實(shí)驗(yàn)名稱：雙核復(fù)合液滴融合實(shí)驗(yàn)

研究方向：微流控技術(shù)是近些年發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)，它將微納米通道集成到幾平方厘米的芯片上，并通過(guò)施加外加物理場(chǎng)，對(duì)通道中的流體及流體中分散的微納顆粒進(jìn)行控制和操縱。由于微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，如今人們借助于微機(jī)電系統(tǒng)加工技術(shù)已經(jīng)能夠制備出各種高集成、跨尺度和高可控性的微流控芯片，因此它被廣泛用于生物醫(yī)療、新型材料和前沿工程等多個(gè)領(lǐng)域。液滴微流控作為微流控技術(shù)的一個(gè)重要分支，在微流控芯片中通過(guò)控制互不相溶的兩相或者多相流體來(lái)制備和操縱獨(dú)立單分散的液滴單元，主要被用于生化分析、微納材料合成和精密微反應(yīng)器等前沿領(lǐng)域，例如單細(xì)胞檢測(cè)、生物大分子分析和納米顆粒制備等。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯吭诠潭妼?dǎo)率下，電信號(hào)頻率增大液滴融合所需要的電壓情況。確定不同參數(shù)下液滴融合區(qū)域，在不同電導(dǎo)率下液滴的電壓和頻率融合區(qū)域，為實(shí)際應(yīng)用中的參數(shù)選擇提供了可靠的參考

測(cè)試設(shè)備：熒光顯微鏡、信號(hào)發(fā)生器、微量注射泵、ATA-2021高壓放大器、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、微流控芯片。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：信號(hào)發(fā)生器施加不同頻率的正弦信號(hào)以后，通過(guò)功率放大器放大到10~60V,隨機(jī)排布的液滴首先發(fā)生旋轉(zhuǎn)，液滴兩內(nèi)核的連心線與電場(chǎng)方向趨近平行。隨后液滴內(nèi)核發(fā)生融合，但是外殼在合適的電壓下依然保持完好。電壓過(guò)大，液滴的外殼也會(huì)破裂，導(dǎo)致液滴可控融合失敗。然而，液滴外殼破裂為內(nèi)核的可控釋放提供了方法。融合以后撤掉外加電信號(hào)，由于中間相相比內(nèi)相黏度較大，內(nèi)核在剛剛?cè)诤弦院蟪蕶E圓狀，隨后在表面張力的作用下恢復(fù)成球形。本實(shí)驗(yàn)中使用內(nèi)相和外相電導(dǎo)率均為8mS/m，電場(chǎng)頻率為10kHz~500kHz，幅值為40V。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)液滴在電信號(hào)頻率10kHz至400kHz范圍內(nèi)可以發(fā)生融合，并且低壓閾值和高壓閾值的變化趨勢(shì)類似。在頻率小于140kHz時(shí)，低壓閾值和高壓閾值均隨著頻率的升高而升高，曲線斜率逐漸增大。當(dāng)頻率大于140Khz時(shí)，高壓閾值達(dá)到平臺(tái)期，不再隨頻率增大而升高，而低壓閾值繼續(xù)隨頻率的增大而增大，最后低壓與高壓閾值在頻率約為400kHz處相交。對(duì)于特定的電場(chǎng)頻率，液滴內(nèi)核融合存在一個(gè)特定的電壓范圍，。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示液滴融合的電壓范圍Uop先增大后減小，在頻率為100kHz時(shí)達(dá)到電壓范圍最大值22.5V。頻率100kHz是此實(shí)驗(yàn)條件下液滴融合的最佳頻率。

這種電壓隨頻率升高的現(xiàn)象可以由兩種效應(yīng)解釋。第一，液滴內(nèi)核表面的流動(dòng)由中間相的南北極向兩核之間流動(dòng)，從而阻礙液滴之間的融合，這種流動(dòng)隨著電信號(hào)頻率增大而增強(qiáng)，從而對(duì)融合起到抑制作用。第二，相同電壓下液滴內(nèi)核的變形隨著頻率增大而減小，因此為了達(dá)到相同的變形量，頻率增大時(shí)電壓也需要相應(yīng)的增大才能進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)內(nèi)核之間的薄膜變薄到一定的程度，使得液滴融合。

電壓放大器推薦：ATA-2021高壓放大器

圖：ATA-2021高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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