[發明專利]一種基于壓電驅動集成式微混合器

有效

• 申請號: 201610317989.8
• 申請日: 2016-05-13
• 公開（公告）號: CN105854717B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 劉國君;唐春秀;梁實海;王騰飛;姜楓;張炎炎;趙心;洪雯;裴曉寒;李新波;吳越;劉建芳;楊志剛
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B01F13/00
• 分類號: B01F13/00;B01F13/10
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103
• 代理人: 郭耀輝

技術領域

本發明涉及微流體混合技術領域，特別是涉及到壓電驅動集成式微混合器。

背景技術

微流體混合器是微流控芯片(microfluidic chip)重要部件之一，主要用于實現多種微量試劑有效快速的混合，在化學合成、生物反應、生命科學等領域有很廣泛的應用前景。微混合器的通道結構通常在微米量級，流體的雷諾數非常小，流體處于層流狀態，流體間主要依靠分子擴散作用混合，而要達到完全混合則需要相當長的混合時間。這導致微流控快速高效分析的優勢減弱甚至消失，因此，在微尺度下進行流體的快速混合對微流控至關重要。

為了提高流體的混合效率，必須采取有效的方式來增加流體間的微接觸面積或者增強對流和擴散效果。目前，根據有無外界能量驅動微混合器可分為兩大類：主動式微混合器及被動式微混合器。被動混合器通常采用具有復雜結構的微通道或微通道中的特殊結構，盡可能增大微接觸面積以提高混合效率，其缺點在于加工難度大、混合效果及可控性差。主動式微混合器需要外部能量驅動進行混合，主要包括：微攪拌、壓力擾動、聲波擾動、磁力驅動、電流體驅動等，其優點在于混合效果好且混合過程可控，但也會存在加工工藝復雜、加工成本昂貴、不易集成等諸多問題。

經對現有文獻檢索發現，中國專利號：CN 102553482A，專利名：新型回流式微混合器，該專利公開了一種高回流被動式微流體混合器。該微混合器利用康達效應通過設置左右對稱反饋通道引起回流，回流延長了流體的混合時間并促進形成渦流，增大了流體間的接觸面積。但仍存在以下缺點：對于低雷諾數的流體，其回流率以及混合強度較差，結構參數難以確定，且混合過程不可控制。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的不足，本發明提供了一種基于壓電驅動集成式微混合器，使溶液混合速度更快，混合效果更好并且混合過程更加可控。

本發明所采用的技術方案是：提供一種基于壓電驅動集成式微混合器，本體由固接而成的上部襯底層、中部回流層、下部振動層組成，上部襯底層設有上部混合腔，集成有多個流體入口、混合溶液出口，中部回流層設有順時針回流通道、逆時針回流通道、中部混合腔，集成有回流壓電微泵以及芯片電極，下部振動層設有進出口微流通道、下部混合腔，集成有進出流壓電微泵、振子基底；各混合腔同心且內徑相同。

下部振動層進口微流通道的外壁均與混合腔相切，且旋向保持一致，流體通過自身流動形成旋流；中部回流層順時針回流通道的外壁均與混合腔相切，旋向為順時針，流體通過順時針方向的回流，在混合腔中形成順時針旋流；中部回流層逆時針回流通道外壁均與混合腔相切，流體通過逆時針方向回流，在混合腔中形成逆時針旋流。

兩種回流方式依次交替循環作用，極大地增強了溶液的混合效果。

通過連續交變信號驅動壓電振子基底，基于頻率不同，使其處于一階或者多階模態振動，增強流體間對流和擴散作用，提高了混合效率。

集成的回流壓電微泵可以為有閥泵或者無閥泵，數量為兩個或者多個；流體入口數量為兩個或者多個。

本發明的工作原理是：與腔體相切的多個旋向相同的流道便于流體通過自身的流動在腔室內產生旋流效應；壓電微泵是利用壓電陶瓷的逆壓電效應使壓電振子產生變形，由變形導致泵腔容積變化實現流體的單向流動；振子基底是利用壓電振子處于一階或多階模態振動，作用于微流體中，增強流體間對流和擴散作用。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：將交替式循環回流與往復式模態振動兩種方式共同作用于微混合中，是一種主動性更強、過程更可控的微混合器。在具備極強的混合能力基礎上，不僅可以快速混合好高雷諾數的溶液，也能高效混合好低雷諾數的溶液，具有廣大的適用范圍。

附圖說明

下面結合附圖及實施例對本發明進一步說明。附圖中：

圖1為本發明所述的三維結構裝配圖。

圖2為本發明所述的俯視角結構爆炸圖。

圖3為本發明所述的仰視角結構爆炸圖。

圖4為本發明所述的上部襯底層結構示意圖。

圖5為本發明所述的中部回流層結構示意圖。

圖6為本發明所述的下部振動層結構示意圖。

圖7為本發明所述的出入口流向示意圖。

圖8為本發明所述的回流層逆時針流向示意圖。

圖9為本發明所述的回流層順時針流向示意圖。