微流控設備是如何驅動(dòng)流量的？

　　微流控是處理微量液體的設備。液體通過(guò)比頭發(fā)還細的通道流動(dòng)，微小的閥門(mén)可以控制流體的流動(dòng)。這些通道由玻璃、聚合物、紙或凝膠等材料制成。移動(dòng)液體的一種方法是使用機械泵；另一種方法是利用某些材料的表面電荷；還有一種方法是使用所謂的毛細管作用一更常見(jiàn)的說(shuō)法是吸干。吸液是液體中儲存的能量推動(dòng)液體通過(guò)狹窄空間的過(guò)程。
 

　　當人們聽(tīng)到流體流動(dòng)這個(gè)同時(shí)，大多數人會(huì )想到一條河。水由于重力和高度梯度的影響，從校高的點(diǎn)流向較低的點(diǎn)。當然，這是一個(gè)很好的例子。然而，這其中的大部分不能應用于微流控芯片。這是因為流體流動(dòng)通?？梢苑譃橥牧骱蛯恿?。在湍流中(河流的情況)，被研究的流體-無(wú)論是氣體還是液體-以這樣一種方式運動(dòng)，它不斷地受到混合和不規則波動(dòng)的影響。此外，湍流的另一個(gè)特征是流體在某一點(diǎn)的速度在方向和大小上都是不斷變化的。相反，在層流中，流體在平行的光滑層(或薄層)中運動(dòng)。為了確保層流的存在，要求流體具有慢動(dòng)作、相對較小的流消和相對較粘性的流，動(dòng)性。沿流動(dòng)方向的同心小圓柱體可以近似地表示通過(guò)小直管的層流的輪廓。在外面的圓柱體，也與管子邊界重合，流體的速度為零，逐漸增加，直到在管子中心達到大值。那么，如何貓述甚至預測流動(dòng)模式呢？
 

　　一般來(lái)說(shuō)，雷諾數小于000的流體被認為是層流，而雷諾數較高的流體被認為是湍流。不幸的是，這里并沒(méi)有一個(gè)神奇的分界點(diǎn)，而是有一個(gè)從1000到5000的過(guò)渡梯度，流在這個(gè)區間中切換狀態(tài)。由未壓縮的納維-斯托克斯方程推導出的雷諾數是一個(gè)數學(xué)量，它將平均流量、管徑、流體的質(zhì)量密度和粘度聯(lián)系在一起?；蛘?，更簡(jiǎn)單地說(shuō)，它河以表示為作用在流體上的慣性力和粘性力之間的比率。它對微流體領(lǐng)域的重要性不僅來(lái)自于預測流動(dòng)的能力，而且還可以應用于相互作用，如微粒流入，如細菌或微球。
 

　　在微流控芯片中，具有低雷諾數的層流流動(dòng)是人們所追求的。由于在這類(lèi)設備中有兩種主要的流量控制類(lèi)型，壓力控制和體積控制，并且設備在尺寸和體積上都非常有限，因此通常很難產(chǎn)生湍流。
 

　　然而，一些微流控裝置利用了毛細管流。這是在被動(dòng)設計中使用的，因為毛細管流不依賴(lài)于壓力控制器或注射器泵等外力來(lái)誘導流體運動(dòng)，而是依賴(lài)于液體的自發(fā)吸出原理，或者更準確地說(shuō)，當流體分子之間的內聚力弱于它們與管壁的粘附力時(shí)發(fā)生的毛細作用。微流體工作的一個(gè)更合適的例子是側向流動(dòng)測試的存在。
 

　　另一方面，微流控設備依靠外部?jì)x器通過(guò)體積或壓力控制器來(lái)驅動(dòng)流量。此外，他們可能會(huì )使用其他方法來(lái)控制流體流動(dòng)，例收如用于電泳的電極。準確的控制至關(guān)重要，可能會(huì )影響設備的預期性能。然而，由于這種準確的控制，與宏觀(guān)系統相比，微流控裝置在控制多相流系統方面具有關(guān)鍵優(yōu)勢，具有更高的精度和效率。多相流是指一種以上的液體同時(shí)通過(guò)多孔介質(zhì)的流動(dòng)。在微流體應用方面，表現為液滴的產(chǎn)生、納米顆粒的懸浮、擴散等。