微細(xì)通道內(nèi)液滴生成及內(nèi)部混合強(qiáng)化.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)的快速發(fā)展，儀器設(shè)備微型化和高度集成化已經(jīng)成為現(xiàn)代設(shè)備發(fā)展的主流趨勢(shì)之一。微流控芯片就是將混合、分離、稀釋、檢測(cè)等功能集成在一塊微小芯片上，正被廣泛的應(yīng)用于生物化學(xué)分析以及醫(yī)藥和生命科學(xué)等領(lǐng)域。液滴式微流控芯片是近年來微流控領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)新的分支。每一個(gè)液滴均可被視為獨(dú)立的反應(yīng)器，和傳統(tǒng)生物化學(xué)反應(yīng)器相比，液滴式微流控芯片具有樣品消耗低、反應(yīng)快、無交叉污染等優(yōu)點(diǎn)，可以被廣泛應(yīng)用到化學(xué)合成、納米材料制備、細(xì)胞分析、藥物篩選等諸多

2、領(lǐng)域。其中液滴的形成和內(nèi)部混合的控制是實(shí)現(xiàn)上述功能的關(guān)鍵，但其相關(guān)系統(tǒng)研究卻不深入。因此本文以此為切入點(diǎn)，針對(duì)液滴的形成及內(nèi)部混合性能展開研究。
　　本文采用可視化實(shí)驗(yàn)的方法針對(duì)微通道內(nèi)液滴的生成及其內(nèi)部混合的強(qiáng)化開展研究。首先在200*200μm的T型微通道內(nèi)通過連續(xù)相二甲基硅油剪切分散相去離子水生成微液滴，研究了連續(xù)相流速、分散相流速以及連續(xù)相粘度對(duì)微液滴生成尺寸的影響；并提出了一種利用光熱效應(yīng)致相變的方法在大尺度T型微通道內(nèi)

3、生成超微液滴的新方法；其次，研究了螺旋型微通道對(duì)液滴內(nèi)部混合的強(qiáng)化作用，并進(jìn)行了量化分析；最后，利用PIV技術(shù)測(cè)量了微液滴受到側(cè)向剪切時(shí)其內(nèi)部流動(dòng)狀況的變化并分析了這一變化對(duì)液滴內(nèi)部混合性能的影響。
　　通過對(duì)以上內(nèi)容的研究，本文得出了以下結(jié)論：
　?、僭赥型微通道內(nèi)液滴的生成尺寸隨連續(xù)相流速的上升而減?。浑S分散相流速的上升而增大；隨連續(xù)相粘度的增大而減小。同時(shí)提出了利用激光的光熱效應(yīng)致T型結(jié)構(gòu)中水相相變蒸發(fā)冷凝形成超微液滴

4、。在工作過程中，液態(tài)水通過激光加熱生成水蒸汽，水蒸汽被連續(xù)相剪切生成汽塞，汽塞冷凝后可以形成超微液滴。由于液滴是通過冷凝形成，汽塞的大小直接決定了液滴的大小，研究發(fā)現(xiàn)汽塞大小隨激光功率上升而變大，隨連續(xù)相流速增大而減小。
　?、谕ㄟ^研究直微通道和螺旋形微通道中液滴的混合性能，發(fā)現(xiàn)具有T型結(jié)構(gòu)入口的直微通道內(nèi)液滴生成時(shí)的混合效率隨連續(xù)相的增大而得到強(qiáng)化，隨分散相流速的增大而減弱。螺旋形微通道也具有相同的變化趨勢(shì)。更重要的是，研究發(fā)現(xiàn)