[發明專利]仿生學微流控混合器

有效

• 申請號: 201310596698.3
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103599722A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 崔大祥;郅曉;鄧敏;陳迪;謝耀
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B01F13/00
• 分類號: B01F13/00;B01L3/00;B01J19/00;G01N35/00
• 代理公司: 上海序倫律師事務所 31276
• 代理人: 包文超

技術領域

本發明涉及一種混合裝置，尤其涉及一種微流控混合器，是模擬小腸運動模式的仿生學微流控混合器,可作為檢測芯片用于自動完成分析全過程。

背景技術

微流控芯片技術（Microfluidic?Chip）是一項把生物、化學和醫學分析過程的樣品制備、反應、分離和檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動完成分析全過程的技術。Manz和Widmer等人以微流控芯片為核心發明了一種高效快速的分離分析過程——微全分析系統（Micro?Total?Analysis?Systems，μTAS）（Sensors?and?Actuators,B1990，1，244-248）

針對臨床檢驗、新藥合成與篩選、生物醫學中人類基因與疾病關系的研究中，待測樣品具有干擾成分多、含量低等特性，微流控芯片分析系統能顯著提高樣品的分析效率和靈敏度，并降低對檢測器的要求。此外，微流控芯片技術還被應用于對細胞培養的研究和分析當中。中國發明專利申請200810104603.0公開了一種微流細胞培養陣列及其應用，該陣列包括一個或多個微流細胞培養陣列單元，微流細胞培養陣列單元包括主溝道以及若干個與主溝道相連通的細胞培養單元，每個培養單元包含一擴散溝道和細胞培養室，細胞培養室通過擴散溝道與主溝道相連通。陣列不僅能夠實現單細胞分離培養，而且在更換培養液或其它試劑的時候細胞始終處于零流速狀態，為細胞的培養和觀測特別是非貼壁細胞的培養和觀測帶來了便利。

微流控芯片的基本特征和最大優勢是多種單元技術在微小可控平臺上的靈活組合和規模集成，這可能會對人類未來的生活方式和生存質量產生深遠影響。微流控芯片中流體的操控尺度在微米量級，介于宏觀尺度和納米尺度之間，這種尺度下流體運動顯示出二重性。一方面，微米尺度仍然遠大于通常意義上分子的平均自由程，因此，對于其中的流體而言，連續介質定理成立，連續性方程可用，電滲和電泳淌度與尺寸無關。另一方面，相對于宏觀尺度，微米尺度上的慣性力影響減小，黏性力影響增大，雷諾數變小，層流特點明顯，傳質過程從以對流為主轉為以擴散為主，并且面體比增加，黏性力、表面張力及換熱等表面作用增強，邊緣效應增大，三維效應不可忽略。

與此同時，微米尺度和納米尺度又有很多重要的區別，在納米尺度下，物體的尺寸和分子平均自由程相近，因此電泳淌度變得和橫截面尺寸有關，偶電層電荷重疊，電滲減少，進而影響到給予流體的動量，此外，空間的壓縮會改變大分子的形狀，大分子的淌度也將受到非平面流速矢量場的影響，最終導致對流體的控制相對困難。在微觀尺度下，宏觀尺度下的湍流難以發生，取而代之的是緩慢的擴散過程。

如何在微觀尺度下實現液體的高效混合是很多微流控領域的科研工作者關注的目標之一。為了實現微流體在最短時間內的高效混勻，人們設計了多種微混合器。概括來講，主要分為主動式和被動式兩大類。主動式主要借助微流控芯片之外的力量如壓力、溫度、電動力學、磁場、超聲波等來增大不同液流間的接觸面積以提高混合效果，這類混合器常常集成有復雜的功能單元；而被動式混合器則主要靠設計如“Y”形、“S”形、螺旋形、魚骨形、多層交疊結構等各式各樣的幾何圖形來提高混合效率，簡單幾何圖案的被動式微混合器往往需要相當長的混合時間才能實現滿意的混合效果，而復雜幾何圖案的被動式微混合器雖然縮短了混合時間，卻明顯加大了微流控芯片的加工制備復雜度，使得成品率大為降低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種微流控混合器，是模擬小腸運動模式的仿生學微流控混合器，以簡單的結構設計實現液體的混合效率的提高。

本發明提供的一種微流控混合器，包括

第一容腔，包括第一入口和第一出口，且具有使液體以直線行徑自第一入口進入再由第一出口流出的第一通道，以及第一底面。

第二容腔，包括第二入口、第二出口和第二底面。

為實現混合效率的提高，本發明的微流控混合器，其第二底面的縱向尺度應大于第一底面的縱向尺度。優先選擇的，第一容腔的深寬比（H∶W）≥2，第二容腔的寬深比（W∶H）≥2。

若干第一容腔和若干第二容腔交替設置，使第一容腔的第一出口與相鄰的第二容腔的第二入口連接，第二容腔的第二出口與相鄰的另一個第一容腔的第一入口連接。

本發明提供的另一種微流控混合器，由若干混合單元連接而成。各個混合單元包括

第一容腔，包括第一入口和第一出口，且具有使液體以直線行徑自第一入口進入再由第一出口流出的第一通道，以及第一底面。

第二容腔，包括第二入口、第二出口和第二底面，且第二入口與第一出口連接。