【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微纳制造，具体公开了一种粒子高效混合和悬浮均匀注射装置和方法。
技术介绍
1、粒子的高效混合和悬浮均匀注射是一项关键的技术，其中，基于微流控技术的微结构混合装置是一种具有前途的混合方法。然而，由于微流控装置被迫依赖于缓慢的扩散-混合过程，微流控系统在混合方面面临挑战。在微流控系统中实现充分混合的困难在于可以用低雷诺数解释的层流流动。微流的特征长度(l)一般在100μm量级，特征长度取渠道的水力直径，定义为4a/pw，其中a为断面面积，pw为渠道在该断面上的湿周。微流控系统中常见的低l值意味着高比表面积与体积比，从而在这些器件内产生强化的传热和传质。然而，这种小的水力直径，再加上由于极高的背压而导致的典型的小(～1mms-1)流速(v)和大约10-6m2s-1的典型运动粘度(υ)，导致微通道中的流动的雷诺数(re)非常小(～0.1)。因此，微流控系统中的流动几乎总是层流的(包括微流控芯片和连接微流控芯片与供给液体装置的细软管)。较低的雷诺数意味着粘性力在流动中占主导地位，抑制了可能有助于流体混合的任何流动不规则性。由于微流控系统中流动的雷诺数很小，他们无法利用宏观系统中的湍流混合的优势。因此，微流控系统必须完全依赖扩散混合，这是一个固有的较慢的过程，需要较长的通道才能实现充分的混合。其次，微流控系统在悬浮颗粒的过程中也面临一系列挑战。首先，颗粒的尺寸控制和均一性是一个重要的考虑因素，因为微小尺寸颗粒的制备难度大，尺寸不均会影响实验的准确性；颗粒沉积和微通道堵塞也会导致实验不稳定。此外，微流控系统中的颗粒受到微观尺度的
2、目前，针对混合的难点，微混合器已经提出了各种不同的技术与解决方案，按照它们依靠流动能量或提供其他外部能量来实现混合，其主要可以分为被动混合装置和主动混合装置。被动混合通过改变流体通道的结构或配置来实现，这种类型的混合在制造期间被并入系统中，并且不由用户外部控制。被动混合的主要优点是混合器内没有移动部件，从而更容易制造和操作。但是，混合程度由设备配置确定，并且只能由用户在制造后通过施加的流速进行调整。这导致很难从给定的器件获得最佳混合，并且也不允许用户在制造器件后根据需要关闭混合增强。主动混合器可以根据用户需要激活，并且可以使用压力梯度、流体上的电压或集成的混合元件(如搅拌棒)来执行可控混合。它们通常通过机械、磁力、电学或声学的方式搅拌流体来增强混合。虽然主动混合器在增强混合方面很有用，特别是对于室内混合，但由于可移动部件，它们往往比被动混合器更难制造，而且通常需要外部电源。对于悬浮的挑战，一般采用表面改性，超声波清洗，增加流体剪切力和外部场调控的方法进行改善。这些方法的综合应用有助于提高微流控系统的稳定性和可靠性，实现对颗粒的精确操控。但是上述多种技术涉及到对微通道、对颗粒、对微结构几何和对外部场等的处理，增加了微流控的实验成本和难度。并且对于不同颗粒尺寸和性质的系统，处理方式需要进行随实验条件进行更改，因此上述的粒子混合与悬浮技术仍然存在改进的空间，以提高效率、均匀性和适用性。想要在微流控系统中同时实现粒子高效混合和悬浮均匀，既往的方法均无法完全解决。
3、基于上述分析，一种能有效防止微通道中颗粒沉积和堵塞，同时解决颗粒扩散和混合不均匀的装置与方法是目前行业内急需的。
技术实现思路
1、鉴于上述不足，本专利技术为了解决如下技术问题，包括：
2、1)复杂和不易操作性：多种现有的流体混合和悬浮技术，涉及到对微通道、对颗粒、对微结构几何和对外部场等的处理，远离复杂，设计难度大，增加了微流控的实验成本和难度。
3、2)具有单一性：一些现有装置虽然可以实现悬浮，但难以确保颗粒在液体中均匀分布。在微流控系统中无法同时实现高效混合和悬浮均匀，导致微流控系统的功能有限。
4、3)复杂的微流道设计和控制算法：现有的液体微泵系统需要复杂的微流道设计和控制算法，增加了系统的复杂性和成本。
5、因此，提出了一种简单有效的方法，即：使用可产生周期性矩形压力驱动的精密压力泵结合注射装置(弯针头)进行粒子的高效混合和悬浮注射。该装置的原理简单，微流控系统简单，实验难度低，即可实现粒子的高效混合和悬浮均匀注射。
6、本专利技术是通过如下技术手段实现的：
7、一种粒子高效混合和悬浮均匀注射装置，包括：
8、依次连接的精密压力泵(1)、通气管(3)、试管(4)、细软管(6)、弯针头(7)和微流控装置(9)。
9、进一步地，所述精密压力泵(1)包括至少一个用于输出气压的气压输出接头。
10、进一步地，所述输出气压的输出方式包括但不限于：周期性矩形压力。
11、进一步地，所述气压输出接头为luer接口(2)。
12、进一步地，所述试管(4)中包括液体和固体微粒(5)，所述试管包括试管进口和试管出口，所述精密压力泵(1)通过通气管(3)与试管(4)入口连接。
13、进一步地，所述试管(4)中的内容物包括但不限于：液体和固体微粒的混合物、液体和液滴微粒的混合物、液体和气泡微粒的混合物、液体和细胞微粒的混合物。
14、进一步地，微流控装置(9)中有颗粒悬浮的储液池(8)，储液池圆形入口(10)与连接细软管(6)的弯针头(7)相连接；微流控装置(9)的液体入口通过液体输入的弯针头(7)细软管(6)与试管的出口连接。
15、进一步地，所述储液池(8)和微流控管道入口(12)之间存在储液池出口(11)。
16、进一步地，所述弯针头(7)用于向微流控装置(9)入口传输通过细软管(6)的液体及颗粒。
17、进一步地，所述通气管(3)伸入试管(4)进口的深度应当小于细软管(6)伸入试管(4)出口的深度，细软管(6)深入液面以下，通气管(3)伸入液面以上。
18、本专利技术还公开了一种粒子高效混合和悬浮均匀注射方法，包括：
19、调整精密压力泵(1)的输出气压为恒压，使得试管(4)内的液体及微粒流入微流控装置(9)，精密压力泵(1)持续输出气压，微粒逐渐沉积在微流控装置(9)储液池出口(11)。
20、进一步地，所述压力泵产生周期性矩形压力驱动。
21、进一步地，所述周期性矩形压力驱动由高压和低压交替产生，压力差导致在驱动过程中出现减压和加压，以此实现周期性矩形压力驱动。
22、本申请中所提到的精密压力泵(easy microfluidics)是大略科技研发的一款通过压力驱动、适用于微流体的流体控制产品(精密压力泵型号：mcp-4a)，可实现精确、平稳无脉冲、即时的流体控制，压力输出波动0.005％。该精密压力本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种粒子高效混合和悬浮均匀注射装置，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其中：
3.根据权利要求1所述的装置，其中：
4.根据权利要求1所述的装置，其中：
5.根据权利要求1所述的装置，其中：
6.根据权利要求1所述的装置，其中：
7.一种根据权利要求1～6任一所述的装置高效混合和悬浮均匀粒子的注射方法，包括：调整精密压力泵(1)的输出气压为恒压，使得试管(4)内的液体及微粒流入微流控装置(9)，精密压力泵(1)持续输出气压，微粒逐渐沉积在微流控装置(9)储液池出口(11)。
8.根据权利要求7所述的注射方法，其中：
9.根据权利要求8所述的注射方法，其中：
10.根据权利要求9所述的注射方法，其中：
【技术特征摘要】
1.一种粒子高效混合和悬浮均匀注射装置，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其中：
3.根据权利要求1所述的装置，其中：
4.根据权利要求1所述的装置，其中：
5.根据权利要求1所述的装置，其中：
6.根据权利要求1所述的装置，其中：
7.一种根据权利要求1～6任一所述的装置高效混合和悬...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈华英，王磊，刘晓莹，赵文涛，
申请(专利权)人：珠海大略科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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