本文關(guān)鍵詞：基于微流控芯片的微液滴制備技術(shù)及應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 微流控芯片 微液滴技術(shù) 微膠囊技術(shù) 聚酯膜 PMMA

【摘要】：微液滴技術(shù)是使兩種不溶合的液體和液體或者液體和氣體形成液體包裹的液滴或者氣泡的一種技術(shù)。相比于傳統(tǒng)宏觀技術(shù),微液滴技術(shù)具有高效率、高通量、低消耗等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用于微化工、生化、醫(yī)藥等領(lǐng)域。T型通道法是微液滴形成的一種重要方法,微納米量級(jí)的液滴形成是一個(gè)多參數(shù)函數(shù),變量較多,其大小、形狀不僅和流體的流速、通道的尺寸有關(guān),還和流體的粘性力、微觀的表面張力、剪切力等參數(shù)有關(guān),套用宏觀流體力學(xué)中的理論公式進(jìn)行微液滴制備的理論分析是有局限的。目前,微液滴制備的理論研究尚處在基礎(chǔ)階段,并沒有形成統(tǒng)一的理論模型,面對(duì)不同的流體,不同的驅(qū)動(dòng)方法得到的理論公式甚至可能完全不同,給微液滴的控制和應(yīng)用帶來了一定的困難。本文將從實(shí)驗(yàn)研究的角度出發(fā)對(duì)微液滴制備的影響規(guī)律進(jìn)行研究,進(jìn)一步推導(dǎo)出基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的T型通道內(nèi)微液滴形成的理論模型,揭示在微尺度下微液滴的形成規(guī)律,為微液滴在生化領(lǐng)域的應(yīng)用奠定一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。為進(jìn)行微液滴的實(shí)驗(yàn)研究,本文對(duì)微流控芯片的加工方法進(jìn)行了調(diào)研和分析,比較了CNC加工、光刻加工和激光加工的優(yōu)缺點(diǎn),確定了微流控芯片的激光加工方案,詳述了PMMA微流控芯片的制作步驟。對(duì)微流控芯片的鍵合方法進(jìn)行了比較分析,為進(jìn)一步降低微流控芯片的鍵合難度和成本,提出了聚酯材料的新型微流控芯片鍵合方法,使芯片的鍵合成本大大降低,鍵合時(shí)間大大縮小,同時(shí)克服了熱壓鍵合流道變形、不易控制的難題,也避免了超聲波焊接的高成本,本方法可廣泛應(yīng)用于微生化分析芯片的制作中。對(duì)微流體的驅(qū)動(dòng)方法進(jìn)行了總結(jié)和篩選,提出了數(shù)字化微泵的流體驅(qū)動(dòng)方案,搭建了一套基于數(shù)字化微泵的微液滴實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)兩通道的數(shù)字化微泵進(jìn)行了自行設(shè)計(jì)和加工制作。本文分別對(duì)數(shù)字化微泵的機(jī)械結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu)、軟件算法進(jìn)行了介紹,完成了樣機(jī),泵送精度可達(dá)0.1μl/min,滿足微液滴實(shí)驗(yàn)的要求,性能優(yōu)于市場(chǎng)上常用的數(shù)字化微泵。PMMA材料為親水材料,為降低流動(dòng)阻力,本文使用PDMS溶液對(duì)微流體通道的表面性質(zhì)進(jìn)行了改性處理。本文重點(diǎn)研究了微通道的尺寸、液相的流速兩個(gè)參數(shù)對(duì)微液滴制備的頻率與長(zhǎng)度的影響規(guī)律。對(duì)微液滴制備的頻率與長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算分析,對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)的理論公式進(jìn)行了修正,給出了擬合公式。本文還進(jìn)一步通過改變微通道的寬度,研究了微液滴的分裂后子夜滴的體積比變化規(guī)律。將微液滴技術(shù)與微膠囊技術(shù)相結(jié)合,設(shè)計(jì)了T型微膠囊的微流控芯片結(jié)構(gòu),進(jìn)行了微膠囊的制備實(shí)驗(yàn)并對(duì)生成的微膠囊的穩(wěn)定性進(jìn)行了表征。通過微膠囊液相的濃度分析實(shí)驗(yàn),得出了微膠囊生成的最佳濃度。通過改變液相的流量,進(jìn)一步研究了液相流量對(duì)微膠囊生成大小的影響規(guī)律。最后對(duì)微膠囊包裹酵母菌進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)表明,將微液滴技術(shù)應(yīng)用于微膠囊的生成,具有穩(wěn)定、持續(xù)、可控的優(yōu)點(diǎn),解決了微膠囊生成粒徑大小不可控的缺點(diǎn)。提供了微膠囊生成技術(shù)新思路,為微流控芯片的應(yīng)用提供了重要的理論指導(dǎo)。微膠囊包裹酵母菌實(shí)驗(yàn)的成功,為后續(xù)對(duì)于更多更復(fù)雜粒子的包裹提供了借鑒。
【關(guān)鍵詞】：微流控芯片 微液滴技術(shù) 微膠囊技術(shù) 聚酯膜 PMMA
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN492
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 1 緒論16-26
• 1.1 課題來源16
• 1.2 課題研究背景16-21
• 1.2.1 微液滴的制備17-18
• 1.2.2 微液滴的操控18-19
• 1.2.3 微液滴的應(yīng)用19-21
• 1.3 存在的問題21-23
• 1.4 論和應(yīng)用方面的意義23-24
• 1.5 課題主要研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)24-25
• 1.5.1 主要研究?jī)?nèi)容24
• 1.5.2 論文結(jié)構(gòu)24-25
• 1.6 本章小結(jié)25-26
• 2 數(shù)字化微泵的設(shè)計(jì)及制作26-36
• 2.1 數(shù)字化微泵的功能要求27
• 2.2 數(shù)字化微泵機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)27-28
• 2.2.1 功能結(jié)構(gòu)及機(jī)械結(jié)構(gòu)分析27-28
• 2.3 機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)單元選型28-29
• 2.4 數(shù)字化微泵硬件電路設(shè)計(jì)29-33
• 2.4.1 電路最小系統(tǒng)模塊29-31
• 2.4.2 注射模塊31-32
• 2.4.3 溫度控制模塊32-33
• 2.5 系統(tǒng)控制算法設(shè)計(jì)33-34
• 2.5.1 溫度控制模塊的PID控制算法33
• 2.5.2 步進(jìn)電機(jī)的S型加減速控制算法33-34
• 2.6 數(shù)字化微泵研制實(shí)物圖及測(cè)試分析34-35
• 2.7 本章小結(jié)35-36
• 3 微液滴的制備的實(shí)驗(yàn)研究36-52
• 3.1 PMMA微流控芯片的制作工藝現(xiàn)狀36-37
• 3.2 液滴制備微流控芯片的結(jié)構(gòu)37-38
• 3.3 液滴制備微流控芯片的加工38-42
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與試劑38
• 3.3.2 加工流程38-40
• 3.3.3 通道改性40-41
• 3.3.4 微通道表面質(zhì)量的表征41-42
• 3.4 微液滴的生成規(guī)律研究42-49
• 3.4.1 液相等速變化對(duì)液滴的影響44-45
• 3.4.2 液相非等速變化對(duì)液滴的影響45-46
• 3.4.3 芯片通道尺寸對(duì)液滴制備的影響46-48
• 3.4.4 微液滴制備的規(guī)律計(jì)算分析48-49
• 3.5 微液滴的分裂規(guī)律研究49-50
• 3.6 本章小結(jié)50-52
• 4 微液滴的應(yīng)用研究52-68
• 4.1 微膠囊技術(shù)的簡(jiǎn)介52-54
• 4.1.1 微膠囊的制備材料52-53
• 4.1.2 微膠囊的制備方法53-54
• 4.2 海藻酸微膠囊的生成原理54-55
• 4.3 微流控芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)55-59
• 4.3.1 通過玻璃微噴射法產(chǎn)生微膠囊的微流控芯片的設(shè)計(jì)55-56
• 4.3.2 通過T型通道產(chǎn)生微膠囊的微流控芯片的設(shè)計(jì)56-59
• 4.4 微流控芯片的加工59-60
• 4.5 微膠囊的制備60-65
• 4.5.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備60
• 4.5.2 實(shí)驗(yàn)試劑60
• 4.5.3 實(shí)驗(yàn)溶液的制備60-61
• 4.5.4 微膠囊制備過程61-62
• 4.5.5 微膠囊制備穩(wěn)定性表征62-63
• 4.5.6 海藻酸濃度對(duì)微膠囊生成的影響規(guī)律63-64
• 4.5.7 液相流量對(duì)微膠囊生成粒徑大小的影響規(guī)律64-65
• 4.6 微膠囊包裹酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)65-66
• 4.7 本章小結(jié)66-68
• 5 總結(jié)與展望68-70
• 5.1 總結(jié)68-69
• 5.2 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 致謝74-76
• 作者簡(jiǎn)介及科研成果76

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本文編號(hào)：1111741