专利名称：研究流体交叉形微流控机械内部流体流动状态的方法
技术领域：
本发明涉及对微流体系统MEMS的研究方法，尤其是涉及研究流体交叉形微流控机械内部流体流动状态的方法。
背景技术：
微流体系统的研发综合了微电子、微机械、生物工程和纳米技术，在科学研究和医药工业，食品工业和化妆品工业等领域有广泛的应用。因此，对微流体系统内部流体流动状态的控制有着重要的意义。当流体在微尺度中流动时,特征尺度接近微米量级，流体的流动特性与宏观相比，发生了很大的变化。因此，基于连续介质的一些宏观概念和规律就不再适用，粘性系数等概念也需重新讨论。由于尺度的微小，使原来的各种影响因素的相对重要性发生了变化，从而导致流动规律的变化。其特点如下1、微米尺度效应一方面，当流动的特征尺度减少到微米时，支配流动的各种作用力的地位发生了变化，原来宏观流动中的主导作用力地位下降，而在宏观流动中居次要地位而通常被忽略的作用力的地位则上升而成为微尺度流动的支配作用；另一方面，随着构件的特征尺度减少到微米乃至纳米量级，微流动中出现了一些经典连续介质模型目前无法解释的现象。2、表面效应当尺度减小时，生物微系统器件的表面积/体积比大大增加，表面积与体积之比值可达百万倍之大，这更加强化和突出了表面力和其它表面效应的作用，大大影响了物质质量、动量和能量在生物微系统器件表面的传输。很明显，表面效应将会在微小器件中起主要作用，对这些表面效应的研究是生物微系统器件驱动和控制技术发展以及解释流动现象迫切需要的。
发明内容
本发明目的在于提供一种研究流体交叉形微流控机械内部流体流动状态的方法。为实现上述目的，本发明采取下述技术方案
本发明所述研究流体交叉形微流控机械内部流体流动状态的方法，首先建立一个流体交叉形微米流体控制系统，所述流体交叉形微米流体控制系统包括一个中部主通道，在所述中部主通道两侧设置两个或多个与其相通的分支通道；中部主通道和所述各分支通道的夹角为50° -80° ;中部主通道、各分支通道的截面均为矩形结构，其边长为60Mm-90Mm ;然后，通过改变中部主通道和/或分支通道的几何参数而得到具有不同形状的微流体控制机械系统。在所述中部主通道内加入离散相液体或气体，各分支通道内加入连续相液体或气体，从小到大调整各分支通道内流体的流速，流速调整范围为O. 0 μ /8 -lOPL/s ;根据需要固定各分支通道内流体的流速在某一个或若干个特定值，当各分支通道内流体达到所述每一个特定流速值时，逐步改变中部主通道的流体流速，采用放大显像设备观察中部主通道内液体或气体的回流状态、层流状态或/和离散流状态；从而找到实现不同流动状态的微流体控制机械系统的运行条件。
所述离散流状态是指液滴流或气泡流态。本发明优点在于提供一种获得不同流体状态相对应的微流控机械系统运行条件后，达到对微量流体流态的控制操作，如混合和分离微量流体、化学反应、微量分析等。还可以在稀有细胞的筛选、信息核糖核酸的提取和纯化、基因测序、单细胞分析、蛋白质结晶等方面发挥独特的作用。
图I是本发明所述流体交叉型微流体控制机械内部流体的层流状态示意图。图2是本发明所述流体交叉型微流体控制机械内部流体的回流状态示意图。图3是本发明所述流体交叉型微流体控制机械内部流体的离散流状态示意图。
具体实施例方式如图1、2、3所示，本发明所述研究流体交叉形微流控机械内部流体流动状态的方法，首先建立一个流体交叉形微米流体控制系统，所述流体交叉形微米流体控制系统包括一个中部主通道，在所述中部主通道两侧设置两个或多个与其相通的分支通道；中部主通道和所述各分支通道的夹角为50° -80° ;中部主通道、各分支通道的截面均为矩形结构，其边长为60Mffl-90Mffl ;然后，通过改变中部主通道和/或分支通道的几何参数而得到具有不同形状的微流体控制机械系统。在所述中部主通道内加入离散相液体或气体，各分支通道内加入连续相液体或气体，从小到大调整各分支通道内流体的流速，流速调整范围为O. 0 μ /8 -lOPL/s ;根据需要固定各分支通道内流体的流速在某一个或若干个特定值，当各分支通道内流体达到所述每一个特定流速值时，逐步改变中部主通道的流体流速，采用放大显像设备观察中部主通道内液体或气体的回流状态、层流状态或/和离散流状态；从而找到实现不同流动状态的微流体控制机械系统的运行条件。所述离散流状态当流体为液体时为液滴流；当流体为气体时为气泡流态。
权利要求
1.一种研究流体交叉形微流控机械内部流体流动状态的方法，其特征在于首先建立一个流体交叉形微米流体控制系统，所述流体交叉形微米流体控制系统包括一个中部主通道，在所述中部主通道两侧设置两个或多个与其相通的分支通道；中部主通道和所述各分支通道的夹角为50° -80° ;中部主通道、各分支通道的截面均为矩形结构，其边长为60Mffl-90Mffl ;然后，通过改变中部主通道和/或分支通道的几何参数而得到具有不同形状的微流体控制机械系统。
2.根据权利要求I所述研究流体交叉形微流控机械内部流体流动状态的方法，其特征在于在所述中部主通道内加入离散相液体或气体，各分支通道内加入连续相液体或气体，从小到大调整各分支通道内流体的流速，流速调整范围为O. 0 μ /8 -lOPL/s ;根据需要固定各分支通道内流体的流速在某一个或若干个特定值，当各分支通道内流体达到所述每一个特定流速值时，逐步改变中部主通道的流体流速，采用放大显像设备观察中部主通道内液体或气体的回流状态、层流状态或/和离散流状态；从而找到实现不同流动状态的微流体控制机械系统的运行条件。
3.根据权利要求2所述研究流体交叉形微流控机械内部流体流动状态的方法，其特征在于所述离散流状态是指液滴流或气泡流态。
全文摘要
本发明公开了一种研究流体交叉形微流控机械内部流体流动状态的方法，建立一个流体交叉形微米流体控制系统，流体交叉形微米流体控制系统包括一个中部主通道，在中部主通道两侧设置两个或多个与其相通的分支通道；中部主通道和各分支通道的夹角为50°-80°；中部主通道、各分支通道的截面均为矩形结构，边长为60μm-90μm；然后，通过改变中部主通道和/或分支通道的几何参数而得到具有不同形状的微流体控制机械系统。本发明优点在于提供一种获得不同流体状态相对应的微流控机械系统运行条件后，达到对微量流体流态的控制操作。还可以在稀有细胞的筛选、信息核糖核酸的提取和纯化、基因测序、单细胞分析、蛋白质结晶等方面发挥作用。
文档编号B01L3/00GK102923637SQ20121043776
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者赫培远, 薛乐勋, 张丽果, 祁元明, 吕玉民 申请人:郑州大学