一種柱狀葉序排布展開結(jié)構(gòu)的微混合器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種混合器，具體為一種柱狀葉序排布展開結(jié)構(gòu)的微混合器。該微混 合器的混合方式為被動式混合。
【背景技術(shù)】
[0002] 微流控分析芯片是作為1990年提出的"微型全分析系統(tǒng)"（yTAS)主要發(fā)展方向，其 目的是把整個體化驗室的功能，包括采樣、稀釋、加試劑、反應(yīng)、分離、檢測等集成在可多次 使用的微芯片上。微混合器通道的結(jié)構(gòu)是微流控分析芯片研究的重要方向之一，微流控分 析芯片在微流體技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)、分析化學(xué)等領(lǐng)域扮演了重要角色。
[0003] 流體混合就是將兩種或多種不同的流體摻雜在一起，經(jīng)攪拌或其他物理過程以形 成一種均勻混合物的過程。從物理本質(zhì)來看，混合是兩種過程共同作用的結(jié)果:一是不同流 體之間的擴(kuò)散作用，即使在靜止的區(qū)域內(nèi)，流體之間也會由于固有的分子擴(kuò)散作用而發(fā)生 混合現(xiàn)象，這種擴(kuò)散作用可以使待混合流體之間的濃度差逐漸縮小；另一種作用則是施加 于待混合流體上的對流作用，它使待混合流體被分割、變形，并在整個混合域內(nèi)重新分布， 使得待混合流體之間相互混雜，這種作用可使不同流體間界面面積增加。
[0004] 即使在微尺度條件下，單純依賴擴(kuò)散作用亦是無法達(dá)到完全混合的。分子擴(kuò)散始 終存在，但在流體單元變得足夠小之前，其比表面積的大小不足以使擴(kuò)散速率成為促進(jìn)混 合的最主要因素。擴(kuò)散作用是由于分子的布朗運(yùn)動產(chǎn)生的，驅(qū)動流體分子從濃度高處向濃 度低處擴(kuò)散
[0005] 由于微混合器的特征尺寸小，微混合器內(nèi)流體的雷諾數(shù)Re-般小于100,幾乎始終 處于層流狀態(tài)，難以快速、有效地混合。對微混合器結(jié)構(gòu)做特定設(shè)計及設(shè)置阻礙塊是實現(xiàn)微 通道內(nèi)流體迅速均勻混合的簡便有效方法。
[0006] 目前，為了能使液體混合更加快速和均勻。研究人員主要通過兩種方式來提高被 動式微混合器的混合效率。一是通過對被動式微混合器通道做特定的設(shè)計，二是通過在被 動式微混合器通道內(nèi)設(shè)置阻礙物的設(shè)計。
[0007]總而言之，無論是什么方式都是通過增強(qiáng)待混合流體上的對流作用，使待混合流 體被分割、變形，并在整個混合域內(nèi)重新分布，使得待混合流體之間相互混雜，進(jìn)而增加不 同流體間界面面積，促進(jìn)不同的液體混合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的，是提供一種柱狀葉序排布展開結(jié)構(gòu)的微混合器。
[0009] 采用的技術(shù)方案是：
[0010] -種柱狀葉序排布展開結(jié)構(gòu)的微混合器，包括上輸入板、混合通道板和多個微圓 柱，其特征在于:所述的上輸入板蓋設(shè)在混合通道板上方，上輸入板的下端面周邊與混合通 道板的上端面周邊之間通過環(huán)形密封部固定連接，使上輸入板與混合通道板之間形成內(nèi) 腔，所述的內(nèi)腔分為左、中、右三部分，具體為左部的排液腔，中部的混合腔和右部的入液 腔，所述的混合腔中排布有多個微圓柱，多個微圓柱的上端均與上輸入板的下端面固定連 接，多個微圓柱的下端均與混合通道板的上端面固定連接，入液腔上方的上輸入板開設(shè)有 圓形被混合液體輸入孔，排液腔上方的上輸入板開設(shè)有混合后液體輸出孔。
[0011]所述的微混合器的微圓柱排布符合生物學(xué)的葉序排布理論的Van Iterson模型的 平面展開形式，其在XOZ坐標(biāo)系下的展開形式為：
即在XOZ坐標(biāo)系下，η是微圓柱的排布序數(shù)，R為Van Iterson模型中母體圓柱的半徑，且R是 一個常數(shù)值;c是在XOZ坐標(biāo)系下微圓柱z軸方向上的分布常數(shù)，單位為mm;x和z分別為第η個 微圓柱在XOZ坐標(biāo)系上的位置坐標(biāo);Θ為被展開母體圓柱上第 η個微圓柱與第η+1個微圓柱之 間在極坐標(biāo)面上的極坐標(biāo)夾角，且Θ = 137.508°為滿足黃金分割角;m為控制第η個微圓柱在 XOZ坐標(biāo)系下X軸方向上位置的序數(shù)。
[0013] 所述的微圓柱設(shè)計是圓柱形，微圓柱的直徑d控制C>0.5mm~Φ 1.5mm范圍內(nèi)，微圓 柱的高度h在0.05mm~0.2mm范圍內(nèi)。
[0014] 分布常數(shù)c可在0.035mm~0.075mm范圍內(nèi)選取，保證所有微圓柱的橫截面面積之 和與微混合器混合區(qū)域的面積比率應(yīng)控制在35 %~70 %范圍內(nèi)。
[0015] 所述的微圓柱是垂直排布在微混合器的混合通道板上。
[0016] 發(fā)明的原理
[0017]本發(fā)明是基于生物學(xué)的葉序理論的Van Iterson模型的平面展開形式設(shè)計出柱狀 葉序排布展開結(jié)構(gòu)的微混合器，是一種用于微流控分析芯片中的被動式微混合器。
[0018] 生物科學(xué)中葉序理論的Van Iterson模型是揭示生物種子或籽粒在圓柱表面排列 規(guī)律的一個數(shù)學(xué)模型，它沿著其母體圓柱進(jìn)行平面展開后，仍然符合生物種子或籽粒的葉 序排布的基本規(guī)律，其在XOZ坐標(biāo)系下的展開形式為：
即在XOZ坐標(biāo)系下，η是籽粒的排布序數(shù)，R為Van Iterson模型中母體圓柱的半徑，且R是一 個常數(shù)值;c是在XOZ坐標(biāo)系下籽粒z軸方向上的分布常數(shù)，單位為mm; X和z分別為第η個籽粒 在XOZ坐標(biāo)系上的位置坐標(biāo);Θ為被展開母體圓柱上第η個籽粒與第η+1個籽粒之間在極坐標(biāo) 面上的極坐標(biāo)夾角，且Θ = 137.508°為滿足黃金分割角;m為控制第η個籽粒在XOZ坐標(biāo)系下X 軸方向上位置的序數(shù)。
[0020] 圓柱狀葉序排布結(jié)構(gòu)是自然界生物為適應(yīng)環(huán)境進(jìn)化選擇的結(jié)果，它使籽粒在幾何 空間上實現(xiàn)了最大填充和位置的互補(bǔ)，并且籽粒排布形成了一族順時針的籽粒葉列線螺旋 和一族逆時針的籽粒葉列線螺旋。當(dāng)圓柱狀葉序排布展開到平面結(jié)構(gòu)以后，柱狀葉序排布 的特征仍然被保留下來。
[0021] 在設(shè)計柱狀葉序排布展開結(jié)構(gòu)的微混合器時，如果把每個微圓柱看成一個籽粒， 那么微圓柱在混合通道板上混合區(qū)域表面的排布就可以生物學(xué)的葉序排布理論的Van Iterson模型的平面展開形式排布，其在XOZ坐標(biāo)系下的展開形式為：
即在XOZ坐標(biāo)系下，η是微圓柱的排布序數(shù)，R為Van Iterson模型中母體圓柱的半徑，且R是 一個常數(shù)值;c是在XOZ坐標(biāo)系下微圓柱z軸方向上的分布常數(shù)，單位為mm;x和z分別為第η個 微圓柱在XOZ坐標(biāo)系上的位置坐標(biāo);Θ為被展開母體圓柱上第 η個微圓柱與第η+1個微圓柱之 間在極坐標(biāo)面上的極坐標(biāo)夾角，且Θ = 137.508°為滿足黃金分割角;m為控制第η個微圓柱在 XOZ坐標(biāo)系下X軸方向上位置的序數(shù)。
[0023] 由于微混合器的混合區(qū)域內(nèi)的微圓柱在幾何位置上實現(xiàn)了黃金分割律排布，達(dá)到 最大填充和位置互補(bǔ)，并在微圓柱間形