微流控芯片技術在過去的數(shù)十年間得到飛速發(fā)展。由于其能夠將傳統(tǒng)實驗室中樣品制備、可控反應、分析檢測等操作功能集成到一塊面積僅為數(shù)平方厘米的芯片上,具有試劑消耗量小、反應迅速、靈敏度高等優(yōu)點,被廣泛應用于生化分析、生命科學、醫(yī)學檢測等領域。近年來,傳統(tǒng)微流控技術與現(xiàn)代光學技術相融合衍生一門新技術—光微流體技術,利用光與流體的相互作用,在微流控平臺上實現(xiàn)了一系列新功能。作為典型的光與流體相互作用方式之一,光熱效應致流體相變由于其局部操控、響應迅速、操作簡易等優(yōu)勢,被廣泛應用于光微流體器件中進行流體操控。然而,針對基于光熱效應致流體相變操控技術,目前相關研究還停留在元器件設計與新功能開發(fā)階段,對其中局部熱源作用下相變與兩相流動機理與特性的認識還比較缺乏。本文圍繞微通道內光熱效應致流體相變兩相流動及界面行為開展了系統(tǒng)實驗研究,揭示其流動與傳輸特性,為基于光熱相變的新型微流體器件的設計及性能優(yōu)化提供理論基礎。微通道內光熱效應致流體相變兩相流動是涉及光熱效應局部熱源作用下耦合了復雜界面現(xiàn)象的兩相流動問題。針對此關鍵熱物理問題,本文首先著眼基于聚焦激光加熱液柱這一基本物理過程,剝離其各個影響因素,研究... 

【文章頁數(shù)】：157 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 微流控芯片
    1.2 光微流體技術及其應用
    1.3 光熱效應在光微流體中的應用
    1.4 光熱相變在光微流體中的應用
    1.5 主要研究內容
        1.5.1 已有研究不足
        1.5.2 本文主要研究內容及創(chuàng)新性
2 微通道內光熱效應致相變特性
    2.1 引言
    2.2 實驗系統(tǒng)
    2.3 微通道加工工藝
        2.3.1 SU-8光刻工藝
        2.3.2 PDMS成型及微通道組裝鍵合
    2.4 實驗誤差分析
    2.5 靜止光源光熱效應致微通道內蒸餾水柱相變特性
        2.5.1 微通道結構設計及實驗原理
        2.5.2 低功率下液柱相變動態(tài)特性
        2.5.3 高功率下液柱相變動態(tài)特性
    2.6 微通道深寬比對液柱相變特性的影響
        2.6.1 低功率下不同深寬比微通道內液柱相變特性
        2.6.2 高功率下不同深寬比微通道內液柱相變特性
    2.7 微通道壁面浸潤性對液柱相變影響
        2.7.1 不同浸潤性PDMS微通道制備
        2.7.2 低功率下不同浸潤性微通道內液柱相變特性
        2.7.3 高功率下不同浸潤性微通道內液柱相變特性
    2.8 本章小結
3 微通道內光熱效應致相變驅動流體連續(xù)運動特性
    3.1 引言
    3.2 移動光源加熱液柱相變特性
    3.3 復雜通路微通道中光熱相變驅動流體運動特性
        3.3.1 T型結構微通道內光熱相變驅動流體運動特性
        3.3.2 樹形結構微通道內光熱相變驅動流體運動特性
        3.3.3 凸起擾流柱異型截面微通道內光熱相變驅動流體運動特性
    3.4 本章小結
4 微通道內光熱效應致相變驅動脈沖液流
    4.1 引言
    4.2 光滑壁面微通道內光熱效應致相變驅動脈沖液流
        4.2.1 激光啟停驅動液柱脈沖運動特性
        4.2.2 激光功率及光斑位置對脈沖流動特性影響
    4.3 鋸齒形擾流柱微通道內光熱效應致相變驅動脈沖液流
        4.3.1 微通道設計及實驗原理
        4.3.2 鋸齒形微通道內光熱相變驅動特性
        4.3.3 鋸齒形擾流柱幾何參數(shù)對液流脈沖特性影響
    4.4 本章小結
5 微通道內光熱效應致相變化學分離特性
    5.1 引言
    5.2 微通道內液柱蒸發(fā)特性
        5.2.1 蒸發(fā)速率測量實驗原理
        5.2.2 微通道內光熱致液柱蒸發(fā)相變特性
        5.2.3 激光功率及光斑位置對蒸發(fā)特性影響
    5.3 微通道內氣泡輔助相變分離特性
        5.3.1 連續(xù)液柱氣泡輔助蒸發(fā)-冷凝相變特性
        5.3.2 單個非連續(xù)液柱氣泡輔助蒸發(fā)-冷凝相變特性
    5.4 微通道中NaCl溶液相變分離特性
    5.5 本章小結
6 基于光熱效應的光微流體膜式分離器分離特性
    6.1 引言
    6.2 基于紅外激光光熱效應的光微流體膜式分離器
        6.2.1 反應器結構設計及加工方法
        6.2.2 紅外激光功率對分離器性能影響
        6.2.3 NaCl濃度對分離器性能影響
        6.2.4 溶液流量對分離性能影響
    6.3 基于可見激光光熱效應的光流體膜式分離器
        6.3.1 PDMS基底上銀納米粒子原位還原負載
        6.3.2 激光功率對可見光光熱相變光微流體膜分離器性能影響
        6.3.3 NaCl濃度對可見光光熱相變光微流體分離器性能影響
        6.3.4 溶液流量對可見光光熱相變光微流體分離器性能影響
    6.4 本章小結
7 結論與展望
    7.1 全文總結
    7.2 主要創(chuàng)新點
    7.3 后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻
附錄
    A.作者在攻讀博士學位期間發(fā)表及撰寫的論文目錄
    B.作者在攻讀博士學位期間參與加的學術會議
    C.作者在攻讀博士學位期間參與的科研項目
    D.作者在攻讀博士學位期間獲得的獎勵


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]喉顯微黏膜微瓣技術的臨床療效觀察[J]. 楊艷臣,陸雪,陳文淵,肖楚志,鄧偉光,張碧波.  現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生. 2012(24)
[4]用于藥物篩選的微流控細胞陣列芯片[J]. 鄭允煥,吳建璋,邵建波,金慶輝,趙建龍.  生物工程學報. 2009(05)
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[6]低溫等離子體在蛋白材料表面改性中的應用[J]. 張宗才,戴紅,許偉,趙婷,李立新.  皮革科學與工程. 2004(06)
[7]細胞信號轉導抑制劑介導Th1/Th2免疫偏移對血吸蟲蟲卵肉芽腫的影響[J]. 夏超明,龔唯,駱偉,周衛(wèi)芳,李允鶴,熊思東,查錫良.  中國寄生蟲學與寄生蟲病雜志. 2002(06)

碩士論文
[1]基于氮氣等離子體技術的PDMS表面改性研究[D]. 楊城鑫.西南交通大學 2016



本文編號：3691716