CN208229810U - 一种基于交流电的主动式微流体混合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于微流控芯片领域，具体公开了一种基于交流电的主动式微流体混合器，包括2个入口，1个出口，2条微通道，1个挡块，8个电极。通过在微通道不同位置设置电极，施加不同交流电压，产生空间不均匀电场，借助电场力打破微流体流动的层流状态，加强两种微流体的对流作用，实现两种微流体的混合。本实用新型的收益在于：电极结构设计简单；减少挡块的使用以减小对微流体流动的阻碍作用；不需要阵列多个微混合单元，减小微流体流动过程中的压力损失；整个微流体混合器结构紧凑，以较短的微通道实现微流体的高效率、高质量混合。

Description

一种基于交流电的主动式微流体混合器

技术领域

本实用新型涉及一种基于交流电的主动式微流体混合器，其混合方式为主动式。

背景技术

微流控芯片又被称之为芯片实验室，是在几平方厘米的芯片上集成了有关化学和生物等研究领域所涉及到的样品制备、反应、分离、检测以及细胞培养、裂解等结构单元，并通过微流通道形成网络，以流体贯穿整个***，以取代常规的化学或生物实验室各种功能的分析平台，其具有体积小，样品、试剂消耗少，便于集成化等优点。随着技术的发展，微流控芯片目前已经涉及的领域包括生物医学、环境监测、食品安全、司法鉴定等领域。

宏观尺度下的混合通常是指用机械或流体动力的方法，使两种或多种物料相互分散而达到一定均匀程度的单元操作；微米量级尺度混合与宏观流体混合有很大区别，这是由于微米量级尺度下流体的对流作用不明显，在这种情况下，微流体的混合主要依靠分子间的扩散作用，所以在一定的实验要求之下，微流体的混合变得较为困难。

微流体混合器可分为被动式微流体混合器和主动式微流体混合器两类，被动式微流体混合器利用几何形状或流体特性产生混合效果，除驱动流体流动的力（如压力、电渗驱动等）外，混合不借助于其他外力；主动式微流体混合器借助磁力、电场力、声场等外力实现混合；主动式微流体混合器的混合效果较好，但往往结构复杂，成本较高。

基于此，本实用新型提供一种微流通道结构单一，电极设计简单，混合效果明显的主动式微流体混合器，依靠电场力驱动，实现两种不同浓度微流体混合。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种新型结构的基于交流电的主动式微流体混合器，用于实现两种不同浓度的微流体高质量、高效率的均一混合；进一步简化微通道结构，缩短微通道长度，减少阻碍微流体流动的挡块结构设置，降低微流体流动的阻力，减小微流体沿程压力损失。

本实用新型的技术方案是：一种基于交流电的主动式微流体混合器，包括2个结构相同的微流体入口，1个微流体出口，2条微通道（包含一条直微流通道和一条弯微流通道），1个挡块以及两组电极（包含直微流通道4个电极和弯微流通道4个电极）。所述基于交流电的主动式微流体混合器的特征在于：通过在微通道不同位置设置电极，施加不同交流电压，产生微通道内的空间不均匀电场，电场对处于其中的微流体产生驱动力，在微通道内不同位置产生微流体的二次流，打破微流体流动的层流状态，加强两种微流体的对流作用，实现两种微流体高效率、高质量的混合。

本实用新型的收益在于：第一种微流体从第一入口（1）注入，第二种微流体从第二入口（2）注入，两种微流体依次流经直微流通道与弯微流通道，混合后微流体从微流体混合器出口流出。相比其他主动式微流体混合器，其微流通道设计更加优化，有利于减小微流体流动过程中能量损失；整个装置整体结构简单，便于加工，成本较低。相比其他被动式微流体混合器，其微流通道长度更短，有效减小了微流体沿微流通道流动过程中的压力损失；仅有一个挡块结构，且不含任何移动部件，简化了整个微流体混合器的结构设计。

附图说明

图1为基于交流电的主动式微流体混合器二维结构示意图，图中：1.第一入口，2.第一电极，3.直微流通道，4.第二电极，5.第三电极，6.弯微流通道，7.第四电极，8.出口，9.第二入口，10.第五电极，11.第六电极，12.第七电极，13.挡块，14.第八电极。

图2为基于交流电的主动式微流体混合器二维几何构成示意图，左圆上半圆与右圆下半圆组成了弯微流通道的外管壁（实线部分）。

图 3为基于交流电的主动式微流体混合器二维电场图，白色代表0.3V，黑色代表-0.3V，颜色越浅代表电势越大，图中可看出微流通道各处电场强度大小。

图4为基于交流电的主动式微流体混合器内部流线图，在每一个漩涡处都能加强两种微流体的对流作用，实现混合。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细说明，但本实用新型的具体实施方式不限于此。

一种基于交流电的主动式微流体混合器，包括第一入口，第二入口，出口，微流通道（包含直微流通道，弯微流通道），第一组电极（包含第一电极，第二电极，第三电极，第四电极），第二组电极（包含第五电极，第六电极，第七电极，第八电极）以及挡块。

具体的，第一种微流体从第一入口注入，初始流速为100μm/s，第二种微流体从第二入口注入，初始流速为100μm/s；两种微流体密度均为1000kg/m³，动力粘度均为0.001Pa﹒s，电导率均为118mS/m，相对介电常数为80.2。

具体的，第一组电极设置在直微流通道上下两壁面，其中第一电极和第六电极施加相同电压，电压值为-V0=-sin(ω﹒t)，第二电极和第五电极施加相同电压，电压值为V0=sin(ω﹒t)，其中角频率值为ω=16π rad/s。

具体的，第二组电极设置在弯微流通道外壁面，其中第三电极和第八电极施加相同交流电压，电压值为-V0=-sin(ω﹒t)，第四电极和第七电极施加相同交流电压，电压值为V0=sin(ω﹒t)，其中角频率值为ω=16π rad/s。

具体的，从第一入口注入的第一种微流体浓度值设定为1mol/m³，从第二入口注入的第二种微流体浓度值设定为2 mol/m³，从微流体混合器出口流出的混合后微流体浓度理论值应为1.5 mol/m³。

具体的，微流通道壁面除电极所在线段（弧线段）外全部设为电绝缘壁面，其壁面电渗速度值由所施加电场唯一确定。

Claims (5)

1.一种基于交流电的主动式微流体混合器，包括第一入口（1），第一电极（2），直微流通道（3），第二电极（4），第三电极（5），弯微流通道（6），第四电极（7），出口（8），第二入口（9），第五电极（10），第六电极（11），第七电极（12），挡块（13），第八电极（14）；该微流体混合器的特征在于：第一种微流体从第一入口（1）注入，第二种微流体从第二入口（9）注入，两种微流体依次流经直微流通道（3）与弯微流通道（6），在此期间受8个电极产生的电场力作用，充分混合后经出口（8）流出。

2.根据权利要求1所述的基于交流电的主动式微流体混合器，其直微流通道（3）的几何结构为矩形，其下边长延长线过挡块（13）圆心，矩形长宽比为2:1，矩形宽度与第一入口（1）的宽度比为1:1；在其两个长边的两端设置电极，施加交流电压，其中第一电极（2）和第六电极（11）施加相同电压，第二电极（4）和第五电极（10）施加相同电压。

3.根据权利要求1所述的基于交流电的主动式微流体混合器，其弯微流通道（6）的结构为变径弯管；弯管外径由两个上下不同心相同半径的半圆组成，其圆心距在竖直方向分量为零，在水平方向分量数值为圆半径的1/5；弯管内径由挡块（13）的外径形成；弯微流通道上四个电极为圆弧电极，弧线与弯管外径半圆重合，圆心角为20度，其中线与水平线所夹锐角为45度；其中第三电极（5）和第八电极（14）施加相同交流电压，第四电极（7）和第七电极（12）施加相同交流电压。

4.根据权利要求1所述的基于交流电的主动式微流体混合器，其第一入口（1）与第二入口（9）的几何结构均为矩形，其左右对称线重合，且两个入口宽度比为1:1。

5.根据权利要求1所述的基于交流电的主动式微流体混合器，其出口（8）几何结构为矩形，其上边长延长线过挡块（13）圆心，矩形长宽比为2:1，矩形宽度与第一入口（1）的宽度比为1:1。