[实用新型]非对称分离重组扇形空腔结构微混合器

说明书

技术领域

本实用新型涉及生物芯片和微全分析系统中液体微混合的技术领域，这种基于平面内非对称分离重组微混合原理的被动式微混合器结构能有效提高不同液体之间的混合强度，实现微尺度下流体的快速混合。

背景技术

伴随着大量流体系统微型化趋势的发展，微流控系统特别是微泵、微阀和微混合器的研究得到了重视。基于塑料基底的微细加工技术快速发展为微流控microfluidics在生物芯片及微全分析系统关于生物分析、化学合成和临床测试等应用中具有越来越重要的作用。由于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，实现微尺度下流体的快速混合也变得至关重要。根据有无外界动力源的情况，用于微流动系统中的微混合器可分为主动式微混合器和被动式微混合器。而后者区别于前者最大的特点是混合器不需要额外提供动力，通过借助各种不同形状和结构的微通道来控制混合过程。混沌对流和优化通道结构是加强被动式微混合器中流体扩散和混合的最佳选择。许多具有较好混合效果的被动式微混合器都借助混沌对流增加了流体间的拉伸与折叠，大大增加流体间的接触面积加强混合。

平面内分离重组微混合是较为常见被动式微混合结构，它通过提高混合工质对流强度以形成大量流体片层，从而增大混合工质的接触面积利于混合。微混合器借助此方法可以在有限的通道长度内会的较高的混合效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是从快速高效原则出发，提出了一种结构简单，加工便易的单一平面式液体微混合器，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，强化混合效果，加速混合时间。

本实用新型在T型微混合器上等距布置圆环形非对称分离重组通道和扇形空腔结构，借助微混合通道几何形状变化来加大扰动，即在二维度平面内 增加扰流度，大大提高了加工简便的单一平面式被动微混合器的混合效果。

本实用新型采用如下技术方案：

非对称分离重组扇形空腔结构微混合器，在T型微混合器的主通道3上分离出半圆环形主次通道4和副次通道5，主次通道4的宽度小于副次通道5的宽度，主次通道4和副次通道5构成圆环形非对称分离重组通道，并在主次通道4上排布扇形空腔结构6，每一个圆环形非对称分离重组通道采用相对方向交叉排布的方式沿主通道的轴向等距布置。

主次通道4与副次通道5的宽度值之和恒等于主通道3宽度。

主次通道4和副次通道5所在圆环结构的圆心位置固定在主通道3的中心线上。

主次通道4与扇形空腔结构6之间满足关系w3/w1＝3∶1，其中w3表示扇形空腔结构6的宽度，w1表示主次通道4的宽度。

本实用新型的工作原理是：两种不同组分流体从不同通道入口流进微混合器，在T型通道内汇合并完成极少程度扩散后共同流入主通道。此时的扩散仅限于分子扩散，程度很弱。随后，主通道分离成不同通道宽度的两个次通道，经过半圆周长路程后再次汇合。而在主次通道上该微混合器布置了扇形空腔结构。当流体流经次通道时，主次通道内的质量流速远大于副次通道的质量流速。因此，主次通道内流经流体的惯性力也大于副次通道内流体的惯性力。惯性力的不同导致流体在流经不同宽度次通道后在汇合处形成了不平衡碰撞。每次流体在汇合处发生碰撞后，副次通道内的流体则在主次通道流体惯性力的带动下改变流动方向，与主次通道内大部分流体一同流入下一单元的主次通道。流体经过N个相同循环单元后从微混合器通道出口流出，完成混合过程。

本实用新型具有下列优点与效果：

1非对称分离重组扇形空腔结构微混合器弯曲通道内Dean涡系运动，交叉通道区分离重组现象和扇形空腔突扩与突缩结构等多种混合机理产生的叠加效应最大程度上提高了液体工质的混合强度；

2扇形空腔的突扩结构的存在使混合工质流体在扇形空腔结构的入口处 形成了扩展涡系，对微通道内层流流动产生了较大扰动，加大了不同工质流体之间的接触面积，进而增强其混合效果；

3变截面突缩结构提高了扇形空腔内流体的质量流速，加剧了流体进入下一循环单元前的不平衡碰撞，从而进一步加大扰动；

4与其他类似的T型结构微混合器相比，由于各种混合机理发生在不同维度平面内，该微混合器的混合效果有明显提高，这也是其区别于其他T型结构微混合器的创新之处。

附图说明

图1为本实用新型中提到的非对称分离重组扇形空腔微混合器结构平面示意图。

图2为微混合器结构的三维示意图。

图3为微混合器的玻璃底板示意图。

图4为微混合器的上玻璃盖板示意图。