【摘 要】
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微流控装置在粒子操作、制药和生物医学等领域具有重要的意义,广泛应用于流体流动的控制和微粒子的处理。其中,微阀系统能够精确控制颗粒和流量,而倍受研究人员的青睐。传统的微阀系统需要借助昂贵复杂的外加仪器,限制了微流控装置的小型化和集成化。基于此,本论文提出了一种简单而有效的应变可调的裂纹和褶皱微阀的构筑策略。通过研究微阀尺寸与外加应变等相关机制,制备了基于应变可调裂纹及褶皱微阀的微流控装置,成功实现了
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微流控装置在粒子操作、制药和生物医学等领域具有重要的意义,广泛应用于流体流动的控制和微粒子的处理。其中,微阀系统能够精确控制颗粒和流量,而倍受研究人员的青睐。传统的微阀系统需要借助昂贵复杂的外加仪器,限制了微流控装置的小型化和集成化。基于此,本论文提出了一种简单而有效的应变可调的裂纹和褶皱微阀的构筑策略。通过研究微阀尺寸与外加应变等相关机制,制备了基于应变可调裂纹及褶皱微阀的微流控装置,成功实现了微球筛选和可编程微流控制的功能。本文主要内容如下:(1)裂纹与褶皱微结构的制备。基于紫外臭氧处理与拉伸或预拉伸方法制备了PDMS软/硬膜体系,结合单轴拉伸,对弹性体构建了裂纹与褶皱两种微结构。研究了紫外臭氧处理时长与拉伸应变分别对两种微结构尺寸的影响。PDMS优良的可拉伸性能使得软/硬膜体系能够拉伸至100%,形成均匀、可控的裂纹与褶皱微结构。两种微结构具有制备流程简单,成本低廉的优点。(2)微颗粒筛选及控制液体流动的设计与实现。将微结构与微流控芯片相结合,构建了由应变调控的微流控芯片微阀。在应变的调控下,柔性微流控芯片中两种不同类型的微阀呈现不同的趋势。在释放状态的时候,裂纹微阀关闭,施加应变,裂纹微阀打开,液体流通,而褶皱型微阀呈现相反的趋势。两种微阀具有集成度高、响应快和可并行运行的优点。此外,本文对裂纹型微阀的爆破压力和流量进行了表征和模拟,实验结果与模拟现象证实了爆破压力和流量的可控性。(3)裂纹/褶皱微结构在润湿性、粘附性和光学特性的可逆转变。当应变从0增加到40%的时候,褶皱振幅大幅下降,表面粗糙度降低。液滴与PDMS表面接触由Cassie状态到Wenzel状态。当施加40%拉伸应变时,褶皱表面粘附力足以抬起玻璃球。应变释放后,样品表面粗糙度增加到临界值时,玻璃球因失去粘附力而从样品上掉落。当拉伸足够大时,由于泊松效应,沿横向的压缩引起Si Ox条纹的起皱,在PDMS表面形成正交的裂纹-褶皱微结构,能有效地散射透过薄膜的光。拉伸应变释放后,褶皱图案变平,裂纹通道闭合,薄膜表面恢复到初始透明的状态。
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