[发明专利]仿生学微流控混合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合装置，尤其涉及一种微流控混合器，是模拟小肠运动模式的仿生学微流控混合器,可作为检测芯片用于自动完成分析全过程。

背景技术

微流控芯片技术（Microfluidic Chip）是一项把生物、化学和医学分析过程的样品制备、反应、分离和检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程的技术。Manz和Widmer等人以微流控芯片为核心发明了一种高效快速的分离分析过程——微全分析系统（Micro Total Analysis Systems，μTAS）（Sensors and Actuators,B1990，1，244-248）

针对临床检验、新药合成与筛选、生物医学中人类基因与疾病关系的研究中，待测样品具有干扰成分多、含量低等特性，微流控芯片分析系统能显著提高样品的分析效率和灵敏度，并降低对检测器的要求。此外，微流控芯片技术还被应用于对细胞培养的研究和分析当中。中国发明专利申请200810104603.0公开了一种微流细胞培养阵列及其应用，该阵列包括一个或多个微流细胞培养阵列单元，微流细胞培养阵列单元包括主沟道以及若干个与主沟道相连通的细胞培养单元，每个培养单元包含一扩散沟道和细胞培养室，细胞培养室通过扩散沟道与主沟道相连通。阵列不仅能够实现单细胞分离培养，而且在更换培养液或其它试剂的时候细胞始终处于零流速状态，为细胞的培养和观测特别是非贴壁细胞的培养和观测带来了便利。

微流控芯片的基本特征和最大优势是多种单元技术在微小可控平台上的灵活组合和规模集成，这可能会对人类未来的生活方式和生存质量产生深远影响。微流控芯片中流体的操控尺度在微米量级，介于宏观尺度和纳米尺度之间，这种尺度下流体运动显示出二重性。一方面，微米尺度仍然远大于通常意义上分子的平均自由程，因此，对于其中的流体而言，连续介质定理成立，连续性方程可用，电渗和电泳淌度与尺寸无关。另一方面，相对于宏观尺度，微米尺度上的惯性力影响减小，黏性力影响增大，雷诺数变小，层流特点明显，传质过程从以对流为主转为以扩散为主，并且面体比增加，黏性力、表面张力及换热等表面作用增强，边缘效应增大，三维效应不可忽略。

与此同时，微米尺度和纳米尺度又有很多重要的区别，在纳米尺度下，物体的尺寸和分子平均自由程相近，因此电泳淌度变得和横截面尺寸有关，偶电层电荷重叠，电渗减少，进而影响到给予流体的动量，此外，空间的压缩会改变大分子的形状，大分子的淌度也将受到非平面流速矢量场的影响，最终导致对流体的控制相对困难。在微观尺度下，宏观尺度下的湍流难以发生，取而代之的是缓慢的扩散过程。

如何在微观尺度下实现液体的高效混合是很多微流控领域的科研工作者关注的目标之一。为了实现微流体在最短时间内的高效混匀，人们设计了多种微混合器。概括来讲，主要分为主动式和被动式两大类。主动式主要借助微流控芯片之外的力量如压力、温度、电动力学、磁场、超声波等来增大不同液流间的接触面积以提高混合效果，这类混合器常常集成有复杂的功能单元；而被动式混合器则主要靠设计如“Y”形、“S”形、螺旋形、鱼骨形、多层交叠结构等各式各样的几何图形来提高混合效率，简单几何图案的被动式微混合器往往需要相当长的混合时间才能实现满意的混合效果，而复杂几何图案的被动式微混合器虽然缩短了混合时间，却明显加大了微流控芯片的加工制备复杂度，使得成品率大为降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微流控混合器，是模拟小肠运动模式的仿生学微流控混合器，以简单的结构设计实现液体的混合效率的提高。

本发明提供的一种微流控混合器，包括

第一容腔，包括第一入口和第一出口，且具有使液体以直线行径自第一入口进入再由第一出口流出的第一通道，以及第一底面。

第二容腔，包括第二入口、第二出口和第二底面。

为实现混合效率的提高，本发明的微流控混合器，其第二底面的纵向尺度应大于第一底面的纵向尺度。优先选择的，第一容腔的深宽比（H∶W）≥2，第二容腔的宽深比（W∶H）≥2。

若干第一容腔和若干第二容腔交替设置，使第一容腔的第一出口与相邻的第二容腔的第二入口连接，第二容腔的第二出口与相邻的另一个第一容腔的第一入口连接。

本发明提供的另一种微流控混合器，由若干混合单元连接而成。各个混合单元包括

第一容腔，包括第一入口和第一出口，且具有使液体以直线行径自第一入口进入再由第一出口流出的第一通道，以及第一底面。

第二容腔，包括第二入口、第二出口和第二底面，且第二入口与第一出口连接。