微流体混合器的敏感性分析及混合均匀性研究

我们考虑一种基于流体动力学聚焦的微流体混合器，用于启动单个蛋白质的折叠过程。折叠过程通过快速稀释局部变性剂浓度来启动，我们将混合时间定义为 advecting 蛋白质经历指定局部变性剂浓度下降所需的时间。在先前的工作中，我们提出了混合时间的最小化方案，考虑了最优几何形状和流动条件，并实现了一种设计，其预测混合时间为 0.10 $\mu$s。本文的目标有两个方面。首先，我们探索混合时间对关键几何和流动参数的敏感性。具体而言，我们研究了入口角度、通道交汇处的形状、通道宽度、混合器深度、混合器对称性、入口速度、工作流体的物理性质以及变性剂浓度阈值。其次，我们分析了混合时间作为入口流流线函数的均匀性。我们发现交汇处的形状、通道宽度、入口速度比和不对称性对混合时间有强烈影响；而入口角度、混合器深度、流体性质和浓度阈值的影响较弱。此外，对于大多数入口流以及距离混合器壁约 0.4 $\mu$m 以内的距离，混合时间的均匀性得以保持。我们提供这些关于混合器几何形状和流动条件缺陷敏感性的分析，旨在指导旨在制造和使用此类混合器的实验工作。我们的研究还突出了关键问题，并为其他依赖于几何形状和流动条件的微流体器件的优化和实际设计提供了指南。