如今，微流控芯片广泛应用于微生物学、精细有机合成、制药、生物医学和微型机器人等领域。这些系统中的微反应器的尺寸小于一毫米。为了有效地进行反应，通常需要快速混合物质。由于尺寸小，标准方法不适用于这些目的。包括彼尔姆理工大学科学家在内的一组研究人员研究了混合液体的自然对流机制。这种方法将使反应更有效和更经济地进行。

具有两个入口和一个出口的 Y 形微反应器示意图（通道宽度 - 200 微米，高度 - 2 毫米）

俄罗斯科学院乌拉尔分院（彼尔姆）连续介质力学研究所和以色列理工学院（海法）的科学家也参与了这项工作。研究结果由开发人员在《微重力科学与技术》杂志上发表。科学家的研究将允许开发一种国内技术，用于创建可用于药品生产的流动型微反应器网络。

“在微流体装置的帮助下，他们研究化学技术、物理和生物过程。流体微反应器的尺寸与微流控装置接近，近年来已成为化学工程的重大突破。例如，制药行业现在主要关注快速改变生产的能力，而不是大量标准产品的发布。对于复杂的反应，流动微反应器是一个广泛的通道网络。

精细有机合成产品是在不同条件和不同速率下发生的一系列多组分和多阶段反应的结果。这使得确保高生产率、稳定的反应条件、有效控制试剂和能量的消耗成为可能，”彼尔姆理工大学应用物理系主任、物理和数学科学博士、副教授 Dmitry Bratsun 说.

在过去的 50 年中，反应堆的尺寸急剧减小，现在处于毫米和亚毫米范围内。但这导致了混合试剂的问题。仅由于扩散而成为可能，但此过程很慢。为了加速反应，使用了主动和被动混合控制方法。

前者是由于机械作用、热量或电磁场而发生的，而后者则利用流动的内能。特别是，可以使用对流——一种通过物质本身的流动传递内部能量的热传递。大多数情况下，这会使通道设计复杂化，从而需要额外的能源成本。彼尔姆理工大学的科学家与同事提出使用自然对流机制。

开发人员进行了一系列实验，研究了使用自然对流混合溶液的有效性。他们基于 Y 形微反应器（微流控网络的典型元素）研究了这些过程。为了可视化流动，研究人员使用光学方法，并使用荧光染料评估物质的混合程度。3D 建模使他们能够估计溶液完全混合的通道长度。

科学家们发现，与扩散相比，混合速度更快。他们还估计了对流机制可以工作的设备的最小尺寸。它达到100纳米。据开发人员介绍，对于某些反应方案，自然对流可以成为在流动型微流体装置中进行反应的有效工具。