双核复合液滴生成与渗透压诱导内核融合研究

发布时间：2017-07-16 03:20

  本文关键词：双核复合液滴生成与渗透压诱导内核融合研究

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【摘要】：利用液滴微流控技术可生成纳升尺度的液滴微反应器,并以其为载体,进行生物化学反应。而如何诱导两个或多个包含不同成分的液滴融合是实现液滴作为微反应器的关键技术之一,复合液滴独特的核壳式结构能够使内核液滴与外界环境隔离,有效的保护内核液滴中的成分免受外部环境的干扰,为纳升级的生物化学反应提供了较为理想的平台;另外,虽然有关利用复合液滴作为微胶囊包裹样品的研究有很多,但关于进一步诱导复合液滴内核融合的研究却鲜有报道。本文以此为切入点,针对液滴的形成以及渗透压诱导双核复合液滴内核融合展开研究,对进一步扩大复合液滴的应用具有重要意义。首先,综述了液滴生成技术与应用的国内外研究现状,阐述了液滴成形的基本理论,主要包括静态流体柱破碎与动态流体界面不稳定性的相关理论;然后结合玻璃毛细管芯片的特点,分析了滴状与射流两种液滴生成模式的主要成因以及液滴动力学中相关无量纲参数对液滴形成的影响;建立了单乳液滴大小与临界毛细数的关系,研究了三相流速对复合液滴大小、内核数目的影响,为后续制备大小合适的双核复合液滴提供一定的理论指导。其次,以理论分析为基础,采用相场法建立了基于玻璃毛细管芯片系统的单乳液滴生成模型,并针对两相流速、外相粘度以及表面张力系数等因素进行仿真,研究它们对液滴大小以及频率的影响,与理论分析作对比,为实验研究复合液滴提供了一定的指导。最后,根据不同的实验目的,设计并加工了两种玻璃毛细管芯片,搭建实验系统;实验研究了三相流速对复合液滴大小、壳厚以及内核数目的影响,验证理论分析的正确性;在实验研究三相流速对内核数目影响的基础上,制备具有渗透功能的双核复合液滴,研究了渗透压对双核复合液滴内核融合的影响,并验证了利用渗透压诱导双核复合液滴内核融合作为微反应器的可行性。
【关键词】：微流控 玻璃毛细管芯片 复合液滴形成 内核融合 渗透压
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN492
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题的研究目的与意义9-10
• 1.3 国内外研究现状10-16
• 1.3.1 液滴生成技术11-12
• 1.3.2 液滴微流控技术的应用12-16
• 1.4 本文的主要研究内容16-18
• 第2章 基于玻璃毛细管芯片液滴成形机理18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 液滴成形基本理论18-24
• 2.3 基于玻璃毛细管芯片系统的液滴尺寸研究24-27
• 2.3.1 单乳液滴尺寸研究24-26
• 2.3.2 单核复合液滴尺寸研究26-27
• 2.4 双核及多核复合液滴形成条件27-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第3章 基于玻璃毛细管芯片液滴形成仿真分析31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 仿真分析的方法及控制方程31-33
• 3.2.1 界面追踪方法的选择31-32
• 3.2.2 质量、动量控制方程32-33
• 3.3 仿真模型的建立及条件设置33-34
• 3.3.1 建立两相流液滴生成模型33-34
• 3.3.2 仿真条件的设置34
• 3.4 仿真结果分析34-41
• 3.4.1 两相流速对液滴生成的影响35-38
• 3.4.2 外相粘度对液滴生成的影响38-40
• 3.4.3 表面张力系数对液滴生成的影响40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 液滴生成微流控芯片设计及实验系统搭建42-52
• 4.1 引言42
• 4.2 实验器材及材料42-43
• 4.3 玻璃毛细管芯片的设计加工43-50
• 4.3.1 单内相通道玻璃毛细管芯片的加工43-47
• 4.3.2 双内相通道玻璃毛细管芯片的加工47-50
• 4.4 液滴微流控实验平台的搭建50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 复合液滴生成与双核复合液滴内核融合实验研究52-65
• 5.1 引言52
• 5.2 复合液滴生成研究52-58
• 5.2.1 液滴的生成52-53
• 5.2.2 三相流量对复合液滴大小的影响53-56
• 5.2.3 三相流量对复合液滴内核数目的影响56-58
• 5.3 渗透压诱导双核复合液滴内核融合实验分析58-64
• 5.3.1 不同内核成分双核复合液滴的生成59
• 5.3.2 复合液滴渗透膨胀与内核融合现象59-61
• 5.3.3 渗透压对复合液滴内核融合的影响61-62
• 5.3.4 渗透压诱导实现微反应器的研究62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文70-72
• 致谢72

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本文编号：546911