基于阵列式微型热源的涡流微混合器及其混合方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阵列式微型热源的涡流微混合器及其混合方法。所述涡流微混合器包括：基底；微流通道，设置于所述基底中，包括依次连通的输入槽、混合槽和输出槽，输入槽用于注入至少两种不同液体，输出槽用于排出在混合槽内混合后的液体；第一阵列式微型热源和第二阵列式微型热源，相互间隔且均可活动地设置于基底上，每根阵列式微型热源包括光信号输入端和光信号激发端，光信号输入端用于接入预定功率的光信号，光信号激发端设置于混合槽中的气液交界面，第一阵列式微型热源和第二阵列式微型热源的光信号激发端共同用于在液体中产生耦合涡旋，以将至少两种不同液体混合。本申请的涡流微混合器操作条件温和、操作灵活、可调性高、效率高。效率高。效率高。

【技术实现步骤摘要】
基于阵列式微型热源的涡流微混合器及其混合方法


[0001]本专利技术属于光流控
，具体地讲，涉及一种基于阵列式微型热源的涡流微混合器及其混合方法。

技术介绍

[0002]由于微流控装置反应时间短、产量高、试剂消耗少，因此可以有效地应用于许多领域，包括生物医学诊断、药物传输、化学合成和酶反应。然而化学和生物试剂检测中的限速步骤通常是将样品与试剂混合的过程。造成这一现象的原因是液体体系中扩散输运率低，即使在微尺度上也是如此。为了实现需要混合的微流体应用，已经报道了许多微混合方法。这些方法包括:混沌平流法、水动力聚焦法、电动力学驱动混合法、三维组合混合法、蜿蜒通道法以及磁感应法和光学感应混合法等。但这些方法通常需要庞大的设备或复杂的结构来实现。
[0003]近年来，基于声波学的微混合器由于其具有非侵入性和混合机制简单的特点而引起了人们广泛的关注。这些混合器利用声波扰动微通道的层流流型，以实现快速而均匀的混合。基于声学的混合器的混合性能可以通过在微流控通道中使用气泡进一步提高。当气泡与声波耦合时，产生了声流现象。这种现象会导致周围流体发生更明显的扰动，极大地促进了流体的大规模输送。迄今为止，基于气泡的声波微混合器已被用于表征酶反应，增强DNA杂交和开发先进的光流控装置，然而气泡不稳定且不便捕获的特点在促进流体混合方面仍有较大限制。因此，如何更高效、灵活、便利地调节外部条件来实现两种液体在微尺度上快速、均匀地完全混合，成为本领域中急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004](一)本专利技术所要解决的技术问题
[0005]本专利技术解决的技术问题是：如何更高效、灵活、便利地调节外部条件来实现两种液体在微尺度上快速、均匀地完全混合。
[0006](二)本专利技术所采用的技术方案
[0007]为解决上述的技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于阵列式微型热源的涡流微混合器，所述涡流微混合器包括：
[0009]基底；
[0010]微流通道，设置于所述基底中，包括依次连通的输入槽、混合槽和输出槽，所述输入槽用于注入至少两种不同液体，所述输出槽用于排出在混合槽内混合后的液体；
[0011]第一阵列式微型热源和第二阵列式微型热源，相互间隔且均可活动地设置于所述基底上，每根阵列式微型热源包括光信号输入端和光信号激发端，光信号输入端用于接入预定功率的光信号，所述光信号激发端设置于所述混合槽中的气液交界面，所述第一阵列式微型热源和所述第二阵列式微型热源的光信号激发端共同用于在液体中产生耦合涡旋，以将至少两种不同液体混合。
[0012]优选地，所述第一阵列式微型热源和所述第二阵列式微型热源的光信号激发端相互平行且设置于所述混合槽的相对两侧。
[0013]优选地，每根所述光信号激发端包括级联式的若干光热波导，所述光热波导包括光波导和包覆于所述光波导的外表面的氧化石墨烯层。
[0014]优选地，两根光信号激发端的各光热波导相互平行且交替设置。
[0015]优选地，所述第一阵列式微型热源的光热波导在所述第二阵列式微型热源上的投影的几何中心与相邻的所述第二阵列式微型热源上的光热波导的几何中心之间的距离范围为500μm～750μm。
[0016]优选地，两段光信号激发端之间的垂直距离范围为1500μm～1700μm。
[0017]优选地，所述基底的相对两侧壁上均开设有阵列分布的若干通孔，所述第一阵列式微型热源和所述第二阵列式微型热源可活动地穿设于通孔中，以使所述光信号激发端移动到所述混合槽内的不同位置。
[0018]本申请还公开了一种基于阵列式微型热源的涡流微混合器的混合方法，所述混合方法包括：
[0019]向所述输入槽注入至少两种不同液体，并使得液体流入到所述混合槽中；
[0020]调节第一阵列式微型热源和第二阵列式微型热源的位置，以使两段光信号激发端位于混合槽中的气液交界面；
[0021]同时向两根光信号输入端输入预定功率的光信号，以使两根光信号激发端共同驱动液体流动并生成若干耦合涡旋，耦合涡旋用于将输入槽注入的不同液体进行混合，并将混合后的液体排至输出槽中。
[0022]优选地，所述混合方法还包括：在所述光信号输入端中依序输入不同功率的光信号，以获取不同混合程度的混合溶液。
[0023]优选地，所述混合方法还包括：依序改变所述输入槽的液体注入速度，以获取不同混合程度的混合溶液。
[0024](三)有益效果
[0025]本专利技术公开的一种基于阵列式微型热源的涡流微混合器及其混合方法，与现有技术相比，主要具有如下优点和有益效果：
[0026](1)操作条件温和。本专利技术是一种与微流控芯片集成的涡流微混合器，避免了外界条件对其污染和破坏，条件温和，在生物、化学等领域具有巨大潜力。
[0027](2)操作灵活便捷，可调性高。本专利技术可通过调节光功率和外部液体流速来控制液体的混合，具有很高的可调性，可随意灵活地切换开关进行混合。
[0028](3)效率高，反应时间短。本专利技术可在毫秒级内实现两种液体快速、均匀地混合，在时间上具有高效性。
[0029](4)涡流微混合器制作方法简便易行，成本低廉。
附图说明
[0030]图1是本专利技术的实施例一的基于阵列式微型热源的涡流微混合器的结构示意图；
[0031]图2是本专利技术的实施例二的基于阵列式微型热源的涡流微混合器的混合方法的流程图；
[0032]图3A是本专利技术的实施例二的入口平均速度U0＝300μm/s时，光功率P分别为5mW和30mW时通道内的温度分布图；
[0033]图3B是本专利技术的实施例二的入口平均速度U0＝300μm/s时，光功率P分别为5mW和30mW时通道内的速度分布图；
[0034]图3C是本专利技术的实施例二的入口平均速度U0＝300μm/s时，光功率P分别为5mW和30mW时通道内的流线分布图以及耦合涡旋2的速度大小随光功率的变化图；
[0035]图4是本专利技术的实施例二的线性热源(LHS
‑
1、LHS
‑
2)的平均温度与光功率的关系图；
[0036]图5A是本专利技术的实施例二的两段阵列式微型热源之间的不同垂直距离H下的循环耦合涡旋的流线变化图；
[0037]图5B是本专利技术的实施例二的两段阵列式微型热源之间的不同垂直距离H下的循环耦合涡旋的直径大小变化折线图；
[0038]图6A是本专利技术的实施例二的入口平均速度U0＝300μm/s，光功率P＝0mW时流体的混合浓度和速度分布图；
[0039]图6B是本专利技术的实施例二的入口平均速度U0＝300μm/s，光功率P＝0mW时流体的归一化混合浓度值分布曲线图；
[0040]图7A是本专利技术的实施例二的入口平均速度U0＝300μm/s时两种流体在不同光功率下的混合浓度分布图；
[0041]图7B本专利技术的实施例二的入口平均速度U0＝300μm/s本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阵列式微型热源的涡流微混合器，其特征在于，所述涡流微混合器包括：基底；微流通道，设置于所述基底中，包括依次连通的输入槽、混合槽和输出槽，所述输入槽用于注入至少两种不同液体，所述输出槽用于排出在混合槽内混合后的液体；第一阵列式微型热源和第二阵列式微型热源，相互间隔且均可活动地设置于所述基底上，每根阵列式微型热源包括光信号输入端和光信号激发端，光信号输入端用于接入预定功率的光信号，所述光信号激发端设置于所述混合槽中的气液交界面，所述第一阵列式微型热源和所述第二阵列式微型热源的光信号激发端共同用于在液体中产生耦合涡旋，以将至少两种不同液体混合。2.根据权利要求1所述的基于阵列式微型热源的涡流微混合器，其特征在于，所述第一阵列式微型热源和所述第二阵列式微型热源的光信号激发端相互平行且设置于所述混合槽的相对两侧。3.根据权利要求2所述的基于阵列式微型热源的涡流微混合器，其特征在于，每根所述光信号激发端包括级联式的若干光热波导，所述光热波导包括光波导和包覆于所述光波导的外表面的氧化石墨烯层。4.根据权利要求3所述的基于阵列式微型热源的涡流微混合器，其特征在于，两根光信号激发端的各光热波导相互平行且交替设置。5.根据权利要求4所述的基于阵列式微型热源的涡流微混合器，其特征在于，所述第一阵列式微型热源的光热波导在所述第二阵列式微型热源上的投影的几何中心与相邻的所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢晓波，罗芳婧，周瑞雪，李瑶，吴家隐，栾天阳，徐宇，夏鹏飞，郑志东，李恒，杨观杰，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：