壳聚糖-碳纳米颗粒微膜孔隙率估计：基于溶质运输的研究

发布时间：2017-03-31 19:05

  本文关键词：壳聚糖-碳纳米颗粒微膜孔隙率估计：基于溶质运输的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,迅速发展的微流控技术不但促进了生化分析仪器的快速更新换代,也使得人工肝、肾等血液净化装置的微型化成为可能。半透膜是血液净化装置的核心。因此,在装置中集成高性能半透膜成为微型化的关键。当前,基于层流的界面反应技术已被应用在微芯片上制膜,但由于形成的膜的尺寸非常小,到目前为止,还没有可靠的方法评估这种界面膜的关键性能参数一孔隙率。本文提出了一种基于溶质输运的方法以便估计在微芯片上制成的膜的孔隙率。首先,基于光刻技术,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)加工了H-型微通道,通道主体长、宽、高分别约为5 mm、500μm.85μm。采用酸性壳聚糖溶液(pH=5)和添加碳纳米颗粒的碱性缓冲液(pH=10)在微通道中聚合形成了壳聚糖-碳纳米颗粒膜,并利用Matlab软件分析了15、20和25分钟形成微膜的厚度特征(沿着流动方向的厚度变化)。其次,建立了一个与孔隙率相关的传质输运模型以模拟跨膜的溶质输运,并根据实验现象假设了微膜的孔隙率与膜的位置呈线性关系。然后,采用逆流透析模式,进行了尿素微透析实验,获得了给定时间内两个出口处的溶液流量,并用生化分析仪测定了出口溶液的尿素浓度。利用COMSOL软件模拟尿素输运,通过连续地改变孔隙率分布参数,获得了各种孔隙率分布情况下的两个出口处的溶液流量和尿素浓度。当模拟结果和实验结果之间的差异最小时,即获得了拟合的孔隙率分布。研究结果显示,本文15、20和25分钟形成的膜的平均孔隙率分别为0.356±0.050、0.242-±0.018和0.2354-0.009。最后,基于肌酐微透析实验,验证了所估计的孔隙率的正确性。本文为评估片上微型膜的性能参数提供了一种有效方法。
【关键词】：孔隙率 界面膜 传质输运 微透析 微流控技术
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R459.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-14
• 1.1.1 肾衰竭与血液透析10-11
• 1.1.2 血液透析核心—半透膜11-12
• 1.1.3 血液透析系统的微型化12-14
• 1.2 研究现状14-18
• 1.2.1 微流控制膜技术14-16
• 1.2.2 微流控制膜材料—壳聚糖16-17
• 1.2.3 微膜性能关键参数—孔隙率17-18
• 1.3 本文研究内容18-20
• 1.3.1 研究内容18-19
• 1.3.2 文章结构19-20
• 第2章 基于微流控技术界面膜的形成20-36
• 2.1 H-型微通道制作20-28
• 2.1.1 实验材料20
• 2.1.2 微流控芯片制备方法20-28
• 2.2 壳聚糖-碳纳米颗粒界面膜形成28-31
• 2.2.1 实验材料28
• 2.2.2 配制溶液28-30
• 2.2.3 成膜方法30-31
• 2.3 结果与讨论31-34
• 2.3.1 界面膜的形成31-32
• 2.3.2 界面膜的厚度分析32-34
• 2.3.3 成膜时间对平均厚度的影响34
• 2.4 本章小结34-36
• 第3章 界面膜孔隙率估计的传质模型36-42
• 3.1 几何模型描述36-37
• 3.2 传质方程37-39
• 3.2.1 速度方程37-38
• 3.2.2 浓度方程38-39
• 3.2.3 边界条件39
• 3.3 数值方法39-40
• 3.3.1 参数设置39
• 3.3.2 模拟策略39-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第4章 孔隙率研究42-52
• 4.1 实验材料42
• 4.2 实验方法42-46
• 4.2.1 荧光素应用分析实验42-43
• 4.2.2 尿素微透析实验43-45
• 4.2.3 肌酐微透析实验45-46
• 4.3 孔隙率估计结果与讨论46-50
• 4.3.1 荧光素对溶质浓度测量的影响46-47
• 4.3.2 孔隙率分布参数估计过程47-48
• 4.3.3 孔隙率分布参数及平均孔隙率48-49
• 4.3.4 界面膜孔隙率验证49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第5章 总结与展望52-56
• 5.1 总结52-53
• 5.2 展望53-56
• 参考文献56-64
• 致谢64-66
• 在读时期发表的学术论文与取得的其他研究成果66

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 桑卓;陈湘涛;于丽娜;毛艳;金华;;PFMC表面处理对镍铬合金镀金层Ni离子孔隙率的研究[J];黑龙江医药科学;2008年06期

2 李德源,陈海斌,刘占芳,肖凯;直接法与统计法测试松质骨孔隙率的比较研究[J];第三军医大学学报;2001年02期

3 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 任明法;黄其忠;陈浩然;;复合材料成型工艺中的孔隙发展规律[A];第17届全国复合材料学术会议（复合材料制造技术与设备分论坛）论文集[C];2012年

2 于雅琳;叶金蕊;刘奎;于光;;碳纤维增强复合材料孔隙率控制及预测研究[A];第十四届中国科协年会第11分会场：低成本、高性能复合材料发展论坛论文集[C];2012年

3 何彬;;土壤孔隙率与湿度对氡发射影响研究[A];中华医学会放射医学与防护学分会第三次全中国青年学术交流会论文摘要汇编[C];2001年

4 秦宣云;崔彩虹;谷成玲;郑洲顺;;双重分形多孔介质孔隙率的研究[A];第十二届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2008年

5 马雯;刘福顺;;孔隙及分层缺陷对玻璃纤维复合材料力学性能影响的研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

6 潘坤R，

本文编号：279971