【摘 要】
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近年来,迅速发展的微流控技术不但促进了生化分析仪器的快速更新换代,也使得人工肝、肾等血液净化装置的微型化成为可能。半透膜是血液净化装置的核心。因此,在装置中集成高
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近年来,迅速发展的微流控技术不但促进了生化分析仪器的快速更新换代,也使得人工肝、肾等血液净化装置的微型化成为可能。半透膜是血液净化装置的核心。因此,在装置中集成高性能半透膜成为微型化的关键。当前,基于层流的界面反应技术已被应用在微芯片上制膜,但由于形成的膜的尺寸非常小,到目前为止,还没有可靠的方法评估这种界面膜的关键性能参数一孔隙率。本文提出了一种基于溶质输运的方法以便估计在微芯片上制成的膜的孔隙率。首先,基于光刻技术,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)加工了H-型微通道,通道主体长、宽、高分别约为5 mm、500μm.85μm。采用酸性壳聚糖溶液(pH=5)和添加碳纳米颗粒的碱性缓冲液(pH=10)在微通道中聚合形成了壳聚糖-碳纳米颗粒膜,并利用Matlab软件分析了15、20和25分钟形成微膜的厚度特征(沿着流动方向的厚度变化)。其次,建立了一个与孔隙率相关的传质输运模型以模拟跨膜的溶质输运,并根据实验现象假设了微膜的孔隙率与膜的位置呈线性关系。然后,采用逆流透析模式,进行了尿素微透析实验,获得了给定时间内两个出口处的溶液流量,并用生化分析仪测定了出口溶液的尿素浓度。利用COMSOL软件模拟尿素输运,通过连续地改变孔隙率分布参数,获得了各种孔隙率分布情况下的两个出口处的溶液流量和尿素浓度。当模拟结果和实验结果之间的差异最小时,即获得了拟合的孔隙率分布。研究结果显示,本文15、20和25分钟形成的膜的平均孔隙率分别为0.356±0.050、0.242-±0.018和0.2354-0.009。最后,基于肌酐微透析实验,验证了所估计的孔隙率的正确性。本文为评估片上微型膜的性能参数提供了一种有效方法。
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