Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Li, Dongqing 编

出品人:

页数:2259

译者:

出版时间:2008-7

价格:1599

装帧:

isbn号码:9780387490007

丛书系列:

图书标签:

• Microfluidics
• Nanofluidics
• Fluid Mechanics
• Biomedical Engineering
• Chemical Engineering
• Microscopy
• Nanotechnology
• Lab-on-a-Chip
• BioMEMS
• Surface Chemistry

好的，以下是一份关于流体微观与纳米尺度行为的综合性参考书的简介，该书深入探讨了超越传统宏观流体力学范畴的前沿科学与工程应用，内容详实，旨在为该领域的学生、研究人员和工程师提供一份全面的知识框架。 --- 液体世界的微观交响：微流控与纳流控前沿科学与工程实践 书籍名称： 《微流控与纳流控前沿科学与工程实践：从分子间作用到系统集成》 书籍概述： 本书是一部立足于跨学科前沿的权威性专著，系统地梳理了流体力学在微米（$mu$m）至纳米（nm）尺度上的独特行为、控制方法以及由此催生的革命性应用。在这些尺度下，表面效应（如表面张力、毛细作用、电润湿等）和分子间作用力（如范德华力、静电力）的主导地位压倒了惯性力，使得牛顿流体动力学方程需要进行深刻的修正与补充。本书旨在构建一个从基础物理原理到尖端设备制造、再到多领域集成的完整知识体系。 核心内容章节解析： 第一部分：微纳尺度流体行为的基础物理学 本部分是理解微纳流控系统的理论基石，重点剖析了在小尺度下流体动力学行为的本质转变。 第一章：特征尺度的重要性与无量纲分析 详细阐述了雷诺数（$Re$）、皮克顿数（$Pe$）、韦伯数（$We$）等关键无量纲参数在微纳尺度下的量级变化及其对流动模式的影响。特别讨论了惯性力与粘性力、扩散力与对流力的平衡关系。引入了流体力学中的经典“尺度分析法”，用于预测在特定几何约束下，何种物理机制将占据主导地位。 第二章：表面与界面现象的精细化描述 深入探讨了液体在固体表面上的润湿行为。内容涵盖杨氏方程的修正形式，接触角滞后现象的微观机理，以及如何利用表面能工程来动态调控液体在微通道内的传输。详述了毛细管力在驱动微尺度流体中的精确计算方法，包括在非均匀表面和复杂几何结构中的毛细驱动机制。 第三章：电动力学在流体控制中的作用 本章聚焦于电场对导电和非导电流体的调控能力。系统分析了电渗流（Electroosmotic Flow, EOF）的理论，包括其速度剖面、双电层（Electrical Double Layer, EDL）的结构及其对流体剪切率的敏感性。此外，详细讨论了电润湿（Electrowetting）现象的物理模型，以及如何通过电场梯度实现对液滴形状的精确重塑和移动。 第四章：扩散与反应动力学在微通道中的耦合 在微纳尺度，由于路径短，传质过程往往由扩散主导。本章探讨了扩散控制下的混合、分离和反应速率。分析了Peclet数对反应效率的影响，并介绍了如何设计特殊的混合器（如静态混合器，流体扰动发生器）来加速微通道内的物质传输，克服低雷诺数下的层流混合难题。 第二部分：微流控芯片的设计、制造与表征 本部分转向工程实践，介绍如何将理论转化为可操作的实验平台。 第五章：微流控芯片的材料选择与结构设计 全面对比了主流的芯片制造材料，包括聚二甲基硅氧烷（PDMS）、玻璃、硅以及各类聚合物（如PMMA、COC/COP）。重点阐述了软光刻（Soft Lithography）技术在PDMS微结构制造中的流程与局限性。设计章节着重介绍通道几何形状（如蛇形、螺旋形、晶格结构）如何影响流体分离和传热效率。 第六章：纳流控器件的构建与单分子分析 聚焦于亚微米尺度的器件构建，如利用电子束光刻（EBL）或聚焦离子束（FIB）制造的纳流控通道。详细讨论了纳米孔（Nanopore）和纳米缝隙（Nanogap）阵列的制备工艺，以及它们在单分子检测（如DNA测序、蛋白质分析）中的应用原理，特别是离子流通过纳米结构的传感机制。 第七章：微纳流控系统的集成与控制单元 探讨了如何将泵、阀门、传感器和反应腔集成到单个芯片上，形成“片上实验室”（Lab-on-a-Chip, LOC）。系统介绍了流体驱动的实现方式，包括机械泵、气动阀门矩阵、以及基于电场或温差的集成驱动技术。讨论了系统级别的可靠性、封装技术以及外部设备的连接接口。 第三部分：前沿应用与跨学科整合 本部分展示了微纳流控技术在解决生命科学、材料科学及能源领域复杂问题中的实际效能。 第八章：生物医学与细胞分析中的微流控 这是本书应用的核心领域之一。详细阐述了微流控在单细胞捕获、分选与分析中的优势。内容包括：微流控芯片用于构建“类器官”（Organ-on-a-Chip）模型、精确模拟体内微环境（如血管网络、组织液流动）；液滴微流控（Droplet Microfluidics）在高通量筛选（HTS）中的应用，特别是数字PCR和单细胞测序样本的制备。 第九章：液滴流控：离散流体的精确操控 专门针对液滴流控进行深入分析。从T型接头、流焦点（Flow-Focusing）等基本液滴生成结构出发，讨论了液滴尺寸的均一性控制，液滴的合并与分割技术。阐述了如何利用液滴作为独立的微反应器进行高通量生化反应和药物递送系统的开发。 第十章：先进材料与能源领域中的微纳尺度流体 探讨了流体控制在新型材料合成中的角色。包括：利用微流控平台精确控制晶体生长速率与形貌、微乳液聚合的粒径调控、以及在微反应器中实现高选择性的化学反应。在能源方面，分析了微通道在高效热管理（Microchannel Heat Sinks）中的传热增强机制，以及燃料电池和微型能源器件中的电解质传输。 结论与展望： 本书最后总结了当前微流控与纳流控领域面临的主要挑战（如长周期可靠性、复杂多相流的建模、以及标准化制造工艺的缺失），并展望了人工智能（AI）与机器学习在优化微流控设计与自动化实验控制方面的巨大潜力。 --- 本书特色： 理论深度与工程广度的完美结合： 既提供了严格的物理数学模型，也包含了大量的实际工程案例和制造参数。 聚焦于尺度效应： 始终强调流体行为在微观尺度下的非线性与表面主导特性。 跨学科视角： 内容覆盖物理、化学、生物工程、材料科学等多个领域的交叉点。 本书是任何希望掌握微观流体控制核心技术的科研工作者和工程师的必备参考书。

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