李姗姗
- 作品数：20 被引量：40H指数：5
- 供职机构：河北工业大学机械工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金河北省自然科学基金中国博士后科学基金更多>>
- 相关领域：机械工程理学自动化与计算机技术金属学及工艺更多>>
- 两级自相似分形微流控浓度梯度芯片设计及性能分析被引量：2
- 2019年
- 浓度梯度被广泛应用于趋化分析、细胞生长、DNA检测和毒性评价等诸多领域。传统浓度梯度生成方法具有效率低、梯度不精确、稳定性差等不足。本文基于经典圣诞树模型,设计了一种反应速度快、精度高,可生成稳定浓度梯度的两级自相似分形微流控浓度梯度芯片,并进行了仿真与实验研究。建立了多物理场耦合模型,在不同进样条件下,使用COMSOL Multiphysics进行了数值模拟。通过对归一化进样流量矩阵与浓度矩阵的耦合设置,得到丰富种类的浓度梯度分布。以去离子水和红色染料为样本进行实验验证,结果与仿真模拟具有较好的一致性,证明了两级自相似分形微流控浓度梯度芯片设计的合理性,其优势在于,无需重新设计微流道构型而只是简单调节进样流量比,便可以实现生成不同浓度梯度的实际需求。
- 姜云峰张思祥王哲孟冀豫程景萌李姗姗
- 关键词：微流控芯片浓度梯度自相似分形
- 基于光镊原理的光纤激光驱动细胞方法被引量：2
- 2015年
- 提出了一种利用聚焦激光通过单模光纤对酵母细胞驱动的实验方法。基于光压产生光镊的原理,在微通道宽度为100μm的微流控芯片中,波长为650 nm、功率为200 mW的红色半导体激光通过单模光纤对酵母细胞进行驱动。其中有两个关键技术对实验起决定性作用,即激光到光纤的高耦合度和在微流控芯片中以水利聚焦形成单列细胞层流。实验结果表明:在该实验条件下,聚焦激光可以通过单模光纤对酵母细胞进行驱动,且平均速度约为25μm/s,达到了一个较高的驱动速度。该实验方法具有结构简单、检测精确度高及设备成本较低等特点。
- 程景萌周围杨丽李姗姗姜云峰张思祥
- 关键词：光镊光纤微流控芯片
- 弧形阵列微电极对高电导率流体混合效率的影响
- 2021年
- 微流体交流电热效应混合是缩短药物筛选时间的有效手段之一.混合机制通常由微电极诱导流体内部产生温度梯度,从而形成涡流用于整个样品区域内的流体搅拌.但生物流体电导率偏高,交流电热的温升容易影响药物活性.因此,设计并封装一款环形微流体混合芯片,在不损失混合效率的前提下抑制流体的温升,揭示该芯片的混合性能,数值模拟与实验对微通道内两相流体的动态混合过程进行定量分析,并对模型几何参数、物理参数等条件进行优化研究.首先,利用Comsol仿真软件进行电场、温度场、流场以及稀物质传输场的强耦合仿真计算,以混合效率为目标函数,同时以温升上限作为约束条件,优化电压幅值以及微电极阵列的尺寸和分布.仿真结果表明,在给定电压下弧形微电极阵列的分布模式以及尺寸大小是影响混合效率的主要因素,电极对称/非对称分布诱导不同形式的非匀强电场空间分布,电极尺寸直接影响电场对流体的作用力范围.综合温升研究,仿真最优混合效率可达98.67%.然后,以优化的电极尺寸参数加工氧化烟锡微电极阵列,软光刻加工聚二甲基硅氧烷微通道.将上述带有特定微通道图案的PDMS与微电极玻璃基底封装后形成最终的微混合实验芯片.最后,使用电导率为0.2 S/m的蓝色染料溶液和去离子水缓冲液(经0.9%NaCl溶液调节电导率值)进行混合实验,微混合器混合效率可达93.16%.
- 孟冀豫戴士杰李姗姗李姗姗魏春阳李军委
- 关键词：微电极温升微流控芯片
- 盲口式无源微流体进样系统流量特性研究
- 2023年
- 为了研究盲口式无源微流体进样系统流量特性,搭建了紧凑型微流体泵送系统,对系统泵送微流体的流量特性进行相应的理论分析,结合实验的方法,验证了理论推导的正确性。首先,分别对5个由不同长度硅胶管搭建的系统进行空载实验,得出系统内部气压与时间的关系呈指数函数的规律衰减;然后,对5个由不同长度硅胶管搭建的系统进行负载实验,并对实验结果进行了分析。研究结果表明:用该系统泵送微流体,其流量范围能够控制在4~23μL/min,该研究在极大程度上简化了微流体泵送系统,并降低实验操作难度,能够满足诸多微流体流量泵送实验的精度要求。
- 李姗姗潘峰李军委
- 关键词：微流体泵送系统
- 基于电解反应的便携式微流体泵送装置设计及其性能研究
- 2016年
- 微流体的进样和高效泵送是微流控芯片技术实现其功能的基础，目前多采用微流体注射泵实现对微量流体的输送，但与微流控芯片相比，泵体体积较大，且难于与芯片集成．本文基于电解食盐水原理，设计并开发了一种廉价的便携式微流体泵送装置，通过直流电源电解生成的气相流体产生的压力驱动2种液相流体流动，实现了对微流体的可控泵送．微泵主体结构由3D打印而成，用于微泵性能测试的PDMS微流控芯片则利用软光刻工艺加工，体积仅为数立方厘米．在5～10V直流电压的驱动下，可实现4～12μL／min的流量，且流量与电压呈近似线性关系．利用该装置，在自主设计、加工并封装的液滴生成微流控芯片中生成了均匀的液滴，验证了该装置在微流体泵送过程中的可靠性．
- 闫姿姿李姗姗李铭浩张明航李铁军戴士杰
- 关键词：微流控便携电解
- 微尺度驻停气泡柔性气-液界面抗流体剪切能力
- 2018年
- 在微流控系统中,稳定、可控的柔性气-液界面可实现声流体颗粒富集、微纳操作、快速气-液反应等各种实际物理和生化应用.微流道内气-液界面的抗流体剪切能力对于增强微尺度下气-液界面的可控性具有十分重要的意义.为此,文章研究了具有高稳定性、高可控性、可阵列化的微尺度驻停气泡现象.利用嵌入局部裂隙的微流道以及与之平行的气体流道,可对驻停气泡的生成和形态进行有效调节,并利用其可控的气-液界面实现多种功能化应用.在此基础上,文章进一步研究柔性可控气-液界面的抗流体剪切能力,对形态变化中的气-液界面受力进行分析,利用仿真和实验手段研究不同状态下气-液界面的形状特征,研究不同的液体驱动压力、裂隙尺寸以及裂隙形状对气-液界面抗剪切能力的影响,并将界面的曲率半径作为气泡驻留与否的判定依据.文章对驻停气泡柔性气-液界面抗流体剪切能力的研究有助于优化其控制方法,增强其控制稳定性并拓展其潜在应用场合.
- 周一笛周一笛李博文朱童李姗姗李姗姗李姗姗
- 关键词：稳定性
- 幂指数型非线性浓度梯度芯片设计及性能分析
- 2019年
- 微流体浓度梯度的生成与微通道结构及实验流体流量比例密切相关。本文通过对比传统与新型浓度梯度生成芯片的方法与特点,根据微流体的流动及传质扩散特性,采用被动混合原理设计了一种可在通道不同位置处生成不同浓度梯度的蛇形结构微通道芯片。建立了基于有限元的多物理场耦合模型,通过调整入口微流体流量比及扩散系数,得到流道内浓度分布结果,设计制作了带有蛇形微通道的PDMS微流控芯片并进行实验。两相流体分别选用去离子水和红色染料,实验流体在入口处总流量为10μL/min。通过分析微通道出口处流体浓度的分布规律,验证了该装置的可靠性。
- 姜云峰张思祥孟冀豫王哲李姗姗
- 关键词：浓度梯度有限元法微流控芯片
- 多参数系统辨识的开环温控系统及其在核酸检测中的应用
- 2023年
- 温度控制对于核酸扩增反应起到至关重要的作用,为了实时准确控制扩增时的反应温度,提出了一种基于系统辨识的开环温控系统。采用多参数辨识为系统提供准确可靠的电压,实现了通过电压精确控制扩增温度。温控系统的下位机采用STM32作为主控芯片,扩增反应温度值通过Pt100高精度温度传感器实时采集数据并传送给上位机,在上位机输入目标温度值与期待的反应时间,得到实时温度响应曲线。最后,搭建开环微流控系统完成对鸭肉DNA的扩增。结果表明:该方法能够成功实现对于目的基因的扩增,经过多次重复性验证,温度采集误差不超过1%,完全满足核酸扩增反应的温度控制要求。
- 史宝军陈刘平张子奇魏春阳李姗姗李军委
- 关键词：参数辨识温度控制核酸检测
- 交流电热流场对微纳粒子介电泳行为的影响被引量：2
- 2017年
- 以叉指电极阵列为例,分别建立对称物理场、非对称物理场和行波物理场的有限元模型,求解三种情况物理场下微通道中的电场、流场、温度场和介电泳力的分布,分析交流电热流场的对流与传质过程对流场中微纳粒子介电泳的影响规律和干预方式。结果表明,对称物理场和非对称物理场内部均产生漩涡式扰动,增强了流场的对流与传质,可将处于介电泳有效作用范围之外的微纳粒子输送至电极附近区域,扩展了介电泳的实际有效作用区域。行波叉指电极阵列构建的流场则无明显漩涡,但行波物理场中介电泳力的衰减较慢,电极厚度60倍高度处衰减为10%,显著提高了对微纳粒子的操控和输送能力。
- 闫姿姿李姗姗李铭浩张明航李铁军戴士杰
- 关键词：微流控
- 数字液滴PCR图像的荧光信息提取被引量：1
- 2022年
- 针对数字液滴聚合酶链式反应(droplet digital Polymerase Chain Reaction,ddPCR)核酸检测中数字聚合酶链式反应由液滴数量多、尺寸小、排列紧密、荧光强度不均匀而导致的液滴难以计数问题,提出一种图像处理方法,基于灰度遍历法采集图像的信息,通过微分分析法对液滴进行分类和计数,可准确采集ddPCR实验的图像信息。通过卷积算法去除图像中的噪声,使用灰度分布均衡化法增强图像的对比度。以灰度遍历的方式将图像在逐个阈值下二值化,并以几何条件为限制统计液滴数量。通过微分分析法对数据进行分析,得出荧光液滴与全部液滴的计数结果。在以人类gDNA(genomic DNA)为检测样本的ddPCR实验中,该算法的平均检测准确率为99.36%,与商用仪器算法和同类算法相比分别提高了2.24%,2.53%。该方法为ddPCR实验提供了可靠的检测结果,可更好地适用于ddPCR实验。
- 李姗姗王子超于成壮魏春阳李军委
- 关键词：核酸检测图像处理
