微流体液滴操控国内外研究现状
时间:2018-04-11 22:33 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 在微流体液滴操控中，液滴的生成是至关重要的一步。液滴的生成和操控是实现其它功能的基础和前提。正是这样，液滴的生成和操控是现阶段国内外的研究热点，下面就液滴的生成技术[6]和操作技术[7]分别作简单介绍。20983 1 液滴形成技术的研究现状 论文网 Thorsen [8]等人首先设计了用来生成液滴的 T 型通道，并且以油为连续相、水为分散相，生成了液滴，如图1.2所示。之后对液滴生成过程中的作用力进行了分析，通过实验得到了不同通道中液滴的排列方式。Garstecki[8] 等人总结了 T 型通道中液滴的生成规律。Priest[8] 等人设计了带有台阶突扩结构的 T 型通道，并实验生成了低分散性、高频率的液滴。Chen[8] 等人首次使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料加工 T 型微通道，并研究了流体的流型，分析了该材料中液滴的生成机理。论文网  图1.2 T性通道示意图 双 T 型结构[8]的芯片首先Okushima 等人设计并制作，并生成了油包水包油(O/W/O)型和水包油包水(W/O/W)型的双重液滴。Hashimoto[8] 等人在此基础上提出并设计了并联的流动聚焦结构，同时采用并行的方式制备了液滴。利用流动聚焦方法来生成液滴由Anna 等人首先研究成功，并对该方式下的液滴生成机理进行了分析。Abate [8]等人在流动聚焦基础上，引入隔膜阀来调控液滴的生成。Takeuchi [8]等人制作了具有轴对称结构的流动聚焦式芯片，能够生成均一、稳定的的液滴，并成功进行了聚合物包裹实验。首次在微流控系统中应用共轴流模式来制备液滴首次由Cramer 等人研究成功，并提出两种不同的液滴生成机理。Utada[8] 等人研究了共轴流方法生成液滴的流型转化机理。Panizza[8] 等人集成了多个共轴流结构，并生成了各种体积、形状和层次的液滴。 2 液滴操作技术的研究现状 微流控芯片是一种在小尺度空间乃至微尺度空间对流体进行操控的科学技术，具有将化学、生物以及相关的实验室的基本功能微缩到一个小尺寸芯片上的能力，又称为芯片实验室(Lab-on-a-chip)，如图1.3所示。 图1.3 芯片实验系统实例 根据微流控对液滴的操作方式，可以将微流控芯片分为连续系统和离散系统[9]。目前，大多数的研究都是针对连续系统的，但是连续性系统有它的缺点：（1）液体和电极直接接触，不仅限制了电场施加电压，而且容易产生化学反应：（2）系统机构相对比较复杂，造价高，可靠性差：（3）在液滴的操控过程中，存在死区效应，即运输通道中会存在残留液滴，理论上，减小芯片尺寸，会减小残留的液滴，但是不会完全消除这一影响：（4）由于连续，如果同时操控多液体，相互之间会产生影响。 基于上述原因，近些年来，国际上开始着眼于研究离散系统的微流控芯片，由于它与生化分析实验室中传统的操作概念非常接近,离散化微液滴系统可将现有的生化分析技术直接应用于芯片实验室中。同时，与连续微流体不同,它不需要外加的液体来预处理或填充微管道,这样会大幅度提高对试剂和样品的利用效率。正是因为离散流系统具备一系列优点,所以对离散化液滴的操作日益成为研究的重点。 在微全分析系统或者是芯片实验室中, 人们通常致力于实现对微、纳升液体的精确操作和控制。早期人们的研究主要在对连续流的操作上, 主要有以下几种驱动方法: 气动驱动、电化学驱动、剪切力驱动及电渗驱动等等。但是, 由于传统连续流系统存在着许多缺陷, 近年来在国际上对离散化微液滴的操作与控制日益成为研究的重点。目前, 利用表面张力来操纵离散液滴的方法主要包括以下几种：热毛细管操纵法、表面活性剂操纵法、介质上电润湿操纵法…… (责任编辑：qin) |