CN109999930B - 一种微流体动态混合器及其芯片系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微机电系统技术领域，具体涉及一种微流体动态混合器及其芯片系统，其中所述微流体动态混合器包括，混合装置；支撑装置，设有旋转装置，旋转装置带动混合装置旋转；磁铁装置，包括与混合装置底部连接的第一永磁铁，以及与支撑装置顶部连接的第二永磁铁，第一永磁铁与第二永磁铁磁吸配合；振动薄膜，设置于混合装置与第一永磁铁之间。通过磁场激励振动薄膜往复振动的方法，可以实现芯片系统内微量液体的快速、均匀混合。
Description
技术领域
本发明属于微机电系统技术领域，具体涉及一种微流体动态混合器及其芯片系统。
背景技术
近年来，微流控芯片技术在生物医学检测、化学分析、化学传感、分子分离、核酸排序及分析、环境监测等领域得以广泛应用。目前国内外对于微流体混合器的研究可分为微流体静态混合器和微流体动态混合器。微流体静态混合器大多在雷诺数较高的情况下使用，混合机理以扩散为主，只能在局部微管道内引起小范围混沌对流，其混合时间较长、速度慢，层流现象不易从根本上解决。而微流体动态混合器可以在雷诺数较低的情况下实现快速、均匀的混合，但往往结构复杂不利于集成制作。
因此，迫切研发一种结构简单、可实现快速、均匀混合的微流体混合器。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种微流体动态混合器及其芯片系统，通过磁场激励振动薄膜往复振动的方法，可以实现芯片系统内微量液体的快速、均匀混合。
为实现上述目的，本发明一方面采用的技术方案是：一种微流体动态混合器，混合装置；支撑装置，设有旋转装置，旋转装置带动混合装置旋转；磁铁装置，包括与混合装置底部连接的第一永磁铁，以及与支撑装置顶部连接的第二永磁铁，第一永磁铁与第二永磁铁磁吸配合；振动薄膜，设置于混合装置与第一永磁铁之间。
优选地，所述旋转装置包括旋转轴，所述支撑装置开设通孔，通孔内安装旋转轴，旋转轴与混合装置连接。
优选地，所述第一永磁铁和第二永磁铁之间设有空隙。
优选地，所述支撑装置还包括固定夹持装置，固定夹持装置位于所述旋转轴的一侧，固定夹持装置设有第一凸台，所述混合装置上设有与第一凸台配合连接的第二凸台。
优选地，所述混合装置开设混合腔、进液凹槽和出液凹槽，进液凹槽、出液凹槽分设于混合腔的两侧，并与混合腔连通。
优选地，所述混合腔的底部与所述振动薄膜连接。
优选地，所述第二永磁铁与第一永磁铁的轴线重合。
优选地，所述混合装置的顶部连接有上盖。
优选地，所述混合装置的材质为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或环氧树脂；所述振动薄膜的材质为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或环氧树脂。
本发明另一方面提供了一种芯片系统，包括上述任一所述的微流体动态混合器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过旋转带动磁铁装置中第一永磁体和第二永磁铁相对位置的变化，来实现磁场的周期性变化，通过磁场的周期性变化实现振动薄膜的往复运动，进而使得混合装置的体积发生周期性的变化，混合装置中的微量液体形成有旋流动，从而实现微量液体的快速、均匀的动态混合，无需额外驱动。
且本发明结构简单，体积小，便于在芯片系统内集成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的微流体动态混合器结构示意图；
图2是本发明实施例提供的混合装置与第一永磁铁的正面位置示意图；
图3是本发明实施例提供的混合装置与第一永磁铁的反面位置示意图；
图4是本发明实施例提供的支撑装置与第二永磁铁的位置示意图；
图5是本发明实施例提供的溶液与有色染料的混合实验过程图。
其中，1-混合装置；11-混合腔，12-第二凸台；13-进液凹槽；14-出液凹槽；2-振动薄膜；5-上盖；6-第一永磁铁；7-第二永磁铁；8-支撑装置；9-旋转轴；10-固定夹持装置，101-第一凸台。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”—“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”—“相连”—“连接”—“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明实施例一方面提供的微流体动态混合器，包括混合装置1；
支撑装置8，设有旋转装置，旋转装置带动混合装置1旋转；
磁铁装置，包括与混合装置1底部连接的第一永磁铁6，以及与支撑装置8顶部连接的第二永磁铁7，第一永磁铁6与第二永磁铁7磁吸配合；
振动薄膜2，设置于混合装置1与第一永磁铁6之间。
其中，所述混合装置1，用于混合微量液体(如样品和试剂)。
本发明实施例的工作过程为：
本发明实施例将样品和试剂注入混合装置1后，通过旋转装置带动混合装置1旋转，第一永磁铁6与混合装置1一同旋转，支撑装置8以及与支撑装置8连接的第二永磁铁7固定不动；
在旋转的过程中，第一永磁铁6与第二永磁铁7之间的磁场发生周期性变化，通过磁场的周期性变化实现振动薄膜2的往复运动，进而使得混合装置1的体积发生周期性的变化，混合装置1中的微量液体形成有旋流动，从而实现微量液体的快速、均匀的动态混合。
本发明实施例通过旋转带动磁铁装置中第一永磁体6和第二永磁铁7相对位置的变化，来实现磁场的周期性变化，进而实现混合装置1内微量液体的快速、均匀地混合，无需额外驱动。
且本发明实施例结构简单，体积小，便于在芯片系统内集成。
结合图1和图4，本发明实施例所述旋转装置包括旋转轴9，所述支撑装置8开设通孔，通孔内安装旋转轴9，旋转轴9与混合装置1连接。其中，旋转轴9带动混合装置1旋转。
其中，通孔可以设置于支撑装置8的中心位置，旋转轴9位于中心位置，便于旋转时装置的平衡。
具体地，所述第一永磁铁6和第二永磁铁7之间设有空隙。设置空隙，便于调节第一永磁铁6和第二永磁铁7之间的相对位置，实现第一永磁铁6和第二永磁体7之间的相对旋转运动。
设置空隙时，为了防止第一永磁体6和第二永磁铁7吸合到一起；所述支撑装置8还包括固定夹持装置10，固定夹持装置10位于所述旋转轴9的一侧，固定夹持装置10设有第一凸台101，所述混合装置1上设有与第一凸台101配合连接的第二凸台12。通过第一凸台101和第二凸台12的配合连接，防止第一永磁体6和第二永磁铁7吸合到一起，同时也防止混合装置1在磁力的作用下朝向支撑装置8发生一侧弯曲等。
结合图1-图3，所述混合装置1开设混合腔11、进液凹槽13和出液凹槽14，进液凹槽13、出液凹槽14分设于混合腔11的两侧，并与混合腔11连通，混合腔11通过进液凹槽13与出液凹槽14与芯片上其他结构相连。
通过进液凹槽13注入微量液体，在混合腔11内混合，混合后通过出液凹槽14流出，进入芯片上其他结构。
具体地，所述混合腔11的底部连接有振动薄膜2。磁铁装置中的磁场发生变化时，引起振动薄膜2的振动，进而改变混合腔11的体积变化，促进混合腔11中的微量液体的混合。
其中，所述振动薄膜2的底部与所述第一永磁铁6连接，所述第二永磁铁7与第一永磁铁6的轴线重合。
第一永磁铁6可以通过胶粘结方式与振动薄膜2固定连接，第二永磁铁7可以通过胶粘接方式与支撑装置8固定连接。
混合腔11内微量液体的具体混合过程为：
第一永磁铁6发生旋转时，第一永磁铁6和第二永磁铁7之间的磁场发生变化，可以带动振动薄膜2发生往复运动，使得混合腔11的体积发生周期性的变化，混合腔11内的微量液体形成有旋流动，从而实现微量液体的快速、均匀的动态混合。
上述各实施例中，所述混合装置1的顶部连接有上盖5。可以形成封闭式混合装置1，防止微量液体溅出等。
上述各实施例中，所述混合装置1的材质可以为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或环氧树脂；所述振动薄膜2的材质可以为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或环氧树脂。所述混合装置1和所述振动薄膜2的材质生物兼容性好、价格低，进一步降低了材料成本高、改善了芯片系统的生物兼容性。
所述上盖5的材质可以为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或环氧树脂；
所述混合装置1和振动薄膜2、上盖5的材质透光性好，弹性好，在进行所述微流体动态混合器的组装时，可以采用注塑成型。
所述第一永磁铁6和第二永磁铁7可以采用钕铁硼磁铁，其具有优异的磁性能。
本发明实施例另一方面提供了一种芯片系统，包括上述各实施例所述的微流体动态混合器。
本发明实施例利用磁场周期变化实现微量液体的快速混合，便于芯片系统的集成，集成度高，且结构简单，无需额外驱动；其中可以采用圆片内封装，无需特殊控制，可以采取注塑成型的方法集成。
在将所述微流体动态混合器集成于芯片中时，上盖5可以替换为芯片的封装盖。
结合图5，作为本发明一具体实施例，其中，a为只存在原始的溶液时的状态，b为滴入有色染料(可以为红色染料)时的状态，c为溶液和有色染料混合时的状态，d为溶液和有色染料混合完成时的状态。
在溶液中注入有色染料，通过混合腔11的作用，溶液与有色染料在3秒内可以实现均匀混合，其混合效果优异。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改—等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种微流体动态混合器，其特征在于，包括，
混合装置；
支撑装置，设有旋转装置，旋转装置带动混合装置旋转；
磁铁装置，包括与混合装置底部连接的第一永磁铁，以及与支撑装置顶部连接的第二永磁铁，第一永磁铁与第二永磁铁磁吸配合；
振动薄膜，设置于混合装置与第一永磁铁之间；
所述混合装置开设混合腔、进液凹槽和出液凹槽，进液凹槽、出液凹槽分设于混合腔的两侧，并与混合腔连通；
所述混合腔的底部与所述振动薄膜连接。
2.根据权利要求1所述的微流体动态混合器，其特征在于，所述旋转装置包括旋转轴，所述支撑装置开设通孔，通孔内安装旋转轴，旋转轴与混合装置连接。
3.根据权利要求2所述的微流体动态混合器，其特征在于，所述第一永磁铁和第二永磁铁之间设有空隙。
4.根据权利要求3所述的微流体动态混合器，其特征在于，所述支撑装置还包括固定夹持装置，固定夹持装置位于所述旋转轴的一侧，固定夹持装置设有第一凸台，所述混合装置上设有与第一凸台配合连接的第二凸台。
5.根据权利要求4所述的微流体动态混合器，其特征在于，所述第二永磁铁与第一永磁铁的轴线重合。
6.根据权利要求1～5任一权利要求所述的微流体动态混合器，其特征在于，所述混合装置的顶部连接有上盖。
7.根据权利要求1～5任一权利要求所述的微流体动态混合器，其特征在于，所述混合装置的材质为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或环氧树脂；
所述振动薄膜的材质为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或环氧树脂。
8.一种芯片系统，其特征在于，包括权利要求1～7任一权利要求所述的微流体动态混合器。
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