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.     

集成阵列叉指电极介电泳芯片仿真与实验研究

分析了介电泳芯片中粒子所受的介电泳力的影响因素,采用Comsol软件建立阵列叉指电极介电泳芯片的数学模型。通过设置边界条件,对电极的电场进行仿真并对电极的尺寸参数进行优化。为了对仿真结果进行验证,采用MEMS工艺,在ITO玻璃表面制备出叉指电极结构,并与PDMS微流通道键合之后制备出完整的介电泳芯片。采用酵母菌为实验对象,分别对交流电压以及交流电压频率对介电泳的富集效率的影响进行研究。富集效率随电极施加的电压的增大而增大;但增加到一定的程度,富集效率保持不变。改变交流信号的频率,可以改变介电泳的类型。通过调整交流信号的频率,实现了酵母菌的正负介电泳富集。酵母菌在电导率为1μS/cm的悬浮溶液中,存在两个临界频率,分别为40 k Hz、15 MHz。当交流电压的频率为2 MHz时,酵母菌细胞的富集效率最高。     

基于介电泳的生物粒子分离芯片

在阐述介电泳基础理论研究成果基础上,研究了传统介电泳力、电动旋转介电泳力和行波介电泳的计算模型力,分析了克劳修斯-莫索提因子对正负介电泳的影响,给出了介电泳力的统一计算模型.研究了基于介电泳技术的多种类型的生物粒子分离芯片的研究现状,并从与芯片实验室的集成性、分离的准确性、分离对象多样性和分离对象的尺寸等综合指标,分析了基于微流体和介电泳混合作用、行波介电泳以及介电笼等方法构造的生物粒子分离芯片各自存在的问题,在此基础上提出综合应用行波介电泳和介电笼分离技术,建立面向200 nm～2 μm的微纳米生物粒子分离芯片,从而为建立满足分子芯片实验室需求的分离芯片研制提供了一个可行的方案.     

基于介电泳的电旋转芯片电极结构优化与仿真

针对电旋转芯片不同形状的电极结构进行了旋转力矩分析。首先分析了电旋转模型的电场,建立了旋转电场的力矩数学模型;然后主要对凹圆形、方形、双曲线和三角形四种电极结构形成的旋转电场,利用COMSOL Multiphysics进行了有限元仿真分析,分析比较了四种电极结构的电场有效因子和旋转电场质量因子Q。仿真结果表明,双曲线形的电极结构形成的电场强度较强,旋转力矩较为平稳,是四种结构中最理想的旋转电极。     

碳纳米管介电电泳排布仿真研究

建立碳纳米管介电电泳排布的数学模型,利用有限元方法模拟电场分布对介电电泳力大小和方向的影响,结果表明碳纳米管最终的沉积位置以及排布方向受电场方向及梯度的控制,已沉积碳纳米管影响局部电场分布导致与其他碳纳米管产生排斥作用,因此通过改变电场分布可以有效控制介电电泳力的方向与大小,实现碳纳米管的规律排布.     

微流控芯片在单细胞捕获中的应用

 单细胞捕获是单细胞水平研究的前提和重要组成部分。微流控芯片通常具有与细胞尺寸相当的微通道结构,并能操控纳升至皮升级的极小体积流体,非常适用于高通量的单细胞捕获,加上微流控芯片能够将其他多种操作单元集成在一起,为单细胞分析提供了一种效率高、消耗低的研究平台。概述并对比了多种涉及流体力学、光、电、磁、声等领域的微流控单细胞捕获技术的原理和应用,展望了其未来的研究方向。     

多岛微电极中纳米线介电组装机理研究

为了探究多岛微电极中纳米线的介电组装机理,基于单岛微电极和双岛微电极分别设计了纳米线介电组装实验,并建立了相应的微电极组装数值模型,分析了电场分布、介电泳力、交流电热流对介电组装的影响及合力作用下纳米线的电动力学行为.双岛微电极的电场分布具有更强的奇异性,对纳米线介电组装更有利;在电场频率超过反转频率后,双岛微电极中电热流的流动方向开始发生反向,中间微间隙区域上方出现的对流旋涡能够将纳米线输送至微间隙组装区域,进一步阐明纳米线的组装行为是介电泳力与电热流共同作用形成的.     

弧形阵列微电极对高电导率流体混合效率的影响

微流体交流电热效应混合是缩短药物筛选时间的有效手段之一.混合机制通常由微电极诱导流体内部产生温度梯度,从而形成涡流用于整个样品区域内的流体搅拌.但生物流体电导率偏高,交流电热的温升容易影响药物活性.因此,设计并封装一款环形微流体混合芯片,在不损失混合效率的前提下抑制流体的温升,揭示该芯片的混合性能,数值模拟与实验对微通...     

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。     

基于移动介电笼的生物粒子分离

针对目前介电泳分离芯片存在的问题,从与芯片实验室系统的集成性、分离的准确性、分离对象的多样性以及灵活性等综合指标分析,提出了基于移动介电笼的分离新方法.并根据Maxwell应力张量法构建了面向纳米级病毒分子的电极特征尺寸为500 nm的移动介电笼分离芯片,同时对实现新型分离芯片所涉及的基本原理、芯片物理模型以及相关三维电极阵列的结构设计和加工工艺等方面进行了研究,最后应用FEMLAB对介电笼的移动过程进行了数值仿真,验证了所设计模型的可行性.     

介电泳效应的液滴聚结过程与分布

基于Cahn-Hilliard建立Navier-Stokes两相流体动力学和电场Maxwell应力张量法的多物理场耦合模型,用于平行极板型、针型和圆环型电极的液滴聚结仿真.研究结果表明:较强的电场强度诱导分散相液滴聚结耗时较短,液滴链的结构和均匀度受电极形状和电场空间均匀性的影响较大;均匀电场诱导液滴成链较为均匀,并不受液滴数量的影响.在指针型和圆环型电极产生的非均匀电场只能在液滴数量较少的条件下,实现规则液滴链的生成.通过多物理场模型建模,仿真结果能够为静电纺丝、液滴合并、液泡回收等复杂微流体电学控制提供理论基础.     

PDMS-玻璃微流控芯片上HepG2细胞培养条件研究

对聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)-玻璃微流控芯片上HepG2细胞的培养条件进行了优化研究,包括细胞附着表面的修饰、细胞接种密度、培养基血清浓度以及更换频率4个方面,并与传统的孔板细胞培养进行了对比。研究结果表明,纤连蛋白(Fibronectin,FN)比聚赖氨酸(Polylysine,PLL)、胶原蛋白(Collagen)具有更好的促细胞附着生长能力,1.0×106～2.0×106个/ml为芯片上适宜的细胞接种密度,提高培养基中血清体积分数到20%有利于芯片上细胞的生长,芯片上细胞培养基更换时间间隔应控制在8～16 h之内;经过优化后,芯片上HepG2细胞呈现出与传统孔板中HepG2细胞相同的增殖趋势、增殖率。     

单片机控制的微流控芯片微型气动装置系统设计

微流体控制和驱动技术是微流控芯片（Microfluidic Chip)的发展和应用的关键技术之一,介绍了一种基于STC90C516RD+系列单片机控制和驱动微流控芯片内管道内液体的电路结构设计。设计的微流控芯片上集成了微管道、微阀和气动微泵等结构,单片机通过外部的独立按键选择和控制电磁阀,实现对微流控芯片内的进样管道选择和流体控制。该系统结构简单、稳定可靠,适宜作为独立的系统实现微流控芯片的复杂控制。     

面向典型微流控芯片的流场测速技术研究

介绍了微流体流动特性测试技术的发展和应用概况,选用激发光源、荧光显微镜和高精度CCD摄像机等建立了显微粒子图像测速装置,用于测量微流控芯片内部电渗流流动特性,并给出显微成像单元、激发光源、示踪粒子的技术指标和适用范围．根据微流控芯片的特征尺寸和内部电渗流速度．分析了应用显微粒子图像测速技术测量微流场速度分布的测量分辨率、测量精度、测速范围等关键问题．研究结果表明：在电场强度100V／cm、宽度50μm的玻璃微通道内,硼砂电渗流速度约为220μm／s,放大倍率低于40倍,MicroPIV动态测速范围能满足流场测速要求;选用直径．300nm的荧光粒子,在高于10倍放大倍率下,粒子像大干3个CCD像元的尺寸,可以进行观测;MicroPIV测速系统的测速精度则与光学系统、图像处理技术、电场力、布朗运动等有关系．     

污泥中硝化细菌富集培养技术的研究

通过对某污水处理厂二沉池的活性污泥进行培养，使污泥中异养菌数量减少。硝化细菌数量增加，成为优势菌。试验结果证明在培养基中加入活性炭填料及适量有机物是促进硝化细菌富集生长的可行方法，其中盐度和pH值是两个重要的条件。     

EM菌富集培养及降解污水试验研究

利用有效微生物EM分别进行了EM富集培养、EM降解污水的试验研究，研究表明：（a）用糖蜜、蜂蜜及高浓度污水均能有效地富集培养EM；（b）与活性污泥降解污水相比，EM富集培养液降解污水可以显著提高处理效率；（c）活性污泥中投加EM富集培养液可以减少剩余污泥量。     

铁矿石富氧烧结试验研究

在铁矿石烧结过程中进行富氧,观察富氧后烧结固体燃料消耗、成品率、利用系数、冶金性能及矿相显微结构等指标的变化情况.试验表明：富氧时间为2～4 min、富氧量为5～8 m³/t时,烧结矿的各项指标较好.在该条件下,与基准烧结矿相比,成品率提高2.12%、转鼓强度值提高0.92%、固体燃料消耗降低1.56 kg/t;富氧烧结对改善烧结矿成品率的试验结果表明：16组烧结试验中,对烧结过程进行富氧后,成品率提高了0.79%~2.05%,富氧后的成品率平均高于基准成品率1.35%.随着富氧量的增加,成品率呈现出增长趋势;而随着富氧时间的增加,成品率没有明显增长.同时,富氧烧结后,烧结固体燃料消耗下降0.69~1.41 kg/t.     

生物制氢系统产氢菌的富集培养与分离技术

从生物制氢反应器中富集、分离培养发酵产氢细菌并发挥其最大产氢能力,可以提高高浓度有机废水制氢系统的产氢性能。采用活性污泥混合培养发酵反应器和设计培养基研究产氢菌的富集培养和分离。将连续流发酵法生物制氢系统的运行参数调整如下：pH值为4．0～4．2,温度为35～38℃,氧化还原电位（ORP）为-100mV,反应器运行40～50d,使之达到产氢最佳的乙醇型发酵阶段,初步富集以产氢菌为优势群落的活性污泥;以葡萄糖、果糖和麦牙糖为碳源,以蛋白胨和牛肉膏为氮源,设计HPB—LR培养基,严格厌氧条件下,可以有效地富集培养产氢发酵细菌。采用改良Hungater技术、厌氧管斜面法和平板培养瓶厌氧技术等3种厌氧培养技术分离培养产氢菌效果最佳。获得产氢菌94株,这些菌株经过筛选鉴定,获得3株高效产氢菌。这些菌株为发酵法生物制氢工程提供了宝贵的微生物种质资源。