电检测液滴微流控闭环调节系统研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51705099
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0502.传动与驱动
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

To achieve high stable flow-rate supply of the droplet microfluidic systems, and increase the stability of droplet formation and the control precision of droplet size, the electrical-detection closed-loop control droplet microfluidic system is reported, where the pressure-driven device, the electrical-detection method and the droplet microfluidic system are integrated together in this project. The mechanism and mathematical model of the droplet formation in the T-junction microchannel are mainly studied. For high capillary numbers, the nonlinear model of the droplet size is established, and effects of the geometrical parameters of the microchannel on its nonlinear property are discussed. Meanwhile, for low capillary numbers, the linear relation between the droplet size and flow-rate ratio can be obtained. Especially, the pressure fluctuations at the T-junction which are induced by the process of droplet generation are demonstrated in this project, and the mathematical model of the pressure fluctuations is established. Based on the principle of electrical-detection method, by allocating couples of the microelectrodes along the microchannel, both the online detection speed and accuracy of droplet size will be increased significantly. By establishing the dynamic transfer functions of the electrical-detection closed-loop control droplet microfluidic system, the dynamic characteristics of the system can be simulated and tested. In particular, a specific controller is incorporated into the closed-loop control system and properly choosing the coefficients of the controller, the dynamic characteristics of the closed-loop control system can be improved. As a result, both the control speed and precision of the droplet size are increased drastically, which are quite important for the applications of droplet microfluidics in interdisciplinary study.
为实现液滴微流控系统稳定的流量调节,提高液滴形成稳定性和液滴尺寸控制精度,本项目将压力驱动装置、电检测方法与液滴微流控系统集成为一体,提出了电检测液滴微流控闭环调节系统。研究T型微流道液滴形成瞬态机理,当毛细管数较大时,建立液滴尺寸非线性数学模型,并分析微流道结构对非线性特性的影响,选取较小毛细管数,可得到液滴尺寸与流量比的线性数学模型。发现液滴形成瞬态过程引起微流道局部的压力脉动,通过分析微流道压力脉动形成机理,建立压力脉动的数学模型。基于电检测方法的测量原理,采用多组电极同时测量液滴尺寸,提高液滴尺寸的在线测量速度和精度。建立电检测液滴微流控闭环调节系统的动态传递函数模型,进行系统动态特性的仿真分析与试验测试,通过引入特定的控制方法并合理选取控制参数,改善闭环调节系统的动态特性,提高液滴尺寸的调节速度与控制精度,本项目研究对于开展液滴微流控系统在交叉学科领域的应用十分关键。

结项摘要

本课题主要针对液滴微流控系统,开展液滴形成基础理论、液滴尺寸电检测方法以及液滴微流控闭环调节系统研究。主要研究了T型微流道液滴形成的瞬态机理与数学模型,提出了液滴尺寸电检测方法并搭建了电检测液滴微流控闭环调节系统,实现了压力驱动装置、电检测方法与液滴微流控系统的集成。针对电检测液滴微流控闭环调节系统,重点开展了液滴形成瞬态过程压力脉动、液滴尺寸在线检测方法、液滴尺寸控制精度与液滴形成稳定性等研究工作。主要建立了液滴形成的数学模型、压力驱动装置的数学模型、瞬态压力脉动的数学模型、PDMS微流道数学模型和液滴尺寸电检测的数学模型。在低毛细管数下(毛细管数小于0.1),建立了液滴尺寸的线性化数学模型,为实现液滴尺寸的精确控制提供理论基础。研究液滴形成瞬态过程压力脉动的变化规律,可以抑制微流道局部的压力脉动,提高液滴形成稳定性与液滴尺寸在线测量精度。开展电检测液滴微流控闭环调节系统动态特性的仿真与试验研究,基于MatlabSimulink仿真平台,建立电检测液滴微流控闭环调节系统的动态传递函数模型,通过引入PID控制方法并合理选取PID控制参数,提高电检测液滴微流控闭环调节系统的动态响应速度和控制精度,实现液滴尺寸的在线检测与精确控制。液滴尺寸检测精度达到1μm,液滴尺寸控制精度达到2μm,液滴尺寸控制的相对误差小于2%。本项目的研究成果,对于开展液滴微流控系统在材料、生物与医学等领域的应用研究,促进交叉学科发展,具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(5)
Measurement of fluid viscosity based on droplet microfluidics
基于液滴微流控的流体粘度测量
  • DOI:
    10.1063/5.0002929
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    Physics of Fluids
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Wen Zeng;Hai Fu
  • 通讯作者:
    Hai Fu
Precise monodisperse droplet production in a flow-focusing microdroplet generator
在流聚焦微滴发生器中精确产生单分散液滴
  • DOI:
    10.1016/j.cherd.2020.06.002
  • 发表时间:
    2020-08-01
  • 期刊:
    CHEMICAL ENGINEERING RESEARCH & DESIGN
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zeng, Wen;Fu, Hai
  • 通讯作者:
    Fu, Hai
Precise measurement and control of the pressure‐driven flows for microfluidic systems
微流体系统压力驱动流的精确测量和控制
  • DOI:
    10.1002/elps.201900103
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Electrophoresis
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Wen Zeng;Hai Fu
  • 通讯作者:
    Hai Fu
Quantitative measurements of the somatic cell count in fat-free milk based on droplet microfluidics
基于液滴微流控的脱脂牛奶中体细胞计数的定量测量
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry C
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Wen Zeng;Hai Fu
  • 通讯作者:
    Hai Fu
Precise control of the pressure-driven flows considering the pressure fluctuations induced by the process of droplet formation
考虑液滴形成过程引起的压力波动,精确控制压力驱动流
  • DOI:
    10.1007/s10404-018-2155-0
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
    Microfluidics and Nanofluidics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Wen Zeng;Songjing Li;Hai Fu
  • 通讯作者:
    Hai Fu

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

科技文献术语的自动抽取技术研究与分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    现代图书情报技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曾文;徐硕;张运良;翟娟华
  • 通讯作者:
    翟娟华
空气含湿量抑制瓦斯爆炸过程的数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    深圳大学学报(理工版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梁运涛;曾文
  • 通讯作者:
    曾文
柴油机碰撞分流喷雾方案对比试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    沈阳航空航天大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈雷;封超;张静;刘凯;刘宇;曾文
  • 通讯作者:
    曾文
氩气电离非平衡等离子体气动效应数值模拟研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    沈阳航空航天大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张维;陈雷;封超;宋鹏;杨聪;曾文
  • 通讯作者:
    曾文
定容弹中瓦斯爆炸的反应动力学研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    燃烧科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曾文;梁运涛
  • 通讯作者:
    梁运涛

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码