专利名称：多输入旋转流场微型混合器的制作方法
技术领域：
本发明是涉及微流体化学分析系统器件，特别涉及一种多输入旋转流场微型混合器。
背景技术：
微流体系统可以被定义为处理微升以至纳升级流体的MEMS系统。微流体化学分析系统具有如下的优点较短的响应时间、较少的试剂和试样消耗量、易于小型化和自动化，效率高等特点。微化学分析系统的功能包括取样、预处理、混合、化学反应、分离、后处理和识别等。混合处理的目的是用来降低非均匀性，例如用于稀释，或者用来强化化学反应速率，因此实现快速而高效的混合是非常重要的。
根据混合理论，产生混合的主要原因是由于流场的对流作用而形成的不同流体之间相对位置的重新分布，从而导致各种流体相互混杂的过程；同时在分子尺度，由于分子的布朗运动，产生扩散作用，驱动流体分子从浓度高处向浓度低处扩散，促使流体达到分子级均匀混合。
对于微流体系统，由于尺度的限制，使用现有的微加工技术，难于采用具有可动部件的旋转搅拌结构，同样也难于加工出类似于常规静态混合器形式的复杂三维结构。而且对于微流体系统而言，它的流量属于微升甚至纳升级，体积小，速度低，属于小雷诺数流动，若无强烈的外加扰动，流体保持层流状态。因此在微尺度条件下，为达到分子级均匀混合的目的，微型混合器的设计应加强分子扩散作用。因此目前国内外研究的静、动态微型混合器，主要是利用增强分子扩散作用的原理，通过流道的结构设计、机械的或其他方式的扰动增加不同液体之间的接触面积，减小流体元的体积，达到实现混合的目的。
理想的微型混合器应具有如下特点快速、流量可调、体积小、浓度可调、易于集成。现有的微型混合器，由于加工工艺的限制，多数是平面结构，例如利用多个交叉微管道组成的微型混合器，这样的微型混合器占用空间大，效率较低；其他的还有采用复杂的加工工艺，例如借助压电晶体薄膜，同时施加交变电场产生超声振动来混合；或采用同时施加电场和磁场，通过洛仑兹力对电解质的作用而达到混合的目的，这样的结构不仅占用空间大，而且加工复杂，难于集成，成本也较高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足和缺陷，且满足实际中常出现的需混合多种试剂、试样的要求，提供一种适用于微化学分析系统的多路输入的微型静态混合器。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是它包括在第一块基体上端面刻蚀第一圆柱形混合腔，一端与第一圆柱形混合腔相切连通、另一端接输入接口的数个等分布置的输入管道，在第二块基体上有第二圆柱形混合腔，在第三块基体下端面刻蚀一端与第二圆柱形混合腔连通、另一端接输出接口的输出管道，刻蚀有输入管道一面的第一块基体依次与第二块基体和刻蚀有输出管道一面的第三块基体相键合，第二圆柱形混合腔下端与第一圆柱形混合腔连通，第二圆柱形混合腔上端与输出管道连通。
所说的输入管道与输出管道的横截面均为矩形。
第二圆柱形混合腔的内径小于第一圆柱形混合腔的内径。
所说的基体材料为有机玻璃或晶体硅或玻璃或陶瓷或硅橡胶；本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是1、多输入旋转流场微型混合器采用三维立体结构设计，整体结构紧凑、简单，属于静态混合器；2、输入管道与混合腔相切，因此流体进入混合腔后，可以在其内形成旋转上升流场；输出口位于混合腔的上部，试剂或试样不会由于重力的作用快速流出，而在混合腔内保持一定时间，以利于分子扩散作用；3、输出管道的一端为圆柱型，作为与混合腔的接口，可以减低压力损失。
本发明提供的微型混合器可用于混合多种类型的试剂或试样，同时可作为微化学分析系统的反应器。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的结构原理示意图；图2为图1沿A-A平面的剖面图。
具体实施例方式
如图1、图2所示，本发明包括在第一块基体A上端面刻蚀第一圆柱形混合腔3，一端与第一圆柱形混合腔3相切连通、另一端接输入接口1的数个等分布置的输入管道2，在第二块基体B上加工第二圆柱形混合腔4，在第三块基体C下端面刻蚀一端与第二圆柱形混合腔4连通、另一端接输出接口6的输出管道5，刻蚀有输入管道2一面的第一块基体A依次与第二块基体B和刻蚀有输出管道2一面的第三块基体C相键合，第二圆柱形混合腔4下端与第一圆柱形混合腔3连通，第二圆柱形混合腔4上端与输出管道5连通。
当多输入旋转流场微型混合器通过输入接口1与高精度微量注射泵或其他微型泵接通时，不同成分的试剂或试样就通过输入管道2进入第一圆柱形混合腔3内，由于输入管道2与第一圆柱形混合腔3成切向，第一圆柱形混合腔3内就形成旋转流场，同时流体向上流动，旋转进入第二圆柱形混合腔4，由于旋转流场的存在，每一个流体元都会被拉伸并变薄，而且由于第二圆柱形混合腔4的内径小于第一圆柱形混合腔3的内径，流速还会加快，进一步拉伸流体微元，同时浓度梯度驱动的分子扩散作用也被大大加强，最终实现快速而高效的混合。
权利要求
1.一种多输入旋转流场微型混合器，其特征在于它包括在第一块基体(A)上端面刻蚀第一圆柱形混合腔(3)，一端与第一圆柱形混合腔(3)相切连通、另一端接输入接口(1)的数个等分布置的输入管道(2)，在第二块基体(B)上有第二圆柱形混合腔(4)，在第三块基体(C)下端面刻蚀一端与第二圆柱形混合腔(4)连通、另一端接输出接口(6)的输出管道(5)，刻蚀有输入管道(2)一面的第一块基体(A)依次与第二块基体(B)和刻蚀有输出管道(2)一面的第三块基体(C)相键合，第二圆柱形混合腔(4)下端与第一圆柱形混合腔(3)连通，第二圆柱形混合腔(4)上端与输出管道(5)连通。
2.根据权利要求1所述的一种多输入旋转流场微型混合器，其特征在于所说的输入管道(2)与输出管道(5)的横截面均为矩形。
3.根据权利要求1所述的一种多输入旋转流场微型混合器，其特征在于第二圆柱形混合腔(4)的内径小于第一圆柱形混合腔(3)的内径。
4.根据权利要求1所述的一种多输入旋转流场微型混合器，其特征在于所说的基体材料为有机玻璃或晶体硅或玻璃或陶瓷或硅橡胶。
全文摘要
本发明公开了一种多输入旋转流场微型混合器。在第一块基体上端面刻蚀第一混合腔，一端与第一混合腔相切、另一端接输入接口的数个等分布置的输入管道，在第二块基体上有第二混合腔，在第三块片基体下端面刻蚀一端与第二混合腔连通、另一端接输出接口的输出管道，三块基体相键合，第二混合腔下端与第一混合腔连通，第二混合腔上端与输出管道连通。不同成分的试剂或试样通过输入管道进入第一混合腔内，由于输入管道与混合腔成切向，第一混合腔内就形成旋转流场向上流动，旋转进入第二混合腔，流体元都会被拉伸并变薄，由于第二混合腔的内径小于第一混合腔的内径，流速还会加快，进一步拉伸流体微元，同时浓度梯度驱动的分子扩散作用也被加强，实现高效的混合。
文档编号B01F13/00GK1542428SQ20031010846
公开日2004年11月3日 申请日期2003年11月4日 优先权日2003年11月4日
发明者傅新, 谢海波, 刘素芬, 杨华勇, 傅 新 申请人:浙江大学