Microfluidics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Zimmerman, William B. J. 编

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:

价格:$ 134.47

装帧:Pap

isbn号码:9783211329948

丛书系列:

图书标签:

• 微流体
• 生物芯片
• 微纳米技术
• 医学工程
• 化学工程
• 分析化学
• 生物工程
• MEMS
• 实验室芯片
• 流体物理

好的，这是一本关于微流控技术的图书简介，重点在于展现其技术深度和应用广度，但并不包含您提到的那本特定书籍《Microfluidics》的内容。 --- 《微尺度流体动力学与系统集成：从基础原理到前沿应用》 导言：迈向精准控制的新纪元 在21世纪的科技浪潮中，我们对物质和能量的控制精度要求达到了前所未有的高度。传统宏观尺度下的工程方法，在面对生物、化学、材料科学等领域日益精细化的研究需求时，逐渐暴露出其局限性。本著作《微尺度流体动力学与系统集成：从基础原理到前沿应用》旨在深入剖析和系统阐述如何利用微米乃至纳米尺度的几何结构，实现对流体行为的精确操控、分离、混合与检测。本书的视角超越了单一的工程学范畴，融合了物理学、化学、生物学和材料科学的交叉知识，为读者构建了一个理解和设计微系统（Micro-systems）的完整知识框架。 第一部分：微尺度流体动力学基础理论 本部分是全书的理论基石，重点阐述了在微纳尺度下，流体行为与宏观尺度显著不同的核心物理机制。 第一章：尺度效应与控制参数的重构 我们将详细探讨流体力学中的关键无量纲参数——雷诺数（Re）和魏斯巴赫数（We）在微尺度下的物理意义。在微流控世界中，惯性力的影响趋于消失，黏性力和表面张力占据主导地位。本章将引入流变学基础，分析牛顿流体与非牛顿流体在微通道中的流动特性，并深入探讨伯努利效应和压力驱动流动的精确建模方法。 第二章：表面与界面现象的支配作用 微通道的几何结构决定了其巨大的比表面积。本章聚焦于表面张力、润湿性（接触角）以及毛细现象在微流体系统中的核心作用。我们将解析铺展动力学、液滴生成与操控的界面物理学，包括电润湿（Electrowetting）原理在动态界面重构中的应用，为液滴微反应器和数字微流控技术打下坚实的理论基础。 第三章：微通道内的传质与传热机制 在微尺度下，扩散是主要的传质方式，传热效率也因其高散热面积/体积比而发生显著变化。本章将详细分析扩散方程在微通道内的解析解和数值模拟方法，特别关注非对称边界条件下的质量传递。同时，热迁移的建模将涉及傅里叶定律的修正，并探讨如何利用温度梯度驱动的效应，如热泳（Thermophoresis）和热毛细效应对微流体的调控。 第二章：微纳结构制造与器件构建 系统的功能性依赖于精确的物理载体。本部分将全面介绍从基础材料到复杂三维器件的制造工艺链。 第四章：材料选择与柔性基底技术 我们将评估硅、玻璃、聚合物（如PDMS、SU-8）以及新型柔性材料在微流控器件中的适用性。重点讨论了光刻、蚀刻（干法与湿法）等经典半导体工艺在微流控芯片制造中的转化与优化。对于快速原型制造，立体光刻（SLA）和熔融沉积制造（FDM）在微流控领域的应用前景也将被深入剖析。 第五章：集成与封装的挑战 一个功能性的微流控系统需要精确的流体输入/输出端口、高效的驱动单元和可靠的密封封装。本章将详细论述键合技术（如热键合、等离子体键合）的工艺控制，以及如何设计和集成微泵、微阀等主动驱动元件，确保系统在长期运行中的稳定性和生物相容性。 第三部分：核心功能单元与集成系统设计 本部分转向应用层面，详细解析实现复杂功能所需的核心微流控单元操作。 第六章：微尺度流体的分离与纯化技术 分离技术是微流控应用的核心竞争力之一。我们将系统梳理基于物理尺寸差异（筛分、沉降）、流体力学特性差异（离心分离、流量聚焦）以及表面电荷效应（电泳、电渗流）的各类分离技术。对靶细胞捕获、外泌体富集等高难度分离任务的微流控解决方案将进行案例分析。 第七章：高效混合与反应增强 在微通道中，分子扩散受限导致自然混合效率低下。本章将重点介绍主动与被动混合策略。被动混合器（如螺旋通道、蛇形通道）的几何优化设计将基于流线耦合理论；主动混合器（如声波辅助、磁场辅助）的应用则着重于能量输入与流场耦合的建模。 第八章：数字微流控与液滴生成 数字微流控（Digital Microfluidics, DMF）通过离散的液滴作为“微反应器”来实现高度可编程的操作。本章将详述基于电润湿效应的液滴传输、合并、分裂和释放机制。重点分析如何利用液滴阵列进行高通量筛选和并行化分析，并讨论液滴微反应器中的反应动力学控制。 第四部分：前沿应用与未来展望 本部分将展示微流控技术在生命科学、能源和环境监测等领域的突破性进展。 第九章：生物医学应用：从单细胞到类器官 微流控技术在“芯片上的实验室”（Lab-on-a-Chip）概念的实现中发挥了决定性作用。本章将深入探讨单细胞分析（如scRNA-seq的前处理）、微流控芯片上的细胞培养（如肿瘤微环境模拟、血液分析仪）以及类器官/类器官芯片（Organ-on-a-Chip）的设计原则，尤其关注其在药物筛选和毒理学评价中的独特优势。 第十章：环境监测与能源技术中的微流控集成 除了生命科学，微流控在环境采样与快速检测中也展现出巨大潜力，例如水质污染物的实时监测和痕量物质的富集。在能源领域，本章将讨论微流控技术在燃料电池的微反应器设计、微型传感器以及高效冷却系统中的应用，探索如何利用微尺度效应提升能量转换效率。 结语：跨学科融合的驱动力 本书的宗旨在于为工程师、科学家和研究人员提供一个坚实的工具箱，使他们能够驾驭微观世界的复杂性，并将其转化为可控的、可重复的、高通量的实用系统。微流控技术的未来在于与人工智能、先进传感技术和生物工程的深度融合，这将驱动下一代精准诊断、个性化医疗和可持续能源解决方案的革命。 --- 目标读者： 机械工程、化学工程、生物工程、材料科学、物理学及相关领域的本科高年级学生、研究生、科研人员及工业界工程师。 本书特色： 理论与实践并重： 深度解析底层物理原理，同时提供详尽的工程实现案例。 跨学科视角： 强调流体、界面、材料、生物学的多学科交叉融合。 系统化结构： 从基础理论到制造工艺，再到功能集成和前沿应用，构建清晰的学习路径。

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