微纳流控技术广泛应用于食品安全检测,药物筛选,新材料合成和生物工程等领域。液滴微流控技术是微纳流控技术的重要分支。与连续流技术相比,液滴微流控技术具有许多无与伦比的优势,例如液滴体积小、响应速度快、尺寸可控性高和成本低。目前关于微通道内液滴的生成机理和电动离子富集的研究缺乏全面性定量的、系统的、普适的研究工作。根据微纳流控芯片的模块化、智能化、集成化、自动化和微型化等显著优势,本文开展了微流控中微液滴生成及其操控机理的研究和样品前处理的纳米电动离子富集的基础研究。本文的具体研究内容如下:（1）通过建立T形微通道和带有台阶结构T形微通道中微液滴生成的数值模型,系统地研究了微液滴的生成以及具有不同控制参数对微液滴尺寸的影响。当流量比和界面张力增加时,有效直径增加。当连续相粘度和接触角增加时,有效直径降低。有效直径随着Ca的增加而减小,并且生成频率随着Ca的增加而增加。当台阶结构位于中间时,生成的液滴直径最小,频率最快。（2）通过建立流动聚焦形微通道中微液滴生成的数值模型,研究了影响液滴形成尺寸和频率的关键因素。液滴的生成主要是连续相对分散相具有流动聚焦作用。当流量比和界面张力增加时,液滴尺寸增加并且频率降低。当连续相粘度增加时,液滴的尺寸减小并且频率升高。（3）通过建立双T形微通道中微液滴生成的数值模型,基于水平集方法研究了液滴的生成过程及多个关键因素对液滴尺寸的影响。当流量比和界面张力增加时,有效液滴直径增加。当连续相粘度和接触角增加时,有效液滴直径降低。在合并型液滴生成过程中,两相交界处特定位置的压力波动周期与液滴生成周期相同。当连续流动速率和粘度增加时,压力的峰值和谷值增加,并且压力循环时间减少。当界面张力增加时,峰值和周期增加,而谷值减小。在合并型液滴生成过程中,微通道的几何结构对微液滴尺寸的影响存在临界值。在临界值时生成的液滴直径最小并且频率最快。（4）基于离子浓差极化效应,研究了高粘度流体的纳米电动离子富集以及纳米通道的宽度和壁面结构对离子富集的影响。离子富集归因于施加电压提供的电泳效果与表面电荷产生的排斥力之间的平衡。方波型壁面结构的纳米通道产生的峰值浓度最高。方环型纳米通道产生的富集倍率最高。（5）通过建立纳米通道具有分形壁面结构的微纳富集器的数值模型,研究了分形参数对离子富集的影响。在纳米通道具有Cantor分形壁面结构的微纳富集器中,减小初始长度L₀、增大初始高度h₀、增加分形次数n以及使用非交错结构可以提高离子富集浓度和峰值电压。在纳米通道具有Koch分形表面结构的微纳富集器中,增加单位长度L、增加分形次数n、增加分形角度?以及采用非交错结构可显著提高富集倍率。通过研究微流控中不同微通道中微液滴的生成及其操控机理,揭示其中的流动机理和操控规律,为满足微液滴的不同要求生成和精准操控提供理论基础;通过对纳米电动离子富集的研究,解决了超低浓度样本前处理与痕量检测困难的问题。研究结果对微流控液滴装置设计的优化创新、超低浓度分子检测设备的设计具有重要指导意义。