[发明专利]一种基于成涡结构强化混合的平面被动式微混合器

说明书

技术领域

本发明涉及微全分析系统和生物芯片中微流体混合的技术领域，特指一种能够快速高效混合微流体的基于成涡结构强化混合的平面被动式微混合器。

背景技术

微混合器作为微流控系统的重要组成部分，凭借其高效快速的混合性能，被越来越多的应用于生物分析、化学合成和临床测试等领域。在两股或多股流体进行化学反应时，必须解决它们之间的有效混合，因而微混合器是微流控中的重要组成部分，由于微流控芯片通道结构在微米量级，通道中的流体通常处于层流状态，因此实现微尺度下流体的快速混合也变得至关重要。在不同雷诺数条件下，通道中的流体通过分子扩散和对流混合的途径实现混合。尽管前者的混合效率极高，但过小的流速导致其需要很长的混合时间。所以在微尺度下实现流体的快速且高速混合仍然是个挑战。

按照混合过程的原理，微混合器一般分为弱化层流型和强化层流型两种。而弱化层流型又分为被动式和主动式微混合两种。主动式是通过外部对混合器施加影响促进混合，而被动式是在流体内部采取强化措施，即借助改变或布置不同形状和结构的微通道来控制混合过程。相比前者而言，被动式微混合器不需要添加额外的设备，易于加工，使用更为方便。而在加强被动式微混合器中流体扩散和混合的方法上，优化通道结构和强化混沌对流是目前被公认的最佳选择。

基于成涡结构强化混合的被动式微混合器可以在布置成涡结构的弯曲通道内形成了扩展涡、分离涡和狄恩涡，实现了涡系的叠加和强化，加大了流体间的扰动，从而增加了流体的接触面积强化混合。并且该微混合器可以在只通过两个循环单元的流动内达成很高的混合效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于成涡结构强化混合的平面被动式微混合器，其具有结构简单、加工便易、快速且高效混合等特点，用于实现在生物芯片或微全分析系统中不同液体之间的快速均匀混合，缩短混合时间，提高混合效率。

本发明采用如下技术方案：

基于成涡结构强化混合的平面被动式微混合器，由十字型通道、直通道和C型弯曲通道组成。即由直通道连接十字型通道、第一个C型弯曲通道和第二个C型弯曲通道，通道出口布置在与第二个C型弯曲通道连接的直通道出口位置，在C型弯曲通道内布置成涡结构。十字型通道与相连的C型弯曲通道相对的一端臂开有第二通道入口2，与上述端臂相垂直的端臂上分别开有第一通道入口1和第三通道入口3。

第一通道入口1和第三通道入口3所对应的通道的宽度相等，且二者之和恒等于第二通道入口2所连通的通道宽度。第二通道入口2所连通的通道的宽度与直通道、C型弯曲通道的宽度相同。

所述的成涡结构包括缝隙单元4和挡板结构5。缝隙单元4布置在直通道与C型弯曲通道的连接处，缝隙单元4的宽度小于通道的宽度，且缝隙单元4沿流体流动方向上的中心线与直通道在此方向上的中心线相重合。挡板5布置在C型弯曲通道内，且其中心线的延长线经过C型弯曲通道的圆心。

布置在C型弯曲通道内挡板5距离C型弯曲通道内外壁面距离相等，即挡板5沿流动方向上的中心线与C型弯曲通道在此方向上的中心线相切。且两个距离之和等于缝隙单元4垂直于流动方向上的径向宽度。

每一个结构完整的C型弯曲通道内有且只布置一组成涡结构，即一个缝隙单元4和一个挡板5。

两种不同组分的流体分别从三个通道入口等速流入微混合器，第一通道入口1和第三通道入口3注入同组分的流体，以保证不同组分流体等量注入通道。该微混合器由两个相同结构的C型弯曲通道组成，它们之间由直通道进行连接，同时这两个相同结构的C型弯曲通道通过直通道分别与十字型通道和出口通道相连接，完成混合后流体从通道出口7流出。