本文關(guān)鍵詞： 聚合物微流控芯片 被動式微混合器 CO_2激光 正交試驗 熱鍵合 混合效率　出處：《遼寧工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：微流控芯片(Microfluidic Chip)是一種能完成樣品的檢測和輸出過程的微結(jié)構(gòu)集成的器件,是微流控技術(shù)的主要平臺。在原材料方面,相較于石英、硅和玻璃基晶片,聚合物微流控芯片是一種經(jīng)濟的替代品,并且由于聚合物種類繁多,所以可以根據(jù)不同的工作環(huán)境選用不同的聚合物。微混合器是微流控芯片中的一個重要組件,其在生物化工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。微混合器可以大致分為主動和被動微混合器。被動式微混合器是一種不借助外部能量,只通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)就可以對液體溶液進行混合的微器件。并且隨著微流道結(jié)構(gòu)設(shè)計的多種多樣,芯片制造加工技術(shù)變得尤為重要。為此,本文對CO_2激光加工兩種聚合物的工藝參數(shù)以及微混合器的設(shè)計、仿真和實驗進行了研究。主要內(nèi)容如下:(1)通過對CO_2激光加工聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的加工試驗,利用正交實驗方法研究了激光功率、掃描速度、通道長度和加工次數(shù)四種工藝參數(shù)對聚合物微通道成形質(zhì)量的影響。(2)通過對兩種聚合物材料的試驗確定了其工作溫度。研究了經(jīng)過改進后的四層PMMA微稀釋器芯片的熱鍵合參數(shù),獲得了鍵合溫度、壓力、時間之間的關(guān)系。解決了熱鍵合實驗中出現(xiàn)的微通道錯位和芯片上下層之間堵塞的問題。(3)設(shè)計了菱形微柱、F型、E型、SESM和FESM共五種微混合器。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法對混合單元中的菱形微柱的形狀進行優(yōu)化,并且測定了其出口處的混合效率。然后,利用流體仿真軟件對F型、E型、SESM和FESM的微混合器通道內(nèi)部的流體混合行為狀態(tài)進行了可視化的解釋。(4)利用加工設(shè)備制作了F型、E型、SESM和FESM這四種微混合器,并且研發(fā)了適合八層SESM芯片的熱鍵合工藝。最后,利用酚酞溶液和氫氧化鈉溶液的混合特性獲得了四種微混合器在不同雷諾數(shù)下的混合效率。本文研究了CO_2激光參數(shù)對聚合物微通道質(zhì)量的影響。同時確定了多層PMMA芯片熱鍵合的溫度、壓力、時間參數(shù)之間的關(guān)系。然后,利用微流體的混合原理設(shè)計了五種微混合器,并對它們的混合性能進行了評價。
[Abstract]:Microfluidic Chip is a kind of microstructural integrated device which can complete the process of sample detection and output. It is the main platform of microfluidic technology. Compared with quartz silicon and glass-based chips polymer microfluidic chips are an economical alternative and because of the variety of polymers. Therefore, different polymers can be selected according to different working environment. Micromixer is an important component in microfluidic chip. Micromixers can be divided into active and passive micromixers. Passive micromixers are passive micromixers without external energy. Microdevices that can mix liquid solutions only through internal structures, and with the variety of microchannel structures, chip manufacturing and processing technology has become particularly important. In this paper, the process parameters of CO_2 laser processing of two kinds of polymers and the design of micromixer are discussed. The main contents are as follows: (1) CO_2 laser processing of polyethylene terephthalate (PET) and poly (methyl methacrylate) (PMMA). The laser power and scanning speed are studied by orthogonal experiment. The influence of four process parameters on the forming quality of Polymer Microchannel. The working temperature of two kinds of polymer materials was determined by experiments, and the thermal bonding parameters of the improved four-layer PMMA microdiluter chip were studied. The relationship among bonding temperature, pressure and time is obtained. The problem of microchannel dislocation and blockage between the upper and lower layers of the chip is solved. There are five kinds of micromixers in SESM and FESM. The shape of the diamond microcolumn in the mixing unit is optimized by artificial neural network method, and the mixing efficiency at its outlet is measured. Using fluid simulation software, the fluid mixing behavior in the channel of FESM and SESM is visualized. SESM and FESM are four kinds of micromixers, and a hot bonding process suitable for eight-layer SESM chip has been developed. Finally. The mixing efficiency of four kinds of micromixers at different Reynolds numbers was obtained by using the mixing characteristics of phenolphthalein solution and sodium hydroxide solution. The influence of CO_2 laser parameters on the quality of polymer microchannel was studied. The temperature of thermal bonding of multilayer PMMA chip is discussed. The relationship between pressure and time parameters. Then, five kinds of micromixers are designed by using the mixing principle of microfluid, and their mixing performance is evaluated.
【學(xué)位授予單位】：遼寧工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN492

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本文編號：1491520