專利名稱：一種混沌微流控芯片混合器及其混合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微混合器的設(shè)計(jì)和加工，特別是涉及混沌微流控芯片混合器的設(shè)計(jì)和
加工。
背景技術(shù)：
基于微流控芯片的生物和化學(xué)反應(yīng)具有試劑消耗少、反應(yīng)速度快、產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)， 在微流控芯片上經(jīng)常進(jìn)行的DNA雜交、細(xì)胞激活、酶反應(yīng)、有機(jī)合成和分析測(cè)試等，不可避 免地涉及反應(yīng)物的混合?？焖倬鶆蚧旌蠈?duì)于生化反應(yīng)、有機(jī)合成和分析測(cè)試等領(lǐng)域的微流 控系統(tǒng)具有重要意義。由于微流控芯片通道的尺寸小，通道內(nèi)的層流效應(yīng)顯著，嚴(yán)重影響了 溶液之間的擴(kuò)散與混合，從而影響反應(yīng)的進(jìn)行。 目前報(bào)道的微流控芯片混合器多是在微流控芯片上加工兩條以上的微通道，然后 匯聚成一條混合反應(yīng)通道，溶液在混合反應(yīng)通道內(nèi)產(chǎn)生層流效應(yīng)之后，通過(guò)混合器破壞溶 液間的層流效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)混合。根據(jù)混合器的作用形式，微流控芯片混合器分為主動(dòng)混合器和 被動(dòng)混合器。主動(dòng)混合器借助磁力、電場(chǎng)力、聲場(chǎng)等外力產(chǎn)生混合。被動(dòng)混合器單純依靠通 道的幾何形狀或流體特性產(chǎn)生混合效果，不包括可移動(dòng)部件?；煦缁旌掀魇潜粍?dòng)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，破壞溶液間的層流效應(yīng)。一 般來(lái)說(shuō)，被動(dòng)和主動(dòng)混合器通常需要復(fù)雜的微加工過(guò)程和昂貴的加工設(shè)備，例如三維微通 道的加工、通道內(nèi)微結(jié)構(gòu)的加工、微流控芯片與電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)的集成等，從而限制了其應(yīng) 用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種混沌微流控芯片混合器，使用該混合器可避免不同溶液 在混合時(shí)產(chǎn)生層流效應(yīng)。 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是該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設(shè)有微通道，在第二基片 上沿水平方向間隔地至少設(shè)有兩個(gè)豎直的通孔使不同溶液產(chǎn)生垂直交匯，所述通孔與微通 道連通。 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述微通道的深度為10 50微米。 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述微通道的形狀為直線形、折線形或螺旋形。 使用本發(fā)明的微混合器進(jìn)行混合的方法是將不同的溶液分別通過(guò)沿水平方向間
隔開(kāi)的兩個(gè)以上通孔引入微通道中，使所述的不同溶液在微通道內(nèi)垂直交匯，并進(jìn)行混合。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是不同溶液依次沿垂直方向進(jìn)入微通道，
在微通道內(nèi)的混合區(qū)垂直交匯，垂直進(jìn)入的溶液沖擊狹小的微通道(微通道的深度可在
10-100微米)內(nèi)的原有溶液，產(chǎn)生混沌效應(yīng)，從而避免了溶液之間層流效應(yīng)的產(chǎn)生；若微通
道的深度為10-50微米，則可以更好地防止溶液之間層流效應(yīng)的產(chǎn)生。本發(fā)明的混沌混合
器還避免了現(xiàn)有混沌微流控芯片混合器的微通道的底部微結(jié)構(gòu)的加工；本發(fā)明的混沌混合器加工過(guò)程簡(jiǎn)單，混合速度快，無(wú)需使用昂貴的加工設(shè)備，能夠在普通實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成加工制 作。


圖1本發(fā)明混沌微流控芯片混合器的混合原理示意圖；
圖2折線型微通道微流控芯片混合器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3直線型微通道微流控芯片混合器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4高錳酸鉀溶液的吸光度與濃度的線性關(guān)系曲線圖；
圖5六價(jià)鉻溶液的吸光度與濃度的線性關(guān)系曲線圖； 圖中1-第一基片，2-微通道，3-第二基片，4-第一通孔，5-混合區(qū)，6-第二通孔， 7_溶液進(jìn)樣接口 ， 8-石英毛細(xì)管。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 本發(fā)明混合器的混合原理示意圖參見(jiàn)圖1。 如圖2所示，在第一基片1上刻蝕或熱壓長(zhǎng)度為40厘米、寬度為100微米、深度為 10微米的折線型單根微通道2。在第二基片3上沿水平方向間隔地鉆3個(gè)豎直的通孔，將 第一基片1和第二基片3封接在一起，使第二基片3上的兩個(gè)第一通孔4和一個(gè)第二通孔 6與微通道2連通；其中，圖2中的微通道2的出口與第二通孔6交接，使得混合后的溶液 由微通道2再經(jīng)第二通孔6流出微混合器。 不同的溶液在正壓力或負(fù)壓力的驅(qū)動(dòng)下，沿與微通道2垂直的方向分別經(jīng)兩個(gè)第
一通孔4依次進(jìn)入微通道2，在微通道2的混合區(qū)5垂直交匯而產(chǎn)生混沌效應(yīng)，避免了層流
效應(yīng)的產(chǎn)生，使混合在瞬間完成，混合后的溶液經(jīng)第二通孔6流出微混合器。 基片的材質(zhì)可以為玻璃、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。根據(jù)微流控芯片的尺寸大小與所需微通道2的長(zhǎng)度，可以將微通道2的形狀
設(shè)計(jì)成直線、折線或螺旋線型等各種形狀。 實(shí)施例2 如圖3所示，在第一基片1上濕法刻蝕深度為30微米、長(zhǎng)度為3厘米、寬度為200 微米的單根的直線型微通道2 ;在第二基片3上沿水平方向間隔地鉆2個(gè)直徑500微米的 豎直的第一通孔4，兩個(gè)第一通孔4的水平間距為1厘米。將第一基片1和第二基片3高溫 封接在一起，使兩個(gè)第一通孔4均對(duì)準(zhǔn)微通道2，并使兩個(gè)第一通孔4與微通道2連通。在 第一通孔4處粘合溶液進(jìn)樣接口 7，溶液進(jìn)樣接口 7通過(guò)毛細(xì)管與注射泵相連。本實(shí)施例 并未如實(shí)施例1設(shè)置如圖2所示的第二通孔6，而是在微通道2的末端鉆一個(gè)直徑0. 4毫 米、深2毫米的孔并從中插入一根石英毛細(xì)管8，以作為混合溶液出口 ，該石英毛細(xì)管8使用 環(huán)氧膠密封。 一個(gè)注射泵通過(guò)其中一個(gè)第一通孔4向混合器內(nèi)注入濃度為2. 5X 10—4mol/ L的高錳酸鉀溶液，另一個(gè)注射泵通過(guò)另一個(gè)第一通孔4向混合器內(nèi)注入蒸餾水，高錳酸鉀 溶液和蒸餾水在微通道2的混合區(qū)5垂直交匯而產(chǎn)生混沌效應(yīng)，通過(guò)顯微鏡下實(shí)時(shí)觀察混 合過(guò)程可知，混合過(guò)程在瞬間完成。使混合器流出的高錳酸鉀溶液進(jìn)入流通檢測(cè)池，實(shí)時(shí)檢 測(cè)吸光度。連續(xù)改變蒸餾水與高錳酸鉀溶液的流量，使流出的高錳酸鉀溶液理論濃度分別為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，總流量 為30iU/min。高錳酸鉀溶液吸光度與濃度線性關(guān)系曲線如圖4所示，其線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到 0. 997，說(shuō)明該微混合器具有優(yōu)異的混合效果。 根據(jù)微流控芯片的尺寸大小與所需微通道2的長(zhǎng)度，可以將微通道2的形狀設(shè)計(jì)
成直線、折線或螺旋線型等各種形狀。
實(shí)施例3 根據(jù)實(shí)施例2提供一個(gè)在線反應(yīng)的實(shí)例。如圖3所示，采用一個(gè)微通道2的深度 為50微米、長(zhǎng)度為3厘米、寬度為200微米的直線型微通道微混合器， 一個(gè)注射泵向混合器 內(nèi)注入六價(jià)鉻溶液，另一個(gè)注射泵向混合器內(nèi)注入顯色劑二苯碳酰二肼溶液，固定顯色劑 的流量為15yl/min，注入混合器六價(jià)鉻溶液濃度分別為0. 125mg/L、0. 25mg/L、0. 50mg/L、 0. 75mg/L和1. 00mg/L，流量為15 iU/min，混合器流出的溶液進(jìn)入流通檢測(cè)池，實(shí)時(shí)檢測(cè)吸 光度。六價(jià)鉻溶液吸光度與濃度線性關(guān)系曲線如圖5所示，其線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.998。由 圖5可知，本實(shí)例提供的微混合器可以滿足在線反應(yīng)及在線監(jiān)測(cè)的要求，對(duì)于反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng) 的反應(yīng)可以通過(guò)延長(zhǎng)微混合器的微通道2、減小流速或在線加熱等方法延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間。
權(quán)利要求
一種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)的上表面設(shè)有微通道(2)，在第二基片(3)上沿水平方向間隔地至少設(shè)有兩個(gè)豎直的通孔(4)，所述通孔(4)與微通道(2)連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種混沌微流控芯片混合器，其特征是所述微通道(2)的 深度為10 50微米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種混沌微流控芯片混合器，其特征是所述微通道(2)的 形狀為直線形、折線形或螺旋形。
4. 一種使用權(quán)利要求1的微混合器進(jìn)行混合的方法，其特征是將不同的溶液分別通過(guò)沿水平方向間隔開(kāi)的兩個(gè)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)內(nèi)垂直交匯，并進(jìn)行混合。
全文摘要
一種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設(shè)有微通道，在第二基片上沿水平方向間隔地至少設(shè)有兩個(gè)豎直的通孔，所述通孔與微通道連通。溶液經(jīng)通孔，沿與微通道垂直的方向依次進(jìn)入微通道，使不同溶液在微通道的混合區(qū)垂直交匯，產(chǎn)生混沌效應(yīng)，避免了溶液之間層流效應(yīng)的產(chǎn)生，瞬間完成不同溶液間的混合，促進(jìn)其快速完成反應(yīng)。本發(fā)明制備的微流控芯片混合器工藝簡(jiǎn)單，不需要昂貴的加工設(shè)備，可以廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的分析檢測(cè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B01J19/00GK101708439SQ20091015412
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者張磊, 王攀, 穆金霞 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)