本发明专利技术披露了微观流体混合装置和使用该装置的方法，所述装置和方法利用当流体穿过混合通道时增加的离心力来混合流体。本发明专利技术的装置包括通常是平坦的基底，该基底具有顶部主要表面和与顶部主要表面平行的底部主要表面，以及覆盖在顶部主要表面上的盖板。所述基底具有至少一个入口和至少一个出口，以进行流体混合，所述入口将流体传递至顶部主要表面。基底包括混合通道，该通道具有从顶部表面测量的深度和宽度，改变所述混合通道，以层流和以基本上螺旋的流动型态传递将在其内混合的流体，所述螺旋流动型态与顶部表面平行。本发明专利技术的装置可混合串行流动的流体，或者混合从不同的进给通道中进入装置的两种或多种流体。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术概括性地涉及流体动力学。更具体地，本专利技术涉及混合流体的装置，以及制备和使用所述装置的方法。
技术介绍
微观混合器是用于混合流动在十分狭窄的通道内的小容量流体的设备。在目的是用于生物化学分析、药物递送和核酸系列化或合成的许多微观流体系统中，微观混合器是必须的。例如细胞活化、酶反应和蛋白质折叠等生物过程经常涉及要求混合反应物以开始的反应。在进行复杂化学合成的多种微观制造的化学系统中，混合也是必须的。参见″Passive Mixing ina Three-Dimensional Serpentine MicroChannel，″R.H.Liu，M.A.Stremler，K.V.Sharp，M.G.Olsen，J.G.Santiago，R.J.Adrain，H.Aref，and D.J.Beebe，Journalof Microelectromechanical Systems，Vol.9，No.1，June 2000。与在宏观世界内流动的流体相比，当流体在近似于人类头发大小的通道内流动时，称为层流的现象呈现出十分不同的性质。层流还与低雷诺数(Reynolds number)相关，该层流使得在稍微混合或没有混合的情况下在通道中流体的不同层或者相互相邻的颗粒发生运动(扩散除外)。如Liu等人利用分类法所解释的，在本文中采用该分类法，微观混合器可分成主动或被动混合器。被动搅拌方案包括简单的面内分层和混乱的平流搅拌(Liu等人将其定义为材料界面的快速变形和伸长)。主动混合器具有移动的部件或外部施加的强制函数，例如压力、电场或超声波。被动混合器通常利用通道的几何形状，增加待混合流体之间的界面面积，从而改进扩散混合的可能性。这些混合器可分成两种小类面内混合器和面外或分层混合器，面内混合器在限制在一个平面的流体网络内分开并混合物流，面外或分层混合器利用三维通道几何形状。上述引用的Liu等人的论文描述了三维曲折通道的面外被动混合器，该混合器依赖于混乱的平流，以及两个面内混合器矩形波通道和直线通道。最简单的面内混合器将两个液体流合并到单个通道内，借助于分子扩散、取决于时间和高扩散系数来实现混合，从而混合流体或在流体之间移动溶质。对构成分子通常是复杂的低聚或聚合结构的生物试样来说，这是困难的。面外、分层混合器连续地分开液体流并将液体流堆积在三维流体网络中。分层混合器通常要求多层微观制造技术，这使得它们对目标为简单制造、平面设计和容易整合成微观流体系统的生物分析系统设计者来说，不具有吸引力。近来已经开发了其它几种微观流体设备，这些流体设备试图改进微尺度设备内流体混合。2000年10月24日颁布的、转让给University ofWashington的美国专利6,136,272描述了在微观流体通道内快速连接和分开流体层的装置，这允许在两个方向(深度方向和宽度方向)上进行扩散混合。不幸的是，该专利中描述的装置涉及“混合模式”中使用的弯曲的桥连通道(curved bridge channel)，该装置没有描述在这些通道中的离心混合，实际上表现出致力于将分离的层流流动保持在桥连通道中。在这些装置中出现的唯一混合表现出存在于平行的直通道中，平行的直通道位于任何桥连通道的下游。2001年11月29日公布的、转让给Micronics，Inc.的WO 01/89675 A2描述了一种喷射涡流混合器(jet vortex mixer)，通常为圆形，该混合器不含有移动部件，并且能够串行流和层流流动。该装置可称为主动混合器，原因是该装置的入口与泵阀连接，所述泵阀对该混合器提供能量，并在混合器内前后传递流体。该装置要求有使流体进入混合器的会聚截面(convergingsection)，由此在流体进入混合室之前增加流体的线速度。这些会聚截面在为重复使用而清洁装置时产生了一些困难。公开于2002年7月25日的美国专利申请2002/0097632 A1描述了微观系统平台，该微观系统平台用于当由旋转(类似于CD-ROM盘)而产生的向心力激发流体流动时，在该平台的表面上实现一种或多种流体的有效混合。这些装置表现出能够仅以串行方式而不是在层流层中混合流体。尽管近来的进展，在多个领域中仍存在未满足的需要，以在微观流体装置中有效、可靠和可重复地混合一种或多种实际和试样。例如，生物化学分析、药物递送和核酸系列化或合成、例如细胞活化、酶反应和蛋白质折叠等生物过程通常涉及要求在微空间中混合反应物以开始的反应。在进行复杂化学合成(例如组合化学)的多种微观制造的化学系统中，混合也是必须的。
技术实现思路
本专利技术的装置和方法减小或克服了先前微观流体装置和方法的上述问题。本专利技术的第一实施方案是用于混合至少两种流体的微观流体混合装置，本专利技术的装置包括基底，所述基底包括一个或多个流体进入导管和混合通道，所述混合通道具有深度和宽度，改变所述混合通道以基本上螺旋的流动型态(substantially spiral flow pattern)传递(route)将在其内混合的流体，所述螺旋流动型态基本上平行于基底的顶表面，所述混合通道与产物导管连接。本专利技术的装置可包括通常是平坦的基底，该基底具有顶部主要表面和与顶部主要表面平行的底部主要表面。基底可具有一个或多个入口(inletport)，入口将待混合的流体传递至顶部主要表面。例如，本专利技术的装置可混合在不同时间经相同入口进入的两种或多种流体。必要时，根据该装置的特定用途，基底也可具有混合流体的出口。更普遍地，本专利技术的装置可混合从不同原料流流出的两种或多种流体，而且如果必须有入口，则该装置将包括第一和第二入口，第一入口与进给导管(feed conduit)相连，第二入口与第二进给导管相连，第一入口和第二入口会聚在混合通道中的混合位置处。连接至混合通道的至少一个进给导管与基本上螺旋的流动型态相切。所述混合通道可包括第一和第二混合通道段(section)，改变所述第一混合通道段，以将待混合的流体从基底的外围传递至基底中心。其后，第一混合通道段供料至第二混合通道段，其中该待混合流体与第一混合通道段的螺旋型态相比，以反向螺旋型态流动。第二混合通道段可与第一混合通道段相邻，或者不相邻。出口可位于基底中心，或者位于基底外围。出口可与第二流体操作设备连接，其中第二流体操作设备是本专利技术的第二装置或不同的设备。该装置可包括盖板，盖板可为透明的，允许光进入。可供选择地，可通过生长通道的边缘来关闭混合通道，或者混合流体可形成牢固的(solidified)顶部表面，而混合流体的主体(bulk)横穿牢固的顶部表面之下的混合通道。混合通道具有选自矩形、圆形、椭圆形和梯形的横截面形状。混合通道可由活性物质或惰性物质构成。活性物质可为有机或无机的，并选自催化剂、酶、配体、低聚物、寡核苷酸等。基底包括选自硅、金属、玻璃、陶瓷以及它们的组合中的材料。入口和出口可开至顶表面或开至与另一面内设备连接的基底的外围边缘。本专利技术的另一实施方案是使用本专利技术的混合装置混合流体的方法，所述方法包括步骤a)选择待混合的流体；b)根据下述原则，选择装置的半径R和混合通道的深度和宽度，i)死体积尽可能低；ii)混合流体的流动速率；iii)混合流体的粘度；iv)0＜tr＜tc，其中tr本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于混合至少两种流体的装置，其包括基底，所述基底包括一个或多个流体进给导管，所述流体进给导管用于将待混合的两种或多种流体传递至混合通道，所述混合通道具有深度和宽度，改变所述混合通道以基本上螺旋的流动型态传递将在其内混合的流体，所述螺旋流动型态基本上平行于基底的顶表面，所述混合通道与产物导管连接。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：计洪苗，维克托桑珀，
申请(专利权)人：科学，技术与研究机构，新加坡国立大学，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]
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