论文部分内容阅读
微通道内流体高效混合是样品分析重要的前处理过程,在基于微流控芯片的分析技术在船舶机械装置油液性能分析、船舶污染物检测和分析等领域有着重要的应用前景。本文提出了使用聚凝胺改变PDMS通道壁面zeta电势的新方法,采用感应式zeta电势测量方法,获得了不同浓度聚凝胺改性PDMS表面的zeta电势。在此基础上,采用数值模拟和实验相结合的方法,研究了PDMS通道非均匀zeta电势对电渗流的影响,发现了壁面zeta电势对电动涡流产生的影响规律。论文还研究了电动涡流强化流体混合。具体来看,本文的主要研究内容有:(1)实验研究了不同浓度聚凝胺溶液下PDMS壁面zeta电势的影响规律。论文搭建了感应式zeta电势测量系统,测量了不同浓度聚凝胺溶液改性后的PDMS芯片表面zeta电势,并进行了实验验证。研究结果表明:聚凝胺溶液能够对PDMS-溶液界面zeta电势值进行定量调节,随着聚凝胺溶液浓度的增加,改性后PDMS-溶液界面zeta电势值逐渐增大。(2)采用数值模拟和实验相结合的方法,研究了PDMS通道非均匀zeta电势对电渗流流动的影响。论文建立了直通道电渗流模型,采用COMSOL软件,数值模拟研究了直通道中,非均匀zeta电势值分布长度比值对微通道中流体涡流形成的影响。研究结果表明:当处理区域与非处理区域比值大于3:1的情况下,微通道电渗流会呈涡流状态。论文还采用示踪颗粒方法,对数值模拟结果进行了实验验证。实验结果与数值模拟结果吻合较好,研究表明:聚凝胺溶液改性后的微通道中流体在电场中会形成涡流。(3)设计了基于通道非均匀zeta电势的流体强化混合微流控芯片,数值模拟研究了不同条件下的混合效果。研究结果表明:相同条件下,非均匀zeta电势分布的微通道能够使流体的混合在设定的混合区域快速完成;混合区域长度的增加,流体的混合效果增强;当混合区域壁面长度不对称的情况下,随着混合区域壁面尺寸不对称程度的增加,流体的混合效果增强。本文提供了一种新型的强化微流控芯片装置流体混合的方法,操作简单且无须添加微泵、微阀等器件,对提高微流控芯片装置分析速度和拓展微流控芯片的应用范围具有一定的价值。