泵体下片3与金属管粘合在一起，再在金属管的开口端套上软管12和单向阀13；通过螺钉将泵体中片2、第二泵膜8、泵体下片3固定在一起，将配好的溶液注入电解腔室5，保证不存在泄漏；此时再将第一泵膜7和泵体上片1加上，同时旋紧螺钉和螺母；最后使用密封胶密封整个微泵。当对该电解微泵加载额定电压时，本实施例可以当微型泵使用，可以自吸；当对该设备加载直流电压时可以当两个微型阀使用。

具体使用时，将入口处的软管分别***两种流体中，出口处的软管出口分别放置指定部位，也可加上针头***组织中。再将微泵的两个电极接入到由电源、可调电阻、开关组成的电路中，即可使用电解微泵。

实施例：

本实例中的双流体微泵的制作材料和零部件都具有抗酸碱腐蚀特性，其中微泵泵体的制作材料选用的是2mm厚的有机玻璃板(PMMA)，泵膜的制作材料是0.2mm厚的硅胶薄膜，催化剂10用的是铂黑，电极9是0.5mm直径的铂电极丝，单向阀13是得雷流体控制工程有限公司生产的F2804-40单向阀。此外，金属管是外径为1mm的不锈钢管，软管12使用外径3mm的硅胶软管，用来连接微泵和单向阀。整个泵体的封装用的是M1.4×8mm的螺丝和M1.4的螺母。

本发明实施例的技术参数：外形尺寸为14mmX11mmX6mm（长X宽X高），电解腔室尺寸为8mmX3.8mmX2mm（长X宽X高），泵送腔室尺寸为8mmX3.8mmX1.5mm（长X宽X高）。以5%的Na₂SO₄溶液作为电解液，两种流体分别选用37.5%HCl溶液和40%NaOH溶液。

本实例的电解反应将会产生氢气和氧气，同时在铂的催化作用发生氧化还原反应。在3V电压下测试得最大流速达到28μLmin^-1。通过采用酸碱中和反应放出的热对肿瘤进行热化学消融疗法，具有不错的应用前景。

Claims

1.一种用于双流体同步传输的电解微泵，其特征在于：该电解微泵含有泵体、电极（9）、金属管（11）和单向阀（13）；所述泵体由泵体上片（1）、泵体中片（2）和泵体下片（3）组成，泵体上片（1）内设有第一泵送腔室（4），泵体中片（2）内设有电解腔室（5），泵体下片（3）内设有第二泵送腔室（6）；在第一泵送腔室（4）与电解腔室（5）之间设有第一泵膜（7），在第二泵送腔室（6）与电解腔室（5）之间设有第二泵膜（8）；所述泵体上片、第一泵膜、泵体中片、第二泵膜和泵体下片固定在一起，形成“三明治”式结构；电解腔室中放置有催化剂（10），两个电极放置在电解腔室（5）中；所述金属管至少采用四根，分别设置在第一泵送腔室（4）和第二泵送腔室（6）的进出口处，每根金属管（11）均通过软管（12）与一个单向阀（13）连接。

2.如权利要求1所述的一种用于双流体同步传输的电解微泵，其特征在于：所述第一泵送腔室、第二泵送腔室和电解腔室的截面形状均为正方形或圆形。

3.如权利要求1所述的一种用于双流体同步传输的电解微泵，其特征在于：所述电极（9）与泵体中片（2）结合于一体；设置在第一泵送腔室（4）进出口处的金属管与泵体上片结合为一体；设置在第二泵送腔室（6）进出口处的金属管与泵体下片结合为一体。

4.如权利要求1所述的一种用于双流体同步传输的电解微泵，其特征在于：所述泵体上片（1）、第一泵膜（7）、泵体中片（2）、第二泵膜（8）和泵体下片（3）通过螺栓和螺母固定在一起。

5.如权利要求5所述的一种用于双流体同步传输的电解微泵，其特征在于：在泵体中片（2）的上下两个面的螺纹孔周围设有圆形凸台（14）。