[發明專利]一種微流控芯片磁珠混沌混合方法及裝置

有效

• 申請號: 201410368536.9
• 申請日: 2014-07-30
• 公開（公告）號: CN104162379A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 張榮標;王吉祥;郭建江;孫健
• 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

本發明涉及溶液混合技術，具體是一種微流控芯片的混沌混合方法及裝置，用來提高微流控芯片內液體混合效率。?

背景技術

混合是一個物理過程，是任何化學和生化反應最基本的也是必須的操作，其混合的效果取決于其混合過程和方法。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，流體在微米尺度下的雷諾系數非常小，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，但是，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的難題。?

目前，已有的不同類型的微流體混合器可分為主動混合器和被動混合器兩類。對于被動混合器，由于微流器件的尺寸很小，雷諾數非常小，流體處于層流狀態，流體間的混合基本上依賴于擴散運動，所以混合效果不甚理想。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。?

已有的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，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，但其結構較為復雜，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并且需要較為復雜的旋轉磁場發生器，此外，復雜的內部結構也使得芯片容易結垢，并難以有效清洗。?

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術存在的問題，提供一種結構簡單易行、混合效果好且混合過程可控的微流控芯片磁珠混沌混合方法及裝置。?

???本發明一種微流控芯片磁珠混沌混合裝置采用的技術方案是：具有一個球形框架，球形框架由6個相同的圓型架沿依次沿球形經度方向兩兩間隔30°搭構成，6個圓型架的圓心是球形框架的球心；球型框架的內部中間放置有微流控芯片，微流控芯片具有磁珠溶液入口通道、微流體入口通道以及微混合室腔體，微混合室腔體在球心位置，磁珠溶液入口通道和微流體入口通道各連通微混合室腔體；在每個圓型架外部上，沿圓周方向均勻布置三個徑向的電磁鐵；第一至第三個圓型架上的第一個電磁鐵均位于微流控芯片的左上前方、第二個電磁鐵位于微流控芯片的左下前方、第三個電磁鐵均位于微流控芯片的右后方且位于球形框架的后半球側的最長緯線上；第四至第六個圓型架上的第一個電磁鐵均位于微流控芯片的右上前方、第二個電磁鐵均位于微流控芯片的右下前方、第三個電磁鐵均位于微流控芯片7的左后方且位于球形框架的后半球側的最長緯線上；每個圓型架上的第一個電磁鐵均接U相交流電、第二個電磁鐵均接V相交流電、第三個電磁鐵均接W相交流電。?

本發明一種微流控芯片磁珠混沌混合裝置的混沌混合采用的技術方案是：是按以下步驟：?

步驟1：從微流體入口通道通入微流體溶液，同時從磁珠溶液入口通道通入磁珠溶液，兩種溶液進入微混合室腔體內形成混合溶液；?

步驟2：對第一個圓型架上的三個電磁鐵通UVW低頻三相交流電，使磁珠在混合溶液里面形成磁珠鏈并隨著磁場方向的改變在溶液里面不停旋轉；

步驟3：增加第一個圓型架上的三個電磁鐵的三相交流電的頻率，使得磁珠鏈斷裂；

步驟4：保持使得磁珠鏈斷裂的三相交流電的頻率不變，分別先后對第二個至六個圓型架上的三個電磁鐵通電，每個圓型架上的三個電磁鐵通電時間持續時間相同；

步驟5：判斷混合是否完全，若否，重復步驟4，直到完全混合，若是，停止對所有電磁鐵通電。

與已有方法和技術相比，本發明具有以下優點：

1、本發明通過一種對球型布局的空間旋轉磁場的時序控制實現攪拌，不需要加工精密且結構復雜的攪拌棒，只需要粒徑不同的磁珠，解決了被動混合器里流體間的混合基本上依賴于擴散運動混合效果不甚理想的難題。

2、本發明通過一種球型布局的空間旋轉磁場的時序控制實現混合，磁珠混合在混合室內自由游走且不易結垢，解決現有固定旋轉式微型磁力攪拌方法容易結垢且難以清洗的問題。?

3、本發明類似一種微型多相磁場時序發生器，通過時序控制和交流電流控制可以很容易控制磁場大小及磁珠的旋轉運動方向和速度，控制簡單有效。?

4、本發明涉及一種多角度、全方位的旋轉磁場，從而保證溶液混合完全，磁珠混沌混合能在較短時間內實現較好的混合效果。?