【摘要】：隨著新興的MEMS技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)越來(lái)越多地用于微流體裝置的集成,以自動(dòng)化化合物和生物樣品的生成和分析,需要對(duì)樣品進(jìn)行快速高效地混合。但是大多數(shù)現(xiàn)有的微流體混合裝置主要通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)行混合。所以對(duì)于尋找快速和有效的混合方法是必要。電流體動(dòng)力學(xué)(electrohydrodynamics,EHD)是一門(mén)結(jié)合流體力學(xué)和電動(dòng)力學(xué)的交叉學(xué)科,其研究電場(chǎng)作用下液體電介質(zhì)中的流體力學(xué)問(wèn)題。EHD驅(qū)動(dòng)力通常是用來(lái)控制液體在密閉系統(tǒng)的流動(dòng),這是由于在微尺度下微系統(tǒng)裝置通過(guò)EHD驅(qū)動(dòng)力操作方便等優(yōu)點(diǎn)。Faetti和Morris等論證了通過(guò)外加電場(chǎng)和電流在自由懸浮的液晶膜中能產(chǎn)生微渦流的現(xiàn)象。通過(guò)EHD驅(qū)動(dòng)在懸浮液膜產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象被Amjadi和Shirsavar等發(fā)現(xiàn)。然而,薄膜液體很容易破裂并且難以存在很長(zhǎng)時(shí)間,目前的實(shí)驗(yàn)裝置無(wú)法為微流體裝置中提供一個(gè)實(shí)用的方法。本文提出了一種將基于電滲流原理的電致旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象運(yùn)用于微流控芯片的微流控裝置。由于其在微尺度上的適用性以及其實(shí)現(xiàn)了在密閉區(qū)域內(nèi)對(duì)一定量液體的精確控制,并且這種新方法不需要外部電極板和任何移動(dòng)部件。本文主要提出了兩種仿真模型。第一種模型是電極放于微腔側(cè)面的模型。通過(guò)使用COMSOL軟件進(jìn)行仿真,得到微腔中微粒子在外加電壓下的流場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)的數(shù)值結(jié)果,并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析;第二種模型是的電極放于微腔底部的模型�？紤]在實(shí)際中,在現(xiàn)有條件下能夠得到的側(cè)面電極的大小厚度在1mm左右,如果是在納米級(jí)別則在實(shí)際操作中有一定難度。所以考慮將電極放于微腔底部。最后通過(guò)COMSOL得出仿真結(jié)果進(jìn)行分析。在基于以上兩個(gè)模型的基礎(chǔ)上,對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),建立合適的微混合模型。提出了不同的微混合模型,通過(guò)數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)并通過(guò)混合系數(shù)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行量化比較。其數(shù)值模擬結(jié)果表明,該方法具有良好的混合效果,為實(shí)現(xiàn)微流控器件的混合提供了一種可行的方法。最后本文提供一種基于側(cè)邊電極模型的實(shí)驗(yàn)方案,通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)證了在微腔體中的電滲流驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。所以,EHD所產(chǎn)生的電致旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象在生物及微流控芯片有著廣泛的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O35;TH69

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本文編號(hào)：2647201