随着微纳加工技术的发展以及生命科学、环境科学、临床医学和化学等领域的需求,微流控芯片逐渐向纳流控芯片转变。管道尺寸的减小,甚至与双电层厚度或是生物大分子尺寸接近,比表面积进一步加大,从而出现一些特殊的流动现象。本文采用两种微纳复合管道,实验观测了电场驱动下在微纳复合管道交界处出现的流动现象,并利用此类微纳复合芯片进行了蛋白富集。主要研究内容如下:　　 首先,利用荧光试剂显示方法,系统观测了微纳复合管道交界处的流动。电场作用下,溶液中的离子会在纳米流道的阳极端耗散,而在阴极端富集。在25V-100V电压、不同缓冲液pH值(pH=9.2和pH=5.4)以及三种纳米膜孔径(Φ15nm/Φ50nm/Φ100nm)下分别记录了耗散区扩展长度L随时间t的变化过程。对扩展长度和时间的无量纲分析表明,在电压加载开始后的短时间内,耗散区扩展长度随时间呈线性变化(L～t),而随时间的增加转变为非线性变化(L～√t)。扩展长度和时间的变化率随着外加电压、缓冲液pH值和纳米膜孔径的增大而增大。根据简化后的Nernst-Planck方程的分析,发现耗散区扩展初期浓度密度变化以定常速度的波动传播,之后以非线性速度传播。　　 其次,利用荧光纳米粒子示踪,在三维微纳复合管道的耗散区观测到了旋涡运动,首次显示了旋涡流场的生成和发展过程。通过MicroPTV方法分析示踪粒子的速度,发现旋涡线速度远大于理论预测的微管道内电渗速度和示踪粒子的电泳速度。初步分析认为由于纳米流道端部的浓差极化形成Donnan电势,进而诱导压力叠加在背景电渗流场中,形成了复杂的旋涡流动。　　 最后,利用微纳复合管道制作的芯片,进行了蛋白富集。实现了TBE缓冲液和吐温20活性剂中牛血清蛋白(荧光素标记)的高效富集。在200V电压作用下,3.6s内的富集倍率高达104,且最终达到了106以上。除此之外,实验中还发现此种芯片可实现对同种电荷离子的选择。