CN101564659A - 微流体混合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微流体混合装置，其包括基座、设置在所述基座上的表面波产生单元和若干分布在所述基座上的柱体，所述柱体顶端具有容纳微流体的凹槽。表面波产生单元产生的表面波在基座上的传播过程中，使柱体随着波形的传播发生振动，使得容纳在凹槽内的微流体快速混合，从而使得微流体混合装置的结构简单、混合效率高。

Description

微流体混合装置
技术领域
本发明涉及一种液体混合装置，尤其涉及一种结构简单、混合效率高的微流体混合装置。
背景技术
在化学、生物等领域中，微流体系统(microfluidic system)得到越来越多的应用，如体积小至几个微升、纳升，甚至皮升的微量流体的传输、成分分析及化学反应等。在实际应用中，常常需要快速、有效地混合两种或多种微量液体。
在微通道中，由于流体流动的雷诺数(流体流动中惯性力与粘性力比值)很低，属层流状态，流体的混合过程是通过流体分子的自由扩散进行的，基于自由扩散的混合过程是极其缓慢的，因此，流体达到充分混合就需要较长的混合时间和较长的混合通道。这显然不能满足要求快速反应、高效分析的现代生物、化学领域应用的需要。
针对这个问题，很多学者进行了广泛的研究，并提出了各种不同形式、基于不同原理的微流体混合器，大致可分为主动式混合器和被动式混合器两种。被动式混合器结构简单，但需要较长的混合通道，且混合过程不可控；主动式混合器结构复杂，较短的通道便可达到好的混合效果，且混合过程可控。
一种超声波微流体混合器(参见ultrasonic micromixer for microfluidic system，Micro Electro Mechanical Systems，2000.MEMS 2000，23-27 Jan.2000，Pages 80-85)通过超声波的振动时微流体混合。该超声波微流体混合器通过蚀刻玻璃并结合硅形成通道，然后在硅上形成一个薄膜层，利用粘结在薄膜上的压电陶瓷驱动薄膜以扰动通道内的微流体实现混合目的。超声波微流体混合器虽然在一定程度上提高微流体混合的效果，但是需要较长的混合通道和混合时间。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种结构简单、混合效率高的微流体混合装置。
一种微流体混合装置，包括基座、设置在所述基座上的表面波产生单元和若干垂直分布在所述基座上的柱体，所述柱体顶端具有容纳微流体的凹槽。
与现有技术相比，本发明实施例的微流体混合装置的通过表面波产生单元产生的表面波在基座上的传播过程中，使柱体随着波形的传播发生振动，使得容纳在凹槽内的微流体快速混合，从而使得微流体混合装置的结构简单、混合效率高。
附图说明
图1是本发明第一实施例微流体混合装置的示意图。
图2是图1中II-II线截面示意图。
图3是本发明第二实施例微流体混合装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1及图2所示，本发明第一实施例的微流体混合装置10包括基座11、若干柱体12、第一电极13和第二电极14。
基座11呈长方体形状，其由压电材料制成，如砷化锗(GaAs)、铌锂酸(LiNbO3)、钽锂酸(LiTaO3)或石英(quartz)等。
若干柱体12垂直且呈阵列式设置在基座11的中间部位，每一个柱体12远离基座11的一端具有一个凹槽121。凹槽121用来容纳要混合的两种或多种微流体。柱体12可以为圆柱体、三棱柱、五棱柱等柱体形状。柱体12可以与基座11一体成型，也可以通过粘结等方式固定在基座11上。柱体12与基座11的材料可以相同，也可以不同，除压电材料外，柱体12还可以由金属或者金属氧化物制成，如铁、铜、铝、锌、氧化锌(ZnO)、氧化铜(CuO)等。
在基座11的表面且在柱体12的两侧分别设置第一电极13和第二电极14。第一电极13和第二电极14为梳状电极(interdigital transducers，IDT)结构，第一电极13具有相互交叉的输入端131和输出端132，第二电解14具有相互交叉的输入端141和输出端142。
在第一电极13和第二电极14上施加相同的电压或电流信号，输入端131、141会将该信号转变为表面声波(surface acoustic wave，SAW)，通过基座11的传导至输出端132和142。该表面声波在基座11上的传播过程中，在柱体12处的两个表面声波相遇发生波的叠加，产生共振，容纳在凹槽121内的微流体在共振的作用下快速混合进而发生反应。
当然，电极的个数并不限于本实施例的两个，可以只在基座11上设置一个电极，电极产生的表面声波在基座11的表面传播过程中，使得位于表面声波传播路径上的柱体12发生震动，从而使容纳在凹槽121内的微流体混合；也可以设置更多个电极。
如图3所示，本发明第二实施例的微流体混合装置20与微流体混合装置10结构基本相同，包括基座21和设置在基座21上的柱体22，其不同在于：柱体22的两侧分别设置有一个表面波探针15，表面波探针15可产生表面波并将表面波传播到基座21上，在柱体12处两个波形相遇发生波的叠加，产生共振，容纳在凹槽221内的微流体在共振的作用下快速混合进而发生反应。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种微流体混合装置，其特征在于：包括基座、设置在所述基座上的表面波产生单元和若干垂直分布在所述基座上的柱体，所述柱体顶端具有容纳微流体的凹槽。
2.如权利要求1所述的微流体混合装置，其特征在于：所述若干柱体阵列式分布。
3.如权利要求1或2所述的微流体混合装置，其特征在于：所述表面波产生单元为两个，所述若干柱体分布在所述表面波产生单元之间，所述表面波产生单元产生的表面波在所述柱体处发生共振。
4.如权利要求3所述的微流体混合装置，其特征在于：所述基座的材料为压电材料。
5.如权利要求4所述的微流体混合装置，其特征在于：所述压电材料包括砷化锗、铌锂酸、钽锂酸或石英。
6.如权利要求4所述的微流体混合装置，其特征在于：所述柱体的材料为压电材料、金属或者金属氧化物。
7.如权利要求6所述的微流体混合装置，其特征在于：所述金属包括铜、铁、铝或锌。
8.如权利要求6所述的微流体混合装置，其特征在于：所述金属氧化物包括氧化锌或氧化铜。
9.如权利要求3所述的微流体混合装置，其特征在于：所述表面波产生单元为梳状电极，包括相互交叉的输入端和输出端。
10.如权利要求3所述的微流体混合装置，其特征在于：所述表面波产生单元为可产生表面波的表面波探针。
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