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数字化无阀微泵的设计、制作及应用实验研究
中文名称: 数字化无阀微泵的设计、制作及应用实验研究
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论文编号: 3102547收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Research on Design, Fabrication and Application of Digital Valveless Micropump
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 机械电子工程
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 微流体系统 无阀微泵 微流体数字化技术 泵送性能 生物制造 细胞支架 细胞输送
简介目录: 点击此处 免费索取本论文简介和目录>>
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论文简介:本文基于“微流体数字化”技术,充分利用微尺度特性,提出固液两相耦合驱动原理:在微尺度下,由外部作用,使固壁产生周期性的沿流向的小幅运动;由于边界流与固壁间的分子作用力,使边界流具有固体特性,所以边界流与固壁一起运动;边界流与中间流产生速度差势,由于液体间粘性力的作用,拖动中间流运动。 以此设计新型的非隔膜式的数字化无阀微泵。微泵两端呈针状,中间为腔体,进口端直径大于出口端直径。利用毛细作用力将液体吸入,再利用固液耦合作用驱动泵腔体内流体运动,由于进、出口端自锁,液体形成单向流,由出口端泵送出去,实现流体的微泵送。经建模分析,微泵的结构参数、固相运动参数以及液相粘性参数对流动产生影响,需要综合各参数,进行优化。 针对玻璃成形特点,设计制作水平式微器件制备仪,并制作了成本较低的玻璃无阀微泵管。并进行原理性验证实验,证明原理正确,可实现泵送。针对不同的出口直径,微泵管的进、出口比率在适当的范围内,可实现泵送。 数字化无阀微泵可实现连续流、离散流的泵送。低频率驱动可泵送离散流,高频率驱动可泵送连续流。无阀微泵对泵送液体具有广泛的适用性。可泵送较低黏度液体,如蒸馏水、酒精;也可泵送较高粘度的酸奶;还实现了银粉悬浊液的泵送,没有沉积或堵塞现象;对含细胞的培养液也实现了培养液包裹细胞同时的单个的泵送。无阀微泵泵送液体量微小、单次离散泵送可达皮升级;泵送体积流速可控制得很小,经测量,可达0.541μL/min,甚至更小;泵送效率较高,泵送的出口速度可达0.2m/s。 结合生物制造中的应用研究,利用无阀微泵将细胞向组织支架上进行定点输送,摸索多种细胞在组织支架上的培养的可能性。运用微立体光刻技术,设计、制备初步的微米级的圆柱阵列式和三角孔式细胞支架,支架结构微小,支架孔径约为100-150μm,可作为原生代种子细胞的附着处,支架内部有营养存储空间和流动通道。选用虾卵、小鼠卵细胞实验,该无阀微泵可利用毛细作用力,将含有细胞的培养液连同细胞一起吸入微泵管内,并可将细胞定点输送到指定的支架微孔内,并能保持生物活性。此方法为三维空间多种细胞排列生长提供一种思路。
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