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对流与扩散是物质传输的两种机制，广泛存在于自然界中，尤其在生物体内，两种传输机制的相互作用构建了生物体系的能量与物质传递过程。通过研究微尺度下对流与扩散在多酶级联反应中的作用，将为研究细胞内微观状态下的物质传递提供理论基础。另外，也研究了Taylor弥散效应在纳米粒子分析中的应用。具体研究内容如下: 1.微流控体系下双酶级联反应中对流与扩散作用的研究 在微流控体系下，研究了对流与扩散作用对双酶级联反应的影响。我们采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为基底，将β-半乳糖苷酶和葡萄糖氧化酶(β-Gal/GOx)固定于微通道中的不同区域构成双酶级联反应体系，通过控制通道中的双酶间距和电渗流速度研究了双酶级联反应动力学过程。研究发现:当酶间距从100μm降至50μm时，级联反应的产物信号提高了5倍;同时，在控制间距条件下改变流速，当控制流速的驱动电压从400V增加到800 V时，双酶级联反应产物信号增加了4倍。通过有限元模拟研究了对流与扩散作用对双酶级联反应的影响。模拟结果表明，随着酶间距的减小，葡萄糖扩散至GOx表面的浓度逐渐增加;其次，由于微通道中固定酶的区域表面性质会发生变化，导致流速分布的差异，使葡萄糖产生浓度聚集效应，造成GOx表面的葡萄糖的局部浓度增大。所以，微尺度下物质扩散与对流的共同作用使得双酶级联反应速率随间距的减小和流速的增加而增加。本研究将为在微流控体系中通过对流与扩散的操控来控制双酶及多酶级联反应提供理论基础，对了解生物体系内酶催化反应机理和代谢过程有重要意义。 2.基于Taylor弥散理论的纳米粒子与蛋白质相互作用研究 在微流控芯片中将Taylor弥散分析(TDA)与激光诱导荧光检测(LIF)结合，成功测定了荧光素钠标记狗血清蛋白(FITC-DSA)的水力半径为6.12±1.21nm，扩散系数为(4.11±0.78)×10-11m2/s;研究了FITC-DSA与不同粒径金纳米粒子(AuNPs)的相互作用。研究表明，不同粒径的AuNPs与蛋白质的作用不同，并且50nm的AuNPs与FITC-DSA作用会导致其荧光信号增强。本课题为研究纳米粒子与蛋白质相互作用提拱了一种简单快速、耗样量极少、高通量的新方法，深入研究将有助于我们深入了解纳米材料的毒性，推动安全纳米药物的发展。