微流控系統(tǒng)中電致對(duì)流機(jī)理分析及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、微流控芯片系統(tǒng)是隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的發(fā)展而快速崛起的一項(xiàng)高新技術(shù)，它是將樣品制備、生化反應(yīng)、分離與檢測(cè)等基本操作單元集成到一塊幾平方厘米的芯片上，用以完成不同生物或化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，并對(duì)其產(chǎn)物進(jìn)行分析的一種多學(xué)科交叉技術(shù)。微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)是微流控芯片系統(tǒng)的最重要組成部分，它能有效實(shí)現(xiàn)微小體積流體的精確操控以及微系統(tǒng)的動(dòng)力供給、樣品輸送等目的，因此對(duì)其進(jìn)行研究具有重要意義。
　　以電場(chǎng)機(jī)制為基礎(chǔ)的微流體驅(qū)動(dòng)研究中，由于系統(tǒng)中不同位

2、置離子濃度差異導(dǎo)致的微流體流動(dòng)現(xiàn)象稱為電致對(duì)流。該因素對(duì)微流控芯片系統(tǒng)研究中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有很大影響，本文以此為出發(fā)點(diǎn)，深入探究電致對(duì)流現(xiàn)象的機(jī)理，并對(duì)其有效利用展開(kāi)研究。
　　論文綜述了微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以直流電滲和交流電滲微流體驅(qū)動(dòng)機(jī)理依據(jù)，以電化學(xué)反應(yīng)的基本原理為基礎(chǔ)，揭示了電致對(duì)流流體流動(dòng)的機(jī)理，并對(duì)傳統(tǒng)微流體驅(qū)動(dòng)中不能解釋的反向等現(xiàn)象進(jìn)行了合理分析，研究了不同參數(shù)對(duì)電致對(duì)流的影響，預(yù)估了不同條件下的電致對(duì)流實(shí)

3、驗(yàn)現(xiàn)象。
　　以電致對(duì)流的理論分析為基礎(chǔ)，建立了電致對(duì)流芯片系統(tǒng)的二維仿真模型，進(jìn)行了相關(guān)控制方程以及邊界條件的設(shè)置，通過(guò)求解電荷守恒方程、對(duì)流-擴(kuò)散方程以及 Navier-Stokes方程，分別對(duì)電致對(duì)流芯片系統(tǒng)中的電場(chǎng)、濃度場(chǎng)以及流場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析，為實(shí)驗(yàn)研究提供了仿真依據(jù)。
　　電化學(xué)反應(yīng)是微腔中產(chǎn)生電致對(duì)流的基礎(chǔ)，電流密度實(shí)驗(yàn)是檢測(cè)溶液中電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的一種最有效方法。電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生導(dǎo)致著溶液中PH值的變化，本文利

4、用熒光素檢測(cè)溶液的PH分布，為本文電致對(duì)流機(jī)理的研究提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　利用電致對(duì)流進(jìn)行粒子收集是一種全新方法，以直徑分別為0.5μm和3μm的聚苯乙烯微球?yàn)閷?shí)驗(yàn)研究對(duì)象，在直流電場(chǎng)的作用下進(jìn)行粒子的快速收集實(shí)驗(yàn)。這種粒子收集方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，收集速度快，尤其對(duì)直徑為幾個(gè)微米的粒子具有較好的收集效果。分析電致對(duì)流中流體的流速是研究電致對(duì)流的關(guān)鍵，利用熒光顯微鏡觀察電致對(duì)流流體流動(dòng)現(xiàn)象，并測(cè)量不同參數(shù)情況下的電致對(duì)流流速大小。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果