CN214159412U - 一种主被动式圆通道微流体混合器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于微流控芯片领域，具体公开了一种主被动式圆通道微流体混合器，包括1个入口，1个出口，2个微流体通道，2个挡板以及6个电极。通过设计特殊结构的微流体通道，在两种微流体流经微通道的不同区域时，利用微流体流动的“科恩达效应”，使得微流体沿微通道内壁面流动，在两种微流体汇合处由于混沌对流形成二次流，加强了对流扩散强度。本实用新型的优势在于：混合速度快，依靠微通道结构改变及电场作用就能实现多种微流体有效混合；结构简单，加工成本低，方便微流体的混合。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种主被动式圆通道微流体混合器，其混合方式为主动式和被动式。
背景技术
微流控芯片是一种以在微米尺度空间对流体进行操控为主要特征的科学技术，具有将生物、化学等实验室的基本功能微缩到一个几平方厘米芯片上的能力，因此又被称为芯片实验室，微流体混合器作为微流控芯片的重要组成部分，足以引起更多的关注；随着社会的不断发展与进步，在化学实验、环境监测分析、DNA检测等诸多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。
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。低成本的微流体混合器通过简单的结构改进能够提升流体之间混合的效率，达到预期的混合效果。
微流体混合器根据输入能量的不同，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较好，但是由于结构复杂，成本较高，在各个领域中实现这种技术的普遍性并不高；被动式微流体混合器结构简单，响应速度快，加工成本低，使用方便，在各个领域中得到广泛使用；性能优良的微流体混合器具有快速、高效、易于控制和易于集成的特点，而且成本较低，结构简单，混合良好。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种具有新型结构的主被动式圆通道微流体混合器
用于进一步优化微通道结构，减小微流体在微通道中流动的阻力，减小微流体流动过程中沿程压力损失，简化整体结构设计。
本实用新型的技术方案是：一种主被动式圆通道微流体混合器包括入口1、第一电极2、第一圆形挡板3、第二电极4、第二圆形挡板5、第三电极6、第三圆形挡板7、出口8、第四电极9、矩形通道10、第五电极11、圆形通道12、第六电极13。液体经混合器的混合过程：微流体从入口1流入，经过矩形通道10、第一电极2、第一圆形挡板3、第二电极4、第二圆形挡板5、第三电极6、第三圆形挡板7、第四电极9、第五电极11、圆形通道12、第六电极13作用后，经出口8流出。主被动式圆通道微流体混合器结构是矩形通道10与第一圆形挡板3、第二圆形挡板5、第三圆形挡板7几何中心重合。主被动式圆通道微流体混合器的结构是第一电极2分布在矩形通道10的上侧，第四电极9分布在矩形通道10的下侧。主被动式圆通道微流体混合器的结构是第二电极4、第三电极6、分布在圆形通道12的上侧，第四电极9、第五电极11分布在圆形通道12的下侧。
主被动式圆通道微流体混合器的结构尺寸是入口1、出口8宽度为20微米，第一圆形挡板3、第三圆形挡板7的半径5微米，第二圆形挡板5的半径7微米，圆形通道12的半径14微米。
利用微流体流动的“科恩达效应”，使得微流体沿微通道内壁面流动。由于微通道的分合结构，两种微流体在两条微通道汇合处，由于混沌对流作用形成二次流，加强了两种微流体的对流扩散强度。
本实用新型的目的在于：为保证在微米量级尺度下，两种微流体能够很好地实现混合，需要通过改变微通道的结构及与电场结合的方式，加强其对流作用。本实用新型采用挡板与电场结合的方式，有效加强微流体的对流作用。
附图说明
图1为主被动式圆通道微流体混合器二维结构示意图，图中：入口（1）、第一电极（2）、第一圆形挡板（3）、第二电极（4）、第二圆形挡板（5）、第三电极（6）、第三圆形挡板（7）、出口（8）、第四电极（9）、矩形通道（10）、第五电极（11）、圆形通道（12）、第六电极（13）。
图2为主被动式圆通道微流体混合器内的流线图。
图3为主被动式圆通道微流体混合器内的混合效果图。
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。
一种主被动式圆通道微流体混合器，包括入口（1）、第一电极（2）、第一圆形挡板（3）、第二电极（4）、第二圆形挡板（5）、第三电极（6）、第三圆形挡板（7）、出口（8）、第四电极（9）、矩形通道（10）、第五电极（11）、圆形通道（12）、第六电极（13）。
具体的，两种浓度的微流体从入口（1）注入，初始流速为0.1mm/s，流体经各微通道进行充分混合，从出口（8）流出；两种微流体的密度均为1000kg/m 3 ，动力粘度均为0.001Pa·s，电导率均为0.11845S/m，相对介电常数均为80.2。
具体的，从入口注入的第一种浓度的微流体的初始浓度设为1mol/m 3，第二种浓度的微流体的初始浓度设为0mol/m 3，两种微流体在流经各微通道之后在微流体混合器出口（8）流出浓度理论值应为0.5mol/m3。
具体的，本实用新型在模拟阶段所设定浓度为0 mol/m 3和1mol/m 3，在具体实验操作过程中可以根据实际实验要求，通入具体浓度的微流体。
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)
1.一种主被动式圆通道微流体混合器，包括入口（1）、第一电极（2）、第一圆形挡板（3）、第二电极（4）、第二圆形挡板（5）、第三电极（6）、第三圆形挡板（7）、出口（8）、第四电极（9）、矩形通道（10）、第五电极（11）、圆形通道（12）、第六电极（13）；其特征在于：微流体从入口（1）流入，经过矩形通道（10）、第一电极（2）、第一圆形挡板（3）、第二电极（4）、第二圆形挡板（5）、第三电极（6）、第三圆形挡板（7）、第四电极（9）、第五电极（11）、圆形通道（12）、第六电极（13）作用后，经出口（8）流出。
2.根据权利要求1所述的主被动式圆通道微流体混合器，其特征在于：矩形通道（10）与第一圆形挡板（3）、第二圆形挡板（5）、第三圆形挡板（7）几何中心重合。
3.根据权利要求1所述的主被动式圆通道微流体混合器，其特征在于：第一电极（2）分布在矩形通道（10）的上侧，第四电极（9）分布在矩形通道（10）的下侧。
4.根据权利要求1所述的主被动式圆通道微流体混合器，其特征在于：第二电极（4）、第三电极（6）、分布在圆形通道（12）的上侧，第四电极（9）、第五电极（11）分布在圆形通道（12）的下侧。
5.根据权利要求1所述的主被动式圆通道微流体混合器，其特征在于：入口（1）、出口（8）宽度为20微米，第一圆形挡板（3）、第三圆形挡板（7）的半径5微米，第二圆形挡板（5）的半径7微米，圆形通道（12）的半径14微米。
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