CN211896990U - 一种微米颗粒排列装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于微米级别芯片领域，具体公开了一种微米颗粒排列装置，其排列方法涉及到了介电泳力。所述的微米颗粒排列装置具体包括第一正电压电极、第二正电压电极、第一负电压电极、第二负电压电极、第一开放端口、第二开放端口、直排列通道。本实用新型微米颗粒排列装置的工作过程是：无序待排列颗粒从左边第一开放端口进入后通过直排列通道，在直排列通道中受到介电泳力的作用进行颗粒排列，颗粒排列完成后通过右边第二开放端口流出微米颗粒排列装置，从而实现本方案目的。本实用新型的优势在于：在微米尺度下对颗粒进行快速排列；装置结构简单，通用性高，能够让颗粒在无接触外力无损伤的情况下实现颗粒的排列。
Description
技术领域
本实用新型属于微米级别芯片领域，具体公开了一种微米颗粒排列装置，其涉及到了在交流与直流电场中运用介电泳力的方法对颗粒进行操控，从而实现微米颗粒排列目的。本发明可以用于微米级别的颗粒排列工艺。
背景技术
随着科学的进步以及资源短缺越来越严重，科学技术研究进入到了微米级别的领域，而微流控技术正是微米级别实验研究的“操控手”，在微流控芯片上开展生物和化学等领域中所涉及到的实验样品制备、观察、分离、反应等基本操作，操作单元集成到一块几平方厘米或者更小的芯片上，通过微通道形成微米级的实验腔。该技术已经发展成为跨机械、化学、生物、医学以及流体力学等多学科交叉并且具有广阔应用前景的研究领域。
现有的颗粒操控主要是通过接触式或者非接触式，接触式主要通过物理接触方法操控颗粒到达指定位置，从而满足实验要求，物理接触明显缺陷是会对颗粒表面带来损伤；非接触式主要是通过压力驱动液体，液体带动对颗粒进行操控，但通过用压力驱动液体从而带动颗粒驱动这种方法操控颗粒位置精度不高同时不能对单颗粒进行比较好的操控。同时不能在连续的情况下对颗粒进行排列，只能单次通入一定量的颗粒进入实验腔进行排列后取出再进行下一次排列，使得该类实验步骤繁琐，难于操作。
本发明通过介电泳技术对颗粒进行操控，颗粒在非均匀电场中产生感应电偶极矩，从而在颗粒与颗粒中产生了介电泳力，通过介电泳力的作用使颗粒之间进行排列。本发明优点在于通过结构的反复试验优化设计出该结构为优解结构。
发明内容
本发明为解决现有基于微颗粒排列步骤繁琐，对待排列颗粒造成损伤，难于成批量操作的问题，提出了一种微米颗粒排列装置。
本实用新型目的在于提供一种微米颗粒排列装置，无序待排列颗粒从左边第一开放端口5进入后通过直排列通道7，在直排列通道7中受到介电泳力的作用进行颗粒排列，颗粒排列完成后通过右边第二开放端口6流出微米颗粒排列装置，从而实现本方案目的。
本实用新型的技术方案是：一种微米颗粒排列装置，包括第一正电压电极1、第二正电压电极2、第一负电压电极3、第二负电压电极4、第一开放端口5、第二开放端口6、直排列通道7。
所述直排列通道7中通有可导电的载流液，使排列装置内部导电，载流液同时提供载运颗粒的作用，直排列通道7左边为第一开放端口5，右边为第二开放端口6。接通交流与直流电源后，待排列颗粒通过载流液的输运从第一开放端口5进入到直排列通道7，在直排列通道7中受到介电泳力的作用使颗粒最终排成一列后经第二开放端口6流出，实现颗粒排列的目的。
所述的第一开放端口5通过壁面上镶嵌薄膜电极使第一开放端口5处导电，在第一开放端口5薄膜电极处连接交流电压，使第一开放端口5薄膜电极处带有交流电电压。所述的第二开放端口6上通过壁面上镶嵌薄膜电极使第二开放端口6处导电，在第二开放端口6薄膜电极处连接交流电压，使第二开放端口6薄膜电极处带有交流电电压。在第一开放端口5上的薄膜电极与直排列通道7里的载流液以及第二开放端口6上的薄膜电极构成交流电闭合回路。
所述的第一正电压电极1通过壁里镶嵌薄膜电极的方式施加在直排列通道7内壁上，并且连接直流电正极，所述的第一负电压电极3通过壁里镶嵌薄膜电极的方式施加在直排列通道7内壁上，并且连接直流电负极，通过第一正电压电极1与直排列通道7里的载流液以及第一负电压电极3构成直流闭合回路。
所述的第二正电压电极2通过壁里镶嵌薄膜电极的方式施加在直排列通道7内壁上，并且连接直流电正极。所述的第二负电压电极4通过壁里镶嵌薄膜电极的方式施加在直排列通道7内壁上，并且连接直流电负极，通过第二正电压电极2与直排列通道7里的载流液以及第二负电压电极3构成直流闭合回路。
进一步的是第一开放端口5处具有入口压力，推动载流液从而带动颗粒流入直排列通道7。
优选的是，所述薄膜电极的材质为ITO。
优选的是，所述薄膜电极的材质为金属。
该微米颗粒排列装置中直排列通道7长为500μm，宽为125μm的立体矩形结构，在直排列通道7上下壁面里镶嵌有薄膜电极、以及在第一开放端口5与第二开放端口6壁面上镶嵌薄膜电极。在第一开放端口5与第二开放端口6处的薄膜电极连接交流电压；第一正电压电极1、第二正电压电极2连接直流电源正极；第一负电压电极3、第二负电压电极4连接直流电源负极。通过直排列通道7后待排列颗粒排成一列通过右边第二开放端口6流出微米颗粒排列装置。
本实用新型的技术方案是：一种微米颗粒排列装置，包括第一正电压电极1、第二正电压电极2、第一负电压电极3、第二负电压电极4、第一开放端口5、第二开放端口6、直排列通道7；第一正电压电极1上与外部电源相接使第一正电压电极能提供2V电压，第一负电压电极3接地，通过直排列通道7中的载流液导通，第一正电压电极1提供电压后与相当于导线作用的直排列通道7中的载流液以及与接地后的第一负电压电极3构成直流闭合回路。第一正电压电极1通过壁里镶嵌薄膜电极的方式施加在直排列通道7内壁上， 具体位置为第一正电压电极1左端点与第一开放端口5边界处水平直线距离100μm，第一正电压电极1长为50μm。第一负电压电极3通过壁里镶嵌薄膜电极的方式施加在直排列通道7内壁上， 具体位置为第一负电压电极3左端点与第一开放端口5边界处水平直线距离100μm，第一负电压电极1长为50μm。
第二正电压电极2上与外部电源相接使第二正电压电极能提供2V电压，第二负电压电极4接地，通过直排列通道7中的载流液导通，第二正电压电极2提供电压后与相当于导线作用的直排列通道7中的载流液以及与接地后的第二负电压电极4构成直流闭合回路。第二正电压电极2通过壁里镶嵌薄膜电极的方式施加在直排列通道7内壁上， 具体位置为第二正电压电极2右端点与第二开放端口6边界处水平直线距离150μm，第二正电压电极1长为50μm。第二负电压电极4通过壁里镶嵌薄膜电极的方式施加在直排列通道7内壁上， 具体位置为第二负电压电极4右端点与第二开放端口6边界处水平直线距离150μm，第二负电压电极1长为50μm。
在第一开放端口5处通过镶嵌薄膜电极使第一开放端口5导电，薄膜电极宽与直排列通道7宽相等，厚度为2μm。 第一开放端口5薄膜电极连接外部交流电源使第一开放端口5处带有80V交流电压。在第二开放端口6处通过镶嵌薄膜电极使第二开放端口6导电，薄膜电极宽与直排列通道7宽相等，厚度为2μm。第二开放端口6薄膜电极连接外部交流电源使第二开放端口6处带有交流电压，通过相当于导线作用的直排列通道7载流液实现第一开放端口5与第二开放端口6构成闭合交流回路。
该微米颗粒排列装置结构为矩形结构长为500μm，宽为125μm的立体矩形结构，其几何结构均有PDMS材料加工制成。立体矩形结构中载流液密度为1000kg/m3的溶液；相对介电常数为80 F/m；动力粘度为0.001Pa•s。工作时，从第一开放端口5通过5Pa的压力驱动载流液使颗粒进入到直排列通道7中，微米颗粒排列装置接通交流与直流工作电源后在直排列通道7中产生了介电泳力，在介电泳力的作用下无序颗粒进行排列，最后排列完成的颗粒经第二开放端口6流出微米颗粒排列装置实现颗粒排列目的。
本发明的收益在于：相对比其他的颗粒操控排列装置，本发明实现微米颗粒排列的方法为介电泳力技术，能够让颗粒在无接触外力无损伤的情况下实现颗粒的排列。通过施加左右两交流电压、上下两两直流电压可以实现低直流电压、低交流电压，对微米级的生物细胞颗粒损伤少，适用于生物、医学等领域中的检测，反应，样品制备。本发明通过压力驱动载流液实现待排列颗粒进入后，仅需施加电场就能实现排列目的。
附图说明
图1是所述微米颗粒排列装置整体结构示意二维图。
图2（A）是所述微米颗粒排列装置工作过程颗粒在t1时间位移图。
图2（B）是所述微米颗粒排列装置工作过程颗粒在t2时间位移图。
图2（C）是所述微米颗粒排列装置工作过程颗粒在t3时间位移图。
图2（D）是所述微米颗粒排列装置工作过程颗粒在t4时间位移图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细说明，但本发明的具体实施方式不限于此。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置或方位关系，只是为了便于描述本发明进行的简化，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
一种微米颗粒排列装置，利用PDMS为材料，通过光刻与显影等制造工艺制造SUB模具，并且将PDMS材料经固化剂混合后涂覆在模具上，经过加热冷却定型后脱模制得PDMS阴膜，然后将经过固化剂混合后的PDMS材料涂覆与PC片上，再通过加热固化后脱模制得PDMS平板，在平板上镶嵌上薄板电极，PDMS阴膜与平板配合所得的微结构即为所述微米颗粒排列装置。
具体的，如图1 所示，一种微米颗粒排列装置。包括第一正电压电极1、第二正电压电极2、第一负电压电极3、第二负电压电极4、第一开放端口5、第二开放端口6、直排列通道7。微米颗粒排列装置为矩形结构，长为500μm，宽为125μm的立体矩形结构，其几何结构均为PDMS材料加工制成。立体矩形结构中载流液密度为1000kg/m3的溶液；相对介电常数为80F/m；动力粘度为0.001Pa•s。工作时，通过5Pa的压力驱动载流液载运待排列颗粒从第一开放端口5进入到直排列通道7中，微米颗粒排列装置接通80V交流电压与2V直流电压工作电源后在直排列通道7中产生了介电泳力，在介电泳力的作用下无序颗粒进行排列，最后排列完成的颗粒经第二开放端口6流出微米颗粒排列装置实现颗粒排列目的。
具体的，如图2（A）所示，微米颗粒排列装置工作过程中待排列颗粒在t1时间时位移图。图中实线空心圆表征微米颗粒。通过压力驱动载流液载运待排列颗粒进入到直排列通道，在介电泳力的作用下微米颗粒进行排列。
具体的，如图2（B）所示，微米颗粒排列装置工作过程中待排列颗粒在t2时间时位移图。图中实现空心圆表征微米颗粒。压力驱动载流液载运待排列颗粒继续往第二开放端口流动，载流液中的颗粒也会随之移动。在介电泳力的作用下微米颗粒进行排列。
具体的，如图2（C）所示，微米颗粒排列装置工作过程中待排列颗粒在t3时间时位移图。图中实现空心圆表征微米颗粒。压力驱动载流液载运待排列颗粒继续往第二开放端口流动，载流液中的颗粒也会随之移动。在介电泳力的作用下微米颗粒进行排列。
具体的，如图2（D）所示，微米颗粒排列装置工作过程中待排列颗粒在t4时间时位移图。图中实现空心圆表征微米颗粒。压力驱动载流液载运待排列颗粒把已经排成一列的颗粒经第二开放端口送出微米颗粒排列装置。
上述并不能对本发明进行全面限定，其他任何未背离本发明技术方案做的改变或等效置换方式，都在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种微米颗粒排列装置，其特征在于：具体包括第一正电压电极（1）、第二正电压电极（2）、第一负电压电极（3）、第二负电压电极（4）、第一开放端口（5）、第二开放端口（6）、直排列通道（7）；
所述直排列通道（7）中通有可导电的载流液，使排列装置内部导电，直排列通道（7）左边为第一开放端口（5），右边为第二开放端口（6），待排列颗粒通过载流液的输运从第一开放端口（5）进入到直排列通道（7），在直排列通道（7）中受到介电泳力的作用使颗粒最终排成一列后经第二开放端口（6）流出；
所述的第一开放端口（5）通过壁面上镶嵌薄膜电极使第一开放端口（5）处导电，在第一开放端口（5）薄膜电极处连接交流电压，使第一开放端口（5）薄膜电极处带有交流电电压，所述的第二开放端口（6）上通过壁面上镶嵌薄膜电极使第二开放端口（6）处导电，在第二开放端口（6）薄膜电极处连接交流电压，使第二开放端口（6）薄膜电极处带有交流电电压，在第一开放端口（5）上的薄膜电极与直排列通道（7）里的载流液以及第二开放端口（6）上的薄膜电极构成交流电闭合回路；
所述的第一正电压电极（1）通过壁里镶嵌薄膜电极的方式施加在直排列通道（7）内壁上，并且连接直流电正极，所述的第一负电压电极（3）通过壁里镶嵌薄膜电极的方式施加在直排列通道（7）内壁上，并且连接直流电负极，通过第一正电压电极（1）与直排列通道（7）里的载流液以及第一负电压电极（3）构成直流闭合回路；
所述的第二正电压电极（2）通过壁里镶嵌薄膜电极的方式施加在直排列通道（7）内壁上，并且连接直流电正极，所述的第二负电压电极（4）通过壁里镶嵌薄膜电极的方式施加在直排列通道（7）内壁上，并且连接直流电负极，通过第二正电压电极（2）与直排列通道（7）里的载流液以及第二负电压电极（4）构成直流闭合回路。
2.根据权利要求1所述的微米颗粒排列装置，其特征在于：在第一开放端口（5）处具有入口压力，推动载流液从而输送载流液中的颗粒进入直排列通道（7）。
3.根据权利要求1所述的微米颗粒排列装置，其特征在于：所述薄膜电极的材质为ITO。
4.根据权利要求1所述的微米颗粒排列装置，其特征在于：所述薄膜电极的材质为金属。
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