连续流式PCR中液滴传热特性的研究

《Analytical Chemistry》：Investigation on Droplet Heat Transfer Characteristics of Continuous-Flow PCR

液滴微通道热传递机制研究显示，液滴运动形成后缘涡旋增强中心传热，高流速虽提升热交换却增厚油膜隔热层，而高体积分数液滴通过破坏层流增强整体热传递。

　　

液滴数字聚合酶链反应（ddPCR）在精准医学中具有重要意义，包括核酸分子定量和DNA甲基化检测。然而，对于连续流式PCR设备而言，精确控制微通道内液滴的温度以确保高效扩增是一个挑战。在这项研究中，我们通过结合数值模拟和PCR实验来研究微通道中液滴的热传递特性。主要发现如下：1）当液滴穿过微通道时，会形成内部涡流，将高温流体从通道外围输送到液滴中心；涡流强度最大的区域位于液滴的后部。2）虽然较高的流速可以提高整体热传递效率，但同时也会增加液滴与通道壁之间的绝缘油膜厚度，从而阻碍热传递。我们使用努塞尔数（Nu）来表征系统的热交换能力，并确定了其随流速的变化情况。这一分析为优化连续流式PCR系统中的DNA扩增效率提供了指导。3）较高的液滴体积分数会更大程度地干扰连续相流，导致连续相中的液滴更加密集堆积，破坏其层流状态，从而提高微通道内微流体的整体热传递能力。