[发明专利]一种薄膜体声波微流控混合装置

说明书

本发明实施例公开了一种薄膜体声波微流控混合装置。该装置包括：至少一个体声波产生部件，包括依次设置的底电极、压电层及顶电极；与体声波产生部件的一面接触设置的声波反射部；所述底电极、压电层、顶电极及声波反射部相重叠区域构成体声波产生区域；用于支撑所述体声波产生部件的底衬层；至少一个流道，其流道腔体的部分区域覆盖了至少一个体声波产生区域的声波作用区域。由上，本申请能够实现在无需气泡辅助的情况下直接产生封闭式的涡流，有效地实现微流控系统中的混合。

技术领域

本发明涉及微电子器件领域，特别是指一种薄膜体声波微流控混合装置。

背景技术

近二十年来，微纳流控芯片技术在分子检测、微化学合成、生命科学等众多领域得到了广泛地关注和应用。在微米尺度乃至纳米尺度下，流体表现出了低雷诺数的层流特性。在此条件下，不同流体之间的混合主要依赖分子的扩散，因此这个过程十分缓慢。在微流控系统中，实现分子的高效快速混合，一直是该领域一个持久的主题。混合对于物质的在线合成是必备前提。同时。已有研究证明，混合时间到达毫秒甚至亚毫秒时，有助于观测到蛋白折叠的初始过程，而且具有改变化学反应进程的潜力。因此，在微流控环境下，实现高速、高效混合是研究者们研究的热点之一。

目前已经发展了各种各样的微流控混合器。根据混合方式的不同，主要分为被动式混合器和主动式混合器。混合式混合器主要利用了特殊的流道结构，在高速流动的液体中产生二次涡流。这种技术的主要特点是混合性能依赖于流道结构，需要非常高的流速。人们将电场、磁场、声场等外界物理场引入微流控系统，目前发展了一系列主动式的混合器。其中，基于电场的混合手段主要是电泳、电渗透等技术，这种技术对流体的电学特性有着一定的要求，因此比较有局限性。利用磁性微球辅助的磁场混合手段也存在效率较低、操作不便等问题。将声波引入微流控系统中的流体，利用声流体效应产生流体的扰动，进而促进混合也被广泛地研究。值得一提的是，声波操作流体是一种非浸入式的方式，而且不会依赖流体的物理性质，因此具有更加广泛地应用前景。目前，基于声场的微流控混合器主要有微气泡混合器。微气泡混合器通过外界声场，激励嵌入微流控系统的微米级气泡，使之表面发生振动，进而扰动液体。振动的微气泡可以在气泡附近产生封闭的涡流，可以高效地混合流体。但是，这项技术受限于以下因素：一是微气泡的产生于嵌入是一项技术性较强的工作，很不方便；二是气泡稳定存在的时间一般较短，且在流体中很不稳定。因此，这项技术难以推广使用，而且要求流体流速必须在较低范围内。

一直以来，在微流控系统中，都尚未解决在无需气泡辅助的情况下如何直接产生封闭式的涡流，有效地实现微流控系统中的混合的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供了一种薄膜体声波微流控混合装置，以实现无需气泡辅助的情况下直接产生封闭式的涡流，有效地实现微流控系统中的混合。

本发明提供一种薄膜体声波微流控混合装置，包括：

至少一个体声波产生部件，包括依次设置的底电极、压电层及顶电极；

与体声波产生部件的一面接触设置的声波反射部；

所述底电极、压电层、顶电极及声波反射部相重叠区域构成体声波产生区域；

用于支撑所述体声波产生部件的底衬层；

至少一个流道，其流道腔体的部分区域覆盖了至少一个体声波产生区域的声波作用区域。

由上，能够实现无需气泡辅助的情况下在流道腔体中直接产生封闭式的涡流，有效地实现微流控系统中的混合。

优选地，所述流道腔体的水平面投影面积与体声波产生区域的水平面投影面积之比大于或等于10％。

由上，此处投影面积等于10％是综合考虑了实际器件的加工难易度及混合效果后的数值。

优选地，所述声波反射部包括：设置在体声波产生部件与底衬之间的不同的声阻抗层。