[发明专利]一种柔性主动式微混合器件集成系统及制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性主动式微混合器件集成系统及制备方法，其中柔性主动式微混合器件包括微流道腔体、保护层、微型加热器和微型温度传感器、磁性体和柔性基底，保护层覆在柔性基底上，微型加热器和微型温度传感器、磁性体集成于柔性基底，微流道腔体与保护层、微型加热器和微型温度传感器、磁性体和柔性基底组合成的柔性衬底键合在一起；微流道腔体的内部流道中混入流体，在磁场激励下，磁性体产生周期性的高频率微振动而带动柔性衬底周期性运动，从而将流体混合，本发明能够适用于单相流混合和多相流混合及其反应等，具有混合效率高，无污染的优点，其易于与其他柔性器件集成，力学性能好，混合效果好。

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域，具体而言，涉及一种柔性主动式微混合器件集成系统及制备方法，包括柔性主动式微混合器件、基于柔性主动式微混合器件的微混合系统以及制备方法。

背景技术

微机电系统技术(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)代表着一种新的制造技术和新型的器件与产品。MEMS技术学科交叉性强，应用非常广泛。MEMS器件具有微型化、集成化和智能化的特点。微混合器作为微机电系统的一个分支，微流体混合器有着集成化和大批量生产的特点，同时由于尺寸的缩小，可减小降低流动系统中的能耗和试剂及试样用量，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、核酸测序及分析、环境监测等领域有着广泛的应用前景。微量流体控制与相关的微流体运动及混合技术的研究一直是MEMS研究的一个重点。微混合器的作用主要是为了促进分子之间的相对运动，加强相互作用效果，从而提高反应效率。样品之间的充分混合是样品检测的基础，提高微混合器的混合效率，不仅能减少样品用量，而且对样品检测结果也会产生积极的影响。

为了增强微混合器的混合效果，根据是否需要提供外部能量设计了被动式微混合器和主动式微混合器。被动式混合是通过设计微通道或者微腔体的各种结构，进而改变通道内流体的流动状态，使流体产生自我扰动与相互交叉穿透，从而减小溶液的混合距离和增加流体间接触面积。主动式微混合器是依靠电场，磁场，机械搅拌等外部能量扰动腔体或者通道内的流体流动，使其中流体发生紊乱，改善混合效果。被动微混合器主要依靠改变混合器中微型管道的几何形状等方法来增强微流体的分子扩散和对流，从而增加微流体的有效接触，提高液体的混合效率。因此一般的被动微混合器的形状比较复杂，增加了加工的难度。而目前主动微混合器存在的问题主要有：要么对混合的液体有要求，必须是可导电的或可极化的；要么要求混合器有内部可动件(如微泵或微阀)，或者有嵌入式功率电路，这使得其应用领域受到很大的限制。

微混合器件在实验研究中，经常需要精确的温度控制。温度控制可由微加热器或者微传感器实现。通常，微混合器件的加热器制作在玻璃基板上，并由PDMS微流控通道组装而成。但这样无法实现微混合器的柔性集成。还有研究将导电材料(如炭黑粉末或银纳米线等)与PDMS预聚体混合，从而产生出导电的PDMS。但是这种方法会对PDMS产生不可避免的化学污染。针对上述问题，有必要研究一种新型的微混合器件来解决这些问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性主动式微混合器件集成系统及制备方法，其能够适用于固体-液体混合，液体-液体混合，气体-液体混合以及气体-固体混合等，具有混合效率高，无污染的优点，其易于与其他柔性器件集成，力学性能好，混合效果好。

本发明的实施例是这样实现的：

一种柔性主动式微混合器件，其包括微流道腔体、保护层、微型加热器和微型温度传感器、磁性体、柔性基底，微流道腔体为柔性材料制成的带有内部流道的腔体，且微流道腔体两端通过内部流道连通，柔性基底由柔性材料制成，柔性基底的顶部嵌入集成有微型加热器和微型温度传感器，嵌入后覆有保护层，微流道腔体连接至柔性基底的顶部，使得微型加热器和微型温度传感器分别对内部流道进行加热和监测，磁性体嵌入式集成在柔性基底的底部，以在磁场的激励下产生高频率微振动而带动柔性基底振动，从而将位于微流道腔体的内部流道中的流体混合；保护层、微型加热器和微型温度传感器、磁性体和柔性基底整体组合为柔性主动式微混合器件的柔性衬底。