[发明专利]一种用于样品浓度精确调节的微混合器

说明书

本发明涉及一种用于样品浓度精确调节的微混合器，T型预混合沟道、微混合结构和芯片出液沟道位于树脂芯片的内部，第一芯片进液口和第二芯片进液口竖直设置在T型预混合沟道的左右两端，第一芯片进液口和第二芯片进液口的上端与树脂芯片的外部相连通，T型预混合沟道位于中间侧的端部连接微混合结构的一端，微混合结构的另一端连接芯片出液沟道的一端，芯片出液沟道的另一端竖直设置有芯片出液口，芯片出液口的上端与树脂芯片的外部相连通。本发明可在不增加微全分析系统芯片体积及加工、装配难度的情况下，提高其集成化、便携化程度，为该技术在可穿戴医疗设备、智能化精密检测等领域的推广应用奠定基础。

技术领域

本发明属于微机电系统(Micro-electro Mechanical Systems,MEMS)领域，涉及一种用于微全分析系统(Micro total analysis systems，μTAS)芯片的微流体混合器。

背景技术

兴起于上世纪末的微全分析系统(Micro total analysis systems,μTAS)具有体积小、集成度高、兼容性优良等特点，结合质谱、光学、电化学等检测方法已经成为生物、医药、化学及环境等领域不可或缺的分析手段，混合作为生化样品分析、检测的重要环节，精确调节样品浓度以满足后续功能模块所需浓度样品成为μTAS芯片摆脱实验室条件束缚，满足实时化、小型化检测需求，拓展应用场景的关键技术。

微混合器按是否添加外部驱动可分为主动式微混合器和被动式微混合器，相对于主动式微混合器，被动式混合器混合过程完全基于通过流体与微混合器壁之间的相互作用或通过随着接触面积和不同混合物种之间停留时间的增加而增强的分子扩散而实现的混沌对流效应，无需添加除外部驱动外的其它激励，但同时也会产生混合时间过长、混合路径过长、混合效果不理想等缺陷。

为评估不同几何模型对被动式微混合器性能的影响，拓宽生化反应等微混合器应用场景，一种恰当而有效的调节混合程度的方式为对微混合器的进液口进行设计，常见的进液口有T-型，Y-型，U-型等。基于常见的平面T形入口，Shakawat等人提出了一个切向对齐的输入通道，可以产生垂直流动，以提高蛇形微混合器的性能。张等人设计了带涡流入口的T型混合器、带矩形收缩的T型混合器以及带涡流入口和矩形收缩的T型混合器，以进一步研究入口对混合效率、混合长度和压降的影响。Rahbarshahlan等人研究了混合器入口的六种不同几何形状，然后发现影响混合质量的主要因素是位置、大小、旋转方向、涡流数量以及雷诺数。除上述因素外，学者们还关注入口数量、入口角度、入口通道截面形状等对混合效率的影响因素。如此多的研究集中在混合器入口设计上，由此可见其对混合效果的重要性。

另一种调节混合程度的方式为对微混合器的混合单元进行设计，常用的策略有添加障碍、迪恩流、SAR及诱导混沌流等，以上方案都有一个共同的特点，即周期性重复的混合单元结构，可以提高混合效果。但是，两个混合单元的交界处，既是前一个单元的出口，又是下一个单元的入口，在设计过程中没有得到重视。

发明内容

发明目的

为解决现有技术微混合器的问题，本发明提供一种用于样品浓度精确调节的微混合器。依托流体在经过截面尺寸突变会形成高流速的液体流束，从而改变连接单元位置可以操纵流体轨迹路线的原理，将连接单元位置进行多样化改变，成功操纵流体轨迹路线，以诱导不同程度的混沌流产生，进而混合调节液体的浓度。

技术方案

一种用于样品浓度精确调节的微混合器，包括在树脂芯片设置的T型预混合沟道、微混合结构、第一芯片进液口、第二芯片进液口、芯片出液沟道和芯片出液口，T型预混合沟道、微混合结构和芯片出液沟道位于树脂芯片的内部，第一芯片进液口和第二芯片进液口竖直设置在T型预混合沟道的左右两端，第一芯片进液口和第二芯片进液口的上端与树脂芯片的外部相连通，T型预混合沟道位于中间侧的端部连接微混合结构的一端，微混合结构的另一端连接芯片出液沟道的一端，芯片出液沟道的另一端竖直设置有芯片出液口，芯片出液口的上端与树脂芯片的外部相连通。