微混合器是指在微通道或微腔室内实现样品快速均一混合的一种微流控器件，适用于两种或多种不同反应物在微尺度条件下充分的混合。微混合器中的通道尺寸是用微米来衡量的，在微尺度的条件下，由于微通道中流体的雷诺数较低，微流体的流动基本为层流状态，两种及多种液体之间的充分混合需要借助微通道结构或外力的精确调控来增加不同液体之间的接触面积和接触时间，从而达到所需要的混合程度。微混合技术在生物芯片、微化学分析、环境检测等领域有着极高的应用价值，其在微流控器件上的应用也推动了医学诊断、化学合成、生物传感器和基因组学分析的研究。

在被动式微混合器的研究中，以Y形和T形微混合器最为常见，其结构制作简单，加工工艺成熟，但其受到分子扩散系数的影响，混合强度较低。在被动式微混合器中，流体流动以层流为主，混合主要依赖于分子扩散。因此，想要提高被动式微混合器的混合效率，增大流体间的接触面积和减小扩散路径是提高微混合效率的主要方式。本文提出一种人字脊蛇形通道的被动式微混合器，在人字脊混合结构的基础上，设计弯曲的蛇形通道以增强扰动，脊结构的存在增强了流体界面的拉伸和折叠，以指数方式增加了流体之间的接触面积，重点围绕人字脊的结构参数和混合器的工作参数对混合器混合性能展开分析研究，通过蛇形通道和人字脊结构的结合达到提高混合质量的目的，为后续微混合芯片的研发提供参考。

刘坤，教授、博士生导师，东北大学真空与流体工程研究所所长，主要从事真空科技与微纳机械领域的教学和研究工作。先后承担国家自然科学基金联合基金重点项目、国家科技重大专项课题、国防重点项目课题、教育部、省市和企业横向课题等项目50余项；公开发表学术论文100余篇，其中SCI/EI检索50余篇；授权国家发明专利30余项、国际发明专利3项，8项成果转化到企业成功应用；参编学术专著3部，主持和参与制订了3项真空技术领域的国际标准，其中包括第一项由中国主导的国际标准（ISO 21360-3 2019），荣获教育部技术发明二等奖、航天科技集团、中国计量测试学会以及省市科技奖励等10余项，荣获辽宁省“学术头雁”、“兴辽英才”、“盛京人才”等荣誉称号。在国内外多个重要学术组织担任社会职务，担任国际标准化组织真空技术委员会(ISO/TC 112)中方委员、中国真空学会真空冶金专委会副主任兼秘书长、真空工程专委会副主任、国家真空技术装备工程实验室学术委员会委员、全国真空技术标准化委员会委员、辽宁省真空技术产业创新战略联盟秘书长等。

团队简介

微纳流动与微纳机械研究团队

流体在微纳尺度上的行为，表现出与宏观流体截然不同、非凡的特性，引起了科学家们的广泛注意，在化学分析、神经科学、生命健康、传感检测、微纳化工、新药研发等多方面取得了瞩目的成就，是国际上研究的热点之一。

课题组微纳流动与微纳机械团队从微纳流体力学、胶体力学和传输过程等学科出发，研究微观、纳观流体的基本流动与扩散传质问题，通过微纳方法制造生物芯片，并进行优化和测试。与美国哥伦比亚大学(Columbia University) BioMEMS实验室、美国洛克菲勒大学(Rockefeller University) 神经生理与行为科学实验室等展开国际合作，关注在蛋白质痕量探测与神经元给药等生物芯片中粒子的微纳传输过程，结合微纳机械设计理论、流体力学、热力学、粒子传输原理和表面与胶体力学等多学科的交叉，探索微纳生物芯片的基本设计理论与微观传递过程。研究基于微纳流动与扩散传质理论，建立生物芯片的微纳尺度集成模型，指导芯片的理论设计和优化、探索困扰实验摸索大量耗费时间和费用的现状问题。

近年来，团队获得了2项国家自然科学基金、2项教育部博士点基金、3项教育部基本科研费等课题资助，该学术方向已初具规模、初步建立了微纳流动研究的理论、模拟和实验平台。