随着生物分析技术和高通量筛选技术的发展,大量自动化的生物试剂分配系统在生命科学研究领域得到广泛应用。非接触式分配方法利用外部压力驱动微量生物试剂从喷嘴内高速喷出,具有分配体积小、分配精度高、操作速度快的特点,满足了微量生物试剂分配过程中微量、精确、快速的试剂分配要求,而成为试剂分配系统所采用的主流试剂分配方式。但是,该方法控制困难,系统复杂,分配过程易受试剂特性影响,这在一定程度上阻碍了非接触式分配技术的应用和发展。本文针对以上问题,构建了微量生物试剂脱离过程的仿真模型和非接触式分配液路系统的等效模型,通过理论分析和数值模拟,研究了微量生物试剂非接触式分配的实现条件,试剂特性、系统结构、控制参数等与分配体积、分配准确度的关系,从而为非接触式分配系统的设计、控制方法的优化提供了理论指导,保证了其在生命科学领域能够更快、更精确的分配更小体积的试剂。 首先,基于CFD仿真软件Fluent构建了微量生物试剂脱离过程的仿真模型,通过研究试剂特性、分配体积、分配速度、喷嘴尺寸等参数对试剂脱离过程、分配精确度的影响,得出了微量生物试剂能够实现非接触式脱离的条件。 然后,在分析现有非接触式微量液体处理设备共性特点的基础上,设计了一套典型非接触式分配液路系统。采用集总参数法构建了该液路系统的等效电路模型,利用simulink的子系统功能,构建了matlab仿真程序图,通过修改等效电器元件的仿真参数,获取了管路结构尺寸、驱动压力、空气压缩性及电磁阀工况等对试剂分配过程的影响曲线,得出了上述参数对管路中试剂流速稳定性及分配体积准确度的影响,给出了微量生物试剂实现非接触式脱离条件的方法和优化电磁阀开启时间的方法,为非接触式分配系统的设计、控制参数的优化提供了理论指导。 最后,搭建了一套基于压力—时间式驱动的四通道非接触式分配实验平台。基于该实验平台,针对多种不同粘度、表面张力的试剂,在不同分配速度和分配体积等条件下,开展了微量试剂分配脱离实验和微量试剂分配准确度实验。实验结果与理论分析具有很好的一致性,从而验证了本文关于微量生物试剂非接触式分配机理研究成果的可靠性。