微流體驅動與控制系統的研究進展*

趙士明 趙靜一 李文雷 王立亞 郭 銳

(①燕山大學河北省重型機械流體動力傳輸與控制實驗室, 河北 秦皇島 066004；②先進鍛壓成型技術與科學教育部重點實驗室(燕山大學), 河北 秦皇島 066004；③唐山工業職業技術學院機械工程系，河北 唐山 063299)

流體是物質的重要存在形式之一，流體的流動是自然界最基本的現象，通常把微米尺度或接近微米尺度空間里的流動稱為微流體。以層流或低雷諾數為主要特征的微流體的操控簡稱為微流控。最近十幾年迅速發展的微流控芯片是一種典型的微流控技術的推廣，因為微尺度的特征，可以把生物、化學、醫學等領域涉及的生物、化學等實驗室的功能集成到一塊幾平方厘米的芯片上，因此也稱為芯片實驗室[1-3]。

微流控芯片可以操縱幾十微米到幾百微米的微小通道內部流體的流動，所控制的流體體積可以小至10-9～10-18L。微流控芯片主要以微管道網絡為結構特征，被廣泛應用于分離分析、生物科學和生命醫學研究等眾多領域，是當前微全分析系統領域發展的重點[4-6]。關于微流控芯片的研究有大量的文獻報道，Nature雜志也對微流控芯片做過題為“芯片實驗室”專輯。微流控芯片的成功研制為人類研究微尺度通道內的流動特性提供了重要基礎，其在微納機電系統(MEMS)、生物醫療、組織工程、新材料、新能源、高清顯示、微流控器件、微納光學器件、微納傳感器、微納電子、生物芯片、光電子中都有應用。作為微流控芯片發展的核心部分，微流體驅動與控制系統的研究具有巨大的社會意義和市場價值。本文針對目前微流控技術發展中的驅動和控制系統使用的微通道、微型泵、微型閥的發展進行了分析、歸納和總結，提出了發展過程中存在的問題，并對微流體驅動與控制系統的發展方向進行了展望。

1 微通道技術的發展現狀

微通道可以實現微尺度下包括多相介質的混合、分離、冷卻、檢測等，其在生物醫學領域，生物物理科學以及多孔介質性能等方面都有廣泛應用[1，7]。微流控系統中的關健技術，包括微通道結構的設計、微泵的驅動、微閥的控制，目前已成為了國內外學者的研究熱點。微流控芯片的微通道一般包括入口、主通道、輔助通道和出口。當需要輸入多相流體時，各相流體從不同的入口通道引入，到主通道匯集，經過主通道處理后的各流體再由不同的出口通道流出。入口和出口部分可以設計成“T”型[7]，“Y”型[8]，或扇骨型[9]。微通道可以使用不同的材料來制備，包括玻璃[10-11]、硅[12]、高分子聚合物材料[13]等。

微流體芯片的制備有大量的報道，劉趙淼等[14]通過理論分析和數值模擬研究了圓形和梯形截面微通道內的流動，研究表明：微通道中流動的摩擦系數隨雷諾數的增大逐漸減??；通道截面的當量直徑會改變過渡狀態存在的雷諾數范圍；粗糙度會影響湍流狀態下流動的摩擦系數，相同雷諾數下，粗糙度值越大，摩擦系數越大。Greene J P等[15]制備了一種導電塑料薄箔帶用于微通道板的探測系統，并對微通道板進行了探測，根據測試得到的3組數據顯示基本上能滿足測試要求。針對制備微通道的材料不同，使用不同的加工方法。玻璃材料和硅主要用光蝕刻的方法，加工方便，可以精準地控制微通道的大小、形狀和位置，適合批量生產。納米光刻技術能制備出尺寸小于500 nm的微通道，但是光刻技術因為精度等原因難以用于三維微孔網絡的打印。最新的激光光刻3D打印技術打印精度達到1 nm。劉媛媛等[16]使用3D打印技術打印了具有三維微孔網絡的組織工程支架，并進行了試驗，試驗結果表明，構建的組織工程支架力學性能能滿足要求，支架具有良好的生物相容性。

燕山大學趙靜一團隊[17-19]研究了基于3D打印的骨組織工程三維多孔支架其內部微通道的流動特性,根據仿生學原理設計了骨組織工程多孔支架，利用有限元與計算流體動力學理論定量地對骨支架微管道內細胞與營養液的流動進行研究，得出了理想的體外培養骨支架管道是內部主管道呈錐形，微管與主管具有90°夾角的結構，管道相交處設置過渡圓角的結構，這種結構能夠使骨支架內部流場分布更合理，有利于成骨細胞的生長，縮短患者的治療時間。

2 微流體驅動技術研究現狀

微流控系統的動力源于微泵，在生物醫學領域里要精確地檢測和控制流量，在液體藥物輸送、細胞分離、微量化學分析等方面應用廣泛。

關于微泵的研究報道出現于20世紀80年代初期，經過30多年的發展，在微泵的設計、制造技術和微泵的微流體理論基礎方面的研究取得了一定進展。微泵按照有無運動部件分為機械式微泵和非機械式微泵。機械式微泵驅動力大、響應快應用比較廣泛，但也因其必須具有力學執行機構，結構復雜，也存在機械磨損和泄漏等問題。機械式微泵主要分為壓電驅動微泵、靜電驅動微泵、熱氣驅動微泵、電磁驅動微泵、形狀記憶合金驅動微泵。

(1)壓電驅動微泵

壓電驅動微泵是基于壓電晶體的壓電特性驅動薄膜振動從而實現泵送流體的。

何秀華等[20]設計一種基于合成射流壓電激勵器的無閥微泵結構，研究了微泵的工作原理，并根據微泵存在的自吸困難等，提出關鍵結構參數的確定方法。對選用的合成射流激勵器流場進行三維數值模擬，結果表明: 利用該方法得到微泵結構的最佳泵腔高度為7 mm，最佳出口直徑為1.78 mm。在零背壓下，取雷諾數為225、頻率為100 Hz時，微泵流量可達32.1 mL/min。該微泵結構及工作原理，如圖1所示。

耿照新等[21]設計了具有三明治結構和兩被動閥的壓電驅動微泵，并對氣體微泵與液體微泵的工作原理、結構特點等分析，設計了氣液兩用微泵，并進行了實驗研究。通過實驗，氣、液體的最大流量分別達到53.6 mL/min和1.280 mL/min。

H.K.Ma等[22]研制了一種新結構的壓電驅動微泵,如圖2所示。該微泵使用高檔數控機床加工而成，兩個閥口和泵膜都采用PDMS材料制造，橫截面積為28 mm×5 mm。在50 V電壓、100 Hz正弦交流電驅動電壓下，最大穩定流量達到72 mL/min，微泵結構更加緊湊，減少了泄漏，增加了通流能力，散熱性好。

Pierre-Henri Cazorla等[23]使用硅和PZT薄膜材料制作了應用于MEMS的低壓壓電驅動微泵。該微泵可以使用液體及氣體介質，并且不需要外部驅動。通過實驗，在24 V電壓、1 Hz正弦交流電驅動電壓下，薄膜向上產生5.6 μm的偏差，使用水作為介質，得到3.5 mL/min的最大流量，微泵的閥門可承受3 200 Pa，其優勢在于將壓電驅動的微泵驅動電壓大幅降低，這項技術可用于降低電力驅動裝置的功率損耗和減小植入裝置的尺寸。

(2)靜電驅動微泵

靜電微泵是利用平行板電容器兩個極板之間的靜電力為驅動力，驅動力使彈性泵薄膜發生振動，引起泵腔的壓力波動，完成吸排流體的功能。Astle A A等[24]研制了一種用于氣相色譜儀化學分析的多級靜電氣動微泵，在電壓100 V，14 kHz的驅動電壓下，最大流量為3 mL/min，最大背壓為7 kPa，可以滿足氣象色譜儀對流量和壓力的要求。

國內主要是從理論分析和仿真方面對靜電微泵進行研究。董金新等[25]應用任意拉格朗日—歐拉(ALE)描述建立了無閥微泵的靜電—結構—流體全耦合三維模型，并進行了數值仿真研究，研究表明：泵腔內流體的動態特性與泵膜的運動關系密切；用雷諾方程描述泵腔內流體動力學特性具有可行性；對微泵的3D全耦合仿真，能夠獲得驅動電信號與流體流量、泵送壓力等輸出變量三者之間的關系，有利于實現靜電驅動微泵結構優化。張彧等[26]用最小能量法和均勻壓力載荷下的圓薄膜大變形半解析解相結合的方法，改進了靜電驅動柔性振膜微泵的理論分析模型。并通過理論分析和仿真研究得出了用雙腔結構，減小介電層厚度、減小腔體深度、縮小腔體半徑，有利于靜電驅動柔性振膜型微泵性能的提高。

(3)電磁驅動微泵

根據電磁驅動的工作原理，且磁場可以不依靠媒介而存在，因此電磁驅動可以用在比較大的空間范圍。電磁驅動微泵的原理就是將永磁體貼在泵膜上，通電后線圈內部產生交變磁場，使永磁體帶動泵膜往復運動，從而完成泵送。Yamahata C等[27]研制了一種基于PDMS材料的球閥型電磁驅動微泵。該微泵采用噴砂技術加工了玻璃基板，利用燒結技術制備了多層微流控芯片。將永磁體插入PDMS薄膜合成薄膜，體積沖程較大，在泵的自吸能力和抗氣泡特性都有很大提升。取驅動電流為100 mA，驅動頻率為30 Hz時，可得最大輸出流量5 mL/min，最大背壓28 kPa。

(4)熱氣驅動微泵

熱氣驅動微泵是利用加熱和冷卻壓力室內的氣體，使氣體產生膨脹和收縮，推動泵膜的周期性振動，從而完成泵送。熱氣驅動微泵驅動力大，使用較低的驅動電壓可以產生比較大的泵膜的變形，但是加熱冷卻速度較慢，驅動效率低，功耗大。Ha S M等[28]研制了一種應用于生物芯片的PDMS熱驅動微泵，該微泵由三層PDMS片和一層加熱電阻玻璃片組成，利用PDMS模塑法加工出泵腔、微閥、流體通道等微結構。加熱電阻與微泵泵體采用分離式封裝方法，加熱電阻可重復使用，降低了微泵的成本。經過試驗，在0.1 Hz，占空比為0.33的驅動電壓下，該微泵的驅動性能達到最佳，最大流量達到50 μL/min。

(5)形狀記憶合金驅動微泵

形狀記憶合金驅動(SMA)是利用合金隨溫度變化發生相變的特性，來提供驅動力。形狀記憶合金的記憶功能通過馬氏體相變的可逆性來體現。常見的記憶合金有鈦鎳合金、金銅合金、銦鈦合金、銅鋅合金等[29]。這種微泵的優點是驅動力大，缺點是薄膜的變形難控制、響應慢、驅動頻率低。Shuxiang Guo等[30]研制了一種利用基于NiTi形狀記憶合金驅動的蠕動微泵，該微泵結構由12根記憶合金彈簧，4根橡膠軟管，3對擠壓桿，2個單向閥組成。微泵的設計采用蠕動式結構，使用了三組記憶合金驅動器協調控制，來驅動微流體的流動。實驗結果表明，通過改變驅動電壓的大小和頻率，可以獲得 400～3 200 μL/min的流量，如圖3所示。

3 微流體控制系統研究現狀

微型閥簡稱微閥，其在微流控芯片、生物醫療、電子工業等領域有廣泛的應用，也是微流體驅動控制中的核心部件。微閥的種類很多，凡是能控制微通道閉合和開啟狀態的部件都能作為微尺度流動中的微型閥使用的都是微閥。因為主要用于處理微小通道內的流動，微閥體積非常小，用于流量小、壓力低的場合。微閥一般與微泵結合完成所需要閥的功能。微閥具有如下特征：低泄漏、低功耗、響應速度快、線性范圍寬、適應面廣等。微閥按驅動方式分為主動型微閥和被動型微閥兩大類。

3.1 主動型微閥

3.1.1 機械驅動方式

(1)磁力驅動微閥

Bae B等[31]設計了一種永磁體附著在微機械膜和外部螺線管線圈壓力調節微閥,該微閥用于青光眼的治療，臨床試驗使用此微閥的醫療機械為青光眼患者植入藥物提供了方便。Ahn團隊[32]制作了加入集成磁性感應器的微閥，該微閥由集成磁性感應器、電鍍的鎳鐵合金膜的硅膜及閥座組成。磁性感應器的磁通量推動硅膜與鎳鐵合金結合，硅膜脫離閥座，閥口開啟，流體從出口流出。李松晶等[33]提出一種可用于氣動微流控芯片氣壓控制的電磁致動微閥，并對微閥的工作原理與結構進行了分析，建立了流場的數學模型，利用Fluent進行了流場的仿真，結果得出電磁微閥出口流量與入-出口壓差、閥口開度成正比例關系。

(2)壓電驅動微閥

壓電現象是指晶體在電場作用下產生機械壓力或拉長的能力。由于壓電作用能夠產生極大的彎曲力和小的位移，因此壓電驅動的微閥被廣泛應用[34-35]。Wu X等[36]提出一種壓電驅動和液壓放大的軸向聚合物微型閥，如圖4所示。微閥使用立體光刻技術制備，具有三層壓電層。使用不可壓縮彈性體作為可靠的液體介質，驅動過程中產生較大阻塞力，微閥能保持穩定狀態。微閥用于氣動觸覺感知裝置中，其工作壓力高達90 kPa，切換速度在1～200 Hz。在150 V時，閥的最大行程為37 μm。在94.4 kPa壓差下，微閥的流量和開啟電壓分別為785 mL/min和150 V。在氣動觸覺感知裝置中的成功應用，為這類微閥在其他微機電系統中推廣提供借鑒。

張蕊華等[37]對壓電微閥的驅動電源進行了研究，根據壓電陶瓷的工作原理，電源的穩定影響微閥控制精度。張蕊華為驅動電源加入了穩壓電路設計并改進了放大電路，試驗結果表明，改進后的電壓輸入輸出線性特性良好，實際高壓輸出與理論輸出線性擬合誤差最大僅為84 mV，且在高壓輸出時其紋波特性很小，輸出信號紋波誤差僅為10 mV，提高了壓電驅動微流量閥的控制精度。

(3)熱驅動微閥

熱驅動微閥主要分為熱氣驅動微閥、雙金屬驅動微閥、形狀記憶合金驅動微閥。熱驅動微閥結構簡單，能提供較大的驅動力，但是也存在效率低，響應速度慢的缺點[32-33]。

①熱氣驅動微閥 熱氣驅動的微閥原理是液體體積的熱膨脹引起膜的偏擺。Takao H等[38]研制了一種使用彈性薄膜熱氣驅動微閥，使用PDMS材料。經測試，該微閥具有位移量大、密封好的優點。在30 kPa時測試，泄漏量小于1 μL/min。當入口壓力為20 kPa時，微閥關閉所需功率為30 mW，微閥開啟需要85 mW，開啟壓力偏高。微閥的粘性阻力較大，反應時間長。Potkay J A等[39]研制了一種低功耗混合型熱氣驅動微閥，該微閥致動器使用了靜電控制和集成閥板位置傳感技術，這種組合式的致動器安裝在單一結構上，使致動器所需能耗低。微閥大小為7.5 mm×10.3 mm×1.5 mm，開啟后流速為8 mL/min，在115 kPa時，泄漏量為 2.2×10-3mL/min。在250 mW時，致動時間為430 ms，閥關閉需要功率為90 mW。該微閥采用了熱氣動和靜電控制，降低了功率損耗，并減少了泄漏量。

②雙金屬微閥 雙金屬驅動的原理是兩種金屬在相同溫差下膨脹或收縮的量不同產生內應力，使雙金屬片發生形變。Jerman H等[40]設計了一種具有8 μm厚的硅膜和5 μm厚的鋁層的雙金屬驅動微閥。輸入壓力為7～350 kPa時，微閥的流量控制在0～150 mL/min，實現了正比例控制。經測試，充入氮氣壓力在34.5 kPa時，閥反向泄漏量為30 μL/min。

③形狀記憶合金微閥 形狀記憶合金(shape memory alloys)，能在加熱升溫后消除在較低溫度下發生的變形，恢復其變形前形狀的合金材料，因為其特性目前應用廣泛。Piccini M E等[41]用直徑75 μm的鎳鈦諾金屬線和硅膠研制了一種常閉式微閥，該微閥經測試最高可以承受68.9 kPa的壓力。通過輸入壓力脈沖控制微閥的開啟關閉，當脈沖功率為213 mW 時，反應時間為2.5 s，平均流速為28.4 μL/min。當壓力為20.7kPa時，流速為33 μL/min。杜敏等[42]研制了一種基于形狀記憶合金驅動的常閉型微閥。該微閥由彈性溝道層和形狀記憶合金橋兩部分組成，制造采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)的軟光刻工藝實現，之后采用印刷電路板(PCB)上的形狀記憶合金絲焊接組裝搭建驅動結構。利用形狀記憶合金微絲在相變過程中產生的拉力，打開微閥結構。測試得出微閥開啟壓力為約4 000 Pa，開啟時間0.6 s，關閉時間0.1 s。當電流在0.14～0.30 A內，可得到6.7～75.2 μL/min的流量調節范圍，呈現線性規律。形狀記憶合金微閥，具有較高輸出功率，能很好控制壓差和流速。

④雙穩態微閥 主動型微閥最大的缺點是需持續消耗功率來保持微閥的工作狀態，使用雙穩態微閥可以避免這一缺點。B?hm S等[43]設計了一種雙穩態微閥。微閥的雙穩態致動器，由NeFeB永久磁鐵、800匝螺線管線圈用軟磁路和彈簧偏置電樞組成，致動器最大行程達到200 μm。當正電流作用到線圈上，電樞鐵芯的夾持力下降，而彈簧力推動電樞向下關閉微閥。相反，負電流脈沖可以開啟微閥。楊博淙等[44]設計了一種熱氣致動雙穩態微閥，對該微閥的響應時間進行了仿真和實驗研究。對熱氣致動微型閥的開閥響應時間進行數值計算，結果顯示加熱膜片的厚度分別為8 μm和25 μm時，后者比前者的開閥響應時間增長了近一倍，分別為11.4 ms和20.2 ms。通過實驗測量了微閥的開閥、開閥升壓等響應時間參數，與計算值吻合較好。這說明了在實驗較為困難時，用仿真計算的方法也具有一定意義。

3.1.2 非機械驅動方式

(1)電化學微閥

電化學微閥在生物、化學領域的微系統中應用較為廣泛。其基本原理是依靠電解產生的氣體驅動膜片變形來開啟或關閉閥口。Hamberg M W等[45]設計了一種電化學微閥，電壓1.6 V，電流50 mA時，能在短時產生200 kPa的壓力，使薄膜產生30～70 μm位移。Suzuki H和Yoneyama R[46]研制了一種微流控芯片，芯片使用氫氣泡驅動的電化學微閥作為止回閥。由工作電極的電位控制氫氣泡的膨脹和收縮。使用電化學微閥比其他類型的微閥臨界壓力低大約3 kPa。這種電化學微閥有序的開啟和關閉，可很好地控制微通道內兩種不同的溶液，在幾秒鐘內依次通過微通道。

(2)相變微閥

①石蠟微閥 石蠟通常是白色、無味的蠟狀固體，加熱溶解溫度較低，融化溫度在約在47 ℃～64 ℃。石蠟的相變特性好，在相變微閥中應用具有重要意義。石蠟由固態轉變為液態，體積增加10%～30%，石蠟固相和液相的變化保證了石蠟可以作為薄膜的推進物，也可作為可融化的塞子[47]。Liu R H等[48]研制的熱驅動微閥，使用石蠟作為一次性閥門材料。DNA聚合酶鏈式反應微裝置包括石蠟微閥，在熱循環過程中能把樣品溶液密封在微裝置的反應腔內。通過實驗測試，當微閥處于關閉狀態，可以保持零泄漏；當壓力達到276 kPa，流道壁和石蠟界面上出現了泄漏。該閥反應時間約20 s，增加凝固通道寬度和縮短凝固區與加熱區的距離可以有效縮短微閥反應時間。

②水凝膠微閥 水凝膠微閥的原理是水凝膠物質受到環境、溫度等變化產生的可逆的體積膨脹與縮小。水凝膠微閥的基本原理是水凝膠物質可隨環境的變化而產生可逆的體積變化。多種物理或化學刺激甚至微小數量級的環境參數的改變，均可導致水凝膠的體積變化[49]。Wang J等[50]研制了一種基于熱效應的水凝膠微閥，微閥應用于微流控系統。當溫度達到32 ℃時發生相變，微閥的關閉時間約4.5 s，開啟時間與水凝膠的長度成正比。當壓力低于200 kPa時，微閥無泄漏，響應時間6 s。

③溶膠-凝膠微閥 嵌段共聚物溶膠-凝膠狀態轉換致動的微閥用于PCR擴增實驗[51]。嵌段共聚物溶膠-凝膠致動的微閥能提供高達138 kPa的壓力以保證PCR實驗的順利進行。Yoon D S等[52]利用甲基纖維素的可逆溶膠-凝膠轉換的特性制造了一種凝膠微閥，閥的每個微通道中都裝入了一個微溫度傳感器和微加熱器。加熱溫度從30 ℃加熱到60 ℃之間過程中凝膠從透明狀變為渾濁狀。為保證微閥正常工作，加熱通道溫度應保持60 ℃左右，流動通道溫度應低于35 ℃。流速大于5 mL/min時，微閥可以穩定工作。壓力為20.7 kPa時，微閥無泄漏。

3.2 被動型微閥

被動型微閥在微流控系統中主要作止回閥，根據是否包括機械移動部件，被動型微閥分為機械可動部件微閥和不含機械可動部件微閥。機械可動部件微閥大多與微泵配合完成所需的功能，微閥只能順著壓力方向打開，類似二極管的特性[47]。

3.2.1 薄膜式微閥

薄膜型止回閥可以使用各種高分子材料制作，如聚對二甲苯[53]、光刻膠[54]、聚酰亞胺[55]、硅[56-57]、聚酯薄膜[58]。Hu M等[57]利用SOI硅片材料構建了硅薄膜厚度為90 μm的微閥，如圖5所示。該微閥結構包括一個六邊形孔、一個六邊形薄膜和三個柔性系繩，當正向壓力為65.5 kPa時，閥的最大流速為35.6 mL/min，當反向壓力為600 kPa時，泄漏速度為0.01 μL/min，在常溫下置于空氣中，閥的共振頻率為17.7 kHz。

3.2.2 懸臂梁式微閥

懸臂梁微型閥結構簡單，易于加工，在微型薄膜泵中應用廣泛。Li B等[59]利用原位UV-LIGA工藝，以硅和鎳為主要材料研制了一種由80個微閥組成微閥陣列。微閥陣列可以滿足最大流速大于10 mL/s，承載高壓大于10 MPa，可以在高頻10 kHz以上工作。闞君武等[60]根據流體力學理論，建立了液體內懸臂梁閥片的動力學模型，給出了閥片基頻的計算方法，對閥片結構參數進行了分析、研究了閥片與閥座間隙對液體內閥片基頻的影響規律。研究發現，液體對懸臂梁閥的動態特性影響較大，液體的附加質量和附加阻尼都大幅度增加，致使液體中閥片基頻降低。

3.2.3 毛細管微閥

毛細管微閥能被主動力和被動力驅動，毛細管微閥有電毛細管微閥、熱毛細管微閥、被動毛細管微閥[50]。電毛細管效應被稱為電潤濕。電潤濕是一種微流體現象，它已經廣泛地被用作各種流體及電光設備的驅動機制。Ahn C H等[61]將一種集成的、具有突變微通道的無源微閥用于微流控芯片，該芯片用于臨床的即時檢驗。該微流控系統由具有被動閥的多組微通道組成。當液體流過疏水微通道截面突然改變的區域時，產生的損失使壓力下降。杜新等[62]研制了一種用于毛細驅動流的通孔形毛細管被動閥，建立了被動閥的物理模型，分析了實際加工通孔時帶來的擴張角對毛細管被動閥性能的影響，并推導出相應的成立條件。指出被動閥的有效性與液體對壁面的動態接觸角、前進接觸角和通孔的擴張角有關。結果表明，當來流通道大于4 mm時，微閥有效性不受來流和通孔擴張角大小影響，降低了對通孔的加工要求。去離子水實驗表明，當來流毛細數高達4.0×10-3，高度為20 μm時微閥仍能有效工作。

4 結語

由于MEMS技術的快速發展，微流控領域也越來越受到人們的重視，隨著不斷涌現新結構、新方法和新材料，使作為微流控驅動與控制的核心部件的微泵與微閥性能上得到了較大提高。新技術的應用，減小了微泵、微閥的泄漏速率、功率損耗、死區面積，提高了反向泄漏壓力、響應速度、生物相容性，也相對降低了成本。但是微流體驅動控制系統的泄漏、結構復雜、成本偏高等問題依然存在，造成了微流控芯片的商業化程度不高，目前主要應用于生物化學分析、新藥研制、微型燃料電池和醫療等領域，微泵與微閥作為驅動與控制系統的核心部分，其研究有以下幾個方向：

(1)工藝與制造水平的提高。微加工屬于精細化加工，微加工技術的發展，直接影響到微驅動控制器件的性能，近幾年出現的激光蝕刻、快速成型技術、微注塑成型技術等推動了微驅動控制器件的進一步發展，但還是需要不斷地應用新的技術和新的工藝使微泵、微閥的結構更加合理，加工的精度更高，并解決泄漏、死區面積問題。

(2)一體化加工技術的應用。目前宏觀領域多個行業都采用了一體化加工技術，如電動機、減速器、制動器的一體化加工可以提高加工效率，也有利于提高裝配精度。微流控驅動與控制器件與微流控芯片一體化加工，將配合的精度保證在微米以下量級，將成為微加工的一種趨勢。

(3)內部流動機理的研究。微流體驅動與控制器件精度的量級達到微米，在這種微尺度效應下需要建立完善的微泵、微閥的準確的理論模型，并根據構建的典型結構，用數值模擬方法與實驗結合，研究微泵、微閥的內部流動機理，確定最優方案，以便于微器件加工制造，降低成本，提高效率。

(4)新材料的鍵和技術。材料的性能對微流控器件產生了巨大影響，微泵的管道、腔體結構，微閥的薄膜、腔體結構等使用不同的材料制作，參數的選擇也不同。在微流控驅動控制器件中，各種材料(高分子聚合物和硅等)共同使用的鍵和技術，如硅片鍵和技術、真空熱壓鍵合、紫外線支持鍵合、超聲鍵合等技術，將會成為微驅動與控制系統的研究熱點。