[发明专利]一种三维分裂重组被动式微混合器

说明书

本发明涉及一种三维分裂重组被动式微混合器，其特征在于，包括依次连接的入口通道、混合通道和出口通道；混合通道包括多个依次串联连接的混合单元；混合单元包括第一子通道和第二子通道，第一子通道和第二子通道均为L型通道，第一子通道的第一端与第二子通道的第一端层叠并相通连接，第一子通道的第二端与第二子通道的第二端层叠并相通连接；入口通道的出口与混合通道一端的第一子通道的第一端连接，出口通道的入口与混合通道另一端的第一子通道的第二端连接，相邻的两个混合单元的第一子通道与第二子通道相连为C型通道，入口通道的出口所在轴线与出口通道所在轴线共线。本发明不仅提高了微混合器的混合效率，而且通道压降损失较小。

技术领域

本发明涉及微混合器技术领域，特别是涉及一种三维分裂重组被动式微混合器。

背景技术

微流控芯片分析可以减小样品量、缩短反应时间，同时易于集成，在生命科学、药物分析和化学分析领域具有巨大的应用潜力。微混合器可实现样品在微通道或微腔内的快速均一混合，是微流控芯片的重要组成部分，其混合效果直接影响微流控芯片的分析性能。微混合器可分为主动式和被动式。主动式混合器依靠外部能量增强混合。被动式混合器利用微通道结构的改变提高混合效率。被动式混合器由于其制造成本低、结构简单、不需要额外的部件而受到越来越多的关注。因此，开发高混合效率的被动微混合器对微流控芯片有重要的意义。

被动式微混合器的发展由二维到三维结构的转变。三维微混合器相对于二维微混合器，混合效率有明显提升。在微通道类型上，微混合器的研究依次有T型、弯曲通道型、通道障碍物型和分裂重组型。研究表明，微流体混合主要依靠分子扩散和混沌对流进行，而混沌对流起主导作用。分裂重组式结构微通道可以多次改变流体的流向，流体界面会出现更多的扭曲、剪切和对流，因而增加了流体的扰动和混沌特性，混合效率明显高于其他结构。

文献(A.Afzal,K.-Y.Kim,Chem.Eng.J.203(2012)182–192.)提出了一种分裂重组微混合器，如图1所示。主通道首先分成两个子通道，子通道又汇合成主通道，子通道沿微通道长度方向以一定的间隔分布，整个混合过程在二维内实现。在雷诺数10到70范围内，实现了较高效率的混合。专利CN104138728B提出了一种桥式分裂重组式微混合器，如图2所示，微混合器由下层平面内方波状通道以及平面外桥式结构通道构成，每一个桥式结构通道包含一组共两个中间层通孔和上层倾斜通道。桥式结构通道的两竖直通道即两个中间层通孔与下层方波状通道分别构成分割区域和重组区域。经过多个混合单元反复地对流体进行分割与重组，增加了流体的混沌特性。

上述两种微混合器都是利用分裂重组结构实现较高效率混合。图1中的微混合器是在二维结构内的分裂重组，由于微通道没有在三维Z方向上的改变，使得流体不会发生扭曲和转向，流体分布状态始终是二维内的叠加，这就不能产生强烈的混沌流。图2中的微混合器是一种三维分裂重组结构，流体经过混合单元进行分割与重组时，上方分裂的流体来自原通道内靠近外侧区域的部分，而在重组时这部分流体汇合于原通道外侧区域，截面如图2所示。这样的结构显著改善了侧壁区域流体混合，而主通道内的组分保持原有的特性，没有达到整个流道内混合结构的改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维分裂重组被动式微混合器，实现流体均匀混合以提高混合效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种三维分裂重组被动式微混合器，包括依次连接的入口通道、混合通道和出口通道；所述混合通道包括多个依次串联连接的混合单元；

所述混合单元包括第一子通道和第二子通道，所述第一子通道和所述第二子通道均为L型通道，所述第一子通道的第一端与所述第二子通道的第一端层叠并相通连接，所述第一子通道的第二端与所述第二子通道的第二端层叠并相通连接；所述入口通道的出口与所述混合通道一端的所述第一子通道的第一端连接，所述出口通道的入口与所述混合通道另一端的所述第一子通道的第二端连接，相邻的两个混合单元的第一子通道与第二子通道相连为C型通道，所述入口通道的出口所在轴线与所述出口通道所在轴线共线。