本發(fā)明屬于微流控系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于被動微混合器的倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

自20世紀(jì)90年代微全分析系統(tǒng)(μTAS，Micro total analysis systems)被提出，作為其重要組成的微流控(microfluidics)芯片是集采樣、稀釋、混合、反應(yīng)、檢測、分離等于一體的系統(tǒng)，以其小巧、廉價、便攜、低試樣消耗量、反應(yīng)速率快、分析精度高等諸多優(yōu)點，在化學(xué)工程、生物檢測、便攜醫(yī)療等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用前景。

作為分析、檢測功能為主的微流控芯片的重要組件——微混合器在微流控芯片功能實現(xiàn)過程中起到至關(guān)重要的作用。如，在生物檢測等應(yīng)用領(lǐng)域，樣品與檢測液在到達反應(yīng)室之前能否充分混合直接關(guān)系到分析速率以及分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

由于微流控溝道一般在微米及微納范圍內(nèi)，該尺度下，雷諾系數(shù)基本處于0-1之間，液體處于層流狀態(tài)，液體主要依靠組分間相互擴散進行混合，導(dǎo)致其混合效率低。為了提高溶液混合效率，科研人員研究制造出多種不同結(jié)構(gòu)類形的微混合器。

目前，常見的微流控混合器可分為主動式微混合器和被動式微混合器。主動式微混合器主要通過施加外力實現(xiàn)溶液的混合，如磁致、電致和超聲混合器等；被動式微混合器主要通過變換微通道幾何形狀來促使流體混合，如T-Y構(gòu)形微混合器、分流合并式微混合器、混沌式微混合器等，由于被動式微混合器是一種無外部影響的獨立混合系統(tǒng)，這樣避免了外界因素對混合溶液的影響，并且該類混合器相對于主動式混合器具有結(jié)構(gòu)簡單、加工成本低、使用簡單。

但是，目前被動混合器仍然存在混合效率低、制備工藝仍然不夠簡化等問題。因此，設(shè)計一種既能提高混合效率、同時制作簡單的微混合器具有重大的現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對被動微混合器混合效率低問題，本發(fā)明公開了一種用于平面被動式微混合器的倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)，通過在微混合器流道中制作倒V形多級矩形陣列，破壞液體流動狀態(tài)，產(chǎn)生渦流效果和分合流效果，促進流體的混合。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種用于被動微混合器的倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)，包括若干擋板，所述若干擋板按照倒V形排列成多級擋板結(jié)構(gòu)，其中第一級為一塊擋板，在V形的底部，其它每一級含有兩塊擋板，位于同一級的兩塊擋板之間隔開一定距離。

優(yōu)選地，所述擋板為矩形。

優(yōu)選地，第一級擋板位于流道的正中間且其長邊與流體流動方向垂直，其它各級擋板平行于第一級擋板；同一級的兩塊擋板關(guān)于流道的中間呈鏡像對稱；同一級的兩塊擋板間的距離大于上一級的兩塊擋板間的距離；同一級的兩塊擋板的遠離流道中間的一側(cè)較上一級擋板更靠近流道側(cè)壁。

一種被動式微混合器，在其流道內(nèi)設(shè)有如上所述的用于被動微混合器的倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)。

進一步地，所述倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)為單個，或者為串聯(lián)的多個。

進一步地，根據(jù)流道實際走勢設(shè)置所述倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)的排布方式及分布位置，保持其結(jié)構(gòu)為倒V形或類似倒V形；所述倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)位于平直流道中，或者位于彎曲流道的拐彎處。

本發(fā)明的工作原理是：進入混合器流道的多組分流體流經(jīng)各個擋板兩側(cè)時，在擋板后面形成兩個小渦流，液體改變其原有流動狀態(tài)，增強各組分之間的混合；同時，溶液流經(jīng)各級擋板時，均由擋板靠近流道側(cè)壁一側(cè)分開，部分溶液在該級擋板靠近流道中線一側(cè)混合，使得溶液完成第二次混合；接下來溶液在各級擋板靠近流道中線一側(cè)實現(xiàn)第三次混合。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明的倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)，通過在微混合器流道中制作倒V形多級矩形陣列，破壞液體流動狀態(tài)，產(chǎn)生渦流效果和分合流效果，促進流體的混合；其結(jié)構(gòu)簡單、加工容易，能夠?qū)崿F(xiàn)微流控芯片中多種液體之間的快速均勻混合，縮短混合時間，提高混合效率。

本發(fā)明設(shè)計的倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)，不僅用于單一微混合器，還可以方便地集成到更為復(fù)雜的微流控系統(tǒng)制作過程中；并且，其在微流通道中的排布，可以是單個倒V形，亦可為多個倒V形結(jié)構(gòu)串聯(lián)使用，以實現(xiàn)在有限的流道長度內(nèi)增強混合效果的目的。本發(fā)明的倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)可以用于平面被動微混合器，也可以用于立體微流道的平面單元部分。

附圖說明

圖1是倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)以及微流體在該結(jié)構(gòu)中的流動方式示意圖。

圖2是單個用于平直流道的被動式微混合器的倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是單個用于彎曲流道的被動式微混合器的倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是多個用于平直流道被動式微混合器的倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面通過具體實施例和附圖，對本發(fā)明做進一步說明。

圖1是本發(fā)明的倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)以及微流體在該結(jié)構(gòu)中的流動方式示意圖。對該結(jié)構(gòu)具體說明如下：

1.用于被動式微混合器的倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)由矩形擋板按照倒V形排布在流道內(nèi)，V形結(jié)構(gòu)的開口方向與流體流動方向相反。本發(fā)明中擋板優(yōu)選采用矩形，其混合效果好，但本發(fā)明不受此限制，在其它實施例中也可以采用其它形狀的擋板。在構(gòu)成倒V形的多級擋板結(jié)構(gòu)中，各級擋板間可以等間距排布，也可以不采用等間距的形式。

2.位于V字形底部的擋板稱為第一級擋板，由一塊位于混合器溝道正中間且其長邊與流道中線垂直的矩形擋板構(gòu)成。

3.倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)可以位于微混合器的平直流道，也可以位于彎曲流道的拐彎處。位于平直流道時，第二級擋板由兩塊平行于第一塊擋板的矩形擋板構(gòu)成，二者之間拉開一定距離，且關(guān)于流道中間鏡像對稱，并且遠離流道中間的一側(cè)較第一塊擋板更靠近流道側(cè)壁。位于彎曲流道時，只要保證兩塊擋板距離流道中心的間距相等且擋板垂直于流道中線即可。本發(fā)明的倒V形多級混合結(jié)構(gòu)可以根據(jù)流道實際走勢，靈活設(shè)計其排布方式及分布位置，只要保持其結(jié)構(gòu)為倒V形或類似倒V形均可。

4.第三級擋板同樣由兩塊平行于第一塊擋板的矩形擋板構(gòu)成，中間間距大于第二級擋板，且兩塊擋板的遠離流道中間一側(cè)較第二級擋板更靠近流道側(cè)壁。

5.之后各擋板依次排布，直至遠離中間的側(cè)邊與側(cè)壁重合，倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)排布結(jié)束。本發(fā)明通過在微混合器流道內(nèi)制作與入口呈倒V形的矩形陣列擋板，當(dāng)流體流經(jīng)倒V形的矩形陣列擋板時會產(chǎn)生渦流、分合流混合和十字形混合效果，破壞液體原流動狀態(tài)，促進流體的混合。

6.優(yōu)選地，各級擋板中，第一級擋板最長，但其長度不大于溝道寬度的二分之一，其余各級擋板長度相等且小于第一級擋板；各級擋板距離流道兩側(cè)壁的間距由第一級擋板按照等差數(shù)列遞減，直至與側(cè)壁重合。在其它實施例中，除第一級擋板外，其余各級擋板的長度也可以不等長；各級擋板距離流道兩側(cè)壁的間距也可以不按照等差數(shù)列遞減，只要與側(cè)壁的間距逐漸縮小即可。

7.每塊擋板均為一個成渦結(jié)構(gòu)；且除第一級擋板外，各擋板與其兩側(cè)的狹縫以及整個倒V形結(jié)構(gòu)構(gòu)成分合流結(jié)構(gòu)；兩級擋板之間的流道以及各級擋板之間的流道構(gòu)成十字形混合結(jié)構(gòu)。

8.本發(fā)明的工作原理是：進入混合器流道的多組分流體流經(jīng)各個擋板兩側(cè)時，在擋板后面形成兩個小渦流，液體改變其原有流動狀態(tài)，增強各組分之間的混合；同時，溶液流經(jīng)各級擋板時，均由擋板靠近流道側(cè)壁一側(cè)分開，部分溶液在該級擋板靠近流道中線一側(cè)混合，使得溶液完成第二次混合；接下來溶液在各級擋板靠近流道中線一側(cè)實現(xiàn)第三次混合。

本發(fā)明的倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)，其在微流通道中的排布，可以是單個倒V形，亦可為多個倒V形串聯(lián)使用，以實現(xiàn)在有限的流道長度內(nèi)增強混合效果的目的。圖2中示意了在平直微流道中單個倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)，流體A和流體B經(jīng)過該結(jié)構(gòu)后混合成流體AB。圖3中示意了在彎曲微流道中單個倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)，流體A和流體B經(jīng)過該結(jié)構(gòu)后混合成流體AB。圖4中示意了三個(也可以是更多個)倒V形多級混合陣列結(jié)構(gòu)。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其進行限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。