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    重庆时时彩才能稳赚: 一种微流体混合工艺及混合装置.pdf

    关 键 词:
    一种 流体 混合 工艺 装置
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    摘要
    申请专利号:

    CN201510924997.4

    申请日:

    2015.12.14

    公开号:

    CN105363377A

    公开日:

    2016.03.02

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):B01F 13/00申请日:20151214|||公开
    IPC分类号: B01F13/00; B01L3/00 主分类号: B01F13/00
    申请人: 沈阳理工大学
    发明人: 刘凤丽; 郝永平
    地址: 110159辽宁省沈阳市浑南新区南屏中路6号
    优先权:
    专利代理机构: 沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙)21234 代理人: 吕敏
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510924997.4

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.09.15|||2016.03.02

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种微流体混合工艺及混合装置,属于微流体技术领域。采用磁性复合UVPDMS材料快速加工出垂直于载玻片上的混合器,然后利用键合工艺将混合器倒置于微流控芯片的反应腔内,形成整体混合微流控芯片,采用电磁铁驱动整体混合微流控芯片实现微流体混合。本发明采用单独加工混合器的方法,利用键合技术将其倒置于微流控芯片反应腔之上,实现从上至下的液体混合。单独加工微混合器不受反应腔内尺寸的限制,简化了工艺流程,键合技术也较为成熟和简单,成本得到降低。

    权利要求书

    1.一种微流体混合工艺,其特征在于:采用磁性UVPDMS材料加工
    垂直于载玻片上的纤毛混合器,然后利用键合工艺将混合器倒置于微
    流控芯片的反应腔内,形成整体混合微流控芯片,采用电磁铁驱动整
    体混合微流控芯片实现微流体混合;所述混合器的制作工艺,包括如
    下步骤:
    (1)在载玻片上固定牺牲层沉积腔,将蜡加热融化后沉积在沉
    积腔内构成牺牲层;
    (2)在蜡尚未完全硬化前,采用螺口塑钢针头在牺牲层扎1个直
    径为φ520μm-φ820μm的通孔;
    (3)将UVPDMS材料和微米级铁粉充分混合后装入医用注射器针
    管内,并在注射器末端安装比通孔直径小的外径为φ420μm-φ720μm的
    螺口塑钢针头;
    (4)检测材料是否顺畅挤出:若不能流畅挤出,检测材料是否
    混合均匀或者针头是否有堵塞的现象,再次重新调匀材料或调整针头
    直至材料能从针头顺畅挤出;
    (5)在挤出测试结束后,牺牲层固定在载玻片上,将针管固定
    在具有升降功能的升降台上;通过遮光板遮挡针管和针头部位,露出
    针头末端到牺牲层之间部分,反应腔斜上方放置紫外光源,采用微泵
    将注射器内的复合材料注入通孔,每次挤出0.5mm的高度后提升针管
    停顿5-10分钟,使挤出的材料在紫外光的照射下产生固化;
    (6)材料固化结束后,降低针管重新将针头探入通孔重复挤出、
    曝光、停顿的过程,直至填充满整个通孔,去除牺牲层后即得到垂直
    立于载玻片上的混合器。
    2.根据权利要求1所述微流体混合工艺,其特征在于:所述牺牲
    层沉积腔面积为6x6mm,厚度为3-5mm,所述牺牲层的厚度为3-5mm。
    3.根据权利要求1所述微流体混合工艺,其特征在于:所述磁性
    复合UVPDMS材料由UVPDMS材料掺杂微米级铁粉构成,UVPDMS材料和固
    化剂的配比为1:1,铁粉采用直径小于5μm的微米级铁粉,铁粉掺杂
    量占总的混合物比重为35%w/w-45%w/w。
    4.根据权利要求1所述微流体混合工艺,其特征在于:所述键合
    工艺是采用键合机将载有混合器的载玻片倒置并键合于微流控芯片
    的顶部,混合器置于微流控芯片的反应腔内。
    5.一种用于权利要求1所述微流体混合工艺的混合装置,其特征
    在于:包括微流控芯片、电磁铁、载玻片及混合器,所述混合器为磁
    性复合UVPDMS材料制成的固定在载玻片上的1个柱形结构,带有混合
    器的载玻片倒置于微流控芯片上方,键合于微流控芯片顶部,载玻片
    上的混合器置于微流控芯片的反应腔内,形成整体混合微流控芯片,
    整体混合微流控芯片置于电磁铁顶部边缘。
    6.根据权利要求5所述微流体混合工艺的混合装置,其特征在
    于:所述磁性复合UVPDMS材料由UVPDMS材料掺杂微米级铁粉构成,
    UVPDMS材料和固化剂的配比为1:1,铁粉掺杂量占总的混合物比重为
    35%w/w-45%w/w。

    说明书

    一种微流体混合工艺及混合装置

    技术领域

    本发明属于微流体技术领域,特别是涉及一种微流体混合工艺及混合装
    置。

    背景技术

    现有的微流控芯片反应腔内的主动式混合器都是立于腔底,从下至上混合
    液体。现有的工艺方法有的是采用在反应腔底扎孔填充材料,但该方法容易产
    生液体的泄露;或采用光刻技术,在加工微流控芯片的同时,在反应腔底部直
    接加工出微米级混合器,但由于尺寸的限制该方法较难实现。常规的PDMS材料
    在常温下需要48小时才能固化,UVPDMS材料可以实现短时间内固化。

    发明内容

    针对上述存在的技术问题,本发明提供一种微流体混合工艺及混合装置,
    它在单独加工微混合器时,不受反应腔内尺寸的限制,简化了工艺流程,利用
    UVPDMS在紫外光照射下能够迅速固化的特点,在较短时间内能够加工出长度为
    3-5mm,直径为φ520μm-φ820μm的纤毛混合器,缩短了加工的时间,降低了制作
    成本;在微流控芯片的反应腔内能够实现从上至下的液体混合。

    本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:

    本发明一种微流体混合工艺,采用磁性UVPDMS材料加工垂直于载玻片上的
    纤毛混合器,然后利用键合工艺将混合器倒置于微流控芯片的反应腔内,形成
    整体混合微流控芯片,采用电磁铁驱动整体混合微流控芯片实现微流体混合;
    所述混合器的制作工艺,包括如下步骤:

    (1)在载玻片上固定牺牲层沉积腔,将蜡加热融化后沉积在沉积腔内构
    成牺牲层;

    (2)在蜡尚未完全硬化前,采用螺口塑钢针头在牺牲层扎1个直径为
    φ520μm-φ820μm的通孔;

    (3)将UVPDMS材料和微米级铁粉充分混合后装入医用注射器针管内,并
    在注射器末端安装比通孔直径小的外径为φ420μm-φ720μm的螺口塑钢针头;

    (4)检测材料是否顺畅挤出:若不能流畅挤出,检测材料是否混合均匀
    或者针头是否有堵塞的现象,再次重新调匀材料或调整针头直至材料能从针头
    顺畅挤出;

    (5)在挤出测试结束后,牺牲层固定在载玻片上,将针管固定在具有升
    降功能的升降台上;通过遮光板遮挡针管和针头部位,露出针头末端到牺牲层
    之间部分,反应腔斜上方放置紫外光源,采用微泵将注射器内的复合材料注入
    通孔,每次挤出0.5mm的高度后提升针管停顿5-10分钟,使挤出的材料在紫外
    光的照射下产生固化;

    (6)材料固化结束后,降低针管重新将针头探入通孔重复挤出、曝光、
    停顿的过程,直至填充满整个通孔,去除牺牲层后即得到垂直立于载玻片上的
    混合器。

    进一步地,所述牺牲层沉积腔面积为6x6mm,厚度为3-5mm,所述牺牲层的
    厚度为3-5mm。

    进一步地,所述磁性复合UVPDMS材料由UVPDMS材料掺杂微米级铁粉构成,
    UVPDMS材料和固化剂的配比为1:1,铁粉采用直径小于5μm的微米级铁粉,铁粉
    掺杂量占总的混合物比重为35%w/w-45%w/w。

    进一步地,所述键合工艺是采用键合机将载有混合器的载玻片倒置并键合
    于微流控芯片的顶部,混合器置于微流控芯片的反应腔内。

    本发明用于微流体混合工艺的混合装置,包括微流控芯片、电磁铁、载玻
    片及混合器,所述混合器为磁性复合UVPDMS材料制成的固定在载玻片上的1个
    柱形结构,带有混合器的载玻片倒置于微流控芯片上方,键合于微流控芯片顶
    部,载玻片上的混合器置于微流控芯片的反应腔内,形成整体混合微流控芯
    片,整体混合微流控芯片置于电磁铁顶部边缘。

    进一步地,所述磁性复合UVPDMS材料由UVPDMS材料掺杂微米级铁粉构成,
    UVPDMS材料和固化剂的配比为1:1,铁粉掺杂量占总的混合物比重为35%w/w-
    45%w/w。

    本发明的有益效果为:

    本发明采用单独加工混合器的方法,利用UVPDMS材料固化时间短的特点,
    在短时间内能够快速加工出长度为3-5mm,直径为φ520μm-φ820μm的纤毛混合
    器,利用键合技术将其倒置于微流控芯片反应腔之内,实现从上至下的液体混
    合。单独加工微混合器不受反应腔内尺寸的限制,简化了工艺流程,键合技术
    也较为成熟和简单,整个工艺得到简化。

    附图说明

    图1为本发明的工艺流程示意图;其中(a1)为沉积牺牲层,(a2)为
    (a1)的俯视图;(b1)为穿完通孔的牺牲层;(b2)为(b1)的俯视图;
    (c)为UVPDMS材料沉积填充通孔并在紫外光照射下固化;(d)为UVPDMS材料
    充满通孔并固定在载玻片上;(e)为去除牺牲层后形成的混合器。

    图2为本发明中整体混合微流控芯片键合过程示意图。

    图3为本发明中驱动电磁铁连接示意图。

    图4为本发明中混合器在驱动电磁铁上的放置位置示意图。

    图5为本发明采用矩形波、正弦波、三角波在2Hz驱动频率下产生磁场强度
    曲线图。

    图中:1.载玻片,2.牺牲层沉积腔,3.牺牲层,4.注射器,5.螺口塑钢针
    头,6.通孔,7.微泵,8.支架,9.磁性UVPDMS材料,10.遮光板,11.紫外固化
    灯,12.混合器,13.微流控芯片,14.反应腔,15.通道入口,16.混合微流控芯
    片,17.电磁铁。

    具体实施方式

    下面通过实施例和附图对本发明作进一步详述。

    实施例:如图1-图3所示,本发明采用磁性复合UVPDMS材料9加工出垂直于
    载玻片1上的混合器12,然后利用键合工艺将混合器12倒置于微流控芯片13的
    反应腔14内,形成整体混合微流控芯片16,采用电磁铁17驱动整体混合微流控
    芯片13实现微流体的混合;可达到在2分钟内60uL液体的80%以上混合。

    如图1所示,所述混合器12的制作工艺,包括如下步骤:

    (1)如图1(a1)、(a2)所示,在载玻片1上固定牺牲层沉积腔2,在沉
    积腔2内沉积融化的蜡构成牺牲层3,牺牲层沉积腔面积为6x6mm,厚度为3-
    5mm;

    (2)如图1(b1)、(b2)所示,在蜡固化后2.5分钟后,尚未完全硬化
    前,采用直径为φ520μm-φ820μm螺口塑钢针头5穿透牺牲层3得到直径为φ520μm-
    φ820μm的1个通孔6,将牺牲层从载玻片上取下来,清除通孔内和牺牲层底部的
    碎屑再次将牺牲层固定在干净的载玻片上;本例采用φ520μm通孔直径;

    (3)将UVPDMS和固化剂按照1:1的比例配好,并在UVPDMS中掺杂35%w/w
    -45%w/w的微米级铁粉形成磁性复合材料,充分混合后将复合材料装入医用注
    射器针管内,并在注射器末端装比通孔直径小的外径为φ420μm-φ720μm的螺口
    塑钢针头,本例采用直径φ420μm的螺口塑钢针头;

    (4)采用手动的方式,或将注射器固定在微泵驱动装置上测试复合材料
    是否能从针头流畅挤出。若不能流畅挤出考虑材料是否混合均匀是否有堵塞针
    头的现象,再次调整针头或重新调匀材料直至材料能从针头顺畅挤出。

    (5)如图1(c)所示,此时操作人员需戴好防护紫外线眼镜,牺牲层固
    定在载玻片上,将针管固定在一个具有升降功能的升降台上,将针头与通孔对
    准;针管和针头部位用遮光板遮挡,只露出针头末端到牺牲层之间部分,在针
    头附近放置紫外光源,采用微泵以10μL/s的速度将复合材料注入通孔,每次挤
    出0.5mm的高度后提升针管停顿5-10分钟时间,由于挤出的材料一直暴露在紫
    外光中,尺寸又较小,所以在紫外光的照射下迅速产生固化;

    (6)如图1(d)所示,该层材料固化结束后,降低针管重新将针头探入
    通孔重复挤出、曝光、停顿的过程,直至磁性复合UVPDMS材料9填充满整个通
    孔6,穿过通孔6的磁性复合UVPDMS材料9与载玻片1接触并粘附于载玻片1上;
    如图1(e)所示,由于UVPDMS材料9与载玻片1之间粘附性很强,加热去除牺牲
    层3并清洗后,即得到垂直立于载玻片1上的混合器12。

    如图2所示,所述键合工艺是采用键合机将载有混合器12的载玻片1倒置键
    合于微流控芯片13的顶部,混合器12置于微流控芯片13的反应腔14内。

    如图1-图3所示,本发明所述微流体混合工艺的混合装置,包括微流控芯
    片13、电磁铁17、载玻片1及混合器12,所述混合器12为磁性复合UVPDMS材料9
    制成的固定在载玻片1上的1个柱形结构,带有混合器12的载玻片1倒置于微流
    控芯片13上方,键合于微流控芯片13的顶部,载玻片1上的混合器12置于微流
    控芯片13的反应腔14内,形成整体混合微流控芯片16,如图3、图4所示,整体
    混合微流控芯片16置于电磁铁17顶部边缘,混合器12穿过磁力线,且与磁力线
    间的夹角接近90°,电磁铁17连接功率放大器的输出信号端,功率放大器的输
    入信号端连接信号发生器的输出信号端,采用信号发生器和功率放大器串联输
    出电压信号。

    本发明中所述磁性复合UVPDMS材料由UVPDMS材料掺杂微米级铁粉构成,
    UVPDMS材料和固化剂的配比为1:1,铁粉掺杂的比重为35%w/w-45%w/w,本例选
    择35%w/w。该复合材料既能满足混合器的柔韧性的要求又能够输出较大的推动
    力。所述UVPDMS材料为能在紫外光照射下迅速固化的聚二甲基硅氧烷。

    如图5所示,通过实验标定,将矩形波、正弦波、三角波相比较,信号发
    生器在频率为2Hz,信号发生器峰-峰值的电压从6V以1V为步长增长到12V得到
    的实验结果如图4所示。矩形波在相同的驱动电压下会产生最大的磁场强度,
    故本发明采用矩形波驱动。

    如图4所示,本发明在工作时,将整体混合微流控芯片16置于电磁铁17的
    顶部,为取得最快的混合速度,整体混合微流控芯片16放置于电磁铁17边缘,
    使混合器8与磁力线间的夹角接近90°,此处混合器12所受的磁力矩最大,故
    混合器的摆动幅度为最大,混合效果最好,所用混合时间最短。由于混合器12
    的摆动频率与矩形波频率保持一致,可通过调整矩形波的频率改变混合器12的
    混合时间和效率。

    混合过程:将信号发生器和功率放大器联好,并将混合芯片12放置在电磁
    铁17边缘位置后,利用微泵将两种或多种液体通过通道注入反应腔内,根据对
    混合时间的要求设定信号发生器的输出矩形波的频率和峰-峰值电压,再调整
    功率放大器的放大倍数(5-15倍),混合器12产生与输入信号相同频率的摆
    动,促进多种液体的快速混合。

    实施例2:本例与实施例1不同的是:本例所述牺牲层的厚度为3mm。所述
    牺牲层上通孔直径为520μm。

    所述磁性复合UVPDMS材料由UVPDMS材料掺杂微米级铁粉构成,UVPDMS材料
    和固化剂的配比为1:1,铁粉掺杂的比重为40%w/w。

    实施例3:本例与实施例1不同的是:本例所述牺牲层的厚度为5mm。所述
    牺牲层上通孔直径为720μm。

    所述磁性复合UVPDMS材料由PUVPDMS材料掺杂微米级铁粉构成,UVPDMS材
    料和固化剂的配比为1:1,铁粉掺杂的比重为38%w/w。

    实施例4:本例与实施例1不同的是:本例所述牺牲层的厚度为4mm。所述
    牺牲层上通孔直径为820μm。

    所述磁性复合UVPDMS材料由UVPDMS材料掺杂微米级铁粉构成,UVPDMS材料
    和固化剂的配比为1:1,铁粉掺杂的比重为45%w/w。

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