本實用新型涉及微型混合芯片和生物芯片中微流體混合技術領域，具體說是一種3D不對稱分合結構被動式微混合器。

背景技術：

微混合器作為微流控系統(tǒng)的重要組成部分，借助其快速高效的混合性能，廣泛應用于藥物制備、化學檢測、化妝品合成等領域，由于其特殊的尺寸特征，在測試或實驗時既可以節(jié)省試劑，又減少了危險性（如強放熱或有毒試劑反應）。微流體微混合器中的微流道尺寸在幾十到幾百微米范圍之間，微流道中的流體通常處于層流狀態(tài)，其混合主要是通過分子擴散來實現(xiàn)，對于兩股或多股流體混合時，流體間很難充分混合，因此實現(xiàn)微尺度下流體高效快速混合非常重要。

按照混合過程原理，微混合器一般分為弱化層流型和強化層流型兩種。弱化層流型中根據(jù)混合產(chǎn)生的原因上又可分為被動混合器與主動混合器兩種。主動混合器依靠外加擾動源實現(xiàn)混合，而被動式則依賴迫使流體流動的壓力源，被動式微混合器內部結構改變會導致流體流動跡線發(fā)生變化，流體流線的改變增加了流體分子間的接觸面積，使得分子擴散加速，從而達到提高混合效果的目的。相比于主動式微混合器，被動式結構相對來說更簡單，制造工藝簡化，集成性較高，使用更為方便。

在微觀狀態(tài)下，各混合物質之間主要由擴散來完成，所需時間一般較長，不利于提高混合的效率。為了提高被動式微混合器的混合效率，通常使用環(huán)流、分層、剪切、分割重組等方式增加流體間的有效接觸面積，環(huán)流和分割重組作為提升混合效果的有效方法，主要是通過改變流道所在的平面位置，使流體進行分割、匯合，使得各流層相互間交融，從而增加流體間的接觸面積，縮短所需混合擴散距離。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種3D不對稱分合結構被動式微混合器，其結構簡單、易于加工，可實現(xiàn)微流控系統(tǒng)中不同流體間快速高效混合。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了如下技術方案：一種3D不對稱分合結構被動式微混合器，包括呈上下設置的上基板與下基板，所述下基板與上基板上均設有入口流道與出口流道，所述上基板與下基板上設有與入口流道、出口流道連通的環(huán)形混合單元，所述混合單元包括第一弧形流道、第二弧形流道、第三弧形流道、第四弧形流道、第一直流道以及第二直流道，所述第一弧形流道、第二弧形流道以及第一直流道設置在下基板上，所述第一弧形流道與第二弧形流道通過第一直流道相互連通，所述第三弧形流道、第四弧形流道以及第二直流道設置在上基板上，所述第三弧形流道與第四弧形流道通過第二直流道相互連通，所述第一弧形流道與第三弧形流道相對應設置，所述第二弧形流道與第四弧形流道相對應設置，所述第一直流道與第二直流道相對應設置，所述入口流道與第一弧形流道、第三弧形流道均相連通，所述出口流道與第二弧形流道、第四弧形流道相連通。

作為優(yōu)選，所述第一弧形流道的寬度小于第二弧形流道的寬度，所述第三弧形流道的寬度大于第四弧形流道的寬度，所述第一弧形流道的大小與第四弧形流道的流道的大小相等，所述第二弧形流道的大小與第三弧形流道的流道的大小相等。

作為優(yōu)選，所述第一弧形流道與第四弧形流道的圓心在第一直流道、第二直流道的軸線上，所述第一直流道、第二直流道與出口流道軸線共線，且與入口流道的軸線垂直。

作為優(yōu)選，所述入口流道、第一直流道、第二直流道以及出口流道寬度均為D，D的取值范圍為100μm≤D≤500μm。

作為優(yōu)選，所述第一弧形流道的圓心與第二弧形流道圓心垂直于第一直流道軸線上共線，且兩圓心之間的距離為L3，所述第三弧形流道的圓心與第四弧形流道圓心垂直于第一直流道軸線上共線，且兩圓心之間的距離為L4，其中L3=L4= D/2。

作為優(yōu)選，所述第三弧形流道的邊界距入口流道邊界距離為L2，入口流道長度為L1，第一直流道與第二直流道的長度為L5，出口流道長度為L6，其中1000μm≤L1=L6≤2000μm，L2=L5=1.5D。

作為優(yōu)選，所述第二弧形流道與第三弧形流道的半徑長度為R1，其中R1=2D，所述第一弧形流道與第四弧形流道的半徑長度為R2，其中R2為1.5D。

作為優(yōu)選，所述環(huán)形混合單元沿第一直流道、第二直流道的軸線軸向布置，其中環(huán)形混合單元的數(shù)目至少有3個。

本實用新型的有益效果是：當流體通過入口流道經(jīng)過直流道進入混合單元時，會因流道截面突變使得混合流發(fā)生分離，一部分保持層流狀態(tài)繼續(xù)在上基體中保持層流擴散通過第三環(huán)形流道與第四環(huán)形流道，另一部分則產(chǎn)生一個豎直方向流動，轉而流入下基體的第一環(huán)形流道與第二環(huán)形流道中進行加速流動，形成一個新的支流，在這一轉換流動方向過程中，在第一直流道與第二直流道中會因流線的轉變產(chǎn)生二次流與渦流，使流體流動狀態(tài)發(fā)生擾動，進而增大流體間的接觸面積，增加混合效果與混合效率，在流體分離再聚合時，由于流體間的對流，會使得兩流體間發(fā)生碰撞，擠壓，使得兩支流體間進行充分的接觸，增加接觸面積，增進混合效果，并最終在下一個直流道中形成一個新的水平界面，然后再次進入下一個混合單元，進行流體分離、聚合，如此不斷循環(huán)，利用截面的突變提高混合效率。

一方面由于側壁豎直截面的的存在，有利于流道側壁處的部分流體充分混合，另一方面借助微流道幾何形狀的變化和流體的流動特性來增加擾動，使流體在分離、聚合的過程中借助二次流、成渦、對流等來增加流體間的混沌對流，可進一步提高了平面式被動微混合器的混合效果，可以實現(xiàn)微尺度的快速混合。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種3D不對稱分合結構被動式微混合器結構示意圖；

圖2為3D流道圖；

圖3為圖2的A部示意圖；

圖4為上基體的結構示意圖。

圖3是本實用新型實施例中主動排水流場與交指型流場的極化曲線。

圖中：1、上基板；2、下基板；3、入口流道；4、出口流道；5、第一弧形流道；6、第二弧形流道；7、第三弧形流道；8、第四弧形流道；9、第一直流道；10、第二直流道。

具體實施方式

參照圖1至圖4所示，本案例實施的一種3D不對稱分合結構被動式微混合器，包括呈上下設置的上基板1與下基板2，所述下基板2與上基板1上均設有入口流道3與出口流道4，所述上基板1與下基板2上設有與入口流道3、出口流道4連通的環(huán)形混合單元，所述混合單元包括第一弧形流道5、第二弧形流道6、第三弧形流道7、第四弧形流道8、第一直流道9以及第二直流道10，所述第一弧形流道5、第二弧形流道6以及第一直流道9設置在下基板2上，所述第一弧形流道5與第二弧形流道6通過第一直流道9相互連通，所述第三弧形流道7、第四弧形流道8以及第二直流道10設置在上基板1上，所述第三弧形流道7與第四弧形流道8通過第二直流道10相互連通，所述第一弧形流道5與第三弧形流道7相對應設置，所述第二弧形流道6與第四弧形流道8相對應設置，所述第一直流道9與第二直流道10相對應設置，所述入口流道3與第一弧形流道5、第三弧形流道7均相連通，所述出口流道4與第二弧形流道6、第四弧形流道8相連通。

所述第一弧形流道5的寬度小于第二弧形流道6的寬度，所述第三弧形流道7的寬度大于第四弧形流道8的寬度，所述第一弧形流道5的大小與第四弧形流道8的流道的大小相等，所述第二弧形流道6的大小與第三弧形流道7的流道的大小相等，所述第一弧形流道5與第四弧形流道8的圓心在第一直流道9、第二直流道10的軸線上，所述第一直流道9、第二直流道10與出口流道4軸線共線，且與入口流道3的軸線垂直。

所述入口流道3、第一直流道9、第二直流道10以及出口流道4寬度均為D，D的取值范圍為100μm≤D≤500μm，所述第一弧形流道5的圓心與第二弧形流道6圓心垂直于第一直流道9軸線上共線，且兩圓心之間的距離為L3，所述第三弧形流道7的圓心與第四弧形流道8圓心垂直于第一直流道9軸線上共線，且兩圓心之間的距離為L4，其中L3=L4= D/2，所述第三弧形流道7的邊界距入口流道3邊界距離為L2，入口流道3長度為L1，第一直流道9與第二直流道10的長度為L5，出口流道4長度為L6，其中1000μm≤L1=L6≤2000μm，L2=L5=1.5D，所述第二弧形流道6與第三弧形流道7的半徑長度為R1，其中R1=2D，所述第一弧形流道5與第四弧形流道8的半徑長度為R2，其中R2為1.5D。

所述環(huán)形混合單元沿第一直流道9、第二直流道10的軸線軸向布置，其中環(huán)形混合單元的數(shù)目至少有3個。

當流體通過入口流道3經(jīng)過直流道進入混合單元時，會因流道截面突變使得混合流發(fā)生分離，一部分保持層流狀態(tài)繼續(xù)在上基體中保持層流擴散通過第三環(huán)形流道與第四環(huán)形流道，另一部分則產(chǎn)生一個豎直方向流動，轉而流入下基體的第一環(huán)形流道與第二環(huán)形流道中進行加速流動，形成一個新的支流，在這一轉換流動方向過程中，在第一直流道9與第二直流道10中會因流線的轉變產(chǎn)生二次流與渦流，使流體流動狀態(tài)發(fā)生擾動，進而增大流體間的接觸面積，增加混合效果與混合效率，在流體分離再聚合時，由于流體間的對流，會使得兩流體間發(fā)生碰撞，擠壓，使得兩支流體間進行充分的接觸，增加接觸面積，增進混合效果，并最終在下一個直流道中形成一個新的水平界面，然后再次進入下一個混合單元，進行流體分離、聚合，如此不斷循環(huán)，利用截面的突變提高混合效率。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術方案均屬于本實用新型的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。