基于微流體脈沖驅(qū)動(dòng)-控制的數(shù)字化微反應(yīng)技術(shù)及應(yīng)用研究.pdf

1、微反應(yīng)是微流體系統(tǒng)一個(gè)重要的研究方向,在材料合成、分析化學(xué)、藥物開(kāi)發(fā)、納米材料制備、生物技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)連續(xù)流微反應(yīng)器中對(duì)反應(yīng)液體的極性和黏度等有要求,對(duì)液體的適用性較差,這使得其應(yīng)用領(lǐng)域受到很大的限制。同時(shí)微反應(yīng)器內(nèi)部含有微泵或微閥等可動(dòng)件,形狀比較復(fù)雜,加工難度大。目前國(guó)內(nèi)外通常針對(duì)某一具體的應(yīng)用專門設(shè)計(jì)一種微反應(yīng)器件,從原理、設(shè)計(jì)及制作等方面都有極強(qiáng)的針對(duì)性,不具有通用性。為此研究新型的微流體驅(qū)動(dòng)方式,對(duì)反應(yīng)流

2、體具有廣泛適用性的微反應(yīng)器是一個(gè)重要課題,同時(shí)微流體器件的設(shè)計(jì)與制作以及微反應(yīng)器的應(yīng)用等也是重要的研究?jī)?nèi)容。
　　 微流體脈沖驅(qū)動(dòng)—控制技術(shù)在基本概念和理論上有原創(chuàng)性,本論文將微流體脈沖驅(qū)動(dòng).控制技術(shù)應(yīng)用于微反應(yīng)的物質(zhì)微傳輸與微轉(zhuǎn)化。論文從微傳輸管中的流體流動(dòng)特性理論、物質(zhì)微傳輸?shù)幕A(chǔ)實(shí)驗(yàn)、微流體器件設(shè)計(jì)及制備、撞擊—擾動(dòng)—聚合的微反應(yīng)原理及新型抗癌光敏材料合成等方面進(jìn)行了分析、驗(yàn)證和研究。
　　 結(jié)合微尺度特性,提出慣

3、性力主導(dǎo)下的固液兩相耦合驅(qū)動(dòng)原理;對(duì)一維變徑型微傳輸管內(nèi)微流體的流動(dòng)特性進(jìn)行了理論分析和數(shù)值求解;對(duì)微傳輸及微噴射過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　 搭建了一維數(shù)字化微傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),進(jìn)行驅(qū)控參量、幾何參量、物性參量、傳輸環(huán)境參量等系統(tǒng)參量對(duì)物質(zhì)微傳輸?shù)挠绊憣?shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明數(shù)字化微傳輸具有極高的分辨率、具有較好的穩(wěn)定性和均一性,可實(shí)現(xiàn)不同黏度液體的數(shù)字化微傳輸。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出了系統(tǒng)參量對(duì)液體微傳輸特性的影響規(guī)律,為微化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的數(shù)字

4、化微傳輸提供確定和選擇系統(tǒng)參量的依據(jù)。
　　 搭建了顯微檢測(cè)系統(tǒng),對(duì)物質(zhì)數(shù)字化微傳輸中相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。構(gòu)建了“折射率液法”實(shí)現(xiàn)微傳輸管內(nèi)徑等特征尺寸的測(cè)量,有效解決了水平法測(cè)內(nèi)徑折光的現(xiàn)象;采用光學(xué)測(cè)微尺法及圖像處理法實(shí)現(xiàn)了微液滴體積的間接測(cè)量;利用頻閃成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)了微液滴出口速度的測(cè)量。
　　 針對(duì)石英玻璃成形特點(diǎn),設(shè)計(jì)制作了多功能微流體器件制備儀,用玻璃精細(xì)加工技術(shù)制備出變徑型微傳輸管、微噴嘴、多通微管道等物質(zhì)數(shù)字

5、化微傳輸用微流體器件。設(shè)計(jì)了Y型非同軸偏心逆流式微反應(yīng)器;研究了數(shù)字化微反應(yīng)器的制作方法,采用內(nèi)束外嵌結(jié)合方式將微傳輸管和微反應(yīng)室耦合于一體,用激光蝕刻技術(shù)制作了基于PMMA材料的微反應(yīng)器基板,微反應(yīng)器在基板中鍵合。制得的微反應(yīng)器內(nèi)部既無(wú)微可動(dòng)件又無(wú)嵌入式微電路,易于驅(qū)動(dòng),降低了制造難度和成本。
　　 進(jìn)行了數(shù)字化微化學(xué)方式的選擇,對(duì)數(shù)字化微反應(yīng)的反應(yīng)原理進(jìn)行了分析,建立了物質(zhì)微傳輸?shù)男盘?hào)包絡(luò)圖;搭建了數(shù)字化微反應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),進(jìn)行