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纳米流体学

学科

纳米流体学（nanofluidics）是研究，操纵和控制纳米（典型为1-100nm）线度液体的学科。

简介
在这样线度范围的液体的物理性能和大于微米的物体的性能不同。因为液体的特征物理规模长度（scaling length）和纳米结构的尺寸很接近。当结构接近分子的规模长度时，液体的行为会受到新的物理限制。例如，这些物理限制使液体系统出现在大块材料观察不到的新性质。即它接近孔壁时，粘度会巨大增加；这可引起热力学性质改变和样品在液-固介面化学反应性质的改变。特别相关和有用的例是被限在纳米孔内的电解液会显示表面电荷。
所有表面附近感应的有规电荷称为双电层。在纳米尺寸的孔的情况，双电层完全可跨越纳米孔的宽度，导致液体的成份和液体在结构内运动性质的改变.。例，严重增加孔的表面-体积比引起大量的相反离子（即离子的电荷和静止壁的电荷相反）。在许多情况下，孔内只有一种离子。这样可使沿孔长度有选择地极化，以达到特别的液体操作图。这是用微米和更大的结构不能达到的。
理论
1965年Rice 和Whitehead发表了电解液在长的纳米直径毛细管内输送的理论。主要结果是：液体在纳米毛细管内的流动，由德拜长度的相对尺寸和孔径半径乘积所决定。调整这二个参数和纳米孔的表面电荷密度，可使液体按设计的要求流动。
制造
纳米结构可用如硅，玻璃或高分子等材料制成单园柱管，纳米裂缝形，或纳米管排列。标准照相平板印刷，大块或微加工，复制技术或化学腐蚀等是普通用来制造具有特征纳米流体行为结构的方法。
应用
由于小尺寸的流体导管，纳米流体结构自然是在样品的量很小情况下使用，如，生物分子蛋白和DNA的分析，分离和决定.。纳米流体学一个较有前途的应用领域是潜在的整联入微流体系统。即微总分析系统或整片（Lab-0n-a-chip）结构。例，NCAMs调入微流体器件后，能重进行数字开关。可使液体从一个微流体管道输送到另一个；由大小和质量有选择地分离和传送，有效地混合反应物，及从异类特性分离液体。
由于用在聚合酶链反应整片结构器件及相关技术的发展，纳米流体学对生物技术，医学和临床治疗等的冲击很大。
纳米流体学的发展现仍处于初期阶段。我们能期待在近来几年内会有新应用的快速发展。
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