CN106334488A - 一种高效主动式微流体混合器和混合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效主动式微流体混合器和混合方法，用于微流控芯片设计领域。所述的混合器由分流室、进口管和出口管组成。分流室由密封圆环结构、一对正电极和一对负电极组成，密封圆环结构两端接通进口管和出口管，正负电极相向布置于分流室上下端，正负电极大小呈正弦规律变化。所述的混合方法是微流体从进口管进入，在进口管交汇后通入到带电极的分流室内，分流室内相向布置的正负电极可使微流体充分对流扩散，将微流体混合均匀后通过出口管流出。本发明的优势在于：其工作全过程仅在分流室施加正负电极，工作装置采用全密封结构，可明显减少流体的混合时间，提高了混合效率，使得流体混合更加充分，具有结构简单、易于加工等特点。
Description
技术领域：
本发明涉及一种高效主动式微流体混合器和混合方法，应用于微流体控制芯片的设计和开发。
背景技术：
流体混合就是将两种或两种以上的流体掺入一起，并通过一定的混合方式最终获得一种质地均匀的混合物。物理混合是对流作用和扩散作用方式共同作用的过程，对流作用使得不同的流体分子依靠冷热效应发生相对位移，使流体相互变形、分割；扩散作用使高浓度分子向低浓度处转移，直到流体内各组份分布相对均匀。在微米量级的尺度下，流体的对流作用带来的效应并不强烈，在这种情况下，微流体的混合主要依靠分子间的扩散作用，所以在一定的实验要求之下，流体的混合变得较为困难。
在化学实验、环境监测分析、DNA检测等领域中进行试验反应前都会用到微流体混合器，来实现不同要求下多种试剂的充分混合，微流体混合器质量较轻，结构简单，混合良好。根据是否外加驱动装置来定义，微流体的混合器分为主动式和被动式，而目前的被动式微流体混合器混合效率低，混合均匀度不高，会对检测产生不良的影响。主动式的微流体混合器主要是通过外加不同的场来驱使试验中的流体混合，这种混合器的混合效果较好，可以获得混合均匀的微流体。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种结构简单、使用方便的主动式微流体混合器，用于进一步缩短混合通道长度，减少混合时间，提升混合的效率。
本发明可以通过以下技术方案来实现，结合附图说明如下 ：
一种高效主动式微流体混合器，由分流室2、进口管1和出口管3组成，所述的分流室2由密封圆环混合室、一对正电极和一对负电极4组成，所述的密封圆环混合室两端接通进口管1和出口管3，正负电极4相向布置于密封圆环混合室上下侧，所述的一对正电极布置于密封圆环混合室的左上方和右下方，一对负电极布置于密封圆环混合室的左下方和右上方，正负电极4大小呈正弦规律变化；所述进口管1的进口端由两个独立进口通道构成，进口管1和出口管3宽度在10um左右，长度保证大于宽度。
所述的分流室2、进口管1和出口管3材料由PDMS制成。
所述的主动式微流体混合器的混合方法，按以下步骤进行：第一步，两种或两种以上的微流体从进口管1的两个独立通道进入，在进口管1交汇后通入到带电极的分流室2内；第二步，微流体在分流室内2发生对流和扩散作用，相向布置的正负电极4可加速微流体对流扩散作用，将微流体在分流室2内混合均匀；第三步，在分流室2内混合均匀的微流体通过出口管3流向执行机构。
本发明提出了一种高效主动式微流体混合器和混合方法，该混合器和混合方法具有以下优点：流体在分流室2内进行对流扩散的同时，由于分流室2中正负电极4的存在，使得流体在运动混合过程中形成了二次流，增强了流体的对流运动，使得流体混合更为充分。本发明所设计的结构为单层结构，通过一次光刻就可以制造模具，和传统的多层结构相比具有结构简单、便于大规模生产配置组装、成本较低的特点，并且本发明相比于其它微流体混合器具有更优化的单层结构，能够使流体之间完成较快、效率更高的混合，所适用的雷诺数范围广，能满足大部分实验的需求。
附图说明：
图1为本发明主动式微流体混合器的结构示意图。
图2为微流体混合器中分流室内流体流线仿真图。
附图中：1.进口管；2.分流室；3.出口管；4.正负电极。
具体实施方式：
下面结合附图进一步说明本发明的具体内容及实施方式。
一种高效主动式微流体混合器，采用PDMS为材料，经过光刻、显影等工艺步骤制得SU8模具；然后将与固化剂混合过的PDMS材料涂于模具上，经过加热固化后脱模制得PDMS阴模；再将与固化剂混合过的PDMS材料涂于PC片上，再加热固化后脱模制得PDMS平板；PDMS阴模与平板配合所得的微结构即为所述微流体混合器的结构。
如图1所示，一种高效主动式微流体混合器，由分流室2、进口管1和出口管3组成，所述的分流室2由密封圆环混合室、一对正电极和一对负电极4组成，所述的密封圆环混合室两端接通进口管1和出口管3，正负电极4相向布置于密封圆环混合室上下侧，所述的一对正电极布置于密封圆环混合室的左上方和右下方，一对负电极布置于密封圆环混合室的左下方和右上方，正负电极4大小呈正弦规律变化；所述进口管1的进口端由两个独立进口通道构成，进口管1和出口管3宽度在10um左右，长度保证大于宽度。
所述的分流室2、进口管1和出口管3材料由PDMS制成。
所述的主动式微流体混合器的混合方法，按以下步骤进行：第一步，两种或两种以上的微流体从进口管1的两个独立通道进入，在进口管1交汇后通入到带电极的分流室2内；第二步，微流体在分流室内2发生对流和扩散作用，相向布置的正负电极4可加速微流体对流扩散作用，将微流体在分流室2内混合均匀；第三步，在分流室2内混合均匀的微流体通过出口管3流向执行机构。
如图2所示，流体混合过程的流线仿真图。图2中展示了混合流体在正负电极4周围的流线变化趋势，图2中流体从左向右运动，可以从图中明显的看出，已经在出口管处汇合过的流线速度要大于入口管处的速度，并且出口管处的流线分布相比于入口处的流线分布要更加密集。
上述实施例仅用于说明本发明，但并不限制于本发明，但凡不脱离本发明创新的思想下所作出的修改、替换和变型等若干改变，这些都属于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种高效主动式微流体混合器，其特征在于，所述的混合器由分流室2、进口管1和出口管3组成；所述的分流室2由密封圆环混合室、一对正电极和一对负电极4组成，所述的密封圆环混合室两端接通进口管1和出口管3，正负电极4相向布置于密封圆环混合室上下侧，所述的一对正电极布置于密封圆环混合室的左上方和右下方，一对负电极布置于密封圆环混合室的左下方和右上方，正负电极4大小呈正弦规律变化；所述进口管1的进口端由两个独立进口通道构成，进口管1和出口管3宽度在10um左右，长度保证大于宽度。
2.根据权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述的分流室2、进口管1和出口管3材料由PDMS制成。
3.一种利用如权利要求1所述的主动式微流体混合器的混合方法，其特征在于，按以下步骤进行：第一步，两种或两种以上的微流体从进口管1的两个独立通道进入，在进口管1交汇后通入到带电极的分流室2内；第二步，微流体在分流室2内发生对流和扩散作用，相向布置的正负电极4可产生流体扰动，加速试剂对流与扩散作用，将微流体在分流室内2混合均匀；第三步，在分流室2内混合均匀的微流体通过出口管3流向下游机构。
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