[发明专利]一种S型被动式微混合器

说明书

技术领域

 本发明涉及微流体混合的微流体领域，尤其涉及一种微混合器。

背景技术

微流体系统能将传统的生化检测过程的分离、加样、混合、反应、检测等功能在芯片上得以实现。这样既节省了试剂，又减小了危险性（如有毒或者反应剧烈的试剂）。微化学工程作为新兴的技术可以用于分析和综合应用，微化学工程涉及的微型反应系统主要包括微混合器、微型热交换器、微流道，其中，微混合器存在许多问题：由于尺度的缩小，微混合器的微通道中流体表面积与体积的比值相当的大，液体的流速和雷诺数较低，常处于一种层流的状态，混合常常是分子水平上的扩散运动，使微量液体的混合变得困难。

微混合器分为主动式和被动式，被动式微混合器是指不需要外部能量的方法，主要依赖于通道几何形状，如开槽通道、流体分层流（在通道中加障碍物），蛇形通道、诱发混沌对流等。例如Schonfeld等设计的新型的SAR微混合器；Stroock等利用在通道底部刻蚀交错渔鼓形槽道制成了SHM微混合器等。还有通过让通道在空间范围内弯曲进行混合的微混合器，如C型、Z型、弯弧管道、L型、T型、修改的tesla结构、扭曲管道等。主动式微混合器按作用原理分可分为电动力式、磁动力式、超声波式、分支注入式、压电式、磁致式、射流式、机械式等，例如Yang等研究的超声制动微混合器的震动源来自于压电陶瓷（PZT），Frédéric Bottausci小组研制了一种蜘蛛式微混合器等。如中国专利公开号为：CN 102151504 A的专利，同样是利用二次流来促进混合，但是由于机构中存在突括和突缩结构，虽然混合效果好，但流动损失很大。中国专利公开号为：CN 101975154 A、名称为：对数螺旋组合管无法压电泵，利用对数螺旋线制成正反向流阻不同的流管，相比与锥管流阻系数得到很大提高。

现有被动混合微混合器产生混合的主要方式是：在流道内增加挡板，扰动流体产生混合，流动损失大；根据SAR的概念设计的微混合器，混合流道长，混合时间长；产生混沌流来混合流体，混合效果好，流动损失大；利用突括和突缩结构产生旋涡混合流体。

发明内容

本发明的目的为解决现有混合器混合时间长、混合流道长、流动损失大、混合效果不佳等缺点，提出一种S型被动式微混合器，利用对数螺旋线这一特殊结构组合而成的流道，缩短了混合距离、减少流动损失、混合效果也大大提高。

 本发明采用的技术方案为：包括上下键合在一起的上盖板和混合板，上盖板左部开有两个进口孔、右部开有一个出口孔，混合板左部设有与进口孔一相通的第一种流体入口管和与进口孔二相通的第二种流体入口管、右部设有与出口孔相通的出口管，两种流体入口管并接主通道，在主通道和出口管之间是依次首尾平滑过渡相接的n个收缩混合单元和n个扩散混合单元，第一个n个收缩混合单元接主通道，最后一个扩散混合单元接出口管；单个收缩混合单元的水平轴截面的轮廓是由收缩混合单元中的两个对数螺旋线组成的；单个扩散混合单元的水平轴截面的轮廓是由扩散混合单元中的两个对数螺旋线组成的；所有的扩散混合单元均在对数螺旋线的极轴的前侧，所有的收缩混合单元均在极轴的后侧。

收缩混合单元中的第一对数螺旋线的极坐标方程为：                                               ，收缩混合单元中第二对数螺旋线的极坐标方程为：；b＞0， 10μm≤≤500μm，10μm≤≤500μm，10μm＜＜200μm，收缩混合单元与其相邻的扩散混合单元关于对数螺旋线终点的（π，）和（π，）的中心对称。

本发明的优点是：本发明是根据流体在弯管内会产生二次流的原理设计而成，本发明中的对数螺旋线是S型，不平行，有利于二次流的形成，增加流体间的接触面积，使混合更充分。结构简单，便于加工和集成，混合效率高。与其他利用二次流促进混合的结构相比，本发明流体光滑缓慢的过渡产生混合，且没有突括和突缩结构，在保证混合效果的前提下减少了流动损失。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为图1中上盖板15的俯视图；

图3为图1中A-A剖面图；

图4为图1中I局部放大图；