双支路捕获微通道网络中两相流动特性研究
发布时间：2020-12-10 16:12
基于微流控技术制备的微液滴具有尺寸小、通量高和组分可控等优势,在工程应用和基础研究领域受到广泛关注。把制备的微液滴捕获于通道内的固定位置,有利于观察和检测随时间变化的生化反应过程。本文针对具有顺序均匀捕获微液滴功能的双支路捕获微通道网络,采用实验与数值计算相结合的方法,展开了微液滴捕获机理以及液滴内部流动特性研究。重点聚焦液滴进入双支路捕获微通道网络之前的内部流动特性、液滴在捕获单元中的路径选择模式以及支路流量和压降的演变规律、捕获微通道网络中不同支路路径选择时液滴的内部流动特性。在两相流动特性研究基础之上,提出了气泡引导液滴序列捕获的新方法。研究结果为揭示双支路微通道中两相流动机理奠定基础,为液滴捕获技术的工程应用提供理论指导。（1）基于捕获微通道网络前端的直通道,实验研究了液滴内部流体的流场形式以及流场形式转变的影响因素。借助Micro-PIV系统获取液滴内部流体的绝对速度场,后处理得到以液滴自身为参考坐标系的相对速度场,利用该实验方法探究了毛细数、粘度比、液滴尺寸和界面张力同相对速度场之间的依赖关系。实验结果表明,随着毛细数增加,相对速度场结构发生两次转变,转变过程中存在两个临界...
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
传统的微井板法形成微液滴阵列[28]
北京工业大学工学博士学位论文和 B 混合反应且形成液滴阵列。该方法无需外加泵和阀的控制便可形成成百上千的微液滴[33]。基于此原理滑移芯片被用于纳升体积样品的蛋白质结晶反应条件筛选[34]、免疫检测[35]和 PCR 分析[36]等领域。WellsTop plateLoad sample
形成微液滴阵列的工作原理如图1-5 所示[36]。在已充满了连续相的双层微通道中通入分散相，再注入连续相，利用连续相对离散相的剪切作用，在主通道上方的捕获腔中按照先后顺序形成离散化的微液滴阵列。这种方法的突出特点是按照先后顺序形成液滴阵列、液滴大小和捕获腔大小相等、形成液滴的两相流速范围较大、捕获过程数字化、捕获率可以达到 100%[36]。Sun 等[37]利用相同的工作原理在两支路微通道网络中形成了单组分微液滴阵列，并且对液滴阵列生成方法进行了拓展。通过把捕获腔阵列按照大小递增顺序排列，形成大小递增的液滴阵列；单组分液滴阵列形成后，再注入具有稀释作用的离散相，形成了浓度梯度液滴阵列。此外，Zhang等[31]把捕获腔阵列放置于两平行主通道中间，利用相同的工作原理，捕获单组分或者多组分油包水或者水包油微液滴阵列。WellDuctWellWellsTop plateDuctsPreloadedreagentSampleLoad sampleAA A BBottomplatea) 底层芯片预置试剂a) Preload of reagents intowells of the bottom plateb) 对齐上下两层芯片b) Alignment of top andbottom platesc) 管道里注入样品c) Loading of a singlesample through the ductsReagentSlippedSampleSampleABABContact and mixBd) 试剂填满上层捕获腔d) Sample fills up the wells of the top platee) 滑移上层芯片e) Slipping of top platef) 两?
【参考文献】：
期刊论文
[1]流动聚焦及射流不稳定性[J]. 司廷,李广滨,尹协振. 力学进展. 2017(00)
[2]流动聚焦及射流不稳定性[J]. 司廷,李广滨,尹协振. 力学与实践. 2016(06)
[3]微流控器件中的多相流动[J]. 陈晓东,胡国庆. 力学学报. 2015(02)
[4]显微粒子图像测速技术——微流场可视化测速技术及应用综述[J]. 申峰,刘赵淼. 机械工程学报. 2012(04)
[5]微通道中液滴内部混合过程的μ-LIF可视化和LBM模拟[J]. 王文坦,刘喆,邵婷,赵述芳,金涌,程易. 化工学报. 2012(02)
[6]微尺度流动研究的简要综述[J]. 孙江龙,吕续舰,郭磊,杨侠. 机械强度. 2010(03)
[7]润湿性梯度驱动液滴运动的格子Boltzmann模拟[J]. 石自媛,胡国辉,周哲玮. 物理学报. 2010(04)
本文编号：2908990
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
传统的微井板法形成微液滴阵列[28]
北京工业大学工学博士学位论文和 B 混合反应且形成液滴阵列。该方法无需外加泵和阀的控制便可形成成百上千的微液滴[33]。基于此原理滑移芯片被用于纳升体积样品的蛋白质结晶反应条件筛选[34]、免疫检测[35]和 PCR 分析[36]等领域。WellsTop plateLoad sample
形成微液滴阵列的工作原理如图1-5 所示[36]。在已充满了连续相的双层微通道中通入分散相，再注入连续相，利用连续相对离散相的剪切作用，在主通道上方的捕获腔中按照先后顺序形成离散化的微液滴阵列。这种方法的突出特点是按照先后顺序形成液滴阵列、液滴大小和捕获腔大小相等、形成液滴的两相流速范围较大、捕获过程数字化、捕获率可以达到 100%[36]。Sun 等[37]利用相同的工作原理在两支路微通道网络中形成了单组分微液滴阵列，并且对液滴阵列生成方法进行了拓展。通过把捕获腔阵列按照大小递增顺序排列，形成大小递增的液滴阵列；单组分液滴阵列形成后，再注入具有稀释作用的离散相，形成了浓度梯度液滴阵列。此外，Zhang等[31]把捕获腔阵列放置于两平行主通道中间，利用相同的工作原理，捕获单组分或者多组分油包水或者水包油微液滴阵列。WellDuctWellWellsTop plateDuctsPreloadedreagentSampleLoad sampleAA A BBottomplatea) 底层芯片预置试剂a) Preload of reagents intowells of the bottom plateb) 对齐上下两层芯片b) Alignment of top andbottom platesc) 管道里注入样品c) Loading of a singlesample through the ductsReagentSlippedSampleSampleABABContact and mixBd) 试剂填满上层捕获腔d) Sample fills up the wells of the top platee) 滑移上层芯片e) Slipping of top platef) 两?
【参考文献】：
期刊论文
[1]流动聚焦及射流不稳定性[J]. 司廷,李广滨,尹协振. 力学进展. 2017(00)
[2]流动聚焦及射流不稳定性[J]. 司廷,李广滨,尹协振. 力学与实践. 2016(06)
[3]微流控器件中的多相流动[J]. 陈晓东,胡国庆. 力学学报. 2015(02)
[4]显微粒子图像测速技术——微流场可视化测速技术及应用综述[J]. 申峰,刘赵淼. 机械工程学报. 2012(04)
[5]微通道中液滴内部混合过程的μ-LIF可视化和LBM模拟[J]. 王文坦,刘喆,邵婷,赵述芳,金涌,程易. 化工学报. 2012(02)
[6]微尺度流动研究的简要综述[J]. 孙江龙,吕续舰,郭磊,杨侠. 机械强度. 2010(03)
[7]润湿性梯度驱动液滴运动的格子Boltzmann模拟[J]. 石自媛,胡国辉,周哲玮. 物理学报. 2010(04)
本文编号：2908990
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