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| 细胞计数对了解细胞生长状态、生物量测定,以及环境监测等都十分重要。Coulter计数微流控芯片具有快速、高效、小型化和低能耗等诸多优势,是近年研究的热点。本文设计Coulter计数微芯片,通过数值模拟和有限元仿真的手段,对微流体在微流道中流动行为进行分析,揭示通道结构尺寸和压力等边界条件与微流体行为的变化规律,从而对微流体器件的结构及参数的优化进行指导。以期最终将微流体器件的设计、优化、加工以及运行推上一个新台阶。本文首先提出了一个基于水力聚焦的Coulter芯片的设计,分析通道尺寸和流体属性对流体流速的影响,针对不同情况或参数下流体间的浓度扩散进行分析。在高宽比固定的情况下,流体在微通道的流速随着压力的增大而加快,呈线性增长；并且当高宽比互为倒数得时候,其对应的流速也接近相同。高宽比为1时,流速最快。此外,在通道尺寸一定的情况下,流体的粘滞系数μ越大,其流速v越小。流体的扩散系数和入口压力显著影响着流体间的浓度扩散,并且压力随着通道的延伸不断下降,流体间会逐渐发生扩散。此外,两股鞘液间的流率比是影响着样品液在出口通道中的宽度和位置的主要因素,其位置x拟合公式如下：x=0.8633.Ratio+0.3739然后,通过微颗粒来模拟细胞在通道中的流动行为,分析影响颗粒流动行为的因素。颗粒的流动路径会随着样品液在出口通道中的位置变化而变化,验证了水力聚焦的可行性。在样品液流率不变的前提下,改变鞘液间的流率比,可以让样品液在出口通道中的位置改变,导致进口通道中的不同位置的颗粒以不同的速度流动不同的距离进入出口通道,大大减小积聚抱团进入出口通道的概率。最后,对3D层流混合器的浓度混合进行仿真研究。浓度扩散和混合取决于压力、扩散系数,通道长度。压力不足通常是实际情况中扩散发生的直接要素,随着通道的延伸,压力亦会逐渐下降,从而导致浓度扩散。对比发现2D和3D的仿真结果具有一致性,说明了本研究结论具有普遍性。 |
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