微流控芯片技术与建模分析：微通道的流体控制与应用

2023-11-03 理论教育版权反馈

【摘要】：微通道不仅是作为流体流动的单元，更是进行流体控制的工具。通过微通道自身的特性来实现对流体的流动控制，通道的构型、通道表面性质、附加装置均是影响通道控制流体的主要因素。微通道构型在芯片电泳中的应用。另外，在微流体混合器中，为了提高混合效率而精心设计各种特殊通道构型，这些构型对流体的控制都起到了重要的作用。

微通道不仅是作为流体流动的单元，更是进行流体控制的工具。利用微通道自身的特性来实现微流体的驱动、进样、混合、分离，以及液滴的产生、控制等，已经表现出良好的效果。

(1)通过微通道自身的特性来实现对流体的流动控制，通道的构型、通道表面性质、附加装置均是影响通道控制流体的主要因素。例如，微通道构型在微阀设计中的应用：受流体的惯性作用，流体从不同方向流过此单元通道时，其主要的路径(流阻)不同，从而实现净流量。

机械微阀往往结构复杂，或者加工难度大，或者控制难度大，不容易集成在芯片上。利用通道构型的不同来实现阀的作用，不仅加工简单，易于通过计算设计来进行优化，而且易于集成。(www.chuimin.cn)

(2)微通道构型在芯片电泳中的应用。芯片毛细管电泳可以在较短的通道中实现快速、高效的分离，但对于某些难分离的物质，仍需较长的分离通道。因此，为了在面积较小的芯片上容纳足够长的分离通道，常常将分离的通道形状设计成带有弯道的逶迤形。但是，这会产生弯道效应。消除弯道效应的方法有：采用成对转弯通道、减小转弯通道的宽度、增大弯道的曲率半径。

(3)除了上面介绍的以微通道构型实现的阀功能单元及毛细管电泳芯片研究过的弯道构型外，微流控芯片的其他功能单元(如进样单元、混合单元、分离单元等)的通道结构设计也十分重要。在微流体进样系统中，有T形通道、十字通道、双T形通道、多T形通道等构型，其通过改变色谱柱内流动相横向和纵向传输通道的距离、固定相与流动相的相比等因素，继而影响整个色谱柱的性能——涡流效应、弯道效应。另外，在微流体混合器中，为了提高混合效率而精心设计各种特殊通道构型，这些构型对流体的控制都起到了重要的作用。

微流控芯片技术与建模分析：微通道的流体控制与应用

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