液滴普遍存在于自然界与日常生活之中,如水龙头滴下的成串水珠,清晨荷叶上的露珠等。利用这些微小液滴来替代传统生化实验室里的烧杯、反应杯等,能够实现化学反应和生物医学检测的微量化,有助于减少反应试剂、减短反应时间、调控局部反应条件、增加反应精度等,显现出巨大的应用潜力。为此,需要大批量制作尺寸微小、可控的液滴。液滴微流控是产生和操控微小体积液滴的科学技术,这种技术每分钟能产生几千个尺寸均一且可控的微液滴,每个微液滴之间有油相隔开而成为单独的反应器,相比于传统生化反应系统,具有高通量、低成本、无交叉污染及节约制造成本和时间等明显优势。微液滴具有强大的应用潜力,而要让微液滴真正发挥其潜在应用机制,其基本的先决条件是要能够稳定地产生非常均匀、尺寸和结构精确可控的微液滴。因此,能够高频产生稳定、可控的微液滴,并对其实现精确操纵和高通量生产是实现其应用价值的关键一步。在此背景下,本论文对微液滴的形成与操纵理论进行了分析,并且基于理论分析,有效地掌握了微液滴的形成与操纵技术,在技术层面做出了创新性的改进,为液滴微流控技术以及微液滴相关应用打下了坚实基础。具体内容如下:1.本文介绍了微液滴形成与操纵的背景与国内外研究现状,简述了微通道中两相流的基本理论,分析了流体动力学中重要的相关无量纲参数对液滴形成的影响。描述了T通道法、流动聚焦法、共轴流法形成液滴的机理,建立了各主要影响参数之间的相互关系,并获得了其一般规律。2.本文采用玻璃毛细管微流控装置和聚二甲基硅氧烷微流控芯片来进行液滴形成及操纵的研究,通过不同流体性质的液体进行微液滴生成实验,得到了影响液滴生成以及所得微液滴尺寸的量化关系,如流速比等表征得到液滴尺寸与两相流量比的关系等。3.在技术层面上引入外加电场到微流控装置中,探索电场力对微液滴产生以及尺寸分布等的影响,靠电场加大剪切力来得到尺寸更小的微液滴,从而突破微流控技术产生微液滴的最小尺寸。4.本文中选择代表了典型生物流体、流变性质复杂的非牛顿流体,对其微液滴形成和操纵进行了初步研究,在研究过程中发现了与牛顿流体产生微液滴不同的现象,并做了初步分析。