CN202082073U - 一种压电微流体混合器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种压电微流体混合器，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，变形混合管的变形部分由七个管道连通组成，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，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；两种待混合的流体经过进口流入左侧的变形混合管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，同时实现泵送和混合。
Description
技术领域
本实用新型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
本实用新型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。
本实用新型采用的技术方案是：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。
本实用新型的有益效果是：
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为本实用新型结构的主视剖视图；
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，本实用新型具有泵体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。
如图3，变形混合管6两端是非变形部分，中间连通变形部分。两泵进口2与泵腔7之间的变形混合管6左端的非变形部分具有第一、第二混合管进口8、9，该第一、第二混合管进口8、9分别与两泵进口2连通、右端的非变形部分与泵腔7连通。泵出口4与泵腔7之间的变形混合管6左端非变形部分连通泵腔7、其右端的非变形部分具有混合管出口10，混合管出口10与泵出口4连通。第一、第二混合管进口8、9分别为待混合的两种液体的进口。
如图4所示，变形混合管6的变形部分由第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七管道61、62、63、64、65、66、67连通组成。其中，第一管道61与第五管道65是直管道，截面均是正方形，两者的中心线在同一直线上，第一管道61与第五管道65分别连通变形混合管6两端的非变形部分，第三管道63也是直管道，与第一、第三管道61、63平行。半圆形第二管道62和锥形第七管道67并接在第一管道61右端与第三管道63左端之间，半圆形第二管道62与第三管道63左端相切。锥形第七管道67的大端连接第一、第二管道61、62，锥形第七管道67的小端连接于第三管道63的侧部。锥形第七管道67投射在第三管道63上的水平投射长度
，锥形第七管道67投射在第二管道62上的垂直投射高度是
=130
。锥形第七管道67小端的正方形截面边长是。半圆形第六管道66和锥形第四管道64并接在第五管道65左端与第三管道63右端之间，锥形第四管道64的大端分别连接第三管道63右端和第六管道66，锥形第四管道64的小端连接于第五管道65的侧壁。半圆形第六管道66与第三管道63右端相切。锥形第四管道64的大端距离第七管道67小端的距离是
。第一管道61、第三管道63、第五管道65的截面均为边长相同的正方形，其边长均是
=130
。第二管道62的截面也是正方形，其边长
=130，与
相同。第六管道66几何结构尺寸与第二管道62相同，第七管道67的几何结构尺寸与第四管道64相同。
如图5所示，压电振子3为圆形复合型结构，包括压电陶瓷11、电极层12、黏结剂13和弹性基底14，弹性基底14材料为黄铜，弹性基底14以周边固定，位于上基体1上部的正中位置。弹性基底14上部有压电陶瓷11，在压电陶瓷11与弹性基底14之间是一层黏结剂13，黏结剂13为导电环氧树脂制作，通过黏结剂13将压电陶瓷11与弹性基底14固定黏结在一起。在压电陶瓷11上面设有一层很薄的电极层12。压电陶瓷11半径R1为1130
，弹性基底14半径R2为1500
。
压电振子3是本实用新型的驱动元件，采用50V或130V正弦交流电压，频率为130Hz，振动模式采用径向伸缩振动。
本实用新型工作时，两个泵进口2作为两种不同流体的进口，流体经过变形混合管6及泵腔7后即可实现混合，泵出口4作为混合物的出口。在压电振子3两端加载交变电压，压电振子3会产生弯曲变形并随着电压频率上下振动，该振动带动泵腔7内流体运动，可将压电振子3的运动分为向上位移和向下位移运动，则泵腔7内流动过程相对就分为吸入过程和排出过程。当压电振子3向上运动时，泵腔7容积增大，流体经泵腔7两侧的变形混合管6流入泵腔7，这时，微混合器处于吸入状态；相反，当压电振子3向下运动，流体经泵腔7两侧的变形混合管6流出泵腔7，微混合器处于泵出状态。两变形混合管6相当于扩散管和收缩管，当处于吸入状态时，由于泵进口2（图2的左侧）的流阻比泵出口4（图2的右侧）流阻小，从泵进口2流入的流体较泵出口4多，而当其处于泵出状态时，由于泵进口2的流阻比泵出口4大，泵出口4流出的流体较泵进口2多，所以微混合器呈现出流体从泵进口2流入，从泵出口4流出。
Claims (3)
1.一种压电微流体混合器，具有泵体（5）及其上部的上基体（1），上基体（1）上有两泵进口（2）、一个泵出口（4）及一个泵腔（7），泵腔（7）位于上基体（1）正中间，两泵进口（2）和泵出口（4）分别位于泵腔（7）两侧；泵体（5）上有进口腔和出口腔，进口腔与两泵进口（2）连通，出口腔与泵出口（4）连通，泵腔（7）正上方且位于上基体（1）上设有压电振子（3），其特征是：在两泵进口（2）与泵腔（7）之间、泵出口（4）与泵腔（7）之间均连通一个变形混合管（6），变形混合管（6）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（61、62、63、64、65、66、67）连通组成，第一管道（61）与第五管道（65）分别连通变形混合管（6）两端的非变形部分且两者中心线在同一直线上，第三管道（63）与第一、第三管道（61、63）平行，第一管道（61）右端与第三管道（63）左端之间连接并联的半圆形第二管道（62）和锥形第七管道（67），半圆形第二管道（62）与第三管道（63）左端相切，锥形第七管道（67）大端连接第一、第二管道（61、62）、小端连接于第三管道（63）侧部；第五管道（65）左端与第三管道（63）右端之间连接并联的半圆形第六管道（66）和锥形第四管道（64），锥形第四管道（64）大端分别连接第三管道（63）右端和第六管道（66）、小端连接于第五管道（65）侧壁；半圆形第六管道（66）与第三管道（63）右端相切；第六管道（66）几何结构尺寸与第二管道（62）相同，第七管道（67）的几何结构尺寸与第四管道（64）相同。
2. 根据权利要求1所述的一种压电微流体混合器，其特征是：第一、第三、第五管道（61、63、65）是直管道，截面均是边长为130 的正方形；锥形第七管道（67）投射在第三管道（63）上的水平投射长度
、投射在第二管道（62）上的垂直投射高度是=130
；锥形第七管道（67）小端截面是边长
的正方形，锥形第四管道（64）大端距离第七管道（67）小端长
。
3.根据权利要求1所述的一种压电微流体混合器，其特征是：压电振子（3）为圆形复合型结构，包括压电陶瓷（11）、电极层（12）、黏结剂（13）和弹性基底（14），弹性基底（14）位于上基体（1）上部正中位置；弹性基底（14）上部有压电陶瓷（11），在压电陶瓷（11）与弹性基底（14）之间是一层黏结剂（13），压电陶瓷（11）上面设有一层电极层（12）；压电陶瓷（11）半径为1130
，弹性基底（14）半径为1500
；泵腔（7）半径为1500
、高度为130
。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20111221 Effective date of abandoning: 20130417 |
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| RGAV | Abandon patent right to avoid regrant |