下载文档原格式
微流控通道的种类及应用研究作者：王曼来源：《科学与财富》2014年第06期摘要：本文主要介绍了微流控通道是三种主要要的形式及变形，另外主要讨论了不同微流通道在粒子制备方面的应用。
关键词：微流控通道种类，粒子制备微流控是在封闭微通道网络中生成和操纵液体的一种技术。
简单的说，就是在微通道中通入两种互不相溶的液体（比如水和油），分别为分散相和连续相，分散相以微小体积单元（10-9～10-12L）的液滴形式分散于连续相之中。
要形成微液滴是靠微流控的乳化作用来实现的，而乳化作用重要的一个条件是需要表面活性剂，再靠两相液滴接触时的剪切力将分散相分散于连续相之中。
根据分散相和连续相的不同，液滴可以分为W/O型液滴和O/W型液滴。
其中W/O型液滴以水为分散相，油为连续相；O/W型液滴刚好相反。
利用微流通道制备物质的过程中，通过调节微通道的直径、流体的速度、不同表面张力的流体、表面活性剂的种类及流体相遇的形式来调节合成的液滴的种类和大小。
微流控作为制备液滴和粒子的一种方便简单且产量大的方法，引起了大家广泛的关注。
1 微流控通道种类从有人利用微流通道合成物质到现在，已经有很多不同种类的通道被设计出来用以制备各自不同形状和功能的粒子。
但总的来说，按照形成分散相的形式来分，微流控主要有三种形式，第一，共轴流法（co-flow）；第二，T型通道（正交结构）方式（T-junction）；第三，流动聚焦方式（flow focusing）。
Co-flow形式微流通道的示意图如图中1（a）所示，其最基本的形式主要是将圆形毛细管的一端用拉针仪拉成锥形，同时将有尖锥形的圆形毛细管套在另一根方形毛细管的里面，方形毛细管的内径与圆形毛细管的外径相等。
向方形毛细管的一端通入连续相，另一段通入分散相，并在某一相中加入表面活性剂，在尖端剪切力的作用下形成液滴。
这种类型的通道是最基本最简单的通道。
很多学者在此基本通道基础上根据自己的需要自主设计，形成了各种各样的形式，应用于制备不同形式的产物，如Kim等在毛细管里面加入了两根尖端相对的细毛细管，分别在外部毛细管和里面毛细管中通入不同的加有表面活性剂的溶液，在剪切力的作用下形成两层甚至多层的液滴。
光学流变学中的微流动行为研究光学流变学是一门交叉学科，结合了光学、物理学和材料学等多个领域的知识，研究的对象是流变材料的微观结构和流动行为。
微流动是其中一个核心研究领域，主要关注微米级别的流动现象和流体力学性质。
本文将从光学流变学的角度出发，介绍微流动的一些基本概念、研究方法和应用领域。
一、什么是微流动微流动是指液体在微米级别的通道或孔隙中的流动行为，其尺度一般在1~100微米之间。
在这个尺度下，液体与固体之间的作用力以及液体内部分子之间的影响变得非常显著，因此微流动的性质与一般情况下的流动存在明显的差异。
与大尺度流动相比，微流动的流速更低、黏滞力更强、惯性作用更小、表面张力更显著，同时也更容易受到外界微小扰动的影响。
二、光学流变学在微流动研究中的应用光学流变学是基于光学技术展开的研究方法，主要通过观察和分析流体中的光学信号来揭示其中的微观结构和流动行为。
光学流变学可以通过多种方式来研究微流动，下面介绍其中的几种主要方法。
1、激光共聚焦显微镜激光共聚焦显微镜是目前应用最为广泛的光学流变学方法之一。
它将激光束聚焦到非常小的点上，然后通过移动激光束扫描整个样品，可以获得样品不同位置的荧光图像。
这种方法可以得到非常高分辨率的图像，甚至可以在液体中观察到单个分子的运动轨迹。
激光共聚焦显微镜通常用于研究微流动中的局部流动结构和微观流动行为。
2、流场测量技术流场测量技术是一种用于测量流体速度和流量的方法，包括了多种测量技术，比如PIV（颗粒图像测速）、LDV（激光多普勒测速）等。
这些技术都是基于激光的相互作用原理开发而成的，具有高精度、高灵敏度、非侵入式等特点。
在微流动中，流场测量技术可以用于研究流场分布、速度梯度、涡旋等流体运动的细节特征。
3、光学闪烁技术光学闪烁技术是一种通过观察颗粒在液体中的运动来研究流动行为的方法。
它利用了颗粒在光束中会散射光线的性质，通过跟踪散射光线的角度变化来测量颗粒的运动轨迹。
微流控液滴技术：微液滴生成与操控陈九生;蒋稼欢【摘要】微液滴技术因具有高通量两相分割分离能力,吸引众多不同领域研究者的关注.本文回顾了微流控液滴技术领域的一些基本技术思路,涉及微液滴的流控生成方法,包括水动力法、电动法、气动法、光控法等,以及液滴生成后的操控技术,如液滴定向位移、融合、裂分、混合、分选、捕获等,同时对这些方法作了简要评述.%The high-throughput two-phase partition ability of microdroplet technique attracts attentions from many researchers in many fields. This paper reviews main methods currently developed for microdroplet formation, including hydrodynamic method, pneumatic pressure method, optic-driven method, and also the microfluidic techniques for microdroplet manipulation, such as splitting, coalescence, mixing, sorting, trapping and droplet position control. Also, these methods are briefly reviewed.【期刊名称】《分析化学》【年(卷),期】2012(040)008【总页数】8页(P1293-1300)【关键词】微流控;微液滴;生成;操控;综述【作者】陈九生;蒋稼欢【作者单位】重庆大学生物工程学院生物流变科学与技术教育部重点实验室,重庆400044;重庆大学生物工程学院生物流变科学与技术教育部重点实验室,重庆400044【正文语种】中文微液滴技术是在微尺度通道内，利用流动剪切力与表面张力之间的相互作用将连续流体分割分离成离散的纳升级及以下体积的液滴的一种微纳技术。
微流控芯片中流体流动的研究引言微流控芯片是一种集成了微尺度流体通道和微加工器件的微型芯片，在微流体领域有着广泛的应用。
其中，流体流动是微流控芯片的一个重要研究方向。
本文将对微流控芯片中流体流动的研究进行综述，包括流体流动的基本原理、影响因素以及相关的实验和理论研究。
微流控芯片的基本原理微流控芯片是基于微纳米尺度流体力学原理设计和制造的芯片。
其基本原理可以用一维纳维尔-斯托克斯方程来描述流体在微流通道中的流动，可以简化为以下形式：$\\frac{{\\partial P}}{{\\partial x}} = \\mu \\frac{{\\partial^2 u}}{{\\partialy^2}}$其中，P为流体的压力，$\\mu$为流体的粘度，u为流体的速度。
微流通道中流体流动的主要特点是流速分布均匀，流体的作用力主要来自于剪切力而非惯性力。
由于微流控芯片中的通道尺寸较小，流速较慢，因此可以忽略惯性力的影响。
而剪切力主要与流体的粘度、通道的尺寸和流动状态有关。
流体流动的影响因素流体的性质流体的性质对微流控芯片中流体流动有着重要的影响。
主要包括流体的粘度、密度和表面张力等。
流体的粘度决定了流体的黏滞阻力，即流体流动时的内摩擦阻力。
流体的粘度越大，黏滞阻力越大，流体的流速越慢。
因此，在设计微流控芯片时需要考虑流体的粘度对流动的影响。
流体的密度与流体的惯性力有关。
在微流控芯片中，惯性力较小，流体的密度对流动的影响较小。
但是在一些特殊情况下，如高速流动或高浓度流动时，流体的密度影响将不容忽视。
流体的表面张力决定了流体在通道表面的润湿性。
一般来说，如果流体与通道表面不易相互润湿，会导致流体在通道表面形成凸起的曲面，进而影响流体的流动。
通道的尺寸和结构通道的尺寸和结构对微流控芯片中的流体流动有着重要的影响。
通道的尺寸可以决定流体的流速和流体的黏滞阻力。
通道越窄，流体的流速越慢，黏滞阻力越大。
通道的结构可以影响流体的剪切力分布和流体的流速分布。
多孔介质相变传热与流动及其若干应用研究一、本文概述本文旨在全面深入地研究多孔介质中的相变传热与流动现象，并探讨其在多个应用领域中的实际价值。
多孔介质广泛存在于自然界和工程实践中，如土壤、岩石、生物组织以及许多工业材料。
在这些介质中，相变传热与流动过程对于理解许多自然现象以及优化工程设计具有重要意义。
本文将围绕多孔介质中的相变传热机制、流动特性以及若干应用案例展开详细的论述。
本文将系统地梳理多孔介质相变传热与流动的基本理论，包括多孔介质的基本性质、相变传热的基本原理以及流动的基本规律。
在此基础上，我们将建立相应的数学模型和数值方法，以定量描述多孔介质中的相变传热与流动过程。
本文将深入探讨多孔介质相变传热与流动的关键问题，如相界面演化、热质传递、流体流动以及多孔结构对传热流动的影响等。
我们将通过理论分析、数值模拟和实验研究等多种手段，揭示多孔介质相变传热与流动的内在规律和影响因素。
本文将关注多孔介质相变传热与流动在若干领域的应用研究，如能源工程、环境工程、生物医学工程等。
我们将结合具体案例，分析多孔介质相变传热与流动在这些领域的应用现状和发展趋势，为相关领域的工程实践提供理论支持和指导。
通过本文的研究，我们期望能够加深对多孔介质相变传热与流动现象的理解，推动相关领域的理论发展和技术进步，并为实际工程应用提供有益的参考。
二、多孔介质相变传热与流动的基本理论多孔介质，作为一种由固体骨架和分散在其间的孔隙或空隙组成的复杂结构，广泛存在于自然界和工程应用中。
多孔介质中的相变传热与流动现象，涉及到热质传递、流体动力学、热力学和相变动力学等多个领域，是热科学和流体力学研究的热点和难点。
在多孔介质中，相变传热主要指的是在固-液、液-气或固-气等相变过程中，热量通过多孔介质骨架和孔隙中的流体进行传递。
由于多孔介质的复杂结构，相变传热过程不仅受到热传导、热对流和热辐射的影响，还受到孔隙结构、流体流动、相变材料性质以及外部条件（如温度、压力等）的制约。
流体流动的纳米尺度效应摘要流体流动是一种自然现象，在纳米尺度下，流体的流动行为受到多种因素的影响，其中包括粘度、表面张力、电荷等。
本文将探讨纳米尺度下流体流动的一些特殊效应，以及这些效应对纳米器件和纳米技术的应用。
引言流体流动是一种基本的物理现象，广泛应用于生物学、化学、物理学和工程学等领域。
在纳米尺度下，由于粘度、表面张力、电荷等因素的影响，流体流动的行为呈现出许多特殊的效应。
这些效应不仅对纳米尺度的流体动力学研究具有重要意义，还对纳米器件的设计与制造、纳米技术的应用等产生了深远的影响。
纳米尺度下的润湿效应润湿是流体在固体表面上的分布现象。
在纳米尺度下，由于表面张力的影响，流体分子在固体表面上的分布呈现出不同于常规尺度下的特殊现象。
纳米尺度下的润湿效应被广泛运用于涂层技术、纳米材料制备等领域。
纳米尺度下的毛细管效应毛细管效应是流体在微小管道中流动时表现出的一种现象。
在纳米尺度下，由于流体和固体的分子作用力的差异，毛细管效应变得尤为显著。
纳米尺度下的毛细管效应被广泛应用于纳米流体传感器、纳米管道等领域。
纳米尺度下的电动效应电动效应指的是流体在电场作用下的运动行为。
在纳米尺度下，由于电荷的影响，流体的电导率和电荷迁移速率都发生了显著变化。
纳米尺度下的电动效应被广泛应用于纳米电极、纳米流体控制等领域。
纳米尺度下的热效应热效应是指流体在温度梯度下的运动行为。
在纳米尺度下，由于热传导的限制和表面效应的影响，流体的热传导性质发生了显著变化。
纳米尺度下的热效应被广泛应用于纳米传感器、纳米热管理等领域。
纳米尺度下的湍流效应湍流是流体流动过程中的一种不规则运动状态。
在纳米尺度下，由于粘度的影响，流体的湍流效应具有一些特殊性质。
纳米尺度下的湍流效应被广泛应用于纳米流体混合、纳米传热等领域。
纳米流体动力学的数值模拟纳米流体动力学的数值模拟是研究纳米尺度下流体流动行为的重要方法。
通过建立纳米尺度下的流体动力学模型，利用计算机仿真等方法，可以更加准确地研究流体在纳米尺度下的流动行为。
聚合物流变学研究意义聚合物流变学是研究聚合物在外力作用下的流变特性的学科。
聚合物是一类大分子化合物，具有高分子量、高分子链的柔韧性和长期的耐久性等特点。
聚合物在外力作用下会产生不同的变形和流动行为，而聚合物流变学正是研究这些变形和流动行为的学科。
聚合物流变学的研究意义主要体现在以下几个方面：1. 工程应用：聚合物流变学的研究可以为聚合物工程应用提供重要的理论基础。
比如，聚合物在塑料加工中的流动行为和变形特性对于塑料工程的设计和制造至关重要。
另外，在航空、汽车、电子等领域，聚合物的流变特性也对产品的性能和可靠性有着重要的影响。
2. 医学应用：聚合物在生物医学领域中有着广泛的应用，比如注射用聚合物、生物材料、组织工程等。
聚合物流变学的研究可以为这些应用提供重要的理论支持和技术指导。
3. 环境保护：聚合物在环境领域中也有着重要的应用，比如塑料袋、塑料瓶等。
聚合物流变学的研究可以为这些应用提供技术支持，使其更加环保和可持续。
聚合物流变学的研究主要涉及到以下几个方面：1. 本构关系：聚合物的流变特性与其分子结构有关，通过研究聚合物的分子结构和流变行为，可以建立聚合物的本构模型，从而预测其力学性能。
2. 流变行为：聚合物的流变行为包括弹性、塑性、粘弹性等，通过研究聚合物的流变行为，可以了解其在复杂工况下的行为规律，从而为工程应用提供理论指导。
3. 流变测试：聚合物的流变测试是研究聚合物流变行为的重要手段，包括剪切测试、拉伸测试、压缩测试等。
通过流变测试，可以获得聚合物的粘度、弹性模量、屈服点等流变参数，为聚合物工程应用提供重要的数据支持。
聚合物流变学的研究对于聚合物工程应用、生物医学、环境保护等领域都具有重要的意义。
在未来，随着聚合物材料的广泛应用，聚合物流变学的研究也将变得越来越重要。
