非均匀磁场下磁液液滴生成与输运的实验研究

发布时间：2021-06-23 00:29

　　液滴因其离散性、小体积和高通量等优势,在生物医学中得到了广泛的应用,引起了各研究领域的研究兴趣。在对于液滴的各种研究中,对其进行操控是一个十分重要的关注点,磁性液滴因其同时具有流动性和顺磁性,可以实现对其进行非接触式的操控,为液滴的操控提供了便利。磁场作为一种非接触式的操控方式,不受PH值、离子强度、表面电荷和温度的影响,并且便于实现、操控范围广,是一种很有优势的操控形式。在磁场下磁性液滴的流动特性将变得异常复杂,尤其在非匀强磁场的作用下,对液滴的变形、速度与运动轨迹将产生很大影响。为了更好的实现对磁性液滴的操控,如操控其进行药物的定向输送,对磁性液滴在非匀强磁场下的生成与运动进行实验研究显得很有必要。本文针对磁性液滴的两相流动,开展了磁性液滴在非匀强磁场下生成、垂落和横向运动的实验研究,为磁性液滴的操控与应用提供了实验参考。本文根据磁化强度理论和分子环流假设,推导了磁性液滴的磁体积力,并利用Matlab软件计算了矩形永磁铁的磁场和这种磁场中磁性液滴的磁体积力。我们给出了磁性液滴两相流的控制方程,该方程包括了麦克斯韦方程,以及耦合了表面张力和磁力的动量方程,并推导了磁力项的表达式。在匀... 

【文章来源】：昆明理工大学云南省

【文章页数】：116 页

【学位级别】：硕士

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液滴微流控系统(a)流动聚焦法生成油/水液滴[7](b)磁性液滴生成的磁操控[8]（c）生成液滴后混合液滴内物质[9]

昆明理工大学硕士学位论文3液滴也已被用于有机反应，Cygan等人[34]使用微流装置在苯液滴内进行烯烃的溴化(图1.2)，流速可以控制液滴中每种试剂的浓度，并用于确定最佳反应速率所需的条件。卷绕的通道可以用于促进液滴内的缓和并用于反应的可视化，可以通过肉眼清楚的看到液滴从橙色到无色的转变，以指示反应完成。图1.2在液滴中进行的溴化反应（颜色变化表示反应完成）在液滴微反应器中，化学反应得到了较强的优化与控制，基于这种优势液滴被用来制备各种材料，包括微米离子[35-39]和纳米粒子[40-43]，表1.1与表1.2列举了一些液滴在制备材料上的应用。Burtchey等人[40]利用液滴微流体装置合成了金纳米粒子和银纳米粒子；Lee等人[44]通过液滴进行溶剂蒸发和萃取合成了丙交酯共聚乙交酯（PLGA）纳米球；Visaveliya等人[38]通过O/W液滴乳液模板合成了有机聚合物树脂微粒。液滴微流控技术能够合成尺寸和结构均匀且高度可控的材料，通过掺入特定的成分这些材料被赋予了不同的物理和化学性能，例如光学特征、机械强度等，因此这些利用液滴合成的材料在生物医学等领域具有广泛的适用性。表1.1基于液滴的纳米粒子合成材料种类成分特征金属材料Au、Ag、Pd球形、非球形陶瓷材料磁性氧化铁、二氧化硅、沸石均匀、功能性

昆明理工大学硕士学位论文5行的体外蛋白质演化过程。因为大部分生物反应都发生在水溶液中，所以此类生物反应过程中几乎都是选择油包水液滴作为反应平台，油包水液滴已被应用于各种新型生物反应[48,49]。液滴微流控技术也被证明可用于扩增脱氧核糖核酸（DNA），Zhang等人[50]使用连续流动和液滴微流控方法进行聚合酶链式反应（PCR），从实验和理论上证明了液滴方法不仅表现更好，而且设计简单。Wang等人[51]设计了一个基于液滴的芯片用于DNA的扩增，芯片集成了PCR高温变性、低温退火、中温延伸过程中所需的所有组件，如加热元件直接在液滴运动的路径上。为了验证扩增，在芯片上使用了人的乳头瘤病毒DNA，并通过凝胶电泳法分析了扩增产物。他们的小组还将设计的液滴芯片与传统的PCR仪器进行了比较，传统的方法需要2个多小时的处理过程，液滴法只需要不到15分钟就可以完成。Beer等人[52]利用液滴微流控技术实现了PCR技术的实时独立复制，PCR过程中循环次数显著减少，表明液滴微流控技术具有提高灵敏度和减少反应时间的潜力。液滴除了可以作为人造细胞进行细胞中的多种生物反应，还可以包裹微小生物来进行培养，WeiweiShi等人[53]利用液滴对秀丽隐杆线虫进行了培养，研究其生物行为。图1.3基于液滴平台进行的体外蛋白质演化过程的示意图1.1.3分析诊断液滴微流控技术不仅具有减小扩散距离、易于混合和处于层流的益处，而且与连续相系统相比可以保持每个液滴的独立与隔离，这些独特的性质使得液滴微流控系统可以进行各种生化分析与诊断。


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