[发明专利]基于莱顿弗罗斯特效应的微流体混合装置和方法

说明书

使用微流体混合装置（10）的用于混合流体的系统和方法包括将流体混合通道（12）的混合部分加热至莱顿弗罗斯特温度。莱顿弗罗斯特温度对应于待混合的至少一种流体的莱顿弗罗斯特点。在将混合部分加热至莱顿弗罗斯特温度后，将待混合的流体引导通过流体混合通道（12）的混合部分。

技术领域

本公开大体涉及流体混合，并且尤其涉及微流体混合装置。

背景技术

微流体混合装置（下文统称为微流体混合装置）在各种行业中起重要作用，诸如食品、生物、制药和化学行业。由于微流体系统的性质，引入到混合通道中的流体通常表现出层流特性。在流体动力学中，当流体在平行层中流动时发生层流，其中在层之间几乎没有扰乱。在低速时，流体倾向于在没有横向混合并且没有垂直于流动方向的横流、也没有流体的涡流或漩涡的情况下流动。

此前已知的混合装置使用各种被动和/或主动混合技术以在混合通道中产生湍流，以便加速混合过程。如图1所示，被动混合装置通常具有蛇形或波浪形几何形状，以便增加混合的组分之间的接触面积和接触时间。因此，大多数被动混合器具有复杂的三维几何形状，占据微流体系统的大面积，难以制造，并且跨混合元件和微流体系统具有大的相关压力损失。这种混合器通常还使用大体积的混合流体，这导致微流体系统内的相当大的死/寄生体积。

主动混合装置通过提供加速混合的组分之间的扩散过程的力来改善混合性能。主动混合装置通常采用机械换能器，其搅动流体组分以改善混合。在主动混合器中使用的换能器的一些示例包括声学或超声波、介电电泳、电动时间脉冲、压力扰动和磁换能器。通常，实施这样的换能器的主动混合装置可以是昂贵的并且难以制造。

附图说明

图1是根据现有技术的微流体混合装置的示意图。

图2是根据本公开的基于莱顿弗罗斯特效应的微流体混合装置的示意图。

具体实施方式

为了促进对本公开的原理的理解的目的，现在将参考在附图中示出并在以下书面说明书中描述的实施例。应理解的是，不旨在由此限制本公开的范围。还应理解，本公开包括对所示实施例的任何改变和修改，并且包括本公开的原理的进一步应用，如本公开所属领域的普通技术人员通常会想到的。

图2描绘了根据本公开的基于莱顿弗罗斯特效应的微流体混合装置10的实施例。混合装置10包括微流体混合通道12，当流体在通道中流动时，两种或多种流体在所述微流体混合通道12中混合。混合通道具有入口部分14和出口部分16。入口部分14限定至少一个进入到通道中的入口开口18，待混合的流体经由该入口开口18被引入到通道中。出口部分16限定至少一个出口开口20，流体经由该出口开口20被引导出混合通道12。可在混合通道中混合的常见流体包括全血样品、细菌细胞悬浮液、蛋白质或抗体溶液和各种缓冲液。

混合通道12具有一个或多个内壁，所述内壁在通道12内限定流动通路22。流动通路22可具有任何合适的封闭横截面形状，诸如椭圆形和多边形，并且可在通道的入口部分和出口部分之间限定任何合适的路径。作为微流体装置的一部分，流动通路22具有至少一个垂直于通道内的流动方向F的尺寸，该尺寸小于1mm，并且在各种实施例中可以是微米和纳米范围。如图2所示，混合通道12在入口部分14和出口部分16之间限定大体直的路径。在替代实施例中，可使用用于通道的其他合适的形状，包括蛇形、波浪形、曲线、尖角及其组合。

混合通道12可由任何合适的（多种）材料形成，诸如聚合物、玻璃、硅等。用于混合通道的材料必须能够承受要在通道中混合的流体的莱顿弗罗斯特点处或以上的温度（下面更详细地解释）。可以使用相同的材料来形成整个通路。在替代实施例中，通道的不同部分可以由不同材料形成。