复杂结构微流体芯片中的瞬态流型研究

在低质量流速和高热流密度下,对复杂结构微流体芯片中的流动沸腾进行了瞬态流型研究,发现了毫秒级微时间尺度的周期性流型和微通道中的分层流.在单个微通道区域,液膜沿流动方向逐渐增厚且蒸干总是首先发生在其上游区域,而在不同微通道区域间,下游微通道首先蒸干.分析表明,液相弗劳德数(Froude number)较低是微通道中分层流存在的原因.高沸腾数(Boiling number)引起汽液界面较大的剪切应力从而使液体不断向微通道出口处聚集,引起液膜厚度沿流动方向逐渐增厚.     

PCR生物微流体芯片中的表面钝化技术

聚合酶链式反应（polymerase chain reaction,PCR）是一种重要的体外DNA扩增技术,在生物化学、分析化学以及分子生物学等领域中得到广泛的应用．基于微电子机械系统（Microelectromechanical system,MEMS）技术构建而成的PCR生物微流体芯片由于具有反应速度快、样品消耗少以及所占空间体积少等优点而倍受人们亲睐．然而,伴随之较大比表面积以及其所用的裸露衬底材料常常抑制PCR反应,从而导致PCR不能顺利进行．本文结合本试验室的研究工作,综述了PCR生物微流体芯片中为了获得“友善”的PCR扩增体系而采取的表面钝化技术,主要包括表面钝化的必要性、静力学／动力学表面钝化技术以及硅相关材料对PCR抑制的机制等等．     

连续流动式PCR芯片相关技术研究进展

微电子机械系统(microeletromechanical system,MEMS)技术的兴起及其在生物化学领域的广泛应用,推动了聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)热循环装置越来越微型化,各种PCR微芯片／装置被开发。本文主要介绍了基于MEMS技术的连续流动式PCR(continuous—flow PCR)芯片／微装置的相关技术,包括基底材料的选择、通道表面钝化技术、微细加工技术、封接技术以及系统检测技术等,最后简单介绍目前实验室的研究工作。     

高热流作用下微通道内的周期性射流特性

在低质量流速和高热流密度下,对深度为30μm的微通道内的流动沸腾进行了实验研究,发现了毫秒级周期性喷射流型、液膜的波动及液丝的断裂现象.分析表明,喷射周期的长短与沸腾数(Bo)有关,界面非平衡蒸发导致液丝失稳及液膜波动;微通道宽度方向上的Marangoni效应引起液膜和液丝的收缩、波动及断裂.     

微推进器两相流型特征及产生机理

针对以低浓度过氧化氢作为液体燃料的硅基微推进器,采用高速可视化手段考察过氧化氢分解形成的气液两相流在微喷嘴扩张段的流动特征.发现流型总体特点是泡状流型阶段和环状流型喷气阶段交替出现.在环状流喷气阶段,微喷嘴扩张段内的气液界面呈现特殊的瓶颈形结构,形成瓶颈形流型结构的微液滴在微喷嘴出口处往复运动,形成单向止回阀效应,使得环状流喷气过程呈现周期性间断的特点.