專利名稱：輸液泵和液體輸送管路除氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于排除輸液泵或液體輸送管路中液體所含氣體的裝置。它是利用液體中過飽和的氣體在液體中上層的濃度高于底層液體、或利用憎水毛細(xì)孔原理來排除氣體的方法，屬于一種利用物理原理除氣的方法。
實(shí)際上，臨床藥物微量輸液系統(tǒng)、液相色譜系統(tǒng)、流動分析系統(tǒng)等領(lǐng)域經(jīng)常涉及到需要排除氣泡或排除液體中過量溶解氣體的場合，特別是電驅(qū)動或電磁驅(qū)動系統(tǒng)中由于不可避免的電極反應(yīng)，流體中氣泡的排除顯得尤為重要。近年來，為了實(shí)現(xiàn)微流量液體的輸送，出現(xiàn)了以聲、電、光、磁、熱等為基本激發(fā)形式的各式各樣的微泵，例如壓電式、熱動式、聲波式、電流體動力式、磁流體動力式、電滲式等等。這些微泵在輸液時(shí)，經(jīng)常由于電極反應(yīng)或其它原因使輸出液體中含有氣泡。在大多數(shù)情況下，不希望流體中含有氣泡。電驅(qū)動或電磁驅(qū)動是微流量驅(qū)動與控制技術(shù)重要的方法，電驅(qū)動時(shí)，電極表面在發(fā)生電化學(xué)過程時(shí)總是要產(chǎn)生氣體的，時(shí)間稍長就形成氣泡。在直接驅(qū)動體系中，氣泡不可避免地進(jìn)入流體中，電場梯度在氣泡處變大，局部產(chǎn)生更高的焦耳熱而使氣泡體積擴(kuò)大，致使液流斷路和電滲中斷；在間接驅(qū)動體系中，氣體的聚集會導(dǎo)致氣泡反入流體中，也會使電滲過程中斷。因?yàn)槿芤褐袝匀蝗芙庖欢康臍怏w，完全去除液體中的氣體是不可能的，也沒有必要，只要不過飽和就不會產(chǎn)生氣泡，也就不影響應(yīng)用。
本發(fā)明液體除氣裝置主要包括液體輸入通道，液體輸出通道，貯液腔，帶有阻尼器的氣體逸出通道；進(jìn)一步區(qū)分，本發(fā)明液體除氣裝置可分為帶壓液體除氣裝置和芯片除氣裝置，其中帶壓液體除氣裝置的逸出通道是通過在貯液腔頂端設(shè)置帶阻尼器的排液口，而芯片除氣裝置的逸出通道設(shè)有微毛細(xì)管陣列(通道)和多孔阻尼層。帶壓液體除氣裝置是利用物理原理，氣體在液體中向上層移動、聚集，使上層溶液中的氣體含量較高，通過阻尼管使液-氣混合液排出而達(dá)到排除氣體的目的。芯片除氣裝置利用了憎水微毛細(xì)氣孔(HMCV)原理，裝置中的微毛細(xì)管陣列，截面尺寸比流通道尺寸小。微毛細(xì)管內(nèi)壁具有憎水性，負(fù)毛細(xì)作用阻止了流體的侵入，而氣體可以輕易的通過其中。當(dāng)液體壓強(qiáng)較高并超過毛細(xì)管的表面張力時(shí)，液-氣混合液體會通過微毛細(xì)管和多孔阻尼層流出，使液體中氣體被排出。
另外，在上述的除氣裝置中，對于帶壓液體除氣裝置的液體輸出通道排出的流量為液體輸入通道輸入流量的10-80％。
另外，在上述的除氣裝置中，帶壓液體除氣裝置貯液腔體積大于或等于液體每分鐘流量的1/3。而芯片除氣裝置的微毛細(xì)管陣列截面尺寸與流道尺寸相比小于2/3。
帶壓液體除氣裝置(

圖1)由一帶液體輸入口14、輸出口15及排氣口16(上有阻尼器)的貯液腔(內(nèi)壁憎水性)4構(gòu)成，從液體輸入口14輸入液體，經(jīng)空心腔室4下部的液體輸出口15排出液體，而含有氣體的液體由貯液腔上部設(shè)有的出口16(上有阻尼器)排出；其原理是氣體在液體中由于重力的作用向上層移動、聚集，使上層溶液中的氣體含量較高。對于親水性液體，為使高壓下的溶液中氣體易于逸出、聚集，空腔壁可處理成憎水性；反之，對于憎水性液體，腔壁可處理成親水性。上部液體不斷地經(jīng)阻尼器流出，流量約為液體輸入口14的10％-80％，可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，使氣體和含溶解氣體濃度高的液體不斷地排出，保證流出液體輸出口15的液體沒有氣泡。阻尼器的制作可以使用微多孔燒結(jié)不銹鋼材料，也可使用毛細(xì)管填充柱，內(nèi)添微顆粒(填料可選用硅膠、表面修飾硅膠、離子交換樹脂、高分子微球、無機(jī)球型或無定型填料、內(nèi)成型填料中的一種)。
芯片上氣體排除裝置(圖3)，主要包括液體流通通道102，一個(gè)微毛細(xì)管陣列(通道)1021，氣體逸出通道1022，微毛細(xì)管陣列截面尺寸比流道尺寸102小。其原理是利用了憎水微毛細(xì)氣孔(HMCV)原理，對于親水性液體，為使溶液中氣體易于逸出、聚集，微毛細(xì)管內(nèi)壁使用憎水性材料制成，反之，對于憎水性液體，微毛細(xì)管內(nèi)壁則使用親水性材料制成。以芯片上經(jīng)常需要輸送的親水性液體為例，這時(shí)微毛細(xì)管內(nèi)壁具有憎水性，負(fù)毛細(xì)作用阻止了流體的侵入，而氣體可以輕易的通過其中而排除流體通道102。若液體壓強(qiáng)較高能超過毛細(xì)管的表面張力時(shí)，在微毛細(xì)管之后附加一層多孔阻尼，使液-氣混合液體通過微毛細(xì)管和多孔阻尼層流出，即維持液體壓強(qiáng)，又使液體中的氣體排出。
本發(fā)明輸液泵除氣裝置所述裝置材料，采用金屬、合金、塑料、復(fù)合材料、石英、陶瓷、玻璃或?qū)щ姴牧?、硅基質(zhì)材料。
本發(fā)明輸液泵除氣裝置能夠耐壓，帶壓液體除氣裝置耐壓0-100MPa，芯片除氣裝置耐壓0-1MPa。
本發(fā)明輸液泵除氣裝置，對于裝置尺寸沒有固定的限制，一般地，帶壓液體除氣裝置(圖1)的貯液腔4內(nèi)體積是輸送液體每分鐘流量的1/3以上，是根據(jù)輸液流量大小所要求的平衡體積而定；貯液腔4的幾何形狀無限制，一般為柱型或棱柱型。芯片上氣體排除裝置(圖3)的幾何尺寸為幾十納升至幾十微升，主要體現(xiàn)在液體流通通道102，微毛細(xì)管陣列(通道)1021，多孔阻尼層上，要求微毛細(xì)管陣列截面尺寸比流道尺寸102小。
本發(fā)明的輸液泵除氣裝置，帶壓液體除氣裝置和芯片除氣裝置可以是單獨(dú)的部件，后者也可以直接設(shè)計(jì)制作在芯片上，以滿足微流量系統(tǒng)的液體除氣要求。
實(shí)施例1單級驅(qū)動電滲泵，銅制空心二通內(nèi)徑200μm作為電極和液體通道，采用柱長20.0cm，內(nèi)徑75μm填充柱，內(nèi)填粒徑1μm的硅膠填料，空管內(nèi)徑10μm，串聯(lián)帶壓液體排氣除裝置，裝置的除液腔為直徑1.0mm的圓柱形空腔，阻尼器通道耐壓20Mpa，液體輸入/輸出通道內(nèi)徑均為200μm，可有效除氣，泵可連續(xù)不間斷輸液；實(shí)施例2芯片四級驅(qū)動電滲泵，蝕刻串聯(lián)制作芯片氣體排除裝置。電滲泵流體通道折合內(nèi)徑為50μm，芯片氣體排除裝置的微毛細(xì)管陣列和多孔阻尼層均處理成憎水性，其總折合尺寸為20μm，總耐壓0.2Mpa，可有效除氣，滿足輸液要求。
權(quán)利要求
1.一種輸液泵和液體輸送管路除氣裝置，具有液體輸入通道，液體輸出通道，貯液腔，和帶有阻尼器的氣體或液-氣混合液逸出通道，其特征在于對于帶壓液體除氣裝置的逸出通道是通過在貯液腔頂端設(shè)置帶阻尼器的排液口；而對于微流動芯片除氣裝置的逸出通道設(shè)有一個(gè)微毛細(xì)管陣列和多孔阻尼層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸液泵和液體輸送管路除氣裝置，其特征在于對所述貯液腔內(nèi)的頂部或上半部處理成憎水性表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸液泵和液體輸送管路除氣裝置，其特征在于所述的微毛細(xì)管陣列的截面尺寸與流體通道尺寸相比小，微毛細(xì)管內(nèi)壁具有憎水性的性質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸液泵和液體輸送管路除氣裝置，其特征在于對于帶壓液體除氣裝置的液體輸出通道排出的流量為液體輸入通道輸入流量的10-80％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸液泵和液體輸送管路除氣裝置，其特征在于帶壓液體除氣裝置貯液腔體積大于或等于液體每分鐘流量的1/3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸液泵和液體輸送管路除氣裝置，其特征在于芯片除氣裝置的微毛細(xì)管陣列截面尺寸與流道尺寸相比小于2/3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5除氣裝置，其特征在于裝置能夠耐壓，除氣裝置耐壓0.001-100MPa，芯片除氣裝置耐壓0-1MPa。
全文摘要
一種用于輸液泵和液體輸送管路中所含氣體去除裝置，用于排除帶壓液體中所含氣體和微流動芯片管路中氣體。帶壓液體除氣裝置主要包括液體輸入通道，液體輸出通道，空心腔室，和帶有阻尼器的氣體或液－氣混合液逸出通道；微流動芯片除氣裝置主要包括液體流通通道，微毛細(xì)管陣列(通道)，氣體逸出通道或液－氣混合液逸出的阻尼層。該裝置適用于臨床輸液系統(tǒng)、液相色譜系統(tǒng)、流動分析系統(tǒng)等需要排除氣泡或排除液體中過量溶解氣體的場合，特別適用于電驅(qū)動系統(tǒng)中液體所含氣泡的排除，使電驅(qū)泵或電磁泵能連續(xù)穩(wěn)定的工作。
文檔編號A61M5/36GK1419948SQ0113493
公開日2003年5月28日 申請日期2001年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月15日
發(fā)明者關(guān)亞風(fēng), 陳令新 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所