相信许多人都有过到医院验血的经历。通常情况下，护士会从患者静脉中抽取至少一管血，然后拿到化验室，按照不同的指标逐项化验，最后对化验结果整理总结并告知患者。整个过程不仅耗时长，而且浪费血样。设想一下，如果当人们验血的时候，只需要采集极少量的血（一滴或几滴），然后通过不同的微通道一次性将血样导入不同的“化验单元”，同时完成各项指标的检验，整个过程既高效省时，又不会造成血样的浪费。这种验血技术必然会对当今医疗行业带来革命性的改观。

微流控技术的产生与发展，使得这种“高通量、低成本、无浪费”的验血方式成为了可能。

微流控芯片（lab-on-a-chip）技术是近年来发展迅速的多学科交叉研究领域，相比于传统方法，微流控技术能够让液体在头发丝般纤细的通道内流动，实现了对微量多相流体的精确操控。微流控既是一门科学，也是一种技术，基于微流控芯片的微型化平台反映了人类对资源短缺的忧虑和对资源利用最大化的追求，被认为是继大规模集成电路芯片之后又一次影响深远的“芯片革命”。

2004年9月美国Business 2.0杂志的封面文章称微流控技术是“改变人类的七种技术”之一。国际最具影响力学术期刊《Nature》杂志在2006年7月也推出了“Insight: Lab on a Chip”专题，来自斯坦福、MIT、哈佛、帝国理工等顶尖学府的专家学者给出了一系列评论性文章。

基于微尺度液滴的多相微流芯片是近年来微流控技术中快速发展的最重要分支之一。

在实际应用中，通过微流芯片产生油包水（water-in-oil）的微液滴，液滴体积通常为 ，每一个微液滴均可视为独立的微反应器，其反应具有更快的传质传热效率，能大大减少昂贵试剂的消耗。同时液滴与液滴之间相互独立，既保证了每一个微反应器内样品浓度的稳定，又避免了交叉污染。不难想象，这种基于微尺度液滴的微流控芯片会在化学、生物学，以及医学等要求高通量筛选反应的领域具有极大的用武之地，如纤维或颗粒制备、化学分析、蛋白质结晶、单细胞培育及检测以及前文提到的便捷式验血等。

因此如何在微通道中实现对单个液滴的精确操纵具有重要的研究价值与应用前景。

由于尺度在微米量级，微流芯片内部流场的雷诺数较小，流动通常为层流，因此微液滴内部不同流动介质的混合主要依赖于分子扩散作用，而作为微反应器，能否实现微液滴内不同反应试剂的快速混合至关重要。单靠分子扩散混合不同物质是很慢的。就像我们给咖啡中加奶，如果单靠分子扩散自然混合奶和咖啡，要等很长时间才能实现充分混合。通常我们都会用勺子搅一下，这样咖啡和奶就会快速混合。通过对微流控芯片中的微液滴加一个交流电场（电场的作用相当于对微液滴内的流动介质施加了“搅动”），可显著改变液滴的内部流场特性，促进不同反应试剂的快速混合。

为进一步探究微液滴如何被“搅动”，航空学院湍流与复杂流体实验室硕士研究生郭伟在郗恒东教授和澳大利亚格里菲斯大学陈世华博士合作指导下针对微液滴在交流电场作用下的变形展开了系统的研究。他们首先通过实验得到了微液滴在不同交流电场强度和频率下的变形规律，进而提出了等效电路模型，通过与实验结果的对比，发现等效电路模型能准确地描述液滴变形对交流电场频率的依赖关系。通过对微液滴的受力分析，他们得到了液滴自身体积大小和流动速度对液滴变形的影响。

最后基于以上实验结果与分析，通过施加经方波调幅调制（AM）的正弦交流电场实现了对微液滴周期性形变的精确控制，这对进一步研究如何控制电场以得到更好的“搅动”效果提供了坚实的实验和理论基础。

文章链接：

Heng-Dong Xi, Wei Guo, Michael Leniart, Zhuang Zhi Chong and Say Hwa Tan, "AC electric field induced droplet deformation in a microfluidic T-junction," Lab on a Chip, DOI: 10.1039/c6lc00448b

郗恒东教授简介：

西北工业大学航空学院教授，洪堡学者，国家青年千人计划获得者，Email：hengdongxi@nwpu.edu.cn

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研究方向：

多年来从事热对流，湍流统计规律及高分子聚合物湍流减阻等方面的实验研究。论文发表在Physical Review Letters, Journal of Fluid Mechanics等流体力学国际顶级学术期刊上。已发表SCI论文十余篇， 被SCI引用300余次。

在高聚物与湍流相互作用方面，他及合作者发展了de Gennes（诺贝尔物理学奖得主）关于高聚物与湍流相互作用的弹性理论，并从实验上验证了理论预测，受到国际同行的极大关注。在热对流方面，美国科学院院士Ahlers教授，德国科学院院士Grosssmann教授和德国科学院、荷兰皇家科学院院士Lohse教授在其联合发表在 Reviews of Modern Physics 上的综述文章中多次大篇幅正面引用他关于湍热对流中流动结构的8篇论文。他的研究工作不仅受到国际国内同行的关注, 也受到地球物理，核工程等领域学者的关注。

（本文信息来源：西北工业大学网站；由e科网整理编辑）

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