一种交错电极的微混合器

本实用新型涉及一种微通道混合器，尤其是涉及一种交错电极的微混合器。

背景技术：

微流控芯片技术是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。微流控芯片技术可以多层次、多方位应用于生物、医学、材料学等领域。微流控芯片有良好的生物兼容性、光学透明性，并且可大规模集成，这些特点使其为科学研究提供更多的可能性。

宏观尺度下的混合通常是指用机械或流体动力的方法，使两种或多种物料相互分散而达到一定均匀程度的单元操作；微米量级尺度混合与宏观流体混合有很大区别，这是由于微米量级尺度下流体的对流作用不明显，在这种情况下，微流体的混合主要依靠分子间的扩散作用，所以在一定的实验要求之下，微流体的混合变得较为困难。

微混合器可分为被动式微混合器和主动式微混合器两类，被动式混合器主要依靠改变微通道的形状或者在通道中加入障碍物等来增加流体间的混合面积，从而增强扩散效果，另一方面这些精心设计的管道形状或障碍物能够产生混沌流，从而增强流体间的对流；主动式混合器则是依靠各种各样的外部能量来实现混合，比如压力、温度场、磁场、声场和电场等。与被动式混合器相比，主动式混合器只需更少的时间和混合距离就能达到充分混合，并且主动式混合器还拥有开关特性，即根据是否需要混合可以随时打开或关闭混合功能，但往往结构复杂，成本较高。

基于此，本实用新型提供一种微混合通道结构单一，电极设计简单，混合效果明显的微通道混合器，依靠电场力驱动，实现两种不同浓度微流体混合。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种交错电极的微混合器，用于进一步简化电极设计，优化微流通道结构。所述第一入口（1）宽度与第二入口（2）宽度均为5μm，出口（10）宽度为10μm，微混合通道（3）宽度为10μm，长度为80μm；各个电极宽度均为10μm，并将各个电极与微混合通道（3）的连接处做倒角处理；所述微通道混合器为对称结构，第一入口（1）与第二入口（2）轴线分别与所述微通道混合器对称轴成90度夹角。

实用新型的技术方案是：一种交错电极的微混合器，两种不同浓度的微流体分别从第一入口（1）、第二入口（2）注入，流经微混合通道（3）、从出口（10）流出，在微混合通道（3）空间内因六个正负交错分布的电极的作用，原先层流状态被打破，促使两种微流体进行混合。

本实用新型的特点在于：一种交错电极的微混合器，微混合通道设计结构单一，电极设计结构简单，和传统主动式微通道混合器相比，本实用新型更便于大批量生产；并且本实用新型的优势在于，相比其他微通道混合器具有更加优化的结构，能够实现微流体更加高效的混合。

附图说明

图1为一种交错电极的微混合器的二维结构示意图，图中：第一入口（1）、第二入口（2）、微混合通道（3）、第一电极（4）、第二电极（5）、第三电极（6）、第四电极（7）、第五电极（8）、第六电极（9）、出口（10）。

图2为一种交错电极的微混合器的内部流线图，在每一个旋涡处都能够加强两种微流体的对流作用，实现混合。

图3为一种交错电极的微混合器的流体浓度示意图，可以看出第一入口的浓度为0mol/m³，第二入口的浓度为1mol/m³,通道出口的浓度则趋近于0.5mol/m³。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

一种交错电极的微混合器，包括第一入口（1）、第二入口（2）、微混合通道（3）、第一电极（4）、第二电极（5）、第三电极（6）、第四电极（7）、第五电极（8）、第六电极（9）、出口（10）。

具体的，一种交错电极的微混合器，其流体特性如下，第一种待混合微流体从第一入口（1）注入，初始流速为0.1mm/s，第二种待混合微流体从第二入口（2）注入，初始流速为0.1mm/s；两种微流体电导率均为0.12ms/m；第一入口（1）与第二入口（2）注入微流体初始压力均为零。

具体的，一种交错电极的微混合器，其微混合通道（3）两侧均匀分布六个正负电极，施加交流电压，其中第一电极（4）、第四电极（7）、第五电极（8）施加相同交流电压，电压值为v0=sin(ω﹒t)，第二电极（5）、第三电极（6）与第六电极（9）施加相同交流电压，电压值为-v0=-sin(ω﹒t)，其中角频率值均为ω=16πrad/s。

具体的，一种交错电极的微混合器，第一入口（1）所注入微流体浓度为0mol/m³，第二入口（2）进入的微流体浓度为1mol/m³，从微混合器出口（10）流出的混合后微流体浓度理论值应为0.5mol/m³。

具体的，本实用新型微混合通道长度并不限于此，可以根据实际需要适当缩短或加长其长度，相应减少或增加整个装置长度，以能够满足实际分离需要为标准。

技术特征：

1.一种交错电极的微混合器，包括第一入口（1）、第二入口（2）、微混合通道（3）、第一电极（4）、第二电极（5）、第三电极（6）、第四电极（7）、第五电极（8）、第六电极（9）、出口（10）；其特征在于：第一入口（1）宽度与第二入口（2）宽度均为5μm，出口（10）宽度为10μm，微混合通道（3）宽度为10μm，电极宽度均为10μm；所述微混合器为对称结构，第一入口（1）与第二入口（2）轴线分别与所述微混合器对称轴成90度夹角；从左到右依次连接微混合通道（3）、出口（10），其6个电极对称分布在微混合通道（3）两侧，相邻左右两个电极的距离为10μm，并将6个电极与微混合通道（3）连接处进行倒角处理。

2.根据权利要求1所述的一种交错电极的微混合器，其特征在于：两种不同浓度的微流体分别从第一入口（1）、第二入口（2）注入，流经微混合通道（3），从出口（10）流出，在微混合通道（3）空间内因六个电极作用使原先层流状态被打破，促使两种微流体进行混合。

3.根据权利要求1所述的一种交错电极的微混合器，其特征在于：其正、负电极交错型分布于微混合通道（3）两端，第一电极（4）为正电极，第二电极（5）为负电极，第三电极（6）为负电极，第四电极（7）为正电极，第五电极（8）为正电极，第六电极为负电极，且对称分布于微混合通道（3）两侧，并施加大小相同的电压值，更为有效均匀地促使两种微流体进行混合。

4.根据权利要求1所述的一种交错电极的微混合器，其特征在于：所述微混合通道（3）为四面体结构，其长为80μm。

技术总结
本实用新型属于微流控芯片领域，具体公开了一种交错电极的微混合器，包括第一入口（1）、第二入口（2）、微混合通道（3）、第一电极（4）、第二电极（5）、第三电极（6）、第四电极（7）、第五电极（8）、第六电极（9）、出口（10）。在微混合通道两边对称施加6个电极，通过六个电极在微混合通道内产生的电场力打乱流体的层流状态，使在微混合通道内的不同流体因电渗作用而发生涡流，涡流迫使两种流体混合，混合流体最终从混合流体出口流出。本实用新型的特点在于：只需通过在电极上施加合适的交错交流电压或者调节信号发生器的电压、频率就能实现微流体的混合，无需对混合室和混合通道进行复杂的设计，大大提高了混合效率。

技术研发人员：吴之豪;刘宏举;赵明星;李沛然;钟翔涛;何孝涵;史留勇;周腾
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：2020.10.07
技术公布日：2021.08.13