本文選題：黏彈性 + 微流道��； 參考：《東南大學》2015年碩士論文

【摘要】：近年來,隨著微納機械制造技術(shù)的迅猛發(fā)展,微流控技術(shù)得到更為廣泛的研究。其中,利用流體自身特性的黏彈性微流控技術(shù)由于操作簡單,無需復雜器件,無需外場等優(yōu)點,開始引起學者們的關(guān)注。同時,黏彈性效應的運用可增強微流控芯片對微納米粒子的操控效率,有望減小芯片結(jié)構(gòu)尺寸。一方面,黏彈性微流控技術(shù)為待測樣品液的富集、分選、提純等預處理開辟新的途徑。另一方面,在微流控技術(shù)商業(yè)化過程中,實際處理的樣品液普遍存在黏彈性,不得不考慮黏彈性效應對微粒操控的影響。本文基于微納機械制造技術(shù),從多種流速、多尺寸粒子、不同特性溶液等方面入手,探究微流道中粒子黏彈性聚焦機理。論文取得下列研究成果：(1)基于多種微納機械制造工藝,制作了用于探究粒子黏彈性聚焦機理的不同結(jié)構(gòu)、尺寸的微流控器件。集成毛細玻璃管,制備了便于高壓引流及廢液收集的剛性圓截面流道的微型化器件。利用拔絲法,制備單純PDMS材質(zhì)的圓截面直流道的一體化微流控器件�；谘谀９饪碳夹g(shù)與模塑法,制備了多種結(jié)構(gòu)、尺寸的矩形截面直流道、直型縮擴流道、圓角縮擴流道以及螺旋流道。(2)研究了圓截面流道中粒子黏彈性聚焦機理。首先,對比分析玻璃管內(nèi)牛頓流體與黏彈性流體中粒子橫向遷移特性。粒子在黏彈性效應下可實現(xiàn)圓截面中心聚焦,而牛頓流體中的粒子則在慣性升力驅(qū)動下可形成經(jīng)典的Segre-Silberberg圓環(huán)。其次,研究粒子黏彈性聚焦的尺寸及流速調(diào)控效用。10μm大粒子具有比5μm小粒子更好的黏彈性聚焦效果。而且隨著驅(qū)動流速增加,粒子聚焦效果逐漸增強。進而表征了粒子沿流道長度的動態(tài)黏彈性聚焦過程。理論推導了圓形流道中粒子黏彈性聚焦所需安全流道長度的數(shù)學模型式,并通過實驗初步驗證了該模型式的有效性。最后,探索單純PDMS材質(zhì)的圓形流道中粒子黏彈性聚焦特性,發(fā)現(xiàn)粒子聚焦強度隨流速變化的特殊規(guī)律。實驗了PDMS圓形流道中基于黏彈性效應的血細胞聚焦,驗證了粒子黏彈性聚焦技術(shù)運用于生物粒子操控的可行性。(3)研究了矩形截面直流道及直型縮擴流道中粒子黏彈性聚焦機理。首先,測試了矩形截面直流道中粒子聚焦效果隨流速的變化,獲得與圓截面直流道類似的粒子聚焦過程。其次,分析了流道截面形狀及尺寸對粒子黏彈性遷移的調(diào)控,發(fā)現(xiàn)矩形截面流道比圓形流道更不易實現(xiàn)粒子的流道中心聚焦。定量研究堵塞比對粒子聚焦的影響,提出存在促進粒子黏彈性聚焦的較優(yōu)堵塞比。再次,實驗了多種樣品液中粒子不同的遷移過程,得到PEO樣品液中的粒子未實現(xiàn)單束聚焦的遷移規(guī)律。另外,研究了直型縮擴流道中流速、截面尺寸對粒子黏彈性遷移的調(diào)控,獲得比單純直流道更好的聚焦效果。進一步改進突擴結(jié)構(gòu),設(shè)計圓角突擴,實驗結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)有利于促進粒子黏彈性聚焦。最后,在矩形截面直流道中獲得10μm粒子2.5倍的富集濃縮,以及2μm、10μm混合粒子的提純分選。(4)研究了螺旋流道中粒子黏彈性遷移特性。首先,研究了螺旋流道中粒子黏彈性聚焦隨流速變化的規(guī)律,驗證了黏彈性溶液中的粒子分布于外半側(cè)流道。并發(fā)現(xiàn)8wt%PVP樣品液流速越大,粒子聚焦位置越靠近流道中心,在該樣品液中獲得理想的粒子單列聚焦。其次,測試了聚合物濃度及類型對粒子遷移特性的影響,結(jié)果顯示6.8wt%PVP樣品液中的粒子比2wt%PVP更易實現(xiàn)聚焦,但6.8wt%PVP樣品液濃度進一步提升至8wt%,對粒子聚焦的促進效果不明顯。與PVP樣品液中的粒子能實現(xiàn)理想的單列聚焦相比,較小彈性系數(shù)的PEO樣品液中粒子無法單束聚焦。再次,探究了多種流道寬度及初始半徑的螺旋流道中粒子黏彈性遷移規(guī)律。實驗結(jié)果表明隨著螺旋流道寬度增大,粒子熒光峰值靠近外壁面。而螺旋初始半徑越小,Dean拽力越大,粒子熒光峰值同樣越靠近外壁面。最后,利用螺旋流道將2wt%PVP中的10μm粒子黏彈性富集濃縮3.1倍。
[Abstract]:In recent years , with the rapid development of micro - nano - mechanical manufacturing technology , micro - fluidic technology has been widely studied . In this paper , the effects of particle size and particle size on the migration of particles in spiral flow channel are studied . The results show that the flow velocity and cross - sectional dimension of the rectangular cross - section are more difficult to realize the focusing of the particles .
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN492

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 項楠;朱曉璐;倪中華;;慣性效應在微流控芯片中的應用[J];化學進展;2011年09期

2 賈月飛;蔣稼歡;馬曉東;李遠;黃和鳴;蔡坤寶;蔡紹皙;吳云鵬;;基于微絲的PDMS微流動通道制作技術(shù)[J];科學通報;2008年17期

，

本文編號：2064261