專利名稱：旋轉(zhuǎn)流場式多輸入微型混合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是涉及微流體化學(xué)分析系統(tǒng)器件，特別涉及一種旋轉(zhuǎn)流場式多輸入微型混合器。
背景技術(shù)：
微流體系統(tǒng)可以被定義為處理微升以至納升級流體的MEMS系統(tǒng)。微流體化學(xué)分析系統(tǒng)具有如下的優(yōu)點(diǎn)較短的響應(yīng)時間、較少的試劑和試樣消耗量、易于小型化和自動化，效率高等特點(diǎn)。微化學(xué)分析系統(tǒng)的功能包括取樣、預(yù)處理、混合、化學(xué)反應(yīng)、分離、后處理和識別等?；旌咸幚淼哪康氖怯脕斫档头蔷鶆蛐?，例如用于稀釋，或者用來強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)速率，因此實(shí)現(xiàn)快速而高效的混合是非常重要的。
根據(jù)混合理論，產(chǎn)生混合的主要原因是由于流場的對流作用而形成的不同流體之間相對位置的重新分布，從而導(dǎo)致各種流體相互混雜的過程；同時在分子尺度，由于分子的布朗運(yùn)動，產(chǎn)生擴(kuò)散作用，驅(qū)動流體分子從濃度高處向濃度低處擴(kuò)散，促使流體達(dá)到分子級均勻混合。
對于微流體系統(tǒng)，由于尺度的限制，使用現(xiàn)有的微加工技術(shù)，難于采用具有可動部件的旋轉(zhuǎn)攪拌結(jié)構(gòu)，同樣也難于加工出類似于常規(guī)靜態(tài)混合器形式的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)。而且對于微流體系統(tǒng)而言，它的流量屬于微升甚至納升級，體積小，速度低，屬于小雷諾數(shù)流動，若無強(qiáng)烈的外加擾動，流體保持層流狀態(tài)。因此在微尺度條件下，為達(dá)到分子級均勻混合的目的，微型混合器的設(shè)計應(yīng)加強(qiáng)分子擴(kuò)散作用。因此目前國內(nèi)外研究的靜、動態(tài)微型混合器，主要是利用增強(qiáng)分子擴(kuò)散作用的原理，通過流道的結(jié)構(gòu)設(shè)計、機(jī)械的或其他方式的擾動增加不同液體之間的接觸面積，減小流體元的體積，達(dá)到實(shí)現(xiàn)混合的目的。
理想的微型混合器應(yīng)具有如下特點(diǎn)快速、流量可調(diào)、體積小、濃度可調(diào)、易于集成。現(xiàn)有的微型混合器，由于加工工藝的限制，多數(shù)是平面結(jié)構(gòu)，例如利用多個交叉微管道組成的微型混合器，這樣的微型混合器占用空間大，效率較低；其他的還有采用復(fù)雜的加工工藝，例如借助壓電晶體薄膜，同時施加交變電場產(chǎn)生超聲振動來混合；或采用同時施加電場和磁場，通過洛侖茲力對電解質(zhì)的作用而達(dá)到混合的目的，這樣的結(jié)構(gòu)不僅占用空間大，而且加工復(fù)雜，難于集成，成本也較高。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，且滿足實(shí)際中常出現(xiàn)的需混合多種試劑、試樣的要求，提供一種適用于微化學(xué)分析系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)流場式多輸入微型混合器。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是它包括在第一塊基體上端面刻蝕第一圓柱形混合腔，一端與第一圓柱形混合腔相切連通、另一端接輸入接口的數(shù)個等分布置的輸入管道，在第二塊基體上有第二圓柱形混合腔，在第三塊基體下端面刻蝕一端與第二圓柱形混合腔連通、另一端接輸出接口的輸出管道，刻蝕有輸入管道一面的第一塊基體依次與第二塊基體和刻蝕有輸出管道一面的第三塊基體相鍵合，第二圓柱形混合腔下端與第一圓柱形混合腔連通，第二圓柱形混合腔上端與輸出管道連通。
所說的輸入管道與輸出管道的橫截面均為矩形。
第二圓柱形混合腔的內(nèi)徑小于第一圓柱形混合腔的內(nèi)徑。
所說的基體材料為有機(jī)玻璃或晶體硅或玻璃或陶瓷或硅橡膠；本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比，具有的有益的效果是1、旋轉(zhuǎn)流場式多輸入微型混合器采用三維立體結(jié)構(gòu)設(shè)計，整體結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，屬于靜態(tài)混合器；2、輸入管道與混合腔相切，因此流體進(jìn)入混合腔后，可以在其內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)上升流場；輸出口位于混合腔的上部，試劑或試樣不會由于重力的作用快速流出，而在混合腔內(nèi)保持一定時間，以利于分子擴(kuò)散作用；3、輸出管道的一端為圓柱型，作為與混合腔的接口，可以減低壓力損失。
本實(shí)用新型提供的微型混合器可用于混合多種類型的試劑或試樣，同時可作為微化學(xué)分析系統(tǒng)的反應(yīng)器。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為
圖1沿A-A平面的剖面圖。
具體實(shí)施方式
如
圖1、圖2所示，本實(shí)用新型包括在第一塊基體A上端面刻蝕第一圓柱形混合腔3，一端與第一圓柱形混合腔3相切連通、另一端接輸入接口1的數(shù)個等分布置的輸入管道2，在第二塊基體B上加工第二圓柱形混合腔4，在第三塊基體C下端面刻蝕一端與第二圓柱形混合腔4連通、另一端接輸出接口6的輸出管道5，刻蝕有輸入管道2一面的第一塊基體A依次與第二塊基體B和刻蝕有輸出管道2一面的第三塊基體C相鍵合，第二圓柱形混合腔4下端與第一圓柱形混合腔3連通，第二圓柱形混合腔4上端與輸出管道5連通。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)流場式多輸入微型混合器通過輸入接口1與高精度微量注射泵或其他微型泵接通時，不同成分的試劑或試樣就通過輸入管道2進(jìn)入第一圓柱形混合腔3內(nèi)，由于輸入管道2與第一圓柱形混合腔3成切向，第一圓柱形混合腔3內(nèi)就形成旋轉(zhuǎn)流場，同時流體向上流動，旋轉(zhuǎn)進(jìn)入第二圓柱形混合腔4，由于旋轉(zhuǎn)流場的存在，每一個流體元都會被拉伸并變薄，而且由于第二圓柱形混合腔4的內(nèi)徑小于第一圓柱形混合腔3的內(nèi)徑，流速還會加快，進(jìn)一步拉伸流體微元，同時濃度梯度驅(qū)動的分子擴(kuò)散作用也被大大加強(qiáng)，最終實(shí)現(xiàn)快速而高效的混合。
權(quán)利要求1.一種旋轉(zhuǎn)流場式多輸入微型混合器，其特征在于它包括在第一塊基體(A)上端面刻蝕第一圓柱形混合腔(3)，一端與第一圓柱形混合腔(3)相切連通、另一端接輸入接口(1)的數(shù)個等分布置的輸入管道(2)，在第二塊基體(B)上有第二圓柱形混合腔(4)，在第三塊基體(C)下端面刻蝕一端與第二圓柱形混合腔(4)連通、另一端接輸出接口(6)的輸出管道(5)，刻蝕有輸入管道(2)一面的第一塊基體(A)依次與第二塊基體(B)和刻蝕有輸出管道(2)一面的第三塊基體(C)相鍵合，第二圓柱形混合腔(4)下端與第一圓柱形混合腔(3)連通，第二圓柱形混合腔(4)上端與輸出管道(5)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)流場式多輸入微型混合器，其特征在于所說的輸入管道(2)與輸出管道(5)的橫截面均為矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)流場式多輸入微型混合器，其特征在于第二圓柱形混合腔(4)的內(nèi)徑小于第一圓柱形混合腔(3)的內(nèi)徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)流場式多輸入微型混合器，其特征在于所說的基體材料為有機(jī)玻璃或晶體硅或玻璃或陶瓷或硅橡膠。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種旋轉(zhuǎn)流場式多輸入微型混合器。在第一塊基體上端面刻蝕第一混合腔，一端與第一混合腔相切、另一端接輸入接口的數(shù)個等分布置的輸入管道，在第二塊基體上有第二混合腔，在第三塊片基體下端面刻蝕一端與第二混合腔連通、另一端接輸出接口的輸出管道，三塊基體相鍵合，第二混合腔下端與第一混合腔連通，第二混合腔上端與輸出管道連通。不同成分的試劑或試樣通過輸入管道進(jìn)入第一混合腔內(nèi)，由于輸入管道與混合腔成切向，第一混合腔內(nèi)就形成旋轉(zhuǎn)流場向上流動，旋轉(zhuǎn)進(jìn)入第二混合腔，流體元都會被拉伸并變薄，由于第二混合腔的內(nèi)徑小于第一混合腔的內(nèi)徑，流速還會加快，進(jìn)一步拉伸流體微元，同時濃度梯度驅(qū)動的分子擴(kuò)散作用也被加強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)高效的混合。
文檔編號B01F3/08GK2651740SQ20032010781
公開日2004年10月27日 申請日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者傅新, 謝海波, 劉素芬, 楊華勇 申請人:浙江大學(xué)