一种基于界面效应的微纳颗粒分离系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107213929A(43)申请公布日2017.09.29(21)申请号201710418064.7(22)申请日2017.06.06(71)申请人国家纳米科学中心地址100080北京市海淀区中关村北一条11号(72)发明人孙佳姝刘超田飞陈清华(74)专利代理机构北京精金石专利代理事务所(普通合伙)11470代理人刘晔(51)Int.Cl.B01L3/00(2006.01)C12M1/00(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图7页(54)发明名称一种基于界面效应的微纳颗粒分离系统(57)摘要本发明涉及一种基于界面效应的微纳颗粒分离系统，所述系统包括：控制非牛顿流体和包含微纳米颗粒的牛顿流体输送的控制单元；受所述控制单元控制，为所述非牛顿流体和牛顿流体输送提供动力的动力单元；包含分离通道的分离单元，所述分离单元通过管道与动力单元连通，所述分离通道流过所述非牛顿流体和包含微纳米颗粒的所述牛顿流体，两种流体之间形成使微纳米颗粒同时受惯性力和粘弹性力作用而分离的至少一接触界面；设置在所述分离单元的末端，对分离后的不同直径的微纳米颗粒进行收集的收集单元。本发明基于界面效应的微纳颗粒分离系统采用界面效应具有更高的分辨率,能够分离尺寸相近的颗粒。CN107213929ACN107213929A权利要求书1/2页1.一种基于界面效应的微纳颗粒分离系统，其特征在于，所述系统包括：控制非牛顿流体和包含微纳米颗粒的牛顿流体输送的控制单元；受所述控制单元控制，为所述非牛顿流体和牛顿流体输送提供动力的动力单元；包含分离通道的分离单元，所述分离单元通过管道与动力单元连通，所述分离通道流过所述非牛顿流体和包含微纳米颗粒的所述牛顿流体，两种流体之间形成使微纳米颗粒同时受惯性力和粘弹性力作用而分离的至少一接触界面；设置在所述分离单元的末端，对分离后的不同直径的微纳米颗粒进行收集的收集单元。2.根据权利要求1所述的基于界面效应的微纳颗粒分离系统，其特征在于，所述分离通道的中间流通非牛顿流体，所述非牛顿流体两侧、与分离通道的两侧壁接触处流通牛顿流体，以在所述牛顿流体和非牛顿流体之间形成两个接触界面。3.根据权利要求2所述的基于界面效应的微纳颗粒分离系统，其特征在于，所述分离单元设置在一微流控芯片上，所述分离单元包括：设置在所述微流控芯片上的牛顿流体注入口；与所述牛顿流体注入口通过第一连通管道连通，对所述牛顿流体分流的分流区域；设置在所述分流区域内的非牛顿流体注入区域，所述非牛顿流体注入区域通过第二连通管道与分流区域连通；设置在所述分流区域与分离通道的连接处，将非牛顿流体和牛顿流体汇流的汇流区域。4.根据权利要求3所述的基于界面效应的微纳颗粒分离系统，其特征在于，所述非牛顿流体注入区域包括注入平台，设置在所述注入平台的非牛顿流体注入口，非牛顿流体注入口与所述第二连通管道连通。5.根据权利要求4所述的基于界面效应的微纳颗粒分离系统，其特征在于，所述分流区域包括环绕所述注入平台的环绕通道，所述牛顿流体从第一连通管道进入环绕通道，并沿环绕通道流经至第二连通管道处，与从非牛顿流体注入口流出的非牛顿流体汇合，进而流经所述的分离通道进行分离。6.根据权利要求3所述的基于界面效应的微纳颗粒分离系统，其特征在于，所述分离单元还包括设置在分离通道的末端的若干分叉出口，分别为设置在外侧的小颗粒出口、设置在中间的大颗粒出口以及设置在小颗粒出口和大颗粒出口之间的中颗粒出口。7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的基于界面效应的微纳颗粒分离系统，其特征在于，在牛顿流体与非牛顿流体的接触界面颗粒的受力由下述公式所示的动力学模型确定：其中，2CN107213929A权利要求书2/2页Res＝ρa|u-Vp|/η(3)其中，a是颗粒直径，u是工作流体的速度矢量，vp是工作流体中亚微米纳米颗粒的速度矢量，CD为粘性系数可根据公式(2)求得，其中a1、a2、a3是常数，Res为相对雷诺数，可根据公式(3)求得，g是重力加速，ρp是颗粒密度，ρ是流体密度，Fe是弹性力矢量，FL是惯性力。8.根据权利要求7所述的基于界面效应的微纳颗粒分离系统，其特征在于，在牛顿流体中颗粒的受力由下述公式(4)所示的动力学模型确定：在非牛顿流体中颗粒的受力由下述公式(5)所示的动力学模型确定：其中，a是颗粒直径，vp是工作流体中亚微米纳米颗粒的速度矢量，u是工作流体的速度矢量，g是重力加速，ρp是颗粒密度，ρ是流体密度，Fe是弹性力矢量，FL是惯性力。9.根据权利要求3所述的基于界面效应的微纳颗粒分离系统，其特征在于，所述非牛顿流体注入口通过非牛顿流体主干路与各个非牛顿流体支路连通；所述牛顿流体注入口通过牛顿流体主干路与各个牛顿流体支路连