[发明专利]一种微流控芯片的柔性磁动微混合方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及微流控芯片中的混合技术，具体是微流控芯片的柔性磁动微混合方法与装置。

背景技术

混合是任何化学和生化反应最基本的，也是必需的操作。在宏观体系中，混合通常靠对流来完成。在微流控芯片中，系统的结构尺寸通常小于数百微米，流体在微米尺度下雷诺系数非常小（Re≈0.1～100），不能发生湍流混合，流体完全呈层流状态流动，混合只能靠扩散进行。因此，当微流体的液层厚度大于典型扩散长度时，有效、快速地混合很难靠扩散来实现，特别是流速快或含有低扩散系数可溶性物质的流体，扩散混合是一个相当慢的过程，需要足够的时间和接界面积才能达到完全混合。对于发生化学反应的微流控分析系统来说，若混合不完全则反应也不可能完成，此时混合时间及混合效率成为整个系统分析时间及效果的瓶颈。因此，微尺度下如何进行流体的快速混合一直是微流控系统存在的关键问题。

目前，根据不同形式、不同原理的微流体混合器，大致可分为主动式混合器和被动式混合器两种。被动式混合器结构简单，但需要较长的混合通道，且混合过程不可控；主动式混合器结构复杂，较短的通道便可达到好的混合效果，且混合过程可控。2004年，Kee，等设计了一种以外部旋转磁场驱动微磁力搅拌棒进行混合的微混合器，该混合器通过微型搅拌棒的搅拌形成涡流，从而大大提高了混合效率。但该种搅拌器为一种刚性搅拌器，对于生物医药实验中的微生物样品，该类型的搅拌器往往会造成生物组织破损，从而影响实验的进行。此外、该种混合器结构较为复杂，微米级搅拌棒中间需要做成空心，并穿过固定轴，这使得在微米级下制作加工该结构极其困难。

发明内容

本发明的目的是针对现有微流控芯片的主动搅拌式微混合器存在刚性大、容易破坏生物样品的缺陷，提出一种柔性磁动微混合方法与装置，能够在不损伤样品的条件下实现高效混合，且结构简单加工方便。

为达到上述目的，本发明微流控芯片的柔性磁动微混合装置采用的技术方案是：微流控芯片具有微混合器壁体，微混合器壁体的整体结构由上基片和下基片封接而成，微混合器壁体中有微通道和混合室腔体，混合室腔体内的前后壁镶嵌有两片条形的柔性磁动搅拌子，微混合器壁体下方是封闭微通道和微混合室腔体的封接盖片，封接盖片下方固定连接有四个梯形推拔式电磁场发生器，第一、第三梯形推拔式磁场发生器分布在第二柔性磁动搅拌子的左右两侧，第二、第四梯形推拔式磁场发生器分布在第一柔性磁动搅拌子的左右两侧；上基片和下基片上均分别设有两个微矩形凹槽，两个柔性磁动搅拌子一端的下半部分分别配合设置于下基片上的两个微矩形凹槽中，两个柔性磁动搅拌子一端的上半部分与上基片上的两个微矩形凹槽对齐，且上半部分均露出下基片外。

为达到上述目的，本发明微流控芯片的柔性磁动微混合方法采用的技术方案是：当有微流体通过微通道流入混合室腔体中时，位于对角的第一、第四梯形推拔式电磁场发生器同时工作，第二、第三梯形推拔式电磁场发生器不工作，第一柔性磁动搅拌子受到第四梯形推拔式磁场发生器的吸引发生形变运动的方向与第二柔性磁动搅拌子受到第一梯形推拔式磁场发生器的吸引发生形变运动的方向相反，使得微流体相向运动引起对流；当两个柔性磁动搅拌子分别运动到各自的极限位置时，关闭第一、第四梯形推拔式磁场发生器，打开第二、第三梯形推拔式磁场发生器，两个柔性磁动搅拌子发生恢复形变运动，微流体发生对流，再次促进混合；如此往复加剧混合。

本发明与已有方法和技术相比，具有如下优点：

1、本发明所述一种微流控芯片的柔性磁动微混合方法，该方法能够对流体实现柔性搅拌，解决了刚性微混合器容易损坏微生物样品的缺陷。

2、本发明所述微流控芯片的柔性磁动微混合装置，其混合主体结构简单，解决传统磁力搅拌式微混合器加工复杂度高的缺点。

3、本发明所述微流控芯片的柔性磁动微混合装置相比传统磁力搅拌式微混合器，其混合促进结构简单，避免长期使用所带来的结垢问题。

4、本发明所述微流控芯片的柔性磁动微混合装置，该装置结构仅采用两组磁场发生器就可以实现对流体混合过程的控制，控制过程简单。

5、本发明所述微流控芯片的柔性磁动微混合装置，该装置采用一种梯形推拔式结构作为电磁场发生器，该发生器能够将磁力集中于微混合室附近，解决了传统磁场发生器因磁力分散而难以有效运用到微混合控制的问题。

6、本发明微流控芯片的柔性磁动微混合装置，该结构可以以微混合器为功能作为微流控芯片的一部分，也可以作为一个单独的微混合装置与其他需要进行微混合的结构相连接，移植使用简单。