液滴因其離散性、小體積和高通量等優(yōu)勢(shì),在生物醫(yī)學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用,引起了各研究領(lǐng)域的研究興趣。在對(duì)于液滴的各種研究中,對(duì)其進(jìn)行操控是一個(gè)十分重要的關(guān)注點(diǎn),磁性液滴因其同時(shí)具有流動(dòng)性和順磁性,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行非接觸式的操控,為液滴的操控提供了便利。磁場(chǎng)作為一種非接觸式的操控方式,不受PH值、離子強(qiáng)度、表面電荷和溫度的影響,并且便于實(shí)現(xiàn)、操控范圍廣,是一種很有優(yōu)勢(shì)的操控形式。在磁場(chǎng)下磁性液滴的流動(dòng)特性將變得異常復(fù)雜,尤其在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下,對(duì)液滴的變形、速度與運(yùn)動(dòng)軌跡將產(chǎn)生很大影響。為了更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)磁性液滴的操控,如操控其進(jìn)行藥物的定向輸送,對(duì)磁性液滴在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)下的生成與運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究顯得很有必要。本文針對(duì)磁性液滴的兩相流動(dòng),開展了磁性液滴在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)下生成、垂落和橫向運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究,為磁性液滴的操控與應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)參考。本文根據(jù)磁化強(qiáng)度理論和分子環(huán)流假設(shè),推導(dǎo)了磁性液滴的磁體積力,并利用Matlab軟件計(jì)算了矩形永磁鐵的磁場(chǎng)和這種磁場(chǎng)中磁性液滴的磁體積力。我們給出了磁性液滴兩相流的控制方程,該方程包括了麥克斯韋方程,以及耦合了表面張力和磁力的動(dòng)量方程,并推導(dǎo)了磁力項(xiàng)的表達(dá)式。在勻... 

【文章來源】：昆明理工大學(xué)云南省

【文章頁數(shù)】：116 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

液滴微流控系統(tǒng)(a)流動(dòng)聚焦法生成油/水液滴[7](b)磁性液滴生成的磁操控[8]（c）生成液滴后混合液滴內(nèi)物質(zhì)[9]

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文3液滴也已被用于有機(jī)反應(yīng)，Cygan等人[34]使用微流裝置在苯液滴內(nèi)進(jìn)行烯烴的溴化(圖1.2)，流速可以控制液滴中每種試劑的濃度，并用于確定最佳反應(yīng)速率所需的條件。卷繞的通道可以用于促進(jìn)液滴內(nèi)的緩和并用于反應(yīng)的可視化，可以通過肉眼清楚的看到液滴從橙色到無色的轉(zhuǎn)變，以指示反應(yīng)完成。圖1.2在液滴中進(jìn)行的溴化反應(yīng)（顏色變化表示反應(yīng)完成）在液滴微反應(yīng)器中，化學(xué)反應(yīng)得到了較強(qiáng)的優(yōu)化與控制，基于這種優(yōu)勢(shì)液滴被用來制備各種材料，包括微米離子[35-39]和納米粒子[40-43]，表1.1與表1.2列舉了一些液滴在制備材料上的應(yīng)用。Burtchey等人[40]利用液滴微流體裝置合成了金納米粒子和銀納米粒子；Lee等人[44]通過液滴進(jìn)行溶劑蒸發(fā)和萃取合成了丙交酯共聚乙交酯（PLGA）納米球；Visaveliya等人[38]通過O/W液滴乳液模板合成了有機(jī)聚合物樹脂微粒。液滴微流控技術(shù)能夠合成尺寸和結(jié)構(gòu)均勻且高度可控的材料，通過摻入特定的成分這些材料被賦予了不同的物理和化學(xué)性能，例如光學(xué)特征、機(jī)械強(qiáng)度等，因此這些利用液滴合成的材料在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的適用性。表1.1基于液滴的納米粒子合成材料種類成分特征金屬材料Au、Ag、Pd球形、非球形陶瓷材料磁性氧化鐵、二氧化硅、沸石均勻、功能性

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文5行的體外蛋白質(zhì)演化過程。因?yàn)榇蟛糠稚锓磻?yīng)都發(fā)生在水溶液中，所以此類生物反應(yīng)過程中幾乎都是選擇油包水液滴作為反應(yīng)平臺(tái)，油包水液滴已被應(yīng)用于各種新型生物反應(yīng)[48,49]。液滴微流控技術(shù)也被證明可用于擴(kuò)增脫氧核糖核酸（DNA），Zhang等人[50]使用連續(xù)流動(dòng)和液滴微流控方法進(jìn)行聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR），從實(shí)驗(yàn)和理論上證明了液滴方法不僅表現(xiàn)更好，而且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。Wang等人[51]設(shè)計(jì)了一個(gè)基于液滴的芯片用于DNA的擴(kuò)增，芯片集成了PCR高溫變性、低溫退火、中溫延伸過程中所需的所有組件，如加熱元件直接在液滴運(yùn)動(dòng)的路徑上。為了驗(yàn)證擴(kuò)增，在芯片上使用了人的乳頭瘤病毒DNA，并通過凝膠電泳法分析了擴(kuò)增產(chǎn)物。他們的小組還將設(shè)計(jì)的液滴芯片與傳統(tǒng)的PCR儀器進(jìn)行了比較，傳統(tǒng)的方法需要2個(gè)多小時(shí)的處理過程，液滴法只需要不到15分鐘就可以完成。Beer等人[52]利用液滴微流控技術(shù)實(shí)現(xiàn)了PCR技術(shù)的實(shí)時(shí)獨(dú)立復(fù)制，PCR過程中循環(huán)次數(shù)顯著減少，表明液滴微流控技術(shù)具有提高靈敏度和減少反應(yīng)時(shí)間的潛力。液滴除了可以作為人造細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞中的多種生物反應(yīng)，還可以包裹微小生物來進(jìn)行培養(yǎng)，WeiweiShi等人[53]利用液滴對(duì)秀麗隱桿線蟲進(jìn)行了培養(yǎng)，研究其生物行為。圖1.3基于液滴平臺(tái)進(jìn)行的體外蛋白質(zhì)演化過程的示意圖1.1.3分析診斷液滴微流控技術(shù)不僅具有減小擴(kuò)散距離、易于混合和處于層流的益處，而且與連續(xù)相系統(tǒng)相比可以保持每個(gè)液滴的獨(dú)立與隔離，這些獨(dú)特的性質(zhì)使得液滴微流控系統(tǒng)可以進(jìn)行各種生化分析與診斷。


本文編號(hào)：3243843