微纳操作技术在近二十年中快速发展,从最初的理论基础研究逐渐衍生出多种应用,如电子硅芯片制造技术、微/纳米级传感器、生物微流体操作不。微纳操作技术为机械制造、光电技术、超精密加工、生物医学等行业带来革命性的变革。微纳制造的强弱已经成为衡量一个国家科技水平的重要标志之一。本文首先概述微纳操作及微流道气泡的国内外研究现状,以微流道中常见的气泡为基础,研究一种新型柔性操作执行器,探究其生成机理及控制策略。以微尺度流体力学为基础,兼顾气-固-液动态界面和微流道表面性质、结构特征等条件,建立流道内驻停气泡生成初始状态与液体性质、流道表面性质、流道局部结构尺寸特征等因素之间的物理模型,量化两相流动特征下的气泡形成条件。利用COMSOL Multiphysics仿真软件建立驻停气泡生成的二维模型。进一步研究驻停气泡体积变化过程,模拟气体通过PDMS向气泡内或气泡外的传质过程及气体向液体的传质过程。以驻停气泡为基本操作单元,设计连续型气-液反应器,进一步验证气体传质过程。该反应器不但可以实现对两相间传质界面形态的精确调控,同时通过对驻停气泡生成的裂缝结构进行复制或阵列,即可得到旷阔的气-液反应交界面,在较大流体流速与合适气体压力配合下,可实现连续、快速、高效的气-液反应。设计并制作驻停气泡芯片,通过实验验证驻停气泡体积变化的影响因素。验证气体通道内气体压力对体积变化率的影响,并进一步优化芯片结构参数,分别验证不同控制气压条件、不同PDMS隔断厚度、不同裂缝宽度对气泡体积变化速率的影响以及不同流道宽度对气泡体积变化速率影响。为实现驻停气泡体积微小变化的检测及实现驻停气泡的闭环控制,将机器视觉引入驻停气泡的实时体积检测——设计驻停气泡的视觉识别系统。在Open CV-Python环境下通过建立ROI区域、二值化处理图像、统计像素值变化量实现对显微镜下驻停气泡体积变化的检测,并利用该程序探究出驻停气泡的控制策略,为闭环控制做基础准备。