基于液滴生成及控制技术的数字微流体芯片研究

发布时间：2020-12-31 23:09

　　微流控芯片液滴技术作为一种操纵微小体积液体的新技术,既可实现高通量微观样本的生成及控制,也可进行独立液滴的操控。分散的微液滴单元可作为理想的微反应器,在物理学、化学、生物学、药物筛选、材料筛选和高附加值微颗粒材料合成领域展现出巨大的应用潜力。微流控芯片液滴技术展现出了巨大优势和发展潜力,然而到目前为止在微液滴的精准控制方面尚存一定的不确定性,例如:如何实现液滴大小、数量的精准控制,如何简化器件封装,如何缩短获得有效液滴的响应时间;如何在下游环境中更加准确导向液滴,有选择性的捕获液滴并检测;亦或是如何有效提高阵列电极上液滴的驱动效率,准确实现液滴的分配、分离、融合等操作。因此,本论文主要通过对微流控芯片液滴的生成机理及控制技术开展研究,在液滴精准控制、装置简化上开展了相关研究工作;本论文主要开展了液滴生成装置的设计和制作、数字微流体（DMF）芯片设计、系统搭建以及液滴驱动控制等研究工作。（1）对两相流液滴生成机理以及现有液滴生成技术开展研究分析,针对传统流动共聚焦法中两相流注入结构复杂,外部封装体积大的问题,本文借助商品化T型管,提出了一种新型共流聚焦液滴生成方法——T型共流聚焦法。另外... 

【文章来源】： 王洪 重庆理工大学

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

T型结构芯片[11]（a）芯片尺寸（b）显微镜下油水界面

十字交叉流动聚焦芯片

定，生成的液滴尺寸可控范围更宽，对远小于通道尺寸的液滴生成更加有利；但在该方法中，要求芯片结构具有高度对称性，缩颈处尺寸更小，因此对加工工艺精度提出了更高的要求。（3）毛细管流动共聚焦法毛细管流动共聚焦法在芯片制作工艺上相比前两种方法简单，不需要用于微通道加工的光刻技术或者超净实验室；在结构上该方法不同于流动聚焦法中从两侧挤压离散相流体，而是利用毛细管的嵌套关系使连续相环绕离散相从四周径向―挤压‖形成―收缩颈‖，使离散相流体前端―失稳‖，从而生成液滴。（a）（b）（c）图1.4装置结构设计[35]（a）共流装置示意图（b）流动聚焦装置示意图（c）共流和流动聚焦组合装置用于双重乳液生成Cramer提出了由钢制毛细管注入离散相的流动共聚焦装置，并证实液滴生成过程中存在两种不同机理，一是滴流原理，二是喷射原理[34]。不同于Cramer等人所用材料，Utada等人提出了一种用于制造单离散相乳液及多核乳液的玻璃毛细管装置，该装置结构设计见图1.4（a）所示[35]。Utada等人设计的流动共聚焦装置由方形毛细管和圆形毛细管嵌套而成，圆形毛细管外径与方形毛细管内部尺寸完全匹配，在足够的嵌套长度下完美的解决了两管共轴问题。Utada等人在研究从滴流到射流的过渡边界时发现毛细管数和韦伯数决定着这两种状态的切换，并指出当两者之和大约等于1时会出现滴流和射流的边界。此外，该文章还提出通过改变外部注入流体方向，利用流体动力能聚焦实现液滴生成。如图1.4（b）所示，内部流体从相反侧引入，两种流


本文编号：2950474