CN207805514U - 一种矩形腔主动式微流体混合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于微流控芯片领域，具体公开了一种矩形腔主动式微流体混合器，包括两个微流体入口，一个微流体出口，微混合室，挡板，挡块和四个电极。通过在微混合室不同位置设置电极，施加电势产生电场，通过电场力打乱微流体层流状态，实现两种微流体的混合。本实用新型的优势在于：微流体混合器整体尺寸较小，结构紧凑，不需要设计具有复杂结构的微流体通道，只通过布置四个电极的位置，合理施加电压，便可实现快速高质量的混合。

Description

一种矩形腔主动式微流体混合器

技术领域

本实用新型涉及一种具有新型结构的矩形腔主动式微流体混合器，其混合方式为主动式。

背景技术

以微流控技术为依托的微流控芯片以其微型化、便携化、可集成、成本低廉等特点成为研究的热门领域，微流控技术已成为应用于机械、生物医学、化学工程、航空航天等多个领域的崭新技术；在微流控技术中，将几种不同种类，不同浓度的微流体均匀混合具有重要意义，因此开展了大量微流体混合器的研究。

在宏观条件下，所谓混合通常是指用机械或流体动力的方法，使两种或多种物料相互分散而达到一定均匀程度的单元操作，但是微米量级的尺度下与宏观流体流动有很大区别，微米量级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，微流体的混合变得较为困难；微流体混合器能够有效促进微流体之间的混合，达到具体的实验要求。

在目前大部分流体实验过程中，通常需要对两种或多种流体进行充分混合，目前这种混合方式大多采用两种或多种流体从各自注入口注入，经过交汇后便直接排出，使得微流体混合效率非常低下，达不到实验所要求混合精度；为提高微流体混合的混合效率，已经设计出各种类型的微流体混合器以供实验人员使用，但由于加工成本，混合精度的要求不同，所需使用的微流体混合器也有所差别。

微流体混合器根据输入能量不同，可分为被动式微流体混合器和主动式微流体混合器两类；前者单纯的利用几何形状或流体特性产生混合效果，除驱动流体流动的力（如压力、电渗驱动等）外，混合不借助于其他外力，混合器也不含任何可移动部件；而后者则借助磁力、电场力、声场等外力实现混合；主动式微流体混合器的混合效果好，响应速度快，使用方便，在各个领域中得到广泛使用。

现在对微流体的混合的主要方法是在微流体混合器内增加一定数量的挡块，增加的挡块会对微混合室内微流体流动产生阻扰作用，使得微流体混合的对流扩散作用增强，但同时也造成了微流体的流动损失加大，存在很多待改进之处，本实用新型改进了微混合室内的挡块结构，优化了微混合室结构，减小了微流体流动损失，使得微流体混合时间更短，混合更加充分、混合效率大大提高。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种具有新型结构的矩形腔主动式微流体混合器，用于进一步简化挡块设计，优化微混合室结构，降低对微流体的流动阻力，提高微流体混合效率。

本实用新型的技术方案是：一种矩形腔主动式微流体混合器，包括第一微流体入口，第二微流体入口，挡板，第一电极，第二电极，微混合室，挡块，第三电极，第四电极，微流体出口；所述微流体混合器的特征在于：微流体1从第一微流体入口注入，微流体2从第二微流体入口注入，流经微混合室进行充分混合，从出口流出。

本实用新型的收益在于：相比其他主动式微流体混合器，本实用新型为提高微流体混合器的混合效率，采用更加简单的挡块结构，同时达到优化微流体混合器微混合室的效果，使得两种微流体的混合时间更短，沿途损失更小，所需消耗能量更小；为保证微流体混合器的混合质量，在微混合器的微混合室四个拐角处分别施加四个电极，且四个电极相间施加相同电势，使得两种微流体从各自入口流出，在初次交汇处便能实现混合，有效利用微混合器的空间结构；其后在流经微混合室的不同区域时，能够形成多个二次流漩涡，实现了微流体的充分混合。

附图说明

图1为矩形腔主动式微流体混合器二维结构示意图，图中：1.第一微流体入口，2.第二微流体入口，3.挡板，4.第一电极，5.第二电极，6.微混合室，7.挡块，8.第三电极，9.第四电极，10.微流体出口。

图2为矩形腔主动式微流体混合器二维几何参数示意图，图中：a.第一微流体入口宽度，b.第二微流体入口宽度，c.微流体出口宽度，L.微混合室边长，D.挡块直径，R.电极半径。

图 3为矩形腔主动式微流体混合器电势分布图，白色为0.3V，黑色为-0.3V，颜色越浅区域代表电势值越大。

图4为矩形腔主动式微流体混合器流线图，其疏密程度反映出微流体流速大小。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

一种矩形腔主动式微流体混合器，包括第一微流体入口，第二微流体入口，挡板，第一电极，第二电极，微混合室，挡块，第三电极，第四电极，微流体出口。

具体的，微流体1从第一微流体入口注入，初始流速为0.1mm/s，微流体2从第二微流体入口注入，初始流速为0.1mm/s，流经微混合室进行充分混合，从出口流出；两种微流体的密度均为1000kg/m³，动力粘度均为为0.001 Pa·s，电导率均为0.11845S/m，相对介电常数均为80.2。

具体的，从第一微流体入口注入的微流体1的初始浓度设为1mol/m³，从第二微流体入口注入的微流体2的初始浓度设为2mol/m³，两种微流体在流经微混合室之后在微流体出口流出浓度理论值应为1.5mol/m³。

具体的，所述微混合室内空间不均匀电场由不同电极施加不同电势产生，具体为，第一电极与第三电极施加电势为0.3V，第二电极与第四电极施加电势为-0.3V，微混合室内电势分布如附图3所示。

具体的，本实用新型整体长度并不限于此，可以根据实际混合精度需要适当增加微混合室的个数，相应罗列多个微混合室，在第一个微混合室左端连接两个入口，在最后一个微混合室右端连接微流体出口，两个相邻微混合室以矩形微通道连接，矩形微通道长度为20μm，宽度为10μm。

具体的，本实用新型在模拟阶段所设定电势为±0.3V，可以根据实际实验要求混合精度需要增大或减小所施加电势，随着施加电势增大，混合越剧烈；但为防止过大电场强度对微流体内部颗粒造成损伤，实际应用中在保证混合精度的条件下应尽量使用较小电势值，且最大电势数值的绝对值不应超出0.5V。

上述并不能对本实用新型进行全面限定，其他任何未背离本实用新型技术方案做的改变或等效置换方式，都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种矩形腔主动式微流体混合器，包括第一微流体入口（1），第二微流体入口（2），挡板（3），第一电极（4），第二电极（5），微混合室（6），挡块（7），第三电极（8），第四电极（9），微流体出口（10）；微流体1从第一微流体入口（1）注入，微流体2从第二微流体入口（2）注入，流经微混合室（6）进行充分混合，从出口（10）流出。

2.根据权利要求1所述的矩形腔主动式微流体混合器，其总体长度为140μm，宽度为100μm，总体结构为对称结构；挡板（3）长度为10μm，将第一微流体入口（1）与第二微流体入口（2）均匀隔开；挡块（7）直径D为50μm，其圆心与整个微流体混合器中心重合。

3.根据权利要求1所述的矩形腔主动式微流体混合器，其电极为圆弧结构，具体结构由正方形外廓四个直角倒角而成，倒角半径R为20μm，具体可以细分为第一电极（4），第二电极（5），第三电极（8），第四电极（9）；其中第一电极（4）与第三电极（8）施加相同电势，第二电极（5）与第四电极（9）施加相同电势。

4.根据权利要求1所述的矩形腔主动式微流体混合器，其混合室（6）由正方形外廓所包含区域减去挡块（7）所包含区域，正方形外廓边长L为100μm；其左端连接第一微流体入口（1）与第二微流体入口（2）交汇处，右端连接微流体出口（10），整个混合室为中心对称结构。

5.根据权利要求1所述的矩形腔主动式微流体混合器，其第一微流体入口（1）与第二微流体入口（2）结构相同，为上下对称结构，其对称线与微流体出口（10）的中心线共线；所述第一微流体入口（1）与第二微流体入口（2）的长度均为20μm，宽度分别用a、b表示，数值均为15μm，所述微流体出口（10）长度为20μm，宽度用c表示，数值为30μm。