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液滴微流控又称数字微流控,该技术具有样品消耗量少、反应快、传质传热效果好、无交叉污染等优点,是微流控技术的研究热点。其应用范围涵盖分析测试、生物工程、医学分析、有机合成等尖端科技领域。微液滴生成装置作为该技术的基础,是产生大量稳定、均一微液滴的关键,而市场上现有的该种装置价格昂贵,因此开展对该技术的相关研究并开发出一套经济实用的微液滴生成装置具有重要意义。首先,综述了微流控芯片及液滴形成与操纵的国内外研究现状与发展动态,在此基础上确立了以开发微流控芯片及配套装置为研究目标。阐述了微液滴的生成原理及其相关理论,包括液滴动力学的无量纲参数、润湿现象及接触角、液滴流阻的计算、Marangoni效应、液滴的界面动力学等。分析了主动法及被动法两种生成微液滴方法的异同,由于被动法用于微液滴的高通量制备,因此本文选用被动法。在上述基础上设计并加工了常规十字型、蛇型及二次分裂十字型通道结构的微流控芯片。此外,为保证实验过程中的气密性良好,对现有夹具进行了改进,通过在上盖加工用于插细管的孔并在底座加工用于观测的通槽使其与实验所用芯片相匹配。其次,开发出一套微液滴生成装置并实现了两种控制方案,分别为基于PC和基于单片机的控制方案。方案一硬件部分包括柱塞泵、电磁阀、步进电机驱动器、光耦隔离保护电路、串口、并口、电源、计算机、微流控芯片。软件部分用VB.NET编写,包括串口通讯程序及并口控制程序;方案二以STC89C52RC单片机为控制核心,在上述基础上脱离了串、并口的控制成为一套独立的便携式装置。最后,利用所设计的芯片、夹具、研发的装置以及改进的倒置显微镜搭建了实验平台并通过调节流速成功制备出不同体积的微液滴。用COMSOL软件对微液滴生成过程及两相流速、黏度等因素的影响进行了仿真,并与实验结果相对比。此外,还探讨了微液滴在单细胞包裹、蛋白质结晶、微粒合成、药物运输、生物PCR技术以及疾病检测等方面的应用。