專利名稱：研究流體交叉形微流控機械內部流體流動狀態的方法
技術領域：
本發明涉及對微流體系統MEMS的研究方法，尤其是涉及研究流體交叉形微流控機械內部流體流動狀態的方法。
背景技術：
微流體系統的研發綜合了微電子、微機械、生物工程和納米技術，在科學研究和醫藥工業，食品工業和化妝品工業等領域有廣泛的應用。因此，對微流體系統內部流體流動狀態的控制有著重要的意義。當流體在微尺度中流動時,特征尺度接近微米量級，流體的流動特性與宏觀相比，發生了很大的變化。因此，基于連續介質的一些宏觀概念和規律就不再適用，粘性系數等概念也需重新討論。由于尺度的微小，使原來的各種影響因素的相對重要性發生了變化，從而導致流動規律的變化。其特點如下1、微米尺度效應一方面，當流動的特征尺度減少到微米時，支配流動的各種作用力的地位發生了變化，原來宏觀流動中的主導作用力地位下降，而在宏觀流動中居次要地位而通常被忽略的作用力的地位則上升而成為微尺度流動的支配作用；另一方面，隨著構件的特征尺度減少到微米乃至納米量級，微流動中出現了一些經典連續介質模型目前無法解釋的現象。2、表面效應當尺度減小時，生物微系統器件的表面積/體積比大大增加，表面積與體積之比值可達百萬倍之大，這更加強化和突出了表面力和其它表面效應的作用，大大影響了物質質量、動量和能量在生物微系統器件表面的傳輸。很明顯，表面效應將會在微小器件中起主要作用，對這些表面效應的研究是生物微系統器件驅動和控制技術發展以及解釋流動現象迫切需要的。
發明內容
本發明目的在于提供一種研究流體交叉形微流控機械內部流體流動狀態的方法。為實現上述目的，本發明采取下述技術方案
本發明所述研究流體交叉形微流控機械內部流體流動狀態的方法，首先建立一個流體交叉形微米流體控制系統，所述流體交叉形微米流體控制系統包括一個中部主通道，在所述中部主通道兩側設置兩個或多個與其相通的分支通道；中部主通道和所述各分支通道的夾角為50° -80° ;中部主通道、各分支通道的截面均為矩形結構，其邊長為60Mm-90Mm ;然后，通過改變中部主通道和/或分支通道的幾何參數而得到具有不同形狀的微流體控制機械系統。在所述中部主通道內加入離散相液體或氣體，各分支通道內加入連續相液體或氣體，從小到大調整各分支通道內流體的流速，流速調整范圍為O. 0 μ /8 -lOPL/s ;根據需要固定各分支通道內流體的流速在某一個或若干個特定值，當各分支通道內流體達到所述每一個特定流速值時，逐步改變中部主通道的流體流速，采用放大顯像設備觀察中部主通道內液體或氣體的回流狀態、層流狀態或/和離散流狀態；從而找到實現不同流動狀態的微流體控制機械系統的運行條件。
所述離散流狀態是指液滴流或氣泡流態。本發明優點在于提供一種獲得不同流體狀態相對應的微流控機械系統運行條件后，達到對微量流體流態的控制操作，如混合和分離微量流體、化學反應、微量分析等。還可以在稀有細胞的篩選、信息核糖核酸的提取和純化、基因測序、單細胞分析、蛋白質結晶等方面發揮獨特的作用。
圖I是本發明所述流體交叉型微流體控制機械內部流體的層流狀態示意圖。圖2是本發明所述流體交叉型微流體控制機械內部流體的回流狀態示意圖。圖3是本發明所述流體交叉型微流體控制機械內部流體的離散流狀態示意圖。
具體實施例方式如圖1、2、3所示，本發明所述研究流體交叉形微流控機械內部流體流動狀態的方法，首先建立一個流體交叉形微米流體控制系統，所述流體交叉形微米流體控制系統包括一個中部主通道，在所述中部主通道兩側設置兩個或多個與其相通的分支通道；中部主通道和所述各分支通道的夾角為50° -80° ;中部主通道、各分支通道的截面均為矩形結構，其邊長為60Mffl-90Mffl ;然后，通過改變中部主通道和/或分支通道的幾何參數而得到具有不同形狀的微流體控制機械系統。在所述中部主通道內加入離散相液體或氣體，各分支通道內加入連續相液體或氣體，從小到大調整各分支通道內流體的流速，流速調整范圍為O. 0 μ /8 -lOPL/s ;根據需要固定各分支通道內流體的流速在某一個或若干個特定值，當各分支通道內流體達到所述每一個特定流速值時，逐步改變中部主通道的流體流速，采用放大顯像設備觀察中部主通道內液體或氣體的回流狀態、層流狀態或/和離散流狀態；從而找到實現不同流動狀態的微流體控制機械系統的運行條件。所述離散流狀態當流體為液體時為液滴流；當流體為氣體時為氣泡流態。
權利要求
1.一種研究流體交叉形微流控機械內部流體流動狀態的方法，其特征在于首先建立一個流體交叉形微米流體控制系統，所述流體交叉形微米流體控制系統包括一個中部主通道，在所述中部主通道兩側設置兩個或多個與其相通的分支通道；中部主通道和所述各分支通道的夾角為50° -80° ;中部主通道、各分支通道的截面均為矩形結構，其邊長為60Mffl-90Mffl ;然后，通過改變中部主通道和/或分支通道的幾何參數而得到具有不同形狀的微流體控制機械系統。
2.根據權利要求I所述研究流體交叉形微流控機械內部流體流動狀態的方法，其特征在于在所述中部主通道內加入離散相液體或氣體，各分支通道內加入連續相液體或氣體，從小到大調整各分支通道內流體的流速，流速調整范圍為O. 0 μ /8 -lOPL/s ;根據需要固定各分支通道內流體的流速在某一個或若干個特定值，當各分支通道內流體達到所述每一個特定流速值時，逐步改變中部主通道的流體流速，采用放大顯像設備觀察中部主通道內液體或氣體的回流狀態、層流狀態或/和離散流狀態；從而找到實現不同流動狀態的微流體控制機械系統的運行條件。
3.根據權利要求2所述研究流體交叉形微流控機械內部流體流動狀態的方法，其特征在于所述離散流狀態是指液滴流或氣泡流態。
全文摘要
本發明公開了一種研究流體交叉形微流控機械內部流體流動狀態的方法，建立一個流體交叉形微米流體控制系統，流體交叉形微米流體控制系統包括一個中部主通道，在中部主通道兩側設置兩個或多個與其相通的分支通道；中部主通道和各分支通道的夾角為50°-80°；中部主通道、各分支通道的截面均為矩形結構，邊長為60μm-90μm；然后，通過改變中部主通道和/或分支通道的幾何參數而得到具有不同形狀的微流體控制機械系統。本發明優點在于提供一種獲得不同流體狀態相對應的微流控機械系統運行條件后，達到對微量流體流態的控制操作。還可以在稀有細胞的篩選、信息核糖核酸的提取和純化、基因測序、單細胞分析、蛋白質結晶等方面發揮作用。
文檔編號B01L3/00GK102923637SQ20121043776
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日
發明者赫培遠, 薛樂勛, 張麗果, 祁元明, 呂玉民 申請人:鄭州大學