片上球形玻璃諧振密度計(jì)的制備及表征研究
本文選題:微流控技術(shù) + 球形玻璃諧振器; 參考:《東南大學(xué)》2015年碩士論文
【摘要】:微流控技術(shù)是把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等基本操作集成到一塊極小的芯片上,并對(duì)微量液體進(jìn)行操控的科學(xué)技術(shù),具有樣品用量少、分析效率高、便攜性好、成本低、精度高和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。微流控技術(shù)中,準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)微量液體的在線密度檢測(cè)非常重要,在以生物醫(yī)療、化工和食品加工為典型代表的眾多領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用。但是,目前專門的微流控在線液體密度計(jì)的報(bào)導(dǎo)尚不多見,大多是基于懸臂梁結(jié)構(gòu)和硅微管等諧振器的諧振式密度計(jì)。而懸臂梁一直浸入在液體中會(huì)導(dǎo)致密度傳感器的性能下降,硅微管式密度計(jì)的制備工藝復(fù)雜、成本高而且測(cè)量結(jié)果容易受到液體中氣泡的影響。精度高、成本低的微型在線液體密度計(jì)正成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。本論文中創(chuàng)新性地采用熱發(fā)泡法制備了球形玻璃諧振器,利用填充不同液體時(shí)球形玻璃諧振器的諧振頻率發(fā)生遷移的特點(diǎn),研究了其在液體密度在線檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。首先,利用ANSYS分析了球形玻璃諧振器的振動(dòng)特性以及其作為液體密度檢測(cè)計(jì)的可行性。結(jié)果表明:球形玻璃諧振器頂部區(qū)域在上下振動(dòng)模態(tài)時(shí)豎直方向的位移比較明顯,故利用多普勒測(cè)振儀測(cè)振時(shí),應(yīng)該選擇諧振器頂部區(qū)域并且激勵(lì)其上下振動(dòng)模態(tài)來進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試。另外,球形玻璃諧振器中液體密度的變化會(huì)影響其諧振頻率。液體密度增大時(shí),球形玻璃諧振器的諧振頻率減小。液體密度變化較小時(shí),液體密度增量與諧振頻率增量呈現(xiàn)近似的線性關(guān)系。其次,基于傳統(tǒng)熱成型玻璃加工工藝,研究了球形玻璃諧振器的制備方法——熱發(fā)泡法,成功制備了以球形玻璃諧振器及微流道為結(jié)構(gòu)特征的超聲微流控芯片。結(jié)果表明,熱發(fā)泡法制備的球形玻璃諧振器具備結(jié)構(gòu)可控、壁表光滑、能夠?qū)崿F(xiàn)圓片級(jí)制備且均勻性較好等優(yōu)點(diǎn)。最后,利用多普勒測(cè)振儀對(duì)填充不同密度的葡萄糖溶液的超聲微流控芯片進(jìn)行了振動(dòng)特性測(cè)試分析。結(jié)果表明,芯片內(nèi)填充不同密度的液體時(shí),球形玻璃諧振器的諧振頻率會(huì)發(fā)生一定偏移;液體密度增大時(shí),球形玻璃諧振器的諧振頻率減;液體密度變化較小時(shí),液體密度變化量與諧振頻率變化量呈現(xiàn)近似的線性關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模擬符合良好。本論文中研究的片上球形玻璃諧振器在微流控液體密度在線檢測(cè)上具有潛在的應(yīng)用。
[Abstract]:The micro - flow control technology has been applied in the field of online detection of liquid density . The results show that the spherical glass resonator has the advantages of controllable structure , high accuracy and high sensitivity .
When the density of the liquid increases , the resonance frequency of the spherical glass resonator is reduced ;
The change of liquid density has a linear relation with the change of the resonant frequency . The experimental results are in good agreement with the theoretical simulation . The on - chip spherical glass resonator studied in this paper has potential application in the on - line detection of micro - fluidic liquid density .
【學(xué)位授予單位】:東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類號(hào)】:TN492
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,本文編號(hào):2082284
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