基于雙向形狀記憶聚合物的流體混合器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種基于雙向形狀記憶聚合物的流體混合器，所述混合器以雙向形狀記憶聚合物為基體，在基體表面具有至少兩個(gè)儲(chǔ)液區(qū)、至少一個(gè)混液區(qū)、至少兩個(gè)第一通道區(qū)，所述第一通道區(qū)連接在儲(chǔ)液區(qū)與混液區(qū)之間，至少所述儲(chǔ)液區(qū)或第一通道區(qū)為預(yù)變形區(qū)域，所述預(yù)變形區(qū)域?yàn)槟軌螂S溫度的升高、降低在初始形狀和預(yù)變形后的形狀之間發(fā)生可逆變化的區(qū)域。本實(shí)用新型無(wú)需電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制作、易于集成、成本低，可以重復(fù)使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于雙向形狀記憶聚合物的流體混合器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種流體混合器，具體是一種基于雙向形狀記憶聚合物的流體混合器。

【背景技術(shù)】
[0002]目前流體混合器領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)主要集中于微型流體混合器。微流體混合器的獨(dú)特之處在于:體積小，能耗低，反應(yīng)物消耗低，分析時(shí)間短，效率高，主要用于生物及化學(xué)反應(yīng)前各種液態(tài)試劑的充分混合，在化學(xué)分析、生物及化學(xué)傳感、分子分離、核酸排序及分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。例如，微全分析系統(tǒng)具備獨(dú)特的優(yōu)越性，如較短的響應(yīng)時(shí)間、較少的試劑和試樣消耗量、易于小型化和自動(dòng)化、效率高等。而微混合器正是一種可以實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)越性的微器件，但是目前此類(lèi)微混合器較少。
[0003]現(xiàn)已研究開(kāi)發(fā)的微混合器大概可以分為兩類(lèi):主動(dòng)混合器與被動(dòng)混合器。被動(dòng)混合器主要是利用分割與再結(jié)合的層壓原理，例如利用通道結(jié)構(gòu)制造混亂層流等方法。這一類(lèi)混合器由于不需要外部能源來(lái)加速混合，因此便于集成，可靠性也更高，但要取得較好的混合效果往往需要較復(fù)雜的通道結(jié)構(gòu)，所以一般混合效果很難達(dá)到最佳。主動(dòng)混合器利用聲，電，磁等外部能量對(duì)微通道內(nèi)的流體進(jìn)行擾動(dòng)進(jìn)而加速混合，混合效果一般比較突出，而且溶液混合時(shí)間較短，混合距離短，可選擇性更大，適于雷諾數(shù)較低的溶液。但現(xiàn)有的主動(dòng)微混合器不易集成，成本較高，制作也相對(duì)困難，對(duì)于材質(zhì)的要求也相對(duì)于被動(dòng)混合器更加嚴(yán)格，而且某些特殊情況下需要被混合的流體具有一定的性質(zhì)，這些局限性給其應(yīng)用帶來(lái)一定的困難。因此，開(kāi)發(fā)一種新型的主動(dòng)微流體混合器已成為當(dāng)前混合器領(lǐng)域極為迫切的需要。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，利用雙向形狀記憶聚合物材料自身的雙向形狀記憶功能，提供一種可通過(guò)溫度來(lái)控制不同流體相互混合的可重復(fù)使用的流體混合器。
[0005]一種基于雙向形狀記憶聚合物的流體混合器，其特征在于:所述混合器以雙向形狀記憶聚合物為基體，在基體表面具有至少兩個(gè)儲(chǔ)液區(qū)、至少一個(gè)混液區(qū)、至少兩個(gè)第一通道區(qū)，所述第一通道區(qū)連接在儲(chǔ)液區(qū)與混液區(qū)之間，至少所述儲(chǔ)液區(qū)或第一通道區(qū)為預(yù)變形區(qū)域，所述預(yù)變形區(qū)域?yàn)槟軌螂S溫度的升高、降低在初始形狀和預(yù)變形后的形狀之間發(fā)生可逆變化的區(qū)域。
[0006]進(jìn)一步地，所述基體的邊緣與儲(chǔ)液區(qū)和/或混液區(qū)之間還設(shè)置有第二通道區(qū)。
[0007]進(jìn)一步地，所述第二通道區(qū)為預(yù)變形區(qū)域。
[0008]進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)液區(qū)為預(yù)變形區(qū)域。
[0009]進(jìn)一步地，所述預(yù)變形區(qū)域初始形狀為平面，預(yù)變形后的形狀為凹陷形狀。
[0010]進(jìn)一步地，所述預(yù)變形區(qū)域初始形狀為凹陷形狀，預(yù)變形后的形狀為平面。
[0011]進(jìn)一步地，混液區(qū)所能容納的流體體積大于所有儲(chǔ)液區(qū)所能容納的流體體積之和。
[0012]進(jìn)一步地，還包括能夠?yàn)樗龌w的恢復(fù)形狀提供驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。
[0013]進(jìn)一步地，所述雙向形狀記憶聚合物的形狀可逆變化的驅(qū)動(dòng)為熱、電、磁、光或者溶液驅(qū)動(dòng)中的一種或多種。
[0014]雙向形狀記憶聚合物(包括需要施加約束的和無(wú)需施加約束的兩大類(lèi))具有雙向形狀記憶效應(yīng)，是指通過(guò)適當(dāng)?shù)念A(yù)變形處理后，聚合物可以隨著溫度的升高或者降低，其形狀在預(yù)變形和初始形狀之間以線(xiàn)性或非線(xiàn)性的方式發(fā)生可逆的形狀變化。本實(shí)用新型利用這一特性，制備可重復(fù)使用的聚合物基流體混合器。
[0015]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)效果:
[0016]1、本實(shí)用新型所提供的流體混合器，是基于聚合物材料本身的雙向形狀記憶功能來(lái)實(shí)現(xiàn)混合溶液的功能，無(wú)需電路，易于制作、易于集成、成本低。
[0017]2、本實(shí)用新型所提供的流體混合器，可以重復(fù)使用。
[0018]3、本實(shí)用新型所提供的流體混合器所用基體，可根據(jù)需要從現(xiàn)有的聚合物中選擇，從而調(diào)整溶液混合驅(qū)動(dòng)溫度、力學(xué)性能及耐腐蝕性能。
[0019]4、本實(shí)用新型所提供的流體混合器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定的混合質(zhì)量。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型所述基于雙向形狀記憶聚合物的流體混合器實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖2為本實(shí)用新型所述基于雙向形狀記憶聚合物的流體混合器實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)圖。
[0022]附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0023]1-儲(chǔ)液區(qū)，2-第一通道區(qū)，3-混液區(qū)，4-第二通道區(qū)。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不限于此。
[0025]實(shí)施例一:三種溶液混合的流體混合器。
[0026]所用基體材料是具有雙向形狀記憶效應(yīng)的聚己內(nèi)酯二醇(pcl)和對(duì)苯二胺(pro)的多相共聚酯-氨基甲酸乙酯共聚物?；w材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度有兩個(gè)，分別為35°C和65°C;基體尺寸為42mmX40mmX5mm。如圖1所示，基體表面具有三個(gè)儲(chǔ)液區(qū)1、一個(gè)混液區(qū)3、三個(gè)第一通道區(qū)2、四個(gè)第二通道區(qū)4，所述混液區(qū)3為預(yù)變形區(qū)域，初始形狀為在基體上機(jī)械加工出的半徑為6mm、深度為4mm凹槽，底部布滿(mǎn)突起的凹槽，所述突起的最大高度為0.5mm,凹槽整體預(yù)變形后為平面。三個(gè)第一通道區(qū)2連接在三個(gè)儲(chǔ)液區(qū)1與混液區(qū)3之間，為預(yù)變形區(qū)域，初始形狀為在基體進(jìn)行機(jī)械加工獲得的長(zhǎng)度為5_、直徑為0.5mm的半圓形條形凹痕，預(yù)變形后為平面。三個(gè)儲(chǔ)液區(qū)1為預(yù)變形區(qū)域，初始形狀為平面，預(yù)變形后的形狀為半徑為5_、深度為3_圓柱形壓痕。四個(gè)第二通道區(qū)4分別連接在基體邊緣與三個(gè)儲(chǔ)液區(qū)1、混液區(qū)3之間，為預(yù)變形區(qū)域，初始形狀為平面，預(yù)變形后的形狀為直徑為0.5mm的半圓形條型壓痕，長(zhǎng)度為4mm或7mm。
[0027]使用該混合器時(shí)，通過(guò)第二通道區(qū)4向儲(chǔ)液區(qū)1中分別輸入三種不同的待混合液體。整個(gè)混合器置于一個(gè)加熱套中。當(dāng)混合器的溫度上升到55°C時(shí)，第二通道區(qū)4和儲(chǔ)液區(qū)1開(kāi)始發(fā)生形狀恢復(fù)而逐漸變?yōu)槠矫?；同時(shí)第一通道區(qū)2和混液區(qū)3分別發(fā)生形狀恢復(fù)變?yōu)榘枷菪螤?，則儲(chǔ)液區(qū)1中的待混合溶液分別沿著第一通道區(qū)2同步流入混液區(qū)3中，并依靠溶液之間的擴(kuò)散、對(duì)流和混液槽底部的突起預(yù)變形的恢復(fù)進(jìn)行充分混合。由于基體材料可隨溫度發(fā)生可逆的形狀變化，若溫度降至40°C時(shí)，第二通道區(qū)4與儲(chǔ)液區(qū)1又再次出現(xiàn)，變?yōu)榘枷菪螤?，而同時(shí)混液區(qū)3和第一通道區(qū)2變形為平面，則混合后的溶液由混液區(qū)3沿著第二通道區(qū)4流出。
[0028]此時(shí)，混合器可再次按照上述步驟重復(fù)使用。
[0029]實(shí)施例二:四種溶液混合的流體混合器。
[0030]以碳粉百分含量為1%的具有雙向形狀記憶的碳粉/多相共聚酯-氨基甲酸乙酯共聚物復(fù)合材料為基體，尺寸80mmX80mmX4mm，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分別為30°C和58°C。[0031 ] 如圖2所示，基體表面具有一個(gè)混液區(qū)3、四個(gè)第一通道區(qū)2、四個(gè)儲(chǔ)液區(qū)1、五個(gè)第二通道區(qū)4。所述一個(gè)混液區(qū)3為預(yù)變形區(qū)域，初始形狀是半徑為10_、深度為3_的由機(jī)械加工所得的圓柱形凹槽，預(yù)變形后為平面。
[0032]所述四個(gè)第一通道區(qū)2連接在四個(gè)儲(chǔ)液區(qū)1與混液區(qū)3之間，第一通道區(qū)2為預(yù)變形區(qū)域，初始形狀是通過(guò)對(duì)基體進(jìn)行機(jī)械加工獲得的截面均為直徑為0.5mm的半圓形、長(zhǎng)度為10mm條形凹槽，預(yù)變形后為平面。
[0033]所述四個(gè)儲(chǔ)液區(qū)1為預(yù)變形區(qū)域，初始形狀是平面，預(yù)變形后為半徑為5mm、深度為2.5mm的圓柱形壓痕。所述五個(gè)第二通道區(qū)4為預(yù)變形區(qū)域，初始形狀是平面，預(yù)變形后為截面直徑為0.5mm的半圓形條型壓痕,長(zhǎng)度為10mm或80mm。
[0034]使用該混合器時(shí)，通過(guò)第二通道區(qū)4向四個(gè)儲(chǔ)液區(qū)1中分別輸入四種不同的待混合液體。整個(gè)混合器置于一個(gè)加熱套中。當(dāng)混合器的溫度上升到55°C時(shí)，第二通道區(qū)4和儲(chǔ)液區(qū)1開(kāi)始發(fā)生形狀恢復(fù)而逐漸變?yōu)槠矫鏍顟B(tài)；同時(shí)第一通道區(qū)2和混液區(qū)3逐漸發(fā)生形狀恢復(fù)而以凹陷的形狀出現(xiàn)在基體表面。則四個(gè)儲(chǔ)液區(qū)1中的待混合溶液分別沿著第一通道區(qū)2同步流入混液區(qū)3中，并依靠溶液之間的擴(kuò)散、對(duì)流進(jìn)行充分混合。由于基體材料可隨溫度發(fā)生可逆的形狀變化，若溫度降至40°C時(shí)，第二通道區(qū)4與儲(chǔ)液區(qū)1又再次以凹陷形態(tài)出現(xiàn)，而同時(shí)混液區(qū)3和第一通道區(qū)2又再次逐漸變形為平面，則混合后的溶液可由混液區(qū)3沿著第二通道區(qū)4流出。
[0035]此時(shí)，混合器可再次按照上述步驟重復(fù)使用。
[0036]所述實(shí)施例為本實(shí)用新型的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見(jiàn)的改進(jìn)、替換或變型均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙向形狀記憶聚合物的流體混合器，其特征在于:所述混合器以雙向形狀記憶聚合物為基體，在基體表面具有至少兩個(gè)儲(chǔ)液區(qū)(I)、至少一個(gè)混液區(qū)(3)、至少兩個(gè)第一通道區(qū)(2)，所述第一通道區(qū)(2)連接在儲(chǔ)液區(qū)(I)與混液區(qū)(3)之間，至少所述儲(chǔ)液區(qū)(I)或第一通道區(qū)(2)為預(yù)變形區(qū)域，所述預(yù)變形區(qū)域?yàn)槟軌螂S溫度的升高、降低在初始形狀和預(yù)變形后的形狀之間發(fā)生可逆變化的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙向形狀記憶聚合物的流體混合器，其特征是:所述基體的邊緣與儲(chǔ)液區(qū)(I)和/或混液區(qū)(3)之間還設(shè)置有第二通道區(qū)(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙向形狀記憶聚合物的流體混合器，其特征是:所述第二通道區(qū)(4)為預(yù)變形區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙向形狀記憶聚合物的流體混合器，其特征在于:所述儲(chǔ)液區(qū)(I)為預(yù)變形區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的基于雙向形狀記憶聚合物的流體混合器，其特征在于:所述預(yù)變形區(qū)域初始形狀為平面，預(yù)變形后的形狀為凹陷形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的基于雙向形狀記憶聚合物的流體混合器，其特征在于:所述預(yù)變形區(qū)域初始形狀為凹陷形狀，預(yù)變形后的形狀為平面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的基于雙向形狀記憶聚合物的流體混合器，其特征在于:混液區(qū)(3)所能容納的流體體積大于所有儲(chǔ)液區(qū)(I)所能容納的流體體積之和。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的基于雙向形狀記憶聚合物的流體混合器，其特征是:還包括能夠?yàn)樗龌w的恢復(fù)形狀提供驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的基于雙向形狀記憶聚合物的流體混合器，其特征是:所述雙向形狀記憶聚合物的形狀可逆變化的驅(qū)動(dòng)為熱、電、磁、光或者溶液中的一種或多種。
【文檔編號(hào)】B01F13/00GK204034633SQ201420253864
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】吳雪蓮, 呂海寶, 代勇波 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)