液滴微流控的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用和理論研究.pdf

1、本文首先概述了微流控芯片的發(fā)展歷史，介紹了本實(shí)驗(yàn)室關(guān)于微流控芯片的簡(jiǎn)易制作過(guò)程，基于該簡(jiǎn)易光刻方法，我們制作了各種各樣的PDMS芯片并開(kāi)展了一些常見(jiàn)的應(yīng)用。微流控芯片帶動(dòng)了微米尺度的液滴在生物分析，微反應(yīng)器等應(yīng)用方面的迅猛發(fā)展，本文的重點(diǎn)工作即是和液滴微流控相關(guān)。在實(shí)驗(yàn)部分，我們用PDMS的flow-focusing芯片和極易拆卸/組裝的商業(yè)化毛細(xì)接頭制作出高度分散的微乳液，并采用這兩種類(lèi)型的裝置實(shí)現(xiàn)了液滴的再次分裂，以期得到尺寸更小，

2、體積濃度更高的微液滴。本文在實(shí)驗(yàn)部分還介紹了多重乳液包裹的一些技術(shù)，指出使用串聯(lián)的毛細(xì)接頭會(huì)更便捷的達(dá)到液滴包裹的目的。細(xì)胞包裹技術(shù)在本文中也有嘗試，并將繼續(xù)探索既能保證嚴(yán)格單細(xì)胞的同時(shí)又能提高包裹率。液滴在連續(xù)相流體的輸運(yùn)過(guò)程中難免會(huì)有管道截面的突變，本文用實(shí)驗(yàn)方法詳細(xì)繪制了液滴在流經(jīng)突窄的小截面時(shí)的分裂相圖，指出在高毛細(xì)數(shù)和韋伯?dāng)?shù)流動(dòng)條件下，液滴分裂變得更容易。
　　我們?cè)诶碚摬糠謬L試探究聚焦流中液滴斷裂機(jī)理。根據(jù)管內(nèi)充分發(fā)展

3、流動(dòng)假設(shè)，我們首先用流量比推導(dǎo)了thread的尺寸dj，dj的計(jì)算是理論分析出發(fā)點(diǎn)。對(duì)于在小孔出口處的斷裂，認(rèn)為液滴的生長(zhǎng)膨脹過(guò)程類(lèi)似于同軸流，絕大部分時(shí)間內(nèi)thread的尺寸保持不變，直到使液滴脫離的粘性力和阻止液滴脫離的界面張力力平衡時(shí)，液滴才開(kāi)始斷裂，當(dāng)然這其中也考慮到了分散相本身流量對(duì)液滴生長(zhǎng)過(guò)程的貢獻(xiàn)。對(duì)于在小孔入口處的斷裂，我們認(rèn)為兩相之間的Laplace壓強(qiáng)和兩相各自的沿程壓降之間的關(guān)系會(huì)扮演更重要的角色，并提出了液滴在小

4、孔入口處斷裂的條件。三維柱狀thread由于其獨(dú)特的曲面結(jié)構(gòu)決定了其更容易產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，液滴的斷裂過(guò)程也比二維情況的要快一些。
　　在數(shù)值模擬部分，我們用VOF方法模擬了同軸流和T型剪切流中的液滴生成過(guò)程，詳細(xì)研究了各個(gè)流動(dòng)和物性參數(shù)對(duì)液滴生成過(guò)程的影響。我們對(duì)flow-focusing通道產(chǎn)生液滴過(guò)程的壓力情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，以其觀測(cè)實(shí)驗(yàn)無(wú)法觀測(cè)到的流動(dòng)參數(shù)。我們對(duì)雙重乳液包裹以及液滴的再次分裂行為也進(jìn)行了VOF模擬，并對(duì)VO