PDMSベースの乱流マイクロ流体ミキサー

過去10年間で、マイクロ流体デバイスの均質な混合は、マイクロ流体チャネルの流量が本質的に低いため、重大な課題でした。効率的な混合を実現するためにいくつかのミキサー設計が提案されていますが、それらのほとんどは、一連の面倒な製造プロセスを必要とする複雑な構造を伴います。高流量での動作は、乱流の誘導により混合を大幅に促進できますが、特に一般的に使用されるポリ（ジメチルシロキサン）（PDMS）ベースのマイクロフルイドデバイスの場合、マイクロ流体チャネルの乱流を誘導するためにこのような高圧低下に抵抗できるデバイスは製造が困難です。。PDMSで作られたY字型の乱流マイクロ流体ミキサーと、開始された化学蒸気堆積を介して堆積したナノ粘着層への基質の強い結合により、ガラス基板を開発しました。ナノ粘着層の高い結合強度により、総水流率は40 ml分（-1）のPDMS/ガラス乱流マイクロ流体ミキサーの安全な動作を可能にします。マイクロ流体チャネルで達成される値。高いREの結果として生成された乱流は、接触する入力流体を迅速に混合することを可能にします。画像分析により、ミキサーに液体が導入されるとすぐに混合が開始されることが示されました。実験結果は数値予測とよく一致し、マイクロ流体チャネルで誘導された乱流の結果として対流混合が支配的であることを示しています。乱流マイクロ流体ミキサーを使用して、サイズ分布が狭いエマルジョンの高いスループット形成を実証しました。流量がマイクロ流体チャネル内で増加すると、結果として生じるエマルジョンのサイズ分布が乱流エネルギー散逸の増加により減少することが示されました。この作業で開発された乱流マイクロ流体ミキサーは、ストリームの迅速な混合を可能にするだけでなく、マイクロ流体反応器のスループットを増加させることもできます。

Over the past decade, homogeneous mixing in microfluidic devices has been a critical challenge, because of the inherently low flow rates in microfluidic channels. Although several mixer designs have been suggested to achieve efficient mixing, most of them involve intricate structures requiring a series of laborious fabrication processes. Operation at high flow rates can greatly enhance mixing by induction of turbulence, but devices that can resist such a high pressure drop to induce turbulence in microfluidic channels are difficult to fabricate, especially for commonly used poly(dimethylsiloxane) (PDMS)-based microfluidic devices. We have developed a Y-shaped, turbulent microfluidic mixer made of PDMS and a glass substrate by strong bonding of the substrates to a nanoadhesive layer deposited via initiated chemical vapor deposition. The high bonding strength of the nanoadhesive layer enables safe operation of the PDMS/glass turbulent microfluidic mixer at a total water flow rate of 40 mL min(-1), corresponding to a Reynolds number, Re, of ~4423, one of the highest values achieved in a microfluidic channel. The turbulence generated as a result of the high Re allows rapid mixing of the input fluids on contact. Image analysis showed that mixing started as soon as the fluids were introduced into the mixer. The experimental results matched the numerical predictions well, demonstrating that convective mixing was dominant as a result of turbulence induced in the microfluidic channel. Using the turbulent microfluidic mixer, we have demonstrated high throughput formation of emulsions with narrower size distribution. It was shown that as the flow rate increases inside the microfluidic channel, the size distribution of resulting emulsions decreases owing to the increase in the turbulent energy dissipation. The turbulent microfluidic mixer developed in this work not only enables rapid mixing of streams, but also increases throughputs of microfluidic reactors.