基于形状记忆合金驱动的微流控系统进样装置的设计与实现

摘要

微流控芯片作为一种新的微型分析平台，在高效筛选、环境检测、临床检测、空间生物学、高效DNA测序等领域有着广泛的应用前景。而微流控系统进样装置是实现微流控芯片系统中微流体控制的必要装置，其核心技术是驱动器。目前，普遍采用的基于静电、压电、热和步进电机等传统驱动方式的自动进样装置都有一定的局限性，存在着加工、集成困难，难以准确控制进样、出样速度等缺点；或者装置结构复杂、体积、重量大，不利于微型化、成本高等弊端，难以满足应用要求。因此，尝试采用新的驱动技术，研制一种综合性能更加优良的进样装置，将是解决上述问题的有效途径。而形状记忆合金作为一种新型的功能材料，集传感、驱动于一身，具有效率高、原理简单、结构简洁紧凑等优点，在驱动器应用方面极具潜力。
　　 鉴于此，本课题探索性地研制基于形状记忆合金驱动的微流控系统进样装置，提出了利用其双程记忆效应和单程记忆效应达到驱动目的的两种不同方案，并基于Pro/ENGINEER软件平台分别设计了装置的机械结构。同时，根据应用要求设计确定了双程形状记忆合金弹簧、单程形状记忆合金弹簧及偏置弹簧等驱动器的参数指标。此外，设计了热机械训练装置，采用形状记忆与超弹结合循环的方法对形状记忆合金弹簧进行了恒定负载和变化负载条件下的双程形状记忆效应的训练实验，但获得的双程记忆合金弹簧的驱动能力尚不能满足进样装置的驱动要求，因此，最终采用了单程形状记忆弹簧结合偏置弹簧的驱动方式实现了进样装置样机。并对其进行了简单的进样、出样测试，同时基于LabVIEW软件平台编写了控制程序对进样装置进行了简单的控制测试。实验结果表明，所设计的基于形状记忆合金驱动的微流控系统进样装置能够实现自动的进样、出样，且能够对进样速度、进样量等参数进行简单的控制。
　　 通过以该进样装置的研制为例，对形状记忆合金驱动器的设计、双程形状记忆效应的训练方法等共性技术问题的系统探讨，一方面证明了利用形状记忆合金来驱动微流控系统进样装置的可行性，为以后进一步研究精确控制该进样装置奠定了基础，另一方面也为基于形状记忆合金的其它应用开发提供了有益的参考与借鉴。

目录

文摘

英文文摘

1 绪 论

2 形状记忆合金概述

3 软件介绍

4 基于形状记忆合金驱动的微流控系统进样装置的设计方案

5 双程形状记忆合金弹簧的训练

6 基于形状记忆合金驱动的微流控系统进样装置样机与实验

7 总结与展望

致 谢

参考文献

附 录