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微流控离子浓差极化芯片研制及其生化检测中的应用
1
作者 贺志恒 王小丽 +1 位作者 葛闯 徐溢 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1618-1631,共14页
离子浓差极化(ion concentration polarization,ICP)现象是在外加电场作用下发生在微纳交界面处的一种电富集现象,将ICP现象与微流控分析技术相结合,可广泛应用于生化分析中带电粒子预富集、目标物分离、靶标物检测等领域。本文首先对IC... 离子浓差极化(ion concentration polarization,ICP)现象是在外加电场作用下发生在微纳交界面处的一种电富集现象,将ICP现象与微流控分析技术相结合,可广泛应用于生化分析中带电粒子预富集、目标物分离、靶标物检测等领域。本文首先对ICP原理及微流控ICP芯片进行了简要介绍,梳理总结了ICP芯片的制备技术和方法,其中重点关注了微流道结构设计、纳米结构制备与设计等方面的研究现状与进展。首先对基础单通道ICP芯片的结构进行分析,进而对并行通道ICP芯片结构以及集成多功能的微流控ICP芯片进行了总结和讨论,列举了ICP芯片中纳米结构的制备方法及其优缺点。进而,讨论了优化ICP芯片的富集效能途径,可通过引入多场耦合、阀门控制等多种手段,实现对靶标物的富集效能优化。最后,针对ICP芯片在多种带电生化样本分析检测中的应用进行综述,指出ICP芯片在匹配检测目标生物特性方面面临挑战,需要提高富集效率和选择性,解决流体控制、混合及传输问题。可以看到,微流控ICP芯片具有处理样本流量低、分离富集效果好、检测效率高以及易于集成化和小型化等优势,在生化检测领域展示出很好的研究意义和实用前景。 展开更多
关键词 离子浓差极化 微纳结构 微流控芯片 分离富集 生化检测
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压力驱动双膜离子浓差极化系统中带电粒子分离与富集数值模拟研究
2
作者 勾易行 孙国伟 +1 位作者 孙润泽 李子瑞 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1241-1250,共10页
微纳流体器件中的离子浓差极化现象可以高效富集低浓度粒子,但多种粒子的富集与分离仍然存在分离效果差的问题.文章提出了一种基于离子浓差极化现象的粒子分离与富集系统,该系统通过设置两个离子交换膜构建两个微纳界面调控带电粒子所... 微纳流体器件中的离子浓差极化现象可以高效富集低浓度粒子,但多种粒子的富集与分离仍然存在分离效果差的问题.文章提出了一种基于离子浓差极化现象的粒子分离与富集系统,该系统通过设置两个离子交换膜构建两个微纳界面调控带电粒子所受的电场环境,以DNA和牛血清白蛋白(BSA)为例,依据不同淌度粒子所受电场力和流体曳力的竞争机制使得DNA和BSA在不同膜前富集,进而实现二者的区位分离.数值模拟分析了外部压力和不同离子交换膜跨膜电压的影响,其中,入口压力控制通道内的流体流速以影响粒子所受的流体曳力,跨膜电压调节离子浓差极化现象以影响粒子所受的电场力.数值模拟分析表明,双膜系统的分离机制为不同耗尽区产生的高电场对两种粒子施加的电场力与其本身所受的流体曳力的竞争作用,即在第一个膜前BSA所受的电场力小于流体曳力,而DNA的受力则相反.同时,本文揭示了离子浓差极化形成下带电粒子在压力驱动双膜系统的富集机制.结果表明,当V_(cm1)=5V_(T),V_(cm2)=10 V_(T),P_(0)=400 Pa时,DNA和BSA可实现高效的区位分离且二者的富集倍数可分别达到1.2×10^(5)和6.0×10^(4),这将为多带电粒子的同时富集并分离及多级离子浓差极化级联系统设计提供新的思路和理论指导. 展开更多
关键词 微纳流控 离子浓差极化 双膜系统 粒子分离 粒子富集
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微滤和超滤过程中浓差极化和膜污染控制方法研究 被引量：37
3
作者 邢卫红 童金忠 +4 位作者 徐南平 时钧 王焕章 陈文艳 蔡旭新 《化工进展》 EI CAS CSCD 2000年第1期44-48,56,共6页
本文较全面的介绍了微滤和超滤过程中浓差极化和膜污染的各种控制方法，并比较了各种方法的优缺点。
关键词 微滤 超滤 浓差极化 膜污染 控制方法 过滤
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浓差极化对正渗透膜通量影响研究 被引量：4
4
作者 张彤 林晓峰 +6 位作者 姚懿娟 谷岩桐 李浩楠 戴维杰 朱营莉 南少帅 霍唐燃 《山东化工》 CAS 2017年第12期7-11,共5页
采用两种正渗透膜HTI-ES和HTI-NW膜研究了浓差极化对膜通量的耦合作用,阐述了浓缩的外浓差极化和稀释的内浓差极化对膜通量的影响。结果表明内浓差极化是造成膜通量减小的主要原因,在此基础上同时结合浓差极化模型,求得了外浓差极化系数... 采用两种正渗透膜HTI-ES和HTI-NW膜研究了浓差极化对膜通量的耦合作用,阐述了浓缩的外浓差极化和稀释的内浓差极化对膜通量的影响。结果表明内浓差极化是造成膜通量减小的主要原因,在此基础上同时结合浓差极化模型,求得了外浓差极化系数k和内浓差极化系数K,并对实验数据进行了拟合,该模型计算出的HTI-ES水通量与实验吻合良好。 展开更多
关键词 正渗透 水通量 浓缩的外浓差极化 稀释的内浓差极化
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电渗析过程中的浓差极化及水解离机理 被引量：19
5
作者 孟洪 彭昌盛 +1 位作者 卢寿慈 宋存义 《膜科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2003年第1期7-11,共5页
分析了电渗析在运行过程中浓差的形成以及与水解离之间的关系 ,在此基础上 ,分析了V -I曲线以及其拐点所代表的物理意义 .通过理论分析认为 :“浓差极化”的实质是“电势极化” .实际测得的V -I曲线验证了理论V -I曲线的正确性 .
关键词 电渗析过程 浓差极化 水解离 机理 V-I曲线 拐点
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电场作用下超滤膜的浓差极化比模型 被引量：7
6
作者 陈山 蔡妙颜 +3 位作者 郭祀远 李琳 肖凯军 陈健 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第3期36-39,共4页
针对电场作用下的超滤膜浓差极化现象 ,根据传递过程中的质量守恒定律并结合膜的吸附 -扩散分离理论 ,推导出了电超滤过程中的浓差极化比理论模型 ,并对该模型的影响因素如溶质的电泳速度和吸附 -扩散作用等进行了分析 .
关键词 超滤膜 浓差极化比模型 电场超滤 传质 质量守恒定律 吸附-扩散分离理论
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研究浓差极化和膜污染过程的方法与策略 被引量：28
7
作者 刘忠洲 张国俊 纪树兰 《膜科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第5期1-15,共15页
简要综述了浓差极化和膜污染的研究方法和策略．利用超滤法处理印钞擦版废液实验说明研究思路和各种分析方法的应用．通过膜阻力模型实验,分析出各污染途径产生的阻力大小,讨论了应注意的问题．采用EDX,ICP,TOC,SEM,FTIR和MC对膜污染物... 简要综述了浓差极化和膜污染的研究方法和策略．利用超滤法处理印钞擦版废液实验说明研究思路和各种分析方法的应用．通过膜阻力模型实验,分析出各污染途径产生的阻力大小,讨论了应注意的问题．采用EDX,ICP,TOC,SEM,FTIR和MC对膜污染物、酸洗和碱洗液、清洗前后膜表面形貌分析鉴定,发现主要无机污染物是钙离子,主要有机污染物是磺化蓖麻油．模拟实验结果与上述结果一致,并引导出四步清洗方法,可对污染膜进行有效清洗;并发现对于严重污染的膜,采用三个以上清洗周期才能使膜通量得到完全恢复．最后提出一个浓差极化和膜污染的研究方法和策略框架图． 展开更多
关键词 浓差极化 膜污染 方法和策略 印钞擦版废液
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反渗透系统中浓差极化的影响 被引量：13
8
作者 徐腊梅 夏罡 +1 位作者 毕飞 靖大为 《工业水处理》 CAS CSCD 2004年第1期63-65,共3页
以实测数据为依据,论证了反渗透膜系统中浓差极化的影响,测定了保证系统稳定运行时浓差极化系数的临界值。由此为反渗透膜系统的稳定运行与优化设计提供了一个重要依据。
关键词 反渗透 浓差极化 难溶盐 纯水制备
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酸性气体膜吸收过程中浓差极化 被引量：9
9
作者 张卫东 高坚 史季芬 《过程工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第4期308-312,共5页
用聚丙烯中空纤维膜吸收器,针对酸性气体膜吸收传质过程,根据浓差极化时存在局部高浓度区的特点,分别进行了SO_2/空气混合气和CO_2/空气混合气中酸性气体的选择性吸收实验。实验测定了SO_2和CO_2两种不同酸性气体在不同浓度吸收液及不... 用聚丙烯中空纤维膜吸收器,针对酸性气体膜吸收传质过程,根据浓差极化时存在局部高浓度区的特点,分别进行了SO_2/空气混合气和CO_2/空气混合气中酸性气体的选择性吸收实验。实验测定了SO_2和CO_2两种不同酸性气体在不同浓度吸收液及不同液速下的总传质系数,比较了两种酸性气体在液相侧的传质特性,根据两组份间化学反应机理的不同,分析了浓差极化对膜吸收过程的影响。 展开更多
关键词 酸性气体 膜吸收 浓差极化 总传质阻力 聚丙烯中空纤维膜吸收器
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土壤金属界面水膜测量的浓差极化方法 被引量：4
10
作者 石要武 任露泉 +1 位作者 李建桥 王昕 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第1期25-29,共5页
利用在阶跃电压作用下土壤水分中水溶性氧粒子放电的电化学反应过程，首次完成了土壤—金属界面水膜面积与厚度的测量。理论及实验均证明了此方法用于界面水膜测量的可靠性及准确性。
关键词 土壤-金属 界面水膜 电化学 测量 浓差极化
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PEM燃料电池阴极加湿对浓差极化的影响 被引量：6
11
作者 薛坤 肖金生 +1 位作者 潘牧 袁润章 《武汉理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第12期4-7,共4页
运用Fluent的PEM模块对质子交换膜燃料电池不同的加湿程度进行研究。分析了不同的加湿程度对燃料电池性能的影响,尤其讨论了在高电流密度情况下,浓差极化对燃料电池性能的影响。对80℃阴极气体分为不加湿、50%加湿和100%加湿进行对比,... 运用Fluent的PEM模块对质子交换膜燃料电池不同的加湿程度进行研究。分析了不同的加湿程度对燃料电池性能的影响,尤其讨论了在高电流密度情况下,浓差极化对燃料电池性能的影响。对80℃阴极气体分为不加湿、50%加湿和100%加湿进行对比,结果表明,低电流密度100%加湿性能更好,在高电流密度时50%加湿性能更好。另外详细分析了浓差极化区燃料电池内部水的摩尔浓度、氧气浓度分布与电池性能的影响关系,表明浓差极化仅在燃料电池的部分区域发生。不同的工作电流密度下选取合适的加湿度可以提高燃料电池的性能。 展开更多
关键词 燃料电池 阴极加湿 浓差极化
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液体分离膜过程中的浓差极化及其评价方法 被引量：7
12
作者 王大新 苏萌 王晓琳 《膜科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2005年第6期64-68,79,共6页
膜的污染和劣化始终是制约膜技术发展的瓶颈之一.在液体分离膜过程中,浓差极化是产生膜污染的主要原因,因此减小浓差极化即可减轻膜污染.本文首先介绍了浓差极化现象和模型以及传质系数的求算,并且提出一种简单的实验方法测定膜过程的... 膜的污染和劣化始终是制约膜技术发展的瓶颈之一.在液体分离膜过程中,浓差极化是产生膜污染的主要原因,因此减小浓差极化即可减轻膜污染.本文首先介绍了浓差极化现象和模型以及传质系数的求算,并且提出一种简单的实验方法测定膜过程的浓差极化程度,然后针对不同分子量的溶质体系对影响浓差极化程度的操作条件进行定量分析,包括操作压力和原料液循环流量,最后对如何减轻液体分离膜过程由浓差极化导致的膜污染给出几点建议. 展开更多
关键词 浓差极化 膜分离 循环流量 膜污染
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钯膜分离氢氦过程中浓差极化现象 被引量：3
13
作者 侯京伟 彭述明 +2 位作者 胡胜 熊亮萍 龚宇 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期276-280,共5页
根据设计,未来聚变堆等离子体排灰气中除了氘氚还含有以惰性气体为主的杂质气体,会在钯膜纯化氢同位素的过程中产生不容忽视的浓差极化现象,降低排灰气的处理效率。针对这一现象,以氢氦混合气为源项,研究了钯膜在分离氢氦过程中浓差极... 根据设计,未来聚变堆等离子体排灰气中除了氘氚还含有以惰性气体为主的杂质气体,会在钯膜纯化氢同位素的过程中产生不容忽视的浓差极化现象,降低排灰气的处理效率。针对这一现象,以氢氦混合气为源项,研究了钯膜在分离氢氦过程中浓差极化对渗氢性能的影响,利用极化系数对浓差极化的程度进行评估,并考察了渗氢驱动力、氦气浓度以及原料气流量对极化系数的影响。结果表明:在150,300,450kPa时的H2/He选择性分别为37 460,18 347和7935,可以看出钯膜致密性良好;浓差极化系数随着渗氢驱动力和氦气浓度的升高而增大,对于原料气流量的变化则呈现相反趋势。 展开更多
关键词 钯膜 浓差极化 氢氦分离 等离子体排灰气
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消除浓差极化提高膜组件脱湿效率 被引量：7
14
作者 李国民 李俊凤 +1 位作者 刘静芝 吴庸烈 《化学工业与工程技术》 CAS 2007年第1期37-39,共3页
验证了几种消除浓差极化的有效方法,结果表明,膜的下游疏水改性、升高吹扫气的温度、改变吹扫方式,均能消除浓差极化,提高膜组件的除湿效率;吹扫和抽真空联合使用更能消除浓差极化,大幅度地提高膜的除湿性能。
关键词 除湿 浓差极化 膜 吹扫方式
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浓差极化的介电模型——复合膜/溶液体系的数值模拟 被引量：9
15
作者 李玉红 赵孔双 《化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2007年第19期2124-2132,共9页
提出了具有电导率和介电常数线性分布的介质的介电模型,并导出了其内部电的和结构性质的参数与宏观测量的电容和电导之间定量关系的理论表达式,以模拟复合膜中的多孔层部分的介电弛豫行为.大量的模拟计算描述并解释了多孔层介电谱随介... 提出了具有电导率和介电常数线性分布的介质的介电模型,并导出了其内部电的和结构性质的参数与宏观测量的电容和电导之间定量关系的理论表达式,以模拟复合膜中的多孔层部分的介电弛豫行为.大量的模拟计算描述并解释了多孔层介电谱随介电常数分布、厚度等性质而变化的规律.进一步对具有层状构造的复合膜以及复合膜和溶液相组成的多层体系的弛豫行为进行了数值模拟,比较了三个体系(多孔层、复合膜、复合膜/液相层状体系)的介电谱,结果揭示了介电谱对各层性质的依赖关系.所提出的电导率和介电常数线性分布的多孔层的介电模型,也可用于具有其他电导率、介电常数分布规律的体系. 展开更多
关键词 浓差极化 介电弛豫谱 复合膜 介电常数梯度
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锂离子电池浓差极化及放电特性分析 被引量：3
16
作者 刘良 戴玮 +1 位作者 王丽梅 王亢亢 《江苏大学学报（自然科学版）》 EI CAS 北大核心 2021年第1期33-39,共7页
针对锂离子电池内部浓差极化及其影响因素,对典型的NCM/C系锂离子电池进行试验获得关键性能参数,利用COMSOL软件建立电化学模型并试验验证其准确性,基于模型开展电池放电过程中固、液相浓差极化特性及其主要因素对电池放电性能影响的仿... 针对锂离子电池内部浓差极化及其影响因素,对典型的NCM/C系锂离子电池进行试验获得关键性能参数,利用COMSOL软件建立电化学模型并试验验证其准确性,基于模型开展电池放电过程中固、液相浓差极化特性及其主要因素对电池放电性能影响的仿真研究.结果表明:电池在放电过程中,单独改变负极粒径对负极固相浓差极化的影响更加明显,等比变化范围内负极引起的固相浓差变化幅度约是正极的136.05%;改变正极厚度更易加剧液相浓差极化,等量变化范围内正极引起的液相浓差变化幅度约是负极的199.01%;正极厚度对电压平台和电池容量影响显著,负极粒径影响电压平台而对容量几乎无影响;相比两者,正极厚度是同时影响电池浓差极化和放电性能的关键因素. 展开更多
关键词 锂离子电池 电化学模型 浓差极化 放电特性 数值模拟
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低浓度苯胺类化合物纳滤分离机理的浓差极化S-K模型验证 被引量：2
17
作者 黄礼超 李方 +2 位作者 付乐乐 杨波 田晴 《东华大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期617-623,共7页
采用结合浓差极化理论的Spiegler-Kedem(S-K)模型进行苯胺类化合物纳滤过程中的溶质反射系数(σ)和溶质渗透系数(Ps)的计算,研究操作压力、溶质相对分子质量以及正辛醇/水分配系数对苯胺类化合物反射系数的影响;另外通过空间位阻模型计... 采用结合浓差极化理论的Spiegler-Kedem(S-K)模型进行苯胺类化合物纳滤过程中的溶质反射系数(σ)和溶质渗透系数(Ps)的计算,研究操作压力、溶质相对分子质量以及正辛醇/水分配系数对苯胺类化合物反射系数的影响;另外通过空间位阻模型计算出3种纳滤膜的孔径,并与实验测定值比较,研究纳滤分离过程中的分离机理.研究结果表明,操作压力和溶质相对分子质量与溶质反射系数具有相关性,纳滤过程中筛分作用为其主要的分离机理. 展开更多
关键词 苯胺类化合物 纳滤 浓差极化 S-K模型
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编织型中空纤维膜污染与浓差极化的试验研究 被引量：3
18
作者 湛含辉 湛雪辉 张晶晶 《水处理技术》 CAS CSCD 北大核心 2005年第10期17-20,共4页
导致膜污染和浓差极化的主要因素有:悬浮液浓度、颗粒粒径、颗粒表面性质、膜材料以及膜表面的流态等。设计的一组试验证明了上述因素导致膜污染与浓差极化对膜处理的危害性;同时也证明了在中空纤维膜中,Dean涡这种不稳定流能较大程度... 导致膜污染和浓差极化的主要因素有:悬浮液浓度、颗粒粒径、颗粒表面性质、膜材料以及膜表面的流态等。设计的一组试验证明了上述因素导致膜污染与浓差极化对膜处理的危害性;同时也证明了在中空纤维膜中,Dean涡这种不稳定流能较大程度地降低膜污染与浓差极化,降低的程度取决于Dean涡的优化参数。 展开更多
关键词 编织型中空纤维膜 Dean涡(二次流) 膜污染 浓差极化 渗透流量
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基于离子浓差极化的立体式海水淡化微流控器件研究 被引量：3
19
作者 黄海宁 高少斌 +2 位作者 李鑫 陈宏 葛立凯 《分析化学》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期1808-1813,共6页
海水淡化是解决人类淡水资源匮乏的一个重要途径。现有的海水淡化技术存在设备体积大、海水淡化成本高等问题。本研究采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制备了基于离子浓差极化原理的海水淡化器件,采用盐溶液模拟海水,进行盐离子和水分子分离... 海水淡化是解决人类淡水资源匮乏的一个重要途径。现有的海水淡化技术存在设备体积大、海水淡化成本高等问题。本研究采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制备了基于离子浓差极化原理的海水淡化器件,采用盐溶液模拟海水,进行盐离子和水分子分离的研究。研究了不同的外加电压、盐溶液在通道中的流动速度、盐溶液通道深度和Nafion纳米通道的深度等实验条件和结构参数对微流控器件分离盐离子和水分子的影响。对微流控器件的结构参数进行了优化。实验结果表明,采用外加电压为25 V、盐溶液流速为4μL/min、盐溶液通道深宽比为1∶20、Nafion纳米通道深度为450~500μm的微流控器件进行盐溶液分离,除盐率可达到99%。研究结果对于开发新型高效、低能耗的海水淡化器件有重要的指导意义。 展开更多
关键词 海水淡化 微流控芯片 离子浓差极化
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气体膜分离过程中浓差极化的影响 被引量：3
20
作者 冯献社 蒋国梁 朱葆琳 《膜科学与技术》 CAS CSCD 1989年第2期23-28,共6页
在气体膜分离过程中,浓差极化的存在使分离效果变差。虽然在许多现有的气体膜分离过程中浓差极化并不严重,但随着高通量分离膜的不断问世,浓差极化作用将不可忽视。本文推导了考虑浓差极化时稳态渗透速率表达式,并通过计算考察了操作参... 在气体膜分离过程中,浓差极化的存在使分离效果变差。虽然在许多现有的气体膜分离过程中浓差极化并不严重,但随着高通量分离膜的不断问世,浓差极化作用将不可忽视。本文推导了考虑浓差极化时稳态渗透速率表达式,并通过计算考察了操作参数和膜性能参数变化时,浓差极化作用大小的变化规律,为高通量膜分离器的设计与应用提供参考。 展开更多
关键词 膜分离 气体 浓差极化
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