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An acoustofluidic device for efficient mixing over a wide range of flow rates.
Lab on a Chip ( IF 6.1 ) Pub Date : 2020-02-27 , DOI: 10.1039/c9lc01171d Hunter Bachman 1 , Chuyi Chen , Joseph Rufo , Shuaiguo Zhao , Shujie Yang , Zhenhua Tian , Nitesh Nama , Po-Hsun Huang , Tony Jun Huang
Lab on a Chip ( IF 6.1 ) Pub Date : 2020-02-27 , DOI: 10.1039/c9lc01171d Hunter Bachman 1 , Chuyi Chen , Joseph Rufo , Shuaiguo Zhao , Shujie Yang , Zhenhua Tian , Nitesh Nama , Po-Hsun Huang , Tony Jun Huang
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Whether reagents and samples need to be combined to achieve a desired reaction, or precise concentrations of solutions need to be mixed and delivered downstream, thorough mixing remains a critical step in many microfluidics-based biological and chemical assays and analyses. To achieve complete mixing of fluids in microfluidic devices, researchers have utilized novel channel designs or active intervention to facilitate mass transport and exchange of fluids. However, many of these solutions have a major limitation: their design inherently limits their operational throughput; that is, different designs work at specific flow rates, whether that be low or high ranges, but have difficulties outside of their tailored design regimes. In this work, we present an acoustofluidic mixer that is capable of achieving efficient, thorough mixing across a broad range of flow rates (20-2000 μL min-1) using a single device. Our mixer combines active acoustofluidic mixing, which is responsible for mixing fluids at lower flow rates, with passive hydrodynamic mixing, which accounts for mixing fluids at higher flow rates. The mechanism, functionality, and performance of our acoustofluidic device are both numerically and experimentally validated. Additionally, the real-world potential of our device is demonstrated by synthesizing polymeric nanoparticles with comparable sizes over a two-order-of-magnitude wide range of flow rates. This device can be valuable in many biochemical, biological, and biomedical applications. For example, using our platform, one may synthesize nanoparticles/nanomaterials at lower flow rates to first identify optimal synthesis conditions without having to waste significant amounts of reagents, and then increase the flow rate to perform high-throughput synthesis using the optimal conditions, all using the same single device and maintaining performance.
中文翻译：
一种可在各种流速下进行高效混合的声流体装置。
无论是需要组合试剂和样品以实现所需的反应，还是需要混合精确浓度的溶液并将其输送到下游，彻底混合仍然是许多基于微流体的生物和化学测定和分析中的关键步骤。为了在微流体装置中实现流体的完全混合，研究人员利用新颖的通道设计或主动干预来促进流体的质量传输和交换。然而，许多这些解决方案都有一个主要限制：它们的设计本质上限制了它们的操作吞吐量；也就是说，不同的设计在特定的流量下工作，无论是低范围还是高范围，但在其定制的设计范围之外都有困难。在这项工作中，我们提出了一种声流体混合器，它能够使用单个设备在广泛的流速范围（20-2000 μL min-1）内实现高效、彻底的混合。我们的混合器结合了主动声流体混合（负责以较低流速混合流体）和被动流体动力混合（负责以较高流速混合流体）。我们的声流控装置的机制、功能和性能均经过数值和实验验证。此外，我们的设备在现实世界中的潜力通过在两个数量级的宽流速范围内合成具有可比尺寸的聚合物纳米颗粒得到了证明。该装置在许多生化、生物和生物医学应用中都很有价值。例如，使用我们的平台，人们可以以较低的流速合成纳米粒子/纳米材料，首先确定最佳合成条件，而不必浪费大量试剂，然后增加流速以使用最佳条件进行高通量合成，所有使用相同的单个设备并保持性能。
更新日期：2020-02-27
中文翻译：
一种可在各种流速下进行高效混合的声流体装置。
无论是需要组合试剂和样品以实现所需的反应，还是需要混合精确浓度的溶液并将其输送到下游，彻底混合仍然是许多基于微流体的生物和化学测定和分析中的关键步骤。为了在微流体装置中实现流体的完全混合，研究人员利用新颖的通道设计或主动干预来促进流体的质量传输和交换。然而，许多这些解决方案都有一个主要限制：它们的设计本质上限制了它们的操作吞吐量；也就是说，不同的设计在特定的流量下工作，无论是低范围还是高范围，但在其定制的设计范围之外都有困难。在这项工作中，我们提出了一种声流体混合器，它能够使用单个设备在广泛的流速范围（20-2000 μL min-1）内实现高效、彻底的混合。我们的混合器结合了主动声流体混合（负责以较低流速混合流体）和被动流体动力混合（负责以较高流速混合流体）。我们的声流控装置的机制、功能和性能均经过数值和实验验证。此外，我们的设备在现实世界中的潜力通过在两个数量级的宽流速范围内合成具有可比尺寸的聚合物纳米颗粒得到了证明。该装置在许多生化、生物和生物医学应用中都很有价值。例如，使用我们的平台，人们可以以较低的流速合成纳米粒子/纳米材料，首先确定最佳合成条件，而不必浪费大量试剂，然后增加流速以使用最佳条件进行高通量合成，所有使用相同的单个设备并保持性能。
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