精准的细胞分析是当代生命科学研究的核心目标之一，而单细胞封装作为实现这一目标的关键前提，核心在于将单个细胞从复杂的细胞群体中有效隔离。微流控技术对微尺度流动行为的精准操控，为高效、可控的单细胞隔离与封装提供了有力的技术支撑。本文从微尺度流动的角度，系统综述了单细胞封装领域的微流控技术，重点阐述了单细胞封装的实现方法，以及封装效率增强技术中的流动机理、技术演进和性能调控策略。其中，单细胞封装借助低雷诺数流动、界面不稳定性等流体动力学效应实现细胞的捕获与包裹；封装增强技术则通过调控细胞分离与聚焦等过程突破传统封装效率的限制，实现细胞的高效封装。本文深入剖析了流动机理，系统梳理了各类方法的流动特性差异，阐明了其核心优势与内在局限，可为单细胞封装技术的流动机理研究与实验设计提供理论指导，推动微流控方法在生物流体力学领域的深入应用。

磁场驱动微纳颗粒的输运在微纳机器人、柔性制造和精准医疗等领域具有重要应用。近年来，相关研究在实验、数值模拟与理论建模等方面已取得大量进展，但在界面效应、多颗粒集群运动、运动模态调控及多场耦合操控等方面仍缺乏系统性认识。本文从实验流体力学的角度出发，围绕磁性颗粒在低雷诺数流动环境中的受力与动力学行为，对近年来相关研究进行了系统综述。梳理了磁力与磁力矩驱动下的平动、旋转和滚动3类典型运动模式；概述了梯度场与旋转场作用下的受力模型、速度标度关系以及壁面阻滞与润滑效应造成的修正规律；归纳了多颗粒体系中磁场–水动力耦合与界面几何约束引发的集体动力学行为，反映了磁场输入与流体介质间的非平衡反馈特征；阐述了复合颗粒系统中磁性颗粒对液滴和囊泡的牵引传递机制，呈现了磁驱动下复合体运动的界面动力学基础；进一步总结了磁声、磁电及磁化学等多场耦合体系的代表性机制与应用场景，展示了跨场驱动在复杂介质或特定任务约束下提升操控自由度的潜力。本文旨在为磁驱动颗粒输运的力学机理理解与系统设计提供参考，为磁驱动微系统在生物医学等领域的进一步发展提供基础支撑。

为实现nL/min量级超微液体流量的计量校准，开发了一种基于干涉法的活塞式液体超微流量标准装置。利用激光干涉测量技术，实现了对注射器活塞μm量级位移的精确捕捉；结合注射器内径与活塞位移的关系，建立了流量计算的数学模型，并利用该模型对装置各部分的不确定度进行了分析与评定。为测试装置性能，采用多种规格注射器对1～1000 nL/min区间内的超微流量进行了测试。实验结果显示：该装置能够识别超微流量的变化，具备良好的流量响应性能；注射泵校准所得误差均小于1%，装置扩展不确定度小于4%（包含因子k = 2）。此外，将质量法标准装置与干涉法标准装置进行比对实验，结果表明2套装置校准注射泵的误差一致；并通过计算归一化偏差，验证了干涉法装置的准确性及不确定度评定结果的有效性。

为探究储存时间与循环拉伸载荷对红细胞黏弹性及变形能力的耦合影响，搭建了基于介电泳的微流控单细胞力学表征平台。对不同储存时长（0、4、7、13 d）的红细胞施加可控循环电变形载荷（周期4 s，有效电压2 V），采用Kelvin−Voigt黏弹性本构模型，通过指数函数对红细胞变形比−时间曲线进行分段拟合，定量表征剪切模量及剪切黏度的变化。结果表明：随循环拉伸次数增加，红细胞最大变形比持续下降；剪切模量与剪切黏度均呈单调上升趋势，其中储存13 d的实验组在2250次循环后，剪切模量跃升至初始值的5～6倍。储存天数也会影响红细胞力学特性的退化速率，短期储存（0～7 d）参数变化平缓，而较长期储存（13 d）后疲劳敏感性显著增强，剪切模量提升幅度高达250%。本文发现，循环拉伸诱导的累积性膜疲劳硬化是红细胞变形能力衰退的主要原因，储存时长则通过降低膜结构稳定性加速这一过程，这为理解红细胞在血液循环中的力学适应机制提供了新视角。

微结构超疏水表面是实现水下航行器减阻与降低能耗的有效途径。然而，微结构表面的气膜稳定性仍显不足，尤其在流体剪切作用下，减阻性能容易过早失效。针对这一问题，本文提出了一种超疏水锥形阵列表面（CAS）。通过优化锥体结构参数，该表面可有效降低平面Couette流中的水下阻力，并提升气膜稳定性。采用COMSOL多物理场仿真，分析了平面Couette流条件下CAS的气液两相流动，系统研究了锥体高度、倾斜角和润湿性等关键参数对流速、滑移长度及减阻性能的影响。研究结果表明：CAS能产生明显的边界滑移速度，在层流条件下有效降低流体阻力；滑移长度与锥体高度呈正相关，且减阻效果随倾斜角增大而增强；倾斜锥形阵列结构通过增强接触线钉扎效应，进一步提高了流体剪切作用下的气膜稳定性，从而实现持续减阻。这些发现为设计制造适用于水下的功能性超疏水减阻表面提供了理论依据。

本文利用高速摄像技术观察了非匀强磁场驱动下Fe₃O₄微米颗粒穿越油–水界面的动力学行为。实验发现，Span 80表面活性剂的质量分数会改变界面性质（包括界面张力、黏度以及油–水–固三相接触角）。随着Span 80质量分数的升高，奥内佐格数（Oh）增大，磁邦德数（Bo_m）减小，颗粒在界面处呈现出包覆脱离、界面射流、团簇弹射、悬浮液弹射和稳态拉伸5种运动模式：当质量分数较低（＜ 0.42%）时，马兰戈尼效应占主导，颗粒被包裹于油相中，形成磁性乳液；当质量分数接近临界胶束质量分数（约0.42%）时，颗粒团聚增强并克服界面能垒穿越界面；当质量分数较高（＞ 0.63%）时，液柱颈缩受到抑制，仅发生界面形变。本文系统揭示了表面活性剂质量分数通过调控Oh和Bo_m影响颗粒分布与界面力学响应的机制，可为磁性颗粒在多相流动与界面操控中的应用提供依据。

海水淡化膜组件内部存在多种类型的微米尺度流动通道，例如导流网丝之间的缝隙、导流网与膜之间的间隙等，这些复杂通道内的流动与传热传质特性对膜组件的产水性能具有重要影响。本文基于导流网优化技术，探究了导流网结构对膜蒸馏海水淡化组件内微流动传热传质效率的提升作用。通过自主搭建的直接接触式膜蒸馏实验平台，系统地分析了导流网结构、进料温度、NaCl质量分数及流动方式等关键参数对膜蒸馏产水性能的影响。实验结果表明，进料温度的升高能显著提高产水量，而导流网的引入有效改善了膜表面的流场分布，缓解了浓差极化与温差极化现象。优化设计的导流网2在高温高盐（如10.0%NaCl）工况下仍可使产水量较无导流网结构提升约30%；在进料温度60 ℃、NaCl质量分数0%且采用对流方式的条件下，其产水量最高可达15.38 L/(m²$\cdot $h)。对比不同流动方式，发现对流方式下的膜蒸馏产水量优于并流方式，与导流网配合使用可进一步提升系统效率。此外，研究还观察到导流网结构表面在高温下气泡聚集现象显著，其微观粗糙结构为水蒸气成核提供了有利条件，进一步强化了相变传质过程。研究证实，导流网通过流场调控、传质强化与膜支撑等多路径协同作用，显著提升了膜蒸馏过程的性能与稳定性，为高效膜蒸馏海水淡化系统的设计与工程应用提供了实验依据与理论参考。

循环肿瘤细胞在微循环中经历的挤压应力是影响其转移潜能的关键力学因素。本文旨在探究挤应压力强度与持续时间对细胞活性的独立调控作用，参考MCF−7细胞系的典型直径，设计具有不同宽度（9、12和15 µm）和长度（100和500 µm）的微流控通道，构建了体外力学刺激平台，在模拟毛细血管环境的同时，实现对上述2个力学参数的解耦。利用高速显微成像技术记录了MCF−7细胞通过微通道的动态过程和时间，并采用荧光染色与图像分析法定量评估了细胞经受不同力学刺激后的增殖能力与黏附能力。结果表明，细胞通过微通道的时间主要由通道长度决定，而通道宽度减小会增大细胞通行速度的离散性。在细胞活性方面，短时间（约3 ms）挤压刺激下，细胞增殖能力随应力强度增大而减弱；而长时间（约15 ms）挤压刺激下，其增殖能力则呈先增强后减弱的趋势。此外，挤压应力显著抑制了细胞黏附能力，且长时间刺激的抑制效应更为明显。本文为解析应力刺激的强度和时间对细胞命运的调控作用提供了支撑，也为深入理解循环肿瘤细胞的转移机制提供了实验依据。

电场–弹性微流控技术结合了电场的可控性与非牛顿流体的黏弹性，是微纳尺度颗粒精准操控的前沿方法。然而，现有研究多聚焦于宏观流变特性和颗粒尺寸效应，而聚合物链长等微观流变学参数对颗粒迁移行为的影响，特别是其与滑移速度诱导升力的耦合机制，尚不明确。本文设计了可调黏弹性参数的电场–弹性微流控系统，构建了包含聚合物链尺度参数的调控方案，研究了不同链长与质量分数的聚合物溶液对纳米及微米颗粒迁移行为的影响。实验结果显示，聚合物链长显著调控了电场–弹性耦合体系的升力平衡。结合数值模拟进一步表明，聚合物链长对颗粒滑移速度具有显著影响，颗粒滑移速度U_s与施加在颗粒上的力和颗粒半径的比值F_p/R呈近似线性关系。随着聚合物链长的增加，在相同F_p/R条件下，滑移速度U_s不断减小。理论分析表明，随着颗粒尺寸减小，流动诱导弹性升力的衰减速度远快于滑移诱导升力，使后者在纳米颗粒操控中占据主导地位。基于此规律，通过合理匹配聚合物链长与质量分数，实现了在特定流速下纳米颗粒的高效聚焦以及纳–微米尺度颗粒的高通量连续分离。该研究不仅揭示了微观流变学参数—聚合物链长对颗粒宏观动力学的微观调控机制，也为基于电场–弹性协同驱动的微流控分选技术提供了新的理论基础与设计策略。

非均匀温度场中微小液滴的蒸发与迁移过程涉及热、流等多物理场耦合，在微流控、微尺度散热及生物医学等领域具有重要应用。为探究温度梯度作用下液滴接触线迁移行为与内部热流动不稳定性之间的耦合关系，本文利用具有可控局部温场的实验基底，搭建了结合高速显微成像、红外热成像与micro–PIV技术的综合观测系统。以无水乙醇和HFE–7200这2种润湿性差异显著的液滴为研究对象，对其在均匀及非均匀温度场下的蒸发过程进行了实验研究。结果表明：在0.41 K/mm的温度梯度下，低接触角滞后的HFE–7200液滴发生了从热端向冷端的整体迁移，其迁移速度随时间的演化趋势与经典润滑理论的预测基本一致；高接触角滞后的无水乙醇液滴仅表现为接触线的非对称回缩，未发生显著的整体位移。液滴内部热对流流型显示，HFE–7200液滴在非均匀温度场中流动结构向冷端偏移，乙醇液滴则出现沿接触线传播的热液波，且波动范围向冷端收缩。进一步基于Marangoni数（Ma）、Rayleigh数（Ra）、静态Bond数（Bo）及动态Bond数（Bd）的分析表明，HFE–7200液滴蒸发过程中浮力效应与热毛细效应竞争显著，而乙醇液滴内部流动始终以热毛细驱动为主，各无量纲数的演化与内部流动模式的变化呈现出明显的对应关系。本文从实验角度阐明了润湿性与接触线动力学对热毛细迁移的关键影响，为理解温度梯度对内部流动模式及不稳定演化过程的调控作用、预测与操控非均匀热环境中的液滴行为提供了依据。

液滴撞击超疏水表面的动力学研究多集中于无宏观几何特征的常规表面，对实际工程中广泛存在的、具有宏观结构的非常规表面关注不足。本文通过实验探究了液滴撞击超疏水单狭缝表面的动力学行为，系统考察了无量纲狭缝宽度（狭缝实际宽度与液滴初始直径之比，0.09～0.54）和韦伯数（4.03～36.59）对液滴铺展、回缩、穿透及破碎过程的影响。本文通过实验观察到完整回弹、回弹并部分穿透、破碎并部分穿透及完全穿透4种典型行为，并绘制了其对应的参数相图。液滴的最大铺展直径随狭缝宽度增加而逐渐减小。通过考虑狭缝宽度和液体穿透高度，本文建立了修正后的最大铺展系数与韦伯数的理论预测模型，理论值与实验值具有良好的一致性。此外，由于部分液体在撞击过程中穿透狭缝，导致参与铺展与回缩的有效质量减少，使得液滴与表面的接触时间显著缩短。