基于氣泵的連續(xù)反應(yīng)體系中多試劑驅(qū)動系統(tǒng)的研究.pdf

1、微流控技術(shù)在21世紀(jì)中發(fā)展迅速，高精密的微流體的驅(qū)動技術(shù)的需求也逐漸增大;氣泵驅(qū)動在微液滴應(yīng)用中優(yōu)勢明顯，精密氣泵的研究也備受關(guān)注。目前僅3家國外公司的精密氣泵產(chǎn)品較好，國內(nèi)還沒未有質(zhì)量可靠的產(chǎn)品，產(chǎn)品的開發(fā)也處于較為落后的地步;各微流控研究實驗室都需一款可滿足他們需求的高精密的氣泵驅(qū)動系統(tǒng)，以更快更好完成微流控相關(guān)實驗;在國內(nèi)，供遠(yuǎn)小于求，所以本課題著重研究一種高精度、高靈敏度的多試劑氣泵驅(qū)動系統(tǒng)，替代注射器實現(xiàn)液體的連續(xù)驅(qū)動，解決注

2、射器驅(qū)動液體中存在明顯的脈動現(xiàn)象的問題，實現(xiàn)穩(wěn)定進(jìn)樣。
　　本論文描述了雙壓聯(lián)控氣泵系統(tǒng)，采用模塊化思想進(jìn)行軟硬件設(shè)計，核心部分為氣壓調(diào)節(jié)，此處應(yīng)用PID算法保證氣壓調(diào)節(jié)的效率，借助各類傳感器實現(xiàn)閉環(huán)控制保證氣壓調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性;氣路設(shè)計緊湊，連接緊密，保證整個系統(tǒng)的密閉性;最終可實現(xiàn)兩路氣壓相互獨立，且可聯(lián)合控制輸出。此系統(tǒng)具備氣壓控制范圍廣(10mBar～10Bar)，系統(tǒng)響應(yīng)時間短(0.3s)，密閉腔室內(nèi)壓力穩(wěn)定性高(±1mBa

3、r)，輸出的兩路獨立氣壓可直接應(yīng)用于液滴微流控。
　　借助設(shè)計的雙壓聯(lián)控氣泵系統(tǒng)完成微液滴實驗，采集生成液滴的圖片信息，利用ImageJ軟件對液滴圖片進(jìn)行預(yù)處理，標(biāo)記每個液滴，再進(jìn)行粒徑分析，采用該系統(tǒng)生成的液滴單分散性良好。并探索出驅(qū)動水相流動的氣壓與液滴體積之間存在線性關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)能成功生成液滴時對應(yīng)的水油兩相的氣壓是存在一定的比例的，氣壓比值過小時水油界面保持平衡，比值過大則形成層流狀態(tài)。
　　在雙壓聯(lián)控氣泵系統(tǒng)的基礎(chǔ)

4、上，完成相關(guān)擴(kuò)展:1）實現(xiàn)多種波形氣壓的生成，如正弦波，方波，三角波，鋸齒波等常規(guī)波形的輸出，輸出的氣壓波形的頻率受到執(zhí)行元件和傳感元件反應(yīng)時間的限制，目前除了方波和脈沖波的輸出的頻率稍高（f≤14Hz），正弦波、三角波和鋸齒波的輸出波形的頻率f≤1Hz;2）選擇SMC的S070系列三通氣閥，實現(xiàn)3路氣閥的時序驅(qū)動，完成3路氣壓的以120°模式時序輸出，設(shè)計出氣動微泵的控制系統(tǒng)，該電磁閥的響應(yīng)時間低至3ms，驅(qū)動頻率可達(dá)150Hz;3)

5、選用SMC和Lee公司的電磁閥，設(shè)計電液系統(tǒng)，將電磁閥串聯(lián)進(jìn)液路中，完成對液路通斷的控制;4）將電氣系統(tǒng)與電液系統(tǒng)聯(lián)合起來，電氣系統(tǒng)對應(yīng)氣路閥，對應(yīng)多組雙壓聯(lián)控氣泵系統(tǒng)，電液系統(tǒng)對應(yīng)多組液路閥，多組并行的液路控制，進(jìn)行多路流體的獨立控制和驅(qū)動，可實現(xiàn)了連續(xù)流動模式和非均勻相間隔模式的流體操控等各類方式的流體操控。實現(xiàn)NaOH溶液，酚酞指示劑和HCl溶液這三種試劑的異步輸送，時序出液，于玻片上完成簡單的酸堿顯色反應(yīng)。
　　本文借助多