微流控中电动微阀注入阶段的流动控制特性研究开题报告

 2020-02-20 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

通常把微米尺度或接近微米尺度空间里的流动称为微流体。以层流或低雷诺数为主要特征的微流体的操控简称为微流控。微流控研究的空间尺度在1微米至1毫米。微流控的重要特征之一是:微尺度环境下具有独特的流体性质,如层流和液滴等。借助这些独特的流体现象,微流控可以实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作。它是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料和生物医学工程的新兴交叉学科[1]。

微流控技术是指在至少有一维为微米甚至纳米尺度的低维通道结构中控制体积为皮升至纳升的流体进行流动并传质、传热的技术[2],可广泛应用于生化分析、免疫分析、微创外科手术、环境监测等众多领域[3]。微流控的早期概念,可以追溯到19世纪70年代,采用光刻技术在硅片上制作的气相色谱仪,而后又发展为微流控毛细管电泳仪和微反应器等。微流控在20世纪80年代兴起,并在dna芯片,芯片实验室,微进样技术,微热力学技术等方面得到了发展。目前,微流控被认为在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景[4]。

我国的微流控技术研究起步较早,早在1996年即有学者开始从事微流控芯片分析的研究[5]。目前已涌现出一大批不可替代的关键性技术。自20世纪90年代起很长一段时间,微流控芯片也被称为芯片实验室(lab on a chip)和微全分析系统(micro-total analytical system)。经过20多年的发展,微流控芯片的功能扩大,应用增多,已远远超出了“分析系统”的范畴,成为多学科交叉的强大科学技术平台。作为一个已有二十余年发展历史的科学技术,微流控芯片研究的主流已从平台构建和方法发展转为不同领域的广泛应用,并从应用的需求中寻求解决其中的科学问题,进而带动产业化的迅速发展[6]。最近十几年微流控芯片迅速推广。

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2. 研究的基本内容与方案


2.1研究内容

1.基于comsol multiphysics软件,完成电动微阀注入阶段的数值模型建立。虚拟实验作为虚拟仿真技术在各个学科的应用,已受到越来越多的关注。该软件的建模求解功能基于一般偏微分方程的有限元求解,所以可以连接并求解任意物理场的耦合问题。

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3. 研究计划与安排

第1—3 周:英文翻译,完成开题报告和文献综述;

第4周:建立电动微阀注入阶段的数值模型;

第5-8周:基于comsol multiphysics软件,实现对电动微阀注入阶段的数值模拟;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 微流控技术[j].科技导报,2018,36(16):2.

[2] 李宇杰, 霍曜, 李迪,等. 微流控技术及其应用与发展[j]. 河北科技大学学报, 2014, 35(1):11-19.

[3] shoji s, kawai k. flow control methods and devices in micrometer scale channels[j]. 2011,3041-25.

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