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2015年4月1日微流控合成条件选择催化剂制备和表征选修课程：XX教授指导教师：汇报人：XXX学号：s20140500X2015年4月1日2表面改性技术液滴技术微混合与微反应技术微流体驱动与控制技术微反应器设计及制作微流控合成条件选择2015年4月1日3微反应器设计及制作微反应器的种类微反应器微化学反应器均相反应器非均相反应器微生物反应器生物大分子反应方向1、按反应类型分：2015年4月1日42、按载体形式分：1）芯片微反应器2）毛细管微反应器[1]3）特殊形状的特制微反应器（1）（2）（3）2015年4月1日•常用的芯片材料有：单晶硅片、石英、玻璃、有机聚合物如PMMA、PDMS、PC以及水凝胶优点：良好的生化相容性、光学性能，表面具有良好的可修饰性。下表为常见芯片制作材料的基本性能。微反应器制作材料微反应器设计及制作52015年4月1日微反应器设计及制作62015年4月1日•玻璃等芯片制作的主要步骤包括：涂胶、曝光、显影、腐蚀、去胶、键合。•高分子聚合物芯片的制作技术主要包括：热压法、模塑法、注塑法、激光烧蚀法、LIGA法和软刻蚀法等。芯片制作微反应器设计及制作72015年4月1日表面改性技术•微流控芯片中比表面积大，表面效应显著，表面重要性被强化。•微流控芯片材质多样，增加了芯片表面的复杂性。•微流控芯片中的芯片分离、反应和细胞培养等单元技术对表面性质的需求不同。为什么要表面改性•减小表面非特异性作用•增强表面特异性作用•提高表面稳定性改性目的82015年4月1日表面改性的方法分类表面改性技术表面改性方法静态改性硅烷化聚合诱导接枝本体掺杂共价偶联动态改性92015年4月1日常见流体驱动技术分类[2]微流体驱动与控制技术流动驱动技术机械力驱动（系统自身机械部件的运动来驱动流体）气动微泵离心力驱动压电微泵非机械力驱动（系统本身没有活动的机械部件）电渗驱动热气驱动光学捕获驱动102015年4月1日1、机械驱动包括：离心力驱动，气动微泵驱动，压电微泵驱动。微流体驱动与控制技术压电微泵驱动向压电双晶片施加方波信号时,压电双晶片在电场的作用下发生周期性弯曲变形,进而驱动PDMS泵膜改变腔体的容积。当压电双晶片带动泵膜向上移动时,泵腔体积增大,腔内流体的压强减小,使入口阀打开,同时出口阀关闭,流体在压差的作用下流入泵腔。112015年4月1日2、非机械驱动包括：电渗驱动、热气微泵驱动、光学捕获微泵电渗驱动：电渗驱动是当前微流控芯片中应用最广泛的一种流体驱动技术。微流体驱动与控制技术12优势：构架简单、操作方便、流行扁平、无脉动等。劣势：易受外加电场强度、通道表面、微流体性质及传热效率等因素影响，稳定性相对较差。2015年4月1日微流体控制是微流控芯片实验室的操作核心，在微流控芯片实验室所涉及的进样、混合、反应、分离、检测等过程都是在可控流体的运动中完成的。微流体控制主要包括电渗控制和微阀控制。微流体驱动与控制技术微流体控制132015年4月1日微阀控制•特征：低泄露、低功耗、速度快、线性范围广、适应面广•举例：双晶片单向阀原理图微流体驱动与控制技术142015年4月1日微混合和微反应技术1、微混合由于一般微流控装置流体状态以层流为主，因此微流控的微混合主要依靠扩散提高层流条件下混合效率的主要原则为：•拉伸或折叠流体以增大流体的接触面积；•利用分散混合设计，通过管路几何交叉设计将大的液流拆分并重新组合，从而减小液流厚度，实现更有效混合。152015年4月1日微混合器的分类汇总[3]微混合和微反应技术微混合器被动式并行叠片串联叠片混沌对流液滴主动式磁力搅拌型声场促进型电场促进型其他类型162015年4月1日17微混合和微反应技术2015年4月1日液滴技术18一种在微尺度通道内，利用流动剪切力与表面张力之间的相互作用将连续流体分割分离成离散的纳升级及以下体积的液滴的微纳技术。它是近年来发展起来的一种全新的操纵微小液体体积的技术[3]。主要有气-液相液滴和液-液相液滴两种。气-液相液滴由于容易在微通道中挥发和造成交叉污染而限制了其应用。液-液相液滴根据连续相和分散相的不同又分为水包油(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，可以克服液滴挥发、交叉污染等缺点，因而是微流控液滴技术发展的侧重所在。2015年4月1日19液滴技术液滴技术微液滴生成水动力法气动力法光控法电动法微液滴操控微液滴裂分微液滴融合混合微液滴分选微液滴捕获水动力法T型通道法流动聚焦法共流聚焦法参考文献[4]2015年4月1日1、液滴的形成水溶液和油同时从不同的微通道中流出，当通道疏水时，油浸润通道，包裹水溶液形成油包水（W/O）型液滴；若通道亲水，过程相反，形成水包油（O/W）型液滴。液滴技术202015年4月1日2、液滴的优点1）体积小所需样品微量，适合高通量筛选反应和某些样品来源有限的反应2）样品无扩散液滴技术212015年4月1日3）反应条件稳定除了消除样品分子的扩散之外，水分子的蒸发也因油相的包围而受到抑制，液滴内的反应条件几乎不受外界影响4）样品间的交叉污染得以避免液滴技术222015年4月1日5）混合迅速液滴在通道中运动时，在液滴内部将以运动方向为轴，形成两个循环回流。液滴技术232015年4月1日3、液滴的操控技术1）反应物的引入A、直接进样当反应比较简单时，可用注射泵直接将反应物包入液滴。液滴技术242015年4月1日B、毛细管进样高通量筛选需不断改变液滴的组成和浓度，为实现此目标，可将不同的待测样品预先吸入毛细管中，形成一系列体积较大的液滴，然后将该毛细管与微流控芯片连接在注射泵的推动下与反应物形成小液滴并开始反应。液滴技术252015年4月1日2）液滴的融合和分裂A、液滴融合两种液滴融合的思路：现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，在芯片特定的位置汇合，在表面张力或静电力的作用下，两液滴融合。液滴技术262015年4月1日B、液滴的分裂液滴分裂主要依靠通道结构实现液滴技术272015年4月1日28C、液滴的捕获[5,6]在没有通电时，液滴会沿着主通道流向下游;通电时，液滴会产生极化现象，在介电电泳力的作用下液滴被捕获到微孔中注意：ITO铟锡氧化物In2O3-SnO2它们的氧化物具有半导体特点,通常用它们做成膜电极.2015年4月1日4、液滴的应用随着液滴技术的发展成熟，对液滴的研究逐步转向应用，比较成功的例子包括：蛋白质结晶研究、酶分析、细胞分析、材料制备和复杂过程模拟等。29液滴技术2015年4月1日30参考文献[1]张东堂,程昌,汪夏燕,夏定国.微流控法合成石墨烯负载的PtNi燃料电池阴极催化剂及其性能[J].过程工程学报,2013,04:698-702.[2]游炜臻.玻璃基微流控芯片电渗泵[D].厦门大学,2009.[3]朱丽,侯丽雅,章维一.微混合器研究进展[J].微纳电子技术,2005,04:164-171+199.[4]陈九生,蒋稼欢.微流控液滴技术:微液滴生成与操控[J].分析化学,2012,08:1293-1300.[5]LiCM,WangW,YangC．LabChip,2009,9(11):1504～1506[6]LiCM,WangW,YangC,CuiXQ,BaoQL．MicrofluidicsandNanofluidics,2010,9(6):1175～1183恳请诸位批评指正……