[发明专利]一种基于磁液弹珠的微反应器

说明书

技术领域

本发明涉及化学、生物以及医学领域，特别涉及一种基于磁液弹珠的微型反应器，可用于两种及以上的化学物质之间、药物与细胞之间的反应及相互作用。

背景技术

反应器是用于实现反应过程的设备，通常用于生物、化工、制药等行业。对于常规尺寸的反应器，通常采用搅拌、超声波、振动、加热、加压等方式加速反应。但是当反应物尺寸变成微纳米级别时，反应过程则难于控制，反应的强化也变得较为困难。

目前，为了解决这一系列问题，使用微反应器代替常规反应器。微反应器具有反应时间精确控制、反应比例控制、迅速放出热量、可控选择性、结构安全等优点。而微反应器大部分为微通道反应器，一般加工出来的通道特征尺寸达到微米，若反应物中含有较多固体反应物，则难于通过通道，极易发生堵塞，导致反应过程无法连续。而如何解决这一问题则成为微反应器的技术难点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于磁液弹珠的微反应器，可以使两种及以上的反应物快速充分反应的反应装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于磁液弹珠的微反应器，包括磁液弹珠生成装置和磁控反应区。磁液弹珠生成装置包括上部的粉末放置板1与筛板2以及下部的粉末床3，粉末放置板1为可开合或可抽离的装置，筛板2置于粉末放置板1正下方，粉末床3置于筛板2正下方，粉末床3是表面为弧状的斜坡；磁控反应区包括基底4、线圈Ⅰ5、线圈Ⅱ6、导出槽7和线圈Ⅲ8，基底4一端与粉末床3连接，线圈Ⅰ5和线圈Ⅱ6分别置于基底4两侧，圆心位于基底4上表面的水平面上，并分别与稳压电源相连接，稳压电源为其提供电流，线圈通电后产生磁场；基底4另一端设有导出槽7，导出槽7外侧设有线圈Ⅲ8，线圈Ⅲ8与稳压电源相连接，稳压电源为其提供电流，线圈通电后产生磁场。

优选地，筛板2可以为软质筛板，也可以为硬质筛板。

优选地，筛板2与马达连接，马达的震动带动筛板的震动，从而使粉末从筛板2的孔隙中掉落下来，铺在粉末床3上。

优选地，筛板2为可抽动装置，其宽度大于粉末放置板1，来回抽动筛板2，从而使粉末从筛板2的孔隙中掉落下来，铺在粉末床3上。

优选地，线圈Ⅰ5和线圈Ⅱ6由同一个可编程稳压电源分别独立供电，对稳压电源进行编程，实现两个线圈的电流以一定频率交替变化，从而实现磁场的周期性变化。可编程稳压电源对线圈Ⅰ5和线圈Ⅱ6的供电方式可以是交替供电，也可以是交替增减电流（即线圈Ⅰ5电流逐渐增大，线圈Ⅱ6电流逐渐减小，当线圈Ⅰ5电流达到最大值时，线圈Ⅱ6电流最小，随后线圈Ⅰ5电流逐渐减小，线圈Ⅱ6的电流逐渐增大）；电流信号可以规则变化（如正弦波、三角波、矩形波等），也可无规则变化。

本发明原理：液体弹珠是由疏水/油微纳米颗粒包裹微量液滴而成，由于其表面粉末颗粒的存在抑制了基底与液体弹珠中基液的直接接触。接触面空气垫的存在使得弹珠可以在固体壁面以及液面上快速移动，并具有可操控性。由于液体弹珠体积小巧，可以将其用作微型化学反应器或微型生物反应器，比如气体感应器、污水检测器、血型检验装置等。磁性液体中含有纳米磁性颗粒，在外加磁场下会表现出磁性，磁液弹珠中的磁性液体不与反应物发生反应且不影响其反应，因此磁液弹珠可受外加磁场的操控，特别适合作为微反应器的媒介；

磁液弹珠表面的超疏水/油粉末颗粒，改变了液滴的亲疏水特性，使得亲水/疏水的液滴变得疏水/亲水，从而能够在固体壁面上或液面上滚动。在磁场里，磁液弹珠受到磁力，向磁场梯度密集的地方运动。通过磁场的变换，使得液体弹珠来回往返的滚动，整体的运动带动磁液弹珠内部流体对流，加强内部扰动，从而使得内部反应物混合更加均匀，加强了传质、提高了反应的效率。

本发明工作过程：将微米级的超疏水/油粉末颗粒平铺在粉末放置板1上，打开粉末放置板1，超疏水/油粉末颗粒掉落在筛板2（如图4所示）上，然后通过孔隙掉落到下层的粉末床3，均匀的铺在粉末床3上。含有两种及以上反应物的磁性液滴滴落在粉末床3的上端A点（如图1所示），在重力的作用下通过倾斜的弧形粉末床3，经过B点，此时磁性液滴表面粘附一层疏水/油粉末颗粒，形成磁液弹珠，如图2所示。此部分为磁液弹珠生成装置。液滴转换为弹珠的过程示意图，如图2所示。