基于微流控芯片的液滴分离方法与实验研究-仪器科学与技术专业论文.docx

万方数据 万方数据 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内 容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献 的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本 人承担。 学位论文作者签名： 日期： 关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采 用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部 分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交 流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。 (保密的学位论文在解密后适用本授权说明) ：学位论文作者签名： 日期 ： 导 师 签 名： 日期： vi 河北工业大学硕士学位论文 摘 要 由于在一些领域内微液滴的应用越来越广，所以在微流控技术方式下的液滴生成技术 及其应用引起了越来越多的关注。微液滴的产生具有很多的影响因素，本论文主要是根据 Comsol仿真，讨论了生成微液滴大小的几个影响因素，进行了芯片的设计和制备以及进样 器的开发，并通过实验进行液滴大小的分析总结，和仿真进行对比。 首先，本论文介绍了微流控芯片的现状和发展前景以及微液滴的应用和发展，还有一 些微流控芯片基本理论和微尺度多相流液滴形成理论，为软件仿真进行一个理论指导，并 对微液滴实验提供理论依据。 其次，采用Comsol软件仿真微液滴的形成过程，得到微通道的宽深比设置为1时，流 体的流速增加最慢，流体流速最快，易于液滴的生成；确定了液滴生成的范围；总结连续 相和离散相流速、恒定流速比下总流速对液滴大小的影响，当离散相流速固定时，连续相 流速的增加，液滴的尺寸逐渐变小；当连续相流速一定时，离散相的流速的增加，液滴的 尺寸逐渐增加，但是增加到一定程度也会趋于下降趋势；当两相流流速比恒定时，总流速 的增大，液滴尺寸也逐渐减小。 最后，设计了具有收口结构的十字交叉型微通道结构，通过微丝法制备PDMS材料的 圆形通道的芯片，利用刻蚀法制备玻璃材料的方形通道的芯片，完成了微流控芯片的进样 器的开发与设计。通过十字型微流控芯片进行微液滴生成实验，总结和概括了液滴的生成 区域，连续相和离散相流速、恒定流速比下总流速对液滴大小的影响，基本上和仿真结果 一致。 综上所述，基于十字交叉结构的微流控芯片，可有效地按需生成微液滴，并且可以达 到预期的目的,但仍然还有不足：① 十字结构具有收口结构，出口通道采用扩张型微通道， 加工简单；② 芯片产生微液滴时所需外界提供的压力较小；③可有效地生成纳升级甚至 是皮升级或飞升级微液滴；④生成的微液滴大小均匀、稳定；⑤未能从流体的粘度和温度 等方面讨论对液滴大小的影响。 关键词：微流控芯片 Comsol 仿真 微液滴 十字交叉型 微丝法 I 基于微流控芯片的液滴分离方法与实验研究 II 河北工业大学硕士学位论文 ABSTRACT Because in some areas increasingly wide application of micro- droplets , so the droplet generation technology and its application in microfluidic technology approach has attracted more and more attention. Micro- droplets production have a lot of factors , this thesis is based on the Comsol simulation, discusses several factors to the sizes of generate micro- droplet , and analyzed by experiments in summary , and compared with simulation. First, this paper introduces microfluidic chip status and development prospects as well as the application and development of micro- droplets , there are some basic microfluidic multiphase flow theory and microscale droplet formation