【摘 要】
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数字微流控是一种对微升甚至纳升级别离散液滴进行精确操控的技术,拥有试剂用量少、反应迅速、集成度高等优势,在生物、化学、医药等领域有着重要的应用价值。近年来,基于数字微流控的水相液滴操控技术已经十分成熟,但对油相液滴的驱动往往受到驱动电压过高的限制,驱动难度大,无法广泛使用。针对油相液滴的驱动问题,本文对液滴的驱动原理进行研究,建立了平行双基板数字微流控芯片的力电模型,推导出了液滴所受驱动力,揭示了
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数字微流控是一种对微升甚至纳升级别离散液滴进行精确操控的技术,拥有试剂用量少、反应迅速、集成度高等优势,在生物、化学、医药等领域有着重要的应用价值。近年来,基于数字微流控的水相液滴操控技术已经十分成熟,但对油相液滴的驱动往往受到驱动电压过高的限制,驱动难度大,无法广泛使用。针对油相液滴的驱动问题,本文对液滴的驱动原理进行研究,建立了平行双基板数字微流控芯片的力电模型,推导出了液滴所受驱动力,揭示了驱动力与电压频率的关联性,并分析了影响驱动力的几个主要参数。根据力电模型理论,本文提出了一种基于负介电泳的低压油滴驱动方法,搭建了基于数字微流控的液滴驱动研究平台,采用低压驱动法成功实现了100 V以内电压下油滴的四种基本操作。探究了油滴在不同浓度Silwet L-77溶液中驱动速率的频率响应特性,以及溶液离子浓度对驱动速率的影响,观察发现油滴在Silwet L-77溶液中的运动速率会随着电压频率的增大而增大,而在其他条件相同时,溶液离子浓度越高,油滴速率越小。针对实验现象与力电模型理论的差异,又进行了常用方法下表面活性剂溶液液滴的驱动实验,探讨了表面活性剂的种类、浓度以及电压频率对液滴速率的影响,结果显示除0.00125%浓度的Silwet L-77溶液以外,其他液滴的驱动速率随电压频率的增加呈现先增加后趋于平稳的趋势,造成这些现象的原因可能与液体内部表面活性剂分子偶极反转有关。最后,基于本文中提出的低压油滴驱动方法,制备了面向片上包裹液滴生成的数字微流控芯片,并进行了包裹液滴生成实验。实现了水滴与油滴的同片操作,成功配发出“水包油”的包裹液滴。为面向包裹液滴的低压操控及其应用奠定了基础。
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