[实用新型]施加温度偏场的交流电热微流体混合器

说明书

技术领域

本实用新型涉及微混合技术领域，具体涉及一种通过施加温度偏场提高混合效果的交流电热微混合器。

背景技术

在生物芯片系统中，微混合器已经成为微流控系芯片中的重要组成部分之一。一些要求快速反应的生物溶液过程，如DNA杂交、细胞激活、酶反应、蛋白质折叠等不可避免地涉及到反应物的混合。

近年来电热效应现象逐渐发展为微流控装置和生物芯片系统中常见的主动式微混合技术。电热效应现象可以产生混沌对流效应，从而增加不同液体的接触面，有效提高液体的混合效率。因此交流电热微混合器具有良好的应用前景。

电热效应现象主要是由温差梯度造成的，微通道内产生纵向和径向的温度梯度会导致流体性质的改变，如电解液的介电常数和电导率等。这些物理性质的改变反过来会通过它们与电场的相互作用从而影响流体的运动，进而产生电热流动。电热效应强度与溶液的电导率、电压以及其液体内部的温度梯度相关。一般的交流电热现象的微混合器包含有一条用于混合的通道和一对与交流电源的两极连接的底面电极，其特征在于电极的结构可以设计成不同形状。但是目前利用交流电热现象原理的微混合器，虽均能产生混合效果，但是对溶液的电导率、电压的要求较为苛刻。过高的电压会使得微通道内产生气泡或者导致通道内生物流体失去活性，而过低的电压混合效果无法达到。过高的电导率会导致微混合器内温度急剧升高而导致通道壁面变形或者生物流体的活性降低，而过低的电导率时电热微混合器混合效果不佳。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种交流电热微混合器，其目的在于，通过外加温度差使得电热流混合器微通道内产生温度偏场，提高电热流对待混合液体的混合效果，从而放宽对溶液电导率、电压大小和频率的要求，解决了在较低的电压下电热微混合器混合效果不佳的技术问题。

本实用新型提供了一种交流电热流微混合器，包括至少两条液体入口微通道、一条液体出口微通道和电极对，液体入口微通道和液体出口微通道汇聚于同一处形成交流电热流微混合腔，电极对设置在交流电热流微混合腔内，其特征在于，还包括两条液体通道，对称设置在交流电热流微混合腔外壁两侧，用于通入具有温度差的液体以在混合腔的外部两侧产生温度差，外部温度差驱使交流电热流微混合腔内部产生温度梯度，从而促进混合腔内的溶液混合。

所述微通道材料采用PDMS、PMMA、硅或玻璃。所述导电材料采用金、铂和铜等金属。所述液体采用水、油或者有机溶液。

上述交流电热流微混合器的实现方式具有加工难度低、温控简单和混合效果明显的有益技术效果。

本实用新型还提供了一种交流电热流微混合器，包括至少两条液体入口微通道、一条液体出口微通道和电极对，液体入口微通道和液体出口微通道汇聚于同一处形成交流电热流微混合腔，电极对设置在交流电热流微混合腔底部，其特征在于，还包括加热器，对称设置在交流电热流微混合腔外壁，通过加热器产热使得交流电热流微混合腔内部产生非均匀温度场，从而促进混合腔内的液体混合。

所述加热器的位置不受限制，可以是流动腔底部或者顶部，也可以是流动腔的侧壁。所述加热器采用氧化铟锡(ITO)等导电氧化物薄膜或其他电阻较大的导电材料，两端外接直流电或者交流电源。

上述交流电热流微混合器的实现方式具有温控容易和和混合效果明显的有益技术效果。

本实用新型通过额外施加的外部温度差或者设置的加热器从而使得交流电热流微混合腔内部产生温度梯度，促进混合腔内的液体混合，提高电热流对待混合液体的混合效果，放宽对溶液电导率、电压大小和频率的要求。

附图说明

图1是依靠两侧各设置有不同温度的液体通道的电热流微混合器的俯视图；

图2是截面A-A结构示意图；

图3是电极形状示意图；

图4是设置有电阻加热器以提高混合效率的交流电热流微混合器的俯视图；

图5是截面B-B结构示意图；

图6是截面C-C结构示意图；

图7为仿真实验的几何模型图；

图8为仿真实验的微混合器的各截面上浓度分布结果示意图，图8(a)为未施加温度梯度的浓度示意图，图8(b)为施加温度梯度的浓度示意图。

具体实施方式