CN1319848C - 阵列式多腔压电驱动微混合器 - Google Patents

Abstract

一种微电子技术领域的阵列式多腔压电驱动微混合器，包括：卡盒、密封盖层，微腔层和压电控制器。密封盖层与微腔层合在一起，插入在卡盒内，卡盒上设有弹簧卡，卡盒上的弹簧卡夹住密封盖层的两个侧翼，将密封盖层与微腔层压紧密封，密封盖层上侧设有压电控制器安装槽，压电控制器以粘帖方式嵌入压电控制器安装槽内。本发明在布局上采用了“抽屉”式设计，为了便于清洗和拆卸安装，设计了对准扣件和卡盒，可以对多组试剂同时进行互不污染的混合，提升了工作效率，同时，该混合器的外部驱动控制电路和辅助设备简单，操作容易，体积小，功率低，非常适用于野外实地考察和监测时对于微量试剂的混合应用。

Description

阵列式多腔压电驱动微混合器

技术领域

本发明涉及的是一种微电子技术领域的器件，特别是一种阵列式多腔压电驱动微混合器。

背景技术

目前，微混合器件可分为通道式混合器和微腔混合器，通道式混合器通过构造特殊的微流体通道来使不同试剂流的扩散效应变得更为显著，从而实现试剂的混合；而微腔混合器，由一个或多个制作在基片上的密闭微腔和驱动部件构成，通过驱动部件在外部施加机械运动引起震荡，从而促进微腔内不同试剂的混合。在微流体系统中，由于通道长度和孔径小，雷诺数较小，流体在通道式混合器中实现均匀混合难度较高，耗时较长。而利用微腔混合器则不仅可以缩短混合时间，还可以使混合进行的更加彻底完全，对于利用混合来实现微反应的混合反应体系尤其有利。当前在微升容量的微型混合器研究中，主要通过气动、电场来进行驱动，促进腔内试剂扩散流动，实现混合，这种方式下，由于混合在微小腔室内进行，扩散主要依靠外力被动完成，时间较长，况且，气动与电场驱动本身的辅助设备复杂，体积庞大，操控繁复，因此，不利于诸如疾疫和环境现场监控的便携低功耗要求。此外，单腔混合器混合效率低，无法对多种试剂实现同步并行混合，因此多腔混合器在实际应用中研究较为广泛成为主流。

经对现有技术的文献检索发现：Todd Thorsen等人于2002年在《SCIENCE》(《科学》第298卷，2002年10月18日)上发表了“Microfluidic Large-ScaleIntegration”(“微流器件的大规模集成”)，该文中提到了基于硅橡胶制作的集成化的大规模微混合阵列和逻辑气动驱动阵列，该器件的核心部分在于微混合阵列，微混合阵列由多个微混合腔单元组成，微混合腔在外部气动通道逻辑震荡驱动下，实现对腔体内不同试剂的混合；该文的混合系统由于需要借助外部气动通道的驱动，因此附加控制设备非常复杂，气动本身的频率还受到阀体和气体性质的制约，因此不利于高效率低功耗的应用，而辅助设备的庞大体积更使其无法应用于便携装置中，另外，器件需要应用有弹性的硅橡胶制作，由于此材料本身对于许多生物试剂有吸附效应，需要对流体通道和微腔进行特别的表面修饰或者改性，增加了实际应用的复杂度。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足和缺陷，提供一种阵列式多腔压电驱动微混合器，使其克服了已有技术中通过气动对于混合微腔进行驱动的速度低下，而静电驱动又导致制造复杂和操控繁琐的问题，同时结构简单，体积小巧，操作容易，提高了工作效率。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括：卡盒、密封盖层，微腔层和压电控制器。连接方式为：密封盖层与微腔层合在一起，插入在卡盒内，卡盒上设有弹簧卡，卡盒上的弹簧卡夹住密封盖层的两个侧翼，将密封盖层与微腔层压紧密封，密封盖层上侧设有压电控制器安装槽，压电控制器以粘帖方式嵌入压电控制器安装槽内。微腔层以刻蚀或者模压工艺形成多个微腔，当压电控制器按着一定频率震动时，压电控制器的电致弯曲挤压密封盖层相应区域变形，这种变形传递到微腔内的待混合试剂，从而通过促进微腔内试剂扩散效应来增强混合。

本发明芯片用由玻璃或者聚碳酸酯材料制作封装成形，在密封盖层上侧制作有十六个压电控制器安装槽，密封盖层下侧有用于对准的对准扣件，微腔层以刻蚀或者模压工艺形成多个微腔，密封盖层与微腔层借助于对准扣件合在一起，插入卡盒并由卡盒施力将其密合在一起。

本发明芯片的压电控制器按着一定频率震动，作用于其下微腔层微腔，振动频率由频率和混合效率试验曲线取优化值得出，压电控制器的电致弯曲挤压密封盖层相应区域变形，这种变形传递到微腔内的待混合试剂，从而通过促进微腔内试剂扩散效应来增强混合。

本发明中的阵列式混合器在进行试剂混合时，先依次利用微容滴定管在微腔层的各个微腔内滴入待混合试剂，并按照对准缺角作为起始标记进行相关记录编号，然后合上密封盖层，插入卡盒内固定，开启压电控制器后实现试剂混合，混合后试剂需保持在卡合内数分钟，防止在震荡混合中形成的气化试剂挥发。此后，在打开密封盖层后，采用现有的微容滴定管通过微腔层的各个微腔吸出。

本发明具有实质性的特点和进步，本发明混合器使用玻璃或者聚碳酸酯材料经刻蚀或模压制作，在布局上采用了“抽屉”式设计，为了便于清洗和拆卸安装，设计了对准扣件和卡盒，可以对多组试剂同时进行互不污染的混合，提升了工作效率，同时，该混合器采用的外部驱动控制电路和辅助设备简单，操作容易，由于功率低，更可以由电池提供驱动能源，非常适用于野外实地考察和监测时对于微量试剂的混合应用。此外，它可以作为微系统组成器件与试剂检测或者反应器件集成起来。可以广泛用于生物试剂、化学试剂浓度和组分的实时测定，对于预防医学、环境水源监控都具有很强的实用价值。

附图说明

图1为本发明结构示意图

图2为本发明各组成部分结构图

图3为图2所示局部放大示意图

图4为图2所示局部放大示意图

具体实施方式

如图1-4所示，本发明包括：密封盖层1、微腔层2、卡盒3、压电控制器4。连接方式为：密封盖层1与微腔层2合在一起，插入在卡盒3内，卡盒3上设有弹簧卡11，弹簧卡11夹住密封盖层1的两个侧翼，将密封盖层1与微腔层2压紧密封，密封盖层1上侧设有压电控制器安装槽5，压电控制器4以粘帖方式嵌入压电控制器安装槽5内。

密封盖层1下侧设有用于对准的对准扣7和对准缺角8，密封盖层1与微腔层2在合起来时，对准扣7防止合起时两层之间滑动，对准缺角8用于辨认方向，对准缺角8也是微腔6阵列编号时的起始标志。

卡盒3上设有卷边9和豁口10，卡盒卷边9和豁口10可以使密封盖层1与微腔层2合并后容易插入和取出卡盒3。

密封盖层1与微腔层2是玻璃或者聚碳酸酯材料，卡盒3是不锈钢材料。

密封盖层1上侧设有十六个压电控制器安装槽5，为了实现压电控制器4混合驱动效应，微腔层2以刻蚀或者模压工艺形成多个微腔6，当压电控制器4按着一定频率震动时，压电片的电致弯曲挤压密封盖层相应区域变形，这种变形传递到微腔6内的待混合试剂，从而通过促进微腔6内试剂扩散效应来增强混合。

Claims (5)

1、一种阵列式多腔压电驱动微混合器，包括：密封盖层(1)、微腔层(2)、卡盒(3)、压电控制器(4)，其特征在于，密封盖层(1)与微腔层(2)合在一起，插入在卡盒(3)内，卡盒(3)上设有弹簧卡(11)，弹簧卡(11)夹住密封盖层(1)的两个侧翼，将密封盖层(1)与微腔层(2)压紧密封，密封盖层(1)上侧设有压电控制器安装槽(5)，压电控制器(4)以粘帖方式嵌入压电控制器安装槽(5)内。

2、根据权利要求1所述的阵列式多腔压电驱动微混合器，其特征是，密封盖层(1)下侧设有用于对准的对准扣(7)和对准缺角(8)，密封盖层(1)与微腔层(2)在合起来时，对准扣(7)防止合起时两层之间滑动，对准缺角(8)用于辨认方向，对准缺角(8)也是微腔(6)阵列编号时的起始标志。

3、根据权利要求1所述的阵列式多腔压电驱动微混合器，其特征是，卡盒(3)上设有卷边(9)和豁口(10)，卡盒卷边(9)和豁口(10)使密封盖层(1)与微腔层(2)合并后容易插入和取出卡盒(3)。

4、根据权利要求1或者2所述的阵列式多腔压电驱动微混合器，其特征是，密封盖层(1)上侧设有十六个压电控制器安装槽(5)。

5、根据权利要求1所述的阵列式多腔压电驱动微混合器，其特征是，密封盖层(1)与微腔层(2)材料是玻璃或者聚碳酸酯材料，卡盒(3)材料是不锈钢材料。

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