微流控芯片液滴技术作为一种操纵微小体积液体的新技术,既可实现高通量微观样本的生成及控制,也可进行独立液滴的操控。分散的微液滴单元可作为理想的微反应器,在物理学、化学、生物学、药物筛选、材料筛选和高附加值微颗粒材料合成领域展现出巨大的应用潜力。微流控芯片液滴技术展现出了巨大优势和发展潜力,然而到目前为止在微液滴的精准控制方面尚存一定的不确定性,例如:如何实现液滴大小、数量的精准控制,如何简化器件封装,如何缩短获得有效液滴的响应时间;如何在下游环境中更加准确导向液滴,有选择性的捕获液滴并检测;亦或是如何有效提高阵列电极上液滴的驱动效率,准确实现液滴的分配、分离、融合等操作。因此,本论文主要通过对微流控芯片液滴的生成机理及控制技术开展研究,在液滴精准控制、装置简化上开展了相关研究工作;本论文主要开展了液滴生成装置的设计和制作、数字微流体(DMF)芯片设计、系统搭建以及液滴驱动控制等研究工作。(1)对两相流液滴生成机理以及现有液滴生成技术开展研究分析,针对传统流动共聚焦法中两相流注入结构复杂,外部封装体积大的问题,本文借助商品化T型管,提出了一种新型共流聚焦液滴生成方法——T型共流聚焦法。另外,为优化内嵌毛细管出口锥角和管径,还提出了毛细管环形加热拉伸法。在进行液滴尺寸控制的研究中,发现液滴尺寸与连续相和离散相流速比具有明显的规律性,随着流速比的提高,液滴尺寸相应减小;另外液滴生成频率与液滴尺寸之间近似呈反比关系,随着液滴尺寸减小,液滴生成频率将增加。在液滴均一性的研究中,本文通过正交试验和直观分析法得到液滴均一性最好的优参数,即锥角角度4。,流速比190:1,出口管径72μm,所生成液滴平均体积为8.3nL,生成频率0.7Hz,均一性0.011。(2)本文从电极图形设计的角度去提高数字微流体芯片上液滴的控制效率。本文提出了曲边四边形组合电极设计,该电极图形边缘能与液滴保持更大的重合度,能提供更大的初始驱动力。最后,本文借助软光刻系统进行了电极的加工制作。(3)搭建数字微流体(DMF)控制系统。该系统主要包括下位机硬件系统和上位机软件系统;本文首先进行了下位机硬件系统的设计,硬件系统主要包括电源模块、直流升压模块、开关电路等模块,并进行了PCB板绘制。另外,本文采用C#语言开发了DMF上位机控制软件,该上位机软件主要实现了对下位机的操控,给出相应的控制命令并由下位机主控芯片执行完成,进行相应液滴的控制。(4)本文进行了单板数字微流体(DMF)芯片上的液滴驱动控制研究,对单板空气域中的液滴运动状态进行了讨论分析。此外,还测试了单板油浴中液滴的驱动,经实验测得在空气浴中液滴平均运动速度为25μm/s,在油浴中液滴平均运动速度为260μm/s,在油浴中液滴运动速度明显更快,两种环境中液滴驱动的差异,主要是由于油浴中液滴受到的阻力小。(5)在基于EWOD的液滴驱动原理上,本文还开展了微流控芯片中液滴导向控制研究,提出了月牙形液滴导向电极图形设计,并制作了液滴导向微流控芯片。本文中被导向液滴由T型共流聚焦液滴生成装置从外部导入进液滴导向微流控芯片。在液滴导向测试研究中,本文对液滴导向过程进行了研究,并通过分析被导向液滴运动轨迹,给出了液滴导向成功的最小偏向角估计值为27~。。