專利名稱：交叉導流式微型靜態混合器的制作方法
技術領域：
本發明涉及微流體化學分析系統器件，特別涉及一種交叉導流式微型靜態混合器。
背景技術：
微流體系統可以被定義為處理微升以至納升級流體的MEMS系統。微流體化學分析系統具有如下的優點較短的響應時間、較少的試劑和試樣消耗量、易于小型化和自動化，效率高等特點。微化學分析系統的功能包括取樣、預處理、混合、化學反應、分離、后處理和識別等。混合處理的目的是用來降低非均勻性，例如用于稀釋，或者用來強化化學反應速率，因此實現快速而高效的混合是非常重要的。
根據混合理論，產生混合的主要原因是由于流場的對流作用而形成的不同流體之間相對位置的重新分布，從而導致各種流體相互混雜的過程；同時在分子尺度，由于分子的布朗運動，產生擴散作用，驅動流體分子從濃度高處向濃度低處擴散，促使流體達到分子級均勻混合。
對于微流體系統，由于尺度的限制，使用現有的微加工技術，難于采用具有可動部件的旋轉攪拌結構，同樣也難于加工出類似于常規靜態混合器形式的復雜三維結構。而且對于微流體系統而言，它的流量屬于微升甚至納升級，體積小，速度低，屬于小雷諾數流動，若無強烈的外加擾動，流體保持層流狀態。因此在微尺度條件下，為達到分子級均勻混合的目的，微型混合器的設計應加強分子擴散作用。因此目前國內外研究的靜、動態微型混合器，主要是利用增強分子擴散作用的原理，通過流道的結構設計、機械的或其他方式的擾動增加不同液體之間的接觸面積，減小流體元的體積，達到實現混合的目的。
理想的微型混合器應具有如下特點快速、流量可調、體積小、濃度可調、易于集成。現有的微型混合器，由于加工工藝的限制，多數是平面結構，例如利用多個交叉微管道組成的微型混合器，這樣的微型混合器占用空間大，效率較低；其他的還有采用復雜的加工工藝，例如借助壓電晶體薄膜，同時施加交變電場產生超聲振動來混合；或采用同時施加電場和磁場，通過洛侖茲力對電解質的作用而達到混合的目的，這樣的結構不僅占用空間大，而且加工復雜，難于集成，成本也較高。靜態混合器由于不需要運動部件，混合也不是通過外來攪動完成，而是利用液體流過混合單元時產生的自然運動，因此開發結構簡單、易于加工的微型靜態混合器對于微化學分析系統的實用化進程有重要意義。
發明內容
為了克服上述現有技術的不足和缺陷，本發明的目的在于提供適用于微化學分析系統的快速而高效的一種交叉導流式微型靜態混合器。
為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是它包括在第一塊基體的一個表面上刻蝕有一端分別第一、第二輸入口相連通的輸入管道、兩個輸入管道相交處連接上部混合腔，上部混合腔內的兩側依次有呈周期交叉排列、而槽又相連通的導流塊，上部混合腔的另一端接輸出口，在第二塊基體的一個表面上刻蝕有下部混合腔，下部混合腔內的兩側有與第一塊基體相同尺寸的、依次有呈周期交叉排列、而槽又相連通的導流塊，兩塊基體的刻蝕面相互鍵合，兩層導流塊相接觸形成封閉的三維管道。
在上部混合腔和下部混合腔內每一塊導流塊與壁面的夾角為30°～60°，導流塊在混合腔橫截面方向上的投影長度m與混合腔寬度n之比為0.5～0.8。
所說的基體材料為有機玻璃或晶體硅或玻璃或陶瓷或硅橡膠。
本發明與背景技術相比，具有的有益的效果是通過在管道內設置交替排列的導流塊，可以在流場內產生剪切流和延伸流，增加不同流體間的界面面積，加強分子擴散作用，最終實現分子級的均勻混合。本發明提供的微型靜態混合器，由多個混合單元組成，可根據實際應用，選擇不同數目的混合單元。本發明具有結構簡單，易集成、加工工藝簡單等特點，特別適用于微化學分析系統。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1為本發明結構原理示意圖；圖2為上基體結構示意圖；圖3為下基體結構示意圖；圖4為圖1的D局部放大圖；圖5為圖1C-C的剖面圖。
具體實施例方式
如圖1、圖2、圖3所示，它包括在第一塊基體A的一個表面上刻蝕有一端分別第一、第二輸入口1相連通的輸入管道2、兩個輸入管道2相交處連接上部混合腔6，上部混合腔6內的兩側依次有呈周期交叉排列、而槽又相連通的導流塊4、5，上部混合腔6的另一端接輸出口3，在第二塊基體B的一個表面上刻蝕有下部混合腔7，下部混合腔7內的兩側有與第一塊基體A相同尺寸的、依次有呈周期交叉排列、而槽又相連通的導流塊4′、5′，兩塊基體A、B的刻蝕面相互鍵合，上層的導流塊4、5和下層的導流塊4′、5′在端部有一定的接觸8，兩層導流塊相接觸形成封閉的三維管道。
如圖4、圖5所示，在上部混合腔6和下部混合腔7內，每一塊導流塊與壁面的夾角α為30°～60°，導流塊在混合腔橫截面方向上的投影長度m與混合腔寬度n之比為0.5～0.8。
當流體進入混合腔后，由于上下導流塊的作用，上層流體要繞過上層的導流塊4、5，下層流體也要繞過下層的導流塊4′、5′，于是上層流體的流動方向與下層流體的流動方向不同，形成交叉，產生剪切流；同時由于混合腔內通流面積的周期性變化，可以產生延伸流；由此達到減小流體元的體積和增加不同流體間的界面面積的目的，加強分子擴散作用，最終達到高效而快速的分子級混合。導流塊與中心線成一定角度，且偏向流動方向，因此導流塊不會引起過大的壓力降；當流體進入混合腔內，導流塊就對流體起導向的作用。
本發明提供的微型靜態混合器，采用基于平面刻蝕加工工藝為基礎的三維結構加工技術。
權利要求
1.一種交叉導流式微型靜態混合器，其特征在于它包括在第一塊基體(A)的一個表面上刻蝕有一端分別第一、第二輸入口(1)相連通的輸入管道(2)、兩個輸入管道(2)相交處連接上部混合腔(6)，上部混合腔(6)內的兩側依次有呈周期交叉排列、而槽又相連通的導流塊(4、5)，上部混合腔(6)的另一端接輸出口(3)，在第二塊基體(B)的一個表面上刻蝕有下部混合腔(7)，下部混合腔(7)內的兩側有與第一塊基體(A)相同尺寸的、依次有呈周期交叉排列、而槽又相連通的導流塊(4’、5’)，兩塊基體(A、B)的刻蝕面相互鍵合，兩層導流塊相接觸形成封閉的三維管道。
2.根據權利要求1所述的一種交叉導流式微型靜態混合器，其特征在于在上部混合腔(6)和下部混合腔(7)內，每一塊導流塊與壁面的夾角α為30°～60°，導流塊在混合腔橫截面方向上的投影長度m與混合腔寬度n之比為0.5～0.8。
3.根據權利要求1所述的一種交叉導流式微型靜態混合器，其特征在于所說的基體材料為有機玻璃或晶體硅或玻璃或陶瓷或硅橡膠。
全文摘要
本發明公開了一種交叉導流式微型靜態混合器。在第一塊基體上刻蝕有一端分別第一、第二輸入口相連通的輸入管道、兩個輸入管道相交處連接上部混合腔，上部混合腔內的兩側依次有呈周期交叉排列、而槽又相連通的導流塊，上部混合腔的另一端接輸出口，在第二塊基體上刻蝕有下部混合腔，下部混合腔內的兩側有與第一塊基體相同尺寸的、依次有呈周期交叉排列、而槽又相連通的導流塊，兩塊基體的刻蝕面相互鍵合，形成封閉的三維管道。它利用周期排列的導流塊，在流場內產生剪切流和延伸流，增加不同流體間的界面面積，同時加強分子擴散作用，達到實現快速而高效的混合的目的。本發明具有結構簡單，易集成、加工工藝簡單等特點，特別適用于微化學分析系統。
文檔編號B01F13/00GK1542429SQ200310108539
公開日2004年11月3日 申請日期2003年11月6日 優先權日2003年11月6日
發明者傅新, 劉素芬, 謝海波, 楊華勇, 傅 新 申請人:浙江大學