双核复合液滴生成与渗透压诱导内核融合研究

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1、硕士学位论文双核复合液滴生成与渗透压诱导内核融合研究INVESTIGATEFORTHEDUAL-COREDOUBLEEMULSIONFORMATIONANDOSMOLARITY-TRIGGEREDCOALESCENCEOFENCAPSULATEDDROPLETS关雪伟哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：O359学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文双核复合液滴生成与渗透压诱导内核融合研究硕士研究生：关雪伟导师：姜洪源申请学位：工学硕士学科：机械设计及理论所在单位：机电工程学院答辩日期：2016年

2、6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O359U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringINVESTIGATEFORTHEDUAL-COREDOUBLEEMULSIONFORMATIONANDOSMOLARITY-TRIGGEREDCOALESCENCEOFENCAPSULATEDDROPLETSCandidate：GuanXueweiSupervisor：JiangHongyuanAcademicDegreeAppliedfor：Mastero

3、fEngineeringSpeciality：MechanicalDesignandTheoryAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要利用液滴微流控技术可生成纳升尺度的液滴微反应器，并以其为载体，进行生物化学反应。而如何诱导两个或多个包含不同成分的液滴融合是实现液滴作为微反应器的关键技术之一，复合液

4、滴独特的核壳式结构能够使内核液滴与外界环境隔离，有效的保护内核液滴中的成分免受外部环境的干扰，为纳升级的生物化学反应提供了较为理想的平台；另外，虽然有关利用复合液滴作为微胶囊包裹样品的研究有很多，但关于进一步诱导复合液滴内核融合的研究却鲜有报道。本文以此为切入点，针对液滴的形成以及渗透压诱导双核复合液滴内核融合展开研究，对进一步扩大复合液滴的应用具有重要意义。首先，综述了液滴生成技术与应用的国内外研究现状，阐述了液滴成形的基本理论，主要包括静态流体柱破碎与动态流体界面不稳定性的相关理论；然后结合玻璃毛细管芯片的特点，分析了滴状与射流

5、两种液滴生成模式的主要成因以及液滴动力学中相关无量纲参数对液滴形成的影响；建立了单乳液滴大小与临界毛细数的关系，研究了三相流速对复合液滴大小、内核数目的影响，为后续制备大小合适的双核复合液滴提供一定的理论指导。其次，以理论分析为基础，采用相场法建立了基于玻璃毛细管芯片系统的单乳液滴生成模型，并针对两相流速、外相粘度以及表面张力系数等因素进行仿真，研究它们对液滴大小以及频率的影响，与理论分析作对比，为实验研究复合液滴提供了一定的指导。最后，根据不同的实验目的，设计并加工了两种玻璃毛细管芯片，搭建实验系统；实验研究了三相流速对复合液滴大

6、小、壳厚以及内核数目的影响，验证理论分析的正确性；在实验研究三相流速对内核数目影响的基础上，制备具有渗透功能的双核复合液滴，研究了渗透压对双核复合液滴内核融合的影响，并验证了利用渗透压诱导双核复合液滴内核融合作为微反应器的可行性。关键词：微流控；玻璃毛细管芯片；复合液滴形成；内核融合；渗透压-I-哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractDropletmicrofluidictechnologycanproducenanoliter-scalemicroreactors,whichusethedropletsascarriersto

7、conductbiochemicalreaction.Akeystepforrealizingthedropletasmicroreactoristhattwoormoredropletscontainingdifferentcompositionshavetobetriggeredtocoalesce.Theuniquecore-shellstructureofdoubleemulsioncanseparatetheinnercoresfromtheouterenvironment,andeffectivelyprotectthe

8、innercomponentsfrombeingcontaminatedbytheouterenvironment,whichprovidesversatileplatformfornanoliter-scalebiochemical