纳米纤维素嵌合型晶胶微球的多微管成形与模拟

利用多微管反应器,采用结晶致孔与低温聚合方法可实现纳米纤维素嵌合型晶胶微球的规模化制备。该过程中内嵌纳米纤维素的甲基丙烯酸羟乙酯单体溶液经多微管反应器的成形是首要条件,研究其成形过程的动力学特性具有重要意义。利用高速成像和计算流体力学(CFD)模拟方法对不同入口流速(6、8、10 mm·s^(-1))下内嵌不同比例(单体质量的1%、3%、5%)纳米纤维素的甲基丙烯酸羟乙酯液滴形成过程进行可视化研究,考察了纳米纤维素含量对液滴成形、液滴直径分布、颈缩线长度、液滴下落速度等因素的影响规律。结果表明,内嵌纳米纤维素的甲基丙烯酸羟乙酯液滴经多微管反应器的成形及滴落,会经历拉伸与压缩过程,最后稳定为球状,测得液滴直径和颈缩线长度与纤维素浓度呈正相关,纤维素含量的增加使得单体溶液黏度和表面张力系数增加,从而增大液滴尺寸和颈缩线长度,模拟得到的结果与实验基本一致,液滴直径差异为2.1%~6.3%,颈缩线长度差异为7.2%~11.9%;在对液滴成形的放大模拟中,10 mm·s^(-1)的入口流速下液滴平均直径为3.98 mm,平均颈缩线长为4.14 mm。最终,利用多微管反应器成功制备了纳米纤维素嵌合型晶胶微球,微球有效孔隙率可达80%以上,绝干孔隙率接近90%,是生物分离领域与微生物贴壁生长的理想载体。

微封装制造中胶液分配体积计算与预测研究

针对针转移式皮升分辨率超微量胶液分配方法,研究胶液分配初始距离对胶滴体积的影响,建立了基于初始距离量化分配形成微小液滴体积大小的公式。利用像素法对实验胶滴样本图像进行分析并确定出胶滴真实体积大小,并基于实验分析结果利用数值拟合方法建立胶滴体积的数学量化方法;最后,将量化方法与胶滴数学体积模型进行对比分析。根据实验所得数据,推导出了通过初始距离对胶滴体积预测的数学公式。实验结果表明:预测体积、预测接触面积与实际值之间的平均差异率分别为0.47%和0.54%。根据实际工作情况,对胶滴相应参数进行研究与预测,不但可以对胶滴相关配置参数进行精确调整,而且可以对实际封装效果进行初步判断,从而提高封装效率及准确性。

超微量胶滴形状参数及铺展过程在线测量方法

针对微纳制造产业及生命科学领域中黏合剂及活性药物的用量难以保证其精准度的问题,文中提出了一种基于图像边界提取的超微量胶滴形状参数在线检测方法。引入机器视觉对超微量胶滴的转移及成型过程进行在线检测,通过对超微量胶滴图像的实时采集,选用合适的图像处理方法及程序算法获取连续点胶过程中fL~pL级胶滴的形状参数,结果表明在线检测误差不超过5%。解决了超微量胶滴由于尺寸过小而难以测量的问题,保证了微纳制造及生命科学领域中液体分配的精确度与时效性,为精密器件的封装与活性药物的转移提供了精准反馈。