T E L KO M NI K A ,  V ol . 15,   N o. 2,  J une  20 17,   pp.   771 ~ 7 77   I S S N :  1 693 - 6 930 ac c r edi t ed  A   b D IK T I,  D e c r e e  N o 58/ D I K T I / K ep/ 2013   D O I :   10. 12928/ T E LK O M N I K A . v 1 5 i 2 . 6115      77 1       R ec ei v ed   J anu ar y  1 5 ,  201 7 ;  R ev i s ed   Ma r c h   28 ,  201 7 ;  A c c ept ed   A p r il   1 1 ,  20 1 7   Ch ar ac t er iz at io n  o f  E l ect r o m a g n et ic V al v e less  M i c r op um p       M Q A R u s l i 1 ,  P e i   S o n g  C h e e 2 ,   P e i  L i n g  L e o w * 3   1 , 3 F ac ul t y  of  E l ec t r i c a l   E ng i neer i ng,   U ni v er s i t i  T ek nol o gi  M al a y s i a,   813 10  S k udai ,  J ohor   2 Lee  K o ng C hi an,  F ac u l t y  o f  E ngi n eer i ng  and  S c i enc e ,   U ni v er s i t i  T unk u A bdu l  R a h m an   4300 0,   K aj an g,  S el ang or   * C or r es po ndi ng  aut h or ,  em ai l :   l eo w pl @ ut m . m y       A b st r act     T hi s  pap er  pr es ent s  an  el ec t r om agn et i c a l l y - ac t u a t ed mi c r o pum p f or   m ic r o f lu id ic   app l i c at i on .  T he s y s t em c ompr i s es  t w o mo du l es ;  an  el ec t r om ag net i c  ac t uat or  modu l and  di f f us er  mo du l e.  F abr i c at i o n of  t h e d i f f us er  mo du l c an be  ac h i ev ed  us i ng  ph ot ol i t h ogr a phy   pr oc es s  w i t h a mas t er  t e mp l at e a nd a P D MS  pr epo l y m er  as  t he s t r u c t ur al  mat er i a l .  T he ac t uat or   modu l e  c ons i s t s  o f  t w o p o w er  i n duc t or s  a nd   t w o  N d F eB   per ma nen t  m agn et s  p l ac ed  bet w ee t he  d i f f us er  e l e ment s .  T he  c hoi c e of  t hi s  ac t u at i on pr i nc i p l mer i t s  f r o m l o w  op er at i n v ol t age   ( 1. 5   V dc )  an d t he f l o w  d i r e c t i on c a n b e c o nt r ol l e d by  c hang i n g t he  or i e nt at i on   of  t h mag net   v i br at i on.   Max i m um v ol um e t r i c  f l ow  r at e of  t h e f abr i c a t ed dev i c at   z er o bac k pr es s ur e i s  0. 975 6   µL s - 1   a nd 0 . 46 59  µ Ls - 1   at  t he hy dr os t at i c  bac k pr es s ur e of  10   mmH 2 O  a t 9   H o f  s w it c h in g   s peed.       K eyw o r d s :   V al v e l es s  m i c r opu mp,  e l e c t r omagn et i c  ac t uat i on ,   modu l ar   mi c r op ump,  P D MS   mem br ane ,  nu mer i c a l  s i mu l at i on       C o p y r i g h t   ©   20 17 U n i ver si t a s A h mad  D ah l an .  A l l  r i g h t s r eser ved .       1 .  I n tr o d u c ti o n   F or   t he  pas t   f ew   dec a des ,   m i c r of l ui di c   de v i c es   or   t he  Lab  on  C hi ( LO C )   ha v g ai n ed  r api r es ear c i n t er es t   i v ar i ous   f i el ds   s uc as   c hem i c al   an al y s i s ,   en v i r o nm ent al   a na l y s i s   an d   t o w ar ds  bi om edi c al  di agn o s i s   [1 - 4] .   I t   w as  f i r s t   i nt r oduc ed b y   Ma nz   et  a l .   i n t h e   1990s   [ 5]   an f ol l o w e d b y  f as t  em er genc e of  nanot ec h nol og y   i n t h e ear l y   of  t he 21t h c en t ur y   [ 6] .   T he m ai pur pos f or   t he  m i c r opum p   dev el opm ent   i s   t de l i v er   a nd  c on t r ol   f l u i ds   f l o w   w i t hi m i c r o f l ui di c s   dev i c es   [ 7,   8] .   T hus ,   t he  us of   m i c r opum i s   one  of   t he  i m por t ant   el em ent s   i LO C   s y s t em   f or   f l ui d f l o w  m ani pu l at i o n.   Mo r eov er ,  i nt e gr at i ng m i c r of l ui di c s  s y s t em   t hat  a bl e t o d i s pens e  s m al l   dos e of   l i q ui ds  ( dr ug)   i nt o a  pat i en t ' s  bo d y   w i t h t he  c on t r ol l ed  am ount  has  l o ng  be en t he  goa l   i n   t he m i c r opum p ar eas   [ 9,  10 ] .   D ue  t o   t he   di v er s i t y   of   LO C   app l i c a t i o ns ,   s pec i f i c   m i c r opum ps   ar need ed  t pr ov i de  s pec i f i c  f l ow  r a nge t hat   i s  c o m pat i b l e t o LO C  a ppl i c a t i ons  ne eds .  C om m er c i al  m i c r opum ps s   f l ow  r at e i s   l i m i t ed t t he  m i c r oc hanne l s  s ha pe a nd  des i g n.  T o hav e l ar ge f l o w  r at e r an ge,   m ul t i pl e m i c r opum ps  i nt egr at i o n i s  r eq ui r e d.   I t   i s  har d t o h a v e t he c om m er c i al  m i c r opum p t hat  i s   v er s at i l and r o bus t  e nou gh t o f i t  i n v ar i o us  t y p es  of  LO C  appl i c at i ons  t h at   abl e t o pr o v i de   v ar i et y   of   f l ow   r at e.   I a ddi t i o n,   m os t   o f   t he  r epo r t ed  m i c r opu m f oc us es   on  s i ng l f l o w   app l i c at i on .   Mi c r op um p   w i t m odul ar   bas ed  ar c h i t e c t ur m i ght   be  t he  pos s i bl s ol ut i on  t o   a c h i ev e bi - di r ec t i on al  f l o w   [ 11 - 1 5] .  O ur  pr e v i ous   ef f or t  i m pl em ent s  a p i nc h  p l unger  as  t he  ac t uat i on e l em ent s   [ 11,  1 2]   t o ac h i e v e b i di r ec t i o nal  f l o w  b y  c han gi ng t h e pi n c hi ng p os i t i on.   Mean w h i l e ,  t h i s   w or k  r epor t s  an  el ec t r om agnet i c  ac t u a t i on  m odul e  us i n neo d y m i um - ir o n - bor on   ( N dF eB ,  T ai w an  Ma gne t i c  C or por at i on  Lt d,  C hi n a )   m agnet s  em bedd ed t o  po l y - di m e t hy l - s i l ox an e ( P D M S ,   D o w  C or ni n g C or por at i on ,  U S A )   m e m br ane and  po w er   i nduc t or s .  T he  ac t i v at e d po w er  i nd uc t or s  at t r ac t  and r e pel  t he N d F eB  m agnet  at  d i f f er ent  f r eque nc y  an c r eat es   m e m br ane  def l ec t i on  t i nd uc f l o w .   T he  m i c r opum per f or m anc w as   ex am i ned   t hr oug n um er i c al   s t ud y   of   m e m br ane  def l ec t i on   at   di f f er ent   ac t u at i on  c o nt ac t   r a t i o.   T hi s   s et up   i s  ab l e t o r un  at   bi di r ec t i o nal  f l o w  b as ed  on t he  des i r ed s et t i n g of  t h e us er .  I n  add i t i on,  t he  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I SSN :  1 6 9 3 - 6 930   T E L KO M NI K A     V o l.   15 ,  N o 2,  J un e 2 017  :   7 71     7 77   772   c ons t r uc t i on  of  t he ac t uat or  de v i c e m us t  be p ar al l e l   w i t h t h e c ham ber  des i g n,  s o t h at ,  t he  s y s t em  c an pu m p t o gen e r at e a f l o w .  I n ad di t i o n,  t h e des i gn i s  f oc us i ng  on t h e t y p e m at er i al   f abr i c at i o n,  c ha nne l   des i g n f or  bi d i r ec t i on f l o w  a nd  t he m e m br ane des i gn  f or  f l ui pum pi ng.   N um er i c al   s i m ul at i on  w as   done  t s t u d y   t he  c h ar ac t e r i s t i c   of   bi d i r ec t i o na l   f l o w   m i c r opum and   ex per i m ent al   f or   d es i g v er i f i c at i o n.   T hi s   m i c r opum i s   abl t pr o duc f l o w   r at e   f r o m   0. 21 56   µ Ls - 1   t o 0. 9 75 6   µL s - 1   c ont r ol l ed b y  a c o nt r ol l er  at  f r equenc y  f r om  1   H z t o  9   H z .  T he  f abr i c at ed  pr ot ot y pe c a b i m pl em ent ed  i n m obi l d ev i c app l i c a t i on,   s uc as  i dr ug dos i ng   f or  f l ow  r at e  an d b i di r ec t i o n al  f l o w  c o nt r o l   [7 ] [ 16 - 17] .       2.   E l e c tr o m a g n e ti c  A c tu a ti o n   F i gur e 1( a)  s ho w s  3 - D  s c hem at i c  i l l us t r at i on of  t h el ec t r om agnet i c  m i c r opu m p s et up  an F i gur e  1 ( b)  s ho w s  t he  di m ens i ons  of  t he m i c r oc hanne l .         ( a)     ( b)     F i gur 1 .   P r oj ec t  des i gn ( a)  Mi c r op um p s et up ( b)   Mi c r o c hanne l  d es i g n dr a w i n g i m i l l i m et er       A s  depi c t ed i F i gur e 1  ( a) ,  t he m i c r opum p c ons i s t s  of  t w o s epar at e m odul e s :  an ac t uat i o m odul e and a m i c r oc hannel  ( di f f us er )   m odul e.   A  m i c r oc hanne l  w as  des i g ned  and dr a w n b y   us i ng  S o l i d W or k s ®   3D   C A D   s of t w ar ( D as s a u l t   S y s t èm es S ol i d W or k s   C or p )   as   s ho w F i gur 1   (b ).   S i z of  t he m oul d i s   4 0   m m  i w i d t a nd  63   m m  i l en gt w it h   t he m i c r oc hanne l   w i dt h of   30   m m  and 5 3   m m  i n l eng t h.  T he  m i c r oc hanne l  i n l et   a nd out l et   di am et er  ar e 2. 2   m m ,  t o be us ed   w i t a 1   m m  i nner  di am et er  of  a s i l i c o n t u be.  H ei gh t  of  t he c han ne l  i s  1   mm .   T he ac t uat i on  m odul e c ons i s t s  of  t w o  po w er  i n duc t or s   ( C o i l c r af t  I nc ,  I l l i n oi s ,   U S A ) ,  t w o N dF eB   m a gnet s   and  pr i nt e d c i r c ui t  b oar d.   E ac h  po w er   i n duc t or  c om m ands  i t s  o w n f l ui d  di r ec t i o n e i t her  t o f l o w  i f or w ar or  i n r e v er s ed  di r ec t i on .  M i c r oc han ne l  m odul e  c ons i s t s  of  a  di f f us er  el em ent  a nd  i s   enc l os e b y   a   t h i s h eet   m e m b r ane,   m ade  of   P D M S   pr e po l y m er   m at er i al .   F i g ur 2 ( a)   a nd  ( b)   i l l us t r at es  t he  ac t uat i on  op e r at i on  i n  m agnet i z e d an d r e pel l ed  c ond i t i ons .               ( a)   ( b)     F i gur 2 .   E l ec t r om agnet i c  a c t uat i on o per at i o n,  ( a)  A c t u at i o n r es po ns e t o w ar ds   v ol t age  and  m e m b r ane pos i t i o n ( b)  s c h em at i c  i l l us t r at i o n of  ac t ua t i on d ur i n g m agnet i z e d an d r epe l l e c ondi t i o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI K A     I S S N :  1 693 - 6 930       C har ac t er i z a t i o n of  E l ec t r o magn et i c   V a l v el es s   M i c r op ump   ( M.  Q .  A  R us l i )   773   F i gur e 2  ( a)  and ( b)  s ho w  t he os c i l l at i on of  a N dF eB   m agne t  i s  i nf l ue nc ed b y  t he p ol ar i t y   of   t he  s up pl i ed   v ol t ag t o   po w er   i n duc t or ,   ei t her   t at t r ac t   ( goi ng  do w n)   or   r e pe l   ( goi ng  up)   t he  m agnet .  I n r es t   m ode ( no  v o l t ag e s upp l i e d m ode) ,  t her e no i s   m ov em ent .   W he n t he pos i t i v pol ar i t y   v o l t a ge  i s   i n duc ed,   t h m agnet   i s   at t r ac t ed  t o w ar ds   t he  po w er   i nduc t or .   T he  m e m br ane   i s   def l ec t ed  t ex pel   f l ui t hr oug t h c h ann el .   O t h ot her   han d,   a t   n ega t i v e   p ol ar i t y   v ol t age ,   t he  m agnet   i s   r epe l l ed,   r es ul t i ng   t o   t h i nf l at i on   of   t h e   m e m br ane  and   t h us   s uc k s   t he   f l ui d   i nt t he c ham ber .  T he c ont i nu ous  c y c l e of  c hang i ng  v ol t age p ol ar i t i es  t o at t r ac t   and r ep el  t h m agnet  c r eat e a  net  f l ui f l ow .  D i f f er ent  f r equenc y  g i v es  di f f er ent  f l o w  r at e.   S i m i l ar  pum pi ng  m et hod  ha v bee d one   b y   S he M.  et . al   [ 14] , Z h i   C . e t.a l   [ 18]   an P an  T .  et . a l   [ 1 5] ,   but  t he  di f f er enc e i s  t he  ac t uat i n el em ent  b y   us i n g a  r ot a t i n g  m agnet ,  m es h t y p e c o i l s   a nd a  D C  m i c r o - m ot or  t o dr i v e  t he  f l ui d i ns i d e a m i c r oc hanne l .   T he  num er i c al   s i m ul at i o n   s t udi es   t he  def l ec t i on  pr oper t i es   of   t he  m e m br an e.   T he   m e m b r ane  di s p l ac em ent ,   d i s   i nf l uenc e b y   t he  s ur f ac c ont ac t   r at i bet w ee t h m agnet   an t he m e m br ane,  a nd t he  t hi c k nes s   of  t he m e m br a ne,  t .  T he m ax i m u m  def l ec t i on  of  t he   m e m b r ane i s  s t udi e d us i n g t he f i ni t e el em ent  ana l y s i s  ( F E A )  us i ng C O M S O L  Mul t i ph y s i c s ®  ( C O MS O L I nc ,  B ur l i ngt o n,  U S A ) .  T he dens i t y ,   Y oun g’ s  m odul us  and P o i s s on’ s  r at i o of  t h P D M S  m at er i al  c ur i ng at  r o om  t e m per at ur e ar e 965   k gm - 3   [ 19] ,  1. 32 ×  1 0 6   Pa   [ 2 0]   and 0. 4 99  [ 2 0]   . T he N dF e B  m agnet   par am et er s  ar e  75 00 k gm - 3 ,  1. 6 ×  10 1 1   P a a nd  0. 2 4 r es pec t i v el y .   T he f or c w as   appl i e at   1   N   on  t o of   t he  m agnet   i n - z   d i r ec t i on .   F i gur 3   i l l us t r a t es   one  of   t he  s i m ul at ed   r es ul t s  ac qu i r ed f or  t h e m em br ane di s pl a c em ent   at  0. 4 s ur f ac e c ont ac t  r at i os .         ( a)     ( b)     F i gur 3 .   M em br ane def l ec t i on c a us e b y  b od y  l oa d at   0 . 4 c ont ac t  r at i o ( a)  V i e w  i n   2D  ax i s - s y m m e t r ic  ( b )  V ie w  in  3 D         A s  depi c t ed f r o m   F i gur e 3 ( a) ,  t he m e m br ane def l ec t i on f or m s  a t r apez oi dal   s hape,   w her e t he m ax i m u m  def l ec t i on of  t he m em br ane i s  c onc ent r at ed i n t h e p i nc h r egi on  [ 12] F ur t her  an al y s es  f r om  t he s ur f ac e c ont ac t s  r at i o  of  0. t o 0. 9 ar pl o t t ed  on  t he   F i g ur e 4         F i gur 4 .   Se m i - l ogar i t hm  gr aph  w i t h  t he  f i t t ed  l i ne  of  t he m e m br ane di s pl ac em ent  w i t v ar i at i on   of  s ur f ac e c ont ac t  r at i o f or   di f f er ent  m e m br ane t hi c k nes s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I SSN :  1 6 9 3 - 6 930   T E L KO M NI K A     V o l.   15 ,  N o 2,  J un e 2 017  :   7 71     7 77   774   F i gur s ho w s  a  G aus s i a n c har ac t er i s t i c  f or  al l  m em br ane t hi c k nes s   f r o m  0. 1   mm t o   1   m m  w i t h t he  c ont ac t  r at i o f r o m  0. 1 t o 0. 9.  T he opt i m al  def l ec t i on i s  obs er v e d  at  0. 4 c ont ac t   s ur f ac e r at i o at  al l  m e m br a ne t hi c k nes s .  T hus ,   f or  t hi s   ex per i m ent ,  t he m i c r oc hannel  c ham ber  i s   s et  t o 1 0   m m  i n di am et er  a nd t h e m agnet  d i am et er  of  4   m m  ( 1: 0. 4) .       3.   M i c r o p u m p  D e s i g n  a n d  F a b r i c a ti o n   T he des i gne d m i c r oc hannel   c ons i s t s  of  t w o e l em ent s :  di f f us er  and  m e m br ane.  T he  f abr i c at i o of   m as t er   t em pl at f or   t he   m i c r oc hannel   w as   us i n a   r ap i pr ot ot y p i ng  t ec hno l og y   t ec hni que  and  t he  m e m br ane  w as   f abr i c at e us i n s pi c oat ed  m et hod.   F i gur s ho w s   t he  f abr i c at i o n pr oc es s  of  t he  m i c r oc hannel  m odul e.   T he c us t om   m as t er  t e m pl at e  ( m oul d )  wa s   des i g ned  us i ng  c om put er   a i de des i gn  s of t w ar e.   T he  des i g det ai l s   c an  be  r ef er r ed  in   F i g ur 1   ( b) .  D i gi t al  l i g ht  pr oc es s i ng ( D LP )  m et hod w as  us ed t o f abr i c at e t he des i gn ed m oul d.   P hot opo l y m er  r es i n   w as   us ed f or  t h e m oul d m at er i al .  T he f i ni s h ed  m oul d t h en  w as  be i n g   ex pos ed u nder   a U V   l i ght  f or  1 hour  t o m a k e i t  har de n .  T he  m oul w as  t h en b ei n g pour e w i t h a  P D M S   s o l ut i on  w i t m i x i ng   r at i o   1: 1 of   c ur i n a gen t   and  r es i m onom er   . T he  m oul w as   t hen  c ur ed i ns i de  an o v e n at   7 C  f or  30   m i nut es   [ 2 0] .  F i nal l y ,  t he  P D MS  s u bs t r at e  w as  r em ov e f r o m  t he  m as t er  t em pl at e.         F i gur 5 .   F a br i c at i on  pr oc e dur e of  a m i c r oc hanne l  m odul e         A  m ec hani c al  m i c r opum p   needs   an  ac t uat i o n m e m b r ane t o dr i v e t h e f l u i i ns i de t h e   c hanne l .   T hi s   w or k   us es   t he  s am m at er i al   an s am m i x i ng  r at i as   t he  m i c r oc hann el   c hi p   f or   t he m e m br ane f abr i c at i on.  A  di g i t a l  s pi n c oat er  m ac hi n w i t h a s pi n ner   w as  u s ed t y i e l d a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI K A     I S S N :  1 693 - 6 930       C har ac t er i z a t i o n of  E l ec t r o magn et i c   V a l v el es s   M i c r op ump   ( M.  Q .  A  R us l i )   775   uni f or m  pr epo l y m er  f or  t he  m e m br ane.  T hi c k nes s  o f   a c oat ed m e m br ane i s  depend ed on t he  pr epo l y m er   w e i gh t ,  s pi n c oat er  s pee d,  s pi n t i m e and al s o t he v i s c os i t y   of  t he pr ep ol y m er   m at er i al .  F or  t hi s  s et u p,  t h e s pi n c oat er  s pee d,  s pi n t i m e and pr epo l y m er   w e i g h t  w as  f i x ed at   500   r pm ,  120   s  a nd 2. 5   g t y i el d 3 25. 9   µ m  of   m e m br ane t hi c k nes s .  F i r s t l y ,   P D M S  s ol ut i on  w as   bei ng  p our ed   i p l as t i c   p et r i   d i s h.   T hen,   i t   w as   p l ac ed  i t h s pi c oat er   m ac hi ne  f or   s pi nn i n g   pr oc es s .  A f t er  t hat ,  i t   w as  pl ac ed  i n a n o v en f or  c ur i ng pr oc es s .  F i na l l y ,  t h e m em br ane w as   s l o w l y  p ee l ed  of f   f r o m  t he pet r i  d i s h.   T he  f abr i c at ed m e m br ane and m i c r oc hannel  ha v e t he s am s ur f ac e pr oper t i es ;   t her ef or e,  t h e bo ndi ng b et w een t he t w o i t em s   c an be m ade b y  us i ng t he s a m m at er i al .   A   pr epo l y m er  m i x t ur e w as  r u bb ed  on t h e s ur f ac e bet w e en t he b on ded ar e as .  T he m e m b r ane w as   al i gne d an d pl ac ed on t op  of  t he  m i c r oc hannel .  T he ai r  bub bl es ,  c r eat ed d ur i n g   t he bond i n pr oc es s   w er r em ov ed  us i ng  a   des i c c at or   m ac hi ne  ( F 4202 5,   B e l   A r t ,   N e w   J er s ey ,   U S A )   bef or c ur i ng at  70   º C  f or  30  m i nut es [ 2 0] F i g ur s ho w s  t he ex per i m ent al  s et u p f or  dr i v i ng t h m i c r opum p t o i n v es t i gat e  t h e dr i v i ng  per f or m anc e of  t he de v i c e .             F i gur 6 .   E x per i m ent  s et u p  und er  a  z er bac k pr es s ur e       A s  s ho w n i n   F i gur e   6 ,  t h e ac t uat or  m odul w as  c ont r ol l e d b y  a c on t r ol l er   m odul e,   c ons i s t  of  an A r du i n o U no   m i c r oc ont r ol l er ,  a m ot or  dr i v er  s hi el d,  buc k  c onv er t e r s  and a pus h   but t o n m odul e.  A r du i n o U no c ont r ol s  t h e s w i t c hi n g s peed of  t he po w er  i nduc t o r   f r o m  1   H z t o   16   H z .  I n ad di t i on ,  i t  al s c ont r ol s  t he d i r ec t i o n of  l i q ui d f l o w  i ns i de  t h e m i c r oc h anne l  ei t her  i f or w ar and  r ev er s ed d i r ec t i on  b y  t ur n i n g o n or   of f  one of  t he  po w er  i n duc t or .  I f  t h e f l ui w a nt  t f lo w   i f or w ar d d i r ec t i on ( f r om   l ef t  t o r i ght ) ,   t he c o nt r o l l er   o nl y  n eeds   t s end  t he   s i gna l   t o t he  r i ght   i nd uc t or   w hi l t he  l ef t   i nduc t or   i s   of f   and  v i c v e r s a.   T he  m ot or   dr i v er   s hi e l w as   us ed  t o   c ont r ol   t he  po l ar i t y   of   t he  s upp l i e v o l t ag m ean w h i l e   buc k   c onv er t er s   w as   b ei ng   us ed  t s t ep - do w n  v ol t age  f r o m  12   V d c   t o 1. 5   V d f or  po w er i n g t he  p o w er   i nd uc t or s .  T he m edi u m  us ed f or  t he   ex per i m ent   w as   w a t er .   T he  i nl e t   and  o ut l et   t u bes   w er e   f r o m   c o m m er c i al l y   a v ai l abl A l pha S i l ®   s i l i c o t ub i ng  w i t an  i nn er   di am et er   of   1   m m   and  out er   di am et er   of   2   mm.   I t   w as   as s u m ed  t he  f l ow   i s  i n no n - s l i p c ond i t i on.         4.   R e s u l t a n d  D i s c u s s i o n   T he f i r s t  ev al uat i o n t o  t h pr opos e d e l ec t r om agnet i c   ac t uat e d s y s t em  w as  s t ud i ed o t he v el oc i t y  an d f l o w  r at per f or m anc e under  a  z er bac k pr es s ur e c ondi t i o n.   F i gur d e p i ct t he m i c r opum p per f or m anc e pr of i l e  at   ac t uat i o n f r eque nc i es  f r o m  1 - 16   H z   wi t h  1   H z  r es o l ut i on .     In   F i gur e   7 t he gr a ph c har ac t er i s t i c   w as  i n g aus s i an s hape  w her e t h e f l ui d f l o w  f r om  t he   ac t uat i on  f r equ enc y   f r om   1 - H z   i nc r eas es   a nd  f r om   10 - 16  H z ,   t he  f l o w   r at dec r eas es .   Max i m u m  f l ow  r at e i s   ac hi ev e d a t  9  H z .   T h e  f lo w  r e c t if ic at i on  w as  ac hi e v a bl e at   m i ni m u m   ac t uat i on f r eque nc y   of  1   H z ,  g i v i ng t he  f l o w  r at e of   0. 215 6 µ Ls - 1   at  t h e a v er ag e  t i m i n 16. 02   s / m m .   T he opt i m u m  v al ue,  w h er e t he m e m br ane v i br at es  at  opt i m u m  a m pl i t ude  w as  at  9   H z,   pr oduc i ng  t h m ax i m u m   f l o w   r at at   0. 9 75 6   µ Ls - 1   at   t h av er age  t i m i n   3. 5 133 4   s / mm .   B ey o n 9   H z   of   t he  dr i v i ng  f r equen c y ,   t he  m e m br ane  v i br at i on   s t ar t s   t dec r eas r es ul t i n t he  f l o w   r at e   al s dec r eas e d as   t he  s y s t em  r eac hed  i t s  ac t uat or  r es ona nc e.  F ur t her m or e,  t h pum Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I SSN :  1 6 9 3 - 6 930   T E L KO M NI K A     V o l.   15 ,  N o 2,  J un e 2 017  :   7 71     7 77   776   per f or m anc e w as   do n i n   gi v en  b ac k pr es s ur t s how   t he  c apa bi l i t y   of   t he  pr op os ed  m i c r opum s y s t em .   F i gur s ho w s   t he   r es ul t s   w i t v ar i at i o of   ac t ua t i o f r eque nc y   a nd   bac k pr es s ur e.  T hi s  ex per i m ent  w as   bas e d o n t he   h y dr os t at i c   t he or y   w h i c i s  i nf l ue nc o f   pr es s ur e i ns i de t he c h am b er s .           F i gur 7 .   F l o w  r at v s .  ac t u at i o n f r eque nc y           F i gur 8 .   F l o w  r at v s .  bac k pr es s ur e     F i gur s h o w s  s i x  c onf i gur at i o n he i g ht  l e v e l s  f r o m   0 - 10 m m  w i t 2 m m  r es ol ut i o n.   F r o m  t he ex per i m ent ,  t h e ac t uat i o n f r e quenc y  at  1 H z  c a n op er at up  t o 2 m m H 2O   bac k pr es s ur e at  0. 1 587  µ Ls - 1   of  f l o w  r at e.  T he ac t uat i on f r equ enc y   of  2 H z  i s  c ap abl e t w i t hs t a nd pr es s ur up t 4 m m H 2O  at  0. 189 2 µ Ls - 1 . T he  f r equenc i es  f r om  4 - 9 H z   w er e s t i l l   c apab l e t o f l o w  t he  l i q ui d u p t 10  m m H 2O  but  3 H z   w as  up t o 8 m m H 2O  onl y .       5 .  C o n c l u s i o n   T hi s  paper  i nt r oduc es  t h pr el i m i nar y  s t ud y  on t he i nt egr at i o n of  po w er  i nduc t or  i nt o   m i c r opum p s y s t em  f or  bi di r ec t i on al  f l o w  f l u i d.  I n  t he  pr es ent  s t u d y ,  a el ec t r om agnet i c   ac t uat ed   v a lv e le s s  b id ir e c t i o nal  f l o w   m i c r opum p w as  de v e l op e d.  T he m i c r opum p s y s t em  i s  i n m odul ar   bas ed:   t h e m i r oc hannel  p a r t  i s   r epl ac eab l e.   T he  dr i v i ng  f r equenc y  r an ge  w as   f r om   1 H z   t o 1 H z .   T he  m ax i m u m   v ol um et r i c   f l o w   r at es   w er 0. 9 756   µ Ls - 1   at   9   H z   u nd er   z er o   bac k pr es s ur e .   Ev en  t ho ugh   t he   s y s t em   onl y   us es   V d c   s up pl y ,   i t   i s   al s r e qu i r h i g c ur r ent   i n put   i or der   t o   m agnet i z t h ac t u at or s   w hi c c aus es   s om i nc on v e ni e nt   i m a k i ng  t h s y s t em   as   por t ab l dev i c e ( s uppl y  f r o m  a  bat t er y   i s  not  r ec om m e nded) .   F ut ur w or k s  i nc l ud es  des i gn  i m pr ov em ent s  and opt i m i z at i on o n t he d i f f us er  c h i p t o ac h i e v e hi gh er  f l ow  r at es   w h i l m ai nt ai n i ng t he po w er   us ag at  l o w  v o l t a ge.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI K A     I S S N :  1 693 - 6 930       C har ac t er i z a t i o n of  E l ec t r o magn et i c   V a l v el es s   M i c r op ump   ( M.  Q .  A  R us l i )   777   A c k n o w l e d g e m e n ts   T he aut hor s   w oul l i k e t o a c k now l ed ge  t he  Mi ni s t r y  of   H i gh er  E duc at i on  of  Ma l a y s i a f or   s pons or i n g t hi s  r es ear c h s t ud y  t hr oug h t he M y P hD  s c hol ar s hi p.  T hi s  r es ear c h  s t ud y   i s  al s o   f unded b y   R es ear c h  U ni v er s i t y  G r a nt  ( Q . J 130000. 252 3. 0 5H 29) ,  U T A R R F   ( I P S R/ RM C/ UT A R R F / 20 15 - C 2/ C 03)   and F R G S  ( R . J 1 3000 0. 7 823. 4F 46 2) .       R ef er en ces   [1   G M   W hi t es i de s .   T he or i gi n s  a nd t he  f ut ur e of  m i c r of l ui di c s .   N at ur e.   2 006;   4 42 :   3 68 - 37 3.   [2   M J C i ma .   M i c r os y s t em  T ec h nol og i e s  f or  M edi c al  A pp l i c at i ons .   A nnua l  R ev i ew  of  C hem i c al   a nd  B i om o l e c ul ar  E ngi neer i ng .   201 1;   2 :   35 5 - 3 78.   [3   X F   H uang,   S J   Li ,   G Q   W ang ,   D   Luo,   Y   Li u,   N   Di n g et   al .   M i c r opum A ppl i c at i on  f or   M i c r P ow er   S ys t e m s:  A  R e vi e w .   1 - 4.   [4   W e st ,  M  B e cke r ,  S   T om b r i nk ,   A  M anz .   M i c r o T ot al  A nal y s i s  S y s t em s :  Lat es t  A c hi ev em ent s .   An al y t i c al  C h em i st r y.   20 08;   80 :   4403 - 441 9.   [5   M a n z ,  N  G ra b e r,  H M   W i d m e r,  SC  T e rry ,  J H   J er m an,   J B An g e l l .   M i ni at ur i z ed t ot al  c hem i c al  ana l y s i s   s y s t em s :  a  nov e l   c onc ept   f or  c he m i c al  s en s i n g.   I EEE T r a ns a c t i o ns  on  E l ec t r on  D ev i c e s .   1979 ;   26 :   244 - 24 8.   [6   CA   M ir k in .   T he B e gi n ni n of  a S m al l   R ev ol ut i on.   S m a ll.   2004 ;   1 :   14 - 16.   [7   AK   Da s h ,   G C   C udw or t h.   T he r apeut i c   app l i c at i ons   of   i m p l a nt abl dr ug  del i v er y   s y s t e m s .   J ou r n a of   phar m ac o l og i c a l  a nd t o x i c ol og i c al  m et ho ds .   1998 ;   40 :   1 - 1 2.   [8   P  F or out a n,  A D  D j adi d,  R  N adaf i ,  F   B ar az andeh ,   A M   M ahdi abad i .   P r oc es s   de s i gn a n d   m i c r of abr i c at i o n of  a  no v el  l a b  on  c hi p .   2 011  S y m po s i u m   on D e s i g n,  T es t ,  I nt egr at i on  &  P ac k ag i n g   o f  M E M S/ M O E M S (D T I P) .   2011:   372 - 374 .   [9   J P   W i k s w o,  F E  B l oc k ,  D E   C l i f f el ,  C R  G oodw i n,  C C   M ar as c o,  D A   M ar k ov ,   et  al .   E ngi ne er i n g   c hal l en ges  f or  i ns t r um e nt i ng a nd c o nt r o l l i ng i n t egr at ed  or ga n - on - ch i p   sy st e ms.   I EEE T ra n s a c t io n s   on  B i om edi c al  E ngi n eer i ng.   213;   60 :   6 82 - 69 0.   [1 0   LJ   T hom as ,   SP Be s s m a n .   P r ot ot y pe f or  a n i m pl ant a bl e  i n s ul i n d el i v er y  p um p .   P r oc e e din g s  o f   t he  W e s t e rn   P har m a c ol ogy  S oc i et y .   1975;   18 :   39 3 - 39 8.   [1 1   P S   C hee,   R   A bdul   R a hi m ,   R   A r s at ,   U   H a sh i m,   PL   Leo w.   B i di r e c t i onal   f l ow   m i c r o pum b a s ed   on  d y n a m ic  r ec t i f i c at i on .   Se n s or s   and A c t uat or s  A :  P hy s i c al .   2 013 ;   204 :   1 07 - 11 3.   [1 2   P S  C hee,  R  A r s at ,  T  A da m ,   U  H as hi m ,  R A   R ahi m ,   P L  L eow .   M odul ar  ar c hi t ec t ur e of   a n on - c on t ac t   pi nc h a c t ua t i on  m i c r o pum p.   S ens or s .   2 012;   12 :   125 72 - 1 258 7.   [1 3   Y   Luo,   M   Lu,   T C u i .   A   pol y m er - bas e bi di r e c t i onal  m i c r op um dr i v en  by   P Z T   bi m or p h.   M i cr o s yst e m   T ec h nol o gi e s .   2 011;   17 :   403 - 4 09.   [1 4   M   S hen,  L   D o v a t,  MA M   G ijs .   M agnet i c  a c t i v e - v al v m i c r o pum p  ac t uat ed b y  a r ot at i ng  m ag net i c   a s se m b l y.   Se n s or s  and  A c t u at or s  B :  C h em i c a l .   2 011;   154 :   52 - 58.   [1 5   T  Pa n ,  E Ka i ,  M  St a y ,  V   B ar oc a s ,   B  Z i ai e.   A  m agn et i c al l y  dr i v e n P D M S  per i s t a l t i c   m i c r opum p .   C onf er en c e pr oc eed i ng s :  A nnu a l   I nt er n at i o nal  C onf er enc e o f  t he I E E E  E ngi neer i ng  i n M edi c i ne a n d   B i ol ogy  S o c i et y .  I E E E  E ng i nee r i ng  i n M edi c i n e an d B i o l ogy  S oc i e t y   C onf er e nc e .   20 04;   4 :   26 39 - 264 2.   [1 6   M W  A s hr af ,  S  T ay y aba,  A   N i sa r ,   N  A f z ul pur k ar .   ME MS   bas ed s y s t e m  f or  dr u g de l i v er y .   82 - 87.   [1 7   Li guo,  Y  Li u,  L S un,  Q   D ongs he ng,   M  J ijia n g .   I nt el l i g ent   C ont r ol  of  P i ez oel e c t r i c  M i c r o p u m p  B as ed  on M E M S  F l ow  S ens or .   3055 - 3060.   [1 8   C  Z hi ,  T  S hi n s hi ,  M   S a i to K Ka t o .   P l anar - t y pe m i c r o - e l e c t r om ag net i c   a c t u at or s   us i ng pat t er ned t h i n   f i l m  per m ane nt   m agn et s  and   m es t y pe  c oi l s .   S en s or s   a nd   A c t uat or s ,   A :   P hy s i c al .   201 4;   220 :   36 5 - 372 .   [1 9   H  S el v ar aj ,  B   T an,   K  V enk at a k r i s hnan .   M a skl e s d i r e ct   mi c r o - s t r u c t ur i ng of  P D M S  by  f e m t os ec o n l as er  l o c al i z ed r ap i c ur i ng.   J o ur nal  of   M i c r om ec h ani c s  and M i c r oengi ne er i n g.   2 011;   21 :   0 75018 .     [2 0   I D   J ohn s t o n,   D K   M c C l us k ey ,   C K L   T an,   M C   T r ac ey .   M ec hani c a l   c har a c t er i z at i on  of   bu l k   S y l gar 1 8 4   f o r   m ic r of l ui d i c s   and  m i c r o eng i neer i ng.   J our n al   of   M i c r om ec hani c s   an M i c r oengi neer i ng.   2014;   24 :   03501 7.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.