平面電極主動式微流體晶片混合效率之探討

The mixing efficiency on the active planar electrode microfluidic mixing chip

趙培鈞(Pei-chun Chao)

指導教授 ： 魏哲弘

大同大學/工程學院/機械工程學系所/碩士(2012年)

摘要

本文所研究的是由被動式微混合器延伸成主動式微混合器，結構是由傳統的圓形微流道，做一些結構上的改良及變化，在結構上的設計主要是考量改變流體的雷諾數，使流體在流道中增加接觸面積的方式來提昇混合器之混合效率，利用噴嘴效應在流道中的結構讓流體的瞬間流速變快，目的是要產生渦流來增加混合效率。透過有限元素模擬分析軟體(COMSOL Multiphysics)進行各種數值的模擬與計算，探討改良之後的結構對混合效率是否有影響。
經分析後發現，改良的主動式噴嘴效應圓形流道結構混合器，其混合效率相當好，當流道內無任何阻礙物時，混合效率由原本的圓形微流道74.06%提升到改良後的噴嘴效應圓形流道88.50 %。另外，本文以模擬軟體做了其他流道結構做為比較，並改變相同的參數做為對照組，發現改良成噴嘴效應可以達到最有效的混合機制，可見此種結構的流道設計，對後續微流道混合器的相關研究有一定程度上的幫助。

關鍵字

主動式微混合器 ； 被動式微混合器 ； 圓形微流道 ； 噴嘴效應

並列摘要

In this thesis, we demonstrated the possibility of active mixer improved to passive mixer thesis with structure from traditional Circular Micro-channel improvement. Furthermore, from structure design to prove thesis, the main evaluation of method is to change the Reynolds number of fluid, increasing contacting space in channel to improve mixing efficiency of mixer. with nozzle effect happened, the fluid’s speed will increase immediately in channel and produce vortex to raise mixing efficiency of mixer. Base on COMSOL Multiphysics system did evaluation and counting for deep discussing of efficiency of mixer which influence of changing structure method.
After search and evaluation in this thesis, improved active nozzle effect circle structure mixer can have excellent mixing efficiency, with no any abundant in channel, mixing efficiency in micro-channel raise from 74.06% to 88.5%. In addition, this thesis uses evaluation system to do others channel structure comparison, and changes the same parameter to check. The result is improved nozzle effect can achieve the most effective path. From the evaluated method in this thesis, this new channel structure design will have advantage for related micro-channel mixer.

並列關鍵字

circular micro-channel ； passive mixer ； active mixer ； nozzle effect

參考文獻

[17] 鐘彥允，“圓形微流道與嵌入物對混合特性之影響”，大同大學機械工程研究所碩士論文，2011。

[15] 游象元，“新型微流道嵌入物對流體混合效率影響之研究”，大同大學機械工程研究所碩士論文，2009。

[20] 吳崇義，“被動式微流體微混合器之研發”，國立成功大學工程科學研究所碩士論文，2003。

[7] Chong H. Ahn, Jin-Woo Choi, Gregory Beaucage, Joseph H. Nevin, Jeong-Bong Lee, Aniruddha Puntambehar, Jaey. Lee, “Disposable Smart Lab on a Chip for Point-of-Care Clinical Diagnostics”, Proceedings of the IEEE, Vol. 92, No. 1, January 2004.

[1] M. A. Burns, B. N. Johnson, S. N. Brahmasandra, K. Handique, J. R. Webster, M. Krishnan, T. S. Sammarco, P. M. Man, D. Jones, D. Heldsinger, C. H. Mastrangelo and D.T. Burke, “An Integrated Nanoliter DNA Analysis,” Science, 282, pp.484-487, 1998.