[發明專利]一種非對稱結構與電極的主動式電滲微混合器

在審

• 申請號: 201710199338.8
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN107051304A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 周騰;王瀚林;陳利民;鄧永波;劉震宇;史留勇;葛鑒
• 申請（專利權）人: 海南大學
• 主分類號: B01F13/00
• 分類號: B01F13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利涉及一種非對稱結構與電極的主動式電滲微混合器。該混合器的混合方式為直流驅動主動式。

背景技術

微流控芯片又稱微流控芯片實驗室或芯片實驗室(lab-on-chip ,LOC)。在醫療醫學、生物化學等領域，微流體的快速與高效混合是使用微流控芯片混合試劑的關鍵。由于在微尺度下，流體的雷諾數較小，流體處于層流狀態，流體之間的混合僅能依靠少量發生在流體交界面的分子擴散效應，導致流體混合通道長、流體混合時間花費多，所以如何提升流體的混合效率就成了亟待解決的技術問題。

根據輸入能量的不同，微混合器可分為被動微混合器和主動微混合器。由于不需要外部能源驅動，同時流體在微通道的流動主要表現為層流，所以被動微混合器的混合就容易研究和描述。被動混合器可進一步分為混沌對流混合器、并聯復合微混合器和連續層壓微混合器、噴射混合器、液滴微混合器。被動混合器的混合主要是由分子擴散和混沌對流來實現的。主動式微混合器主要依靠外部驅動，通過選擇不同的驅動方式，可以實現各種要求環境下的試劑混合。主動式微混合器可以進一步分為超聲波微流體混合器、磁力式微混合器、動電式混合器、壓力擾動式混合器等。主動式微混合器具有體積小，適用環境廣、混合結構簡單，混合效率高等特點，具備廣泛的發展前景。

在所有主動式微流體混合器的驅動方式中，采用電滲效應驅動流體混合是最為廣泛使用的方式之一，這種方式可以有效地提升流體的混合效率。為了克服微尺度下的層流混合困難問題，我們創新地設計了一種直流電極陣列緊湊分布的非對稱主動式微混合器結構，這種直流電極陣列的交替分布可以有效地引起微混合器內渦流的產生，同時非對稱的通道結構加速了流體的對流，二者共同作用下使流體混合通道距離減小，且混合效率大幅提升。

發明內容

本發明的目的在于設計了一種主動式微流體混合器，能夠大量縮短流體混合通道距離，同時提升混合效率。

本發明的技術方案是：一種非對稱結構與電極的主動式電滲微混合器，包括進口管、出口管、非對稱混合室和4對直流電極陣列，其中，電極2和15、電極4和14、電極8和12、電極9和11為一對，每對電極施加電壓大小相同，極性相反；進口管與出口管之間為混合主通道，通道壁上擴展了額外的混合室，混合室3主要由半圓壁面結構和垂直壁面結構組成，中空半圓結構在混合室3的內部，與混合室共同組成完整的拓展流體通道，電極4設置在中空半圓結構的管道壁上，同樣地，混合室13與混合室3形成對稱錯位分布。所述的主動式電滲微混合器，其特征在于，進口管與出口管的管道寬度為10μm，進口管處流體的流速為1×10^-3m/s。布置于管道壁上下兩側的多個電極交替排列，并且相鄰電極的距離分別為5μm與2μm，例如電極2與電極4的距離為5μm，電極4與電極8的距離為2μm。

本發明的收益在于：將主動式微混合器的高效性和被動式微混合器微通道結構設計巧妙結合起來，進而設計一種新型的微混合器，在外部直流電場的作用下，這種新型混合器的微通道內會產生電滲效應，流體單元會在擾動的流場內發生相當程度的折疊和拉伸，同時進入非對稱的混合通道結構的流體會在縮口處產生二次流，從而對主管道中的流體產生沖擊，進一步加強了微尺度下流體的對流，促使待混合流體發生高效率的混合。

所設計的新型主動式微混合器結構為單層結構，通過一次光刻就可以制造模具，和傳統的多層結構相比具有結構簡單、便于大規模生產配置組裝、成本較低的特點，并且相比于其他微流體混合器具有更優化的單層結構，所適用的雷諾數范圍廣，能夠使流體之間完成較快、效率更高的混合，受到實驗環境干擾影響小，具備更加廣闊的應用空間。

附圖說明

圖1是主動式微混合器平面結構圖。

圖2是未外加電場時的混合器內流體濃度圖。

圖3是外加電場后微混合器內電勢分布圖，其中，顏色深、范圍較大的為正電勢0.5V；顏色深、范圍小的為0V，其余顏色較淺的區域為0.25V附近的均勻電勢。

圖4是外加電場后混合器內的流線分布圖。

圖5是外加電場后的混合器內流體濃度圖。

圖6是混合效率指標曲線圖。

圖7是兩組微混合器的陣列示意圖。

具體實施方式