微流控法制备用于电泳显示微胶囊的微液珠研究

本文基于微流控技术，提出一种制备电泳显示液微胶囊的新方法，解决了传统电泳微胶囊制备方法中颗粒粒径不均匀、影响显示器件的显示性能及其驱动波形设计等问题。实验中使用了两种玻璃汇聚流通道(小型和大型)，外相溶液为1.5%明胶阿拉伯胶混合溶液，内相为四氯乙烯溶液。当小型通道和大型通道外相溶液流速与内相溶液体积流速比分别为2:1和10:6时，可以得到液滴平均直径分别为47 m和315 m的均匀的微液珠。同时，该方法可以精确控制微胶囊粒径大小，通过调节内外相流速，可以得到粒径在40 m至375 m范围内的大小均匀的微胶囊。与传统机械搅拌法制备的微液珠（52 18.81 m）相比，微流控法制备的微液珠（450.28 m）粒径分布得到了很大改善。该方法为电泳显示器显示效果的改善提供了可行方法。     

GRIN聚合物微球用作平行光束至光纤的耦合器的耦合性能研究

梯度折射率微球透镜是一类具有极简单几何形状的新型光学器件,主要依靠介质内特殊的非均匀折射率分布实现其各种光学功能。本文对用各种不同参数的GRIN微球透镜以及均匀球的耦合性能进行了系统的理论分析,证明用GRIN微球透镜耦合性能比均匀球更优越。     

一种单平面电极阵列结构的介质上电润湿数字微流控器件

一种高介电常数(K=7.6～11.6)的有机铁电聚合物材料——偏氟乙烯与三氟乙烯共聚物首次作为介质层用于介质上电润湿效应的数字微流控器件.在30 V的外加电压下,液滴与器件间的固-液接触角可以从118°下降到75°,并且呈现明显的电压极性相关性.基于此现象,设计并制作了新型的单平面电极阵列结构的数字微流控器件,简化了器件结构和工艺流程,整个工艺步骤可以与集成电路工艺兼容.新型器件成功实现了3μL的液滴的往返运输,工作电压只需20 V.     

基于空间Kramers-Kronig关系双色非互易光反射的 动力学调控

：光学非互易性是实现全光二极管、隔离器等新型光子器件的核心技术，这些器件具有 高效、稳定、易于集成等特点，在量子计算和信息处理中尤为关键。本文通过设置2个耦合场强度 随位置的变化，使探测场极化率满足空间Kramers-Kronig关系，实现双色非互易光反射的动力学调 控，并讨论了探测光从介质的左侧和右侧入射的反射率对比以及耦合场失谐、耦合强度等对非互 易光反射的影响。     

基于表面声波的微流控技术研究进展

 近年来，基于表面声波的微流控技术因为表面声波的产生与控制方式简单高效、表面声波与流体介质相互作用的形式多样，以及声波器件制备工艺简单、易于集成和检测等特点引起了广泛关注和研究。目前，基于表面声波的微流控技术在生化分析与疾病检测等领域中主要围绕细胞等微粒的排布、分离、混合与汇聚现象、声波加热、声波雾化、生物传感等方面展开研究，部分技术已接近成熟，具有发展成为便携式设备的巨大潜力，市场应用前景广阔。本文总结了近20年来表面声波微流控技术在微粒的排布、分离、混合与汇聚现象、声波加热、声波雾化、生物传感等方面的研究进展，并指出了相关研究正在由声力、声热、声电等单效应向多物理场效应转变，由二维、微米级操纵向三维、纳米级操纵转变、由平面型器件向柔性器件转变的趋势。     

微流控法制备可用于电泳显示微胶囊的微液珠研究

基于微流控技术,提出一种制备电泳显示液微胶囊的新方法,解决了传统电泳微胶囊制备方法中颗粒粒径不均匀、影响显示器件的显示性能及其驱动波形设计等问题.使用2种玻璃汇聚流通道(小型和大型),外相溶液为1.5%明胶阿拉伯胶混合溶液,内相为四氯乙烯溶液.当小型通道和大型通道外相溶液流速与内相溶液体积流速比分别为2∶1和10∶6时,可得到液滴平均直径分别为47μm和315μm的均匀的微液珠.同时,通过调节内外相流速可以精确控制微胶囊粒径大小.与传统机械搅拌法制备的微液珠(52±18.81μm)相比,微流控法制备的微液珠(45±0.28μm)粒径分布得到了很大改善.该方法为电泳显示器显示效果的改善提供了可行方法.     

单片机控制的微流控芯片微型气动装置系统设计

微流体控制和驱动技术是微流控芯片（Microfluidic Chip)的发展和应用的关键技术之一,介绍了一种基于STC90C516RD+系列单片机控制和驱动微流控芯片内管道内液体的电路结构设计。设计的微流控芯片上集成了微管道、微阀和气动微泵等结构,单片机通过外部的独立按键选择和控制电磁阀,实现对微流控芯片内的进样管道选择和流体控制。该系统结构简单、稳定可靠,适宜作为独立的系统实现微流控芯片的复杂控制。     

压电微流芯片的一维传递矩阵模型及参数优化

以压电陶瓷为振动源的压电微流芯片是实现微粒子操作、细胞分离等微流控研究的重要手段之一。能够描述压电效应以及超声声场在微流芯片各介质中分布规律的传递矩阵方法是进行微流压电芯片分析、设计与优化的一种有效手段。采用传递矩阵法推导了层叠式压电微流芯片的一维传递函数模型;对给定的算例芯片进行了参数分析与结构优化设计。结果表明一维传递函数模型既可在压电微流芯片设计中对结构参数进行优化,又可在实验过程中对实验参数的选定提供指导。     

基于微流控的细胞操纵方法与应用

 微流控技术可实现微量液体的精密操控和多种功能模块的微型化集成,在细胞操纵方面具有精确、高效和低成本等传统手段无法比拟的优点,近些年成为学科交叉领域的研究热点之一。从细胞操纵的原理方法及应用出发,综述了微流控细胞操纵领域的最新研究进展,探讨、总结了各种细胞操纵方法的优缺点,并展望了微流控细胞操纵技术的发展趋势。     

新型多孔单细胞观测芯片设计及在细菌抗药性研究中的应用

提出一种新型多孔单细胞观测芯片的设计和实现方法, 结合多孔板操作简单和微流控芯片单细胞观测的优势, 为微流控芯片的推广利用提供新思路。在芯片中设计由小孔、特定高度的培养腔室和栅栏组成的并排对称单元, 这三层高度结构把细胞限制在培养室单层固定生长。利用PDMS材料在等离子体处理后对液体的浸润性和对气体吸收的特性, 在小孔加入菌液后细胞很快被自动吸入细胞培养室。只用10 μL液体就可以完成长时间观测细菌所有单层形态变化过程以及高通量并行对比, 实现不同大肠杆菌菌株在不同抗生素浓度下的并行对比分析。此芯片制作的方便性与能在单层细胞程度下实现高通量并行对比的优越性, 使它在大肠杆菌的抗药性以及流式分选后期研究等方面应用前景十分广阔。     

流体动力学调制下的动态光流控波导及其生化应用

基于流体动力学调制,探究光流控波导的独特光学特性及其生化应用.将微流体独特的输运、扩散、离心性质应用到光波导设计中,赋予液体不同于固态光波导的奇异性质.例如以输运为主的流体特质可构造动态可调的阶跃波导;扩散明显的流体特质可构造具有独特衍射现象的渐变波导;离心性质可实现纤芯3D可调的动态波导.结合其他液体性质,光流控波导可实现传感、染料激光及颗粒分离的诸多生化应用.     

基于多路开口同轴探头的介电常数测试系统开发

本文提出并开发了一种基于多路开口同轴探头的介电常数测试系统,利用射频多路开关实现多探头分时工作,获取多路反射系数并对其进行补偿,基于准静态模型反演得到介电常数,首次利用开口同轴探头法实现了介电常数的空间多点测量;然后通过测量已知介电常数的液体,对照液体介电常数理论值进行误差分析,验证了该系统的准确性;最后使用该系统对非均匀含水石英砂进行测量,获得了空间多点的介电常数分布,进一步结合介电混合定律反演得到了空间多点石英砂中水体积分数。结果显示：该系统获得的介电常数反演值与理论值吻合度高,误差分析表明该系统精度优于现有主流的单探头商业测试系统,利用该测试系统可实现对非均匀介质介电常数空间多点分布的精确测量,且测量精度高、可靠性好,扩展了开口同轴探头法在非均匀介质测量中的适用范围,对非均匀介质的微波介电特性研究具有重要科学及工程意义。     

光流控传感器及其应用

 基于光流控技术,通过设计不同的芯片结构,可以制造出性能优异的光流控传感器。根据光流控传感器的芯片结构,可以将其分为4大类：前2类为基于光子晶体谐振腔的光流控传感器和基于回音壁模式的光流控传感器,流体在流经这2种传感器中的腔体结构时,产生的折射率改变会引起腔体耦合模式的变化,从而使光响应信号产生改变,起到传感作用;第3类为基于光波导模式的光流控传感器,光在波导中全反射产生的條逝场会与流体发生相互作用,令光信号产生变化;第4类为基于表面等离子体共振的光流控传感器,它利用表面等离子共振对金属表面区域折射率的敏感性实现传感功能,流体带来的折射率变化会令共振峰发生偏移。本文综述了以上4类光流控传感器芯片的结构、原理及应用。光流控传感器对于微小的折射率变化十分敏感,具有很高的灵敏度和精准度,同时,光流控系统本身具有低成本、小型化、结构简洁及实时调控的特征。随着未来被探测物体趋于微观,光流控传感器在物质探测和生物物质探测领域将发挥越来越强大的作用。     

Optimal design of label-free silicon“ lab on a chip” biosensors

This paper reported the optimal design of label-free silicon on insulator(SOI) "lab on a chip"biosensors.These devices are designed on the basis of the evanescent field detection principles and interferometer technologies.The well-established silicon device process technology can be applied to fabricate and test these biosensor devices.In addition,these devices can be monolithically integrated with CMOS electronics and microfuidics.For these biosensor devices,multi-mode interferometer(MMI) was employed to combine many stand-alone biosensors to form chip-level biosensor arrays,which enable realtime and label-free monitoring and parallel detection of various analytes in multiple test samples.This sensing and detection technology features the highest detection sensitivity,which can detect analytes at extremely low concentrations instantaneously.This research can lead to innovative commercial development of the new generation of high sensitivity biosensors for a wide range of applications in many fields,such as environmental monitoring,food security control,medical and biological applications.     

医疗监护中基于分段TCP协议无线传输方式的设计

讨论了无线网络技术在医疗监护中的应用,并使用IEEE 802.15.4标准对低速率无线个人局域网作为医疗信息通信传输平台的适用性进行评估.根据医疗信息的特点,对传统的无线传输协议(TCP协议)和Snoop算法加以改进,通过加入时间戳的方式提高分段式TCP数据包传输效率和点到点的数据吞吐量,降低传输平均延迟.仿真实验表明,改进后的Snoop算法提高了低速率无线网络传输方式在医疗应用的传输效率.     

A novel approach to design microwave medium of negative refractive index and simulation verification

In this paper, a novel approach is presented to synthesize microwave medium of negative refractive index by incorporating metallic wire array with negative effective permittivity into the host media such as ferrimagnet-YIG （yttrium iron garnet） applied by external magnetic field whose permeability is negarive. We have designed the composite medium having negative refractive index in C/X band frequencies, analyzed and simulated its electromagnetic （EM） properties by use of EM EDA package based on time-domain finite integration method. The simulation results show that： ① the effective permittivity of the designed metallic wire array is negative in the frequency range from 7.02 GHz to 9.80 GHz; ② the permeability of YIG substrate immersed into an external magnetic field is negative in the frequency range from 5.22 GHz to 8.14 GHz; ③ EM wave can pass through the composite medium synthesized by the above designed metallic wire array and YIG substrate, and ④ the negative refraction behavior occurs on the interface between the composite medium and the normal material with positive refractive index in 7.51-8.13 GHz frequency range, in which the effective permitUvity of the metallic wire array and the permeability of YIG substrate are negative simultaneously. The full wave simulation has demonstrated that the effective refractive index of the designed composite medium is indeed negative and ascertained that the proposed approach to design microwave medium with negative refractive index is viable.     

基于SPR的液体折射率检测研究

精确的折射率测量可以深入的了解介质微小的物理或者化学变化。提出一种基于Kretschmann棱镜结构的SPR折射率检测方法。首先利用Mathematica软件重点分析Kretschmann模型结构下待测样品折射率变化对表面等离子体共振吸收峰的影响,得到吸收峰随样品折射率的变化关系。在此基础上,构建Kretschmann模型并进行了酒精与水混合溶液的折射率测量。最后得出该方法能够有效检测到样品反射谱曲线,且与理论曲线趋势基本一致,在1.33~1.36折射率范围内检测的灵敏度可达86.88 deg/RIU。本研究方案对研制表面等离子体共振折射率传感器具有良好的价值。     

Designing materials for biology and medicine

Biomaterials have played an enormous role in the success of medical devices and drug delivery systems. We discuss here new challenges and directions in biomaterials research. These include synthetic replacements for biological tissues, designing materials for specific medical applications, and materials for new applications such as diagnostics and array technologies.     

液体表面非均匀薄膜失稳的力学研究

以液体为基底的膜基系统广泛存在于自然界中,并且在功能表面制备等工程领域中广泛应用。从力学角度对液体表面非均匀薄膜的失稳过程进行研究,建立了几何和材料非均匀性与薄膜失稳模式的关系。采用数值模拟手段,研究了缺陷部分的长度、位置和弹性模量参数对薄膜表面失稳形貌演化过程的影响。通过实验实现带有预制缺陷的聚酯(PET,polyethylene terephthalate)薄膜在水表面的失稳,得到了与数值模拟结果相一致的失稳形貌,进一步利用预先涂覆未固化模具胶的方法,将失稳形貌复制形成模具。研究工作可以为液体表面薄膜失稳形貌的优化设计提供指导,并为特定特殊形貌薄膜的制备提供途径。     

电流变体及其在机械装备中的应用

电流变体是一种在外加电场作用下表现粘度发生显著变化的流体。近年来，作为一种智能流体引起研究人员的广泛重视。阐述了电流变体的组成、作用机理及其性质。在此基础上，研究了电流变体在机械装备中的应用。结果表明，将利用电流变技术设计的器件应用到机械装备中，可明显改善装备的技术性能指标。