粗糙度对微流道内流体连续自搬运的影响

微流控芯片中各功能单元间样品的运输依赖于流体在微通道中的流动,尺度效应加剧表面作用效果,使得微流道内流体无需外部动力即可实现连续铺展搬运。为了深入研究微流道内流体的流动机制和动力学特性,分析影响微流道内流体自搬运效率的因素,基于近似Derjaguin法的同时充分考虑表面能和Casimir效应,利用数值计算和实验相结合的方法分析了微流道内壁粗糙度对流体流动特性和自搬运效率的影响,明确了微流道内流体的本构方程和流动控制方程,并设计搭建实验台验证所得结果的有效性和可靠性。结果表明:内壁粗糙度是影响微流道内流体流动特性和连续自搬运效率的重要因素;当粗糙度等效齿数、等效齿高和等效齿倾角变化时,微流道内近壁面齿隙间的主漩涡和伴生涡都相应改变,导致流体自搬运效率发生相应变化。研究结果对解决微流控润滑和微流控芯片减阻防粘等设计和使用问题具有重要理论指导意义,对微电子机械系统的小型化和集成化设计具有一定的参考价值。