在微流控系统中电磁波驱动粒子的研究

发布时间：2017-06-17 11:10

  本文关键词：在微流控系统中电磁波驱动粒子的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在微流控芯片的相关研究中,粒子运动机理在国内外都是十分重要的研究热门。特别是在外场,如电磁波等环境中,粒子是如何被驱动的更是尤其重要。在微纳尺度下,粒子在微通道中,在沿通道的方向是近平衡态,其他方向都是平衡态。通过打破粒子的平衡状态,使粒子系综在力的影响下做定向输运的学科是非平衡统计力学。在众多研究中,有的是研究结构熵势对粒子,特别是微纳尺度布朗粒子的输运的影响;有的是利用静电场力来操控粒子,如介电泳的方法操控酵母菌细胞;有的是利用光的力学效应,如光镊或光阱形成的高斯白噪声,光强产生的梯度力可以有效操控粒子。但是在以上的研究中,大多数的研究都是将系统作为定态系统,采用龙格库塔法或蒙特卡罗法等方法,通过去掉时间维度和其他空间维度,将郎之万方程或福克普朗克方程简化为一维一阶或二阶微分方程来处理。很少有学者将时变外场力引入系统之中。本文主要将时变外场电磁波引入了微流控系统,并研究了由此产生的运动机理及粒子输运特性的变化情况。通过变化外场的振幅和频率,对双粒子耦合布朗棘轮产生的旋转和阻塞现象进行了详细的数值计算和分析。在一定程度上,为填补海内外相关研究空白做了积极的贡献。另外,作者还利用有限元多物理场耦合仿真分析软件COMSOL Multiphysics仿真分析了一款主动式电极贴片微混合器和被动式湍流微分离器。以上的研究结果和提出的理论模型,可以为微流控系统中粒子的驱动方式提供设计思路和原理分析方法。希望能够对生物医疗芯片、定点给药等微流控研究相关领域有所帮助。
【关键词】：微流控系统 龙格库塔法 郎之万方程 福克普朗克方程 电磁波 旋转和阻塞
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN492
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 在微纳尺度下粒子操控的研究意义9-14
• 1.2.1 微流控芯片9-10
• 1.2.2 微混合器10-11
• 1.2.3 微分离器11-12
• 1.2.4 布朗粒子输运和阻塞12-14
• 1.3 在微纳尺度下粒子操控的研究现状14-18
• 1.3.1 微流控系统14
• 1.3.2 生物分子马达——肌动蛋白14-15
• 1.3.3 介电泳15-16
• 1.3.4 布朗棘轮16-18
• 1.4 论文的主要研究内容18-20
• 第二章 在微流控系统中电磁波操控粒子的理论基础20-31
• 2.1 微流控系统中的流体流动特性20-24
• 2.2 格子玻尔兹曼方法24-26
• 2.3 波动电磁场下的的郎之万方程26-28
• 2.4 近平衡态布朗粒子动力学中的福克——普朗克方程28-29
• 2.5 微流体系统中布朗运动的扩散过程29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 微器件仿真分析31-38
• 3.1 微混合器的仿真及分析31-35
• 3.1.1 含时变化电磁场的微混合器的提出31-32
• 3.1.2 原理、参数及仿真分析32-35
• 3.2 微分离器的仿真及分析35-37
• 3.2.1 湍流型微分离器的提出35-36
• 3.2.2 微分离器的仿真分析36-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第四章 双粒子耦合布朗棘轮的转动及其相互作用力的研究38-46
• 4.1 粒子耦合布朗棘轮输运中转动的影响分析38-39
• 4.2 建模及MATLAB数值分析39-41
• 4.3 模拟结果与分析41-45
• 4.3.1 转动噪声对双粒子耦合布朗运动的短时细节影响41-43
• 4.3.2 转动噪声对双粒子耦合布朗运动的长时总体影响43-44
• 4.3.3 引入转动噪声后S参数对输运的影响44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第五章 模拟肌动蛋白输运过程中阻塞的研究46-54
• 5.1 双粒子耦合布朗棘轮与肌动蛋白粒子46
• 5.2 建模及MATLAB数值分析46-47
• 5.3 模拟结果与分析——影响停滞时间的参数的探究47-53
• 5.3.1 热噪声的强弱对停滞时间的影响48-49
• 5.3.2 外场力对粒子停滞时间的影响49-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第六章 总结与展望54-56
• 6.1 总结54-55
• 6.2 展望55-56
• 致谢56-58
• 参考文献58-62

  本文关键词：在微流控系统中电磁波驱动粒子的研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：458184