六通型微流体芯片中双乳液滴生成的数值及实验研究

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六通型微流体芯片被广泛应用于制备双乳液滴去微包封细胞。这种微包封技术能有效地抑制细胞低温保存复温时胞内冰的生成,并且双乳液滴粒径和壳厚都会影响抑冰的效果。然而,在六通型微流体芯片中制备双乳液滴时,其粒径和壳厚的影响因素并未被探究,且不同流动形态下的双乳液滴生成机理并未被揭示。受测量工具的限制,实验研究无法详细描述微流体芯片中各相流体的流动,只能得出一些基础的结论。本文以数值模拟为主要研究方法,建立并验证了基于VOF方法的六通型微通道数值模型,并通过此模型执行了数值模拟去研究六通型微通道中双乳液滴生成及壳厚的影响因素。在分析模拟结果时,为了更加直观地描述双乳液滴粒径与壳厚的关系,本文提出了相对壳厚这个新概念。研究结果表明:六通型微通道中双乳液滴生成的典型流动形态可分为三类,滴流态、窄射流态、宽射流态。毛细管数不仅影响双乳液滴生成的流动形态,还影响生成液滴的粒径和壳厚。在滴流态下,随着毛细数的增加,液滴粒径和壳厚呈缓慢下降趋势。当流态转变时,双乳液滴的壳厚和相对壳厚都急剧增加。中间和外部流体的流量同样会影响双乳液滴生成流动形态、液滴粒径及壳厚。但中间流体流量对壳厚的影响更大,且薄壳双乳液滴主要是在滴流态下生成。这些结果揭示了双乳液滴粒径及壳厚随流动参数的变化规律,对使用六通型微流体芯片制备粒径和壳厚可控的双乳液滴具有指导意义。此外,本文设计并优化六通型微流体芯片的结构,通过软光刻技术制作出该型芯片。搭建完成微流体实验台,并根据模拟结果得出的规律进行实验,制备出了双乳液滴。
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