CN102151504A - 非对称分离重组扇形空腔结构微混合器 - Google Patents

非对称分离重组扇形空腔结构微混合器 Download PDF

Info

Publication number
CN102151504A
CN102151504A CN2011100483910A CN201110048391A CN102151504A CN 102151504 A CN102151504 A CN 102151504A CN 2011100483910 A CN2011100483910 A CN 2011100483910A CN 201110048391 A CN201110048391 A CN 201110048391A CN 102151504 A CN102151504 A CN 102151504A
Authority
CN
China
Prior art keywords
micro
fan
passage
shaped cavity
mixer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011100483910A
Other languages
English (en)
Inventor
夏国栋
李健
吴宏杰
周明正
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN2011100483910A priority Critical patent/CN102151504A/zh
Publication of CN102151504A publication Critical patent/CN102151504A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/432—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction with means for dividing the material flow into separate sub-flows and for repositioning and recombining these sub-flows; Cross-mixing, e.g. conducting the outer layer of the material nearer to the axis of the tube or vice-versa
    • B01F25/4323—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction with means for dividing the material flow into separate sub-flows and for repositioning and recombining these sub-flows; Cross-mixing, e.g. conducting the outer layer of the material nearer to the axis of the tube or vice-versa using elements provided with a plurality of channels or using a plurality of tubes which can either be placed between common spaces or collectors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

本发明公开了是一种非对称分离重组扇形空腔结构微混合器，其应用涉及生物芯片和微全分析系统中液体微混合等多个技术领域。该被微混合器的非对称分离重组扇形空腔结构通过提高混合工质对流强度以形成大量流体片层，从而增大混合工质的接触面积利于混合。本发明的主要技术方案是在T型微混合器上等距布置圆环形非对称分离重组通道和扇形空腔结构，借助微混合通道几何形状变化来加大扰动，即在二维度平面内增加扰流度，大大提高了加工简便的单一平面式被动微混合器的混合效果。与其他类似的T型结构微混合器相比，由于各种混合机理发生在不同维度平面内，该微混合器的混合效果有明显提高。

Description

非对称分离重组扇形空腔结构微混合器
技术领域
本发明涉及生物芯片和微全分析系统中液体微混合的技术领域，这种基于平面内非对称分离重组微混合原理的被动式微混合器结构能有效提高不同液体之间的混合强度，实现微尺度下流体的快速混合。
背景技术
伴随着大量流体系统微型化趋势的发展，微流控系统特别是微泵、微阀和微混合器的研究得到了重视。基于塑料基底的微细加工技术快速发展为微流控microfluidics在生物芯片及微全分析系统关于生物分析、化学合成和临床测试等应用中具有越来越重要的作用。由于在两股或多股流体进行化学反应时，必须解决它们之间的有效混合，因而微混合器是微流控中的重要组成部分，实现微尺度下流体的快速混合也变得至关重要。根据有无外界动力源的情况，用于微流动系统中的微混合器可分为主动式微混合器和被动式微混合器。而后者区别于前者最大的特点是混合器不需要额外提供动力，通过借助各种不同形状和结构的微通道来控制混合过程。混沌对流和优化通道结构是加强被动式微混合器中流体扩散和混合的最佳选择。许多具有较好混合效果的被动式微混合器都借助混沌对流增加了流体间的拉伸与折叠，大大增加流体间的接触面积加强混合。
平面内分离重组微混合是较为常见被动式微混合结构，它通过提高混合工质对流强度以形成大量流体片层，从而增大混合工质的接触面积利于混合。微混合器借助此方法可以在有限的通道长度内会的较高的混合效果。
发明内容
本发明的目的是从快速高效原则出发，提出了一种结构简单，加工便易的单一平面式液体微混合器，用于实现在生物芯片或微全分析系统中不同液体之间的快速均匀混合，强化混合效果，加速混合时间。
本发明在T型微混合器上等距布置圆环形非对称分离重组通道和扇形空腔结构，借助微混合通道几何形状变化来加大扰动，即在二维度平面内增加 扰流度，大大提高了加工简便的单一平面式被动微混合器的混合效果。
本发明采用如下技术方案：
非对称分离重组扇形空腔结构微混合器，在T型微混合器的主通道3上分离出半圆环形主次通道4和副次通道5，主次通道4的宽度小于副次通道5的宽度，主次通道4和副次通道5构成圆环形非对称分离重组通道，并在主次通道4上排布扇形空腔结构6，每一个圆环形非对称分离重组通道采用相对方向交叉排布的方式沿主通道的轴向等距布置。
主次通道4与副次通道5的宽度值之和恒等于主通道3宽度。
主次通道4和副次通道5所在圆环结构的圆心位置固定在主通道3的中心线上。
主次通道4与扇形空腔结构6之间满足关系w3/w1＝3∶1，其中w3表示扇形空腔结构6的宽度，w1表示主次通道4的宽度。
本发明的工作原理是：两种不同组分流体从不同通道入口流进微混合器，在T型通道内汇合并完成极少程度扩散后共同流入主通道。此时的扩散仅限于分子扩散，程度很弱。随后，主通道分离成不同通道宽度的两个次通道，经过半圆周长路程后再次汇合。而在主次通道上该微混合器布置了扇形空腔结构。当流体流经次通道时，主次通道内的质量流速远大于副次通道的质量流速。因此，主次通道内流经流体的惯性力也大于副次通道内流体的惯性力。惯性力的不同导致流体在流经不同宽度次通道后在汇合处形成了不平衡碰撞。每次流体在汇合处发生碰撞后，副次通道内的流体则在主次通道流体惯性力的带动下改变流动方向，与主次通道内大部分流体一同流入下一单元的主次通道。流体经过N个相同循环单元后从微混合器通道出口流出，完成混合过程。
本发明具有下列优点与效果：
1非对称分离重组扇形空腔结构微混合器弯曲通道内Dean涡系运动，交叉通道区分离重组现象和扇形空腔突扩与突缩结构等多种混合机理产生的叠加效应最大程度上提高了液体工质的混合强度；
2扇形空腔的突扩结构的存在使混合工质流体在扇形空腔结构的入口处 形成了扩展涡系，对微通道内层流流动产生了较大扰动，加大了不同工质流体之间的接触面积，进而增强其混合效果；
3变截面突缩结构提高了扇形空腔内流体的质量流速，加剧了流体进入下一循环单元前的不平衡碰撞，从而进一步加大扰动；
4与其他类似的T型结构微混合器相比，由于各种混合机理发生在不同维度平面内，该微混合器的混合效果有明显提高，这也是其区别于其他T型结构微混合器的创新之处。
附图说明
图1为本发明中提到的非对称分离重组扇形空腔微混合器结构平面示意图。
图2为微混合器结构的三维示意图。
图3为微混合器的玻璃底板示意图。
图4为微混合器的上玻璃盖板示意图。
图中：1、通道入口，2、通道入口，3、主通道，4、主次通道，5、副次通道，6、扇形空腔结构，7、通道出口，8、分离重组结构循环单元中心节距。
具体实施方式
实施例：
下面结合附图及非对称分离重组扇形空腔微混合器在纳米流体制备中的应用对本发明作进一步的描述：
在纳米流体的一步法制备中，为了控制反应生成的纳米颗粒粒径大小，需要对通入T型微通道内的两种不同反应物进行充分混合。因而用于混合的微混合器是微流控系统中重要组成部分，实现微尺度下流体的快速混合同样至关重要。该微混合器由玻璃材质加工而成，先在玻璃底板上用化学湿法刻蚀的方法加工出具有非对称分离重组扇形空腔结构的微混合器通道，然后与在相对通道出入口位置上打孔的耐热玻璃进行高温键合，封闭玻璃底板的微混合器通道。在玻璃上盖板预留的三个孔布置接口，连接特氟隆塑料导管后完成实验件封装准备。
如图1所示，本实施例中的微混合器通道深度为200μm，由4个相同的 非对称分离重组扇形空腔结构6组成，采用相对方向交叉排布的布置方式。该微混合器的主通道3的宽度为0.3mm，为保证流体流经不同宽度通道时质量流量的恒定，主次通道4与副次通道5的宽度值之和恒等于主通道3的宽度。非对称分离通道的主次通道4与扇形空腔结构6之间满足关系w3/w1＝3∶1，其中w3表示扇形空腔结构6的宽度，w1表示主次通道4的宽度。玻璃上盖板对应出入口的位置三个孔洞直径为600μm。
用于制备纳米流体两种不同组分不同浓度的反应物流体在微注射泵的压力驱动下从图中所示的通道入口1和通道入口2流入T型微通道，并在进入主通道前会合与主通道中心线位置处，且完成了程度很弱的分子扩散，形成明显的分界面后共同流入主通道3。随后，主通道3由于不对称分离通道结构被分割流入不同通道宽度的两个次通道，经过半圆周长路程后再次汇合，流体流经主次通道4的过程中会流过布置在其上的扇形空腔结构6。同时，由于次通道的不对称布置，主次通道4内的质量流速远大于副次通道5的质量流速。即主次通道4内流经流体的惯性力也大于副次通道5内流体的惯性力。惯性力的不同导致流体在流经不同宽度次通道后在汇合处形成了不平衡碰撞。每次流体在汇合处发生碰撞后，副次通道5内的流体则在主次通道流体惯性力的带动下改变流动方向，与主次通道4内大部分流体一同流入下一单元的主次通道4。流体经过N个相同循环单元后从微混合器通道出口8流出，完成混合过程。微混合器的混合效能评定标准由混合强度M值来判断，该值介于0与1之间，其中混合强度为0表示组分间完全无混合发生，混合强度为1表示组分间混合进行的非常彻底，实际中混合强度越大表示混合进行的越充分。通过模拟试验表明，在一定入口Re数条件下，非对称分离重组扇形空腔微混合器的混合强度值可达到75％左右，完全满足纳米流体制备中的化学反应需求。

Claims (4)

1.非对称分离重组扇形空腔结构微混合器，其特征在于：在T型微混合器的主通道(3)上分离出半圆环形主次通道(4)和副次通道(5)，主次通道(4)的宽度小于副次通道(5)的宽度，主次通道(4)和副次通道(5)构成圆环形非对称分离重组通道，并在主次通道(4)上排布扇形空腔结构(6)，每一个圆环形非对称分离重组通道采用相对方向交叉排布的方式沿主通道的轴向等距布置。
2.根据权利要求1所述的非对称分离重组扇形空腔结构微混合器，其特征在于：主次通道(4)与副次通道(5)的宽度值之和恒等于主通道(3)宽度。
3.根据权利要求1所述的非对称分离重组扇形空腔结构微混合器，其特征在于：主次通道(4)和副次通道(5)所在圆环结构的圆心位置固定在主通道(3)的中心线上。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的非对称分离重组扇形空腔结构微混合器，其特征在于：主次通道(4)与扇形空腔结构(6)之间满足关系w3/w1＝3∶1，其中w3表示扇形空腔结构(6)的宽度，w1表示主次通道(4)的宽度。
CN2011100483910A 2011-02-28 2011-02-28 非对称分离重组扇形空腔结构微混合器 Pending CN102151504A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100483910A CN102151504A (zh) 2011-02-28 2011-02-28 非对称分离重组扇形空腔结构微混合器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100483910A CN102151504A (zh) 2011-02-28 2011-02-28 非对称分离重组扇形空腔结构微混合器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102151504A true CN102151504A (zh) 2011-08-17

Family

ID=44433373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011100483910A Pending CN102151504A (zh) 2011-02-28 2011-02-28 非对称分离重组扇形空腔结构微混合器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102151504A (zh)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103638853A (zh) * 2013-11-11 2014-03-19 江苏大学 一种s型被动式微混合器
CN104138728A (zh) * 2014-04-17 2014-11-12 西北工业大学 一种桥式结构的分割重组被动式微混合器
CN104307413A (zh) * 2014-09-11 2015-01-28 浙江工业大学 新型t型微混合器
CN104525031A (zh) * 2014-12-21 2015-04-22 北京工业大学 一种被动式多内肋结构环形微混合器
CN106268471A (zh) * 2016-08-05 2017-01-04 江苏大学 一种渐缩弯管串联式微混合器
CN106732111A (zh) * 2017-01-03 2017-05-31 江苏大学 一种d型非对称分离重组式微混合器
CN107824066A (zh) * 2017-11-20 2018-03-23 浙江大学 基于怀特海德链环型的混合器
CN108778477A (zh) * 2016-01-06 2018-11-09 不列颠哥伦比亚大学 分叉混合器及其使用和制造方法
CN109939625A (zh) * 2017-12-20 2019-06-28 南京正源搪瓷设备制造有限公司 一种偏心圆结构的微反应器反应板
CN111375339A (zh) * 2018-12-30 2020-07-07 南通醋酸化工股份有限公司 一种在乙酰磺胺酸钾的连续制备中的配料装置及溶剂微混合方法
CN113514488A (zh) * 2021-04-30 2021-10-19 扬州大学 一种基于酶调控纳米颗粒自组装的微流控磁弛豫传感检测方法
CN114618359A (zh) * 2022-04-02 2022-06-14 浙江吉量科技有限公司 混合单元、混合器、微流控芯片、混合装置
WO2023008875A1 (ko) * 2021-07-28 2023-02-02 (주)인벤티지랩 지질 나노 입자 제조용 칩, 이를 포함하는 지질 나노 입자 제조 시스템 및 지질 나노 입자 제조 방법
WO2023151567A1 (zh) * 2022-02-08 2023-08-17 上海天泽云泰生物医药有限公司 波形微结构混合单元及其用途
US11938454B2 (en) 2015-02-24 2024-03-26 The University Of British Columbia Continuous flow microfluidic system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201959734U (zh) * 2011-02-28 2011-09-07 北京工业大学 非对称分离重组扇形空腔结构微混合器

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201959734U (zh) * 2011-02-28 2011-09-07 北京工业大学 非对称分离重组扇形空腔结构微混合器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MUBASHSHIR AHMAD ANSARI ET AL.: "A novel passive micromixer based on unbalanced splits and collisions of fluid streams", 《J. MICROMECH. MICROENG.》 *
唐林生等: "《绿色精细化工概论》", 31 August 2008 *

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103638853A (zh) * 2013-11-11 2014-03-19 江苏大学 一种s型被动式微混合器
CN103638853B (zh) * 2013-11-11 2015-10-28 江苏大学 一种s型被动式微混合器
CN104138728A (zh) * 2014-04-17 2014-11-12 西北工业大学 一种桥式结构的分割重组被动式微混合器
CN104138728B (zh) * 2014-04-17 2016-01-27 西北工业大学 一种桥式结构的分割重组被动式微混合器
CN104307413B (zh) * 2014-09-11 2016-05-11 浙江工业大学 T型微混合器
CN104307413A (zh) * 2014-09-11 2015-01-28 浙江工业大学 新型t型微混合器
CN104525031A (zh) * 2014-12-21 2015-04-22 北京工业大学 一种被动式多内肋结构环形微混合器
CN104525031B (zh) * 2014-12-21 2016-07-06 北京工业大学 一种被动式多内肋结构环形微混合器
US11938454B2 (en) 2015-02-24 2024-03-26 The University Of British Columbia Continuous flow microfluidic system
JP7349788B2 (ja) 2016-01-06 2023-09-25 ザ・ユニバーシティ・オブ・ブリティッシュ・コロンビア 分岐ミキサー並びにその使用及び製造方法
EP3797860A1 (en) * 2016-01-06 2021-03-31 The University of British Columbia Bifurcating mixers and methods of their use and manufacture
CN108778477A (zh) * 2016-01-06 2018-11-09 不列颠哥伦比亚大学 分叉混合器及其使用和制造方法
US10835878B2 (en) 2016-01-06 2020-11-17 The University Of British Columbia Bifurcating mixers and methods of their use and manufacture
JP2019503271A (ja) * 2016-01-06 2019-02-07 ザ・ユニバーシティ・オブ・ブリティッシュ・コロンビア 分岐ミキサー並びにその使用及び製造方法
CN106268471B (zh) * 2016-08-05 2019-02-05 江苏大学 一种渐缩弯管串联式微混合器
CN106268471A (zh) * 2016-08-05 2017-01-04 江苏大学 一种渐缩弯管串联式微混合器
CN106732111A (zh) * 2017-01-03 2017-05-31 江苏大学 一种d型非对称分离重组式微混合器
CN107824066A (zh) * 2017-11-20 2018-03-23 浙江大学 基于怀特海德链环型的混合器
CN109939625A (zh) * 2017-12-20 2019-06-28 南京正源搪瓷设备制造有限公司 一种偏心圆结构的微反应器反应板
CN111375339A (zh) * 2018-12-30 2020-07-07 南通醋酸化工股份有限公司 一种在乙酰磺胺酸钾的连续制备中的配料装置及溶剂微混合方法
CN113514488A (zh) * 2021-04-30 2021-10-19 扬州大学 一种基于酶调控纳米颗粒自组装的微流控磁弛豫传感检测方法
WO2023008875A1 (ko) * 2021-07-28 2023-02-02 (주)인벤티지랩 지질 나노 입자 제조용 칩, 이를 포함하는 지질 나노 입자 제조 시스템 및 지질 나노 입자 제조 방법
WO2023151567A1 (zh) * 2022-02-08 2023-08-17 上海天泽云泰生物医药有限公司 波形微结构混合单元及其用途
CN114618359A (zh) * 2022-04-02 2022-06-14 浙江吉量科技有限公司 混合单元、混合器、微流控芯片、混合装置
WO2023186128A3 (zh) * 2022-04-02 2023-11-23 浙江吉量科技有限公司 混合单元、混合器、微流控芯片、混合装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102151504A (zh) 非对称分离重组扇形空腔结构微混合器
CN201959734U (zh) 非对称分离重组扇形空腔结构微混合器
CN104525286B (zh) 基于t型通道实现液滴同步融合的微流控芯片
US9555382B2 (en) Centrifugal microfluidic mixing apparatus with deflection element, and method of mixing
CN207446126U (zh) 一种被动式微混合器
CN105664773B (zh) 平面被动式微混合器
CN103638852B (zh) 一种合成射流无阀压电微混合器
CN107583551A (zh) 一种阶梯形通道加工字形挡板的平面被动式微混合器
CN104826674B (zh) 实现液滴生成的反y型通道微流控芯片
CN202199279U (zh) 一种基于成涡结构强化混合的平面被动式微混合器
CN108212046B (zh) 一种蜂窝型通道微反应器
KR101432729B1 (ko) 원반형의 혼합부와 교차되는 혼합채널을 가진 미세혼합기
CN209646393U (zh) 一种非同心圆o形通道微流体混合器
CN105126687B (zh) 一种分合式被动微混合器
CN207446125U (zh) 一种被动式微流体混合器
CN205886751U (zh) 被动式微流体混合器
CN102233241A (zh) 一种基于成涡结构强化混合的平面被动式微混合器
CN106268472A (zh) 一种用于被动微混合器的倒v形多级混合阵列结构
CN211886766U (zh) 一种旋流式微反应通道、基板、反应器及系统
CN107051304A (zh) 一种非对称结构与电极的主动式电渗微混合器
CN109985543B (zh) 一种纺锤形被动式微混合器
CN206381935U (zh) 一种3d不对称分合结构被动式微混合器
CN105214546B (zh) 一种基于脉动流的震荡射流式微混合器
CN201596477U (zh) 一种气泡摆动式微混合系统
CN206404699U (zh) 一种交流电场促进型微混合器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110817