1、寺用上享本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 外文翻譯學(xué)生姓名 徐輝府班級(jí) 411008班學(xué)號(hào)41100804學(xué) 院機(jī)械學(xué)院專 業(yè)機(jī)械工程及自動(dòng)化指導(dǎo)教師劉昕暉職稱教授吉林大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)基于微型機(jī)電系統(tǒng)（MEMS的微流體生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用設(shè)備摘要：微型機(jī)電系統(tǒng)（MEMS基于微流體設(shè)備過在去的幾年里在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到 普及。本文將全面論述已應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)的微流控設(shè)備， 比如微型泵和顯微針頭。 本文的主要目的是呈現(xiàn)微型泵和顯微針頭的主要特性和相關(guān)問題，例如，工作原理、驅(qū)動(dòng)方法、制造技術(shù)、筑、性能參數(shù)、故障分析、測(cè)試、安全問題、應(yīng)用程 序、商業(yè)化的問題和未來的前景。根據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)制的不同，微型泵分為機(jī)械微型泵 和非機(jī)

2、械微型泵。顯微針頭根據(jù)其結(jié)構(gòu)，制造工藝，材料，整體形狀，大小，陣 列密度和用途進(jìn)行分類。微型泵和顯微針頭的綜述將為研究人員設(shè)計(jì)和開發(fā)微流 控生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用設(shè)備提供有用的綜合信息。關(guān)鍵詞：藥物輸送系統(tǒng)；微流控；微型泵；顯微針頭。1介紹：微流控作為一種較新的分支科學(xué)，在過去幾年里快速發(fā)展。微流控系統(tǒng)只 需要少量流體，通常一個(gè)小型系統(tǒng)只需要幾微升流體。系統(tǒng)的主要功能是樣品制 備、純化、分離、反應(yīng)、運(yùn)輸、固定、標(biāo)簽、生物傳感和檢測(cè)。流體行為在宏觀 尺度和微觀及納米尺度上是不同的。表面張力等因素可能成為微流控設(shè)備的主導(dǎo) 因素。當(dāng)生物樣品的大小接近流動(dòng)通道或者針頭經(jīng)過樣品通道時(shí)，樣品流可能不同于基于傳統(tǒng)射流

3、的設(shè)想。近些年，微流控組件、設(shè)備、系統(tǒng)和制備方法領(lǐng)域已 經(jīng)有了大量研究。微型和納米機(jī)電系統(tǒng)（MEMS口 NEM蹴術(shù)的使用，已迅速促進(jìn) 制作微流控生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用設(shè)備。由于微型機(jī)電系統(tǒng)和納米機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，高性能 微型醫(yī)療設(shè)備的制造能在微小副作用，生物高利用度和高療效的前提下聚集醫(yī)療 設(shè)備的控制傳遞等關(guān)鍵需求。最近幾年，微型機(jī)電系統(tǒng)和納米機(jī)電系統(tǒng)在生物醫(yī) 學(xué)方面最重要的進(jìn)步就是微流控皮膚給藥系統(tǒng)（TDD。TDD系統(tǒng)使制藥化合物經(jīng) 過皮膚達(dá)到體循環(huán)后分布在人體中。TDD系統(tǒng)包括微型泵、顯微針頭、蓄液池、 微流傳感器、血壓傳感器和必要操作所需的電子電路。 其中，微型泵和顯微針頭 是微流控設(shè)備最重要的組成部

4、分，尤其是對(duì)于藥物傳送的應(yīng)用設(shè)備。微型泵用于 遞送和治療。顯微針頭可作為獨(dú)立設(shè)備和集成的復(fù)雜微流控設(shè)備的一部分。近年來，一些TDDT品已獲得美國(guó)食品和藥物管理局的批準(zhǔn)和報(bào)道。IONSYS ALza公司的產(chǎn)品，2006年被批準(zhǔn)為病人控制疼痛管理。Emsam百時(shí)美施貴寶公 司的產(chǎn)品,200朔被批準(zhǔn)用于治療重度抑郁癥。華生制藥的芬太尼通用2007年被 批準(zhǔn)用于止痛。類似的大量研究已經(jīng)為不同的醫(yī)療用途提供了微流控設(shè)備。尤其是微型泵和顯微針頭在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用已經(jīng)被廣泛的研究過了。但這些設(shè)備在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用仍然需要發(fā)展跟新， 因?yàn)檫@些設(shè)備依然處于研究水平，商業(yè)用 途受到限制。很多研究人員只是對(duì)微型泵的

5、設(shè)計(jì)和發(fā)展做了評(píng)論。拉德和圣地亞 哥對(duì)微型泵做了全面評(píng)論。但評(píng)論未涉及一些驅(qū)動(dòng)方法，例如、離子導(dǎo)電高分子膜(ICPF),蒸發(fā)微型泵的發(fā)展，推進(jìn)微型泵在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。Woias對(duì)不同微 型泵和他們的應(yīng)用程序提出了簡(jiǎn)明的概述。 然而，評(píng)論并沒有描述電潤(rùn)濕微型泵、 蒸發(fā)微型泵和ICPF。蔡和蘇報(bào)道了微型泵在醫(yī)學(xué)應(yīng)用上的重要性，但并未提及 微型泵藥物輸送程序的細(xì)節(jié)。尼薩爾等對(duì)各種微型泵及其在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用提 出了全面和良好的描述。微型泵的一些關(guān)鍵特性像驅(qū)動(dòng)技術(shù)、 性能參數(shù)、工作原 理、結(jié)構(gòu)、制造和應(yīng)用已經(jīng)被報(bào)道，但報(bào)道并沒有覆蓋微型泵在生物醫(yī)學(xué)上應(yīng)用 的最新發(fā)展。評(píng)論沒有提供關(guān)于 bio-MEM

6、S設(shè)備在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)和開發(fā)成 指數(shù)增長(zhǎng)的實(shí)時(shí)信息。本文的焦點(diǎn)是機(jī)械微型泵及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。然而，本文并未涵蓋非機(jī)械式微型泵。 格雷森等發(fā)布了一個(gè)簡(jiǎn)短的報(bào)告，描述了各 種集成MEMSi備，例如生物傳感器、蓄液池、顯微針頭等。本文沒有描述MEMS設(shè)備所有參數(shù)設(shè)計(jì)、開發(fā)、驅(qū)動(dòng)方法、制造技術(shù)等。2微型泵微型泵的開發(fā)工作始于19世紀(jì)70年代，在19世紀(jì)80年代產(chǎn)生的精密加工技術(shù) 的基礎(chǔ)上得到發(fā)展。基于 MEMS勺微型泵是1990年代發(fā)展起來的。微型泵是藥物 輸送系統(tǒng)的重要組成部分，它能驅(qū)動(dòng)蓄液池提供特定的藥物。藥物輸送的要求包 括10ul/min的最小流量，小尺寸和高可靠性。通常一個(gè)微型泵

7、包含以下組件：隔膜、室、驅(qū)動(dòng)器、微管道、微閥門、入口、出口等。微型泵可以分為兩類：一種有機(jī)械活動(dòng)部件，被稱為機(jī)械微型泵；其他沒有機(jī)械移動(dòng)部件的被稱為非機(jī)械微型泵2.1 微型泵的設(shè)計(jì)規(guī)格和參數(shù)微型泵的設(shè)計(jì)在實(shí)際設(shè)備的應(yīng)用中起著重要作用。想要開發(fā)一個(gè)微型泵的 實(shí)時(shí)應(yīng)用程序，理解驅(qū)動(dòng)器、閥門、室或水庫 ，噴嘴擴(kuò)散機(jī)制和正常注入?yún)?shù)是 非常重要的。2.1.1 驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器是必不可少的，能將微型泵的一部分能量轉(zhuǎn)化成運(yùn)動(dòng)。它用來提供 微流體在微型泵中的流動(dòng)動(dòng)力。驅(qū)動(dòng)器電、熱、液體的壓力、空氣壓力獲得能量 并將其轉(zhuǎn)換成某種運(yùn)動(dòng)。在大多數(shù)微型泵的文學(xué)報(bào)道中，驅(qū)動(dòng)磁盤與隔膜連接用 于推動(dòng)流體。某些類型的隔膜可以

8、自己產(chǎn)生推動(dòng)流體的動(dòng)力。 在蠕動(dòng)的微型泵中, 驅(qū)動(dòng)器是按順序制作的。2.1.2 閥門在微型泵中，閥門是通過打開、關(guān)閉和通道的部分堵塞來控制流體流動(dòng)的。在微流控系統(tǒng)中，主動(dòng)閥門和被動(dòng)閥門已經(jīng)被報(bào)道。 被動(dòng)閥門沒有驅(qū)動(dòng)裝置，他 依靠流體室的壓差來控制流體流動(dòng)，并且流體在一個(gè)方向上流動(dòng)。在主動(dòng)閥門中， 主動(dòng)部件的開啟和關(guān)閉是通過外部驅(qū)動(dòng)源來控制的。在微流控系統(tǒng)中，能夠?qū)ξ?型閥進(jìn)行調(diào)節(jié)的獨(dú)立部件已經(jīng)被報(bào)道。 主動(dòng)閥門很容易控制，但它們?cè)诩傻奈?流控系統(tǒng)中相當(dāng)復(fù)雜。2.1.3 室或水庫室的設(shè)計(jì)在微流控系統(tǒng)中非常重要，它可以顯著影響卷中風(fēng)、壓力特性和噴嘴擴(kuò)散器的壓力損失系數(shù)。大多數(shù)已經(jīng)被報(bào)道的微型泵都

9、是一個(gè)室的配置形式。 但為了提高性能，兩個(gè)或三個(gè)室的配置形式也出現(xiàn)了。 泵室按一定順序排列或者 制作，通過這種方式把泵室串接或者并接的微型泵稱為蠕動(dòng)泵。2.1.4 噴嘴/擴(kuò)散單元噴嘴/擴(kuò)散單元大多用在無閥的微型泵中起整流作用。 噴嘴/擴(kuò)散單元是在供 給模式下，當(dāng)從入口進(jìn)入的流體多，而從出口流出的流體少時(shí)工作的。 而在泵模 式下起相反作用。2.1.5 泵參數(shù)各種設(shè)計(jì)參數(shù)比如最大流量（Qmax）,泵浦功率（Ppump）,最大背壓（hmax）和 泵的效率（刀）對(duì)優(yōu)化微型泵的性能很重要。2.2 機(jī)械式微型泵機(jī)械微型泵擁有移動(dòng)部件，因此需要物理的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來完成泵送過程。最 常見的機(jī)械微型泵是位移式微型泵

10、，它包含一個(gè)與靈敏隔膜相連的泵室。流體的 流動(dòng)是通過隔膜的振蕩來實(shí)現(xiàn)的。 振蕩產(chǎn)生壓力差，這種壓力差是泵室中由驅(qū)動(dòng) 器產(chǎn)生的卷中風(fēng)的函數(shù)。驅(qū)動(dòng)器只能在泵室中的一定體積內(nèi)運(yùn)行。對(duì)于機(jī)械式隔膜微型泵而言，壓縮比是重要的參數(shù)。機(jī)械式微型泵的性能通常受到其機(jī)械部件 的限制。壓電式、靜電式、熱氣動(dòng)式、電磁式、雙金屬式、離子導(dǎo)電聚合物式、 相變式和形狀記憶式微型泵是機(jī)械微型泵的典型例子。下面對(duì)機(jī)械微型泵給出詳 細(xì)的描述。2.2.1 壓電式微型泵眾所周知，機(jī)械能和電信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換稱為壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的材料通常不具有中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)。壓力作用于這種材料會(huì)導(dǎo)致正負(fù)電荷分離，使材料 表面極化。由于材料極化產(chǎn)生電

11、場(chǎng)。這種特性可以用于驅(qū)動(dòng)器、微型泵、噴墨打 印機(jī)頭等等。壓電式驅(qū)動(dòng)器表現(xiàn)出較大的驅(qū)動(dòng)能力和較快的反應(yīng)時(shí)間，但是將這種材料做成一個(gè)獨(dú)立芯片是非常困難的。壓電式微型泵在高電壓下容積沖程較小。第一個(gè)壓電式機(jī)械微型泵是利用微加工技術(shù)制作的。這種微型泵由泵室、被動(dòng)硅檢查閥和一片由壓電磁盤驅(qū)動(dòng)的薄玻璃膜組成。在125 V, 1 Hz的電壓下，能產(chǎn)生8ul/min的流量和9.8KPa的背壓。2.2.2 靜電式微型泵靜電式微型泵包含靜電力驅(qū)動(dòng)機(jī)制。電場(chǎng)產(chǎn)生的電子引力和斥力稱為靜電力。靜電驅(qū)動(dòng)廣泛用于微流體設(shè)備。 在電子芯片上制作這種靜電機(jī)構(gòu)很容易，但是靜電驅(qū)動(dòng)器只有很小的一個(gè)沖程，通常為10um靜電式微型泵的

12、主要優(yōu)點(diǎn)是低 功耗和快速的時(shí)間響應(yīng)。第一個(gè)靜電式微型泵的制作利用了表面微加工技術(shù)。它包含主動(dòng)檢查閥、泵室和出口檢查閥。在 170 V, 25 Hz的電源作用下，能產(chǎn)生 70ul/min的流量和2.5KPa的背壓。2.2.3 熱氣動(dòng)式微型泵在熱氣動(dòng)式微型泵中，驅(qū)動(dòng)器是基于熱膨脹的。泵室中充滿氣體，泵的膨 脹和壓縮是由加熱器和冷卻器定期實(shí)現(xiàn)的。泵室容積的周期性變化為膜的振蕩提 供動(dòng)力，使流體產(chǎn)生流動(dòng)。熱氣動(dòng)式微型泵產(chǎn)生相對(duì)較大的壓力和膜位移。但是，驅(qū)動(dòng)能力必須能夠長(zhǎng)期保持在一定水平。第一個(gè)熱氣動(dòng)式微型泵是利用精密加工 制成的。在外加6 V電壓，溫度為30?C時(shí)，能觀察到34ul/min的流量。2.

13、2.4 電磁微型泵電磁微型泵基于電磁感應(yīng)原理。與靜電驅(qū)動(dòng)相比，電磁驅(qū)動(dòng)具有較大的驅(qū) 動(dòng)能力，并且能夠覆蓋較長(zhǎng)的距離。它需要一個(gè)穩(wěn)定的外部低壓電源來驅(qū)動(dòng)永久磁鐵。驅(qū)動(dòng)線圈或者永久磁鐵與膜直接相連以提供磁場(chǎng)。 通常，電磁微型泵有較 高的功耗并且產(chǎn)熱較多。第一個(gè)電磁微型泵是在 7 pm厚的Ni80Fe20薄膜上電鍍 厚17um的Si制成的。在輸入電壓3 V, 5 Hz, 300 ma條件下，最大流量為20ul/min 。2.2.5 雙金屬微型泵雙金屬是指由兩種不同金屬連接在一起的物體。這兩種金屬的熱膨脹系數(shù) 不同。雙金屬膜片的偏轉(zhuǎn)是依靠對(duì)兩種金屬進(jìn)行熱誘導(dǎo)，因此，構(gòu)成雙金屬的兩種金屬必須具有較強(qiáng)識(shí)別

14、力的熱膨脹系數(shù)。常見的雙金屬是在硅基板上涂上約 10um厚的鋁層。在電源為5.5 V , 0.5 Hz條件下，最大流量為47ul/min 。2.2.6 離子導(dǎo)電高分子膜（ICPF）微型泵ICPF微型泵驅(qū)動(dòng)器表現(xiàn)出高速的響應(yīng)特性， 然而，定位控制相對(duì)困難。ICPF 的核心是一種全氟磺酸聚合物。在結(jié)構(gòu)上它看起來像一個(gè)三明治一一在兩層薄膜 之間放置聚合物。這兩層薄膜具有較高的導(dǎo)電性。隔膜的一端是固定的，并且只 要兩端作用有適當(dāng)電源，就可以通過彎曲膜片的上行或下行方向來控制它。ICPF 通常被稱為人造肌肉，因?yàn)樗拇髲澢灰啤⒌万?qū)動(dòng)電壓和生物相容性。在3 V,3 Hz的電源下，能產(chǎn)生750ul/min

15、的最大流量和1.5KPa的背壓。2.2.7 相變微型泵相變式微型泵和驅(qū)動(dòng)器的基本原理是蒸發(fā)和冷凝現(xiàn)象。在蒸發(fā)現(xiàn)象中，相 變發(fā)生在從液體轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝Ｔ诶淠F(xiàn)象中，相變發(fā)生在從氣相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合唷Ｏ?變式微型泵由加熱器、隔膜和工作流體室組成。在零壓差，60%ft荷比例，10 V,0.5 Hz電壓條件下，最大流量為6.1ul/min 。2.2.8 形狀記憶合金（SMA濮型泵SMA是由存在獨(dú)特屬性例如偽彈性和形狀記憶特性的兩種金屬組成的。它們有能力根據(jù)外部刺激的作用改變其形狀。形狀記憶特性基于在兩種不同固相之間 的相變。高溫下的相稱為奧氏體，低溫下的相稱為馬氏體。形狀記憶開始于材料 受熱時(shí)從馬氏體轉(zhuǎn)換成奧

16、氏體階段。材料的這個(gè)屬性有利于制作形狀記憶合金微 型泵。第一個(gè)薄膜形狀記憶合金微型泵有兩個(gè)不同的驅(qū)動(dòng)裝置。這種微型泵是由鈦/鍥薄膜提供的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致電阻受熱發(fā)生相變，產(chǎn)生形狀記憶特性。在 0.9 Hz電源條件下，最大流量為50ul/min 。2.3 非機(jī)械式微型泵非機(jī)械式微型泵沒有移動(dòng)部件，因此它們需要能把非機(jī)械能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能動(dòng) 量的機(jī)構(gòu)。一般來說，非機(jī)械式微型泵不需要物理的驅(qū)動(dòng)組件，因此這種微型泵的幾何設(shè)計(jì)和制作相對(duì)簡(jiǎn)單和容易。 這類微型泵有一定的局限性，比如只能用于 低導(dǎo)電性的液體，對(duì)泵送液體驅(qū)動(dòng)機(jī)制的影響等。下面將對(duì)非機(jī)械式微型泵進(jìn)行 詳細(xì)的描述。2.3.1 電滲(EO)微型泵EO流體

17、是通過毛細(xì)管或者微渠道產(chǎn)生的流體。這種具有導(dǎo)電特性的流體是 通過在通道墻壁上施加適當(dāng)電場(chǎng)來驅(qū)動(dòng)的。有人曾經(jīng)用去離子水作為工作液體只 做了一個(gè)EO微型泵。在2 KV的外加電壓下，能夠產(chǎn)生3.6ul/min的最大流量和 2026.5kPa 的壓力。2.3.2 電潤(rùn)濕(EW散型泵電濕潤(rùn)是一種微流體現(xiàn)象，目前用作射流裝置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。電潤(rùn)濕涉及到 在校長(zhǎng)度范圍內(nèi)更改油或者水接口的表面張力和內(nèi)在的毛細(xì)力。在不到1毫米的距離內(nèi)，電氣和表面張力的力量明顯強(qiáng)于重力。 數(shù)字EWB于控制固相電極和液相 滴之間的張力。作為驅(qū)動(dòng)能量，表面張力誘導(dǎo)汞滴在充滿電解液的微渠道中運(yùn)動(dòng)。 這種微型泵由一堆三晶片合在一起組成。在2

18、.3V, 25Hz電源作用下，能得到70ul/min的流量和0.8KPa的壓力，而功耗僅為170uwt2.3.3 電化學(xué)微型泵電化學(xué)微型泵最常見的特點(diǎn)是將電解液電解產(chǎn)生其組分是產(chǎn)生泡沫，例如 將水分解成氫氣和氧氣。在該過程中，關(guān)鍵的組件是一個(gè)充滿氧化還原電解質(zhì)的 泡沫水庫。鈴木和米山運(yùn)用微加工技術(shù)制作了一個(gè)電化學(xué)注射泵，該泵具有較低 的操作電壓和功耗。微流控系統(tǒng)是由集成在一塊芯片上的微型泵和一個(gè)在產(chǎn)生泡 沫的電化學(xué)過程中工作的檢查閥發(fā)展而成的。薄膜電極與鋁黑電極配合使用。在輸入電壓1.5V,輸入功率50m滁件下，能夠得到52ul/min的最大流量。2.3.4 蒸發(fā)式微型泵在蒸發(fā)式微型泵中，必須

19、對(duì)流體的蒸發(fā)進(jìn)行控制。蒸發(fā)是液體由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程。蒸發(fā)式微型泵的泵送原理與植物內(nèi)部的運(yùn)輸系統(tǒng)相同。液體的蒸 發(fā)控制是通過含有吸著劑的氣體空間內(nèi)的薄膜來作用的。 在氣體室里，壓力始終 低于飽和蒸汽壓力。在這個(gè)過程中，由于液體的蒸發(fā)產(chǎn)生毛細(xì)管力，從而引起泵 送過程。蒸發(fā)式微型泵的平均流量為0.35ul/min。2.3.5 泡沫式微型泵泡沫式微型泵是基于通過輸入電壓控制的周期性膨脹和容積崩潰。泵室體 積的變化和噴嘴/擴(kuò)散機(jī)制用來決定射流流動(dòng)的方向。蔡和林報(bào)告了一個(gè)無閥的 熱泡沫微型泵，之后，他們利用具有泡沫微型泵的氣體泡沫過濾器開發(fā)了一個(gè)微 流控混合系統(tǒng)。在 250Hz的周期電源，10%勺工作

20、周期條件下，最大流量為 5ul/min ,功耗為 1wt2.3.6 磁流體動(dòng)力（MHD）微型泵磁流體動(dòng)力學(xué)是對(duì)導(dǎo)電流體進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究的學(xué)術(shù)領(lǐng)域。垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的洛侖磁力是磁流體動(dòng)力微型泵的驅(qū)動(dòng)源。除了提供外部的電場(chǎng)和磁場(chǎng)外，工作流體的選擇要能夠達(dá)到1s/m或更高的導(dǎo)電率。張和里報(bào)告了一個(gè)磁流體動(dòng)力 微型泵。該泵在36mA寸有18mm勺壓力水頭差，在磁通密度為0.44進(jìn)出口內(nèi)徑 為2mm電流1.8mA條件下能夠獲得63ul/min的最大流量。3微型針微型針是非常有用的傳送設(shè)備。微型針是藥物儲(chǔ)蓄池和患病人體之間進(jìn)行 液體釋放和提取的接口。微型針必須具有足夠的長(zhǎng)度以便能夠穿透表皮， 到達(dá)真 皮。微

21、型針的概念早在十九世紀(jì)七十年代就被提出來， 但一直沒有得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證， 直到十九世紀(jì)九十年代，微電子學(xué)的發(fā)展為微型針的制作提供了精密的加工工 具。報(bào)道稱第一個(gè)用于細(xì)胞內(nèi)傳遞的微型針陣列是在硅晶片上蝕刻出來的。微型針插入細(xì)胞和線蟲，促進(jìn)分子的吸收和基因的轉(zhuǎn)染。 從那之后，研究者開始設(shè)計(jì) 新型的微型針并嘗試用不同的方法制作。MEMSJ術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是為特定的用途 設(shè)計(jì)最優(yōu)化的微型針陣列。用于微流控系統(tǒng)的微型針，其長(zhǎng)度和直徑一般都在毫 米級(jí)。這些微型針不同于標(biāo)準(zhǔn)的生物醫(yī)學(xué)皮下注射針頭。 一般而言，用于微流控 系統(tǒng)的微型針，其長(zhǎng)度都不超過1mm因此微型針的長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于普通針頭。微型 針和微型針陣列可以作為獨(dú)

22、立的微流體設(shè)備， 也可以作為生物檢測(cè)系統(tǒng)、液體提 取和傳遞系統(tǒng)的組成部件。微型針可以和微型泵，生物傳感器，威電子設(shè)備和微 流控芯片等集成在一起。3.1 微型針類別不同用途的微型針，其設(shè)計(jì)也不同。微笑著的分類方法很多，可以根據(jù)整 體形狀，材料密度，制作方法，用途等進(jìn)行分類。3.1.1 微型針的結(jié)構(gòu)在微型針的設(shè)計(jì)和制作中，結(jié)構(gòu)是最重要的因素。基于制造過程的不同， 微型針可以分為兩類：面內(nèi)微型針和面外微型針。在面內(nèi)微型針中，微型針的軸或腔平行于微型針基質(zhì)。 面內(nèi)微型針的最大優(yōu)點(diǎn)是 在制造過程中其長(zhǎng)度可以比較容易的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制。 面內(nèi)微型針的局限性是他很 難在二維空間上制作微型針陣列。 面外微型針的針

23、頭凸出基質(zhì)表面，也更容易制 作一維或二維的微型針陣列。然而，制作具有一定長(zhǎng)高比例的面外微型針非常具 有挑戰(zhàn)性。面內(nèi)微型針是在十九世紀(jì)八十年代開發(fā)的，而當(dāng)時(shí)也不適用于藥物或液體的 輸送。一個(gè)內(nèi)置了十通道記錄數(shù)組和獨(dú)立芯片信號(hào)的探針可以用來檢測(cè)神經(jīng)的生 物潛能，該探針的長(zhǎng)度和厚度分別為4.7mm和15um 一個(gè)一維的微型神經(jīng)探針和 許多精密的二維微型探針陣列已經(jīng)被制作。之后，研究者做了大量嘗試針對(duì)不同 用途開發(fā)微型針。與面內(nèi)微型針密切相關(guān)的主要缺點(diǎn)就是密度的限制。為了克服 這種限制，研究者開始開發(fā)面外微型針。最早的面外微型針陣列出現(xiàn)在1991年，它含有100只長(zhǎng)度為1.5mm的微型針頭。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，微型針可以分為固體型可空心型。 空心針是在1844年被發(fā) 明的，之后再生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有越來越高的重要性。當(dāng)時(shí)沒有其他有效的方法可以傳送流體到人體。微型針發(fā)明之后，空心針顯得尤為重要。空心針內(nèi)部有流體 可以流過的孔或者腔。用表面和體積結(jié)合的微加工技術(shù)制作的面內(nèi)空心針，其長(zhǎng)度為16mm并且其孔或腔完全是封閉的氧化硅通道，通道高度為 9um固體型 微型針具有固體腔，并且比空心針要強(qiáng)。固體微型針可以進(jìn)一步分為涂層微型針 和溶解微型針。在涂層微型針中，藥物粒子被涂在固體腔表面，繼而注