极性分子型电流变液

电流变液在电场作用下软硬连续可调的奇特性质具有广泛和重要的应用价值。传统电流变液是基于颗粒极化产生的相互作用,根据介电理论预测,其剪切屈服强度的上限约为10kPa。电流变液被发明50年来,阻碍其应用的主要原因是剪切强度低。近年来发明的"极性分子型电流变液"是一类新型电流变液,其屈服强度比传统电流变液大一个数量级以上,且与电场强度呈线性关系,这一点和传统电流变液中的平方关系也明显不同。文章作者提出了极性分子在颗粒间强局域电场中的取向并与极化电荷作用的模型,成功地解释了观察到的实验现象。根据这一原理,有可能制备出屈服强度高达MPa的电流变液。     

多极板电流变阀应用于避震器之研究

以流动模式（flow mode)多极板之电流变阀（electrorheological valve)进行避震器阻尼力特性的研究。由于电极板的大小直接影响到流体流动的剪力及避雷器的阻尼力,因此使用多极板型式来探讨避震器的特性。设计有1－5个流道之并联及1－3个流道之串联多极板电流变阀的电流变避震器,并使用自制的电流变液进行实验。由研究结果显示,流动式并联极板之电流变避震器,一个流道之阻尼力最大,流道极板增加则阻尼力反而下降,而流动式串联多极板之电流变避震器之阻尼力则随极板数递增,故需要高阻尼力之避震器较适合使用串联多极板型式。     

电流变液的研究进展及应用前景

电场致流变液体（电流变液）是一些高介电小颗粒和低介电油液的混合体，它在高电场作用下呈现液体与固体间的变换，变换时间为几毫秒，而且变换可逆。阐明了电流变液的原理，综述了电流变液在机制、材料及应用等方面的研究现状，并介绍了电流变液在技术和工业上广泛的应用前景。     

巨电流变效应及其机理

文章介绍了一种全新的电流变材料，即一种具有巨电流变(giant electro-rheological，简称GER)效应的纳米颗粒电流变液．之所以称之为“巨”，是因为此类材料的电流变效应远远突破了通常理论所预测到的“上限”，其剪切强度超过100kPa．同时文章作者还发现，此类电流变效应与外加电场呈线性变化关系，而非通常的二次方关系．用所提出的“表面极化饱和”模型圆满地解释了GER效应的实验结果．     

一种稳定性得到改善的电流变液

用ＳｉＯ２／Ｐ（ＭＭＡ－ＭＡＡ）微囊复合颗粒与甲基硅油混合并加入适量的添加剂所制成的流体具有电流变效应; 其稳定性相对于由微米ＳｉＯ２、纳米ＳｉＯ２ 制成的电流变液有较大的改善．     

固液双相电流变系统流动过程的相转变特性

考虑电流变液多粒子近程相互作用，利用等效平板电导模型，研究了电流变液流动过程相转变点的特性，并设计实验观察了电流变液中的这种相转变现象.研究结果表明，电流变液在一定压力梯度作用下发生流动，此时为双相流；当外加电场达到某一值时，电流变液中颗粒不流动，由固液双相流转变为液体单相流动，发生场控相转变，理论模拟结果与实验观察结果基本相符.阈值电场随外加压力梯度的增加而加大，随颗粒浓度的增加而减小. 关键词： 电流变液 颗粒流 相转变     

电流变液微波反射可调控性

研究了纳米二氧化钛包覆高岭土和钇掺杂钛酸钡两种电流变液的微波反射行为.实验发现，在垂直于微波传播方向电场作用下，两种电流变液微波反射系数均随电场强度的增大而增大；钇掺杂钛酸钡电流变液微波反射系数变化幅度比二氧化钛包覆高岭土电流变液宽，并且电场调节的能力随浓度的增加有减弱的趋势.对钇掺杂钛酸钡电流变液存在一个临界浓度，低于这个浓度，电场的调控能力随电场强度的增加而增大，高于这个浓度，电场的调控能力随电场的增加先增大后减小.另外，二氧化钛包覆高岭土电流变液反射回波相位随电场强度的增大出现最大值后逐渐减小趋于平 关键词： 电流变液 微波反射 相位     

电流变液的流变学响应与其非线性介电性质的关系

对两类电流变液的介电性质的测量结果表明，强交流电场下电流变液经历介面极化；而且是一种非线性极化．根据海藻酸钠和NaY沸石电流变液的动态剪切应力与强电场介电谱相似这一事实，确定了这两种样品的流变学响应时间下限，它们分别是1ms和0.7ms．还发现NaY电流变液的动态切应力与非线性三次谐波的强度有关；一种高分子半导体电流变液的流变学响应基本不受样品含水量的影响．对上述实验结果进行了解释 关键词：     

刚性微球微流控惯性聚焦过程研究

利用流体的惯性效应实现刚性微球的高通量精确操控是一种新颖微流控方法,其在材料合成、生化反应和医学诊断等领域有着重要应用。本研究为实现刚性微球的等间距聚焦流动,设计制备了基于惯性聚焦的具有多个聚焦单元和鞘液聚焦结构的微流控芯片,实验以直径10μm的聚苯乙烯微球作为模型,考察了在特定微流条件下微球的聚焦效果。结果表明,在乙醇样品液以710μL/min流量均匀流动时,微球自第60个聚焦单元开始聚焦形成单一排列的流型。在已稳定聚焦成单一排列的微球队列上叠加相应条件的鞘液聚焦流,能够增强流动聚焦效果,并可控制微球间的相对距离。上述结果为深入研究微流体环境下刚性粒子的运动特性和开发相关的微流芯片提供了重要参考。     

电流变液中的电导率问题

直汉电场中电导率的微小变化会影响电流变效应是一个显见的事实，但长期以来，在电流变机理的研究中却被忽略。文章介绍近年来电流变液中的电导率问题研究的若干重要进展，包括经典点偶极子模型在直流电场中的改进、负电流变效应和电流变液的电导模型。     

微流控SERS芯片及其生物传感应用

由于微流控芯片具有优异的集成性和灵活的可操作性,基于芯片上的检测方法被大量开发,发展十分迅速。其中,表面增强拉曼光谱（SERS）凭借其超高的灵敏度、独一无二的指纹谱和窄峰宽等特点成为一种广泛采用的检测手段。SERS微流控芯片集SERS检测技术与微流控芯片的优势于一体,一方面为SERS检测方法的重复性和可靠性提供了一个高效平台,另一方面推动了微流控芯片的功能拓展,在生物分子探测、细胞捕获乃至组织模拟等领域具有广阔的应用前景。本文在简要介绍SERS的原理及其生物传感应用的基础上,重点概述了SERS微流控芯片的构建及其在生物传感及检测中的应用,最后探讨了该研究方向存在的问题及发展方向。     

T型微通道制备可控粒径SiO2的微球数值模拟

通过数值模拟对T型通道中微液滴粒径控制的主要因素进行探讨,并结合实验验证确定了稳定控制液滴粒径的条件。结果表明离散相与连续相入口管径比及流速比是控制粒径的主要因素,并获得了50,80,120 m粒径的SiO2微球（入口管径比为5,流速比为4,6,10）,其球形度大于93%,单分散性小于5%。实验结果与数值模拟匹配性较好。     

T型微通道中液滴半阻塞不对称分裂行为研究

液滴不对称分裂是获得不同尺寸微液滴的优选方法,研究液滴不对称分裂行为对于生物医学、能源化工及食品工程等领域具有重要意义.本文研制T型微通道芯片并设计搭建T型微通道液滴半阻塞不对称分裂行为可视化实验平台,研究流量调控对微液滴分裂比的影响规律,并建立理论模型对分裂比进行预测,得到以下结论:液滴不对称挤压分裂过程分为挤压前期、挤压后期和快速夹断阶段,在挤压前期,液滴颈部宽度随时间呈线性变化,在挤压后期,颈部宽度随时间呈指数关系,而在快速夹断阶段,液滴颈部向心收缩的界面附加压力占主导,液滴颈部宽度剧烈收缩,呈断崖式减小;调控分支通道流量可对液滴不对称分裂比进行调控,且调控作用受毛细数影响较大;基于液液流动压降模型的液滴分裂比预测模型能够有效预测液滴分裂比.     

基于微流控装置制备聚丙烯腈靶用微胶囊

对惯性约束聚变靶用聚合物微胶囊的制备方法进行了研究,设计了一种基于双T型结构的微通道乳化装置,用于制备稳定的双重乳液。使用玻璃毛细管作为中间相溶液的微通道,可以提高三相流速的调节范围,从而加大乳液尺寸分布范围。三相溶液密度差异小,因此乳液的同心度可以逐渐自发调整。通过调节不同的固化转速,发现在55 r/min下微球的同心度达到最佳,超过98.7%。使用扫描电镜对靶丸进行形貌和X射线能量色散谱分析表明,超临界干燥方法可以同时满足去除内部溶剂和保持靶丸结构不受破坏的要求。最终成功制得了粒径300～1000 m、壁厚20～300 m的聚丙烯腈空心微胶囊。     

微流控SERS及其在生物医学应用的研究进展

微流控芯片以其对微量样品的精确操控能力而引起特别关注,表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种超灵敏的光谱检测技术近年来在痕量检测上应用广泛。微流控芯片与SERS相结合的系统可对微量生物样品进行无损、快速、高灵敏度且高通量的检测分析,在生物医学领域有巨大的应用潜力,是当前的研究热点之一。本文介绍了微流控SERS系统近年的发展情况,包括微流控芯片的制作加工和流体操控,以及微流控芯片中SERS基底的集成;并重点介绍了近年来SERS微流控芯片系统在生物医学上的应用,如生物分子的检测、细胞分析、药物监测和筛选、疾病诊断,以及在环境和食品健康安全方面的检测应用。     

微流控芯片流道特征超声C扫描分析

微流控芯片流道宽度处于微米尺度,存在特征辨识困难的问题。该文选取两种具有不同流道宽度和布局的典型微流控芯片,采用超声C扫描技术进行流道特征成像。利用标称中心频率15 MHz、10 MHz和5 MHz聚焦探头实施水浸C扫描检测,并分析中心频率、焦斑直径、扫描步进等关键参数对流道表征的影响。实验结果表明,对于流道宽度200μm的微流控芯片,当探头中心频率不低于10 MHz、扫描步进不超过0.1 mm时,成像分辨力和流道表征效果最佳,且流道中心间距测量误差不超过5%。同时,超声C扫描图像可以反映流道宽度变化,辨识发生堵塞的微流控芯片。     

Biophysical model for high-throughput tumor and epithelial cell co-culture in complex biochemical microenvironments

The in vivo tumor microenvironment is a complex niche that includes heterogeneous physical structures,unique biochemical gradients and multiple cell interactions.Its high-fidelity in vitro reconstruction is of fundamental importance to improve current understandings of cell behavior,efficacy predictions and drug safety.In this study,we have developed a high-throughput biochip with hundreds of composite extracellular matrix(ECM)microchambers to co-culture invasive breast cancer cells(MDA-MB-231-RFP)and normal breast epithelial cells(MCF-10 A-GFP).The composite ECM is composed of type I collagen and Matrigel which provides a heterogeneous microenvironment that is similar to that of in vivo cell growth.Additionally,the growth factors and drug gradients that involve human epidermal growth factor(EGF),discoidin domain receptor 1(DDR1)inhibitor 7 rh and matrix metalloproteinase inhibitor batimastat allow for the mimicking of the complex in vivo biochemical microenvironment to investigate their effect on the spatial-temporal dynamics of cell growth.Our results demonstrate that the MDA-MB-231-RFP cells and MCF-10 A-GFP cells exhibit different spatial proliferation behaviors under the combination of growth factors and drugs.Basing on the experimental data,we have also developed a cellular automata(CA)model that incorporated drug diffusion to describe the experimental phenomenon,as well as employed Shannon entropy(SE)to explore the effect of the drug diffusion coefficient on the spatial-temporal dynamics of cell growth.The results indicate that the uniform cell growth is related to the drug diffusion coefficient,which reveals that the pore size of the ECM plays a key role in the formation of complex biochemical gradients.Therefore,our integrated,biomimetic and high-throughput co-culture platforms,as well as the computational model can be used as an effective tool for investigating cancer pathogenesis and drug development.     

微通道内红细胞流动与变形的可视化研究

微循环条件下,红细胞的尺寸与血管相近,血液不能视为均质流体,其流动表现出较强的颗粒性,红细胞流变特性对血液流动有较大影响。本文使用高倍显微镜对微流控芯片矩形截面微通道内红细胞的流动和变形特性进行可视化观察研究,并使用高速CCD相机拍摄和捕捉了红细胞在微通道内的流动和变形过程。通过观察不同浓度、粘度和速度下红细胞的聚集性、变形性以及常见的运动形态,发现红细胞在低粘度、低速流动条件下表现为两面凹圆盘形,沿流动方向运动过程总是伴随着翻转与旋转;在高粘度、高速运动条件下,红细胞表现为扁平椭圆形、呈坦克履带式(TTM)前进。     

玻璃微流控芯片表面改性的微观机理研究

在玻璃微流控芯片通道表面用硅烷化试剂二氯二甲基硅烷进行处理后，二氯二甲基硅烷与玻璃通道表面的硅羟基反应，硅烷基覆盖在原来的硅羟基上，其结果为电渗流减小甚至完全消除.进一步采用全势能线性糕模轨道分子动力学方法，对表面反应的微观结构进行了理论计算，计算结果表明硅羟基中的氢原子与二氯二甲基硅烷中的氯原子结合形成稳定的HCl分子结构而脱离，从而使硅烷基覆盖在表面上. 关键词： 微流控芯片 二氯二甲基硅烷 分子动力学方法 微观稳定结构     

A Lotus shaped acoustofluidic mixer: High throughput homogenisation of liquids in 2 ms using hydrodynamically coupled resonators

This paper presents an acoustically actuated microfluidic mixer that uses an array of hydrodynamically coupled resonators to rapidly homogenise liquid solutions and synthesise nanoparticles. The system relies on 8 identical oscillating cantilevers that are equally spaced on the perimeter of a circular well, through which the liquid solutions are introduced. When an oscillatory electrical signal is applied to a piezoelectric transducer attached to the device, the cantilevers start resonating. Due to the close proximity between the cantilevers, their circular arrangement and the liquid medium in which they are immersed, the vibration of each cantilever affects the response of its neighbours. The streaming fields and shearing rates resulting from the oscillating structures were characterised. It was shown that the system can be used to effectively mix fluids at flow rates up to 1400 µl.min⁻¹ in time scales as low as 2 ms. The rapid mixing time is especially advantageous for nanoparticle synthesis, which is demonstrated by synthesising Poly lactide-co-glycolic acid (PLGA) nanoparticles with 52.2 nm size and PDI of 0.44.