[发明专利]一种微流体驱动与混合结构及其使用方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种基于梳状电极的微流体驱动与混合结构及其使用方法，属于微机械电子系统(MEMS)中微流体驱动与混合技术领域。

背景技术：

由于微管道中的流体运动为显著的层流运动，使得微管道中的流体混和技术成为微型生物化学分析仪器的关键技术。现有的微流体混和方法可以分为两类：采用复杂通道结构产生无序混流的被动式混和方法；改变压力、电场等外部条件提高流体混和效率的主动式混和方法。

主动式混合方法是采用外部机械或电磁力干扰流体的层流状态，以提高微流体的混和效果。M.Mpholoa和A.B.D.Brownb等人设计了不对称电极结构，使用聚四氟乙烯(PTFE)作为微管道基体材料，用机械的方法将PTFE夹在两片玻璃盖片中间形成微管道；在微管道底部设计出宽带电极和窄带电极间隔排列，采用交流静电力驱动，实现微管道中的流体驱动。这种方式在实现微流体驱动的同时，可以部分实现微管道中的流体混合。存在的问题是，(1)该结构无法对微流体的混合效果进行主动控制，混合效率低；(2)受到聚四氟乙烯(PTFE)材料的限制，无法实现微流体管道的微型化和批量化制作。

发明内容：

本发明的目的是解决上述主动式微流体混合技术中存在的如下问题：(1)微流体混合效率低，无法实现混合效率的主动控制；(2)机械夹持的方法无法满足微流体器件的微型化制作、制作工艺复杂、微流控芯片的集成度低。

参阅图1至图3，本发明提出一种微流体驱动与混合结构，为一种依次包括上盖片1、上盖片1上的梳状结构电极对、微管道基体9、下盖片4上的梳状结构电极对和下盖片4的夹层结构；上盖片1上相隔排列着若干宽带电极I 2和等个数的窄带电极I 3，所有宽带电极I2连接在一起形成梳状结构并接到电极端I 7，所有窄带电极I 3连接在一起形成梳状结构并接到电极端II 8，每一对相邻的宽带电极I 2和窄带电极I 3组成一组电极对，电极对顺序排列形成上盖片1上的梳状结构电极对；

下盖片4上相隔排列着若干宽带电极II 5和等个数的窄带电极II 6，所有宽带电极II 5连接在一起形成梳状结构并接到电极端III 9，所有窄带电极II 6连接在一起形成梳状结构并接到电极端IV 10，每一对相邻的宽带电极II 5和窄带电极II 6组成一组电极对，电极对顺序排列形成下盖片4上的梳状结构电极对。

上盖片1上的电极对排列与下盖片4上的电极对排列顺序相反，即上盖片电极对排列顺序为窄带电极-宽带电极，则下盖片电极对排列顺序为宽带电极-窄带电极。或者，上盖片电极对排列顺序为宽带电极-窄带电极，则下盖片电极对排列顺序为窄带电极-宽带电极。

上盖片1材料为硅或者玻璃，下盖片4为玻璃或者硅片，两种材料其中至少有一种材料为透明介质，微管道基体9材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，PDMS与上盖片1和下盖片4键合在一起，上盖片1和下盖片4上的电极由铂金等导电性能好的金属材料制成。

本发明提出的微流体驱动与混合结构使用方法如下：

1.将电极端I 7和电极端II 8分别接到第一个交流电源的两极上，给其施加频率和幅值可调节的交流电源I；将电极端III 9和电极端IV 10分别接到第二个交流电源的两极上，给其施加频率和幅值可调节的交流电源II；

2.开启交流电源I，使微管道中的流体从微管道一端向微管道另一端运动，开启交流电源II，使微管道中的流体运动与开启交流电源I时方向相反。根据需要开启交流电源I或者交流电源II，将需要混合的微流体驱动到电极对所在的微管道区域。

3.同时开启交流电源I和交流电源II，施加相同的电源频率和电压，使微流体在电极对所在的微管道区域内被混合。

4.根据微流体混合程度的要求以及微管道内微流体的性质不同，控制步骤3中的持续时间、电源频率和电压幅值，使得管道中的微流体被充分混合。

5.根据微流体的运动方向要求，关闭交流电源I或者交流电源II，利用交流电源II或者交流电源I将经过混合的微流体驱动出电极对所在的微管道区域。

本发明的有益效果是：通过在微管道内制作两组电极对排列方向相反的梳状电极结构，在外加交变电场作用下，可以控制微管道中微流体的混合过程，提高了微流体的混合效率；另外，微管道基体材料采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)，使用玻璃或者硅片为上下盖片，容易实现微流体混合芯片的集成化和批量化制作。

附图说明：

图1基于梳状电极的微流体驱动与混合结构

图2图1的A-A视图

图3梳状电极结构示意图