本文關(guān)鍵詞：快速微納液滴系統(tǒng)的研制與應(yīng)用

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【摘要】：微流控芯片,憑借其體積小、效率高、試劑消耗少、分辨率高、靈敏度高、耗時短、成本低等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域。而液滴微流控技術(shù)作為微流控技術(shù)的重要分支,在近幾年來倍受青睞,帶來了大量的科學(xué)發(fā)展和技術(shù)的進步。微流控芯片操控的基礎(chǔ)是微流體的驅(qū)動和控制技術(shù)。目前應(yīng)用比較普遍的驅(qū)動方式就是注射泵驅(qū)動,但是注射泵驅(qū)動的紋波較大、單一注射器的流速范圍小、芯桿容易變形、不易集成自動化等不足是注射泵無法繞過的缺陷。為很好的解決注射泵的問題,可以采用具有脈動紋波小、響應(yīng)速度快、控制范圍廣等優(yōu)點的氣壓驅(qū)動系統(tǒng)作為微流控的驅(qū)動源。因此,通過采用模塊化設(shè)計思想從硬件電路設(shè)計、人機交互上位機界面設(shè)計、泵外形等機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、管路連接器件的選擇等幾個方面設(shè)計基于氣壓驅(qū)動的快速微納液滴系統(tǒng)。該系統(tǒng)有如下優(yōu)點：1)體積小、重量輕,有兩個相互獨立腔室可以同時驅(qū)動兩路液體流動；2)該系統(tǒng)達到了0 bar到10 bar的寬范圍氣壓控制、在整個寬范圍內(nèi)都擁有0.001 bar的分辨率和0.001 bar的精度；3)利用該系統(tǒng)最小可以生成皮升級的液滴,非常方便微納升液體的輸送。利用基于氣壓驅(qū)動的快速微納液滴系統(tǒng)研究不同的復(fù)配表面活性劑親水親油平衡值(HLB值)和不同復(fù)配表面活性劑含量對液滴穩(wěn)定性的影響,并通過液滴的液滴個數(shù)、歸一化平均粒徑、液滴粒徑標(biāo)準差、液滴粒徑歸一化標(biāo)準差隨時間的變化情況以及液滴粒徑的概率分布情況,分析得出當(dāng)HLB值為5.5,并且復(fù)配表面活性劑與礦物油體積比為5：95(也即復(fù)配表面活性劑在油相中體積分數(shù)為5%)時,生成100μm以內(nèi)的液滴的穩(wěn)定性是最好的。通過利用快速微納液滴系統(tǒng)和以上表面活性劑值和配比研究在不同油相、水相氣壓以及不同油相水相氣壓比下,液滴粒在流道中的形態(tài)和分布以及液滴粒徑的情況。通過實驗表明不同的油相水相氣壓會影響交叉口處水相“收縮頸”的大小,從而影響液滴粒徑的大小。在油相氣壓大于水相氣壓時,隨著油相氣壓的增大,液滴粒徑會減小,并且減小速度先快后慢。液滴粒徑變化斜率的絕對值與油相和水相氣壓比值呈倒數(shù)關(guān)系。并且,在相同的油相和水相氣壓比下,液滴粒徑隨著水相氣壓的增大而減小。快速微納液滴系統(tǒng)非常適合作為液滴微流控或其他微流控的驅(qū)動源,相信在不久的未來,會越來越多的被采用,甚至在某些方面完全取代注射泵的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：微流控 恒壓驅(qū)動 嵌入式 模塊化 液滴
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN492
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-28
• 1.1 微流控芯片10-16
• 1.1.1 微流控芯片的產(chǎn)生和發(fā)展10-11
• 1.1.2 微流控芯片材料和制作11-12
• 1.1.3 微流控的分類12-16
• 1.2 液滴微流控16-23
• 1.2.1 液滴微流控簡介16
• 1.2.2 液滴生成16-20
• 1.2.3 液滴微流控的應(yīng)用20-23
• 1.3 液滴微流控驅(qū)動系統(tǒng)及發(fā)展現(xiàn)狀23-24
• 1.4 本章小結(jié)24-25
• 1.5 本課題的研究意義、內(nèi)容和技術(shù)路線25-28
• 1.5.1 研究目的和意義25
• 1.5.2 研究內(nèi)容25-26
• 1.5.3 技術(shù)路線26-28
• 第二章 快速微納液滴系統(tǒng)的研制28-42
• 2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計28-37
• 2.1.1 系統(tǒng)硬件框圖28-29
• 2.1.2 系統(tǒng)硬件模塊介紹29-31
• 2.1.3 主要通信協(xié)議簡介31-35
• 2.1.4 硬件系統(tǒng)PCB設(shè)計35-36
• 2.1.5 硬件抗干擾設(shè)計36-37
• 2.2 嵌入式軟件設(shè)計37-39
• 2.3 上位機軟件39-40
• 2.3.1 PC電腦上位機39-40
• 2.3.2 智能手機上位機40
• 2.4 機械部分設(shè)計40-41
• 2.5 其他部件選型41
• 2.6 本章小結(jié)41-42
• 第三章 快速微納液滴系統(tǒng)測試和評估42-52
• 3.1 系統(tǒng)平臺搭建42-44
• 3.1.1 流阻管道和普通管道42-43
• 3.1.2 微流控芯片43-44
• 3.1.3 系統(tǒng)平臺實物圖44
• 3.2 系統(tǒng)功耗及性能評估44-45
• 3.3 系統(tǒng)氣壓控制及性能評估45-47
• 3.3.1 氣壓控制范圍及穩(wěn)定性45-46
• 3.3.2 系統(tǒng)響應(yīng)時間46-47
• 3.4 流速控制穩(wěn)定性及性能評估47
• 3.5 系統(tǒng)生成液滴穩(wěn)定性及性能評估47-49
• 3.5.1 液滴粒徑的均一性48
• 3.5.2 管道中液滴分布的穩(wěn)定性48-49
• 3.6 系統(tǒng)極值測試49-50
• 3.7 結(jié)果討論50
• 3.8 本章小結(jié)50-52
• 第四章 快速微納液滴系統(tǒng)的應(yīng)用52-68
• 4.1 引言52-53
• 4.2 材料與儀器53
• 4.3 平臺搭建53-55
• 4.4 液滴穩(wěn)定性研究55-61
• 4.4.1 實驗步驟55-57
• 4.4.2 親水親油平衡(HLB)值對液滴穩(wěn)定性的影響57-59
• 4.4.3 復(fù)配表面活性劑含量對液滴穩(wěn)定性的影響59-60
• 4.4.4 結(jié)果與討論60-61
• 4.5 氣壓對液滴影響的測試61-67
• 4.5.1 實驗步驟61-62
• 4.5.2 氣壓與液滴形態(tài)的關(guān)系62-63
• 4.5.3 氣壓與液滴粒徑的關(guān)系63-67
• 4.5.4 結(jié)果與討論67
• 4.6 本章小結(jié)67-68
• 第五章 總結(jié)與展望68-70
• 5.1 工作總結(jié)68
• 5.2 工作展望68-70
• 致謝70-72
• 參考文獻72-76
• 碩士階段發(fā)表論文76

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 陳九生;蔣稼歡;;微流控液滴技術(shù):微液滴生成與操控[J];分析化學(xué);2012年08期

2 余國賢;周曉龍;余立平;金亞青;;非離子乳化劑的HLB值和油包水乳化燃料油性質(zhì)的關(guān)系[J];石油學(xué)報(石油加工);2006年04期

3 任智,陳志榮,呂德偉;非離子表面活性劑乳液體系抗聚并穩(wěn)定性的實驗與分析[J];化工學(xué)報;2002年03期

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本文編號：898463