[实用新型]一种马蹄形被动式微混合器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型马蹄形被动式微混合器。该混合器的混合方式为被动式。

背景技术

随着社会在逐渐进步，在化学实验、环境监测分析、DNA检测等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。微流体混合器质量较轻，成本较低，结构简单，混合良好。

在微米量级的尺度下，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，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。

微流体混合器根据是否外加驱动装置可分为主动式微混合器和被动式微混合器，主动式的微流体混合器主要是通过外加不同的场来驱使试验中的流体混合，虽然这种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。被动式的微流体混合器主要通过设计调整微流体混合器中的混合通道的外形几何特征或者材料性质来改变微流体混合的过程，达到加强流体的对流扩散作用，实现高效率的微流体混合效果。

现在对不同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板，增加的挡板会对通道内的流体产生阻扰作用，增加了流体混合的对流扩散作用，同时也使得流体的流动损失较大。本实用新型特点改进并创新了流道内的结构，使得混合时间短、混合流道短、流体混合充分、混合效率大大提高。

被动式微流体混合器相比于传统宏观下的混合器具有很多优点。微流体混合器的体积小，极大的降低了对实验资源的损耗，同时以较少的待混合实验试剂获得较高程度的试剂混合效果，并且响应速度快，混合效率高，因此在各行各业中都有着广泛的应用前景。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、使用方便的被动式微流体混合器，用于进一步缩短混合通道长度，减少混合时间，提升混合的效率。

本实用新型的技术方案是：一种马蹄形被动式微混合器，包括进口管（1）、出口管、主混合管道，其中主混合管道包含三只隔板和直线管道壁面，三只隔板分别为第一隔板、第二隔板和第三隔板；该被动式微流体混合器的特征在于：两种待混合流体并列由进口管进入混合管道，经过第一隔板、第二隔板和第三隔板扰动后从出口管中流出，所述的进口管、出口管的管径为100微米，同时进、出管口之间的间隔为100微米；第一隔板和第三隔板位于圆弧形内管道壁的法线方向上，棒的长度为60微米，第二隔板位于主混合管道壁的对称中心线上，其长度为30微米；所述的第一隔板和第三隔板，其特征在于，第一隔板和第三隔板关于中心线对称，并与中心线夹角呈45度。

本实用新型的收益在于：两种流体从进口管进入，经过三块隔板和主混合通道混合后由出口管流出，三块隔板共同对流体的流动产生干扰，扰乱了混合器内的主流；由于主混合管道直线的壁面结构，混合流体在进入主混合管道时，流体运动被加速，流体在隔板2处产生了对主通道流体的冲击，同时三块隔板和直线壁面共同形成了“收缩-扩张”通道结构，一定程度上加强了混合器内的两种流体的非均匀性，使对流作用更加强烈，从而达到增强混合器的混合效果。

本实用新型所设计的结构为单层结构，通过一次光刻就可以制造模具，和传统的多层结构相比具有结构简单、便于大规模生产配置组装、成本较低的特点，并且本实用新型的优势在于，相比于其他微流体混合器具有更优化的单层结构，能够使流体之间完成较快、效率更高的混合，所适用的雷诺数范围广，能满足大部分实验的需求。

附图说明

图1为混合器结构示意图，其中1为通道入口，2为混合器结构出口。4，6，7是固定隔板，隔板1和隔板3关于中心线对称，并与中心线夹角呈45度。

图2为通入流体后的混合器内部流线图，在线型的管道壁面和三块隔板的作用下，流体单元被拉伸和折叠，增强了流体混合效果。

具体实施方式

一种微流体混合器，采用PDMS为材料，经过光刻、显影等工艺步骤制得SU8模具；然后将与固化剂混合过的PDMS材料涂于模具上，经过加热固化后脱模制得PDMS阴模；再将与固化剂混合过的PDMS材料涂于PC片上，再加热固化后脱模制得PDMS平板；PDMS阴模与平板键合所得微结构即为所述微流体混合器结构。

图2是该微流体混合器通入流体后的混合器内部流体流线分布图，可以从图中看出，混合器内的流体由入口驱动，但在经过隔板时流线变得密集，这是因为隔板迫使流体由狭小的通道流过，类似于收缩—扩张管道，在狭小的通道中流体流速增加，同时由于线型的管道壁面，减小了流体的可流动空间，二者共同作用下加强了主混合通道内的流体对流，迫使流体快速混合。同时，从流线图中可以看出，经过隔板和直线壁面后的流体单元产生的一定的涡流，进一步加速了流体的混合，混合效率高，混合效果好。