[發明專利]一種基于PCB的微混合裝置

有效

• 申請號: 201811282198.1
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109499460B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 曹全梁;范齊;韓小濤;劉春婷;李亮
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B01F13/00
• 分類號: B01F13/00;H05K1/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發明公開了一種基于PCB的微混合裝置，包括：板件模塊、蓋板模塊、注射模塊、電源模塊和外置磁場模塊；所述板件模塊用于提供液體流動的通道和電流通過的區域；所述蓋板模塊用于為所述板件模塊提供一個封閉的環境，且與所述板件模塊共同構成液體混合的工作區；所述注射模塊與所述板件模塊連接，用于將待混合液體自動輸入到工作區；所述電源模塊用于為板件模塊提供電能，使得所述板件模塊在液體混合區域產生高梯度的磁場；所述外置磁場模塊用于與板件模塊在液體混合區域產生的高梯度磁場配合，產生多種調控模式來實現更高效的混合。

技術領域

本發明屬于微流控技術領域，更具體地，涉及一種基于PCB的微混合裝置。

背景技術

近年來隨著微機電和微納米技術的發展，微流控技術及其芯片系統在生物檢測、化學分析及醫療診斷等領域具有重要的應用前景。但微尺度下，流體的雷諾數較小使其以層流狀態為主，不同流體間物質組分間的混合只能依賴于分子間的擴散，混合效率極低。因此，如何設計出高效微混合器已成為微流控領域的重要研究方向。目前，微混合器可分為被動微混合器和主動微混合器兩種。前者主要通過增強分子擴散和混沌對流來實現混合，包括：增加不同相流體間界面接觸面積或者縮短組分擴散距離；通過設計蜿蜒微通道或更復雜的3D微通道來實現混沌對流。主動混合器則是依靠外部能量的注入，導致通道內流體流動的紊亂，促進流體的接觸從而實現溶液的有效混合。

磁場是可以用于實現微流體混合的一種重要能量源，其中基于梯度磁場和磁流體來實現混合是目前較為普遍的微混合方法，一般是采用外部永磁體或內置鐵磁性材料來產生混合所需的梯度磁場。但與其相關的缺陷分別在于：外部永磁體產生的磁場梯度不夠，且大小不易調控；內置鐵磁性材料雖然解決了梯度不夠的問題，但是依然不易調控梯度磁場的大小，并且工藝較為復雜。在本發明中，基于PCB技術在構建微通道模塊的同時在其周圍形成微導體源，該微導體源所產生的梯度磁場具有低磁場強度、高磁場梯度特征，一方面可以直接用于在磁流體中產生磁場力作用，另一方面可以很好地與外加背景磁場相配合，形成多種靜/動態混合模式。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于PCB的微混合裝置，旨在解決現有磁微混合方法中外置永磁鐵磁場梯度不夠以及內置鐵磁性材料不易調控梯度磁場導致混合效率低及適應性差的問題。

本發明提供了一種基于PCB的微混合裝置，包括：板件模塊、蓋板模塊、注射模塊、電源模塊和外置磁場模塊；所述板件模塊用于提供液體流動的通道和電流通過的區域；所述蓋板模塊用于為所述板件模塊提供一個封閉的環境，且與所述板件模塊共同構成液體混合的工作區；所述注射模塊與所述板件模塊連接，用于將待混合液體自動輸入到工作區；所述電源模塊用于為板件模塊提供電能，使得所述板件模塊在液體混合區域產生高梯度的磁場；所述外置磁場模塊用于與板件模塊在液體混合區域產生的高梯度磁場配合，產生多種調控模式來實現更高效的混合。

更進一步地，板件模塊包括：入液口、儲液槽、導體層、微通道、絕緣層、出液口和電極；所述入液口和儲液槽是一體成形的，用于給液體提供流入的通道；所述導體層、微通道和絕緣層是一體成形的；所述出液口用于給液體提供流出的通道；所述電極作為所述電源模塊接入所述導體層的接口。

其中，通過PCB技術中的層壓工藝將一塊帶有儲液槽大小穿孔的板和一塊在對應位置打了入液口大小穿孔的板結合在一起形成一個整體，從而獲得所述入液口和儲液槽。

其中，導體層通過PCB技術進行覆銅形成，且所述微通道和所述絕緣層不覆銅。這樣微通道區域和絕緣層區域與導體層區域之間就會有一個高度差，此高度差的大小即為覆銅的高度，也是微通道的高度，提供了液體流動的空間，這樣形成了微通道，同樣也形成了絕緣層，絕緣層由于不覆銅，因此絕緣層和對于導體層起到了物理隔離的作用，同時，絕緣層和使得微通道兩側覆銅區域寬度小，電流密度大，提高磁場梯度。

其中，絕緣層與所述微通道相連，在蓋板時利用紫外線膠封住絕緣層。