非对称铌酸锂夹层结构中微液滴的光热复合实时操控研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11874014
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2202.光与物质相互作用
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Optical microdroplet manipulation is the key photonic function of a biological Lab-on-a-LN-chip, and it usually applies to the non-contract actuation, guiding and splitting of biochemical agent and biologic droplets. The applicant found in previous researches that, the liquid nature of microdroplets makes their manipulation quite flexible, especially by using the combination of different substrates. Moreover, the temporal photo-thermo-excited charge field involved in the manipulation introduces a lot of novel behaviors of the microdroplets. . The present project is to further study the in-situ photo-thermo-assisted manipulation of the microdroplets in an unsymmetrical sandwich structure of LN substrates. In the project microdroplet manipulation effect will be studied systematically by varying the experimental conditions, a multiphysical model for the space charge generation in LN will be developed considering the coupling effect between the photoelectricity and pyroelectricity. Finally, the mechanism of photo-thermo-assisted microdroplet manipulation will be deduced and applied to the optimization of the LN sandwich structure.. In this project, three novel manipulation ways for dielectric microdroplets will be investigated: the guiding actuation of microdroplets by using pre-scanning, the all-optical splitting of microdroplets, and the non-local manipulation of microdroplets. Besides, the project also aims to develop the manipulation technique for aqueous microdroplets by using LN substrates coated with dielectric layers. The project is of an importance to the low-cost and efficient biochemical analyses of the Lab-on-a-LN-chip in the future.
微液滴光操控功能是铌酸锂基生物光子芯片的重要核心功能,可用于生化试剂及生物液滴的非接触驱动、导向和分离。申请人在前期工作中发现微液滴的流体本质可以使微液滴的光操控模式通过非对称的衬底组合变得非常灵活,同时微液滴实时操控所涉及的光热复合瞬态电荷场会使微液滴呈现出很多新颖的操控行为。.本项目进一步深入研究非对称铌酸锂夹层结构中微液滴的光热复合实时操控,通过系列实验寻找各类典型微液滴操控模式下操控效果随实验参数的变化规律;考虑操控光场下光生电荷及热释电荷的综合贡献,建立光场、热场、电场多物理场耦合的铌酸锂光热复合生电模型;推断各类典型液滴操控模式的具体微观机制并用于优化铌酸锂夹层结构。.本项目重点研究三种新型介电微液滴操控模式:预扫描二维导向驱动、全光可控分离和非局域光操控,此外还研究介质层修饰的铌酸锂夹层中水合微液滴的光操控。本项目研究对于未来生物光子芯片低消耗、高效率的生化检测具有重要意义。

结项摘要

微液滴光操控功能是铌酸锂基生物光子芯片的重要核心功能,可用于生化试剂及生物液滴的非接触驱动、导向和分离。本项目围绕铌酸锂基微流体的操控模式开发和效果调控,光伏、热释电复合模型建立和相关静电操控机制研究,以及面向未来铌酸锂基生物光子芯片的微液滴操控参数优化和功能设计,开展了一系列的基础性工作,并取得以下结果:1)利用反对称配置的双y切掺铁铌酸锂夹层结构实现了介电微液滴的全光分离操控,且分离时间可由光强调控。2)通过热辅助下铌酸锂表面形成的热释电场和激光预扫描形成的光伏电场的复合,在铌酸锂夹层结构中实现了分立相介电微液滴沿扫描路径的往复运动以及连续相液体沿扫描路径的高分辨图案化。3)在铌酸锂表面上实现了水合气流轨迹的光伏瞬态操控和液化凝结,并阐明光致液化凝结的机制。4)在油浸疏水异质衬底上利用铌酸锂表面光伏场实现了对低阻水合微液滴的远距离隔空驱动,并提出了水合微液滴光伏操控失效的关键因素:高光伏电场下水合微液滴界面发生瑞利喷射所导致的介电泳-电泳作用转变。5)发展出一个光场、热场、电场多物理场耦合的铌酸锂光热复合生电模型,明确指出聚焦激光辐照下光伏场对微液滴光操控行为起主导作用。6)在y切铌酸锂油浸疏水表面上实现了水合液滴的光伏分离,揭示了介电润湿和电渗效应在液滴分离中的协同作用;在c切铌酸锂油浸疏水表面上实现了水合微液滴的高效光伏输送,并借助光伏往复运动模式实现了水合液滴对荧光染料的可控微量重复获取。7)以铌酸锂为衬底构建了水合微液滴光伏路由器,将液滴在超疏水表面的摩擦带电效应与铌酸锂表面的光伏场相结合,利用库伦作用实现水合微液滴在3D空间中的高效级联输运。8)在铌酸锂基PDMS通道中实现了水合微液滴的非局域一维光伏驱动。该技术避免了操控激光对生物液滴的直接照射,成功应用于微通道内的沉淀、显色化学微反应以及生物实验。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(13)
Towards Biochemical Microreactor: Nonlocal Photovoltaic Actuation of Aqueous Microdroplets in Oil-Infused PDMS Channels based on LiNbO3: Fe Crystals
迈向生化微反应器:基于LiNbO3:Fe晶体的注油PDMS通道中水性微滴的非局域光伏驱动
  • DOI:
    10.1016/j.destud.2018.05.002
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Sensors and Actuators: B. Chemical
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王梦彤;高作轩;刘晓虎;师丽红;米宇航;高开放;张雄;阎文博
  • 通讯作者:
    阎文博
Visible-light-assisted condensation of ultrasonically atomized water vapor on LiNbO3:Fe crystals
可见光辅助超声波雾化水蒸气在 LiNbO3:Fe 晶体上的冷凝
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    高开放;张雄;昝知韬;高作轩;Mugisha Euphrem Rwagasore;师丽红;马英坤;李菲菲;梁超;任满意;陈洪建;阎文博
  • 通讯作者:
    阎文博
Impact of the crystal orientation of LiNbO3 Fe on the dynamic behaviors of the particles trapped through the photovoltaic tweezer
LiNbO3 Fe晶体取向对光伏镊子捕获粒子动态行为的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Optics Communications
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    昝知韬;王冬辉;李菲菲;师丽红;阎文博
  • 通讯作者:
    阎文博
Photovoltaic splitting of water microdroplets on a y-cut LiNbO3:Fe crystal coated with oil-infused hydrophobic insulating layers
涂有注油疏水绝缘层的 y 形切割 LiNbO3:Fe 晶体上水微滴的光伏分裂
  • DOI:
    10.1007/s00220-016-2703-y
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Optics Letters
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    张雄;高开放;高作轩;昝知韬;师丽红;刘晓虎;王梦彤;陈洪建;阎文博
  • 通讯作者:
    阎文博
Hydrophobic-substrate based water-microdroplet manipulation through the long-range photovoltaic interaction from a distant LiNbO3:Fe crystal
通过远距离 LiNbO3:Fe 晶体的长程光伏相互作用操纵基于疏水基底的水微滴
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    高作轩;米宇航;王梦彤;刘晓虎;张雄;高开放;师丽红;Mugisha Euphrem Rwagasore;陈洪建;阎文博
  • 通讯作者:
    阎文博

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其他文献

The H related defects involved in domain reversal for both near- stoichiometric and heavily Mg-doped lithium niobate crystals
近化学计量和重镁掺杂铌酸锂晶体中涉及畴反转的 H 相关缺陷
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Euro. Phys. J. B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    阎文博;孔勇发;陈绍林;许京军
  • 通讯作者:
    许京军
The H related defects in near- stoichiometric lithium niobate crystals investigated by domain reversal
通过畴反转研究近化学计量铌酸锂晶体中的 H 相关缺陷
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Phys. Stat. Sol(a)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    阎文博;孔勇发;许京军;张万林;张光寅
  • 通讯作者:
    张光寅
The relationship between the switching field and the intrinsic defects in near-stoichiometric lithium niobate crystals
近化学计量铌酸锂晶体中开关场与本征缺陷的关系
  • DOI:
    10.1088/0022-3727/39/1/004
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    J. Phys. D: .Appl. Phys.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    阎文博;孔勇发;许京军
  • 通讯作者:
    许京军
OH^- absorption bands of LiNbO3 with varying composition
OH^- 不同成分的 LiNbO3 的吸收带
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈洪建;师丽红;阎文博;陈贵锋;沈俊;李养贤
  • 通讯作者:
    李养贤
The influence of composition on the photorefractive centers in pure LiNbO3 at low light intensity
低光强下成分对纯铌酸锂光折变中心的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Appl. Opt.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    阎文博;孔勇发;许京军
  • 通讯作者:
    许京军

其他文献

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阎文博的其他基金

基于铌酸锂表面局域掺杂的聚焦光伏微流体操控研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    60 万元
  • 项目类别:
    面上项目
铪铁双掺铌酸锂晶体中光散射阈值效应起源的研究
  • 批准号:
    61108060
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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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]
      
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