本文關(guān)鍵詞：用于數(shù)字PCR的微滴生成及檢測芯片研究　出處：《中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：微流控芯片微滴技術(shù)是一種基于微流控芯片的操控微小體積液體的新技術(shù),它以分散的微滴單元作為微反應(yīng)器,大大強化了微流控芯片的高靈敏度、低消耗、高通量和自動化等優(yōu)點。微滴技術(shù)生成的微滴具有分散性好、體積小、樣品間無交叉污染、生成速率及反應(yīng)條件穩(wěn)定等優(yōu)點�；谝旱渭夹g(shù)的數(shù)字PCR檢測技術(shù)具有小體積及高通量的特點,微滴技術(shù)能夠顯著地優(yōu)化傳統(tǒng)數(shù)字PCR的檢測流程,提高檢測效率,對生物化學反應(yīng)的高通量分析意義重大。本文的研究目標是分別設(shè)計出微滴生成芯片和檢測芯片,實現(xiàn)微滴快速、均勻、穩(wěn)定的生成,微滴直徑約為0.1毫米,生成速率為1500個/秒。在對微滴進行收集后,對微滴內(nèi)的樣品進行PCR擴增,隨后采用檢測芯片將微滴排成等距序列,微滴間距約為1毫米,等距微滴依次通過流式細胞儀檢測系統(tǒng),便可實現(xiàn)對擴增樣品的快速精確檢測,微滴檢測速率約為200個/秒。論文的主要研究內(nèi)容和成果如下:1.利用COMSOL仿真軟件對微滴生成及檢測模塊進行仿真,討論通道結(jié)構(gòu)、管壁性質(zhì)、負壓大小等因素對微滴的直徑大小、生成速率及間距所造成的影響,根據(jù)仿真結(jié)果確定微滴驗收指標,設(shè)計微滴生成芯片及檢測芯片的幾何結(jié)構(gòu),使芯片產(chǎn)生的微滴能夠滿足數(shù)字PCR系統(tǒng)的反應(yīng)和檢測需求。2.對SU-8光刻膠工藝進行研究,制作出理想的結(jié)構(gòu)陽模,選取PDMS材料,采用模塑技術(shù)及PDMS鍵和技術(shù)得到具有微結(jié)構(gòu)通道的微流控芯片,芯片鍵合強度、通道表面平整程度及疏水特性滿足數(shù)字PCR系統(tǒng)的反應(yīng)和檢測需求。3.本文采用負壓系統(tǒng)驅(qū)動微滴進行運動,研究了微流體在微通道結(jié)構(gòu)內(nèi)受到的摩擦阻力與其流程的關(guān)系,并應(yīng)用沿程損失理論得到理想的負壓驅(qū)動力。最后對在該負壓驅(qū)動下生成的微滴進行了大小均一性分析。結(jié)論:1.利用掃描電子顯微鏡對制作完成的芯片結(jié)構(gòu)進行觀察測量,微通道深度約為100微米,深度一致性良好,內(nèi)壁表面平整,陡直性良好,深寬、寬度誤差可控制在10微米以內(nèi),測量結(jié)果表明利用MEMS加工工藝制作的芯片效果完全滿足芯片的設(shè)計要求;2.在高速攝像機(7500幀/秒)的輔助下,對制作出的微滴生成及檢測芯片進行微滴效果實驗。對微滴進行計數(shù)分析,可得到微滴的生成速率及檢測速率,采用圖形對比方法,可得到微滴的直徑及相鄰微滴的間距。實驗表明,本文設(shè)計制作的微滴及檢測芯片滿足數(shù)字PCR系統(tǒng)的使用需求。
[Abstract]:Droplet microfluidic chip technology is a new technology of micro volume liquid control based on microfluidic chip, it dispersed droplet unit as a micro reactor, which greatly enhanced the sensitivity of microfluidic chip, low consumption, high throughput and automation. The advantages of micro droplet technology into droplets having dispersed good, small size, no cross contamination between samples, the advantages of formation rate and stable reaction condition. The characteristics of digital PCR droplet detection technology has the advantages of small size and high throughput detection process based on micro droplet technology can significantly optimize the traditional digital PCR, improve the detection efficiency, high throughput analysis of bio chemical reaction of great significance. The goal of this paper is to separately design droplet formation and detection chip chip, micro drop fast, uniform, stable production, the droplet diameter is about 0.1 mm, the formation rate is 1500 in the micro / sec. Drops were collected, the droplets within the samples were amplified by PCR, then detected by chip micro droplet arranged in equidistance sequence, the droplet spacing is about 1 mm, isometric droplet detection system followed by flow cytometry, can achieve rapid and accurate detection of the amplified samples, the droplet detection rate is about 200 / sec. The main research contents and results are as follows: 1. using COMSOL software to simulate the droplet generation and detection module, discuss the channel structure, wall properties, negative pressure and other factors on the droplet diameter, affect the formation rate and spacing caused by the droplets is determined according to the acceptance index of simulation the structural design of micro droplet generation and detection chip chip, the chip to produce droplets can meet the reaction of digital PCR system and test requirement of.2. to study the SU-8 photoresist process, make structure mold ideal, select P DMS materials, molding technology and using the PDMS key and technology of microfluidic chip with micro channel structure, bonding strength, surface roughness and channel hydrophobic properties meet the digital PCR system and the test requirement of.3. reaction system of negative pressure actuated micro droplet motion, studied the relationship between the micro fluid friction resistance in micro channel structure in the process of its application, and the loss along the way to get the ideal theory of negative pressure driving force. At the end of the negative pressure generated in the driven droplet are analyzed with uniform size. Conclusion: the chip structure using 1. scanning electron microscope on the made were observed. The depth of the micro channel is about 100 microns depth, good consistency, wall surface roughness, steep well depth and width, width error can be controlled within 10 microns, the measurement results show that the chip made by end use MEMS processing technology Meet the design requirements of the chip; 2. in high-speed camera (7500 frames / sec) under the assistance of droplet generation and detection of chip production of micro droplet experiments. Counting analysis of droplet formation rate and detection rate, can be obtained by droplets, graphic contrast method, spacing can be obtained in diameter and the adjacent droplet droplet. Experimental results show that the droplet and detecting chip are designed and made to meet the demand for the use of digital PCR system.

【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN492

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本文編號：1416188