本文關(guān)鍵詞：基于微流控芯片的微液滴制備技術(shù)及應用研究

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【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,因此被廣泛應用于微化工、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,微納米量級的液滴形成是一個多參數(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),套用宏觀流體力學中的理論公式進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,面對不同的流體,不同的驅(qū)動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用帶來了一定的困難。本文將從實驗研究的角度出發(fā)對微液滴制備的影響規(guī)律進行研究,進一步推導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)域的應用奠定一定的理論基礎(chǔ)和實驗基礎(chǔ)。為進行微液滴的實驗研究,本文對微流控芯片的加工方法進行了調(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,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。對微流控芯片的鍵合方法進行了比較分析,為進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,鍵合時間大大縮小,同時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,本方法可廣泛應用于微生化分析芯片的制作中。對微流體的驅(qū)動方法進行了總結(jié)和篩選,提出了數(shù)字化微泵的流體驅(qū)動方案,搭建了一套基于數(shù)字化微泵的微液滴實驗平臺,對兩通道的數(shù)字化微泵進行了自行設計和加工制作。本文分別對數(shù)字化微泵的機械結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu)、軟件算法進行了介紹,完成了樣機,泵送精度可達0.1μl/min,滿足微液滴實驗的要求,性能優(yōu)于市場上常用的數(shù)字化微泵。PMMA材料為親水材料,為降低流動阻力,本文使用PDMS溶液對微流體通道的表面性質(zhì)進行了改性處理。本文重點研究了微通道的尺寸、液相的流速兩個參數(shù)對微液滴制備的頻率與長度的影響規(guī)律。對微液滴制備的頻率與長度進行計算分析,對國內(nèi)外相關(guān)的理論公式進行了修正,給出了擬合公式。本文還進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,設計了T型微膠囊的微流控芯片結(jié)構(gòu),進行了微膠囊的制備實驗并對生成的微膠囊的穩(wěn)定性進行了表征。通過微膠囊液相的濃度分析實驗,得出了微膠囊生成的最佳濃度。通過改變液相的流量,進一步研究了液相流量對微膠囊生成大小的影響規(guī)律。最后對微膠囊包裹酵母菌進行了實驗驗證,實驗表明,將微液滴技術(shù)應用于微膠囊的生成,具有穩(wěn)定、持續(xù)、可控的優(yōu)點,解決了微膠囊生成粒徑大小不可控的缺點。提供了微膠囊生成技術(shù)新思路,為微流控芯片的應用提供了重要的理論指導。微膠囊包裹酵母菌實驗的成功,為后續(xù)對于更多更復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
【學位授予單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 微液滴的應用19-21
• 1.3 存在的問題21-23
• 1.4 論和應用方面的意義23-24
• 1.5 課題主要研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)24-25
• 1.5.1 主要研究內(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)字化微泵的設計及制作26-36
• 2.1 數(shù)字化微泵的功能要求27
• 2.2 數(shù)字化微泵機械結(jié)構(gòu)設計27-28
• 2.2.1 功能結(jié)構(gòu)及機械結(jié)構(gòu)分析27-28
• 2.3 機械傳動結(jié)構(gòu)單元選型28-29
• 2.4 數(shù)字化微泵硬件電路設計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)控制算法設計33-34
• 2.5.1 溫度控制模塊的PID控制算法33
• 2.5.2 步進電機的S型加減速控制算法33-34
• 2.6 數(shù)字化微泵研制實物圖及測試分析34-35
• 2.7 本章小結(jié)35-36
• 3 微液滴的制備的實驗研究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 實驗設備與試劑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 液相等速變化對液滴的影響44-45
• 3.4.2 液相非等速變化對液滴的影響45-46
• 3.4.3 芯片通道尺寸對液滴制備的影響46-48
• 3.4.4 微液滴制備的規(guī)律計算分析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 微液滴的應用研究52-68
• 4.1 微膠囊技術(shù)的簡介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)設計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計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計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 實驗設備60
• 4.5.2 實驗試劑60
• 4.5.3 實驗溶液的制備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 海藻酸濃度對微膠囊生成的影響規(guī)律63-64
• 4.5.7 液相流量對微膠囊生成粒徑大小的影響規(guī)律64-65
• 4.6 微膠囊包裹酵母細胞的實驗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70-74
• 致謝74-76
• 作者簡介及科研成果76

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5 朱麗;侯麗雅;章維一;;數(shù)字化微混合反應器的研究[J];微納電子技術(shù);2007年11期

6 劉翔;高安然;李鐵;周萍;王躍林;;基于靜電力的微液滴驅(qū)動芯片[J];傳感器與微系統(tǒng);2011年02期

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8 李小華;;基于圖像處理的MEMS微液滴體積測量方法[J];中國測試;2014年04期

9 ;[J];;年期

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1 張際標;王佳;王燕華;姜應律;;干濕交替下微液滴的形成和擴展行為[A];2006年全國腐蝕電化學及測試方法學術(shù)會議論文集[C];2006年

2 史立濤;蔣成剛;周平;吳承偉;;微液滴在粗糙表面的電致振動研究[A];中國力學學會學術(shù)大會'2009論文摘要集[C];2009年

3 宋昱;何楓;;粗糙表面上微液滴的數(shù)值模擬[A];第十屆全國環(huán)境與工業(yè)流體力學會議論文集[C];2007年

4 董立春;;T型微米級通道內(nèi)微液滴形成過程的數(shù)值模擬[A];重慶市化學化工學會2009學術(shù)年會論文集[C];2009年

5 張際標;王佳;王燕華;;微液滴現(xiàn)象與大氣腐蝕[A];2004年腐蝕電化學及測試方法學術(shù)交流會論文集[C];2004年

6 唐曉;王佳;李焰;;海洋大氣腐蝕初始階段微液滴體系的微區(qū)電化學分布特征[A];2010年全國腐蝕電化學及測試方法學術(shù)會議摘要集[C];2010年

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9 劉亞偉;張博;張現(xiàn)仁;;表面微觀結(jié)構(gòu)對其上納微液滴/氣泡的決定性影響[A];中國化學會第29屆學術(shù)年會摘要集——第02分會：分離分析及微、納流控新方法[C];2014年

10 曹刃拓;劉趙淼;;Y型交叉微通道內(nèi)微液滴融合分裂過程的數(shù)值模擬[A];北京力學會第20屆學術(shù)年會論文集[C];2014年

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1 張際標;大氣腐蝕起始過程中的微液滴現(xiàn)象研究[D];中國科學院研究生院（海洋研究所）;2005年

2 梁利花;微液滴現(xiàn)象在大氣腐蝕過程中的作用[D];中國海洋大學;2009年

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1 彭長敏;微液滴在均勻性和非均勻潤濕性表面上的動力學與熱力學特性研究[D];華南理工大學;2015年

2 榮莉;基于微流控芯片的微液滴制備技術(shù)及應用研究[D];安徽理工大學;2016年

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5 梁利花;大氣腐蝕起始階段微液滴現(xiàn)象研究[D];中國海洋大學;2006年

6 吳森洋;微液滴噴射成形的壓電式噴頭研究[D];浙江大學;2013年

7 王心怡;介電潤濕法微液滴驅(qū)動芯片及其控制系統(tǒng)設計[D];大連理工大學;2014年

8 史立濤;超疏水表面制備及微液滴電操控研究[D];大連理工大學;2010年

9 何渝;基于微液滴介質(zhì)的微型靜電式振動發(fā)電機關(guān)鍵技術(shù)研究[D];重慶大學;2010年

10 凌明祥;基于介電潤濕效應的微液滴操控研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

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本文編號：1111741