流动聚焦微通道中滴流模式下非牛顿液滴生成的实验研究

液滴微流控是微流控领域重要分支,其所涉及的生物流体往往具有非牛顿性质。为深入理解非牛顿性质对液滴生成的影响,配置4种不同流变特性的流体,系统研究流动聚焦微通道中滴流模式下的非牛顿液滴生成。结果表明：与牛顿液滴相比,非牛顿液滴生成表现出更显著的“连珠现象”;不同非牛顿性质对液滴生成的影响截然不同,剪切稀化和弹性效应对液滴尺寸和生成频率的作用相反。液柱颈缩动力学结果显示：单一的剪切稀化效应使得非牛顿液滴液柱颈缩过程与牛顿液滴相似,均只有流动驱动阶段;单一的弹性效应则使得非牛顿液滴液柱颈缩后期出现不同于牛顿流体的毛细驱动阶段;而剪切稀化和弹性效应的共同作用会导致液柱颈缩过程中更显著的毛细驱动阶段和液柱断裂后更显著的“连珠现象”。     

动脉内皮血流动力学微环境建模分析和体外模拟方法与技术研究进展

动脉内皮微环境中的血压、壁面剪应力和牵张应力等血流动力学参量在维持内皮的正常生理功能中扮演着至关重要的角色。在体（in vivo）动脉内皮血流动力学微环境的建模分析与体外（in vitro）模拟研究不仅为心脑血管疾病早期诊断与预防、治疗与康复提供重要的生理指标，而且是深入理解心脑血管疾病发生发展机制不可或缺的基础，具有重要的科学意义和临床应用价值。本文综述了在体动脉内皮微环境的血流动力学建模分析、体外评估动脉内皮微环境血流动力学特性的模拟循环系统（Mock Circulatory System，MCS）以及用于细胞力学生物学研究的体外内皮细胞培养模型（Endothelial Cell Culture Model，ECCM）三方面的研究进展。通过对该领域的主要文献进行归纳和系统分析，指出了亟待解决的方法与技术问题，为进一步开展相关研究提供参考。     

基于时空浓度梯度反演扁平微通道中平均流速的优化算法

微流控通道内流速的准确测量在利用微流控芯片开展定量化学分析、样品制备、药物合成等领域具有重要应用价值。基于物质输运原理,提出了一种通过测量物质时空浓度梯度反演扁平微通道中平均流速的优化算法。首先,基于Navier-Stokes方程与Taylor-Aris弥散方程建立扁平微通道中速度场与浓度场的定量关系,分别提出了用直接反演法和优化算法求解平均流速的方法;其次,通过数值仿真系统地分析了时空浓度变化频率、振幅和扩散系数对反演流速准确度的影响;最后,通过荧光素实验验证了该方法的可行性。结果表明:无噪声情况下,优化算法反演结果与真实速度相关系数为1,具有很高的精度;有噪声情况下,增大物质浓度信号的频率与振幅、采用扩散系数较小的物质有助于提高算法的准确度;在微流控装置中,优化算法反演结果与流量传感器测量计算结果的相关系数为0.9814。