交流电润湿作用下液滴的振荡行为特性

摘要：
实验研究了不同交流电频率下共面电极电润湿芯片上液滴的振荡行为特性.结果表明,在某些特定的输入频率下液滴出现共振,共振模态称为Pn（n=2,4,…）,且实验获得的共振频率值与线性理论预测值吻合良好.在共振模态Pn下,液滴振荡对称,表面呈现n/2个波峰.在相邻共振模态间存在某个临界频率,此时液滴振荡对称,但很微弱,且接触线宽度和液滴高度的振荡相位关系发生转变.小于此临界频率时,液滴接触线延展至最大时呈液瓣状,且液瓣的位置通过液滴的收缩和延展在水平面内周期性交替,液瓣数目随着相邻共振模态阶数n的升高而增加.大于此临界频率时,液滴振荡左右不对称,具体表现为液滴表面波的传动.预期这些液滴的非对称振荡会产生更为混乱的内部流动,从而增强微流控液滴混合器的混合效率.
     

微流控芯片上电色谱聚合物整体柱研究进展

微流控芯片是近年来发展迅速的一个研究领域,其微型化、集成化、自动化的特性为人们所关注。芯片电色谱是微流控芯片的一个重要研究方向,兼具高效液相色谱的高选择性和毛细管电泳的高效性。本文介绍了芯片电色谱柱制造工艺的研究现状,并综述了微流控芯片上聚合物整体柱的研究进展。     

基于液滴微流控芯片的单细胞分离

开发基于静电场力和集成微电极的微液滴操控技术以实现单细胞的分离.结合微流控技术的发展,设计并制作了以有机聚合物PDMS( polydinethylsiloxane)为材料的具有流聚焦结构的芯片,利用流聚焦结构的芯片,通过改变分散相和连续相的流速,制备包裹着悬浮癌细胞( HCT116)的海藻酸钠凝胶溶液微液滴,并对其包裹细胞数目进行统计分析,其中包裹单细胞的微液滴少于总液滴数的10％.受到液滴自带电现象的启发,通过集成微电极到微流控芯片中,利用电压脉冲产生静电场力,实现了单颗单细胞微液滴的电分离和富集.     

基于人工微台阶分选与捕获肿瘤细胞的微流控芯片

开发具有契合肿瘤细胞尺寸的微台阶结构的微流控芯片以将肿瘤细胞从正常人血细胞中分选并捕获出来．结合微加工技术,先后两次对同一块玻璃基底进行刻蚀,改变两次刻蚀的图样与时间最终与盖板间形成高度为10μm的微台阶结构,通过玻璃基底与有机高聚物PDMS（Polydimethylsiloxane）盖板的键合制作出微流控芯片．利用具有微台阶结构的芯片,悬浮于磷酸盐缓冲盐溶液中的肿瘤细胞（MCF-7）被全部捕获在微台阶结构内,尺寸小于台阶的正常人血细胞（红细胞）流过台阶未被捕获,实现了将肿瘤细胞从正常血细胞中分选并捕获．捕获在芯片中的肿瘤细胞都具有活性．芯片整体透明,肿瘤细胞捕获过程不需要进行化学修饰等预处理．     

液滴微流控芯片合成单分散PEG水凝胶微球及其粒径调控

利用液滴微流控技术制备了单分散的微米级聚乙二醇(PEG)水凝胶微球。首先利用流动聚焦型微流控芯片产生单分散的水凝胶微液滴,然后经过紫外光原位引发聚合形成水凝胶微球,系统考察了PEG质量分数、表面活性剂加入量、连续相流速等影响因素,在优化的实验条件下得到了粒径为115μm、单分散性较好的PEG凝胶微球。     

基于微流控芯片表面张力系数的测量方法

提出一种采用微流控芯片进行微量液体表面张力系数测量的新方法,并对其制作工艺流程进行研究.以聚碳酸酯核孔膜为模,利用毛细作用力使聚二甲基硅氧烷预聚物充满膜孔.固化后与微腔室键合,注入有机溶剂溶模释放出微柱阵列.位于液气分界面处的微柱顶端由于蒸发作用打破表面张力平衡引起微柱发生弯曲形变,通过对微柱形变图像处理,计算得出表面张力系数.实验结果表明该测量方法有效,测量精度达到nN/μm.     

基于二维微流控模型的多孔介质渗透特性

多孔介质材料内部孔隙通道复杂,为了在孔隙层面上研究多孔介质材料的渗透特性,利用微纳加工技术制作的不同孔隙结构的PDMS微流控芯片,芯片内部规则排列的圆形微柱构成二维通道网络.首先,在微流控芯片的一端使用精密注射泵施加一定流量梯度的无气水;其次,使用压力传感器测量芯片两端的压力响应;最后,利用达西定律计算出不同结构的微流...     

集成微电极结构的芯片介电电泳富集过程研究

集成微电极结构的介电电泳芯片具有高效、非侵入式等优点,在生化样品操纵与分析中具有重要的实用价值和研究意义。从理论上分析了芯片介电电泳富集的影响因素,构建了5种微电极间距分别为20,40,60,80,100μm的微流控芯片,重点研究了微电极间距和流体流速对酵母菌细胞富集效率的影响。结果表明,当PBS缓冲液电导率50μs/cm,进样速度10μL/min,施加电压8 VP-P,8 MHz保持不变时,通过改变微电极间距,发现微距为目标细胞直径的4—8倍时富集效率最高,为90%左右;当电极间距为20μm,改变进样速度,其他条件保持不变,发现进样流速为30~50μL/min时,富集效率最高,达到87%以上。     

微流控芯片上样品连续介电过滤及微藻检测

报道一种可全自动、顺序实现样品中杂质颗粒介电过滤和目标颗粒电阻脉冲检测、计数和尺寸判定的微流控芯片装置.根据杂质颗粒与目标颗粒尺寸和介电特性的不同,在芯片通道上顺序设计了介电泳(DEP)分离区和电阻脉冲(RPS)检测区,通过理论模拟,优化并确定芯片结构和尺寸,并进行实验验证,实现了3μm聚苯乙烯杂质颗粒的介电过滤以及近头状伪蹄形藻的检测和计数.研究表明:颗粒收集通道的位置布置对于颗粒的收集效果有重要影响;检测到的近头状伪蹄形藻的RPS信号信噪比(＞20)较高,即DEP分离用的高压电源并没有明显影响RPS信号的信噪比.本研究对于发展成分复杂的单细胞生物样品快速检测和分析的微流控芯片便携式设备具有一定的借鉴价值.     

一种新型双稳态微机电系统电磁微继电器的研制

介绍了一种基于微机电系统(MEMS)技术的新型双稳态电磁微继电器的设计及其制作工艺,并对其主要性能进行了测试.利用换向脉冲电流驱动高效的“三明治”式电磁驱动结构,带动电接触刷的运动来控制外电路的通断;辅助设计的永磁稳定结构使器件在脉冲间歇能够保持稳定状态而无需额外功耗.测试结果表明,这种新型电磁微继电器具有体积小,功耗低,响应速度快,接触电阻小等优点.     

可编程相位光栅的结构设计与制作工艺

可编程相位光栅技术在光通讯领域有较广的应用,也可作为微型光谱仪的新颖色散器件。该文设计了一种基于MEMS的可编程相位光栅,其特征参数可以通过编程控制和改变。通过经典理论建模与分析,设计了可编程相位光栅的结构;并对光栅的光带结构参数进行了优化,从而有利于可编程相位光栅功能的实现,提高了制作的可靠性和成功率;设计了针对可编程相位光栅的表面硅微工艺,并对改善应力、去牺牲层和防粘连等关键问题进行了分析,改进了工艺,成功研制出样品,其结构尺寸约为4mm×6mm,有效工作部分的面积约为4mm×2mm.     

基于新型MEMS技术的实时飞行仿真系统微控制器设计与实现

设计开发了一种基于新型MEMS技术的实时飞行仿真系统微控制器．首先设计了用以姿态控制、数据采集、控制律解算及接口通讯的微控制器系统的软件和硬件，在软件设计中采用了模块化思想，大大降低了微控制器软件设计的复杂度，同时给出了该软件的流程图．动静态仿真实验表明，所开发的基于MEMS技术的微控制器可完全满足实时飞行仿真系统对实时性和仿真精度的要求，从而验证了该设计方案的可行性和有效性．     

电测法测量梳齿式微机械加速度计的机械参数

为测量梳齿式微机械加速度计敏感元件的机械参数,提出一种静态电测法。在施力电极上加载直流电压,产生与摆片重力相当的静电引力,根据静电力与重力平衡的关系式,求解出敏感元件的实际机械参数。进行了检测电路的放大性能实验、加速度计重力场静态翻滚实验和摆片的静电吸引实验。实验结果表明,该方法能准确地估算敏感元件的实际机械参数及静态性能。与其他方法相比,静态电测法能较为全面地评估加工工艺对系统性能的影响,不需要特殊的测量环境和仪器设备,能在制造现场使用。     

Isolation of plasma from whole blood using a microfludic chip in a continuous cross-flow

A novel microfluidic chip is developed for crossflow filtration plasma from the whole blood which is carried out in a continuous manner. This microfluidic chip was made of a silicon substrate sealed with a compound cover. The silicon substrate fabricated by micro-electro-mechanical system (MEMS) technology consisted of microposts array, microchannels and reservoirs. Then the silicon substrate was characterized by Scaning Electron Microscopy (SEM). The performance of the microfluidic chip was valued by the experiments of plasma isolation. During more than one hour of continuous blood infusion through the chip, there were no problems of jamming or clogging, and the plasma selectivity of 97.78％ was achieved. Due to the chip’s simple structure and control mechanism with a continuous, real time operating manner, this microfluidic chip is easily expected to be integrated into micro total analytical system (μTAS) which will create a microanalysis system for point-of-care diagnostics.     

MEMS磁场传感器的设计及测试

以U型梁为主要结构设计了一种新型的洛伦兹力驱动的磁场传感器,检测在磁场中作切割磁力线运动的金属线上的感生电压,实现磁场测量.首先介绍了传感器的工作原理,并用振动理论对传感器的受力及响应进行了分析,接着用有限元软件建立结构模型并对其振动模态和频率进行了仿真.该MEMS磁场传感器采用标准的CMOS工艺加上后处理来实现.最后...     

热驱动薄膜式微型泵

微型泵在化学分析、环境监测和药物传送等领域有广阔应用前景。为了解热驱动薄膜式微型泵的性能 ,对泵的主要部件进行了理论分析 ,然后对泵的整体性能进行了数值模拟。得到了微型泵的频率特性 ,流量 -压头曲线及流量随功率的变化。发现泵的流量在 3 .3 3 Hz左右达到最大 ,泵的零流量压头为 64 k Pa左右 ;由于预应力的作用 ,使输入功率低时泵的流量比没有预应力时显著减小 ,而当输入功率较大时 ,泵的流量随输入功率增大而迅速增大。实验测定了微型泵流量的频率特性和随功率的变化 ,实测结果与模拟结果基本吻合     

基于PDMS的微流控芯片封装技术研究

提出一种优化的PDMS(聚二甲基硅氧烷)-PDMS键合技术,对PDMS基片与PDMS盖片使用不同的预聚物和固化剂配比进行键合.设置了按不同比例键合、氧气等离子体表面处理键合及涂覆液态PDMS键合这三种方法的对比实验,并将其应用于微流控芯片的封装测试.测试结果表明,不同比例键合后的芯片键合强度适宜,可重复利用,高效节能.键合参数:基片和盖片所用预聚体、固化剂质量比分别为10:1和15:1;盖片的固化温度75℃,固化时间40 min.     

基于自动调焦显微视觉的MEMS运动测量技术

为了对微机电系统(MEMS)的机械动态性能进行测试,结合自动调焦、机器显微视觉和频闪照明成像等多项技术,设计了基于自动调焦显微视觉的MEMS动态测试系统,可进行MEMS平面运动和离面运动的测量。该文介绍了系统的设计组成和关键技术,并针对系统做了验证性实验。实验结果表明,平面亚像素位移算法的匹配精度可达1/50个像素,在系统25倍的放大倍率下,平面刚体运动测量分辨率达到7.2nm×8.3nm;自动调焦过程迅速,焦平面定位精确,离面运动测量分辨率达到0.1μm。