基于微流體脈沖驅動-控制的數(shù)字化微反應技術及應用研究.pdf

1、微反應是微流體系統(tǒng)一個重要的研究方向,在材料合成、分析化學、藥物開發(fā)、納米材料制備、生物技術等多個領域有廣闊的應用前景。傳統(tǒng)連續(xù)流微反應器中對反應液體的極性和黏度等有要求,對液體的適用性較差,這使得其應用領域受到很大的限制。同時微反應器內部含有微泵或微閥等可動件,形狀比較復雜,加工難度大。目前國內外通常針對某一具體的應用專門設計一種微反應器件,從原理、設計及制作等方面都有極強的針對性,不具有通用性。為此研究新型的微流體驅動方式,對反應流

2、體具有廣泛適用性的微反應器是一個重要課題,同時微流體器件的設計與制作以及微反應器的應用等也是重要的研究內容。
　　 微流體脈沖驅動—控制技術在基本概念和理論上有原創(chuàng)性,本論文將微流體脈沖驅動.控制技術應用于微反應的物質微傳輸與微轉化。論文從微傳輸管中的流體流動特性理論、物質微傳輸?shù)幕A實驗、微流體器件設計及制備、撞擊—擾動—聚合的微反應原理及新型抗癌光敏材料合成等方面進行了分析、驗證和研究。
　　 結合微尺度特性,提出慣

3、性力主導下的固液兩相耦合驅動原理;對一維變徑型微傳輸管內微流體的流動特性進行了理論分析和數(shù)值求解;對微傳輸及微噴射過程進行了數(shù)值模擬。
　　 搭建了一維數(shù)字化微傳輸實驗系統(tǒng),進行驅控參量、幾何參量、物性參量、傳輸環(huán)境參量等系統(tǒng)參量對物質微傳輸?shù)挠绊憣嶒?實驗結果表明數(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,可實現(xiàn)不同黏度液體的數(shù)字化微傳輸。由實驗數(shù)據(jù)得出了系統(tǒng)參量對液體微傳輸特性的影響規(guī)律,為微化學反應中物質的數(shù)字

4、化微傳輸提供確定和選擇系統(tǒng)參量的依據(jù)。
　　 搭建了顯微檢測系統(tǒng),對物質數(shù)字化微傳輸中相關參數(shù)進行測量。構建了“折射率液法”實現(xiàn)微傳輸管內徑等特征尺寸的測量,有效解決了水平法測內徑折光的現(xiàn)象;采用光學測微尺法及圖像處理法實現(xiàn)了微液滴體積的間接測量;利用頻閃成像技術實現(xiàn)了微液滴出口速度的測量。
　　 針對石英玻璃成形特點,設計制作了多功能微流體器件制備儀,用玻璃精細加工技術制備出變徑型微傳輸管、微噴嘴、多通微管道等物質數(shù)字

5、化微傳輸用微流體器件。設計了Y型非同軸偏心逆流式微反應器;研究了數(shù)字化微反應器的制作方法,采用內束外嵌結合方式將微傳輸管和微反應室耦合于一體,用激光蝕刻技術制作了基于PMMA材料的微反應器基板,微反應器在基板中鍵合。制得的微反應器內部既無微可動件又無嵌入式微電路,易于驅動,降低了制造難度和成本。
　　 進行了數(shù)字化微化學方式的選擇,對數(shù)字化微反應的反應原理進行了分析,建立了物質微傳輸?shù)男盘柊j圖;搭建了數(shù)字化微反應實驗系統(tǒng),進行