微流控台阶乳化液滴制备技术及机理研究
发布时间：2021-10-30 08:52
液滴微流控作为操控并利用微液滴进行各种分析的新兴技术,因其混合效率高、传热效率高、交叉污染小以及所需样品量少等优点而在分析化学、组织工程以及单细胞分析等诸多生物化学领域应用广泛。日益成熟和丰富的液滴微流控应用对基础的液滴制备技术提出了新的要求,主要包括大通量制备单分散液滴以及液滴成分结构的复杂化等问题。其中,台阶乳化（step emulsification）是一种由几何形状诱导拉普拉斯压力差进而自发形成液滴的微流控液滴制备方法,具有低剪切、对流量不敏感以及结构简单易于集成的特点,为上述问题的解决提供了可能。本文针对目前台阶乳化液滴制备方法和机理研究中的关键问题,提出了多通道相互作用的台阶乳化新方法,揭示了乳化单元间的协调作用以及机制转变机理;进一步通过电场控制多通道间的融合作用并建立了电融合台阶乳化的数学模型;首次研究了矩形截面通道中高度的不均匀性等问题对液滴形成过程的影响。相关研究成果对台阶乳化法的实际应用具有重要的理论指导意义。主要研究内容及结果如下:（1）设计制作了基于微通道塑料薄膜的多通道台阶乳化液滴制备装置,并搭建了电控制系统和微流控实验平台。根据台阶乳化液滴制备法的特点,建...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
符号表
1 绪论
1.1 前言
1.2 台阶乳化液滴制备方法的研究进展
1.2.1 微流控液滴制备方法的研究现状
1.2.2 台阶乳化液滴制备方法及应用的研究进展
1.2.3 台阶乳化液滴制备机理的研究进展
1.3 目前存在的主要问题
1.4 本文主要研究工作
2 台阶乳化液滴制备的实验装置和模拟方法
2.1 实验装置与材料
2.1.1 实验装置
2.1.2 流体及其参数
2.1.3 液滴尺寸表征方法
2.2 台阶乳化数值模拟方法
2.2.1 台阶乳化的数值计算模型
2.2.2 几何模型与计算设置
2.2.3 数值模拟方法验证
2.3 本章小结
3 基于集成多通道的台阶乳化液滴制备研究
3.1 单通道台阶乳化液滴制备
3.1.1 单通道台阶乳化的液滴形成过程
3.1.2 单通道台阶乳化液滴的尺寸分析
3.1.3 台阶乳化液滴制备的“dripping-jetting”转变
3.2 多通道液滴制备的交替式自协调现象及机理
3.2.1 等流量条件下的交替式自协调
3.2.2 不等流量条件下的交替式自协调
3.3 台阶乳化中的碰撞融合及影响因素
3.3.1 等流量条件下碰撞融合的同相自协调
3.3.2 不等流量条件下的碰撞融合
3.3.3 碰撞融合发生的临界条件
3.4 本章小结
4 电融合控制的多组分液滴制备机理及应用
4.1 电场参数对融合行为的影响
3.1.1 电融合台阶乳化的液滴形成过程
3.1.2 直流电压的作用
3.1.3 交流频率的作用
4.2 电融合台阶乳化液滴形成过程的数学模型
4.2.1 电融合台阶乳化过程的力学分析
4.2.2 电融合台阶乳化液滴尺寸的数学模型
4.3 电融合台阶乳化液滴制备的应用
4.3.1 超均匀液滴的制备
4.3.2 层状多组分液滴的制备
4.3.3 台阶外融合技术及其在微反应器中的应用
4.3.4 液滴列中的融合比控制
4.4 本章小结
5 基于矩形截面通道的台阶乳化研究
5.1 基于矩形截面微管的便携化液滴制备方法研究
5.1.1 矩形截面微管及其制备方法
5.1.2 矩形截面微管中的液滴生成
5.1.3 通道形貌对台阶乳化影响的数值研究
5.2 基于矩形通道的浓度梯度器优化设计
5.2.1 二入口浓度梯度发生器
5.2.2 三入口浓度梯度发生器
5.3 台阶乳化制备浓度梯度液滴的数值研究
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 本文主要工作总结
6.2 主要创新点
6.3 展望
参考文献
作者简介与攻读博士期间取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]协同流动对台阶乳化生成Janus液滴的影响研究[J]. 连娇愿,郑素霞,许忠斌,阮晓东. 分析化学. 2020(01)
本文编号：3466436
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
符号表
1 绪论
1.1 前言
1.2 台阶乳化液滴制备方法的研究进展
1.2.1 微流控液滴制备方法的研究现状
1.2.2 台阶乳化液滴制备方法及应用的研究进展
1.2.3 台阶乳化液滴制备机理的研究进展
1.3 目前存在的主要问题
1.4 本文主要研究工作
2 台阶乳化液滴制备的实验装置和模拟方法
2.1 实验装置与材料
2.1.1 实验装置
2.1.2 流体及其参数
2.1.3 液滴尺寸表征方法
2.2 台阶乳化数值模拟方法
2.2.1 台阶乳化的数值计算模型
2.2.2 几何模型与计算设置
2.2.3 数值模拟方法验证
2.3 本章小结
3 基于集成多通道的台阶乳化液滴制备研究
3.1 单通道台阶乳化液滴制备
3.1.1 单通道台阶乳化的液滴形成过程
3.1.2 单通道台阶乳化液滴的尺寸分析
3.1.3 台阶乳化液滴制备的“dripping-jetting”转变
3.2 多通道液滴制备的交替式自协调现象及机理
3.2.1 等流量条件下的交替式自协调
3.2.2 不等流量条件下的交替式自协调
3.3 台阶乳化中的碰撞融合及影响因素
3.3.1 等流量条件下碰撞融合的同相自协调
3.3.2 不等流量条件下的碰撞融合
3.3.3 碰撞融合发生的临界条件
3.4 本章小结
4 电融合控制的多组分液滴制备机理及应用
4.1 电场参数对融合行为的影响
3.1.1 电融合台阶乳化的液滴形成过程
3.1.2 直流电压的作用
3.1.3 交流频率的作用
4.2 电融合台阶乳化液滴形成过程的数学模型
4.2.1 电融合台阶乳化过程的力学分析
4.2.2 电融合台阶乳化液滴尺寸的数学模型
4.3 电融合台阶乳化液滴制备的应用
4.3.1 超均匀液滴的制备
4.3.2 层状多组分液滴的制备
4.3.3 台阶外融合技术及其在微反应器中的应用
4.3.4 液滴列中的融合比控制
4.4 本章小结
5 基于矩形截面通道的台阶乳化研究
5.1 基于矩形截面微管的便携化液滴制备方法研究
5.1.1 矩形截面微管及其制备方法
5.1.2 矩形截面微管中的液滴生成
5.1.3 通道形貌对台阶乳化影响的数值研究
5.2 基于矩形通道的浓度梯度器优化设计
5.2.1 二入口浓度梯度发生器
5.2.2 三入口浓度梯度发生器
5.3 台阶乳化制备浓度梯度液滴的数值研究
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 本文主要工作总结
6.2 主要创新点
6.3 展望
参考文献
作者简介与攻读博士期间取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]协同流动对台阶乳化生成Janus液滴的影响研究[J]. 连娇愿,郑素霞,许忠斌,阮晓东. 分析化学. 2020(01)
本文编号：3466436
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3466436.html