[发明专利]基于成涡结构强化混合的圆弧挡板平面被动式微混合器

说明书

本发明涉及一种基于成涡结构强化混合的圆弧挡板平面被动式微混合器，上基体与下基体密合，包括呈上下设置的盖板与基体，所述基体上设有主流道与出口流道以及与主流道、出口流道连通的环形混合单元，所述混合单元包括呈心形设置的心形流道以及设置在心形流道内的挡板，所述挡板与心形流道的内壁留有间隙，所述心形流道上设有与主流道连通的入口收缩流道口，所述心形流道上设有与出口流道连通的出口收缩流道口，有效增加流体间扰动，提高混合效率。

技术领域

本发明涉及微型混合芯片和生物芯片中微流体混合技术领域，具体的是基于分离重组和成涡结构强化混合的平面被动式微混合器。

背景技术

微混合器作为微流控系统的重要组成部分，借助其快速高效的混合性能，广泛应用于药物制备、化学检测、化妆品合成等领域，由于其特殊的尺寸特征，在测试或实验时既可以节省试剂，有减少了危险性（如强放热或有毒试剂反应）。微流体微混合器中的微流道尺寸在几十到几百微米范围之间，微流道中的流体通常处于层流状态，其混合主要是通过分子扩散来实现，对于两股或多股流体混合时，流体间很难充分混合，因此实现微尺度下流体高效快速混合非常重要。

按照混合过程原理，微混合器一般分为弱化层流型和强化层流型两种。弱化层流型中根据混合产生的原因上又可分为被动混合器与主动混合器两种。主动混合器依靠外加扰动源实现混合，而被动式则依赖迫使流体流动的压力源，被动式微混合器内部结构改变会导致流体流动迹线发生变化，流体流线的改变增加了流体分子间的接触面积，使得分子扩散加速，从而达到提高混合效果的目的。相比于主动式微混合器，被动式结构相对来说更简单，制造工艺简化，集成性较高，使用更为方便。

为了提高被动式微混合器的混合效率，通常使用环流、二次流、分层、剪切等方式增加流体间的有效接触面积。目前常用的方式有在微通道内设置挡板和利用喷嘴效应使混合液体出现混沌对流。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于成涡结构强化混合的圆弧挡板平面被动式微混合器，其结构简单、易于加工，可实现微流控系统中不同流体间快速高效混合。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于成涡结构强化混合的圆弧挡板平面被动式微混合器，包括呈上下设置的盖板与基体，所述基体上设有主流道与出口流道以及与主流道、出口流道连通的环形混合单元，所述混合单元包括呈心形设置的心形流道以及设置在心形流道内的挡板，所述挡板与心形流道的内壁留有间隙，所述心形流道上设有与主流道连通的入口收缩流道口，所述心形流道上设有与出口流道连通的出口收缩流道口。

作为优选，所述挡板呈弧形设置，所述挡板的凹面朝向入口收缩流道口，凸面朝向出口收缩流道口。

作为优选，所述主流道与心形流道之间设有直流道，所述主流道的两侧各设有一个副流道，所述副流道与直流道连通。

作为优选，所述主流道的宽度为D，副流道的宽度为D/3，其中100µm≤D≤500µm，所述主流道的长度为L1，副流道的长度为L2，其中L1=L2≥800µm，所述主流道与副流道间夹角为α，其中20°≤α≤90°。

作为优选，所述入口收缩流道口与出口收缩流道口的宽度为L5，其中L5=D/3。

作为优选，所述混合单元的数目至少有3个，所述混合单元沿中心轴轴向等距布置，且关于中心轴对称。

作为优选，所述混合单元之间间隔为L3，其中500µm≤L3≤1000µm。

作为优选，所述直流道的长度为L4，其中L4=L3/3。

作为优选，所述挡板的半径为R1，其中R1=L4/3。