一种适用于混合、颗粒富集与分离的微化学反应器件的制作方法
【专利摘要】一种适用于混合、颗粒富集与分离的微化学反应器件，包括圆形基底、大叉指换能器、下隔膜、小叉指换能器组、上隔膜以及温控结构，其中大叉指换能器溅射在圆形基底上；下隔膜溅射于圆形基底上并将大叉指换能器覆盖；小叉指换能器组溅射在隔膜上；上隔膜溅射在隔膜上并将小叉指换能器组覆盖；温控结构溅射在上隔膜上。本发明能够同时完成反应液的混合、颗粒的富集与分离等一系列反应，并适合促进其他许多的微化学反应，同时温控结构可以实时监测并调整反应液温度，保证反应在适宜的温度下进行。该发明设备简单便携，集成度高，需要样本较少，能耗较低，反应效率高，温度控制快速精准，反应开放式易操作和维护，集成了多种不同功能。
【专利说明】
一种适用于混合、颗粒富集与分离的微化学反应器件
技术领域
[0001]本发明属于微纳制造技术领域，涉及一种适用于混合、颗粒富集与分离的微化学反应器件。【背景技术】
[0002]随着微纳制造技术的不断发展，人们对于各种反应的微型化、快速化、集成化、经济化的要求越来越高。微纳制造技术中的微流控系统能够集成检测电路，同时完成为化学反应中混合、反应、检测等环节并实现智能化控制。但现有微流控系统主要依靠不同流道分阶段完成，各个环节依靠不同流道实现难以真正集成，而且流道容易堵塞，不易清理维护， 成本高昂。目前主要靠机械振动促进试剂混合与反应，设备难以集成，在试剂较少时效率很低。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种可以集成试剂混合、反应、检测乃至颗粒富集与分离等多功能的适用于混合、颗粒富集与分离的微化学反应器件，该器件具有体积小、效率高、易集成、可温控的特点。
[0004]为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现:
[0005]—种适用于混合、颗粒富集与分离的微化学反应器件，包括圆形基底、大叉指换能器、下隔膜、小叉指换能器组、上隔膜以及温控结构，其中大叉指换能器溅射在圆形基底上； 下隔膜溅射于圆形基底上并将大叉指换能器覆盖;小叉指换能器组溅射在隔膜上；上隔膜溅射在隔膜上并将小叉指换能器组覆盖;温控结构溅射在上隔膜上。
[0006]本发明进一步的改进在于，所述圆形基底材质为压电材料铌酸锂晶体。
[0007]本发明进一步的改进在于，所述大叉指换能器由一对渐开线叉指和圆形反射栅组成，渐开线的基圆直径为2毫米，基圆的圆心与圆形基底的圆心重合，渐开线展开角度为 1080度，渐开线的外围布有圆形反射栅。
[0008]本发明进一步的改进在于，所述下隔膜、下隔膜均为二氧化硅薄膜。
[0009]本发明进一步的改进在于，所述圆形基底高度为500WH，大叉指换能器、小叉指换能器组以及温控结构的高度为50nm;上隔膜和下隔膜的高度为70nm〇
[0010]本发明进一步的改进在于，所述小叉指换能器组由若干结构相同的渐开线叉指换能器组成，渐开线叉指的展开角度为1080度，渐开线的基圆的圆心均匀分布在基圆上，数个渐开线叉指对均匀设置，渐开线的基圆半径按需求设定。
[0011]本发明进一步的改进在于，所述温控结构由帕尔贴和测温电阻组成，帕尔贴、测温电阻以及基圆为同心圆。
[0012]相对于现有技术，本发明的有益效果是:反应时，直接将反应液滴在器件中心，对大叉指换能器及小叉指换能器组的各个叉指环指换能器分别施加相应频率的交变电压，各个叉指换能器任一点产生的声表面波都沿自己基圆的切线方向传播。在大叉指换能器的作用下液滴围绕基圆旋转，叉值换能器组的各个叉值换能器基圆圆心均在基圆上，它们能将各自不同频率的声表面波对应的不同尺寸颗粒富集到自己的基圆内。测温电阻和帕尔贴组成的温控系统可以保证反应液维持适宜的反应温度。
[0013]本发明测温电阻和帕尔贴组成的温控系统可以保证反应液维持适宜的反应温度。 只对大叉指换能器施加适宜的变频交变电压，液滴在声表面波激励下围绕基圆旋转，可以实现颗粒富集、促进试剂混合、反应进行;若同时再对小叉指换能器组的各个叉指换能器施加相应频率的交流电压，各个叉值换能能器所激发的不同频率的声表面波可以将对应的不同尺寸颗粒分别富集到自己的基圆内，实现颗粒的分离。
[0014]该发明设备简单便携，集成度高，需要样本较少，能耗较低，反应效率高，温度控制快速精准，反应开放式易操作和维护，集成了多种不同功能。
[0015]利用本发明可以同时完成反应液的混合、颗粒的富集与分离等一系列反应，同时也适合促进其他许多的微化学反应。【附图说明】
[0016]图1是本发明的剖视图。[〇〇17]图2是本发明大叉指换能器的俯视图。
[0018]图3是本发明下隔膜与小叉指换能器组的俯视图。
[0019]图4是本发明温控结构俯的视图。
[0020]图中:1为基底，2为大叉指换能器，3为下隔膜，4为小叉指换能器组，5为上隔膜，6 为温控结构，7为帕尔贴，8为测温电阻，9为大叉指换能器基圆，10为反射栅。【具体实施方式】[〇〇21]以下结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0022]参见图1，本发明为一种适用于试剂混合、颗粒富集与分离的开放式微化学反应器件，包括圆形基底1、大叉指换能器2、下隔膜3、小叉指换能器组4、上隔膜5以及温控结构6， 其中大叉指换能器2溅射在圆形基底1上；下隔膜3溅射于圆形基底1上并将大叉指换能器2 覆盖；小叉指换能器组4溅射在隔膜3上；上隔膜5溅射在隔膜3上并将小叉指换能器组4覆盖;温控结构6溅射在上隔膜5上。[〇〇23] 所述圆形基底1高度为500M1，大叉指换能器2、小叉指换能器组4以及温控结构6的高度为50nm;上隔膜5和下隔膜3的高度为70nm〇
[0024]参见图2,所述大叉指换能器2为溅射在圆形基底1上的一对渐开线叉指。大叉指换能器2由一对渐开线叉指和圆形反射栅10组成，渐开线的基圆9直径为2毫米，基圆9的圆心与圆形基底1的圆心重合，渐开线展开角度为1080度，渐开线的外围布有圆形反射栅10。
[0025]参见图3,所述小叉指换能器组4为溅射在下隔膜3上的一组渐开线叉指对。小叉指换能器组4由若干结构相同的渐开线叉指换能器组成，渐开线叉指的展开角度为1080度，渐开线的基圆的圆心均匀分布在基圆9上，数个渐开线叉指对均匀设置，渐开线的基圆半径按需求设定。
[0026]参见图4,温控结构6由帕尔贴7和测温电阻8构成，帕尔贴7、测温电阻8以及基圆9 为同心圆。
[0027]本发明工作方式如下:将反应液滴在本发明反应器件的中央，若只对大叉指换能器施加一定频率范围的变频交流电压，由于叉指换能器任一点产生的声表面波都沿自己基圆的切线方向传播，大叉指换能器2激发声表面波促使液滴围绕基圆9旋转，能够实现促进反应液的混合、将反应液颗粒富集到基圆9上以及促进反应进行的各个功能;若同时对小叉指换能器组4的各个小叉指换能器施加对应频率的交流电压，各个小叉指换能器能将各自不同频率的声表面波对应的不同尺寸颗粒富集到自己的基圆内，从而实现不同尺度颗粒的分离。温控结构6包括可以升降温的帕尔贴7和测温电阻8,可以实时监测并调整反应液温度，保证反应在适宜的温度下进行。
[0028]本发明利用声表面波的声致微流效应，利用渐开线特性以渐开线叉指换能器为核心，能够同时完成反应液的混合、颗粒的富集与分离等一系列反应，同时也适合促进其他许多的微化学反应，温控结构可以实时监测并调整反应液温度，保证反应在适宜的温度下进行。本发明采用微纳加工工艺，大大减小了设备体积，与现有传统设备相比集成度高、携带方便、节约能耗、加工成本低、需要样本少，同时在反应过程中采用全固定的设备，避免了传统设备因为部件运动造成的设备可靠性降低的缺陷。
【主权项】
1.一种适用于混合、颗粒富集与分离的微化学反应器件，其特征在于，包括圆形基底 (1)、大叉指换能器(2)、下隔膜(3)、小叉指换能器组(4)、上隔膜(5)以及温控结构(6)，其中 大叉指换能器(2)溅射在圆形基底(1)上;下隔膜(3)溅射于圆形基底(1)上并将大叉指换能 器(2)覆盖;小叉指换能器组(4)溅射在隔膜(3)上;上隔膜(5)溅射在隔膜(3)上并将小叉指 换能器组(4)覆盖;温控结构(6)溅射在上隔膜(5)上。2.根据权利要求1所述的一种适用于混合、颗粒富集与分离的微化学反应器件，其特征 在于，所述圆形基底(1)材质为压电材料铌酸锂晶体。3.根据权利要求1所述的一种适用于混合、颗粒富集与分离的微化学反应器件，其特征 在于，所述大叉指换能器(2)由一对渐开线叉指和圆形反射栅(10)组成，渐开线的基圆(9) 直径为2毫米，基圆(9)的圆心与圆形基底(1)的圆心重合，渐开线展开角度为1080度，渐开 线的外围布有圆形反射栅(10)。4.根据权利要求1所述的一种适用于混合、颗粒富集与分离的微化学反应器件，其特征 在于，所述下隔膜(3)、下隔膜(5)均为二氧化硅薄膜。5.根据权利要求1所述的一种适用于混合、颗粒富集与分离的微化学反应器件，其特征 在于，所述圆形基底(1)高度为500mi，大叉指换能器(2)、小叉指换能器组(4)以及温控结构 (6)的高度为50nm;上隔膜(5)和下隔膜(3)的高度为70nm〇6.根据权利要求1所述的一种适用于混合、颗粒富集与分离的微化学反应器件，其特征 在于，所述小叉指换能器组(4)由若干结构相同的渐开线叉指换能器组成，渐开线叉指的展 开角度为1080度，渐开线的基圆的圆心均匀分布在基圆(9)上，数个渐开线叉指对均匀设 置，渐开线的基圆半径按需求设定。7.根据权利要求1所述的一种适用于混合、颗粒富集与分离的微化学反应器件，其特征 在于，所述温控结构(6)由帕尔贴(7)和测温电阻(8)组成，帕尔贴(7)、测温电阻(8)以及基 圆(9)为同心圆。
【文档编号】B01J19/00GK106076219SQ201610407634
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】王朝晖, 卫首鹏, 白橙, 沈亮, 芦海伟, 蒋庄德
【申请人】西安交通大学