[发明专利]一种气泡摆动式微混合系统

说明书

技术领域

本发明属于微混合技术领域，特别涉及一种气泡摆动式微混合系统。

背景技术

近一个世纪以来，微电子技术、信息技术、生物技术、纳米技术等高科技领 域取得了长足发展，这些高新技术的共同发展趋势之一是设备和系统的微型化和 功能的集成化。在微加工技术的不断推动下，设计并制造各种功能型微器件、微 设备和微系统已经成为可能。微全分析系统是将微执行器、微传感器、微混合器、 微反应器、微分离器等部件集成到一个几平方厘米的芯片上，以实现样品输送、 预混合、生化反应、分离及检测等系统功能，具有样品消耗量少、处理速度快、 反应污染物排放少等优点，已经在生命科学及分析化学等领域受到广泛关注。其 中，微混合器作为微全分析系统的重要部件，用来实现不同反应物在微尺度条件 下的充分混合。

不同反应物之间的充分预混合是各种物理、化学及生物反应的先决条件。在 宏观尺度下，通常采用机械搅拌的方式促进不同反应物之间的混合，或通过提高 运动流体的雷诺数使流动处于湍流区从而增加混合效果，即宏观尺度下的混合主 要通过增加不同流体之间的对流来实现。在微小尺度下，通道内的流动通常为低 雷诺数的层流流动，不同流体之间的混合只能通过分子扩散来实现，往往需要较 长的混合时间和较长的混合长度。在微观尺度下，各种促进微混合方法的共性在 于产生垂直于待混合流体界面的扰动。目前，已有微混合器可分为两类，即主动 式微混合器和被动式微混合器。主动式微混合器需要在微混合器内部集成运动部 件，具有混合效率高的优点，但是其加工工艺复杂，存在运动部件导致可靠性降 低；被动式微混合器采用具有复杂几何结构的通道来形成混沌流以强化流体混 合，混合效率通常比主动式混合器低，同时复杂通道结构会造成流动阻力的增大。 因此，微尺度下的流体混合尚未得到很好的解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种气泡摆动式微混合系统。

一种气泡摆动式微混合系统，其特征在于：该气泡摆动式微混合系统包括双 路直流脉冲电压系统、供液泵系统、流体输送管路系统，微混合器主体及连接导 线；

所述微混合器主体由上层盖板和下层基底键合而成；

所述下层基底上加工有主混合微通道、气体入口、气体入口微通道、液体a 入口、液体a入口微通道、液体b入口、液体b入口微通道、混合液体流出通道、 混合液体流出出口、气泡流出通道、气泡流出出口、渐扩喷嘴和栅格过滤器，气 体入口微通道、液体a入口微通道和液体b入口微通道汇聚于主混合微通道入口 处，用于将气体、液体a和液体b传递至主混合微通道，在主混合微通道的入口 处设置渐扩喷嘴，气体、液体a和液体b在渐扩喷嘴处形成汇聚流，该汇聚流在 气液界面张力和粘性剪切力的共同支配下形成气泡序列，主混合微通道出口处分 别加工有混合液体流出通道和气泡流出通道，在混合液体流出通道的入口处加工 有栅格过滤器，混合液体经栅格过滤器后滤除气泡，经混合液体流出通道后由混 合液体流出出口流出，含气泡的废液经气泡流出通道后由气泡流出出口排出；

所述上层盖板面向下层基底一侧沉积有薄膜电阻微加热器层，薄膜电阻微加 热器层分为两部分，分别为薄膜电阻微加热器a和薄膜电阻微加热器b，且在薄 膜电阻微加热器层与上层盖板之间沉积有绝缘薄膜，绝缘薄膜用于薄膜电阻微加 热器层与上层盖板之间的电绝缘，在薄膜电阻微加热器a和薄膜电阻微加热器b 上再沉积金属引线将薄膜电阻微加热器a和b的大部分覆盖，未被金属引线覆盖 的部分为薄膜电阻微加热器a和b的有效加热区域，薄膜电阻微加热器a和薄膜 电阻微加热器b的有效加热区域均沿主混合微通道长度方向设置，位于主混合微 通道内，并且分布于主混合微通道的上方两侧；

所述供液泵系统通过流体输送管路向微混合器主体内提供气体及待混合的 两种液体；

所述双路直流脉冲电压系统通过连接导线与微混合器主体上层盖板上的金 属引线相连，为微混合器主体上的薄膜电阻微加热器a和薄膜电阻微加热器b提 供周期性直流交替脉冲激励电压，从而使混合液体内产生沿主混合微通道宽度方 向上的周期性反向温度梯度，液体向低温侧移动，气泡向高温测移动，主混合微 通道内的周期性反向温度梯度导致气泡序列在该微通道宽度方向上做周期性摆 动，使液体充分混合。

所述上层盖板的宽度大于所述下层基底的宽度，以便于金属引线与双路直流 脉冲电压系统相连接。