تحليل عددي يك ميكروپمپ مكانيكي با استفاده از ميكروشيرهاي غشايي براي كاربردهاي ميكروسيالاتي

Numerical Analysis of Mechamical Micropump Using Membrane-based Check-Valves for Microfluidic Applications

در اين مقاله، به تحليل عددي يك ميكروپمپ جهت استفاده در كاربردهاي ميكروسيالاتي اشاره شده است. هر كدام از قسمت هاي ميكروپمپ شامل ميكروشيرها و محفظه ي پمپاژ، با استفاده از روش تحليل برهم كنش سيال- جامد در فضاي سه بعدي مورد بررسي قرار گرفته اند و نتايج عملكرد آن‌ها بصورت مستقل استخراج شده است. از اين نتايج براي حل معادله فشار پمپاژ ميكروپمپ استفاده شده تا به كمك آن نرخ جريان ميكروپمپ در حوزه زمان بدست آيد. سپس، اثرات تغيير دامنه تحريك، فركانس تحريك و فشار معكوس بر روي نرخ جريان ميكروپمپ در حوزه زمان مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسي‌ ها نشان مي‌ دهد، زمانيكه فركانس تحريك برابر 1 هرتز است، به ازاي فشار تحريك 1000، 1500 و 2000 پاسكال، نرخ جريان ميكروپمپ به ترتيب برابر با 30، 48 و 65 ميلي متر مكعب بر دقيقه ميباشد كه مقداري رايج در ميكروپمپ هاي ميكروسيالاتي و آزمايشگاه روي تراشه مي‌باشد. همچنين زماني كه دامنه تحريك برابر 1000 پاسكال است، فارغ از فركانس تحريك، ميكروپمپ حداكثر مي توان بر فشار معكوس حدود 950 پاسكال غلبه كند.

In this paper, we mentioned to a numerical analysis method for simulation of a micropump for microfluidic applications. Each sections of the micropump, including microvalves and pumping chamber, were studied using three-dimensional fluid-structure interaction analysis and their operational characteristic equations were extracted independently. These extracted equations were used to solve time-domain pressure equation and to obtain the flow rate of micropump. Afterwards, we were able to study different effects of actuation pressure and actuation frequency on micropump’s flow rate with and without the presence of outlet backpressure. The results show that when actuation frequency is 1 Hz and actuation pressures is equal to 1000, 1500, 2000 Pa, pumping flow rate reaches to 30, 48 and 65 mm3/min, respectively. Also, this micropump can overcome maximum backpressure of approximately 950 Pa when it was actuated using pressure of 1000 Pa, regardless of its actuation frequency. These simulated results reasonably agreed to the microfluidic and lab-on-a-chip applications.