[實用新型]施加溫度偏場的交流電熱微流體混合器

有效

• 申請號: 201420823613.0
• 申請日: 2014-12-22
• 公開（公告）號: CN204564025U
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發明（設計）人: 張峰;陳瀚;馬龍威;劉華
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B01F13/00
• 分類號: B01F13/00;B01F15/06;B01L3/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本實用新型涉及微混合技術領域，具體涉及一種通過施加溫度偏場提高混合效果的交流電熱微混合器。

背景技術

在生物芯片系統中，微混合器已經成為微流控系芯片中的重要組成部分之一。一些要求快速反應的生物溶液過程，如DNA雜交、細胞激活、酶反應、蛋白質折疊等不可避免地涉及到反應物的混合。

近年來電熱效應現象逐漸發展為微流控裝置和生物芯片系統中常見的主動式微混合技術。電熱效應現象可以產生混沌對流效應，從而增加不同液體的接觸面，有效提高液體的混合效率。因此交流電熱微混合器具有良好的應用前景。

電熱效應現象主要是由溫差梯度造成的，微通道內產生縱向和徑向的溫度梯度會導致流體性質的改變，如電解液的介電常數和電導率等。這些物理性質的改變反過來會通過它們與電場的相互作用從而影響流體的運動，進而產生電熱流動。電熱效應強度與溶液的電導率、電壓以及其液體內部的溫度梯度相關。一般的交流電熱現象的微混合器包含有一條用于混合的通道和一對與交流電源的兩極連接的底面電極，其特征在于電極的結構可以設計成不同形狀。但是目前利用交流電熱現象原理的微混合器，雖均能產生混合效果，但是對溶液的電導率、電壓的要求較為苛刻。過高的電壓會使得微通道內產生氣泡或者導致通道內生物流體失去活性，而過低的電壓混合效果無法達到。過高的電導率會導致微混合器內溫度急劇升高而導致通道壁面變形或者生物流體的活性降低，而過低的電導率時電熱微混合器混合效果不佳。

實用新型內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種交流電熱微混合器，其目的在于，通過外加溫度差使得電熱流混合器微通道內產生溫度偏場，提高電熱流對待混合液體的混合效果，從而放寬對溶液電導率、電壓大小和頻率的要求，解決了在較低的電壓下電熱微混合器混合效果不佳的技術問題。

本實用新型提供了一種交流電熱流微混合器，包括至少兩條液體入口微通道、一條液體出口微通道和電極對，液體入口微通道和液體出口微通道匯聚于同一處形成交流電熱流微混合腔，電極對設置在交流電熱流微混合腔內，其特征在于，還包括兩條液體通道，對稱設置在交流電熱流微混合腔外壁兩側，用于通入具有溫度差的液體以在混合腔的外部兩側產生溫度差，外部溫度差驅使交流電熱流微混合腔內部產生溫度梯度，從而促進混合腔內的溶液混合。

所述微通道材料采用PDMS、PMMA、硅或玻璃。所述導電材料采用金、鉑和銅等金屬。所述液體采用水、油或者有機溶液。

上述交流電熱流微混合器的實現方式具有加工難度低、溫控簡單和混合效果明顯的有益技術效果。

本實用新型還提供了一種交流電熱流微混合器，包括至少兩條液體入口微通道、一條液體出口微通道和電極對，液體入口微通道和液體出口微通道匯聚于同一處形成交流電熱流微混合腔，電極對設置在交流電熱流微混合腔底部，其特征在于，還包括加熱器，對稱設置在交流電熱流微混合腔外壁，通過加熱器產熱使得交流電熱流微混合腔內部產生非均勻溫度場，從而促進混合腔內的液體混合。

所述加熱器的位置不受限制，可以是流動腔底部或者頂部，也可以是流動腔的側壁。所述加熱器采用氧化銦錫(ITO)等導電氧化物薄膜或其他電阻較大的導電材料，兩端外接直流電或者交流電源。

上述交流電熱流微混合器的實現方式具有溫控容易和和混合效果明顯的有益技術效果。

本實用新型通過額外施加的外部溫度差或者設置的加熱器從而使得交流電熱流微混合腔內部產生溫度梯度，促進混合腔內的液體混合，提高電熱流對待混合液體的混合效果，放寬對溶液電導率、電壓大小和頻率的要求。

附圖說明

圖1是依靠兩側各設置有不同溫度的液體通道的電熱流微混合器的俯視圖；

圖2是截面A-A結構示意圖；

圖3是電極形狀示意圖；

圖4是設置有電阻加熱器以提高混合效率的交流電熱流微混合器的俯視圖；

圖5是截面B-B結構示意圖；

圖6是截面C-C結構示意圖；

圖7為仿真實驗的幾何模型圖；

圖8為仿真實驗的微混合器的各截面上濃度分布結果示意圖，圖8(a)為未施加溫度梯度的濃度示意圖，圖8(b)為施加溫度梯度的濃度示意圖。

具體實施方式