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围绕微通道微螺线管装置的构建和初步表征

作　者: 黄和鸣
导　师: 蒋稼欢
学　校: 重庆大学
专　业: 生物医学工程
关键词: PDMS 微丝模塑微螺线管微流控表征
分类号: R318.0
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 28次
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内容摘要

基于磁场作用的微流控技术可带来与单纯用电操纵或流体力操纵所不同的微流控能力,因而在流体力学与机械、生命科学等领域得到越来越多的关注。本文探讨以一种简单的软刻工艺策略来构建围绕微通道的微螺线管装置,并对它作了初步表征。首先,用不锈钢微丝绕制微螺线管,其典型直径为1mm、螺距0.5mm、有效长度为15mm;基于微丝模塑加工技术,一次成型方式地在PDMS体块内构建出环绕圆直微通道的微螺线管装置,微通道的直径在100~20μm。其次,对这样构建出的围绕微通道的微螺线管装置作了以下几个方面的表征。①微通道内的电热效应:利用测温装置并结合罗丹明B染料的微流动,对以不锈钢微丝作为螺线管的这种芯片的温度效应作出表征。通过螺线管通道内的温度表征可得出在一定压强(2.0kp~3.5kp)和电流强度下(0~0.04A)能够驱动微通道的微液滴,并且微通道内的温度几乎没有变化。在一定流速下,螺线管内通电电流对这种芯片的微通道内的热效应具有阈值效应。②PDMS微通道内液滴蒸发现象及其克服:围绕微通道微螺线管内的液滴在常温下有蒸发迹象,我们对液滴在静止过程中的变化趋势进行表征,得到微通道内壁表面特性是液滴稳定的主要因素。当在PDMS通道内涂一层磷脂分子后,通道内的微液滴能稳定存在,可减少因挥发而产生的液滴消失问题。③磁驱动下生成液滴的运动行为。对围绕微通道的微螺线管通以3.0V的脉冲电压值,可以检测到带磁液滴中的微磁粒子被驱动的运动行为。总之,本论文以微丝模塑加工工艺为基础,构建了围绕微通道的微螺线管装置,对装置内的粒子运动进行分析,表征了螺线管装置的热效应和电磁效应。结果表明这种围绕微通道的微螺线管体现出制作技术上简单可行,并且某些关键参数值得深入表征并具有潜在应用。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 问题的提出及研究意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-17
    1.2.1 微流控技术  9-11
    1.2.2 磁操纵的微流控技术  11-14
    1.2.3 微液滴及其应用  14-17
  1.3 本文研究的思路和研究内容  17-18
2 围绕微通道的微螺线管装置构建  18-25
  2.1 所用仪器与试剂材料  18-19
  2.2 微螺线管的初步设计  19-21
  2.3 装置制作  21-24
    2.3.1 制作材料的选取  21-22
    2.3.2 芯片制备  22-24
  2.4 本章小结  24-25
3 围绕微通道的微螺线管中的电热效应  25-32
  3.1 所用仪器与试剂材料  25
  3.2 实验装置的构建  25-27
  3.3 结果与讨论  27-31
  3.4 本章小结  31-32
4 围绕微通道的微螺线管中液滴的蒸发行为  32-42
  4.1 仪器与试剂  32
  4.2 通道内微液滴稳定技术  32-36
    4.2.1 前言  32-33
    4.2.2 实验方法  33-34
    4.2.3 微通道内流体接触角测定  34-36
  4.3 结果和讨论  36-40
    4.3.1 流量及气压对液滴生成的影响  36
    4.3.2 微通道内液滴的蒸发分析  36-38
    4.3.3 液滴在微通道内稳定化实验  38-40
  4.4 本章小结  40-42
5 微螺线管通道内液滴的微运动初步分析  42-48
  5.1 实验仪器设备与材料试剂  42
  5.2 一定电压下磁性粒子的流变行为及显微粒子测速  42-45
    5.2.1 PIV 术概况  42
    5.2.2 micro-PIV 技术  42-43
    5.2.3 微螺线管通道内的Micro-PIV 检测  43-45
  5.3 微螺线管通道内液滴的微运动  45-47
  5.4 本章小结  47-48
6 结论与后续工作展望  48-50
  6.1 结论  48-49
  6.2 后续工作及展望  49-50
致谢  50-51
参考文献  51-57
附录  57
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  57
  B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目  57
  C. 作者在攻读硕士学位期间获得的奖励  57

围绕微通道微螺线管装置的构建和初步表征

内容摘要

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