微流控芯片上單相-多相流的操控及應(yīng)用研究.pdf

1、微流控技術(shù)(Microfluidics)是微全分析系統(tǒng)的核心，是一門在微米級結(jié)構(gòu)中精確操控納升至皮升體積流體的技術(shù)與科學(xué)。通過對微通道中流體的操控，可以把整個實驗室的功能，包括采樣、稀釋、加樣、反應(yīng)、分離等集成在信用卡大小的芯片上。近十多年來，隨著微流操控技術(shù)如層流技術(shù)、液滴技術(shù)等的不斷發(fā)展與完善，微流體的應(yīng)用已深入到生化分析、疾病診斷、燃料電池開發(fā)和微/納米功能材料制備等領(lǐng)域。本論文主要進(jìn)行了微流控芯片上單相/多相微流的操控研究，在此

2、基礎(chǔ)上開展相應(yīng)的應(yīng)用研究。
　　第一章綜述了微流控單相/多相流的操控技術(shù)及研究現(xiàn)狀，包括單相層流、多相層流和液滴的形成原理、特點以及它們在分析化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、蛋白結(jié)晶、有機合成、微/納米材料制備等領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　第二章建立了一個實時分析溫差環(huán)境擾動果蠅胚胎卵裂過程的微流控平臺。該平臺由微流控芯片、溫控裝置以及激光共聚焦顯微鏡所組成，較強的微流溫差控制能力和能夠在芯片通道內(nèi)原位實時分析果蠅胚胎發(fā)育情況是它的主要特點。使用該

3、平臺，可以將果蠅胚胎的頭/尾部置于25℃/16℃、25℃/18℃以及25℃/20℃溫差微流中培養(yǎng)，并獲得培養(yǎng)過程中頭部和尾部細(xì)胞核的有絲分裂情況信息。實驗中觀察到，向胚胎兩端施加溫度差異環(huán)境會誘導(dǎo)胚胎頭部和尾部不同步卵裂，比均一溫度下的卵裂不同步至少提前兩個周期;同時，頭/尾部卵裂差異的大小與溫差方向相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)對揭示果蠅胚胎在異常環(huán)境下的機體補償機制具有重要意義。
　　第三章通過建立一種簡單易行的復(fù)合玻璃芯片通道內(nèi)壁區(qū)域親/疏

4、水性修飾方法，實現(xiàn)了多相流在微通道中多種流態(tài)的轉(zhuǎn)換。該方法利用真空紫外光能透過石英玻璃的特性，在掩膜輔助下，實現(xiàn)了對鈉鈣-石英玻璃芯片通道內(nèi)壁疏水硅烷化層的區(qū)域降解。芯片經(jīng)沿通道軸向修飾后，被用于將O/W液滴轉(zhuǎn)換為W/O液滴和控制W/O/W雙重液滴的形成;芯片經(jīng)沿通道軸向與徑向修飾結(jié)合后，被用于實現(xiàn)O/W液滴（或W/O液滴）與層流的相互轉(zhuǎn)換。本章所介紹的各種流態(tài)操控各有其特點，初步展示了其在液/液萃取分析中的應(yīng)用潛力。
　　第四章

5、將第三章中所實現(xiàn)的液滴-層流操控應(yīng)用于多組分藥物分配系數(shù)的同時測定。在所制備的復(fù)合玻璃芯片上，先生成W/O液滴以加速藥物在兩相中的分配，隨后將液滴轉(zhuǎn)換為層流，將兩相穩(wěn)定分離，最后用HPLC分析萃取后水相中藥物的含量，進(jìn)而計算分配系數(shù)。這種方法具有樣品消耗量低、操作簡便、分析速度快、環(huán)境污染小等特點。它將液滴的快速傳質(zhì)優(yōu)點和層流的分相優(yōu)點集合至玻璃芯片上，使得玻璃芯片可同時作為反應(yīng)器和分離器。
　　第五章對本論文工作進(jìn)行總結(jié)，并就后