本发明专利技术公开了一种无源微流控微反应器以及微流控芯片。无源微流控微反应器包括入口区、过渡区、混合区以及采集区，所述入口区、所述过渡区、所述混合区以及所述采集区顺序连通，所述混合区包括相互连通的对流混合腔室与涡旋混合流道，所述对流混合腔室至少部分内壁呈弧形结构，所述涡旋混合流道至少部分内壁呈弧形结构。微流控芯片包括芯片主体以及设置在芯片主体上的无源微流控微反应器。无源微流控微反应器结构简单、加工简便、通量大且尺寸范围大、应用范围广，符合微型全分析系统的集成要求，能够低成本、高通量地实现微观尺度上流体的高效混合。体的高效混合。体的高效混合。
【技术实现步骤摘要】
无源微流控微反应器以及微流控芯片
[0001]本专利技术涉及微流控
，特别是涉及一种无源微流控微反应器以及微流控芯片。
技术介绍
[0002]微流控技术凭借其集成化、自动化程度高、通量大、样本需求量少等优势被广泛应用，尤其在生物分析、化学反应、药物合成等方面具有巨大应用潜力。微流控芯片中生化过程的实现主要依赖于流体控制，且以完成两种或多种流体的混合为基础。因此，实现流体在微观尺度的快速混合在微流控分析领域至关重要。然而，由于微流道中流体仅能进行低雷诺数的单轴层流流动，流体混合主要依靠分子间单纯的扩散作用，混合速度慢、时间长且均一性差。
[0003]为了提高微流控系统中流体的混合效率，依赖外加压力场、超声场、电场和磁场等增加流体扰动的有源微反应器相继被开发，该类有源微反应器需要持续的能量输入，耗能大、成本高、散热困难且难以集成，不适于长期、高通量、大规模的应用。为了解决这一问题，借助特殊微流道结构增大流体对流接触面积、加快分子扩散速率的无源微反应器应运而生。例如，通过设计交错人字形混合器在微流道中引入横向流的无源微反应器，通过设计多层结构在微流道压力驱动流以外产生混沌流的无源微反应器，上述反应器加工难度大、成本高。又例如，通过引入迪恩漩涡增加流体扰动的无源微反应器，依赖于迪恩流的回流无源微反应器等，该类微反应器垂直壁面所受压强较大，能够承受的流体流速和通量有限，在实际应用中使用范围受限。
技术实现思路
[0004]基于此，有必要针对现有微流控微反应器耗能大、成本高、加工复杂、通量低等问题，提供一种无源微流控微反应器。本专利技术的无源微流控微反应器结构简单、加工简便、通量大且尺寸范围大、应用范围广，符合微型全分析系统的集成要求。
[0005]一种无源微流控微反应器，包括入口区、过渡区、混合区以及采集区，所述入口区、所述过渡区、所述混合区以及所述采集区顺序连通，所述混合区包括相互连通的对流混合腔室与涡旋混合流道，所述对流混合腔室至少部分内壁呈弧形结构，所述涡旋混合流道至少部分内壁呈弧形结构。
[0006]在其中一些实施例中，所述入口区包括加样腔室以及与所述加样腔室连通的加样通道，所述加样通道还与所述过渡区连通。
[0007]在其中一些实施例中，所述加样腔室为圆柱形槽，所述加样腔室的内径为0.8～80mm，所述加样腔室的深度为0.5～50mm；
[0008]和/或，所述加样通道的长度为2～200mm，所述加样通道的深度为0.5～50mm；
[0009]和/或，所述加样通道内的流体流速控制为0.01～500mL/min。
[0010]在其中一些实施例中，所述过渡区的长度为3～300mm；
[0011]和/或，所述过渡区的宽度为0.3～30mm；
[0012]和/或，所述过渡区的高度为0.5～50mm。
[0013]在其中一些实施例中，所述对流混合腔室的数量与所述涡旋混合流道的数量均为多个，所述对流混合腔室与所述涡旋混合流道交替排列。
[0014]在其中一些实施例中，多个所述对流混合腔室与多个所述涡旋混合流道呈单行排列或者呈多行且迂回状分布，当多个所述对流混合腔室与多个所述涡旋混合流道呈多行分布时，，相邻的行之间通过所述涡旋混合流道连通。
[0015]在其中一些实施例中，所述涡旋混合流道呈圆弧形流道，每一行中的所述涡旋混合流道的内侧壁呈直径4.5～450mm的100
°
～120
°
圆弧状，外侧壁呈直径4.8～480mm的100
°
～120
°
圆弧状，所述涡旋混合流道的宽度为0.3～30mm，深度为0.5～50mm；
[0016]相邻的行之间的所述涡旋混合流道的内侧壁呈直径4.2～420mm的120
°
～150
°
圆弧状，外侧壁呈直径4.5～450mm的120
°
～150
°
圆弧状，所述涡旋混合流道的宽度为0.3～30mm，深度为0.5～50mm。
[0017]在其中一些实施例中，所述混合区首尾分别设置为所述对流混合腔室和所述涡旋混合流道，所述混合区通过首端的所述对流混合腔室与所述过渡区连通，所述混合区通过尾端的所述涡旋混合流道与所述采集区连通。
[0018]在其中一些实施例中，所述对流混合腔室的内侧壁包括多个不同半径的圆弧面组成，使得所述对流混合腔室的横向截面由一侧至相对的另一侧收窄，且所述对流混合腔室尺寸较小的一端用于进液，所述对流混合腔室尺寸较大的一端用于出液。
[0019]在其中一些实施例中，所述对流混合腔室的内侧壁包括第一圆弧面、第二圆弧面以及第三圆弧面，所述第一圆弧面的半径为0.3～30mm，所述第二圆弧面的半径为4～400mm，所述第三圆弧面的半径为1.5～150mm。
[0020]在其中一些实施例中，所述对流混合腔室设置有扰流件，所述扰流件至少部分外侧壁呈弧形结构。
[0021]在其中一些实施例中，所述扰流件连接于所述对流混合腔室的底壁，所述扰流件的外侧壁对流混合腔室的内侧壁之间具有间隔，所述扰流件的横向截面尺寸沿着液流方向逐渐增大；
[0022]和/或，所述扰流件在所述对流混合腔室的位置可调。
[0023]在其中一些实施例中，所述扰流件尺寸较大的一端的外侧壁的半径为10～1000mm，所述扰流件尺寸较小的一端的外侧壁的半径为1.3～130mm，所述扰流件尺寸较大的一端与所述扰流件尺寸较小的一端之间的外侧壁呈平面状。
[0024]在其中一些实施例中，所述采集区包括流体观察腔室、流体收集腔室以及收集流道，所述流体观察腔室与所述流体收集腔室连通，所述流体观察腔室还通过所述收集流道与所述混合区连通。
[0025]在其中一些实施例中，所述收集流道的内侧壁为直径为4.5～450mm的45
°
～60
°
圆弧状，外侧壁为直径为5～500mm，45
°
～60
°
圆弧状，所述收集流道的宽度为0.3～30mm，所述收集流道的高度为0.5～50mm；
[0026]和/或，所述流体观察腔室呈圆柱形槽，所述流体观察腔室的内径为1.5～150mm；
[0027]和/或，所述流体收集腔室呈圆柱形槽，所述流体收集腔室的内径为0.8～80mm。
[0028]在其中一些实施例中，所述无源微流控微反应器采用注塑工艺或3D打印工艺制备一体式结构或采用微加工工艺或机加工工艺制备分体式结构。
[0029]在其中一些实施例中，当所述无源微流控微反应器为一体式结构时，，所述无源微流控微反应器的基板制备材料包括丙烯腈
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丁二烯
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苯乙烯共聚物、聚酰胺、尼龙、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乙醚以及聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种。
[0030]在其中一些实施例中，当所述无源微流控微反应器为分体式结构时，所述无源微流控微反应器包括上层本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无源微流控微反应器，其特征在于，包括入口区、过渡区、混合区以及采集区，所述入口区、所述过渡区、所述混合区以及所述采集区顺序连通，所述混合区包括相互连通的对流混合腔室与涡旋混合流道，所述对流混合腔室至少部分内壁呈弧形结构，所述涡旋混合流道至少部分内壁呈弧形结构。2.根据权利要求1所述的无源微流控微反应器，其特征在于，所述入口区包括加样腔室以及与所述加样腔室连通的加样通道，所述加样通道还与所述过渡区连通。3.根据权利要求2所述的无源微流控微反应器，其特征在于，所述加样腔室为圆柱形槽，所述加样腔室的内径为0.8～80mm，所述加样腔室的深度为0.5～50mm；和/或，所述加样通道的长度为2～200mm，所述加样通道的深度为0.5～50mm；和/或，所述加样通道内的流体流速控制为0.01～500mL/min。4.根据权利要求1～3任意一项所述的无源微流控微反应器，其特征在于，所述过渡区的长度为3～300mm；和/或，所述过渡区的宽度为0.3～30mm；和/或，所述过渡区的高度为0.5～50mm。5.根据权利要求1～3任意一项所述的无源微流控微反应器，其特征在于，所述对流混合腔室的数量与所述涡旋混合流道的数量均为多个，所述对流混合腔室与所述涡旋混合流道交替排列。6.根据权利要求5所述的无源微流控微反应器，其特征在于，多个所述对流混合腔室与多个所述涡旋混合流道呈单行排列或者呈多行且迂回状分布，当多个所述对流混合腔室与多个所述涡旋混合流道呈多行分布时，，相邻的行之间通过所述涡旋混合流道连通。7.根据权利要求6所述的无源微流控微反应器，其特征在于，所述涡旋混合流道呈圆弧形流道，每一行中的所述涡旋混合流道的内侧壁呈直径4.5～450mm的100
°
～120
°
圆弧状，外侧壁呈直径4.8～480mm的100
°
～120
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圆弧状，所述涡旋混合流道的宽度为0.3～30mm，深度为0.5～50mm；相邻的行之间的所述涡旋混合流道的内侧壁呈直径4.2～420mm的120
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～150
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圆弧状，外侧壁呈直径4.5～450mm的120
°
～150
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圆弧状，所述涡旋混合流道的宽度为0.3～30mm，深度为0.5～50mm。8.根据权利要求5所述的无源微流控微反应器，其特征在于，所述混合区首尾分别设置为所述对流混合腔室和所述涡旋混合流道，所述混合区通过首端的所述对流混合腔室与所述过渡区连通，所述混合区通过尾端的所述涡旋混合流道与所述采集区连通。9.根据权利要求1～3、6～8任意一项所述的无源微流控微反应器，其特征在于，所述对流混合腔室的内侧壁包括多个不同半径的圆弧面组成，使得所述对流混合腔室的横向截面由一侧至相对的另一侧收窄，且所述对流混合腔室尺寸较小的一端用于进液，所述对流混合腔室尺寸较大的一端用于出液。10.根据权利要求9所述的无源微流控微反应器，其特征在于，所述对流混合腔室的内侧壁包括第一圆弧面、第二圆弧面以及第三圆弧面，所述第一圆弧面的半径为0.3～30mm，所述第二圆弧面的半径为4～400m...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晗，王雪琪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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