發(fā)布時間：2017-06-09 16:07

  本文關(guān)鍵詞：基于超聲駐波的微納粒子收集機理及實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著人類環(huán)保意識的增強以及反恐形勢的日益嚴峻，面向微納米尺度病原體的實時快速檢測研究已迫在眉睫。無論疾病的快速診斷異或環(huán)境中污染物的迅速甄別，首要解決的技術(shù)難題均是實現(xiàn)流體中微納米粒子的快速聚集，以滿足檢測所需的粒子濃度。微流控技術(shù)在微納米粒子的精確操縱方面極具優(yōu)勢，，目前有多種方法用于該項研究，如介電泳、流體聚焦等。而基于超聲駐波的微納米粒子收集方法，以其高效性及結(jié)構(gòu)的簡易性而備受關(guān)注。因此，本文對超聲駐波進行微納米粒子收集的機理及相關(guān)實驗展開研究。 首先綜述了微流控系統(tǒng)中常用的幾種粒子操縱技術(shù)，詳細分析了基于超聲駐波粒子收集的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出了目前研究中存在的主要問題。揭示了利用超聲駐波進行粒子收集的機理，研究了影響聲輻射力的主要因素，著重分析了粒子及周圍溶液的性質(zhì)對于聲場中粒子聚集位置的決定性作用，推導(dǎo)了聲場作用下粒子所受的一次輻射力及二次輻射力的表達式，并對其關(guān)鍵參數(shù)進行了分析。此外，對小尺度粒子所受的聲流作用進行了分析，明確了聲流的有效作用范圍及其主要影響規(guī)律。 其次，以理論分析為基礎(chǔ)，并綜合考慮聲波的傳播規(guī)律及主要影響因素，設(shè)計了利用方形毛細管搭建粒子收集系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)，并以系統(tǒng)的聲阻抗分析為依據(jù)選擇了芯片的材料。提出了超聲駐波粒子收集結(jié)構(gòu)的制作工藝方法，并對毛細管的共振頻率進行了仿真分析，為后續(xù)實驗提供參數(shù)依據(jù)。 再次，分別選取直徑為0.5μm、3μm、5μm、10μm和20μm的不同濃度的粒子懸浮液為研究對象，進行了大量實驗研究。分別針對粒子的直徑、濃度、頻率等因素進行深入分析，成功實現(xiàn)了多參數(shù)條件下粒子的快速聚集，并驗證了理論及仿真研究的正確性。 最后，在理論及基本實驗研究的基礎(chǔ)上，本文利用實驗系統(tǒng)進行了海拉細胞和人類肝癌細胞的快速收集實驗研究，獲得了十分理想的收集現(xiàn)象，結(jié)果表明，超聲駐波能夠?qū)崿F(xiàn)生物粒子的快速聚集，因此論文研究成果具有廣闊的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：超聲駐波 粒子收集 聲輻射力 微流控
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R310;TB559
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 課題來源及研究目的和意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-16
• 1.2.1 粒子的操縱方式9-13
• 1.2.2 超聲駐波粒子收集國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3 論文的主要內(nèi)容16-17
• 第2章 超聲駐波粒子收集機理研究17-32
• 2.1 超聲駐波粒子收集前期理論基礎(chǔ)17-20
• 2.1.1 壓電超聲換能器17-18
• 2.1.2 超聲波基礎(chǔ)理論18-20
• 2.2 超聲駐波粒子收集機理20-28
• 2.2.1 壓電換能器產(chǎn)生的聲場形式21-22
• 2.2.2 散射理論22-24
• 2.2.3 一次聲輻射力的推導(dǎo)24-26
• 2.2.4 二次聲輻射力的推導(dǎo)26-28
• 2.3 粒子材料對聲輻射力的影響28-30
• 2.4 超聲駐波致聲流現(xiàn)象30
• 2.5 本章小結(jié)30-32
• 第3章 粒子收集芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計及共振頻率分析32-42
• 3.1 裝置類型的選擇32-33
• 3.2 裝置材料的選擇33-35
• 3.3 超聲駐波粒子收集芯片制作35-39
• 3.4 方形毛細管共振頻率的仿真39-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 超聲駐波聚合物粒子收集的基礎(chǔ)實驗研究42-59
• 4.1 實驗系統(tǒng)搭建42
• 4.2 聚合物粒子收集實驗安排42-46
• 4.2.1 實驗裝置的選擇42-45
• 4.2.2 聚合物粒子收集的系統(tǒng)實驗設(shè)置45-46
• 4.3 頻率對收集效果的影響及分析46-49
• 4.3.1 頻率對收集效果影響的實驗流程46
• 4.3.2 實驗結(jié)果及分析46-49
• 4.4 粒子濃度對收集效果的影響及分析49-51
• 4.4.1 粒子濃度對收集效果影響的實驗流程49
• 4.4.2 實驗數(shù)據(jù)處理及分析49-51
• 4.5 流速對收集效果的影響及分析51-53
• 4.5.1 流速對收集效果影響的實驗流程51-52
• 4.5.2 實驗數(shù)據(jù)處理與分析52-53
• 4.6 粒子尺寸對收集效果的影響及分析53-57
• 4.6.1 實驗材料的準備53-54
• 4.6.2 粒子尺寸對收集效果影響的實驗流程54
• 4.6.3 實驗結(jié)果及分析54-57
• 4.7 本章小結(jié)57-59
• 第5章 超聲駐波在惡性腫瘤細胞聚集中的應(yīng)用研究59-68
• 5.1 超聲駐波在宮頸癌(HELA)細胞聚集中的應(yīng)用研究59-61
• 5.1.1 實驗用 HELA 細胞準備60
• 5.1.2 HELA 細胞聚集實驗結(jié)果及分析60-61
• 5.2 超聲駐波在肝癌細胞聚集中的應(yīng)用研究61-67
• 5.2.1 肝癌細胞準備61-62
• 5.2.2 肝癌細胞聚集實驗結(jié)果及分析62-67
• 5.3 本章小結(jié)67-68
• 結(jié)論68-69
• 參考文獻69-74
• 致謝74

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