[发明专利]一种压电微流体混合器

说明书

技术领域

本发明涉及微流体机械中的微流体泵技术领域，尤其涉及一种可进行微量液体混合、流体方向控制的压电微流体混合器。

背景技术

微流体混合器由微量流体定量器、微泵、微阀及微通道等连接而成，用于生化反应前各种试剂的充分混合，是微流体芯片中的重要组成部分。微流体混合器与宏观尺寸的混合装置相比，尺寸缩小，大大降低流动系统中的能耗和试样、试剂用量，而且响应速度快，精确度高，因此在化学分析、生物及化学传感、分子分离、核酸排序及分析、环境监测等领域有着广泛的应用前景。

依据有无外界动力源，微混合器大致可以分为被动式微流体混合器和主动式微流体混合器两种，被动式微流体混合器主要有弯曲通道式、分合式、回流循环式、交错人字式、分流/截流式等；主动式微流体混合器按作用原理分可分为电动力式、磁动力式、超声波式、分支注入式、压电式、磁致式、射流式、机械式等。目前，微流体混合器中的微通道的尺寸大约在几十到几百微米的范围内，微通道中液体的雷诺数很小以至于没有涡流产生，液体间的混合以分子扩散为主，使得混合时间相比宏观情况大大延长且混合效果变差，因此必须采取特殊的方式来增加液体间的微接触面积或者增强对流，提高混合效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现泵送和混合功能的压电微流体混合器，响应速度快，精确度高，混合效果好。

本发明采用的技术方案是：具有泵体及其上部的上基体，上基体上有两个泵进口、一个泵出口及一个泵腔，泵腔位于上基体正中间，泵进口和泵出口分别位于泵腔两侧；泵体上有进口腔和出口腔，进口腔与两泵进口连通，出口腔与泵出口连通，泵腔正上方且位于上基体上设有压电振子，在两泵进口与泵腔之间、泵出口与泵腔之间均连通一个变形混合管，变形混合管两端是非变形部分，中间是变形部分，所述变形部分由七个管道连通组成，第一管道与第五管道分别连通变形混合管两端的非变形部分且两者中心线在同一直线上，第三管道与第一、第三管道平行，第一管道右端与第三管道左端之间连接并联的半圆形第二管道和锥形第七管道，半圆形第二管道与第三管道左端相切，锥形第七管道大端连接第一、第二管道、小端连接于第三管道侧部；第五管道左端与第三管道右端之间连接并联的半圆形第六管道和锥形第四管道，锥形第四管道大端分别连接第三管道右端和第六管道、小端连接于第五管道侧壁；半圆形第六管道与第三管道右端相切；第六管道几何结构尺寸与第二管道相同，第七管道的几何结构尺寸与第四管道相同。

本发明的有益效果是：

1、两种待混合的流体经过进口流入左侧的变形混合管，在管中初步混合后进入泵腔中充分混合，再经过右侧的混合管从出口流出，经过三次充分混合达到理想的效果。

2、由压电振子的上下运动，使得泵腔内压力不断变化，从而增加流体的对流混合，进一步促进了流体实现快速均匀的混合，可同时实现泵送和混合功能，响应速度快，精确度高，混合效果好，可在0.4秒后达到均匀混合。

附图说明

图1为本发明结构的主视剖视图；

图2为图1中A-A仰视剖视图；

图3为图2中变形混合管6的结构示意图；

图4为图2中变形混合管6在I局部处的放大示意图；

图5为图1中压电振子3的结构放大图；

图中：1.上基体；2.泵进口；3.压电振子；4.泵出口；5.泵体；6.变形混合管；7.泵腔；8.第一混合管进口；9.第二混合管进口；10.混合管出口；11.压电陶瓷；12.电极层；13.黏结剂；14.弹性基底；61、62、63、64、65、66、67.第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七管道。

具体实施方式

如图1-2，本发明具有泵体5，泵体5的材料为硅片，泵体5上部是上基体1，泵体5与上基体1的材料均为玻璃，并且泵体5与上基体1通过阳极键合工艺结合在一起。在上基体1上利用激光加工出两个泵进口2、一个泵出口4及一个泵腔7，其中泵腔7位于上基体1的正中间，泵进口2和泵出口4分别位于泵腔7两侧。泵腔7的半径为1500                                               ，泵腔7的高度为130。在泵体5上用干法刻蚀工艺加工出进口腔和出口腔，进口腔与上基体1上的泵进口2连通，出口腔与上基体1上的泵出口4连通。在两泵进口2与泵腔7之间、以及泵出口4与泵腔7之间均连通一个变形混合管6。在泵腔7的正上方，并且位于上基体1上设置压电振子3。