微流控冲击打印技术的研究及其应用
发布时间：2022-04-23 08:35
近年来微液滴技术作为一种新颖的实验手段被广泛的应用于现代生化分析及材料合成实验中。作为一种微型反应器,微液滴具备包括微型化、区块化、并行化等优点。当前微液滴的产生手段主要有乳化方法、微流控方法以及打印方法等。其中液滴的按需打印技术得益于能够对液滴尺寸、产生速率、产生个数以及分发位置进行灵活的操控,因此被广泛的应用于例如生物组织打印、药物筛选、化学结晶和基因分析等多种领域中。微流控冲击打印技术作为一种新颖的液滴按需打印技术,其结合了微流控技术与传统打印技术的特点,在外部驱动对微流控芯片的冲击下进行液滴打印。基于微流控芯片中独特的流阻分配原理,使得微量液体的准确打印不再受限于位移致动器的精确驱动与控制,也使得微流控芯片的可更换与即插即用成为可能。这为样本试剂的使用提供了一种无交叉污染,且操作简便的液体移取技术,同时降低了高精度移液设备的制造与使用成本。本论文以微流控冲击打印技术为对象,对其工作原理,结构设计,系统搭建以及实际应用等方面进行了如下研究:（1）微流控冲击打印技术的理论研究以及系统的搭建。对微流控冲击打印技术进行了理论分析并建立了相应的数学模型,分析了致动器工作参数以及微管道流阻...
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 微液滴的特性及其在生化领域中应用
1.1.1 微液滴的特性
1.1.2 微液滴的应用
1.2 微液滴产生方法
1.2.1 乳化方法
1.2.2 微流控方法
1.2.3 连续打印方法
1.2.4 按需打印方法
1.3 微液滴按需打印技术
1.3.1 按需打印技术的种类
1.3.2 按需打印技术的发展现状
1.3.3 微流控冲击打印技术的特点
1.4 微流控冲击打印技术研究目的和意义
1.5 本论文内容及结构
第2章 微流控冲击打印技术原理与有限元仿真分析
2.1 微流控冲击打印技术原理
2.1.1 液滴按需打印技术原理
2.1.2 微流控冲击打印的工作过程
2.1.3 微流控冲击打印的数学模型
2.2 微流控冲击打印过程的有限元仿真分析
2.2.1 微流控芯片的结构设计
2.2.2 有限元仿真分析
2.3 本章小结
第3章 多通道微流控冲击打印系统的设计及搭建
3.1 致动器与驱动电路的选取与设计
3.1.1 致动器的选取
3.1.2 致动器驱动电路方案设计
3.1.3 驱动电路性能测试
3.1.4 致动器性能测试
3.3 微流控芯片的制备
3.3.1 微流控芯片制备的工艺流程
3.3.2 微流控芯片表面改性
3.4 微流控冲击打印系统的结构设计及搭建
3.5 本章小结
第4章 微流控冲击打印系统的性能表征及管道结构优化
4.1 微流控冲击打印系统性能表征
4.1.1 液滴尺寸的一致性
4.1.2 驱动信号对液滴体积的调控
4.1.3 打印液体的粘度范围
4.1.4 液滴的产生速率
4.1.5 不同安装精度下的液滴打印
4.1.6 多通道多重打印性能
4.2 芯片结构对液滴打印的影响
4.2.1 影响液滴体积的芯片结构因素
4.2.2 芯片管道流阻对液滴打印的影响
4.3 微流控芯片管道优化
4.3.1 微流控冲击打印中的潜在失稳因素
4.3.2 控制失稳因素方法的研究与讨论
4.3.3 会聚形管道的单向运输特性
4.3.4 新型芯片的结构设计及性能测试
4.4 本章小结
第5章 基于微流控冲击打印技术的数字液滴分液技术
5.1 高精度微量液体分发的需求分析
5.2 便携式数字液滴分液器
5.2.1 分液器结构设计及制造
5.2.2 分液技术的工作原理
5.3 微流控分液尖头的设计与制备
5.4 数字液滴分液器的性能表征
5.4.1 液滴尺寸的表征及标定
5.4.2 浓度梯度稀释
5.5 阿霉素毒理学分析实验
5.5.1 实验背景与设计
5.5.2 实验结果与分析
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.1.1 本论文的主要工作
6.1.2 本论文主要创新点
6.2 展望
6.2.1 微流控芯片材质
6.2.2 微流控芯片的表面改性
6.2.3 致动器的控制参数
6.2.4 微流控冲击打印的应用
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3646898
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 微液滴的特性及其在生化领域中应用
1.1.1 微液滴的特性
1.1.2 微液滴的应用
1.2 微液滴产生方法
1.2.1 乳化方法
1.2.2 微流控方法
1.2.3 连续打印方法
1.2.4 按需打印方法
1.3 微液滴按需打印技术
1.3.1 按需打印技术的种类
1.3.2 按需打印技术的发展现状
1.3.3 微流控冲击打印技术的特点
1.4 微流控冲击打印技术研究目的和意义
1.5 本论文内容及结构
第2章 微流控冲击打印技术原理与有限元仿真分析
2.1 微流控冲击打印技术原理
2.1.1 液滴按需打印技术原理
2.1.2 微流控冲击打印的工作过程
2.1.3 微流控冲击打印的数学模型
2.2 微流控冲击打印过程的有限元仿真分析
2.2.1 微流控芯片的结构设计
2.2.2 有限元仿真分析
2.3 本章小结
第3章 多通道微流控冲击打印系统的设计及搭建
3.1 致动器与驱动电路的选取与设计
3.1.1 致动器的选取
3.1.2 致动器驱动电路方案设计
3.1.3 驱动电路性能测试
3.1.4 致动器性能测试
3.3 微流控芯片的制备
3.3.1 微流控芯片制备的工艺流程
3.3.2 微流控芯片表面改性
3.4 微流控冲击打印系统的结构设计及搭建
3.5 本章小结
第4章 微流控冲击打印系统的性能表征及管道结构优化
4.1 微流控冲击打印系统性能表征
4.1.1 液滴尺寸的一致性
4.1.2 驱动信号对液滴体积的调控
4.1.3 打印液体的粘度范围
4.1.4 液滴的产生速率
4.1.5 不同安装精度下的液滴打印
4.1.6 多通道多重打印性能
4.2 芯片结构对液滴打印的影响
4.2.1 影响液滴体积的芯片结构因素
4.2.2 芯片管道流阻对液滴打印的影响
4.3 微流控芯片管道优化
4.3.1 微流控冲击打印中的潜在失稳因素
4.3.2 控制失稳因素方法的研究与讨论
4.3.3 会聚形管道的单向运输特性
4.3.4 新型芯片的结构设计及性能测试
4.4 本章小结
第5章 基于微流控冲击打印技术的数字液滴分液技术
5.1 高精度微量液体分发的需求分析
5.2 便携式数字液滴分液器
5.2.1 分液器结构设计及制造
5.2.2 分液技术的工作原理
5.3 微流控分液尖头的设计与制备
5.4 数字液滴分液器的性能表征
5.4.1 液滴尺寸的表征及标定
5.4.2 浓度梯度稀释
5.5 阿霉素毒理学分析实验
5.5.1 实验背景与设计
5.5.2 实验结果与分析
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.1.1 本论文的主要工作
6.1.2 本论文主要创新点
6.2 展望
6.2.1 微流控芯片材质
6.2.2 微流控芯片的表面改性
6.2.3 致动器的控制参数
6.2.4 微流控冲击打印的应用
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3646898
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