微流控技术具有多学科交叉、微型化、易调控性和高集成度与便携度等诸多优点,已经被广泛应用于航天航空、信息通信、生物化学、医疗、药物学研究、自动控制等科学领域。随着对微流控技术应用不断的研究与开发,人们发现对于微尺度下液体流动和裹挟微粒的流动中出现的物理过程缺乏足够的认知。尤其对于血液,唾液或组织液等生物流体来说,因其作为非牛顿流体具有复杂的流变学特性,与其相关的研究远不如牛顿流体。本文主要研究了粘弹性流体在微通道内独特的流动特性与机理,并利用粘弹性流体流动对流体内部裹挟颗粒的影响提出了适用于微流控领域的微粒分选与富集装置。具体研究内容如下:首先,针对粘弹性流体在直通道内二次流流动,本文开展了直接数值模拟研究。通过推导粘弹性流体的拟涡能方程,提出了粘弹性流体在直通道内产生二次流的成因。利用拟涡能方程中二次流的生成项E和耗散项ε提出二次流产生的充分必要条件:E>0,并同时给出在直管路中不会产生粘弹性二次流需要满足的条件。借助E和ε分析粘弹性流体物性参数与通道几何参数对二次流流型与强度的影响。其次,为了进一步理解粘弹性流体在微尺度下流动的特性,本文通过具有高时空分辨率的激光诱导荧光漂白测速技术(LIFPA)测量了牛顿流体和粘弹性流体在微通道内壁面附近流动情况。研究表明:滑移速度在接触角较大的流动中也会更大,牛顿流体的流动也会产生滑移现象,粘弹性流体产生的滑移普遍比牛顿流体产生的滑移大。此外,通过分析壁面附近荧光信号与速度的关系和理论分析全反射(TIRF)等壁面效应的影响,发现牛顿流体中会出现临界滑移流量或者临界剪切率,且对于粘弹性流体,随着溶液浓度的增大或者高聚物分子量的增加,滑移速度的增长速率小于流量增长的速率。接下来,为了研究粘弹性流体如何影响微流控装置中的微粒运动,本文在确定性侧向位移(DLD)微流控微粒分离装置中研究了粘弹性流体对微粒的作用,分别获得了粘弹性流体的剪切稀变特性与弹性对分离阈值的影响。研究表明:随着剪切稀变和弹性的增强,DLD的分离阈值也随之减小。利用弹性对分离的影响,本文提出了利用调节流量实现基于粘弹性流体DLD装置的动态阈值分离控制,最大的阈值调节范围可达原有的40%。最后,应用基于粘弹性流体的颗粒聚焦效应,本文提出了一种利用粘弹性流体预聚焦和介电泳(DEP)分离技术的新型微粒分选装置,并进行了实验验证。结果表明:在粘弹性流体(聚氧乙烯(PEO)溶液)中,由于剪切稀变、弹性和惯性三者的相互影响与制约,存在一个最佳的聚焦工况。通过DEP频率谱的标定装置和数值计算,得到了适用于两种细胞的DEP分离的合适电压与频率。结合最佳的聚焦工况和电场电压与频率,应用到两种细胞的分离装置,实现了分离效率超过95%,细胞活性超过90%的微流控分离装置。综上,本文阐述了在微通道中的粘弹性流体流变学特性对流动特性的影响与机理,对直通道内粘弹性二次流和连续流动的牛顿流体与粘弹性流体的滑移效应有了深刻的认识;通过研究粘弹性流体在微通道内对颗粒运动的特性与机理,提出了两种具有广泛应用前景的基于粘弹性流体微流控微粒分选与富集装置。研究成果为在微通道中粘弹性流体流动研究提供了理论基础和实验数据支撑,有助于人们更好地理解粘弹性流体流动的物理机理,也为促进基于粘弹性流体的微流控装置应用到精准医疗等领域奠定了基础。