本發(fā)明專利技術(shù)公開一種微流控芯片的柔性磁動微混合方法與裝置，混合室腔體內(nèi)的前后壁鑲嵌有柔性磁動攪拌子，微混合器壁體下方是封閉微通道和微混合室腔體的封接蓋片，封接蓋片下方固定連接有四個梯形推拔式電磁場發(fā)生器，當(dāng)微流體流入混合室腔體中時，位于對角的第一、第四梯形推拔式電磁場發(fā)生器同時工作，第二、第三梯形推拔式電磁場發(fā)生器不工作，使得微流體相向運(yùn)動引起對流；當(dāng)兩個柔性磁動攪拌子分別運(yùn)動到各自的極限位置時，關(guān)閉第一、第四梯形推拔式磁場發(fā)生器，打開第二、第三梯形推拔式磁場發(fā)生器，兩個柔性磁動攪拌子發(fā)生恢復(fù)形變運(yùn)動，再次促進(jìn)混合，能在不損傷樣品的條件下實(shí)現(xiàn)高效混合。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及微流控芯片中的混合技術(shù)，具體是微流控芯片的柔性磁動微混合方法與裝置。
技術(shù)介紹
混合是任何化學(xué)和生化反應(yīng)最基本的，也是必需的操作。在宏觀體系中，混合通常靠對流來完成。在微流控芯片中，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸通常小于數(shù)百微米，流體在微米尺度下雷諾系數(shù)非常小OPe O. I 100)，不能發(fā)生湍流混合，流體完全呈層流狀態(tài)流動，混合只能靠擴(kuò)散進(jìn)行。因此，當(dāng)微流體的液層厚度大于典型擴(kuò)散長度時，有效、快速地混合很難靠擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)，特別是流速快或含有低擴(kuò)散系數(shù)可溶性物質(zhì)的流體，擴(kuò)散混合是一個相當(dāng)慢的過程，需要足夠的時間和接界面積才能達(dá)到完全混合。對于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的微流控分析系統(tǒng)來說，若混合不完全則反應(yīng)也不可能完成，此時混合時間及混合效率成為整個系統(tǒng)分析時間及效果的瓶頸。因此，微尺度下如何進(jìn)行流體的快速混合一直是微流控系統(tǒng)存在的關(guān)鍵問題。目前，根據(jù)不同形式、不同原理的微流體混合器，大致可分為主動式混合器和被動式混合器兩種。被動式混合器結(jié)構(gòu)簡單，但需要較長的混合通道，且混合過程不可控；主動式混合器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較短的通道便可達(dá)到好的混合效果，且混合過程可控。2004年，Kee，等設(shè)計(jì)了一種以外部旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動微磁力攪拌棒進(jìn)行混合的微混合器，該混合器通過微型攪拌棒的攪拌形成渦流，從而大大提高了混合效率。但該種攪拌器為一種剛性攪拌器，對于生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)中的微生物樣品，該類型的攪拌器往往會造成生物組織破損，從而影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。此外、該種混合器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,微米級攪拌棒中間需要做成空心,并穿過固定軸,這 使得在微米級下制作加工該結(jié)構(gòu)極其困難。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對現(xiàn)有微流控芯片的主動攪拌式微混合器存在剛性大、容易破壞生物樣品的缺陷，提出一種柔性磁動微混合方法與裝置，能夠在不損傷樣品的條件下實(shí)現(xiàn)高效混合，且結(jié)構(gòu)簡單加工方便。為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)微流控芯片的柔性磁動微混合裝置采用的技術(shù)方案是微流控芯片具有微混合器壁體，微混合器壁體的整體結(jié)構(gòu)由上基片和下基片封接而成，微混合器壁體中有微通道和混合室腔體，混合室腔體內(nèi)的前后壁鑲嵌有兩片條形的柔性磁動攪拌子，微混合器壁體下方是封閉微通道和微混合室腔體的封接蓋片，封接蓋片下方固定連接有四個梯形推拔式電磁場發(fā)生器，第一、第三梯形推拔式磁場發(fā)生器分布在第二柔性磁動攪拌子的左右兩側(cè)，第二、第四梯形推拔式磁場發(fā)生器分布在第一柔性磁動攪拌子的左右兩側(cè)；上基片和下基片上均分別設(shè)有兩個微矩形凹槽，兩個柔性磁動攪拌子一端的下半部分分別配合設(shè)置于下基片上的兩個微矩形凹槽中，兩個柔性磁動攪拌子一端的上半部分與上基片上的兩個微矩形凹槽對齊，且上半部分均露出下基片外。為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)微流控芯片的柔性磁動微混合方法采用的技術(shù)方案是當(dāng)有微流體通過微通道流入混合室腔體中時，位于對角的第一、第四梯形推拔式電磁場發(fā)生器同時工作，第二、第三梯形推拔式電磁場發(fā)生器不工作，第一柔性磁動攪拌子受到第四梯形推拔式磁場發(fā)生器的吸引發(fā)生形變運(yùn)動的方向與第二柔性磁動攪拌子受到第一梯形推拔式磁場發(fā)生器的吸引發(fā)生形變運(yùn)動的方向相反，使得微流體相向運(yùn)動引起對流；當(dāng)兩個柔性磁動攪拌子分別運(yùn)動到各自的極限位置時，關(guān)閉第一、第四梯形推拔式磁場發(fā)生器，打開第二、第三梯形推拔式磁場發(fā)生器，兩個柔性磁動攪拌子發(fā)生恢復(fù)形變運(yùn)動，微流體發(fā)生對流，再次促進(jìn)混合；如此往復(fù)加劇混合。本專利技術(shù)與已有方法和技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn) I、本專利技術(shù)所述一種微流控芯片的柔性磁動微混合方法，該方法能夠?qū)α黧w實(shí)現(xiàn)柔性攪拌，解決了剛性微混合器容易損壞微生物樣品的缺陷。2、本專利技術(shù)所述微流控芯片的柔性磁動微混合裝置，其混合主體結(jié)構(gòu)簡單，解決傳統(tǒng)磁力攪拌式微混合器加工復(fù)雜度高的缺點(diǎn)。 3、本專利技術(shù)所述微流控芯片的柔性磁動微混合裝置相比傳統(tǒng)磁力攪拌式微混合器，其混合促進(jìn)結(jié)構(gòu)簡單，避免長期使用所帶來的結(jié)垢問題。4、本專利技術(shù)所述微流控芯片的柔性磁動微混合裝置，該裝置結(jié)構(gòu)僅采用兩組磁場發(fā)生器就可以實(shí)現(xiàn)對流體混合過程的控制，控制過程簡單。5、本專利技術(shù)所述微流控芯片的柔性磁動微混合裝置，該裝置采用一種梯形推拔式結(jié)構(gòu)作為電磁場發(fā)生器，該發(fā)生器能夠?qū)⒋帕杏谖⒒旌鲜腋浇鉀Q了傳統(tǒng)磁場發(fā)生器因磁力分散而難以有效運(yùn)用到微混合控制的問題。6、本專利技術(shù)微流控芯片的柔性磁動微混合裝置，該結(jié)構(gòu)可以以微混合器為功能作為微流控芯片的一部分，也可以作為一個單獨(dú)的微混合裝置與其他需要進(jìn)行微混合的結(jié)構(gòu)相連接，移植使用簡單。7、本專利技術(shù)所述的微流控芯片的柔性磁動微混合裝置，根據(jù)待混合液體的實(shí)際情況，通過編程實(shí)現(xiàn)攪拌方式以及攪拌時間的控制，自動化程度高，可操控性好。附圖說明圖I是本專利技術(shù)一種微流控芯片的柔性磁動微混合裝置的整體結(jié)構(gòu)示意 圖2是圖I中微混合室腔體10處的I局部放大 圖3是本專利技術(shù)微混合器壁體I的上基片14的俯視 圖4是本專利技術(shù)微混合器壁體I的下基片13的俯視 圖5是圖I中梯形推拔式電磁場發(fā)生器5的結(jié)構(gòu)示意 圖6是圖2中柔性磁動攪拌子4的結(jié)構(gòu)示意 圖7是柔性磁動攪拌子4與上基片14、下基片13的連接方式示意 圖8是圖I所述的柔性磁動微混合裝置的微混合方法實(shí)施原理示意圖。附圖中各部件的序號和名稱1.微混合器壁體；2.微通道；3、4.柔性磁動攪拌子，5-8.梯形推拔式電磁場發(fā)生器；9.封接蓋片；10.微混合室腔體；11.梯形體鐵心；12.線圈；13.下基片；14.上基片；15-18·微矩形凹槽。具體實(shí)施例方式圖I為本專利技術(shù)一種微流控芯片的柔性磁動微混合裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖，微流控芯片具有微混合器壁體1，該微混合器壁體I為二甲基硅氧烷(PDMS)通過模塑法制作。微混合器壁體I中有微通道2和混合室腔體10，微通道2用于樣品的傳送，將待檢測樣品傳送至微混合室腔體10內(nèi)。微通道2的高度為200 μ m,寬度也為200nm。微混合室腔體10的高度為200 μ m,寬度為400 μ m,長度也為400 μ m。混合室腔體10內(nèi)的前后壁鑲嵌有兩片條形的柔性磁動攪拌子3和4。柔性磁動攪拌子3、4受磁力吸引能夠發(fā)生彈性形變從而對微混合室腔體10內(nèi)的流體進(jìn)行攪拌。將微混合器壁體I下方與玻璃的微混合室封接蓋片9封接來保證微通道2和微混合室腔體10的封閉性。在封接蓋片9下方固定連接有四個梯形推拔式電磁場發(fā)生器5、6、7、8，梯形推拔式磁場發(fā)生器5、7分布在柔性磁動攪拌子4的左右兩側(cè)，用于控制柔性磁動攪拌子4的形變方向。梯形推拔式磁場發(fā)生器6、8分布在柔性磁動攪拌子3的左右兩側(cè)，用于控制柔性磁動攪拌子3的形變方向。 參見圖1-3，圖3為微混合器壁體I的微混合器上基片14的俯視圖。微混合器壁體I的整體結(jié)構(gòu)由上基片14和下基片13封接而成。上基片14的底部制作的微通道2高度為100 μ m、寬度為200 μ m，微混合室腔體10的高度100 μ m、寬度為400 μ m。上基片14中的微矩形凹槽15、16用來安放柔性磁動攪拌子。微矩形凹槽的槽寬為20 μ m，槽深為70 μ m。參見圖1-2及圖4，圖4為本專利技術(shù)一種微流控芯片的柔性磁動微混合裝置的下基片13的俯視圖。下基片13的底部制作的微通道2高度為100 μ m、寬度為200 μ m，微混合室腔體10的高度100 μ m、寬度為400 μ m。下基片13中的微矩形凹槽17、18本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種微流控芯片的柔性磁動微混合裝置，微流控芯片具有微混合器壁體（1），微混合器壁體（1）的整體結(jié)構(gòu)由上基片（14）和下基片（13）封接而成，微混合器壁體（1）中有微通道（2）和混合室腔體（10），其特征是：混合室腔體（10）內(nèi)的前后壁鑲嵌有兩片條形的柔性磁動攪拌子（3、4），微混合器壁體（1）下方是封閉微通道（2）和微混合室腔體（10）的封接蓋片（9），封接蓋片（9）下方固定連接有四個梯形推拔式電磁場發(fā)生器（5、6、7、8），第一、第三梯形推拔式磁場發(fā)生器（5、7）分布在第二柔性磁動攪拌子（4）的左右兩側(cè)，第二、第四梯形推拔式磁場發(fā)生器（6、8）分布在第一柔性磁動攪拌子（3）的左右兩側(cè)；上基片（14）和下基片（13）上均分別設(shè)有兩個微矩形凹槽，兩個柔性磁動攪拌子（3、4）一端的下半部分分別配合設(shè)置于下基片（13）上的兩個微矩形凹槽中，兩個柔性磁動攪拌子（3、4）一端的上半部分與上基片（14）上的兩個微矩形凹槽對齊，且上半部分均露出下基片（13）外。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張榮標(biāo)，楊寧，徐佩鋒，張磊，張永春，
申請(專利權(quán))人：江蘇大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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