流体的驱动和混合是微流控系统最常用的流体控制技术。微流体驱动系统对流体进行输送和分配,是实现微流体控制的前提和基础。而混合则是任何化学、生物化学反应中必不可少的过程。在微流控系统中层流效应显著,充分、快速的混合对提高微系统中的反应效率显得尤为重要。基于聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)材料本身的优势和气动阀易于设计加工与集成化的优点,以PDMS气动阀工作原理为基础的流体控制技术越来越广泛地被应用于微泵和微混合器的研发。本文以PDMS气动阀的工作原理为基础,分别对适用于微室中流体混合的气动混合方法,适用于微通道中流体混合的气动混合方法以及用于微流体快速转移的气动驱动方法进行了研究,并将其应用于微流控化学和生物化学反应。通过对流体混合、驱动效率以及相关应用的考察,证明了PDMS气动流体控制方法所具有的优越性。本文首先提出了一种基于气动无序振荡流微混合装置的动态聚丙烯酰胺凝胶阵列DNA杂交反应体系。在该气动混合装置的圆形流体微室上方,集成了两个交替工作的气动控制微室。当气动膜厚度为100μm,驱动气压为0.08MPa,驱动频率为24Hz时,通过气动膜的交替形变间歇扰动流场产生的无序对流,使微室内的流体在2s内实现了完全混合。通过数值计算,对气动混合过程中流场的变化进行了模拟。将此气动混合装置用于流体微室内的DNA阵列杂交反应时,混合30s后荧光信号增长即进入平台区。采用聚丙烯酰胺凝胶固定丙烯酰胺修饰的寡核苷酸的方法,前处理步骤简单,且杂交后处理无需电泳,以缓冲液清洗即可得到117倍的信噪比。相对于42℃下的常规DNA静态杂交,利用本气动混合装置在室温下杂交30s后,信号强度提高了11.5倍。以前文工作为基础,发展了一种集成于微通道中的新型PDMS气动喷射混合器,并将其用于CdS量子点合成。Y形的通道中设计了一个S形的流体混合结构以及两个流体阻碍坝,两个气动控制微室位于S形混合结构的正上方。在两个气动微室交替挤压流体并使之快速冲击流体阻碍坝的过程中,产生了可以加速混合的强烈无序对流。当驱动膜厚度为100μm,驱动压力为0.26MPa,驱动频率为50Hz时,利用本装置可以实现流量范围在1-65μL/min之间流体的快速混合。由于具有高效的流体混合能力及较宽的流量适用范围,在将此气动混合装置用于微流控芯片CdS量子点合成时,相对于常规方法,量子点的粒径更小且均一程度得到了大幅改善。最后,建立了挤压驱动-连续流动芯片聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)系统。设计了具有三角形流体通道的连续流动三阶PCR芯片和具有直线型流体通道的连续流动二阶PCR芯片,气动控制通道分别位于流体通道的正上方。当PDMS气动膜厚度为100μm,驱动气压为0.07MPa时,0.5s内可以实现流体在两个微室之间的快速转移。本系统在12min内实现了130bp DNA片段的两阶PCR扩增,24min之内分别实现了144bp及200bp DNA片段的三阶PCR扩增。相对于具有固定循环数的逶迤通道型连续流流动PCR芯片,本系统可根据需要随时改变PCR反应的热循环次数或热循环方案。