基于微流动技术的病变红细胞流变特性的体外实验模拟

【目的】高血压、疟疾等疾病可引起血液中红细胞膜的刚性增加,其形态结构和流变特征也会发生改变,研究红细胞变形能力和其流动特征对这些疾病的临床诊断以及药物治疗等方面具有重要意义。【方法】采用一系列浓度的固定液处理红细胞以改变其变形能力获得病变红细胞流变特征,借助微流控芯片、注射泵、荧光倒置显微镜、高速摄像机等装置体外模拟病变红细胞在微血管中的流动特征,探索红细胞变形性能改变与无细胞层厚度、流动速度等参数之间的关系。【结果】经过固定液处理后的红细胞直径会增大;无细胞层厚度和流动速度会降低。这说明病变后的红细胞刚性增强,变形能力降低,其流动特征也会发生明显改变。

微流动的研究现状及影响因素

随着微机电系统的发展及其应用领域的不断扩大 ,微器件和微机电系统中涉及到许多微流动问题 ,流体在微尺度槽道中流动的研究引起了人们的重视 随着尺寸的微小化 ,在宏观流动中可忽略的一些影响因素变得重要起来 ,由于尺度效应、表面效应等因素的影响 ,微小槽道中的流动呈现出一些与宏观流动不同的现象 因而对微流动的研究现状进行综述 ,并对影响微流动的尺度效应、表面力、气泡。

低渗透储层微流动机理及应用进展综述

低渗透储层具有孔喉细小、孔隙结构复杂、比表面积大,黏土矿物类型丰富等特点,这些特点致使流体在低渗透储层中流动会产生强烈的微流动效应。微流动效应主要包括稀薄效应和不连续效应、表面优势效应、低雷诺数多流态效应、多尺度多相态效应等,这些特殊效应将影响描述流体流动的微分方程及边界状态。孔隙结构特征、黏土矿物产状、润湿性、岩石矿物荷电性等是低渗透储层微流动的影响因素,通过控制这些因素,可以改变流体在低渗透储层中的流动特征,从而控制油、气、水产量。目前已经形成了界面修饰技术、电化学驱油等采油新技术。以微流动机理为基础,结合孔隙结构特征,找出影响低渗透储层流体流动的主控因素,采用具有针对性的开采技术将成为高效开发低渗透油气资源的有效途径。

岩心微流动的核磁共振可视化研究

岩心微流动可视化是研究化学驱油微观机理的一项重要流体实验新方法,重点介绍采用低场核磁共振成像技术研究天然岩心中流体分布可视化的新进展。提出和分析了国产低场核磁共振成像岩心驱替装置面临的图像不清、材料干扰等问题,通过合理选材、优化参数,从硬件和软件2方面进行了改进与优化,消除了干扰因素。开展了天然岩心的驱替实验,采集了油水的实时NMR信号与MRI成像信号,以及不同驱替阶段油水的NMR-T2谱,得到分辨率较高的油水分布图像。结果显示残余油随着驱替PV数的增加而减少,具有初期减少明显而后趋缓的特点,并发现岩心中存在端部油残滞现象,其范围距端部4mm左右。研究了通过获得的油水分布图像计算含油饱和度的方法,其结果与传统方法一致,误差在10%以内,这也说明了油水分布图像的可靠性。这不仅为计算饱和度提供了一种新方法,而且该方法的另一个优势是可以分析任意局部位置的油水饱和度。研究结果表明,在研究岩心微流动过程中流体分布的可视化方面,核磁共振成像技术是值得深入研究的新方法。

微流动的尺寸效应

随着尺寸的微小化,微流体系统中呈现出一些与宏观流动不同的现象。综述了流动的特征尺寸减小到μm～mm量级引起的尺寸效应,并分析了表面积与体积比、界面粗糙度、粘滞力、梯度参数、边界层流等因素对微尺度流动的影响。随着流动特征尺寸的减小,与界面有关的传热、传质过程、表面粗糙度以及表面力的作用大大加强,流体内部黏性力和流体与外部接触界面上的作用力起着主要作用。微尺度下,流体受黏性耗散、热扩散、可压缩性、流动滑移等因素的影响,经典的Navier-Stokes将不再适用。

微流动注射芯片化学发光法检测鱼虾中的四环素

在微流动注射芯片上设计了螺旋形流通池，并采用精确时间控制进样方式，结合四环素（TC）对鲁米诺-H2O2化学发光体系的抑制作用，建立了微流动注射芯片化学发光法测定鱼虾中四环素的新方法。该系统中螺旋形反应池由激光雕刻机在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，50×40×3mm）上雕刻而成。在实验所建立的最佳条件下，该方法在2．0×10^-7～1．0×10^-5g／mL范围内化学发光的降低值与四环素的质量浓度具有好的线性关系．检出限为1．7×10^-8g／mL。相对标准偏差为1．7％（n=11，p=5．0×10^-7g/mL），检测结果满意。

二级规则微结构对低表面能纳米通道内微流动的影响

以低表面能纳米通道内液态Poiseuille流为对象,采用分子动力学模拟方法研究通道壁面上布置二级规则微结构后对微流动特性的影响规律。数值模拟中,统计系综为微正则系综,势能函数采用LJ/126模型,壁面定义为Rigid-atom壁面,温度校正使用速度定标法,而壁面低表面能属性则通过调整壁面铂原子与液态氩原子间的势能参数来实现。结果表明,布置二级矩形和三角形微结构后壁面附近流体密度法向分布会出现两个振荡阶段,即在微结构内部出现振幅相对较小的次级振荡过程,但通道中心区流动与光滑壁面通道相似;随微结构周期T的增大,二级微结构内密度法向振幅逐渐增大,而近壁面区域振幅则减弱;而二级微结构深度H的增大,则导致其内的次级振荡幅值减小,且分布起点随之下移。另外,随微结构周期T、深度H的增大,通道内流体平均流量均逐渐增大,即呈现更好的减阻效果。

微流动系统的发展概况

概括介绍了微流动系统的发展情况 ,特别介绍了微型传感器、微型泵、微型阀。

基于Shan-Chen模型的格子Boltzmann方法在微流动模拟研究中的应用

对格子Boltzmann方法的本质及Shan-Chen模型的核心机制进行了全面阐述,并从应用实例角度对基于Shan-Chen模型的格子Boltzmann方法在微流动模拟方面的有效性、适应性进行了详细分析.结果表明,Shan-Chen模型易于耦合微观条件下占主导作用的微观力,拓宽了格子Boltzmann方法在微流动模拟方面的应用.同时,Shan-Chen模型在润湿性边界条件表征方面的优势,使得这种方法在微结构表面的滑移效应模拟方面具有很好的应用前景.

速度滑移对液静压轴承油膜微流动影响敏感度

为了使液体静压轴承油膜性能的研究更加准确,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)和有限差分方法,研究了液体静压轴承间隙油膜微流动的速度滑移现象及其对轴承性能的影响,并定义敏感度物理量对影响程度进行评估.在传统油膜流动假设条件基础上,引入Navier速度滑移边界条件对传统的Reynolds方程进行修正,通过有限元差分方法求解修正后的Reynolds方程,采用梯形积分公式求解轴承承载力等性能参数,对速度滑移影响的轴承性能的敏感度做出定量和定性分析.研究结果表明:油膜压力分布、轴承的承载力、动刚度及油腔流量等轴承性能对速度滑移都有一定的敏感性.最大油腔压力随滑移系数的增加而减小;速度滑移在一定程度上提高了轴承承载能力和油腔流量,但同时降低了轴承动刚度,流量对速度滑移的敏感度最大达到100%.

微流动注射化学发光检测系统测定自来水中次氯酸根

基于次氯酸根能够直接氧化鲁米诺产生化学发光的原理,结合微加工技术,建立了微流动注射化学发光检测系统测定自来水中次氯酸根的方法.微检测系统是在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)片(50 mm×40 mm×5 mm)上通过激光雕刻微通道(宽为200μm,深为100μm)并结合双T的进样方式(进样量约为0.3μL)来实现.结果表明,该方法测定次氯酸根的线性范围为3.0×10-7～1.0×10-4 g/mL,方法的检出限为1.4×10-7g/mL.11次平行测定的相对标准偏差为4.5%.该方法简单、分析速度快(368次/h)、耗样量少,已成功应用于自来水中次氯酸根的测定.

微细通道内蒸发薄液膜区壁面滑移及微流动特性

基于扩展Young-Laplace方程和动力学理论研究微通道中蒸发薄液膜区固液界面附近流动和传热特性,考虑压力特征、壁面滑移和温度跳跃建立物理模型。利用边界层近似,提出一种计算固液界面吸附微液层热阻的方法,导得固液界面的热阻和温度。数值模拟结果表明,壁面微流动会降低毛细压力梯度,增加壁面热阻,降低液相过热度,恶化液膜铺展和传热性能,在薄液膜区不可忽略。阐明壁面微流动含义,指出滑移系数与吸附流动微液层厚度的关系。

利用PIV研究超声波引起的微流动现象

利用微观粒子图像测速技术(Micro-PⅣ)定量研究了位于两块载波片之间的微量液体在压电陶瓷超声换能器(PZT)的激振作用下而产生的微流动现象,超声换能器的激振频率为13 MHz,超声功率为1～5 W/cm2,微量流体的体积为5 μL.试验中利用Micro-PⅣ系统测量了微量流体在不同超声功率下的流场结构.试验结果表明,微量流体在功率超声的激振下,在垂直于超声振动的方向上存在平面旋涡结构,而且声流的最大速度与超声强度成正比.

微流动细胞颗粒中介电泳力的分析

介电泳分离方法的研究在微电子机械系统及生物领域具有广泛的应用前景。本文对介电泳作用下细胞颗粒在微通道电解溶液内流动进行了理论分析,对作用在分离流动方向细胞颗粒上的介电泳力和粘性力进行了分析。模拟了交流电场在频率1000 kHz微通道内三维电势分布和不同时间的介电泳力分布变化。

微流动注射荧光检测测定个人二氧化硫暴露量

采用微型被动采样器,以N-(9-Acridinyl)-maleimide(NAM)为荧光试剂,建立了微流动注射荧光检测测定个人二氧化硫暴露量的方法.被收集的二氧化硫作为亚硫酸根离子和NAM在微流路中反应并被检测,测定结果同离子色谱法进行了比较,该法检测中消耗的试剂量极少,几乎不会对环境造成任何污染,是一种环境友好的分析方法.

改变微流动反应器进样通道构形提高相转移反应的速度

系统地研究了微通道反应器中流体的流速、通道宽度对流形的影响.通过将进样通道的构形由常规的Y形改变为十字形,首次在宽度为500μm的微通道内得到了塞流,提高了二相间的相接触面积和反应物流量;以环己酮与盐酸羟胺合成环己酮肟为例,说明改变进样通道的构形可显著提高扩散控制的相转移反应的转化率.

注塑成型过程中液晶高分子材料微流动的数值分析及可视化实验

选用典型的热致性液晶高分子材料VectraA950为研究对像,通过XRD和DSC实验确定其微观结构类型和注塑温度范围。为简化理论分析过程,以适用于小分子液晶的Leslie-Ericksen理论为基础,构建了数值分析微注塑成型过程的二维Hele-Shaw模型。以Maier-Saupe理论为基础,通过数值计算确定了Leslie黏度系数。数值分析得到微尺度下Vectra A950材料注塑成型过程的压力云图、速度廓线图、指向矢分布图等。此外,设计搭建了实验验证装置,模拟及实验注塑时间分别为1.588s与1.5s,吻合较好。

高温热源对采空区气体微流动场影响模拟研究

由于采空区内部存在遗煤,工作面的风流会扩散到采空区内部,风流中带入的氧气会氧化遗煤形成高温点,遗煤氧化产热会影响采空区内部的气体流动。文章利用GAMBIT对采空区进行建模,基于FLUENT软件对不同高温热源影响下的采空区气体流动场进行数值模拟。研究表明:采空区内部热源温度的升高会扩大内部温度的影响范围;热源引起的温度势差会引起采空区气体的微小流动,热源周围会形成气流增速流动区域和气流减速流动区域;高温热源会使采空区气体温度升高,导致气体黏度和气体流动阻力增大,最终使气体流速降低。

疏水纳米通道内微流动数值计算方法研究

疏水表面水下减阻研究是当前减阻研究领域的热门课题之一,该类表面一般分布着微纳米尺度的微结构,其附近流动属微流动问题。以疏水纳米通道内微流动为例,探索了将现有微流动相关理论和方法应用于疏水性表面减阻研究的可行性,并结合疏水表面界面特性,给出了疏水纳米通道内微流动的分子动力学数值计算方法(MDS)。其中,在数学模型中,统计系综为正则系综(NVT),势能函数采用Lennard-Jones模型,壁面设定为刚性壁面,壁面疏水性则通过在势能函数中引入修正因子来表征;而在数值计算中,温度校正使用速度标定法,牛顿运动方程求解则采用Verlet算法。实例计算结果表明,疏水微通道内流体密度呈现内高、外低的振荡型对称分布特点,且随着壁面疏水性的增强,振荡程度减弱;同时疏水壁面处存在滑移现象,且滑移量随壁面疏水性增强而增大。

动电学效应下微流动近壁面带电离子受力分析

应用离子分布的Boltzmann定律和Poisson方程研究了微流动中通道近壁面电势的分布,采用Derjaguin理论计算了动电学效应下带电离子受到的双电层作用力,应用Hamaker-DeBoer近似式得到了离子与壁面间的范德瓦尔力,同时也考虑到离子重力的影响,揭示了三种力对带电离子流动特性的影响。研究结果表明:无量纲间距d*≤0.2时,离子重力的影响可以忽略,带电离子主要受范德瓦尔力和双电层作用力的作用,且二力均随d*增大而减小,d*≤0.02时,范德瓦尔力起主要作用,当0.02<d*≤0.2时,双电层作用力逐渐起主导作用;d*>0.2时,重力、范德瓦尔力及双电层作用力都趋于零,均可忽略。