TWI440502B - 流體混合晶片 - Google Patents

Description

流體混合晶片

本發明係關於一種流體混合晶片，特別是一種可混合多種液體且增加其中之混合效果，以提升檢測精準度之流體混合晶片。

傳統用以混合多種液體之技術，多仰賴操作者將不同液體依序分別注入於一容器內，並透過震動或攪拌等方式，使得該數種液體能夠均勻混合，最終再自該均勻混合之液體中取出部份，藉此供特定實驗進行檢測或作為操作其他用途之用。整體而言，傳統混合技術之步驟不僅過於繁瑣，甚至還必須依靠外力作用，方能達到多種液體均勻混合之效果，故往往衍生有諸多操作上的不便，而始終無法於液體混合及檢測效率上有所突破。

為此，目前業者遂極力發展能快速且均勻混合多種液體，並以此混合後之液體直接進行檢測之構件，期望能於液體混合及檢測效率上獲得顯著之提升。

請參照第1圖所示，其係揭示一種習知流體混合晶片9，該流體混合晶片9包含一基座91、一第一座體92及一第二座體93。該基座91具有一儲液槽911；該第一座體92設置於該基座91上方，且該第一座體92之上表面設有一混合區921及數流道922，該數流道922之一端係分別連通該混合區921，另一端則分別形成一自由端923，且該混合區921係藉由一中心孔924與該儲液槽911相連通；該第二座體93係設置於該第一座體92上方，且該第二座體93設有數注入孔931，該數注入孔931係個別與該第一座體92之自由端923對位連通。藉此，當數種液體分別經由各該注入孔931逐一注入後，即可分別經由其所對應之自由端923流經各該流道922，並匯流至該混合區921內進行混合，最後則再經由該中心孔924流進該儲液槽911內，便可完成習知液體混合作業。

然而，習知流體混合晶片9係以氣壓推進多種液體匯流至該混合區921後，便隨即經由該中心孔924流至該儲液槽911內，而形成單次混合作業，始終無法使液體再於該混合區921與注入孔931間來回混合，以致習知流體混合晶片9不僅無法確保該數種液體的混合均勻度，更因此影響於後續檢測時的精準度，嚴重導致實驗數據及結果之堪慮；甚至，受限於習知流體混合晶片9之注入孔931皆呈開放之結構設計，大多只能仰賴該第二座體93所開設之注入孔931孔數多寡，而決定可同時進行混合之液體總數，儘管再以額外氣壓推送液體於注入孔931，也僅能使液體直接經由該混合區921匯流至該儲液槽911，無法再於其中與已混合之液體再次混合。如此，習知流體混合晶片係受限於該注入孔931孔數，無法再額外混合其他之液體，嚴重造成習知流體混合晶片9的實用性不彰，更衍生有注入之液體難以控制之問題，而始終無法以簡易的流體混合晶片設計，達到提升多種液體混合均勻度之功效。如此一來，遂容易於後續液體的檢測上，面臨檢測精準度不佳之困擾，而無法獲得準確之檢測數值，以作為物質含量的有效參考。

有鑑於此，確實有必要發展一種可均勻混合多種液體，並有效提升檢測精準度之流體混合晶片，而能不受限於混合液體之總數，以解決如上所述之各種問題。

本發明主要目的乃改善上述缺點，以提供一種流體混合晶片，其係能夠供多種液體於二混合槽內來回多次混合，而提升流體混合均勻度且同時增加其實用性者。

本發明次一目的係提供一種流體混合晶片，係能夠同時混合多組待測之欲混合液體，並於均勻混合後進行同步檢測，以增加混合及檢測效率者。

為達到前述發明目的，本發明之流體混合晶片，係由一晶片體所製成，該晶片體設有貫穿的一第一混液槽及一第二混液槽，該第一混液槽與第二混液槽之二端皆分別以一封閉件封閉，其中一封閉件係設有對應該第一混液槽之開口，且該第一混液槽與第二混液槽之間形成一微流道，該微流道係自該第一混液槽延伸至該第二混液槽，並與該第一混液槽及第二混液槽皆呈連通。

本發明之晶片體具有二相對應之一第一表面及一第二表面，該第一混液槽及第二混液槽皆分別於該第一表面及第二表面形成相對應之開口，該微流道設置於該第二表面，並自該第一混液槽成彎曲狀地延伸至該第二混液槽。

其中，該晶片體之第一表面覆蓋有一第一封閉件，該第一封閉件用以封閉該第二混液槽開設於第一表面之開口，且該第一封閉件另設有一開口，該貫穿口連通該第一混液槽，且對位於該第一混液槽開設在第一表面之開口，以共同形成該注液口。且，該晶片體之第二表面覆蓋有一第二封閉件，該第二封閉件用以封閉該第一混液槽及第二混液槽開設在該第二表面之開口，並用以將該微流道予以閉合。

本發明之晶片體係可以選擇呈圓形，該數個第一混液槽與數個第二混液槽皆係以該晶片體圓心為基準陣列成形，並且呈相互對應，且該數個第二混液槽係呈現封閉狀。或者，該晶片體係可以選擇呈矩形，該數個第一混液槽與數個第二混液槽皆係相互對應地陣列成形於該晶片體，且該第二混液槽係呈現封閉狀。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參照第2圖所示，其係為本發明一較佳實施例，該流體混合晶片係由一晶片體1所製成，該晶片體1設有一第一混液槽11及一第二混液槽12，該第一混液槽11與第二混液槽12之間係形成一微流道13。其中，該晶片體1係可選擇以玻璃材質、高分子材質或金屬材質所製成，且為了方便且能快速地以雷射燒蝕方式完成上述的結構設計，本發明較佳實施例特別係選擇以聚甲基丙烯酸甲酯[簡稱PMMA]製成該晶片體1，以有效增加製作效率且降低製作所需之成本。

於本實施例中，該晶片體1係形成有二相對應之一第一表面S1及一第二表面S2，且該第一混液槽11及第二混液槽12皆係貫穿該晶片體1，並於該第一表面S1及第二表面S2形成相對應之開口H；該微流道13較佳係設置於該晶片體1之第二表面S2，並自該第一混液槽11成彎曲狀地延伸至該第二混液槽12，且與該第一混液槽11及第二混液槽12皆呈相互連通。藉此，係可延長液體流通時間，且相對增加液體混合之機率，以達到提升液體混合均勻度之功效。

此外，該晶片體1之第一表面S1係覆蓋有一第一封閉件14，該第一封閉件14係用以封閉該第二混液槽12開設於第一表面S1之開口H，且該第一封閉件14另設有一開口141，該開口141係連通該第一混液槽11，特別係對位於該第一混液槽11開設在第一表面S1之開口H，以共同形成一注液口，該注液口遂可以供液體自該注液口141注入於該第一混液槽11內。再者，該晶片體1之第二表面S2係覆蓋有一第二封閉件15，該第二封閉件15係用以封閉該第一混液槽11及第二混液槽12開設於該第二表面S2之開口H，並用以將該微流道13予以閉合。其中，各該晶片體之間係可選擇以螺合、熱接合[thermal bonding]或黏何等方式結合，本實施例特別係選擇以熱接合方式將該第一封閉件14及第二封閉件15緊密貼合於該晶片體1，藉此提供一較佳的密封效果，以避免液體經由各該晶片體間的縫隙而外洩。

值得注意的是，該第一封閉件14及第二封閉件15皆可選擇與該晶片體1一體成形，以能夠於該晶片體1形成如上所述之結構為主要原則，於此僅揭示一較佳實施態樣，並不加以限制。

承上，組裝完成後之流體混合晶片係如第3及4圖所示，以透過該微流道13連通該第一混液槽11及第二混液槽12，使得注入於該第一混液槽11中之液體，遂能經由該微流道13進入至第二混液槽12，並於該第一混液槽11與第二混液槽12之間來回流動。其中，該第一混液槽11及第二混液槽12之型態係可選擇為任意幾何形狀，特別係以可供液體於該第一混液槽11及第二混液槽12產生渦流混合為較佳原則，本實施例係選擇以圓形開槽設計，提供較佳的液體渦流混合效果，以提升液體混合之均勻度，以及相對增加後續進行檢測時的檢測精準度。

於後續操作時，請參照第4圖所示，本發明混合流體晶片還可以配合一流體加壓件2，以由該流體加壓件2供給一穩定壓力源，並於下述作動過程，達到多種液體均勻混合之目的。其中，該流體加壓件2可以選擇為氣動幫浦等任何可加壓之構件，以供給一適當壓力源為較佳原則，並不多加限制。

請參照第4~6圖所示，本發明流體混合晶片於實際操作時，特別係選用一氣壓式推動平台提供穩定之壓力源，並以一加壓端21伸入該第一混液槽11內，且調整該壓力源較佳為2 Kg/cm² ，以達氣壓推動液體之較佳效果。

詳言之，本發明流體混合晶片於實際進行多種液體混合作業時，係先依第4圖所示箭頭方向，於不開啟該流體加壓件2之下，注入欲混合之第一液體於該第一混液槽11內，使得第一液體能夠暫存於該第一混液槽11內。接著，遂依第5圖所示箭頭方向，注入欲與第一液體混合之第二液體於該第一混液槽11，並透過該流體加壓件2以加壓方式供給一壓力源於該第一混液槽11，迫使第一液體及第二液體共同經由該微流道13推進至該第二混液槽12內[如第5圖所示]，並於該第二混液槽12內產生渦流混合現象；並且，待混合液體[即第一液體混合第二液體，以下皆以〝混合液體〞稱之]完全注入於該第二混液槽12後，遂可關閉該流體加壓件2並移除，而使壓力源瞬間自該第一混液槽11消失，此時因該第二混液槽12呈封閉而存在有空氣壓力，使得該第二混液槽12內之氣體壓力係大於第一混液槽11，故當該第二混液槽12內之氣體壓力便會依照第6圖所示箭頭方向產生一推力，迫使該第二混液槽12內的混合液體再次經由該微流道13推送至該第一混液槽11內，以待該第一混液槽11與第二混液槽12之間達到氣體壓力平衡後，便可於該第一混液槽11內獲得初步混合之混合液體，以將該混合液體作為後續檢測之用。

甚至，還可以於需要額外混合他種液體時，接續上述步驟，再重新如第4圖所示，於該第一混液槽11內注入第三液體，並透過該流體加壓件2以加壓方式再次供給一壓力源，重複如上所述之步驟，使得第三液體可與上述混合液體再次進行混合，並且於該第一混液槽11及第二混液槽12之間來回數次，以達到較佳的混合均勻度。如此，係可於上述原則之下依序混合多種液體，而達後續檢測之需求，屬熟習該技藝之人士可輕易理解並加以應用，容不逐一重複說明之。

值得注意的是，操作者係可依據欲混合液體之黏滯係數[viscosity]，而選擇是否重複上述步驟，再次透過該流體加壓件2以加壓方式將已初步混合之混合液體，重新經由該微流道13推送至該第二混液槽12，並以同樣原理，重複完成多次的混合作業，直至混合液體具有較佳混合均勻度為止。例如：混合黏性較小之液體[黏滯係數約為10cp]時，僅需依照上述手段進行單次混合，即可達到液體適當混合之效果；反之，混合黏性較大之液體[黏滯係數約為50cp以上]時，便需依照上述手段重複進行2~3次混合，方能達到液體適當混合之效果。簡言之，操作本發明流體混合晶片時，只需依照液體的黏滯係數不同，而選擇性地控制液體於該第一混液槽11與第二混液槽12之間的來回次數，便皆可達成提升混合均勻度之功效。如上所述，係屬熟習該技藝之人士參照本發明之說明內容，即可輕易理解並加以應用，於此容不再對某特定液體的混合情形加以詳述。

綜上所述，本發明流體混合晶片之主要特徵在於：藉由該第一混液槽11與第二混液槽12之間的微流道13設計，並使該第二混液槽12呈完成封閉而存有空氣壓力，以於實際操作時，可以配合該流體加壓件2所提供之穩定壓力源，迫使液體自該第一混液槽11經由該微流道13通入至該第二混液槽12，並同時於該第二混液槽12內產生液體渦流混合之現象，且於壓力源移除後，係可透過該第二混液槽12與第一混液槽11間所產生的瞬間相對壓力差，而使該第二混液槽12內的空氣壓力產生一股反向推力，進一步迫使該第二混液槽12之液體再次經由該微流道13回流至該第一混液槽11。如此，便可使欲混合之液體於該第一混液槽11與第二混液槽12之間來回流動，以增加液體間的混合機率，並於上述原則之下，適用於多種液體之混合作業，以經過多次重複的混合，達到提升多種液體混合均勻度之功效，更因此增加本發明流體混合晶片之實用性；甚至，透過本發明流體混合晶片的壓差原理，並配合該第二混液槽12呈封閉之設計，遂還能加速液體之混合效率，以應用於後續檢測時，相對降低檢測所需耗費之時間，並同時達到提升檢測精準度及檢測品質之功效。

除上述之外，本發明流體混合晶片還可以因應後續多種混合液體同步檢測作業，具有不同之實施態樣。本發明流體混合晶片係可選擇性地於該晶片體1設有數個第一混液槽11及數個第二混液槽12，且該數個第一混液槽11與相對應之數個第二混液槽13之間各形成一微流道13於此，再請參照第7及8圖所示，以不同之較佳實施態樣供作參考，並針對數個第一混液槽11及數個第二混液槽12於該晶片體1的排列態樣為主要差異，以配合相對應之組合上視圖敘述如下，其餘相同於上述構件之設計則不再多加贅述。

如第7圖所示，其係為本發明另一較佳實施例，該流體混合晶片係由一圓形晶片體1’所製成，該晶片體1’同樣具有如上所述之數個第一混液槽11及數個第二混液槽12。其中，該數個第一混液槽11與數個第二混液槽12皆係以該晶片體1’圓心為基準陣列成形，並且呈相互對應，且該數個第二混液槽12係呈現封閉狀。特別地，該數個第一混液槽11較佳係以該晶片體1’圓心為基準陣列成形於遠離該晶片體1’之圓心處，且該數個第二混液槽12較佳則以該晶片體1’圓心為基準陣列成形於鄰近該晶片體1’之圓心處，並與該數個第一混液槽11相對應。同樣地，該數個第一混液槽11與相對應之數個第二混液槽12之間各形成一微流道13，且該微流道13係自該第一混液槽11呈彎曲狀地延伸至該第二混液槽12。

或者，更可以如第8圖所示，揭示本發明又一較佳實施例，該流體混合晶片係由一矩形晶片體1”所製成，該晶片體1”同樣具有如上所述之數個第一混液槽11及數個第二混液槽12。其中，該數個第一混液11槽與數個第二混液槽12皆係相互對應地陣列成形於該晶片體1”，且該第二混液槽12係呈現封閉狀。特別地，該數個第一混液槽11較佳係陣列成形於鄰近該晶片體1”之對應二側處，且該數個第二混液槽12較佳則陣列成形於鄰近該晶片體1”之中央處，並與該數個第一混液槽11相對應。同樣地，該數個第一混液槽11與相對應之數個第二混液槽12之間各形成一微流道13，且該微流道13係自該第一混液槽11呈彎曲狀地延伸至該第二混液槽12。

如此一來，本發明流體混合晶片不僅能夠因其一混液槽呈封閉而存在空氣壓力之下，與另一混液槽間具有顯著壓差變化，而使液體多次來回於混液槽之間並均勻混合多種液體，以增加該流體混合晶片之實用性，同時達到提升混合均勻度及檢測精準度等功效。甚至，本發明流體混合晶片更可以藉由上述多組型態之設計[如第7及8圖所示]，同時混合多組待測之欲混合液體，並於均勻混合後進行同步檢測，以達到增加混合及檢測效率之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

[本發明]

1、1’、1”‧‧‧晶片體

11‧‧‧第一混液槽

12‧‧‧第二混液槽

13‧‧‧微流道

14‧‧‧第一封閉件

141‧‧‧開口

15‧‧‧第二封閉件

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

H‧‧‧開口

2‧‧‧流體加壓件

21‧‧‧加壓端

〔習知〕

9‧‧‧流體混合晶片

91‧‧‧基座

911‧‧‧儲液槽

92‧‧‧第一座體

921‧‧‧混合區

922‧‧‧流道

923‧‧‧自由端

924‧‧‧中心孔

93‧‧‧第二座體

931‧‧‧注入孔

第1圖：習知流體混合晶片之立體分解圖。

第2圖：本發明流體混合晶片之立體分解圖。

第3圖：本發明流體混合晶片之組合上視圖。

第4圖：本發明流體混合晶片之組合測視圖。

第5圖：本發明流體混合晶片之作動示意圖一。

第6圖：本發明流體混合晶片之作動示意圖二。

第7圖：本發明流體混合晶片另一態樣之組合上視圖。

第8圖：本發明流體混合晶片又一態樣之組合上視圖。

1．．．晶片體

11．．．第一混液槽

12．．．第二混液槽

13．．．微流道

14．．．第一封閉件

141．．．開口

15．．．第二封閉件

S1．．．第一表面

S2．．．第二表面

H．．．開口

Claims (6)

1. 一種流體混合晶片，係由一晶片體、一第一封閉件及一第二封閉件所組成，該晶片體設有貫穿的一第一混液槽及一第二混液槽，該第一混液槽與第二混液槽之二端皆分別以該第一封閉件及第二封閉件封閉，其中該第一封閉件係設有對應該第一混液槽之開口，且該第一混液槽與第二混液槽之間形成一微流道，該微流道係自該第一混液槽延伸至該第二混液槽，並與該第一混液槽及第二混液槽皆呈連通。
2. 如申請專利範圍第1項所述之流體混合晶片，其中該晶片體具有二相對應之一第一表面及一第二表面，該第一混液槽及第二混液槽皆分別於該第一表面及第二表面形成相對應之開口，該微流道設置於該第二表面，並自該第一混液槽成彎曲狀地延伸至該第二混液槽。
3. 如申請專利範圍第2項所述之流體混合晶片，其中該晶片體之第一表面覆蓋有一第一封閉件，該第一封閉件用以封閉該第二混液槽開設於第一表面之開口，且該第一封閉件另設有一開口，該開口連通該第一混液槽，且對位於該第一混液槽開設在第一表面之開口，以共同形成一注液口。
4. 如申請專利範圍第2項所述之流體混合晶片，其中該晶片體之第二表面覆蓋有一第二封閉件，該第二封閉件用以封閉該第一混液槽及第二混液槽開設在該第二表面之開口，並用以將該微流道予以閉合。
5. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之流體混合晶片，其中該晶片體係呈圓形，該晶片體的第一混液槽與第二混液槽的數量均為數個，該數個第一混液槽與數個第二混液槽皆係以該晶片體圓心為基準陣列成形，並且呈相互對應，且該數個第二混液槽係呈現封閉狀。
6. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之流體混合晶片，其中該晶片體係呈矩形，該晶片體的第一混液槽與第二混液槽的數量均為數個，該數個第一混液槽與數個第二混液槽皆係相互對應地陣列成形於該晶片體，且該第二混液槽係呈現封閉狀。