液滴微流控生化分析高通量平台中复合相射流断裂现象的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11504238
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2012.液态、准晶与非晶态物理
  • 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

Droplet-based microfluidics enables fast generation and precise manipulation of well-defined droplets from compound fluid phases in a programmable way. These droplets as micro-reactors for chemical and biological assays provide increased screening throughput, reduced consumption of reagents, short reaction time and low costs. Thus droplet-based microfluidics presents a promising platform for applications where multiple reactions performed in parallel are desired, such as high throughput screening. Currently, fluid phase with simple rheological properties (mostly Newtonian fluid with low viscosity similar to water) are employed to generate droplet micro-reactor. However, typical fluid samples in practical clinical applications are with complex rheological properties, such as high viscosity and Non-Newtonian characteristics. For example, bio-fluid (such as blood), and concentrated cell suspensions are Non-Newtonian fluid with non-constant viscosities. The properties of these complex fluids present challenge to form controlled droplets from compound fluid phases. Thus, it is difficult to form droplet micro-reactors from clinical samples in a controlled and programmable manner. This significantly limits the broad application of droplet-based microfluidic platform in practical clinical applications. In this project, we study experimentally and numerically the rheological properties of the complex liquids extensively employed in clinical applications. We investigate the influence of the complex rheological properties on the droplet generation process from a compound jet in microfluidics. Subsequently we systematically characterize the size, frequency and composition of the generated compound droplets. To generate droplet micro-reactor based on requirements of applications, we further control the droplet generation process by external forces. Our aim is to form tailor-designed compound droplet from complex fluids, namely Non-Newtonian fluid, as micro-reactors for the sake of clinical uses. This study will unleash the potential of droplet-based microfluidics in high throughput clinical diagnostics, and facilitate the commercialization of the next generation clinical devices based on droplets.
液滴微流控中的复合相射流可断裂产生尺寸均一的微液滴。用这些微液滴作微反应器具有通量高、成本小、反应速度快、试剂消耗少等优势。因此,液滴微流控是高通量快速生化分析诊断的理想平台。目前,对液滴微流控在生化分析诊断中的应用多处于实验研究阶段。该阶段多采用流变性质简单的流体简化完成概念性验证。但实际临床应用上,许多待验液体(如血液、检测试剂等)具有高粘度、非牛顿特性等复杂的流变性质。这些性质对液滴微流控以复合相射流为基础产生可控液滴带来了影响和挑战。.本课题中,我们将用实验和数值模拟相结合的方法研究征流变性质复杂的流体对复合相射流产生微液滴的影响。并用复合液滴的产生同步性、组成、尺寸对这些影响进行了系统地表征。同时我们引入机械振动、交变电场等,探讨了外力对复合相射流产生微液滴的调控作用。这些研究对液滴微流控高通量平台获得可控液滴用作微反应器具有指导意义,从而对实际临床分析诊断具有重要价值和影响。

结项摘要

液滴微流控中的复合相射流可断裂形成可控的微液滴或延伸成为极细射流,其可做为微反应器或做为制备微颗粒/纤维载体的模板,因此在生物医学应用中有重要价值。实际应用中的多相流体系具有复杂的流变性质,如高浓度的聚合物溶液、细胞或颗粒悬浮液等,研究这些复杂流体在微流控系统中的流态、并探索外场力对复杂流体射流的调控十分关键。为此,本项目通过引入电场力来调控复合相射流的断裂同步性、尺寸等,总结出电场力对复合相射流产生微液滴的调控作用;在实验和模拟的基础上,深入研究了复杂流体复合相射流在电场作用下的不同动态行为,创新性地发现并报道了微流控复合相带电射流的新机制,并总结出新机制与控制参数如电场强度、进样流量等,物性参数如粘度、界面张力、介电常数、导电率等的无量纲关系,为复杂微流体的精准控制提供了理论基础。本项目已申请专利4项(授权1项);在PNAS(第一标注), Small(第一标注), ACS appl. mater. interfaces(第一标注),Nat. Commun.,等高水平学术期刊上共发表项目相关一作或通讯论文12篇,其中IF>8的论文6篇,共培养硕士研究生7人。参与国内外会议并作报告5次。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Engineering embolic microparticles from a periodically-pulsating charged liquid meniscus
从周期性脉动带电液体半月板中工程化栓塞微粒
  • DOI:
    10.1016/j.ces.2018.02.040
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Chemical Engineering Science
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Tian Xiaowei;Kong Tiantian;Zhu Pingan;Kang Zhanxiao;Lei Leyan;Tang Xin;Wang Liqiu
  • 通讯作者:
    Wang Liqiu
Self-Assembly of TiO2 Nanofiber-Based Microcapsules by Spontaneously Evolved Multiple Emulsions
通过自发演化多重乳液自组装 TiO2 纳米纤维基微胶囊
  • DOI:
    10.1021/acs.langmuir.8b01472
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Langmuir
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Lei Leyan;Kong Tiantian;Zhu Pingan;Kang Zhanxiao;Tian Xiaowei;Wang Liqiu
  • 通讯作者:
    Wang Liqiu
Instability of MHD couette flow of an electrically conducting fluid
导电流体 MHD couette 流动的不稳定性
  • DOI:
    10.1063/1.5051624
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    AIP Advances
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Hussain Zakir;Hussain Sultan;Kong Tiantian;Liu Zhou
  • 通讯作者:
    Liu Zhou
Pulsation of electrified jet in capillary microfluidics
毛细管微流控中带电射流的脉动
  • DOI:
    10.1038/s41598-017-05477-9
  • 发表时间:
    2017-07-18
  • 期刊:
    Scientific Reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Li X;Wei S;Chen L;Qu G;Zhang H;Liu Z;Wang L;Kong T;Wang T
  • 通讯作者:
    Wang T
Spreading-induced dewetting for monolayer colloidosomes with responsive permeability
具有响应渗透性的单层胶体体的铺展诱导去湿
  • DOI:
    10.1039/c7tb01255a
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry B
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Lei Leyan;Tang Xin;Zhu Pingan;Kang Zhanxiao;Kong Tiantian;Wang Liqiu
  • 通讯作者:
    Wang Liqiu

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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

        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]
      
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