微流控技術(shù)方案

微流控合成條件選擇

催化劑制備和表征選修課程：XX教授指導(dǎo)教師：

匯報(bào)人：

XXX

2表面改性技術(shù)液滴技術(shù)微混合與微反應(yīng)技術(shù)微流體驅(qū)動與控制技術(shù)微反應(yīng)器設(shè)計(jì)及制作微流控合成條件選擇3微反應(yīng)器設(shè)計(jì)及制作微反應(yīng)器的種類微反應(yīng)器微化學(xué)反應(yīng)器均相反應(yīng)器非均相反應(yīng)器微生物反應(yīng)器生物大分子反應(yīng)方向1、按反應(yīng)類型分：42、按載體形式分：1）芯片微反應(yīng)器2）毛細(xì)管微反應(yīng)器[1]3）特殊形狀的特制微反應(yīng)器（1）（2）（3）常用的芯片材料有：

單晶硅片、石英、玻璃、有機(jī)聚合物

如PMMA、PDMS、PC以及水凝膠

優(yōu)點(diǎn)：

良好的生化相容性、光學(xué)性能，表面具有良好的可修飾性。下表為常見芯片制作材料的基本性能。微反應(yīng)器制作材料微反應(yīng)器設(shè)計(jì)及制作5微反應(yīng)器設(shè)計(jì)及制作6玻璃等芯片制作的主要步驟包括：涂膠、曝光、顯影、腐蝕、去膠、鍵合。高分子聚合物芯片的制作技術(shù)主要包括：

熱壓法、模塑法、注塑法、激光燒蝕法、LIGA法和軟刻蝕法等。芯片制作微反應(yīng)器設(shè)計(jì)及制作7表面改性技術(shù)微流控芯片中比表面積大，表面效應(yīng)顯著，表面重要性被強(qiáng)化。微流控芯片材質(zhì)多樣，增加了芯片表面的復(fù)雜性。微流控芯片中的芯片分離、反應(yīng)和細(xì)胞培養(yǎng)等單元技術(shù)對表面性質(zhì)的需求不同。為什么要表面改性減小表面非特異性作用增強(qiáng)表面特異性作用提高表面穩(wěn)定性改性目的8表面改性的方法分類表面改性技術(shù)表面改性方法靜態(tài)改性硅烷化聚合誘導(dǎo)接枝本體摻雜共價(jià)偶聯(lián)動態(tài)改性9常見流體驅(qū)動技術(shù)分類[2]微流體驅(qū)動與控制技術(shù)流動驅(qū)動技術(shù)機(jī)械力驅(qū)動（系統(tǒng)自身機(jī)械部件的運(yùn)動來驅(qū)動流體）氣動微泵離心力驅(qū)動壓電微泵非機(jī)械力驅(qū)動（系統(tǒng)本身沒有活動的機(jī)械部件）電滲驅(qū)動熱氣驅(qū)動光學(xué)捕獲驅(qū)動101、機(jī)械驅(qū)動包括：

離心力驅(qū)動，氣動微泵驅(qū)動，壓電微泵驅(qū)動。微流體驅(qū)動與控制技術(shù)壓電微泵驅(qū)動

向壓電雙晶片施加方波信號時(shí),壓電雙晶片在電場的作用下發(fā)生周期性彎曲變形,進(jìn)而驅(qū)動PDMS泵膜改變腔體的容積。當(dāng)壓電雙晶片帶動泵膜向上移動時(shí),泵腔體積增大,腔內(nèi)流體的壓強(qiáng)減小,使入口閥打開,同時(shí)出口閥關(guān)閉,流體在壓差的作用下流入泵腔。

112、非機(jī)械驅(qū)動包括：電滲驅(qū)動、熱氣微泵驅(qū)動、光學(xué)捕獲微泵電滲驅(qū)動：電滲驅(qū)動是當(dāng)前微流控芯片中應(yīng)用最廣泛的一種流體驅(qū)動技術(shù)。微流體驅(qū)動與控制技術(shù)12優(yōu)勢：構(gòu)架簡單、操作方便、流行扁平、無脈動等。劣勢：易受外加電場強(qiáng)度、通道表面、微流體性質(zhì)及傳熱效率等因素影響，穩(wěn)定性相對較差。

微流體控制是微流控芯片實(shí)驗(yàn)室的操作核心，在微流控芯片實(shí)驗(yàn)室所涉及的進(jìn)樣、混合、反應(yīng)、分離、檢測等過程都是在可控流體的運(yùn)動中完成的。微流體控制主要包括電滲控制和微閥控制。微流體驅(qū)動與控制技術(shù)微流體控制13微閥控制特征：低泄露、低功耗、速度快、線性范圍廣、適應(yīng)面廣舉例：雙晶片單向閥原理圖微流體驅(qū)動與控制技術(shù)14微混合和微反應(yīng)技術(shù)1、微混合

由于一般微流控裝置流體狀態(tài)以層流為主，因此微流控的微混合主要依靠擴(kuò)散提高層流條件下混合效率的主要原則為：拉伸或折疊流體以增大流體的接觸面積；利用分散混合設(shè)計(jì)，通過管路幾何交叉設(shè)計(jì)將大的液流拆分并重新組合，從而減小液流厚度，實(shí)現(xiàn)更有效混合。15微混合器的分類匯總[3]微混合和微反應(yīng)技術(shù)微混合器被動式并行疊片串聯(lián)疊片混沌對流液滴主動式磁力攪拌型聲場促進(jìn)型電場促進(jìn)型其他類型1617微混合和微反應(yīng)技術(shù)液滴技術(shù)18一種在微尺度通道內(nèi)，利用流動剪切力與表面張力之間的相互作用將連續(xù)流體分割分離成離散的納升級及以下體積的液滴的微納技術(shù)。它是近年來發(fā)展起來的一種全新的操縱微小液體體積的技術(shù)[3]。主要有氣-液相液滴和液-液相液滴兩種。氣-液相液滴由于容易在微通道中揮發(fā)和造成交叉污染而限制了其應(yīng)用。液-液相液滴根據(jù)連續(xù)相和分散相的不同又分為水包油(O/W)，油包水(W/O)，油包水包油(O/W/O)以及水包油包水(W/O/W)等，可以克服液滴揮發(fā)、交叉污染等缺點(diǎn)，因而是微流控液滴技術(shù)發(fā)展的側(cè)重所在。19液滴技術(shù)液滴技術(shù)微液滴生成水動力法氣動力法光控法電動法微液滴操控微液滴裂分微液滴融合混合微液滴分選微液滴捕獲水動力法T型通道法流動聚焦法共流聚焦法參考文獻(xiàn)[4]1、液滴的形成

水溶液和油同時(shí)從不同的微通道中流出，當(dāng)通道疏水時(shí)，油浸潤通道，包裹水溶液形成油包水（W/O）型液滴；若通道親水，過程相反，形成水包油（O/W）型液滴。液滴技術(shù)202、液滴的優(yōu)點(diǎn)1）體積小所需樣品微量，適合高通量篩選反應(yīng)和某些樣品來源有限的反應(yīng)2）樣品無擴(kuò)散

液滴技術(shù)213）反應(yīng)條件穩(wěn)定除了消除樣品分子的擴(kuò)散之外，水分子的蒸發(fā)也因油相的包圍而受到抑制，液滴內(nèi)的反應(yīng)條件幾乎不受外界影響4）樣品間的交叉污染得以避免

液滴技術(shù)225）混合迅速液滴在通道中運(yùn)動時(shí)，在液滴內(nèi)部將以運(yùn)動方向?yàn)檩S，形成兩個(gè)循環(huán)回流。液滴技術(shù)233、液滴的操控技術(shù)1）反應(yīng)物的引入A、直接進(jìn)樣當(dāng)反應(yīng)比較簡單時(shí)，可用注射泵直接將反應(yīng)物包入液滴。液滴技術(shù)24B、毛細(xì)管進(jìn)樣高通量篩選需不斷改變液滴的組成和濃度，為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，可將不同的待測樣品預(yù)先吸入毛細(xì)管中，形成一系列體積較大的液滴，然后將該毛細(xì)管與微流控芯片連接在注射泵的推動下與反應(yīng)物形成小液滴并開始反應(yīng)。液滴技術(shù)252）液滴的融合和分裂A、液滴融合兩種液滴融合的思路：現(xiàn)在芯片的不同位置平行的形成不同的液滴，控制好各液滴生成的速度，在芯片特定的位置匯合，在表面張力或靜電力的作用下，兩液滴融合。液滴技術(shù)26B、液滴的分裂液滴分裂主要依靠通道結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)液滴技術(shù)2728C、液滴的捕獲[5,6]

在沒有通電時(shí)，液滴會沿著主通道流向下游;通電時(shí)，液滴會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在介電電泳力的作用下液滴被捕獲到微孔中注意：ITO銦錫氧化物In2O3-SnO2

它們的氧化物具有半導(dǎo)體特點(diǎn),通常用它們做成膜電極.4、液滴的應(yīng)用

隨著液滴技術(shù)的發(fā)展成熟，對液滴的研究逐步轉(zhuǎn)向應(yīng)用，比較成功的例子包括：蛋白質(zhì)結(jié)晶研究、酶分析、細(xì)胞分析、材料制備和復(fù)雜過程模擬等。29液滴技術(shù)30參考文獻(xiàn)[1]張東堂,程昌,汪夏燕,夏定國.微流控法合成石墨烯負(fù)載的PtNi燃料電池陰極催化劑及其性能[J].過程工程學(xué)報(bào),2013,04:698-702.[2]游煒臻.玻璃基微流控芯片電滲泵[D].廈門大學(xué),2009.[3]朱麗,侯麗雅,章維一.微混合器研究進(jìn)展[J].微納電子技術(shù),2005,04:164-171+199.[4]陳九生,蔣稼歡.微流控液滴技術(shù):微液滴生成與操控[J].分析化學(xué),2012,08:1293-1300.[5]LiCM,Wa