T-junction中电场控制微流液滴的产生

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微流控技术是一种精确控制和操纵微尺度流体的一种技术,在化学分析和生物医疗等方面扮演着重要的角色,液滴微流控技术已经发展很多年了,是一种基于连续流微流控系统开发的非连续流微流控技术,即该技术是使用两种互不相容的流体通过某种途径或者方法生成离散的微尺度液滴。该技术具有高通量,体积微小,节省样品,无交叉污染等优点,因此广泛应用于细胞分析,药物筛选,分子诊断,化学合成,纳米材料制备等诸多领域。该技术利用微流控通道中液滴的受控生产以及将后续的一系列操作结合起来,以达到我们在实际工程中的复杂的需求。控制微流液滴的产生的尺寸在诸多领域中就显得尤为重要,微流液滴的产生的尺寸是由微流通道的几何条件和流量决定的,因此,我们必须增加微流芯片的复杂度来达到更多的外部控制,例如利用热或者磁效应系统来达到控制的目的,但是这些方法在生物领域具有很强的局限性。因此使用电场来驱动控制是一个非常有前景的办法,首先,微流芯片上的电极的集成可以使用简单的技术来完成;其次,驱动控制的方法也比较简单,易于操作。另外,我们知道从液滴产生的结构来看,可以分为3类:(1)T型结构;(2)流动汇聚型;(3)共轴聚焦法,其中T型结构是产生微流液滴最常用的方法,因此,本文主要研究电场对T型结构中微流液滴产生的影响,做到精确控制微尺度流体的产生,并且利用影响的原理来应用于实际按需生成微流液滴系统中。本文主要研究了交流电场(AC)和直流电场(DC)对微流液滴的产生的影响的不同,并且利用理论解释了它们之间为何会出现不同;同时,也比较了牛顿流体和非牛顿流体之间有何不同,并且通过比较发现在电场中分散相的电导率会影响微流液滴的产生。其次,我们发现在交流电场作用下,电场的频率也会影响微流液滴的产生,但是对于电导率不同的分散相,影响的结果是不同的。因此,在T型结构中,影响微流液滴产生的影响因素有电场的频率和分散相的电导率。最后,我们利用介质电容的等效原理,将T型结构这个复杂的三维模型等效成一个简单的二维电路模型来研究,并通过理论推导和计算得出了电源的频率和分散相的电导率究竟是如何影响微流液滴产生的,并且通过T型结构达到PDMS壁击穿电压时的分散相的临界电导率的相对准确的预测验证了我们的模型的可靠性。
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