基于MEMS声流控微泵的可穿戴眼部药物递送系统

体积小、功能强、价格低、可靠性高的微系统在消费、健康及工业领域具有广阔的应用前景。在诸如芯片实验室、器官芯片、即时检测及可控药物递送等微系统中，流体介质扮演着举足轻重的角色，其不仅负责样本的运输，还承载着信息传递和系统各部件间的连接任务。微型流体泵（微泵）则犹如微系统的“心脏”，为流体运输提供主要的动力。

然而，当前的微泵并不能满足微系统的需求，例如传统电磁型微泵的机械结构较为复杂，相变式微泵的可控性较弱，电动流体力学微泵的工作电压过高等等。为解决上述问题，天津大学段学欣教授课题组、天津市眼科医院王雁教授与北京信息科技大学尤睿教授合作，提出了一种基于MEMS特声波（千兆赫兹，GHz声波）器件的声流控微泵，通过对声射流的高效分离与利用，克服了现有声流控微泵的性能缺陷，具有优异的单位体积性能与能效，并据此开发了一种可穿戴眼部药物递送系统。

相关成果以“A Miniaturized Wireless Micropump Enabled by Confined Acoustic Streaming”为题发表在Research期刊上。

该研究首次引入了内边界约束的概念来调节GHz声流，从而实现了声射流到单向泵送的高效转换。如下图所示，首先，利用MEMS技术制造了超高频（GHz）薄膜体声波谐振器，通过GHz声流体效应得到了强射流。其次，引入内边界概念在流域内进行局部分割，从而在满足流场有旋的条件下实现局部无旋流体的获取。并通过构建流体回路模型、有限元仿真以及实验深入研究如何有效抑制涡流，提高射流与稳定单向流之间的转化效率。

在此基础上，研究人员提出了声射流微泵（AcousJMP）的概念。这一创新成果，不仅为声流控微泵技术的发展开辟了新路径，也为微型化技术在各个领域的应用提供了强有力的技术支持。