[發(fā)明專利]一種基于界面效應(yīng)的微納顆粒分離系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710418064.7
• 申請(qǐng)日: 2017-06-06
• 公開（公告）號(hào): CN107213929B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫佳姝;劉超;田飛;陳清華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家納米科學(xué)中心
• 主分類號(hào): B01L3/00
• 分類號(hào): B01L3/00;C12M1/00
• 代理公司: 11470 北京精金石知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉曄

1.一種基于界面效應(yīng)的微納顆粒分離系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

控制非牛頓流體和包含微納米顆粒的牛頓流體輸送的控制單元；

受所述控制單元控制，為所述非牛頓流體和牛頓流體輸送提供動(dòng)力的動(dòng)力單元；

包含分離通道的分離單元，所述分離單元通過管道與動(dòng)力單元連通，所述分離通道的中間流過所述非牛頓流體，所述非牛頓流體兩側(cè)流通包含微納米顆粒的所述牛頓流體，兩種流體之間形成使微納米顆粒同時(shí)受慣性力和粘彈性力作用而分離的至少一接觸界面；

設(shè)置在所述分離單元的末端，對(duì)分離后的不同直徑的微納米顆粒進(jìn)行收集的收集單元。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于界面效應(yīng)的微納顆粒分離系統(tǒng)，其特征在于，所述非牛頓流體兩側(cè)、與分離通道的兩側(cè)壁接觸處流通牛頓流體，以在所述牛頓流體和非牛頓流體之間形成兩個(gè)接觸界面。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于界面效應(yīng)的微納顆粒分離系統(tǒng)，其特征在于，所述分離單元設(shè)置在一微流控芯片上，所述分離單元包括：

設(shè)置在所述微流控芯片上的牛頓流體注入口；

與所述牛頓流體注入口通過第一連通管道連通，對(duì)所述牛頓流體分流的分流區(qū)域；

設(shè)置在所述分流區(qū)域內(nèi)的非牛頓流體注入?yún)^(qū)域，所述非牛頓流體注入?yún)^(qū)域通過第二連通管道與分流區(qū)域連通；

設(shè)置在所述分流區(qū)域與分離通道的連接處，將非牛頓流體和牛頓流體匯流的匯流區(qū)域。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于界面效應(yīng)的微納顆粒分離系統(tǒng)，其特征在于，所述非牛頓流體注入?yún)^(qū)域包括注入平臺(tái)，設(shè)置在所述注入平臺(tái)的非牛頓流體注入口，非牛頓流體注入口與所述第二連通管道連通。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于界面效應(yīng)的微納顆粒分離系統(tǒng)，其特征在于，所述分流區(qū)域包括環(huán)繞所述注入平臺(tái)的環(huán)繞通道，所述牛頓流體從第一連通管道進(jìn)入環(huán)繞通道，并沿環(huán)繞通道流經(jīng)至第二連通管道處，與從非牛頓流體注入口流出的非牛頓流體匯合，進(jìn)而流經(jīng)所述的分離通道進(jìn)行分離。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于界面效應(yīng)的微納顆粒分離系統(tǒng)，其特征在于，所述分離單元還包括設(shè)置在分離通道的末端的若干分叉出口，分別為設(shè)置在外側(cè)的小顆粒出口、設(shè)置在中間的大顆粒出口以及設(shè)置在小顆粒出口和大顆粒出口之間的中顆粒出口。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的基于界面效應(yīng)的微納顆粒分離系統(tǒng)，其特征在于，在牛頓流體與非牛頓流體的接觸界面顆粒的受力由下述公式所示的動(dòng)力學(xué)模型確定：

其中，

Re_s＝ρa(bǔ)|u-V_p|/η (3)

其中，a是顆粒直徑，u是工作流體的速度矢量，V_P 是工作流體中亞微米納米顆粒的速度矢量，C_D為粘性系數(shù)可根據(jù)公式(2)求得，其中a₁、a₂、a₃是常數(shù)，Re_s為相對(duì)雷諾數(shù)，可根據(jù)公式(3)求得，g是重力加速，ρ_p是顆粒密度，ρ是流體密度，F(xiàn)_e是彈性力矢量，F(xiàn)_L是慣性力。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于界面效應(yīng)的微納顆粒分離系統(tǒng)，其特征在于，

在牛頓流體中顆粒的受力由下述公式(4)所示的動(dòng)力學(xué)模型確定：

在非牛頓流體中顆粒的受力由下述公式(5)所示的動(dòng)力學(xué)模型確定：

其中，a是顆粒直徑，v_p是工作流體中亞微米納米顆粒的速度矢量，u是工作流體的速度矢量，g是重力加速，ρ_p是顆粒密度，ρ是流體密度，F(xiàn)_e是彈性力矢量，F(xiàn)_L是慣性力。