CN108854891A - 一种微反应芯片、微流体混合方法及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微反应芯片，微流体混合方法及其制备方法，其中本微反应芯片包括微反应通道单元；所述微反应通道单元包括：两个上下层叠设置的微流道，并且两微流道相互连通，以使两微流道内的流体相互混合。此种微反应芯片，首先，通过将两个微流道层叠设置，减少平面空间的占用，合理利用立体空间；其次，通过层叠微流道之间的连通实现流体的立体交叉混合，延长了微反应通道，提高了反应效率；并且无需在每个微反应通道单元结束处设计收窄的出口，进而降低了流体的压降，保证了流体的高流速，并在保证混合效率的同时，提高了产量。
Description
技术领域
本发明涉及芯片，具体涉及一种微反应芯片、微流体混合方法及其制备方法。
背景技术
中国专利：微反应通道系统，申请号：201621259350.0，提供了一种微反应通道系统，包括：底板及微反应通道，其中微反应通道包括至少一个物料入口、至少两个位置相对称的曲线反应壁及由其所限定的两个腔室，以及至少一个物料出口；物料入口处于位置相对的第一、第二直线反应壁之间，第一曲线反应壁分别与第一、第三直线反应壁相连，两个腔室相连通并且在中部设置有曲线形状的阻隔部件，阻隔部件的两端部位横截面为S形状，中间部位横截面为直线形状，阻隔部件两单步位与曲线反应壁不接触。
但是此种微反应通道系统，由于采用平面化的微反应通道设计，在芯片上需要较大的微反应通道布局面积，限制了微反应通道的有效长度；并且需要在每个微反应通道单元结束处设计收窄的出口，提高了流体的压降，影响了产量。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明为了提供一种微反应芯片，所采用的技术方案是：
一种微反应芯片，包括微反应通道单元；
所述微反应通道单元包括：两个上下层叠设置的微流道，并且两微流道相互连通，以使两微流道内的流体相互混合。
作为优选，两微流道之间设有一组对流孔，所述一组对流孔包括两个对流孔，以使两微流道内的流体往返交叉混合。
作为优选，所述微流道呈L形；以及
在上下层叠的两个微流道中，
位于上部的所述微流道的拐点处与位于下部的所述微流道的端部通过一对流孔连通；
位于下部的所述微流道的拐点处与位于上部的所述微流道的端部通过所述另一对流孔连通。
作为优选，所述微流道呈L形，并且一微流道的流通尽头处设置有一个与另一微流道相互连通的引流端头，
在上下层叠的两个微流道中，
位于下部的所述微流道的流体适于通过一对流孔经引流端头流至上部的所述微流道中；以及
位于上部的微流道中的流体适于通过另一对流孔经引流端头流至所述位于下部的所述微流道中。
作为优选，若干微反应通道单元串联排列且在弯折处通过半圆腔过渡；
在所述半圆腔内分布有若干扰流柱。
作为优选，所述微反应芯片采用多层设置，且包括中间层和上、下层，其中
在上、下层与中间层的接触面上分别开设有沿微流道轨迹分布的凹槽；
中间层上开设有一组对流孔；以及
上、下层在其凹槽与中间层贴合后形成两微流道，且两微流道适于通过一组对流孔使两种流体通过往返两微流道实现交叉混合。
本发明的有益效果是此种微反应芯片，首先，通过将两个微流道层叠设置，减少平面空间的占用，合理利用立体空间，延长了微反应通道；其次，通过层叠微流道之间的连通实现流体的立体交叉混合，并且无需在每个微反应通道单元结束处设计收窄的出口，进而降低了流体的压降，保证了流体的高流速，并在保证混合效率的同时，提高了产量。
为了提供一种针对于本微反应芯片的一种微流体混合方法，本发明所采用的技术方案是：
一种微流体混合方法，将两微流道层叠设置，并相互连通，以使两微流道内的流体在行进过程中相互交叉混合。
作为优选，两微流道之间连通有适于流体往返交叉的一组对流孔，所述一组对流孔包括两个对流孔，以使两微流道内的流体往返交叉混合。
作为优选，所述微流道呈L形；以及
在上下层叠的两个微流道中，
位于上部的所述微流道的拐点处与位于下部的所述微流道的端部通过一对流孔连通；
位于下部的所述微流道的拐点处与位于上部的所述微流道的端部通过所述另一对流孔连通；
并且一微流道的流通尽头处设置有一个与另一微流道相互连通的引流端头；或
所述微流道呈L形，并且一微流道的流通尽头处设置有一个与另一微流道相互连通的引流端头，
在上下层叠的两个微流道中，
位于下部的所述微流道的流体适于通过一对流孔经引流端头流至上部的所述微流道中；以及
位于上部的微流道中的流体适于通过另一对流孔经引流端头流至所述位于下部的所述微流道中。
本发明的有益效果是此种混合方法，首先，通过将两个微流道层叠设置，减少平面空间的占用，合理利用立体空间，延长了微反应通道；其次，通过层叠微流道之间的连通实现流体的立体交叉混合，并且无需在每个微反应通道单元结束处设计收窄的出口，进而降低了流体的压降，保证了流体的高流速，并在保证混合效率的同时，提高了产量。
为了提供一种针对于本微反应芯片的一种制备方法，本发明所采用的技术方案是：
一种微反应芯片的制备方法，所述微反应通道单元采用多层设置，且包括中间层和上、下层；
在上、下层与中间层的接触面上分别开设有沿微反应通道单元中微流道轨迹分布的凹槽；
中间层上对应微反应通道单元开设有至少一组对流孔；以及
上、下层在其凹槽与中间层贴合后形成两微流道，且两微流道适于通过一组对流孔使两种流体通过往返两微流道实现交叉混合。
本发明的有益效果是微反应芯片的制备方法，制备快捷且制备效果良好。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一种微反应芯片的一种实施例的结构示意图。
图2是本发明第一种实施例中的微反应通道单元的结构示意图。
图3是图2在A-A处的剖视图。
图4是图2在C-C处的剖视图。
图5是本发明第一种实施例所对应的两微流道中流体流向简图。
图6是本发明一种微反应芯片的第二种实施例的结构示意图。
图7是本发明第二种实施例中的微反应通道单元的结构示意图。
图8是图7在A-A处的剖视图。
图9是图7在C-C处的剖视图。
图10是本发明第二种实施例流体流向简图。
图11是本发明第二种实施例流体混合实例的结果图。
图中：
微反应通道单元1
微流道100，上部的微流道100a、下部的微流道100b、拐点101，端部102；
对流孔200，引流端头300；
半圆过渡腔401，扰流柱402；
第一入剂口501，第二入剂口502；
入液口6；出液口7。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
实施例1
图1是本发明一种微反应芯片的一种实施例的结构示意图。
图2是本发明第一种实施例中的微反应通道单元的结构示意图。
如图1和图2所示，本实施例1提供了一种微反应芯片，包括微反应通道单元1；微反应通道单元1包括：两个上下层叠设置的微流道100，并且两微流道100相互连通，以使两微流道100内的流体相互混合。两种不同的流体从入液口6注入微反应芯片以后，经过至少一个微反应通道单元1的充分混合以后，由出液口7排出。微反应通道单元1为微反应芯片的最小单位，微反应芯片可以通过若干微反应通道单元1串联设置完成一条完整的反应通道。
此种微反应芯片，首先，通过将两个微流道100层叠设置，即对微反应通道采用立体布局的方式，合理利用立体空间，与传统微反应芯片相比，在同样的微反应通道布局面积的基础上，本微反应芯片的微反应通道更长，因此，反应更加充分，尤其适合极难混合微反应的流体；并且无需在每个微反应通道单元结束处均设计收窄的出口，进而降低了流体的压降，保证了流体的高流速，并在保证混合效率的同时，提高了产量。
作为微反应通道单元1一种可选的实施方式，结合图1和图3，两微流道100之间设有一组对流孔200，一组对流孔200包括两个对流孔200，以使两微流道100内的流体往返交叉混合。微流道100可以呈L形（以图2虚线部分为界）；以及在上下层叠的两个微流道100中（为了更加清楚的表示上下两微流道，将上部的微流道采用标号100a，下部的微流道采用标号100b），位于上部的微流道100a的拐点101处与位于下部的微流道100b的端部102通过一对流孔200连通；位于下部的微流道100b的拐点101处与位于上部的微流道100a的端部102通过另一对流孔200连通，进而实现两微流道100内的流体往返交叉混合。
从图1和图2可以看出，上下叠层的两个微流道100从俯视图的角度呈U形，其L形的两微流道采用近似对称布设。
图3是图2在A-A处的剖视图。该剖视图为流体从下部的微流道100b流至上部的微流道100a。
图4是图2在C-C处的剖视图。该剖视图为流体从上部的微流道100a流至下部的微流道100b。
从图3和图4所示，能够清楚的看到两流体经过对流孔分别在上、下部的微流道内反复交叉。
在图2中，为了更清楚的表示拐点101和端部102的具体位置，因此对流孔未示出。
图5是本发明第一种实施例所对应的两微流道中流体流向简图，该图主要反应上部的微流道100a内流体的流向分布，且通过两种箭头分别表示两种流体的流动方向，即当两种流体分别注入微流道100以后，上部的微流道100a、下部的微流道100b对应的两种流体可以在拐点101、端部102处分别流向下部的微流道100、上部的微流道100a以实现交叉混合，在拐点101处是垂直于纸面向下的方向，将上部的微流道100a的流体流入下部的微流道100b以实现混合，而在端部102处是垂直于纸面向上的方向，将下部的微流道100b流入上部的微流道100a以实现混合，通过图5中的两种箭头示意可以很清楚的看出两种流体在上部的微流道100a进行混合；在混合之后流体再排出至串联设置的下一微反应通道单元1，重复上述过程。
作为微反应通道单元1另一种可选的实施方式。
图6是本发明一种微反应芯片的第二种实施例的结构示意图。
图7是本发明第二种实施例中的微反应通道单元的结构示意图。
结合图6和图7所示，微流道100呈L形，并且一微流道100的流通尽头处设置有一个与另一微流道100相互连通的引流端头300。
图8是图7在A-A处的剖视图。该剖视图为流体从下部的微流道100b流至上部的微流道100a。
图9是图7在C-C处的剖视图。该剖视图为流体从上部的微流道100a流至下部的微流道100b。
从图8和图9所示，在上下层叠的两个微流道100中，位于下部的微流道100b的流体适于通过一对流孔200经引流端头300（位于上部的微流道100a的引流端头300）流至上部的微流道100a中；以及位于上部的微流道100a中的流体适于通过另一对流孔200经引流端头300（位于下部的微流道100b的引流端头300）流至位于下部的微流道100b中。
此处设置引流端头300，可以增大下部的微流道100中流体与进入上部的微流道100的流体的混合，极大的提高了混合效率。
见图6，当两种流体分别从第一入剂口501和第二入剂口502注入微流道100以后，两种流体分别在两个引流端头300下游处实现混合，而后，充分混合后的流体从出液口7中排出。
图10是本发明第二种实施例流体流向简图，该图主要反应上部的微流道100a内流体的流向分布；其中，位于上部的引流端头300即对应图中左侧的对流孔200处，流体是向上流动，即垂直于纸面朝上，而位于下部的引流端头300，即图中右侧的对流孔200处，流体是向下流动，即垂直于纸面朝下；通过两种箭头分别表示两种流体的流动方向，通过两种箭头示意可以很清楚的看出两种流体在上部的微流道100a进行混合。
如图1和图6所示，上述微反应芯片的两种结构均可以采用半圆过渡腔401的方式进行过渡；若干微反应通道单元1串联排列且在弯折处通过半圆过渡腔401过渡；在半圆过渡腔401内分布有若干扰流柱402。
作为半圆过渡腔401的具体实施方式，其可以采用一个公共腔，即上、下部的微流道均可以连通该公共腔，并且通过其内部的扰流柱402提高混合效果。
半圆过渡腔401的具体实施方式，也可以采用两个半圆腔独立且层叠设置，即位于上部的半圆腔是用于连通上部的微流道100a；位于下部的半圆腔是用于连通下部的微流道100b。
上述两种实施方式均能够实现若干微反应通道单元1串联排列后的过渡作用，使在微反应芯片的面积上提高微反应通道的长度。
在半圆过渡腔401内设置扰流柱402，具有以下优点，即可以提高半圆过渡腔401对于流体的承压强度，以及使流通的流体在扰流柱402的影响下改变流向，从而起到充分混合的效果。
对于两个半圆腔独立且层叠方式设置的半圆过渡腔401，当流体流至半圆腔中时，此时位于上下的半圆腔中的流体不会再实现混合，而是在扰流柱402的作用下实现撞击混合，而后，直至流出半圆过渡腔401至后续的微流道100内，再实现进一步混合。
作为微反应芯片一种可选的结构，微反应芯片采用多层设置，且包括中间层和上、下层；其中上层对应上部的微流道100a，下层对应下部的微流道100b；在上、下层与中间层的接触面上分别开设有沿微流道100轨迹分布的凹槽；中间层上开设有一组对流孔200；以及上、下层在其凹槽与中间层贴合后形成两微流道100，且两微流道适于通过一组对流孔200使两种流体通过往返两微流道实现交叉混合。
对于两个半圆过渡腔401独立且层叠的方式，扰流柱402连接固定在中间层。
图11是本发明第二种实施例流体混合实例的结果图。
该流体混合结果是在输入的流体流速为0.6m/s下进行的。
上层的微流道100a和下层的微流道100b均注入不同的流体，分别定义流体A、流体B，从流体入口开始第一个微反应通道单元可以看出明显的流体交叉混合现象，其中两流体白色线条部分（图中用AB表示）表示两者进行混合反应；在经过第二个微反应通道单元后，明显白色线条部分增多，在经过第三个微反应通道单元后，白色线条部分明显增多，并且在十个微反应通道单元至半圆腔401位置时，两种流体完全混合。
从上述结果可以看出，本微反应芯片能够在高流速的情况下实现快速均匀混合，比传统的微芯片的混合效率更高。
实施例2
参见图1至图10，在实施例1基础上，本实施例2提供了一种微流体混合方法。
将两微流道100层叠设置，并相互连通，以使两微流道100内的流体在行进过程中相互交叉混合。
两微流道100之间连通有适于流体往返交叉的一组对流孔200，一组对流孔200包括两个对流孔200，以使两微流道100内的流体往返交叉混合。
在本实施例中微流道100的具体结构和工作原理在上述实施例1已经详细描述，此处不再赘述。
本发明的有益效果是此种混合方法，首先，通过将两个微流道层叠设置，减少平面空间的占用，合理利用立体空间，延长了微反应通道；其次，通过层叠微流道之间的连通实现流体的立体交叉混合，并且无需在每个微反应通道单元结束处设计收窄的出口，进而降低了流体的压降，保证了流体的高流速，并在保证混合效率的同时，提高了产量。
实施例3
在实施例1基础上，本实施例3还提供了一种微反应芯片的制备方法。
具体的，微反应通道单元1采用多层设置，且包括中间层和上、下层，其中在上、下层与中间层的接触面上分别开设有沿微反应通道单元1中微流道100轨迹分布的凹槽；中间层上对应微反应通道单元1开设有至少一组对流孔200；以及上、下层在其凹槽与中间层贴合后形成两微流道100，且两微流道适于通过一组对流孔200使两种流体通过往返两微流道实现交叉混合。
微反应芯片的制备方法，制备快捷且制备效果良好。
综上所述，本微反应芯片利用双层设置的微流道100与对流孔200实现流体的上、下交叉混合，采用立体的方式增大了微反应通道的长度，在相同微反应芯片上能够实现更长的微流道反应通道布局，提高了微反应效果，并且无需在每个微反应通道单元结束处设计收窄的出口，进而降低了流体的压降，保证了流体的高流速，并在保证混合效率的同时，提高了产量。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种微反应芯片，其特征在于，包括微反应通道单元；
所述微反应通道单元包括：两个上下层叠设置的微流道，并且两微流道相互连通，以使两微流道内的流体相互混合。
2.如权利要求1所述的微反应芯片，其特征在于，
两微流道之间设有一组对流孔，所述一组对流孔包括两个对流孔，以使两微流道内的流体往返交叉混合。
3.如权利要求2所述的微反应芯片，其特征在于，
所述微流道呈L形；以及
在上下层叠的两个微流道中，
位于上部的所述微流道的拐点处与位于下部的所述微流道的端部通过一对流孔连通；
位于下部的所述微流道的拐点处与位于上部的所述微流道的端部通过所述另一对流孔连通。
4.如权利要求2所述的微反应芯片，其特征在于，
所述微流道呈L形，并且一微流道的流通尽头处设置有一个与另一微流道相互连通的引流端头，
在上下层叠的两个微流道中，
位于下部的所述微流道的流体适于通过一对流孔经引流端头流至上部的所述微流道中；以及
位于上部的微流道中的流体适于通过另一对流孔经引流端头流至所述位于下部的所述微流道中。
5.如权利要求1所述的微反应芯片，其特征在于，
若干微反应通道单元串联排列且在弯折处通过半圆腔过渡；
在所述半圆腔内分布有若干扰流柱。
6.如权利要求3或4所述的微反应芯片，其特征在于，
所述微反应芯片采用采用多层设置，且包括中间层和上、下层，其中
在上、下层与中间层的接触面上分别开设有沿微流道轨迹分布的凹槽；
中间层上开设有一组对流孔；以及
上、下层在其凹槽与中间层贴合后形成两微流道，且两微流道适于通过一组对流孔使两种流体通过往返两微流道实现交叉混合。
7.一种微流体混合方法，其特征在于，
将两微流道层叠设置，并相互连通，以使两微流道内的流体在行进过程中相互交叉混合。
8.根据权利要求7所述的微流体混合方法，其特征在于，
两微流道之间连通有适于流体往返交叉的一组对流孔，所述一组对流孔包括两个对流孔，以使两微流道内的流体往返交叉混合。
9.根据权利要求8所述的微流体混合方法，其特征在于，
所述微流道呈L形；以及
在上下层叠的两个微流道中，
位于上部的所述微流道的拐点处与位于下部的所述微流道的端部通过一对流孔连通；
位于下部的所述微流道的拐点处与位于上部的所述微流道的端部通过所述另一对流孔连通；
并且一微流道的流通尽头处设置有一个与另一微流道相互连通的引流端头；或
所述微流道呈L形，并且一微流道的流通尽头处设置有一个与另一微流道相互连通的引流端头，
在上下层叠的两个微流道中，
位于下部的所述微流道的流体适于通过一对流孔经引流端头流至上部的所述微流道中；以及
位于上部的微流道中的流体适于通过另一对流孔经引流端头流至所述位于下部的所述微流道中。
10.一种微反应芯片的制备方法，其特征在于，
所述微反应通道单元采用多层设置，且包括中间层和上、下层；其中
在上、下层与中间层的接触面上分别开设有沿微反应通道单元中微流道轨迹分布的凹槽；
中间层上对应微反应通道单元开设有一组对流孔；以及
上、下层在其凹槽与中间层贴合后形成两微流道，且两微流道适于通过一组对流孔使两种流体通过往返两微流道实现交叉混合。
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