[发明专利]一种合成射流无阀压电微混合器

说明书

技术领域

本发明涉及微流体机械中的微流体混合器，具体是指一种可对微量流体进行混合、流动方向可控制的无阀压电微混合器。

背景技术

  微流体系统以独特的几何特性、流动特性和传递特性决定了其优越性有：反应体积小、转化效率高、反应物耗费低、安全性能高等，因而在生化分析、药物传递、核酸排序、纳米技术及化学反应动力学等领域应用越来越深入。微流体系统包括微反应器、微混合器、微阀、微泵、微热交换器、微感应器等，其中的微混合器可以用作生物化学分析仪器的微传感器以及用于生物芯片和微量化学分析与检测系统中的不同检体及不同试剂之间的混合、用于药物的快速混合和微量注射，还可应用于传统的化学工程及生物化学的反应过程，替代现有的反应器从而提高反应速度，减小设备体积和降低成本。

    根据有无外界动力源，微混合器通常被分为主动微混合器和被动微混合器两种，被动微混合器通常采用具有复杂几何结构的通道来形成混沌流，以增强流体间的分子扩散和对流，从而增加其有效接触面积，提高流体的混合效率，被动式微混合器主要有层流式、交叉分液汇合式、注入式、混沌对流式等，其缺点是加工难度大、混合效率低、混合可控性差；主动微混合器需要外部能量诱发进行混合，包括微搅拌、压力扰动、声波扰动、电流体动力及磁流体动力驱动等，主动微混合方式具有混合效率高、混合时间短、混合可控性高的优点，但在众多基于不同混合机理的主动微混合器中仍存在如工作电压高、对混合液体有介电性或可极化要求，工作中发热、结构及制作工艺复杂、不易集成化等诸多问题。

微流体混合是指两股或多股流体在微小的通道内通过控制液层厚度或将一股流体分散到另一股流体中所实现的微尺度混合。在微尺度下实现微流体的快速有效混合是困难的，因为在微流体系统中，其特征尺寸在1μm～1mm之间，器件的压力受到限制，流体流速缓慢，一般雷诺数小于100，难以形成湍流，流体间主要通过分子的扩散作用进行混合，需要很长的距离和时间才能混合均匀，特别在处理包含大分子的试剂时，实现完全混合将变得困难，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。中国专利公开号为CN 102145265 A的专利文献公开了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，两种待混合的流体经过进口进入左侧的变形混合管初步混合后进入泵腔中混合，再经过右侧的混合管从出口流出，实现混合和泵送，但由于变形混合管由直管道、半圆形管道和锥形管道七个管道连通组成，结构复杂，加工困难；在泵送过程中流过半圆形管道（锥形管道）的流体很少且所受阻力较大，流体主要在锥形管道（半圆形管道）中流动，难以形成较强的对流，混合效果较差，混合效率低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有主动式微混合器中存在的不足而提出的一种合成射流无阀压电微混合器，它主要是针对现有微混合器所存在的问题如混合效率低、混合可控性及混合效果差而提出的能够提高微尺度下流体的混合效果和速率、有效缩短混合长度、在混合的同时达到泵送混合流体的合成射流无法压电微混合器，同时具有结构简单、加工方便、成本低、体积小、易于集成化和微型化等优点。

 本发明采用的技术方案是：包括键合在一起的泵盖和泵体，第一压电振子固定于泵盖的正上方，泵盖的左部分上设有两个泵进口、正中间设有泵腔的上半部分、右部分设有泵出口，泵体的上部分设有结构相同、同轴布置、相对于泵腔左右对称的进口混合流道和出口混合流道、两个结构相同且相对于所述混合流道的中心线前后对称布置的进口缓冲腔、一个出口缓冲腔和泵腔的下半部分，泵体下部分设有两个结构相同、中心轴线与所述混合流道的中心轴线相垂直的、相对于泵腔左右对称的两个合成射流腔以及两个结构相同的合成射流流道；泵腔的圆心和出口缓冲腔的圆心在同一直线上且与所述混合流道的中心轴线重合；进口混合流道和出口混合流道均是由两个分流流道和一个汇流流道组成Y型混合流道；两个合成射流腔上部是与其连通的对应的合成射流流道，第二、第三压电振子各固设在两个合成射流腔的正下方；泵进口与对应的进口缓冲腔连通，两个合成射流腔和对应的进口混合流道和出口混合流道相通，第一压电振子两端加载交变电压信号，第二、第三压电振子上施加的交变电压电压频率大于或等于第一压电振子的电压频率。