Biyomedikal uygulamalarda kullanılan mikropompaların karakteristiğini etkileyen elektro-mekanik faktörlerin incelenmesi

Geçtiğimiz birkaç on yılda, mikro-elektro-mekanik sistemler (MEMS) teknolojilerindeki gelişmeler, çeşitli fonksiyonlarda mikroakışkan cihazların hızlı gelişimine katkıda bulunmuştur. MEMS'teki önemli elemanlardan biri, dakikada mililitre (ml) veya mikrolitre (µl) arasında değişen debiler üretebilen mikropompadır. Ticari bir mikropompa, basit yapıyı ve minyatürleştirmeyi, yüksek güvenilirliği, basit çalışma prensibini, düşük maliyeti ve karmaşık denetleyiciye gerek duymayan gerekçeler sunmalıdır. Bu çalışmada, pompalama hazneleri ve sabit rezervuarlar ile yüksek debi elde edebilen iki yeni piezoelektrik aktüatörlü (kurşun zirkonat titanat-PZT) valfsiz mikropompa tasarlanmış ve imal edilmiştir. Tek Diyaframlı Mikropompa (TDM) ve Çift-Diyaframlı Mikropompa (ÇDM) akış hızları üzerindeki hidrodinamik ve elektromekaniksel etkileri araştırmak için kapsamlı deneyler yapılmıştır. ÇDM, 180 derecelik faz kaymasıyla aynı hazneye bakan iki aktüatöre sahiptir. Önerilen tasarımların temel özellikleri, yenilikçi tasarım geometrisi ile düşük giriş gerilimlerinde ve frekanslarda yüksek debilerdir. Sabit hazneli entegre mikropompalar için tek adımlı üretim sağlayan 3D baskı tekniği kullanılmıştır. Mikropompa malzemeleri biyolojik olarak uyumludur ve maliyetleri azaltmak için tekrar tekrar kullanılabilir. Silikon diyaframın çekme testi, mikroskopi teknikleri ile yüzey topografya taraması ve hidrofobik özellik için damla şekli analizi gibi mekanik parametreler yüzey ıslanma ve akış stabilitesini ortaya çıkarmak için incelenmiştir. Ek olarak, rezervuar yüksekliğinin etkisi araştırılmış ve giriş voltajının uygulanmadığı dönemlerde kalibrasyon debileri ölçülmüştür. Maksimum diyafram deplasmanı 45 V ve 5 Hz'de elde edilmiştir. TDM ve ÇDM'nin maksimum akış hızı, 45 V ve 20 Hz'de sırasıyla 32.85 ml/dak ve 35.4 ml/dak'dır. Tüm giriş voltaj ve frekans seviyelerinde, ÇDM, TDM'den daha yüksek debiye sahiptir.