微混合器是一种能够实现试样快速混合和快速分析等功能的微器件,处于微流控芯片各功能模块的前段,是目前研究人员所关注的重点之一。由于混合器中的流体是在微尺度下实现的混合,层流扩散是其混合的主要形式,因此微流体的混合十分困难。常用的微混合器类型有主动式和被动式两种,其中的被动式混合方法不需要额外的设备,也不需要专业化的操作去控制其混合过程,在应用领域具有极大的优势。然而,被动式混合器的结构往往是复杂的和多样的,目前尚没有一种可供使用的设计方法,研究人员很难在既定的混合目标下选择合适的几何机构,设计过程过于依赖经验,这也成为限制被动式混合器应用的主要瓶颈。本文针对被动式微混合器的设计问题,提出了将混合过程划分为沿程混合和局部混合两个部分并分别加以计算的方法,通过数值计算分析了沿程混合和局部混合的发展过程,研究了它们的影响因素,制作了不同材料的微混合器芯片,实验标定了沿程混合系数和局部混合系数,并在此基础上提出了被动式微混合器设计方法,该方法具有快速性和准确性等优点,极大的简化了微混合器设计过程。本文主要内容如下:1)构建了层流扩散方程和纳维-斯托克斯耦合方程组,用以分析和模拟混合过程;针对沿程混合设计了直流道,分析了流道宽度、入口宽度比、扩散系数和流动速度对沿程混合的影响;针对局部混合设计了折角转弯、圆角转弯、Y型入口和截面突变四种局部结构,分析了流动参数和几何参数对局部混合的影响。结果表明:沿程混合效率与入口宽度比和扩散系数成正比关系,而与流动速度和流道宽度成反比,并依此给出了沿程混合效率计算公式;四种局部结构的局部混合效率与流动速度均成正比关系,且受各自的几何参数所影响,进而提出了这四种结构的局部混合效率计算方法。为了将局部混合效率计算与沿程混合效率计算统一起来,提出将局部混合效率转化为等效的沿程混合长度,并给出了适用于被动式微混合器的综合计算公式。2)针对玻璃芯片难以键合的问题,提出了一种玻璃-聚氨酯芯片的制作方法:首先,利用光刻、显影、腐蚀等微加工方法在玻璃表面上刻蚀出微通道;然后,通过实验分析了不同配比下的聚氨酯材料的特性,找到了A胶和B胶的最佳配比,并以此制作出了用于封装玻璃芯片的聚氨酯胶片。采用机械加工的方法制作了PMMA材料的基片,并设计了恒压机构用于芯片的热键合。以PDMS作为芯片材料,采用模塑法制作了含有微流道的基片,并通过等离子体氧化基片和盖片的表面,实现了永久键合。3)利用所制作的微混合器芯片,通过实验分析了影响混合效率的几何参数和流动参数,标定了沿程混合系数、折角转弯局部混合系数、圆角转弯局部混合系数、Y型入口局部混合系数和截面突变局部混合系数。4)基于沿程混合和局部混合的计算公式,提出了被动式微混合器的快速设计方法。在给定的混合目标下,设计了能够达到相同混合效果的两种混合器(分别为折角转弯混合器和圆角转弯混合器)。针对医学临床上凝血酶原时间的测定,采用本文方法设计制作了微流控芯片,并搭建了检测平台。实验结果表明:这种被动式微混合器设计方法是可行和高效的,对被动式微混合器在应用领域的发展具有重要意义。