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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/2603| Diseño y Fabricación de Microbomba de Actuación Piezoeléctrica para su Aplicación en el Control de Flujo en Microfluídica | |
| Mauricio Daniel Calderon Zamora | |
| Claudia Reyes-Betanzo | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| micropump piezoelectric microfluidics microfabrication | |
| En diversas áreas de la ciencia, existe la necesidad de controlar con precisión volúmenes de fluido del orden de microlitros (μl). Los avances en microfabricación, inicialmente empleados en circuitos integrados y posteriormente adaptados a los sistemas microelectromecánicos (MEMS), han permitido la creación de sistemas microfluídicos capaces de satisfacer esta necesidad. Diversos sistemas microfluídicos han sido diseñados para manipular fluidos en áreas como la biología, la química y la medicina. Entre sus aplicaciones más comunes se encuentran el análisis de muestras y el suministro de medicamentos. Las microbombas, encargadas de desplazar fluido de manera controlada a través de los microcanales del sistema, han sido empleadas en estos dispositivos para transportar el fluido de trabajo a una razón específica que puede ir desde unos cuantos microlitros por minuto (μl/min) hasta cientos de μl/min. La literatura existente reporta que las microbombas piezoeléctricas suelen requerir un voltaje de polarización de alrededor de 100 Vpp. En este trabajo se presenta el diseño y la fabricación de una microbomba piezoeléctrica para su integración en un sistema microfluídico. Motivado por las razones antes mencionadas, el diseño se centró en lograr una razón de flujo controlable dentro del rango de las posibles aplicaciones, utilizar un voltaje de operación menor a los reportados en la literatura y ser compatible con las técnicas de microfabricación para circuitos integrados. Utilizando el software COMSOL Multiphysics®, se realizaron simulaciones del diseño propuesto, obteniendo que la microbomba es capaz de generar una razón de flujo de 0 a 6.42 μl/min al aplicar un voltaje de 40 Vpp, variando la frecuencia de operación en el rango de 100 a 2000 Hz. La elección de un voltaje de 40 Vpp, menor al comúnmente reportado en la literatura, se justifica por la necesidad de reducir el consumo de energía para que la microbomba pueda ser empleada en dispositivos microfluídicos portátiles. Para su fabricación, se utilizaron las instalaciones del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE). El prototipo está compuesto por tres sustratos que, unidos uno sobre otro, forman el dispositivo completo. In various fields of science, there is a need to precisely control fluid volumes in the microliter (μl) range. Advances in microfabrication, initially used in integrated circuits and later adapted to microelectromechanical systems (MEMS), have enabled the creation of microfluidic systems capable of meeting this need. Several microfluidic systems have been designed to manipulate fluids in areas such as biology, chemistry, and medicine. Among their most common applications are sample analysis and drug delivery. Micropumps, responsible for displacing fluid in a controlled manner through the system's microchannels, have been employed in these devices to transport the working fluid at a specific flow rate that can range from a few microliters per minute (μl/min) to hundreds of μl/min. The existing literature reports that piezoelectric micropumps typically require a polarization voltage of around 100 Vpp. This work presents the design and fabrication of a piezoelectric micropump for integration into a microfluidic system. Motivated by the aforementioned reasons, the design focused on achieving a controllable flow rate within the range of possible applications, using an operating voltage lower than those reported in the literature, and being compatible with microfabrication techniques for integrated circuits. Using COMSOL Multiphysics® software, simulations of the proposed design were carried out, obtaining that the micropump is capable of generating a flow rate of 0 to 6.42 μl/min when applying a voltage of 40 Vpp, varying the operating frequency in the range of 100 to 2000 Hz. The choice of 40 Vpp voltage, lower than that commonly reported in the literature, is justified by the need to reduce the power consumption so that the micropump can be used in portable microfluidic devices. For its fabrication, the facilities of the National Institute of Astrophysics, Optics and Electronics (INAOE) were used. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2024-08 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Calderón Zamora, D., (2024), Diseño y Fabricación de Microbomba de Actuación Piezoeléctrica para su Aplicación en el Control de Flujo en Microfluídica, Tesis de Doctorado, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| ELECTRÓNICA | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Doctorado en Electrónica |
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