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中國科大在微流動技術(shù)開發(fā)方面取得新突破
2023年12月14日 14:20:34 來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點(diǎn)擊量：11330

近日,，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院特任副研究員朱志強(qiáng),、教授司廷和教授徐曉嶸在微納尺度流動理論和調(diào)控方面取得新突破，提出無邊界約束的開放式微流動方法,，實(shí)現(xiàn)從零維到三維材料的先進(jìn)制造,。

　　【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】微流動技術(shù)是指在微觀尺寸下控制、操作和檢測復(fù)雜流體的技術(shù),，是在微電子,、微機(jī)械、生物工程和納米技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門全新交叉學(xué)科,。在生物、化學(xué),、材料等科學(xué)實(shí)驗(yàn)中,，經(jīng)常需要對流體進(jìn)行操作，如樣品DNA的制備,、液相色譜,、PCR反應(yīng)、電泳檢測等操作都是在液相環(huán)境中進(jìn)行,。如果要將樣品制備,、生化反應(yīng)、結(jié)果檢測等步驟集成到生物芯片上,，則實(shí)驗(yàn)所用流體的量就從毫升,、微升級降至納升或皮升級,，這時(shí)功能強(qiáng)大的微流動裝置就顯得必不可少了。因此隨著生物芯片技術(shù)的發(fā)展,，微流動技術(shù)作為生物芯片的一項(xiàng)關(guān)鍵支撐技術(shù)也得到了人們越來越多的關(guān)注,。
 
　　然而，傳統(tǒng)的微流控芯片和玻璃毛細(xì)管等技術(shù)采用封閉式通道結(jié)構(gòu),，其流動過程嚴(yán)重依賴于壁面潤濕性和介質(zhì)的物理化學(xué)屬性,，在一定程度上限制了微流動技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。相比之下,，開放式微流動技術(shù)具有自由的流體邊界和敞開的流動空間,，能夠更靈活地引導(dǎo)、設(shè)計(jì)和固化流體模板,，尤其適用于高粘度,、高密度以及多場耦合等復(fù)雜條件下的微量流體操縱。通過開發(fā)微流動新技術(shù),，功能材料制造過程變得更加靈活,、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)。
 
　　近日,，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院特任副研究員朱志強(qiáng),、教授司廷和教授徐曉嶸在微納尺度流動理論和調(diào)控方面取得新突破，提出無邊界約束的開放式微流動方法,，實(shí)現(xiàn)從零維到三維材料的先進(jìn)制造,。
 
　　研究人員介紹，他們提出的新技術(shù)克服傳統(tǒng)封閉式微通道的局限性,，具有生產(chǎn)效率高,、材料適用性廣、易于集成化和工業(yè)化等特點(diǎn),，在微球和微膠囊制備,、增材制造、生物醫(yī)學(xué),、能源環(huán)境,、傳感和微型機(jī)器人等領(lǐng)域展現(xiàn)出重要的應(yīng)用前景。
 
　　近年來,，該研究團(tuán)隊(duì)在微流動技術(shù)開發(fā)與先進(jìn)材料制造等方面取得系列進(jìn)展,。在微流動基礎(chǔ)研究方面，將不穩(wěn)定性理論與實(shí)驗(yàn)觀測,、數(shù)值模擬相結(jié)合,，建立了力熱、力電等耦合條件下多相流體界面不穩(wěn)定性理論方法,，獲得了多介質(zhì)微流動中復(fù)合射流與控制參數(shù)間的尺度律關(guān)系,，揭示了流體界面擾動發(fā)展的物理規(guī)律,，闡明了不同作用力對界面不穩(wěn)定性及界面耦合的作用機(jī)制，理論模型成功預(yù)測了實(shí)際應(yīng)用中的復(fù)合射流,、電射流,、熱射流等流動規(guī)律。
 
　　在微流動技術(shù)開發(fā)方面,，研究團(tuán)隊(duì)已提出了主動激勵(lì)流動聚焦,、旋轉(zhuǎn)流動聚焦、動態(tài)界面剪切和可編程氣動打印等無邊界約束的新方法,，自主研制了高產(chǎn)能,、智能可控的精細(xì)霧化和功能性微膠囊制造設(shè)備，成功制備了不同結(jié)構(gòu)和功能的微納顆粒,、膠囊和纖維,，為先進(jìn)材料制造、生命科學(xué)研究,、生物傳感分析等領(lǐng)域提供了強(qiáng)大的工具,。
 
　　在微流動實(shí)際應(yīng)用方面，克服了寬Z數(shù)多界面微液滴的可編程3D打印難題,，成功實(shí)現(xiàn)了藥物在多種外部刺激作用下的精準(zhǔn)可控釋放,，獲得了“節(jié)點(diǎn)+溝槽”形超快集水微纖維的精準(zhǔn)制造，突破了基于液滴體積及響應(yīng)性材料的智能信息加密及存儲,，顯著提升了微型機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下的運(yùn)行效率等,。
 
　　結(jié)合國內(nèi)外微流動技術(shù)的最新進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)撰寫的長篇綜述Free-Boundary Microfluidic Platform for Advanced Materials Manufacturing and Applications于近日發(fā)表于《ADVANCED MATERIALS(先進(jìn)材料)》,。
 
　　參考來源：中國科學(xué)報(bào)

 

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