生物芯片微擴(kuò)散管流量及微通道液體混合特性.pdf

1、微流體泵是生物芯片的核心流體驅(qū)動(dòng)部件。微擴(kuò)散管是無(wú)閥微流體泵的重要部件之一。它的結(jié)構(gòu)及流動(dòng)特性直接影響著微流體泵的工作性能。生物溶液和化學(xué)試劑的混合是生物芯片分析過(guò)程最重要的一個(gè)步驟，微混合器是生物芯片最重要的部件之一，它的混合效果直接影響到生物芯片的分析效果。因此，對(duì)微擴(kuò)散管和微混合器的流動(dòng)特性研究對(duì)研發(fā)高性能的生物芯片有重要意義。本文采用數(shù)值方法分別研究了生物芯片中微擴(kuò)散管和微混合器的流動(dòng)特征、流量效率和液體混合效率，論文共分兩部分

2、：一，微型擴(kuò)散管流動(dòng)特性和流量效率。作為生物芯片壓電微流體泵最重要的部件，它的流量效率是微流體泵關(guān)鍵技術(shù)之一。本文對(duì)矩形截面的微型擴(kuò)散管流動(dòng)進(jìn)行無(wú)量綱分析，并采用CFD軟件FLUENT對(duì)微型擴(kuò)散管液體三維流動(dòng)進(jìn)行大量的數(shù)值實(shí)驗(yàn)。計(jì)算表明，微擴(kuò)散管流量與擴(kuò)散管結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)、壓強(qiáng)差、液體性質(zhì)密切相關(guān)。大量計(jì)算結(jié)果得到矩形截面的擴(kuò)散管流量效率隨無(wú)量綱參數(shù)(雷諾數(shù)、長(zhǎng)寬比、厚寬比和擴(kuò)散角)的變化規(guī)律，以及最佳流量效率的設(shè)計(jì)參數(shù)范圍。二，微混合器

3、流動(dòng)特性和液體混合效率。本文采用數(shù)值方法研究生物芯片彎曲微通道三維周期流動(dòng)特征，以及生物樣品溶液和試劑液體在微通道擴(kuò)散混合過(guò)程。本文采用CFD軟件FLUENT對(duì)微通道四種流動(dòng)工況進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算和分析：(1)矩形截面直微通道定常流動(dòng)；(2)矩形截面直微通道流量不為零的周期流動(dòng)；(3)矩形截面彎曲微通道定常流動(dòng)；(4)矩形截面彎曲微通道流量不為零的周期流動(dòng)。大量的數(shù)值分析結(jié)果表明，在定向流量、通道截面和長(zhǎng)度相同的條件下，從第(1)到第(4)工