[实用新型]一种仿叶脉通道结构被动式微混合器

说明书

技术领域

本实用新型涉及微型流控芯片和生物芯片中微流体混合技术领域，尤其是一种被动式微混合器。

背景技术

微流控芯片是一种以在微米尺度空间对流体进行操控为主要特征的科学技术，具有将生物、化学等实验室的基本功能集成到一个几平方厘米芯片上的能力。微流控芯片将传统生化监测过程的分离、富集、加样、混合、检测等功能进行集成，广泛应用于微量分析化学、生物医药、环境监测等领域。微混合器作为微流控芯片的重要组成部分，凭借其高效快速的混合性能，可以显著缩短试剂预处理时间，提高微流控芯片的分析速度和检测效率。微流体微混合器中的微通道尺寸在几十到几百微米范围之间，微通道中的流体通常处于层流状态，其混合主要是通过分子扩散来实现，对于两股或多股流体混合时，流体间借助分子扩散很难完成充分混合，因此实现微尺度下实现流体的高效快速混合非常有必要。

根据是否有外加能量场，微混合器大致可分为：主动式微混合器和被动式微混合器两大类。主动式微混合器主要依靠外加扰动源促进混合，而被动式微混合器的混合则主要依靠通道结构对流层的扰动来实现。虽然主动式微混合器的混合较为高效，但其除驱动装置还需要外加扰动源，并且结构复杂、不易加工和维护，不利于微流控芯片的集成；被动式微混合器则除驱动装置外不需其它外接设备，且结构相对简单、制造工艺简化，易于微流控芯片集成，因此在微流控芯片上的应用较为广泛。

为了提高被动式微混合器的混合效率，通常使用对流体进行多次分流再聚合的方式来增加流体间的有效接触面积，通过增进流体间的有效接触面积来提高流体的扩散效率，提高混合强度。目前常用的方式有枝状分流和迭加式分流等。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种仿叶脉通道结构被动式微混合器，其结构简单、易于加工，可通过多次分流聚合实现微流控系统中不同微流体混合。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种仿叶脉通道结构被动式微混合器，由盖板和基体组成，在盖板上蚀刻有入口圆通道和出口圆通道，在基体上刻蚀有入口通道、直通道、仿叶脉通道、出口通道；所述入口圆通道至少两个，且入口圆通道与入口通道相通，在仿叶脉通道的左、右两边分布有阻挡块微结构，通过阻挡块微结构的阻隔作用使微通道形成相互连通的叶脉网络结构，最终连接于出口通道，出口通道与出口圆通道相通。

进一步，叶脉通道左、右两边阻挡块微结构的尺寸大小、数量均相同，且各微结构成列状分布，并在整个微通道结构中分布有若干列；左、右两入口通道、直通道、左、右阻挡块微结构、仿叶脉通道、出口通道均关于同一中心轴对称分布。

本实用新型的技术构思为：低雷诺数下，流体在微通道内的流动为层流状态，混合主要依靠分子扩散来实现，效率较低，为增加混合强度通常采用引入扰动的方式强化混合。强化混合的方法主要是通过破坏层流流动来增强各层流间的掺混。因此，对于被动式微混合器可利用微通道的几何结构对流体的扰动增加待混合流体间的接触面积、碰撞、对流、拉伸折叠等，以此增进流体分子间接触面积，加快流体分子的扩散，强化流体间混合。本实用新型采用可以产生多次分流、聚合的微通道结构，通过增加待混合流体间的接触面积提高混合强度。

由于上述技术方案的运用，本实用新型具有下述优点：

在本实用新型中，当流体由入口通道进入混合通道时，在直通道内产生少部分的扩散混合，待流体进入仿叶脉通道后，一部分待混合流体会发生分流，进入仿叶脉通道结构被动式微混合器的左、右两部分，并借助微阻挡块的影响进一步分流、聚合，另一部分则沿着微通道的主干道继续向前流动，由于受主干道锥度的影响，流体在流动时受压力的影响会逐渐向左、右两侧的枝状通道进行扩散，由此增大流体间的接触面积。

在本实用新型中，借助微通道几何形状对流层的扰动强化混合。由于待混合流体在每次分离、聚合时均会发生不同程度的对流混合，因此，可借助多次对流混合达到在不引入复杂通道结构的基础上提高微混合器的混合强度。

附图说明

图1为本实用新型主体结构剖视图；

图2为基体通道平面结构剖视图；

图3为微通道尺寸示意图；

图4为微通道三维结构示意图；

图5雷诺数与混合强度关系曲线示意图。

图中:1.盖板；2.基体；3.左入口圆通道；4.右入口圆通道；5.左入口通道；6.右入口通道；7.直通道；8.仿叶脉通道；9.左边阻挡块微结构；10.右边阻挡块微结构；11.主叶脉通道；12.左叶脉通道；13.右叶脉通道；14.出口通道；15.出口圆通道。