[发明专利]一种基于表面声波微流控的气泡生成装置及方法

权利要求书

1.一种基于表面声波的微流控气泡生成装置，包括压电基底(1)，其特征在于：压电基底(1)上制作有两个以上的弧形电极对，压电基底(1)上部键合有PDMS微流道系统，PDMS微流道系统包括两个以上的微气泡生成流道阵列，弧形电极对与PDMS微流道系统配合；

所述的PDMS微流道系统包括两组T型微气泡生成流道阵列，其中第一组T型微气泡生成流道阵列包括第一气相通道(2)、第一液相通道(3)、第二液相通道(5)和第二气相通道(7)，第一气相通道(2)的入口端与第二气相通道(7)入口端交汇后与气相入口接头(15)连接，第一气相通道(2)的出口端与第一液相通道(3)的中部连通；第一液相通道(3)的入口端与第二液相通道(5)的入口端交汇后与液相入口接头(6)连接，第一液相通道(3)的出口端与第一气泡收集接头(17)连接；第二气相通道(7)的出口端与第二液相通道(5)的中部连通，第二液相通道(5)的出口端与第二气泡收集接头(16)连接；

第二组T型微气泡生成流道阵列包括第三气相通道(8)、第三液相通道(9)、第四液相通道(11)和第四气相通道(12)，第三气相通道(8)的入口端与第四气相通道(12)入口端交汇后与气相入口接头(15)连接，第三气相通道(8)的出口端与第三液相通道(9)的中部连通，第三液相通道(9)的入口端与第四液相通道(11)的入口端交汇后与液相入口接头(6)连接，第三液相通道(9)的出口端与第三气泡收集接头(14)连接；第四气相通道(12)的出口端和第四液相通道(11)的中部连通，第四液相通道(11)的出口端与第四气泡收集接头(13)连接；

所述的弧形电极对包括第一弧形叉指电极对(4)、第二对弧形叉指电极对(10)，每个弧形叉指电极对由两个弧形叉指电极组成，弧形叉指电极包括若干对叉指，弧形角度呈60°；

所述的PDMS微流道系统与第一弧形叉指电极对(4)、第二对弧形叉指电极对(10)之间的相对位置为：第一弧形叉指电极对(4)与第一气相通道(2)、第一液相通道(3)的连通口的对称中心线重合，第一弧形叉指电极对(4)上左边的弧形叉指电极的汇聚中心在靠近第一液相通道(3)一侧的流道壁上，第一弧形叉指电极对(4)上右边的弧形叉指电极的汇聚中心在靠近第二液相通道(5)一侧的流道壁上；第二弧形叉指电极对(10)与第三气相通道(8)、第三液相通道(9)的连通口的对称中心线重合，第二弧形叉指电极对(10)上右边的弧形叉指电极的汇聚中心在靠近第三液相通道(9)一侧的流道壁上，第二弧形叉指电极对(10)上右边的弧形叉指电极的汇聚中心在靠近第四液相通道(11)一侧的流道壁上。

2.根据权利要求1所述的一种基于表面声波的微流控气泡生成装置，其特征在于：所述的第一弧形叉指电极对(4)、第二对弧形叉指电极对(10)中的每个弧形叉指电极包括15对叉指，指条宽度为25微米，弧形角度为60°。

3.根据权利要求1所述的一种基于表面声波的微流控气泡生成装置，其特征在于：所述的PDMS微流道系统中通道的高度均为80微米，通道不同部位的宽度值不同，第一气相通道(2)、第二气相通道(7)、第三气相通道(8)和第四气相通道(12)的宽度均为30um，为一条圆弧形流道；第一液相通道(3)、第二液相通道(5)、第三液相通道(9)和第四液相通道(11)的宽度100um，为一条直流道。

4.根据权利要求1所述的一种基于表面声波的微流控气泡生成装置，其特征在于：所述的压电基底(1)材料为双面抛光128°Y铌酸锂。

5.根据权利要求1所述的一种基于表面声波的微流控气泡生成装置，其特征在于：所述的第一弧形叉指电极对(4)、第二对弧形叉指电极对(10)采用50纳米底层铬和200纳米上层金的双层结构。

6.根据权利要求1所述的一种基于表面声波微流控气泡生成装置的使用方法，包括以下步骤：

1)将基于表面声波微流控的气泡生成装置固定在显微镜的载物台上，通过物镜观察确保PDMS微流道系统中的两组T型微气泡生成流道阵列，处于显微镜视场内并且无倾斜；

2)将气相入口接头(15)、液相入口接头(6)通过特氟龙导管分别与氮气压力注射泵上的气相储液瓶、液相储液瓶连接，第一气泡收集接头(17)、第二气泡收集接头(16)、第三气泡收集接头(14)和第四气泡收集接头(13)通过特氟龙导管与气泡收集容器相连接；

3)将信号发生器的输出信号的正负两极分别与第一弧形叉指电极对(4)、第二对弧形叉指电极对(10)的两极相连接，调节信号发生器的输出信号为正弦连续输出，频率为39.96MHz，电压幅值为25-40Vpp；

4)开启注射泵，气相入口接头(15)、液相入口接头(6)分别设定相应的流速，在T型微气泡生成流道阵列稳定生成气泡；

5)然后按下信号发生器“输出”按钮，压电基底(1)上产生汇聚声表面波，声表面波作用于气泡生成位置，使气相液相交汇处的气泡生成区域的两相流界面处的压强分布发生变化，从而实现对气泡大小的调控。