振荡流-微涡复合式微型混合器性能研究(2)

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微流体混合是微流控技术领域的一个重要问题。在生物、化学、材料等科学实验中，对流体的混合操作必不可少，如DNA的特殊制备、液相色谱、电泳检测等都是在液态环境下进行的。有时由于混合原料的数量、性质等限制，宏观状态下的操作难以完成，必须考虑微型化的流体混合。

我们知道表征流体流动情况的重要指标是雷诺数（Reynolds number）。Re=ρvd/μ，其中v、ρ、μ分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度。例如流体流过圆形管道，则d为管道的当量直径。利用雷诺数可区分流体的流动是层流或湍流，也可用来确定物体在流体中流动所受到的阻力。

因此流体混合的微型化并非仅仅进行几何缩小。当d极小时，雷诺数较小，流体的流动通常为层流，其混合基本依靠于缓慢的扩散过程。尺度缩小引起的微尺度效应使影响流体运动的各种作用力发生了变化，在宏观流动中居于次要地位而常被忽略的表面作用力在许多情况下成为了影响混合效率的重要因素。这就表示一般的宏观流体混合技术在微流体混合中很可能不再适用。此外，微通道较大的比表面积使得微流体表现出与一般宏观流体不同的性质，如水、酒精等在微通道中表现出完全不同的流体性质，极大的比表面积值还导致了电黏性效应、双电层效应、表面张力效应等。

实现微尺度下分子级的流体混合，广泛地应用于生物分析、化学检测等领域。系统的微型化，通道长度和孔径减小到微米级，给液流的均匀混合增加了难度。对于微系统中的混合反应体系，当混合速度小于反应速度时，混合时间成为决定反应的完成时问的决定因素，成为限制反应时间以至整个系统分析时间的瓶颈，这一点对芯片分离系统中的柱前和柱后衍生化反应尤为重要。因此在微尺度下如何实现流体的快速高效混合，是目前重要研究课题之一。

微混合器与微泵一样，是微流控系统中实现各种微流体操作的基本单元。作为后续操作的前置部分，微混合器主要的用途就是充分的混合各种反应试剂。相对于一般的宏观混合器，微流混合器具有的有点有许多，例如混合时间较短，混合体积量小，混合精确程度高，更加容易定量分析等，因此这必将发展为一种强力的技术手段而广泛应用于各个基于流体混合的分析领域，例如药物合成，物质检测，DNA检测，蛋白质折叠等。而研究作为一种发展中的方法，微混合器技术日益成为微流控领域的研究重点，并且，对于微流混合器的研究有助于我们加深关于微尺度下物质输送现象的理解[4]。