[發明專利]一種S型被動式微混合器

有效

• 申請號: 201310555139.8
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103638853A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 何秀華;韋丹丹;鄧志丹;楊嵩
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01F13/00
• 分類號: B01F13/00;B01L3/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

?本發明涉及微流體混合的微流體領域，尤其涉及一種微混合器。

背景技術

微流體系統能將傳統的生化檢測過程的分離、加樣、混合、反應、檢測等功能在芯片上得以實現。這樣既節省了試劑，又減小了危險性（如有毒或者反應劇烈的試劑）。微化學工程作為新興的技術可以用于分析和綜合應用，微化學工程涉及的微型反應系統主要包括微混合器、微型熱交換器、微流道，其中，微混合器存在許多問題：由于尺度的縮小，微混合器的微通道中流體表面積與體積的比值相當的大，液體的流速和雷諾數較低，常處于一種層流的狀態，混合常常是分子水平上的擴散運動，使微量液體的混合變得困難。

微混合器分為主動式和被動式，被動式微混合器是指不需要外部能量的方法，主要依賴于通道幾何形狀，如開槽通道、流體分層流（在通道中加障礙物），蛇形通道、誘發混沌對流等。例如Schonfeld等設計的新型的SAR微混合器；Stroock等利用在通道底部刻蝕交錯漁鼓形槽道制成了SHM微混合器等。還有通過讓通道在空間范圍內彎曲進行混合的微混合器，如C型、Z型、彎弧管道、L型、T型、修改的tesla結構、扭曲管道等。主動式微混合器按作用原理分可分為電動力式、磁動力式、超聲波式、分支注入式、壓電式、磁致式、射流式、機械式等，例如Yang等研究的超聲制動微混合器的震動源來自于壓電陶瓷（PZT），Frédéric?Bottausci小組研制了一種蜘蛛式微混合器等。如中國專利公開號為：CN?102151504?A的專利，同樣是利用二次流來促進混合，但是由于機構中存在突括和突縮結構，雖然混合效果好，但流動損失很大。中國專利公開號為：CN?101975154?A、名稱為：對數螺旋組合管無法壓電泵，利用對數螺旋線制成正反向流阻不同的流管，相比與錐管流阻系數得到很大提高。

現有被動混合微混合器產生混合的主要方式是：在流道內增加擋板，擾動流體產生混合，流動損失大；根據SAR的概念設計的微混合器，混合流道長，混合時間長；產生混沌流來混合流體，混合效果好，流動損失大；利用突括和突縮結構產生旋渦混合流體。

發明內容

本發明的目的為解決現有混合器混合時間長、混合流道長、流動損失大、混合效果不佳等缺點，提出一種S型被動式微混合器，利用對數螺旋線這一特殊結構組合而成的流道，縮短了混合距離、減少流動損失、混合效果也大大提高。

?本發明采用的技術方案為：包括上下鍵合在一起的上蓋板和混合板，上蓋板左部開有兩個進口孔、右部開有一個出口孔，混合板左部設有與進口孔一相通的第一種流體入口管和與進口孔二相通的第二種流體入口管、右部設有與出口孔相通的出口管，兩種流體入口管并接主通道，在主通道和出口管之間是依次首尾平滑過渡相接的n個收縮混合單元和n個擴散混合單元，第一個n個收縮混合單元接主通道，最后一個擴散混合單元接出口管；單個收縮混合單元的水平軸截面的輪廓是由收縮混合單元中的兩個對數螺旋線組成的；單個擴散混合單元的水平軸截面的輪廓是由擴散混合單元中的兩個對數螺旋線組成的；所有的擴散混合單元均在對數螺旋線的極軸的前側，所有的收縮混合單元均在極軸的后側。

收縮混合單元中的第一對數螺旋線的極坐標方程為：???????????????????????????????????????????????，收縮混合單元中第二對數螺旋線的極坐標方程為：；b＞0，?10μm≤≤500μm，10μm≤≤500μm，10μm＜＜200μm，收縮混合單元與其相鄰的擴散混合單元關于對數螺旋線終點的（π，）和（π，）的中心對稱。

本發明的優點是：本發明是根據流體在彎管內會產生二次流的原理設計而成，本發明中的對數螺旋線是S型，不平行，有利于二次流的形成，增加流體間的接觸面積，使混合更充分。結構簡單，便于加工和集成，混合效率高。與其他利用二次流促進混合的結構相比，本發明流體光滑緩慢的過渡產生混合，且沒有突括和突縮結構，在保證混合效果的前提下減少了流動損失。

附圖說明

圖1為本發明的結構圖；

圖2為圖1中上蓋板15的俯視圖；

圖3為圖1中A-A剖面圖；

圖4為圖1中I局部放大圖；