微流控芯片液滴技術(shù)作為一種操縱微小體積液體的新技術(shù),既可實(shí)現(xiàn)高通量微觀樣本的生成及控制,也可進(jìn)行獨(dú)立液滴的操控。分散的微液滴單元可作為理想的微反應(yīng)器,在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、藥物篩選、材料篩選和高附加值微顆粒材料合成領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。微流控芯片液滴技術(shù)展現(xiàn)出了巨大優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿?然而到目前為止在微液滴的精準(zhǔn)控制方面尚存一定的不確定性,例如:如何實(shí)現(xiàn)液滴大小、數(shù)量的精準(zhǔn)控制,如何簡(jiǎn)化器件封裝,如何縮短獲得有效液滴的響應(yīng)時(shí)間;如何在下游環(huán)境中更加準(zhǔn)確導(dǎo)向液滴,有選擇性的捕獲液滴并檢測(cè);亦或是如何有效提高陣列電極上液滴的驅(qū)動(dòng)效率,準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)液滴的分配、分離、融合等操作。因此,本論文主要通過(guò)對(duì)微流控芯片液滴的生成機(jī)理及控制技術(shù)開展研究,在液滴精準(zhǔn)控制、裝置簡(jiǎn)化上開展了相關(guān)研究工作;本論文主要開展了液滴生成裝置的設(shè)計(jì)和制作、數(shù)字微流體（DMF）芯片設(shè)計(jì)、系統(tǒng)搭建以及液滴驅(qū)動(dòng)控制等研究工作。（1）對(duì)兩相流液滴生成機(jī)理以及現(xiàn)有液滴生成技術(shù)開展研究分析,針對(duì)傳統(tǒng)流動(dòng)共聚焦法中兩相流注入結(jié)構(gòu)復(fù)雜,外部封裝體積大的問(wèn)題,本文借助商品化T型管,提出了一種新型共流聚焦液滴生成方法——T型共流聚焦法。另外... 

【文章來(lái)源】： 王洪 重慶理工大學(xué)

【文章頁(yè)數(shù)】：92 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

T型結(jié)構(gòu)芯片[11]（a）芯片尺寸（b）顯微鏡下油水界面

十字交叉流動(dòng)聚焦芯片

定，生成的液滴尺寸可控范圍更寬，對(duì)遠(yuǎn)小于通道尺寸的液滴生成更加有利；但在該方法中，要求芯片結(jié)構(gòu)具有高度對(duì)稱性，縮頸處尺寸更小，因此對(duì)加工工藝精度提出了更高的要求。（3）毛細(xì)管流動(dòng)共聚焦法毛細(xì)管流動(dòng)共聚焦法在芯片制作工藝上相比前兩種方法簡(jiǎn)單，不需要用于微通道加工的光刻技術(shù)或者超凈實(shí)驗(yàn)室；在結(jié)構(gòu)上該方法不同于流動(dòng)聚焦法中從兩側(cè)擠壓離散相流體，而是利用毛細(xì)管的嵌套關(guān)系使連續(xù)相環(huán)繞離散相從四周徑向―擠壓‖形成―收縮頸‖，使離散相流體前端―失穩(wěn)‖，從而生成液滴。（a）（b）（c）圖1.4裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[35]（a）共流裝置示意圖（b）流動(dòng)聚焦裝置示意圖（c）共流和流動(dòng)聚焦組合裝置用于雙重乳液生成Cramer提出了由鋼制毛細(xì)管注入離散相的流動(dòng)共聚焦裝置，并證實(shí)液滴生成過(guò)程中存在兩種不同機(jī)理，一是滴流原理，二是噴射原理[34]。不同于Cramer等人所用材料，Utada等人提出了一種用于制造單離散相乳液及多核乳液的玻璃毛細(xì)管裝置，該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1.4（a）所示[35]。Utada等人設(shè)計(jì)的流動(dòng)共聚焦裝置由方形毛細(xì)管和圓形毛細(xì)管嵌套而成，圓形毛細(xì)管外徑與方形毛細(xì)管內(nèi)部尺寸完全匹配，在足夠的嵌套長(zhǎng)度下完美的解決了兩管共軸問(wèn)題。Utada等人在研究從滴流到射流的過(guò)渡邊界時(shí)發(fā)現(xiàn)毛細(xì)管數(shù)和韋伯?dāng)?shù)決定著這兩種狀態(tài)的切換，并指出當(dāng)兩者之和大約等于1時(shí)會(huì)出現(xiàn)滴流和射流的邊界。此外，該文章還提出通過(guò)改變外部注入流體方向，利用流體動(dòng)力能聚焦實(shí)現(xiàn)液滴生成。如圖1.4（b）所示，內(nèi)部流體從相反側(cè)引入，兩種流


本文編號(hào)：2950474