基于液滴微流控的纳升级流体浓度梯度可控调节研究

发布时间：2023-10-06 16:53

　　浓度梯度是指一定的区域内溶质浓度以递增或递减的规律分布,这一概念在生物医学及化学领域具有重要意义,尤其随着蛋白质筛选、酶动力分析及细胞生物学研究的深入,不同浓度样品的类比分析是实验中的重要环节。目前不同浓度的样品主要依靠传统人工配制方法,费时费力,在机器人技术发展起来后,机器人操作可以对不同试剂进行组合,但是试剂配制用时较长、消耗量较大,梯度的精确度低。近年来,随着微流控技术的发展,对于不同浓度的条件筛选实验,通常在微流控芯片中进行。因此,本文对于传统配制浓度梯度溶液方式繁琐、梯度不精确等问题,基于液滴微流控技术,开发一种结构简单,易于操作,可快速生成稳定、精度高的浓度梯度芯片。首先,综合阐述了国内外液滴生成技术及浓度梯度的研究现状,通过理论与仿真分析的方式,深入探究微通道内流体流动和液滴形成机理,得到影响液滴生成过程的因素,并对共轴流通道中液滴的生成状态进行综合分析。之后基于共轴流法,建立W/O油包水型的液滴生成模型,模拟微通道中两相流形成液滴的过程,仿真分析了与液滴生成大小相关的表面张力、粘性力及各相流速等因素,为后续实验提供指导。其次,对微通道内流体混合与静态浓度梯度生成进行了理...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 液滴生成技术研究现状
        1.2.2 液滴浓度梯度研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第2章 微通道内流体流动及液滴生成分析
    2.1 引言
    2.2 微通道内两相流基本理论
        2.2.1 微流体力学相关参数
        2.2.2 微流体力学基本方程
    2.3 微通道内液滴生成机理
        2.3.1 液滴生成的因素
        2.3.2 液滴生成的状态
    2.4 液滴生成与调控的仿真分析
        2.4.1 仿真方法与条件设置
        2.4.2 模型建立与液滴生成
        2.4.3 影响液滴生成参数的仿真分析
    2.5 本章小结
第3章 微通道内流体混合与静态浓度梯度生成分析
    3.1 引言
    3.2 微通道内流体混合机理
        3.2.1 流体间对流扩散效应
        3.2.2 微通道内两相流混合浓度
    3.3 液滴混合形成静态梯度的仿真分析
        3.3.1 仿真方法与条件设置
        3.3.2 模型建立与液滴混合
        3.3.3 静态浓度梯度的生成
    3.4 本章小结
第4章 浓度梯度液滴微流控芯片的设计与加工
    4.1 引言
    4.2 浓度梯度液滴微流控芯片的方案设计
        4.2.1 浓度梯度芯片的技术方案
        4.2.2 浓度梯度芯片的结构方案
    4.3 浓度梯度液滴微流控芯片的材料准备
        4.3.1 芯片加工所需器材
        4.3.2 玻璃毛细管的制备
    4.4 浓度梯度液滴微流控芯片的加工
        4.4.1 芯片加工的关键问题
        4.4.2 芯片加工的过程
        4.4.3 加工后的微流控芯片
    4.5 本章小结
第5章 微流控芯片生成浓度梯度液滴的实验研究
    5.1 引言
    5.2 单乳液滴实验系统搭建及材料准备
        5.2.1 单乳液滴实验所需仪器与材料
        5.2.2 单乳液滴实验系统的搭建
    5.3 单乳液滴的生成
        5.3.1 各相流体的配制
        5.3.2 单乳液滴生成过程
        5.3.3 实验注意事项
    5.4 单乳液滴尺寸的实验研究
        5.4.1 外相流速对单乳液滴尺寸的影响
        5.4.2 内相流速对单乳液滴尺寸的影响
    5.5 浓度梯度液滴的生成
    5.6 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3852091