基于微流控理論的微混合器傳輸過程的數(shù)值研究.pdf

1、微混合器是指結(jié)構(gòu)尺寸在10-300微米范圍內(nèi)的微器件，一般用來實現(xiàn)樣品的預(yù)混合、進樣、處理等微過程，其混合能力決定整個微芯片性能的優(yōu)劣。冷凍電子顯微鏡的一個典型應(yīng)用是微混合進樣。為了觀察更小、更完整的分子級結(jié)構(gòu)，需要在毫秒級甚至是微秒級的時間維度內(nèi)，實現(xiàn)單個分子級的均勻無序冰態(tài)分布。因此，如何在微混合器內(nèi)實現(xiàn)快速、高效、穩(wěn)定的混合是混合微芯片未來的研究方向之一。
　　本文對微混合器的當前發(fā)展進行了系統(tǒng)的分析，研究了微尺度下流體流動

2、與混合的相關(guān)機理，基于連續(xù)性理論、對流擴散和動電效應(yīng)等傳輸理論，分別建立了壓力驅(qū)動與電滲驅(qū)動的微混合過程數(shù)學(xué)模型。
　　建立了蝴蝶型分合式微混合器的物理模型，并通過流場分析軟件對其傳輸過程進行系統(tǒng)的分析，通過對比得出40μm為該混合器的最佳深度。通過分析不同Re數(shù)下微混合器的混合度可以得出，蝴蝶型微混合器的主要混合手段是對流而非擴散。隨著流量的增大，微混合器的混合度不斷提高，混合時間逐漸減少，并且混合時間在1μL/s時是6μL/s

3、的4倍左右，但混合時間減少的速度要低于流量增加的速度。
　　建立了魚骨型微混合器的物理模型，對不同驅(qū)動方式、不同流量、不同Re、不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)和不同混合部位的流場分布、濃度變化和混合度進行數(shù)值模擬和對比分析，最后通過玻璃微混合芯片的熒光觀測實驗進行了數(shù)據(jù)比對。結(jié)果表明，在壓力驅(qū)動和電滲驅(qū)動的條件下，魚骨結(jié)構(gòu)使得混合效率出現(xiàn)較大提升，通過計算得到了不同流量、不同混合單元的混沌增強效果圖，與實驗結(jié)果相符;同時，在相同流量的條件下，電滲驅(qū)