纳米孔道中电渗流的Comsol仿真(2)
时间:2018-12-10 20:16 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
兴起于20 世纪90 年代的微流控技术[ ]在化学、流体力学和电磁学的基础上发展起来，微流控是一种精确控制和操控微尺度流体，尤其指亚微米结构的技术[ ]。由于微流控技术是一个很新的发展前沿领域，当前我国学术界对“Microfluidics”一词尚无统一的译法。一些主要的英汉科技词典中尚无相应条目收入。目前，见诸我国相关文献中作为定语的“Microfluidics”的译法有“微流控”、“微流”与“微流体”；与其相应地技术“Microfluidics”的可能译法则应为“微流控技术”、“微流技术”与“微流体技术”。“fluidics”一词在新世纪汉英科技大辞典中被译为“射流技术”、“射流学”、“流控技术”与“流体学”。我们认为将“微”与“流控技术”结合译为“微流控技术”或“微流控学”较为合理。从“Microfluidics”一词所涵盖的学科与技术特点看，既包含对微流体特性的认识与研究，又包括在微米结构中操控流体的技术。从分析科学的实用角度看，后者的重要性更为突出，而对微流体特性的研究最终也是为发展微流体的控制技术服务的；因此“微流控技术”的译法应更能体现本学科的实质与发展目标[4]。”微流体控制是微流控芯片实验室的操作核心，所涉及的进样、混合、反应、分离等过程无一不是在可控流体的运动中完成的。 近年来，人们越来越关注基于纳流控单分子级别的感应，要求限制通道至少有一个特性尺寸小于100nm。从微流控进化的纳流控，伴随着新兴的物理现象。例如，纳流控中的离子传输是一种受离子浓度影响并独立于离子浓度的表面电荷，这种表面电荷原因在于面积体积比的增加。这种独特的现象使得能够在各种应用中对穿越纳米孔的离子传输进行选择性控制。 纳米制造技术不断改进，也促进了对纳流控的研究和应用。通过不对称纳米孔的伏安特性类似于二极管，是一种离子电流整流现象，显示出了在纳流控逻辑电路中的应用潜力。类似于微电子中的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET)，纳米孔的表面电荷可通过栅电极进行控制，而栅电极出现在纳米孔的外表面，并且可寻址。这种纳流场效应晶体管（FET）概念，能够实现大型集成离子电路的建立，可用于复杂的生化分析和计算。DNA分子可通过纳米孔进行转位，这种转位可用于询问DNA单分子的核苷酸碱基顺序。基于纳米孔的DNA测序是实现高通量和低成本DNA测序的最具前景的方法之一和水净化和海水淡化方面也极具应用潜力。 微流体控制是芯片实验室关键技术之一[ ]。由于微流控芯片发展初期以芯片毛细管电泳为主要表现形式，毛细管电泳所依赖的电渗驱动至今仍是微流控芯片研究中最为广泛的一种微流体控制技术[ ]。2003年出版了我国，也是世界上首部以微流控芯片为内容的专著[4]。作为MEMS(微机电系统)技术的一个重要分支，微流控芯片技术近年来发展迅速[ ]。微流控芯片是现代分析科学的前沿技术,是微全分析系统(uTAS)的主要研究方向,将对生命科学、环境科学、医学和化学等领域带来革命性的影响[ ]。 微流体的控制技术主要有电渗控制和微阀控制两类[ ]。由于本课题涉及电渗流，故有必要对电渗流现象作简要介绍。当固体与液体接触时，固体表面由于某种原因带一种电荷，则因静电引力使其周围液体带有相反电荷，在液-固界面形成双电层，二者之间存在电位差。当液体两端加电压时，就会发生液体相对于固体表面的移动，这种液体相对于固体表面的移动的现象叫电渗现象。电渗现象中整体移动着的液体叫电渗流[ ]。微流控系统的主导驱动力是表面力。这样就产生了新的流体控制与驱动机制，由于电动驱动便于控制且效率高等优点，电渗流成为占主导地位的驱动技术，广泛应用于微流控系统、液体输运、DNA检测、排序和分离等.纳米技术和材料的快速发展给流体传热研究带来了新的机遇.研究微管道内流体传热问题，具有十分广阔的应用前景[ ]。电渗是毛细管电泳(CE) 的基本现象之一,（带电颗粒在电场作用下，向着与其电性相反的电极移动，称为电泳。利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术[ ]。）它可以控制组分的迁移速度和方向, 进而影响C E 的分离模式、分离过程及分离重现性等。因此, 电渗控制已成为C E 研究的一大关键。理论上, 影响电渗的任何因素都可能用于电渗的控制。但是, 电渗的控制包括改变电渗的大小、方向和钳制等三个方面, 钳制是指对电渗进行恒定控制, 用于提高分离的重现性[ ]。理想的控制方法必需不仅能够改变电渗的大小和方向, 而且能钳制电渗, 并随机可调。在毛细管径向上施加直流电场法是迄今为止唯一具有随机调控电渗潜力的方法[ ]，因此电渗流可以定义为：在外加电场作用下，体相溶液朝一个方向运动的现象, 其研究受到了国际上的重视, 并已开发出了若干不同的控制装置。电渗流是一种电动现象。由外加电场引起的电渗流具有广泛的应用价值[ ]。 (责任编辑：qin) |