技术领域
[0001] 本
发明涉及一种混合装置，尤其涉及一种微流控混合器，是模拟小肠运动模式的仿生学微流控混合器,可作为检测芯片用于自动完成分析全过程。
背景技术
[0002] 微流控芯片技术（Microfluidic Chip）是一项把
生物、化学和医学分析过程的样品制备、反应、分离和检测等基本操作单元集成到一
块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程的技术。Manz和Widmer等人以微流控芯片为核心发明了一种高效快速的分离分析过程——微全分析系统（Micro Total Analysis Systems，μTAS）（Sensors and Actuators,B1990，1，244-248）
[0003] 针对临床检验、新药合成与筛选、生物医学中人类基因与
疾病关系的研究中，待测样品具有干扰成分多、含量低等特性，微流控芯片分析系统能显著提高样品的分析效率和灵敏度，并降低对检测器的要求。此外，微流控芯片技术还被应用于对细胞培养的研究和分析当中。中国发明
专利申请200810104603.0公开了一种微流细胞培养阵列及其应用，该阵列包括一个或多个微流细胞培养阵列单元，微流细胞培养阵列单元包括主
沟道以及若干个与主沟道相连通的细胞培养单元，每个培养单元包含一扩散沟道和细胞培养室，细胞培养室通过扩散沟道与主沟道相连通。阵列不仅能够实现单细胞分离培养，而且在更换培养液或其它
试剂的时候细胞始终处于零流速状态，为细胞的培养和观测特别是非贴壁细胞的培养和观测带来了便利。
[0004] 微流控芯片的基本特征和最大优势是多种单元技术在微小可控平台上的灵活组合和规模集成，这可能会对人类未来的生活方式和生存
质量产生深远影响。微流控芯片中
流体的操控尺度在微米量级，介于宏观尺度和纳米尺度之间，这种尺度下流体运动显示出二重性。一方面，微米尺度仍然远大于通常意义上分子的
平均自由程，因此，对于其中的流体而言，连续介质定理成立，连续性方程可用，
电渗和
电泳淌度与尺寸无关。另一方面，相对于宏观尺度，微米尺度上的惯性
力影响减小，黏性力影响增大，
雷诺数变小，
层流特点明显，传质过程从以
对流为主转为以扩散为主，并且面体比增加，黏性力、表面
张力及换热等表面作用增强，边缘效应增大，三维效应不可忽略。
[0005] 与此同时，微米尺度和纳米尺度又有很多重要的区别，在纳米尺度下，物体的尺寸和分子平均自由程相近，因此电泳淌度变得和横截面尺寸有关，偶电层电荷重叠，电渗减少，进而影响到给予流体的动量，此外，空间的压缩会改变大分子的形状，大分子的淌度也将受到非平面流速矢量场的影响，最终导致对流体的控制相对困难。在微观尺度下，宏观尺度下的
湍流难以发生，取而代之的是缓慢的扩散过程。
[0006] 如何在微观尺度下实现液体的高效混合是很多微流控领域的科研工作者关注的目标之一。为了实现微流体在最短时间内的高效混匀，人们设计了多种微混合器。概括来讲，主要分为主动式和被动式两大类。主动式主要借助微流控芯片之外的力量如压力、
温度、
电动力学、
磁场、
超声波等来增大不同液流间的
接触面积以提高混合效果，这类混合器常常集成有复杂的功能单元；而被动式混合器则主要靠设计如“Y”形、“S”形、螺旋形、鱼骨形、多层交叠结构等各式各样的几何图形来提高混合效率，简单几何图案的被动式微混合器往往需要相当长的混合时间才能实现满意的混合效果，而复杂几何图案的被动式微混合器虽然缩短了混合时间，却明显加大了微流控芯片的加工制备复杂度，使得成品率大为降低。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种微流控混合器，是模拟小肠运动模式的仿生学微流控混合器，以简单的结构设计实现液体的混合效率的提高。
[0008] 本发明提供的一种微流控混合器，包括
[0009] 第一容腔，包括第一入口和第一出口，且具有使液体以直线行径自第一入口进入再由第一出口流出的第一通道，以及第一底面。
[0010] 第二容腔，包括第二入口、第二出口和第二底面。
[0011] 为实现混合效率的提高，本发明的微流控混合器，其第二底面的纵向尺度应大于第一底面的纵向尺度。优先选择的，第一容腔的深宽比（H∶W）≥2，第二容腔的宽深比（W∶H）≥2。
[0012] 若干第一容腔和若干第二容腔交替设置，使第一容腔的第一出口与相邻的第二容腔的第二入口连接，第二容腔的第二出口与相邻的另一个第一容腔的第一入口连接。
[0013] 本发明提供的另一种微流控混合器，由若干混合单元连接而成。各个混合单元包括
[0014] 第一容腔，包括第一入口和第一出口，且具有使液体以直线行径自第一入口进入再由第一出口流出的第一通道，以及第一底面。
[0015] 第二容腔，包括第二入口、第二出口和第二底面，且第二入口与第一出口连接。
[0016] 一混合单元以其所含的第二容腔与相邻的另一个混合单元所含的第一容腔连接。具体的，一混合单元以其所含的第二容腔的第二出口与另一个混合单元所含的第一容腔的第一入口连接。
[0017] 优先选择的，本发明的第二容腔还具有使液体以直线行径自第二入口进入再由第二出口流出的第二通道。
[0018] 对于本发明所称的第一通道的理解并非仅限于是物理上的，具有边界的实体，而仅将第一入口和第一出口成一直线，即可认为其已具有第一通道。
[0019] 对于本发明所称的第二通道的理解并非仅限于是物理上的，具有边界的实体，而仅将第二入口和第二出口成一直线，即可认为其已具有第二通道。
[0020] 本发明所称的连接，优先选择直接连接。如：在连接第二入口与第一出口时，基本上无需借助其它物理上的连接机构。
[0021] 本发明的术语“一”或“一个”应理解为一个或多于一个。
[0022] 本发明的术语“另一”或“另一个”应理解为第二个或更多。
[0023] 本发明提供的各种微流控混合器，当其第一容腔比第二容腔均高出50μm，能进一步获得更好的混合均一度。
[0024] 本发明的一种第一容腔的实施方式，其为立方体，具有2000μm长和20μm宽的第一底面，以及深60μm的腔体。
[0025] 本发明的一种第二容腔的实施方式，其为圆柱形，具有直径1000μm的圆形第二底面，以及深10μm的腔体。
[0026] 本发明提供的各种微流控混合器，其载体优先选择玻璃片，其上选择疏
水性材质，如：聚二甲基
硅氧烷（poly-dimethylsiloxane，PDMS）制成主体。
[0027] 本发明技术方案实现的有益效果：
[0028] 本发明提供的微流控混合器，尤其是将高深宽比的直通道单元与高宽深比的圆形池单元交替重复连通形成模仿小肠混合食糜的运动模式的微流控混合器。其结构简单、加工方便、混合效率高且反应时间短，适合于微流控芯片用于化学或生物医学的微量液体高效混合。
附图说明
[0029] 图1为本发明微流控混合器芯片一
实施例的结构示意图；
[0030] 图2为本发明微流控混合器一实施例的结构示意图；
[0032] 图4为实施例中两种色素的混合效率结果图。
具体实施方式
[0033] 以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行
修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的
权利要求范围中。
[0034] 图2为本发明微流控混合器另一实施例的结构示意图，图3为图2另一角度的结构示意图。如图2和图3所示，微流控混合器包括第一容腔100和第二容腔200。第一容腔100设有第一入口（未示出）和第一出口（未示出），且具有使液体以直线行径自第一入口进入再由第一出口流出的第一通道（未示出），以及第一底面110。第二容腔200包括第二入口（未示出）、第二出口（未示出）和第二底面210，且第二入口与第一出口连接。
[0035] 若干第一容腔和若干第二容腔相交替设置，使第一容腔的出口与相邻的第二容腔的入口连接，第二容腔的出口与相邻的另一个第一容腔的入口连接。
[0036] 第二底面的纵向尺度应大于第一底面的纵向尺度。如图1，即以常规的X、Y和Z三维立体坐标的视角，第一底面和第二底面的纵向尺度即为Z轴所表征的数值（参见图2）。
[0037] 本实施例中，第一容腔为立方体，具有2000μm长L和20μm宽W1的第一底面，以及60μm深H1的腔体，其深宽比（H1:W1）≥2。第二容腔为圆柱形，具有1000μm直径W2的圆形第二底面，以及10μm深H2的腔体，其宽深比（W2:H2）≥2。
[0038] 本实施例的微流控混合器以PDMS作为材料制取。首先选用1mm厚的洁净玻璃板作为衬底，在其表面溅射一层100nm厚的Cr/Cu
种子层，随后甩上一层10μm厚的正胶，然后曝光去胶；接着电
镀一层10μm厚的镍层，再次曝光去胶；然后再甩上一层60μm厚的正胶，接着再
电镀一层50μm厚的镍层，曝光去胶，之后浇筑PDMS预聚物，70℃
烘烤3h后，将PDMS层剥离并打孔（注射样品的加样孔和出样孔）制成。最后，PDMS层与经过用氧等离子处理过的
载玻片键合封装成微流控混合器芯片。图1为制成的微流控混合器芯片的结构示意图，如图1所示PDMS材质的微流控混合器5置于载玻片4上，其上一端设有第一加样口1和第二加样口2，另一端设置出样口3。
[0039] 使用120g·L-1食用亮蓝溶液与35g·L-1的食用柠檬黄溶液做混合试验。在两种-1溶液在同时高达80μL·min 的流速下，使用
数码相机采集它们的实时混合情况，然后对采集到的图片进行边界提取处理，并计算每个圆形腔体区域（第二容腔，腔体区域的底面积比较大，更适合做比较精确的数据计算）的混合效率。对连续9个圆形腔体区域的
数据处理表明，它们的混合效率依次为：16.1%、32.06%、42.99%、57.46%、60.14%、72.08%、74.41%、
90.55%、93.44%，而且从随着混合腔体数量的增加，混合效率也逐渐提高，并且两者之间呈现出一种正相关的线性关系（参见图3）。
