封闭型与开放型集成的数字微流控芯片中液滴驱动机制与操控研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61504060
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0407.微纳机电器件与控制系统
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

In electric-field-mediated digital microfluidics (DMF), there are two distinct architectures - closed systems using parallel-plate electrodes and open systems using coplanar electrodes fabricated on an open substrate. Many envisioned chemical and biological processes in Micro-Total-Analysis-Systems (μTAS) require the combination of both closed and open systems and the ability to move the droplets back and forth between the two. Previous study on closed-and-open integrated DMF systems is quite limited to water droplets under low frequency electric-field actuation. In this project, we provide general theoretical and experimental studies on droplet actuation in such integrated DMF systems. Gibbs surface energy modeling and the method of force balance analysis will be used to investigate droplet actuation mechanism during its transport through the interface between closed and open sections. On-chip droplet actuation will be demonstrated to test the theoretical predictions. To optimize the chip design, we use a beveled edge at the closed and open interface to facilitate droplet detachment, and develop an integrated chip with separable open sections. High-performance oleophobic surfaces will be fabricated and used in integrated DMF chips for simultaneous actuation of both water and oil droplets. The theoretical modeling and experimental results in this project will be helpful to improve our understanding of the integrated DMF chip in its actuation mechanism and actuation performances. This study is of important significances to further applications of integrated DMF chips in multifunctional complex μTAS systems.
基于电场驱动的数字微流控(Digital Microfluidics,简称DMF)芯片有封闭型和开放型两种基本构型,多功能自动化芯片微全分析系统的发展要求新型DMF芯片兼具这两种芯片构型的优点。以往对这种封闭区开放区集成芯片的研究局限于水滴在低频电场下的驱动,不具有普适性。本项目针对集成芯片上的液滴驱动与控制开展通用性的深入研究。通过建立普适性的力学分析模型和吉布斯表面能模型,探讨各种液滴在封闭区开放区界面上的驱动机制。实验研究液滴的片上运动特性,验证理论模型的结果。优化芯片设计,利用倒角界面减小液滴的粘附效应,研究开放区可分离的接触式集成芯片。制备疏油表面,开发可用于水油液滴共片驱动的集成芯片。本项目对多种液滴在集成芯片上驱动控制的理论和实验研究,将有助于增进液滴驱动机制的理解,提高集成芯片中液滴驱动可靠性,促进集成芯片在自动控制的多功能微全分析系统中的应用。

结项摘要

本研究针对传统数字微流控芯片的各自分立的两种基本构型——平行双基板的封闭型和平面单基板的开放型,研究统一两种构型的集成化芯片,以综合这两种芯片构型的优点,使数字微流控芯片更好的适应多功能自动化芯片微全分析系统的发展要求。本研究的重点是集成芯片上的液滴驱动与控制,特别是开展液滴在集成芯片界面通过性上的深入研究。通过建立液滴在不同构型和界面位置上的吉布斯表面能模型,考察液滴在界面上运动中的体系表面能变化,分析液滴的运动趋势和稳定位置。建立了液滴在界面运动过程中的普适性力学分析模型,根据液滴的受力平衡确定液滴穿过封闭区开放区界面的驱动条件。实验研究了液滴的片上运动特性,验证了理论模型的结果。对于芯片结构进行了优化设计,利用倒角界面减小液滴的粘附效应。本研究开创性的研究了油滴在集成芯片上的运动特性,通过制备疏油表面,开发了油滴在集成芯片上稳定驱动方法。本研究所开展的对于多种液滴在集成芯片上驱动控制的理论和实验研究,揭示了液滴在集成芯片界面上的驱动机制,提高了集成芯片中液滴驱动可靠性。本研究的结果拓宽了数字微流控芯片的应用范围,增进了数字微流控芯片的驱动自动化程度,对推动数字微流控技术在生物传感、医学检测等领域的应用有重要意义。

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(1)
专利数量(9)
嵌入式数字微流控荧光液滴分选平台
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    仪器仪表学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹康;苏岩;万莹;王伟强
  • 通讯作者:
    王伟强
Leakage current study for dielectric breakdown in electrowetting systems
电润湿系统中介电击穿的漏电流研究
  • DOI:
    10.2991/icmeme-16.2016.43
  • 发表时间:
    2016-12
  • 期刊:
    Advances in Engineering Research
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Weiqiang Wang;Yan Su
  • 通讯作者:
    Yan Su
Driving and sorting of the fluorescent droplets on digital microfluidic platform
数字微流控平台上荧光液滴的驱动和分选
  • DOI:
    10.1007/s10404-018-2154-1
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
    Microfluidic. Nanofluidic.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xingbo Wang;Yuhao Piao;Yan Su;Weiqiang Wang
  • 通讯作者:
    Weiqiang Wang
Using superhydrophobic SU-8 film as the dielectric for electrowetting-on-dielectric
使用超疏水SU-8薄膜作为电介质电润湿电介质
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Solid State Phenomena
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yuhao Piao;Weiqiang Wang
  • 通讯作者:
    Weiqiang Wang

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其他文献

基于Landsat 8 OLI遥感影像的天山北坡草地地上生物量估算
  • DOI:
    10.11873/j.issn.1004-0323.2017.6.1012
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
    遥感技术与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张雅;汪传建;尹小君;王伟强;鲁为华;孙世泽;高军
  • 通讯作者:
    高军
基于EXLIVE平台的牧群轨迹数据采集系统
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    江苏农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    江红红;汪传建;王伟强;文春雷;孙世泽
  • 通讯作者:
    孙世泽
基于WebGIS与北斗/GPS的放牧监测系统
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    江苏农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王伟强;汪传建;余晓平;文春雷;张雅;孙世泽
  • 通讯作者:
    孙世泽
ZnO增强M_xCo_(3-x)O_4电催化析氧性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国材料进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王伟强;姚露露;顾佳俊
  • 通讯作者:
    顾佳俊
钢筋与钢纤维混凝土的黏结-滑移性能及其关系模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    建筑结构学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hadi Muhammad Najib Sadraddin;赵亮平;王伟强;李琛
  • 通讯作者:
    李琛

其他文献

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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

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          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]
      
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