[发明专利]一种数字微流体微混合器及混合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种片上实验室中的微流体混合器，尤其是涉及一种数字微流体微混合器及混合方法。

背景技术

一般的生物医学分析包括样品预处理、混合、反应、分离和检测等基本过程，将这些基本过程集成在一个几平方厘米的芯片中，以代替传统的实验室工作，称它为片上实验室(Lab-on-a-chip)或者微全分析系统(Micro Total Analytical System)。片上实验室由于具有样品用量少、操作简单，并能在较短时间内精确完成从样品制备到结果显示的全过程，能有效地克服传统的实验室工作中手工操作带来的实验误差，在化学分析、DNA测序、生物及化学传感、分子分离、核酸排序及分析、疾病诊断、药物筛选、环境监测及国家安全等领域中得到越来越多的应用。

微流体混合器是片上实验室的重要操作部件，并很大程度上决定了后续分析工作的可靠性和可信性。微流体混合器不仅是片上实验室不可或缺的功能部件，而且在化学合成、乳状液制备、高通量筛选以及其他生化领域中都有重要的应用前景。近年来，很多学者对微流体混合器进行了广泛的研究，并提出了许多不同形式、基于不同原理的微流体混合器。这些微流体混合器根据有无外加驱动器可以大致分为主动式和被动式两类。主动式微流体混合器主要是通过外加力场来实现对样品的混合操作。近几年来已经提出了采用外加磁、电、声等激励以产生周期性干扰流场加速微流体运动，提高微流体的混合效率。被动式微流体混合器应用微流体自由扩散机理，采用特殊形状的微通道或微通道中的特殊结构，以产生横向的质量输运或使流场处于无序状态以加速微流体的混合。这两类微流体混合器在一定程度上提高了微流体的混合效果，但同时存在混合时间较长、工艺较复杂、需要一定量的样品用量及占用芯片面积较大等缺点。

为解决上述两类微流体混合器存在的缺点，相关研究人员提出了数字微流体混合器，数字微流体混合器在混合微流体的过程中可以实现快速生化反应，使得数字微流体混合器更适于集成化，具有更大的发展前景，将是片上实验室未来重要的发展方向，已经受到国内外专家的高度重视。期刊《片上实验室》2003年第3卷第1期28-33页(Labon a chip Vol.3(1)，2003：28-33)公开了《用于微流系统中基于电润湿微液滴微混合器》(《Electrowetting-based droplet mixers for microfluidic systems》)，这种基于电润湿微液滴微混合器是一种数字微流体微混合器，它采用三层结构，包括上极板和下极板，上极板和下极板之间用小垫块支起，微液滴被紧夹在上极板和下极板之间，上极板主要由透明玻璃组成，在透明玻璃上淀积有透明电极层如ITO(Indium Tin Oxides，纳米铟锡金属氧化物)，在透明电极层上涂覆一层疏水材料形成疏水薄膜，将透明电极层作为地电极，下极板主要由基底组成，基底上淀积并光刻出微电极阵列，并在微电极阵列上涂覆一层疏水材料形成疏水薄膜，通过改变微电极阵列与透明电极层之间的电压，实现待混合的数字微流体在上极板和下极板之间的两维平面内运动并混合。这种数字微流体微混合器混合时间较短，但由于集成微电极阵列，需要配置可编程微电极开关控制系统，实现微流体操纵要求较高；另外，该微混合器中的上极板和下极板是一个不可分割的整体，数字微流体只能在上极板和下极板的两维平面内混合，限制了它在片上实验室中的集成度和对数字微流体操纵的空间灵活性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效提高对数字微流体操纵的空间灵活性，且可有效提高片上实验室集成度的数字微流体微混合器及混合方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种数字微流体微混合器，包括载物台、压电基片、玻璃载片和用于置放所述的玻璃载片的活动支架，所述的载物台上设置有空腔，所述的压电基片设置在所述的空腔中，所述的压电基片的下表面为工作表面，所述的工作表面上设置有第一反射栅、第二反射栅、叉指换能器和用于两个数字微流体混合工作的第一疏水层，所述的第一反射栅和所述的第二反射栅分别设置在所述的工作表面的两端，所述的叉指换能器的位置靠近所述的第一反射栅的位置，所述的叉指换能器与外部信号发生装置连接，所述的第一疏水层位于所述的叉指换能器和所述的第二反射栅之间，所述的玻璃载片的上表面上设置有用于放置待混合的两个数字微流体的第二疏水层，所述的第二疏水层的厚度大于所述的第一疏水层的厚度。

所述的压电基片为光学级LiNbO₃压电基片。

所述的压电基片的周边通过现有的粘合剂与所述的空腔的内壁粘合连接。