面向电磁MEMS的微流通道流体运动特性的数值模拟研究

基于正交磁场和速度场的弱耦合作用,建立微流孔通道内导电流体的二维直流磁流体动力学模型,采用数值模拟方法研究电磁MEMS微流道内的导电流体运动特性。数值模拟基于Galerkin有限元方法,采用SIMPLE压力修正算法,求解瞬态不可压层流运动。模拟结果表明微流道内上游抛物线型速度分布的流体加速明显,并在控制段形成M型速度分布,当Hartmann数增大到一定数值后,并不能显著增加系统压力降,反而可能在电极区形成回流涡。

基于光波导微环谐振器的IgG非标记检测微流体分析系统

设计开发了与微环谐振器集成的微流体通道系统,不仅避免了敞开环境中由于液体挥发造成的微环谐振器表面盐分的聚结,屏蔽空气中的各种杂质,而且只需要30μL反应溶液,减少了药品用量,大大节约了实验成本。同时,采用绝缘体硅(SOI)材料,利用光刻技术设计和制作了波导宽度为450 nm,半径为5μm,品质因子(Q值)为20000的光波导微环谐振器。集成的微环谐振器传感系统具有低成本、免标记、能实时监测生化反应过程等特点。以不同浓度的酒精溶液为测试对象,研究了微环谐振器对均质溶液的传感性能,传感芯片对溶液折射率的探测灵敏度为76.09 nm/RIU,探测极限为5.25×10^(-4)RIU,验证了此微环谐振器对均质溶液进行浓度检测的可行性。利用此传感系统对人免疫球蛋白IgG进行了非标记免疫检测。在测试中,采用微流体通道系统将相应抗体修饰到微环谐振器表面,利用光谱仪对修饰过程以及抗原抗体特异性结合过程中的共振谱线漂移情况进行了监测。结果表明,光波导微环谐振器可以对生物分子进行实时监测。

基于双LPFGs传感器的混泥土氯离子浓度激光测量

氯离子渗透腐蚀是主要钢筋混凝土结构中损伤之一,极大降低混凝土结构的耐久性。为了检测混凝土中氯离子浓度,本文提出了一种简单、灵敏、可用于混凝土氯离子浓度检测的双长周期光纤光栅传感器及其检测方法。基于新的理论模型,通过测量经过双长周期光纤光栅的传输光功率,可以很容易地计算出溶液中氯离子浓度,测量范围可达5g/L^35g/L,误差范围为0.18%,同时克服测量过程中温度变化的影响。设计了一种微流体通道,可以克服弯曲和应变的影响。因此,本文所报道的双长周期光学光栅传感器有助于混凝土氯离子浓度的长期精确监测。