施加溫度偏場的交流電熱微流體混合器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及微混合技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通過施加溫度偏場提高混合效果 的交流電熱微混合器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在生物芯片系統(tǒng)中，微混合器已經(jīng)成為微流控系芯片中的重要組成部分之一。一 些要求快速反應(yīng)的生物溶液過程，如DNA雜交、細胞激活、酶反應(yīng)、蛋白質(zhì)折疊等不可避免 地涉及到反應(yīng)物的混合。
[0003] 近年來電熱效應(yīng)現(xiàn)象逐漸發(fā)展為微流控裝置和生物芯片系統(tǒng)中常見的主動式微 混合技術(shù)。電熱效應(yīng)現(xiàn)象可以產(chǎn)生混沌對流效應(yīng)，從而增加不同液體的接觸面，有效提高液 體的混合效率。因此交流電熱微混合器具有良好的應(yīng)用前景。
[0004] 電熱效應(yīng)現(xiàn)象主要是由溫差梯度造成的，微通道內(nèi)產(chǎn)生縱向和徑向的溫度梯度會 導致流體性質(zhì)的改變，如電解液的介電常數(shù)和電導率等。這些物理性質(zhì)的改變反過來會通 過它們與電場的相互作用從而影響流體的運動，進而產(chǎn)生電熱流動。電熱效應(yīng)強度與溶液 的電導率、電壓以及其液體內(nèi)部的溫度梯度相關(guān)。一般的交流電熱現(xiàn)象的微混合器包含有 一條用于混合的通道和一對與交流電源的兩極連接的底面電極，其特征在于電極的結(jié)構(gòu)可 以設(shè)計成不同形狀。但是目前利用交流電熱現(xiàn)象原理的微混合器，雖均能產(chǎn)生混合效果，但 是對溶液的電導率、電壓的要求較為苛刻。過高的電壓會使得微通道內(nèi)產(chǎn)生氣泡或者導致 通道內(nèi)生物流體失去活性，而過低的電壓混合效果無法達到。過高的電導率會導致微混合 器內(nèi)溫度急劇升高而導致通道壁面變形或者生物流體的活性降低，而過低的電導率時電熱 微混合器混合效果不佳。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種交流電熱微混合 器，其目的在于，通過外加溫度差使得電熱流混合器微通道內(nèi)產(chǎn)生溫度偏場，提高電熱流對 待混合液體的混合效果，從而放寬對溶液電導率、電壓大小和頻率的要求，解決了在較低的 電壓下電熱微混合器混合效果不佳的技術(shù)問題。
[0006] 本實用新型提供了一種交流電熱流微混合器，包括至少兩條液體入口微通道、一 條液體出口微通道和電極對，液體入口微通道和液體出口微通道匯聚于同一處形成交流電 熱流微混合腔，電極對設(shè)置在交流電熱流微混合腔內(nèi)，其特征在于，還包括兩條液體通道， 對稱設(shè)置在交流電熱流微混合腔外壁兩側(cè)，用于通入具有溫度差的液體以在混合腔的外部 兩側(cè)產(chǎn)生溫度差，外部溫度差驅(qū)使交流電熱流微混合腔內(nèi)部產(chǎn)生溫度梯度，從而促進混合 腔內(nèi)的溶液混合。
[0007] 所述微通道材料采用PDMS、PMMA、硅或玻璃。所述導電材料采用金、鉑和銅等金屬。 所述液體采用水、油或者有機溶液。
[0008] 上述交流電熱流微混合器的實現(xiàn)方式具有加工難度低、溫控簡單和混合效果明顯 的有益技術(shù)效果。
[0009] 本實用新型還提供了一種交流電熱流微混合器，包括至少兩條液體入口微通道、 一條液體出口微通道和電極對，液體入口微通道和液體出口微通道匯聚于同一處形成交流 電熱流微混合腔，電極對設(shè)置在交流電熱流微混合腔底部，其特征在于，還包括加熱器，對 稱設(shè)置在交流電熱流微混合腔外壁，通過加熱器產(chǎn)熱使得交流電熱流微混合腔內(nèi)部產(chǎn)生非 均勻溫度場，從而促進混合腔內(nèi)的液體混合。
[0010] 所述加熱器的位置不受限制，可以是流動腔底部或者頂部，也可以是流動腔的側(cè) 壁。所述加熱器采用氧化銦錫（ITO)等導電氧化物薄膜或其他電阻較大的導電材料，兩端 外接直流電或者交流電源。
[0011] 上述交流電熱流微混合器的實現(xiàn)方式具有溫控容易和和混合效果明顯的有益技 術(shù)效果。
[0012] 本實用新型通過額外施加的外部溫度差或者設(shè)置的加熱器從而使得交流電熱流 微混合腔內(nèi)部產(chǎn)生溫度梯度，促進混合腔內(nèi)的液體混合，提高電熱流對待混合液體的混合 效果，放寬對溶液電導率、電壓大小和頻率的要求。
【附圖說明】
[0013] 圖1是依靠兩側(cè)各設(shè)置有不同溫度的液體通道的電熱流微混合器的俯視圖；
[0014] 圖2是截面A-A結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3是電極形狀示意圖；
[0016] 圖4是設(shè)置有電阻加熱器以提高混合效率的交流電熱流微混合器的俯視圖；
[0017] 圖5是截面B-B結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖6是截面C-C結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖7為仿真實驗的幾何模型圖；
[0020] 圖8為仿真實驗的微混合器的各截面上濃度分布結(jié)果示意圖，圖8 (a)為未施加溫 度梯度的濃度示意圖，圖8(b)為施加溫度梯度的濃度示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施 例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本實用新型，并不用于限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所 涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0022] 實施方式一：通過外部溫度差提高混合效果的交流電熱微混合器
[0023] 如圖1所示，兩側(cè)各設(shè)置有恒溫液體通道的微混合器包括1條用于混合溶液的Y 型流動腔和2條通有恒溫流體的U型液體通道，流動腔的四壁采用常見的微通道材料，材 料的選擇不受限制。Y型流動腔的三微通道連通處形成交流電熱流微混合腔，混合腔室底部 安放有一電極，電極位置為圖1所示，位于兩溶液交匯后之后的位置，電極材料為導電材 料，電極的形狀不受限制，該兩電極間接有第一交流電壓。Y型流動腔兩側(cè)分別設(shè)置一個通 有連續(xù)流動的恒溫液體的U型通道A和通道B。
[0024] 溶液A通過注射泵從入口 1進入通道4,溶液B從入口 2進入流動腔5,流動腔4 和流動腔5交匯合并成流動腔6,溶液A和溶液B在流動腔