基于液滴的微流控技术是一种实现微升或纳升级别液滴独立操作的新技术,具有样品消耗少、反应速度快、可操作性强等优点,在各种生物化学实验中得到广泛应用。液滴自驱动技术作为一种常见的液滴微流控技术是指通过控制结构表面的性质,来实现微小液滴的驱动。其方法一般有两种:一种是从微观上,通过表面加工工艺在表面上构建湿润性梯度,从而产生湿润力来驱动液滴;第二种是从宏观上,通过在整体上构建非对称结构(例如不平行板结构),从而产生非对称表面张力来驱动液滴。现有的研究中这两种方法都只能实现液滴的单向驱动,这大大限制了液滴自驱动的应用,所以如何找到一种实现液滴双向可控操作的方式并利用该方式实现液滴可控操作则至关重要。本文为了实现液滴的可控操作,对相关的两种操作进行了逐层的深入研究:第一,研究液滴在不对称结构内的双向可控操作(也即液滴在不平行板结构中的双向运动操作);第二,研究液滴出入非对称结构的操作(也即液滴在开放式的单板结构和封闭式的双板结构中的转移操作)。首先,对于非对称结构中液滴自驱动机理进行研究。第一,对于液滴自驱动的理论基础进行简要的介绍;第二,讨论液滴在不平行板结构中的受力及自驱动条件,确定疏水不平行板结构的较好的操控性,从而进一步分析并得到液滴在疏水不平行板内能实现双向驱动的条件;第三,通过受力及仿真分析液滴在单双板过渡区结构中液滴的自驱动过程,得到液滴自驱动的模型及各种参数对这个过程的影响。其次,研究基于自驱动的液滴操作机理。第一,提出基于“弦长”的接触角分析方法,并得到了“可以通过弦长变化率来显性表达接触角的变化率”的普适性结论;第二,基于这种方法,分别分析液滴在不平行板结构及单双板过渡区结构中通过开合辅助驱动液滴的过程,分析这种驱动能成功的根本原因;第三,通过仿真分别对两种模型进行了模拟来验证上面的结论。第四,研究开合辅助液滴自驱动效率的影响因素,基于上述“弦长”方法来判断开合驱动的效率,从而得到了“控制结构(关键是弦长)能优化液滴的驱动效率”的推论。然后,结合第二章及第三章的研究,对于基于自驱动的液滴操作方法进行研究。其中包括第一,对于不平行板结构中的表面性质参数及控制参数对于驱动效率的影响进行研究,发现通过加大结构的差异性能有效提高驱动效率;第二,对于单双板过渡区结构的表面性质参数、控制参数和上板厚度对驱动效率的影响进行研究,发现利用薄且有亲水侧面的上板有利于提高驱动效率。最后,基于前面的理论分析,进行非对称结构下的液滴驱动的实验研究。首先,对于单双板过渡区结构,从实验角度验证了各种参数对于自驱动及开合辅助驱动的影响,并证实了薄板对于进出封闭结构的优越性;之后,利用这种薄板,基于疏水非平行板结构,提出了一种特殊的液滴镊子来实现液滴在各种疏水表面的捕获及释放,成功将在疏水面(120°接触角)上的液滴转移至超疏水面(150°接触角);基于上面的方法,设计了一种一体化的液滴镊子来简化液滴捕获及释放过程;最后,基于该种镊子成功无损的转移了包含有斑马鱼卵及斑马鱼幼体的微液滴。与其他液滴转移方法相比,该方法成本低(成本小于5元),不需要外界刺激有利于保证生物活性,便于携带和制造(体积小,不容易损坏),因此,具有较好的应用前景。本文讨论了非对称结构中液滴自驱动原理及其操控方法,利用非对称结构成功实现了在三维层面上的液滴操作。在研究过程中,本文提出了基于“弦长分析”的接触角分析方法,发现接触角变化率是能实现开合辅助驱动的原因;提出了基于双向可控毛细管力的新型液滴控制方法,实现了低成本的液滴控制,为液滴操作的研究打开了新的思路,对进一步深入研究和设计基于液滴的控制技术具有启发和指导意义。