纳米流体学

纳米流体学
纳米流体学（Nanofluidics）是一门研究、操纵和控制纳米尺度（约1至100纳米）液体的科学。随着聚合酶链反应全片式结构器件及其相关技术的发展，纳米流体学在生物技术、医学和临床治疗等领域产生了重大影响。尽管目前还处于起步阶段，但预期未来几年内将出现快速发展的新应用。[1]

原理概述

纳米流体学涉及的是纳米级别（1-100 nm）的液体，其物理特性和宏观物体有所不同。这是因为液体的特征物理尺度长度与纳米结构的尺寸相近，在这种情况下，液体的行为会受到新的物理约束。例如，当液体靠近孔壁时，粘度显著增大，从而改变了热力学性质以及液体在固体界面的化学反应性质。特别是，受限于纳米孔内的电解质表现出表面电荷现象。所有的表面附近的有序电荷被称为双电层，在纳米尺寸的孔中，双电层可以完全覆盖纳米孔的宽度，导致液体成分和内部运动性质的变化。例如，极大地增加了孔隙的表面积/体积比，使得大量的反向离子聚集在一起。在某些情况下，孔隙内仅含有一种离子，这使得沿着孔隙长度的选择性极化成为可能，实现了特定的液体操作模式，这是微米及以上结构无法实现的。[2]

发展历史

1965年，Rice和Whitehead发表了一项理论，描述了电解质在长纳米直径毛细管内的传输。他们的研究表明，液体在纳米毛细管内的流动取决于德拜长度与孔径半径乘积的比例，通过调节这两个参数和纳米孔的表面电荷密度，可以使液体按照预定的方式流动。