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是層狀的而不是湍流的，這對應(yīng)于小的雷諾數(shù)值。因此，在這種層流中，兩種液體之間不會發(fā)生傳統(tǒng)的湍流混合。而且可控且快速的混合對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間。這兩個概念屬于所謂的“被動”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/或接觸時間。根據(jù)被動微混合器的類型，混合時間可能會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)了被動混合的最簡單方法之一。它們由兩個入口和一個出口組成。在T形微混合器的情況下，兩個帶有兩個混合樣品的進(jìn)口微通道彼此垂直流動（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（減慢流速會降低混合速度，相反，在高流速下，混合時間會減少）。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，這會產(chǎn)生額外的擾動（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從兩個分開的入口進(jìn)入。在公共通道（3）中流動時發(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間（4）。

使用層壓的微流體混合

被動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)建多個細(xì)平行通道。兩個（或更多）流體流被分流，然后再次聚集成多個小流（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。對于每個補(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（藍(lán)色和紅色）被分成較小的流動，然后再分成更細(xì)的流動。通過微通道之間的多個小瓶發(fā)生擴(kuò)散。（3,5）

流動聚焦微流體混合

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聚焦進(jìn)行混合。流動聚焦微流體混合器的基本方案由三個微通道和一個中心出口通道組成（圖4a）。來自三個入口的樣品在中央通道中平行流動。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，混合時間越短。為了控制這樣的系統(tǒng)，需要對每個流程進(jìn)行獨(dú)立控制。為此，可以使用具有多個壓力出口的流量控制系統(tǒng)。

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

主動微流控微混合器

另一個重要的混合類被稱為“主動”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”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，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，涉及的外力可能會影響研究樣本。例如，超聲波的使用會引起不可忽略的樣品加熱，這會導(dǎo)致混合樣品之間不希望的或沉淀的反應(yīng)。在空間上，使用對外部擾動和溫度變化敏感的生物樣品是非常準(zhǔn)確的。至于“被動”混合，混合時間和有效混合區(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方法與被動方法相結(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和停止流動。同樣，混合流體流速的突然變化可用于有效的混合。格拉斯哥的一個小組注意到的重要一點(diǎn)是，如果兩個流量都隨著180°相移而變化并且彼此垂直（2,3），則混合效率會提高。

電動有源微混合器

在電動主動混合的情況下，流體混合由電場波動激活。由電場值波動引起的電動不穩(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：電動有源微混合器的示意模型

超聲主動微流體混合

超聲波的傳播引起樣品流體的攪動。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)動側(cè)壁捕獲微泡的微流體混合器的示意圖