基于双向形状记忆聚合物的流体混合器

摘要

本发明提供了一种基于双向形状记忆聚合物的流体混合器，所述混合器以双向形状记忆聚合物为基体，在基体表面具有至少两个储液区、至少一个混液区、至少两个第一通道区，所述第一通道区连接在储液区与混液区之间，至少所述储液区或第一通道区为预变形区域，所述预变形区域为能够随温度的升高、降低在初始形状和预变形后的形状之间发生可逆变化的区域。本发明无需电路，结构简单、易于制作、易于集成、成本低，可以重复使用。

权利要求

1.一种基于双向形状记忆聚合物的流体混合器，其特征在于：所述混合器以双向形状记忆聚合物为基体，在基体表面具有至少两个储液区(1)、至少一个混液区(3)、至少两个第一通道区(2)，所述第一通道区(2)连接在储液区(1)与混液区(3)之间，至少所述储液区(1)或第一通道区(2)为预变形区域，所述预变形区域为能够随温度的升高、降低在初始形状和预变形后的形状之间发生可逆变化的区域。

2.根据权利要求1所述的基于双向形状记忆聚合物的流体混合器，其特征是：所述基体的边缘与储液区(1)和/或混液区(3)之间还设置有第二通道区(4)。

3.根据权利要求2所述的基于双向形状记忆聚合物的流体混合器，其特征是：所述第二通道区(4)为预变形区域。

4.根据权利要求1所述的基于双向形状记忆聚合物的流体混合器，其特征在于：所述储液区(1)为预变形区域。

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于双向形状记忆聚合物的流体混合器，其特征在于：所述预变形区域初始形状为平面，预变形后的形状为凹陷形状。

6.根据权利要求1-4任一项所述的基于双向形状记忆聚合物的流体混合器，其特征在于：所述预变形区域初始形状为凹陷形状，预变形后的形状为平面。

7.根据权利要求1-4任一项所述的基于双向形状记忆聚合物的流体混合器，其特征在于：混液区(3)所能容纳的流体体积大于所有储液区(1)所能容纳的流体体积之和。

8.根据权利要求1-4任一项所述的基于双向形状记忆聚合物的流体混合器，其特征是：还包括能够为所述基体的恢复形状提供驱动的驱动装置。

9.根据权利要求1-4任一项所述的基于双向形状记忆聚合物的流体混合器，其特征是：所述双向形状记忆聚合物的形状可逆变化的驱动为热、电、磁、光或者溶液中的一种或多种。

说明书

基于双向形状记忆聚合物的流体混合器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种流体混合器，具体是一种基于双向形状记忆聚合物的流体混合器。

背景技术

[0002] 目前流体混合器领域的研究焦点主要集中于微型流体混合器。微流体混合器的独特之处在于：体积小，能耗低，反应物消耗低，分析时间短，效率高，主要用于生物及化学反应前各种液态试剂的充分混合，在化学分析、生物及化学传感、分子分离、核酸排序及分析、环境监测等领域有着广泛的应用前景。例如，微全分析系统具备独特的优越性，如较短的响应时间、较少的试剂和试样消耗量、易于小型化和自动化、效率高等。而微混合器正是一种可以实现上述优越性的微器件，但是目前此类微混合器较少。

[0003] 现已研究开发的微混合器大概可以分为两类：主动混合器与被动混合器。被动混合器主要是利用分割与再结合的层压原理，例如利用通道结构制造混乱层流等方法。这一类混合器由于不需要外部能源来加速混合，因此便于集成，可靠性也更高，但要取得较好的混合效果往往需要较复杂的通道结构，所以一般混合效果很难达到最佳。主动混合器利用声，电，磁等外部能量对微通道内的流体进行扰动进而加速混合，混合效果一般比较突出，而且溶液混合时间较短，混合距离短，可选择性更大，适于雷诺数较低的溶液。但现有的主动微混合器不易集成，成本较高，制作也相对困难，对于材质的要求也相对于被动混合器更加严格，而且某些特殊情况下需要被混合的流体具有一定的性质，这些局限性给其应用带来一定的困难。因此，开发一种新型的主动微流体混合器已成为当前混合器领域极为迫切的需要。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是，利用双向形状记忆聚合物材料自身的双向形状记忆功能，提供一种可通过温度来控制不同流体相互混合的可重复使用的流体混合器。

[0005] 一种基于双向形状记忆聚合物的流体混合器，其特征在于：所述混合器以双向形状记忆聚合物为基体，在基体表面具有至少两个储液区、至少一个混液区、至少两个第一通道区，所述第一通道区连接在储液区与混液区之间，至少所述储液区或第一通道区为预变形区域，所述预变形区域为能够随温度的升高、降低在初始形状和预变形后的形状之间发生可逆变化的区域。

[0006] 进一步地，所述基体的边缘与储液区和/或混液区之间还设置有第二通道区。

[0007] 进一步地，所述第二通道区为预变形区域。

[0008] 进一步地，所述储液区为预变形区域。

[0009] 进一步地，所述预变形区域初始形状为平面，预变形后的形状为凹陷形状。

[0010] 进一步地，所述预变形区域初始形状为凹陷形状，预变形后的形状为平面。

[0011] 进一步地，混液区所能容纳的流体体积大于所有储液区所能容纳的流体体积之和。

[0012] 进一步地，还包括能够为所述基体的恢复形状提供驱动的驱动装置。

[0013] 进一步地，所述双向形状记忆聚合物的形状可逆变化的驱动为热、电、磁、光或者溶液驱动中的一种或多种。

[0014] 双向形状记忆聚合物(包括需要施加约束的和无需施加约束的两大类)具有双向形状记忆效应，是指通过适当的预变形处理后，聚合物可以随着温度的升高或者降低，其形状在预变形和初始形状之间以线性或非线性的方式发生可逆的形状变化。本发明利用这一特性，制备可重复使用的聚合物基流体混合器。

[0015] 本发明与现有技术相比，具有如下优点效果：

[0016] 1、本发明所提供的流体混合器，是基于聚合物材料本身的双向形状记忆功能来实现混合溶液的功能，无需电路，易于制作、易于集成、成本低。

[0017] 2、本发明所提供的流体混合器，可以重复使用。

[0018] 3、本发明所提供的流体混合器所用基体，可根据需要从现有的聚合物中选择，从而调整溶液混合驱动温度、力学性能及耐腐蚀性能。

[0019] 4、本发明所提供的流体混合器，结构简单，性能稳定，可以在较长时间内保持稳定的混合质量。

附图说明

[0020] 图1为本发明所述基于双向形状记忆聚合物的流体混合器实施例一的结构图。

[0021] 图2为本发明所述基于双向形状记忆聚合物的流体混合器实施例二的结构图。

[0022] 附图标记说明如下：

[0023] 1-储液区，2-第一通道区，3-混液区，4-第二通道区。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

[0025] 实施例一：三种溶液混合的流体混合器。

[0026] 所用基体材料是具有双向形状记忆效应的聚己内酯二醇(PCL)和对苯二胺(PPD)的多相共聚酯-氨基甲酸乙酯共聚物。基体材料的玻璃化转变温度有两个，分别为35℃和65℃；基体尺寸为42mm×40mm×5mm。如图1所示，基体表面具有三个储液区1、一个混液区3、三个第一通道区2、四个第二通道区4，所述混液区3为预变形区域，初始形状为在基体上机械加工出的半径为6mm、深度为4mm凹槽，底部布满突起的凹槽，所述突起的最大高度为0.5mm，凹槽整体预变形后为平面。三个第一通道区2连接在三个储液区1与混液区3之间，为预变形区域，初始形状为在基体进行机械加工获得的长度为5mm、直径为0.5mm的半圆形条形凹痕，预变形后为平面。三个储液区1为预变形区域，初始形状为平面，预变形后的形状为半径为5mm、深度为3mm圆柱形压痕。四个第二通道区4分别连接在基体边缘与三个储液区1、混液区
3之间，为预变形区域，初始形状为平面，预变形后的形状为直径为0.5mm的半圆形条型压痕，长度为4mm或7mm。

[0027] 使用该混合器时，通过第二通道区4向储液区1中分别输入三种不同的待混合液体。整个混合器置于一个加热套中。当混合器的温度上升到55℃时，第二通道区4和储液区1开始发生形状恢复而逐渐变为平面；同时第一通道区2和混液区3分别发生形状恢复变为凹陷形状，则储液区1中的待混合溶液分别沿着第一通道区2同步流入混液区3中，并依靠溶液之间的扩散、对流和混液槽底部的突起预变形的恢复进行充分混合。由于基体材料可随温度发生可逆的形状变化，若温度降至40℃时，第二通道区4与储液区1又再次出现，变为凹陷形状，而同时混液区3和第一通道区2变形为平面，则混合后的溶液由混液区3沿着第二通道区4流出。

[0028] 此时，混合器可再次按照上述步骤重复使用。

[0029] 实施例二：四种溶液混合的流体混合器。

[0030] 以碳粉百分含量为1％的具有双向形状记忆的碳粉/多相共聚酯-氨基甲酸乙酯共聚物复合材料为基体，尺寸80mm×80mm×4mm，其玻璃化转变温度分别为30℃和58℃。

[0031] 如图2所示，基体表面具有一个混液区3、四个第一通道区2、四个储液区1、五个第二通道区4。所述一个混液区3为预变形区域，初始形状是半径为10mm、深度为3mm的由机械加工所得的圆柱形凹槽，预变形后为平面。

[0032] 所述四个第一通道区2连接在四个储液区1与混液区3之间，第一通道区2为预变形区域，初始形状是通过对基体进行机械加工获得的截面均为直径为0.5mm的半圆形、长度为10mm条形凹槽，预变形后为平面。

[0033] 所述四个储液区1为预变形区域，初始形状是平面，预变形后为半径为5mm、深度为2.5mm的圆柱形压痕。所述五个第二通道区4为预变形区域，初始形状是平面，预变形后为截面直径为0.5mm的半圆形条型压痕，长度为10mm或80mm。

[0034] 使用该混合器时，通过第二通道区4向四个储液区1中分别输入四种不同的待混合液体。整个混合器置于一个加热套中。当混合器的温度上升到55℃时，第二通道区4和储液区1开始发生形状恢复而逐渐变为平面状态；同时第一通道区2和混液区3逐渐发生形状恢复而以凹陷的形状出现在基体表面。则四个储液区1中的待混合溶液分别沿着第一通道区2同步流入混液区3中，并依靠溶液之间的扩散、对流进行充分混合。由于基体材料可随温度发生可逆的形状变化，若温度降至40℃时，第二通道区4与储液区1又再次以凹陷形态出现，而同时混液区3和第一通道区2又再次逐渐变形为平面，则混合后的溶液可由混液区3沿着第二通道区4流出。

[0035] 此时，混合器可再次按照上述步骤重复使用。

[0036] 所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。