被动式微流体混合器制造技术

本实用新型专利技术属于微流控芯片领域，具体公开了一种被动式微流体混合器，包括了进口管、出口管和分流室。分流室由半圆形结构、矩形结构和收缩结构组成，紧挨流动管的矩形结构内含半圆形的空心结构，分流室的通道尾部存在收缩结构。所述混合方法是在微流体交汇后设置特殊结构的分流室，流体从进口管进入，约一半的流量进入分流室，进行部分混合，然后经过分流通道后重新汇入出口管中，产生对主通道的流体冲击，完成微流体的高效混合。本实用新型专利技术的主要优势在于：其工作全过程均无驱动装置参与，工作装置采用全密封，具有结构简单、成本低、使用广泛等特点，明显地减少了流体的混合时间，提高了混合效率，使得流体混合充分。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种新型的无驱动被动式微流体混合器。该混合器的混合方式为被动式。
技术介绍
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，而目前的被动式微流体混合器混合效率低，混合均匀度不高，会对检测产生不良的影响。流体混合就是将两种或两种以上的流体掺入一起，并通过一定的混合方式最终获得一种质地均匀的混合物。物理混合是对流作用和扩散作用方式共同作用的过程，对流作用使得不同的流体分子依靠冷热效应发生相对位移，使流体相互变形、分割；扩散作用使高浓度分子向低浓度处转移，直到流体内各组份分布相对均匀。对精度要求高的实验中各种生化试验反应需要快速且高效的混合，来保证实验中的各试样同时发生反应，但是，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。在流体的实验过程中，通常需要对两种或多种的流体进行充分混合。目前这种混合方式采用两种流体从各自管道流入，经过交汇后便直接排出，使得混合效率低下。根据是否外加驱动装置来定义，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，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。本技术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。
技术实现思路
本技术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。本技术的技术方案是：一种被动式微流体混合器，包括进口管、出口管和分流室，所述分流室由分流室入口、分流室出口、半圆形结构和矩形结构组成；所述的矩形结构与主管道相联通，并且内含半圆形的空心结构，分流室的尾部出口存在收缩结构与出口管相连通，该被动式微流体混合器的特征在于：在两种微流体混合后由进口管进入主管道后设置一种半圆形和矩形结构结合的分流室，该分流室与主管道连；其中，分流室的结构为：半圆形结构和矩形结构拼接后，在矩形结构与主管道的接触面位置镂空一处半圆形空心结构，并使用矩形切割结构截取得到收缩结构；所述的分流室的半圆形结构的圆心和矩形结构内含的半圆形空心结构的圆心在同一垂直线上，并且两圆心的连线垂直于主管道；所述的分流室中的收缩结构是将半圆形结构和矩形结构的合并单元使用矩形切割去一部分，截面为平面并且垂直于主管道，使得分流室出口逐渐缩小形成缩口；所述的微流体混合器，其特征在于，所述的矩形结构与主管道相连通，半圆形结构的直径与矩形结构的最大边长相等；矩形结构内半圆形空心结构的半径与矩形结构的最小边长之比为1:2；所述的收缩结构和主管道的连通面，其截面宽度与管道直径比例为1:1；所述的收缩结构尾部出口处的宽度值加上矩形切割结构的最小边长值等于分流室入口处的宽度值；并且根据混合精度的高低要求，可在进口管或出口管处串联多个此微流体混合器，如附图1，以达到更高的混合效率。混合流体从进口进入到主通道后，在遇到分流室通道前，由于这时产生了较弱的迪安效应，主通道的一部分流体被带入分流室，约一半的流体能够最终进入到分流室。较弱的迪安效应能有效的增加混合效率。一部分流体进入到分流室中，由于分流室所具有的特殊的半圆形结构所带来几何结构的扩张和收缩，使得具备惯性效应的流体本身在其体内形成了涡流，进一步改变了流线的分布情况。混合流体在穿过分流室出口进入主通道时，混合流体的运动被收缩结构加速，在出口处的微流体产生了对主通道流体的冲击，迪安涡流就在两流体的交汇位置形成，最终增强了流体的对流运动，使得流体混合更加充分，混合的均匀度更高。这种依靠几何结构的设计既节约了成本又增加了混合的效率。本技术的收益在于：流体在分流管道出口形成涡流的同时，由于分流室中的收缩扩张结构和弧形结构的存在，使得流体在运动过程中形成了二次流，同样增强了流体的对流运动，使得流体混合更为充分。为了进一步提升混合效率，分流室中的收缩结构和主管道的连通面上的截面宽度与管道的直径比例接近一比一，比例过大或者过小都会影响混合的充分程度，使得混合效率降低。本技术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，并且本技术的优势在于，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。以上所述的是本技术的一些内容，并不限制于本技术，但凡不脱离本技术创新的思想下所作出的修改、替换和变型等若干改变，这些都属于本技术的保护范围之内。附图说明图1为本技术的结构示意图；图中：待混合微流体从左侧两支管a,b进口处分别流入进入结构主管道。图2为本技术的部分结构单元示意图图中：1.进口管；2.流体主管道；3.分流室入口；4.矩形结构；5.半圆形的空心结构；6.分流室；7.半圆形结构；8.矩形切割结构；9.收缩结构；10.分流室的尾部出口；11.出口管。图3为结构单元主视图；图中：R和r是两个半圆形结构的半径；O1和O2分别为两个半圆形结构的圆心；LO1是圆心相对于矩形结构边界的长度；Lb是收缩结构的截平面相对于矩形结构边界的长度；LC是矩形切割结构的截取宽度。图4为混合微流体过程的测流流线仿真图；图中：不同的颜色代表了微流体的不同速度大小；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。一种被动式微流体混合器，包括进口管1、出口管11和分流室6。分流室6接在主管道2上并与之相通，连接通道分别为分流室入口3和分流室出口10。矩形结构4内含半圆形的空心结构5，半圆形的空心结构5的直径和主管道2的管面重合。收缩结构9是由矩形结构4和半圆形结构7拼接在一起后，使用矩形切割结构8截取出来的，截取面为平面，截取面和主管道2相连接并呈90度夹角。分流室的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被动式微流体混合器，包括进口管（1）、出口管（11）和分流室（6），所述分流室（6）由分流室入口（3）、分流室出口（10）、半圆形结构（7）和矩形结构（4）组成，所述的矩形结构（4）与主管道（2）相联通，并且内含半圆形的空心结构（5），分流室的尾部出口（10）存在收缩结构（9）与出口管（11）相连通，该被动式微流体混合器的特征在于：在两种微流体混合后由进口管（1）进入主管道（2）后设置一种半圆形和矩形结构结合的分流室（6），该分流室与主管道（2）相连；其中，分流室的结构为：半圆形结构（7）和矩形结构（4）拼接后，在矩形结构（4）与主管道（2）的接触面位置镂空一处半圆形空心结构（5），并使用矩形切割结构（8）截取得到收缩结构（9）；所述的分流室（6）的半圆形结构（7）的圆心和矩形结构（4）内含的半圆形空心结构（5）的圆心在同一垂直线上，并且两圆心的连线垂直于主管道；所述的分流室（6）中的收缩结构（9）是将半圆形结构（7）和矩形结构（4）的合并单元使用矩形切割去一部分，截面为平面并且垂直于主管道，使得分流室出口（10）逐渐缩小形成缩口。

【技术特征摘要】
1.一种被动式微流体混合器，包括进口管（1）、出口管（11）和分流室（6），所述分流室（6）由分流室入口（3）、分流室出口（10）、半圆形结构（7）和矩形结构（4）组成，所述的矩形结构（4）与主管道（2）相联通，并且内含半圆形的空心结构（5），分流室的尾部出口（10）存在收缩结构（9）与出口管（11）相连通，该被动式微流体混合器的特征在于：在两种微流体混合后由进口管（1）进入主管道（2）后设置一种半圆形和矩形结构结合的分流室（6），该分流室与主管道（2）相连；其中，分流室的结构为：半圆形结构（7）和矩形结构（4）拼接后，在矩形结构（4）与主管道（2）的接触面位置镂空一处半圆形空心结构（5），并使用矩形切割结构（8）截取得到收缩结构（9）；所述的分流室（6）的半圆形结构（7）的圆心和矩形结构（4）内含的半圆形空心结构（5）的圆心在同一垂直线上，并且两圆心的连线垂直于主管道；所述的分流室（6）中的收...

【专利技术属性】
技术研发人员：周腾，汝绍锋，王瀚林，徐一凡，刘震宇，史留勇，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：新型
国别省市：海南;46