导读：
近期，南方科技大学蒋兴宇教授和王斗副教授团队提出了一种基于双层芯片的分支汇聚结构，作为增强微流控芯片混合效率的通用策略，通过增加流体间的界面数量来提升混合性能，该结构不仅减少了所需的入口数量，而且在连续合成乳酸-羟基乙酸共聚物纳米粒子时展现了较传统设备更高的粒子均匀性。相关研究以“Branch-convergence structure based on double-layer chip: a universal method for enhancing microfluidic mixing”为题目，发表在期刊《Lab on a Chip》上。
本文要点：
1、本研究开发了一种基于双层芯片的分支-汇聚结构，可以有效提高微流控混合效率。
2、该策略通过增加流体界面数量来减小扩散距离，从而提高混合效率。在实验条件下，混合效率可提高约10倍。
3、该增强策略只需改变进液通道结构，而不需改变混合段结构，具有广泛适用性。任何不同原理和结构的混合段都可以连接在分支-汇聚结构下游。
4、将该通用混合增强策略应用于乳酸-羟基乙酸共聚物纳米颗粒的连续合成，合成的纳米颗粒具有更高的均一性。
5、通过理论分析和实验验证，证明了分支-汇聚结构能够有效提高微流控混合效率。总之，本文提出了一种通用的微流控混合增强策略，并成功应用于纳米颗粒合成，具有重要的实际应用价值。
分支-汇聚结构在微流控混合中的优势如下：
1、显著提升混合效率：与传统混合芯片相比，分支-汇聚结构能大幅提升混合效率，研究结果显示混合指数可提高约10倍。
2、简化流体输入：只需为每种液体提供一个进口，减少了所需入口数量，简化了系统的配置和操作流程。
3、易于制造：分支-汇聚结构可以通过软光刻技术制造，无需依赖高精度微加工设备，降低了生产成本和技术门槛。
4、通用性：该结构是一种通用的增强策略，能够与不同的混合原理和通道结构相结合，适用于多种微流控混合应用。
5、提高产物均匀性：作为概念验证，分支-汇聚结构在合成PLGA纳米颗粒时，展现了比传统混合芯片更好的产物均一性。
总之，分支-汇聚结构提供了一种简单有效的方法，在不增加设备制造和操作复杂度的情况下，显著提高了微流控混合的效率。
如何通过设计优化进一步增强分支汇聚结构的混合效率？
1、可以通过增加分支的数量来减少每次混合所需的流体迁移距离，从而提高混合效率。
2、优化分支通道的长度和曲折程度，确保各分支的流动阻力和流动时间尽可能一致，以避免混合不均。
3、结合数值模拟结果，对混合段的设计进行调整，如增加螺旋循环的数量，以进一步提高混合效果。
4、考虑流体的物理特性，如粘度和密度，来调整设计，以适应不同流体的混合需求。
图1：分支汇聚结构芯片示意图。
图2：混合的显微镜观察和模拟。
图3：分支数的影响。
图4：循环数的影响。
图5：流速的影响。
图6：分支汇聚芯片与传统芯片在合成PLGA纳米粒子中的对比。
原文链接：https://doi.org/10.1039/D4LC00405A
