双核复合液滴生成与渗透压诱导内核融合研究

摘要

利用液滴微流控技术可生成纳升尺度的液滴微反应器，并以其为载体，进行生物化学反应。而如何诱导两个或多个包含不同成分的液滴融合是实现液滴作为微反应器的关键技术之一，复合液滴独特的核壳式结构能够使内核液滴与外界环境隔离，有效的保护内核液滴中的成分免受外部环境的干扰，为纳升级的生物化学反应提供了较为理想的平台；另外，虽然有关利用复合液滴作为微胶囊包裹样品的研究有很多，但关于进一步诱导复合液滴内核融合的研究却鲜有报道。本文以此为切入点，针对液滴的形成以及渗透压诱导双核复合液滴内核融合展开研究，对进一步扩大复合液滴的应用具有重要意义。
　　首先，综述了液滴生成技术与应用的国内外研究现状，阐述了液滴成形的基本理论，主要包括静态流体柱破碎与动态流体界面不稳定性的相关理论；然后结合玻璃毛细管芯片的特点，分析了滴状与射流两种液滴生成模式的主要成因以及液滴动力学中相关无量纲参数对液滴形成的影响；建立了单乳液滴大小与临界毛细数的关系，研究了三相流速对复合液滴大小、内核数目的影响，为后续制备大小合适的双核复合液滴提供一定的理论指导。
　　其次，以理论分析为基础，采用相场法建立了基于玻璃毛细管芯片系统的单乳液滴生成模型，并针对两相流速、外相粘度以及表面张力系数等因素进行仿真，研究它们对液滴大小以及频率的影响，与理论分析作对比，为实验研究复合液滴提供了一定的指导。
　　最后，根据不同的实验目的，设计并加工了两种玻璃毛细管芯片，搭建实验系统；实验研究了三相流速对复合液滴大小、壳厚以及内核数目的影响，验证理论分析的正确性；在实验研究三相流速对内核数目影响的基础上，制备具有渗透功能的双核复合液滴，研究了渗透压对双核复合液滴内核融合的影响，并验证了利用渗透压诱导双核复合液滴内核融合作为微反应器的可行性。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题的研究目的与意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 基于玻璃毛细管芯片液滴成形机理

2.1 引言

2.2 液滴成形基本理论

2.3 基于玻璃毛细管芯片系统的液滴尺寸研究

2.4 双核及多核复合液滴形成条件

2.5 本章小结

第3章 基于玻璃毛细管芯片液滴形成仿真分析

3.1 引言

3.2 仿真分析的方法及控制方程

3.3 仿真模型的建立及条件设置

3.4 仿真结果分析

3.5 本章小结

第4章 液滴生成微流控芯片设计及实验系统搭建

4.1 引言

4.2 实验器材及材料

4.3 玻璃毛细管芯片的设计加工

4.4 液滴微流控实验平台的搭建

4.5 本章小结

第5章 复合液滴生成与双核复合液滴内核融合实验研究

5.1引言

5.2 复合液滴生成研究

5.3 渗透压诱导双核复合液滴内核融合实验分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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