基于微流控芯片的微混合技术研究

摘要

本文结合近年来国内外研究现状,介绍了微尺度下流体混合的特点和难点、促进微流体混合的常用方法,以及微混合、反应器的应用前景。基于前人研究结果,提出了一种设计和制作结构简单、混合效率高的被动式微混合器的方法。文章在设计微混合器时,采用计算机模拟与实验测试相结合的方法,首先使用流体力学软件FLUENT对设计微混合器进行模拟,然后以制作的玻璃-聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合芯片为模型进行实验表征以修正模拟结果,最后以模拟和实验结果为基础建立高效被动式微混合器模型。
　　 (1)使用FLUENT对设计结构参数,包括入口通道角度、宽度、混合单元形状进行模拟,表征结构参数对微流体混合的影响;
　　 (2)制作玻璃-PDMS混合芯片,使用10mmol/L甲基蓝水溶液和去离子水作为两股进样流体,使用显微镜对混合情况进行拍照,采用MATLAB软件对所得照片进行像素分析,定量表征芯片的混合性能;
　　 (3)将实验结果与模拟结果相对比,分析偏差产生原因,调整参数建立芯片的数学模型,指导微混合器的设计;
　　 (4)选择180°入口角度,200μm通道宽度,69°挡板型微混合单元组成微混合芯片,讨论微混合单元的周期对混合效果的影响,设计并制作周期为28的微混合器,此时混合性能接近80％。