[实用新型]一种振荡流微混合器

说明书

技术领域

本实用新型属于微流控器件,特别是一种振荡流微混合器。

背景技术

微流控是一项涉及到精密机械、流体力学、生物医学、化学等多个领域的交叉性科学技术，在生化分析、医疗诊断、药物筛选等方面存在广泛应用，并具有效率高、所需试样/试剂少、仪器设备便于小型化设计等优点，因而在近年获得了较快发展。而微流体混合强化则是微流控技术研究当中的一个主要关键问题。在低尺度下，液体的惯性力减弱而粘性力逐渐增强，混合变得困难，与此同时，当液体为高粘度时，混合则更加困难。常见的微混合器设计分为主动和被动两种方式。

主动混合采用外力，包括气动力、电磁力、超声波等来强化混合。比如：Niu X,Lee Y K.Efficient spatial-temporal chaotic mixing in microchannels(J).Journal of Micromechanics and Microengineering,2003,13(3):454，发表了一种借助外部动力给流体施加一个扰动增加液体的接触面积，从而达到促进混合的效果，但是这种设计需要借助外部器件，整个系统体积庞大；Liu L,Niu X,Wen W,et al.Electrorheological fluid-actuated flexible platform(J).Applied physics letters,2006,88(17):173505，提出了一种电流变液微阀，这种微阀通过给电流变液通断电来实现结构中的弹性膜的变化，实现流道通断，可用于液体的的混合，效果与前一种类似，但是这种结构除了需要借助外部电场之外，还依赖于通断电的频率。同时主动方式的电场、磁场、气动力等外部能量输入会对样本产生损坏和变质的风险。

被动混合采用特别设计的流体通道结构对流体产生扰动，从而促进混合。比如：Stroock A D,Dertinger S K W,Ajdari A,et al.Chaotic mixer for microchannels(J).Science,2002,295(5555):647-651，发表了一种在流道内部增加凹槽的结构，使得液体可以产生混沌对流。H.M.Xia,Z.P.Wang,Y.X.Koh,K.T.May,A microfluidic mixer with self-excited'turbulent'fluid motion for wide viscosity ratio applications,Lab Chip,10(2010)1712-1716，发表了一种可用于流体混合的多通道结构，通过对流体的拉伸和折叠操作来增加流体的接触面积,上述这两种混合器结构复杂，加工困难、成本高。

还有在T型通道基础上增加圆形腔室设计的微混合器，通过借助圆形腔室结构，使得液体内部可以产生涡流，增加液体接触面积来实现液体混合。(A.Alam,K.Y.Kim,Mixing performance of a planar micromixer with circular chambers and crossing constriction channels,Sensor Actuat B-Chem,176(2013)639-652.)但是这种结构的混合效果会随着粘度增加而减弱,即雷诺数Re<50，混合效果显著降低。

另外，采用振荡流的方式也可以增进流体的混合(H.M.Xia,Z.P.Wang,W.Fan,A.Wijaya,W.Wang,Z.F.Wang,Converting steady laminar flow to oscillatory flow through a hydroelasticity approach at microscales,Lab Chip,12(2012)60-64；H.M.Xia,Z.P.Wang,V.B.Nguyen,S.H.Ng,W.Wang,F.Y.Leong,D.V.Le,Analyzing the transition pressure and viscosity limit of a hydroelastic microfluidic oscillator,ApplPhysLett,104(2014))，Xia等报道了一种不需要借助外部激励源的振荡器，仅在一定的压力条件下可以自发产生振荡，用于液体的混合，该振荡器应用在Y型结构通道上，能够以被动的工作方式达到主动混合的效果；但是这种混合器应用在Y型结构通道上存在一个问题，在固定振荡频率下，当流体流量较高时，流道内部容易形成较长的液体分段，液体接触面积变小，混合效果反而降低了。