微流體技術(shù)的案例
『下載』微流體驅(qū)動與控制技術(shù)研究進(jìn)展
隨著微流體系統(tǒng)，尤其是生物芯片和縮微芯片實驗室（Lab-on-a-chip）技術(shù)的發(fā)展，微米乃至納米尺度構(gòu)件中流體的驅(qū)動與控制技術(shù)越來越引起人們的注意。微流體系統(tǒng)是微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）的一個重要分支，是構(gòu)成大多數(shù)微系統(tǒng)中感應(yīng)元件和執(zhí)行器件的主要組成部分，也是MEMS發(fā)展需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。另一方面，微流體驅(qū)動與控制技術(shù)的發(fā)展也嚴(yán)重影響著微流體器件的進(jìn)一步小型化和性能的改進(jìn)，后者反過來也促進(jìn)了微流體驅(qū)動與控制技術(shù)的發(fā)展。微流體驅(qū)動和控制技術(shù)的研究已逐漸成為MEMS研究的一個熱點。
微流體的驅(qū)動與控制和宏觀流體的驅(qū)動與控制有很大的不同，這主要是由于當(dāng)尺度減小時，流體的流動特性發(fā)生了變化，這種流動特性的變化使得宏觀流體驅(qū)動與控制技術(shù)在微流體中的簡單移植往往不成功。微流體的驅(qū)動與控制技術(shù)更為復(fù)雜和多樣化，不僅可能出現(xiàn)不同于宏觀流動的規(guī)律，而且許多在宏觀流動中被忽略的因素，將成為主要的影響因素。這里，有必要首先對微流體驅(qū)動中的流體力學(xué)問題做個簡要的分析。
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展開 Nature子刊：立體光固化新工藝顯著提升3D打印微流體分辨率與精度
微流體是指流體的行為、精確控制和操縱，這些流體在幾何上被限制在小尺度（通常為亞毫米），在該尺度上，表面力主導(dǎo)體積力。它是一個多學(xué)科領(lǐng)域，涉及工程、物理、化學(xué)、生物化學(xué)、納米技術(shù)和生物技術(shù)。它在處理少量流體以實現(xiàn)多路復(fù)用、自動化和高通量篩選的系統(tǒng)設(shè)計中具有實際應(yīng)用。微流控設(shè)備已廣泛應(yīng)用在化學(xué)合成、生物醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測等多個領(lǐng)域。
3D打印作為制造微流控芯片的一種有前途的方法引起了微流控器件制造界的關(guān)注。許多研究表明，3D打印技術(shù)在制造復(fù)雜性結(jié)構(gòu)，規(guī)避復(fù)雜的模具制造流程和勞動密集型生產(chǎn)流程方面，比傳統(tǒng)的PDMS 材料微成型更具有優(yōu)勢。
目前，各種3D打印技術(shù)在制造微流控芯片器件時仍存在不同程度的挑戰(zhàn)以及優(yōu)化提升的空間。近日，南加州大學(xué)Yong Chen教授和其團(tuán)隊成員Yang Xu博士，及Noah Malmstadt教授在3D打印微流體器件方面取得重要進(jìn)展，并在自然-通訊上發(fā)表了題為“In-situ transfer vat photopolymerization for transparentmicrofluidic device fabrication”的學(xué)術(shù)論文。
研究團(tuán)隊提出了一種立體光固化新工藝，顯著提升3D打印微流體分辨率與精度。
展開 南工大陳蘇團(tuán)隊《自然·通訊》：微流體紡絲構(gòu)筑柔性納米結(jié)構(gòu)黑磷無紡布
近期，新能源儲存技術(shù)在科學(xué)研究、工業(yè)化生產(chǎn)等領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注，特別是在未來高端智能化的可穿戴設(shè)備行業(yè)（年產(chǎn)值280億美元）。為了滿足智能可穿戴市場供能的需求，開發(fā)具有輕質(zhì)、高柔性、可折疊、高能量密度的儲能設(shè)備是該領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)及攻堅課題。針對上述挑戰(zhàn)，南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國家重點實驗室、化工學(xué)院陳蘇教授和武觀老師，在國家自然科學(xué)基金的資助下，通過微流控紡絲技術(shù)，利用捷納思微流體紡絲機(jī)，制備黑磷復(fù)合纖維無紡布電極，并將其構(gòu)筑具有高能量密度輸出的柔性超級電容器。通過在二維黑磷（BP）片層橋接一維碳納米管（CNTs），增加黑磷片層間的電子傳導(dǎo)、機(jī)械穩(wěn)定性、離子擴(kuò)散通道和氧化還原作用，從而促進(jìn)離子在電極-電解質(zhì)層界面處更快的傳輸及更多的累積。得益于這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)和微流體紡絲的設(shè)計，獲得基于無紡布電極的超級電容器表現(xiàn)出較高的能量密度和穩(wěn)定形變供能能力，并成功實現(xiàn)為LEDs、智能手表、彩色顯示屏等電子器件供能的應(yīng)用。該方法不僅為先進(jìn)電極材料的設(shè)計提供新思路，還極大促進(jìn)柔性超級電容器在可穿戴電子領(lǐng)域的發(fā)展，有望取代微電池并廣泛應(yīng)用于新能源能量存儲領(lǐng)域。該研究成果于近日發(fā)表在被國際重要刊物《Nature Communications》上。“Microfluidic-spinning construction of black-phosphorus-hybrid microfibres for non-woven fabrics toward a high energy density flexible supercapacitor, 2018, 9: 4573.”
圖1. (a) BP-CNTs的合成以及鈍化示意圖；(b) 基于微流體紡絲技術(shù)制備黑磷復(fù)合纖維無紡布示意圖；(c) 柔性超級電容器的構(gòu)筑及應(yīng)用示意圖。
圖2.
展開 微流體技術(shù):精細(xì)化學(xué)品合成與納米和多孔材料的制備
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微流體/生物流/納米流仿真
現(xiàn)代微流體裝置將機(jī)械，流體，光學(xué)和電子功能集成在一個非常小的封裝中，這個種模塊化集成方式在成本、體積、重量和直接集成到較大系統(tǒng)的便利性方面，與傳統(tǒng)相應(yīng)裝置相比具有重要優(yōu)勢。三維建模和可視化是提供豐富的定量分析的有效工具，大大縮短了研究時間，降低了設(shè)計和生產(chǎn)成本。利用FLOW-3D的自由表面和多相流建模功能，可以輕松準(zhǔn)確地模擬微流體，生物流體和納米流體。請您瀏覽本節(jié)中的案例，通過FLOW-3D提供的解決方案可以更好的解決微流體（微流體、生物流體、納米流體）行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。
微機(jī)電（Micro-Electro Mechanical Systems,MEMS)是一個快速成長的新科技領(lǐng)域。現(xiàn)在許多微機(jī)電結(jié)構(gòu)，已經(jīng)開始采用與半導(dǎo)體類似的制程。微機(jī)電技術(shù)整合了機(jī)械、流體、光學(xué)，以及電子技術(shù)，微機(jī)電設(shè)備的尺寸大小大約是從0.1 microns 到 1毫米。微機(jī)電機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)相比，有兩個主要的優(yōu)勢。首先，微機(jī)電機(jī)構(gòu)可以大量生產(chǎn)，因此成本可以降低。其次，微機(jī)電機(jī)構(gòu)可以直接與電路設(shè)備整合，因此可以處理應(yīng)用于更復(fù)雜的問題上。 FLOW-3D在微流體的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。已經(jīng)有多種特殊模型成功應(yīng)用 FLOW-3D 得到相當(dāng)精確的仿真結(jié)果。
Acoustophoresis
光流控
基于液滴的微流體
連續(xù)流動微流體
數(shù)字微流體
相變
細(xì)胞行為
微流體視頻庫
申請關(guān)于微流體的詳細(xì)技術(shù)資料：申請技術(shù)資料
展開 紙基被動式微流體燃料電池數(shù)值模型 ￥1000
本研究建立的紙基微流體燃料電池模型主要基于甲醇和氧氣的電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)
過程中產(chǎn)生二氧化碳和水。反應(yīng)逸出的電子通過外部電路傳遞，從而在電路中產(chǎn)生電
流。陰極反應(yīng)釋放出大量羥基離子，形成堿性電化學(xué)反應(yīng)環(huán)境，有效地促進(jìn)了反應(yīng)過
程，采用氫氧化鉀溶液作為燃料的支持溶液和電解質(zhì)能維持堿性反應(yīng)環(huán)境。
模型和仿真結(jié)果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎合作交流
利用lammps模擬LJ流體在微通道中為二維流動
圖2.2：在不同時刻流體原子沿y軸的vx分布情況
圖2.3：在不同時刻流體原子的軌跡線
最后, 歡迎通過公眾號"320科技工作室"與我們聯(lián)系
FLOW-3D微流體案例
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FLOW-3D MircroFluid 案例介紹PDF下載
FLOW-3D微流體帶點液滴流動
FLOW-3D微流體帶點液滴.rar
FLOW-3D_Microfluidics_2007.pdf
南工陳蘇教授團(tuán)隊開發(fā)基于微流控紡絲技術(shù)原位合成自愈合凝膠纖維及其自組裝構(gòu)筑纖維織物
附圖 微流體紡絲機(jī)
全文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.8b03579 來源：高分子科學(xué)前沿
基于COMSOL仿真多通道微流體混合過程 ￥500
<p>本案例設(shè)計了一種新型十級多通道結(jié)構(gòu)，用于藥物與培養(yǎng)液進(jìn)行混合，并通過COMSOL軟件仿真了其混合的動態(tài)過程，結(jié)果如下圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202109/4238008bf3ab4e88879d6815c1cac35d.gif" alt="Untitled.gif"></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，詳細(xì)了解仿真過程。</p><p><br></p>
展開 基于comsol的生物芯片微流體物質(zhì)擴(kuò)散分析 ￥1480
</p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p>微流控芯片技術(shù)規(guī)模繼承的特點使得其對個體生物信息進(jìn)行高速，并行采集和分析成為可能，是現(xiàn) 代生物科學(xué)的一個重要信息采集和處理平臺，為生命領(lǐng)域研究提供技術(shù)支撐和操作平臺。利用微流控芯 片規(guī)模集成、微尺度熱傳質(zhì)效應(yīng)、可控微流體、類仿生空間微結(jié)構(gòu)等特點，目前微流控芯片技術(shù)已經(jīng)在 生物基因工程、疾病診斷和藥物研究、細(xì)胞分析、生物分子間相互作用等領(lǐng)域取得了顯著的成果。<img src="https://img.jishulink.com/upload/201909/a9a8c6be08f9487b85abd6652b821adf.gif" alt="Untitled.gif"></p><p><br></p><p>隨著微流控芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，生物芯片技術(shù)不局限于高通量的點陣芯片， 漸漸發(fā)展成融合生物 樣本處理純化、反應(yīng)標(biāo)記及檢測等多個實驗步驟的功能化生物芯片，從而擴(kuò)大在疾病診斷和藥物研究等 領(lǐng)域的應(yīng)用</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201903/c6942914ead9479bb4462c747ae363b4.png"></p><p><br></p><p><br></p><p>本模型是整個微流體芯片種的一部分，描述了多個入口通入不同藥液后再通道內(nèi)的混合和分布。
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T型接頭及螺旋線微通道內(nèi)流體混合仿真 ￥1000
本案例基于COMSOL軟件建立了T型結(jié)構(gòu)和螺旋微通道模型，基于多物理場耦合模塊仿真得到了T型接頭入口處兩種溶液流入后的混合流動過程，模型及仿真結(jié)果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎合作交流！
堿性電解液下可滲透陽極空氣自呼吸微流體燃料電池數(shù)值模擬 ￥1000
<p>本案例基于COMSOL軟件，建立了可滲透陽極空氣梓呼吸微流體燃料電池，電池由五層結(jié)構(gòu)組成，從上至下分別是：CDL-多孔擴(kuò)散層、CCL-催化層、MC-電解液燃料混合液主流道、ACL-可滲透陽極和AC-陽極燃料通道，幾何模型如圖1所示。該模型燃料為醋酸鈉（HCOONa）,氧化劑為空氣，電解液為KOH，燃料和電解液濃度均為 5 mL/h。仿真結(jié)果如圖2所示。
用長纖維制造的微流體設(shè)備可用于化學(xué)或生物醫(yī)學(xué)測試和研究
在這次特別快攻課程中，電氣工程專業(yè)的學(xué)生與材料科學(xué)和微系統(tǒng)技術(shù)專業(yè)的其他學(xué)生合作，開發(fā)出一種用新型多材料纖維細(xì)胞分類的新方法。
Yuan解釋說，盡管微流控技術(shù)被廣泛開發(fā)和廣泛用于處理少量液體，但是它存在三個固有的局限性，即裝置的總體尺寸、通道形狀和難以加入電極等其它材料。產(chǎn)生局限性的原因如下：
因為它們通常是用芯片制造方法制造的，所以微流體器件僅限于在這樣的系統(tǒng)中使用不超過寬度8英寸的硅晶片。制造這種芯片的光刻方法限制了通道的形狀，只能在正方形或矩形的截面中使用該方法。最后，難以加入其它材料，例如用于感測或操縱通道內(nèi)容的電極，必須在單獨的工藝中單獨放置，嚴(yán)重限制了它們的復(fù)雜性。
Yuan作為博士研究的一部分開展了這項工作，他說：“硅芯片技術(shù)確實便于制作矩形輪廓，但除此之外，任何東西都需要真正的專業(yè)技術(shù)。他們能夠制作三角形，但僅限于特定角度的三角形。”他和他的團(tuán)隊開發(fā)的基于光纖的新方法，可以實現(xiàn)通道的多種形狀截面，包括星形、十字形或蝴蝶結(jié)形狀，這些形狀可能對諸如自動機(jī)之類的特定應(yīng)用有用。在生物樣品中對不同類型的細(xì)胞進(jìn)行合理分類。
此外，對于傳統(tǒng)的微流體，諸如傳感或加熱線之類的元件，或在采樣流體中引起振動的壓電裝置，必須在后續(xù)的處理階段添加。現(xiàn)在它們可以完全集成到新的基于光纖的系統(tǒng)中的信道中。
簡短的描述
與多年來在材料科學(xué)與工程學(xué)教授、美國先進(jìn)功能織物（AFFOA）協(xié)會主席約Yoel Fink的實驗室中開發(fā)的其他復(fù)合纖維系統(tǒng)一樣，這些纖維是由一個超大的聚合物圓柱體制成的，稱為預(yù)成型體。這些預(yù)成型體包含最終纖維所需的精確形狀和材料，但形式要大得多——這使得它們更容易在非常精確的配置中制造。然后，將預(yù)成型體加熱并加載到滴塔中被緩慢地拉過噴嘴，該噴嘴將預(yù)制件收縮成直徑為預(yù)制件直徑的四分之一的窄纖維，同時保持所有的內(nèi)部形狀和安排。
展開 技術(shù)流 | DfAM底層通用技術(shù)之微通道散熱設(shè)計
圖3 仿蜘蛛網(wǎng)微通道
圖4 仿旋渦微通道
圖5 雪花微通道
圖6 仿真結(jié)果對比
與傳統(tǒng)的微通道散熱器相比較，上述設(shè)計
首先
通過均衡的微通道截面面積設(shè)計保證了工作流體的整體穩(wěn)定流動模式。但是通道的截面形狀和分合設(shè)計多次變化；
其次
設(shè)計了特殊的連通通道組，以方便設(shè)計較小的橫截面面積和連通通道長，保證流體在通道內(nèi)部快速流動，及時輸運熱量，實現(xiàn)短程均勻散熱，使其內(nèi)部的工作流體散熱成為散熱器散熱的核心過程，
同時
也避免了與之連接的縱向微通道內(nèi)工作流體單一流向產(chǎn)生沿流動方向溫度梯度的問題，一方面調(diào)整沿縱向分通道不同位置的連接通道橫截面面積大小，補償了進(jìn)入連通通道工作流體的流速損失，使各連通通道內(nèi)工作流體單位時間的流量相當(dāng)，從而保證不同連通通道散熱能力的均衡。
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