一种基于液晶绕流空化的微混合器及其单、多级混合系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于液晶绕流空化的微混合器及其单、多级混合系统，属于微流控技术领域。微型混合器包括样品试剂入口、混合主通道、钝体、基底和液晶；所述样品试剂入口、混合主通道和钝体设置于基底上方；液晶为微通道内化学反应或生物检测所需化学试剂、微生物等样品的载体，携带不同化学试剂、微生物等样品的液晶从不同样品试剂入口流入，进入并沿混合主通道方向流动，流经钝体发生绕流空化，利用空化非定常流动特性实现样品的充分混合。本发明专利技术利用液晶在Stokes流动区域发生绕流空化来增强液晶所携带样品之间的掺混，从而达到低Reynolds数下样品充分混合的效果，实现在简单的微小槽道内依靠最基本的实验设备高效地完成化学反应或生物检测。应或生物检测。应或生物检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于液晶绕流空化的微混合器及其单、多级混合系统


[0001]本专利技术属于微流控
，涉及一种基于液晶绕流空化的微混合器及其单、多级混合系统。

技术介绍

[0002]微流控芯片是采用微机电系统技术将传统的生物、化学等实验室集成到一块小芯片上，实现进样、稀释、混合、反应和检测等多种功能，又被称为芯片实验室。微流控芯片具有微型化、集成化和便携化等优势，近年来社会对现场即时检测微流控芯片的需求出现了井喷式增长，尤其在应对新冠肺炎疫情的关键时刻。微流控芯片领域的竞争主要体现在流体操控机理和方法上。微尺度流动典型特征是流动的Reynolds(Re)数较小，流动处于层流区，分层不掺混的流动导致微流控芯片内样品(化学试剂和微生物等)混合困难，从而影响了微流控芯片内化学或生物反应。因此，微混合是微尺度下流体操控的核心之一，是衡量微流控芯片技术的重要指标。
[0003]微通道内设钝体是一种基于混沌效应的被动混合方式，利用钝体产生绕流来改变流线形式，增强各流层间的掺混，获得较好的混合效果。与分层复合式、注入式等形式的被动混合相比，内设钝体被动混合具有结构简单、加工和集成化难度低、易于操作等优势，但其适用条件极为苛刻(要求Re＞150)。与磁力搅拌、电场促进等形式的主动混合相比，内设钝体被动混合具备所需设备简单、成本低廉以及无外场干扰等优点，但其混合效率相对较低。由此可见，内设钝体被动混合的优势明显，但其适用条件苛刻和混合效率相对较低两大问题也不容忽视。
[0004]本专利技术是以液晶为微通道内化学反应或生物检测所需化学试剂、微生物等样品的载体，携带不同化学试剂、微生物等样品的液晶从不同样品试剂入口流入，进入并沿混合主通道方向流动，流经钝体发生绕流空化，利用在极低Re数(Re<<1)下微小槽道内液晶绕流空化及其流动特性来实现化学试剂、微生物等样品的高效混合，从而为微尺度下流体高效混合提供一条新的途径，最终实现在简单的微小槽道内依靠最基本的实验设备高效地完成复杂的化学反应或生物检测，显著地减小分析检测的工作量及相关成本。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于液晶绕流空化的微混合器及其单、多级混合系统，针对现有混合技术存在的结构复杂、成本较高、层流混合效率低、操作复杂，加工和集成化难度大等问题，本专利技术创造性地利用液晶作为混合生物、化学试剂的载体，通过在微通道内设钝体，诱导混合试剂产生空化，混合试剂在空化域的不定常流动可以有效提升混合效率，整套装置结构简单，成本低廉。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于液晶绕流空化的微混合器，该微混合器包括样品试剂入口、混合主通道、钝体、基底和液晶；
[0008]所述样品试剂入口、混合主通道和绕流钝体设置于基底上方；
[0009]所述样品试剂入口具有2个以上并列入口，并列入口的末端均与混合主通道相连接；
[0010]所述钝体置于混合主通道内；
[0011]所述液晶为化学反应或生物检测所需化学试剂和微生物样品的载体，携带不同样品的液晶从不同样品试剂入口流入混合主通道，沿混合主通道方向流动，流经钝体发生绕流空化，实现混合后发生化学反应或生物检测。
[0012]可选的，所述样品试剂入口、混合主通道和钝体均采用聚二甲硅氧烷PDMS材料制成。
[0013]可选的，所述基底由玻璃材料制成。
[0014]可选的，所述钝体为置于主通道内的柱体。
[0015]可选的，所述钝体为同一几何柱体的阵列。
[0016]可选的，所述钝体为不同几何柱体的阵列。
[0017]可选的，所述液晶对于疏水性的化学试剂或微生物的样品，采用有机小分子液晶作为其载体；所述液晶对于亲水性的化学试剂或微生物的样品，采用水溶性液晶作为其载体。
[0018]可选的，所述微通道内包含若干上下并列叠加或左右并列叠加的子通道，形成多通道微混合器。
[0019]基于所述微混合器的单级混合系统，所述单级混合系统还包括单级微混合器。
[0020]基于所述微混合器的多级混合系统，所述多级混合系统还包括若干串联、并联或串并联混合的微混合器。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]1、本专利技术所述微混合器及其单、多级混合系统的结构简单，加工难度低，仅需要液晶材料、钝体和微通道即可实现高效混合。
[0023]2、本专利技术所述微混合器及其单、多级混合系统制造成本较低，成本主要集中在液晶材料上，在市场上容易购买到多种液晶且价格较低。
[0024]3、本专利技术所述微混合器及其单、多级混合系统混合效果好，在极低Re数下混合效果远胜于现有分层复合式、注入式等内设钝体被动混合器，符合微尺度流体流动Re数小的典型特征。
[0025]4、本专利技术所述微混合器及其单、多级混合系统使用条件简单，能实现极低Re数下高效混合，无需主动式混合中的磁场、电场发生器，无需满足被动式混合中苛刻的Re数要求(Re＞150)，适合微流控芯片。
[0026]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优
选的详细描述，其中：
[0028]图1为实施例一基于液晶绕流空化的微混合器结构示意图；
[0029]图2为微小槽道内向列相5CB液晶Stokes绕流空化随时间演变图；
[0030]图3为微小槽道内向列向5CB液晶Stokes绕流空化涡胞扰动图；
[0031]图4为不同几何结构钝体的单级混合器示意图；
[0032]图5为相同几何结构钝体阵列单级混合器示意图；
[0033]图6为不同几何结构钝体阵列单级混合器示意图；
[0034]图7为单级多通道微混合器并联截面示意图；
[0035]图8为多级多通道串联微混合器截面示意图。
[0036]附图标记：1
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绕流钝体，2
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基底，3
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混合主通道，A
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样品试剂入口一、B
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样品试剂入口二，C
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样品试剂出口三。
具体实施方式
[0037]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液晶绕流空化的微混合器，其特征在于：该微混合器包括样品试剂入口、混合主通道、钝体、基底和液晶；所述样品试剂入口、混合主通道和绕流钝体设置于基底上方；所述样品试剂入口具有2个以上并列入口，并列入口的末端均与混合主通道相连接；所述钝体置于混合主通道内；所述液晶为化学反应或生物检测所需化学试剂和微生物样品的载体，携带不同样品的液晶从不同样品试剂入口流入混合主通道，沿混合主通道方向流动，流经钝体发生绕流空化，实现混合后发生化学反应或生物检测。2.根据权利要求1所述的一种基于液晶绕流空化的微混合器，其特征在于：所述样品试剂入口、混合主通道和钝体均采用聚二甲硅氧烷PDMS材料制成。3.根据权利要求1所述的一种基于液晶绕流空化的微混合器，其特征在于：所述基底由玻璃材料制成。4.根据权利要求1所述的一种基于液晶绕流空化的微混合器，其特征在于：所述钝体为置于主通道内的柱体。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：于佳佳，黄利，李杭蔚，李友荣，李谷元，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：