微纳流体样品片上分离技术

基于微流控技术的细胞或颗粒分离是样品前处理中的一个重要步骤,近些年在生物和化学分析中引起了极大关注,随着微纳米加工技术的发展,分离技术在片上实验室系统的微环境应用中得到快速发展.基于微流体细胞或颗粒的分选技术具有很多优点,包括减少了样品量、加速了样品处理速度、高灵敏度、高空间分辨率、成本低以及便携性等.本文介绍了当前最先进的基于连续微流体细胞或颗粒分选技术,从被动式与主动式分离两方面的典型实例详细阐述了各种分选原理及其在细胞或微颗粒分选中的应用,讨论了这些技术的主要指标,如分选标记、分辨率、效率以及处理量,同时讨论了各类在微流体下的微分离方法存在的缺点.微尺度下高效的微分离技术在实现片上实验室、现场微分析设备和家庭诊断中将会起着越来越重要的作用,引起了众多学者们的研究兴趣,能够促进微分离与检测和信号读取等集成于一体,形成一个便携式的诊疗设备.     

层-层自组装技术的发展与应用

对国内外层-层自组装技术的发展和应用进行了综述,总结了静电力、氢键等自组装方法的特点;较为详细地介绍了自组装多层超薄膜和中空微胶囊的制备方法和表征手段,并阐述了它们在电子、光学器件、分离、催化、模拟细胞行为和药物缓释、生物反应器和生物传感器等方面的应用;最后就这一新兴技术的发展前景作了展望.     

集成微泵式微流控芯片的设计与测试

介绍了集成微型无阀泵的微流控芯片的结构及工作原理, 针对微型无阀泵进行了数学建模及系统仿真, 测试了集成化微泵的流动特性, 确定了基本控制参数, 并将仿真与试验结果进行了比较分析. 将集成化芯片进行了样品检验测试, 证明了微泵在微量化学检测过程中实现自动换样及清洗的功能及实用价值.     

微型涡流发生器控制SCCH增升构型流动分离研究

针对等弦长带后掠半模SCCH增升构型襟翼附面层发生流动分离,线性段增升效率降低的问题,采用数值模拟和风洞试验方法,开展微型涡流发生器控制襟翼附面层流动分离研究.首先,采用数值方法分析SCCH增升构型的基本流动现象,获得襟翼流动分离特性,作为微型涡流发生器设计依据;其次,根据涡流发生器工作原理,结合SCCH增升构型襟翼结构与流动分离特性,提出本文微型涡流发生器设计思想和初步设计方案;再次,采用数值方法研究微型涡流发生器控制增升装置流动分离的作用机理,研究微型涡流发生器布置方式、弦向位置、安装角、高度、展向间距等几何参数对流动控制效能的影响规律,提出控制襟翼流动分离的微型涡流发生器设计方案,供风洞试验验证;完成数值设计之后,采用风洞试验方法,进行微型涡流发生器设计方案验证与可能的方案筛选,以验证数值模拟方法、设计方法及涡流发生器设计方案;最后,分析数值模拟和风洞试验研究结果,提出具有工程应用价值的增升装置微型涡流发生器设计原则、设计方法及技术路线,供型号研制借鉴与采纳.研究结果表明,本文针对SCCH着陆构型提出的微型涡流发生器设计方案,经CFD和风洞试验验证,在着陆及下滑进场飞行状态,最大增升与增阻量分别达到10%和14%,符合着陆飞行状态对增升装置的设计要求,且CFD方法提出的设计方案最佳,具有惟一性;同时也表明,本文提出的增升装置微型涡流发生器设计原则、设计方法及技术路线可用于型号研制.     

合成射流改善S形进气道流场特性的研究

S形进气道存在严重的流动分离及二次流现象,导致进气道出口总压恢复系数低、流场畸变严重.由于二次流的存在,进气道内流场三维性较强,常规的在展向或周向施加等量的控制针对性并不强,本文在矩形进气道模型上游弯道流动分离处不同展向位置施加等强度的合成射流控制,研究不同展向位置对控制效果的影响.首先对进气道内流动分离和二次流的相互作用进行了分析,发现在进气道展向不同位置二次流可能会抑制或加强流动分离,流动分离也会使二次涡加强,导致出口局部区域压力恢复非常低.在展向不同位置施加控制,可通过改善展向不同区域流动分离来产生不同旋转方向的流向旋流和二次流相互作用,降低二次流的强度,获得较高的总压恢复.     

高温变形过程中的动态再结晶类型识别

通过分析高温变形过程中伴随再结晶晶粒长大的内部位错密度变化,判别不同变形条件下动态再结晶过程的进行形式,研究动态再结晶形式对变形参数的依赖规律,发现：低温大应变速率下,高温变形过程中的再结晶形式以连续性动态再结晶为主;高温低应变速率下,以周期性动态再结晶为主.根据动态再结晶软化与加工硬化平衡,得到反映稳态流动时钛合金流动应力对变形参数的响应,建立具有实际物理意义描述钛合金稳态流动本构关系的Arrhenius型方程.通过热模拟压缩实验得到800~900℃,0.0005~10 s-1条件下的TC18钛合金高温变形流动应力应变曲线,验证动态再结晶形式的判据模型,并通过DMM耗散效率分布图分析模型的适用性.通过显微组织分析,研究不同变形参数下的高温变形过程中,不同动态再结晶形式对应的再结晶晶粒粗化/细化的特点.通过各变形条件下真应变？=0.8时的稳态应力验证得到的本构模型,并分析应变速率敏感系数的变化规律.     

微纳尺度3D打印

复杂三维微纳结构在微纳机电系统、生物医疗、组织工程、新材料、新能源、高清显示、微流控器件、微纳光学器件、微纳传感器、微纳电子、生物芯片、光电子和印刷电子等领域有着巨大的产业需求,然而现有的各种微纳制造技术无论从技术层面还是在生产率、成本、材料等方面还难以满足高效、低成本批量化制造复杂三维微纳结构的工业级应用的需求.高效、低成本批量化制造复杂三维微纳结构(尤其是大面积复杂三维微纳结构)一直被认为是一项国际化难题,也是当前国际上学术界和产业界的研究热点,以及亟待突破的瓶颈问题.微纳尺度3D打印(微纳结构增材制造)在复杂三维微纳结构、高深宽比微纳结构以及复合材料三维微纳结构制造方面具有突出的潜能和优势,而且还具有设备简单、成本低、可使用材料种类多、无需掩模或模具、直接成形的优点.微纳尺度3D打印被美国麻省理工学院(MIT)的《技术评论》列为2014年十大具有颠覆性的新兴技术.本文论述了近年国际上微纳尺度3D打印重要的研究进展和代表性研究成果,微纳尺度3D打印典型重大应用,阐述了微纳尺度3D打印当前面临的挑战性问题,并探讨了微纳尺度3D打印未来的应用前景和发展方向及趋势.为深入开展微纳尺度3D打印、增材制造和微纳制造的科学研究和工程化应用提供一定的借鉴和参考作用.     

介电泳技术在生物信号检测和相分离阻变材料中的应用

介电泳是操纵微纳米级粒子的强大工具,已经在生物细胞和无机微粒的分离、检测、操控方面得到了广泛的应用.本文突破对介电泳技术的传统定位,简要介绍介电泳效应的两例新的应用.首先是和新兴的纳米孔技术结合,利用介电泳的富集效应,在微纳环境下对单分子行为进行操控,解决目前纳米孔基因测序面临的通量低等难题.其次在某些相分离固体材料中,介电泳可以通过调节电子相的几何结构引起渗流,从而实现电致阻变效应.这些研究不仅扩大了介电泳技术的应用范围,且具有多学科技术交叉融合的特点,为生物检测技术的开发创新以及新型功能材料的设计提供了新的思路.     

心血管疾病即时检测技术的研究进展

心血管疾病已经成为危害人类健康的第一大类疾病,其治疗效果很大程度上依赖于早期诊断及早期干预.随着微流控技术和纳米技术的飞速发展,目前市场上已有多种基于此技术的心血管即时诊断检测装置;同时,与手机App的结合不仅可以对该装置的检测结果进行读取,还可以直接对生理指标进行测定.本文介绍了该疾病现有即时检测的现状及未来的发展方向,概述了商业化心血管疾病即时诊断装置以及研发中产品原型,阐述了基于智能手机本身或者结合其他装置进行心血管疾病监测的研究进展.未来,基于智能手机的集血样检测、疾病诊断和成像处理于一体的集成化系统将会成为POC检测的新方向.     

深亚微米SOI横向非均匀掺杂推进型栅控混合管的准二维亚阈电流模型

采用两管模型分析了新型深亚微米SOI推进型栅控混合管的工作机制，该器件有效地改善了传统MOS器件中提高速度和降低功耗之间的矛盾，并且大大提高了输出电阻.在此基础上提出了该器件的亚阈电流模型.模型中考虑了横向非均匀掺杂对体效应、短沟效应及迁移率的影响.在考虑可动电荷影响的情况下进行准二维分析，求解表面势，进而求出包括扩散分量和漂移分量的亚阈电流.模型计算结果得到良好的验证，正确反映了SOI推进型栅控混合管的电流特性.该模型同时对POCKET注入深亚微米MOSFET的电流模拟有重要参考意义.     

有机功能材料薄膜与器件

具有光、电、磁物理功能的有机材料的出现促进新思想、新概念、新材料的发展；有机功能材料的电子状态、导电机理以及杂质的影响完全有别于无机金属和半导体，因此，在深入探索结构与功能的关系的基础上，有可能开展分子、聚集态以及器件设计的研究。若与有机化合物的结构多样化，良好的加工性、成膜和成纤性等特点相结合，有可能实现无机电子材料所难兼具的电子行为。进而实现“分子电路”的设想。这里，我们对有机功能材料的基本概念、种类，功能材料薄膜的沉积、器件的构筑，分子电子学和分子器件的概念作了一个较为全面的介绍。     

基于光诱导介电泳的微纳米生物粒子操纵平台关键技术

在分析介电泳的微纳米生物粒子操纵研究现状和存在问题基础上,研究了基于光诱导介电泳的微纳米生物粒子操纵的理论基础和建模仿真,给出了光诱导介电泳芯片在空间电场分布和不同高度介电泳力分布关系．在此基础上进行微操纵系统的核心部件——光电导层芯片的选材、制作工艺和性能分析测试,给出了悬浮液层分压和有效电压频谱关系图．最后,组合机器视觉检测与实时跟踪子系统,构建了基于光诱导介电泳的微纳米生物粒子操纵实验平台,完成了对微纳米生物粒子快速聚集、输运、分离等操纵实验,为建立以微流控芯片为基础的重大疾病的快速、准确、低成本的检测和早期诊断提供了基础．     

增材制造技术及其在微波无源器件设计与制备中的研究现况与展望

滤波器、天线等微波无源器件是现代微波通信系统中必不可少的组成部分.但是,随着无线通信技术的飞速发展,微波无源器件不断小型化、复杂化,器件对尺寸精度要求愈加严格,传统加工工艺在制备小型化复杂结构微波元器件上出现了制约.而增材制造技术(3D打印)是一种快速、绿色、高精度的新兴制造技术,具有不需要模具、人工成本低、材料利用率高、成型精度高、可制备复杂结构的优点,为企业和个人的生产与设计带来革命性的变化.对于成型精度要求高、结构设计较为灵活的微波无源器件而言,增材制造的出现使其摆脱了传统制造工艺的束缚,进而更多结构复杂、性能优异的器件得以实现,因此增材制造技术对于微波无源器件的生产与设计具有重要意义.本文主要介绍了增材制造特点、增材制造原材料的研究现况,并论述了增材制造技术在微波无源器件设计和制备过程中的应用,最后阐述了增材制造微波无源器件面临的挑战与机遇,为今后微波无源器件的增材制造科学研究及工程应用提供了一定的参考作用.     

零质量射流技术及其应用研究进展

零质量射流自20世纪90年代作为一项主动流动控制技术应用以来,由于其具有结构紧凑,无需气源管道等独特的优势,短时间就引起了众多研究者的广泛关注,成为目前流体力学研究的一个热点．主要从零质量射流在静止环境中的发展、零质量射流和横流的相互作用及其在控制分离流动方面的应用等三个方面进行了回顾,介绍了零质量射流在静止和有横流条件下的涡环／对发展规律、空间流场结构以及几个主要无量纲参数的影响规律,最后介绍了零质量射流在控制圆柱尾迹、翼面流动分离以及在MAV／UAV上的应用情况．     

基于摩擦纳米发电机的自驱动植入式电子医疗器件的研究

心脏起搏器、脑起搏器、神经刺激器等植入式电子医疗器件的工作寿命受限于电池容量.为了解决植入式电子医疗器件的供能问题,本文设计研制出了一种可将器官运动的机械能(心跳、肺呼吸等)转化为电能的供能器件-植入式摩擦纳米发电机.此发电机为接触分离的工作模式,在外力的作用下使具有微纳结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜和铝片发生摩擦而产生电能.器件大小1.2 cm×1.2 cm,采用生物相容性良好的材料PDMS进行全封装.实验表明其体外开路电压和短路电流的值分别为12 V,0.25μA,峰值功率密度为8.44 mW/m~2.植入到小鼠左胸皮下位置开路电压和短路电流为3.73 V,0.14μA.将此发电机和电源管理系统集成后用于植入式电子医疗器件的能源供给,有望实现植入式电子医疗器件的自驱动.     

基于介电弹性软体材料的能量收集:现状、趋势与挑战

介电弹性体作为一种新型电活性软体功能材料,因具有柔性好、变形大、比能密度和能量转换效率高等多项优点,在面向人体及自然界的能量收集领域具有巨大的应用潜能.本文综述了国内外有关介电弹性体用于能量收集的研究现状及主要进展,着重围绕DE能量收集行为机理及模型描述、材料性能对能量收集的影响、能量收集器件结构设计、电路设计及相关产品的开发与应用等研究内容,分析了当前研究中存在的主要问题及挑战,并对该课题未来的发展趋势及研究重点进行了展望.     

离子浓差极化效应及其在微纳流控分子富集系统中的应用进展

离子选择性输运导致的离子浓差极化(ion concentration polarization, ICP)现象与微纳流控技术的结合为生物分子检测、离子分离和海水淡化等许多领域问题提供了新的解决方案,也为传统ICP问题的研究提供了新的技术平台.本文首先对ICP现象做简要介绍,对理论和仿真方面的最新研究成果进行梳理,重点介绍第二类电渗流的产生机理及其对超限定电流的决定作用.然后,对微纳通道系统,特别是哑铃型和H型微纳通道系统中的ICP现象进行解释,对基于ICP效应的带电分子富集、海水脱盐、整流等应用系统进行概述,着重介绍带电分子富集方面最新的仿真研究成果.     

粗糙圆柱水平入水的界面流动分离特性试验研究

针对具有微米级颗粒的粗糙圆柱水平入水开展试验研究,通过以高速摄影为工具的流动显示技术研究了粗糙圆柱以不同初速度入水后,水与圆柱表面的界面流动发生的几何形态、运动的变化,对流动分离位置进行了较准确的测量.研究表明,粗糙表面会导致圆柱入水时气-固-液三相接触线出现锯齿形失稳,接触线速度明显降低,液面更容易与圆柱表面分离.其次,对液面分离的影响因素开展研究,发现随着表面颗粒尺寸减小和单位面积的颗粒数目增加,分离角呈现先增大后减小再增加的变化规律;随着入水速度的增加,分离角度减小,界面流动更容易发生分离.最后,通过对不同粗糙表面静态及动态接触角的测量,对粗糙表面动态接触角滞后特性与入水界面流动分离的相关性问题开展了研究.     

动物外周血单个核细胞分离方法探讨

目的 探索用人淋巴细胞分离液分离多种属动物外用血单个核细胞（PBMCs）的可行性及评价其分离效果,建立一种适于野外大规模多种属动物PBMCs的分离方法.方法 采用人淋巴细胞分离液分离来源于新疆的伊犁马、新疆驴、不同品种犬、新疆双峰驼、天山马鹿和来源于重庆的荣昌猪、中国荷斯坦奶牛、简阳大耳黑山羊外周血PBMCs.随机抽样检测分离的动物PBMCs细胞总数、细胞纯度和细胞活率.结果 用人淋巴细胞分离液成功分离上述8种动物PBMCs,每毫升动物外周血分离的PBMCs细胞总数为0.52×106～2.03×106个,纯度为67%～93%,细胞活率为92.5%-98.0%.结论 用人淋巴细胞分离液分离多种动物PB-MCs的方法宜在动物的病毒分子流行学调查中进一步推广.     

细胞图形化技术及其应用

细胞图形化技术是近十几年出现的一项新技术，其发展和应用不仅为细胞生物学的基础研究提供了新的工具，将来更有可能为疾病诊断、药物筛选和组织工程等应用领域开辟新的道路。本文主要介绍细胞图形化技术及其生物学应用，内容包括：细胞图形化技术产生的背景和意义，概念和方法，发展现状和应用以及前景展望。