CN110433876B - 微流控装置及其制造方法、口罩和过滤悬浮颗粒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种微流控装置及其制造方法、口罩和从空气中过滤悬浮颗粒的方法。所述微流控装置包括通道，所述通道具有构造为在所述通道内产生空气的混沌对流的结构，并且所述通道的所述结构包括带粘性的表面。所述通道的所述结构可包括设置在所述通道内的多个交错鱼骨形微混合器。每个交错鱼骨形微混合器包括多个槽，每个槽具有200μm或更小的宽度，并且相邻两个槽之间的间隔为200μm或更小。所述多个交错鱼骨形微混合器可构造为通过在所述通道内的空气中引入微旋涡而产生混沌对流。

Description

微流控装置及其制造方法、口罩和过滤悬浮颗粒的方法
技术领域
本发明涉及用于从空气中清除或滤除悬浮颗粒(Particulate matter)的装置及其相关方法。
背景技术
悬浮颗粒已经在最近成为最严重的空气污染之一并极大地影响着人们的生活。根据美国国家环境保护局(EPA)的定义，悬浮颗粒，又被称作颗粒污染或简称为PM，是一种包含极小颗粒和液滴的复杂混合物。同时，悬浮颗粒也被认为是六种主要空气污染物之一(参考文献1)。在悬浮颗粒中，那些直径小于10微米的颗粒(PM10，可吸入粗颗粒)因为可以通过人体的呼吸道而受到关注；而那些直径小于2.5微米(PM2.5，细颗粒)可以最终到达肺部，甚至可以进入到血液中(参考文献2、3)。大气中的大部分悬浮颗粒是由诸如发电站、工业生产和机动车等人类活动所释放出的诸如二氧化硫和二氧化氮等污染物之间的化学反应所产生的。因为悬浮颗粒的来源多样化，故其成分复杂，包括硝酸盐、硫酸盐、硅酸盐、有机化合物、金属、土壤和灰尘颗粒(参考文献4～6)。因此，由于悬浮颗粒的微小尺寸和有毒成分，它严重地威胁着人们的健康。许多流行病学研究已经表明了悬浮颗粒可以造成大范围的有害健康的影响，主要集中在呼吸和心血管系统，并且长期暴露在悬浮颗粒的环境下会增加发病率和死亡率(参考文献2～10)。更多的证据表明暴露在悬浮颗粒环境下也对大脑有害(比如阿尔兹海默症和其他的痴呆症) (参考文献11)。即使对于健康人群，短暂暴露在悬浮颗粒环境下也会造成呼吸道刺激、咳嗽或者呼吸困难(参考文献1、7)。
由于悬浮颗粒的有害影响，多种工业级别的悬浮颗粒控制技术被开发出来以试图阻止悬浮颗粒的排放。典型的技术包括袋式除尘器、旋风分离器、静电沉积和湿式除尘器。袋式除尘器利用编织过滤袋而旋风分离器则采用离心力和惯性力来清除空气中的悬浮颗粒。这两种技术经常被应用于悬浮颗粒分离装置。它们主要用来控制粗颗粒(直径大于10微米)而且它们的悬浮颗粒分离效率相对较低(参考文献14、15)。静电沉积和湿式除尘器可以清除气流中的细颗粒，然而前者需要高电压而后者只能在有提取液体时才能工作，如此会造成这两种技术需要复杂的设计和昂贵的设备(参考文献16、17)。除了工业级别的控制技术，当个体暴露于悬浮颗粒的有害环境中时，个人防护装备(PPE)对于保护个体是必要的。基于机械过滤的面部口罩或者呼吸器是最常用的清除悬浮颗粒的PPE(参考文献18)。基于制造方式的不同，应用于PPE的过滤器可以分为两种。其中一种是多孔式过滤器。它的特征是在支撑基底上有许多孔洞从而使得直径大于孔洞的悬浮颗粒无法通过过滤器。由于有着小的孔洞尺寸和低的孔隙率(<30％)，它的过滤效率高但气体流量低。另一种PPE 是纤维式过滤器，它通过堆叠许多层直径介于几微米到几十微米的纤维而制成。虽然它的孔隙率高(>70％)，但是这种过滤器通常较厚并且需要在过滤效率和气体流量之间做出妥协。最近，直径为几百纳米的纳米纤维已经被应用于气体过滤并且展现了高的过滤效率和相对较高的透明度(参考文献15～25)。但是，这项技术通常需要利用电纺丝技术在网状基底上沉积纳米纤维，这样会使得对纤维材料的选择有限，需要使用有毒的溶剂来溶解聚合物，并且限制了量产。
微流控(microfluidic)系统已经被应用于直接分离、收集和检测空气中的气溶胶(aerosol)(比如悬浮颗粒、细菌和病毒)(参考文献26～30)。根据惯性的不同，不同尺寸的气溶胶可以被分离到对应的通道，并且在微流控芯片上设定的区域中被收集或者检测。例如在微型虚拟撞击器中，小的气溶胶可以跟随主气流相应地改变方向，而大的气溶胶无法即时地改变方向，从而会跟随次气流进入其他流道出口(参考文献26、27)。另外，由于流体在微流控装置中本身处于层流的状态，利用鞘气流(sheath air flows)可以把气溶胶聚集在通道中指定的区域。例如，当通过一个弯曲的通道时，在有鞘气流存在时，更大的气溶胶在弯曲末端沿径向更加朝外移动。因此，可以通过精心设计弯曲通道和流道出口的位置来实现气溶胶的分离和收集(参考文献28、29)。此外，微型撞击滤尘器被开发出来以在提取液体中采集气溶胶(参考文献30)。这些应用展现了微流控装置在气溶胶技术中的巨大潜力。
发明内容
本发明的实施例提供了一种微流控装置及其制造方法、口罩和从空气中过滤悬浮颗粒的方法。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种微流控装置，其包括：通道，其具有构造为在所述通道内产生空气的混沌对流的结构，其中，所述通道的所述结构包括带粘性的(adhesive) 表面。
可选地，所述通道的所述结构包括设置在所述通道内的多个交错鱼骨形微混合器，其中，每个交错鱼骨形微混合器包括多个槽。所述通道的所述结构通过在所述通道内的空气中引入微旋涡而产生混沌对流。
可选地，每个交错鱼骨形微混合器包括至少10个槽。
可选地，所述通道的所述结构包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅胶、覆盖有带粘性的表面的塑料材料，或者上述材料的组合。
可选地，在每个交错鱼骨形微混合器中，每个槽具有200μm或更小的宽度，并且相邻两个槽之间的间隔为200μm或更小；更优选地，每个槽的宽度为100μm或更小，并且相邻两个槽之间的间隔为 100μm或更小；此外，每个槽的宽度也可以为为50μm或更小，并且相邻两个槽之间的间隔可以为50μm或更小。
可选地，所述通道具有至少2.4mm的宽度，至少50μm的高度，以及至少50mm的长度。
可选地，所述多个交错鱼骨形微混合器在通道中堆叠起来以形成交错鱼骨形微混合器的堆叠，并且其中，沿所述多个交错鱼骨形微混合器的堆叠方向，相邻两个对置的交错鱼骨形微混合器的图案是镜面对称的。
可选地，所述多个交错鱼骨形微混合器沿所述通道的长度方向排列，并且具有彼此相同的槽图案；每个交错鱼骨形微混合器的槽沿所述通道的长度方向分为两个半组，每个半组中的所有槽具有相同的波形，每个交错鱼骨形微混合器中的两个半组的槽的波形沿所述通道的宽度方向彼此偏置。
可选地，所述多个交错鱼骨形微混合器布置在所述通道的一侧上或者布置在所述通道的彼此相对的两侧上。
可选地，所述通道的高度为20μm至150μm，并且在每个交错鱼骨形微混合器中，每个槽的深度为20μm至150μm；更优选地，所述通道的高度为50μm至100μm，并且在每个交错鱼骨形微混合器中，每个槽的深度为50μm至100μm。
其中，所述微流控装置构造为以至少90％的清除效率清除直径小于2.5μm的悬浮颗粒，并且所述微流控装置构造为以至少99％的清除效率清除直径在2.5μm到10μm之间的悬浮颗粒。
根据本发明的第二方面，提供一种用于过滤悬浮颗粒质的口罩，所述口罩包括：根据本发明的第一方面所述的微流控装置；以及单向阀。
可选地，所述口罩包括布置在所述单向阀的左右两侧的两个所述微流控装置，每个微流控装置包括一个或多个所述通道以及与相应通道连通的空气进口和空气出口，所述空气进口连接外界环境，并且所述空气出口对着佩戴者的口鼻。
根据本发明的第三方面，提供一种从空气中过滤悬浮颗粒的方法，所述方法包括：使空气在根据本发明第一方面所述的微流控装置的所述通道中流过，从而在正在所述通道中流动的空气中产生混沌对流。
其中，由所述微流控装置以至少99％的清除效率过滤直径在 2.5μm到10μm之间的悬浮颗粒。
可选地，所述方法还包括：使用溶剂将黏附在所述通道的所述结构的所述带粘性的表面上的悬浮颗粒冲洗掉；以及，允许所述微流控装置被干燥，使得所述微流控装置能够重复使用。
根据本发明的第四方面，提供一种制造微流控装置的方法，所述方法包括以下步骤：
i)利用光刻法制备第一模具和第二模具；
ii)在所述第一模具和所述第二模具上分别浇注前聚体；
iii)将所述第一模具和所述第二模具上的前聚体固化，以分别形成第一翻模和第二翻模；
iv)将所述第一翻模从所述第一模具揭下，并将所述第二翻模从所述第二模具揭下；
v)将附加的前聚体材料与间隔物一起夹在所述第一翻模与所述第二翻模之间；
vi)将所述附加的前聚体材料固化，以形成在两侧都含有交错鱼骨形微混合器的交错鱼骨形微混合器层；
vii)移除所述第一模具、所述第二模具和所述间隔物，以获得所述交错鱼骨形微混合器层；
viii)重复步骤i)至vii)以获得多个交错鱼骨形微混合器层；
ix)将所述多个交错鱼骨形微混合器层堆叠起来以形成所述微流控装置；或者将所述多个交错鱼骨形微混合器层堆叠起来形成堆叠，并且将所述堆叠布置在通道中以形成所述微流控装置。
其中，每个交错鱼骨形微混合器包括多个槽，每个槽具有200μm 或更小的宽度，并且相邻两个槽之间的间隔为200μm或更小。
可选地，所述前聚体和所述附加的前聚体材料是聚二甲基硅氧烷、硅胶、覆盖有带粘性的表面的塑料材料，或者上述材料的组合，并且，步骤iii)包括在80℃的温度下烘烤所述前聚体2小时。
本发明提供的微流控装置产生混沌对流(chaotic advective flow) (例如通过引入流体微旋涡)以有效地清除空气(例如受污染的空气)中的悬浮颗粒。该微流控装置对于PM2.5可以有大于90％的清除效率，并且对于PM2.5-10可以有大于99％的清除效率。该装置可以被用于微流控平台上的悬浮颗粒清除或者收集，也可以被用于家用空气净化器、个人防护设备(PPE)、通风设备以及机动车尾气过滤装置。
与现有技术的悬浮颗粒阻隔口罩相比，本发明提供的微流控装置和具有该微流控装置的口罩可以在更小的横截面积和更低的压力降下提供同等范围的气体流速，可以在EPA规定的最高污染等级的悬浮颗粒环境中针对PM2.5维持90％的清除效率至少30分钟，并且可以通过清洗、干燥而重复使用。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的交错鱼骨形微混合器(SHM) 的示意图和显微视图。
图2的子图a示出了用于表征清除效率的实验设备的示意图；子图b示出了子图a的实验设备的照片。
图3示出了随着时间推移，烧香产生的悬浮颗粒的粒径大小分布的曲线图。
图4的子图a示出了用于测量经过微流控装置的压力降的实验设备的示意图；子图b示出了子图a的实验设备的照片；子图c示出了用于测量经过现有技术的悬浮颗粒阻隔口罩的压力降的实验设备的照片；子图d示出了子图c的实验设备的一部分的放大图。
图5的子图a示出了在悬浮颗粒黏附之前和之后，聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面的微观图；子图b示出了扫描电子显微镜(SEM) 图，该图中示出了悬浮颗粒物在PDMS表面上黏附和积累的细节；子图c示出了子图b中矩形轮廓部分的放大细节。
图6示出了在带有SHM的通道中的可视化流动的计算模拟。
图7的子图a示出了包括不同SHM的微流控装置以及对照装置的微流控装置对于PM2.5和PM2.5-10的清除效率；子图b示出了具有带100μm宽的槽的SHM的微流控装置对不同粒径范围的悬浮颗粒的清除效率。
图8的子图a示出了纤维式过滤器与根据本发明的实施例的微流控装置的三种悬浮颗粒(黑点)的清除机制(扩散收集、颗粒拦截、以及惯性碰撞)的示意图表格；子图b示出了由SHM导致的朝向通道壁驱使颗粒的离心作用的示意图(通道的剖视图)，其中箭头表示颗粒移动的方向。
图9的子图a示出了针对本发明的实施例的装置的压力降测量的曲线图，其中误差线(部分地被数据符号隐藏)表示标准偏差(n＝3)；子图b示出了针对现有技术的悬浮颗粒阻隔口罩(具有直径为5cm 的圆形形状)的压力降测量的曲线图，其中误差线(部分地被数据符号隐藏)表示标准偏差(n＝3)；子图c示出了堆叠多个带有SHM 的通道的示意图，其类似于电路的并联，并且子图c的内插图示出了单个通道的几何结构细节。
图10示出了通过测量随着时间推移，根据本发明的实施例的装置在“危险”污染等级(PM2.5约为800μg/m3)下对PM2.5的清除效率所评估的该装置的长期性能的曲线图。
图11示出了根据本发明的实施例的装置的示意图。
图12示出了制造多层带有SHM的悬浮颗粒清除通道的示意图。在图12的底部中间示出了沿图12的右下角图中的虚线截取的，最终堆叠起来的SHML的剖视图。
图13示出了根据本发明的实施例的产生混沌对流的可选的通道设计。
具体实施方式
本发明的实施例提供了一种微流控装置及其制造和使用方法。该微流控装置产生混沌对流(chaotic advective flow)(例如通过引入流体微旋涡)以有效地清除空气(例如受污染的空气)中的悬浮颗粒。这类装置可包括交错鱼骨(staggered herringbone)形微混合器(SHM)，该微混合器可以嵌设在通道的内表面。SHM可以引入流体微旋涡来打破单轴向的层流，并使得悬浮颗粒和通道表面之间的相互作用(碰撞)的概率最大化。因此，当悬浮颗粒黏附在通道表面时它们就会被从气流中清除。针对PM2.5(直径小于2.5微米的悬浮颗粒)和PM2.5-10(直径介于2.5到10微米之间的悬浮颗粒)的清除，可以使用两种SHM的设计。可以使用带有100微米宽的槽的通道，对比实验表明这个结构比另一个(带有50微米宽的槽的通道) 有优势。该结构对于PM2.5可以有大于90％的清除效率，并且对于 PM2.5-10可以有大于99％的清除效率。计算模拟表明微旋涡可以通过 SHM而在气流中产生，并有助于混沌混合，以此增强气流中流线的变化。对于悬浮颗粒的高效清除至少部分(如果不完全的话)是因为混沌混合效应，它会显著增加悬浮颗粒和通道表面的碰撞概率。作为典型的气载颗粒清除机制，扩散收集、颗粒拦截和惯性碰撞可以用来解释悬浮颗粒的清除过程。此外，与现有技术的悬浮颗粒阻隔口罩相比，本发明实施例的装置可以在更小的横截面积和更低的压力降下提供同等范围的气体流速，针对PM2.5的清除，该装置可以在EPA规定的最高污染等级的悬浮颗粒环境中维持90％的清除效率至少30分钟。该装置可以被用于微流控平台上的悬浮颗粒清除或者收集，也可以被用于家用空气净化器、个人防护设备(PPE)、通风设备以及机动车尾气过滤装置。
在一个实施例中，微流控装置可以包括一个键合在平板(例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)(例如RTV615,GE Silicone,USA)平板) 上的结构。该装置可以用例如软光刻的方法制作(参考文献31)。可以通过在基底(例如硅片)上光刻形成特定负光刻胶图案的方法来制作双层模具。可以用AutoCAD软件(AutoDesk Inc)设计该装置的构造，以制备带有特定图案的膜光刻掩膜。首先，在基底(例如硅片)上进行旋转涂布(例如在3000rpm的条件下涂一层50微米高的SU-8 2050)。在软烘烤(例如在95摄氏度下7分钟)之后，通过带有通道图案的光刻掩膜进行紫外光曝光，然后再进行曝光后烘烤(例如在95摄氏度下6分钟)和显影。如此主通道层可以被制作出来。接着，在相同的基底上旋转涂布(例如转速为1750rpm)另外一层光刻胶(例如SU-8 2050)(例如100微米高)。在软烘烤(在 95摄氏度16分钟)和精确对齐主通道和SHM图案之后，进行第二次紫外光曝光，接着进行曝光后烘烤(例如在95摄氏度下9分钟) 和显影。可以在模具表面进行涂层(例如通过trichloro (1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane(PFOTS,Sigma-Aldrich))促进翻模复制品与模具的分离。将起始材料或者前聚体(例如PDMS(前聚合物和固化剂(促聚合物)之间的重量比为10：1))浇注在模具上并烘烤(例如在烘箱中以80摄氏度烘烤3个小时)。将结构(例如PDMS结构)从模具上揭下后，可以在上面打出流体进口和流体出口。平板(例如PDMS平板)的制作方法为在例如玻璃培养皿的容器中通过以80摄氏度加热3小时来聚合相应材料(例如PDMS(10： 1))。接着，将结构(例如PDMS结构)和平板(例如PDMS平板) 不可逆地键合于一起(例如使用等离子气体(PDC-32G,Harrick Plasma)以高功率(例如18瓦)进行30秒的处理)。
图1示出了本发明的两种SHM设计的示意图和显微视图。其中，图1的子图c和d分别示出了具有槽宽100微米的SHM和槽宽50 微米的SHM的微流控装置的示意图；子图a是子图c中的矩形框所框选的部分的显微视图，子图b是子图d中的矩形框所框选的部分的显微视图。参考图1中的各子图，微流控装置通过上文描述的方法由PDMS平板(未示出)与带SHM的PDMS板键合而成，两PDMS 板之间形成主通道(也称为通道)。例如，主通道可以是以2.4毫米宽(沿子图c、子图d中的上下方向的尺寸)，50微米高(见子图a 和子图b)和50毫米长(沿子图c、子图d中的左右方向的尺寸，图中未示出全长)，并且在通道底部有50微米深(高)的鱼骨形槽。通道的长度方向(图中的左右方向)上的两端分别开有气流入口和气流出口(未示出)。通道的宽度方向上的两侧是例如由PDMS板的两侧凸缘或凸起在键合后形成的侧壁(未示出)。如子图c和子图d所示，槽在通道底部上的排列方向与通道的长度方向一致，即，与气流从气流入口到气流出口的整体流动方向一致，并且每一条槽整体上沿通道的宽度方向延伸。其中，每个槽具有周期性起伏的三角波形状。子图e中的矩形框所框选的部分可视为SHM的一个基本单元(子图c中矩形框所框选的部分为该基本单元的下半部分)，该基本单元宽度约为600微米，长度约为2200微米。该基本单元分别沿通道的宽度方向和长度方向被复制扩展多次。如图所示，在每个基本单元中，槽分成左右两个半组，每个半组例如包括5个槽。每个槽均由首尾相连的四个槽段组成，形成对称的M形，从而5个槽排列成鱼骨形。每个槽的相邻槽段彼此垂直，并且每个槽段均与通道长度方向成45°角。左半组槽的位于M形的两侧的两槽段延伸较长(约是中间两槽段的延伸量的两倍)，而右半组槽的位于M形的中间的两槽段延伸较长(约是两侧两槽段的延伸量的两倍)，从而在通道中，相邻半组槽的波形沿通道的宽度方向彼此偏置，整体上形成交错鱼骨形状。换句话说，每半组SHM中的图案互相以镜面方向交替。另外，槽可以是100微米宽(子图a、子图c、子图e) 或者50微米宽(子图b、子图d)，相互之间间隔为100微米(子图a、子图c、子图e)或者50微米(子图b、子图d)。需要注意的是，如图1的子图a、子图b所示，在本文中，将槽宽定义为沿通道长度方向所测量的槽的宽度，并且槽的间隔定义为沿通道的长度方向测量的相邻两槽之间的最短距离。优选地，槽宽与槽的间隔相同或基本相同。当槽宽及槽的间隔为50微米时，前面所定义的SHM 基本单元的长度相应地变为约1100微米。如下文中描述的实验结果所显示，使用带有100微米宽的槽的通道比使用带有50微米宽的槽的通道在清除效率方面表现得更好。
本领域技术人员能够理解的是，可以根据需要和实际情况选择通道的长度和宽度。一般来说，通道的长度越长，悬浮颗粒越有足够的机会与通道壁作用并黏附其上，并且槽中可以积累更多的悬浮颗粒，从而悬浮颗粒的清除效果越好，且微流控装置的当次使用时间越长。另外，尽管图示的槽的深度和通道的高度分别为50微米，但槽的深度可以在20微米至150微米的范围内选择，并且优选为50 微米至100微米。可以仅在通道的一侧形成SHM，也可以在通道的上下两侧均形成SHM，还可以在一个主通道内形成多层通道，在每层通道的一侧或两侧形成SHM。通道的层数优选为1到6层。无论在单侧或双侧形成SHM，通道的高度均可以在20微米至150微米的范围内选择，并且优选为50微米至100微米。当通道的高度过大或过小时，均会影响悬浮颗粒的清除效率。此外，如下文中更详细地介绍，槽宽及槽的间隔均优选为200微米以下，更优选为大约100 微米。另外，通道或者通道中的SHM结构，可由PDMS、硅胶、覆盖有带粘性的表面的材料(如涂覆有PDMS前聚体的塑料材料、或覆有类似透明胶纸的材料)或它们的组合构成，也可以由其他材料构成，只要其能够提供可黏附悬浮颗粒的表面即可。
此外，本领域技术人员能够理解的是，除了图1中所示出的两种 SHM设计，也可以采用其他适于引入微旋涡而产生混沌对流的SHM 设计。例如，在每个SHM基本单元中，可以根据需要选择槽的数量、各槽段的延伸长度和延伸方向、左右半组槽的偏置方式等。
另外，根据本发明的微流控装置，可以具有除SHM外的其他类型的产生混沌对流的结构。例如，在图13的子图(a)至子图(i) 中示出了多种可以产生混沌对流的结构(例如，通过引入流体微旋涡)。其中，图13的子图(a)至子图(c)的通道结构可适于气体流速较快(高雷诺数)的情况下的悬浮颗粒清除，子图(g)至子图 (i)的通道结构可适于气体流速较慢(低雷诺数)的情况下的悬浮颗粒清除，而子图(d)至子图(f)介于上述两种情况之间(中雷诺数)。通道的结构可以包含带粘性的表面。注意，术语“混沌对流”在现有技术中有明确定义，因此本领域技术人员能够理解什么是“混沌对流”或“混沌对流流体”(例如参见Nguyenand Wu,Micromixers– a review,J.Micromech.Microeng.,15R1(2005)，其全部内容以引用的方式并入本文)。
如在前面的实施例中所介绍，每一个产生混沌对流的结构包括至少一个200微米宽或更小的槽，如果有多个槽，则(相邻两个)槽之间的间隔为200微米或更小。每个槽的宽度可以是100微米或更小，而槽之间的间隔可以是100微米或更小。例如，槽的宽度可以是100微米或50微米，并且如果有多个槽，槽之间的间隔可以是100 微米或者50微米。每个槽的宽度可以是50微米或更小，如果有多个槽，槽之间的间隔可以是50微米或更小。微流控装置可以设计成以至少90％的清除效率清除PM2.5并且以至少99％的清除效率清除 PM2.5-10。该结构的材料包括：例如PDMS、硅胶、覆盖有带粘性的表面的塑料材料或者上述材料的组合。用来过滤悬浮颗粒的口罩可以包含至少一个这样的微流控装置和一个单向阀。用来从空气中过滤悬浮颗粒的方法包括让气体在该微流控装置的通道中流过，从而在通道中气流中引入混沌对流流(例如微旋涡)。
在一个实施例中，微流控装置可以包括：一个通道和设置在通道内的多个SHM。每个SHM都可以包含多个槽，而每个槽的宽度为 200微米或者更小并且槽之间的间隔为200微米或者更小。可以在通道内构建多个SHM在气流中引入微旋涡。每个槽的宽度可以是100 微米或更小，槽之间的间隔可以是100微米或者更小。例如每个槽的宽度可以是100微米或50微米，槽之间的间隔可以是100微米或者50微米。每个槽的宽度可以是50微米或更小，槽之间的间隔可以是50微米或更小。SHM可以在通道内堆叠起来形成一个SHM堆叠，并且SHM在堆叠中可以被放置成使得沿堆叠方向，相邻两个对置的交错鱼骨形微混合器的图案是镜面对称的(即，图案每半组就镜面互换方向)。该微流控装置可以构造为以至少90％的清除效率清除PM2.5.，并且以至少99％的清除效率清除PM2.5-10。每个SHM可包含至少10个槽并且每个SHM可由PDMS制成。用于过滤悬浮颗粒的口罩可以包含至少一个微流控装置和一个单向阀。用来从空气中过滤悬浮颗粒的方法包括让气体在通道中流过从而在通道内的气流中引入微旋涡。
在另一个实施例中，一种制造微流控装置的方法，包括以下步骤： 1)利用光刻法制作第一模具和第二模具；2)在第一模具和第二模具上分别浇注前聚体；3)将第一模具和第二模具上的前聚体固化，以分别形成第一翻模和第二翻模；4)将第一翻模从第一模具揭下，并将第二翻模从第二模具揭下；5)将附加的前聚体材料与间隔物(如垫片)一起夹在第一翻模与第二翻模之间；6)将该附加的前聚体材料固化，以形成在两侧都含有交错鱼骨形微混合器的交错鱼骨形微混合器层(SMHL)；7)移除第一模具、第二模具和间隔物，以获得SMHL；8)重复步骤1)-7)来得到多个SHML；9)将这些SMHL 堆叠起来并把这样的堆叠放置在通道中来形成微流控装置，或者这个堆叠本身就可以是微流控装置。每个SHM都可以包含多个槽，而每个槽的宽度为200微米或者更小并且槽之间的间隔为200微米或者更小。每个SHM的多个槽可沿通道的长度方向分为两个半组，且每个半组中的所有槽具有相同的波形，两个半组的槽的波形沿通道的宽度方向彼此偏置。
前聚体和附加的前聚体材料可以是PDMS。第3)步可以包括在 80摄氏度下烘烤前聚体2小时。每个槽的宽度可以是100微米或更小(例如大约100微米或者大约50微米)，槽之间的间隔可以是100 微米或者更小(例如大于100微米或者大约50微米)。SHML可堆叠为使得，沿堆叠方向，相邻两个对置的SHM的图案是镜面对称的。该微流控装置可以构造为以至少90％的清除效率清除PM2.5.，并且以至少99％的清除效率清除PM2.5-10。该微流控装置可以构造为在通道内的气流中引入微旋涡。每个SHM可包括至少10个槽。
在另一实施例中，当悬浮颗粒黏附于微流控装置的内表面之后，可以用溶剂将黏附的悬浮颗粒冲洗除去，使得装置可以在干燥后被重复利用。溶剂例如可以是水、乙醇或者是两者的混合物(例如75％乙醇(体积百分比))。
以低雷诺数为特征的层流通常会出现在通道尺寸为几十到几百微米的微流控装置。在层流中混合流体需要依靠纯粹的扩散，而这种扩散混合即使在微米级别的通道中也是缓慢的。为了解决这个问题， SHM在通道中可集成槽，使得可以以短的混合长度使层流中不同的成分有效地混合。作为一种使用混沌对流的被动微混合器，SHM并不需要在混合过程中借助额外的外力(例如声波、电动流体、磁力和热)，这样使得它们可以容易地被集成到现有的微流控装置中(参考文献34、35)。除了流体混合，带有SHM的微流控装置还可以被应用于各种应用，例如捕获循环肿瘤细胞(CTCs)(参考文献36～38)、粒子聚焦和引导(参考文献39)、细菌的捕获和富集(参考文献40)、 DNA与磁珠之间的结合(参考文献41)、分子的表面连接(参考文献42)、增加气液之间的接触(参考文献43)以及在芯片上实现柠檬酸盐血的复钙化(参考文献43)。在这些应用中，由于高的捕获效率、高的通量和容易的集成化，使用SHM来增加表面与稀有细胞、细菌、微珠以及大分子的相互作用是具有优势的(参考文献45)。
在本发明的实施例中，SHM可以被集成到通道中，以通过引入微旋涡来增加流体的旋转和拉伸，由此增加悬浮颗粒与通道表面的相互作用以及悬浮颗粒之间的碰撞(参考文献46、47)。这至少可以从图5的子图a中看出。在
Figure BDA0002047744330000131
Multiphysics上进行计算模拟以令带有SHM的通道中的流体可视化，并且结果在图6中示出。根据流动分布(flowprofile)，因为源自SHM的混沌混合，流体流线不断发生方向的改变，而不是像在带有平滑壁面的通道那样一直保持平行。从剖视面(XZ平面)中，微旋涡可以被清楚地看到。悬浮颗粒和通道表面之间如何相互作用的细节由扫描电子显微镜(SEM) 所呈现(见图5的子图b和子图c)。当悬浮颗粒撞击到通道的壁表面上时，它们会黏附在表面上然后通过形变而铺展开，使得与表面有更大的接触。当悬浮颗粒在通道表面积累时，新的悬浮颗粒可以黏附在空余的位置，也可以直接黏附在已经处于表面上的悬浮颗粒上并与之融合在一起。此外，已经黏附在表面上的悬浮颗粒也可以在彼此距离足够接近的时候相互融合形成更大的悬浮颗粒。
除了清除效率，与气流供应相关的压力降是悬浮颗粒清除装置的另一个重要的参数。这项参数直接与能量损耗相关，而且通常占空气过滤器总生命周期成本的70％(参考文献19)。分别对本发明的实施例的装置(单个通道)以及现有技术的悬浮颗粒阻隔口罩的压力降进行测试，结果分别在图9的子图a和子图b中示出。参考图9，当流量增加的时候压力降也会增加。为了比较，带有SHM的通道被假定是堆叠在一起的，以供给比单通道更多的气流，这在图9的子图c中可以体现。子图c的内插图示出了单个通道的几何结构细节。因为流体回路可相似于电子回路，将流速(Q)比作电流(I)，将压力降(Δp)比作电压降(ΔV)以及将流体阻力比作电阻，就可以得到一个类似欧姆定律的公式(参考文献50)。
Δp＝Q×R (1)
因为堆叠多个通道相当于电路中的并联，并且假设每个通道提供相同的流速(Q1)，因此堆叠两个通道的流体阻力(R2)、流速(Q2) 和压力降(Δp2)可以由下面的公式计算得出(参考图9c)。
Figure BDA0002047744330000141
Q2＝2Q1 (3)
Δp2＝Q2×R2＝Q1×R1＝Δp1 (4)
方程(4)可以拓展到堆叠在一起的任意数量的通道，增加流速的影响会被减小阻抗(阻力)的影响抵消。
Δpn＝Qn×Rn＝Q1×R1＝Δp1 (5)
根据方程(5)，为了提供与现有技术的悬浮颗粒阻隔口罩相匹配的流速范围(1～6L/min)，需要将100个通道堆叠在一起(流速增加100倍)。在这个例子中，根据前述的假设，多个通道的横截面积为5.3平方厘米。与相应的横截面积为19.6平方厘米的悬浮颗粒口罩(直径为5厘米的圆形)相比，带有SHM的多个通道可以在更小的横截面积和更低的压力降下提供同样范围内的流速。需要堆叠的通道数量可以根据不同的应用所需要的流速和压力降来得出。举个例子，为了提供人体在休息状态下的平均呼吸流速(5L/min)，如果每个通道可以供应15mL/min的流速，则需要334个通道。
通过测量随着时间推移，本发明的实施例的装置在“危险”的污染等级(“Hazardous”,PM2.5～800μg/m3)且流速为15mL/min下对 PM2.5的清除效率，来评估该装置的长期性能。使用寿命可定义为：清除效率能够维持在最大清除效率的90％以上的时间段。参考图10，当暴露在高浓度的烟中时，该装置的使用寿命为30分钟。而清除效率在40分钟后会降低到原来的70％。清除效率降低的原因可能是通道表面已经饱和，这是因为悬浮颗粒会在通道表面积累并覆盖住鱼骨形的槽，这样会使混沌混合效应降低。需要注意的是这里应用的是EPA所规定的最高污染等级(“危险”,PM2.5>250μg/m3)，如果是在第二高污染等级(“非常有害健康”级,PM2.5大约为200μg/m3) 或者第三高污染等级(“有害健康”级,PM2.5大约为100μg/m3)的污染等级下，则有效清除悬浮颗粒的时间会延长(分别为大约110分钟和大约220分钟)。
悬浮颗粒清除装置的其中一个有潜力的应用是在PPE中用来保护个体免于暴露在有害的悬浮颗粒环境中。图11示出了一个根据本发明的实施例的装置。参考图11，悬浮颗粒阻隔口罩可以被用作PPE。该口罩包括两个悬浮颗粒清除单元和一个单向阀。对于每个悬浮颗粒清除单元，其中制作有一层或多层(优选为1至6层)单侧或双侧带有SHM的悬浮颗粒清除通道。各层带有SHM的通道可沿着从内向外的方向(即，从用户的面部指向外界)堆叠。在每一层中，带有SHM的通道可以平行地放置并在一个翻模(例如一个PDMS 翻模)中制备。空气进口可以开在外侧来连接外界环境，而空气的出口可以开在内侧，对着该口罩用户的口鼻。空气进口和空气出口设置为使空气能够进入每一层通道中和从每一层通道离开。优选地，空气进口和空气出口设置为适于通道的冲洗。每个悬浮颗粒清除单元的长度可为1到5厘米，宽度可为1到10毫米，并且可以如图11 所示的那样分成并排布置的多组(图示为3组)堆叠的通道，每组通道连接一个空气进口和一个空气出口。每组通道的宽度为长度可为1至5厘米(视口罩的尺寸而定)，宽度可为1至10毫米，相邻两组通道之间的间距可为0.3到1毫米。可选地，每个悬浮颗粒清除单元可以只包括一组通道，并且通道的宽度足够大(接近口罩的高度)，以在提高悬浮颗粒清除效率的同时确保通道的总截面面积足够大，降低吸气阻力。为了在呼气的时候进一步降低压力降来增强用户体验，口罩上可集成有一个单向阀(这是现有技术的悬浮颗粒阻隔口罩的典型设计)，使得空气只能单方向地从内流向外，而不能朝反方向流动。当用户吸气的时候，单向阀关闭，使得空气必须经由在外侧的进口、通过带有SHM的通道流过；当空气经过通道的时候，悬浮颗粒会被清除，干净的空气会从内侧的出口出来。当用户呼气时，单向阀打开，使得气体可以无阻力地通过单向阀。另外，由于PDMS的无毒性、化学惰性、弹性、透气性和透明度，PDMS 是一种很适合用在该口罩上的材料。无毒性和化学惰性使得该口罩适于贴于用户的皮肤而弹性使得可以根据不同的脸部轮廓形成防泄漏的口罩。因为气体分子可以穿透PDMS，所以汗水可以蒸发排出，提升用户体验。除了考虑到外观，光学透明的PDMS有利于观察悬浮颗粒在通道中的积累情况，这可以作为提醒用户需要更换口罩的指标。
图12示出了制作多层带有SHM的悬浮颗粒清除通道的示意图。在图12的底部中间示出了沿图12的右下角图中的虚线截取的，最终堆叠起来的SHML的剖视图。参考图12，两个模具可以通过标准的光刻技术被制作并盐化(硅烷化)。其次，可将前聚体(例如PDMS 前聚体(10：1))分别浇注在这两个模具上并烘烤(例如80摄氏度)两小时；固化之后，可将两个翻模(例如PDMS翻模)从模具上揭下并盐化，使之可以更好地被释放。接着，将附加的前聚体(例如PDMS前聚体(10：1))连同间隔物夹在两个翻模中并将该附加的前聚体固化。从而可以获得一个两侧都带有SHM的交错鱼骨形微混合器层(SHML)。然后可将多个SHML堆叠起来形成多层悬浮颗粒清除通道。
由烧香所产生的悬浮颗粒含有很小的液滴。可以预期像灰尘这样的固体颗粒也可以黏附于表面(例如，PDMS表面)。另外，表面改性(例如在表面涂布一层诸如PDMS前聚体的液体薄层)可以增加本发明的实施例的微流控装置的清除效率并延长该微流控装置的使用寿命。
传统的悬浮颗粒清除装置是利用过滤的机理来清除悬浮颗粒。为了能清除掉悬浮颗粒，过滤器的网格/孔洞的大小必须小于悬浮颗粒的直径。拿PM2.5为例，为了能过滤2.5微米的颗粒，孔洞的大小必须小于2.5微米。然而，当孔洞变小，气体就会变得更难通过过滤器，这进而导致了压力降。这就是为什么经常会感到戴N95口罩呼吸会比戴N80口罩呼吸更困难。而本发明解决了这个问题。在空气气流中产生微旋涡以及极大地增强混沌对流的独特机理，使得可以用更大的“孔洞”(通道的横截面积)来清除小的颗粒。例如，PM2.5可以被高度为100微米的通道有效地清除。这意味着在相同的清除效率下，本发明的实施例的装置的压力降可以远远小于现有技术中的以过滤为基础的口罩。因此，本发明的实施例的装置可以作为更优的面部口罩。
以下是解释实施本发明的实施例的过程的实例。这些实例不应被解释为限制性的。
实例1：装置的制造
制造微流控装置，该微流控装置包括键合在PDMS平板上的PDMS((RTV615,GESilicones,USA)结构。该装置可以用标准的软光刻方法制作。通过在硅片上光刻形成特定SU-8光刻胶 ((MicroChem,USA)图案的方法制作双层模具。可以用AutoCAD软件(AutoDeskInc)设计该装置的构造，以制备带有特定图案的膜光刻掩膜。首先，在基底(例如硅片)以3000rpm的转速旋转涂布一层50微米高的SU-8 2050。在95摄氏度下进行7分钟的软烘烤之后，通过带有通道图案的光刻掩膜进行紫外光曝光，然后再进行95摄氏度6分钟的曝光后烘烤和显影。如此主通道层可以被制作出来。接着，在相同的基底上以1750rpm的转速旋转涂布另外一层100微米高的SU-8 2050光刻胶。在95摄氏度下进行16分钟的软烘烤和精确对齐主通道和SHM图案之后，进行第二次紫外光曝光，接着在95 摄氏度下进行9分钟的曝光后烘烤和显影。模具表面用 trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane(PFOTS,Sigma-Aldrich) 进行涂层以促进翻模复制品与模具的分离。将PDMS(10：1，前聚合物和固化剂之间的重量比)倒在模具上并在80摄氏度下进行3个小时的烘烤。将PDMS结构从模具上揭下后，可以在上面打出流体进口和流体出口。PDMS平板的制作方法为在玻璃培养皿的容器中通过以80摄氏度加热3小时来固化PDMS(10：1)。接着，将PDMS 结构和PDMS平板用高功率(18瓦)的等离子气体(PDC-32G, Harrick Plasma)进行30秒的处理以不可逆地键合于一起。图1的子图a至子图d展现了本发明的两种SHM设计的示意图和显微视图。根据图1的子图a至子图d，主通道为2.4毫米宽、50微米高和50 毫米长，并且在通道底部有50微米高的鱼骨形槽。槽是100微米或者50微米宽，槽彼此之间间隔100微米或者50微米。每组SHM包含10个槽，每半组SHM中的图案互相以镜面方向交替。
实例2：清除效率的表征
图2的子图a示出了表征清除效率的实验设备。模拟悬浮颗粒 (PM)可以在一个限定的环境(烟尘容器)里用烧香的方式产生(参考文献20、21、32)。悬浮颗粒的浓度可以用空气稀释烟尘的方法控制到相当于由EPA规定的“危险的”(“Hazardous”)等级(PM2.5> 250μg/m3)。烧香产生的悬浮颗粒的粒径大小分布显示出，在粒径介于300纳米到10微米的悬浮颗粒中，大部分悬浮颗粒的粒径都小于1微米并且每个尺寸范围的悬浮颗粒浓度都相对稳定(见图3)。一个与流量计相连的气压控制器(OB1,Elveflow)用来控制稀释的过程。气载颗粒计数器(CEM)被用来测量在经过装置前(Cbefore)和经过装置后(Cafter)的悬浮颗粒浓度。清除效率(RE)通过以下公式得到：RE＝1-Cafter/Cbefore。
连接有CCD相机(DS-Fi1,Nikon)的显微镜(AZ100,Nikon)被用来观察带有SHM的通道的内表面。悬浮颗粒和通道表面之间相互作用的细节由扫描电子显微镜(SEM,JSM 6490,JEOL)表征。用金溅射涂层机(S150B,Edwards)将一层15纳米的金沉积到PDMS结构上。接着，将PDMS结构用双面导电胶带安装在一个金属台上。用SEM 观察样品并用10kV的加速电压和200×and 1500×放大倍率拍摄图片。这套设备被用于实例3-实例5。
例3：清除效率
通过对清除效率的表征，对15mL/min的流速下，带有SHM(100 微米和50微米宽的槽)的通道和未带有SHM的平坦壁(flat-walled) 通道进行相比较。图7的子图a示出了针对带有100微米宽槽的 SHM、带有50微米宽槽的SHM和对照组的微流控装置的PM2.5and PM2.5-10的清除效率。带有100微米宽槽的通道可以清除90.8％± 1.5％的PM2.5以及99.4％±0.2％的PM2.5-10，而带有50微米宽槽的通道可以清除85.0％±1.4％的PM2.5和99.3％±0.3％的PM2.5-10。带有SHM的装置比对照组(清除效率：PM2.5:54.1％±3.7％和 PM2.5-10:74.0％±3.6％)有更高的PM2.5和PM2.5-10清除效率。实验结果证实SHM的混沌混合效应可以增加悬浮颗粒黏附于通道表面的概率。另外，带有100微米宽槽的通道展现了比带有50微米宽槽略高的清除效率。从图5的子图b和子图所示c的SEM图中可以看出，大比例的悬浮颗粒黏附于槽的区域中，特别是槽的底部，这表明悬浮颗粒更倾向于被捕集在槽中。因此，增加槽的宽度可以增加悬浮颗粒撞击到通道表面的概率。更宽槽可以带来更高清除效率的结果也可以由模拟和实验结果所支持。所以，在实例4中使用带有100 微米宽槽的装置。
实例4：清除效率
利用
Figure BDA0002047744330000191
Multiphysics 5.0进行计算模拟来研究该装置的清除效率。模拟的模型包含8组SHM，其他几何细节与实际装置相同。成功清除悬浮颗粒被定义为当悬浮颗粒与通道表面直接接触即成功清除。而悬浮颗粒被设定为没有质量且直径为0.5微米的固体圆球。悬浮颗粒的释放形式为基于网格的，得到的清除效率为83.1％。清除效率在计算模拟和实际实验之间的差别是由应用在计算模拟中的严格假设所造成的，例如假设零质量、固定圆形颗粒结构，以及假设在直接接触时实现清除(参考文献40)。
实例5：针对不同粒径大小的悬浮颗粒的清除效率
研究了针对不同粒径大小范围的悬浮颗粒清除效率。图7的子图 b示出了包括带有100微米宽槽的SHM的微流控装置对不同粒径范围的悬浮颗粒的清除效率。对于所有的悬浮颗粒范围，颗粒浓度在经过装置后都有显著的降低，这意味着大部分的悬浮颗粒都被装置所清除。此外，当粒径变大时，清除效率也会增加。除了粒径范围 0.3-0.5微米(清除效率为86.0％±2.8％)，所有粒径范围的清除效率都大于94％。
针对过滤大于0.3微米的悬浮颗粒的纤维式过滤器的机理可以分为三类：过滤收集、颗粒拦截和惯性撞击(参考文献18、49)。这些机理在图8的子图中示出。对于扩散收集，因为布朗运动，悬浮颗粒会偏离流体流线最终撞上纤维。针对颗粒拦截，因为悬浮颗粒和纤维之间的距离小于颗粒的半径，沿着流体流线行进的悬浮颗粒会撞击纤维。对于惯性撞击，因为惯性，悬浮颗粒无法根据流体流线的变化而改变，导致悬浮颗粒偏离流体流线而撞击纤维。颗粒拦截和惯性撞击在较大的颗粒中占据主导而扩散收集则在颗粒粒径小于1微米的时候开始起显著作用。这三种机理同样可以用来解释本发明中微流控装置的悬浮颗粒清除。在通道中，当颗粒沿着流体流线行进并距离通道壁足够近时，扩散收集和颗粒拦截就会发生。流体流线越接近通道壁，悬浮颗粒黏附于通道表面的概率越高。而在平坦壁通道里，因为平滑的流体流线，悬浮颗粒会顺着不靠近通道壁的流体流线行进，接触通道表面的概率更低，导致低的清除效率。因为由SHM所产生的微旋涡会迫使流线不断发生改变(特别是在通道横截面上，在这里流体流线的改变既频繁又剧烈，如由图6看出)，悬浮颗粒因为惯性力而偏离流体流线会被增强。这个过程类似离心过程，迫使在通道中间的悬浮颗粒往通道壁移动，最后黏附在通道表面上(见图8的子图b)。
实例6：压力降的表征
图4的子图a示出了测量经过微流控装置的压力降的实验设备的示意图。图4的子图b示出了子图a所示出的实验设备的照片。图4 的子图c示出了测量经过现有技术的悬浮颗粒阻隔口罩的压力降的实验设备的照片而图4的子图d示出了子图c中实验设备的一部分的放大照片。一个带有流量计的气压控制器(OB1,Elveflow)用来控制进气口的气流。压力降由一个差分压力计(CEM)测量。两个三向即插式接头(SMC Coorporation)用来连接主气流道和压力计的测量口。为了测量现有技术的悬浮颗粒阻隔口罩，一个包含两个帽型部件的口罩保持器(mask holder)由基于FDM的三维打印机制作。现有技术的悬浮颗粒阻隔口罩的位于圆圈(直径为5cm)内的部分紧贴O型圈被夹在口罩保持器的中间以保证气密性。这个装置被用在了实例7中。
实例7：压力降的测量
测量了本发明的实施例的装置(单个通道)的压力降(见图9的子图a)和现有技术的悬浮颗粒阻隔口罩的压力降(见图9的子图b)。参考图9的子图a，压力降随着流速的增加而增加。而现有技术的悬浮颗粒阻隔口罩的压力降比本发明的实施例的装置的压力降高得多，甚至是在低流量的情况下也是如此。
当在本文中使用术语“约”时，结合数值，应理解该值可以在值的95％至105％的范围内，即该值可以是所述值的+/-5％。例如，“约 1kg”是指0.95kg至1.05kg。
应当理解，本文描述的实例和实施例仅用于说明目的，并且本领域技术人员能够想到对其进行各种修改或变型，这些修改或变型也包括在本申请以及所附权利要求的精神和范围内以及。此外，本文公开的任何发明或其实施例的任何要素或限制可以与本文公开的任何和/或所有其他要素或限制，或其任何其他发明或其实施例相组合
(单独地或以任何组合的方式)，并且所有这些组合应被设想为落入本发明的范围内。
本文提及或引用的所有参考文献，包括专利、专利申请、临时申请和出版物(包括“参考文献”部分中的那些)，连同其所有附图和表格，只要其不与本说明书的明确教导不一致，便在此通过引用整体并入本文。
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Claims (28)

1.一种用于清除空气中的悬浮颗粒的微流控装置，包括：
通道，其具有构造为在所述通道内产生空气的混沌对流的结构，
其中，所述通道的所述结构包括带粘性的表面，
所述通道的所述结构包括设置在所述通道内的多个交错鱼骨形微混合器，
所述多个交错鱼骨形微混合器在通道中堆叠起来以形成交错鱼骨形微混合器的堆叠，并且
沿所述多个交错鱼骨形微混合器的堆叠方向，相邻两个对置的交错鱼骨形微混合器的图案是镜面对称的。
2.根据权利要求1所述的微流控装置，其中，
每个交错鱼骨形微混合器包括多个槽，每个槽具有200μm或更小的宽度，并且相邻两个槽之间的间隔为200μm或更小，并且
所述通道的所述结构通过在所述通道内的空气中引入微旋涡而产生混沌对流。
3.根据权利要求2所述的微流控装置，其中，在每个交错鱼骨形微混合器中，每个槽的宽度为100μm或更小，并且相邻两个槽之间的间隔为100μm或更小。
4.根据权利要求2所述的微流控装置，其中，在每个交错鱼骨形微混合器中，每个槽的宽度为100μm，并且相邻两个槽之间的间隔为100μm。
5.根据权利要求2所述的微流控装置，其中，在每个交错鱼骨形微混合器中，每个槽的宽度为50μm或更小，并且相邻两个槽之间的间隔为50μm或更小。
6.根据权利要求2所述的微流控装置，其中，在每个交错鱼骨形微混合器中，每个槽的宽度为50μm，并且相邻两个槽之间的间隔为50μm。
7.根据权利要求2所述的微流控装置，其中，
所述多个交错鱼骨形微混合器沿所述通道的长度方向排列，并且具有彼此相同的槽图案；
每个交错鱼骨形微混合器的槽沿所述通道的长度方向分为两个半组，每个半组中的所有槽具有相同的波形，每个交错鱼骨形微混合器中的两个半组的槽的波形沿所述通道的宽度方向彼此偏置。
8.根据权利要求2所述的微流控装置，其中，所述多个交错鱼骨形微混合器布置在所述通道的一侧上或者布置在所述通道的彼此相对的两侧上。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的微流控装置，其中，所述通道的高度为20μm至150μm，并且在每个交错鱼骨形微混合器中，每个槽的深度为20μm至150μm。
10.根据权利要求9所述的微流控装置，其中，所述通道的高度为50μm至100μm，并且在每个交错鱼骨形微混合器中，每个槽的深度为20μm至150μm。
11.根据权利要求1所述的微流控装置，其中，所述微流控装置构造为以至少90％的清除效率清除直径小于2.5μm的悬浮颗粒，并且
所述微流控装置构造为以至少99％的清除效率清除直径在2.5μm到10μm之间的悬浮颗粒。
12.根据权利要求2至8中任一项所述的微流控装置，其中，每个交错鱼骨形微混合器包括至少10个槽。
13.根据权利要求1至8中任一项所述的微流控装置，其中，所述通道的所述结构包括聚二甲基硅氧烷、硅胶或者上述材料的组合。
14.根据权利要求1至8中任一项所述的微流控装置，其中，所述通道的所述结构包括覆盖有带粘性的表面的塑料材料。
15.根据权利要求2所述的微流控装置，其中，所述通道具有至少2.4mm的宽度，至少50μm的高度，以及至少50mm的长度，并且
在每个交错鱼骨形微混合器中，每个槽的宽度为100μm或更小，并且相邻两个槽之间的间隔为100μm或更小。
16.根据权利要求2所述的微流控装置，其中，所述通道具有至少2.4mm的宽度，至少50μm的高度，以及至少50mm的长度，
其中，在每个交错鱼骨形微混合器中，每个槽的宽度为50μm或100μm，并且相邻两个槽之间的间隔为50μm或100μm，
所述多个交错鱼骨形微混合器在通道中堆叠起来以形成交错鱼骨形微混合器的堆叠，
沿所述多个交错鱼骨形微混合器的堆叠方向，相邻两个对置的交错鱼骨形微混合器的图案是镜面对称的，
每个交错鱼骨形微混合器包括至少10个槽，
所述微流控装置构造为以至少90％的清除效率清除直径小于2.5μm的悬浮颗粒，并且所述微流控装置构造为以至少99％的清除效率清除直径在2.5μm到10μm之间的悬浮颗粒，并且
每个交错鱼骨形微混合器包括聚二甲基硅氧烷、硅胶或者上述材料的组合。
17.根据权利要求2所述的微流控装置，其中，所述通道具有至少2.4mm的宽度，至少50μm的高度，以及至少50mm的长度，
其中，在每个交错鱼骨形微混合器中，每个槽的宽度为50μm或100μm，并且相邻两个槽之间的间隔为50μm或100μm，
所述多个交错鱼骨形微混合器在通道中堆叠起来以形成交错鱼骨形微混合器的堆叠，
沿所述多个交错鱼骨形微混合器的堆叠方向，相邻两个对置的交错鱼骨形微混合器的图案是镜面对称的，
每个交错鱼骨形微混合器包括至少10个槽，
所述微流控装置构造为以至少90％的清除效率清除直径小于2.5μm的悬浮颗粒，并且所述微流控装置构造为以至少99％的清除效率清除直径在2.5μm到10μm之间的悬浮颗粒，并且
每个交错鱼骨形微混合器包括覆盖有带粘性的表面的塑料材料。
18.一种用于过滤悬浮颗粒质的口罩，所述口罩包括：
根据权利要求1至17中任一项所述的微流控装置；以及
单向阀。
19.根据权利要求18所述的口罩，其中，所述口罩包括布置在所述单向阀的左右两侧的两个所述微流控装置，每个微流控装置包括一个或多个所述通道以及与相应通道连通的空气进口和空气出口，所述空气进口连接外界环境，并且所述空气出口对着佩戴者的口鼻。
20.一种从空气中过滤悬浮颗粒的方法，所述方法包括：
使空气在根据权利要求1至17中任一项所述的微流控装置的所述通道中流过，从而在正在所述通道中流动的空气中产生混沌对流，
其中，由所述微流控装置以至少99％的清除效率过滤直径在2.5μm到10μm之间的悬浮颗粒。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：
使用溶剂将黏附在所述通道的所述结构的所述带粘性的表面上的悬浮颗粒冲洗掉；以及
允许所述微流控装置被干燥，使得所述微流控装置能够重复使用。
22.一种制造微流控装置的方法，所述方法包括以下步骤：
i)利用光刻法制备第一模具和第二模具；
ii)在所述第一模具和所述第二模具上分别浇注前聚体；
iii)将所述第一模具和所述第二模具上的前聚体固化，以分别形成第一翻模和第二翻模；
iv)将所述第一翻模从所述第一模具揭下，并将所述第二翻模从所述第二模具揭下；
v)将附加的前聚体材料与间隔物一起夹在所述第一翻模与所述第二翻模之间；
vi)将所述附加的前聚体材料固化，以形成在两侧都含有交错鱼骨形微混合器的交错鱼骨形微混合器层；
vii)移除所述第一模具、所述第二模具和所述间隔物，以获得所述交错鱼骨形微混合器层；
viii)重复步骤i)至vii)以获得多个交错鱼骨形微混合器层；
ix)将所述多个交错鱼骨形微混合器层堆叠起来以形成所述微流控装置；或者将所述多个交错鱼骨形微混合器层堆叠起来形成堆叠，并且将所述堆叠布置在通道中以形成所述微流控装置，
其中，每个交错鱼骨形微混合器包括多个槽，每个槽具有200μm或更小的宽度，并且相邻两个槽之间的间隔为200μm或更小。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述前聚体和所述附加的前聚体材料是聚二甲基硅氧烷、硅胶或者上述材料的组合，并且
步骤iii)包括在80℃的温度下烘烤所述前聚体2小时。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述前聚体和所述附加的前聚体材料是覆盖有带粘性的表面的塑料材料，并且
步骤iii)包括在80℃的温度下烘烤所述前聚体2小时。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其中，在每个交错鱼骨形微混合器中，每个槽的宽度为100μm或更小，并且相邻两个槽之间的间隔为100μm或更小，并且
所述多个交错鱼骨形微混合器层堆叠为使得，沿堆叠方向，相邻两个对置的交错鱼骨形微混合器的图案是镜面对称的。
26.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其中，所述微流控装置构造为以至少90％的清除效率清除直径小于2.5μm的悬浮颗粒，
所述微流控装置构造为以至少99％的清除效率清除直径在2.5μm到10μm之间的悬浮颗粒，并且
所述微流控装置构造为在所述通道内的气流中引入微旋涡。
27.根据权利要求22所述的方法，其中，每个交错鱼骨形微混合器包括至少10个槽，
所述前聚体和所述附加的前聚体材料是聚二甲基硅氧烷、硅胶或者上述材料的组合，
步骤iii)包括在80℃的温度下烘烤所述前聚体2小时，
在每个交错鱼骨形微混合器中，每个槽的宽度为100μm或更小，并且相邻两个槽之间的间隔为100μm或更小，并且
所述多个交错鱼骨形微混合器层堆叠为使得，沿堆叠方向，相邻两个对置的交错鱼骨形微混合器的图案是镜面对称的。
28.根据权利要求22所述的方法，其中，每个交错鱼骨形微混合器包括至少10个槽，
所述前聚体和所述附加的前聚体材料是覆盖有带粘性的表面的塑料材料，
步骤iii)包括在80℃的温度下烘烤所述前聚体2小时，
在每个交错鱼骨形微混合器中，每个槽的宽度为100μm或更小，并且相邻两个槽之间的间隔为100μm或更小，并且
所述多个交错鱼骨形微混合器层堆叠为使得，沿堆叠方向，相邻两个对置的交错鱼骨形微混合器的图案是镜面对称的。
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