微流控系統(tǒng)中電致對流機理分析及實驗研究.pdf

1、微流控芯片系統(tǒng)是隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)的發(fā)展而快速崛起的一項高新技術(shù)，它是將樣品制備、生化反應(yīng)、分離與檢測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反應(yīng)過程，并對其產(chǎn)物進行分析的一種多學科交叉技術(shù)。微流體驅(qū)動技術(shù)是微流控芯片系統(tǒng)的最重要組成部分，它能有效實現(xiàn)微小體積流體的精確操控以及微系統(tǒng)的動力供給、樣品輸送等目的，因此對其進行研究具有重要意義。
　　以電場機制為基礎(chǔ)的微流體驅(qū)動研究中，由于系統(tǒng)中不同位

2、置離子濃度差異導致的微流體流動現(xiàn)象稱為電致對流。該因素對微流控芯片系統(tǒng)研究中的實驗結(jié)果具有很大影響，本文以此為出發(fā)點，深入探究電致對流現(xiàn)象的機理，并對其有效利用展開研究。
　　論文綜述了微流體驅(qū)動技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以直流電滲和交流電滲微流體驅(qū)動機理依據(jù)，以電化學反應(yīng)的基本原理為基礎(chǔ)，揭示了電致對流流體流動的機理，并對傳統(tǒng)微流體驅(qū)動中不能解釋的反向等現(xiàn)象進行了合理分析，研究了不同參數(shù)對電致對流的影響，預(yù)估了不同條件下的電致對流實

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

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