一種壓電微混合器制造技術

本發明專利技術涉及微流體泵送與混合的微機械領域，尤其涉及一種壓電無閥微混合器。包括兩個進口通道，進口緩沖腔，進口渦旋管，泵腔，壓電振子，上基體，泵體，出口渦旋管，出口緩沖腔，出口通道。本發明專利技術結構中兩個進口通道在進口緩沖腔相交匯，且其中心線夾角小于等于90度，渦旋管是利用在擴散管內增加三角體的辦法制成。本發明專利技術的主要優點是：在本發明專利技術中，利用兩個進口通道的交匯使擬混合的流體在進口緩沖腔中進行首次混合，然后在特殊設計的渦旋管中進行進一步地有效混合，大幅縮短了混合所需的時間，提高了混合效率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及微流體泵送與混合的微機械領域，尤其涉及一種壓電無閥微混合器。
技術介紹
微流芯片是MEMS研究的一個重要分支，可將傳統生化檢測過程的分離、加樣、混合、反應、檢測等功能在芯片上得以實現，微流芯片可以實現從納升到微升的流體流動的控制和驅動，可以實現微量液體流量的精確控制，已被廣泛應用于化學分析、疾病診斷、藥物篩選等許多領域；而微混合器是微流控芯片中的重要功能器件之一，由于尺度的縮小，微通道中流體表面積與體積的比值相當的大，液體的流速和雷諾數較低，常處于一種層流的狀態，使得微量液體的混合變得困難，人們對如何促進微通道中液體的混合做了大量的研究，依據有無外界動力源，微混合器大致可以分為被動式微混合器和主動式微混合器兩種，被動式微混合器是指不需要外部動力源，主要依賴于通道幾何形狀對流體進行混合，如開槽通道、流體分層流(在通道中加障礙物)，蛇形通道、誘發混沌對流等，例如Schonfeld等設計的新型的SAR微混合器；Str00Ck等利用在通道底部刻蝕交錯漁鼓形槽道制成了 SHM微混合器，除此之外還有SLM，SGM，CGM等通道結構。還有通過使通道在空間范圍內彎曲進行流體混合，如C型，Z型，彎弧管道，L型，T型，修改的tesla結構，扭曲管道等通道結構，主動式微混合器按作用原理分可分為電動力式、磁動力式、超聲波式、分支注入式、壓電式、磁致式、射流式、機械式等；例如Yang等研究的超聲制動微混合器的震動源來源于壓電陶瓷(PZT)7Frederic Bottausci小組研制了一種蜘蛛式微混合器等,被動式微混合器無需外部能量的輸入，混合效果穩定，便于集成在微流控系統中，但通道往往很長或體積很大，需要加工復雜的三維結構，且對于雷諾數特別低的流動，混合效果不佳、可控性差。現有的主動式混合器混合時間較被動式混合器短、可控性較好，但需要外部激勵或擾動、可靠性有待提高，針對現有微混合器存在的問題，本專利設計出同時含有主動和被動元素的壓電無閥微混合器，以提高混合效果大大縮短混合時間。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了提供一種能使流體混合更加充分、高效的壓電無閥微混合器，使混合的速度相對更快，混合的效果更好，在混合過程中對介質無損傷，適合針對涉及活體細胞或高分子物質的混合。本專利技術采用的技術方案是:壓電無閥微混合器由兩個泵進口通道、進口緩沖腔、進口渦旋管、壓電振子、上基體、泵體、由基體泵腔和泵體泵腔組成的泵腔、出口渦旋管、出口緩沖腔和一個泵出口通道組成，上基體上設有兩個泵進口通道、基體泵腔和一個泵出口通道，泵體上設有進口緩沖腔、進口渦旋管、泵體泵腔、出口渦旋管、出口緩沖腔；泵的兩進口通道在進口緩沖腔入口相交匯并與進口緩沖腔相通，進口緩沖腔與進口渦旋管相通，進口渦旋管與泵體泵腔相通，泵體泵腔與出口渦旋管，出口渦旋管與出口緩沖腔相通，出口緩沖腔與位于出口緩沖腔上方的泵出口通道相通；基體泵腔和泵體泵腔相通，共同組成了泵腔；壓電振子位于上基體的基體泵腔之上，本專利技術的結構如附圖1所示。所述的兩個泵進口通道與豎直方向的夾角為β/2，O5 < β ≤90=,相交連通，所述的泵進口通道的直徑分別為Cl1, djdi > d2)，其值與所需混合樣本的體積流量相關，所述的兩個泵進口通道的直徑平方之比等于各自通入泵進口通道的不同液體的體積流量之比。所述進口緩沖腔，出口緩沖腔，進口渦旋管，出口渦旋管以及泵體泵腔的高度均為b Cd2/2 < b < d2)。所述進口緩沖腔和出口緩沖腔為圓形，直徑為2 d2，高度為b。所述進口渦旋管或出口渦旋管為由連續對稱設置的三角體組成的特殊結構管道，所述進口渦旋管或出口渦旋管的最小寬度為D2,擴散角為Θ ,所述的進口渦旋管小端與進口緩沖腔和所述的出口渦旋管小端與泵體泵腔分別通過半徑為r的圓角連接，從圓角的切點處開始設置直角三角體；所述進口渦旋管或出口渦旋管的管邊Cf，其長度為LI，沿Cf方向，直角三角體的長直角底邊長度均為L2，三角體長直角底邊間的距離為L3，直角三角體的頂點同在一條線上，此直線與所述進口渦旋管或出口渦旋管的中心線的夾角為α/2，所述進口渦旋管或出口渦旋管的最小寬度端兩對稱三角體頂點距離為Dl，Dl小于等于三角體的短直角邊長度，渦旋管深度為b，渦旋管的結構尺寸參數如圖2所示，相關尺寸取值范圍如下:150ym < L2 < 750 μ m, IOym < L3 < 50 μ m, 10 μ m < Dl < 50 μ m, 50 μ m < D2 <250 μ m，20 Um < r < 100 μ m，IOOOum < LI < 5000 μ m。所述渦旋管的擴散角為Θ (1°彡Θ彡10° )。所述基體泵腔和泵體泵腔為圓形泵腔，直徑Φ為常規取值，小于壓電振子的彈性基底直徑，大于壓電振子的壓電陶瓷直徑，基體泵腔和泵體泵腔的高度之和h為常規取值。所述壓電振子由壓電陶瓷、彈性基底和電極層組成，壓電陶瓷通過粘結劑粘結在彈性基底上，壓電陶瓷上面設有電極層，所述粘結劑為導電環氧樹脂，所述彈性基底為黃銅(或其他彈性材料)，所述彈性基底的直徑比泵腔的直徑大I 2mm，所述壓電陶瓷的的直徑可以根據相關規定得到。本專利采用兩個與豎直方向有一定夾角β/2 (0s < β彡90s)的進口通道(如圖1中A-A圖所示)，并且這兩個進口通道相交于進口緩沖腔入口，傾斜的兩個進口圓柱形通道的直徑分別為屯，d2 Cd1 > d2);圖1的A-A圖為兩個等直徑的傾斜進口通道；如混合時要求兩種液體的劑量不同，可以根據劑量的要求調整進口通道直徑的大小，例如若需要兩種溶液體積流量之比為，則兩進口通道的直徑比值為、,.ζ:進口緩沖腔的高度為b ;兩種流體經進口通道流入進口緩沖腔便進行了第一次混合，之后流體進入進口渦旋管，此處我們采用在擴散管內增加三角體的方法促使流動產生對稱渦流，渦流的交匯流動促成了第二次混合的發生；計算證明，只要利用3 5對三角體結構的渦旋管即可獲得流體的高效混合，渦旋管的結構參數如圖2所示，流體流經進口渦旋管后便進入了泵腔，壓電振子的周期性振動使得被混合液體進行了第三次混合，最后在與出口緩沖腔相連的出口渦旋管中進行最后一次混合，本專利技術中由于兩傾斜相交的進口通道以及有利于渦流形成的進出口渦旋管和壓電振子的結合應用使得流體能夠進行高效充分混合，此壓電微混合器耗電量低、結構簡單、易加工制作且適合微小劑量流體的混合及輸送。附圖說明 圖1是本專利技術的結構示意 圖2是本專利技術的俯視 圖3是圖1的B-B剖面圖 圖4為圖2的A-A剖面 圖5為渦旋管的結構示意 圖6為壓電振子結構不意 圖7為本專利技術設計的無閥微混合器的工作原理圖。其中:1、進口通道 2、進口緩沖腔 3、進口渦旋管 4、壓電振子 5、基體泵腔6、出口通道7、上基體8、出口緩沖腔9、出口渦旋管10、泵體泵腔11、泵體。具體實施例方式如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本專利技術包括兩個泵進口通道1、進口緩沖腔2、進口渦旋管3、壓電振子4、上基體7、泵體11、泵腔(基體泵腔5和泵體泵腔10)、出口渦旋管9、出口緩沖腔8和一個泵出口通道6 ;上基體7與壓電振子4，泵體本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種壓電微混合器，由兩個泵進口通道、進口緩沖腔、進口渦旋管、壓電振子、上基體、泵體、由基體泵腔和泵體泵腔組成的泵腔、出口渦旋管、出口緩沖腔和一個泵出口通道組成，上基體上設有兩個泵進口通道、基體泵腔和一個泵出口通道，泵體上設有進口緩沖腔、進口渦旋管、泵體泵腔、出口渦旋管、出口緩沖腔；泵的兩進口通道在進口緩沖腔入口相交匯并與進口緩沖腔相通，進口緩沖腔與進口渦旋管相通，進口渦旋管與泵體泵腔相通，泵體泵腔與出口渦旋管，出口渦旋管與出口緩沖腔相通，出口緩沖腔與位于出口緩沖腔上方的泵出口通道相通；基體泵腔和泵體泵腔相通，共同組成了泵腔；壓電振子位于上基體的基體泵腔之上，其特征在于：所述進口渦旋管或出口渦旋管為由連續對稱設置的三角體組成的特殊結構管道。

【技術特征摘要】
1.一種壓電微混合器，由兩個泵進口通道、進口緩沖腔、進口渦旋管、壓電振子、上基體、泵體、由基體泵腔和泵體泵腔組成的泵腔、出口渦旋管、出口緩沖腔和一個泵出口通道組成，上基體上設有兩個泵進口通道、基體泵腔和一個泵出口通道，泵體上設有進口緩沖腔、進口渦旋管、泵體泵腔、出口渦旋管、出口緩沖腔；泵的兩進口通道在進口緩沖腔入口相交匯并與進口緩沖腔相通，進口緩沖腔與進口渦旋管相通，進口渦旋管與泵體泵腔相通，泵體泵腔與出口渦旋管，出口渦旋管與出口緩沖腔相通，出口緩沖腔與位于出口緩沖腔上方的泵出口通道相通；基體泵腔和泵體泵腔相通，共同組成了泵腔；壓電振子位于上基體的基體泵腔之上，其特征在于:所述進口渦旋管或出口渦旋管為由連續對稱設置的三角體組成的特殊結構管道。2.如權利要求1所述的一種壓電微混合器，其特征在于:所述三角體為3 5對。3.如權利要求1所述的一種壓電微混合器，其特征在于:所述進口渦旋管或出口渦旋管的最小寬度為D2，擴散角為Θ，所述的進口渦旋管小端與進口緩沖腔和所述的出口渦旋管小端與泵體泵腔分別通過半徑為r的圓角連接，從圓角的切點處開始設置直角三角體；所述進口渦旋管或出口渦旋管的管邊Cf，其長度為LI，沿Cf方向，直角三角體的長直角底邊長度均為L2，三角體長直角底邊間的距離為L3，直角三角體的頂點同在一條線上，此直線與所述進口渦旋管或出口渦旋管的中心線的夾角為α /2,所述進口渦旋管或出口渦旋管的最小寬度端兩對稱三角體頂點距離為Dl，Dl...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何秀華，鄧志丹，韋丹丹，蔡盛川，禚洪彩，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：