[发明专利]一种端面叶序排布结构的微混合器

说明书

技术领域

本发明属于微流控分析芯片技术领域，是一种端面叶序排布结构的微混合器。该微混合器的混合方式为被动式混合。

背景技术

微流控分析芯片是作为1990年提出的“微型全分析系统”(μTAS)主要发展方向，其目的是把整个体化验室的功能，包括采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在可多次使用的微芯片上。微混合器通道的结构是微流控分析芯片研究的重要方向之一,微流控分析芯片在微流体技术、生物医学系统、分析化学等领域扮演了重要角色。

流体混合就是将两种或多种不同的流体掺杂在一起，经搅拌或其他物理过程以形成一种均匀混合物的过程。从物理本质来看，混合是两种过程共同作用的结果:一是不同流体之间的扩散作用，即使在静止的区域内，流体之间也会由于固有的分子扩散作用而发生混合现象，这种扩散作用可以使待混合流体之间的浓度差逐渐缩小；另一种作用则是施加于待混合流体上的对流作用，它使待混合流体被分割、变形，并在整个混合域内重新分布，使得待混合流体之间相互混杂，这种作用可使不同流体间界面面积增加。

即使在微尺度条件下，单纯依赖扩散作用亦是无法达到完全混合的。分子扩散始终存在，但在流体单元变得足够小之前，其比表面积的大小不足以使扩散速率成为促进混合的最主要因素。扩散作用是由于分子的布朗运动产生的，驱动流体分子从浓度高处向浓度低处扩散由于微混合器的特征尺寸小,微混合器内流体的雷诺数Re一般小于100,几乎始终处于层流状态,难以快速、有效地混合。对微混合器结构做特定设计及设置阻碍块是实现微通道内流体迅速均匀混合的简便有效方法。

目前，为了能使液体混合更加快速和均匀。研究人员主要通过两种方式来提高被动式微混合器的混合效率。一是通过对被动式微混合器通道做特定的设计，二是通过在被动式微混合器通道内设置阻碍物的设计。

总而言之，无论是什么方式都是通过增强待混合流体上的对流作用，使待混合流体被分割、变形，并在整个混合域内重新分布，使得待混合流体之间相互混杂，进而增加不同流体间界面面积，促进不同的液体混合。

发明内容

本发明的目的是提供一种端面叶序排布结构的微混合器，用于微流控分析芯片中的被动式混合，进一步减小微流控分析芯片的体积、提高微流控分析芯片的分析效率。

一种端面叶序排布结构的微混合器，包括上输入板、混合通道板和下输出板。

混合通道板中部开设有混合区域，多个微圆柱设置在混合区域端面上，混合区域的腔体深度与多个微圆柱高度相等。

混合区域的边缘开设有多个排液微孔。

上输入板开设有被混合液体输入孔。

下输出板开设有液体收集腔，液体收集腔下方为开设在下输出板上的混合后液体输出孔。

上输入板和混合通道板固定连接，混合通道板和下输出板固定连接。

本发明是对微混合器内设置的多个微圆柱(或称阻碍块)进行有序化排布，微圆柱在微混合器混合区域内的排布规律满足籽粒在葵花盘表面分布规律，即揭示生物叶序排布的H.Vogel数学模型，其表达如下：φ＝n*θ，n＝0,1,2，...n_max。

其中，ρ为第n个籽粒在极坐标系下的极坐标半径，φ为第n个籽粒在极坐标系中的极坐标角度。n为籽粒的排布序数。θ为第n个籽粒与第n+1个籽粒之间的极坐标夹角，且θ＝137.508°，即为满足黄金分割角。c为籽粒在极坐标系中的极坐标半径方向上的分布常数,c单位为mm。这种排布结构是自然界生物为适应环境进化选择的结果，它使籽粒在几何空间上实现了最大填充和位置的互补，并且籽粒排布形成了一族顺时针的籽粒叶列线螺旋和一族逆时针的籽粒叶列线螺旋。

在设计端面叶序排布结构的微混合器时，如果把每个微圆柱看成一个籽粒，那么微圆柱在混合通道板上混合区域端面的排布位置就可以按照H.Vogel模型的描述进行排布，即φ＝n*θ，n＝0,1,2，...n_max。其中，ρ为第n个微圆柱排布位置的极坐标半径，φ为第n个微圆柱的极坐标系中排布位置的极坐标角度。n为微圆柱的排布序数。θ为第n个微圆柱与第n+1个微圆柱之间的极坐标夹角，且θ＝137.508°，即为满足黄金分割角。c为微圆柱在极坐标系中排布位置的极坐标半径方向上的分布常数,c可以毫米(mm)为单位选取。

其优点在于：

由于微混合器的混合区域内的微圆柱在几何位置上实现了黄金分割律排布，达到最大填充和位置互补，并在微圆柱间形成了顺时针和逆时针叶列线螺旋沟通道，使被混合的液体能够交互扩散流动，从而提高了混合效率。

附图说明