C-S型超快微混合器的理论与应用研究

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微型化、集成化和智能化,是化学分析设备发展的一个重要趋势。随着微流控技术的发展,微流控芯片的广泛使用使得这一趋势得到了很好地实现。反应物之间的混合是启动相关反应的必经过程。在微流控芯片内,由于微流体的特殊性质,溶液之间的混合往往需要借助微混合器来完成。针对不同的应用领域,微混合器的混合时间有所区别。应用于蛋白质折叠、酶反应动力学等研究的超快微混合器需要在微秒级时间尺度内完成对溶液的混合,从而观察到反应的早期过程。现有的微秒级超快混沌流型微混合器通常工作于较高雷诺数(>100)下,因而其样品消耗量有待降低。基于迪恩涡流原理,本文提出了一种可工作于低雷诺数下的C-S型超快微混合器,样品消耗量极小。数值仿真结果表明,该微混合器可以剧烈地对流体进行翻折、拉伸,使得流体之间的接触面积增大,从而改善混合效果。实验结果表明,该微混合器可在雷诺数为33.358.3的范围内对稀溶液保持大于85%的混合效率,混合时间为75.5μs132μs,样品消耗量仅为0.17μl s-10.29μl s-1,是当前样品消耗量最小的混沌流型微秒级微混合器。进一步的高粘度溶液实验表明,C-S型微混合器具有粘度适应性。化学发光分析法具备检测装置简易、灵敏度高等特点,已被广泛地用于医疗诊断、食品安全检测、环境监测等领域。检测装置的微型化趋势使得微流控芯片有望成为化学发光分析法的一个新平台。作为微流控芯片的重要部件,微混合器对于化学发光所产生的影响需要被重点研究。目前,将混合时间极短的超快微混合器用于化学发光分析法的研究鲜有报道。故本文选择鲁米诺—N-溴代琥珀酰亚胺这一发光信号强度衰减极为迅速的化学发光体系,对C-S型微混合器在化学发光中的应用进行了初步探究,最后讨论了将该微混合器应用于化学发光法实际应用时所要面临的问题。
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