[发明专利]一种基于声表面波的Y型主动式微混合器

说明书

本发明公开了一种基于声表面波的Y型主动式微混合器，该微混合器为一种由叉指换能器和Y型通道微混合器共同组成的溶液高效混合的主动式微混合器，属于生物芯片和微全分析系统中液体微混合以及声表面波器件技术领域。该微混合器包括一片压电基底、两个交错排布的弧形叉指电极和一个Y型微混合器通道。叉指换能器激励产生聚焦的高强度声表面波，经过LiNbO₃压电基底传播到Y型微通道中。声表面波以声流力的形式作用到流体内，形成一定的扰动及旋涡，延长了流体在混合器中的流动路径，使溶液扩散效应明显提升，显著增强了微混合器的混合性能。

技术领域

本发明属于生物芯片和微全分析系统中液体微混合以及声表面波器件技术领域，技术涉及一种由叉指换能器和Y型通道微混合器共同组成的溶液高效混合的主动式微混合器。

背景技术

声表面波(SAW)技术是一种集成了声学、电子学、材料学等多学科相互交叉的领域。声表面波具有频率高、传播速度低、波长短的特点，目前广泛应用于传感器、滤波器和振荡器等方面。声表面波主要通过叉指换能器激励产生，叉指换能器由压电基底和沉积在表面的金属叉指电极(interdigital transducers，IDTs)两部分组成。当叉指换能器上施加一定频率的交流电时，压电基底会在电场的作用下因电荷中心的偏移而产生周期性的形变，以弹性波的形式在基底表面沿垂直于电极的方向传播出去，形成声表面波。

微流控是在尺寸为几至几百微米的通道内操纵纳升至皮升体积(10^-9～10^-12L)样品的系统科学和技术，具有所需样品体积小、效率高、成本低、易于集成的优点，广泛应用于细胞培养、药物检测、细胞捕获和疾病检测等众多领域中，有着广阔的应用前景。微混合器是微流控技术中实现微量体积流体快速高效混合的重要前处理装置。微尺度流动的典型特征是流动的Re非常低，大都处于层流区，分层不掺混的流动造成了混合困难。在宏观领域里，有足够的空间可供利用，借助湍流流动是获得充分混合的主要手段，而微尺度下的层流特性极大地限制了传统混合技术的混合性能。在微尺度下实现溶液快速高效的混合具有重要的应用价值。微混合器根据有无外界能量驱动分为主动式和被动式两种。相比于被动式微混合器，主动式微混合器由于有外界能量的输入，在低入口流量的条件下混合性能明显优于被动式，可实现溶液样品的充分混合。根据外界输入能量的不同，主动式微混合器分为多种类型，其中声表面波驱动流体混合技术是一种新型促混的方式。

声波与流体介质之间独特的相互作用促使声表面波与微流控技术良好结合，为微混合领域提供了一种新的方式。叉指换能器可以将电信号转换成声表面波经压电基底传播到微流控芯片中，以声流力的形式作用到流体中，流体在声流力的作用下会产生扰动及旋涡，会加速溶液的混合，显著提升微混合器的混合强度，以达到在低Re下样本溶液快速高效混合的目的。

不同叉指换能器的结构尺寸及输入电压可以产生不同频率、不同波长和不同振幅的声表面波，最终作用到通道中流体的声流力也会不同，优化叉指换能器的结构尺寸对于提升微混合器混合性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种叉指换能器与Y型微混合器通道相结合的主动式微混合器，可使样本溶液在低Re下实现快速高效混合。

本发明采用的技术方案为一种弧形电极叉指换能器和Y型通道相结合的基于声表面波的主动式微混合器。包括一片压电基底、两个交错排布的弧形叉指电极和一个Y型微混合器通道。该主动式微混合器通过低传播损耗、高机电耦合系数的弧形叉指换能器将声表面波传播到Y型通道中，利用声流力实现溶液的充分混合。