雙支路捕獲微通道網(wǎng)絡中兩相流動特性研究
發(fā)布時間：2020-12-10 16:12
基于微流控技術制備的微液滴具有尺寸小、通量高和組分可控等優(yōu)勢,在工程應用和基礎研究領域受到廣泛關注。把制備的微液滴捕獲于通道內的固定位置,有利于觀察和檢測隨時間變化的生化反應過程。本文針對具有順序均勻捕獲微液滴功能的雙支路捕獲微通道網(wǎng)絡,采用實驗與數(shù)值計算相結合的方法,展開了微液滴捕獲機理以及液滴內部流動特性研究。重點聚焦液滴進入雙支路捕獲微通道網(wǎng)絡之前的內部流動特性、液滴在捕獲單元中的路徑選擇模式以及支路流量和壓降的演變規(guī)律、捕獲微通道網(wǎng)絡中不同支路路徑選擇時液滴的內部流動特性。在兩相流動特性研究基礎之上,提出了氣泡引導液滴序列捕獲的新方法。研究結果為揭示雙支路微通道中兩相流動機理奠定基礎,為液滴捕獲技術的工程應用提供理論指導。（1）基于捕獲微通道網(wǎng)絡前端的直通道,實驗研究了液滴內部流體的流場形式以及流場形式轉變的影響因素。借助Micro-PIV系統(tǒng)獲取液滴內部流體的絕對速度場,后處理得到以液滴自身為參考坐標系的相對速度場,利用該實驗方法探究了毛細數(shù)、粘度比、液滴尺寸和界面張力同相對速度場之間的依賴關系。實驗結果表明,隨著毛細數(shù)增加,相對速度場結構發(fā)生兩次轉變,轉變過程中存在兩個臨界...
【文章來源】：北京工業(yè)大學北京市 211工程院校
【文章頁數(shù)】：143 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
傳統(tǒng)的微井板法形成微液滴陣列[28]
北京工業(yè)大學工學博士學位論文和 B 混合反應且形成液滴陣列。該方法無需外加泵和閥的控制便可形成成百上千的微液滴[33]。基于此原理滑移芯片被用于納升體積樣品的蛋白質結晶反應條件篩選[34]、免疫檢測[35]和 PCR 分析[36]等領域。WellsTop plateLoad sample
形成微液滴陣列的工作原理如圖1-5 所示[36]。在已充滿了連續(xù)相的雙層微通道中通入分散相，再注入連續(xù)相，利用連續(xù)相對離散相的剪切作用，在主通道上方的捕獲腔中按照先后順序形成離散化的微液滴陣列。這種方法的突出特點是按照先后順序形成液滴陣列、液滴大小和捕獲腔大小相等、形成液滴的兩相流速范圍較大、捕獲過程數(shù)字化、捕獲率可以達到 100%[36]。Sun 等[37]利用相同的工作原理在兩支路微通道網(wǎng)絡中形成了單組分微液滴陣列，并且對液滴陣列生成方法進行了拓展。通過把捕獲腔陣列按照大小遞增順序排列，形成大小遞增的液滴陣列；單組分液滴陣列形成后，再注入具有稀釋作用的離散相，形成了濃度梯度液滴陣列。此外，Zhang等[31]把捕獲腔陣列放置于兩平行主通道中間，利用相同的工作原理，捕獲單組分或者多組分油包水或者水包油微液滴陣列。WellDuctWellWellsTop plateDuctsPreloadedreagentSampleLoad sampleAA A BBottomplatea) 底層芯片預置試劑a) Preload of reagents intowells of the bottom plateb) 對齊上下兩層芯片b) Alignment of top andbottom platesc) 管道里注入樣品c) Loading of a singlesample through the ductsReagentSlippedSampleSampleABABContact and mixBd) 試劑填滿上層捕獲腔d) Sample fills up the wells of the top platee) 滑移上層芯片e) Slipping of top platef) 兩?
【參考文獻】：
期刊論文
[1]流動聚焦及射流不穩(wěn)定性[J]. 司廷,李廣濱,尹協(xié)振. 力學進展. 2017(00)
[2]流動聚焦及射流不穩(wěn)定性[J]. 司廷,李廣濱,尹協(xié)振. 力學與實踐. 2016(06)
[3]微流控器件中的多相流動[J]. 陳曉東,胡國慶. 力學學報. 2015(02)
[4]顯微粒子圖像測速技術——微流場可視化測速技術及應用綜述[J]. 申峰,劉趙淼. 機械工程學報. 2012(04)
[5]微通道中液滴內部混合過程的μ-LIF可視化和LBM模擬[J]. 王文坦,劉喆,邵婷,趙述芳,金涌,程易. 化工學報. 2012(02)
[6]微尺度流動研究的簡要綜述[J]. 孫江龍,呂續(xù)艦,郭磊,楊俠. 機械強度. 2010(03)
[7]潤濕性梯度驅動液滴運動的格子Boltzmann模擬[J]. 石自媛,胡國輝,周哲瑋. 物理學報. 2010(04)
本文編號：2908990
【文章來源】：北京工業(yè)大學北京市 211工程院校
【文章頁數(shù)】：143 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
傳統(tǒng)的微井板法形成微液滴陣列[28]
北京工業(yè)大學工學博士學位論文和 B 混合反應且形成液滴陣列。該方法無需外加泵和閥的控制便可形成成百上千的微液滴[33]。基于此原理滑移芯片被用于納升體積樣品的蛋白質結晶反應條件篩選[34]、免疫檢測[35]和 PCR 分析[36]等領域。WellsTop plateLoad sample
形成微液滴陣列的工作原理如圖1-5 所示[36]。在已充滿了連續(xù)相的雙層微通道中通入分散相，再注入連續(xù)相，利用連續(xù)相對離散相的剪切作用，在主通道上方的捕獲腔中按照先后順序形成離散化的微液滴陣列。這種方法的突出特點是按照先后順序形成液滴陣列、液滴大小和捕獲腔大小相等、形成液滴的兩相流速范圍較大、捕獲過程數(shù)字化、捕獲率可以達到 100%[36]。Sun 等[37]利用相同的工作原理在兩支路微通道網(wǎng)絡中形成了單組分微液滴陣列，并且對液滴陣列生成方法進行了拓展。通過把捕獲腔陣列按照大小遞增順序排列，形成大小遞增的液滴陣列；單組分液滴陣列形成后，再注入具有稀釋作用的離散相，形成了濃度梯度液滴陣列。此外，Zhang等[31]把捕獲腔陣列放置于兩平行主通道中間，利用相同的工作原理，捕獲單組分或者多組分油包水或者水包油微液滴陣列。WellDuctWellWellsTop plateDuctsPreloadedreagentSampleLoad sampleAA A BBottomplatea) 底層芯片預置試劑a) Preload of reagents intowells of the bottom plateb) 對齊上下兩層芯片b) Alignment of top andbottom platesc) 管道里注入樣品c) Loading of a singlesample through the ductsReagentSlippedSampleSampleABABContact and mixBd) 試劑填滿上層捕獲腔d) Sample fills up the wells of the top platee) 滑移上層芯片e) Slipping of top platef) 兩?
【參考文獻】：
期刊論文
[1]流動聚焦及射流不穩(wěn)定性[J]. 司廷,李廣濱,尹協(xié)振. 力學進展. 2017(00)
[2]流動聚焦及射流不穩(wěn)定性[J]. 司廷,李廣濱,尹協(xié)振. 力學與實踐. 2016(06)
[3]微流控器件中的多相流動[J]. 陳曉東,胡國慶. 力學學報. 2015(02)
[4]顯微粒子圖像測速技術——微流場可視化測速技術及應用綜述[J]. 申峰,劉趙淼. 機械工程學報. 2012(04)
[5]微通道中液滴內部混合過程的μ-LIF可視化和LBM模擬[J]. 王文坦,劉喆,邵婷,趙述芳,金涌,程易. 化工學報. 2012(02)
[6]微尺度流動研究的簡要綜述[J]. 孫江龍,呂續(xù)艦,郭磊,楊俠. 機械強度. 2010(03)
[7]潤濕性梯度驅動液滴運動的格子Boltzmann模擬[J]. 石自媛,胡國輝,周哲瑋. 物理學報. 2010(04)
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