基于微流体脉冲驱动的多组分微囊反应器设计与制作方法研究

微反应器是一种重要的微流体器件，现有微反应系统存在数增放大困难、清洁性能差、难以处理固体体系等问题。而类生物体细胞结构的微胶囊，其囊壁具有筛分作用，可在囊内微小空腔内发生反应，是一种新型微反应器。本项目研究基于微流体脉冲驱动的多组分微囊反应器的设计与制作。根据流体介质类型，设计多组分微囊反应器的结构模型。基于玻璃热成型工艺，设计与制作玻璃基组合微流体器件。以脉冲惯性力为驱动力，通过微流边界层流体-固壁摩擦耦合实现不同流体的脉冲微流动。基于微流体脉冲驱动玻璃基组合微流体器件的平台，制作多组分微囊反应器，实现不同流体介质的处理，较好的保护活性成分；其形态、尺寸、内部组分数目、各组分数量精确可控。通过微囊腔内不同组分的环境响应释放，实现不同组分间的微混合反应。本项目探索一种新型微反应器的设计与制作方法，为实现微反应器的数増放大、满足高清洁性能和可处理含固体体系的要求提供了一种新的途径和思路。

微反应器是一种重要的微流体器件，而类生物体细胞结构的微胶囊，其囊壁具有筛分作用，可在囊内微小空腔内发生反应，是一种新型微反应器。本项目以微流体脉冲驱动机理及微流体流动特性为基础，以玻璃基微流体组合器件的制作为手段，进行了微流体脉冲驱动下的多组分囊式微反应器的模型建立、制作与测试研究。. 根据数字化微喷射对微流体器件结构要求，研究了基于热变形的玻璃微喷嘴制备工艺，分别研制了拉锻集成式0.5mm-2.0mm外径玻璃微喷嘴制备仪和4.0mm-7.5mm外径玻璃微喷嘴制备仪，考察了加热时间、加热电压等基本参数对拉制、锻制工艺性能的影响。设计制作了微孔制作仪，研究了加热面积对微孔制作工艺的影响规律。制作了微喷嘴、微管道、玻璃微孔等基本微流体器件并结合组合工艺，设计制作了直列式、同轴及T型玻璃组合微喷嘴。为多组分囊式微反应器的制备提供了器件基础。. 研究了微流体脉冲驱动机理及不同流体介质的微流动特性，对脉冲惯性力主导下的微流边界层流固摩擦耦合驱动微喷嘴内液体和粉体进行了理论分析，得出了在微流体脉冲驱动下，不同驱动参数和流体特性对微喷射和微输送的影响规律，数值模拟了数字化微喷射过程中液滴形成过程和粉体脉冲微喷射过程。分别设计了以压电陶瓷、电磁铁为驱动器的微流体脉冲驱动系统，实验研究了数字化微喷射系统参量对微喷射稳定性及微喷射量的影响。为多组分囊式微反应器的制备提供了理论基础。. 基于微流体脉冲驱动玻璃基组合微流体器件的平台，设计并制作了多组分微囊反应器，制备出的微反应器实现了不同流体介质的处理：除了液体，还实现了固体、含颗粒的悬浮液的处理，并能较好的保护细胞等活性组分材料；实现了组分数目和封装量的数字化控制；微反应器的尺寸和形态可控，具有良好的单分散性。通过淋巴细胞-台盼蓝多组分微囊、淋巴细胞-罗丹明B溶液多组分微囊测试实验，实现了微囊中细胞活性的直接检测。微囊内部的腔体成为化学反应发生的场合，不同于传统微反应器以微通道为反应腔，解决了微通道易堵塞，难清理，难以处理固体体系的问题。. 本项目探索了一种新型微反应器的设计与制作方法，为实现微反应器的数増放大、满足高清洁性能和可处理含固体体系的要求提供了一种新的途径和思路。