可调收缩微流控芯片中新型非对称T型微滴混合器的混合机理与性能研究

本研究针对微流控芯片中微滴内部混合效率低的问题，提出了一种结合非对称偏置结构与可调收缩区域的新型混合器。通过"三明治"式初始分布缩短传质距离，利用可调收缩降低剪切力并打破对称涡旋，显著延长预混合时间。仿真结果表明，在优化参数下混合效率可达97%，为微流控芯片中的灵活流体混合提供了创新解决方案。

　　

通过将非对称偏置结构与可调收缩特性相结合，研究人员在微流控芯片中设计出一种新型微滴混合器（microdroplet mixer）。该装置包含分散相通道（dispersed-phase channel）中的同轴流动区域以及下游通道中的非对称偏置聚集区域，通过"三明治"式初始分布缩短待混合溶液之间的传质距离，并利用可调收缩结构（tunable shrink）在微滴生成过程中减小剪切力、打破对称涡旋（symmetric vortex），从而延长预混合时间（pre-mixing time）。

采用有限元仿真（finite element simulation）系统研究了分散相流速（dispersed-phase flow velocity）、连续相流速（continuous-phase flow velocity）、两相间相对角度与偏置距离，以及可调收缩的颈缩宽度与长度等参数对微滴内部混合效率的影响。研究发现：微滴内部混合程度随分散相流速增加而降低，而连续相流速的增加则有利于混合强化。通过优化上述参数，该非对称微混合器可实现高达97%的混合效率，展现出卓越的微滴内混合性能。

这种新型微滴混合器具有混合快速、结构简单、易于加工等优势，为在微流控芯片上实现灵活的微滴内流体混合提供了具有前景的技术方案。