[发明专利]一种微流控芯片磁珠混沌混合方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及溶液混合技术，具体是一种微流控芯片的混沌混合方法及装置，用来提高微流控芯片内液体混合效率。 

背景技术

混合是一个物理过程，是任何化学和生化反应最基本的也是必须的操作，其混合的效果取决于其混合过程和方法。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，流体在微米尺度下的雷诺系数非常小，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，但是，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的难题。 

目前，已有的不同类型的微流体混合器可分为主动混合器和被动混合器两类。对于被动混合器，由于微流器件的尺寸很小，雷诺数非常小，流体处于层流状态，流体间的混合基本上依赖于扩散运动，所以混合效果不甚理想。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。 

已有的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，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，但其结构较为复杂，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并且需要较为复杂的旋转磁场发生器，此外，复杂的内部结构也使得芯片容易结垢，并难以有效清洗。 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种结构简单易行、混合效果好且混合过程可控的微流控芯片磁珠混沌混合方法及装置。 

   本发明一种微流控芯片磁珠混沌混合装置采用的技术方案是：具有一个球形框架，球形框架由6个相同的圆型架沿依次沿球形经度方向两两间隔30°搭构成，6个圆型架的圆心是球形框架的球心；球型框架的内部中间放置有微流控芯片，微流控芯片具有磁珠溶液入口通道、微流体入口通道以及微混合室腔体，微混合室腔体在球心位置，磁珠溶液入口通道和微流体入口通道各连通微混合室腔体；在每个圆型架外部上，沿圆周方向均匀布置三个径向的电磁铁；第一至第三个圆型架上的第一个电磁铁均位于微流控芯片的左上前方、第二个电磁铁位于微流控芯片的左下前方、第三个电磁铁均位于微流控芯片的右后方且位于球形框架的后半球侧的最长纬线上；第四至第六个圆型架上的第一个电磁铁均位于微流控芯片的右上前方、第二个电磁铁均位于微流控芯片的右下前方、第三个电磁铁均位于微流控芯片7的左后方且位于球形框架的后半球侧的最长纬线上；每个圆型架上的第一个电磁铁均接U相交流电、第二个电磁铁均接V相交流电、第三个电磁铁均接W相交流电。 

本发明一种微流控芯片磁珠混沌混合装置的混沌混合采用的技术方案是：是按以下步骤： 

步骤1：从微流体入口通道通入微流体溶液，同时从磁珠溶液入口通道通入磁珠溶液，两种溶液进入微混合室腔体内形成混合溶液； 

步骤2：对第一个圆型架上的三个电磁铁通UVW低频三相交流电，使磁珠在混合溶液里面形成磁珠链并随着磁场方向的改变在溶液里面不停旋转；

步骤3：增加第一个圆型架上的三个电磁铁的三相交流电的频率，使得磁珠链断裂；

步骤4：保持使得磁珠链断裂的三相交流电的频率不变，分别先后对第二个至六个圆型架上的三个电磁铁通电，每个圆型架上的三个电磁铁通电时间持续时间相同；

步骤5：判断混合是否完全，若否，重复步骤4，直到完全混合，若是，停止对所有电磁铁通电。

与已有方法和技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明通过一种对球型布局的空间旋转磁场的时序控制实现搅拌，不需要加工精密且结构复杂的搅拌棒，只需要粒径不同的磁珠，解决了被动混合器里流体间的混合基本上依赖于扩散运动混合效果不甚理想的难题。

2、本发明通过一种球型布局的空间旋转磁场的时序控制实现混合，磁珠混合在混合室内自由游走且不易结垢，解决现有固定旋转式微型磁力搅拌方法容易结垢且难以清洗的问题。 

3、本发明类似一种微型多相磁场时序发生器，通过时序控制和交流电流控制可以很容易控制磁场大小及磁珠的旋转运动方向和速度，控制简单有效。 

4、本发明涉及一种多角度、全方位的旋转磁场，从而保证溶液混合完全，磁珠混沌混合能在较短时间内实现较好的混合效果。