Tips:汶顥微反應(yīng)器產(chǎn)品包括：玻璃/不銹鋼反應(yīng)器、微混合器、微換熱器、微反應(yīng)夾具等。

為什么我們需要混合微流體？

微流控裝置的積極發(fā)展和改進(jìn)使得在生物醫(yī)學(xué)診斷學(xué)研究，小型化微流控和納流控生物傳感器的開發(fā)，DNA分析，化學(xué)合成 和基因組學(xué)研究等方面取得重大進(jìn)展。微流體系統(tǒng)中的通道尺寸以微米和納米流體他們下降到納米。這可以明顯降低表面體積比，從而減少樣品/試劑消耗并獲得緊湊型器件。

然而，在這種小型化通道中的樣品流動(dòng)是層狀的而不是湍流的，這對(duì)應(yīng)于小的雷諾數(shù)值。因此，在這種層流中，兩種液體之間不會(huì)發(fā)生傳統(tǒng)的湍流混合。而且可控且快速的混合對(duì)于通常用于涉及許多試劑和樣品的分析的微流體和芯片實(shí)驗(yàn)室裝置的后續(xù)實(shí)際開發(fā)至關(guān)重要。這就是為什么不同的混合技術(shù)被各個(gè)研究小組開發(fā)和研究的原因。

微流體裝置中的無源微混合器

在層流中，混合只能通過分子擴(kuò)散進(jìn)行。自然地，增加液體之間混合的一種方法是增強(qiáng)樣品之間的擴(kuò)散效應(yīng)。為此，樣品可以流過微流控芯片中包含的各種孔，或者樣品可以在多個(gè)較小的通道之間分離。

另一種方法是增加混合試劑之間的接觸面積以及接觸時(shí)間。這兩個(gè)概念屬于所謂的“被動(dòng)”微流體混合，因?yàn)樵诨旌线^程中不涉及活性元素。在這種情況下，通道幾何形狀的設(shè)計(jì)方式能夠增加混合過程中涉及的試劑之間的接觸面積和/或接觸時(shí)間。根據(jù)被動(dòng)微混合器的類型，混合時(shí)間可能會(huì)從幾十毫秒到幾百毫秒不等。

T和Y型微混合器

使用T形或Y形微通道實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)混合的最簡單方法之一。它們由兩個(gè)入口和一個(gè)出口組成。在T形微混合器的情況下，兩個(gè)帶有兩個(gè)混合樣品的進(jìn)口微通道彼此垂直流動(dòng)（圖2.a），而在T形微混合器的情況下，它們以特定角度放置。傳統(tǒng)上，混合出現(xiàn)在兩種流體之間的接觸面上，并且強(qiáng)烈依賴于在界面處發(fā)生的擴(kuò)散過程。這就是為什么這種類型的混合器，混合時(shí)間相當(dāng)長。但是，它可以通過改變流體的流量值來控制（減慢流速會(huì)降低混合速度，相反，在高流速下，混合時(shí)間會(huì)減少）。通過在混合通道中添加一些障礙和障礙物可以增加混合效率，這會(huì)產(chǎn)生額外的擾動(dòng)（圖2.b）。

圖2：（a）T形微流體無源混合器的示例。流體1和流體2從兩個(gè)分開的入口進(jìn)入。在公共通道（3）中流動(dòng)時(shí)發(fā)生混合。（b）在混合通道中引入凹槽可提高混合效率并減少混合時(shí)間（4）。

使用層壓的微流體混合

被動(dòng)混合的另一種方法是層壓法。它需要在微流體芯片內(nèi)創(chuàng)建多個(gè)細(xì)平行通道。兩個(gè)（或更多）流體流被分流，然后再次聚集成多個(gè)小流（圖3）。這可以增加流量之間的接觸面積。涉及的渠道越多，混合越快。對(duì)于每個(gè)補(bǔ)充的n分流毛細(xì)管，混合速度比n ^ 2快。

圖3：棋盤微混合器的示意圖：兩種流動(dòng)（藍(lán)色和紅色）被分成較小的流動(dòng)，然后再分成更細(xì)的流動(dòng)。通過微通道之間的多個(gè)小瓶發(fā)生擴(kuò)散。（3,5）

流動(dòng)聚焦微流體混合

混合效率的重要參數(shù)之一是混合路徑。它越短，混合器器就越緊湊。因此，將更容易整合到微流控芯片的總體方案中。能夠減少混合通道的一種方法是通過流動(dòng)聚焦進(jìn)行混合。流動(dòng)聚焦微流體混合器的基本方案由三個(gè)微通道和一個(gè)中心出口通道組成（圖4a）。來自三個(gè)入口的樣品在中央通道中平行流動(dòng)。因此，來自中間入口（聚焦流）的流體被來自側(cè)通道（鞘流）的流體包圍。然后，通過調(diào)節(jié)流量來控制中心流的寬度的鞘流。因此，中心流參數(shù)取決于內(nèi)部和外部流量之間的流量比（圖4b）。流量差異越顯著，聚焦流越薄，混合時(shí)間越短。為了控制這樣的系統(tǒng)，需要對(duì)每個(gè)流程進(jìn)行獨(dú)立控制。為此，可以使用具有多個(gè)壓力出口的流量控制系統(tǒng)。

圖4：（a）流體動(dòng)力聚焦混合器示意圖。（b）實(shí)例ab顯示側(cè)流流量對(duì)中心流（3,6）寬度的影響。

主動(dòng)微流控微混合器

另一個(gè)重要的混合類被稱為“主動(dòng)”混合。在這種情況下，混合效率通過施加到樣品上的外力而增加。為了獲得有效的混合方案，應(yīng)該將一些特定的機(jī)械傳感器結(jié)合到微流體芯片中。為了實(shí)現(xiàn)“主動(dòng)”流體混合并影響混合過程，可能涉及不同的物理現(xiàn)象：聲波，壓力擾動(dòng)，磁場，熱法。例如，混合區(qū)域中聲波的產(chǎn)生增加了樣品之間的混合。然而，涉及的外力可能會(huì)影響研究樣本。例如，超聲波的使用會(huì)引起不可忽略的樣品加熱，這會(huì)導(dǎo)致混合樣品之間不希望的或沉淀的反應(yīng)。在空間上，使用對(duì)外部擾動(dòng)和溫度變化敏感的生物樣品是非常準(zhǔn)確的。至于“被動(dòng)”混合，混合時(shí)間和有效混合區(qū)長度取決于活性微混合器的類型。然而，混合效率可以通過將主動(dòng)方法與被動(dòng)方法相結(jié)合來創(chuàng)建復(fù)雜的通道幾何形狀。

混合使用壓力場干擾

一種在層流中產(chǎn)生局部不規(guī)則性的方法是操縱通道內(nèi)的壓力場分布。例如，它可以通過在微芯片內(nèi)部集成微型泵來完成，該微型泵可以交替地推動(dòng)和停止流動(dòng)。同樣，混合流體流速的突然變化可用于有效的混合。格拉斯哥的一個(gè)小組注意到的重要一點(diǎn)是，如果兩個(gè)流量都隨著180°相移而變化并且彼此垂直（2,3），則混合效率會(huì)提高。

電動(dòng)有源微混合器

在電動(dòng)主動(dòng)混合的情況下，流體混合由電場波動(dòng)激活。由電場值波動(dòng)引起的電動(dòng)不穩(wěn)定性引起混合樣品在其界面處的局部擠壓和拉伸。盡管如此，這種方法需要具有不同電導(dǎo)率的流體。

圖5：電動(dòng)有源微混合器的示意模型

超聲主動(dòng)微流體混合

超聲波的傳播引起樣品流體的攪動(dòng)。為此，壓電陶瓷換能器被集成到微流體芯片中。產(chǎn)生的聲波在垂直于流動(dòng)方向的方向上引起流體混合。為了提高混合效率，可以增加暴露于聲波的表面，例如通過在混合區(qū)（3）中引入小氣泡。

圖6：基于聲驅(qū)動(dòng)側(cè)壁捕獲微泡的微流體混合器的示意圖