[实用新型]一种三角形微流体混合器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型三角形微流体混合器。该混合器的混合方式为被动式。

背景技术

微流控芯片具有体积小、流动流体可控、消耗试剂少、分析效率高、成产成本低等特点，并广泛的运用在生物工程、化学分析、能源动力、航空航天和医学领域，具有较大的发展前景。

微流体的混合器分为主动式和被动式，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，按照原理可以分为磁动力式、电驱动式、压电式、超声波式、射流式、机械式等，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，依赖于微混合的管道形状，如流体分层、S型通道、引起涡流等，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。

微混合器内的流体于微尺度下的混合主要依赖于流体分子间的扩散效应，因为雷诺数较低，当流体被送入微混合器时由于层流特性，两种待混合流体保持着平行流动状态，少数的分子扩散发生在两种流体的交界面上，难以实现完全混合。

被动式微流体混合器相比于传统宏观下的混合器不需要外界的辅助单元条件。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，加工工艺简单，因此可以较为方便的完成芯片的大规模集成。

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：一种三角形微流体混合器，包括进口管、出口管、主管道、分流管道，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，经过主管道和分流管道后汇合由出口管流出，所述的进口管、出口管的管径为100微米，分流管道外管道壁与主管道外管道壁构成垂直三角形，长度分别为300微米、300微米、693微米，分流管道的特征在于：水平方向的分流管道和竖直方向的分流管道都具有缩口结构，其最小缩口口径为30微米。

本实用新型的收益在于：两种流体从进口管进入，在隔板的作用下发生流体扰动，同时流体在三角形微流体混合器中发生流体分流，部分流体从主管道流过，另一部分流体进入水平分流管道，进入水平分流管道的流体在收缩管口的作用下流速加快，随后流体遇到直角的管道壁结构进入竖直分流管道，对分流管道内的流体单元产生冲击，然后流体在竖直分流管道缩口结构的作用下与主管道的流体发生汇合，对主管道中的流体产生冲击，并在隔板的共同作用下扰动流体主流，在出口管中产生涡流，使两种流体产生进一步混合。

由于三角形微流体混合器直角处的垂直壁面结构，混合流体在两处分流管道缩口处，流体运动被加速，产生了对主通道流体的冲击，同时垂直壁面和两处缩口形成了两处“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为三角形微流体混合器结构示意图，其中1为通道入口，4为混合器结构出口。5，7是隔板，2和3为分流管道，6为主管道。

图2为三角形微流体混合器内流体流线图，其中，流体流过隔板后产生一定的涡流，使流体接触面增大，提升了流体间的混合效率。

具体实施方式

一种三角形微流体混合器，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是三角形微流体混合器中的流体流线分布图，流场内的流体流动主要由入口驱动，可以看出入口处的流线平稳有序，两种流体的流线互不干扰，流体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，经过隔板后流体发生分流，一部分流体从下方的主管道中流过，另一部分进入分流管道，在两处“收缩-扩张”管道结构的作用下加速与主管道中的流体混合，并对主流产生冲击，同时在隔板的作用下加强了主混合通道内的流体对流，在隔板后方产生涡流，极大程度上加快了流体的混合，提升了流体混合效率。