检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：王雅琳淮阴工学院

学位级别：硕士

以微混合器为重要装置的微流控系统作为基础操作平台,能够进行混合、检测、分离等功能,实现对流体的微型化操控和处理,目前在化学合成、生物制药、纳米颗粒制备等方面发挥重要作用。利用数值模拟方法研究微混合器和微反应器的设计和优化... 详细信息

以微混合器为重要装置的微流控系统作为基础操作平台,能够进行混合、检测、分离等功能,实现对流体的微型化操控和处理,目前在化学合成、生物制药、纳米颗粒制备等方面发挥重要作用。利用数值模拟方法研究微混合器和微反应器的设计和优化,分析微混合器内流体的流动特性成为一项重要研究课题。本文采用将通道结构设计和外部调控方法紧密结合来设计微混合器的理念,模拟分析波形微通道和具有分形结构障碍的两种类型微混合器内传质混合现象,认识微通道内流体在低雷诺数范围内的流动规律,针对微混合器的多种尺寸结构参数和外部调控参数对混合性能的影响进行研究。 (1)针对单一微流道结构,设计二维波形通道微混合器并进行尺寸结构优化。结果表明,通过调整微通道的振幅与波长比和混合单元数目可以促进流体混合。将得到的较优结构与电渗驱动方法相结合,并对选定电极参数进行田口试验方法优化。电渗驱动外部调控方法促进改善微混合器的混合性能,混合效率较无电渗驱动时提高21.4%。 (2)结合仿生树状分形、希尔伯特分形和闵可夫斯基分形原理,设计具有不同分形障碍电极壁面结构的三维电渗微混合器,从混合特性、压力特性和速度特性方面揭示电极参数对微混合器混合性能的影响,最终确定希尔伯特分形电极障碍结构的电极长度为150μm、电极间距200μm、电极交叉分布下、微通道高度为240μm的最优微混合器设计。结果表明,通过在微通道内设置不同的分形电极障碍产生的电渗流均能诱发流体的混沌对流,显著提高混合效果。 (3)基于非对称放置电极的电渗流产生机理,针对仿生树状三阶分形的电渗微混合器的电极电势分布进行研究,模拟微混合器内浓度场、速度场以及电势分布,揭示非对称电极下的电渗流促进混合机制。结果表明,对称壁面电势极性相反的电极配置具有更高的混合性能,最高可达97.4%。 (4)根据在微通道中嵌入障碍物引发混沌对流的强化混合原理,提出具有圆形障碍物的波形微通道结构,并进行生物柴油合成混合和反应过程模拟研究。以混合效率、油转化率两个指标定量分析微混合内流体流动和反应过程,考察温度、醇油摩尔比、催化剂浓度对油转化率的影响。所提出的微混合器具有较好的传质效果,为今后微混合器在化学合成等工程实际应用提供思路。

关键词：微混合器波形微通道分形原理数值模拟电渗流

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基于气动微阀的浓度可调微混合器研制

基于气动微阀的浓度可调微混合器研制

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作者：徐校杰大连理工大学

学位级别：硕士

微流控芯片生成浓度可调的混合液体在药物筛选、细胞研究、生物化学分析、酶抑制剂筛选和酶反应动力学研究等方面有着广泛的应用。现有的微混合器大部分只能生成固定浓度的混合液,对于需要混合液浓度变化的环境,需要更复杂的浓度梯度微... 详细信息

微流控芯片生成浓度可调的混合液体在药物筛选、细胞研究、生物化学分析、酶抑制剂筛选和酶反应动力学研究等方面有着广泛的应用。现有的微混合器大部分只能生成固定浓度的混合液,对于需要混合液浓度变化的环境,需要更复杂的浓度梯度微流控器件,该器件常常需要复杂的通道设计,不利于微流控芯片微型化。因此本文设计制造了一种基于气动微阀的微混合器芯片,为生成浓度可调控的混合液提供了可行性方案。首先,本文阐述了微流控技术中的基本理论。理解了微流体在微尺度通道内的流动特性,然后对气动微阀的原理进行分析,利用哈根-泊肃叶定律对比了流阻与电阻、流量与电流等特性,并且绘制了气动微阀微流控芯片的等效电路图,微流控芯片的功能实现有了理论上的支撑。然后,本文开展了气动微阀微流控芯片的设计与制备研究。对其工作原理、设计方案和整体结构进行了详细的说明;对微阀的结构进行仿真,提出了一种圆角处理的方法,增强了微阀的密封效果;使用聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)和聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)柔性薄膜材料制作了微流控芯片,并提出了一种将胶膜均匀的附着在薄膜上的胶膜转移式的胶粘键合方法,可以将薄膜上的胶膜厚度降至1μm以下,较好的完成了微流控芯片的制作。接着,本文测试了微流控芯片的各种性能。实验得出芯片可以承受4000 mbar以上的压强,证明芯片有很高的键合强度;利用微流控系统实验平台验证了微阀器件能够实现对微流道流体通断的有效控制,微阀关闭和打开的响应时间分别为550 ms和200 ms。通过对上层气体通道内输入气压的调整,微阀器件还能够控制流道的横截面积,定量改变微流道内液体的流速,实现流体流量的精准调控。最后,本文在气动微阀的基础上设计制作了微混合器,通过流体仿真和实验来验证芯片的混合性能和动态调控混合浓度的能力,利用数字图像对混合特性进行检测,实验结果表明,微混合器可以达到90%以上的混合效果,并且可以通过改变气动微阀的压强来实现0-1的相对混合浓度调控。

关键词：胶粘键合气动微阀微混合器动态调控

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微混合器的模拟优化及在烯烃磺化反应中的应用研究

微混合器的模拟优化及在烯烃磺化反应中的应用研究

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作者：赵曦宁夏大学

学位级别：硕士

随着科学和数学理论不断的进步,工程技术领域开始不断地优化和创新,微型化和集成化也成为了现代工业发展的主流趋势。流体产品由于其体积较大、集成度较低等缺陷而受到限制,因此将流体控制微型化是工业微型化的一个重要方向。但是,由于... 详细信息

随着科学和数学理论不断的进步,工程技术领域开始不断地优化和创新,微型化和集成化也成为了现代工业发展的主流趋势。流体产品由于其体积较大、集成度较低等缺陷而受到限制,因此将流体控制微型化是工业微型化的一个重要方向。但是,由于在微通道下流体流动多数情况下为层流,混合较差,对于快速反应,混合成了影响效率的主要因素。磺化反应属于快速反应,设计一种具有高效混合效率的微混合器用于磺化反应,对于提高反应效率具有重要的意义。本文主要研究工作如下:(1)设计了错位型微混合器,对其在低雷诺数下的混合性能进行了数值研究。分析了微混合器的通道宽高比、发散处最大宽度、碰撞处错位高度三个结构参数对压降,混合指数,混合效率的影响。通过模拟分析,当流体碰撞处错位高度为0.4mm、通道发散处宽度为0.6mm、通道宽高比为1:1时混合效果最好,并且发现错位高度对混合性能的影响最明显,通道发散处宽度变化对混合效率的影响不明显。对模拟所得最佳结构微混合器(MST)进行优化,得到优化后微混合器(MTT),并将MTT与MST和普通T型微混合器(MT)进行对比分析,其中MTT和MST混合性能优于MT。MTT型微混合器表现出最大的混合能力。(2)对MTT型微混合器进行性能分析,将MTT型微混合器与已发布的微混合器进行比较,体现了 MTT型微混合器的优势。并在不同雷诺数下将MTT型微混合器与相同通道长度的T型微混合器进行混合性能分析。与相同通道长度T型微混合器相比,错位型微混合器基本在所有雷诺数下都拥有更高的混合指数,并且在相同的通道长度下,错位型微混合器的压降低于T型微混合器,这是由于错位型微混合器在碰撞处没有直接的流体碰撞,导致产生的压降更小。对不同尺寸MTT型微混合器进行混合分析,发现水力直径≤1mm时,尺寸对MTT型微混合器混合效率的影响不明显,但是尺寸的减小,压降明显增大。(3)将模拟所得MTT型微混合器用于烯烃磺化反应,实验结果与模拟结果进行比较分析,物料之间的混合程度是影响活性物质含量的重要因素,混合程度越好,活性物质含量越高,混合程度越低,活性物质含量越低。通过对不同流量下的产品色泽分析发现,入口流量影响副产物的含量,入口流量越大,混合程度越高,副产物含量越低,混合效率提高有利于提高磺化产率,减少副产物的生成,但当混合效率提高到一定程度时,继续增加单侧入口流量,会导致物料停留时间的减少,不利于提高磺化产率,反而增加了产品中副产物含量。

关键词：微混合器错位高度数值模拟混合性能磺化反应

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基于电渗流和分离聚合的新型微混合器的设计及性能优化研究

基于电渗流和分离聚合的新型微混合器的设计及性能优化研究

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作者：周卓然江苏大学

学位级别：硕士

近年来，微混合器已广泛应用于化学反应、药物测试、生物分析等各种领域。在这些领域中，实现试剂样品充分高效的混合对系统的反应速度和整体性能是至关重要的。由于流体在微通道中处于层流状态，其混合度通常较低。为了提高微混合器的... 详细信息

近年来，微混合器已广泛应用于化学反应、药物测试、生物分析等各种领域。在这些领域中，实现试剂样品充分高效的混合对系统的反应速度和整体性能是至关重要的。由于流体在微通道中处于层流状态，其混合度通常较低。为了提高微混合器的混合效率，本研究基于分子扩散，电渗流，分离聚合和混沌对流等原理，提出具有交错式障碍物的新型微混合器和具有双层局部重叠式 V 型流道的被动微混合器，以打破流道内流体稳定的运动状态，增大流体间接触面积，增强扩散以促进混合。本文主要研究内容如下：　　（一）基于直通道微混合器，提出了一种具有交错式障碍物的新型微混合器。这种微混合器引入障碍物对流线继续弯曲和折叠，从而增加流体之间的接触面积并加强扩散。此外，在优化后的具有交错式障碍物的微混合器的基础上，施加电极引入电渗流，利用其打破流体稳定的运动状态，带动流体形成涡流，增强扩散促进混合。研究探讨了障碍物位置、排列、形状和大小对被动微混合器混合效率的影响，并研究了不同电压幅值，交流频率等电极参数对主动电渗微混合器的影响。结果表明，交错障碍物的引入能显著提高微混合器的混合效率，与直通道微混合器相比，相同条件下出口混合度提高了 22.35%。此外，引入电极激发的电渗流能进一步促进混合，该电渗微混合器的混合效率将受电压和频率等参数的影响。在最优参数下（即入口速度等于 0.0001 m/s，电压等于 0.4 V，频率等于 5 Hz，相位等于0°时），出口混合度可超过99%。　　（二）提出了一种新型具有双层局部重叠V型流道的分离聚合式（SAR）被动微混合器（OVCM）。它采用双层V型通道和混合腔结构设计，以及局部重叠式流道的方法促进流体分流混合。研究结果表明，这种设计能在流道内诱导流体发生分离和聚合，增加流体之间的接触面积，并使其在混合腔内形成涡流。此外，在相同的条件下，流道的重叠会导致流体在此处二次分流，进一步加强混合。结果表明，流道重叠前后（雷诺数为10 时）的出口混合度提高了 9.39%。当雷诺数超过20时，出口处混合度始终超过99%，流体在微混合器得到充分混合。此外，还研究了流道宽度和混合腔体宽度等结构参数对混合特性的影响，总结了相应规律。与现存的大部分微混合器相比，该新型双层局部重叠式 V 型流道微混合器均表现出优异的性能。　　本研究通过仿真技术深入分析了微混合器结构，并通过数据处理得出了积极结论：优化后的微混合器具有出色的混合效果。这不仅加深了对微尺度混合技术的理解，还为设计高效微混合器提供了理论依据，对相关技术进步和产业发展有积极作用。

关键词：微混合器电渗流分离聚合结构设计混合性能

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用于纳米脂质体高通量制备及微混合器优化设计及实验研究

用于纳米脂质体高通量制备及微混合器优化设计及实验研究

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作者：祁先军齐鲁工业大学

学位级别：硕士

脂质体是一种磷脂双分子层结构包裹水相的球形纳米颗粒，其磷脂双分子层可用于脂溶性药物的包裹，内部可进行水溶性药物的包裹，包裹药物范围广，可有效提高药物的利用度和稳定性，减小药物毒性。同时，脂质体的主要组成成分磷脂又是细... 详细信息

脂质体是一种磷脂双分子层结构包裹水相的球形纳米颗粒，其磷脂双分子层可用于脂溶性药物的包裹，内部可进行水溶性药物的包裹，包裹药物范围广，可有效提高药物的利用度和稳定性，减小药物毒性。同时，脂质体的主要组成成分磷脂又是细胞膜的重要组成成分，因此脂质体具有较好的生物相容性，可有效避免免疫反应发生，综合这些优势，脂质体被广泛用作药物递送的载体，在药物递送系统中扮演着至关重要的角色。　　传统的脂质体制备方法存在诸多问题，通常需要多个操作步骤，过程繁琐，操作复杂;脂质体粒径大小不均一，粒径分布过于分散，需要进行后续处理以满足要求;易受制备条件和操作技术影响，工艺参数难以控制，所制备的脂质体一致性难以保证;难以大批量制备。本文通过微流控法制备纳米脂质体，微流控法可实现一步制备纳米脂质体，具有高效便捷等优势，微流控法可通过微量注射泵以及微通道结构对微观流体进行精确控制，过程中工艺参数稳定，纳米脂质体粒径特征再现性高，且通过控制微观流体的流速可实现对纳米脂质体尺寸进行调节，便于制备平均粒径小、粒径分布集中的纳米脂质体。同时，微流控法制备脂质体具有高通量、自动化、试剂消耗量少等优势。　　但微通道内，微流体流速小，微通道特征尺寸小，导致流体流动雷诺数较小，微通道内的流体流动方式为层流流动，用于制备纳米脂质体的有机相和水相在微通道内并排流动，无法有效混合，磷脂无法与水相接触，对脂质体的自组装过程产生阻碍。因此本文主要内容及结果如下:　　(1)提出了一种带有循环腔室的分离重组微混合器，探究了不同结构参数的微混合器混合性能，对分离重组部分中子通道宽度比例、循环腔室位置、循环腔室半径、微通道高度进行了优化，在子通道宽度比例为2∶1、循环腔室位置为偏置、循环腔室半径为0.35μm、微通道高度为200 μm时混合性能最优，该微混合器实现了低雷诺数下的流体混合，具有高混合指数和低压降损失。　　(2)根据优化好的微通道结构，采用光刻法和模塑法相结合的方法，以聚二甲基硅氧烷为材料，加工制造了基于微流控装置的微混合器，并以此为核心构建了微流控实验平台，通过微量注射泵实现对微流体流速的精确控制。　　(3)利用搭建的微流控实验平台，通过微量注射泵控制溶有大豆卵磷脂和胆固醇的无水乙醇与水在微混合器内混合，制备了纳米脂质体，随后通过激光粒度仪对纳米脂质体的平均粒径大小和多分散性指数进行了测量，研究了水相与有机相的总流速以及流速比对纳米脂质体平均粒径大小和多分散性指数的影响规律，并对纳米脂质体在4℃和25℃下的储存稳定性进行了研究。

关键词：药物递送载体纳米脂质体制备工艺微混合器优化设计

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声波诱导气泡微混合器流动特性研究

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节能技术 2023年第6期41卷 497-501,506页

作者：杨敬东吕海舟刘婉莹关键许飞浙江能源天然气集团有限公司浙江杭州310000 浙江省白马湖实验室有限公司浙江杭州310000 浙江省能源集团有限公司浙江杭州310020 中国计量大学计量与测量工程学院浙江杭州310018

为了了解声场作用下微混合器内部流场特性,基于ANSYS模拟了单个声波周期内不同时刻的涡流结构、压力分布、速度分布,同时研究了声波驱动振幅、驱动频率和驱动波形对微混合器内部流体流速的影响。研究结果表明,声场作用下气泡微混合器内... 详细信息

为了了解声场作用下微混合器内部流场特性,基于ANSYS模拟了单个声波周期内不同时刻的涡流结构、压力分布、速度分布,同时研究了声波驱动振幅、驱动频率和驱动波形对微混合器内部流体流速的影响。研究结果表明,声场作用下气泡微混合器内的流体流动主要受到气泡振荡的影响;气液之间的压差是气泡振荡的直接原因,且气体压力变化存在约0.15个周期的延滞;相同条件下采用0.7占空比的方波波形能得到更大的流体流速。

关键词：微混合器微流控芯片声波数值模拟气泡振荡

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迪恩涡诱导的混沌对流型微混合器的设计加工及应用

迪恩涡诱导的混沌对流型微混合器的设计加工及应用

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作者：王鑫山东大学

学位级别：博士

微混合器是微流控技术中用于实现流体间快速均匀混合的重要功能单元,在生物、医学、化学等工程领域有着广泛的应用。微混合器中的流体流动处于低雷诺数的层流状态,分子扩散主导的混合过程进行缓慢。同时,由于微混合器流道的特征尺寸缩... 详细信息

微混合器是微流控技术中用于实现流体间快速均匀混合的重要功能单元,在生物、医学、化学等工程领域有着广泛的应用。微混合器中的流体流动处于低雷诺数的层流状态,分子扩散主导的混合过程进行缓慢。同时,由于微混合器流道的特征尺寸缩小到微米级,流体流动过程中存在显著的尺寸效应,壁面粗糙度对流体流动和混合过程的影响不可忽视。因此,研究微混合器的结构设计、流场形态、粗糙度效应、加工工艺等对提高微混合器混合性能,推动微混合器及微流控芯片的应用有着重要意义。本文以迪恩涡诱导的混沌对流型微混合器(蛇形和螺线形微混合器)为研究对象,开展微混合器设计、加工及应用研究。基于微细铣削加工微流道的真实壁面形貌,揭示壁面粗糙度对微混合器流场形态和混合性能的影响规律;优化微混合器结构,设计出能够在低压降条件下实现流体间快速均匀混合的微混合器;分析迪恩涡作用下的流场形态变化,对迪恩涡诱导的混沌对流混合过程强度进行定量评价;应用微混合器制备具有高效光催化性能的Cu2O纳米颗粒以及实现蓖麻油-生物柴油的高效转化,揭示具有优异混合性能的微混合器对化工过程的强化作用。首先,建立基于微细铣削加工工艺的微流道壁面形貌模型,通过有限元仿真和混合实验,分析不同壁面粗糙度下微混合器的混合性能以及流速、摩擦阻力和浓度分布等流场形态特征。壁面粗糙度单元对近壁面的流体流动产生阻碍,导致摩擦阻力增大,壁面粗糙度和雷诺数越大,摩擦阻力的增大越显著;类比工业管道中的莫迪图,建立不同壁面粗糙度下摩擦因子与雷诺数的阻力系数关系。同时,壁面粗糙度产生等效特征尺寸缩短效应,造成流动面积缩小。研究发现,对于迪恩涡诱导的混沌对流型微混合器,当壁面粗糙度大于1.208%时,在粗糙度单元深谷中形成了分离涡,近壁面流体被推向流道中心区域,导致中心区域的流体流速升高,混沌对流作用增强,微混合器的混合性能更好。其次,为了能在低压降条件下实现流体间的快速均匀混合,对蛇形微混合器的结构进行优化,借助曲率连续变化的椭圆曲线诱导产生迪恩涡与混沌对流作用,提出一种椭圆曲线蛇形微混合器结构,并讨论分析椭圆几何参数对微混合器混合性能、压降以及迪恩涡形态等流场形态特征的影响规律。结果表明,椭圆的离心率越大,迪恩涡的形态变化越显著,混沌对流作用越强,微混合器的混合性能越好,但同时压降也越高。当椭圆的离心率相同时,焦点在微混合器流动主方向上的椭圆比焦点在流动垂直方向上的椭圆具有更好的混合性能和更低的压降;当椭圆周长相同时,焦点在微混合器流动主方向上,且离心率在0.77及以上的椭圆是最优的椭圆形状。结合混合性能、输入功率与停留时间,提出混合功耗参数对微混合器的混合性价比进行评价。研究发现,曲率连续变化的椭圆曲线能够避免分离涡和流动死区出现,在实现流体间均匀混合的同时不会产生过高的压降,是一种高混合性价比的微混合器结构。然后,对迪恩涡诱导的混沌对流混合过程进行分析并提出定量的评价指标和评价方法。基于惯性作用显著的螺线形微混合器,对比中心对称结构和单一螺线结构两种微混合器结构的混合性能以及流线形态、浓度分布形态和迪恩涡形态等流场形态特征。在中心对称结构中由于迪恩涡的反向旋转,导致浓度分布漩涡发生衰退,流体间的交界面面积缩小,阻碍混合过程的进行;而在单一螺线结构中迪恩涡的旋转方向始终不变,浓度分布漩涡循环变化,流体间的交界面面积随之改变。研究发现,流体间的交界面面积与迪恩涡的强度是影响混沌对流混合过程的主要因素;耦合表征流体间交界面面积的轮廓曲线长度与表征迪恩涡强度的迪恩数,提出定量评价迪恩涡诱导的混沌对流混合过程强度的漩涡对流强度指标。最后,给出微混合器在Cu2O纳米颗粒合成与生物柴油转化两个化工过程中的应用案例,揭示混合性能优异的微混合器对化工过程的强化作用。应用椭圆曲线蛇形微混合器基于液相还原法合成用于有机染料光催化降解的Cu2O纳米颗粒,结合晶体成型理论,分析微混合器合成和烧杯搅拌合成方式下Cu2O纳米颗粒形成过程的原理与差异,阐明微混合器混合性能对颗粒形成过程的影响机理。研究发现,依靠椭圆曲线蛇形微混合器优异的混合性能,Cu(OH)2能够实现充分还原;相比烧杯搅拌合成的颗粒,微混合器合成的Cu2O纳米颗粒尺寸更小更均匀,并具有更强的光催化性能;同时,微混合器的混合性能越好,Cu(OH)2的还原越充分,颗粒的细化和均匀程度越高,光催化性能越强。应用螺线形微混合器基于酯化反应进行蓖麻油-生物柴油的转化,揭示微混合器对酯化反应的强化作用。通过螺线形微混合器,蓖麻油和乙醇之间能够实现充分均匀混合,推动酯化反应进行,仅需15秒的停留时间生物柴油的转化率即可达到90%,实现了生物柴油的高效生产;相比其它微混合器结构,在螺线形流道中的停留时间更短,生物柴油的生产率更高。

关键词：微混合器微细铣削壁面粗糙度混合性能迪恩涡混沌对流

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3D打印微混合器内混合特性及其在生化传感中的应用研究

3D打印微混合器内混合特性及其在生化传感中的应用研究

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作者：刘波哈尔滨工业大学

学位级别：博士

微流控技术是一种可在微米尺度下对流体进行操控的技术,能在数平方厘米的微流控芯片上开展复杂实验,可对化学试剂或生物样品进行快速混合、分离、反应以及检测等实验过程。微混合器作为微流控芯片中的一个核心部件,能将不同试剂进行高... 详细信息

微流控技术是一种可在微米尺度下对流体进行操控的技术,能在数平方厘米的微流控芯片上开展复杂实验,可对化学试剂或生物样品进行快速混合、分离、反应以及检测等实验过程。微混合器作为微流控芯片中的一个核心部件,能将不同试剂进行高效混合,促进生化反应进行,已被广泛应用于生化传感领域,其混合性能关系着生化反应的速度和程度,往往决定整个微流控芯片的整体性能。伴随着微流控芯片向小型化、集成化、高通量等方向发展,对微混合器的性能提出更高要求。为满足不同应用场景下的混合需要,微混合器须在宽工作范围内实现高效混合。基于上述背景,本文研发了一种具有空间螺旋微结构的高性能3D微混合器,利用3D打印技术进行3D微混合器低成本加工,结合数值和实验方法全面研究3D微混合器在宽雷诺数范围内的混合机理和混合性能,并将其集成于微流控合成平台和检测芯片中,开展基于微混合技术的纳米复合材料高通量可控合成,对纳米复合材料进行电化学性能优化,将合成的纳米复合材料应用于微流控检测芯片中,开展基于微混合技术的多生物标记物电化学检测,并应用于多种生物样品检测。本文主要的研究内容如下: （1）研发了一种具有空间螺旋微结构的新型3D微混合器,利用3D打印技术,实现3D微混合器低成本加工,结合数值和实验方法,揭示3D微混合器混合机理,并验证了3D微混合器在宽流量和粘度范围内的高效混合性能。研发的3D微混合器,可在跨越5个数量级的流量范围内(0.3～70,000μL min-1)实现高效混合,其混合效率大于96%,对高粘度溶液（90%v/v乙二醇）的混合,其混合效率可达85%以上;同时,3D微混合器可实现不同溶液的快速混合,其驻留时间最短可达2.1 ms,可有效地改善不同反应试剂之间的反应时间差异性,促进均质反应产生。本文解决了传统微混合器通量低以及3D微混合器加工难和加工成本高的问题,极大地拓宽了微混合器的应用范围和领域,为高性能微混合器设计提供借鉴。（2）研发了基于微混合技术的纳米复合材料微流控合成平台,创新地实现纳米复合材料高通量和连续可控合成,显著提升了纳米复合材料的电催化性能。研发的微流控合成平台,其纳米复合材料合成流量可达15 m L min-1,纳米合金颗粒粒径范围为2.4～9.3 nm;同时,合成的纳米复合材料对过氧化氢展现出优异的电催化性能,具有宽检测范围（1～12,000μM）、高检测灵敏度(304.16μA·m M-1·cm-2)以及低检测限（0.3μM）等特点,其检测性能远优于传统方法制备的纳米复合材料。本文为功能化纳米复合材料合成提供新的思路,解决了纳米复合材料合成通量低的问题,有力地促进纳米复合材料大规模生产和应用。（3）研发了基于微混合技术的多生物标记物通用微流控检测芯片,利用负压方法对多通道微流控检测芯片进行无泵定量驱动,并通过集成高效3D微混合器以及纳米复合材料修饰的低成本丝网印刷电极,实现了对多生物标记物和多生物样品的低成本、便携式和高效检测。研发的多通道微流控通用检测芯片,可同时检测3种生物标记物（葡萄糖、乳酸及尿酸）,对多生物标记物展现出优异的电化学性能,具有较好的重复性、一致性、长期性和选择性,可对宽浓度范围的生物标记物进行高效检测;同时,对于多种生物样品（血浆、唾液及汗液）中多生物标记物的检测,微流控检测芯片表现出优秀的抗干扰性和准确性,有效地验证了微流控检测芯片应用于实际生物样品检测的可行性。本文为多种生物标记物在微流控芯片上的检测奠定了前期基础,有效地推动微流控检测芯片在即时检测方面的应用。

关键词：微流控微混合器纳米复合材料可控合成多生物标记物检测芯片

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单向流通特征柔性特斯拉阀微混合器研究

单向流通特征柔性特斯拉阀微混合器研究

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作者：崔博文东北电力大学

学位级别：硕士

微流控芯片技术是将生物、化学等实验室的基本功能缩小为几平方厘米的芯片,并进行基于化学分析的操作。微混合器作为微流控芯片的一个重要部分,广泛应用于化学合成、医疗制造、化学检测、化妆品合成等工业领域。微混合器根据流体的混合... 详细信息

微流控芯片技术是将生物、化学等实验室的基本功能缩小为几平方厘米的芯片,并进行基于化学分析的操作。微混合器作为微流控芯片的一个重要部分,广泛应用于化学合成、医疗制造、化学检测、化妆品合成等工业领域。微混合器根据流体的混合可分为有源主动型微混合器和被动型微混合器。主动微混合器需要外部条件来实现,借助于这些外部的能量实现流体的混合。被动型微混合器通常通过改变几何形状来提高流体的混合效率。因此,被动式微混合器由于其结构简单一直在微流控芯片领域得到广泛应用。本文通过一种高效、简单的微流控芯片加工技术来制备一种具有单向流通特征柔性特斯拉阀被动微混合器。并研究了各种参数条件下微混合器混合效率的影响。具体的研究内容为:1.提出了一种3D打印热定技术以及高分子聚合物溶解方法来制备柔性微混合器。该方法是利用可溶解的耐冲击性聚苯乙烯(HIPS)材料通过3D打印制造出微通道模具,将聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液浇注在打印好的模具上并进行高温固化后,得到一个外部为柔性PDMS固体、内部为由HIPS材料制成的可溶解微通道的模具。然后将高温固化好的可溶微通道模具放入柠檬烯试剂中进行浸泡,当HIPS全部被柠檬烯试剂溶解后,微混合器制作完成。通过优化实验发现,微通道模具在柠檬烯试剂中会随着水浴温度的增加,溶解速度逐渐加快。2.在高效简单的制作方法基础上,设计了一种具有单向流动特征特斯拉阀结构的被动微混合器。通过仿真分析对T型以及特斯拉阀结构微混合器对比,以及优化特斯拉阀凹槽结构及凹槽数目(Annular auxiliary channel,简称AAC),得到最佳的凹槽结构,并利用实验证明该结构具有正向流动并且不产生逆流的特点。在雷诺数为20的条件下,平面T型微混合器的混合效率为0.7,6个凹槽结构(6-AAC)特斯拉阀微混合器能够将混合效率提高到0.861,随后通过讨论流速变形等条件确定最佳的混合效率条件。最终得到6凹槽结构(6-AAC)特斯拉阀微混合器在流体的流速为2.0 m L/min时混合性能最佳,混合效率为0.891。3.在制备6-AAC特斯拉阀微混合器后,对特斯拉阀微混合的内部凹槽结构进行优化。通过实验得到,在流体的流速为2.0 m L/min条件下时,6-AAC特斯拉阀微混合器内部凹槽为30°、45°、60°的混合效率分别为0.901、0.88、0.875。结果表明特斯拉阀微混合器的混合效率随着内部凹槽的角度减小而提高。最佳的混合效率为0.901。通过模拟仿真和混合实验,最终得到了具有单向流通特征的高混合效率的特斯拉阀微混合器,得到的结果为:在雷诺数相同时,尺寸相同的T型平面微混合器在流速相同时混合效率低于特斯拉阀微混合器。同时相比于其他高效率的微混合器,特斯拉阀微混合器具有单向的正向流动性。

关键词：微混合器单向流通高分子溶解技术特斯拉阀微流控芯片加工

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用于脂质体制备的微混合器的流动机理

引用

自然杂志 2023年第3期45卷 177-187页

作者：王康刘心悦胡国辉上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所上海市力学在能源工程中的应用重点实验室上海市力学信息学前沿科学研究基地上海200072 上海飞行器力学与控制研究院上海200092

脂质体的制备是当今纳米材料和生物医学工程研究的一个重要领域,尤其在制备粒度可控、尺寸均匀、组分可调的脂质体方面还面临着较大的挑战。微混合器作为微流控技术中的重要组成部分之一,它可以通过微米级通道控制流体的混合,从而实现... 详细信息

脂质体的制备是当今纳米材料和生物医学工程研究的一个重要领域,尤其在制备粒度可控、尺寸均匀、组分可调的脂质体方面还面临着较大的挑战。微混合器作为微流控技术中的重要组成部分之一,它可以通过微米级通道控制流体的混合,从而实现高效、精准、可控的脂质体制备。文章概述了脂质体的制备方法及微流控技术的优势,并介绍了不同类型的微混合器在脂质体制备中的应用及优缺点,重点对微混合器的流动机理进行了综述,旨在为微混合器在脂质体制备中的应用研究提供一定的参考。

关键词：脂质体微混合器流动机理

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