本發明屬于微流控芯片，具體涉及一種基于串聯進樣的微流控混合裝置及其使用方法。
背景技術：
1、微流控芯片技術因其樣品消耗少、反應速度快、集成度高等優點，已成為生物、化學、醫學等領域的重要平臺。然而在微米尺度的通道中，流體流動通常處于低re數層流狀態，流體間混合主要依賴于緩慢的分子擴散，這嚴重制約了涉及快速反應的分析的效率。
2、為解決這一瓶頸，研究人員進行了長期探索。一種主流思路是對微通道的幾何結構進行復雜化設計，例如構建蛇形彎曲通道、在流道內設置周期性障礙物、或創造三維分割-重組流道等，以期在層流中誘發混沌對流或增加流體界面的拉伸折疊。盡管這些方法能在一定程度上提升混合效率，但其改進往往以顯著增加流體流動阻力（即壓降）為代價，不僅提高了驅動能耗，也可能對集成在同一芯片上的其他敏感單元造成不利影響。此外，復雜的三維微結構也增加了芯片的設計與加工難度及成本。
3、另一類思路是引入外部能量場來主動擾動流體，例如施加聲場、電場、磁場或熱場來直接打破層流界面。這類主動混合策略通常能在較寬的流速范圍內實現高效混合，且不必然導致壓降升高。然而，其弊端同樣明顯：需要額外的外部驅動裝置和控制系統，這使得整個系統變得復雜、笨重且成本高昂，背離了微流控技術高度集成化、便攜化的初衷。更重要的是，部分能量場可能對生物活性樣品產生不利影響，限制了其在生命科學領域的應用。
4、現有微流控混合技術面臨著一種兩難困境：被動混合器追求效率則犧牲了結構的簡潔性與低能耗特性；主動混合器雖效率可控卻帶來了系統復雜化與潛在樣品干擾。
5、因此，開發一種能夠在低re數條件下，僅通過簡潔、低成本的流道設計，無需外部能量輸入即可實現高效混合，同時保持低流動阻力的新型微流控混合方案，已成為該領域一個重要的技術挑戰。
技術實現思路
1、鑒于此，本發明的目的是提供一種基于串聯進樣的微流控混合裝置及其使用方法，能夠在低re數條件下，僅通過簡潔、低成本的流道設計，無需外部能量輸入即可實現高效混合，同時保持低流動阻力。
2、為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
3、第一方面，本發明提供一種高效微流控混合芯片，混合腔室a和混合腔室b串聯，混合腔室b連接混合通道，所述混合腔室a連接入口通道a，所述混合腔室b連接入口通道b，所述混合通道出口處下方設有微電極結構。
4、其中，高效微流控混合芯片為pdms-玻璃復合芯片，其包括微流道結構和微電極結構；串聯的混合腔室a和混合腔室b、混合通道、入口通道a、入口通道b共同組成微流道結構，形成串聯進樣流道布局，微流道結構高度60微米。
5、其中，電極或電極陣列與混合通道精準對齊，用于配合電化學阻抗檢測技術實時監測流體濃度。
6、基于上述技術方案，進一步地，所述入口通道a和所述入口通道b的半徑為0.5mm，所述混合腔室a和所述混合腔室b的半徑為1.5mm，所述入口通道a和所述入口通道b的間距為5mm，所述混合通道與所述混合腔室b連接處截面尺寸0.1mm×0.06mm，所述混合通道設有呈u型的主通道段，所述主通道段的垂直段長4mm，所述主通道段的弧形段半徑1mm。
7、基于上述技術方案，進一步地，所述微電極結構為指狀交叉電極陣列，所述電極包括10nm厚的鉻粘附層和100nm厚的金導電層。
8、其中，10nm厚的鉻粘附層和100nm厚的金導電層，確保良好的導電性和與玻璃基片的結合力。
9、基于上述技術方案，進一步地，所述混合腔室a、所述混合腔室b、所述入口通道a、所述入口通道b和所述混合通道采用軟光刻技術制備，所述微電極結構通過光刻、濺射和剝離工藝制備。
10、其中，采用軟光刻技術，使得微流道結構具有良好的柔韌性和密封性。
11、基于上述技術方案，進一步地，所述微電極結構位于玻璃基片表面，所述混合腔室a、所述混合腔室b和所述混合通道通過氧等離子體表面親水化處理鍵合在玻璃基片。
12、其中，微流道結構經氧等離子體表面親水化處理鍵合在玻璃基片，形成封閉的微流道系統。
13、其中，玻璃基片作為微電極的承載基底，保證了結構穩定性和電學檢測性能。
14、第二方面，本發明提供上述的高效微流控混合芯片的制備方法，包括如下步驟：
15、將流體a與流體b分別依次注入入口通道a和入口通道b，所述流體b的流速分數 φ= v2/（ v1+ v2），其中 v1為入口通道a的平均流速， v2為入口通道b的平均流速，所述 φ的調節范圍為10%-90%，所述流體a與所述流體b的初始濃度比為1:9-9:1。
16、基于上述技術方案，進一步地，所述流體a與所述流體b注入前分別儲存在與所述入口通道a和所述入口通道b對應的儲液裝置中，所述流體a與所述流體b通過注射泵注入所述入口通道a和所述入口通道b中。
17、其中，注射泵為高精度注射泵，根據目標濃度梯度設定兩個流體的流速比例。
18、基于上述技術方案，進一步地，所述流體a與所述流體b在混合腔室b形成所述流體a包夾所述流體b三層平行層流的流體結構，所述流體a與所述流體b在所述混合通道形成混合溶液。
19、其中，在混合腔室b的流道結構作用下形成穩定的流體a包夾流體b三層流體結構。
20、其中，兩種流體在主通道段內，基于擴大的接觸面積，通過分子擴散實現高效混合。
21、基于上述技術方案，進一步地，在所述微電極結構處連接電化學阻抗檢測設備，檢測所述混合溶液的阻抗信號，所述檢測頻率范圍為1hz-106hz。
22、其中，電化學阻抗檢測設備實時測量混合通道出口處流體的阻抗信號，基于阻抗與濃度的對應關系，驗證生成的濃度梯度。
23、基于上述技術方案，進一步地，當re數調節范圍為0.15-75時，所述出口處混合指數不低于92%。
24、其中，其中re=7.5時，主混合通道起始截面的混合指數達到92.5%。
25、其中，基于等效電路模型提取溶液電阻參數，利用溶液電阻與濃度的對應關系，驗證生成的濃度梯度。，驗證溶液電阻與手動配制標準溶液的偏差不超過3%，確保濃度控制的準確性。
26、與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
27、1.本發明采用串聯混合腔室的設計方案，使得兩種不同濃度流體能夠交替地注入混合腔室，通過流道結構，可以自發在混合腔室入口截面形成三層平行層流的流體結構，三層流體結構的混合流體通過混合通道后，基于擴大的接觸面積，通過分子擴散實現高效混合，此結構在不引入混沌對流或外部能量場的前提下，將流體間的擴散接觸面積擴大一倍，顯著增強了低雷諾數（re）下的分子擴散混合效率，能夠在低re數條件下，僅通過簡潔、低成本的流道設計，無需外部能量輸入即可實現高效混合，同時保持低流動阻力。
28、2.本發明的芯片集成了微電極，結合電化學阻抗檢測技術，可對混合過程生成的濃度梯度進行無標記、實時、定量驗證。
29、3.本發明結構簡單、加工成本低、混合效率高、壓降小，特別適用于生化分析、藥物篩選、納米材料合成等需要快速、均勻混合或可控濃度梯度生成的微流控應用場景。