光伏微流体操控技术利用非均匀光伏电荷场对流体目标的静电作用来实现非接触操控。近年来，基于铌酸锂的光伏微流体操控技术逐渐引起人们的关注，并有望成为铌酸锂基生物光子芯片微流体操控功能的关键支撑技术。与传统的全电微流体操控和光镊操控相比，铌酸锂基光伏微流体操控不需要外部电源供电，不需要复杂电极的制备，所需操控光强低，作用范围广，因此可以最大程度地避免外界对内部生物环境的污染和干扰。本文介绍了铌酸锂基光伏微流体操控的理论基础，系统阐述了铌酸锂基光伏微流体操控的近期研究进展。

针对光纤光镊捕获颗粒时直接接触易产生机械损伤的问题,提出了一种基于光热效应的单光纤远距离捕获方法。采用功率低于20 mW的C波段光纤宽带放大自发辐射光源,实现了对中尺度二氧化硅(SiO₂)小球的远距离捕获和操控,捕获距离长达800 μm。为探明该捕获机理,采用COMSOL Multiphysics有限元分析软件,仿真模拟了光纤在SiO₂悬浮液不同高度位置处形成的温度场分布、对流速度场分布和粒子在溶液中的运动轨迹。研究发现,在光纤操控小球的过程中起主要作用的是热对流产生的曳力,同时调整光纤高度会改变捕获速度和捕获距离。这种光纤微流体装置结构简单、操作灵活,具备在低功率条件下大范围捕获大颗粒的条件。

为实现微流场3D可视化速度测量，建立了基于光学相干层析技术的微粒子跟踪速度测量系统。对系统组成原理、微粒子图像提取、匹配和速度计算方法等进行研究。介绍了频域光学相干层析技术、微流场速度测量系统组成及对渗入微粒子的微流场扫描及三维成像方法。利用中值滤波、最大类间方差二值化和体积滤波等方法搜索流场中各个微粒子，实现全流场流动特性3D可视化；利用微粒子之间距离、灰度二阶矩建立代价函数，对不同时刻扫描得到的微粒子进行匹配，根据微粒子三维坐标求其运动速度。对对流流场进行了测量，实现了微米级空间分辨的微粒子图像与速度矢量显示。适合于复杂微流场的三维速度检测，对微流动器件流动特性研究具有重要意义。

开展了微流体数字化技术制备聚合物薄膜电阻的研究。搭建了聚合物薄膜电阻按需喷射制备系统, 将聚乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)聚合物以13.4%的最佳重叠率, 按需喷射到RC(Resin-Coating)相纸表面, 由聚合物液滴形成的薄膜在相纸表面毛细作用下迅速干燥形成薄膜电阻, 并通过退火处理进一步降低薄膜电阻的阻值。实验研究了系统参量对聚合物液滴直径的影响, 并通过改变薄膜电阻的行数、列数和层数以及退火处理的条件, 制备了阻值为3.5～23.2 MΩ的薄膜电阻。实验显示薄膜电阻阻值和行数近似线性关系, 并且随着制备列数和层数的增大而减小, 退火处理可以使薄膜电阻的阻值降低10%～40%。以相同制备参数和退火条件制备的薄膜电阻具有较好的一致性, 薄膜电阻的阻值随温度的升高而减小并趋于稳定。实验结果表明, 基于微流体数字化技术制备聚合物薄膜电阻具有工艺简单、成本低廉、电阻电学性能优越等优点。

基于微流体数字化技术搭建了聚合物微透镜阵列按需喷射制备实验系统。以UV固化胶为喷射材料, 将其按需喷射到镀有疏水化薄膜的玻璃基片上, 在界面张力和疏水化效应的作用下, 形成平凸状的微液滴, 再经紫外光固化后形成微透镜阵列。实验研究了系统参量对稳定微喷射与微透镜直径的影响, 稳定微喷射出了黏度值为50×10-3 Pa·s的UV胶, 制得了最小直径达25 μm的微透镜, 进而制备出了直径变异系数C·V达0.64%、焦距均匀性误差为1.7%的15×15微透镜阵列。微透镜在扫描电子显微镜下具有较好的表面形貌, 采用白光干涉/轮廓仪(VSI模式)测得其轮廓算术平均偏差Ra为247.99 nm(扫描区域: 29.4 μm×39.3 μm), 扫描区域轮廓曲线平滑。通过微透镜阵列的成像实验, 得到了微透镜阵列所成的清晰实像。实验结果表明, 采用微流体数字化技术进行聚合物微透镜阵列的按需喷射制备过程简单、成本低廉、工艺参数稳定; 制备的微透镜阵列几何与光学性能优越。

采用以脉冲为微流动基本形态、脉冲当地惯性力为主动力的微流体数字化技术进行了基因芯片微阵列制备实验。在搭建的基于微流体数字化技术的基因芯片微阵列制备系统上，实验验证了脉冲点样系统参量(收敛角2θ、微喷嘴内径d、电压幅值U和驱动频率f)对样点直径和脉冲点样稳定性的影响规律。以实验规律为依据，提出了制备样点直径约为100 μm的中等密度微阵列的实验路线，制备出了样点平均直径为102.2 μm、微阵列密度约为4 000 spot/cm2的基因芯片微阵列(点样溶液为3×SSC柠檬酸盐缓冲液)。得到的研究结果可为建立高密度基因芯片脉冲点样技术提供实验研究基础。

基于微流体成型技术，设计开发了一套用于微胶囊制备的T型微通道乳粒发生器，并利用该装置实现了二乙烯基苯空心泡沫微球的连续制备。以二乙烯基苯的邻苯二甲酸二丁酯溶液为油相，以聚乙烯醇的水溶液为外水相，去离子水为内水相，成功制备出二乙烯基苯双重微乳液，并采用水平旋转加热装置使其凝胶固化，再经过溶剂交换、CO 2超临界干燥等过程,制备出直径700～1 200 μm、壁厚60～100 μm、密度90～120 mg·cm-3的二乙烯基苯空心泡沫微球。利用光学显微镜、扫描电镜和X-透射显微镜表征，结果显示：微胶囊球形度、同心度和壁厚均匀性较好，成活率较高，直径单分散性较好，外表面较粗糙。

提出了可分析、筛选乳胶微粒的介电泳陷阱与微马达,并以此为核心单元讨论了片上实验室的组建.设计了可集中样本预处理、分离筛选与微马达驱动等多个功能于一体的微分析芯片,并优化了各分立单元的作用效果.用新的螺旋-叉指和螺旋-城堡电极代替传统的螺旋状或者叉指、城堡状电极,可以不必借助电渗流的作用分开大小不同的乳胶微粒,分离效率达90%以上.当激励信号为驻波时,样本分离电压比普遍使用的行波信号降低50%.对于起介电泳筛选作用的城堡状电极进行了侧向和轴向的非均匀化处理,提高了对微粒尺寸的敏感性,可以将70%的小微粒从混合液中分离.有限元分析和实验结果表明,与参考文献中提到的芯片结构相比,电极的新排布方式增加了轴向场强梯度,分离电压比传统方法降低了80%.另外,微马达和探测电极的集成,为旋转性质的测电学量提供了便利.