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扭曲的微通道可以为医学测试创建微型、强大的混合器
日本研究人员开发了一种新方法来生产微小的扭曲通道，可以快速有效地混合少量液体。这些微混合器是微流体装置的重要组成部分，可控制小至几微升的液体。此类设备用于医疗诊断、药物开发、化学测试和材料[…]扭曲微通道可以为医学测试创建微型、强大的混合器，该文章首先出现在 Knowridge Science Report 上。
来源:Knowridge科学报告日本研究人员开发了一种新方法来生产微小的扭曲通道，可以快速有效地混合少量液体。
这些微混合器是微流体装置的重要组成部分，可控制小至几微升的液体。
此类设备用于医疗诊断、药物开发、化学测试和材料研究。
尽管“微混合器”一词可能让人联想到微型搅拌机，但在如此小规模的情况下混合液体却出人意料地困难。
新的制造方法可以使高性能微混合器的生产变得更容易、成本更低。
该研究由东北大学郭媛媛副教授领导，与加藤俊介研究员以及冲绳科学技术研究所的合作者合作。
该研究发表在 ACS Applied Materials & Interfaces 上。
科学家们早就知道三维通道可以改善微流体系统内部的混合。
然而，这些通道所需的精确形状很难制造。因此，许多先进的扭曲设计以前主要是通过计算机模拟来探索的。
研究人员通过采用热光纤拉丝（一种常用于生产光纤的制造工艺）解决了这个问题。在此过程中，包含所需图案的较大结构被加热并拉伸成长而细的纤维。内部特征变得更小，但保留其原始形状。
利用这种方法，该团队在薄而柔韧的聚合物纤维内创建了高精度、扭曲的微通道。由于热拉丝可以连续生产长纤维，因此该方法可能适合大规模制造。
研究人员使用 X 射线成像和光学显微镜确认内部通道已正确形成。保持精确的形状至关重要，因为几何形状控制着液体移动和混合的方式。
在普通的大型容器中，搅拌会产生湍流，从而快速混合不同的液体。然而，在微观通道内，液体通常在光滑、有序的层中移动。这种类型的运动称为层流，意味着彼此相邻的两种液体只能通过各个分子之间的缓慢运动才能混合。
扭曲通道通过不断旋转其横截面形状克服了这一限制。这会产生一种旋转运动，使液体聚集在一起，即使流动很温和。
该团队还制作了一种更复杂的设计，将扭曲与螺旋相结合。在中等和较高的流速下，该结构内部的离心力会产生一对小的反向旋转水流，称为迪恩涡流。这些额外的电流进一步改善了各种流速下的混合。
使用蓝色和黄色染料的测试显示在直通道中几乎没有混合。然而，在扭曲部分内，染料有效混合并变成绿色。计算机模拟支持了实验结果。
研究人员现在计划通过调整通道形状和其他设计特征来改进技术。由于纤维具有柔韧性，因此它们还可以盘绕、弯曲或编织成更复杂的系统。
最终，该技术可以支持“光纤实验室”设备，在极小的空间内进行医学测试、化学品生产或环境监测。有一天，这种纤维可能会让便携式、可穿戴和低成本的诊断工具变得更加实用。