[發(fā)明專利]一種基于表面聲波微流控的氣泡生成裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911031395.0
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110624427B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設計）人: 韋學勇;金少搏;余子夷;任娟;蔣莊德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B01F3/04
• 分類號: B01F3/04;B01F13/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種基于表面聲波的微流控氣泡生成裝置，包括壓電基底(1)，其特征在于：壓電基底(1)上制作有兩個以上的弧形電極對，壓電基底(1)上部鍵合有PDMS微流道系統(tǒng)，PDMS微流道系統(tǒng)包括兩個以上的微氣泡生成流道陣列，弧形電極對與PDMS微流道系統(tǒng)配合；

所述的PDMS微流道系統(tǒng)包括兩組T型微氣泡生成流道陣列，其中第一組T型微氣泡生成流道陣列包括第一氣相通道(2)、第一液相通道(3)、第二液相通道(5)和第二氣相通道(7)，第一氣相通道(2)的入口端與第二氣相通道(7)入口端交匯后與氣相入口接頭(15)連接，第一氣相通道(2)的出口端與第一液相通道(3)的中部連通；第一液相通道(3)的入口端與第二液相通道(5)的入口端交匯后與液相入口接頭(6)連接，第一液相通道(3)的出口端與第一氣泡收集接頭(17)連接；第二氣相通道(7)的出口端與第二液相通道(5)的中部連通，第二液相通道(5)的出口端與第二氣泡收集接頭(16)連接；

第二組T型微氣泡生成流道陣列包括第三氣相通道(8)、第三液相通道(9)、第四液相通道(11)和第四氣相通道(12)，第三氣相通道(8)的入口端與第四氣相通道(12)入口端交匯后與氣相入口接頭(15)連接，第三氣相通道(8)的出口端與第三液相通道(9)的中部連通，第三液相通道(9)的入口端與第四液相通道(11)的入口端交匯后與液相入口接頭(6)連接，第三液相通道(9)的出口端與第三氣泡收集接頭(14)連接；第四氣相通道(12)的出口端和第四液相通道(11)的中部連通，第四液相通道(11)的出口端與第四氣泡收集接頭(13)連接；

所述的弧形電極對包括第一弧形叉指電極對(4)、第二對弧形叉指電極對(10)，每個弧形叉指電極對由兩個弧形叉指電極組成，弧形叉指電極包括若干對叉指，弧形角度呈60°；

所述的PDMS微流道系統(tǒng)與第一弧形叉指電極對(4)、第二對弧形叉指電極對(10)之間的相對位置為：第一弧形叉指電極對(4)與第一氣相通道(2)、第一液相通道(3)的連通口的對稱中心線重合，第一弧形叉指電極對(4)上左邊的弧形叉指電極的匯聚中心在靠近第一液相通道(3)一側的流道壁上，第一弧形叉指電極對(4)上右邊的弧形叉指電極的匯聚中心在靠近第二液相通道(5)一側的流道壁上；第二弧形叉指電極對(10)與第三氣相通道(8)、第三液相通道(9)的連通口的對稱中心線重合，第二弧形叉指電極對(10)上右邊的弧形叉指電極的匯聚中心在靠近第三液相通道(9)一側的流道壁上，第二弧形叉指電極對(10)上右邊的弧形叉指電極的匯聚中心在靠近第四液相通道(11)一側的流道壁上。

2.根據權利要求1所述的一種基于表面聲波的微流控氣泡生成裝置，其特征在于：所述的第一弧形叉指電極對(4)、第二對弧形叉指電極對(10)中的每個弧形叉指電極包括15對叉指，指條寬度為25微米，弧形角度為60°。

3.根據權利要求1所述的一種基于表面聲波的微流控氣泡生成裝置，其特征在于：所述的PDMS微流道系統(tǒng)中通道的高度均為80微米，通道不同部位的寬度值不同，第一氣相通道(2)、第二氣相通道(7)、第三氣相通道(8)和第四氣相通道(12)的寬度均為30um，為一條圓弧形流道；第一液相通道(3)、第二液相通道(5)、第三液相通道(9)和第四液相通道(11)的寬度100um，為一條直流道。

4.根據權利要求1所述的一種基于表面聲波的微流控氣泡生成裝置，其特征在于：所述的壓電基底(1)材料為雙面拋光128°Y鈮酸鋰。

5.根據權利要求1所述的一種基于表面聲波的微流控氣泡生成裝置，其特征在于：所述的第一弧形叉指電極對(4)、第二對弧形叉指電極對(10)采用50納米底層鉻和200納米上層金的雙層結構。

6.根據權利要求1所述的一種基于表面聲波微流控氣泡生成裝置的使用方法，包括以下步驟：

1)將基于表面聲波微流控的氣泡生成裝置固定在顯微鏡的載物臺上，通過物鏡觀察確保PDMS微流道系統(tǒng)中的兩組T型微氣泡生成流道陣列，處于顯微鏡視場內并且無傾斜；

2)將氣相入口接頭(15)、液相入口接頭(6)通過特氟龍導管分別與氮氣壓力注射泵上的氣相儲液瓶、液相儲液瓶連接，第一氣泡收集接頭(17)、第二氣泡收集接頭(16)、第三氣泡收集接頭(14)和第四氣泡收集接頭(13)通過特氟龍導管與氣泡收集容器相連接；

3)將信號發(fā)生器的輸出信號的正負兩極分別與第一弧形叉指電極對(4)、第二對弧形叉指電極對(10)的兩極相連接，調節(jié)信號發(fā)生器的輸出信號為正弦連續(xù)輸出，頻率為39.96MHz，電壓幅值為25-40Vpp；

4)開啟注射泵，氣相入口接頭(15)、液相入口接頭(6)分別設定相應的流速，在T型微氣泡生成流道陣列穩(wěn)定生成氣泡；

5)然后按下信號發(fā)生器“輸出”按鈕，壓電基底(1)上產生匯聚聲表面波，聲表面波作用于氣泡生成位置，使氣相液相交匯處的氣泡生成區(qū)域的兩相流界面處的壓強分布發(fā)生變化，從而實現對氣泡大小的調控。