专利名称：一种混沌微流控芯片混合器及其混合方法
技术领域：
本发明涉及微混合器的设计和加工，特别是涉及混沌微流控芯片混合器的设计和
加工。
背景技术：
基于微流控芯片的生物和化学反应具有试剂消耗少、反应速度快、产率高等优点， 在微流控芯片上经常进行的DNA杂交、细胞激活、酶反应、有机合成和分析测试等，不可避 免地涉及反应物的混合。快速均匀混合对于生化反应、有机合成和分析测试等领域的微流 控系统具有重要意义。由于微流控芯片通道的尺寸小，通道内的层流效应显著，严重影响了 溶液之间的扩散与混合，从而影响反应的进行。 目前报道的微流控芯片混合器多是在微流控芯片上加工两条以上的微通道，然后 汇聚成一条混合反应通道，溶液在混合反应通道内产生层流效应之后，通过混合器破坏溶 液间的层流效应，实现混合。根据混合器的作用形式，微流控芯片混合器分为主动混合器和 被动混合器。主动混合器借助磁力、电场力、声场等外力产生混合。被动混合器单纯依靠通 道的几何形状或流体特性产生混合效果，不包括可移动部件。混沌混合器是被动混合器的 典型代表，通常是在微流控芯片的微通道底部微加工脊型突起，破坏溶液间的层流效应。一 般来说，被动和主动混合器通常需要复杂的微加工过程和昂贵的加工设备，例如三维微通 道的加工、通道内微结构的加工、微流控芯片与电场、磁场、声场的集成等，从而限制了其应 用。
发明内容
本发明的目的是提供一种混沌微流控芯片混合器，使用该混合器可避免不同溶液 在混合时产生层流效应。 为实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案是该混沌微流控芯片混合器包 括封接在一起的第一基片和第二基片，其中，在第一基片的上表面设有微通道，在第二基片 上沿水平方向间隔地至少设有两个竖直的通孔使不同溶液产生垂直交汇，所述通孔与微通 道连通。 进一步地，本发明所述微通道的深度为10 50微米。 进一步地，本发明所述微通道的形状为直线形、折线形或螺旋形。 使用本发明的微混合器进行混合的方法是将不同的溶液分别通过沿水平方向间
隔开的两个以上通孔引入微通道中，使所述的不同溶液在微通道内垂直交汇，并进行混合。 与现有技术相比，本发明的有益效果是不同溶液依次沿垂直方向进入微通道，
在微通道内的混合区垂直交汇，垂直进入的溶液冲击狭小的微通道(微通道的深度可在
10-100微米)内的原有溶液，产生混沌效应，从而避免了溶液之间层流效应的产生；若微通
道的深度为10-50微米，则可以更好地防止溶液之间层流效应的产生。本发明的混沌混合
器还避免了现有混沌微流控芯片混合器的微通道的底部微结构的加工；本发明的混沌混合器加工过程简单，混合速度快，无需使用昂贵的加工设备，能够在普通实验室内完成加工制 作。
图1本发明混沌微流控芯片混合器的混合原理示意图；
图2折线型微通道微流控芯片混合器的结构示意图；
图3直线型微通道微流控芯片混合器的结构示意图；
图4高锰酸钾溶液的吸光度与浓度的线性关系曲线图；
图5六价铬溶液的吸光度与浓度的线性关系曲线图； 图中1-第一基片，2-微通道，3-第二基片，4-第一通孔，5-混合区，6-第二通孔， 7_溶液进样接口 ， 8-石英毛细管。
具体实施方式
实施例1 本发明混合器的混合原理示意图参见图1。 如图2所示，在第一基片1上刻蚀或热压长度为40厘米、宽度为100微米、深度为 10微米的折线型单根微通道2。在第二基片3上沿水平方向间隔地钻3个竖直的通孔，将 第一基片1和第二基片3封接在一起，使第二基片3上的两个第一通孔4和一个第二通孔 6与微通道2连通；其中，图2中的微通道2的出口与第二通孔6交接，使得混合后的溶液 由微通道2再经第二通孔6流出微混合器。 不同的溶液在正压力或负压力的驱动下，沿与微通道2垂直的方向分别经两个第
一通孔4依次进入微通道2，在微通道2的混合区5垂直交汇而产生混沌效应，避免了层流
效应的产生，使混合在瞬间完成，混合后的溶液经第二通孔6流出微混合器。 基片的材质可以为玻璃、石英或聚合物，第一基片1和第二基片3的材料可以相同
也可以不同。根据微流控芯片的尺寸大小与所需微通道2的长度，可以将微通道2的形状
设计成直线、折线或螺旋线型等各种形状。 实施例2 如图3所示，在第一基片1上湿法刻蚀深度为30微米、长度为3厘米、宽度为200 微米的单根的直线型微通道2 ;在第二基片3上沿水平方向间隔地钻2个直径500微米的 竖直的第一通孔4，两个第一通孔4的水平间距为1厘米。将第一基片1和第二基片3高温 封接在一起，使两个第一通孔4均对准微通道2，并使两个第一通孔4与微通道2连通。在 第一通孔4处粘合溶液进样接口 7，溶液进样接口 7通过毛细管与注射泵相连。本实施例 并未如实施例1设置如图2所示的第二通孔6，而是在微通道2的末端钻一个直径0. 4毫 米、深2毫米的孔并从中插入一根石英毛细管8，以作为混合溶液出口 ，该石英毛细管8使用 环氧胶密封。 一个注射泵通过其中一个第一通孔4向混合器内注入浓度为2. 5X 10—4mol/ L的高锰酸钾溶液，另一个注射泵通过另一个第一通孔4向混合器内注入蒸馏水，高锰酸钾 溶液和蒸馏水在微通道2的混合区5垂直交汇而产生混沌效应，通过显微镜下实时观察混 合过程可知，混合过程在瞬间完成。使混合器流出的高锰酸钾溶液进入流通检测池，实时检 测吸光度。连续改变蒸馏水与高锰酸钾溶液的流量，使流出的高锰酸钾溶液理论浓度分别为2. 5X10—4mol/L、l. 67 X 10—4mol/L、 1. 25 X 10—4mol/L、0. 083 X 10—W/L禾口 0mol/L，总流量 为30iU/min。高锰酸钾溶液吸光度与浓度线性关系曲线如图4所示，其线性相关系数达到 0. 997，说明该微混合器具有优异的混合效果。 根据微流控芯片的尺寸大小与所需微通道2的长度，可以将微通道2的形状设计
成直线、折线或螺旋线型等各种形状。
实施例3 根据实施例2提供一个在线反应的实例。如图3所示，采用一个微通道2的深度 为50微米、长度为3厘米、宽度为200微米的直线型微通道微混合器， 一个注射泵向混合器 内注入六价铬溶液，另一个注射泵向混合器内注入显色剂二苯碳酰二肼溶液，固定显色剂 的流量为15yl/min，注入混合器六价铬溶液浓度分别为0. 125mg/L、0. 25mg/L、0. 50mg/L、 0. 75mg/L和1. 00mg/L，流量为15 iU/min，混合器流出的溶液进入流通检测池，实时检测吸 光度。六价铬溶液吸光度与浓度线性关系曲线如图5所示，其线性相关系数达到0.998。由 图5可知，本实例提供的微混合器可以满足在线反应及在线监测的要求，对于反应时间长 的反应可以通过延长微混合器的微通道2、减小流速或在线加热等方法延长反应时间。
权利要求
一种混沌微流控芯片混合器，它包括封接在一起的第一基片(1)和第二基片(3)，其特征是在第一基片(1)的上表面设有微通道(2)，在第二基片(3)上沿水平方向间隔地至少设有两个竖直的通孔(4)，所述通孔(4)与微通道(2)连通。
2. 根据权利要求l所述的一种混沌微流控芯片混合器，其特征是所述微通道(2)的 深度为10 50微米。
3. 根据权利要求l所述的一种混沌微流控芯片混合器，其特征是所述微通道(2)的 形状为直线形、折线形或螺旋形。
4. 一种使用权利要求1的微混合器进行混合的方法，其特征是将不同的溶液分别通过沿水平方向间隔开的两个以上通孔(4)引入微通道(2)中，使所述的不同溶液在微通道 (2)内垂直交汇，并进行混合。
全文摘要
一种混沌微流控芯片混合器，它包括封接在一起的第一基片和第二基片，其特征是在第一基片的上表面设有微通道，在第二基片上沿水平方向间隔地至少设有两个竖直的通孔，所述通孔与微通道连通。溶液经通孔，沿与微通道垂直的方向依次进入微通道，使不同溶液在微通道的混合区垂直交汇，产生混沌效应，避免了溶液之间层流效应的产生，瞬间完成不同溶液间的混合，促进其快速完成反应。本发明制备的微流控芯片混合器工艺简单，不需要昂贵的加工设备，可以广泛应用于环境监测、生命科学等领域的分析检测领域。
文档编号B01J19/00GK101708439SQ20091015412
公开日2010年5月19日 申请日期2009年11月5日 优先权日2009年11月5日
发明者张磊, 王攀, 穆金霞 申请人:浙江大学