(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210610580.0 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园 (72)发明人 王晗　王雪琪　 (74)专利代理 机构 北京华进京联知识产权代理 有限公司 1 1606 专利代理师 董娟 (51)Int.Cl. B01J 19/00(2006.01) C12M 1/00(2006.01) C07K 1/14(2006.01) B01L 3/00(2006.01) (54)发明名称 无源微流控微反应 器以及微 流控芯片 (57)摘要 本发明公开了一种无源微流控微反应器以 及微流控芯片。 无源微流控微反应器包括入口 区、 过渡区、 混合区以及采集区， 所述入口区、 所 述过渡区、 所述混合区以及所述采集区顺序连 通， 所述混合区包括相互连通的对流混合腔室与 涡旋混合流道， 所述对流混合腔室至少部分内壁 呈弧形结构， 所述涡旋混合流道至少部分内壁呈 弧形结构。 微流控芯片包括芯片主体以及设置在 芯片主体上的无源微流控微反应器。 无源微流控 微反应器结构简单、 加工简便、 通量大且尺寸范 围大、 应用范围广， 符合微型全分析系统的集成 要求， 能够低成本、 高通量地实现微观尺度上流 体的高效混合。 权利要求书2页 说明书12页 附图4页 CN 115178199 A 2022.10.14 CN 115178199 A 1.一种无源微流控微反应器， 其特征在于， 包括入口区、 过渡区、 混合区以及采集区， 所 述入口区、 所述过渡区、 所述混合区以及所述采集区顺序连通， 所述混合区包括相互连通的 对流混合腔室与涡旋混合流道， 所述对流混合腔室至少 部分内壁呈弧形结构， 所述涡旋混 合流道至少部分内壁呈弧形 结构。 2.根据权利要求1所述的无源微流控微反应器， 其特征在于， 所述入口区包括加样腔室 以及与所述加样 腔室连通的加样通道， 所述加样通道还与所述过渡区连通。 3.根据权利要求2所述的无源微流控微反应器， 其特征在于， 所述加样腔室为圆柱形 槽， 所述加样 腔室的内径为0.8～80m m， 所述加样 腔室的深度为0.5～5 0mm； 和/或， 所述加样通道的长度为2 ～200mm， 所述加样通道的深度为0.5～5 0mm； 和/或， 所述加样通道内的流体流速控制为0.01～5 00mL/min。 4.根据权利要求1～3任意一项所述的无源微流控微反应器， 其特征在于， 所述过渡区 的长度为3～3 00mm； 和/或， 所述过渡区的宽度为0.3～3 0mm； 和/或， 所述过渡区的高度为0.5～5 0mm。 5.根据权利要求1～3任意一项所述的无源微流控微反应器， 其特征在于， 所述对流混 合腔室的数量与所述涡旋混合流道的数量均为多个， 所述对流混合腔室与所述涡旋 混合流 道交替排列。 6.根据权利要求5所述的无源微流控微反应器， 其特征在于， 多个所述对流混合腔室与 多个所述涡旋 混合流道呈单行排列或者呈多 行且迂回状分布， 当多个所述对流混合腔室与 多个所述涡旋混合 流道呈多行分布时， ， 相邻的行之间通过 所述涡旋混合 流道连通。 7.根据权利要求6所述的无源微流控微反应器， 其特征在于， 所述涡旋混合流道呈圆弧 形流道， 每一行中的所述涡旋混合流道的内侧壁呈直径4.5～450mm的100 °～120°圆弧状， 外侧壁呈直径4.8～480mm的100 °～120°圆弧状， 所述涡旋混合流道的宽度为0.3～30mm， 深 度为0.5～5 0mm； 相邻的行之间 的所述涡旋混合流道的内侧壁呈直径4.2～420mm的120 °～150°圆弧状， 外侧壁呈直径4.5～450mm的120 °～150°圆弧状， 所述涡旋混合流道的宽度为0.3～30mm， 深 度为0.5～5 0mm。 8.根据权利要求5所述的无源微流控微反应器， 其特征在于， 所述混合 区首尾分别设置 为所述对流混合腔室和所述涡旋混合流道， 所述混合区通过首端的所述对流混合腔室与所 述过渡区连通， 所述混合区通过尾端的所述涡旋混合 流道与所述采集区连通。 9.根据权利要求1～3、 6～8任意一项所述的无源微流控微反应器， 其特征在于， 所述对 流混合腔室的内侧壁包括多个不同半径的圆弧面组成， 使得所述对流混合腔室的横向截面 由一侧至相对的另一侧收窄， 且所述对流混合腔室尺寸较小的一端用于进液， 所述对流混 合腔室尺寸较大的一端用于出 液。 10.根据权利要求9所述的无源微流控微反应器， 其特征在于， 所述对流混合腔室的内 侧壁包括第一圆弧面、 第二圆弧面以及第三圆弧面， 所述第一圆弧面的半径为0.3～30mm， 所述第二圆弧面的半径为 4～400mm， 所述第三圆弧面的半径为1.5～15 0mm。 11.根据权利 要求1～3、 6～8、 10任意一项所述的无源微流控微反应器， 其特征在于， 所 述对流混合腔室 设置有扰流件， 所述扰流件至少部分外侧壁呈弧形 结构。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115178199 A 212.根据权利要求11所述的无源微流控微反应器， 其特征在于， 所述扰流件连接于所述 对流混合腔室的底壁， 所述扰流件的外侧 壁对流混合腔室的内侧 壁之间具有间隔， 所述扰 流件的横向截面尺寸沿着液流方向逐渐增大； 和/或， 所述扰流件在所述对流混合腔室的位置可调。 13.根据权利要求12所述的无源微流控微反应器， 其特征在于， 所述扰流件尺寸较大的 一端的外侧壁的半径为10～1000mm， 所述扰流件尺寸较小的一端的外侧壁的半径为1.3～ 130mm， 所述扰流件尺寸较大的一端与所述扰流件尺寸较小的一端之间的外侧壁呈平面状。 14.根据权利要求1～3、 6～8、 10、 12～ 13任意一项所述的无源微流控微反应器， 其特征 在于， 所述采集区包括流体观 察腔室、 流体收集腔室以及收集流道， 所述流体观察腔室与所 述流体收集腔室连通， 所述 流体观察腔室还通过 所述收集 流道与所述混合区连通。 15.根据权利要求14所述的无源微流控微反应器， 其特征在于， 所述收集流道的内侧壁 为直径为4.5～450mm的45 °～60°圆弧状， 外侧壁为直径为5～500mm， 45 °～60°圆弧状， 所述 收集流道的宽度为0.3～3 0mm， 所述收集 流道的高度为0.5～5 0mm； 和/或， 所述 流体观察腔室呈圆柱形槽， 所述 流体观察腔室的内径为1.5～15 0mm； 和/或， 所述 流体收集腔室呈圆柱形槽， 所述 流体收集腔室的内径为0.8～80m m。 16.根据权利要求1～3、 6～8、 10、 12～13、 15任意一项所述的无源微流控微反应器， 其 特征在于， 所述无源微流控微反应器采用注塑工艺或3D打印工艺制备一体式结构或采用微 加工工艺或机加工 工艺制备分体式结构。 17.根据权利要求16所述的无源微流控微反应器， 其特征在于， 当所述无源微流控微反 应器为一体式结构时， ， 所述无源微流控微反应器的基板制备材料包括丙烯腈 ‑丁二烯‑苯 乙烯共聚物、 聚酰胺、 尼龙、 聚对苯二甲酸丁二醇酯、 聚乙醚以及聚甲基丙烯酸甲酯中的一 种或几种。 18.根据权利要求17所述的无源微流控微反应器， 其特征在于， 当所述无源微流控微反 应器为分体式结构时， 所述无源微流控微反应器包括上层盖板以及下层底板， 所述上层盖 板上通过模具注塑、 3D打印、 机加工或软光刻工艺形成， 所述上层盖板与所述下层底板连接 以封闭所述上层盖 板的各个流道和腔室。 19.根据权利要求18所述的无源微流控微反应器， 其特征在于， 所述上层盖板的制备材 料为聚二甲基硅氧烷、 聚苯乙烯、 塑料、 纤维素、 聚丙烯 酰胺、 聚乙烯聚丙烯、 交联葡聚糖、 玻 璃、 硅胶、 硅片以及琼脂糖凝胶中的一种或多种； 和/或， 所述下层底板的制备材料为硅片、 玻璃、 聚苯乙烯硬质材料或聚对苯二甲酸乙 二醇酯、 聚氨酯以及聚酰 亚胺中的一种或多种。 20.一种微流控芯片， 其特征在于， 包括芯片主体以及 设置在所述芯片主体上的权利要 求1～19任意 一项所述的无源微 流控微反应 器。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115178199 A 3