基于粘弹性效应的颗粒微流控汇聚与分离

基本信息
批准号:11572334
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:胡国庆
学科分类:
依托单位:中国科学院力学研究所
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:郑旭,陈晓东,刘超,薛春东,胡青林,贺思远,白轩
关键词:
粘弹性效应惯性效应微流动多场耦合微纳颗粒
结项摘要

Precise manipulation of various micro/nano-particles, cell, and bacteria is of great importance in many research and application areas. Very recently, particle manipulation based on microscale viscoelastic effects becomes an emerging microfluidic technique. Compared to the Newtonian fluids, it shows more flexible advantages and more extensive applications. The thorough understanding of the particle transportation in viscoelastic fluids is necessary for the successful implement of this type of microfluidic devices. Due to the complex rheological properties of viscoelastic fluids, however, the existing research is very limited. We will integrate experimental observations and 3-D numerical simulations to investigate the effects on the particle migration by rheological properties of fluids, microchannel geometries, and flow conditions, advancing our understanding and prediction of particle manipulation in viscoelastic microdevices. By optimizing the rheological properties of viscoelastic fluids and utilizing inertial effects , we aim to realize better focusing, trapping, concentration, and sorting of particles and cells with various sizes. The study will be further extended to manipulation of nano-particles and non-spherical particles. The acquired knowledge will build the fluid mechanics and particle transport foundations, with the goals of developing a new high-throughput technology for label-free cell handling based on mirofluidic viscoelastic and inertial effects.

各种微纳尺度颗粒、细胞、细菌等的精确操控在众多研究和应用领域中具有重要价值。基于微尺度粘弹性效应的颗粒操控方法是近几年出现的一类微流控新方法。相比牛顿流体,它拥有更灵活的操控优势和更广泛的应用前景。此类器件的成功应用有赖于对微尺度粘弹性流体中颗粒输运现象的系统认识,然而,鉴于粘弹性流体的复杂流变特性,相关研究非常有限。本项目拟结合实验观测和三维数值模拟,探索流体流变性质、通道几何形状、流动参数等对颗粒运动规律的影响,增强对粘弹性微流控器件中颗粒操控的深入了解和精确预测。在调控优化粘弹性流体流变性质的基础上,结合惯性效应,实现不同尺寸颗粒和细胞的汇聚、捕捉、富集、分选等功能,并进一步将研究拓展至纳米尺度颗粒和非球形颗粒的操控。通过建立相关流动和颗粒运动规律,发展结合微流动粘弹性效应和惯性效应优势的无标记颗粒高通量操控新技术。

项目摘要

本项目组顺利执行了项目计划,以复杂介质中微纳颗粒操控为出发点,围绕关键科学问题开展了系统的模拟研究与实验研究,通过黏弹性流体微流动及颗粒输运的基础理论研究,发展了适用于微纳尺度颗粒运动研究的三维数值模型、快速易用半解析模型,探索了黏弹性作用力和惯性效应复合作用下微流控器件中的流动现象,获得流动、黏弹性效应、颗粒输运等耦合机制,增强了对黏弹性流体中微纳颗粒高通量操控的深入了解和精确预测。建立了相关流动和颗粒输运规律,为黏弹性流体微流控器件的设计、分析、控制和优化提供理论指导,实现了细胞、细菌、外泌体等高通量分离应用。取得了一系列具有创新性的研究成果,共发表SCI论文18篇,他人引用总数366次。本项目研究丰富和加深了对复杂介质环境中微纳颗粒输运机理和操控规律的认识,并有望为疾病的精准诊疗提供理论基础和技术支持。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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