[發明專利]一種微流控芯片的柔性磁動微混合方法與裝置

無效

• 申請號: 201210342221.8
• 申請日: 2012-09-17
• 公開（公告）號: CN102861526A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 張榮標;楊寧;徐佩鋒;張磊;張永春
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01F13/08
• 分類號: B01F13/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及微流控芯片中的混合技術，具體是微流控芯片的柔性磁動微混合方法與裝置。

背景技術

混合是任何化學和生化反應最基本的，也是必需的操作。在宏觀體系中，混合通常靠對流來完成。在微流控芯片中，系統的結構尺寸通常小于數百微米，流體在微米尺度下雷諾系數非常小（Re≈0.1～100），不能發生湍流混合，流體完全呈層流狀態流動，混合只能靠擴散進行。因此，當微流體的液層厚度大于典型擴散長度時，有效、快速地混合很難靠擴散來實現，特別是流速快或含有低擴散系數可溶性物質的流體，擴散混合是一個相當慢的過程，需要足夠的時間和接界面積才能達到完全混合。對于發生化學反應的微流控分析系統來說，若混合不完全則反應也不可能完成，此時混合時間及混合效率成為整個系統分析時間及效果的瓶頸。因此，微尺度下如何進行流體的快速混合一直是微流控系統存在的關鍵問題。

目前，根據不同形式、不同原理的微流體混合器，大致可分為主動式混合器和被動式混合器兩種。被動式混合器結構簡單，但需要較長的混合通道，且混合過程不可控；主動式混合器結構復雜，較短的通道便可達到好的混合效果，且混合過程可控。2004年，Kee，等設計了一種以外部旋轉磁場驅動微磁力攪拌棒進行混合的微混合器，該混合器通過微型攪拌棒的攪拌形成渦流，從而大大提高了混合效率。但該種攪拌器為一種剛性攪拌器，對于生物醫藥實驗中的微生物樣品，該類型的攪拌器往往會造成生物組織破損，從而影響實驗的進行。此外、該種混合器結構較為復雜，微米級攪拌棒中間需要做成空心，并穿過固定軸，這使得在微米級下制作加工該結構極其困難。

發明內容

本發明的目的是針對現有微流控芯片的主動攪拌式微混合器存在剛性大、容易破壞生物樣品的缺陷，提出一種柔性磁動微混合方法與裝置，能夠在不損傷樣品的條件下實現高效混合，且結構簡單加工方便。

為達到上述目的，本發明微流控芯片的柔性磁動微混合裝置采用的技術方案是：微流控芯片具有微混合器壁體，微混合器壁體的整體結構由上基片和下基片封接而成，微混合器壁體中有微通道和混合室腔體，混合室腔體內的前后壁鑲嵌有兩片條形的柔性磁動攪拌子，微混合器壁體下方是封閉微通道和微混合室腔體的封接蓋片，封接蓋片下方固定連接有四個梯形推拔式電磁場發生器，第一、第三梯形推拔式磁場發生器分布在第二柔性磁動攪拌子的左右兩側，第二、第四梯形推拔式磁場發生器分布在第一柔性磁動攪拌子的左右兩側；上基片和下基片上均分別設有兩個微矩形凹槽，兩個柔性磁動攪拌子一端的下半部分分別配合設置于下基片上的兩個微矩形凹槽中，兩個柔性磁動攪拌子一端的上半部分與上基片上的兩個微矩形凹槽對齊，且上半部分均露出下基片外。

為達到上述目的，本發明微流控芯片的柔性磁動微混合方法采用的技術方案是：當有微流體通過微通道流入混合室腔體中時，位于對角的第一、第四梯形推拔式電磁場發生器同時工作，第二、第三梯形推拔式電磁場發生器不工作，第一柔性磁動攪拌子受到第四梯形推拔式磁場發生器的吸引發生形變運動的方向與第二柔性磁動攪拌子受到第一梯形推拔式磁場發生器的吸引發生形變運動的方向相反，使得微流體相向運動引起對流；當兩個柔性磁動攪拌子分別運動到各自的極限位置時，關閉第一、第四梯形推拔式磁場發生器，打開第二、第三梯形推拔式磁場發生器，兩個柔性磁動攪拌子發生恢復形變運動，微流體發生對流，再次促進混合；如此往復加劇混合。

本發明與已有方法和技術相比，具有如下優點：

1、本發明所述一種微流控芯片的柔性磁動微混合方法，該方法能夠對流體實現柔性攪拌，解決了剛性微混合器容易損壞微生物樣品的缺陷。

2、本發明所述微流控芯片的柔性磁動微混合裝置，其混合主體結構簡單，解決傳統磁力攪拌式微混合器加工復雜度高的缺點。

3、本發明所述微流控芯片的柔性磁動微混合裝置相比傳統磁力攪拌式微混合器，其混合促進結構簡單，避免長期使用所帶來的結垢問題。

4、本發明所述微流控芯片的柔性磁動微混合裝置，該裝置結構僅采用兩組磁場發生器就可以實現對流體混合過程的控制，控制過程簡單。

5、本發明所述微流控芯片的柔性磁動微混合裝置，該裝置采用一種梯形推拔式結構作為電磁場發生器，該發生器能夠將磁力集中于微混合室附近，解決了傳統磁場發生器因磁力分散而難以有效運用到微混合控制的問題。

6、本發明微流控芯片的柔性磁動微混合裝置，該結構可以以微混合器為功能作為微流控芯片的一部分，也可以作為一個單獨的微混合裝置與其他需要進行微混合的結構相連接，移植使用簡單。