为了实现微量液体的快速均匀混合,设计了一种PDMS双层结构的新型微混合器。研究了混合器的制作方法以及几何尺寸和Re数对混合的影响。依据Fick第一定律介绍了主辅通道型微混合器的设计原理;采用有限元方法对不同几何尺寸及Re数下混合器中液体的速度流场及浓度场进行了数值模拟;数值分析显示,随着主辅通道出口宽度比的减小,通道长度的增加和雷诺数的减小,混合器的混合率增加。最后,依据仿真结果制作了主辅通道深度比为0.71,出口宽度比为1,通道长度为9mm的微混合器并进行了去离子水和红墨水的混合实验。实验结果表明：当Re〈5时,设计的混合器能实现液体的快速混合,并且混合率随着Re的减小而增大,基本满足低Re数下微量液体快速均匀混合的要求。

传统浓度梯度生成方法具有效率低、梯度不够精确、稳定性差等不足,微流控芯片因其特征尺寸小、反应快、精度高和易操控等优点,被广泛用于微流体浓度梯度生成。微流控芯片的通道结构与进样条件对浓度梯度的生成具有重要影响。基于自相似分形理论,开发了三入口单级分形微流控浓度梯度芯片。建立基于有限元的多物理场耦合模型,通过归一化流量矩阵与浓度矩阵的耦合设置,得到呈偏态分布与正态分布的浓度梯度分布规律。以红色染料与去离子水为样本进行实验,结果与数值模拟吻合较好,验证了芯片设计的科学性与有效性。